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반도체 박막증착 과정, 실시간으로 본다.

- 박막 소재의 농도 및 결정구조 실시간 파악, 공정 최적화까지 가능개발된 화학 증착 소재 실시간 증착막 측정 시스템. 가운데 큰 원통 모양의 화학기상증착 장비에 오른쪽에 위치한 라만 광원 기반의 실시간 측정·분석 장치가 결합되어 있다.반도체 공정 중 박막증착 공정은 실리콘 웨이퍼(Wafer)* 위에 얇은 층 형태의 박막을 단계적으로 겹겹이 쌓아가는 핵심공정이다.* 반도체의 재료가 되는 얇은 원판 박막은 반도체 회로 간의 구분과 연결, 보호 역할을 담당하며, 박막을 최대한 얇고 균일하게 형성할수록 반도체 품질이 향상된다. 그런데 박막의 두께가 1㎛* 이하로 매우 얇아 이를 구현하는 것은 기술적 난이도가 높은 공정이며, 이 때문에 박막 형성 상태를 수시로 측정하고 확인하는 작업이 중요하다. * 미터의 백만분의 일에 해당하는 길이한국생산기술연구원(원장 이성일, 이하 생기원)이 화학기상증착* 장비 내부에서 웨이퍼 위에 박막이 형성되는 전 과정을 실시간으로 관찰하고 측정·분석할 수 있는 ‘화학 증착 소재 실시간 증착막 측정 시스템’을 세계 최초로 개발했다.* 가스의 화학 반응을 이용해 수증기 형태로 박막을 쌓는 화학적 증착 방식으로, 반도체 공정에 주로 사용된다.기존에는 박막이 제대로 증착됐는지 여부를 확인하기 위해 해당 장비에서 박막을 꺼낸 뒤 별도의 분석기기로 검사해야 했다. 하지만 그 과정에서 박막이 대기 중에 존재하는 산소나 수분과의 접촉으로 변질되어 분석결과의 신뢰성이 훼손될 수 있고, 박막에 불량이 발생한 경우 원인 규명이 어렵다는 문제점이 있었다. 생기원 고온에너지시스템그룹 허훈 박사 연구팀은 화학기상증착 장비 내부에 박막 소재의 증착 과정을 측정·분석할 수 있는 In-situ* 라만 분광(Raman spectroscopy) 장치를 설치해 이 같은 문제점을 해결해냈다.* ‘용기 내에서’라는 의미의 장비 관련 용어로, 반의어는 Ex-situ이다.설치된 In-situ 라만 분광 장치는 단색광을 기체 또는 투명한 액체·고체에 쬐면 산란광 속에 파장이 약간 다른 빛이 생기는 라만 효과를 기반으로 한다. 라만 효과에 의해 발생하는 특수한 빛의 배열인 ‘라만 스펙트럼’을 활용하면, 장비 내부에서 바로 박막 소재의 농도나 결정구조, 결정성 등 다양한 물성 정보를 실시간 파악할 수 있다. 또한, 화학 증착에 필요한 화합물 및 반응 가스, 박막 성장 온도나 시간 등 여러 변수를 측정·분석해 공정도 최적화할 수 있다.연구팀은 한 걸음 더 나아가 박막 물성 분석결과를 기반으로 유전율(Permittivity)을 유추할 수 있는 분석기법도 개발했다. 유전율이란 전기장을 가했을 때 전기적 성질을 띤 분자들이 정렬해 물체가 전기를 띠는 현상이 발생하는 정도를 말한다. 유전율 분석결과는 고집적화와 고속화 구현에 유리한 저유전율 특성을 지닌 반도체 물질을 개발하는 데 활용된다.고온에너지시스템그룹 허훈 박사 연구팀이 개발한 시스템을 점검하고 있다.고온에너지시스템그룹 허훈 박사가 박막 소재가 증착된 실리콘 웨이퍼를 들고 있다. 연구팀은 구축한 시스템을 통해 저 유전율 반도체 물질을 증착시켜 그 과정과 처리조건에 따른 물성 변화를 라만 스펙트럼으로 실시간 분석하는 데 성공, 신규 박막 소재의 개발 가능성을 높였다.허훈 박사는 “시간과 비용이 많이 소요되는 기존 Ex-situ 박막 분석 방식의 한계를 국내 기술력으로 극복해낸 사례인 만큼 관련 소재·장비 국산화에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝히며, “반도체뿐만 아니라 OLED 소재, 2차전지 또는 태양전지용 전극 소재 등 다양한 분야에도 활용 가능하다”고 말했다.이번 연구개발은 국가과학기술연구회가 주관한 ‘창의형 융합연구사업’ 과제를 통해 3년 만에 낸 성과로, 2019년 6월 시스템 개발을 완료하고 현재 반도체 소재 기업들과 상용화를 추진하고 있다.관련문의:한국생산기술연구원 고온에너지시스템그룹 허훈 수석연구원(041-5898-523 / huhoon@kitech.re.kr)한국생산기술연구원 홍보지원실 이한영글 행정원(041-589-8039 / left0723@kitech.re.kr)
편집부 2019-10-17
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우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 15

자료제공: LS엠트론 기술교육아카데미 (http://lsmtronacademy.com)
편집부 2019-10-14
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고기능 코팅필름의 최근 개발 동향 및 시장전망

자료제공: 소재종합솔루션센터(www.matcenter.org), 화학소재정보은행(www.cmib.org) 지식정보 심층보고서
편집부 2019-10-14
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스스로 상황을 판단해 건조상태를 항상 최적으로! ㈜한국마쓰이 절전형제습기

국내에 원료 제습과 건조, 수송, 온조 조절, 정수처리, 냉각시스템, 배합, 분쇄 및 리사이클링 등 진보화된 플라스틱 성형공장의 합리화기기 및 시스템을 공급해오고 있는 ㈜한국마쓰이(이하 한국마쓰이)에서 지능(Intelligence)을 가진 제품 시리즈, ‘i 라인업’을 개발 및 출시하고 있다. 본지에서는 그중 스스로 사용 상황을 판단해 건조상태를 항상 최적으로 설정하는데 탁월한 절전형 제습건조기인 ‘MJ5-i’를 소개하고자 한다.에너지 세이빙, 한국마쓰이의 제습건조기 ‘MJ5-i’와 함께한국마쓰이는 ‘2020년까지 성형공장의 factor4를 실현한다’는 사명 아래 국내외 전력 부족과 성형 업체들이 사용하는 전력 중 건조기의 전력 소모가 매우 큰 것을 고려해 에너지 세이빙(Energy Saving) 기술개발에 힘써왔다. 그 결과, 셀프 컨트롤 기능 iplus를 탑재한 제습 열풍건조기 MJ5-i를 고객에게 제시할 수 있었다. “MJ5-i의 컨셉은 ‘지능(＝intelligence)을 가진 장치’이다. 이 iplus를 탑재한 것으로 사용자는 다른 설정 없이 MJ5-i가 스스로 사용 상황을 판단하여 항상 최적의 건조상태를 설정한다. 이로 인해 최대 75％라는 에너지 절약을 실현하여 고객에게 ‘감동’과 ‘기쁨’을 줄 수 있는 제품이라고 생각한다”라고 전한 한국마쓰이 관계자의 언급처럼 MJ5-i는 최대 75%의 에너지 절감을 실현한 제습건조기로서 이는 세계 최고 수준으로 평가받고 있다. SMART한 화면 구성은 물론, 필터 관리도 수월하게!MJ5-i의 특징은 에너지 세이빙뿐만이 아니다. 스마트한 화면 구성 역시 장점으로 꼽히고 있다. 각종 설정이나 운전상태 확인, 이상 발생의 대응 등 필요한 정보를 컨트롤러에서 일원화 관리가 가능한 터치패널을 채용해 사용자가 간편하게 조작할 수 있도록 구성했다. 또한, 수송 사이클론을 표준 장비하여 필터 관리 횟수를 크게 줄였다. 일상적인 관리는 더스트 박스 내의 수지 분진만 수거하면 되기 때문에 청소가 용이해졌다. 더스트 박스의 탈착은 정면에서 수행할 수 있다. 그 외에도 재료 교체 시 빠르고 간편하게 청소가 가능해 재료 교환 시간을 단축시켰다는 강점도 있다. 한국마쓰이 관계자는 제품에 대해 “이 밖에도 MJ5-i는 인버터 제어 모드로 풍량 조절, 원재료 과건조, 황변 방지 등을 통해 제품의 품질과 생산성을 높일 수 있다는 장점을 지니고 있으니 많은 관심 바란다”고 강조했다. 문의: ㈜한국마쓰이(www.koreamatsui.co.kr) 032-811-9400
편집부 2019-10-11
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한국화학연구원, 대량의 황폐기물 활용법 찾았다… 황 신소재 개발 성공

- 신축성, 자가치유 등 다기능성 소재 개발… 웨어러블 전자소자․적외선 광학소재 응용 기대원유 정제과정에서 나오는 대량의 황폐기물이 환경문제로 떠오르고 있는 가운데, 국내 연구진이 황을 기반으로 한 신소재를 개발하는 데 성공했다.전 세계적으로 연간 황 생산량 6,800만 톤 중 5%(340만 톤)가량*이 폐기물로 축적되고 있으나, 마땅한 처리방법이 없는 상황이다. 국내의 경우 중국에 황폐기물을 수출하고 있지만, 중국의 정유산업 고도화로 인해 수출량이 줄어들 것으로 예상된다. * 자료출처: 유황의 유효 이용과 미래전망, CMC Research, 2014이에 전 세계 연구진이 황폐기물 활용 해법으로 황을 기반으로 하는 신소재 개발에 나섰지만, 물성이 떨어지는 탓에 번번이 상용화 문턱을 넘지 못했다.한국화학연구원 김용석 고기능 고분자연구센터장은 “향후 중국의 정유 산업 고도화로 황 수입이 급감하면 국내에 대량의 황 폐기물이 축적될 가능성이 있다”라면서, “석유화학 부산물인 황을 활용한 고부가가치 화학소재 개발이 시급하다”고 말했다. 이러한 가운데 한국화학연구원 김용석‧김동균 박사 연구팀이 황 기반의 다기능성 고분자 신소재를 개발했다. 한국화학연구원 연구진이 이번에 개발한 황 기반 소재 필름을 들여다보고 있다. (왼쪽부터 김용석 박사, 이지목 박사과정 학생연구원, 김동균 박사)이 신소재는 신축성이 뛰어나고, 스스로 원래 상태로 회복하는 자가치유 특성이 있는데 다, 적외선을 투과할 수 있어서 웨어러블 전자소자나 적외선 카메라 렌즈 등에 응용할 수 있을 것으로 기대된다. 이번에 개발한 신소재를 실험한 결과, 필름 형태의 소재 양 끝을 잡고 당길 때 길이가 늘어나는 비율인 연신율이 300%에 달하고, 신소재에 흠집을 내고 자외선을 조사한 지 5분이 지나자 자가 치유되는 것으로 확인됐다.또한, 한 번 사용한 황 고분자 소재를 버리지 않고 다시 쓸 수도 있다. 잘게 부서진 필름 형태의 소재를 고온에서 강한 압력으로 찍어내는 프레스 공정을 통해 원래 상태로 재활용할 수 있기 때문이다. 이에 대해 한국화학연구원 김동균 박사는 “이 같은 특성을 활용하면 웨어러블 전자소자나 적외선 광학 소재뿐만 아니라, 고부가가치 응용범위를 획기적으로 넓힐 수 있다”고 설명했다.황 신소재 합성 공정한국화학연구원 연구진은 황과 파라-디아이오도벤젠에 실리콘 오일을 첨가한 후 가열해 용융된 황과 파라-디아이오도벤젠을 얻었다. 이후 230℃에서 재가열한 후 질소가스를 흘려 넣어 효과적으로 요오드(I2)를 제거했다. 끝으로 처음에 첨가한 실리콘 오일을 제거하고, 황 고분자만 얻어냈다.한국화학연구원 연구진은 황에 파라-디아이오도벤젠을 첨가하는 방법으로 다기능성 황 기반 고분자 소재를 합성했다. 연구진은 황과 파라-디아이오도벤젠 용융중합(단위분자를 고온에서 녹여(용융) 중합(연결)하는 고분자 합성법) 시, 실리콘 오일을 소량 첨가해 황 함량을 조절했다. 이를 통해 황 고분자의 연신율(신축성)을 150~300%까지 조절하는 것은 물론이고, 자외선을 이용한 자가치유, 적외선 투과, 재가공 특성 등 다양한 기능을 가질 수 있게 됐다.황 신소재의 신축성·자가치유·재가공 특성 이번에 개발한 황 신소재의 끝을 잡아당겼더니 원래 길이의 3배까지 늘어났으며, 3분 이내 처음 형태로 회복됐다.(왼쪽/신축성 관련 실험)  황 신소재 표면에 흠집을 낸 후 자외선을 조사한 지 5분이 지나자 흠집이 사라졌다.(가운데/ 자가치유 실험) 잘게 잘린 황 신소재 필름을 고온 프레스 공정을 통해 원래 상태로 재가공했다.(오른쪽/ 재가공성 관련 실험)황 신소재 필름의 적외선 투과 특성손바닥에 황 신소재 필름(아래)과 폴리이미드 필름(위)을 올려놓고 적외선을 투과하는 실험을 했다. 그 결과 황 신소재 필름(아래)은 적외선이 투과되어 투명하게 보이며, 폴리이미드 필름(위)은 적외선이 투과되지 않아 붉게 보인다. 새로운 용융중합법으로 기존 황 기반 소재의 한계를 극복한 것이다. 지금까지 전 세계적으로 황을 활용한 신소재 개발 시도가 여러 차례 있었으나, 소재에 신축성이 없어 쉽게 부서지는 등 물성이 떨어지는 한계점이 뚜렷했다.이번 연구결과는 고분자 분야 국제학술지 ‘ACS 매크로 레터스(ACS Macro Letters)’ 8월호 표지논문*으로 게재됐다.* 논문명: Synthesis of Poly(phenylene polysulfide) Networks from Elemental Sulfur and p‑Diiodobenzene for Stretchable, Healable, and Reprocessable Infrared Optical Applications(원소 황과 파라-디아이오도벤젠으로부터 신축성, 자가치유 및 재가공 특성을 갖는 페닐렌 폴리설파이드 가교 고분자 합성 및 적외선 광학 응용) 또한, 이번 연구는 산업통산자원부의 산업핵심기술개발사업, 한국화학연구원 주요사업의 지원을 받아 수행됐다. ACS 매크로 레터스 8월호 표지논문 ○ 성명: 김 용 석 ○ 소속: 한국화학연구원 화학소재연구본부               고기능 고분자연구센터 ○ 전화: 042-860-7305 ○ 이메일: yongskim@krict.re.kr○ 성명: 김 동 균○ 소속: 한국화학연구원 화학소재연구본부              고기능 고분자연구센터○ 전화: 042-860-7297○ 이메일: dgkim@krict.re.kr
편집부 2019-09-16
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우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 14

자료제공: LS엠트론 기술교육아카데미 (http://lsmtronacademy.com)
편집부 2019-09-10
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가상공학을 활용한 복합소재 제품개발 방안 2

압축성형의 경우, 일반적으로 압축성형 공정에 사용되는 섬유 강화 충진재는 벌크 재료(Bulk charge)와 시트 재료(Sheet Charge)의 두 가지의 초기 포맷이 있다.
관리자 2019-09-10
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사출성형기의 정점에 선 ‘전동사출성형기’, LS Mtron에서 에너지 절감과 정밀도로 고객을 사로잡다!

사출성형기 발달과정의 마지막 정점에 위치해 있는 기종이라 할 수 있는 전동사출성형기는 최근 산업계에서 원가 절감과 제품 품질향상이라는 장점으로 구매가 꾸준히 증가하고 있다. 이에 LS Mtron injection & molding machine division에서는 보다 높은 청결도 및 낮은 에너지 소비, 뛰어난 재현성 및 정밀도, 빠른 속도 등으로 고객에게 전동사출성형기를 제시하며 화제를 모으고 있다. 앞으로도 전동사출성형기에 기술개발과 투자를 꾸준히 진행해 제품의 품질과 원가 절감을 위해 최선의 노력을 하겠다는 LS Mtron injection & molding machine division의 제품을 소개해보고자 한다.
편집부 2019-09-09