사진 한장으로 생산중인 반도체와 디스플레이 내부결함 들여다 본다

2020.02.11 13:54
김영식 KRISS 첨단장비측정연구소 책임연구원이 3차원 나노소자를 측정하고 있다. KRISS 제공
김영식 KRISS 첨단장비측정연구소 책임연구원이 3차원 나노소자를 측정하고 있다. KRISS 제공

국내 연구팀이 첨단 반도체나 디스플레이의 내부 결함을 사진 한 장으로 검사할 수 있는 기술을 개발했다. 불량 검출 능력을 높여 품질 향상에 도움이 될 것으로 기대된다.


한국표준과학연구원(KRISS) 첨단측정장비연구소 김영식 책임연구원 연구팀은 3차원 나노소자의 구조와 특성을 생산라인에서 바로 파악하는 측정기술을 개발했다고 11일 밝혔다.


3차원 나노소자는 박막을 10층 이상 겹겹이 쌓은 나노소자로 반도체나 플렉서블 디스플레이, 사물인터넷(IoT) 센서 등 첨단 분야에 사용되고 있다. 소자의 성능이 향상되는 만큼 공정 기술도 복잡해진다. 이에 따른 제품의 불량률도 높아지고 있다. 


현재 불량 검출은 실시간이 아닌 완성품 중 일부를 파괴해 검사하는 방식을 주로 사용한다. 파괴하지 않고 검사하는 방법은 시간이 오래 걸리고 외부 진동과 같은 환경 변화에 취약해 현장에서 쓸 수 없다. 


연구팀은 영상분광기와 편광카메라, 대물렌즈를 하나의 시스템으로 합쳤다. 나노소자가 생산라인에 설치된 측정장비를 통과하면 장비의 대물렌즈에 특정한 간섭무늬가 생성되고, 이 무늬를 영상분광기와 편광카메라로 관찰하는 방식이다. 이를 통해 다양한 입사각과 파장, 편광상태에 따른 반사율 및 위상 정보를 동시에 얻을 수 있는데 이를 활용해 나노소자의 두께와 굴절률 값을 산출한다는 게 연구팀의 설명이다. 


연구팀은 “여러 번의 측정을 거친 기존의 복잡한 과정을 한번의 측정으로 해결했다”며 “(디지털화된 화상의 이미지가 세밀하게 재현되는지 나타내는 공간적 충실도를 뜻하는) 공간 분해능을 10배 이상 향상시켰다”고 말했다.


김 책임연구원은 “일본 수출규제에 따른 국산 측정장비의 자립화는 물론 첨단소자의 수율 확보에도 기여할 수 있는 기술”이라며 “3차원 반도체, 차세대 디스플레이 등 국가 경쟁력 확보와 직결되는 최첨단 산업에 필수적인 장비가 될 것”이라고 밝혔다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘옵틱스 익스프레스’ 2월자와 ‘옵틱스 레터스’ 지난해 11월자에 나눠 발표됐다. 
 

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