반도체 결함, 실시간 잡는다.. 수율 향상 기대

KRISS 첨단장비측정연구소 김영식 책임연구원이 3차원 나노소자를 측정하고 있다.

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 첨단 반도체나 디스플레이 내부 결함을 비파괴 이미지 검사를 통해 파악할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술은 생산라인에 쉽게 접목할 수 있어 일본으로부터의 측정장비 자립화와 우리나라 반도체 산업 수율 향상에 기여할 것으로 예상된다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 김영식 첨단측정장비연구소 책임연구원팀이 3차원 나노소자로 만들어진 첨단 반도체나 디스플레이의 내부 결함을 이미지 한 장만으로 검사하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.

3차원 나노소자 측정기술 개발

3차원 나노소자 측정기술의 기본 구성도

연구팀은 3차원 나노소자의 상태를 실시간 측정할 수 있는 장비를 개발했다. 이 기술은 3차원 나노소자의 결함을 실시간으로 알아낼 수 있다는 점에서 의의가 있다.

메모리 반도체 소자의 기술 핵심은 2차원 면적에 최대한 많은 소자를 배치하는 것이다. 최근에는 10층 이상 박막을 겹겹이 쌓는 패키징 기술로 만들어진 다층막 3차원 나노소자가 각광받고 있다. 이 소자는 반도체, 플렉시블 디스플레이, IoT 센서 등 첨단분야에 널리 사용되고 있다. 다만 3차원 나노소자의 두께와 굴절률을 실시간 파악할 수 없어, 불량률이 높다는 점이 문제였다. 현장에서는 완성품 중 일부를 파괴해 검사를 하고 있어 수율을 높일 수가 없었다.

연구팀은 영상분광기, 편광카메라, 대물렌즈를 하나의 시스템에 녹여낸 측정장비를 개발했다. 3차원 나노소자가 생산라인에 설치된 연구팀의 측정장비를 통과하면 장비의 대물렌즈에 특정 간섭무늬가 나타난다. 이 무늬를 영상분광기와 편광카메라를 통해 분석하면 다양한 입사각과 파장, 그리고 편광상태에 따른 반사율 및 위상 정보를 동시에 얻을 수 있다. 이어 이 정보들을 통해 3차원 나노소자의 최종적인 두께와 굴절값을 산출한다.

실시간 측정 통해 소자 수율 크게 향상

3차원 나노소자 측정기술로부터 획득한 이미지

이 장비는 산업 현장에 적용해 실시간 필요로 하는 검사를 진행할 수 있다는 점이 특징적이다. 기존 장비들을 하나로 합쳐 손쉽게 설치가 가능하며, 결함 여부를 확인하기 위해 여러번 검사를 해야 하는 번거로움도 해결했다. 특히 나노소자의 수율 확보의 핵심인 두계와 굴절값을 실시간 측정할 수 있어 수율 향상에 크게 기여할 것으로 예상된다.

김영식 KRISS 책임연구원은 "일본 수출규제에 따른 국산 측정장비의 자립화는 물론 첨단소자의 수율 확보에도 기여할 수 있는 기술"이라며 "3차원 반도체, 차세대 디스플레이 등 국가 경쟁력 확보와 직결되는 최첨단 산업에 필수적인 장비가 될 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 옵틱스 익스프레스와 옵틱스 레터스에 실렸다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr