[쿠키과학] 반도체 공정 불량 원인 잡는 기술

KRISS, 플라즈마 공정 부품 수명 실시간 측정시스템 개발
식각·증착 공정 중 플라즈마 손상상태 실시간 확인
반도체 수율 획기적 개선 기대

기사승인 2024-11-25 19:18:42

시스템에서 실시간 측정되는 오염입자량을 분석하는 KRISS 연구진. KRISS

플라즈마는 기체에 에너지를 가해 이온화시킨 고에너지 입자상태로, 이를 이용하면 특정 영역에서 정밀한 반응을 일으킬 수 있다.

이런 특성은 반도체를 식각할 때 웨이퍼 표면의 불필요한 물질을 제거하거나, 얇고 정밀한 필름을 증착할 때 유용하다.

이처럼 플라즈마 공정은 높은 정밀도와 균일성을 제공하기 때문에 반도체 품질을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.

때문에 반도체소자의 회로패턴을 정밀하고 균일하게 구현해야 설계 단계에서 목표했던 성능을 발휘할 수 있어 수율과 직결된 핵심으로 꼽힌다.

그러나 플라즈마 공정장비의 전극류 등 다양한 부품의 피막도 플라즈마에 손상된다.

이렇게 발생한 오염입자는 공정 중인 웨이퍼 위로 떨어져 불량품을 발생시키고, 장비 내부에 증착돼 공정의 성능을 떨어뜨린다.

따라서 플라즈마공정에 쓰이는 부품의 수명을 진단해 오염입자 발생 시점을 예측해야 한다.

기존에는 이를 실시간 측정하는 기술이 없어 대부분 공정 종료 후 완성된 웨이퍼 표면을 분석해 남은 수명을 간접적으로 추정했지만, 이 경우 공정 불량에 따른 수율 저하와 비용손실이 발생할 수밖에 없다.

반도체공정 부품수명 실시간 확인

한국표준과학연구원(KRISS) 첨단소재측정그룹 연구팀이 반도체 플라즈마 공정용 부품의 수명을 실시간 진단하는 기술을 개발했다.

이번에 개발한 기술은 플라즈마 공정설비에 부착해 장비 내부 부품상태를 실시간 확인할 수 있는 것이 특징으로, 테스트용 부품홀더, 포집장치, 분석센서로 구성된다.

연구팀은 장비 내부에 테스트용 부품을 부착 후 플라즈마 노출로 벗겨지는 부품피막을 포집해 센서로 분석했다.

이를 통해 공정 중 발생하는 마이크로미터(㎛) 이하 미세입자를 시간당 수천 개까지 분석해 부품상태와 수명을 실시간 진단할 수 있다.

이번 시스템을 반도체 제조현장에 적용하면 오염입자 발생 전 부품을 적시 교체할 수 있어 안정성과 생산성을 높이고, 불필요한 부품 교체로 인한 비용도 절감할 수 있다.

특히 현재 부품수명 확인을 위해 공정을 중단하고 장비를 분해 검사하려면 두 달가량 소요됐던 것을, 이 기술은 관리자가 원할 때 객관적 데이터를 바탕으로 즉각 확인할 수 있어 공정 중단에 따른 영업 손실도 방지한다.

윤주영 KRISS 책임연구원은 “실증 테스트베드 운영으로 국산 장비·부품의 신뢰성과 경쟁력을 높이고, 수입의존도가 높은 반도체 생산 공정 국산화에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.