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99.999% 고순도 불화수소 국산화, 그 뒤엔 기업-출연연 팀플레이 있었다

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99.999% 고순도 불화수소 국산화, 그 뒤엔 기업-출연연 팀플레이 있었다

2021.07.13 16:18
13일 표준연 소부장 2주년 성과 공개
온라인 기자간담회 캡처
한국표준과학연구원이 개발한 반도체 웨이퍼의 휘어짐 측정 장비. 카메라로 촬영한 뒤 스크린에서 바로 확인할 수 있다. 온라인 기자간담회 캡처

2019년 7월 일본이 반도체·디스플레이 핵심소재에 대한 수출 규제 조치를 내리면서 불화수소(HF) 국산화 문제가 떠올랐다. 기체 불화수소는 반도체 웨이퍼(기판) 위에 회로만 남기고 나머지 물질을 없앨 때 사용하는 핵심소재지만 한국은 일본, 미국에서 전량 수입해왔다. SK머티리얼즈는 일본의 수출 규제 조치 1년 만인 지난해 6월 초고순도 기체 불화수소 국산화에 성공했다. SK머티리얼즈는 현재 세정용 특수가스인 삼불화질소의 생산과 판매에서는 세계 1위를, 육불화텅스텐의 시장 점유율에서는 세계 1위를 기록하고 있다. 


강상우 한국표준과학연구원 첨단측정장비연구소장은 13일 열린 온라인 기자간담회에서 “단시간에 불화수소를 포함한 반도체용 가스 소재를 국산화한 것은  SK머리티얼즈과 표준연의 긴밀한 협업의 결과"라고 소개했다.  이날 간담회는 일본 수출 규제 이후 지난 2년간 소재·부품·장비(소부장) 분야에서 표준연의 성과를 돌아보기 위해 마련됐다. 


불화수소는 반도체 회로를 깎거나 세정하는 데 쓰이는 만큼 10nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m) 이하의 정밀 회로일수록 정확도와 완성도를 높이기 위해 99.9999% 이상의 초고순도가 필수다.  


기체의 순도를 측정하기 위해서는 직접 측정하거나 기체에 포함된 불순물을 분석해 이를 제외하는 간접 방식이 있다. 반도체에는 불순물이 많이 섞인 소재가 쓰이는 만큼 100에서 불순물 성분을 빼서 값을 구하는 방법이 주로 사용된다. 

 

표준연 가스분석표준그룹은 자체적으로 보유한 분석장비와 물성 분석 등을 이용해 SK머티리얼즈와 기술협력을 진행했다. 표준연 반도체측정장비팀은 올해 5월 반도체 웨이퍼 공정결과에 직접적인 영향을 미치는 플라스마 밀도값과 균일도를 실시간으로 측정할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발하는 데 성공하기도 했다. 표준연의 플라스마 측정불확도는 2% 이내로 세계 최고 수준이다. 


이 밖에 반도체 웨이퍼가 휘지 않고 평평한지 쉽게 확인할 수 있는 측정 장비도 개발했다. 김영식 책임연구원은 “카메라로 반도체 웨이퍼를 찍는 것만으로도 웨이퍼가 휘어있는지 쉽게 확인할 수 있다”며 “웨이퍼에 휨이 발생하면 반도체 성능에 큰 영향을 미치는 만큼 필수 기술”이라고 말했다. 

 

온라인 기자간담회 캡처
진종한 한국표준과학연구원 책임연구원이 13일 열린 온라인 기자간담회에서 디스플레이의 두께와 굴절률을 동시에 측정하는 장비를 설명하고 있다. 온라인 기자간담회 캡처

표준연은 디스플레이의 두께와 굴절률을 동시에 측정하는 기술도 공개했다. 기존에는 굴절률 정보가 없이는 디스플레이 두께를 정확히 측정하기 어려웠지만, 표준연은 디스플레이의 광학 구조를 활용해 사전에 굴절률 정보 없이도 굴절률과 두께를 동시에 측정하는 기술을 개발했다. 


진종한 책임연구원은 “디스플레이뿐만 아니라 반도체 웨이퍼, 배터리 보호막 등 다양한 분야에서 두께를 측정하는 데 활용되고 있다”며 “현재 글로벌 디스플레이 회사에 이 기술이 적용돼 테스트가 진행 중”이라고 말했다. 


표준연은 이날 원내에 자체 개발한 장비를 설치한 ‘오픈 이노베이션랩’을 열고 내부를 공개했다. 오픈 이노베이션랩에서는 다양한 분야의 연구자들이 융합연구를 진행하는 등 개발 장비 상용화가 이뤄질 전망이다. 


박현민 표준연 원장은 “세계 최고 수준의 측정 표준과 측정과학기술 역량으로 국내 소부장 경쟁력 강화에 도움이 되겠다”고 밝혔다.  

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