반도체 웨이퍼를 절단없이 검사한다

KAIST, 근적외선 활용한 비파괴 분석장비 개발

국제학술지 '어드밴스트 엔지니어링 머터리얼즈(Advanced Engineering Materials)'의 후면 표지에 실린 KAIST의 반도체 웨이퍼 비파괴 분석장비. KAIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 이정철 교수팀이 반도체 웨이퍼를 절단하지 않고도 두께 등을 측정하고 검사할 수 있는 웨이퍼 비파괴 분석장비를 개발했다. 이 분석장비는 근적외선의 간섭 효과를 이용한 것으로 실리콘 뿐만아니라 다양한 구조의 반도체 소자 검사도 가능하다. 즉, 반도체 공정 중 소자 결함을 판별하기 위한 실시간 비파괴 검사에 적용될 수 있다.

이정철 교수는 19일 "이 기술은 널리 사용되는 적외선 광원을 사용해 비파괴 방식으로 반도체 물질 내부 구조를 측정한 점에서 기존 방법과 다르고, 안전하고 정밀한 장점 때문에 반도체 소재 및 소자 검사 속도를 향상하는 효과를 가져와 반도체 관련 산업과 우리 삶의 발전에 기여할 것"이라고 말했다.

연구진은 1㎛급의 두께를 갖는 실리콘 박막-공동 구조의 두께를 비파괴적으로 측정하기 위해 근적외선 간섭 현미경을 개발했다.

실리콘의 광특성과 빛의 간섭 길이를 고려해 근적외선 계측 장비를 설계 및 구축했다. 또 개발한 근적외선 간섭 현미경은 1㎛급과 서브 1㎛급의 단층 박막-공동 구조를 100 나노미터(㎚) 미만의 편차로 측정했다. 이에 더불어 다중 반사로 인한 가상의 경계면을 특정하는 방법을 제안해 복층의 실리콘 박막-공동 구조에서 숨겨진 실리콘 박막의 두께 측정에 성공했다.

이번 연구는 실리콘 박막-공동 구조뿐만 아니라 기능성 웨이퍼인 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 웨이퍼에서도 실리콘과 내부에 숨겨진 산화막의 두께도 측정했다.

또한 적합한 파장 선택을 통해 실리콘 뿐만아니라 게르마늄 등 다른 반도체 물질의 비파괴 검사도 성공했다. 즉 다양한 구조의 반도체 소자 비파괴 검사에 적용이 가능한 것이다.

한편, 연구진은 이번 연구결과를 국제학술지 '어드밴스트 엔지니어링 머터리얼즈(Advanced Engineering Materials)'에 발표했으며, 지난 10월 호의 후면 표지 논문(back cover)으로 선정됐다.

[e-mail] 김만기 기자