“무선 웨이퍼형 플라즈마 측정 기술로 반도체 장비 이상 여부를 실시간 감지할 수 있습니다. 실시간 측정 기술이 향후 반도체 수율 향상을 이끌 것으로 기대합니다”
정진욱 한양대 전기공학과 교수(한양대 원자수준공정 및 플라즈마 연구센터장) 연구팀은 최근 반도체 공정에서 플라즈마 밀도와 공간 분포 등을 실시간 측정하는 기술을 개발했다. 웨이퍼 형태 탐지기를 반도체 식각·증착 장비에 투입해 데이터를 실시간으로 수집한다. 정 교수는 “첨단 공정에서 수율과 장비 성능 관리에 도움이 될 것”이라고 말했다.
플라즈마는 기체가 초고온 상태로 가열돼 전자와 양전하를 가진 이온으로 분리된 상태를 말한다. 플라즈마는 반응성이 좋아 상대적으로 낮은 온도에서 고온이 요구되는 화학공정을 소화할 수 있다. 반도체 식각, 증착 공정 등에 주로 활용된다. 정 교수는 “최근 반도체 회로 미세화로 공정 난도가 높아지면서 플라즈마 분포와 관련한 수율 관리가 중요해지고 있다”고 설명했다.
플라즈마 분포는 챔버 구조, 인가 전력·압력, 기체 종류 등 다양한 요인에 의해 결정된다. 해당 요소는 공정 과정에서 지속적으로 변형이 일어나기 때문에 플라즈마 분포를 실시간 확인하는 것이 중요하다. 기존에는 실시간 측정 기술이 없어 공정을 멈추고 플라즈마 분포를 측정해야 했다. 공정 정상화에 시간과 비용이 많이 드는 한계가 있다.
정 교수 연구팀은 웨이퍼 모양 플라즈마 측정기 주요 지점에 센서를 탐침했다. 센서는 플라즈마 주요 변수인 전자 온도와 이온 밀도 분포 등을 무선 통신으로 실시간 전송한다. 연구팀은 수신한 데이터를 2차원 공간 분포로 나타내는 분석 프로그램도 개발했다.
실시간 플라즈마 측정 기술은 현재 국내 반도체 소자 기업에서 플라즈마 장비 평가와 개선 작업에 활용되고 있다. 연구팀은 양산 팹에 적용할 수 있도록 측정기 두께를 줄이는 작업을 하고 있다. 모양을 사각형으로 변경하면 디스플레이 공정에도 활용할 수 있다.
정 교수는 “해외 업체 측정기는 비용이 많이 드는 데 비해 분석 항목이 적고 작동시간도 짧다”며 “개발한 측정기를 상용화할 경우 국산 기술력으로 플라즈마 분포를 측정하며 수율을 향상할 수 있을 것”이라고 강조했다.
정 교수는 최근 출범한 한양대 스마트반도체연구원 원자수준공정 및 플라즈마연구센터장을 맡았다. 정 교수는 반도체 플라즈마 연구 산학협력 생태계를 조성한다는 계획을 세웠다. 정 교수는 “플라즈마가 반도체 주요 공정에 활용됨에도 다른 분야에 비해 연구 인력이 적은 편”이라며 “학교를 망라한 연구 생태계를 만들어 국내 반도체 기술력 증대에 이바지할 것”이라고 말했다.
송윤섭기자 sys@etnews.com
