한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민)이 반도체 공정에 쓰이는 에폭시 수지를 실시간으로 측정할 수 있는 비접촉식 유량센서를 개발했다. 공정을 멈추지 않고도 디스펜서에서 토출되는 양을 정확히 모니터링 가능해 반도체 수율 향상에 기여할 수 있다.

▲ (좌측부터) KRISS 유량측정팀 임성혁 선임연구원, 이석환 선임연구원, 강웅 책임연구원

전자제품 제조 공정 전반에 쓰이는 디스펜서는 에폭시 수지 등을 분사하는 역할을 한다. 에폭시 수지는 점성이 높고 굳는 성질이 있어 주로 휴대폰에 카메라 등 작은 부품을 부착하기 위한 접착제로 쓰이거나, 칩을 충격에서 보호하기 위한 언더필(underfill) 수지로 사용된다. 반도체 기술의 발달로 기기가 점차 소형화됨에 따라 극미량의 수지를 정확하게 토출하는 것이 더욱 중요해지는 추세다.

현재 제조현장에서는 디스펜서를 공정에 투입하기 전 토출량을 저울로 미리 확인하고 있다. 이 방식으로는 공정 도중 에폭시가 굳어져 토출량이 부정확해지거나 노즐이 막히는 문제를 방지할 수 없다. 공정을 멈추지 않고 토출량을 실시간으로 모니터링하기 위해서는 비접촉식 유량계를 사용해야 하지만 기존의 초음파식 유량계로는 이처럼 극히 적은 유량을 측정하기 어렵다.

KRISS 유량측정팀이 개발한 센서는 적외선 흡수 방식을 채택해 배관을 자르거나 공정을 중단하지 않고도 실시간으로 유량을 측정할 수 있는 것이 특징이다. 에폭시의 국소 부위를 적외선으로 가열한 뒤 그 흐름을 배관 외부에서 적외선 흡수 기반의 온도센서로 측정하는 원리다.

연구진이 이번에 개발한 센서로 극미량의 디스펜서 토출량을 실시간 측정해 이를 저울 측정값과 비교한 결과 300 Hz의 고속으로 토출되는 1 µg(마이크로그램, 1그램의 백만 분의 1) 수준의 극미량까지 정확히 측정할 수 있음이 확인됐다. 실제 반도체 공정에 쓰이는 10 µg ~ 수십 mg 수준의 토출량을 실시간으로 측정 가능하다.

이번 성과는 반도체 공정 디스펜서의 토출량을 실시간 비접촉 방식으로 측정할 수 있는 센서를 개발한 첫 사례다. 공정 중 정확한 측정이 가능해 수율 향상에 기여할 수 있을 뿐 아니라, 배관을 자르지 않고 외부에서 결합시키는 클램프온(clamp-on) 방식이라 현장을 오염시키지 않는다는 장점까지 갖췄다.

연구진은 이번에 개발한 센서를 상용화하기 위해 후속 연구를 진행 중이다. 그간 비접촉식 유량 측정에는 외산 초음파 유량계가 주로 사용됐지만 이번 성과가 상용화된다면 순수 국내 기술로 보다 우수한 측정성능을 갖춘 비접촉식 유량측정센서를 시장에 선보이게 될 전망이다.

KRISS 유량측정팀 이석환 선임연구원은 “이번에 개발한 기술을 응용하면 세척, 식각 공정에 쓰이는 황산 등 약액의 유량도 비접촉식으로 측정할 수 있다”며 “반도체 수율을 높이면서도 보다 안전하고 효율적인 현장을 만드는 데 기여할 것”이라고 말했다.

과학기술정보통신부 한-EU 공동연구지원사업 등으로 수행한 이번 연구의 성과는 광학분야 국제학술지인 옵틱스 앤 레이저스 인 엔지니어링(Optics and Lasers in Engineering, IF : 5.67)에 10월 온라인 게재됐다.