▲ 연구진이 가스소재 순도분석 클린룸에서 반도체 공정용 가스 불순물을 분석하고 있다.

국내 연구진이 반도체 주요 공정에 사용되는 고순도 가스를 객관적으로 품질 평가 할 수 있는 시험절차와 인증표준물질을 개발해 국내 기업의 품질관리와 공급망 대응에 기여할 전망이다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 반도체 주요 공정에 쓰이는 염화수소(HCl), 불화수소(HF), 삼불화질소(NF3) 등 고순도 가스 15종의 순도분석기술과 시험절차를 확립하고, 측정 정확성을 확인하는 인증표준물질 6종을 개발했다고 지난 6일 밝혔다.

수백 단계의 고난도 공정에 수많은 소재가 투입되는 반도체 제조 특성상, 특정 가스에 포함된 극미량의 불순물이나 미세한 품질 편차도 수개월 뒤 수율 저하나 제품 불량으로 이어질 수 있다. 이 때문에 신규 소재를 도입하려면 장기간의 공정 검증과 상당한 비용이 소요되어 공급처를 바꾸기가 쉽지 않다.

그동안 업계에서는 기존 공급업체가 발급한 자체 성적서와 오랫동안 축적된 사용 실적이 사실상 품질보증 역할을 했다. 그러나 최근 공급망 재편으로 국산 제품이나 신규 공급처의 제품 도입을 검토해야 하는 사례가 늘면서, 이들 제품의 품질을 객관적으로 입증할 독립적인 시험 결과가 필요해졌다.

이에 KRISS는 2020년 불화수소 품질평가 서비스를 시작한 이래, 단계적으로 대상을 늘려 식각·세정·증착용 고순도 가스 15종에 대한 순도분석 기반을 구축했으며, 가스별 표준 시험절차를 마련해 15종 전 품목에 대한 시험분석 서비스 체계를 완비했다. 아울러 정확한 기준값이 부여된 주요 불순물 분석용 인증표준물질 6종을 개발해 현장 분석 장비의 측정 정확성을 검증하고, 측정 결과의 신뢰성과 비교 가능성을 한층 높였다.

이 같은 분석을 위해 연구진은 독성·부식성·폭발성이 강한 반도체용 가스를 취급할 특수 배관과 안전 캐비닛, 누출 감지 센서, 배출가스 후처리·공조설비를 구비하고, 금속성 불순물 정밀 분석을 위한 전용 클린룸도 갖췄다.

극미량 불순물 분석에는 국제비교를 통해 세계 최고 수준의 측정 능력을 입증해 온 KRISS의 가스 분석 기술력과 수십 년간 축적된 노하우가 집약됐다. 반도체 공정용 가스 중 순도 99.9999%(6N급) 제품을 분석하려면, 나머지 0.0001%에 포함된 수분·산소·탄화수소·금속 성분 등 극미량 불순물을 성분별로 정확히 판별할 고도의 정밀측정 역량이 요구되기 때문이다.

KRISS는 확립된 분석 시스템을 바탕으로 현재까지 총 34건의 시험서비스를 제공했다. 특히 국산화 및 공급 다변화가 활발히 진행 중인 불화수소 품목을 중심으로 시험 수요가 이어지고 있다. 시험 결과는 가스 제조기업의 자체 분석법 검증과 제조·정제공정 개선, 수입·국산제품 간 품질 비교 등에 다양하게 활용되고 있으며, 반도체 제조기업에는 신규 가스를 실제 공정시험 대상으로 검토할 객관적 근거가 되고 있다.

한편, 시험서비스의 민간 확산과 기업 지원 확대를 위해 KRISS는 FITI시험연구원이 2030년을 목표로 구축 중인 ‘반도체 가스 품질·안전 평가지원센터’의 시설·설비 구성과 분석방법, 시험절차 개발 등에 대한 자문을 제공하고 있다. 센터가 완공되면 기업들이 전문 시험기관을 통해 관련 서비스를 한층 편리하게 이용할 수 있을 전망이다.

KRISS 가스측정그룹 오상협 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 밝혔다.