표준과학원, 반도체 박막두께 측정 CRM 개발

　다결정실리콘 반도체 등 각종 반도체의 박막두께를 측정할 수 있는 반도체 공정용 박막두께 인증표준물질(CRM)이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

　한국표준과학연구원 양자표준부 영상그룹 조현모 박사팀은 9일 반도체 박막두께 측정용 인증표준물질과 8인치 웨이퍼에서 측정 정확도가 ±2㎚ 이하인 초정밀 타원해석기(Ellipsometer)를 자체 개발했다고 발표했다.

　연구팀이 개발한 반도체 공정용 박막두께 인증표준물질은 각 반도체 생산라인에 설치된 10∼15대의 박막두께 측정용 타원해석기를 수시로 현장 생산라인에서 교정할 수 있는 표준인증시료로, 타원해석기의 측정정확도에 따라 반도체 생산수율이 결정되기 때문에 반도체 생산과정에서 필수적인 표준시료다.

　특히 미국 표준기관인 NIST의 박막두께용 인증표준물질이 3인치 웨이퍼급으로 시료두께가 10∼200㎚ 사이 6종의 단결정실리콘(SiO₂) 박막두께 측정에 한정된 것인 데 비해 연구팀이 개발한 인증표준물질은 시료두께 6∼5000㎚ 사이 15종의 단결정SiO₂ 박막두께를 측정할 수 있으며 3∼45㎚ 사이 7종의 실리콘나이트라이드(Si₃N₄) 박막두께, 50∼800㎚ 사이 17종의 다결정실리콘 박막두께를 측정할 수 있는 것이 특징이다.

　이에 따라 기가(G)급 반도체 등 차세대 반도체소자 제조공정에 필요한 표준인증물질 개발기반기술을 확보할 수 있게 됐다.

　연구팀은 또 빛이 반도체 박막의 경계면에 비스듬히 입사할 때 나타나는 타원해석법을 이용, 복소굴절률·막두께를 측정할 수 있는 8인치 웨이퍼 규격의 측정 정확도가 ±2㎚ 이하인 초정밀 타원해석기도 자체 개발하는 데 성공했다.

　타원해석기는 빛을 이용해 반도체 생산라인에서 실시간·비접촉·비파괴적인 측정방법으로 원자단층의 두께 또는 원자부분층의 평균두께까지 측정할 수 있어 반도체 박막공정에서 양질의 반도체를 생산하는 데 필요한 필수적인 장비다.

　조현모 박사는 『반도체 박막공정라인에서 사용되고 있는 타원해석기는 주로 광학소자들로 구성돼 각 부분품들에 대한 주기적인 교정을 위해 SiO₂ 박막두께 인증표준물질을 수입·사용해 왔으나 생산현장에 바로 적용할 수 있는 8인치 크기의 SiO₂웨이퍼는 물론 Si₃N₄·다결정실리콘 등 다양한 반도체 박막두께 인증표준물질을 개발함으로써 수입대체는 물론 초미세반도체 박막측정기술을 확보, 국내 반도체업체들의 경쟁력을 높일 수 있게 됐다』고 말했다.

<정창훈기자 chjung@etnews.co.kr>