표준연, 나노 단위 측정 가능한 '광유도력 현미경' 개발

반도체 내부 깊은 곳 결함을 미리 파악하는 광학 현미경 기술이 개발됐다. 이 기술을 활용하면 소자를 절단하지 않고도 결함 여부를 알 수 있어 향후 반도체 생산 수율을 대폭 확대할 수 있게 된다.

한국표준과학연구원(원장 박상열)은 이은성 나노구조측정센터 박사팀이 광학 방법으로 반도체 내부 150나노미터(㎜) 깊이까지 영상화해 공극(기포) 결함 열부를 파악하는 '광유도력 현미경(PiFM)'을 개발했다고 5일 밝혔다.

이은성 표준연 박사팀이 개발한 광유도력 현미경(PiFM)
이은성 표준연 박사팀이 개발한 광유도력 현미경(PiFM)

광유도력은 빛으로 유도해 발생하는 힘을 뜻한다. PiFM의 경우 레이저 빛을 시료에 쏴 생기는 힘의 변화를 측정하기 때문에 이런 이름을 갖게 됐다.

탐침이 시료에 레이저 빛을 쐈을 때 이들 사이에 생기는 '근접장'을 활용한다. 근접장은 탐침과 시료 내 원자에 양극과 음극이 분리되는 '이중극자'를 형성하는데, 시료가 가진 성질에 따라 탐침에 각기 다른 힘을 가한다. 이 힘을 분석하면 시료 내부를 알 수 있다.

신호 증폭으로 정확도도 높였다. 탐침에 자연 발생하는 오염인 '실리콘 오일'을 활용했다. 실리콘 오일은 레이저 발생시 광열역학 반응을 일으키는데, 이 변수를 측정 계산에 더하면 미세한 신호 변화를 더욱 증폭시킬 수 있다.

이은성 책임연구원(사진 위)이 광유도력 현미경으로 시료의 내부 구조를 측정하는 모습
이은성 책임연구원(사진 위)이 광유도력 현미경으로 시료의 내부 구조를 측정하는 모습

연구팀은 이 기술로 어떤 방법보다 깊은 곳의 반도체 결함을 손쉽게 파악할 수 있다고 설명했다. 기존에는 시료에 반사돼 산란하는 빛을 측정하는 방식을 썼는데, 파악 가능 깊이가 20㎚에 불과했다. 광 검출장치나 빛 파장에 맞춘 필터가 필요해 측정도 번거로웠다.

연구팀은 현재 기술 고도화를 준비하고 있으며, 상용화 기술 개발도 진행할 방침이다.

이은성 박사는 “반도체 나노구조를 산업계가 요구하는 150㎚ 깊이까지 비파괴 방법으로 들여다보는 기술을 개발했다”며 “측정 최대 10㎚이하 수준의 공간분해능도 확보해 활용 가능성이 높다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com