재료연, 반도체선폭 미세화에 한걸음…내플라즈마성 신소재 개발

선폭 미세화시 발생하는 오염입자 저감 기대…오염입자 칩 불량 원인으로 꼽혀

과학기술정보통신부 산하 한국재료연구원(KIMS, 이하 재료연)은 엔지니어링세라믹연구실 박영조 박사 연구팀이 반도체 성능 향상을 위한 선폭 미세화 과정에서 발생하는 오염입자를 저감시킬 수 있는 내(耐)플라즈마성 세라믹 신소재를 국내에서 처음으로 개발했다고 3일 밝혔다.

반도체를 제조할 때는 일반적으로 플라즈마를 이용한 식각공정을 실시한다.

그러나 플라즈마 조사에 노출되면 실리콘 웨이퍼와 반도체 제조장비 내부의 구성 부품에 오염 입자가 발생하는데, 이는 칩 불량의 주요 원인으로 작용한다.

특히 성능 향상을 위해 반도체 선폭을 미세화할수록 고출력의 플라즈마 식각이 요구되지만 오염입자 발생 가능성을 높일 수 있다는 우려가 있었다.

이에 재료연은 오염입자 방지를 위한 내플라즈마성 신소재 개발에 착수해 플라즈마 조사시 '낮은 식각율'과 '작은 표면조도'를 유지하기로 했다.

먼저 무기공 이론밀도 치밀화 소결기술을 이트리아·마그네시아 복합세라믹에 적용해 잔류 기공이 없는 완전 치밀체 소결을 달성, 식각률을 최소화했다.

또 내플라즈마성이 검증된 이트리아와 마그네시아를 복합해 소결 과정에서의 결정립 성장을 최소화해 300나노미터(㎚) 수준의 미세구조를 달성함으로써 최저 표면조도의 구현을 확인했다.

재료연은 이런 과정을 거쳐 개발한 내플라즈마성 세라믹 신소재를 적용함으로써 반도체 공정장비의 고도화를 이루고, 나아가 세계시장에서의 선폭 미세화 경쟁에서도 기술적 우위를 확보할 수 있을 것으로 기대했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 '나노 및 소재기술 개발사업'의 지원을 받아 주식회사 미코세라믹스와 공동으로 진행했다.

연구 결과는 세계적 권위의 학술지 '사이언티픽 리포트'에 지난달 13일자로 게재됐다.

관련 기술에 대한 특허협력조약(PCT) 특허출원도 완료했다고 재료연은 설명했다.

/연합뉴스