[알아봅시다] 블랭크 마스크(Blank Mask)

반도체ㆍLCD 회로인쇄 핵심재료'포토마스크'에 전자회로 입히기 전 '백지상태' 석영 유리판사진 촬영 전 피사체 담기지 않은 필름과 유사해투광막 유무ㆍ용도따라 분류… 최근 국산화 성공

반도체와 LCD를 만들 때 반드시 필요한 재료가 포토마스크(Photomask)라는 것입니다. 포토마스크는 반도체와 LCD 기판에 필요한 전자회로를 그려넣기 위한 일종의 회로 필름이라고 생각하면 이해가 쉽겠습니다.

포토마스크는 엔지니어가 설계한 전자회로를 노광시스템(Manufacturing Beam Exposure System)을 이용해 석영기판 위에 형상화한 제품입니다. 회로가 새겨진 포토마스크를 반도체 웨이퍼나 LCD 유리기판 위에 놓고 빛을 통과시키면 빛이 닿은 부분만 화학반응이 일어나 반도체, LCD 기판 위에 전자회로 패턴이 형성되는 것이죠.

포토마스크라는 이름은 노광시스템을 거치는 공정이 마치 사진을 현상하는 것과 비슷해 붙여졌습니다. 피사체가 담긴 필름으로 사진을 현상하는 것과 같이 전자회로가 담긴 포토마스크를 통해 반도체와 LCD가 만들어지는 것입니다.

◇블랭크 마스크란= 이처럼 중요한 포토마스크의 원재료를 블랭크 마스크(Blank Mask)라고 하는데, 전자회로가 찍힌 필름 형태의 포토마스크가 생성되기 전의 깨끗한 상태의 원판 필름이라고 생각하면 됩니다. 블랭크 마스크는 전자회로 패턴이 형성되기 전의 마스크로 석영유리기판 위에 크롬(Cr)과 크롬화합물의 금속박막 필름을 입힌 형태로 이뤄져 있습니다.

포토마스크를 사진이 찍혀 있는 필름이라고 한다면 블랭크 마스크는 사진을 찍기 전, 피사체가 담기기 전의 필름이라고 할 수 있겠습니다. 전자회로가 새겨진 마스크가 포토마스크이고, 그 원판이 바로 블랭크 마스크랍니다.

블랭크 마스크는 쿼츠(Quartz)라는 기판 위에 금속막과 감광막이 도포된 형태로 이뤄져 있는데요. 블랭크 마스크는 쿼츠라는 원재료로 만들어집니다. 쿼츠는 `석영'을 뜻하는데요, 반도체 전공정에 필요한 석영유리기판을 의미합니다. 이 쿼츠 위에 크롬막 및 크롬산화질화막의 금속박막필름을 증착하고, 그 위에 레이저 또는 전자빔용 감광액을 도포해 블랭크 마스크가 만들어집니다.

◇블랭크 마스크의 종류= 일반적으로 블랭크 마스크는 `위상 반전막'이라는 투광막의 유무에 따라 BIM 블랭크 마스크(Binary Mask)와 PSM 블랭크 마스크(Phase Shifter mask)의 두 종류로 구분됩니다. PSM 블랭크 마스크에 포함된 위상 반전막은 노광기의 빛을 투과하는 막으로써 노광기 빛의 강도를 감쇠시키는 역할을 합니다. 고집적화된 반도체 장치에서는 더욱 미세한 패턴이 요구되는데요. 빛의 강도가 너무 높으면 미세한 회로를 새기는데 어렵겠죠. 따라서 최근 반도체 공정에서는 주로 PSM 블랭크 마스크가 사용돼 고해상도에 미세한 회로패턴을 만들게 되는 것입니다.

블랭크 마스크는 또 반도체용과 LCD용으로 사용처에 따라 나누기도 하는데요. 마스크 크기의 4분의1로 축소돼 회로패턴이 그려지는 반도체와 달리 LCD용 블랭크 마스크는 마스크와 유리기판의 크기가 1대1로 대응합니다. 반도체용 블랭크 마스크는 가로 세로 길이가 12.7∼17.8Cm로 소형인데 비해 LCD용은 33？45Cm 크기에서부터 135？150Cm까지 비교적 대형입니다. LCD 기판 크기가 기술 세대가 지날수록 대형화하는 흐름이 블랭크 마스크에도 그대로 적용되는 것입니다.

◇블랭크 마스크의 국산화= 불과 5∼6년 전만 해도 세계 블랭크 마스크 시장은 일본 업체들이 독점했습니다. 국내 반도체와 디스플레이 업체들은 호야(Hoya)와 울코트(Ulcoat) 등 일본 업체에서 블랭크 마스크를 전량 수입했습니다. 그만큼 반도체와 LCD 핵심 소재에서 일본 의존도가 높았다고 볼 수 있습니다. 일본 업체에서 블랭크 마스크 가격을 턱없이 올리거나 무리한 요구를 해도 눈물을 머금고 수입할 수밖에 없었습니다. 하지만 2003년 국내 업체인 에스앤에스텍이 블랭크 마스크 자체 개발에 성공해 삼성전자와 하이닉스 등 국내 기업에 공급하기 시작했습니다. 이어 미국, 중국, 대만 등지에 수출도 하게 됐죠. 이로써 일본 업체들이 독점하던 블랭크 마스크 시장이 다변화됐고, 국내 반도체와 LCD 업체들의 가격 경쟁력을 높이는데 기여했습니다.

블랭크 마스크는 단순한 사각형의 유리판 같아 보이지만, 그 속에는 고도로 집적된 기술의 결정체가 숨어있답니다. 반도체와 LCD 공정의 핵심 재료인 블랭크 마스크는 우리나라 첨단산업에 꼭 필요한 핵심 부품이라고 할 수 있습니다.

김승룡기자 srkim@

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