생기원, 도금두께 편차 2% 이내의
高 평탄도 반도체 구리 도금액 개발
국내 기업에 기술을 이전해 제품 출시


한국생산기술연구원(생기원)은 31일, 고평탄도의 반도체용 ‘구리 도금액’ 원천기술을 독자 개발하고, 기술이전 기업과 함께 제품을 출시해 첫 국산화를 이뤄냈다.

구리 도금액은 웨이퍼 위 회로 패턴을 구리로 도금해 해당 부분만 전기적 특성을 띠게 하는 ‘범핑(Bumping)’ 공정에 주로 사용된다. 일본, 미국으로부터 전량 수입에 의존해 반도체 전(全) 공정 중 유일하게 ‘국산화율 제로(0%)’ 소재다.

생기원 친환경열표면처리연구부문 이민형 박사 연구팀은 3년간 15,000번가량의 실험 끝에, 도금막 표면을 평탄하게 조절해주는 여러 유기 첨가제 중 최적의 첨가제와 혼합비율을 찾아내 도금두께 편차 2% 이내의 고평탄도를 구현했다.

보통 도금 후에는 표면이 물방울처럼 볼록해지는데, 이를 평탄하게 할수록 전류가 고르게 전달돼 생산수율과 최종제품의 성능이 향상된다. 개발된 도금액은 볼록한 모양과 오목한 모양을 합치면 평평해진다는 정반합의 원리를 기반으로 ‘볼록 형상 유도제’와 ‘오목 형상 유도제’ 두 첨가제의 비율을 도출, 혼합하여 구현됐다.

수요기업에서의 공정테스트 결과, 최대 분당 3마이크로미터(㎛)의 고속도금 속도에서 도금두께 편차 ‘2% 이내’의 고평탄도 확보가 가능해 기존 외산 소재 대비 생산성이 약 150%가량 향상된 것으로 나타났다. 또한 그간 쌓아온 수많은 첨가제 혼합실험 결과를 데이터베이스화함으로써, 수요기업이 원하는 형태로 위로 볼록하거나 아래로 오목한 특성의 맞춤형 도금액을 제작할 수 있단 것도 장점이다.

연구팀은 지난해 12월, 해당 기술을 국내 전자소재 기업에 이전하고 제품을 출시했다. 지난 6개월간 반도체 대기업 제조공정에서 시험 평가를 진행했다. 이전된 기술은 ‘양산’을 전제로 모든 도금 조건과 변수를 고려해 개발됐기 때문에 기술이전부터 제품출시, 대기업 시험 평가 단계까지 8개월 만에 진행됐다.

현재 해당 대기업으로부터 12인치 대형 웨이퍼 및 차세대 반도체 제품에서 필요로 하는 도금 특성을 모두 만족한다는 피드백을 받은 상태다. 수개월 내로 평가가 성공적으로 마무리되면, 국내 반도체 생산제품의 약 80%에 들어가는 도금 소재·장비의 첫 국산화가 이뤄지고, 일본 등에 역(逆)수출도 가능할 전망이다.

생기원 이민형 박사는 “약 2천억 원 규모의 반도체 도금액 시장은 대기업이 진출하긴 작고, 중소기업에겐 고도의 기술력이 필요한 분야라 국산화가 더뎠다”라며, “3차원 집적회로 구현을 위한 실리콘관통전극(TSV) 제품 개발에 이어 다양한 산업에서 활용 가능한 고성능 주석-은, 인듐 도금액도 연구할 계획”이라 밝혔다.