[KoMiCo Lab] 초고밀도 박막 기술의 결정체, PVD Coating의 진화

 

반도체 공정은 미세화·고집적화를 향해 지속적으로 진화하고 있습니다. 특히 수 나노미터 수준에서 정밀하게 이루어지는 Etching(식각) 공정에서는 내플라즈마성, 표면 안정성, 내마모성 등 장비 부품에 요구되는 조건이 점점 더 까다로워지고 있습니다.

 

이러한 환경 속에서 반도체 장비 부품에 대한 PVD(Physical Vapor Deposition, 물리적 기상 증착) Coating 기술은 고경도, 정밀 표면 조절력을 갖춘 고기능 코팅 솔루션으로 각광받고 있습니다.

 

이번 글에서는 PVD Coating의 특징과 구현 과정에 대해서 자세히 알아보겠습니다.

 

■  PVD Coating 이란?

PVD Coating (Physical Vapor Deposition, 물리적 기상 증착)은 고체 상태의 재료를 진공 상태에서 증발 또는 이온화시켜 이를 기판의 표면에 얇은 박막 형태로 증착하는 코팅 기술입니다. PVD Coating은 고온·고에너지 환경에서도 변형 없이 안정적으로 유지되는 고강도·고정밀 박막을 구현할 수 있어, 반도체 장비 구성 부품의 수명 연장과 공정 신뢰성 확보에 매우 효과적입니다. 

 

PVD Coating의 원리는 증착 재료를 진공 환경에서 증발 또는 이온화시켜 금속 또는 세라믹 입자를 생성하는 것에서 시작됩니다. 이 입자들은 전자빔 가열, 고속 이온 충돌(스퍼터링)의 방식으로 생성되며, 생성된 입자들은 높은 운동 에너지를 가지고 특정 방향으로 이동하게 됩니다. 이때 높은 진공 환경일수록 입자들이 산소나 기타 불순물과 충돌하지 않고 깨끗하게 기판까지 도달할 수 있어 고순도 박막 형성이 가능합니다.

 

기판에 도달한 입자들은 표면에 강하게 응착되며, 수십 나노에서 수 마이크로미터 두께까지 정밀하게 제어 가능한 박막을 형성합니다. 이 박막은 일반적으로 매우 치밀하고 고밀도로 구성되어 있으며, 높은 경도와 강한 접착력을 통해 장시간의 플라즈마 노출에도 손상되지 않고 견딜 수 있습니다.

 

 

▲ PVD Coating Image (좌: E-Beam 방식 / 우: Sputter 방식)

 

 

이러한 PVD Coating은 증착 방식에 따라 크게 E-beam 방식과 Sputter 방식으로 나뉘며, 각 방식은 서로 다른 공정 특성과 장점을 가지고 있습니다.

 

E-beam PVD Coating은 고체 재료를 전자빔(Electron Beam)으로 고온 가열하여 증발시키고, 생성된 증기를 기판 표면에 증착하는 방식입니다. 이 방식은 고순도 박막 형성과 두께 정밀도 제어에 뛰어나며, 특히 고온·고에너지 환경에서 사용되는 고신뢰성 부품 코팅에 적합합니다.

 

반면, Sputter PVD Coating은 플라즈마 상태에서 고속 이온이 타겟 재료에 충돌해 표면 원자를 방출시키고, 이를 기판에 증착하는 방식입니다. 이 방식은 우수한 밀착력과 균일한 구조 형성이 강점이며, 복잡한 형상의 부품에도 정밀하고 균일한 코팅이 가능해, 다양한 식각 공정용 부품에 효과적으로 적용되고 있습니다.

 

Coating Material		APS - Y₂O₃	PVD - Y₂O₃
Roughness (Ra, ㎛)		2~6 (controllable)	≤ 0.05
Physical Property	Porosity (%)	3~5	Zero
	Hardness (Hv)	400~450	> 1,000

 

PVD Coating의 주요 장점으로는 다음과 같습니다. 

 

1. 고밀도·균일 구조 형성
   PVD Coating은 고체 재료를 물리적으로 증발 또는 이온화하여 진공 상태에서 기판에 박막으로 증착하는 방식으로, 매우 치밀하고 균일한 구조를 갖춘 고밀도 코팅층을 형성합니다.
2. 고강도 박막 구현
   KoMiCo의 PVD Coating은 경도 1,000 Hv 이상의 고강도 박막을 구현할 수 있어, 플라즈마 손상 및 반복 마찰에 의한 침식으로부터 장비 부품을 효과적으로 보호합니다.
3. 초정밀 표면 조도 제어
   표면 조도(Ra)를 0.05μm 이하 수준으로 정밀하게 제어함으로써, 파티클 비산 가능성을 획기적으로 줄입니다.

 

이러한 구조적 완성도는 Etching 공정과 같이 극한의 조건에서도 안정적인 코팅 성능을 유지하게 해주며, 결과적으로 고품질 웨이퍼 생산과 공정 일관성 확보에 크게 기여합니다.

 

▲ PVD Coating 적용 제품 사진 (좌: MESA Gas Injector / 우: G5 Window)

 

 

PVD Coating은 파티클 민감도가 높은 반도체 식각 공정에서 핵심 부품인 Gas Injector, Window 등에 적용되고 있습니다. 고밀도·저공극 구조를 가진 PVD 코팅층은 부산물이나 타겟 재질이 박리되어 파티클로 변하는 현상을 효과적으로 제어하여 공정 일관성을 유지할 수 있게 해줍니다. 이러한 기술적 특장점 덕분에 KoMiCo의 PVD Coating은 반도체 식각 공정의 정밀도를 높이고, 장비 신뢰성 향상과 수율 개선에 기여하는 고부가가치 솔루션으로 각광받고 있습니다.

 

다음 내용에서는 KoMiCo의 또 다른 핵심 표면 기술인 Anodizing에 대해서 소개해드릴 예정입니다. Anodizing은 알루미늄 계열 소재의 내식성과 표면 경도를 향상시켜 장비 부품의 수명을 연장하고, 공정 안정성을 확보하는 데 중요한 역할을 합니다. KoMiCo가 어떻게 Anodizing 기술을 차별화하고 있는지, 다음 편도 많은 관심과 기대 부탁드립니다.

 

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<About KoMiCo>

KoMiCo는 1996년 국내 최초로 반도체 장비 부품의 세정 및 코팅 서비스를 사업화한 기업으로, 미국, 중국, 대만, 싱가포르 등 글로벌 거점을 기반으로 세계 유수 반도체 기업들로부터 품질을 인증받은 Global No.1 기업입니다.

KoMiCo는 세정·코팅 신기술을 바탕으로 기존 사업의 고도화는 물론, OEM 반도체 장비용 핵심 부품 개발과 시장 확대를 통해 사업 영역을 지속적으로 확장하고 있습니다. 앞으로도 고객의 생산성과 수율 향상에 기여하며, 반도체 장비 부품 분야의 글로벌 선도 기업으로 나아가겠습니다.