▲ KRISS 첨단장비측정연구소 김영식 책임연구원이 3차원 나노 소자를 측정하고 있다.

국내 연구진이 비파괴적인 방식으로 반도체 소자의 두께 및 형상을 동시에 측정 할 수 있는 기술을 개발해 반도체 생산성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민) 광영상측정표준팀은 반도체, 디스플레이, 센서 등에 활용되는 소자 내부구조를 한 번의 측정만으로 실시간 검사하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.

이번 기술은 소자를 절단하지 않고 한 번에 내부의 층별 두께와 형상을 동시에 측정 가능하고 나노미터급의 정확한 측정을 할 수 있다. 진동과 온도 등 환경 변화에 영향을 적게 받고, 시스템 구성이 복잡하지 않아 생산현장에 장착해 초고속 실시간 검사를 할 수 있다.

박막을 10층 이상 겹겹이 쌓는 적층형 박막 구조물은 반도체, 디스플레이 및 신에너지·최첨단 산업에서 초고속화 및 대용량화의 한계를 뛰어넘으며 핵심구성 요소로 활용되고 있다.

그러나 측정기술이 부족해 품질 등 생산성에 문제가 되고 있다. 기존 측정법은 형상 또는 두께만을 측정해 제한적으로 활용돼왔고, 단면을 직접 절단해 소자 내부구조를 관찰하는 방법은 생산을 중단해야 해서 실시간 현장 적용이 어렵다.

예로, 반도체 공정에서는 각층을 겹겹이 높게 쌓아 집적도가 높은 반도체를 만드는데 이 과정에서 각층을 평평하게 만드는 CMP(Chemical Mechanical Polishing, Planarization) 공정이 필수적이다.

현재까지는 CMP 공정 후 바늘로 찌르는 접촉식 측정을 통해 표면 형상을 측정해 왔지만, 측정 시 스크래치와 파손 등의 위험과 오랜 측정시간 때문에 활용에 한계가 있었다.

KRISS 첨단측정장비연구소 광영상측정표준팀은 이러한 한계를 극복한 단순과정의 두께와 형상의 동시 분석 기술을 개발해 사진을 찍는 것처럼 측정하면 3D 이미지로 실시간 구현이 가능해 산업현장에서 바로 적용할 수 있다.

김영식 책임연구원은 “KRISS의 원천기술을 바탕으로 반도체 장비 국산화 등 산업계 요구에 즉각적으로 대응할 수 있게 됐다. 이번 기술을 활용하면 반도체 및 디스플레이 소자의 생산성 향상에 큰 이점을 갖게 될 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 기술은 광계측 장비 및 모듈 전문기업인 ㈜넥센서에 기술이전 됐으며, 세계적인 학술지 옵틱스 익스프레스(Optics Express, IF: 3.894)에 게재됐다.