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표준연, 50년의 난제 '플라즈마 히스테리시스' 문제 해결

발행일2018.04.12 15:25

국내 연구진이 반도체·디스플레이 제조 공정에서 품질을 낮추는 원인으로 지목돼 온 '플라즈마 이력(히스테리시스)' 현상을 해결했다. 학계가 50여년을 풀지 못한 고질화된 문제를 해결한 것으로, 각종 첨단 소자의 품질과 수율을 높이는데 크게 기여할 것으로 전망된다.

한국표준과학연구원(원장 박상열)은 이효창 반도체 측정 장비팀 박사팀이 플라즈마 이력 현상의 원인을 밝히고, 이의 제어에 성공했다고 12일 밝혔다.

Photo Image<플라즈마 히스테리시스의 증명 결과.>

플라즈마는 초고온에서 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 상태다. 플라즈마는 반도체 및 디스플레이 소자의 증착·식각·세정에 활용할 수 있다. 특히 플라즈마에서 생성된 이온을 가속시켜서 원하는 지점의 식각률을 크게 높일 수 있다. 이는 소자 집적도 향상의 주요 기반이다.

문제는 플라즈마의 인가 전력을 높이거나 낮춰도 플라즈마 이온 밀도가 이전 상태를 유지하는 이력 현상이다. 이력 현상이 발생하면 플라즈마의 강도를 제어하기 어려워 불량품이 생길 수밖에 없다.

연구팀은 플라즈마의 밀도를 정밀 측정하는 '컷 오프 프로브', 전자 에너지의 분포를 측정하는 '랭 뮤어 프로브' 기술을 이용해 플라즈마의 '전자 에너지 분포'가 이력 현상의 원인이라는 것을 밝혀냈다.

Photo Image<이효창 표준연 박사가 장비로 플라즈마를 측정하고 있다.>

전자 에너지 분포는 플라즈마의 발생을 좌우하는 요소다. 에너지를 품은 전자가 많을수록 플라즈마 생성이 잘된다. 이것이 플라즈마 이온 밀도에도 영향을 미친다.

연구팀은 이력 현상을 제어하는 방법도 고안했다. 전자 에너지 분포를 조정하는 '비활성 기체'를 주입하거나 전력을 추가 공급, 이력 현상을 제어하도록 했다. 이 방법으로 플라즈마를 안정되게 사용하는 제어 기술을 만들었다.

이효창 박사는 “반도체 및 디스플레이 생산 장비 국산화에 기여할 수 있는 핵심 기술을 개발했다”면서 “고부가 가치 첨단 장비 기술로 소자에만 집중된 국내 반도체 산업의 불균형을 해소하겠다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com

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