LSI배선의 결함 0.1마이크로미터의 고분해능으로 측정
SEM 사용 중간영역 탐색
富士通硏究所(川崎市 中原區, 사장 村野和雄)는 0.1마이크로미터로 종래의 10배의 고분해능으로 LSI배선의 결함측정이 가능한 기술을 개발했다. 고분해능화에 최적인 가속압력의 전자선을 쏘아, 그 흡수전류상(AEI)를 측정하면서 저항이 높은 결함부위에 탄소로 마킹하여 결함 개소를 특정할 수 있다. 이로써 0.1마이크로미터의 미소한 고저항 결함을 최초로 해석할 수 있게 되었고 동시에 미세화, 대규모화 될 65나노미터 세대 이후의 LSI배선의 불량해석 효율이 종래보다도 100배 향상될 것이라고 한다.
신기술은 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 전자선을 LSI배선에 쏘면서 주사하여, 흡수된 전자선의 전류값(저항)을 증폭 계측하여 AEI로 파악한다. 그 전류값이 변화한 결과가 결함개소로 탄소계 가스를 뿜으면서 그 개소에 전자선을 쏘아 미소한 탄소막을 기상성장으로 마킹한다. 마킹 영역 이외를 집속이온빔으로 깎아내고 남은 결함이 있는 얇은 조각을 투과전자현미경(TEM)으로 관찰, 결함의 원인을 해석하는 구조이다.
쏜 전자선의 가속전압은 구리배선 위에 100나노미터 두께의 절연막이 씌워진 채라도 구리 배선에 도달하고, 동시에 200나노미터 이상으로 전자선이 퍼지지 않는 조건에서 계산기 해석, 3킬로전자볼트의 최적치를 찾아내었다. 또 프로브 배선의 최적조건을 찾아서, 스테이지를 접지하지 않는 구성 쪽이 AEI 콘트라스트를 크게 얻을 수 있었다고 한다.
지금까지 자외광 유기저항변화(IR-OBIRCH)법이나 SEM-전압콘트라스트(VC)법 등의 배선결함해석방법이 있었다. 그러나 전자는 1마이크로미터 이하의 분해능에서는 해석이 불가능하고, 후자는 단선(오픈) 등의 고저항 결함만 해석할 수 있었다.
새 방법인 SEM-AEI는 이들의 중간영역을 탐색할 수 있으며 게다가 공간분해능을 IR-OBIRCH의 10배로 높았다. 이로써 사방 1센티미터 칩 면적의 결함해석효율은 100배로 높아진다고 한다.
앞으로 AEI방법의 개량 등으로 보다 낮은 저항의 결함의 위치특정까지 확장해 나갈 것이라고 한다.  (NK)

세라믹스 도료기술, 절연체 광통신용으로 각광
東京·大田區는 중소 영세기업이 많이 입지하여 일본의 제조업을 떠받쳐 온 마을로 약 20년 전에 탄생된 도금기술이 갑자기 각광을 받고 있다. 에비나 電化工業의 세라믹스에 도금하는 기술이다.
광파이버에 광신호를 보내는 레이저 장치는 광원인 레이저 다이오드의 냉각장치에 사용하는 전극을 세라믹스에 도금하는 방법으로 싸게 대량으로 만들 수 있다는 것을 확인했기 때문이다.
레이저 다이오드는 온도를 항상 섭씨 25도로 유지하지 않으면 안정적인 파장의 신호를 보낼 수 없는데, 열을 방생하기 때문에 냉각장치가 필요하게 된다. 광파이버의 보급이 진행되면 전극의 양산기술의 확립이 과제가 된다. 그런 시대의 요청을 받아, 용도가 없어 햇빛을 보지 못했던 에비나 電化의 도금기술에 갑자기 스포트라이트가 쏟아졌다.
“세라믹스에 도금할 수 있는 것은 우리 회사뿐”이라며 “개발한지 20년이 지난 지금도 기술은 흉내 낼 수 없다”고 海老名信緖사장은 단언한다. 일본의 도금업자의 대부분은 도금액과 대상물에 전기를 가해서 금속이온을 부착시키는 전기도금을 한다. 절연체에 도금할 수 있는 업자는 적다.
그중에서도 세라믹스에 도금하기는 더 어렵다고 한다. 특별한 전처리가 필요한데다가 전처리의 방법을 조금이라도 그르치면 금속이온이 부착하지 않기 때문이다. “세라믹스에 도금할 수 있는 조건을 상세하게 분석하고 있어야만 가능하다”(海老名사장). 자세한 제조방법은 극비지만, 고도한 분석기술에 기초한 엄격한 생산관리가 핵심이다.
본사 공장 내에 있는 연구개발부문은 연구원들의 주위를 전자현미경이나 분석 장치가 감싸고 있다. 그 중에는 정가가 1억 엔이나 되는 것도 있다고 한다.
연구원들은 전자현미경을 들여다보며 완성된 도금을 나노미터 단위로 들여다본다. 분석장치에서는 전처리에 사용할 물질이나 도금액의 성분 등을 분석한다. 완성된 도금과의 인과관계를 상세하게 조사하여 품질이 안정적인 전처리 방법과 도금액의 성분을 찾아낸다. “이렇게까지 하지 않으면 세라믹스에 도금할 수 없다”(海老名사장)고 한다.  (일경산업)

적외광 사용 금속부품을 가볍게
영국 리버플 대학 등의 연구팀은 금속부품의 경량화를 가능하게 하는 기술을 개발했다. 자동차나 비행기의 중량을 가볍게 할 수 있어, 연비의 향상 등에 도움이 되리라 기대된다. 기업과 손잡고 실용화할 계획이다.
연구팀은 적외광 등을 원료인 금속분말에 쏘아서 녹이는 등의 방법으로 목적한 금속부품을 제작한다. 금속부품의 내부구조는 격자상으로 되어 있으므로 강도를 유지한 채 경량화가 가능하다고 한다. (일경산업)

자력 세계 최대인 링자석 개발, 소비전력 10% 감소
大同特殊鋼의 자회사인 다이드電子(岐阜縣 中津川市, 사장 野田孝昭)는 링자석으로서는 세계 최고의 자기특성을 가진 네오딤계 래디얼링 자석을 개발했다. 자력의 크기를 나타내는 최대 에너지적(積)은 1입방미터 당 400킬로이다. 고성능화로 에너지 절약, 공간절약 등의 효과가 전망되어, 전동 파워스테어링용 등 각종 모터의 소형화로 이어진다.
개발한 것은 래디얼 이방성 링 자석 ‘네오쿠엔치’ 시리즈인 ‘ND-50R’이다. 大同特殊鋼기술개발연구소와 공동 개발했다. 네오딤의 함유율을 종래 30% 정도에서 가장 자력을 최대화할 수 있다고 하는 25% 정도로 줄이는데 성공했다. 지금까지는 네오딤 함유율이 30% 정도가 되지 않으면 프레스 가공이 불가능했지만, 금형의 형상을 바꾸는 등 프레스 가공방법을 개선했다.
자기특성의 향상으로 종래 제품보다 20~30% 작은 사이즈로 종래 제품과 같은 성능을 발휘할 수 있는 이외에 발열 로스가 적기 때문에 소비전력을 약 10% 삭감할 수 있다.
2006년 3월 샘플출하 개시, 금번 신제품을 포함한 네오쿠엔치 시리즈의 매상고를 2008년도에 40억 엔(2004년도 실적은 약 10억 엔)으로 늘릴 계획이다. (일경산업)

미래 정보 처리를 위한 분자
스위스 IBM Zurich 연구소의 연구진은 어떻게 단일 분자가 정보 저장에 사용될 수 있도록 두 개의 개별 전도 상태 사이에서 바뀔 수 있는가 시연해 보였다. 이 실험에서, 어떤 형태의 분자는 고유의 분자 기능성을 나타내 현재 반도체 기술에 사용되는 장치와 호환된다는 것을 보였다.
복잡한 기계적 방법을 사용하여, Heike Riel과 Emanuel Lortscher는 두 개별적인 전도 상태 간에 가역적이고 조절 가능한 스위칭이 가능함을 보일 수 있도록 각 분자와 전기적 접촉을 형성할 수 있었다. 이번 연구는 미래 메모리 소자나 논리 소자에 사용될 수 있는 빌딩 블럭을 만들 수 있는 분자의 특성 연구의 일환으로 개발된 것이다.
연구 결과 전압 펄스를 분자에 가함으로써 분자를 두개의 ‘on’, ‘off’상태를 마음대로 스위칭 할 수 있었다. 이는 각각 데이터 저장시 ‘0’과 ‘1’상태에 상응한다. 또한 두 전도 상태는 안정적이고 비트 상태의 비파괴적 읽기가 가능하여 비휘발 메모리로 사용될 수 있을 것으로기대된다.
IBM 연구진은 반복적인 쓰기-읽기-지구기-읽기 사이클을 수행하였다. 단일 분자 메모리 요소로 연구진은 500회 이상의 스위칭 사이클을 반복할 수 있었으며 마이크로초 수준으로 스위칭할 수 있었다.
연구된 분자는 특수 고안된 유기 분자로 길이가 약 1.5나노미터정도 된다. 이 분자는 James M. Tour와 Rice 대학의 동료들에 의해 설계, 합성되었다. “분자 크기의 전도체의 가장 큰 이점은 기본 빌딩 블럭이 현재의 CMOS 요소들보다 훨씬 작다는 것입니다” 라고 Riel이 말했다. “더구나 화학 합성은 완전히 독립된 분자를 합성할 수 있어, 이론적으로는 편차 없는 빌딩 블럭들을 만들어낼 수 있습니다.”  (ACB)

개선된 자성 반도체 샌드위치 개발
스핀트로닉스(spintronics) 과학자들이 수년간 풀고자했던 문제를 해결할 수 있는 개선된 자성 반도체가 만들어졌다. 전자 전하를 이용하던 기존 고전 전자공학과 달리, 스핀 기반 전자공학은 정보를 이동하고 저장하는데 전자의 스핀(회전)에 초점을 맞추고 있다. 그러나 스핀트로닉스 기술은 전자의 조작과 측정, 컨트롤에 어려움을 겪고 있기 때문에 널리 적용되고 있지 않다.
박사 후 과정 동료인 Erdong Lu가 이끄는 아테네의 Ohio 대학의 팀과 미국 콜럼버스 주 Ohio 주립대학의 연구진은 반도체와 강자성 금속사이에 효과적인 계면을 형성하는데 성공하였다. 갈륨 나이트라이드와 망간 갈륨의 이중 ‘샌드위치’는 두 층간의 혼합을 거의 제거시켜 스핀이 ‘조절’될 수 있게 해주었다.
“우리는 반도체 위에 금속을 성장시키는 방법을 개발하였습니다. 이 발견의 장점은 성장과정에 있습니다. 성장 과정을 조절함으로써 스핀을 조절할 수 있게 되지요.” Ohio대학의 Nanoscale & Quantum Phenomena Institute의 회장이며, 물리 천문학 부교수인 Arthur Smith가 말했다. “두 물질간의 결정상수 일치율이 거의 완벽에 가까웠습니다.”
자화는 ‘reconstruction(재건)’이라고 불리는 성장 특성을 모니터링함으로써 조절된다. 모니터링 공정 중, 연구진은 스핀의 특성을 예측할 수 있게 된다. “특성은 자성체와 갈륨의 비율과 관련있습니다”라고 Smith가 말했다.
연구진은 이 새로운 자성 반도체 이중 층이 상온에서도 동작할 것으로 예상하고 있다. 다른 물질들은 극저온에서만 동작하여 상업적으로 사용되기에 어려움이 있었다. (ACB)

PASER, 새로운 가속 개념
이스라엘의 Technion-Israel Institute of Technology의 연구 그룹은 미국 뉴욕의 국립Brookhaven 연구소에 가속 테스트 시설(ATF)를 사용하여 레이저 공정의 입자적 특성인 동시 방사에 의해 입자 가속(PASER)의 가능성을 보이는데 성공하였다.
“여기된 원자/분자에서 자유전자로 일치하는 방식으로 에너지가 전달될 수 있다는 첫 번째 실험적 증거입니다.”
연구진 중 한명인 Samer Banna가 말했다. “다시 말해서, 이것이 제 2종의 정합(coherent) 충돌을 첫 번째 시연해 보인 것입니다.” 
제 2종 충돌은 움직이는 전자가 여기된 원자/분자와 충돌하여 에너지가 후자에서 전자로 넘어갈 때 발생한다. 정합 충돌의 경우, 다중 충돌 때문에 이동하는 전자의 운동 에너지가 크게 증가하게 된다. 연구진은 이산화탄소 혼합물에 저장되어 있던 에너지가 큰 에너지 전달을 위해 원래 강력한 ATF CO2 레이저에 의해 나오던 전자 빔에 직접적으로 전달되는 것을 보였다. 각 가속된 전자는 여기된 CO2 분자와 약 2백만 번의 충돌을 겪으며 열이 발생하지 않는 것으로 알려져 있다.
Banna는 PASER과 레이저의 유사성에 대해 설명하였다. “후자의 경우, 능동 매체를 통해 전달되는 광자는 여기된 원자를 자극하여 또다른 광자의 형태로 에너지를 방출한다”고 말했다. “PASER 실험에서, 능동 매체는 에너지를 직접적으로 전달하게 된다.”
비록 원칙-증명 실험에서 관찰된 현상은 크지 않았지만, Bana는 미래의 PASER 실험은 가속을 크게 증가시키는 것을 목표로 하고 있다고 강조하였다. 이 새로운 기술은 떠오르는 나노과학 분야에 완전히 새로운 도구를 제공할 것으로 기대되고 있다. 매우 미세한 구조의 관찰을 위한 정확한 X-rary 프로브에 필요한 ‘찬’ 전자가 보다 많기 때문이다. (ACB)