문승재 기계공학부 교수가 지난달 31일 SK하이닉스의 제11회 ‘산학연구과제 우수 발명 포상 시상식(이하 우수 발명 시상식)’에서 최우수상을 받았다. 이 대회는 반도체 기술 연구 과제 수행 중 출원한 특허를 평가하고 우수 발명 성과를 포상하기 위해 개최된다. 연구자의 사기 진작 및 우수 특허 개발을 장려하고 있다.

문 교수의 ‘이온 주입 공정을 최적화하는 기술’ 연구는 실제 제품 적용 가능성이 높다는 평을 받으며 우수 발명시상식에서 1위를 차지했다. ‘이온 주입 공정’은 웨이퍼에 특정 불순물을 주입해 전류의 흐름을 제어하는 공정을 말한다. 공학 전공자로서 실제 산업 현장에 큰 도움을 준 문 교수를 만나 이야기를 나눴다.

 

기계공학적 지식으로 반도체 문제를 해결하다

문 교수의 이번 연구 첫 시작은 SK하이닉스의 의뢰였다. SK하이닉스 측에서 장비의 효율이 떨어지는 문제가 발생한다는 의뢰를 받아 문 교수는 연구를 시작했다. 그는 기계공학적 열전달 지식을 이용해 아이디어를 고안했다. 처음부터 온도를 높여 불순물이 웨이퍼에 주입되지 않으면 장비가 망가지는 일을 줄어들 것으로 생각했다.

기술 최적화를 위해 문 교수는 '이온 주입 공정 기술'에 자신이 도출한 아이디어를 적용해 장비의 효율 저하 문제를 해결하고자 했다. 특히 그가 연구한 ‘이온 주입 공정 기술’은 반도체 공정에서의 핵심 공정 중 하나다.

일반적으로 사람들은 실리콘 웨이퍼에 바로 반도체를 만든다고 알고 있다. 하지만 이 실리콘 반도체 자체는 실온에서는 전기가 거의 통하지 않는 부도체이다. 따라서 불순물을 주입해 회로가 뜰 수 있도록 해야 한다. 어떤 특정 영역에 붕소(B), 인(P), 비소(As)와 같은 불순물을 실리콘 웨이퍼에 주입해 원하는 전기적 특성을 부여하는 과정이 필요하다.

문 교수는 불순물들이 실제로 웨이퍼에 들어가지 않고 장비에 증착하는 것을 문제로 인식했다. 그는 "불순물 기체의 가열이라는 방법을 통해 전류가 잘 흐르는 기체인 플라즈마의 온도를 높여 불순물 기체의 이온화도를 높일 수 있었다"고 말했다. 이어서 그는 "이때 가열이라는 방법을 통해 온도를 높였다"며 "그 이온들이 더 효율적으로 실리콘 웨이퍼에 주입되도록 문제를 개선했다"고 밝혔다.

 

산업 현장에 바로 적용할 수 있는 기술

 

 

연구를 진행하던 문 교수는 개인적으로 건강의 적신호를 직면했으며, 학문적으로 고진공 영역이라는 새로운 분야를 다뤄야 하는 위기를 맞았다. 그럼에도 그는 연구를 끝마치겠다는 의지로 연구에 몰두했다. 그 결과 문 교수는 SK하이닉스 기술과 상대적으로 더 밀접한 분야인 전자공학과 연구자들을 제치고 기계공학자로서 우수 발명 시상식에서 당당히 1등의 자리에 올랐다. 

 

이번 문 교수의 연구는 반도체 산업 제조 공정에 효율을 제고해 반도체 제조 단가가 낮아지는데 기여할 것으로 기대된다. 그는 “시상식에서 산업 현장에 바로 적용할 수 있는 연구라는 평이 가장 기억에 남는다”며 “공학을 전공하는 교수로서 실제 산업 현장에 도움이 된 것 같아 굉장히 기뻤다”고 밝혔다.

하지만 그에게 연구의 아쉬움도 존재했다. 문 교수는 “주어진 과제가 끝나서 직접 확인하는 단계까지는 나아가지 못했다”며 “기쁨과 동시에 아쉬운 점도 있었다”고 말했다. 이어 그는 “산업 현장에만 적용되는 연구라 특허 내기 전까지 논문 쓰는 데에 어려움이 존재한다”고 덧붙였다.

 

"반도체 공정 연구에 계속 힘쓰고파"

 

 

향후 목표로 문 교수는 반도체 공정 레이저를 이용한 반도체 가공 연구에 뜻이 있다. 그는 “반도체 공정 연구를 지속해 우리나라의 부족한 소재 공정 기술을 더 발전시켜 외국과의 기술 격차를 극복하고 싶다”며 “이를 국산화하는 데에 도움이 되고 싶다”고 말했다. 

마지막으로 그는 기계공학부 학생들을 비롯한 한양인들에게 조언을 남겼다. “요즘 추세를 따라 학생들이 로봇이나 자동차 분야로만 진출하려는 경향이 큰 것 같습니다. 하지만 국가 기관 산업인 반도체 제조 공정에서 기계 공학 엔지니어들을 많이 필요로 합니다. 여러분들이 반도체 엔지니어가 되어 미래의 반도체 산업 발전에 이바지했으면 좋겠습니다. 모두 힘내세요!”