"산학연 머리 맞대 반도체 장비 수명연장… 내년 상용화" [소부장, 초격차기술을 향해]

(2) 초미세 반도체공정 내플라즈마소재 연구단
제조장비 소모성 지출 절감 위해
코팅·세정 파고들어 신기술 개발
연구단, 3년 동안 3건 기술이전
기업은 실제품 양산화 준비 착착

초미세 반도체공정 내플라즈마소재 연구단 이성민 단장(왼쪽)과 코미코 최용하 대표이사가 경기도 안성 코미코 본사에서 반도체 제조장비 부품을 설명하고 있다. 사진=김만기 기자

11일 경기도 안성산업단지에 위치한 코미코 대회의실. 코미코 이용수 기술연구소 본부장이 코미코의 기술 로드맵을 설명했다. 현재 반도체 제조 장비를 코팅하고 세정하는데 필요한 20여개가 넘는 기술 항목들이 나열돼 있다. 이중 산학연이 협력해 개발한 기술들이 눈에 띈다.

코미코 최용하 대표는 "연구단에서 이전받은 기술을 보완·완료해 내년부터는 반도체 기업과 함께 현장에 적용할 계획"이라고 말했다.

반도체 제조장비를 코팅하고 세정하는데는 다양한 기술이 사용된다. 최 대표는 "하나의 기술이 개발되면 100억원 정도의 시장이 열리게 된다"면서 "이런 기술들이 모여 1000억~2000억원의 매출을 거두게 된다"고 덧붙였다.

과학기술정보통신부는 '소부장'(소재, 부품, 장비) 국산화를 넘어 초격차 기술을 확보하기 위해 국가핵심소재연구단을 꾸려 연구개발(R&D)사업을 진행중이다. 이가운데 초미세 반도체공정 내플라즈마소재 연구단은 2020년부터 89억원을 투입해 플라즈마에 오래 견디는 반도체 제조장비의 부품과 소재를 개발하고 있다.

■기업에 기술이전 3건

연구단은 한국세라믹기술원 이성민 박사가 단장을 맡아 산학연 12개 기관을 총괄 지휘하고 있다.

한국세라믹기술원은 물리증착기술(PVD), 화학증착기술(CVD)에 기반해 플라즈마에 강한 소재 뿐만 아니라 장수명의 비정질 내플라즈마 소재를 개발한다. 여기에 한국재료연구원은 소결법에 기반한 복합소재를 개발하고 있고, 한국표준과학연구원은 반도체 제조공정에서 발생하는 오염입자 발생의 정량적 평가기술을 개발 중이다.

뿐만 아니라 개발 기술의 상용화를 위해 코미코, 아이원스, 미코세라믹스, 티씨케이, 세메스, 원익IPS 등이 함께 한다. 그 외에도 서울대, 고려대, 금오공대, 한국원자력연구원이 핵심 연구진으로 가세했다.

지난 3년 동안 연구단은 3건의 기술이전을 성공, 참여 기업에서는 양산화를 위한 준비가 한창이다. 현재 3년차로서 내년부터 기업이 주도적으로 참여하는 2단계 사업진입을 준비하고 있다. 1단계인 올해까지는 국가연구소와 대학을 중심으로 원천소재를 개발, 2단계인 2023~2024년에는 실제품 양산에 필요한 양산기술을 확보하는데 주력한다.

■코팅기술로 반도체 불량 차단

과거에는 반도체 속 트렌지스터가 1~2마이크로미터(1000분의 1~2㎜) 크기였던게 점점 작아지면서 이제는 10나노미터(10만분의 1㎜)까지 작아졌다. 그렇다보니 웨이퍼에 반도체를 만드는 공정에서 미세한 티끌 하나가 불량의 원인이 된다.

연구진이 개발하는 세라믹 코팅 기술과 소재는 반도체 장비의 부식을 최대한 막아 부품교체 주기를 늘려준다.

이성민 단장은 "반도체 제조장비 부품 하나만 수천만원에 달한다"며 "이 부품을 오래 재사용 할수록 원가절감으로 이어지게 된다"고 설명했다.

삼성전자는 세계 최대 규모로 메모리 반도체를 생산하면서 소모성 지출이 연간 2조원이 넘어 이를 줄일 방안에 대해 고심중이다. 이용수 본부장은 "우리가 코팅과 세정 작업을 최대 300회까지 해서 부품을 재사용할 수 있다"며 "반도체 기업은 새 장비나 부품을 사지 않아 원가절감이나 비용절감에 많은 효과를 보고 있다"고 말했다.

[e-mail] 김만기 기자

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