“반도체 웨이퍼 절단없이 성능 평가”…KAIST, 비파괴 분석장비 개발

- 기계공학과 이정철 교수 연구팀, 다양한 구조 비파괴 검사 적용 가능

이번 연구성과가 게재된 국제학술지 ‘어드밴스드 엔지니어링 머터리얼즈’ 10월호 후면 표지 이미지.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 이정철 교수 연구팀이 근적외선의 간섭 효과를 이용해 실리콘 박막-공동 구조를 검사할 수 있는 웨이퍼 비파괴 분석 장비를 개발했다고 19일 밝혔다.

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

연구팀은 1μm 급의 두께를 갖는 실리콘 박막-공동 구조의 두께를 비파괴적으로 측정하기 위해 근적외선 간섭 현미경을 개발했다. 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.

이정철 KAIST 기계공학과 교수.[KAIST 제공]

또한 다중 반사로 인한 가상의 경계면을 특정하는 방법을 제안해 복층의 실리콘 박막-공동 구조에서 숨겨진 실리콘 박막의 두께 측정 시연에도 성공했다.

이정철 교수는 “개발된 기술은 널리 사용되는 적외선 광원을 사용해 비파괴 방식으로 반도체 물질 내부 구조를 측정한 점에서 기존 방법과 다르다”면서 “실리콘뿐만 아니라 게르마늄 등 다른 반도체 물질의 비파괴 검사에도 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 엔지니어링 머터리얼즈’ 10월호 후면 표지 논문으로 선정됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com