진화하는 반도체, 측정기술도 업그레이드 된다

표준연 나노측정센터, 나노패턴 형상 측정용 광기기의 교정 위한 인증표준물질 개발 목표

분광타원측정기술…약물 스크리닝·박막형 태양전지 등 쓰일 곳 무궁무진

1970년대, 반도체 기술이 상용화 된 후 선진국이 전자제품 보급에 힘쓰고 있을 당시 우리나라에서는 반도체를 구입하는 것조차 쉽지 않았다. 그러나 지금의 한국은 자타공인 반도체 강국으로서 반도체 산업의 미래를 준비하는 단계에 이르렀다.

우리가 흔히 알고 있는 메모리, 시스템 반도체, 디스플레이 제품들은 박막의 증착, 식각, 열처리, 측정 및 검사 등 여러 공정을 통해 나온 최종 산물이다. 박막증착과정에서 박막을 얼마나 얇고 균일하게 입혔느냐가 제품의 품질을 좌우하므로 박막의 두께를 측정 및 검사하는 것은 매우 중요하다. 

한국표준과학연구원(원장 신용현·이하 표준연) 나노측정센터의 편광측정팀은 반도체 및 디스플레이 제품 제작과 관련된 중소기업과 국내 대기업에 박막 두께 측정기의 교정에 필요한 인증표준물질을 보급하고 있다.

최근 실시간 박막두께 측정 장비를 개발했으며, 앞으로 나노패턴 형상 측정용 광기기의 교정을 위한 인증표준물질 개발을 계획하고 있다.

◆ "우리가 만든 측정기로 인증표준물질 개발, 산업체 보급이 최종 목표"

반도체는 웨이퍼 위에 박막을 입히는 과정을 거쳐 만들어진다. 이 때 박막 두께의 균일함이 반도체의 생명이다. 박막의 두께를 측정하는 측정기의 정확도 역시 중요한데 표준연에서 보급하는 인증표준물질(일종의 교정용 샘플물질)을 이용해 이들 측정기를 검사·교정하는데 활용한다.

반도체 제조기술의 비약적인 발전에 따라 메모리 용량은 대형화와 고속화됐고 이는 박막 위에 가해지는 공정의 복잡성 증가, 동일한 면적에 더 많은 패턴을 형성하게 되는 집적화 등으로 귀결된다.

최근 반도체 공정이 더욱 미세화되고 3차원 구조를 활용함에 따라 제조 공정 중 박막의 두께 뿐 아니라 주기성을 가지는 나노패턴 형상의 광물성과 기하학적 구조를 함께 측정해 반도체 제조 공정을 관리하고 있다. 이때 폭넓게 이용되는 측정기는 빠른 측정 속도와 비파괴적 측정 요구를 동시에 만족할 수 있는 분광타원측정기술이다.

표준연이 2013년 개발한 '고감도 실시간 분광타원측정기(Spectroscopic Ellipsometer)'는 빛을 시료에 반사시켜 얻은 편광정보를 물리적으로 해석해 나노박막의 두께를 구하는 광학식 측정기로 측정 장치 자체의 국산화와 표준기급 실시간 분광타원측정기 개발을 위해 제작한 프로토타입이다.

나노측정센터 편광측정팀 제갈원 박사는 "앞으로 나노패턴을 포함한 광학적 이방성 특성을 가지는 시편의 편광응답 특성을 이론 계산하는 연구팀과의 협동연구를 통해 나노패턴 형상 측정용 광기기 교정을 위한 인증표준 물질 개발을 계획하고 있고 산업체에 보급하는 것이 최종 목표"라고 전했다.

◆ 측정의 스펙트럼은 다양하다

두께를 측정하는 것은 반도체 분야에서만 국한된 것은 아니다. 반도체 분야에서의 측정은 아주 일부에 불과하다.

최근에는 약물 후보물질 스크리닝과 같은 바이오 측정 기술에도 활용된다. 이를 활용하면 타깃 세포에 반응하는 약물 분자가 결합했을 때 미세하게 일어나는 두께 변화와 반응 속도, 약물 분자가 타깃 세포에 붙는 양, 떨어지는 양 등을 대면적에서 고감도로 측정할 수 있다는 장점이 있다. 현재 나노측정센터에서는 실리콘 바이오타원측정기술에 대한 연구를 수행하고 있다.

태양전지에서도 측정이 필요하다. 박막형 태양전지를 연구하기 위해서는 박막 두께와 광학적 특성을 알아야 하므로 역시 분광타원측정기가 활용될 수 있다. 또한, 대면적 균일 그래핀 제작 공정에서 합성된 그래핀 제품들의 광학적 특성, 두께 균일도 등을 비파괴적 실시간으로 분석하는 데에도 쓰일 수 있다.

측정 기술은 신물질을 합성하거나 만들어 내는 분야는 아니지만, 완벽한 물질의 탄생 뒤에서 없어서는 안 될 역할을 하고 있다.

제갈원 박사는 "표준연의 기본 미션인 '표준 보급'과 '측정기술개발'에 충실하면서 측정 기술이 다양한 분야에 활용될 수 있도록 그 범위를 넓혀가겠다"는 의지를 내비쳤다.

출처 : 대덕넷 한효정 기자 http://www.hellodd.com/news/article.html?no=53890