반도체 유리기판 상용화에 있어 당면 과제는 '유리 가공'이다. 반도체에 적용하려면 신호를 전달하는 통로(글래스관통전극·TGV)를 만들어야 하고, 칩에 맞게끔 유리를 잘라야 한다. 그런데 유리다보니 작은 충격에도 금이나 균열, 부스러기 등이 생기기 쉽다. 또 이동 중에 깨지기 쉬운 게 유리다. 반도체용 유리기판을 제조하는 과정에서 발생하는 '미세 균열(마이크로 크랙)' 제어가 시장 개화의 첫 관문이라는 게 업계 평가다.
반도체 유리기판은 원장에 TGV를 만드는 공정으로 시작된다. 이후 미세 회로를 형성하기 위한 노광·현상을 진행하고, TGV와 회로 패턴에 맞게 구리를 도금한다. 이 같은 과정을 '코어 층 공정'이라 한다.
이후 아지노모토빌드업필름(ABF) 등 절연 소재를 깔고, 회로 층을 덮은 다음 다시 층 간 연결 구멍(비아)과 패턴을 만드는 과정을 '빌드업 층' 공정이라고 한다. 반도체 유리기판 특성에 따라 공정을 몇 차례 반복할 수 있다.
기존 반도체 기판과 달리 유리 가공 기술이 요구되는 첫단계가 TGV다. 업계에서 가장 주목하는 공정이기도 하다.
TGV 공정은 레이저로 홈을 판 후 식각으로 완전한 형태를 만드는 것이 현재 주류를 이루고 있다. LPKF·필옵틱스·이오테크닉스 등 레이저 업계가 켐트로닉스·솔브레인·램테크놀로지 등 식각 소재 업체와 힘을 합쳐 일하는 이유다.
문제는 수십마이크로미터(㎛) 크기의 TGV를 만들면서 가해지는 충격이다. 이 때문에 미세 균열이 발생할 수 있는데, TGV 공정 단계서는 큰 문제가 없다가 향후 추가 공정이나 이동 시 미세 균열이 커지면서 유리 깨짐이나 찢어지 듯 들떠 버리는 '세와레(SEWARE)' 현상을 야기한다. 반도체 유리기판 양품으로는 사용할 수 없다는 의미다.
업계 관계자는 “최근 유리기판 샘플을 비행기로 이동하면서 깨지거나 세와레가 발생하기도 했다”며 “공정 온도 뿐 아니라 기압에 의해 미세 균열이 확대될 수 있다는 증거”라고 말했다.
미세 균열은 기판을 절단할 때도 발생한다. 공정이 끝난 원장을 자르는 공정으로 역시 레이저를 활용한다. 절단 뿐 아니라 절단 후 표면을 매끈하게 하기 위한 연마 과정에서도 미세 균열이 유리기판 품질에 영향을 미친다. 이 때문에 레이저앱스 등 일부 기업은 기판 피해를 최소화하기 위해 연마 없는 절단 기술을 개발하기도 했다.
설상가상으로 미세 균열은 공정 과정에서 파악하기도 쉽지 않다. 크기가 나노미터(㎚) 수준인 미세 균열이 어디에 위치해 있는지, 유리 원장 전체를 검사해야만 알 수 있어서다. 단 하나의 미세 균열도 공정 중에 어떻게 확산될지 모르기 때문에 수율 안정화의 걸림돌로 남아 있다. 유리기판 검사 장비 업계의 과제이기도 하다.
쇼트·코닝·아사히글라스 등 유리 소재 업체에서도 이 미세 균열 발생을 최소하기 위한 물성 연구가 한창인 것으로 전해진다. 전례 없던 제품에 활용할 최적화된 유리가 필요한 것이다.
절연 필름이나 감광·현상·식각액 등 소재 변화도 요구된다. 대부분 플라스틱 소재(PCB)나 인터포저용 실리콘에 맞춰져 유리를 위한 소재 고도화 작업도 필요하다. 일부 공정에서는 절연 필름이 유리에 부착되지 않거나 공정 후 찢어지는 등 현상이 나타나는 것으로 알려졌다.
반도체 유리기판 상용화를 위해서는 이같은 도전 과제가 해결돼야만 가능하다는 것이 중론이다.
업계 관계자는 “현재 다수 업체가 반도체 유리기판 샘플을 테스트하고 있지만 양품으로 남는 건 많지 않다”며 “미세 균열 제어 등 여러 유리 가공 기술 난제를 해결해야 본격적인 상용화에 돌입할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
권동준 기자 djkwon@etnews.com
