[에듀플러스]서강대학교 김상엽 기계공학과 교수 연구팀, 국제 저명 학술지 Polymer Testing에 논문 게재

(좌측부터) 서강대 기계공학과 김상엽 교수, 송진우 석박통합과정(사진=서강대)

서강대학교는 김상엽 기계공학과 교수 연구팀이 차세대 반도체 초미세 공정 핵심 소재인 스핀온카본(Spin-on Carbon, SOC) 하드마스크의 성능을 결정하는 '열 이력(thermal history)'의 중요성을 규명했다고 4일 밝혔다. 이번 성과는 소재·고분자 분야 국제 학술지 'Polymer Testing'에 게재됐다. 삼성전자와의 산학 공동연구로 수행됐으며 송진우 기계공학과 석박통합과정이 제1저자, 김상엽 교수가 교신저자로 참여했다.

SOC 하드마스크는 반도체 초미세 공정에서 패턴을 아래층으로 전사하는 과정을 돕는 소재로, 평탄화 능력이 뛰어나 적용이 확대되고 있다. 다만 화학기상증착(CVD) 방식의 비정질 탄소막에 비해 식각 내성이 낮다는 한계가 있다.

연구팀은 3-성분 분산 활성화 에너지 모델(DAEM)을 구축해, 서로 다른 온도 조건에서 동일한 탄화도(carbonization degree)에 도달하는 열처리 경로를 설계했다. 실험 결과, 고온·단시간(700°C, 1분) 처리는 동일한 탄화도의 저온·장시간(650°C, 112분) 처리 대비 식각 내성을 26.4% 향상시키고 표면 결함 밀도를 6.5% 감소시켰다. 열처리 시간이 길어질수록 진공 챔버 내 잔류 산소에 의한 표면 산화 손상이 지배적으로 작용하기 때문이며, 이는 분광 분석을 통해 입증됐다.

송진우 석박통합과정은 “소재 개발이 주로 집중되던 하드마스크 연구 동향에서, 하드마스크 탄화를 통한 성능 향상과 더불어 소재가 겪는 열처리 경로의 속도론적 중요성을 입증할 수 있어서 뜻깊다”라며, “표면 산화와 벌크 탄화의 경쟁적 반응 관리가 반도체 미세 공정의 생산성과 품질을 확보하는 실질적 가이드라인이 되었으면 좋겠다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 삼성전자와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

권미현 기자 mhkwon@etnews.com