강상우 박사팀, 입자 집속·윈도우 오염 방지 모듈 개발
전문가 힘 모으는게 성공 핵심…"협업 연구 중요성 실감"
"반도체 공정 과정에서 아주 미세한 입자라도 떨어지면 반도체가 오염돼 쓸 수 없게 됩니다. 그렇기 때문에 장비가 잘 증착되고 있는지 혹은 온도는 잘 조절되고 있는지 또 그 안에 오염물질은 없는지 수시로 확인해야 해요. 그런데 만약 장비 내 오염물질이 윈도우에 붙어 모니터링 센서가 제대로 작동하지 않는다면 문제 발생을 인지하지 못해 수십억 원의 경제적 손실이 발생할 수도 있죠." 한국표준과학연구원(원장 김명수) 진공기술센터의 강상우 박사팀은 지난 9월27일 진공 생산시스템에서 발생하는 오염입자를 제어하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 현재 '음파를 이용한 오염입자 집속장치 및 집속방법'과 '진공 공정에서 발생하는 입자 및 부산물로부터의 표면오염방지장치' 모두 특허 등록됐다. ◆ '초음파' 통해 '가스입자' 거동 조정… "측정도는 높이고 오염도는 낮춘다" 강 박사가 개발한 기술은 '입자 집속 모듈'과 '윈도우 오염 방지 모듈' 두 가지다. 그가 이 기술들에 주목한 이유는 생산 공정의 효율성을 획기적으로 높이기 위함이었다. 공정 중에 발생하는 입자는 반도체 생산 수율에 가장 큰 영향을 미친다. 생산 수율을 저하시키는 원인 중 70% 가량이 이와 관련된 것으로 알려져 있다. 이에 대비해 개발된 ISPM(In-Situ Particle Monitoring)은 레이저 산란방식을 이용한 실시간 입자측정 장비로 오염원 발생에 대한 즉각적인 대처와 조치가 가능하다. 하지만 이 기술을 상용화하기에는 효율성이 낮다는 문제가 있다. ISPM은 레이저를 이용해 반응기 내부나 가스가 배출되는 반응기 배관을 모니터할 수 있다. 이때 레이저의 효율을 높이기 위해 레이저를 한데 모아 힘을 극대화한 후 측정하는데, 그 측정 부위가 수 mm 정도로 좁기 때문에 근본적으로 효율이 낮을 수밖에 없다. 강 박사는 이같은 난점을 해결하기 위해 초음파를 이용해 고체화한 가스 입자를 집속하는 방법으로 측정 효율을 높이는데 주력했다. 윈도우 오염 방지 모듈이 필요한 이유도 마찬가지로 생산 공정의 효율성을 높이기 위한 것이다. 만약 윈도우 표면이 오염되면 빛이 통과할 수 없고 장비도 원활하게 활용될 수 없다. 그런데 진공상태의 장비 안에는 뭉치려는 반응성이 좋은 가스들이 가득 차 있고, 이 가스들이 뭉쳐 윈도우 표면에 잘 붙기 때문에 윈도우의 오염도가 심각해지는 것이다. 그 오염을 원천적으로 방지하거나 제거하는 기술이 필요했다. 강 박사는 기술 개발의 해법으로, 초음파를 사용했다. 무엇보다 저렴하기 때문에 사업체에서 이용하기 유리하다는 장점이 컸다. 음파가 가지고 있는 힘을 잘 조절하면 입자들의 움직임을 조정할 수 있다. 또 초음파의 힘을 조절해 집속하려는 입자의 위치를 조정할 수도 있다. 이렇게 초음파를 이용해 원하는 대로 입자의 상태를 조절함으로써 입자를 보다 정확하게 측정할 수 있는 것이다. 초음파는 윈도우의 오염을 방지하는데도 이용된다. 초음파가 울리는 영향으로 윈도우까지 따라 울리는 원리로 윈도우에 붙으려는 입자가 자연히 떨어져 나가게 된다. 강 박사는 "반도체나 디스플레이 등 작은 입자에도 품질이 영향을 받게되는 예민한 제품의 생산공정을 모니터링하는데 유용하게 사용될 기술이다. 오염입자를 조정하는 기술을 통해 장비의 청소 주기를 늘이는 것만으로도 생산 공정의 효율성을 크게 높일 수 있다"며 뛰어난 기술 활용도를 강조했다.
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▲(왼)입자집속장치와 윈도우오염방지모듈이 장착된 입자측정기. ⓒ2011 HelloDD.com |
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▲강 박사와 함께 연구하고 있는 전기문 학생. ⓒ2011 HelloDD.com |
정진숙 기자
sinnanda11@hellodd.com
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