한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 이정철 기계공학과 교수 연구팀이 근적외선의 간섭 효과를 이용해 실리콘 박막-공동 구조를 검사할 수 있는 웨이퍼 비파괴 분석 장비를 개발했다고 19일 밝혔다.
1마이크로미터(μm·100만분의 1m)급의 두께를 갖는 박막-공동 구조는 압력센서, 마이크로미러, 송수신기 등 미세전자기계시스템(MEMS) 소자로 사용된다. 이러한 MEMS 소자에서 박막의 두께와 공동의 높이는 소자 성능에 영향을 미치는 요소이기 때문에 두께 측정이 필수적이다.
따라서 정확한 두께 측정을 위해 웨이퍼를 절단해 단면을 촬영했는데, 이런 경우 후속 공정에 절단한 웨이퍼는 사용할 수 없었다.
이에 연구팀은 근적외선 간섭 현미경을 개발해 1μm급의 두께를 갖는 실리콘 박막-공동 구조의 두께를 비파괴적으로 측정할 수 있게 했다.
연구팀에 따르면 근적외선 간섭 현미경은 1μm급과 서브 1μm급의 단층 박막-공동 구조를 100 나노미터(nm·10억분의 1ｍ) 미만의 편차로 측정했다. 더불어 다중 반사로 인한 가상의 경계면을 특정하는 방법을 사용해 복층의 실리콘 박막-공동 구조에서 숨겨진 실리콘 박막의 두께 측정을 성공적으로 시연했다.
이번 연구는 국제학술지 `어드밴스트 엔지니어링 머터리얼즈'에 지난 7월 온라인 게재됐으며 10월호의 후면 표지 논문으로 선정됐다.
이번 연구는 실리콘 박막-공동 구조뿐만 아니라 기능성 웨이퍼인 '실리콘 온 인슐레이터(SOI)' 웨이퍼에서도 실리콘과 내부에 숨겨진 산화막의 두께를 성공적으로 측정함으로써 연구팀은 다양한 구조의 반도체 소자 비파괴 검사에 적용이 가능하다는 것을 확인했다.
또 적합한 파장 선택을 통해 실리콘뿐 아니라 게르마늄 등 다른 반도체 물질의 비파괴 검사에도 적용할 수 있다고 밝혔다.
연구를 주도한 이정철 교수는 "개발된 기술은 널리 사용되는 적외선 광원을 사용해 비파괴 방식으로 반도체 물질 내부 구조를 측정한 점에서 기존 방법과 다르다”며 “안전하고 정밀한 장점 때문에 반도체 소재 및 소자 검사 속도를 향상하는 효과를 가져와 반도체 관련 산업 발전에 기여할 것ˮ이라고 말했다.
한편 연구팀은 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 기초연구실 지원사업의 지원을 받아 해당 연구를 수행했다.
이성관 기자 busylife12@aitimes.com
