용사 분말 플라스마 처리. (사진=국가핵융합연구소 제공)
과학기술 정부출연연구기관으로부터 기술 이전을 받은 국내 한 중소기업이 전량 일본 수입에 의존하던 반도체 공정 코팅 소재를 국산화하는 데 성공했다.
조만간 실제 생산라인에 적용할 수 있을 전망이다.
29일 국가핵융합연구소에 따르면 용사 코팅 전문업체 ㈜세원하드페이싱과 함께 미세 분말 상태에서도 응집하지 않는 용사 코팅 소재 '이트륨 옥사이드(Y₂O₃)'를 개발하는 데 성공했다.
이트륨 옥사이드는 근자외선부터 적외선 영역까지 코팅에 사용하는 중간 굴절률 저흡수성 물질로 반도체 공정 플라스마 에처와 화학증착장비(CVD) 내부 코팅에 주로 사용한다. 국내 반도체 제조사들이 전량 일본에서 수입해 사용 중이다.
앞서 핵융합연구소는 세원하드페이싱에 용사 코팅용 재료 분말의 유동성을 향상할 수 있는 플라스마 기술을 이전하고 관련 제품 개발을 위해 협력해왔다.
용사 코팅은 분말 상태의 재료를 반도체, 자동차, 전자제품 등의 부품 표면에 분사해 입히는 기술이다.
부품의 내열과 내구성 등을 향상하기 위해 다양한 산업 분야에서 활용되는 코팅 방식이지만, 분말 크기가 작아질수록 분사 과정에서 뭉치거나 엉기는 등 유동성이 낮아지면서 균일한 코팅이 이뤄지지 않는다는 문제가 있었다.
핵융합연구소의 플라스마 기술을 적용한 용사 분말은 분말끼리 서로 밀어내는 반발력으로 응집되지 않고 흐름이 좋아지기 때문에 치밀하고 균일한 코팅막을 형성할 수 있다.
특히 25마이크로미터(㎜) 이하 크기의 용사 분말 유동성을 크게 향상할 수 있어 그동안 어려웠거나 불가능했던 미세 분말을 이용한 고품질의 용사 코팅을 가능하게 한다.
그간 25㎜ 이하 크기의 이트륨 옥사이드의 경우 유동도가 없어 코팅에 사용하지 못했지만, 핵융합연구소의 플라스마 기술을 적용해 개발한 제품(20㎜ 수준)은 유동도가 2(g/sec) 내외로 일본에서 수입해 사용했던 제품(35㎜ 수준)보다 입자 사이즈가 작으면서도 유동도가 매우 높다는 특징이 있다. 미세하고 치밀한 코팅막을 형성할 수 있다는 뜻이다.
이트륨 옥사이드의 품질과 신뢰성은 이미 국내 여러 코팅 업체를 통해 검증받았으며 조만간 품질테스트를 통해 국내 반도체 생산에 실제로 적용할 수 있을 것으로 기대를 모은다.
홍용철 박사. (사진=국가핵융합연구소 제공)
기술 개발자인 핵융합연구소 홍용철 박사는 "뛰어난 품질의 미세 용사 분말 제작이 가능한 플라스마 기술은 반도체 공정 외에도 다양한 소재 산업에 활용할 수 있다"며 "이를 활용한 소재 기술 국산화 연구를 지속할 계획"이라고 밝혔다.
핵융합연구소 유석재 소장은 "출연연이 기업에 이전한 기술을 바탕으로 협력을 통해 일본의 수출 규제에 대응할 수 있는 반도체 소재 국산화 성공의 대표적 사례 중 하나"라고 말했다.