국내 최초 우주 로봇팔·반도체 핵심 장비…올해의 10대 기계기술

한국생산기술연구원에서 개발한 우주 로봇팔 'K-ARM'. 한국생산기술연구원 제공

인공위성에 탑재돼 우주 잔해물을 포획하는 로봇팔과 반도체 웨이퍼 제작 공정의 핵심 장치 등 올해의 10대 기계기술이 선정됐다. 

한국생산기술연구원(생기원)은 원대희 인간중심로봇연구부문 수석연구원이 이끈 연구팀이 개발한 우주 로봇팔 'K-ARM'과 조한철 극한공정제어그룹 수석연구원이 이끈 연구팀이 개발한 반도체 웨이퍼 연마 공정 핵심 장치가 '올해의 10대 기계기술'에 선정됐다고 29일 밝혔다. 

올해의 10대 기계기술은 한국기계기술단체총연합회가 지난 1년간 국내에서 개발된 기계 분야 우수 기술과 제품을 선정해 수여하는 상으로 2013년부터 매년 선정한다다. 

K-ARM은 인공위성에 탑재되는 로봇팔로 수명이 다한 위성 등 우주 잔해물을 포획해 안전한 폐기 궤도로 옮길 수 있다. 로봇팔 끝에 연결된 물체를 움켜쥐는 장치인 그리퍼와 다목적 핸드를 임무에 따라 교체하면 고장 위성 수리와 연료 재공급 등 다양한 임무에 활용할 수 있다. 발사할 때는 위성 안에 접힌 채 실리고 궤도에 진입한 뒤 펼쳐져 임무를 수행하는 구조다. 

연구팀은 또 지상에서 미소중력 환경을 모사해 근접 임무 성능을 시험하는 시스템 'K-POS'를 개발해 인공위성 발사 전에 로봇팔의 성능을 검증하는 기반 기술도 확보했다. 

K-ARM은 현재 실제 발사 및 우주 환경을 모사한 진동시험과 열진공시험을 통과한 상태다. 생기원은 국방과학연구소, 한국항공우주연구원과 위성 체계 개발을 위한 기술 협력을 추진하고 있다. 

조 수석연구원이 이끈 연구팀은 반도체 웨이퍼 표면을 평평하게 갈아내는 연마 공정의 핵심 장치 두 가지를 개발했다. 웨이퍼는 반도체 집적회로를 만드는 바탕 역할을 하는 얇은 원판 모양의 기판이다. 

웨이퍼에 집적회로를 쌓아 올리기 전에 표면을 평탄화해 불량 확률을 줄이는 연마를 진행한다. 

연마 공정 중에는 웨이퍼를 패드로 문질러 기계적인 힘으로 웨이퍼 표면을 깎는 과정이 포함된다. 

웨이퍼를 문지르는 패드는 쓸수록 닳아 형상이 변해 반도체 웨이퍼의 품질에 영향을 끼친다. 

연구팀은 패드 두께를 실시간으로 인식하며 두께 편차를 최소화할 수 있는 장치를 개발했다. 이와 함께 연마를 마친 웨이퍼의 오염물질을 제거하는 세정 장치의 핵심 구조를 새로 설계해 장치의 부피를 70% 이상 줄였다.

연마 공정의 핵심 장치 기술은 2025년 국내 장비 기업에 이전된 상태다. 상용화에 성공할 경우 미국과 일본 기업이 세계 시장의 90% 이상을 차지해 온 글로벌 시장을 공략할 수 있을 것으로 전망된다. 

올해의 10대 기계기술에는 △국방과학연구소(국산 항공엔진 보호막) △한국생산기술연구원(반도체 제조용 세정 장비 국산화) △엔덴틱스(원격 음향 치아 신경치료) △LG전자(무급유 히트펌프 기술) △테솔로(경량 지능형 로봇손 기술) △한국생산기술연구원(우주환경 동작 다관절 로봇팔) △한국기계연구원(농업용 AI) △한국기계연구원(탄소중립 히트펌프) △성균관대(뇌척수액 누출 판별 AI 진단 기술) △한화에어로스페이스(항공기용 가스터빈 엔진 국산화) 등이 포함됐다.

손웅희 생기원장은 "이번 10대 기계기술 선정은 생기원이 지향해 온 현장 밀착형 실전 기술의 결실”이라며 “앞으로도 국가 전략산업이 글로벌 공급망 위기에 흔들리지 않도록 초격차 원천기술 확보와 사업화에 집중하겠다”고 말했다.
 

[김소연 기자 lecia@donga.com]