반도체 선폭 미세화의 장애물 오염입자 해결에 한 걸음!

한국재료연구원, 반도체 제조장비용 세라믹 신소재 개발

□ 국내 연구진이 반도체 선폭 미세화의 장애물인 파티클 이슈를 해결할 수 있는 내플라즈마성 나노구조 복합세라믹 제조 기술을 국내 최초로 개발하는 데 성공했다.

□ 과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환) 엔지니어링세라믹연구실 박영조 박사 연구팀은 ㈜미코세라믹스(대표 여문원)와 공동연구를 통해 반도체 제조장비 내부의 오염입자 저감이 기대되는 내플라즈마성 세라믹 신소재를 국내 최초로 개발했다.

□ 반도체 제조 시 일반적으로 플라즈마를 이용한 식각 공정을 실시한다. 이때 실리콘 웨이퍼는 물론 장비 내부의 구성 부품도 플라즈마 조사에 노출되어 오염입자를 발생시킴으로써 칩 불량의 주요한 원인이 되고 있다.

ㅇ 반도체 선폭이 미세화될수록 고출력의 플라즈마 식각이 요구되기 때문에 오염입자 발생을 최소화하기 위한 내플라즈마성 신소재 개발이 절실히 요구되는 추세이다.

□ 소재의 식각을 위해 플라즈마를 조사할 때 오염입자를 방지하기 위한 두 가지 변수는 ‘낮은 식각율’과 ‘작은 표면조도’의 유지이다.

ㅇ 연구팀은 이미 확보된 투명 세라믹 개발 과정에 사용된 무기공 이론밀도 치밀화 소결기술을 이트리아·마그네시아(Y2O3·MgO) 복합세라믹에 적용해 잔류 기공이 없는 완전 치밀체 소결을 달성해 식각률을 최소화했다.

ㅇ 또한, 내플라즈마성이 검증된 이트리아(Y2O3)와 마그네시아(MgO)를 복합해 소결과정에서의 결정립 성장을 최소화시켜 300나노미터(㎚) 수준의 미세구조를 달성함으로써 최저 표면조도의 구현을 확인했다.

□ 반도체 산업은 우리나라가 퍼스트무버의 지위를 확보한 국가의 기간산업이다. 하지만 제조 라인의 첨단공정장비 중에는 여전히 높은 비율로 해외에 의존하는 부분이 상당수 자리한다. 본 연구결과는 세계 최고 수준의 내플라즈마성 소재를 국내 기술로 개발해 동 소재를 적용한 공정장비의 고도화를 이루고 세계시장에서의 선폭 미세화 경쟁에서 기술적 우위를 확보했다는 점에서 큰 의미가 있다.

□ 연구팀의 김하늘 선임연구원은 “이번 연구결과는 서로 다른 물질이라도 균일한 작은 크기의 결정립으로 치밀한 소재와 부품을 제조하면, 오히려 단일 물질의 소재 및 부품보다 반도체 공정장비의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 사실을 최초로 입증하고 이를 국제적으로 인정받았다는데 큰 의미가 있다.”고 말했다.

□ 본 연구성과는 과학기술정보통신부의 ‘나노 및 소재기술 개발사업(국가핵심소재연구단)’의 지원을 받아 수행됐다. 또한 연구결과는 세계적 권위의 학술지인 사이언티픽 리포트(Scientific Report)지에 5월 13일자로 게재됐다. 한편 관련 기술은 PCT 특허출원이 완료됐다.