▲ ㈜삼양세라텍이 제작한 반도체 식각 장비용 B4C 포커스링

파인 세라믹 공정장비 전문기업 ㈜삼양세라텍(대표 주경)이 반도체 식각 장비의 차세대 포커스링(Focus Ring) 소재로 유력한 B4C(Boron Carbide:보론카바이드) 포커스링을 양산화하기 위한 장비 개발을 완료했다. B4C 포커스링 상용화의 걸림돌이었던 품질문제, 단가 문제 등을 자체 장비와 기술로 해결함으로써 우리나라 반도체 경쟁력 강화 및 공급망 강화에 기여할 전망이다.

㈜삼양세라텍은 2019년 특허출원된 고온탈형 가압소결 기술을 B4C 포커스링 제조 공정에 적용해 보다 적은 비용으로 더 우수한 품질의 B4C 포커스링을 획기적으로 생산할 수 있는 새로운 공정 기술 개발을 완료했다. 해당 기술은 올해 국내 특허는 물론 국제 특허에 출원을 완료한 상태이다.

포커스링은 반도체 공정에서 회로의 불필요한 부분을 제거하는 ‘식각’ 공정에서 사용되는 소모성 부품이다. 실리콘 웨이퍼가 움직이지 않도록 고정하면서 플라즈마를 모아주어 식각밀도를 균일하게 유지하고, 웨이퍼 측면의 오염을 방지하는 역할을 담당한다.

기존 포커스링 소재는 석영(Quartz), 실리콘(Silicon) 등이 사용돼 왔으나 최근 반도체 공정의 급격한 미세화로 플라즈마를 활용한 건식(Dry) 식각 비중이 높아지면서, 고온과 플라즈마에 보다 뛰어난 내성을 가진 탄화규소(SiC)에 대한 수요가 증가하는 추세다.

그러나 국내 최대 S 전자는 이에 만족하지 않고, 기존 SiC 포커스링을 대체할 새로운 소재로 고온 및 플라즈마에 대한 내구성이 강하면서도 경도가 더 높은 B4C를 가장 유력한 후보로 꼽고 개발을 추진 중이다. 현재 관련 기술을 보유한 협업사와 공정 적용을 위한 품질테스트를 진행 중인 것으로 알려져 있다.

이는 해외 수입 부품 의존도를 낮추고 날로 증대되는 메모리칩 수요를 충족시키기 위한 것으로 파악된다. 기존 SiC 포커스링의 교체주기는 15~20일에 불과하지만 B4C는 20~25일까지 교체주기를 늘릴 수 있어 비용절감과 생산성 향상에 효과적이다. 또한 반도체 미세화 공정이 심화되면서 첨단 공정 구현에 필요한 높은 신뢰성과 내구성도 확보할 수 있다. 이러한 업계의 요구에 부응해 ㈜삼양세라텍에서는 꾸준한 개발과 시험을 통해 B4C 포커스링 적용의 걸림돌이었던 품질문제, 단가 문제 등을 상당부분 해결하고 상용화를 목전에 두고 있다.

삼양세라텍은 지난 2011년 국내 최초로 열간 가압 방법을 이용한 B4C 방탄판 제조 공정 기술을 확보했으며, B4C 제조공정에 사용되는 열간 가압 소결 장치를 국산화한 국내 유일 기업이다. 이러한 노하우를 바탕으로 B4C 소재 소결의 근본적인 열팽창에 의한 응력 잔류 문제를 근본적으로 해결시킨 새로운 열간 가압 소결 및 동시 고온 탈형 기술을 B4C 포커스링 제조 공정에 접목시켜, 냉각 시 발생하는 금형과 제품의 열팽창계수 차이에 의해 제품 내 발생되는 응력을 제거함으로써 가공시 제품의 파손 및 품질저하를 방지해 불량률을 최소화 시키는 장치 및 공정 기술을 개발했다.

뿐만 아니라, 제품의 형상과 거의 동일한 형상으로 제조가 가능하여 경도가 매우 높기 때문에 발생하는 고비용의 가공비 문제를 해결 할 수 있었다. 이를 통해 고경도 소재의 가공의 어려운 열간 가압 소결 장치의 단점을 극복 가능하게 됨에 따라 품질 향상과 원가 절감이라는 두 마리 토끼를 한번에 잡게 됐다.

현재 ㈜삼양세라텍은 B4C 포커스링 양산화를 위한 설비 투자를 검토 중이다. 양산이 시작되면 2025년까지 약 400억원 매출을 달성하고, 2030년까지 추가 투자를 통해 매출을 1,000억원으로 확대할 계획이다.

현재 반도체 식각 장비와 소모품 등의 국산 비중은 5% 정도에 불과하고, 해외 제품이 국산보다 40% 가량 비싼 가격이 형성된 것으로 알려져 있기 때문에 이번 삼양세라텍의 국산화는 우리나라 반도체 산업 경쟁력 향상에 도움이 될 것으로 기대되고 있다. 아울러 B4C 소재의 가볍고 높은 방탄 효과를 이용한 항공기 방탄재료 확보에도 큰 역할이 기대된다.

주경 삼양세라텍 대표는 “B4C 포커스링을 국산화한다면 국내 반도체 소자업체와 부품업체에서는 기존 거래선을 다변화하고 원가 절감 측면에서도 유리할 것으로 관측된다”며 “미국을 필두로 각국이 글로벌 반도체 공급망 구축에 나서고 있는 상황에서 국내 반도체 산업의 지속적인 발전에 기여할 수 있도록 만반의 준비를 갖추겠다”고 밝혔다.