반도체 소자 속 빠르고 불규칙한 움직임도 포착하는 카메라 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 반도체 소자 속에서 빠르고 불규칙한 움직임을 카메라로 관측해 반도체, 3D 프린팅 공정에서 필요한 계측기술을 발전시킬 가능성을 제시했다.

김정원 KAIST 교수.(사진=KAIST)

한국연구재단은 김정원 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 교수 연구팀이 반도체 소자 내의 미세 구조와 동적 특성을 고해상도로 측정할 수 있는 초고속 카메라 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

최근 복잡도와 기능성이 높아진 마이크로·나노 소자 개발이 늘면서 소자 속 미세 구조와 움직임을 실시간으로 측정할 수 있는 기술 개발이 필요해졌다.

가령 반도체 산업에서는 3차원 집적회로와 소자 발전으로 더 큰 웨이퍼 영역에서 분해능과 측정속도가 더 우수한 미세구조를 계측해야 한다.

이에 연구팀은 복잡한 3차원 형상을 빠르고, 정밀하게 측정할 수 있는 초고속 카메라 기술을 개발해 복잡하고 불규칙적인 고속의 동역학 현상을 관측했다.

우선 100펨토초(10조분의 1초)의 펄스폭을 지닌 빛 펄스를 1000개 이상의 색으로 쪼갠 후, 각기 다른 색을 가진 펄스들을 이용해 서로 다른 공간적 위치에서 높낮이를 측정했다. 그 결과, 초당 2.6억개 픽셀의 높낮이 차이를 330피코미터(30억분의 1미터) 수준까지 측정했다.

연구팀은 초고속 카메라 기술이 점점 더 발전해 반도체 공정과 3D 프린팅 과정을 실시간으로 감시하며 공정을 제어해 공정 수율을 높일 수 있을 것이라고 기대했다.

김정원 교수는 “다양한 진폭이 있으면서 동시에 매우 빠른 순간 속도를 갖는 미세 구조의 움직임을 포착할 수 있다”며 “기존에 볼 수 없었던 복잡한 물리 현상을 탐구하는 차세대 계측 기술로 발전할 것”이라고 기대했다.

연구 결과는 광학 분야 국제학술지 ‘빛: 과학과 응용(Light: Science & Applications)’에 지난 15일자로 게재됐다.

반도체 소자 속 미세 구조와 동적 특성을 고해상도로 측정할 수 있는 초고속 카메라 기술의 원리, 응용.(자료=한국연구재단)