[과학을 읽다]불량 웨이퍼 찾아낸다

표준연, 웨이퍼 두께·형상 측정 시스템 개발

▲이재용 박사가 웨이퍼 두께·형상 측정표준 시스템을 이용해 반도체 공정 웨이퍼의 두께 분포와 굴곡 형상을 측정하고 있다.[사진제공=KRISS]

[아시아경제 정종오 기자] 반도체는 세상을 움직이는 시스템입니다. 우리가 사용하고 있는 전자제품에 반드시 들어가는 것이 반도체입니다. 고도의 기술집약적 산업 중 하나입니다.

국내 연구팀이 반도체 소자 생산의 기초 기판인 웨이퍼의 두께와 형상(휜 정도)을 가장 정확하게 측정할 수 있는 기술을 내놓았습니다. 웨이퍼(wafer)는 반도체의 토대가 되는 실리콘 재질의 얇은 판을 말합니다. 웨이퍼 위에는 미세소자 회로가 만들어지고 공정 정밀도를 위해 웨이퍼 두께가 균일하면서 표면이 평탄할수록 좋습니다.

이번 기술은 '레이저 간섭법'을 활용해 웨이퍼 두께와 형상을 측정했습니다. 레이저 간섭법이란 결맞음성이 우수한 단색 또는 광대역 레이저 광원을 이용해 생성한 광 간섭 신호로부터 측정물의 굴절률, 두께, 이송 변위, 형상 등을 정밀하게 측정하는 기술입니다.

첨단 전자 기기에 널리 사용되는 반도체 소자는 실리콘 웨이퍼 위에 여러 단계의 정밀 제작 공정을 거쳐 만듭니다. 과거에는 반도체의 집적도를 높이기 위해 웨이퍼 위 소자의 크기와 간격을 줄이기 위한 노력이 중심이었습니다. 이 방법은 제한된 면적의 공간에 많은 집을 짓기 위해 집 사이의 간격을 줄이는 것과 비슷한 원리입니다.

최근에는 반도체 소자의 크기와 간격을 줄이는데 한계를 인식해 소자를 여러 층으로 쌓아올려 반도체의 성능과 집적도를 향상시키는 새로운 공정이 적용되고 있습니다. 웨이퍼의 두께나 형상이 전체 반도체 소자의 불량 여부를 결정하고 성능에도 큰 영향을 주는 요인이 됩니다. 이를 측정하는 기술 또한 중요합니다.

이번에 개발된 측정시스템은 최대 직경 300㎜ 웨이퍼 상에서 약 0.1㎛(마이크로미터)수준의 두께 변화를 감지할 수 있습니다. 0.7㎛ 수준의 형상측정 정확도를 얻을 수 있습니다. 이는 축구 경기장의 굴곡을 0.2㎜ 이하의 정확도로 측정할 수 있는 수준에 해당됩니다.

이번 연구는 한국표준과학연구원(KRISS) 길이센터 강주식, 이재용 박사팀이 수행했습니다.

이재용 박사는 "웨이퍼의 정밀한 두께 분포와 굴곡 형상 데이터 제공이 가능하다"며 "반도체 업체들이 운용하고 있는 웨이퍼 측정 장비들의 측정 정확도를 평가할 수 있는 기준이 될 것"이라고 말했습니다. 이 시스템이 반도체 산업에 적용될 경우 불량 웨이퍼를 감소시켜 수율 향상에 많은 도움이 될 것이라고 덧붙였습니다.