KRISS, 극미량(ppb) 수분표준 발생장치 개발
최병일 박사가 극미량 수분표준 발생장치로 수분계측기를 교정하고 있다.
※ 이슬점 : 공기 중에 포함된 수증기가 물로 응축되는 온도를 말하며, 이슬점을 안다고 하는 것은 공기 속에 얼마나 많은 수분이 존재하고 있는가 혹은 얼마나 건조한 상태인가를 알 수 있는 수분의 척도임
연구팀은 극미량의 수분을 정확하게 제어하고 발생시킬 수 있는 장치를 개발해 수분표준을 확립하였다. 즉, 극저온 -95 ℃를 유지하며 내부가 얼음으로 코팅되어 있는 용기(포화조) 내에 건조가스를 주입한다. 고압 상태에서 얼음과 수증기가 열적 평형상태인 포화된 습공기를 만들어 이를 다른 압력과 온도로 방출시킨다. 이 방법은 온도와 압력과의 열역학적 관계식을 응용한 것으로 정밀하게 조절된 극저수분 공기를 만들어 수분의 양을 100억 분의 5개(0.5 ppb)이내로 정밀하게 측정 할 수 있다.
일상생활 또는 많은 산업공정에서 적정한 습도의 존재는 매우 고마운 존재이지만, 반도체 등 첨단산업에서는 수분은 불청객으로 취급 받는다. 즉 반도체 공정에서 극미량의 수분 일지라도 이는 제품의 품질에 결정적인 영향을 미친다. 이를테면 반도체 제조과정 가운데 식각 공정에 쓰이는 각종 가스의 수분이 정상치를 넘을 경우, 박막의 전기 광학적 성질이 바뀌어 제품의 불량률을 높이는 요인이 된다.
이에 최근 첨단 산업공정에서는 ppb 정도의 극미량 수분의 측정 및 조절이 필수적이다. 이 영역에서 수분을 측정할 수 있는 계측기가 최근 개발되어 반도체 공정 등에 설치되어 품질을 책임지고 있다. 하지만 이런 계측기들의 정확도를 평가할 수 있는 극미량 수분표준이 없어 그동안 측정 신뢰성 및 품질 관리에 문제점으로 작용해 왔다.
최병일 박사는 “이번 극미량 수분표준 확립을 통해 반도체 및 디스플레이 등 산업 현장에 설치되어 있는 극미량 수분계측기의 교정이 가능하다.”며 “반도체 분야뿐만 아니라 신소재 산업에서도 수분 관리는 필수적”이라고 말했다.
현재 산업체에서 필요로 하는 극미량 수분계측기 교정의 하한 영역은 이슬점 -120 oC 인 0.2 ppb(100억분의 2) 이다. 앞으로 연구팀은 산업체가 필요로 하는 수분 영역까지 극미량 수분표준을 확립하기 위해 노력한다는 계획이다. 또한 확립한 극미량 수분표준을 보급하기 위해 산업체에서 사용하고 있는 수분계측기에 대해 교정을 실시해 관련 분야 산업 경쟁력 향상에 기여할 것이다.
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