빛 펄스 높낮이 차이 측정
차세대 계측기술 발전 기대
[정보통신신문=차종환기자]
기존에는 볼 수 없었던 반도체 소자 내에서의 빠르고 불규칙적인 움직임을 이제 초고속 카메라로 관측할 수 있게 됐다.
한국연구재단은 한국과학기술원(KAIST) 김정원 교수 연구팀이 반도체 소자 내의 미세 구조와 동적 특성을 고해상도로 측정할 수 있는 초고속 카메라 기술을 개발했다고 밝혔다.
최근 복잡도와 기능성이 높아진 마이크로∙나노 소자 개발이 증가함에 따라 소자 내의 미세구조와 움직임을 실시간으로 측정할 수 있는 기술 개발의 필요성이 높아지고 있다.
일례로 반도체 산업은 다양한 3차원 집적회로와 소자가 발전하며 더 큰 웨이퍼 영역에 대해 더 높은 분해능 및 빠른 측정속도를 가지는 미세구조 계측 기술이 요구되고 있다.
또한, 동적 특성 측정은 소자 내에서의 다양한 물리현상을 이해해 응용 기술을 개발하는 기반이 되는 만큼 더 높은 해상도, 더 빠른 측정속도와 더 큰 측정범위가 요구되지만, 기존의 측정 기술들은 이 같은 복합적인 성능을 구현하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 복잡한 3차원 형상을 고속으로 정밀하고 정확하게 측정할 수 있는 초고속 카메라 기술을 개발, 복잡하고 불규칙적인 고속의 동역학 현상을 성공적으로 관측했다.
먼저, 100펨토초(10조분의 1초)의 펄스폭을 가지는 빛 펄스를 1000개 이상의 색으로 쪼갠 후, 각기 다른 색을 가진 펄스들을 이용해 서로 다른 공간적 위치에서의 높낮이를 정밀하게 측정했다.
이 기술은 초당 2억6000만개 픽셀의 높낮이 차이를 330피코미터(30억분의 1미터) 수준까지 측정할 수 있을 정도로 빠르고 정밀하다.
연구팀은 고속 형상 이미징 속도와 높은 공간 분해능을 갖춘 초고속 카메라 기술이 점점 고도화·집적화 되는 반도체 공정 및 3D프린팅 과정을 실시간으로 모니터링하며 공정을 제어할 수 있어, 공정 수율 향상에 크게 기여할 것으로 기대했다.
이번 연구에서는 1차원 선 모양의 빛을 스캔해 움직이는 방식으로 2차원 표면의 높낮이를 측정했으나, 향후 2차원 표면의 높낮이를 스캔 없이 한 번에 측정하는 방식으로 발전시킬 계획이다.
김정원 교수는 “새로운 초고속 카메라 기술은 다양한 진폭이 존재하면서 동시에 매우 빠른 순간 속도를 갖는 미세 구조의 움직임을 포착할 수 있다”며 “기존에 관찰하지 못했던 복잡한 물리 현상을 탐구하는 차세대 계측 기술로 발전할 것”이라고 밝혔다.
