반도체 제조장비 오염입자 '최소화' 신소재 국산화 성공

한국재료연구원 박영조 박사팀 '내플라즈마성 세라믹 신소재' 국내 최초 개발

내플라즈마성 나노구조 복합세라믹 소재.

[아시아경제 김봉수 기자] 국내 연구진이 반도체 선폭 미세화의 장애물인 파티클 이슈를 해결할 수 있는 내플라즈마성 나노구조 복합세라믹 제조 기술을 국내 최초로 개발하는 데 성공했다.

한국재료연구원(KIMS)은 엔지니어링세라믹연구실 박영조 박사 연구팀이 민간업체와의 공동연구를 통해 반도체 제조장비 내부의 오염입자 저감이 기대되는 내플라즈마성 세라믹 신소재를 국내 최초로 개발했다고 3일 밝혔다.

반도체 제조 시 일반적으로 플라즈마를 이용한 식각 공정을 실시한다. 이때 실리콘 웨이퍼는 물론 장비 내부의 구성 부품도 플라즈마 조사에 노출되어 오염입자를 발생시킴으로써 칩 불량의 주요한 원인이 되고 있다. 반도체 선폭이 미세화될수록 고출력의 플라즈마 식각이 요구되기 때문에 오염입자 발생을 최소화하기 위한 내플라즈마성 신소재 개발이 절실히 요구되는 추세이다.

소재의 식각을 위해 플라즈마를 조사할 때 오염입자를 방지하기 위한 두 가지 변수는 ‘낮은 식각율’과 ‘작은 표면조도’의 유지이다. 연구팀은 이미 확보된 투명 세라믹 개발 과정에 사용된 무기공 이론밀도 치밀화 소결기술을 이트리아·마그네시아(Y2O3·MgO) 복합세라믹에 적용해 잔류 기공이 없는 완전 치밀체 소결을 달성해 식각률을 최소화했다. 내플라즈마성이 검증된 이트리아(Y2O3)와 마그네시아(MgO)를 복합해 소결과정에서의 결정립 성장을 최소화시켜 300나노미터(㎚) 수준의 미세구조를 달성함으로써 최저 표면조도의 구현을 확인했다.

반도체 산업의 제조 라인 첨단공정장비 중에는 여전히 높은 비율로 해외에 의존하고 있다. 연구팀은 세계 최고 수준의 내플라즈마성 소재를 국내 기술로 개발해 동 소재를 적용한 공정장비의 고도화를 이루고 세계시장에서의 선폭 미세화 경쟁에서 기술적 우위를 확보했다는 점에서 큰 의미가 있다고 설명했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Report)지에 지난달 13일 게재됐다.

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김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr