0.03㎚(나노미터, 1㎚=10억분의 1ｍ)의 두께 차이를 구별해낼 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다. 이를 통해 차세대 반도체 및 디스플레이 분야의 경쟁력 향상에 크게 기여할 전망이다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 김명수) 나노이미징기술센터 편광계측팀은 나노박막 두께를 빠르고 정확하게 측정할 수 있는 ‘다채널 분광 타원계측기’ 개발에 성공했다고 지난 16일 발표했다.

이번 개발로 2,000개에 달하는 데이터 스펙트럼을 측정하는데 걸리는 시간이 9ms로 단축됐다. 이는 측정 속도가 기존 반도체 산업용 장비 보다 5배 이상 빨라진 것이다.

또한 새로운 오차보정 기술을 개발해 나노박막 두께 측정 정밀도를 0.03nm 수준까지 향상시켰다.

다채널 분광 타원계측기는 반도체 및 디스플레이 등 나노두께의 박막을 측정하는 데 활용하는 장치이다.

새로 개발된 계측기는 시편에 의한 반사나 투과로 인해 빛의 편광상태가 변하게 되는 광학적 기초 원리를 적용해 실시간·비접촉식·비파괴 측정이 가능하다.

기존에는 노출시간, 모터속도, 회전 당 노광횟수 등을 조절하기 위해 하드웨어를 변경해야 하는 불편이 따랐지만 이번 기술 개발로 소프트웨어 변경만으로 최적의 측정조건을 만들 수 있게 됐다.

계측기는 현재 각 라인당 약 20대(1대당 15~20억원) 정도가 사용되고 있으며 국내에서는 신규설치 및 유지보수비로 연간 1,000억원의 비용이 소요되고 있다.

세계 반도체 장비 시장규모는 국내보다 약 5배 이상(약 5,000억원) 크기 때문에 관련 기술 수출에 따른 경제적 효과가 기대된다.

또 반도체 소자, 평판디스플레이, 태양광소자 뿐만 아니라 신약후보 물질 초고속 스크리닝, 화학적 가스 센서 제작 등 다양한 분야에 적용될 전망이다.

국내 주요 반도체 업체들은 측정 정밀도를 2014년까지 0.03nm로, 측정 속도를 1.5배 이상 향상하는 것을 목표로 하고 있었다. 하지만 이번 개발로 3년이 앞당겨졌다.

이 연구결과는 국내외 특허 출원을 완료했으며, 광학분야 권위지(紙)인 옵틱스 레터스(Optics Letters) 1월호에 소개됐다.

연구팀은 “반도체 소자가 기존의 2차원에서 3차원 구조로 보다 복잡하게 변화할 것으로 예상된다”며 “나노 박막두께뿐만 아니라 나노패턴 형상에 대한 측정기술의 중요성이 커짐에 따라 수요도 지속적으로 증가할 것이다”고 말했다.

앞으로 연구팀은 차세대 반도체 공정에서 사용될 나노복합 구조체의 형상을 측정하기 위해 뮬러(Mueller)-행렬 분광 타원계측기를 개발할 계획이다.