표준연, 반도체 공정 모니터링 장비 개발

국내 연구진에 의해 반도체 공정 효율을 높이고 불량률은 낮추는 기술이 개발됐다.

한국표준과학연구원(표준연)은 반도체 플라스마 공정에 쓰이는 부품 수명을 실시간으로 진단하는 장비를 개발했다고 25일 밝혔다.

플라스마는 고체·액체·기체의 3가지 기본 상태와 다른 특수한 상태로, 반도체 생산과 같은 정밀 가공 산업에서 주로 사용된다.

실제 반도체 소자를 생산할 경우 플라스마 장비는 반도체 회로 패턴을 그리기 위해 표면을 깎거나 필름을 부착한다.

표면을 깎는 공정을 ‘식각’이라고 하는데, 플라스마는 다른 처리 방식과 비교해 속도는 느리지만 제거하고 싶은 부분을 정확하고 균일하게 제거하는 ‘비등방성 식각’이 가능해 반도체 핵심 공정으로 꼽힌다.

특히 최근에는 점점 반도체 두께가 얇아지면서 조금의 오차로도 큰 불량이 발생하기에 초정밀 플라스마 공법의 중요성이 더욱 높아지고 있다.

표준연이 개발한 플라스마 공정 부품 실시간 측정 시스템 [한국표준과학연구원 제공]

한편 플라스마는 특성상 큰 에너지를 가지고 있기에 부품이 견뎌야 할 부하도 큰데, 손상을 최소화하기 위해서 코팅된 부품이라도 항상 부식의 위험성을 가지고 있다.

부품이 부식되면 코팅이 녹아내리면서 반도체 기판에 떨어지는 등 불량품을 유발하기에 최근에는 부품 교체 시기를 파악하는 기술의 중요성도 높아지는 분위기다.

그러나 기존에는 공정이 끝난 후 웨이퍼 표면을 분석해 불량률을 측정하고 이를 토대로 부품 시기를 추정했기에 불량품 발생을 사전에 막기 어려웠다.

이에 연구팀은 플라스마 공정 설비를 실시간으로 모니터링하는 장비를 개발했다.

해당 장비는 플라스마 공정 설비에 부착된 센서로 부품을 정밀 감시하며, 부품에서 벗겨지는 코팅 피막을 포집·분석해 부품 상태는 물론 예상 수명까지 실시간으로 제공하는 것이 특징이다.

연구팀은 이를 통해 불량률 저감효과는 물론 부품 수명 점검을 위한 작업 중단 시간도 절약될 것으로 기대했다.

표준연은 이미 반도체 장비 전문기업에 해당 기술을 이전했으며, 앞으로 실제 반도체 생산 현장에서 활용하게 된다고 밝혔다.

표준연 윤주영 책임연구원은 “향후 국내 반도체 기업의 시제품 성능 테스트와 공인 시험성적서 발급에 진단 장비를 활용하면서 궁극적으로는 반도체 공정 국산화를 이루어낼 것”이라는 포부를 밝혔다.