무수한 공정을 거쳐 탄생하는 반도체 역시 마찬가지다. ‘나는 신입사원입니다! 시즌2’ 두 번째 에피소드에서는 다양한 소재를 연구하고, 새로운 소재와 레시피 개발을 통해 우리의 삶을 다채롭게 발전시키는 신소재공학과 출신 신입사원들의 이야기를 담았다.

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삼성전자 반도체에 입사한 신소재공학도 파헤치기

동일한 전공이지만 각각 다른 부서에서 한 사람의 몫을 톡톡히 해내고 있는 신소재공학 전공 신입사원들! 이들이 현재 삼성전자 반도체에서 쌓아가고 있는 경험은 무엇일까?

Q. 반갑습니다. 세 분은 동일한 전공이지만 서로 다른 직무로 커리어를 시작했는데요. 현재 삼성전자 반도체에서 어떤 업무를 담당하는지 소개 부탁드립니다

허유진: 안녕하세요. 메모리사업부 Etch 기술팀 허유진입니다. Etch 공정은 전기적으로 활성화된 기체 상태인 플라즈마를 이용해 불필요한 막을 선택적으로 제거하여 원하는 패턴을 구현해 내는 공정입니다. 반도체 제품의 수율과 직결되는 공정이기에 ‘반도체 공정의 꽃’이라고 할 수 있죠! 저는 양산 공정 엔지니어로서, 설비 공정 데이터 분석을 통한 설비 사용 유무 판단이나 메모리반도체 CAP(Capacitor, 전하를 저장하고 방출하는 장치로 회로에서 일시적으로 전력을 저장하는 역할) 불량률 개선을 위한 레시피 작업을 담당하고 있습니다.

임정원: 저는 반도체연구소 소재개발팀에서 CMP공정 관련 업무를 담당하는 임정원입니다. CMP(Chemical Mechanical Polishing)는 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정인데요. 저희 부서는 CMP 공정에서 사용하는 소재를 연구 및 발굴하고 있습니다. CMP 공정은 슬러리(Slurry)와 패드(Pad)를 통해 화학적 반응과 기계적인 힘을 이용하여 웨이퍼 표면을 평탄하게 연마하는 공정인데요. 저는 여러 막질에서 적절한 선택비를 가진 슬러리와 패드 개발을 통해 CMP공정에서 평탄도를 향상하고 불량을 개선하는 업무를 하고 있습니다.

이주헌: 시스템LSI사업부 Sensor PA팀 이주헌이라고 합니다. Sensor PA팀은 이미지센서 반도체 칩의 개발부터 양산까지 맡는 조직입니다. 스마트폰이나 자율주행 자동차와 같이 카메라 기능이 있는 기기를 위한 제품이나 ToF(사물에 쏜 적외선 빛이 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 거리를 계산하는 기술)  등의 차세대 이미지센서 기술을 개발합니다. 저는 이곳에서 CIS(CMOS Image Sensor) 제품 공정을 최적화함으로써 수율을 개선하는 공정 설계 업무를 맡고 있습니다.

Q. 현재 직무를 선택한 이유는 무엇인가요?

이주헌: 반도체 직무 중 공정 기술과 공정 설계 사이에서 고민이 많았습니다. 공정 기술은 특정 공정을 전문적으로 다루고, 공정 설계는 제품 설계를 위한 모든 공정을 설계하는 직무인데요. 고민 끝에, 다양한 공정을 알아보고 싶어 공정설계 직무를 선택했습니다. 현재는 팀에서 기술, 제조, 품질, 연구소 등 다양한 부서와 협업하며 공정 설계를 진행하고 있는데요. 이 과정에서 CIS 제품을 넓은 스펙트럼으로 알아갈 수 있다는 것이 큰 장점입니다.

임정원: 학부 시절, 배터리, 반도체, 코딩 등 타과 수업을 많이 수강하던 중에 반도체에 특히 큰 흥미를 느꼈습니다. 그 과정에서 운 좋게, 반도체 회사에서 인턴을 하게 되었고, 그때 ‘내가 주도적으로 개발을 이끌어 나간다면 더 큰 성취감을 느낄 수 있겠다’는 생각에 연구 개발 직무를 선택하게 되었습니다. 실제로 몇 년간 공들여 소재를 개발하다 보니 애착심도 크고, 최종적으로 내가 개발한 소재가 삼성전자 반도체 제품에 적용된다는 사실에 무척 자부심을 느낍니다.

허유진: 저 역시 학부 과정에서 반도체 관련 과목을 수강할 기회가 많았습니다. 반도체 공정을 하나하나 심도 있게 이해하고, 제품 개발에 적용하는 과정이 적성에 맞았어요. 그러다 보니 자연스레 공정 엔지니어를 꿈꾸게 되었습니다. 반도체 제품의 수율을 향상하는 일은 공정 엔지니어로서 중요한 업무인데요. 레시피를 조금씩 다듬어 보면서 어떤 가스가 어느 막질에 크게 영향을 미치는지 프로파일의 변화를 살펴보는 과정에서 많이 배울 수 있고, 제가 머릿속에 그려놓은 대로 평가가 이루어졌을 때는 저 스스로도 성장하고 있다고 느껴 큰 성취감을 얻습니다.

Q. 일과에 대해서도 자세히 들어볼 수 있을까요? 업무 중 가장 많은 시간을 투자하거나 중요하게 생각하는 요소는 무엇인지 궁금합니다

임정원: 소재 개발은 학습과 논의가 주요 일과입니다. 소재 개발이 필요한 특정 공정에서 사용하는 막질의 특성 그리고 회로 설계에서 사용되는 전기적 연결 계획이나 구조를 표현하는 Scheme 구조를 충분히 이해하고 있어야 개발 과제를 명확하게 파악하고 착수할 수 있기 때문입니다. 더불어, 개발 단계에서는 상황에 따라 공정 Scheme 구조에 변동이 있을 수 있어 공정개발팀과 지속적인 논의를 거치게 되는데요. 이렇듯 모든 상황을 파악하고, 유관 부서와 소재 업체와 협력해 개발을 이끌어야 하는 만큼, 큰 책임감으로 치열한 학습과 논의를 반복하고 있습니다.

허유진: 제가 출근해서 가장 먼저 하는 업무는 모니터링입니다. 반도체는 24시간 생산되기에 밤사이에 진행된 공정 데이터를 살펴보기 위함인데요. 만약 특이점이 있다면 빠르게 판단하여 설비를 중단하거나 레시피를 바꿔줍니다. 불량 설비의 지속 사용으로 트렌드를 벗어난 데이터가 후속 공정으로 넘어가게 되면 자칫 큰 사고로 이어질 수 있기 때문이죠.

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신소재공학도가 반도체 전문가가 되기까지!

특정 분야에서 나만의 커리어를 쌓아 올리기 위한 여정은 많은 고민과 노력의 연속이다. 신소재공학도로서 반도체 회사에 취업을 희망한다면, 어떤 준비를 해야 할까? 또, 똑똑한 회사 생활을 위해서는 어떤 역량과 자세를 갖추어야 할까?

Q. 예비 반도체 신입사원들이 가장 궁금해할 질문이 아닐까 싶은데요. 취업 준비 과정에서 특별히 중점에 둔 부분은 무엇인가요?

임정원: ‘나’라는 사람을 정리해 보는 것이었습니다. 제가 직접 겪은 경험에 대해서만큼은 명확하게 전달하고 싶었기 때문입니다. A4용지에 학부 시절과 졸업 후 활동을 키워드로 나열하고, 키워드별로 에피소드를 떠올리며 ‘내가 이걸 왜 했지? 어떤 점이 어려웠고, 어떻게 해결했지? 실패했을 때는 무엇을 느꼈지?’등 스스로에게 꼬리를 무는 질문을 이어나갔죠. 그렇게 나온 답을 바탕으로 입사 원서와 면접 질문에 답변했습니다.

이주헌: 취업을 준비하는 과정에서 반도체 산업에 대한 이해도를 높이는 것에 집중했습니다. 노력하는 만큼 성장할 수 있는 부분이기 때문에, 주어진 시간 내에서 최대한 반도체 이론과 산업에 대해서 알아가기 위해 열심히 공부했습니다.

Q. 전공 생활이 현재 업무에 직접적인 도움이 된 경험이 있다면 소개해 주세요

허유진: 신소재공학과에서는 기본 화학과 더불어 재료의 특성도 배우게 됩니다. 당시 공부한 내용이 반도체 소자의 특성과 막질의 반응을 해석하는 과정에 많은 도움이 되고 있습니다. 또한, 학부 시절 반도체 8대 공정에 대한 기초 지식을 미리 쌓아둔 점도 입사 초기에 회사 업무를 명확하게 이해하는 데에도 도움이 되었습니다.

임정원: 소재 개발 업무에서는 다양한 재료에 대한 이해가 필수적인데요. 학부 시절 재료 과학을 공부한 덕분에 미리 재료와 관련된 용어를 익힐 수 있었습니다. 방학 중에는 연구 프로그램이나 캡스톤 디자인을 통해서 소재 합성 관련 논문을 찾아보고, 다양한 측정 기구를 사용해 합성된 소재에 대해 분석을 해보기도 했는데요. 그 경험이 현재 상황에 따라 개발 소재 분석 기기를 선택하고, 분석 후 결과 데이터를 이해하는 과정에 많은 도움이 되고 있어요.

이주헌 : CIS는 픽셀(디지털 사진이나 영상을 구성하는 최소 단위)의 역할이 매우 중요한 분야입니다. CIS 픽셀은 빛을 받아 전기 신호로 변환하여 이미지 센싱에 사용되는 포토다이오드를 기반으로 하는 소자(전기적인 신호를 조절하거나 처리하는 작은 전자 부품)인데요. 학부 시절 반도체공학과 반도체소자 수업에서 포토다이오드를 포함해 다양한 소자에 대해서 알아볼 수 있었고, 그때 익힌 내용이 CIS 구조를 이해하는 데에 든든한 밑바탕이 되었습니다.

Q. 반대로, 실무를 진행하면서 예상치 못했던 어려움을 마주한 경험이 있다면요?

이주헌: 저는 질문하는 것에 부담을 느껴서 어려움을 겪은 적이 있습니다. 학창 시절에는 정말 숫기 없는 학생이었지만, 대학 진학 후에는 많은 활동을 하며 적극적인 성격으로 변화시켰는데요. 그럼에도 회사 안에서는 부서원들에게 먼저 다가서기가 쉽지 않았습니다. 이를 극복하기 위해 점심시간, 커피타임, 회식 자리에 최대한 참여해서 말을 한마디라도 더 나누려 노력했습니다. 그렇게 선배님들과 점차 친밀도를 쌓다 보니, 질문하는 것에 대한 부담을 덜고, 배우는 속도도 훨씬 빨라졌습니다.

임정원: 입사 3개월이 지난 무렵, 처음으로 담당 개발 과제가 생겼습니다. 고민도 많이 하고, 의욕도 많았지만, 합리적인 실험 설계를 하지 못했죠. 혼자 잘 해내는 모습을 보여 드리고 싶었기에 개발 일정이 가까워질수록 압박감에 마음의 병이 생길 것만 같았어요. 그때 TL님이 제 마음을 알아채고, 격려와 조언을 아끼지 않았는데 큰 위로와 힘을 받았습니다.

허유진: 입사 초기에는 저의 클릭 한 번으로 많은 양의 웨이퍼가 제가 설계한 레시피대로 진행된다는 점이 상당히 부담스러웠습니다. 판단 착오로 웨이퍼의 수율을 떨어지게 한 적도 있고요. 업무량이 많아도 하나하나 정확하고 빠르게 작업해야 하기에, 실패와 성공을 거듭하며 경험치를 쌓아갔습니다. 그 과정에서 판단력을 기르고 두려움을 덜 수 있었습니다. 물론 아직도 두렵지만요!

Q. 취업 과정을 먼저 겪은 선배로서 미래 후배에게 전하고 싶은 회사 생활과 관련된 팁이 있나요?

이주헌: 입사 후 ‘3급 공채 면접’에 참여한 경험이 있습니다. 취업준비와 면접 진행을 모두 경험하면서 느낀 바로는, 면접에서 무엇보다 중요한 건 ‘자신감’이라는 점입니다. 면접장에서는 대부분 면접자가 긴장한 표정이기 때문에, 위축되지 않고 당당한 모습으로 면접관에게 좋은 인상을 심어주면 좋겠습니다!

임정원: 반도체와 관련된 직접적인 전공이 아니라는 생각에 지원을 망설이는 분도 많을 것이라 생각합니다. 그러나 다양한 방면으로 반도체 직무 관련 프로그램과 교육 자료를 찾아볼 수 있기 때문에 관심만 있다면 기회는 충분히 열려 있습니다! 입사 후에도 마찬가지입니다. 주변에 훌륭한 선배님들이 많고, 사내에 세미나 등 끊임없이 학습하는 문화가 조성되어 있는 만큼, 배우려는 자세만 갖추고 있다면 정말 많이 배울 수 있으니 걱정하지 마세요!

허유진: 회사 생활에서는 전문 지식을 습득하는 것뿐만 아니라, 포기하지 않는 끈기와 남을 수용하는 자세가 정말 중요하다고 생각합니다. Etch 공정 내 실제 평가 과정에서는 생각하지 못한 변수가 많고, 실무진 간에 의견 차이도 무척 많이 발생합니다. 따라서 이런 과정을 하나하나 경험하면서 능력치를 키워나가야 하기 때문에 끈기를 가지는 것이 중요합니다. 여기에 타인의 의견을 경청하면서 본인이 생각하지 못한 시각으로도 분석을 해볼 수 있다면 많이 성장할 수 있다고 생각해요!

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앞으로의 성장을 기대하며! ‘나’를 다듬어 가는 여정

미흡한 점을 보완하며 자신감을 탄탄히 쌓아 올리거나, 심리적 안정 혹은 물리적 체력을 기르기 위해 나만의 방법을 찾아 나서는 일은 분명 커리어에 큰 도움이 되기 마련. 성장을 위해 이들이 찾은 방법은 무엇일까?

Q. 커리어를 쌓는 일에 도움이 된 사내 행사나 복지가 있다면 소개 부탁드립니다

허유진: 신입사원이 1년간 수행한 과제를 발표하는 대회인 ‘드림 페어(Dream fair)’에 참여한 경험이 있습니다. 파트장님 추천으로 팀 동기들과 함께 CAP 불량률 개선을 주제로 참여했는데요. 1년간 쌓은 지식을 공유하고, 서툰 솜씨지만 열심히 자료를 만들며 지난 경험을 되짚어 볼 수 있었습니다. 또한, 사내 음악 컨테스트에 참여해 결승전까지 올라가게 되면서 회식비를 번 경험도 있는데요. 업무 외적으로도 즐겁고 값진 경험을 하게 되어 정말 행복했습니다.

이주헌: 저는 헬스가 취미라 사내 피트니스를 거의 매일 이용하고 있습니다. 시설이 정말 좋은 데다가, 새벽부터 늦은 밤까지 운영하기 때문에 출근 전, 점심시간, 퇴근 후 언제든 이용할 수 있어요. 덕분에 바빠도 빠질 수가 없답니다. 업무를 잘 해나가기 위해서는 무엇보다 적극적인 태도가 중요하다고 생각하는데요. 저는 매일 운동을 하면서 노력하는 만큼 변화하는 몸을 보며 자존감과 자신감이 많이 높아졌고, 숫기 없던 성격을 고치는 데에도 정말 많이 도움 되었습니다.

Q. 마지막으로, 앞으로의 목표나 다짐이 있다면요?

임정원: 입사 초 자기소개 자리에서 “세계 최고의 반도체연구소에서 세계 최고의 반도체 전문가분들과 함께하게 되어 영광이고, 발자국을 나란히 할 수 있는 동료가 되겠습니다.”라고 말한 기억이 납니다. 그때의 다짐이 지금의 마음가짐과 같아요. 저 또한 세계 최고의 반도체 전문가가 되어 ‘Pride in Samsung’을 느낄 수 있도록 노력하겠습니다!

허유진: 삼성전자 반도체에서 Etch 공정 엔지니어로서 다양한 경험을 쌓아, 후배들에게 부끄럽지 않은 훌륭한 엔지니어로 성장하고 싶습니다. 두려워하지 않고 계속 도전하는 삶을 살고 싶어요!

이주헌: 삼성전자 반도체가 CIS 분야 세계 1위가 될 수 있도록 이바지하는 것이 목표입니다. 저희가 개발한 이미지센서가 많은 사람들의 일상과 함께하는 부품이 되도록 만들고 싶습니다.

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‘나’라는 사람을 명확히 파악하고, ‘나의 일’에서 꾸준히 성장하기 위해 끊임없이 탐구하며, 각자의 자리에서 역량을 펼치고 있는 신소재공학 전공 신입사원들! 이들이 반도체 전문가로 더 높이 성장해 나갈 여정을 응원해 본다.

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특히 렌즈를 통해 들어온 빛을 전기적인 영상 신호로 변환해 이를 저장하거나 디스플레이로 볼 수 있도록 만들어 주는 ‘CMOS 이미지센서’의 역할이 매우 중요한데요, 마치 카메라의 필름과 같은 역할을 하는 이미지센서 덕분에 촬영 후 현상이나 인화를 하지 않아도, 사진을 확인하거나 삭제할 수 있는 것입니다.

■ 더욱 작고, 슬림하게! 모바일 CMOS 이미지센서

많은 소비자들이 슬림한 디자인은 물론 고화질 카메라 기능을 갖춘 스마트폰을 원하면서 이미지센서에 요구되는 성능도 높아지고 있습니다. CMOS 이미지센서는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환해 이미지로 만드는 핵심적인 역할을 수행하기 때문에 사진 화질에 큰 영향을 미칩니다.

일반적으로 이미지의 화질은 이미지센서를 구성하는 화소(Pixel, 픽셀)에 모이는 빛의 양에 많은 영향을 받습니다. 최근 CMOS 이미지센서의 칩 크기는 작아지고 화소 수는 늘어나 화소의 크기가 계속 작아지고 있습니다. 즉, 이미지센서 칩 크기를 줄이면서도 고화질의 카메라 성능은 그대로 유지해야 하는 기술이 요구되고 있는 것입니다.

■ 삼성전자, 세계 최초 초소형 1.0㎛ 화소 이미지센서 양산

삼성전자는 지난 7월, 이러한 한계를 극복하고 세계 최초로 초소형 1.0㎛(마이크로미터) 화소 이미지센서 양산에 성공했습니다. 이 제품은 화소 크기가 1.0㎛인 1600만 화소 모바일 CMOS 이미지센서입니다. 1.0㎛는 100만 분의 1미터인데요, 그 크기가 얼마나 미세한지 실감되시나요?

특히 이번 제품은 1600만 화소 이미지센서에 현재 구현 가능한 가장 작은 크기의 1.0㎛ 화소를 적용해 카메라 모듈 크기와 두께를 최소화할 수 있게 했습니다.

동일한 화소 수의 센서 모듈을 더 작게 만들기 위해서는 화소의 크기를 줄여야 합니다. 하지만 화소의 크기가 작아지면 흡수하는 빛의 양이 감소해 화질이 떨어질 우려가 있습니다. 삼성전자는 각 화소를 서로 격리시켜 간섭 현상을 최소화하는 ‘아이소셀(ISOCELL)’ 공정 기술을 적용해 빛의 손실을 줄였습니다.

화소에는 각각 빨강, 파랑, 초록의 세 가지 컬러 필터가 얹혀지는데, 화소는 자신의 색깔 신호만 받아들이게 되어 있습니다. 하지만 빛이 직선이 아닌 사선으로 들어올 경우 문제가 발생합니다. 예를 들어 빨간 필터를 통과한 색이 사선으로 파란 화소에 들어가면 혼색되어 컬러 노이즈가 잡히게 되는 것입니다. 아이소셀 기술은 화소와 화소 사이에 절연부를 형성해 인접한 화소들을 서로 격리시키는 구조입니다. 따라서, 빛의 간섭으로 인한 다른 색깔 신호가 침입하는 것을 방지해 컬러 노이즈를 줄여 보다 깨끗한 이미지를 얻을 수 있는 것입니다. 이번 제품은 아이소셀 공정 기술을 통해 빛의 손실을 줄여 1.0㎛ 화소로도 기존 1.12㎛ 화소와 동등한 수준의 화질을 구현했습니다.

여기서 화소의 크기가 작아지면 동시에 카메라 모듈이 작아지고, 결과적으로 스마트폰을 얇게 만들 수 있다는 뜻인데요, 이번 이미지센서를 적용한 카메라 모듈의 경우 두께를 5mm 이하까지 줄일 수 있어, 기존 1.12㎛ 화소를 적용한 1600만 화소 카메라 모듈과 비교해 약 20% 정도 두께가 얇아진 것이 특징입니다. 이로 인해 소비자들은 더욱 슬림한 디자인에 고화질 카메라 기능을 갖춘 스마트폰을 만날 수 있게 되었습니다.

주머니에 쏙! 들어가는 얇은 두께의 스마트폰에서 깨끗하고 선명한 이미지를 즐길 수 있게 도와주는 초소형 이미지센서, 매력적이지 않나요? 삼성전자는 앞으로도 초소형 화소 이미지센서 제품군을 확대해 고화질 초박형 모바일 기기 시장을 선도할 예정인데요, 가까운 미래에는 또 어떤 성능을 지닌 모바일 카메라가 등장할지 기대됩니다.

☞ 모바일 카메라, 얇게 더 얇게! 삼성전자 초소형 1.0㎛ 화소 이미지센서 개발 스토리
☞ 삼성전자, 업계최초 초소형 1.0㎛ 화소 모바일 이미지센서 양산
☞ [MWC 2014 돋보기] 4. CMOS 이미지센서(CIS), 아이소셀(ISOCELL)
☞ 삼성전자, 업계최초 차세대 CMOS 이미지 센서 신기술 ‘아이소셀’ 개발

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■ 초소형 1.0㎛ 화소 적용해 1600만 화소 이미지센서 양산

이 제품은 1600만 화소 이미지센서에 현재 구현 가능한 가장 작은 크기의 1.0㎛ 화소를 적용해 센서와 렌즈 사이의 촛점거리를 줄일 수 있어 카메라 모듈 크기와 두께를 최소화 할 수 있게 했습니다. 이번 제품은 고화질의 카메라 기능과 얇은 두께를 요구하는 초슬림 모바일기기에 최적화된 제품인데요.

이번 이미지센서를 적용한 카메라 모듈의 경우 두께를 5mm 이하까지 줄일 수 있어, 기존의 1.12㎛ 화소를 채용한 1600만 화소 카메라 모듈 대비 약 20% 정도 두께가 얇아져, 스마트폰의 두께를 최소화 할 수 있습니다.

동일한 화소 수의 센서 모듈을 더 작게 만들기 위해서는 화소의 크기를 줄여야 하는데, 화소의 크기를 줄이면 흡수하는 빛의 양이 감소해 화질이 떨어질 우려가 있습니다. 삼성전자는 각 화소를 서로 격리시켜 간섭현상을 최소화하는 독자기술 ‘아이소셀 (ISOCELL)’ 공정 기술을 적용해 빛의 손실을 줄임으로써 1.0㎛ 화소로 기존 1.12㎛ 화소와 동등한 수준의 화질을 구현했습니다.

삼성전자 시스템 LSI 사업부 마케팅팀 홍규식 상무는 “삼성전자는 1600만 화소를 필두로 초소형 화소 이미지센서 제품군을 확대하여 고화질 초박형 모바일기기 시장을 선도할 것” 이라고 밝혔습니다.

삼성전자는 업계최초로 14나노 핀펫 공정을 적용한 모바일 AP를 양산한데 이어, 모바일 이미지센서 분야에서도 독자기술인 ‘아이소셀’ 공정기술을 통해 업계 최초로 화소 크기를 1.0㎛ 까지 줄이는 등 모바일 시스템 반도체 시장에서 기술력을 선도해 나가고 있습니다.

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상보형 금속산화 반도체(CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor) 구조를 가진 저전력 촬상 소자.

이미지센서는 피사체 정보를 읽어 전기적인 영상신호로 변환해주는 장치이다. 빛 에너지를 전기적 에너지로 변환해 영상으로 만드는데, 카메라의 필름과 같은 역할을 한다.

이미지센서는 응용방식과 제조공정에 따라 CCD 이미지센서와 CMOS 이미지센서로 나눌 수 있다. CMOS 이미지센서는 신호를 전압 형태로 변환해 전송하는 방식으로, 일반 반도체 공정인 CMOS 공정을 사용하기 때문에 가격 경쟁력이 있다. 또한 이미지센서와 주변 회로를 원칩화할 수 있어 소형화 및 관리가 용이하다.

CMOS 이미지센서는 집적도가 높고 전력 소비량이 적어 배터리 수명이 중요한 스마트기기 시장에서 선호되고 있다.

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특히 필름 카메라에서 디지털 카메라의 발전은 우리 생활에도 큰 변화를 가져왔습니다. 콤팩트형의 소형 카메라에서 전문가용 고사양 DSLR까지 그 종류도 다양해졌고 휴대폰, 태블릿PC, CCTV, 블랙박스에 이르기까지 다양한 기기에 카메라 기술이 적용됐습니다.

이렇게 우리의 소중한 추억을 기록해주는 디지털 카메라에도 반도체 기술이 숨어 있습니다. 렌즈를 통해 들어오는 빛을 전기적인 영상 신호로 바꿔 주는 CMOS 이미지센서(CIS), 이미지 신호를 처리하는 이미지 신호 처리 장치(ISP), 데이터 처리속도를 빠르게 해주는 D램, 사진파일을 저장하는 낸드플래시 등 많은 반도체가 우리 카메라에서 중요한 역할을 하는데요,

오늘은 카메라의 필름 역할을 하는 ‘CMOS 이미지센서’에 대해 알아보겠습니다.

■ 카메라의 필름역할을 하는 ‘이미지센서’

디지털 카메라에는 여러 반도체 기술이 필요하지만, 가장 중요한 역할을 하는 부품이 바로 ‘이미지센서’입니다. 이미지센서는 피사체 정보를 읽어 전기적인 영상신호로 변환해주는 장치입니다. 즉 빛에너지를 전기적 에너지로 변환해 영상으로 만드는데, 카메라의 필름과 같은 역할을 합니다.

쉽게 말해 렌즈를 통해 들어온 빛을 전기적 디지털 신호로 변환해주는 역할로, 영상신호를 저장하고 전송해 디스플레이 장치로 촬영한 사진을 볼 수 있도록 만들어 주는 반도체입니다. 이러한 이미지센서가 사용되는 디지털카메라는 일반 필름카메라와 달리 필름, 인화 과정을 필요로 하지 않는데요, 사진을 찍은 후 바로 디스플레이 화면에서 사진을 확인하거나 삭제할 수 있는 것이죠!

이미지센서는 응용 방식과 제조 공정에 따라 CCD 이미지센서와 CMOS 이미지센서로 나눌 수 있습니다. CCD 이미지센서는 전자 형태의 신호를 직접 전송하는 방식으로, 아날로그 제조 공정이 사용되는데요,

CMOS 이미지센서 대비 노이즈가 적다는 장점을 가지고 있습니다. 반면 CMOS 이미지센서는 신호를 전압 형태로 변환해 전송하는 방식으로, CMOS 제조 공정이 사용되어 가격경쟁력이 있다는 장점이 있습니다.

이러한 특징 때문에 과거 CCD 이미지센서는 디지털카메라에 사용되고, CMOS 이미지센서는 주로 휴대폰에 사용됐습니다.

하지만 휴대폰, 태블릿PC 등 카메라 기능이 탑재된 모바일 기기의 시장이 확대되면서 핵심 부품으로 CMOS 이미지센서가 주목 받기 시작했습니다. 특히 모바일 기기는 전력 소비를 줄이는 것이 중요한데, 이는 배터리 사용 시간 연장과 직결되기 때문입니다. 때문에 CCD 이미지센서 대비 저전력 공정으로 소비전력에서 강점을 가지는 CMOS 이미지센서가 핵심 부품으로 떠오르게 된 것입니다.

또한 CMOS 이미지센서는 노이즈 등 성능이 매우 개선되고, 동영상 지원 기능과 가격 측면에서도 지속적인 우위를 가지면서 최근에는 DSLR 카메라에도 많이 탑재되고 있습니다.

이외에도 CMOS 이미지센서는 CCD 이미지센서에 비해 많은 장점을 가지고 있는데요, 일반 반도체 공정인 CMOS 공정을 사용하기 때문에 가격 경쟁력을 가지며, 이미지센서와 주변 회로를 원칩화할 수 있어 소형화 및 관리가 용이합니다.

■ CMOS 이미지센서의 혁신, ISOCELL

일반적으로 이미지의 화질은 센서를 구성하는 각 픽셀(Pixel, 화소)에 모이는 빛의 양에 많은 영향을 받습니다. 최근 CMOS 이미지센서의 칩 크기는 작아지고 픽셀 수는 늘어나 픽셀의 크기가 계속 작아지고 있는데요, 작은 픽셀일수록 충분한 빛을 흡수하기 어려워 CMOS 이미지센서 기술은 ‘수광율'(이미지센서가 빛을 받아들이는 정도)을 높이는 방향으로 발전해 왔습니다.

그래서 기존 후면조사형(BSI) 센서는 ‘수광부'(빛을 받아들이는 부분)를 센서의 가장 윗 부분으로 옮겨 ‘수광율’을 높여 왔는데요, 하지만 픽셀의 크기가 계속 작아짐에 따라 최근 한계에 봉착했습니다.

이에 작년 9월 삼성전자는 업계 최초로 기존 CMOS 이미지센서의 성능 한계를 극복한 ‘아이소셀(ISOCELL)’ 개발에 성공했는데요,

‘아이소셀(ISOCELL)’은 ‘격리하다(isolate)’와 ‘세포(cell)’의 뜻이 합쳐진 어원으로, 용어에서도 알 수 있듯이 픽셀과 픽셀 사이에 절연부를 형성해 인접한 픽셀들을 서로 격리시키는 구조입니다. 즉 이미지센서를 구성하고 있는 수백만 개의 픽셀 각각의 테두리에 물리적인 벽을 세워 픽셀로 들어온 빛이 밖으로 나가지 않도록 하는 첨단 이미지센서 기술인데요,

각 픽셀에 들어온 빛이 주변 픽셀에 영향을 주는 ‘간섭현상’을 최소화해 빛의 손실을 줄인 것이 특징입니다. 때문에 빛이 적은 어두운 공간에서도 보다 깨끗한 이미지를 얻을 수 있어 모바일기기 사용자들의 카메라 성능 만족도를 더욱 높일 수 있답니다.

삼성전자는 이번 MWC 2014(Mobile World Congress)에서 아이소셀을 기반으로 한 1600만 화소 이미지센서와 적층형 구조의 1300만 화소 이미지센서를 새롭게 공개하며 모바일 이미지센서 분야의 기술 리더십을 더욱 강화하고 있습니다. 우리의 소중한 추억 순간 순간을 간직해주는 반도체, ‘이미지센서’의 활약을 앞으로도 기대해주세요~!

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