▲ KRISS 표면분석팀 연구진이 초박막 두께를 측정하고 있다

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민)이 국산 첨단 측정 장비를 통해 반도체 소자 제작 공정의 핵심 측정기술을 확보했다.

KRISS 소재융합측정연구소 표면분석팀은 국산 장비인 중에너지이온산란분광기(MEIS)를 이용, 1nm 이하 반도체 산화막의 절대 두께를 정밀하게 측정할 수 있음을 세계 최초로 확인했다고 30일 밝혔다.

이 기술은 국제회의에서 하프늄산화막의 기준 두께를 결정하는 방법으로 채택되는 등 국제기준으로 활용된다. 국내 반도체 소자업체에 최고 수준의 측정 신뢰성을 부여해 외국 기업보다 경쟁성을 확보했다.

반도체 집적회로 제조공정에선 기판 산화막을 얇고 균일한 두께로 제어하는 것이 매우 중요하다. 산화막은 표면을 보호함과 동시에 전자의 이동을 조절하는 등 반도체 회로설계의 핵심 부분이다.

기존엔 투과전자현미경(TEM), 분광타원계측기(SE), 엑스선반사측정기(XRR) 등으로 산화막 두께를 측정했다. 하지만 산화막의 두께가 실제 두께와 큰 차이를 보이는 문제가 있었다.

KRISS 표면분석팀은 그간 기준활용되던 엑스선광전자분광기(XPS)의 기준 활용 미흡을 밝혀내고 MEIS를 대안으로 제시했다. 연구팀은 체계적인 비교연구를 통해 MEIS의 정밀도를 실험을 통해 증명했다.

국내 중소기업이 개발한 MEIS 장비는 나노미터급 두께 박막의 조성, 분포도, 결정구조 및 두께에 대한 정보를 원자층의 깊이 분해능으로 분석할 수 있기에 반도체 및 첨단소자 제작 공정의 측정장비로 활용 가능하다.

KRISS 김경중 책임연구원은 “핵심은 반도체 산화막의 초정밀 절대 두께를 측정할 수 잇는 국산 첨단 측정 장비의 가능성을 확인한 것”이라며 “차세대 반도체 소자의 수율을 옾여 국내 기업 생산성 향상에 도움이 되도록 최선을 다하겠다”고 강조했다.

한편, 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업의 지원을 받은 이번 연구는 세계적 학술지 어플라이드 서페이스 사이언스에 게재됐다.