한국생산기술硏 허훈 박사 연구팀
'실시간 증착막 측정 시스템' 개발
박막상태 확인·공정 최적화 지원
생기원 제공
국내 연구진이 반도체 핵심 공정 중의 하나인 박막 증착 공정에서 박막의 상태를 실시간 분석할 수 있는 기술을 개발했다.
한국생산기술연구원은 허훈 박사 연구팀이 화학기상증착 장비 내부에서 웨이퍼 위에 얇은 층 형태의 박막이 겹겹이 쌓이는 전 과정을 측정·분석할 수 있는 '화학증착소재 실시간 증착막 측정 시스템'을 개발했다고 16일 밝혔다.
박막은 반도체 회로를 구분하고 연결, 보호하는 역할을 담당하며, 최대한 얇고 균일하게 형성할수록 반도체 품질이 높아진다.
기존에는 박막이 제대로 증착됐는지를 확인하기 위해 장비에서 박막을 꺼낸 뒤 별도의 분석기기로 검사해야 했다. 이 과정에서 박막이 대기 중에 존재하는 산소나 수분과 접촉하면 분석결과를 신뢰할 수 없거나, 불량이 생긴 박막의 원인을 알아내기 힘들다.
연구팀은 화학기상증착 장비 내에 박막 소재의 증착 과정을 확인할 수 있는 '용기 안(In-situ) 라만 분광 장치'를 설치했다. 이 장치는 단색광을 기체나 투명한 액체, 고체에 쬐면 산란광 속에 파장이 약간 다른 빛이 생기는 라만 효과를 기반으로 만들어졌다.
연구팀은 이 장치를 통해 장비 내부에서 박막 소재의 농도나 결정구조, 결정성 등 다양한 물성 정보를 실시간 파악했다. 아울러 화학 증착에 필요한 화합물과 반응가스, 박막 성장온도나 시간 등 여러 변수를 측정·분석해 공정도 최적화할 수 있었다.
연구팀은 박막 소재의 실시간 분석뿐 아니라, 반도체 고집적화와 고속화에 최적화된 반도체 물질을 개발할 수 있는 '유전율 분석기법'도 제시해 새로운 박막 소재 개발 가능성을 높였다.
허훈 생기원 박사는 "시간과 비용이 많이 소요되는 기존 박막 분석 방식의 한계를 극복한 연구성과로, 반도체뿐 아니라, OLED 소재, 이차전지, 태양전지용 전극소재 등에 다양하게 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구는 국가과학기술연구회의 '창의형 융합연구사업'의 지원을 받아 수행됐으며, 현재 반도체 소재 관련 기업과 상용화를 추진하고 있다.
이준기기자 bongchu@
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