국산장비로 반도체 산화막 측정

국내 중소기업 케이맥이 개발한 중에너지이온산란분광기(MEIS K-120) (자료제공: 표준연)
 
한국표준과학연구원은 김경중 박사 연구팀이 국산 장비인 ´중에너지이온산란분광기(MEIS)´를 이용해 나노미터 크기급 산화막의 절대 두께를 측정하는 ´상호보정기술´을 개발했다고 지난달 23일 밝혔다.
반도체 웨이퍼는 표면에 얇고 균일한 산화막을 형성하는 게 매우 중요하다. 산화막은 웨이퍼 표면을 보호하고, 전류 흐름을 제어하는 역할을 하기 때문에 산화막 두께를 얼마나 정확히 측정하느냐에 따라 반도체 수율에 큰 영향을 미친다. 생산 현장에선 1나노미터 크기 내외의 산화막 두께를 4% 이하 불확도로 정확하게 측정해야 반도체 품질을 유지할 수 있는 것으로 알려져 있다.
현재 산화막 두께는 투과전자현미경(TEM), 분광타원계측기(SE), 엑스선반사측정기(XRR) 등으로 측정하는 데, 실제 두께와 큰 차이가 있어 반도체 소자 제작에 어려움이 컸다.
연구팀은 국내 중소기업이 개발한 중에너지이온산란분광기로 산화막 두께를 측정한 후, 투과전자현미경을 이용해 측정 결과를 보정하는 ´상호보정법´을 활용해 불확도를 1% 이내로 측정 정확도를 높였다. 두 장비를 이용해 측정결과의 정확도를 높인 것이다. 이번 측정결과는 세계 측정표준기관들의 공동연구를 통해 측정한 두께와 비교해 1% 수준 차이에서 정확하게 일치해 우수성을 입증받았다.
김경준 표준연 박사는 "중소기업과 협력으로 탄생한 이 기술은 반도체 산업 현장에 활용돼 차세대 반도체 소자 생산 수율을 크게 높이는 데 기여할 것"이라고 말했다.
한편 이 연구결과는 측정과학 분야 세계적 학술지 ‘메트롤로지아’ 11월호 온라인판에 게재됐다.