반도체 기판의 두께와 휜 정도를 마이크로미터(㎛) 수준으로 측정해 불량을 최소화할 수 있는 기술이 나온다. 반도체 측정 장비에 적용해 소자 생산 수율을 대폭 끌어올릴 수 있을 것으로 기대된다.
한국표준과학연구원(KRISS)은 강주식·이재용 기반표준본부 길이센터 박사팀이 웨이퍼(반도체의 토대가 되는 실리콘 재질 판) 두께·형상 측정표준시스템을 개발했다고 29일 밝혔다.
웨이퍼 두께, 형상은 전체 반도체 소자의 불량 여부를 결정하고 성능에도 영향을 미치는 요인이다. 특히 최근에는 소자를 여러 층으로 쌓아 반도체 집적도를 향상시는 공정이 각광받으면서 웨이퍼 측정 기술도 중요해지고 있다.
하지만 기존 기술은 웨이퍼 전면이 아닌 특정 지점만을 측정, 정확한 값을 내기 어렵다. 형상 측정은 기술이 없어 아예 불가능했다.
또 `접촉식`으로 웨이퍼를 측정하면서, 기판을 잡는 힘 때문에 정확하지 않은 결과가 나오기 쉬웠다.
연구팀은 웨이퍼 전면을 비접촉 방식으로 2차원 스캐닝 해 고유 형상을 측정하는 표준시스템을 고안했다.
측정법으로는 길이표준 최상위 방법인 `레이저 간섭법`을 적용했다. 레이저 간섭법은 결맞음성이 우수한 레이저 광원으로 광관섭 신호를 생성, 두께와 형상 등을 정밀 측정하는 방법이다.
이 시스템을 적용하면 최대 300㎜ 직경의 웨이퍼 상에서 약 0.1㎛ 수준의 두께 변화를 감지할 수 있다. 0.7㎛ 수준의 형상 측정도 가능해진다. 축구 경기장의 굴곡을 0.2㎜ 이하 정확도로 잡아낼 수 있는 수준이다.
표준연은 현재 웨이퍼 두꼐, 형상 측정표준을 시험 서비스 항목으로 등록해 제공하고 있다. 태양광 전지용 웨이퍼, LED 소자의 사파이어 웨이퍼도 측정할 수 있다.
이재용 박사는 “웨이퍼의 정밀한 두꼐 분포, 굴곡 형상 데이터 제공으로 각 반도체 업체가 운용하는 장비 정확도를 평가할 수 있게 됐다”면서 “불량 웨이퍼 생산을 감소시켜 생산 수율 향상에도 도움을 줄 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
