측정불확도 2% 이내 세계 최초 수준
국산 장비산업 경쟁력 강화 기대, 국제학술지 게재
![[대전=뉴시스] 실시간 플라즈마 밀도 측정기술의 원리. *재판매 및 DB 금지](https://img1.newsis.com/2021/05/31/NISI20210531_0000756673_web.jpg?rnd=20210531105548)
[대전=뉴시스] 실시간 플라즈마 밀도 측정기술의 원리. *재판매 및 DB 금지
[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국표준과학연구원(KRISS)은 반도체·디스플레이 공정에 사용되는 플라즈마 양을 실시간으로 직접 측정할 수 있는 센서를 세계 최초로 개발했다고 31일 밝혔다.
가동 장비를 멈추지 않고도 사용할 수 있는 이 장비는 우리나라에 특허등록이 됐고 미국·유럽연합·중국·일본 등 4개국에도 특허 출원이 완료됐다.
플라즈마 공정은 반도체 회로 패턴 가운데 필요한 부분만 남기고 불필요한 부분은 깎아내는 작업인 식각 공정에 해당된다.
지금까지는 웨이퍼 영역의 플라즈마 변수를 직접 측정할 수 있는 센서가 없었고 해외에서 독점적으로 양산 공정에 활용되는 센서는 웨이퍼의 온도 혹은 전압 균일도를 측정하는 간접 측정방식이다.
간접 측정센서는 공정을 멈추고 센서를 삽입해 측정하는 비실시간 방식으로 실시간으로 감지가 어렵고 이후에는 공정환경 정상화를 위해 오랜 시간이 소비돼 반도체 수율을 떨어뜨리는 경우가 많다.
이번 연구서 KRISS 첨단측정장비연구소 반도체측정장비팀 이효창 선임연구원·김정형 책임연구원은 플라즈마 변수를 직접 측정할 수 있는 밀도측정 기술을 세계 최초로 개발했다.
이 기술을 이용하면 웨이퍼 공정결과에 직접적인 영향을 주는 플라즈마 밀도값 및 균일도를 실시간으로 측정할 수 있으며 측정불확도는 2% 이내로 세계 최고 수준이다.
연구팀은 센서 개발을 위해 평면형 센서에서 포인트 형태(point-type), 링 형태(ring-type), 바 형태(bar-type) 등의 구조를 선정하고 신호감도 및 자체 공진특성에 관한 이론계산과 실험을 거쳐 bar-type의 평판형 센서를 최적 구조로 만들었다.
이어 평면형 프로브 실험, 전자기장 시뮬레이션, 회로 모델 개발을 통해 종합적으로 센서의 측정 신뢰성을 평가했다.
연구팀은 이번 결과를 바탕으로 센서가 내장된 '지능형 식각공정 장비' 개발을 추진할 예정이다.
KRISS 이효창 선임연구원은 "이번에 개발한 센서는 웨이퍼 바닥 부분인 정전척, 에지링, 챔버 벽 등 원하는 부분에 설치할 수 있어 실용적"이라며 "향후 관련 기술의 표준 시험 절차 확립을 통해 반도체·디스플레이 소재 부품 장비의 성능을 검증할 수 있는 플라즈마 측정 기준 장비로 활용할 전망이다"고 말했다.
이번 연구결과는 플라즈마 과학 분야의 세계적 학술지인 플라즈마 소스 사이언스 테크놀로지(Plasma Sources Science and Technology)에 최근 게재됐다. 논문명:Circuit model for flat cutoff probe with coplanar capacitance.
◎공감언론 뉴시스 [email protected]
가동 장비를 멈추지 않고도 사용할 수 있는 이 장비는 우리나라에 특허등록이 됐고 미국·유럽연합·중국·일본 등 4개국에도 특허 출원이 완료됐다.
플라즈마 공정은 반도체 회로 패턴 가운데 필요한 부분만 남기고 불필요한 부분은 깎아내는 작업인 식각 공정에 해당된다.
지금까지는 웨이퍼 영역의 플라즈마 변수를 직접 측정할 수 있는 센서가 없었고 해외에서 독점적으로 양산 공정에 활용되는 센서는 웨이퍼의 온도 혹은 전압 균일도를 측정하는 간접 측정방식이다.
간접 측정센서는 공정을 멈추고 센서를 삽입해 측정하는 비실시간 방식으로 실시간으로 감지가 어렵고 이후에는 공정환경 정상화를 위해 오랜 시간이 소비돼 반도체 수율을 떨어뜨리는 경우가 많다.
이번 연구서 KRISS 첨단측정장비연구소 반도체측정장비팀 이효창 선임연구원·김정형 책임연구원은 플라즈마 변수를 직접 측정할 수 있는 밀도측정 기술을 세계 최초로 개발했다.
이 기술을 이용하면 웨이퍼 공정결과에 직접적인 영향을 주는 플라즈마 밀도값 및 균일도를 실시간으로 측정할 수 있으며 측정불확도는 2% 이내로 세계 최고 수준이다.
연구팀은 센서 개발을 위해 평면형 센서에서 포인트 형태(point-type), 링 형태(ring-type), 바 형태(bar-type) 등의 구조를 선정하고 신호감도 및 자체 공진특성에 관한 이론계산과 실험을 거쳐 bar-type의 평판형 센서를 최적 구조로 만들었다.
이어 평면형 프로브 실험, 전자기장 시뮬레이션, 회로 모델 개발을 통해 종합적으로 센서의 측정 신뢰성을 평가했다.
연구팀은 이번 결과를 바탕으로 센서가 내장된 '지능형 식각공정 장비' 개발을 추진할 예정이다.
KRISS 이효창 선임연구원은 "이번에 개발한 센서는 웨이퍼 바닥 부분인 정전척, 에지링, 챔버 벽 등 원하는 부분에 설치할 수 있어 실용적"이라며 "향후 관련 기술의 표준 시험 절차 확립을 통해 반도체·디스플레이 소재 부품 장비의 성능을 검증할 수 있는 플라즈마 측정 기준 장비로 활용할 전망이다"고 말했다.
이번 연구결과는 플라즈마 과학 분야의 세계적 학술지인 플라즈마 소스 사이언스 테크놀로지(Plasma Sources Science and Technology)에 최근 게재됐다. 논문명:Circuit model for flat cutoff probe with coplanar capacitance.
◎공감언론 뉴시스 [email protected]
