반도체 공정상의 불순물 선택제거 기술 개발
세계 최초, 플라즈마를 활용한 기판 산화물 선택제거 기술 
   

산업측정표준본부 진공센터의 유신재 박사는 세계 최초로 플라즈마를 활용한 기판산화물을 선택적으로 제거하는 기술을 개발해 냈다.

반도체 공정은 증착, 애칭 등 70단계가 넘는 많은 공정(Step)으로 이루어지며 그중 40 %이상이 진공환경 상태에서 이루어진다. 이러한 공정과 공정 사이에 웨이퍼를 이송하면서 발생하는 공기 노출로 인해 자연 산화막(native oxide)이 필연적으로 형성되는데, 이로 인해 속도저하 등 기능상의 문제가 발생할 수 있다. 메모리 소자의 경우 전자 용량(Capacity)이 중요한데 조금만 불순물이 생겨도 큰 영향을 미친다. 이처럼 반도체 소자의 성능을 저하시키는 자연 산화막을 제거하는 것이 반도체산업이 해결해야 할 큰 과제였다. 특히 최근 반도체 공정이 50 nm급 이하로 미세화 되면서 자연 산화막의 선택적 제거가 관련 산업계에서 큰 이슈로 떠오르고 있다.

플라즈마 정밀진단 기술은 세계적으로 1백년이 넘은 연구주제다. 흔히 ‘제4의 물질 상태’라고 불리는 플라즈마는 고체에 에너지를 가하면 액체, 기체로 변하고 다시 기체 상태에 높은 에너지를 가하면 플라즈마 상태가 된다. 따라서 고도의 측정기술을 바탕으로 한 제어가 필요하다. KRISS가 플라즈마 정밀진단 기술 개발에 나선 것은 10년 남짓이지만 그동안 이룬 성과는 주목할 만하다.

유신재 박사가 개발한 기술은 반도체 공정과 공정 사이에서 불가피하게 발생하는 자연산화막을 선택적으로 제거할 수 있는 공정 및 플라즈마 소스기술이다. 플라즈마를 이용해 반도체의 산화막을 염(Salt)으로 바꿔 실리콘 부분은 남기고 염만 제거하는 방법이다.

유박사가 개발한 기술은 공정 중 불순물의 생성억제나 제어 기능 또한 뛰어나다. 본 기술은 플라즈마 정밀진단기술(cutoff probe)과 제어기술을 통해 독자적으로 개발한 세계 최초의 기술이다.

유박사는 “반도체 장비업체에 대해 기술지원을 하면서 업체들이 자연 산화막을 제거하는 데 어려움을 겪고 있다는 것을 알게 됐습니다. 개발된 기술을 산업현장에 적용하려면 현실적으로 맞지 않는 부분들이 발생해 기술이전이 어려운 경우가 많은데, 이번 케이스는 산업체의 요구를 확실하게 알았기에 성공적으로 이전이 이루어진 것 같습니다”라고 개발 기술의 기업이전 성공요인을 설명했다. 반도체 장비시장에서 세계를 선도할 수 있는 플라즈마 정밀진단기술 개발 및 기술이전을 통해 국내 반도체업계의 대외장비의존 구조개선 및 수입대체효과에 크게 기여 할 것으로 기대되고 있다.

아울러 반도체 공정뿐만 아니라 LCD/솔라셀/OLED(유기발광다이오드) 등의 공정에 모두 적용이 가능하며 나노산업(high qualitynano)분야에서도 활용도가 높을 것으로 기대되고 있다. “그동안 선배들에게 산업의 수요에 맞춰 기술이전이나 상용화에도 관심이 필요하다는 조언을 듣곤 했었는데, 이번 기술개발로 조금이나마 산업에 기여할 수 있게 된 것을 기쁘게 생각합니다. 삼성전자나 인텔과 같은 대기업이 반도체 사업에 투자를 줄이고 있는 상황이어서 반도체 장비시장 여건이 점점 어두워지고 있는데 향후 장비업체들의 기술경쟁력을 통해 위기를 돌파해 나갈 수 있도록 일조하고 싶습니다”라고 말하는 유박사의 연구가 우리나라 반도체 장비업체의 기술경쟁력 신장의 밑거름이 되길 기대해 본다.