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표준연구원, 반도체 산화막 두께 측정 '국제기준' 수립 성공

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등록 2021-04-30 12:01:00
중소기업 '케이맥' 장비로 1㎚ 이하 정밀 측정 기준 마련
'MEIS'로 두께 결정 기준 변하는 XPS 대체, 국제학술지 게재
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[대전=뉴시스] 표면 오염층의 증가에 따른 두께측정 오프셋 변화. 하프늄산화막(HfO2) 두께측정 시 산화막 표면의 오염층 두께가 약 0.9㎚까지 증가할 경우 두께측정 오프셋이 MEIS의 경우 0.01㎚로 무시할 수 있는 정도지만 XPS는 0.07㎚로 무시할 수 없는 크기를 보인다. *재판매 및 DB 금지
[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국표준과학연구원(KRISS)은 국내 중소기업이 개발한 첨단 측정장비를 활용해 1나노미터(㎚) 이하 반도체 산화막 두께측정의 국제기준을 수립했다고 30일 밝혔다.

KRISS 소재융합측정연구소 표면분석팀은 국산 장비인 중에너지이온산란분광기(MEIS)를 이용, 1㎚ 이하 반도체 산화막의 절대 두께(absolute thickness)를 정밀하게 측정할 수 있음을 세계 최초로 확인했다.

이 기술은 국제회의에서 하프늄산화막의 기준 두께를 결정하는 방법으로 채택돼 국제기준으로 활용되기 시작했다.

이번 성과는 국산 첨단 측정장비를 이용해 반도체 소자 제작공정의 핵심 측정기술을 확보, 국내 반도체 소자업체에 최고 수준의 측정 신뢰성이 부여된데 의미가 크다.

연구원에 따르면 반도체 집적회로 제조 공정에서는 기판 산화막을 얇고 균일한 두께로 제어하는 것이 매우 중요하다.

지금까지 반도체 공정에서는 투과전자현미경(TEM), 분광타원계측기(SE), 엑스선반사측정기(XRR) 등으로 산화막 두께를 측정했지만 측정한 산화막의 두께가 실제 두께와 큰 차이를 보여 보정해야 한다는 문제를 안고 있다.

KRISS 표면분석팀은 반도체 산화막 두께측정의 기준으로 활용되던 엑스선광전자분광기(XPS)가 측정 기준으로 활용되기 어렵다는 것을 밝혀내고 MEIS를 대안으로 제시했다.

연구팀은 두께측정에 대한 체계적인 비교 연구를 통해 MEIS의 경우 XPS와 다르게 두께 결정 기준이 변화되지 않는다는 사실을 실험을 통해 증명했다.

국내 중소기업인 케이맥㈜에서 개발한 MEIS 장비는 나노미터급 두께 박막의 조성, 분포도, 결정구조 및 두께에 관한 정보를 원자층의 깊이 분해능으로 분석할 수 있기 때문에 반도체를 비롯한 첨단소자 제작 공정의 측정 장비로 활용할 수 있다.

MEIS는 이어 지난해 11월 표준연구원이 제출한 보고서를 바탕으로 국제도량형위원회(BIPM) 물질량자문위원회(CCQM) 공동연구인 파일럿 연구에서 나노박막 두께측정의 새로운 기준으로 인정받았다.

세계 국가측정표준기관 전문가들은 XPS에 의한 기준 두께 결정에 문제가 발생한다는 데 공감하고 협의를 통해 MEIS를 활용한 기준 두께를 인정했다.

국가과학기술연구회 창의형융합연구사업의 지원을 받은 이번 연구결과는 측정과학 분야의 세계적 학술지인 '어플라이드 서페이스 사이언스(Applied Surface Science, IF: 6.182)'에 최근 게재됐다.(논문명: Effect of the surface contamination layer on the thickness measurement of ultra-thin HfO2 films)
   
KRISS 김경중 책임연구원은 "이번 성과의 핵심은 반도체 산화막의 초정밀 절대 두께를 측정할 수 있는 국산 첨단 측정 장비의 가능성을 확인한 것"이라며 "차세대 반도체 소자의 수율을 높여 국내 기업의 생산성 향상에도 도움이 되도록 최선을 다하겠다"고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com
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