현재의 반도체 미세공정 기술은 10나노미터 수준으로 접어들고 있고, OLED의 대면적화로 초대형 TV 등의 제작이 가능해지고 있다. 이처럼 박막 관련 기술이 복잡해짐에 따라 박막을 형성하는 증착용 소재 또한 활발히 개발되고 있다.
소재가 복잡해지고 다양해지면서 자연스럽게 설계, 공정, 장비, 소재 비용 또한 늘어나고 있지만, 현재로서는 제조공정의 원천인 소재 측정기술 및 장비가 없는 상태이기 때문에 제품 신뢰성 확보 및 국산화에 많은 어려움을 겪고 있다.
이런 가운데 국내 연구진이 반도체나 OLED의 박막으로 사용하는 소재에 대해 기판에 증착하지 않고 검사할 수 있는 기술을 개발했다.
한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열) 소재에너지융합측정센터 윤주영 책임연구원 연구진은 반도체/OLED 공정에서 증착 과정 없이 박막 소재만 단독으로 평가하는 물성측정기술을 개발한 것이다.
증착(Deposition)은 다양한 소재가 기화하여 기판에 부착되면서 기계적으로 만들 수 없는 얇은 막(박막)을 형성하는 방법이다. 증착은 반도체나 OLED 공정 등에서 반드시 필요한 기술로 꼽히는데, 박막을 통해 제품이 전도성, 발광성 등 다양한 특성을 가질 수 있기 때문이다.
증착에서 가장 중요한 조건은 진공상태를 유지하는 것이다. 박막의 소재로 쓰이는 유기물질은 진공환경에서만 온전하게 증착할 수 있으며 공기 중에 노출 시 분해되어 폭발까지도 일으킬 수 있다.
이러한 이유로 지금까지 공정에서는 소재를 기판에 입힌 다음 특성을 보는 ‘선증착 후검사’ 방법을 이용해왔다. 진공환경을 유지하면서 기화 전 고체․액체소재의 물리적 특성을 다루는 기술이 거의 전무하였기 때문이다.
개발한 반도체/OLED 증착용 소재 물성측정기술은 번거로운 증착 과정 없이 진공에서 소재 특성만 단독으로 평가할 수 있는 획기적인 기술로 연구진은 진공 고온 환경에서 장기간 유기물질을 측정할 수 있는 독자적인 시스템을 개발하였다. 또한 물질이 내부 파이프에 달라붙어 측정을 방해하는 탈기체 문제를 해결함으로써 완벽한 ‘선검사 후증착’ 방법을 최초로 제시하였다.
이번에 개발한 물성측정기술을 이용하면 진공환경에서 소재물질의 증기압, 상태 변화 지점, 열·화학적 안정성, 증기 조성비와 같은 다양한 물성을 정확히 측정할 수 있다. 소재 물질을 평가하기 위해 거쳤던 번거로운 증착-측정과정이 증착에 소요된 기판, 인력, 시간 등의 낭비 없이 소재 먼저 단독 측정할 수 있도록 간소화된 것이다.
KRISS 윤주영 책임연구원은 “이번에 개발한 원천기술은 십 수 년간 국내 60개 이상 업체에 기술지원을 제공하며 축적한 노하우가 담겨 있다.”며 “본 측정기술은 제품의 신뢰성 및 생산성을 크게 향상시켜 현재 수입의존도가 높은 반도체 및 OLED 박막용 소재의 국산화에 기여할 수 있다.”라고 말했다.
한편 KRISS는 2017년 12월 반도체 장비부품 전문기업인 ㈜마에스텍과 해당 장비 제작기술에 대하여 기술이전 계약을 체결했으며, 마에스텍 관계자는 “소재 검사를 위한 증착과정을 없애 공정을 단축시킨 KRISS의 기술과 마에스텍의 진공장비 상용화 기술을 결합함으로써 부가가치가 높은 관련 시장을 확장시키겠다.” 라고 소감을 밝혔다. 제품의 상용화는 2018년 상반기 예정이다.
