탄화규소(SiC)는 국가 방위에 필수적인 기술일 뿐만 아니라 전 세계 자동차 및 에너지 산업의 핵심 소재입니다. SiC 단결정 가공의 첫 번째 핵심 단계인 웨이퍼 슬라이싱은 후속 박막화 및 연마 공정의 품질을 직접적으로 좌우합니다. 기존의 슬라이싱 방식은 표면 및 표면 아래에 균열을 발생시켜 웨이퍼 파손율과 제조 비용을 증가시키는 경우가 많습니다. 따라서 표면 균열 손상을 제어하는 것은 SiC 소자 제조 기술 발전에 매우 중요합니다.
현재 SiC 잉곳 슬라이싱은 두 가지 주요 과제에 직면해 있습니다.
- 기존 다중 와이어 톱질 방식의 높은 재료 손실률:SiC는 극도로 단단하고 취성이 강하여 절단, 연삭 및 연마 과정에서 변형 및 균열이 발생하기 쉽습니다. 인피니언의 데이터에 따르면, 기존의 왕복식 다이아몬드-레진 본딩 멀티 와이어 톱질 방식은 절단 시 재료 활용률이 50%에 불과하며, 연마 후 웨이퍼 한 장당 총 손실량이 약 250μm에 달하여 실제로 사용 가능한 재료가 극히 적습니다.
- 낮은 효율성과 긴 생산 주기:국제 생산 통계에 따르면 24시간 연속 멀티와이어 쏘잉 방식으로 웨이퍼 1만 장을 생산하는 데 약 273일이 소요됩니다. 이 방식은 광범위한 장비와 소모품을 필요로 할 뿐만 아니라 표면 조도가 높고 오염 물질(먼지, 폐수)을 발생시킵니다.
이러한 문제들을 해결하기 위해 난징대학교의 시우샹첸(Xiu Xiangqian) 교수 연구팀은 초고속 레이저 기술을 활용하여 결함을 최소화하고 생산성을 극대화하는 고정밀 SiC 레이저 슬라이싱 장비를 개발했습니다. 20mm SiC 잉곳의 경우, 이 기술은 기존 와이어 절단 방식에 비해 웨이퍼 수율을 두 배로 높입니다. 또한, 레이저로 슬라이싱된 웨이퍼는 뛰어난 기하학적 균일성을 보여 웨이퍼 두께를 200μm까지 줄일 수 있어 생산량을 더욱 증대시킬 수 있습니다.
주요 장점:
- 4~6인치 반절연 SiC 웨이퍼와 6인치 전도성 SiC 잉곳을 절단하는 데 적합한 대규모 시제품 장비에 대한 연구 개발을 완료하고 유효성을 검증했습니다.
- 8인치 잉곳 절단에 대한 검증이 진행 중입니다.
- 절단 시간이 현저히 단축되고 연간 생산량이 증가하며 수확량이 50% 이상 향상되었습니다.
XKH의 4H-N형 SiC 기판
시장 잠재력:
이 장비는 현재 높은 가격과 수출 제한으로 인해 일본산 수입품이 시장을 장악하고 있는 8인치 SiC 잉곳 슬라이싱의 핵심 솔루션이 될 것으로 예상됩니다. 레이저 슬라이싱/박막 가공 장비에 대한 국내 수요는 1,000대를 넘지만, 중국산 제품은 아직 완성도가 높지 않습니다. 난징대학교의 기술은 막대한 시장 가치와 경제적 잠재력을 지니고 있습니다.
다양한 소재와의 호환성:
이 장비는 실리콘 탄소(SiC) 외에도 질화갈륨(GaN), 산화알루미늄(Al₂O₃), 다이아몬드의 레이저 가공을 지원하여 산업적 응용 분야를 넓힙니다.
이 혁신은 SiC 웨이퍼 가공 방식을 혁신함으로써 반도체 제조의 주요 병목 현상을 해결하는 동시에 고성능 및 에너지 효율적인 소재를 향한 세계적인 추세에 부합합니다.
결론
실리콘 카바이드(SiC) 기판 제조 분야의 업계 선두 기업인 XKH는 신에너지 자동차(NEV), 태양광(PV) 에너지 저장 장치, 5G 통신과 같은 고성장 분야에 특화된 2~12인치 풀사이즈 SiC 기판(4H-N/SEMI형, 4H/6H/3C형 포함)을 제공합니다. XKH는 대형 웨이퍼 저손실 슬라이싱 기술과 고정밀 가공 기술을 활용하여 8인치 기판의 양산을 실현하고 12인치 전도성 SiC 결정 성장 기술에서 획기적인 발전을 이루어 칩 단위당 비용을 크게 절감했습니다. 앞으로도 당사는 잉곳 레벨 레이저 슬라이싱 및 지능형 응력 제어 공정을 지속적으로 최적화하여 12인치 기판 수율을 세계 경쟁력 있는 수준으로 끌어올림으로써 국내 SiC 산업이 국제적인 독점 체제를 타파하고 자동차용 칩 및 AI 서버 전원 공급 장치와 같은 고급 분야에서 확장 가능한 애플리케이션 개발을 가속화할 수 있도록 지원할 것입니다.
XKH의 4H-N형 SiC 기판
게시 시간: 2025년 8월 15일