반도체 8대 공정④-특정 회로패턴을 구현하는 식각공정, 관련주

■ 부식작용을 이용하는 동판화 에칭(Etching)기법과 흡사한 식각공정

학창시절, 미술시간에 한 번쯤 만들어 보았던 판화를 기억하시나요? 판화는 나무·금속·돌 등의 면에 형상을 그려 판을 만든 다음, 잉크나 물감 등을 칠하여 인쇄하는 회화의 한 장르인데요, 식각공정은 판화 기법의 한 종류인 에칭(Etching)기법과 매우 비슷한 원리를 가지고 있습니다.

‘빛과 어둠의 화가’로 알려져 있는 렘브란트나 18세기 말 천재화가 고야의 작품에는 정교하고 세밀한 선을 살린 에칭기법을 활용한 판화들이 많은데요, 간단히 말해 에칭기법은 부식을 방지하는 그라운드를 바른 동판에 날카로운 도구(송곳, 니들, 바늘 등)로 긁어내어 판을 노출시킨 후 부식액(묽은 질산)에 넣어 부식의 진행 정도를 조절하며 이미지를 만드는 방법입니다.

ⓒ 삼성반도체이야기

식각공정 역시 웨이퍼에 액체 또는 기체의 etchant를 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거해 반도체 회로 패턴을 만드는 것인데요, 반도체를 구성하는 여러 층의 얇은 막에 원하는 회로 패턴을 형성하는 과정을 반복함으로써, 반도체의  구조가 형성됩니다. 

식각공정은 식각 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 습식(wet)과 건식(dry)으로 나뉘게 되는데요, 판화가 날카로운 도구를 사용해 벗겨 냈다면, 반도체는 날카로운 도구 대신 포토공정(빛과 감광액)을 이용하여 부식 방지막을 형성하고, 부식액 역할을 하는 습식이나 건식 etchant로 불필요한 회로를 벗겨 내는 것입니다. 

습식에 비해 건식은 비용이 비싸고 방법이 까다로운 단점이 있으나, 최근에는 나노스케일로 집적화되는 반도체 기술변화에 따라 회로선폭 역시 미세해지고 이에 따른 수율을 높이기 위한 방법으로 습식(Wet)보다는 건식(Dry)식각이 확대되고 있습니다.

■ 플라즈마 상태를 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 없애는 건식 식각

 

그렇다면, 건식 식각(Dry etching)은 어떤 방법을 통해 회로 패턴 이외에 불필요한 부분을 제거하는 것일까요?

건식 식각은 플라즈마 식각이라고도 하는데요, 일반 대기압보다 낮은 압력인 진공 챔버(Chamber)에 Gas를 주입한 후, 전기 에너지를 공급하여 플라즈마를 발생시킵니다. 여기서 플라즈마란, 고체-액체-기체를 넘어선 물질의 제 4 상태로 많은 수의 자유전자, 이온 및 중성의 원자 또는 분자로 구성된 이온화된 기체입니다. 이온화는 전기적으로 중성인 원자 혹은 분자가 자신이 보유하고 있던 전자를 떼어 내거나 추가 확보함으로써, 양전하 또는 음의전하 상태로 바뀌는 현상입니다.

ⓒ 삼성반도체이야기

플라즈마는 전기에너지에 의해 형성된 충분한 크기의 자기장이 기체에 가해질 때, 기체가 충돌하고 이온화됨으로써 발행하는데요. 즉, 자기장이 자유전자를 가속화시켜 높은 에너지를 가진 자유전자가 중성의 원자나 분자와 충돌하여 이온화를 일으키게 되는 것입니다.

이 때 이온화에 의해 생성된 추가 전자도 연쇄 반응(Avalanche)에 의해 또 다른 이온화를 일으키면서 이온의 수가 기하 급수적으로 늘어나게 되는데, 이 상태를 바로 ‘플라즈마 상태’라고 합니다. 플라즈마 상태에서 해리된 반응성 원자(Radical Atom)가 웨이퍼 위를 덮고 있는 막질 원자와 만나 강한 휘발성을 띠면서 표면에서 떨어져 나가게 되는 것입니다. 이러한 반응을 통해 감광액(PR, Photo Resist) 보호막으로 가려져 있지 않은 막질은 제거됩니다.

건식 식각 과정에서는 몇 가지 유의해야 할 사항들이 있는데요,

첫 번째는 균일도(Uniformity)를 유지하는 것입니다. 여기서 균일도란 식각이 이루어지는 속도가 웨이퍼 상의 여러 지점에서 얼마나 동일한 가를 의미합니다. 균일도가 중요한 이유는 일정한 시간 동안 공정을 진행한 상태에서 웨이퍼의 부위에 따라 식각 속도가 다를 경우, 형성된 모양이 부위별로 다르게 되어 특정 부위에 위치한 칩의 경우 동작하지 않아 불량이 발생하거나 특성이 달라지는 문제가 발생할 수 있기 때문입니다.

두 번째는 식각속도(Etch Rate)입니다. 이는 일정시간 동안 막질을 얼만큼 제거할 수 있는지를 의미하는데, 식각속도는 주로 표면 반응에 필요한 반응성 원자와 이온의 양, 이온이 가진 에너지에 의해서 변화합니다. 즉, 원자와 이온의 양, 이온이 가진 에너지 등에 따라 식각속도가 달라지는데, 이러한 인자의 컨트롤어빌리티를 증가시켜 전체적인 수율을 향상시키기 위한 노력을 하고있습니다.

이 밖에도 선택비(Selectivity), 형상(Profile) 등이 건식 식각의 주요인자로 중요하게 여겨지고 있습니다.

지금까지 반도체 회로패턴을 완성하는 식각 공정(Etching)에 대해 알아보았습니다. 집적회로 기술의 산물인 반도체는 필요 물질의 박막(Thin Film)을 실리콘 기판 전면에 바른 후 남기고자 하는 모양에 보호층을 덮어 이외의 부분을 깎아내는 작업이 여러 번 반복되는데요, 이 모든 공정은 안전하게 설계된 장비 안에서 이루어 집니다.

 

 

■ 식각공정 관련주

후성

동사는 2006년 11월 23일에 설립되었으며, 2006년 12월 22일 한국거래소 유가증권시장에 상장됨.
동사는 냉매가스, 반도체용 특수가스, 2차전지 전해질 소재 'LiPF6' 를 국내에서 유일하게 전문적으로 제조, 판매하는 업체임.
동사는 '후성폴란드유한회사'를 비롯하여 총 5개의 연결대상 종속회사를 가지고 있으며 기업집단 '후성그룹'에 속해 있는 기업임.

- 2006년 11월에 화학, 신소재와 자동차 보조매트 부문의 사업영역 전문화를 목적으로 퍼스텍(주)으로부터 인적분할하여 설립, 불소를 기반으로 한 기초화합물의 제조, 판매업 영위.
- 불소화합물뿐만 아니라 냉매가스와 반도체 특수가스 및 2차전지 전해질 소재 등에서 국내 유일의 제조사이거나 독보적인 지위로 사업을 진행하고 있음.
- 연결대상 종속기업으로는 중국 현지법인인 소주후성화공유한공사, 후성과기(남통)유한공사, 후성신재료(남통)유한공사, 후성폴란드유한회사를 보유하고 있음.

- 글로벌 경기회복세와 전방 반도체 및 이차전지 시장의 성장, 중국 법인의 생산능력 확대 등으로 주력 불소화합물 판매 증가하며 전년동기대비 매출 성장.
- 매출 성장에 따른 원가 및 판관비 부담의 완화로 영업이익은 전년동기대비 흑자전환, 지분법손실과 법인세 증가에도 순손실 규모는 전년동기대비 축소.
- 글로벌 경기 개선으로 불소화합물 수요 증가, 중국 전기차 시장의 양호한 성장세, 배터리 전해액 첨가제와 반도체 특수가스 부문의 증설 등으로 외형 확대 전망.

 

 

 

솔브레인

동사는 인적분할로 설립된 신설회사로 2020년 8월 재상장하였으며 분할 전 회사인 솔브레인홀딩스의 사업 중 반도체 및 전자 관련 화학재료 제조 및 판매 사업부문을 영위하고 있음.
삼성전자, SK하이닉스, LG디스플레이 등 국내 반도체 및 디스플레이 제조사에 공정용 화학 재료 등을 안정적으로 공급.
해외시장 진출을 위하여 중국에 반도체 공정재료 생산 및 판매를 위한 현지법인인 솔브레인(시안)전자재료유한공사 설립.

- 2020년 7월 솔브레인홀딩스에서 인적분할되어 설립된 기업으로 반도체, 디스플레이, 2차전지 소재를 전문으로 사업운영 중이며, 존속기업인 솔브레인홀딩스는 지주회사로 전환.
- 반도체 공정용 화학재료, 디스플레이 공정용 화학재료, 2차전지 소재 등을 주요 생산, 판매하는 바, 국내의 주요 반도체, 디스플레이업체 등에 납품하고 있음.
- 주요거래처는 삼성전자, 삼성디스플레이, SK하이닉스, LG디스플레이 등이며, 그외 삼성SDI, SK이노베이션, LG화학에 2차전지 관련 제품을 납품함.

- 인적분할에 따른 신규설립으로 반기 기준 매출액 482,670백만 원, 영업이익 93,654백만 원, 반기순이익 73,074백만 원을 시현하였음.
- 실질적 무차입경영으로 낮은 부채 수준 유지하며 자산대비 충분한 자기자본을 보유하고 있는 바, 우량한 재무구조 견지.
- 글로벌 경기 개선으로 반도체, 디스플레이용 화학재료 수요 증가가 기대되며, 2차전지 시장 성장에 따른 2차전지용 소재 수요 증가 등으로 매출 성장 전망.

 

 

 

 

테스

동사는 반도체 제조에 필요한 전공정 장비(PECVD, LPCVD, Gas Phase Etch&Cleaning 등)의 제조를 주된 사업으로 영위함.
2013년 반도체 전공정 장비인 LPCVD와 PECVD의 양산에 성공하였고, 비정질탄소막을 증착하여 신규 PECVD는 반도체 3D NAND 공정에 적용함.
주요 매출 구성은 반도체 장비(PECVD,GPE)와 디스플레이 장비(UVC LED 장비 등)으로 82.42% 이루어짐.

- 반도체 전공정 핵심장비인 CVD와 ETCH 장비 제조업을 주력사업으로 영위하고 있으며, 이외에 디스플레이, LED 장비 제조업도 병행하고 있음.
- 삼성전자, SK하이닉스 중심의 반도체 업체들로부터 주문제작을 받아 설비의 판매, 설치를 담당하고 있는 가운데, 수출은 동 반도체 업체들의 중국 법인과 연계하여 발생하고 있음.
- 트레이 어셈블리 및 이를 구비한 박막증착장치 등 OLED 장비 적용 기술 관련 다수의 특허 취득으로 OLED 장비 제품경쟁력 강화 중.

- 삼성전자의 시안 2기 낸드 및 SK하이닉스의 128단 투자 등에 따른 관련 장비의 공급물량 증가로 매출 규모는 전년동기대비 크게 확대.
- 큰 폭의 외형 성장에 따른 원가부담 완화로 영업이익률 전년동기대비 상승하였으며, 금융자산평가 등 금융수지 개선으로 순이익률도 상승.
- 전방 디스플레이 산업의 투자 확대와 파운드리용 신규 장비의 매출 가시화 등이 기대되나 메모리 반도체 산업의 업황 둔화 등으로 매출 성장폭은 축소될 듯.

 

이엔에프테크놀로지

동사는 국내 포토레지스트용 핵심원료를 생산하는 기업이며, 삼성전자 등 주요 반도체 제조사의 포토레지스트의 사용량 증가에 따라 핵심원료의 시장규모도 대폭 확대되고 있음.
동사의 전자재료 사업부문의 품목은 크게 프로세스케미칼(식각액, 신너, 현상액, 박리액 등), 화인케미칼(포토레지스트용 원료등), 칼라페이스트로 구분됨.

- 반도체/디스플레이 프로세스케미칼 제조 및 판매를 목적으로 2000년 5월 설립되었으며, 2009년 5월 코스닥시장에 상장함.
- 주요 품목은 프로세스 케미칼(신너, 현상액, 식각액, 박리액 등), 화인케미칼(포토레지스트용 원료 등), 칼라페이스트로 구분되며, 이를 통해 100%의 매출 발생.
- 중국과 미국 진출을 목적으로 2010년 6월 홍콩, 2018년 6월 미국 현지법인을 설립하였으며, 2018년 6월 LG상사와의 합작사인 엘바텍을 청산하며 2차전지 사업은 중단.

- 내수 판매 증가에도 수출이 부진한 가운데 프로세스케미칼, 화인케미칼의 판가 하락, 해외법인의 부진 등으로 전년동기대비 매출 소폭 감소.
- 원가구조 저하, 경상연구개발비 증가로 판관비 부담 확대되며 전년동기대비 영업이익률 크게 하락, 영업수지 저하로 법인세비용 감소 등에도 순이익률도 하락.
- 글로벌 경기 개선으로 프로세스케미칼, 화인케미칼 수요 증가가 기대되며, 중국, 미국법인의 부진 완화 등으로 매출 성장 전망.

 

참고 : 삼성반도체이야기, 네이버금융, NICE