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최근 스마트폰을 비롯한 초소형, 초박형 제품의 수요가 급증하면서 다양한 기능들을 구현할 수 있는 차세대 비아홀 공정을 도입하는 기업이 늘어나고 있습니다.

이에 따라 하나의 반도체 웨이퍼에 CPU, 메모리, 전원소자, 센서, MEMS 등 다양한 칩을 층층이 쌓고 이들 사이에 전기신호가 원활하게 교환되도록 하는 것이 반도체의 품질을 좌우하는 중요한 요소가 됐습니다.

이를 위해서는 매우 좁고 긴 구멍인 TSV(Through Silicon via ; 실리콘 관통 비아홀)를 뚫어 칩들 사이의 전기 신호를 전달해야 합니다.

TSV는 지름이 수 ㎛ 수준이며 상대적으로 깊이가 깊기 때문에 정교한 기술이 요구됩니다.

특히 수율이 중요한 대규모 제조공정에서 빠르고 정확하게 측정하는 기술은 차세대 반도체 측정장비 시장에서 필수적인 기술입니다.

□ 비아홀은 지름이 매우 좁고 깊어 정밀한 측정기술이 필수적이지만, 그동안 국내에서는 관련 측정기술이 없어 차세대 반도체 시장 진출에 어려움을 겪어 왔습니다.

기존의 비아홀 측정은 X-레이나 SEM(전자현미경)을 활용해 시료를 절개하여 측정하거나 개별 이미지를 촬영하는 방식을 사용했습니다.
 
특히, SEM을 활용해 비아홀을 측정할 경우, 웨이퍼의 단면을 절단해 측정하기 때문에 불가피하게 제품에 손상이 생기고, 측정하는 샘플 수에도 한계가 따라 대량공정에 적용시 어려움이 따랐습니다.

□ KRISS(한국표준과학연구원) 길이센터 진종한 박사팀이 개발한 차세대 반도체 패키징 측정기술을 반도체 디스플레이 검사장비 전문기업인 ㈜쎄미시스코으로 이전됐습니다.

이번에 이전한 실리콘 관통 비아홀(Through Silicon via, TSV) 측정기술은 반도체의 집적도를 높이기 위해 실리콘 웨이퍼를 아파트처럼 수직으로 쌓아 올린 후, 각 층의 웨이퍼 간 전기신호를 주고받기 위한 수직 도선인 TSV의 깊이를 고속으로 측정 및 검사하는 기술입니다.

이 기술의 특징은 비아홀의 직경과 깊이를 정확하게 측정하면서도 레이저를 이용해 비접촉으로 제품에 손상 없이 고속측정이 가능합니다.

이번 기술이전으로 현재 기술적인 난제때문에 본격적인 시장형성이 이루어지지 않은 TSV 측정장비 시장을 선점하는 것을 물론 비아홀 고속 측정방법이 상용화될 경우 차세대 반도체 장비시장을 선점할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

한편 KRISS는 이번 기술이전으로 향후 10년간 약 50억 원 이상의 기술료를 받을 전망입니다.


간섭계 측정장치를 이용해 TSV를 측정하는 모습

<㈜쎄미시스코>

반도체, 디스플레이공정등의 검사 및 진단 솔루션 기업인 쎄미시스코는 2000년 10월에 설립되었다.
경기도 수원에 본사가 있으며, 중국의 베이징과 안휘성 합비 두곳에 지역사무소를 운영하고 있다.
반도체 및 디스플레이 검사장비 분야에서의 노하우를 바탕으로 지난 2011년 코스닥에 입성한 (주)쎄미시스코는 국내는 물론 해외에서도 기술력을 인정받고 있는 강소기업이다.
현재 보유하고 있는 지식재산권이 100여개에 달하며 삼성전자, 삼SMD, LG디스플레이 등 국내는 물론 중국, 일본, 대만, 미국, 영국, 프랑스 등 의 선진국들에 수출하고 있다.

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한국원자력연구원 양성자기반공학기술개발사업단이 8년 여의 연구 끝에 대용량 선형 양성자가속기(100MeV, 20mA) 개발에 성공했습니다.

선형 양성자가속기 구성



이는 미국과 일본에 이어 세계 3번째로 대용량 가속기 기술개발에 성공한 것으로, 우리나라는 양성자 가속기 기술 선진국으로 도약할 수 있는 역량을 보유하게 됐습니다.

이에 따라 우리나라는 최근 경쟁적으로 양성자가속기 사업을 추진하고 있는 EU나 중국, 인도 등으로부터 기술 제공 요청 등 다양한 분야에서 국제 협력을 제안 받고 있습니다.

 이번에 개발된 가속기는 현재 원자력연구원 내에서 가동 중인 20MeV가속기를 연결해 2012년 경주 양성자가속기연구센터 건설됩니다.

개발 완료된 100MeV

경주 양성자가속기연구센터는 방사성폐기물처분시설 유치지역 선정과 연계되어 추진되는 정부-지자체 공동사업으로 약 3000억원이 투입돼 2012년에 완공될 예정입니다.


 이 가속기가 운영되면 초당 10경(京, 만 조)개 이상의 양성자를 가속해, 다양한 분야의 이용자들에게 대량으로 동시 공급할 수 있게 됩니다.

대표적 이용분야로는 IT분야의 고효율 전력 반도체, 고성능 반도체 소재(웨이퍼) 제조기술, BT분야의 식물 돌연변이 유발기술, 생분해성 플라스틱 생산기술, ST분야의 우주 부품 내방사선(耐放射線) 시험기술, 의료분야의 양성자 암치료 연구, 의료용 동위원소 생산기술 등이 있습니다.

이번 가속기 개발을 통해 원천기술을 확보함으로써 양성자와 중성자를 이용한 21세기 아(亞)원자시대의 연구개발 활성화와 함께 우리나라 가속기 기술의 자립화, 선진화를 앞당기는데 기여할 것으로 기대되고 있습니다.

한편 현재 한국원자력연구원에서 운영 중인 20MeV 양성자가속기는 지난 2007년부터 3년간 시험운전을 통해 약 900건의 빔을 제공하여 양성자가속기를 활용한 연구에 기여했습니다.

현재 운영 중인 20 MeV 양성자가속기

 

국내 가속기 구축 현황 

구 분

장치개요

활 용

추진주체

사업기간

예산

(국비/기타)

비 고

양성자가속기

(선형)

가속한 양성자를 물질에 조사함으로써 물질 변화 또는 중성자 생산

가속입자:양성자(수소원자에서 전자를 제거한 이온) (100MeV)

물질을 변화시키거나,

중성자 생산

(의료용, 산업용 동위원소 생산, 전력반도체 제조)

한국원자력

연구원

(양성자기반공학기술개발사업단)

‘02~’12

3,074억원

(1,763/1,311)

건설 중

방사광

가속기

3세대

(원형)

전자를 가속한 후, 방향을 바꿀 때 발생하는 방사광 이용

가속입자 : 전자 (3.0GeV)

물질의 정적 구조 분석

(생명, 재료, 화학, 물리, 기계, 반도체, 응용과학분야)

포항가속기

연구소

‘91~’94

1,500억원

(569/904)

운영 중

(2.5GeV)

성능향상

‘09~’11

1,000억원

(1,000/-)

성능향상 중

(3.0GeV)

4세대

(선형)

◦가속된 전자빔을 삽입장치로 통과시 진행방향이 휠 때 방출되는 X-선 레이저 이용

1천조분의 1초 광원 발생

3세대에 비해 100억배 밝기

가속입자:전자 (10GeV)

물질의 동적현상 실시간 관측, 3차원 분석

(생명공학, 신약,

신물질 개발 등)

교육과학

기술부

‘11~’14

4,260억원

(4,000/260)

 

건설 예정

중이온가속기

(선형)

양성자보다 무거운 헬륨, 탄소, 우라늄이온 등을 물질에 조사

가속입자:중성자․양성자, 우라늄 등 (200Mev/n)

핵물리 등 기초연구 활용

(중이온 암치료, 신물질, 신품종 개발)

과학비즈

니스벨트

구축 진행

4,600억원

(4,600/-)

개념

설계 중

중입자가속기

(원형)

(수익운영사업)

탄소 등 무거운 원소의 원자를 가속시켜 암세포에 쏘이는 장치

가속입자:탄소핵 (400MeV)

의학분야 활용

(중입자 암치료, 의학연구)

동남권의학원

‘10~’16

1,950억원

(700/1,250)

건설 중



 용  어  설  명

MeV(Mega electron Volt)
: 양성자의 에너지 단위. 1전자볼트는 1볼트의 전압이 걸려 있는 금속판 사이를 지나면서 양성자가 얻는 에너지. 1MeV의 에너지로 가속시키기 위해서는 약 67만개의 1.5볼트 건전지를 직렬로 연결하고 금속판에 연결하면 가능함. 100MeV양성자는 초속 약 13만km의 속도로 날아간다.

mA((mili Ampere)
: 몇 개의 양성자를 가속시키는지를 나타내는 단위로 에너지와 함께 가속기의 성능을 나타냄. 20mA 양성자 빔은 초당 약 120,000조 개의 양성자를 가속하는 것을 말함.

대용량 양성자 가속기
: 빔 전류 10mA 이상의 대용량으로, 현재 미국 오크릿지국립연구소(ORNL; Oak Ridge National Laboratory)와, 일본 원자력연구기구(JAEA; Japan Atomic Energy Agency)에서 개발 운영 중

아(亞)원자(subatomic) 시대
: 21세기 원자수준의 연구 개발을 위하여 원자를 구성하는 양성자, 중성자, 전자, 광자를 관찰과 조작의 도구로 사용

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