[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 한국표준과학연구원(KRISS)은 국내 중소기업 기술로 개발한 첨단 측정 장비를 통해 1 나노미터(nm, 10억 분의 1 m) 이하 반도체 산화막 두께측정의 국제기준을 마련하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

표준연 소재융합측정연구소 표면분석팀은 국산 장비인 중에너지이온산란분광기(MEIS)를 이용, 1 nm 이하 반도체 산화막의 절대 두께를 정밀하게 측정할 수 있음을 세계 최초로 확인했다.

KRISS 표면분석팀 연구진이 초박막 두께를 측정하고 있다. [자료=한국표준과학연구원] 2021.04.30 biggerthanseoul@newspim.com

이 기술은 국제회의에서 하프늄산화막의 기준 두께를 결정하는 방법으로 채택되는 등 국제기준으로 활용되기 시작했다.

국산 첨단 측정 장비를 이용해 반도체 소자 제작 공정의 핵심 측정기술을 확보했다는 데서 의미를 찾을 수 있다. 국내 반도체 소자업체에 최고 수준의 측정 신뢰성을 부여해 외국 기업이 따라올 수 없는 초격차 기술을 더욱 확대할 것으로 예상된다.

지금까지 반도체 공정에서는 투과전자현미경(TEM), 분광타원계측기(SE), 엑스선반사측정기(XRR) 등으로 산화막 두께를 측정했다. 문제는 이렇게 측정한 산화막의 두께가 실제 두께와 차이가 크다는 데 있다.

연구팀은 그동안 반도체 산화막 두께측정의 기준으로 활용되던 엑스선광전자분광기(XPS)의 경우 측정 기준으로 활용되기 어렵다는 것을 밝혀내고, MEIS를 그 대안으로 제시했다.

두께측정에 대한 체계적인 비교 연구를 통해 MEIS의 경우 XPS와 다르게 두께 결정 기준이 변화되지 않는다는 사실도 실험을 통해 증명됐다.

국내 중소기업에서 개발한 MEIS 장비는 나노미터급 두께 박막의 조성, 분포도, 결정구조 및 두께에 관한 정보를 원자층의 깊이 분해능으로 분석할 수 있어 반도체를 비롯한 첨단소자 제작 공정의 측정 장비로 활용이 가능하다.

MEIS는 국제도량형위원회(BIPM) 물질량자문위원회(CCQM) 공동연구인 파일럿 연구에서 나노박막 두께측정의 새로운 기준으로 인정받았다.

김경중 책임연구원은 "반도체 산화막의 초정밀 절대 두께를 측정할 수 있는 국산 첨단 측정 장비의 가능성을 확인한 것이 성과"라며 "차세대 반도체 소자의 수율을 높여 국내 기업의 생산성 향상에도 도움이 되도록 최선을 다할 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 측정과학 분야의 세계적 학술지인 어플라이드 서페이스 사이언스(Applied Surface Science, IF: 6.182)에 게재됐다.

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