윤일구 교수팀, 반도체 플라즈마 공정 균일도 실시간 진단 기술 개발

기존 OES 장비에 렌즈 부착, 플라즈마 균일도 예측 가능해져

윤일구 교수(좌), 김인중 대학원생(우)

윤일구 전기전자공학과 교수 연구팀(김인중 박사과정 대학원생)이 반도체 설비에 널리 사용되는 플라즈마 광학 진단 장치인 OES(Optical Emission Spectroscopy)에 특수 가공 렌즈를 장착해 반도체 설비에 실시간 공정 균일도를 측정할 수 있는 진단 기술을 개발했다. 연구 내용은 전기전자 분야의 권위 있는 학술지인 국제전기전자기술자협회(IEEE)의 ‘산업 전자 학술지(Transactions on Industrial Electronics)’에 게재됐다.

반도체 집적도가 증가함에 따라 포토 공정 기술(Photolithography)의 중요도 또한 점점 높아지고 있으나 기술적 한계로 인해 플라즈마를 이용하는 에칭(Etching), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)과 같은 대체 공정이 급속히 증가하고 있다. 동시에 이들 공정 설비 수가 증가함에 따라 설비 내 플라즈마 공정 균일성 실시간 진단 기술의 필요성도 대두되고 있으나 기술 개발이 부족한 상황이다.

[그림 1] 특수 가공 렌즈의 집광 원리

윤일구 교수 연구팀은 기존 광학 진단 장치에 위치별 광원 세기 측정이 가능한 렌즈를 제작해 실험했다. 연구팀이 개발한 특수 렌즈는 렌즈 중앙에 차단기(Blocker)를 장착하여 근접 광원을 차단하고 렌즈의 초점과 차단기의 크기에 따라 특정 거리의 광원에 민감하게 반응하도록 하는 것이다. 연구팀은 이를 통해 위치별 광원이 측정 가능하다는 것을 증명했다. 또한 위치별광원의 세기 측정이 가능한 해당 렌즈를 플라즈마 공정 설비에 널리 사용되는 OES에 활용 시, 플라즈마 균일도 판단이 가능하다는 사실을 규명했다.

윤일구 교수는 “거리에 따른 국소 광원의 세기를 측정 가능한 렌즈를 개발했다는 점에서 의미가 있다.”며 “플라즈마 설비에서 널리 사용되는 OES에 개발된 렌즈 활용 시 공정 중에 균일도를 진단하고 실시간으로 불량을 예측하여 수율 향상 및 투자비 절감에 크게 기여할 것으로 기대한다.”고 말했다.

[그림 2] OES 측정값과 위치별 두께 비교: (a) RF 200W and (b) RF 300W

한편, 이번 연구 결과는 삼성전자와 공동으로 국내 특허 출원을 완료했으며 관련하여 현재 미국 해외 특허 출원이 진행 중이다.