국내 연구진이 반도체 소자 생산의 기초 기판인 웨이퍼의 두께와 형상(휜 정도)을 정확하게 측정할 수 있는 기술을 개발했다. 29일 한국표준과학연구원 길이센터 강주식·이재용 박사팀은 길이표준의 최상위 측정법인 ‘레이저 간섭법’을 활용해 웨이퍼 두께와 형상 측정표준시스템을 개발하는데 성공했다.

레이저 간섭법은 결맞음성이 우수한 단색 또는 광대역 레이저 광원을 이용해 생성한 광 간섭 신호로부터 측정물의 굴절률, 두께, 이송 변위, 형상 등을 정밀하게 측정하는 기술이다. 첨단 전자 기기에 널리 사용되는 반도체 소자는 실리콘 웨이퍼 위에 여러 단계의 정밀 제작 공정을 거쳐 만들어진다.

과거에는 반도체의 집적도를 높이기 위해 웨이퍼 위 소자의 크기와 간격을 줄이기 위한 노력이 주로 이뤄졌다. 최근에는 반도체 소자의 크기와 간격을 줄이는데 한계를 인식해 소자를 여러 층으로 쌓아올려 반도체의 성능과 집적도를 향상시키는 새로운 공정이 적용되고 있지만 기존 웨이퍼 두께 측정 기술은 접촉식이며 웨이퍼의 전면이 아닌 특정 지점만을 측정하는 1차원적인 방식을 사용하기 때문에 정확한 측정값을 도출하는데 한계가 있다. 뿐만 아니라 형상(휜 정도)을 측정하는 것이 불가능하다.

연구팀이 개발한 측정시스템은 비접촉식 방법을 사용하며 레이저를 사용해 웨이퍼 전면을 2차원적으로 스캐닝 함으로써 웨이퍼의 고유 형상 측정이 가능하다. 또 최대 직경 300㎜ 웨이퍼 상에서 약 0.1 ㎛(마이크로미터·100만 분의 1m)수준의 두께 변화를 감지할 수 있으며 0.7 ㎛ 수준의 형상측정 정확도를 얻을 수 있다. 연구팀은 웨이퍼의 두께·형상 측정표준은 태양광 전지용 웨이퍼나 LED 소자의 사파이어 웨이퍼에 대한 측정도 가능하다고 설명했다.

강 박사는 “향후 이 시스템이 반도체 산업에 적용될 경우 불량 웨이퍼를 감소시켜 수율 향상에 기여할 것이다”라고 말했다.

강정의 기자 justice@ggilbo.com