플라즈마 장비 내에 존재하는 쉬스(sheath) 구조의 3차원 촬영이 가능해졌다.
반도체나 디스플레이 제조공정 효율을 높이고, 관련 장비산업에도 긍정적 효과를 가져올 것으로 기대된다.
김병환 세종대 전자공학과 교수는 웨이퍼(반도체칩을 만드는 기판) 500마이크로미터(㎛) 이내에 존재하는 쉬스의 3차원(3D) 구조 촬영이 가능한 영상센서를 개발했다고 24일 밝혔다.
3차원 촬영은 물론 쉬스 구조의 3D 전자분포 측정이 가능한 전자센서 개발에도 성공했다.
‘물질 제4의 상태’라 불리는 플라즈마는 전자와 이온으로 이뤄진 전도성 가스로 미세 박막의 증착, 식각, 세정 등 전자소자 제조공정에 이용되는 핵심 에너지원이다. 쉬스는 음으로 하전된 체임버(Chamber) 벽과 척, 웨이퍼 주변에 형성되며 쉬스 구조는 플라즈마 중앙에 대해 전기적으로 양성인 쉬스와 음성인 프리쉬스(presheath)로 구성된다.
쉬스 구조는 웨이퍼에 전달되는 이온의 수와 에너지를 결정하게 되며, 박막의 전기 및 광학적 특성에 큰 영향을 주기 때문에 과학계는 그동안 이 3D 구조를 밝히기 위해 많은 연구와 투자를 해왔다. 하지만 현재까지 이렇다 할 성과를 내지 못하고 이론적 시뮬레이션 해석에 머물러 왔다. 측정 장치 한계로 웨이퍼 최근방(100㎛ 이하)에서의 3D 전자분포 측정도 불가능했다.
김 교수는 광감응소자(CCD:charge coupled device)센서가 장착된 광학시스템을 통해 3D 쉬스 구조 촬영 장치 개발에 성공했다. 쉬스 촬영 센서는 장비 업체와 소자제조업체 등 다양한 산업 군에 응용될 수 있다는 것이 김 교수의 설명이다. 쉬스 구조와 공정 특성과의 관계를 알면 공정 최적화 달성이 가능하다. 쉬스 구조 파악이 플라즈마 진단, 장비 및 공정 특성 해석의 필수 요소인 셈이다.
김 교수는 현재 관련 기술 평가와 프로토타입 제작을 완료한 상태로 쉬스 촬영센서는 해외 특허 출원에 들어갔다. 전자센서는 국내 특허출원을 이미 마쳤다. 쉬스 영상센서와 전자센서가 결합된 △실시간 박막특성감시 기술 △식각종말점 감시 기술도 곧 특허 출원 예정이다.
김 교수는 “플라즈마 산업 세계 시장 규모는 600조원, 이중 플라즈마 표면처리 시장이 45조원, 반도체 공정 장비의 20%를 차지하는 플라즈마 장비는 15조원에 이른다”며 “개발된 플라즈마 영상센서와 전자센서는 플라즈마 전 산업에 적용할 수 있을 만큼 응용 범위가 넓은 원천기술”이라고 설명했다.
정진욱기자 jjwinwin@etnews.com
