사진 한 장으로 반도체 내부 결함 확인한다

↑ 한국표준과학연구원이 개발한 검사용 광학계. 나노소자가 생산라인에 설치된 광학계를 통과하면 대물렌즈에 특정 간섭무늬가 생성되고, 이 무늬를 영상분광기와 편광카메라로 관찰해 불량 여부를 가려낸다. [사진 제공 = 한국표준과학연구원]

3차원 반도체 소자 내부의 눈에 보이지 않는 결함 여부를 사진 한 장으로 실시간 검사할 수 있는 기술이 개발됐다. 반도체 소자의 불량률을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
김영식 한국표준과학연구원 책임연구원 연구진은 사진 한 장으로 겹겹이 쌓인 ㎚(나노미터·1㎚는 10억분의 1ｍ) 단위로 작은 3차원 나노소자의 두께와 굴절률을 측정해 불량 여부를 신속하게 가려낼 수 있는 검사용 광학계를 개발했다고 11일 밝혔다. 3차원 나노 소자는 반도체를 비롯해 플렉시블 디스플레이, 사물인터넷(IoT) 등 다양한 산업 분야에 활용된다. 연구 결과는 국제학술지 '옵틱스 익스프레스' 2월호에 게재됐다.
최근 메모리의 초고속화·대용량화로 3차원 나노소자 집적도가 높아지면서 불량률 역시 높아지고 있지만, 완성품 중 랜덤으로 일부를 파괴해 검사하는 기존의 검사 방식은 비용과 시간이 많이 드는 문제가 있었다.
반면 연구진이 개발한 기술을 활용하면 완성품을 파괴할 필요 없이 3차원 나노소자를 장비에 한 차례 통과시키기만 하면 빛의 입사각과 파장, 편광 상태에 따른 반사율 등 정보를 한번에 얻을 수 있다. 영상분광기와 편광카메라, 대물렌즈를 하나의 시스템으로 통합했다. 획득 영상의 공간 분해능도 기존보다 10배 이상 향상시켰다.
나노소자가 생산라인에 설치된 광학계를 통과하면 대물렌즈에 특정 간섭무늬가 생성되고, 이 무늬를 영상분광기와 편광카메라로 관찰하는 방식이다. 이를 통해 나노소자의 두께와 굴절률 값을 산출하는데, 만약 소자에 결함이 있을 경우에는 간섭무늬의 패턴이 바뀌기 때문에 이를 토대로 불량 여부를 가려낼 수 있다.
연구진은 현재 시제품을 토대로 측정 속도를 높이는 후속 연구를 수행 중이다. 김 연구원은 "3차원 반도체와 차세대 디스플레이 등 국가 경쟁력 확보와 직결되는 최첨단 산업에 필수적인 장비"라며 "상용화에 성공하면 일본의 수출 규제에 대응해 국산 측정 장비 자립화에도 기여할 수 있을 것"으로 기대했다.
[송경은 기자]