핵융합연은 지난 2017년 국내 중소기업인 용사코팅 전문업체 세원하드페이싱에 용사코팅용 재료 분말의 유동성을 향상할 수 있는 플라즈마 기술을 이전하고 관련 제품 개발을 위한 협력을 추진해왔고 그 결과 핵융합연과 세원하드페이싱은 미세 분말 상태에서도 응집하지 않는 용사코팅 소재인 이트륨옥사이드를 국내 최초로 개발하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.
이트륨옥사이드는 플라즈마 에처와 화학증착장비(CVD) 내부 코팅 등 반도체 공정 장비에 적용되는 소재이며 국내 반도체 제조사들이 전량 일본에서 수입해 사용하고 있는 소재이다.
용사코팅은 분말 상태의 재료를 반도체, 자동차, 전자제품 등의 부품 표면에 분사해 입히는 기술이며 부품의 내열 및 내구성 등을 향상시키기 위해 다양한 산업 분야에서 활용되는 코팅 방식이다.
그동안 산업계는 용사코팅의 높은 치밀도 및 균일성과 빠른 코팅 형성 속도 등을 위해 크기가 작고 유동성이 좋은 용사 분말을 필요로 해왔다. 하지만 분말의 크기가 작아질수록 분사 과정에서 뭉치거나 엉기는 등 유동성이 낮아져, 균일한 코팅이 이루어지지 않는다는 문제가 있었다.
하지만 핵융합연의 플라즈마 기술을 적용한 용사 분말은 분말끼리 서로 밀어내는 반발력이 생겨 응집되지 않고 흐름이 좋아지기 때문에 치밀하고 균일한 코팅막을 형성할 수 있다. 특히 25마이크로미터(㎜) 이하 크기의 용사분말 유동성을 크게 향상시킬 수 있어 그동안 어려웠거나 불가능했던 미세 분말을 이용한 고품질의 용사코팅을 가능하게 한다.
그동안 25㎜ 이하 크기의 이트륨옥사이드의 경우 유동도가 없어 코팅에 사용하지 못했다. 하지만 핵융합연의 플라즈마 기술을 적용해 개발한 제품(20㎜ 수준)은 유동도가 2(g/sec) 내외로 일본에서 수입해 사용했던 제품(35㎜ 수준)보다 입자 사이즈가 작으면서도 유동도가 매우 높아 미세하고 치밀한 코팅막을 형성할 수 있다.
해당 기술 개발자인 핵융합연 홍용철 박사는 “뛰어난 품질의 미세 용사 분말 제작이 가능한 플라즈마 기술은 반도체 공정 외에도 다양한 소재 산업에 활용할 수 있어 이를 활용한 소재 기술 국산화 연구를 지속할 계획”이라고 밝혔다.
세원하드페이싱은 국내 여러 코팅 업체를 통해 핵융합연과 공동개발한 이트륨옥사이드의 품질과 신뢰성을 검증받았고 가까운 시일내에 품질테스트를 통해 국내 반도체 생산에 실제로 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
핵융합연 유석재 소장은 “출연연이 기업에 이전한 기술을 바탕으로 기업과 협력해 일본의 수출 규제에 대응할 수 있는 반도체 소재 국산화 성공의 대표적 사례중 하나”라며 “플라즈마 기술이 반도체 공정의 80% 가량을 차지하는 핵심 기술중 하나인 만큼 국내 기업들의 반도체 장비 및 소재 국산화를 위해 우리 연구소가 보유한 플라즈마 기술 지원을 보다 적극적으로 추진해 나가겠다”고 밝혔다.
/대전=박희윤기자 hypark@sedaily.com
