KRISS, 반도체 공정용 가스 15종 품질평가 체계 구축

한국표준과학연구원(KRISS·원장 이호성)이 반도체 공정에 쓰이는 고순도 가스 15종의 순도분석 기술과 시험절차를 확립하고, 측정 정확성을 검증하는 인증표준물질(정확한 기준값을 부여해 측정 장비의 정확도를 검증하는 표준시료) 6종을 개발했다. 그동안 공급업체 자체 성적서에 의존하던 반도체 가스 품질평가를 국내에서 객관적으로 수행할 수 있는 기반이 마련됐다.

반도체 제조는 수백 단계의 고난도 공정에 수많은 소재가 투입돼, 특정 가스에 포함된 극미량의 불순물이나 미세한 품질 편차도 수개월 뒤 수율 저하나 불량으로 이어질 수 있다. 이 때문에 신규 소재를 도입하려면 장기간의 공정 검증과 상당한 비용이 들어 공급처를 바꾸기가 쉽지 않았고, 기존 공급업체의 성적서와 오랜 사용 실적이 사실상 품질보증 역할을 해왔다. 그러나 2019년 일본 수출규제와 글로벌 공급망 불안을 거치며 국산화와 공급망 다변화 필요성이 커졌고, 국산 제품이나 신규 공급처 제품을 검토할 때 품질을 객관적으로 입증할 독립적 시험 결과가 필요해졌다.

15종 전 품목 시험분석 체계 완비

KRISS는 2020년 불화수소(HF) 품질평가 서비스를 시작으로 대상을 단계적으로 넓혀, 식각·세정·증착 공정에 쓰이는 고순도 가스 15종에 대한 순도분석 기반을 구축했다. 가스별 표준 시험절차를 마련해 15종 전 품목의 시험분석 서비스 체계를 완비했으며, 여기에는 불화수소 외에 염화수소(HCl)·일산화탄소(CO) 등이 포함된다. 아울러 일산화탄소 속 철 불순물을 분석하는 펜타카보닐철[Fe(CO)5] 표준시료 등 주요 불순물 분석용 인증표준물질 6종을 개발해 현장 분석 장비의 측정 정확성을 검증하고 결과의 신뢰성을 높였다.

오상협 KRISS 가스측정그룹 책임연구원은 "반도체 소재 국산화가 실제 산업 현장으로 이어지려면 제품의 품질을 신뢰할 수 있는 객관적 데이터로 입증하는 과정이 필수적"이라며 "세계 최고 수준인 KRISS의 가스 측정표준과 분석 역량을 바탕으로 국내 기업의 품질관리와 공급망 대응을 적극 뒷받침하겠다"고 말했다. 이어 "가스 순도 99.9999%(6N급) 제품을 분석하려면 나머지 0.0001%에 포함된 수분·산소·탄화수소·금속 성분을 성분별로 정확히 판별할 정밀측정 역량이 필요하다"고 설명했다.

위험가스 다룰 전용 시험환경도 구축

이 같은 분석 인프라를 갖추려면 독성·부식성·폭발성이 강한 반도체용 가스를 다룰 안전한 시험 환경이 필수적이었다. 연구진은 전용 배관과 안전 캐비닛, 누출 감지 센서, 배출가스 후처리·공조설비를 구비하고 금속성 불순물을 정밀 분석할 전용 클린룸도 갖췄다. 극미량 불순물 분석에는 국제비교를 통해 세계 최고 수준의 측정 능력을 입증해 온 KRISS의 가스 분석 기술력과 수십 년간 축적된 노하우가 활용됐다.

자료: 한국표준과학연구원(KRISS)