반도체 내부 깊은 곳 결함을 미리 파악하는 광학 현미경 기술이 개발됐다. 이 기술을 활용하면 소자를 절단하지 않고도 결함 여부를 알 수 있어 향후 반도체 생산 수율을 대폭 확대할 수 있게 된다.
한국표준과학연구원(원장 박상열)은 이은성 나노구조측정센터 박사팀이 광학 방법으로 반도체 내부 150나노미터(㎜) 깊이까지 영상화해 공극(기포) 결함 열부를 파악하는 '광유도력 현미경(PiFM)'을 개발했다고 5일 밝혔다.
광유도력은 빛으로 유도해 발생하는 힘을 뜻한다. PiFM의 경우 레이저 빛을 시료에 쏴 생기는 힘의 변화를 측정하기 때문에 이런 이름을 갖게 됐다.
탐침이 시료에 레이저 빛을 쐈을 때 이들 사이에 생기는 '근접장'을 활용한다. 근접장은 탐침과 시료 내 원자에 양극과 음극이 분리되는 '이중극자'를 형성하는데, 시료가 가진 성질에 따라 탐침에 각기 다른 힘을 가한다. 이 힘을 분석하면 시료 내부를 알 수 있다.
신호 증폭으로 정확도도 높였다. 탐침에 자연 발생하는 오염인 '실리콘 오일'을 활용했다. 실리콘 오일은 레이저 발생시 광열역학 반응을 일으키는데, 이 변수를 측정 계산에 더하면 미세한 신호 변화를 더욱 증폭시킬 수 있다.
연구팀은 이 기술로 어떤 방법보다 깊은 곳의 반도체 결함을 손쉽게 파악할 수 있다고 설명했다. 기존에는 시료에 반사돼 산란하는 빛을 측정하는 방식을 썼는데, 파악 가능 깊이가 20㎚에 불과했다. 광 검출장치나 빛 파장에 맞춘 필터가 필요해 측정도 번거로웠다.
연구팀은 현재 기술 고도화를 준비하고 있으며, 상용화 기술 개발도 진행할 방침이다.
이은성 박사는 “반도체 나노구조를 산업계가 요구하는 150㎚ 깊이까지 비파괴 방법으로 들여다보는 기술을 개발했다”며 “측정 최대 10㎚이하 수준의 공간분해능도 확보해 활용 가능성이 높다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
