Special 세라믹스 국제표준화 최신 동향(2)

고순도 산화이트륨의 표준물질 개발 및 분석방법 표준화

이연숙_한국산업기술시험원 재료기술센터 연구원
김용남_한국산업기술시험원 재료기술센터 수석연구원

1. 서론

고순도 산화이트륨(Y2O3, 이트리아)은 반도체/디스플레이 제조공정에서 필수불가결한 핵심소재이다. 산화이트륨은 내식성, 내산화성, 내플라즈마성 등이 우수하여 반도체/디스플레이 공정장비용 부품의 소재나 코팅 소재로 가장 많이 사용되고 있는 세라믹 소재 중 하나이다[1-3]. 내플라즈마성이 우수한 소재로는 산화알루미늄(Al2O3), 옥시불화이트륨(YOF), 불화이트륨(YF3), YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 등이 있지만, 산화이트륨은 현재 구축된 반도체/디스플레이 제조공정에 가장 최적화된 소재이다. 반도체/디스플레이 산업의 경쟁력 제고가 필요한 현 시점에서 선폭의 미세화 및 고집적화를 위한 박막증착 및 식각용 공정장비의 제조기술 수준을 반드시 향상시켜야 하며, 이를 뒷받침하기 위해 내플라즈마 소재인 산화이트륨의 고품질화 및 국산화가 요구되고 있다.
  반도체/디스플레이 공정용 고부가가치 고순도 산화이트륨은 현재 일본의 Shinetsu, NYC 등으로부터 전량 수입되고 있다. 일본 기업들은 분말 입자의 미립화를 통해 소결체 및 코팅의 밀도를 높임으로써 반도체/디스플레이 제조공정에서 발생하는 오염을 최소화하는 원천기술을 보유하고 있다. 일본발 수출규제로 인한 원료･소재 수입국 다변화의 일환으로 중국산 산화이트륨을 수입하고 있지만, 원천기술의 부재, 낮은 기술수준 등으로 인해 일본산 고순도 소재와의 질적 차이를 좁히지 못하고 있다.
  이와 같은 이유로 인해 고부가가치 고순도 산화이트륨을 국산화하기 위한 기술개발이 진행되고 있고 어느 정도 성과를 내고 있으나 다음과 같은 기술들은 현재 미흡한 수준으로 추가적인 연구개발 및 표준화가 요구된다. 첫째, 고순도 산화이트륨의 순도 및 불순물을 분석하기 위한 화학분석용 표준물질과 화학분석방법에 대한 표준이 부재한 상태이다. 따라서 화학분석용 표준물질을 개발하고, 관리대상 원소를 평가할 수 있는 화학분석 방법을 최적화하여 표준화하는 연구가 진행되어야 한다. 둘째, 내플라즈마 소재 및 코팅의 밀도를 향상시키기 위해서는 원료분말의 크기 및 유동성이 중요하므로, 초미세 산화이트륨 분말의 유동성을 정량적으로 비교 평가할 수 있어야 한다. 그러나 기존의 평가방법으로는 응집이 심한 초미세 세라믹 분말의 유동성을 측정할 수 없기 때문에 새로운 유동성 평가방법을 정립하고 표준화하는 것이 필요하다. 셋째, 반도체/디스플레이 제조공정의 차세대 내플라즈마 소재로 최근에 적용되기 시작한 YAG 소재의 결정상에 대하여 정성적 및 정량적 평가가 필요하다. 산화이트륨과 산화알루미늄의 화합물인 YAG 소재는 내플라즈마 특성이 산화이트륨 수준으로 우수하여 반도체/디스플레이 제조공정용 소재로서 주목받고 있다. 그러나 YAG의 합성 과정에서 생성되는 이차상(YAP, YAM 등)은 YAG 소재의 내플라즈마 특성을 저하시킬 수 있기 때문에 이에 대한 정확한 평가방법의 정립과 표준화가 진행되어야 할 것이다. 이를 토대로 반도체/디스플레이 공정용 고순도 산화이트륨 및 YAG의 특성을 객관적으로 비교 평가할 수 있는 기술을 정립하고 이를 표준화한다면 국산 세라믹 원료소재의 고품질화와 국내·외 시장진입 장벽을 낮추는데 기여할 수 있을 것이다.

그림 1. 산화이트륨계 소재의 용도

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