KAIST 연구팀, 반도체 웨이퍼 절단 없이 두께 분석 장비 개발

카이스트(한국과학기술원·KAIST) 연구팀이 반도체 웨이퍼를 절단하지 않고 두께를 분석할 수 있는 장비를 개발했다.

KAIST는 기계공학과 이정철 교수 연구팀이 근적외선의 간섭 효과를 이용해 실리콘 박막-공동 구조를 검사할 수 있는 웨이퍼 비파괴 분석 장비를 개발했다고 19일 밝혔다.

근적외선 기반 웨이퍼 비파괴 분석 장비 개념도 및 단층 박막-공동 구조 검사 결과. /KAIST 제공

1마이크로미터(μm) 급의 두께를 갖는 박막-공동 구조는 압력센서, 마이크로미러, 송수신기 등의 다양한 미세전자기계시스템(MEMS) 소자로 사용된다. 이런 MEMS 소자에서 박막의 두께와 공동의 높이는 소자 성능의 주요 설계 인자이기 때문에 소자의 거동 분석을 위해서는 제작된 구조의 두께 측정이 필수적이다. 지금까지는 후속 공정에 사용할 수 없는 단점에도 불구하고 웨이퍼를 절단해 주사 전자 현미경과 같은 고해상도 현미경으로 두께를 측정하는 단면 촬영 기법이 사용됐다.

이정철 교수 연구팀은 1μm 급의 두께를 갖는 실리콘 박막-공동 구조의 두께를 비파괴적으로 측정하기 위해 근적외선 간섭 현미경을 개발했다. 연구팀은 실리콘의 광특성과 빛의 간섭 길이를 고려해 근적외선 계측 장비를 설계 및 구축했으며 개발한 근적외선 간섭 현미경은 1μm 급과 서브 1μm 급의 단층 박막-공동 구조를 100 나노미터(nm) 미만의 편차로 측정했다.

이번 연구는 국제학술지 `어드밴스트 엔지니어링 머터리얼즈(Advanced Engineering Materials)’에 지난 7월 14일자에 온라인 게재됐고, 지난 10월 호의 후면 표지 논문(back cover)으로 선정됐다.

이번 연구 결과는 다양한 구조의 반도체 소자 비파괴 검사에 적용될 수 있다. 또 실리콘뿐만 아니라 게르마늄 등 다른 반도체 물질의 비파괴 검사에도 적용할 수 있다. 반도체 공정 중 소자 결함을 판별하기 위한 실시간 비파괴 검사에 적용될 수 있을 것으로 보인다.

이정철 교수는 “개발된 기술은 널리 사용되는 적외선 광원을 사용해 비파괴 방식으로 반도체 물질 내부 구조를 측정한 점에서 기존 방법과 다르고, 안전하고 정밀한 장점 때문에 반도체 소재 및 소자 검사 속도를 향상하는 효과를 가져와 반도체 관련 산업과 우리 삶의 발전에 기여할 것ˮ이라고 말했다.

- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -