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201909.04

반도체 소재 국산화 성공, 기술 자립 만세!

커뮤니케이션팀   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/word/985

일본의 수출 규제가 시작된 이후, 반도체 소재 및 관련 기술의 국산화 필요성이 높아지고 있습니다. 이에 대응을 미리 준비라도 한 듯, 국가핵융합연구소의 기술 지원을 통해 국내 중소기업이 반도체 공정 코팅 소재의 국산화에 성공하는 쾌거를 이뤘는데요. 전량 일본 수입에 의존하던 소재였기 때문에, 국산화 성공은 더욱 큰 주목을 받고 있습니다.


지난 2017년 국가핵융합연구소는 국내 중소기업인 용사 코팅 전문업체 ㈜세원하드페이싱에 용사 코팅용 재료 분말의 유동성을 향상할 수 있는 플라즈마 기술을 이전했습니다. 이후에도 관련 제품 개발을 위한 지속적인 협력을 추진해왔는데요. 그 결과 상호 협력을 통해 미세 분말 상태에서도 응집하지 않는 용사 코팅 소재인 이트륨옥사이드(Y₂O₃)를 국내 최초로 개발하는데 성공했습니다. 이트륨옥사이드(Y₂O₃)는 플라즈마 에처와 화학증착장비(CVD) 내부 코팅 등 반도체 공정 장비에 적용되는 소재로, 국내 반도체 제조사들이 전량 일본에서 수입해 사용하던 실정이었습니다.


용사 코팅은 분말 상태의 재료를 부품 표면에 분사하여 입히는 기술로, 부품의 내열 및 내구성 등을 향상시키기 위해 다양한 산업 분야에서 활용되는 코팅 방식입니다. 대표적으로 반도체, 자동차, 전자제품과 같은 부품에 이용되는데요. 그동안 산업계는 용사 코팅의 높은 치밀도 및 균일성과 빠른 코팅 형성 속도 등을 위해 크기가 작고 유동성이 좋은 용사 분말을 필요로 해왔습니다. 하지만 분말의 크기가 작을수록 분사 과정에서 뭉치거나 엉기는 등 유동성이 낮아져 균일한 코팅이 이루어지지 않는다는 문제가 있었습니다.

 

 플라즈마 기술이 적용된 이트륨옥사이드(왼쪽)와 일반 이트륨옥사이드(오른쪽).

왼쪽의 플라즈마 기술이 적용된 이트륨옥사이드 분말은 유동성이 높아 잘 흘러내려 부드러운 경사면을 이룬 반면,

기존의 분말은 유동성이 적어 거친 경사면을 보여준다.

 

하지만 국가핵융합연구소는 그 해답을 바로 ‘플라즈마’에서 찾았는데요. 플라즈마 기술을 적용한 용사 분말은 분말끼리 서로 밀어내는 반발력이 생겨 응집되지 않고 흐름이 좋아지기 때문에 치밀하고 균일한 코딩막을 형성할 수 있도록 합니다. 특히 25마이크로미터(㎛)이하 크기의 용사 분말 유동성을 크게 향상시킬 수 있어, 그동안 어려웠거나 불가능했던 ‘미세 분말을 이용한 고품질의 용사 코팅’이 가능해졌습니다.


그동안 25㎛ 이하 크기의 이트륨옥사이드(Y₂O₃)는 잘 흐르지 않는 특성 때문에 코팅에 사용하기 부적합했는데요. 국가핵융합연구소의 플라즈마 기술을 적용해 개발한 제품은 20㎛ 수준으로 유동도가 2(g/sec) 내외로 매우 높아져 미세하고 치밀한 코팅막을 형성할 수 있게 된 것입니다. 기존 일본 수입 분말이 35㎛의 크기였던 것에 비해 입자 크기나 유동도 측면에서 훨씬 뛰어난 제품 수준을 자랑합니다.


해당 기술 개발자인 국가핵융합연구소 홍용철 박사는 “뛰어난 품질의 미세 용사 분말 제작이 가능한 플라즈마 기술은 반도체 공정 외에도 다양한 소재 산업에 활용할 수 있어, 이를 활용한 소재 기술 국산화 연구를 지속할 계획이다.”라고 밝혔는데요.

 

 

 

해당 플라즈마 기술 개발자인 국가핵융합연구소 소속 홍용철 박사의 모습

  


국가핵융합연구소와 ㈜세원하드페이싱이 공동개발한 이트륨옥사이드(Y₂O₃)은 품질과 신뢰성을 검증받았으며, 가까운 시일 내에 품질테스트를 통해 국내 반도체 생산에 실제로 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.


유석재 소장은 이번 성과와 관련하여, “출연(연)이 기업이 이전한 기술을 바탕으로 기업과 협력하여 일본의 수출 규제에 대응할 수 있는 반도체 소재 국산화 성공의 대표적 사례 중 하나이다.”라고 설명했습니다. “플라즈마 기술이 반도체 공정의 80%가량을 차지하는 핵심 기술 중 하나인 만큼 국내 기업들의 반도체 장비 및 소재 국산화를 위해 우리 연구소가 보유한 플라즈마 기술 지원을 보다 적극적으로 추진해 나가겠다.”라는 포부도 함께 전했습니다.


앞으로도 국가핵융합연구소는 일본의 수출 규제 대응을 위해 반도체 제조 공정에 필요한 ‘플라즈마 소재·부품·장비 개발 R&D 테스트 베드 확충’ 등 반도체 관련 국내 기업들의 기술 국산화를 지원하며, 국내 반도체 관련 기술 자립에 기여할 수 있도록 최선을 다하겠습니다.

 

국가핵융합연구소 플라즈마기술연구센터 전경

 

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