반도체 박막 증착 공정, ‘실시간’ 확인…생기원, 세계 최초 시스템 개발

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반도체 박막 증착 공정, ‘실시간’ 확인…생기원, 세계 최초 시스템 개발

디지털데일리 발행일 2019-09-16 17:18:53

김도현

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[디지털데일리 김도현기자] 국내 연구진이 반도체 박막 증착 과정을 실시간 확인 가능한 시스템 개발에 성공했다. 세계 최초다.

16일 한국생산기술연구원(이하 생기원)은 화학기상증착 장비 내부에서 웨이퍼 위에 박막이 형성되는 전 과정을 관찰할 수 있는 ‘화학증착소재 실시간 증착막 측정 시스템’을 개발했다고 밝혔다.

박막 증착은 실리콘웨이퍼 표면에 얇은 층 형태의 박막을 단계적으로 겹겹이 쌓아가는 핵심공정이다. 박막은 반도체 회로 간의 구분과 연결, 보호 역할을 담당한다. 박막을 최대한 얇고 균일하게 형성할수록 반도체 품질이 향상된다.

생기원은 “박막의 두께가 1마이크로미터(㎛) 이하로 매우 얇아 이를 구현하는 것은 기술적 난이도가 높다”며 “따라서 박막 형성 상태를 수시로 측정하고, 확인하는 작업이 중요하다”고 설명했다.

기존에는 박막 증착 여부 확인을 위해 관련 장비에서 박막을 꺼낸 뒤, 별도 분석기기로 검사해야 했다. 하지만 이 과정에서 박막이 대기 중에 존재하는 산소나 수분과의 접촉으로 변질, 분석결과의 신뢰성이 훼손될 수 있었다. 이는 불량이 발생할 경우 원인 규명을 어렵게 만들었다.

생기원 고온에너지시스템그룹 허훈 박사 연구팀은 화학기상증착 장비 내부에 박막 소재의 증착 과정을 측정·분석할 수 있는 ‘In-situ 라만 분광 장치’를 설치, 이러한 문제점을 해결했다.

이 장치는 단색광을 기체 또는 투명한 액체·고체에 쬐면 산란광 속에 파장이 약간 다른 빛이 생기는 라만 효과를 기반으로 한다. 특수한 빛의 배열인 라만 스펙트럼을 활용하면 장비 내부에서 바로 박막 소재의 농도나 결정구조, 결정성 등 다양한 물성 정보를 실시간 파악할 수 있다.

허 박사는 “시간과 비용이 많이 소요되는 기존 분석 방식의 한계를 국내 기술력으로 극복해낸 사례인 만큼 관련 소재·장비 국산화에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”며 “반도체뿐만 아니라 유기발광다이오드(OLED) 소재, 2차전지, 태양전지용 전극소재 등 다양한 분야에도 활용 가능할 것”이라고 말했다.

<김도현 기자>dobest@ddaily.co.kr