한솔아이원스 사업보고서 (2023.12)
6. 주요계약 및 연구개발활동

1. 주요계약에 관한 사항 - 해당사항 없습니다.

2. 연구개발 등에 관한 사항가. 연구개발 담당조직

나. 연구개발 인력 현황(1) 인원 구성 및 업무내용

(단위 : 명)

팀명	인원	수행업무

총괄	1	개발총괄

신소재 개발	7	쿼츠 대체/반도체/디스플레이 공정장비 부품용 소재 개발

선행 개발	8	내플라즈마성 초고밀도 코팅 기술개발분석센터 운영

합계	16	-

※ 2023년 12월 31일 인원기준2) 연구개발비용

(단위 : 천원, %)

구분	2023년(제19기)	2022년(제18기)	2021년(제17기)

연구개발비용 계	1,557,025	1,094,706	1,363,118

(정부보조금)	(28,789)	(91,399)	(997,214)

회계처리	판매비와관리비	1,528,236	1,003,307	365,904

연구개발비/매출액 비율[연구개발비용계÷당기매출액*100]	1.23%	0.61%	0.83%

다. 연구개발 실적

(1) 신소재 사업 개발 부문의 연구 개발 실적

당사의 신소개 개발 그룹은 반도체/ 디스플레이 소자의 식각, 코팅 공정 중에 사용되는 부품 원천 소재의 국산화을 위한 신소재 개발과 이를 통한 부품의 제조를 위한 연구를 진행하고 있습니다.

구체적으로 반도체 식각 공정에 적용되는 Quartz Ring의 사용 내구성 향상 및 반도체 식각 공정 중 발생하는 파티클 발생을 저감하기 위하여 Quartz 대체 소재를 국내 최초 개발 및 대응 하고 있으며, 차세대 반도체/디스플레이 공정에 적용하기 위한 신소재 조성 합성에 대한 연구를 진행하고 있습니다.

모든 개발품의 연구개발 전 과정은 당사의 기술연구소에서 주관을 하고 있으며, 필요에 따라 각 대학 산학 협력 부서 또는 정부투자 연구기관에 시험 및 분석을 의뢰, 지원 받는 과정으로 진행되며, 연구 개발품의 최종 검증은 고객의 제조현장에서 실제 시운전을 통해 개발의 성공 여부가 판가름 됩니다.

(2) 선행 개발 부문의 연구 개발 실적

당사 연구소 선행 개발 부문에서는 당사 반도체 식각 공정의 환경 가혹화에 따른 반도체 장비 부품의 내구성을 향상시키기 위한 내 플라즈마성 세라믹 코팅 기술 개발 및 차세대 반도체 공정에 적용될 기능성 코팅 개발업무를 담당하고 있습니다. 구체적인 연구 과제는 반도체 식각 공정 장비의 Ceramic Window의 내플라즈마성 향상 및 반도체 식각공정 중 발생하는 파티클을 저감하기 위한 고밀도 세라믹코팅 기술에 대한 연구와 디스플레이 공정 부품의 고 열/전기전도 및 플라즈마 식각 저항성 향상 코팅 기술의 개발 과제에 주력하고 있습니다.

연구 개발 과제 수행은 사안에 따라 고객사의 기술개발 요청을 접수하여 당사의 기술연구소에서 전부 주관을 하는 경우와 정부투자 국책 연구기관과 공동으로 주관하는 두 경우를 모두 진행하고 있으며, 두 경우 모두 필요에 따라 각 대학 산학 협력 부서 또는 정부투자 연구기관에 시험 및 분석을 의뢰, 지원 받습니다.

당사 연구소 선행 개발 부문에서 진행한 주요 연구 개발 활동의 실적 및 기대효과, 그리고 결과 및 상품화 여부 등은 아래의 표를 참조바랍니다.

No	연구 과제	연구내용 및 기대효과	연구결과 및상품화 여부	개발 연도

1	플라즈마 주1) 코팅용 세라믹 파우더 과립화	현재 상용으로 사용되는 플라즈마 코팅용 과립분말은 모두 외산 분말이며, 반도체 공정에 적합한 소재는 희토류 주2) 계열의 희귀금속으로 자체 생산을 통한 원료 수급능력 강화 및 제조원가 절감	실용화 완료자사 세정코팅 사업부에서 코팅 원료로 사용함	2007∼2008

2	높은 경도의 Al 용사 주3) 공정개발	Al 용사 코팅 된 Al 소재는 코팅 과정에서 급랭, 응축에 인한 표면 취성 단점을, 경도가 우수한 Al 용사공정개발 하여, 파티클 주4) 소스를 개선함	실용화 완료	2009∼2010

3	세라믹 합성분말 파우더 개발	세라믹합성분말 파우더 개발, 합성분말 코팅 後 저 Crack 성으로 파티클 미 발생 성능 매우 우수.	개발완료	2010∼2011

4	분말증착장치(INC)	상온에서 Binder와 첨가제를 사용하지 않고 소재의 본연의 특성을 구현할 수 있는 나노 구조체를 가지는 코팅 공정 기술로서, 초정밀 반도체 제조공정에서 오염물과 나노크기의 파티클의 제어가 우수하다	실용화 완료	2011~

5	공정장비의 코팅방법 및 이를 이용한 코팅 구조(DLC)	종래기술인 APS 코팅층 위에 반도체 공정특성을 고려한 제2코팅층(INC,SPS,…etc)을 형성하여 Particle제어 및 공정수율 우수 효과	실용화 완료	2014~2015

6	반도체장비부품 내플라즈마 코팅	고밀도의 플라즈마 식각 공정 중 발생하는 파티클 문제 보완 장비 부품 수명 향상을 위한 고밀도 세라믹 코팅	실용화 완료	2013~2015

7	고열전도 플라즈마 내식성 코팅	디스플레이 공정중 발생하는 플라즈마에 의한 부품 손상을 방지하기 위한 고 열전도, 플라즈마 내식성 코팅 제품	기술개발완료
실용화 완료	2019~현재

8	고출력 반도체 장비 부품 내플라즈마 코팅	반도체 식각 공정의 조건 가혹화에 따라 플라즈마 내식성이 향상된 초고밀도 세라믹 코팅	기술개발 중	2021~현재

9	고출력 반도체 장비 부품 내플라즈마 코팅	다양한 반도체 식각 공정에 따라 표면 형상이 향상된 Pit-less 초고밀도 세라믹 코팅 (INC+) 개발	기술개발 중	2021~현재

주1) 플라즈마 : 원자핵과 전자가 분리된 가스 상태를 말하며, 고밀도의 양이온과 전자를 같은 수로 가진 이온화 기체를 말합니다. 종래에 우리주위의 물질은 액체, 고체, 기체 3가지 상태로 구분해왔지만, 근래에는 플라즈마가 추가되어, 물질은 고체, 액체, 기체, 플라즈마 상태로 존재한다고 말해야 합니다.
주2) 희토류 : 멘델레예프 원소주기율표의 제 3족에 해당되는 란타넘족원소 및 21번 스칸듐과 39번 이트륨을 포함한 총 17개의 원소를 의미하며, 희토류는 현재 최첨단 IT기기에 들어가는 원재료이며, 이 희토류가 없으면 최첨단 기기도 없어지게 됩니다. 이렇게 중요한 희토류이기에 최근에는 희토류의 무기화라는 말이 거론될 정도입니다. 전 세계 희토류 생산량의 약 97%가 중국에서 생산됩니다.
주3) Al 용사: 두 개의 알루미늄 선재를 전극으로 하고, 전극 끝 부분에 아크를 발생시켜 재료를 용융시킴과 동시에 압축공기 제트로 분사시켜 코팅 피막을 형성하는 기술입니다.
주4) 파티클 : 반도체 소자의 식각 공정 중, 챔버 내부 부품의 손상으로부터 발생하는 입자로 이를 통하여 반도체 소자의 불량이 발생하며 반도체 양산 성능을 저하시키는 주요 원인이 됩니다.

(3) 연구관리 부문의 연구관리 실적

당사의 연구관리 부서는 신소재 사업부서, 선행개발부서의 원활한 기술 개발을 위하여 정부/기관 투자를 통한 국책과제 기획, 유치를 수행하고 있으며, 전사의 개발 제품 및 기술의 신뢰성을 확보하기 위한 특성 분석센터를 운영하고 있습니다. (4) 국책과제를 신청하여 외부기관의 협력하여 진행한 연구 개발 실적

사업명(시행부처/기관)	연구 과제	연구내용 및 기대효과	연구결과 및상품화 여부	정부출연금 (백만원)	총 개발기간(시작∼종료일)

중소기업청	플라즈마 용사용세라믹과립및 열처리 기술	- 외산 분말제조의 국산화의 핵심 기술인 과립화 및 열처리 기술을 획득하여, 외산분말의 수입대체를 통한 원가 절감 및 원료 수급능력 강화	- 개발 성공- 당사 세정 코팅사업 부문 의 코팅 원료 국산화 완료	70	2007.07.01∼2008.6.30

한국부품소재산업진흥원	반도체 공정장비부품소재 세라믹용사코팅 기술지원	- 세라믹 원료의 특성에 따른 용사코팅변화 - 용사코팅 최적성능을 갖는 세라믹원료 원료의 특성을 획득	- 개발 성공- 연구된 성과를 당사 코팅공정에 적용함	140	2008.08.01∼2009.07.31

중소기업청	초극한 공정 환경용반도체 장비부품 세라믹 코팅 막 제조기술 개발	- 용사조건 변화에 따른 세라믹 코팅막변화 분석 -최적의 세라믹 코팅막 제조 공법의 획득	- 개발 성공- 연구된 성과를 당사 코팅공정에 적용함	72	2009.07.01∼2010.06.30

산업통상자원부	난용해성 세라믹스(티탄산바륨계 화합물 및 질화알루미늄)의 화학분석방법 국가표준 및 국제표준 개발	- 반도체 및 기타 산업용 세라믹 소재의 화학분석방법 제정
- 국가표준 및 국제 표준 개발	- 개발 완료	760	2014.10.01
~
2018.09.30

삼성전자
(협업과제)	반도체 공정장비 부품용 내플라즈마성 코팅 막 제조 공정 기술 개발	- 제1 코팅 층인 열 플라즈마 용사 코팅 층에 New 분말을 사용하여 상온 분사 코팅 방식으로 제2의 치밀한 코팅 층을 형성하는 기술
- Y2O3 분말 vs YF3 분말의 최적 혼합비 확립 및 혼합 분말의 코팅 기술 확보	- 개발완료- 연구된 성과를 당사 코팅공정에 적용중	107	2015.11.13
~
2016.8.30

중소기업청	WC300 R 기술개발과제	- 반도체/디스플레이 제조 장비용600phi 이상의 입체형상 부품 및6세대 이상의 초대면적 부품에 대한 플라즈마 내식성 코팅기술 확보	- 국책연구과제 진행 중	4,403	2017.06.01~2021.12.31

산업자원부	소재부품산업미래성장동력	- 저진공 플라즈마Jet을 이용한 내플라즈마성이 향상된 차세대 세라믹코팅	- 국책연구과제 진행 중	2,673	2019.04.01~2021.12.31

경기도 테크노 파크	부품국산화지원사업	-Quartz 유리 소재 대체를 위한 Alumino-silicate계 세라믹 소재를 이용한 Focus ring 제조기술개발	-개발완료
-연구된 제품의 고객사 공정 평가 중	100	2021.03.12
~2022.03.11

산업자원부	소재부품기술개발	-고출력 챔버의 플라즈마 내식성 향상 코팅 기술개발	-국책연구 과제 진행중	240	2021.07.01
~2024.12.31

라. 연구개발 계획 (1) 반도체 신소재 및 개발 부문의 연구 개발 계획

신소재 개발 그룹은 현재 Quartz를 대체한 소재를 통한 Focus ring 개발을 통하여 고객사와의 공정 평가를 진행중에 있습니다. 고객사와의 기술개발 협업을 통하여 차세대 반도체 식각 공정에 최적화된 Focus ring을 업그레이드 할 예정이며, 현재Focus -ring에서 나아가 대형화 제조기술 확보를 위한 연구를 지속적으로 할 것입니다. 또한 Quartz 대체 소재의 조성 다변화를 통하여 다양한 플라즈마 공정환경에 적용할 수 있는 부품 개발을 진행할 계획에 있습니다.

모든 연구 개발 과제의 전 과정은 당사의 기술연구소에서 주관하고 있으며, 필요에 따라 각 대학 산학 협력 부서또는 정부투자 연구기관에 시험 및 분석을 의뢰, 지원 받을 것입니다.

가. 주요기술내용

Quartz 대체용 세라믹 소재는 세라믹기술원의 원천 기술을 이전 받아 당사 기술연구소와 협업을 통해 개발한 소재로서 단결정 Quartz와 달리 다성분의 세라믹소재를 이용하여 Quartz 대비 플라즈마 식각 저항성이 향상된 조성을 형성하는 기술입니다. 또한 Quartz 대체 세라믹 소재의 내플라즈마 특성이 유지되도록 부품으로 제조하는 기술이 포함되어 있습니다.

Quartz 대체용 세라믹 소재 및 이를 통한 반도체 공정장비 부품은 Quartz 대비 원재료의 비용 절감효과가 탁월하며, Quartz와 유사한 고투명성 및 기계적 특성과 높은 내열 특성을 보유하고 있어 다양한 산업분야로의 적용 확대가 용이한 기술입니다.

나. 기존 기술 제품과 품질 비교

Quartz의 반도체 식각특성은 하기 표의 조건으로 평가할 경우 시간당 약 13um 깊이로 손상이 발생하는 특성을 보유하고 있습니다. 동일한 조건에서 당사가 개발한 Quartz 대체 세라믹 소재를 평가할 경우, Quartz 대비 최소 3배 이상 플라즈마 내구성이 나타나 Quartz 대비 수명이 향상되며, 이는 고객사와의 공정평가를 통해 검증이 완료되었습니다. 또한 반도체 식각 공정 후 Quartz 소재의 표면은 기공 등의 다양한 식각손상면이 발생하여 부품 표면의 거칠기가 증가하는 특성이 나타나나 당사 개발품의 경우 플라즈마 공정 후에도 균일한 식각이 발생하여 부품표면의 거칠기가 증가하지 않아 파티클 발생을 억제할 수 있는 기능이 있습니다.

(2) 선행개발 계획

선행개발 부문은 차세대 반도체 식각 공정장비 부품의 내구성 향상 및 파티클 발생 저감을 위한 기능성 코팅을 개발함에 따라 기존 당사에서 개발완료한 상온분사코팅(INC)의 업그레이드 버전인 INC+를 개발하고 있습니다. INC+ 기존당사 개발 기술보다 더 높은 기계적 특성을 보유하고 있어 고출력의 차세대 반도체 공정장비에 적용 가능한 기술이며 현재 INC+ 기술의 대면적화를 통한 양산화 기술 도출을 계획 중에 있습니다.

또한 INC+ 개발 외에 다양한 코팅 공정기술 및 코팅 소재 개발을 통하여 반도체 식각공정 외의 8대 공정에 적용 가능한 기능성 코팅 기술 확보를 위한 연구를 지속하고 있습니다.

가) 차세대 반도체 공정용 초고밀도 내플라즈마성 세라믹코팅기술 개발

1. 주요기술내용

“상온분사코팅”이란 당사 기술연구소에서 독자적으로 개발한 기술로서 미세한 세라믹 분말을 운송가스에 실어서 모재에 분사함으로써 모재 표면에 초고밀도 세라믹 층을 형성하는 기술로, 분사된 세라믹 입자들이 모재표면과 충돌하면서 입자의 운동에너지가 소성 변형으로 변환되면서 입자 간에 강한 부착력 및 인력을 유도함으로써 binder-less, micro crack-less, pore-less등의 고 치밀화 된 세라믹 층을 상온에서 형성할 수 있는 기술입니다. 또한 INC기술은 별도의 열처리 및 고진공, 고에너지 공정 없이 초고밀도의 세라믹 층을 형성할 수 있는 기술로써 공정의 간소화로 인한 비용절감 효과가가 탁월하고, 기판소재 및 코팅소재의 다양성이 보장되는 새로운 개념의 세라믹 소재 기술로써 다양한 산업분야로의 적용 확대가 용이한 기술입니다.

본 기술의 명칭은 INC(IONES Nano Coating) 기술로 상용화를 위해 개발 완료하였고, 고출력의 차세대 반도체 공정장비에 적용하기 위한 INC+ (IONES Nano Coating Plus) 기술을 개발하고 있습니다.

2. 기존기술 제품의 품질과 비교

1) 세라믹 소재코팅은 대부분 PVD, CVD와 같은 고진공 공정 또는 Sol-Gel등의 용액 코팅 그리고 고온의 열플라즈마를 이용하는 APS, SPS 등의 방법을 이용하여 주로 이루어집니다.

2) PVD, CVD, 용액공정으로 형성되는 세라믹 코팅막은 열처리(500~1,000℃) 등의 후공정 없이는 세라믹 특성 발현을 위한 코팅막의 고결정화가 어렵고, 코팅막의 부착력 문제, 난후막화 문제 그리고 환경적인 문제로 산업화하기에는 제약사항이 매우 많습니다.

3) 열플라즈마를 이용하는 세라믹 코팅막의 경우에는 초고온(>10,000℃)의 플라즈마 생성을 위한 고에너지가 필요하고, 열충격에 의한 미세크랙 및 공극발생이 빈번하여 최종 제품에 대한 신뢰도가 매우 낮은 문제를 안고 있습니다.

4) 아이원스(주)의 개발 기술인 INC기술은 상온공정이면서 출발원료에서 최종코팅 제품까지 상변화가 없으며(Solid to Solid), 수torr의 저진공 환경에서 초고밀도의 세라믹 코팅막을 형성할 수 있기때문에 상기의 기존 공정의 문제를 모두 해결 가능한 공정 기술입니다. 그림3.에 대표적인 세라믹 코팅 기술인 고진공 증착 및 열플라즈마 스프레이 코팅기술과 INC기술의 특징을 비교 하였습니다.

3. 제품의 특성 및 기술개발 내용 - 반도체/디스플레이 장비 부품 적용 내플라즈마성의 초고밀도 세라믹코팅 ICT, IoT 모바일등의 첨단 산업기술의 진보 그리고 대표적인 정보표시 소자인 디스플레이의 대형화 및 기능화 등으로 인해 반도체/디스플레이 산업의 규모는 지속적으로 확대되고 있으며, 반도체/디스플레이 제조공정의 기술향상에 의해 장비 부품/소재의 성능, 수명 향상의 요구가 증가하고 있습니다.반도체/디스플레이 제조장비 부품의 성능/수명 향상을 위해 PVD, CVD, Anodizing, Thermal Spray 등 다양한 표면 처리기술이 연구되고 있으나, 이러한 표면처리기술은 코팅 시 열원/부식액/플라즈마 등의 사용으로부터 발생되는 낮은 코팅특성으로 인해 기술적인 한계에 다다르고 있습니다. 당사는 앞서 언급하였던 기존의 코팅기술의 문제점 및 한계점을 극복하기 위하여 INC 기술을 반도체/디스플레이 장비 부품 표면처리 기술로 적용하여 내화학성, 내플라즈마 특성 등이 우수한 고성능의 반도체/디스플레이 장비 부품 및 부품소재기술을 개발하고 있습니다.상기의 INC를 이용한 반도체/디스플레이 제조장비 부품의 초고밀도 내플라즈마 코팅 기술 개발의 과제 수행은 당사의 기술연구소에서 전부 주관하고 있으며, 중소기업청에서 진행하는 WC300 R 기술개발사업을 통해 정부투자 지원을 받아 기술개발을 진행하였습니다.

4. 개발기술의 사업영역 확대

당사는 INC기술을 이용한 초고밀도 세라믹 코팅기술을 다양한 분야에 접목하고 산업화, 양산화를 위한 원료, 장비, 공정기술에 대한 개발을 해오고 있으며, 세라믹 소재시장 전반에 걸쳐 새로운 패러다임을 제시하고 기술 중심의 창조적 기업이 되고자 지속적으로 개발을 진행하고 있습니다.