핵융합연, 플라즈마 원천기술 활용 반도체 기술 경쟁력 강화 도모

[충청뉴스 이성현 기자] 한국핵융합에너지연구원이 핵융합 기술개발 과정에서 축적한 플라즈마 원천기술을 바탕으로 국내 반도체·디스플레이 장비 산업의 기술 경쟁력 강화에 나선다.

핵융합연은 1일 대전 본원에서 반도체 플라즈마 공정용 고주파 전력 핵심 부품 전문 기업인 ㈜아센디아와 고정밀 고주파 전력 측정 기술에 대한 기술실시계약을 체결했다고 밝혔다.

이번에 이전되는 기술은 반도체와 디스플레이 제조 공정에서 플라즈마에 공급되는 고주파 전력을 정밀하게 측정하는 센서 기술이다.

반도체 공정이 미세화되고 고도화됨에 따라 플라즈마 장비의 상태를 정확히 진단하는 기술의 중요성은 갈수록 커지고 있다. 플라즈마 공정에서는 장비에 공급된 고주파 전력이 실제 공정에 얼마나 정확하게 전달되는지에 따라 플라즈마 상태와 공정 결과가 달라지기 때문이다.

이 때문에 실제 공정에 전달되는 고주파 전력을 정확히 파악하는 기술은 공정 안정성과 수율 확보를 위한 핵심 요소로 주목받아 왔다.

기존 양산 현장에서는 주로 전압과 전류를 기반으로 전력 상태를 파악하는 방식인 매처 내부의 VI 센서를 이용해 고주파 전력을 측정해 왔다. 그러나 이러한 방식은 복잡한 플라즈마 공정 조건에서는 실제 전달 전력을 정확히 파악하는 데 한계가 있었다.

이에 따라 공정 챔버로 전달되는 고주파 전력을 정밀하게 측정하고, 장비 상태 진단과 공정 이상 감지에 활용할 수 있는 고신뢰성 센서 기술이 요구돼 왔다.

핵융합연이 개발한 DiCoVI 센서는 기존 전압·전류 측정 방식에 전력의 흐름을 구분하는 방향성 결합 기술을 더한 센서다.

이 센서는 장비에서 플라즈마 쪽으로 전달되는 전진 파워와 반사되는 파워의 진폭을 정밀하게 측정하는 방향성 결합기(DiCo) 방식과 임피던스 대응 전압·전류 측정이 가능한 VI 센서 방식을 융합한 것이 핵심 핵심 원리다.

이를 통해 기존 VI 센서의 측정 오차 문제를 해결하고, 임피던스가 50옴이 아닌 복잡한 플라즈마 부하 조건(Non-50Ω)에서도 실제 전달 전력(Real Power)을 정밀하게 측정할 수 있도록 지원한다.

특히 고주파 전력 전달 상태를 정밀하게 파악하여 RF 매처의 입력단과 출력단 전력 상태를 모두 모니터링할 수 있으며, 장비 상태 진단과 공정 모니터링에 신뢰도 높은 전력 데이터를 제공한다.

핵융합연은 플라즈마 계측·진단 기술을 반도체·디스플레이 장비 분야로 확장하고 산업 현장의 공정 진단과 장비 지능화를 지원해 반도체 장비 분야의 기술 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대하고 있다.

또 RF 매처 고도화와 플라즈마 공정 모니터링, 장비 지능화 영역뿐만 아니라 인공지능(AI) 기반의 공정 제어 및 이상 감지 기술과의 연계 활용까지 가능해 국내 국가전략산업 분야의 기술협력을 한층 견고히 다질 전망이다.

오영국 원장은 "핵융합 기술개발 과정에서 축적한 플라즈마 원천기술은 반도체, 디스플레이 등 다양한 첨단산업에 폭넓게 활용될 수 있다"며 "앞으로도 연구원이 보유한 핵심 기술이 산업 현장으로 확산될 수 있도록 기업과의 기술협력을 적극 확대해 나가겠다"고 말했다.

한편 계약 상대인 ㈜아센디아는 1990년 설립 이후 반도체 플라즈마 공정용 RF 전력 핵심 부품인 고주파 전원 공급 장치, RF 매처, 필터, 튜너 등을 개발·제조해 온 기업이다.

아센디아는 DiCoVI 센서를 자사 RF 매처에 적용해 고정밀 측정 기능을 갖춘 차세대 RF 매처 개발과 사업화를 추진할 예정이다.