Technology Brief - Technology Brief 01
부품소재 분석기술
분석기술이란 분석하고자 하는 대상물에 외부에서 충격이나 자극을 주어서 대상물의 표면이나 내부에서 일어나는 변화를 검출하여 원하는 정보를 얻는 일련의 기술을 말한다.
분석기술을 구성하는 4대 요소는, (1) 대상 물질에 충격이나 자극을 줄 수 있는 소스, (2) 대상 물질(샘플), (3) 대상물질에서 일어나는 변화를 검출할 수 있는 검출기, (4) 분석기기를 운용하여 검출기에서 얻어진 데이터를 해석해서 유용한 정보를 얻어내는 분석 전문가 등을 들 수 있다.
분석기술은 분석기기를 운용하고, 분석기기를 이용하여 얻은 데이터를 해석해서 유용한 정보를 도출해내는 분석전문가가 최고 수준의 분석기기를 활용할 때 최고의 기술력을 발휘할 수 있는 특징이 있다.
분석기기에 사용되는 소스로는 빛(X-선, 자외선, 적외선, 백색광 등), 열, 전자, 이온, 자기장, 전기장 등 다양하다.
대상 물질에서 일어나는 반응은 흡수, 투과, 반사, 산란, 팽창, 수축, 진동, 탈착, 이차전자 방출, 빛 방출, 광전자 방출, Auger 전자 방출, 이온 방출, Sputtering 등 다양한 형태로 나타나는데, 이러한 변화들이 검출기를 통해서 데이터화 된다.
검출기에서 데이터를 얻는 과정을 측정이라고 하고, 측정한 데이터로부터 필요한 정보를 이끌어 내서 문제 해결을 위한 Solution을 제공하는 것을 궁극적으로 분석이라고 한다.
분석기술은 재료 개발 단계에서부터 박막 공정, 에칭 공정, Packaging 공정을 거쳐 디바이스가 완성되어 제품으로 출하된 이후에 발생하는 고장 원인 분석(Failure Analysis)까지 다양하게 활용된다.
분석기술은 디바이스의 소형화 및 제품주기가 짧아짐에 따라 고도의 분해능력이 요구되고 있으며, 개발이나 생산 현장에서 바로 문제를 해결하고자 하는 On-Site 분석 개념으로 진화해가고 있다.
다양한 정보를 필요로 하는 재료나 디바이스의 분석 수요가 증가함에 따라 여러가지 분석기술의 융합(예: Spectroscopy 기술과 Microscopy 기술을 결합한 AFM-Raman), 제작 기술과 분석기술의 융합 (예: In-situ 분석), 환경 제어 기술과 분석기술의 융합(예: E-SEM, Ambient XPS 등) 등의 형태로 발전해가고 있다.
재료나 디바이스 개발 관점에서 보면, 누가 먼저 정확한 정보를 확보하느냐에 따라 경쟁력이 결정되는데, 분석기술이 핵심을 이룬다.
일본이 전 세계 재료 시장을 석권하다시피 하고 있는 것과, 일본이 전 세계 분석 장비/기술 시장의 60% 이상을 장악하고 있는 것이 이를 상징적으로 나타낸다고 할 수 있을 것이다.
현재도 일본 정부의 지원을 받아서 대학교, 연구소, 기업체 등이 연계하여 새로운 분석기술 개발에 막대한 투자를 하고 있다.
이렇게 뛰어난 분석기술을 재료 개발에 활용함으로써 반도체, 디스플레이 2차 전지 등의 재료 분야에서 세계 최고 수준의 경쟁력을 갖추게 되는 것이다.
분석기술은 샘플준비에서부터 시작한다고 할 수 있다.
샘플 준비 단계에서 가장 중요한 것은 오염이 되지 않도록 관리하는 일이다.
오염이 되면 원하는 정보를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 왜곡된 정보를 얻어서 결국에는 전혀 뜻하지 않은 방향으로 결론이 날 수도 있기 때문이다.
또한, 같은 재료라도 응용되는 디바이스에 따라 전혀 다른 성질을 가질 수 있기 때문에, 정확한 샘플 정보를 갖고 샘플을 준비해야 한다.
샘플 정보에는 샘플 구조뿐만 아니라 공정에서 사용한 각종 화학약품이나 세정여부, 플라즈마 공정 등은 물론, 시료의 화학적 상태, 시료 파괴여부도 포함된다.
이재철 삼성전자 종합기술원 수석연구원