반도체 공정 - 메탈 공정의 소재 및 장비

메탈-공정의-구성-요소

반도체가 작동을 하려면 전자들이 원하는 곳으로 이동을 원활하게 해주어야 하는데 이러한 길을 만드는 공정을 메탈 공정이라고 합니다. 즉, 반도체의 회로 패턴을 따라서 전기사 흐를 수 있는 금속 배선을 만드는 과정으로 패턴이 만들어진 웨이퍼 위에 증착시킨 라인들은 전자들이 이동할 수 있는 길이 되어 반도체 칩을 구동할 수 있게 됩니다.

■ 메탈 공정의 소재 구리 도금액

메탈 공정에서 많이 사용하는 수용액은 구리 도금액으로 황산(H2SO4)과 황산구리(CuSO4)수용액에 화학 첨가제가 포함되어있는 용액입니다. 글로벌 시장규모는 약 2천억 원 규모로 추산되나, 막상 도금용 황산구리 수용액은 시장규모에 비해 높은 화학분야 기술력을 필요로 하기 때문에 국산화가 거의 안된 영역입니다. 대부분 미국, 일본 등의 비철금속 철강업체에서 판매하고 있는 시장으로 비록 세정용이긴 하지만, 반도체용 고순도 황산인 PSA를 LS-NiKKO동제련, 남해화학 등에서 생산 및 진출 계획을 발표한 바 있습니다.

■ 메탈 공정의 재료들이 필요로 하는 조건

• 부착성(막이 붙어서 떨어지지 않는 성질)
• 낮은 저항
• 열적, 화학적 안전성
• 패터닝의 용이성
• 경제적인 가격

이러한 조건들을 통과하여 반도체에 증착되는 재료들은 총 3가지가 있는데 텅스텐, 알루미늄, 구리 등이 있습니다.

 

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■ 메탈 장비 ECD(Electro Copper Deposition)

웨이퍼 구리 도금 장비의 시장규모는 평년 기준 5억달러 전후로 추산됩니다. 필수 공정임에도 불구하고 시장규모가 상대적으로 작은 것은, 공정의 특성상 도금 장비 자체의 정밀함 보다는 구리 첨가제의 화학적 성능에 의해 좌우되는 공정일 뿐만 아니라, Damascene 공정 내에서도 도금보다는 CMP Slurry, Pad 등의 공정 의존도가 높기 때문일 것으로 추정됩니다.

 

또한, 상대적으로 메모리 공정에서의 사용 빈도가 낮기 때문에 메모리 위주의 장비투자 시기인 17~ 19년간의 장비 성장세는 두드러지지 못했습니다. 21년에 들어서야 TSMC를 비롯한 Foundry 업종 Capex가 가속화되면서 ECD 장비의 성장이 동반되었습니다. 21년 기준 ECD 장비의 매출액은 8.6억 달러로 YoY +61% 성장하며 전체 Deposition 장비 성장률 YoY +49%를 웃돌았습니다.

 

ECD 장비의 시장점유율은 Lam Research 78%, Applied Materials 17%로 과점체제이며 LamResearch의 독점성이 강한 시장입니다. 22년 이후에도 글로벌 Foundry 업종의 Capex 투자는 지속적으로 증가세를 이어갈 것으로 전망되기에 ECD 장비 시장의 성장과 관련 분야 독점 제조사인 Lam Research의 수혜가 예상됩니다.

 

현재로서는 구리도금 장비뿐만 아니라 구리 도금액, Cu CMP Slurry 등 메탈 공정 전반적으로 국내 서플라이 체인들의 노출도가 상당히 작은 분야이기에 이러한 변화에 따른 국내사의 직간접적 영향은 제한적일 것으로 전망됩니다. 그러나, 향후 Foundry 분야의 지속적인 투자와 Packaging 분야의 핵심 요소 기술인 TSV(Through Silicon Via)의 적용 빈도가 높아지는 등 구리 도금과 합성 첨가제 국산화에 대한 관심이 필요할 때입니다.

 

■ 글로벌 ECD 장비 시장 규모 ■

ECD-장비-규모-추이