표준연, 국산 반도체 공정용 가스 '품질평가 체계' 구축

연구진이 가스의 불순물 분석을 위해 가스크로마토그래프 내부의 분리 컬럼을 점검하고 있다. (사진=KRISS 제공)

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 반도체 주요 공정에 쓰이는 고순도 가스 15종의 순도분석기술과 시험절차를 확립했다. 2019년 일본이 반도체 주요 소재의 수출 규제로 무역보복을 단행했을 때 불소 등의 공급처 확보가 어려웠던 경험에서 반도체 소재의 국산화와 공급망 다변화에 노력한 성과다.

KRISS는 2020년 불화수소 품질평가 서비스를 시작한 이래, 단계적으로 대상을 늘려 최근 식각·세정·증착용 고순도 가스 15종에 대한 순도분석 기반을 구축했다고 7일 밝혔다. 이로써 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 분석 인프라를 구축하려면 위험가스를 다룰 안전한 시험 환경 조성이 필요한데, 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.

특히, 극미량 불순물 분석에는 국제비교를 통해 세계 최고 수준의 측정 능력이 요구되는데, 이를 KRISS의 가스 분석 기술력과 수십 년간 축적된 노하우로 해소했다. 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 이번에 확립된 분석 시스템을 바탕으로 현재까지 총 34건의 시험서비스를 제공했다. 국산화 및 공급 다변화가 활발히 진행 중인 불화수소(HF) 품목을 중심으로 시험 수요가 이어지고 있다. 불화수소는 반도체 제조 과정에서 식각과 세정 등에 사용되는 핵심 공정용 소재다. 2019년 일본의 수출규제를 계기로 국내 생산과 공급처 다변화 필요성이 부각된 바 있다.

오상협 KRISS 가스측정그룹 책임연구원은 "반도체 소재 국산화가 실제 산업 현장으로 이어지려면 제품의 품질을 신뢰할 수 있는 객관적 데이터로 입증하는 과정이 필수적"이라며 "KRISS의 가스 측정표준과 분석 역량을 바탕으로 국내 기업의 품질관리와 공급망 대응을 적극 뒷받침하겠다"고 말했다.
임병안 기자