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- 반도체 표면 미세가공한다.
- 정해도 교수(부산대학교 기계공학부)
- ̸ :hdjeong
pusan.ac.kr - : 부산대학교 기계공학부
-
METRIC에서 부산대학교 기계공학부 정해도
교수님과 인터뷰하고 신소재가공실험실을 취재하였습니다.
반도체를 다층으로 쌓기 위해 층마다 평평하게 연마를 해 줘야 하는데
이 과정에 쓰이는 기술이 반도체 평탄화 기술, 또는 CMP기술입니다.
부산대학교 정밀기계공학과 신소재가공실험실의 주된 연구 분야
가운데 하나는 바로 CMP기술입니다. 정해도 교수님은 CMP전용연마기를
개발 시판하고, 실리콘 고무를 이용한 미세 복제기술로써 벤처기업을
설립 운영하고 있습니다. 인터뷰에서는 이런 CMP기술의 소개와 벤처창업의 경험담을
질문해 보고자 합니다.
인터뷰에 앞서 흔쾌히 인터뷰 요청에 응해주신 교수님께 센터의
이름을 빌어 감사드립니다.
가공은 크게 4가지로 분류할 수 있습니다.
잘 아시는 바와 같이 제거가공, 부착가공,
변형가공, 변질가공. 이 4가지가 있습니다.
잘 아시는 제거 가공은 우리가 보통 머시닝,
기계절삭가공이라 보통 얘기하는 그런 제거가공
외에도 에칭이라든가 방전가공이라든가 또는
초음파나 레이저를 이용한 그러한 제거 가공기술이
있습니다. 그 다음에 최근 부각되고 있는 이런
기계가공 쪽으로는 절삭에서도 금속절삭의
경우가 되겠습니다만, 다이아몬드 공구를 이용한
정면절삭가공, 초정밀 절삭 가공이 있습니다.
이런 부분들은 잘 아시는 바와 같이 레이저 프린터라든지 또
그리고 복사기라든지에 쓰이는 드럼, 이와
같은 OA기기의 핵심 부품을 다이아몬드 절삭가공하고
있습니다. 기타 연삭가공 기술은 경면 연삭,
주로 광학부품이라든지 전자부품에 초정밀
경면 표면을 얻고자 할 때 연삭가공을 실시하고
있습니다. 그렇게 하더라도 표면이 무결함이라고
표현할 수 없기 때문에 무결함의 표면을 연구할
경우에는 연마기술을 이용하고 있습니다.
특히
화학과 기계 두가지 작용을 이용한 화학.기계적
연마기술은 가장 최근의 기술이라고 볼 수
있습니다. 그 다음에 부착가공 기술은 주로
붙이는 기술이 되겠습니다만 이와 같은 기술들은
기존의 용접이라든지 또는 접착제를 이용한
접합 등이 적용되어 왔습니다만 최근에 와서
래피토프로토타이핑, 쾌속적용기술이라고
보통 얘기하고 있습니다. 이와 같은 쾌속적용기술은
3차원 CAD를 이용해서 그 데이터를 슬라이싱해서
2D 데이터를 만든 다음에 또 2D 데이터를 하나씩
보내어서 액상의 수지 표면에다가 레이저를
조사해서 한층씩 고화시키면서 반복하여 적층을
해 나가는 기술이 되겠습니다. 이를 통하여
얻을수 있는 것은 기존의 절삭이라든가 제조과정에서
얻을 수 없었던 아주 복잡한 3차원 형상을
손쉽게 얻을 수 있으며 이와 같은 기술들은
사무실에서 아주 조용한 과정에서 가공이 진행이
되면서 우리가 설계한 대로 직접 바로 현장에서
확인할 수 있고 또 이것을 또 다른 금형으로
활용해 낼 수 있는 그런 기술이 되겠습니다.
세 번째 변형 가공기술은 소성가공, 주조,
분말성형 이런 것들이 있습니다. 최근에는
레이저를 이용한 성형이라든가 세미솔리드와
같은 반용융성형이라든가 이와 같은 기술들이
지금 각광을 받고 있습니다. 마지막으로 변질가공은
주로 열처리라든가 표면처리 기술이 되겠습니다.
특히 우리나라같은 경우엔 재료의 기계적,
물리적인 성질을 변화시킬수 있는 이와 같은
기술이 상당히 부족한 현실입니다. 특히 점차
표면에 대한 연구가 강화되면서 표면처리기술은
특히 중요한 우리가 앞으로 해결해 나가야
될 중요한 기술이 되겠습니다. 이와 같은 표면처리기술에
있어서는 화학이라든가 또는 레이저를 이용한
표면처리, 이와 같은 기술들은 아주 최근에
급속히 발전되는 기술이라고 볼 수 있겠습니다.
먼저 반도체 평탄화 기술이라는 것은 말
그대로 반도체 디바이스를 제작하기 위해서는
노광, 에칭, 증착이라는 3대 기술이 적용이
됩니다. 그러한 과정에서 반도체 공정기술이
갖고 있는 특이성 때문에 주로 박막을 만들때
표면에 요철이 작위적으로 발생하게 됩니다.
이러한 요철을 없애주는 것이 평탄화 기술이
되겠습니다. 이와 같은 평탄화 기술은 이미
20년, 30년전부터 적용이 되어 왔습니다만
주로 적용하는 방법이 화학적인 방법이라든가
아니면 열을 가해서 리플로어를 생긴다든지
혹은 에칭과 증착을 선택적으로 적용하는 에치백과
같은 방법들이 있었습니다. 그러나 이것이 1991년 미국의 IBM에서
처음으로 듀얼 다마싱이라는 프로세서와 CMP(Chemical
Mechanical Polishing), 이와 같은 두가지
방법을 써 가지고 다층 배선을 구현을 해냈습니다.
그것이 효시였고 우리나라에서는 1995년부터
256메가 DM에 적용한 것이 시작이라고 볼 수
있으며 그래서 실제역사는 10년정도 되는 아주
역사가 짧은 그런 반도체 공정입니다.
그러나
앞으로 지금 아시는 바와 같이 1기가 D램,
또는 최근에 삼성전자에서 발표한 8기가 플래쉬
메모리같은 경우에서는 이와 같은 반도체 평탄화,
CMP 기술이 없으면 도저히 만들어 낼수 가
없는 아주 중요한 기술로서 자리를 잡게 됐습니다.
그럼 이 CMP 기술이라는 것은 반도체 평탄화
기술입니다. 근데 적용하는 방법은 기존의
연마 기술입니다. 연마라는 것은 앞에서 말씀드린바와
같이 표면을 경면, 무결함으로 만드는 그런
기술이 되겠습니다. 그래서 주로 실리콘 웨이퍼,
기판을 연마하는 기술이 적용되어 오다가 이것이
반도체 디바이스 집적공정에 적용이 되었고
현재로서는 주로 다층배선에 해당하는 텅스텐이라든지
또는 구리라든지 알루미늄과 같은 배선재료의
평탄화와, CMP와 그 다음에 소자를 분리시키기
위한 소자분리 CMP, 그 다음에 층간 절연막을
평탄화하기 위한 ING CMP, 이와 같은 것들이
현재 국내 디바이스 업계에서 적용이 되고
있습니다.
앞서 설명한 바와 같이 부착가공의 한 일환은
쾌속적용기술, 래피토프로토타이핑 기술에서
출발을 했습니다. 래피토프로토타이핑 기술은
앞에서 말씀드린 바와 같이 SLA라는 기술이
처음이었는데 액상수지 표면에 레이저를 조사해
가지고 적층화 시키는 그런 기술이 되겠습니다.
이와 같이 RP기술을 이용하게
되면 모형이 만들어 지게 되고 이 모형으로부터
우리가 활용하는 방법에 있어서 디자인을 체크하는
용도, 그 다음에 워킹모델로서 적용하는 용도,
마지막으로 금형을 만들기 위한 마스터 모델이
있습니다. 특히 이 마스터 모델은 모형에 실리콘 고무를
액상으로 부어넣고 그것을 고화시켜서 그 다음에
내부에 있는 모형을 끄집어내고 다시 합쳐서
거기에다가 원하는 재료를 넣게 되면 복제가
가능하게 되겠습니다. 그래서 이와 같은 것들이
최근에 와서 두가지 형태로 발전이 되었습니다.
첫째로 마이크로, 나노와 같은 미세한 표면
구조물을 반도체 공정을 이용해 가지고 만들고
있습니다만 이를 양산으로 복제해 내기 위해서는
이와 같은 실리콘 고무를 이용한 복제기술이
어떻게 보면 미세구조물의 양산 기술로서 발전되었다고
볼수 있고요.
또 하나의 형태는 기능성, functional
prototype development라고 이야기할 수 있는데
이와 같은 것은 우리가 원하는 부분에다가
원하는 기능을 갖는 물질을 넣는 것입니다.
그러면 예를 들어서 광학적 특성이라든가
전기적 특성이라든가 또는 화학적 특성을 갖는
그런 물질을 원하는 부분에다가 넣음으로써
적층을 하게 되면 원하는 기능이 원하는 부분에
가게 되겠습니다. 일례로서 이 기술을 이용해서
만든 것은 다층인쇄회로기판과 같은 것이 있습니다.
다층인쇄회로기판을 만들기 위해서 지금 말씀드린바와
같은 미세복제기술을 도체와 부도체를 원하는
부분에다 넣으면서 적층시키고 있습니다. 그래서
저는 이 기술을 활용해서 이미 5년전에 핸드폰에
6층의 배선구조를 갖는 다층인쇄회로기판을
만드는 기업을 설립을 해서, 비아텍이라는
회사가 있습니다. 그래서 약 600억 정도의
매출을 올리는 그런 경험을 갖고 있습니다.
예, 사실 창업은 1999년에 했습니다. 제가
CMP 기술 분야에 있어서 어떻게 보면 전세계적으로
이 분야에서 학위를 제일 처음으로 하게 되고
그다음 국내에 제일 처음 이 기술을 도입하게
되고 개발을 하다 보니까 많은 부분들이, 많은
회사에 가서 고문도 하게 되고 여러 가지 기술을
지도하게 되었습니다. 그럼을 통해서 어떻게
하면 이와 같은 기술을 학교에서만 머무르게
하는 것이 아니라 가능한 한 연구소와 기업체에
보급을 할 수 있을까, 개발을 할 수 있을까
이런 부분을 고민을 하다 보니까 결국 처음에는
여러 가지 우여곡절이 있었습니다만, 한 5년이 지난 현재에 볼 때 CMP를 구현해
내는 장비를 매개체로 해서 지금 보급을 하고
기술지도를 하고 연구개발을 진행하고 있습니다.
그래서 이 장비는 현재 국내에 40여군데 정도
판매가 되었구요 특히 올해 미국의 스탠포드
대학이라든지 노스이스턴 대학이라든지 이와
같은 유수한 대학에 5개 정도 설치가 됩니다.
일본도 그렇고 유럽도 그렇고 이미 올해 한
10대 정도의 order를 받은 실정에 있습니다.
그래서 저는 이 CMP Technology라는 기업을
만들 때부터 수익을 가지고 큰 부자가 되겠다는
그런 목적보다는 대학에서 만들어낸 이 기술을
가능한 많은 인류사회에 공헌할 수 있는 그런
차원에서 생각하기 때문에 큰 부자가 된다는
욕심보다는 항상 보람을 느끼는 것은 연구한
결과가 기업과 사회에 적용이 된다는 것에
상당한 보람을 느끼고 계속해서 이 CMP Technology는
발전해 나갈 것이라고 확신하고 있습니다.
먼저 현장을 방문하고 기술을 철저히
분석한다는 점을 들 수 있겠습니다. 기술고문
활동을 하다 보니까 여러 현장을 자주 방문하게
되고 또 거기서, 저는 기계공학자이기 때문에
예를 들어서 화학 공장을 방문했을 때 내용을
잘 모릅니다. 그렇기 때문에 계속해서 질문을
하고 그렇게 되면 가장 핵심이 되는 기술을
알게 되고 그러다 보면 기계공학에서 지도할
부분도 나오고 또 화학공학에서 핵심이 되는
기술을 역으로 얻게 되고 그러다 보니까 결국
그것이 새로운 아이디어를 창출하는 원동력이
되고. 그런 부분들이 아주 컸다고 볼 수 있고요.
두 번째 가능한 다양한 분야의 현장을 방문을
하게 되었습니다. 특히 최근에 부산에서 활동하고
있는 부산과학기술 협의회라는 것이 있는데
여기에 학생 여러분들도 많이 다니면 좋으리라고
보는데 여러 다양한 회사들을 방문하고 있습니다.
그럼을 통해서 다양한 분야의 많은 기술들을
확보하다 보면 본인이 여러 가지 아이디어를
얻을 수 있는 메리트가 있다고 봅니다.
마지막으로
꼭 이야기하고 싶은 것은 결국 백문이 불여일견이다,
백번 듣는 것 보다는 한번 보는 것이 낫다,
또 더 중요한 것은 백견이 불여일고이다, 백번
보는 것보다는 한번 생각하는 것이 낫고, 또
백고가 불여일행이다고 했습니다. 그래서 생각을
백번하면 뭐 하겠습니까. 결국 실행을 하는
것이 중요하고 제일 마지막으로는 백행이 불여일매입니다.
그래서 백번 행하는 것보다는 한번 물건을
팔아야 됩니다. 내가 아무리 내 기술이 최고라
하는 것보다는 내가 개발한 기술이 다른 사람이
사 줄때 비로소 대가를 받는거라 생각을 합니다.
결국은 어떻게 보면 연구와 교육부분도 결국은
경영과 일치하는 부분이 있기 때문에 별개라고
생각되지 않습니다. 그래서 가능한한 학생
여러분들도 이런 부분들을 고려해서 앞으로
창업이라든지 이런 부분들도 생각해 보는 것이
멋지지 않을까요.
예. 먼저 창업은 사실 아무나 하기가
어렵습니다. 굉장히 risk도 있고, 특히 젤
중요하다 보는 것은 나의 미래에 대한 충분한
설계가 있어야 된다고 봅니다. 무작정 창업을
해서 돈을 벌겠다 하는 그런 것보다는 나의
미래에 대한 충분한 설계, 특히 과연 내가
어떤 일을 통해서 인류사회에 봉사 할 수 있을까하는
그런 거대한 꿈과 계획이 있으면서 구체적인
실행방안이 이루어져야 되는데 우선 자신의
기술을 극대화 시킬 수 있는 사업에 초점을
맞춰야 된다고 봅니다. 그래서 어떻게든 자기가
갖고 있는 기술이 디자인 기술이면 이 디자인
기술을 극대화 시킬 수 있는 사업이 어떤 것이
있을까,그러면 많은 시장조사를
통해서 그 시장의 요구에 맞는 그런 사업을
지정하게 되고. 그런데 이렇게 하다 보면서
제일 어려운 부분이 돈입니다. 제가 꼭 말씀드리고
싶은 것은 남의 돈은 절대 쓰지 말라는 것입니다.
대부분 실패하는 원인이 거기에 있고 그래서
처음에는 규모가 작지만 착실히 진행을 하다
보면 5년, 아니면 좀 늦으면 어떻습니까.
10년이
지나면 충분히 내실화된 자기의 사업이 이루어진다고
봅니다. 그리고 장비라든지 인력이라든지 하는
부분은 조금 인색할 필요가 있습니다. 그래서
시장의 어떤 need에 부응을 해서 맞추어줘야
한다고 봅니다. 마지막으로 특히 중요하다고
보는 부분은 결국 이 모든 것이 자기가 즐기지
않으면 불가능합니다. 남이 시켜서 되는 것도
아니고 결국 enjoy할 수 있는 사업, 그게 바로
여러분들이 창업을 할 수 있는 포인트가 되지
않을까 그렇게 보고 있습니다.
역시 사회는 변화하고 있습니다. 특히 우리
기계공학뿐만이 아니고 기계공학과 관련된
전자, 화학, 또는 생명공학 이런 부분들이,
특히 미래기술에 대해서 어떻게 하면 기계공학
내지는 정밀공학이 연계될 수 있는가. 그래서
미래 기술에 대해서 우리가 기계공학을 활용할
그런 쪽으로 나아가야 된다고 봅니다. 결론적으로
얘기를 하면 결국 Fusion Technology가 되겠습니다.
그래서 어떤 미래기술 하나만 가지고는 불가능합니다.
결국 기계공학이 굴뚝산업이다 굴뚝기술이다
하지만 이 기술은 굉장히 strong합니다. 또
systematic하고 strong하기 때문에 이 기계공학의
기술을 미래기술에 접목을 할 때에 비로소
정밀공학의 가공과 기계공학의 기술들이 충분히
성공가능성이 있다고 봅니다.예를 들어서 우리가 최근에 nano technology다
하면서 정부와 많은 기업에서 투자를 많이
하고 있습니다. 근데 이 나노기술을 자세히
보면, 우리가 기술개발을 하는 것은 좋지만
막대한 돈이 투자가 되고 있습니다만 이 투자된
돈이 다 어디로 가겠습니까 다 장비로 가고
있습니다.
외국의 많은 기업들에서 장비를
구입하는데 이 돈이 다 쓰이고 있습니다. 그
장비들은 다 외국에 사가지고 옵니다. 그러면
우리나라에서 이 장비를 만들지를 못합니까.
그것은 바로 Fusion Technology, 즉 미래 기술,
IT 기술이라든지 생명과학 기술과 우리 기계공학이
접목이 되어 가지고 그와 같은 장비들이 만들어
졌을 때에 우리가 우리 장비들을 cover 다
할 수 있고 수출도 할 수 있는데 이때까지
그런 계기가 부족했던 것 같습니다. 그런 면에서
어떻게 보면 기계공학, 종래의 기계공학에
그치지 말고 타기술과 fusion할 수 있는, 그래서
그런 기술을 받아들이고 응용해서 다시 feedback
시켜 줄 수 있는 그런 분야에 여러분들의 도전이
무엇보다도 중요하다고 생각합니다.
최근 와서 여러분들이 아시다시피
창업 인큐베이터라든지 창업지원계획이
많이 나오고 있습니다만 제가
생각하기에는 아직까지도 단기적이고
편협된 부분이 많이 있습니다.
즉, 보다 종합적이고 장기적인
plan이 필요하다고 봅니다. 아시다시피
기업이라는 것은 초기 5년이 지나야
비로소 어떤 궤도에 들어간다
봅니다. 그러나 이때까지의 지원책들을
보면 1년 내지는 어떤 한정된
부분, 이와 같이 아주 편협되고
단편적인, 단기적인 지원책이었습니다.
그래서 앞으로 보다 종합적이고
장기적인 지원책이 필요하고,
특히 저같은 경우는 장비개발을
많이 하고 있습니다만 이것을
user에게 바로 판매를 할 때에
오는 어려움이 있습니다. 예를 들면 여러 장비 속에서
그 장비가 들어갔을 경우에 이
장비가 연결이 되지 않는 부분이
생긴다든지 또는 공정에 어떤
영향을 준다든지, 결국은 간단하게
말씀드리면 종합fab과 같은 것을
국가에서 설비를 하고 거기에
기존의 외국 장비를 빼고 개발한
장비를 넣어서 성능
테스트를
해서 장비의 우수성을 확인을
하고 그 다음에 인증마크를 주고
해외 마케팅까지 지원을 해주는,
이와 같은 종합적인 지원책이
필요하다 느끼고요. 그 다음에
두 번째는 역시 실리콘밸리와
같이 어떤 신기술에 대해서 대기업이든
아니면 일반 투자자들의 신기술에
대한 투자가 적극적이어야 된다고
생각합니다. 이미 안정된 기술에
대해서 투자를 하려는 경향이
상당히 많은데 신기술에 투자를
해서 그야말로 대박이 터질 수
있는, 그와 같은 적극성이 없다면
신기술을 개발하는 사람들이 항상
소극적이게 되고 발전 가능성이
낮아진다고 봅니다. 그래서 결론적으로
대학이나 연구소에서 나온
결과물이 실제 우리나라 산업에
100% 활용되기 위해서는 정부와
관련기업, 그리고 일반적인 투자자들의
적극적인 자세가 필요하다고 생각됩니다.
저는 제 철학이라고 하기에는 조금 말씀드리기
어렵습니다만 제일 중요하다는 부분이 제가
기계공학을 하다 보니 한마디로 문무겸비,
실사구시라고 할 수 있겠습니다. 그래서 대학에서
이론을 공부하고 연구를 하는 사람은 어떻게
보면 문이라고 할 수 있겠는데 항상 이것이
무를 겸비할 때에 그 가치를 발휘하게 되는,
그래서 상업화를 한다던지 아니면 실제 제작에서
그것이 보급이 된다던지 또 이와 반면 기업에
있는 사람은 무는 강할지 모르지만 항상 문이
없습니다. 그래서 배우지 않습니다. 책을 가까이 하지
않고, 그러다 보니 새로움이 없습니다. 어떠한
형태의 기관에 어떠한 형태로 소속이 돼 있더라도
이와 같은 문무겸비가 절대적으로 필요하고,
특히 우리 기계공학에서는 실사구시의 정신이
무엇보다 중요하겠습니다. 그래서 학생들한테도
제가 항상 반성을 하고 많이 뉘우치는 것은,
왜 무엇을 무엇 때문에 해야 되는지도 모르고
그냥 책만 보면서 외우고 또 어디 쓰이는지
알지도 못하면서 그냥 공부만 하고 있습니다.
이것은 학생을 가르치는 교수로서 항상 반성하고
뉘우치는 부분이 되겠습니다. 어떻게 하면
실사례가 어떠하고 왜 하게 되고, 이와 같은
부분들을 강조를 하게 되면서 원리와 과정을
설명을 하게 되면 학생들이 굉장히 이해도
빠르고 더 나아가서 이 학생들이 앞으로 무엇을
해야 될 것인가 또 자신의 진로라든지 개척하는데도
상당히 도움이 된다는 것을 이때까지의 경험으로
느끼게 되었습니다. 그런 부분에서 저는 어디까지나,
물론 제가 기업도 한 2개 정도하고 또 학교
기업도 맡아서 하고 있습니다만 저의 본분은
교수입니다. 그렇기 때문에 학생들의 취업과
진로가 가장 중요한 부분이고 그 부분이 저에게는
가장 큰 보람이기 때문에 어떻게 하면 학생에게
좋은 진로와 많은 기회를 줄 수 있는가는 결국
‘왜, 무엇 때문에, 무엇을’ 이와 같은 부분에
초점을 맞추어서 지도를 해야 되겠다고 항상
느끼고 반성하고 제 자신을 채찍질하고 있습니다.
감사합니다.
인터뷰 진행: 이재용(metric@metric.or.kr)
촬영,기사 편집:
정병규(baeni@metric.or.kr)
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