반도체 나노 조각가 , 플라스마 - 해설 이 있 는 과학 | LG 사이언스 랜드 
 조회 2090 2008 - 04 - 02 
 응용 기술 개발 그룹 
 우주 에서 물질 은 주로 어떤 상태 로 있 을까 . 
 수소 ( H 2 ) 나 헬륨 ( He ) 같 은 기체 가 아닐까 싶 지만 답 은 플라스마 다 . 게다가 구성비 도 99 % 가 넘 는다 . 플라스마 란 원자 를 이루 는 원자핵 과 전자 가 서로 분리 된 상태 . 장마철 하늘 을 가르 는 번개 가 바로 플라스마 다 . 일상 생활 에서 는 형광 등 유리관 안 의 플라스마 , 즉 유리 된 전자 가 빛 을 내 는 원동력 이 다 . 
 국가 핵융합 연구소 는 고온 의 플라스마 를 융합 시켜 막대 한 에너지 를 만드 는 핵융합 발전소 를 짓 는다는 원대 한 목표 를 갖 고 있 다 . 그러나 실제 발전소 가 가동 되 려면 해결 해야 할 난제 가 많 아 상용 화 까지 는 앞 으로 30 ~ 40 년 더 기다려야 한다 . 국가 핵융합 연구소 가 축적 한 플라스마 기술 을 활용 할 수 있 는 응용 연구 를 2000 년 에 시작 한 이유 다 . 
 중성 입자 빔 을 이용 해 증착 한 실리콘 박막 시편 . 250 ℃ 이상 의 온도 가 필요 한 기존 방법 과 는 달리 상온 에서 도 증착 이 가능 해 응용 범위 가 넓 다 . 
 반도체 소자 집적화 핵심 기술 
 국가 핵융합 연구소 응용 기술 개발 그룹 을 이끌 고 있 는 이봉주 박사 는 “ 반도체 기판 에 고 에너지 의 플라스마 입자 인 이온 을 조준 해 때려 주 면 경계 가 매끄러운 선로 를 팔 수 있 다 ” 며 “ 기판 이 대리석 이 라면 플라스마 는 조각가 의 정인 셈 ” 이 라고 말 했 다 . 현재 반도체 제조 공정 의 70 % 정도 에 플라스마 가 관여 할 정도 로 기여 도 는 엄청나 다 . 그러나 삼성전자 나 하이닉스 반도체 같 은 국내 반도체 업체 는 고가 의 반도체 장비 대부분 을 수입 하 고 있 다 . 수조 원 에 이르 는 설비 투자 다 보 니 시장 에서 검증 된 업체 의 제품 을 살 수 밖에 없 기 때문 이 다 . 
 “ 이런 상황 에서 국내 설비 업체 들 이 시장 을 개척 할 수 있 는 방법 은 제조 업체 들 이 요구 하 는 새로운 설비 를 제작 하 는 기술 을 개발 하 는 일 입니다 . 이 과정 에서 저희 가 도움 을 줄 수 있 겠 죠 . ” 
 응용 기술 개발 그룹 을 이끌 고 있 는 이봉주 박사 . 플라스마 기술 을 필요 로 하 는 산업 계 에 도움 이 되 는 연구 를 진행 하 고 있 다 . 
 반도체 의 집적도 를 더 높이 려면 선폭 이 더 좁 아 져야 한다 . 그런데 현재 의 플라스마 식각 기술 로 는 한계 에 다다랐 다 . 양전하 인 이온 은 기판 에 붙 어 있 는 음전하 인 전자 에 끌려 경로 가 살짝 휘어지 기 때문 에 완벽 한 수직 도랑 을 얻 을 수 없 다 . 응용 기술 개발 그룹 은 이런 한계 를 극복 한 ‘ 중성 입자 빔 발생기 ’ 를 만들 었 다 . 즉 고 에너지 의 이온 에 다시 전자 를 줘 중성 입자 를 만든 것 . 이 입자 는 전기 적 으로 중성 이 기 때문 에 기판 을 향해 수직 으로 내리 꽂힐 경우 중간 에 휘어지 지 않 아 매끄러운 수직 도랑 을 만들 수 있 다 . 이 박사 는 “ 현재 중성 입자 빔 발생기 를 써서 반도체 회로 를 만드 는 연구 를 진행 하 고 있 다 ” 며 “ 이 방법 이 성공 하 면 2012 년 쯤 선폭 32 nm 를 구현 할 수 있 다 ” 고 예상 했 다 . 
 둘 둘 마 는 반도체 를 만드 는 데 도 중성 입자 빔 이 중요 한 역할 을 할 전망 이 다 . 유리판 을 구부리 면 깨지 듯이 무기 소재 인 실리콘 기판 으로 만든 반도체 도 고정 된 상태 로 만 쓸 수 있 다 . 해결책 은 탁월 한 유연 성 을 자랑 하 는 유기 소재 인 플라스틱 을 기판 으로 대체 하 는 것 . 그런데 플라스틱 은 온도 가 올라가 면 흐물흐물 녹아내린다는 치명 적 인 단점 이 있 다 . 현재 반도체 증착 과정 에 는 1000 ℃ 까지 올라가 는 공정 도 있 으므로 플라스틱 을 쓸 수 없 다 . 응용 기술 개발 그룹 의 유석재 박사 는 “ 기판 온도 를 높여 증착 을 하 는 대신 고 에너지 의 중성 입자 빔 을 쏘 아 증착 하 는 방법 을 개발 하 고 있 다 ” 며 “ 2012 년 쯤 이 면 상온 증착 을 이용 한 고품질 박막 제조 기술 이 상용 화 될 것 ” 이 라고 예상 했 다 . 
 팔방미인 대기압 플라스마 
 반도체 식각 , 박막 증착 처럼 정밀 한 작업 에 는 진공 에서 발생 시킨 플라스마 가 필요 하 다 . 그러나 굳이 진공 이 필요 하 지 않 은 경우 는 대기압 상태 에서 만든 플라스마 를 쓰 면 된다 . 진공 을 만들 고 유지 하 려면 비싼 장치 가 필요 하 기 때문 이 다 . 대기압 에서 만든 플라스마 가 주로 쓰이 는 분야 는 액정 표시 장치 ( LCD ) 용 기판 표면 세정 . 
 사람 눈 에 는 먼지 하나 없이 깨끗 해 보이 는 기판 이 지만 현미경 으로 들여다보 면 표면 에 탄소 - 수소 화합물 이 묻 어 있 는 경우 가 많 다 . 이 경우 예전 에 는 화학 물질 을 처리 해 세정 했 지만 그 과정 이 번거로운 데 다 몸 에 해로운 세정액 으로 인해 골칫거리 다 . 그런데 기판 표면 에 플라스마 를 발생 시키 면 대기 중 의 산소 가 오존 으로 바뀌 며 기판 표면 의 탄소 - 수소 화합물 을 공격 해 이산화 탄소 와 수증기 로 바꿔 날려 버린다 . 
 1 현재 반도체 식각 에 는 경로 가 휘어지 는 이온 플라스마 를 쓰 기 때문 에 벽 이 움푹 파 인다 . 2 응용 기술 개발 그룹 이 만든 중성 입자 빔 은 휘어지 지 않 기 때문 에 선폭 을 줄일 수 있 다 . 
 환경 기술 ( ET ) 분야 에서 도 대기압 플라스마 가 주목 받 고 있 다 . 자동차 배기가스 에 포함 돼 있 는 유해 화합물 인 낙 스 ( NOx ) 와 삭스 ( SOx ) 가 배출 되 는 통로 에 플라스마 발생 장치 를 부착 하 면 배기가스 가 통과 하 면서 낙 스와 삭스 가 무해 한 물질 로 분해 된다 . 연구 를 총괄 하 는 노태 협 박사 는 “ 플라스마 를 구성 하 는 고 에너지 의 전자 가 유해 화합물 을 분해 하 는 데 중요 한 역할 을 한다 ” 며 “ 현재 실용화 를 위한 연구 를 진행 하 고 있 다 ” 고 말 했 다 . 
 플라스마 로 수소 ( H 2 ) 를 만드 는 연구 도 활발 하 다 . 전자레인지 에 쓰이 는 마이크로파 를 물 에 보내 면 플라스마 상태 가 되 면서 고 에너지 의 전자 가 생긴다 . 이 전자 가 물 과 반응 하 면서 수소 기체 와 산소 기체 가 발생 한다 . 기존 의 전기 분해 를 통한 기체 발생 보다 훨씬 효율 이 높 은 방법 이 다 . 이렇게 만들 어 진 기체 는 연료전지 , 수소 자동차 에 활용 될 전망 이 다 . 노 박사 는 “ 대기압 플라스마 는 환경 · 에너지 문제 를 해결 하 는 데 큰 역할 을 할 것 ” 이 라며 “ 우리 연구소 에서 개발 한 기술 을 관련 기업체 에 이전 할 계획 ” 이 라고 설명 했 다 . 장마철 번개 로 나 볼 수 있 었 던 대기압 플라스마 가 우리 곁 으로 다가올 날 도 머 지 않 았 다 . 
 대기압 플라스마 발생 장치 를 작동 시키 고 있 는 노태 협 박사 . 아래 밝 은 부분 이 플라스마 다 . 
 꽃 신선도 , 플라스마 가 지킨다 
 은은 한 꽃향기 와 청아 한 자태 가 일품 인 동양란 . 그런데 동양란 은 좀처럼 꽃 을 피우 지 않 을 뿐 더러 꽃 을 피우 고 나 면 식물 이 약해진다 . 그런데 앞 으로 는 꽃 도 빨리 피 고 오래가 는 난 을 볼 수 있 다 . 국가 핵융합 연구소 응용 기술 개발 그룹 이 개발 한 플라스마 활성 수 덕분 이 다 . 
 전극 을 위아래 로 놓 고 중간 에 물 이 흐르 게 한 뒤 대기압 플라스마 를 발생 시키 면 물 이 분해 되 면서 오존 과 수소 이온 이 발생 한다 . 이런 상태 의 물 을 활성 수라 부르 는데 pH 가 2 . 8 ~ 3 . 0 으로 산 성 을 띤다 . 활성 수 를 테스트 한 결과 미생물 살균력 이 뛰어나 농약 을 대신 할 수 있 음 이 밝혀졌 다 . 또 상추 같 은 채소 에 뿌려 주 면 일시 적 으로 성장 을 멈추 게 해 출하 시기 를 조절 할 수 있 다 . 한편 과일 이나 꽃 에 분무 하 면 신선도 가 오랫동안 유지 되 는 것 으로 나타났 다 . 
 연구 를 진행 한 김용현 연구원 은 “ 공기 중 의 여러 기체 에서 나온 플라스마 가 물 과 반응 하 면서 수많 은 분자 가 만들 어 져 활성 수 의 특징 을 갖 는다 ” 며 “ 정확히 어떤 분자 가 이런 역할 을 하 는지 분석 하 고 있 다 ” 고 말 했 다 . 김 연구원 은 “ 플라스마 로 만든 활성 수 가 농가 에 보급 되 면 환경 에 유해 한 농약 사용 을 줄이 고 농작물 의 상품 성 을 높일 수 있 을 것 ” 이 라며 “ 현재 몇몇 농장 에서 현장 테스트 를 실시 하 고 있 다 ” 고 덧붙였 다 . 
 플라스마 활성 수 가 원예 농가 에 큰 힘 이 될 전망 이 다 . 플라스마 활성 수 를 뿌린 난 은 꽃 이 일찍 피 고 오래 가 기 때문 이 다 .