표준연구원, 반도체 공정서 부품 수명 실시간 확인기술 개발

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 반도체 제조과정서 부품의 부식으로 발생하는 오염입자를 사전에 확인해 반도체 수율 향상과 공정 안정성을 높일 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 반도체 플라즈마 공정에 활용되는 부품의 수명을 실시간으로 진단할 수 있는 시스템을 개발했다고 25일 밝혔다.

플라즈마 공정은 플라즈마 상태로 이온화된 기체를 이용해 반도체 기판의 표면을 정밀하게 가공(식각)하거나 특정물질을 증착하는 과정이다. 이 공정에서는 반도체 소자의 회로패턴을 정밀하고 균일하게 구현해야만 목표했던 성능을 달성할 수 있다.

플라즈마 공정에서 발생하는 미세 오염입자는 공정품질에 치명적인 영향을 미친다. 대부분의 오염입자는 공정장비(챔버)의 내부부품들이 플라즈마 환경에 노출돼 부식하면서 발생한다.

이는 공정 중인 웨이퍼 위로 떨어져 불량품을 만들고 장비내부에 증착해 공정의 성능을 떨어뜨리기 때문에 플라즈마 공정에 쓰이는 부품의 수명을 진단해 오염입자 발생 시점을 예측해야 한다.

하지만 기존에는 이를 실시간으로 측정하는 기술이 없어 대부분 공정 종료 후 완성된 웨이퍼의 표면을 분석해 부품의 남은 수명을 간접적으로 추정했다.

이번에  KRISS 첨단소재측정그룹은 플라즈마 공정설비에 부착해 장비 내부부품의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 측정시스템 개발에 성공했다. 시스템은 테스트용 부품홀더와 포집장치, 분석센서로 구성된다.

장비내부에 테스트용 부품을 부착한 뒤 플라즈마 노출로 인해 벗겨지는 부품 피막을 포집해 센서로 분석하는 방식이다. 공정 중 발생하는 수 마이크로미터(㎛) 이하 크기의 미세 입자를 시간당 수천 개까지 분석해 부품의 상태와 남은 수명을 실시간 진단할 수 있다.

이 시스템이 제조현장에 활용되면 오염입자가 발생하기 전 부품을 적시에 교체할 수 있어 공정의 안정·생산성을 높이고 불필요한 부품교체로 인한 비용도 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

특히 기존에는 부품 수명을 확인하기 위해 공정을 중단한 후 장비를 분해해 분석하는 데까지 약 두 달 가량의 시간이 소요됐지만 이번에 개발한 시스템은 관리자가 원할 때 객관적 데이터를 바탕으로 즉각 확인할 수 있어 공정 중단으로 인한 영업 손실도 줄일 수 있다.

이번 기술은 즉시 상용화 가능한 수준으로 반도체 장비 전문기업에 기술이전돼 실제 반도체 생산 현장에서 활용되고 있으며 연구성과는 재료 분야의 최상위급 학술지인 'Journal of the European Ceramic Society'에 지난 9월 게재됐다.(논문명: Effect of controlling residual moisture in atmospheric plasma spray-Y2O3 coatings on random defect generation by halogen-based plasma)

KRISS 윤주영 책임연구원은 "이번에 개발한 시스템을 기반으로 국내 반도체 장비·부품 제조기업이 시제품의 성능을 테스트하고 공인 시험성적서를 발급받는 테스트베드 역할을 수행키로 했다"며 "실증 테스트베드 운영을 통해 국산 장비·부품의 신뢰성과 경쟁력을 높이고 수입의존도가 높은 반도체 생산공정 국산화에 기여할 것"이라고 말했다.


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