나노기술 및 정책 정보

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  KRISS 나노이미징기술센터 편광계측팀이 교과부 기관주요사업 및 나노메카트로닉스사업단 지원으로 나노박막 두께를 정확히 측정할 수 있는 초고속 다채널 분광 타원계측기 개발에 성공했다.
  다채널 분광 타원계측기는 반도체 및 디스플레이 등 나노두께의 박막을 측정하는데 활용하는 장치이다. 신개념 알고리즘 개발로 기존 반도체 산업용 장비의 측정 속도보다 5배 이상 빨라져 실시간 측정이 가능하다. 측정속도는 세계최고 수준으로 약 2,000개에 달하는 데이터 스펙트럼을 동시에 측정하는데 걸리는 최소시간이 9 ms로 매우 짧다. 또한 새로운 오차보정 기술을 개발해 나노박막 두께 측정 분해능(정밀도)을 0.03 nm(나노미터: 10억분의 1 m) 수준까지 향상시켰다. 이를 통해 차세대 반도체 및 디스플레이 분야의 경쟁력 향상에 크게 기여할 전망이다. 이는 국내 반도체 측정기술 로드맵에서 박막두께 측정분야에 대한 2014년도 목표를 달성한 것이다.

  개발한 장치는 시편에 의한 반사나 투과로 인해 빛의 편광상태가 변하게 되는 광학적 기초 원리를 적용해 실시간, 비접촉식, 비파괴 측정이 가능하다.
  기존에는 노출시간, 모터속도, 회전당 노광횟수 등을 조절하기 위해하드웨어를 변경해야 하는 불편이 따랐다. 하지만 이번 기술은 소프트웨어의 변경만으로 최적의 측정조건을 만들 수 있다. 각 부품에 대한 성능점검이 간편해져 측정장비의 개발에서부터 상용화단계까지의 모든 과정에서 사용자 편의성이 향상되었다. 또한 반도체 소자, 평판디스플레이, 태양광소자 등의 산업분야 뿐만아니라 신약후보 물질 초고속 스크리닝 등의 나노바이오 측정장비, 화학적 가스 센서 제작 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.
  이 연구결과는 국내외 특허 출원을 완료했으며, 광학분야 권위지인 옵틱스 레터스(Optics Letters) 1월호에 소개되었다. 이번 기술 개발을 통해 실시간 정밀측정이 가능해 짐으로써 반도체 및 디스플레이 분야의 공정 속도가 빨라져 생산성 향상이 기대된다.

  국내 주요 반도체 업체들은 반도체 및 디스플레이 분야에서 세계 최고 수준의 기술력을 갖추기 위해 측정 정밀도와 속도 등 박막 두께 측정장비의 성능 향상을 위해 노력하고 있다. 이에 대한 로드맵으로 두께 측정 정밀도는 현재 0.04 nm에서 2014년까지 0.03 nm로, 측정속도는 현재 보다 1.5배 이상 향상하는 것을 목표로 하고 있다.
  관련 장비는 반도체 소자의 전 공정에서 박막두께 및 나노 패턴 형상측정 장비로 사용되고 있다. 현재 각 라인당 약 20대(1대 가격 : 15 ~ 20억 원) 정도가 사용되고 있으며 국내에서는 신규설치 및 유지보수비로 연간 1,000억 원 정도의 비용이 소요되고 있다.

  세계 반도체 장비 시장규모는 국내보다 약 5배 이상(약 5,000억원) 크기 때문에 관련 기술 수출에 따른 경제적 효과가 기대된다. 편광계측팀은“반도체 소자가 기존의 2차원에서 3차원 구조로 보다 복잡하게 변화할 것으로 예상된다.”
며“나노 박막두께 뿐만 아니라 나노패턴 형상에 대한 측정기술의 중요성이 커짐에 따라 수요도 지속적으로 증가할 것”이라고 말했다.

  최근 디스플레이 산업용 공정 계측장비 뿐만 아니라 태양광 소자 분야에도 활용이 점차 증가하고 있다. 또한 나노바이오, 나노소자, 광학 막, 가스 센서 등의 다양한 분야에서 연구용 장비로 각광받고 있어 앞으로 관련 분야의 시장 규모는 산업용장비 분야 보다 빠르게 성장할 것으로 예상된다.
  앞으로 연구팀은 차세대 반도체공정에서 사용될 나노복합 구조체의 형상을 측정하기 위하여 뮬러(Mueller)-행렬 분광 타원계측기를 개발할 계획이다. 또한 관련 기술은 국내 계측기기 전문 업체에 기술이전을 추진 중이다.