핵융합硏-중기, 플라즈마 기술로 일본 전량 수입 반도체 소재 국산화

플라즈마 기술이 적용된 이트륨옥사이드(왼쪽)와 일반 이트륨옥사이드(오른쪽). 왼쪽의 플라즈마 기술이 적용된 이트륨옥사이드 분말이 입자 간 엉김이나 뭉침없이 부드러운 것을 확인할 수 있다. 핵융합연 제공.

국가핵융합연구소는 플라즈마 기술을 이전한 중소기업 세원하드페이싱이 플라즈마 기술을 활용해 전량 일본 수입에 의존하던 반도체 코팅 소재 국산화에 성공했다고 29일 밝혔다. 

핵융합연은 지난 2017년 세원하드페이싱에 용사코팅용 재료 분말의 유동성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 기술을 이전하고 제품 개발을 위한 협력을 진행했다. 

그 결과 핵융합연과 세원하드페이싱은 미세 분말 상태에서도 응집되지 않는 용사코팅 소재인 ‘이트륨옥사이드’를 국내 최초로 개발하는 데 성공했다. 이트륨옥사이드는 대표적인 반도체 공정 장비인 화학증착장비(CVD) 내부 코팅 등에 적용되는 소재로 국내 반도체 제조사들이 전량 일본에서 수입하고 있다. 

용사코팅은 분말 상태의 재료를 반도체, 자동차, 전자제품 등 부품 표면에 분사해 입히는 기술이다. 부품의 내열 및 내구성 등을 향상시키기 위해 다양한 산업 분야에서 활용된다. 

그동안 산업계에서는 용사코팅의 치밀도와 균일성, 코팅 형성 속도 등을 높이기 위해 크기가 작고 유동성이 좋은 용사 분말이 필요했다. 하지만 분말의 크기가 작아질수록 분사 과정에서 뭉치거나 엉기는 등 유동성이 낮아져 균일한 코팅이 이뤄지지 않는다는 문제가 있었다. 

이런 이유로 25마이크로미터(㎛, 100만분의 1미터) 이하 크기의 이트륨옥사이드의 경우 유동성이 낮아 코팅에 사용되지 못했다. 일본에서 수입해 사용했던 제품도 분말의 크기가 35마이크로미터 수준이었다. 

핵융합연은 플라즈마 기술을 활용하면 분말끼리 서로 밀어내는 반발력이 생겨 응집되지 않기 때문에 치밀하고 균일한 코팅막을 형성할 수 있다는 사실에 착안했다. 특히 25마이크로미터 이하 크기의 용사분말 유동성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 예상했다. 

세원하드페이싱은 핵융합연의 플라즈마 기술을 이전받아 협력 연구를 통해 용사분말의 크기가 20마이크로미터 수준인 이트륨옥사이드 제품을 개발하는 데 성공했다. 입자 크기가 작으면서도 유동성이 매우 높아 미세하고 치밀한 코팅막을 형성할 수 있다. 

세원하드페이싱은 국내 여러 코팅 업체를 통해 핵융합연과 공동 개발한 이트륨옥사이드의 품질과 신뢰성을 검증받았다. 조만간 품질 테스트를 통해 국내 반도체 생산에 실제로 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 

유석재 핵융합연 소장은 “출연연구기관이 기업에 이전한 기술을 바탕으로 일본의 수출 규제에 대응할 수 있는 반도체 소재 국산화 성공의 대표적 사례”라며 “플라즈마 기술이 반도체 공정의 80% 가량을 차지하는 핵심 기술 중 하나인 만큼 연구소가 보유한 플라즈마 기술 지원을 보다 적극적으로 추진해 나가겠다”고 밝혔다.  

[김민수 기자 reborn@donga.com]