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김상욱 KAIST '토종'교수, "바쁘다 바빠"…세계적 학회 2곳 의장 맡아

국내외 대학과 소재 분야에서 왕성한 활동을 해온 김상욱 KAIST 신소재공학과 교수가 최근 국제적으로 명성있는 학회 의장 타이틀 2개를 추가로 달았다. KAIST는 김상욱 교수가 미국재료학회(MRS) 2025년 봄 학회 의장(Meeting Chair)직과 함께 유럽재료학회(E-MRS) 2025년 가을 학회 의장직을 각각 맡게 됐다고 24일 밝혔다. MRS는 1973년 미국에서 설립됐다. 전 세계 1만3천여 명의 연구자를 회원으로 뒀다. E-MRS는 1983년 MRS 학회에서 떨어져 나온 유럽 중심 학회다. 50여 개국 연구자들이 참여했다. 이 학회는 기초과학과 산업 간 연결 및 커뮤니티를 강화하기 위해 설립됐다. 내년 봄엔 프랑스 스트라스부르, 가을엔 폴란드 바르샤바에서 학회를 개최한다. 이 두 학회는 인공지능, 반도체, 에너지, 지속성, 헬스케어 등 인류가 당면한 난제를 신소재 측면에서 접근해 해결하려는 시도를 지속해 왔다. 김상욱 교수는 KAIST에서 화학공학 학사, 석박사 학위를 취득했다. 미국 위스콘신대 박사후연구원을 거쳐 2004년부터 KAIST 신소재공학과 교수로 재직 중이다. 현재 (주)소재창조 기업 CTO와 함께 KAIST 나노융합연구소 소장, 인권윤리센터 센터장, 에너지 스토리지 머터리얼즈 저널 부편집장, 다차원나노조립제어 창의연구단장 등을 겸하고 있다. 김 교수는 고질적 난제였던 분자조립 나노 패터닝 결함 문제를 세계 최초로 해결한 연구자다.

2024.06.24 16:03박희범

AMAT, 삼성·인텔 등 초미세공정 공략…"2나노서 검증 중"

어플라이드머티어리얼즈(AMAT)가 삼성전자, 인텔 등 고객사의 반도체 초미세공정 개발을 위한 혁신 솔루션을 공개했다. 최신 제품의 경우 2나노미터(nm) 공정에서 검증을 진행 중으로, 회사는 올해 및 내년에 강력한 매출 성장을 이뤄낼 것으로 자신했다. 4일 AMAT코리아는 경기 성남 소재의 본사에서 패터닝 솔루션 미디어 라운드테이블을 개최했다. AMAT는 이번 간담회를 통해 옹스트롬(Angstrom; 1A=0.1나노미터) 시대를 위한 첨단 반도체 기술 4종을 소개했다. 현재 삼성전자·TSMC·인텔과 같은 주요 반도체 기업들은 2나노 공정 상용화를 준비하는 등, 옹스트롬의 영역 진입을 위한 치열한 기술 경쟁을 벌이고 있다. 이에 AMAT는 초미세 공정을 위한 첨단 패터닝 솔루션을 개발해 왔다. 패터닝은 반도체 웨이퍼에 회로를 새기기 위한 공정으로 증착, 노광, 식각 등 다양한 과정을 거친다. 대표적인 솔루션은 AMAT가 지난해 발표한 '스컬프타(Sclupta)'다. 스컬프타는 최첨단 EUV(극자외선) 및 High-NA EUV 노광 공정에 적용할 수 있는 패터닝 시스템으로, 싱글 패터닝 이후 패턴을 원하는 방향으로 늘려 소자 간 간격을 줄이고 패턴 밀도를 높일 수 있다. 이를 활용하면 반도체 제조업체들은 패터닝을 두 번 진행하지 않고도 원하는 회로를 새길 수 있게 된다. 패터닝 공정이 줄어들면 비용 및 생산 효율성이 증대되고, 공정 복잡성이 줄어들기 때문에 수율 안정화에도 유리하다. 현재 스컬프타는 삼성전자 4나노 공정, 인텔의 최신 공정 등에 도입되고 있다. 이길용 AMAT코리아 기술마케팅 및 전략프로그램 총괄은 "현재 스컬프타는 고객사의 EUV 공정에 쓰이고 있으며, High-NA EUV 기술이 도입되는 시점에서도 연계 적용될 것"이라며 "스컬프타 매출이 올해 2억 달러, 내년에는 5억 달러로 성장할 것으로 예상한다"고 밝혔다. 나아가 AMAT는 올해 스컬프타에 '브릿지 결함'을 제거할 수 있는 기능을 추가했다. 브릿지 결함은 회로 간 간격이 너무 좁아 서로 붙게 되는 문제다. AMAT는 현재 최선단 파운드리 고객사의 2나노 공정에서 평가를 진행하고 있다. 또한 AMAT는 동일 챔버에서 증착·식각을 모두 지원하는 'Sym3 Y 매그넘' 식각 시스템을 공개했다. 해당 기술은 식각 과정에서 EUV 회로 표면을 더 매끄럽게 만들어, 수율 및 전력 효율성을 높인다. 일례로, Sym3 Y 매그넘을 AMAT의 또 다른 신규 솔루션인 '프로듀서 XP 파이오니어 CVD' 패터닝 필름과 결합 시, 라인 표면 거칠기를 25%가량 개선할 수 있는 것으로 나타났다. 해당 필름은 패턴 형태의 균일도를 높이는 데 기여한다. 현재 Sym3 Y 매그넘, 프로듀서 XP 파이오니어 CVD 패터닝 필름은 주요 고객사의 EUV D램 공정에서 활용되고 있다. 이외에도 AMAT는 첨단 전자빔(eBeam) 계측 시스템인 '아셀타'를 공개했다. 아셀타는 노이즈 발생이 두드러지는 초미세공정 회로 계측에서도 선명한 이미지를 구현해, 패턴이 얼마나 의도대로 구현됐는 지 파악할 수 있게 만들어 준다. 박광선 AMAT코리아 대표는 "최근 고객사들이 2나노, 1나노 등의 기술을 발표하고 있는데, EUV를 실제로 잘 구현하기 위해서는 여러 공정 기술이 필요하다"며 "AMAT는 10여년 전부터 이에 대응하기 위한 준비를 해 왔고, 매년 많은 투자를 해오고 있다"고 강조했다.

2024.04.04 14:24장경윤

미래 반도체 공정 EUV 보완재 DSA 뜨나?…삼성전자도 '눈독'

"DSA(유도자기조립)는 머크가 오랜 시간 개발해 온 기술로, EUV(극자외선)의 매우 높은 비용을 저감시킬 수 있어 향후 첨단 반도체 공정의 필수 요소가 될 것이다. 물론 한국 고객사들도 DSA 분야에서 협력을 진행하고 있다." 2일 아난드 남비어 머크 수석부사장은 서울 강남 신라스테이 호텔에서 열린 기자간담회에서 DSA 기술에 대해 이같이 밝혔다. DSA는 화학 재료를 웨이퍼 위에 도포한 후 가열해 회로 패턴을 형성하는 기술이다. 분자의 자기조립(무질서하게 존재하던 구성요소들이 외부 개입 없이 스스로 구조나 형태를 만드는 것) 특성을 기반으로 한다. 아난드 남비어 수석부사장은 "DSA 공정을 노광 공정에서 활용하면, EUV 공정의 단계 2개를 생략해 제조비용을 절감할 수 있다"며 "현재는 초창기 단계지만, 향후 10년 뒤에는 EUV를 보조하는 필수 기술이 될 것이라고 생각한다"고 설명했다. 머크는 이러한 전망을 토대로 세계 주요 반도체 기업들과 DSA 공정 도입을 위한 연구개발을 활발히 진행하고 있다. 삼성전자, SK하이닉스 등 국내 주요 기업과도 협력 중인 것으로 관측된다. 아난드 남비어 수석부사장은 "한국 고객사들과도 DSA 공정 연구개발에 대한 협업을 진행하는 중"이라며 "이번 세미콘 코리아 행사에서도 DSA에 대한 많은 논의가 있었다"고 밝혔다. 실제로 삼성전자, SK하이닉스는 학술행사 등을 통해 DSA 기술의 장점을 언급해 왔다. 특히 삼성전자의 경우 DSA에 많은 관심을 기울이고 있는 것으로 알려졌다. 반도체 분석 전문기관 테크인사이츠가 지난해 1월 발간한 보고서에 따르면, 삼성전자는 총 68개의 DSA 특허를 보유하고 있다. 주요 경쟁사인 대만 TSMC가 보유한 특허 수(24개) 대비 3배에 가까운 수치다. 주요 노광 장비업체 ASML(16개)를 앞선 기록이기도 하다.

2024.02.02 14:00장경윤

AMAT-우시오, 첨단 패키징 특화 'DLT' 시스템 출시

어플라이드머티어리얼즈(AMAT; 이하 어플라이드)는 우시오(Ushio)와 전략적 파트너십을 맺고 3D 패키지에 칩렛을 이종접합 제조하는 업계 로드맵을 가속화한다고 4일 밝혔다. 3D 패키지는 수평으로 칩을 집적하는 기존 방식과 달리, 수직으로 칩을 연결해 반도체 성능 및 면적 효율성을 높이는 후공정 기술이다. 이를 구현하기 위해서는 개별 기능을 갖춘 칩들을 이어 붙여 하나의 반도체로 만드는 칩렛이 적용된다. 양사는 이번 파트너십으로 인공지능(AI) 컴퓨팅 시대 필요한 최첨단 기판 패터닝에 특화 설계된 최초의 디지털 리소그래피(DLT) 시스템을 함께 출시한다. AI 워크로드가 급격히 증가되면서 뛰어난 기능을 갖춘 반도체 칩 수요가 늘어나고 있다. 전통적인 무어의 법칙으로 감당할 수 없는 수준의 AI 미세화가 요구되면서 반도체 제조사들은 모놀리식(monolithic) 칩과 동일하거나, 그 이상의 성능 및 대역폭을 제공하기 위해 최첨단 패키지에 여러 칩렛을 통합하는 이종접합 제조 기술을 적극 채택하고 있다. 반도체 업계는 초미세 인터커넥트 피치와 탁월한 전기·기계적 특성 구현할 수 있는 글라스와 같은 신소재 기반의 대형 패키지 기판을 필요로 한다. 패널 가공 분야를 선도하는 어플라이드와 패키징용 리소그래피 분야에서 리더십을 지닌 우시오는 이번 파트너십으로 이 같은 전환을 촉진한다. 순다르 라마무르티 어플라이드 HI∙ICAPS∙에피택시∙반도체 제품 그룹 부사장 겸 총괄매니저는 “어플라이드의 새로운 디지털 리소그래피 기술은 고객의 최첨단 기판 로드맵에 대한 니즈를 직접 해결하는 최초의 패터닝 시스템”이라며 “어플라이드는 대형 기판 가공에서의 독보적인 전문성, 업계에서 가장 폭넓은 이종접합 기술 포트폴리오, 풍부한 연구개발 자원을 적극 활용해 고성능 컴퓨팅의 차세대 혁신을 지원한다”고 말했다. 새로운 DLT 시스템은 최첨단 기판 애플리케이션에 필요한 분해능을 구현하고 대량 생산에 요구되는 처리량을 제공하는 유일한 리소그래피 기술이다. 선폭 2마이크로미터(µm) 미만 배선 패터닝이 가능한 DLT 시스템을 활용하면 반도체 제조사는 웨이퍼, 글라스 및 유기소재로 제작된 대형 패널 등 모든 종류의 기판에 칩렛 아키텍처에 필요한 최고 수준의 집적도를 구현할 수 있다. 또한 DLT 시스템은 예기치 못한 기판 휨 문제를 해결하고 오버레이 정확도를 제공하기 위해 특별히 설계됐다. 이미 많은 고객사에 생산 시스템이 납품됐으며, 글라스 기판 포함한 다양한 최첨단 패키지 기판에 2µm 패터닝이 성공적으로 구현됐다. 어플라이드는 DLT 시스템 기반 기술을 개척했으며, 우시오와 협력을 통해 1µm 이하 최첨단 패키징 선폭을 위한 연구개발을 지속하고 확장할 계획이다. 우시오는 풍부한 제조 기술 및 대면 고객 인프라를 활용해 DLT 도입을 가속화한다. 양사는 이번 파트너십으로 최첨단 패키징 애플리케이션 분야에서 가장 방대한 리소그래피 솔루션 포트폴리오를 고객에 제공한다.

2024.01.04 09:47장경윤

햇빛만 쬐면 성에 안 끼는 나노 필름 개발

금 나노 용액을 균일하게 증발시켜 간편하게 결빙 방지 필름 등 기능성 제품을 만드는 기술이 개발됐다. KAIST(총장 이광형)는 증발 현상만 활용해 금 나노막대 입자를 사분면으로 균일하게 패터닝하는 기술을 확보했다고 3일 밝혔다. 이 기술로 결빙 방지 및 제빙 표면도 개발했다. 최근 기능성 나노 재료를 표면에 코팅해 성질을 제어하는 연구가 활발하다. 특히 금 나노 막대는 생체에 해롭지 않고 안정적이며, 합성이 쉽다는 장점 등으로 주목받는다. 하지만 필름 표면에 나노 용액을 균일하게 증착하고, 금 나노 막대를 잘 정렬하게 하는 것이 과제였다. 나노 용액을 코팅한 후 증발시킬 때, 마치 커피 흘린 자국처럼 가장자리 부분이 진하게 나타나는 커피링 현상이 나타나며 나노 물질 응집 현상을 일으켜 성능을 떨어뜨린다. KAIST 기계공학과 김형수 교수와 화학과 윤동기 교수 공동 연구팀은 자연계에서 쉽게 추출 가능한 기능성 나노 물질인 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)을 활용했다. 접촉선을 향해 진행되는 커피링 유동과 반대 현상인 증발 액체방울의 자가-디웨팅 현상을 제어, 두 유체역학 현상의 균형을 이루게 했다. 이를 통해 CNC 입자를 사분면 형태로 정렬시킨 채 균일하게 증착시켰다. 이렇게 제작된 CNC 매트릭스를 템플릿으로 써 금 나노막대를 공동 자가조립했다. 이런 과정을 거쳐 용액이 균일하게 건조되면서 코팅면에 커피링 얼룩 없이 금 나노 막대가 환형으로 골고루 정렬된 필름을 제작했다. 이 필름은 가시광선 수준의 빛만 쬐어도 영하 10도 표면 위에서 방빙 및 제빙 성능을 보이는 등 향상된 광학·광열 성능을 보였다. 김형수 교수는 "이 기술을 외장재 및 필름에 활용하면 자동차 성에, 항공기 제빙, 주거·상용 공간 유리창 등 다양한 분야에서 열에너지 하베스팅 효과를 통한 에너지 절약 효과를 가져다 줄 것"이라고 기대했다. 윤동기 교수는 "필름화하기 힘들었던 나노셀룰로오스-금입자 복합체를 대면적에서 자유롭게 패터닝해 결빙 소재로 사용할 수 있고, 금의 플라즈모닉 성질을 이용한다면 유리를 장식하는 스테인드 글래스처럼 사용할 수 있다"라고 말했다. 이 연구는 한국연구재단 개인기초 중견 연구와 멀티스케일 카이랄 구조체 연구센터 지원을 받아 수행됐으며 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 최근 게재됐다. 논문 제목은 Plasmonic Metasurfaces of Cellulose Nanocrystal Matrices with Quadrants of Aligned Gold Nanorods for Photothermal Anti-Icing 이다.

2024.01.03 14:06한세희