기계연, 국내 최초 고농도·고순도 오존생성장치 개발…수입대체 효과 기대

연구책임자인 손영수 박사가 반도체 공정에서 사용하는 유해 환경오염물질을 저감할 수 있는 오존생성장치 기술을 개발했다. 손 박사 뒷편이 오존생성시스템 기기. [사진=한국기계연구원 제공]

아주경제 최서윤 기자 = 한국기계연구원은 손영수 로봇메카트로닉스연구실 박사팀이 반도체 공정에서 사용하는 유해 환경오염물질을 저감할 수 있는 오존생성장치 기술을 국내 최초로 개발했다고 23일 밝혔다.

이번에 개발된 오존 생성장치는 반도체 공정에서 요구하는 높은 산화력의 고농도·고순도 '오존을 고수율'로 생성할 수 있다. 유해 화학용액을 주로 사용하는 기존 반도체 및 FPD(평판디스플레이) 산업의 세정과 표면처리 공정 등을 친환경·저비용 공정으로 대체할 수 있다.

오존 생성수율은 오존생성장치의 성능을 평가하는 중요 지표 중의 하나로 투입된 단위 방전전력 대비 오존 발생량이다. 오존 생성수율을 높이기 위해서는 방전장치와 전력공급 장치가 고효율 특성을 갖도록 설계해야 한다.

지금까지 국내에서 개발한 오존생성장치는 저농도 특성이 요구되는 식·음료산업의 살균·소독 분야나 소규모 수(水)처리 산업에만 적용됐다. 반도체 및 FPD 제조공정에 사용되는 고농도 오존생성장치는 그동안 전량 수입에 의존해왔던 만큼 이번에 개발된 기술이 상용화되면 수입대체 효과도 거둘 수 있다.

연구팀이 개발한 고효율 오존생성장치는 100마이크로미터(μm)의 초미세 방전공극을 갖는 구조로서, 고밀도 플라즈마 생성에 의해 분당 3리터의 산소 공급 시 15wt%(어떤 물체의 전 질량 중에서 목적 성분이 차지하는 질량을 백분율로 나타낸 것) 이상의 고농도 오존생성 특성을 갖는다.

또 방전상태에 따라 전기에너지를 최적으로 공급하는 전력공급 장치를 개발해 오존생성수율(120g/1kWh)을 획기적으로 향상시켜 기존의 오존생성장치에 비해 전기에너지를 30% 이상 절감할 수 있다.

연구팀은 오존생성장치의 기술적 성능뿐 아니라 장치의 적층화·소형화에도 성공해 다양한 산업 분야에서 사용할 수 있도록 했으며 사용자 편의성도 한층 높였다.

연구팀이 개발한 오존생성장치는 사용 목적에 따라 달라지는 오존 생성량에 대응하기 위해 단위 방전관을 적층해 확장이 용이하도록 설계됐다. 대용량 오존이 필요한 수처리 산업에도 적용이 가능하다.

특히 반도체 제조 공정이 한정된 클린룸 공간에서 이뤄지기 때문에 공간 점유율을 최소화하는 것이 관건이었는데 연구팀은 단위 방전관을 비롯한 주변 장치를 소형화하는 데 성공해 이 문제를 해결했다.

손 박사는 “이번 연구는 반도체나 디스플레이 등 첨단 전자부품산업의 일부 제조공정을 유해 화학용액 대신 오존으로 대체해 친환경적이고 저비용 공정으로 전환할 수 있는 기반을 구축한 것에 의의가 있다”고 밝혔다. 

연구팀은 오존생성 장치 관련 3건의 특허를 등록했으며 중소기업 2개 업체에 기술을 이전하여 상용화를 진행 중이다.