[표준이 힘이다] <38> 반도체 박막두께 인증표준물질

표준과학연구원이 개발, 보급 중인 반도체 박막 두께 인증표준물질.

최근 반도체 소자가 고집적화ㆍ소형화됨에 따라 반도체 소자 제조공정에서 사용되는 박막의 두께가 단일 원자층 수준으로 급격히 얇아지고 있다. 반도체 소자는 실리콘 웨이퍼에 얇은 막을 입힌 후 그 표면에 식각이나 산화ㆍ증착ㆍ배선 등 다양한 공정을 거쳐 만들어지는데 이때 각 과정에서 사용되는 박막의 두께가 균일하지 않으면 제대로 된 성능의 반도체 소자를 얻을 수 없게 된다. 일례로 단일 품목으로 현재 세계 1위의 시장점유율을 차지하고 있는 우리나라의 반도체 메모리 산업의 경우 국내업체들은 엄격한 품질관리를 통해 생산성을 높여 세계 최고의 수율과 수익을 달성하고 있다. 하지만 수율이 1%만 낮아져도 국내 반도체 업계에는 매출액 대비 수천억원의 손실을 가져올 수 있다. 반도체 수율에 직접적인 영향을 주는 요인은 여러 가지가 있지만 반도체 제조공정 중에서의 정확한 박막 두께 측정이 매우 중요한 부분을 차지하고 있다고 할 수 있다. 반도체 제조업체에서는 박막 두께의 정확한 측정을 위해 수백대의 박막 두께 계측장비들을 이용하고 있다. 또 이들간의 측정값을 일정하게 유지하기 위해 반도체 공정용 박막두께 인증표준물질을 이용, 계측기기들간의 측정값 교정작업을 한다. 만약 부정확한 표준물질로 계측기기를 교정하였을 경우에는 수십만, 수백만개의 반도체 칩을 폐기해야 하는 불상사가 발생할 수도 있다. 반도체 공정용으로 사용되는 박막 두께 인증표준물질은 실리콘 웨이퍼 위에 두께가 10~30,000㎚ 정도로 성장된 이산화규소(SiO₂) 박막과 10~450㎚ 정도로 성장된 실리콘질화(Si₃N₄) 박막이 주로 사용된다. 여기서 1㎚는 사람의 머리카락 두께의 약 10만분의1 정도며 가장 작은 원소인 수소 원자의 지름 크기에 10배에 해당될 정도로 매우 얇은 두께다. 256Mb D램 이상의 고집적 메모리 생산을 위해서는 두께가 5㎚ 이하인 초미세 산화박막에 대한 인증표준물질이 필요한데 이를 위해 1.5∼5㎚ 두께의 나노 박막 두께 인증표준물질들의 개발을 위한 연구도 전세계적으로 활발히 진행되고 있다. 한국표준과학연구원은 세계 최고 수준의 박막측정 장치를 개발, 각종 반도체 박막의 정확한 두께 및 굴절률을 측정하면서 삼성전자ㆍ하이닉스반도체 등에 박막 두께 인증표준물질을 보급, 세계 반도체 시장을 선도하고 있는 국내 반도체 기업들의 수율 향상에 기여하고 있다. ** 후원:한국표준과학연구.