일본산업뉴스요약

반도체재료 SiC, 레이저광으로 슬라이스
Wafer 가공, 생산성 1.5배

반도체제조장치 기업인 DISCO는 차세대 반도체 재료로 주목 받는 탄화규소(SiC)를 레이저 광으로 슬라이스하여, Wafer로 가공하는 신기술을 개발했다. 귀중한 Ingot(결정)의 손실은 줄고, 같은 양으로 만들 수 있는 매수는 1.5배로 늘어나고, 반면에 가공시간은 5분의 1이면 단축된다.

이 기술은「KABRA」라고 한다. 일본요리에서 카부(우엉)를 얇게 썰어서 만드는 요리법에서 유래한다. 균질의 결정으로 만들어진 원뿔모양의 Ingot에 위부터 수직으로 레이저 광을 쏘아 일정한 깊이로 수평으로 자른다.

8월에 기술발표를 하였고, 12월의 반도체제조장치전시회인 「SEMICON Japan」에서 장치를 처음으로 전시한다. 직경 150mm의 Wafer까지 반응한다. 우선은 절단장치 단체(単体)로 제안하고, 분리나 연삭(硏削) 장치로서 조합하여 사용할 수 있다.

「Wafer 1장을 30분에 가공할 수 있다」며 고객이 될 기업들의 평가도 좋다. SiC는 매우 단단한 물질로 가공이 어렵고, 기존에는 Wire Saw를 사용하여 Ingot 전체를 2~3일에 걸쳐 절단했었다.

레이저 슬라이스의 경우는 절단가공 시의 손실도 적고, 1개 수십 만 엔의 고가 Ingot을 유용하게 이용할 수 있다는 점도 장점이다. 기존의 방법으로는 두께 350마이크로(마이크로는 100만분의 1)미터의 Wafer를 얻으려면 절단 시에 약 200마이크로미터, 울퉁불퉁한 단면을 제거하는 데 100마이크로미터의 손실을 봤다. 레이저의 경우도 가공 흔적을 제거하기 위한 연삭은 필요하지만, 100마이크로미터 정도 연삭할 뿐이다. 두께 2센치의 Ingot에서 얻을 수 있는 매수는 기존의 30매에서 44매로 크게 증가하였다.

개발 착수는 2014년. DISCO의 이노베이션 팀 소속의 레이저 기술자가 개발하였다. 렌즈로 재료 내부에 빛을 쏘면 개질층이 생긴다. 여기에서 Wafer를 수평으로 슬라이스하는 방법은 학술적으로 이미 밝혀졌다.

문제는 공업생산으로 이용하기 위해서는 시간이 너무 걸린다는 점이다. 그래서 담당자가 착안한 것은 부작용으로 생기는「균열」이었다. 직경 10~20마이크로미터의 개질층에 대해 균열은 직경 1m. 면적과 비교하여 수천 배다.

균열은 왜 생기는 것일까? 연구 결과, 레이저 광을 1회 쏘면 Si(실리콘)와 C(탄소)가 혼합한 상태로 변질된다. 거기에 레이저 광을 겹쳐서 조사(照射)하면 탄소 부분이 에너지를 흡수하여 온도가 상승한다고 밝혀졌다. 이 온도에 의한 팽창 때문에 SiC 결정의 성질로 수평에 균열이 생긴다.

연구를 바탕으로, 레이저를 수백 번 왕복하면서 균열을 표면 전체에 생기게 하는 장치를 개발했다. 화학처리를 하여 Wafer 1장을 깨끗하게 분리시키는 기술을 확립했다.

레이저 슬라이스는 Wafer제조에 있어서 전혀 새로운 방법이다. 다른 물질에서 동일한 원리를 적용할 수 없지만「결정이 횡단면으로 잘리는 성질은 응용할 수 있다」(DISCO)고 한다.


파워 반도체의 보급 지원
고전압에서도 발열하기 어렵게

DISCO의 개발 담당자는「레이저 기술이 담당하는 사회적 역할을 확대해 나가고 싶다」고 포부를 밝혔다. SiC는 고전압에서도 발열하기 어려운 특성이 있으며, 전류나 전압을 제어하는 파워 반도체의 신소재로써 주목된다. 에너지절약 성능이 뛰어나 소비전력을 수%에서 수십% 삭감할 수 있다.

야노(矢野)경제연구소에 의하면, SiC나 GaN(질화 갈륨)으로 만든 차세대 파워 반도체의 세계 시장은, 2025년까지 현재의 20배인 약 31억 달러(약 3500억엔)로 확대될 전망이다.

보급을 확대함에 있어서 과제는 Wafer의 가격과 결정품질이었다. 새로운 가공기술은 이들 에너지 절약 기술의 보급을 지원한다.

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