업계뉴스

한국기계연구원 자율제조연구소반도체장비연구센터 김형우 선임연구원 / 기계연 제공

[투데이에너지 임자성 기자] 한국기계연구원이 인공지능(AI)을 활용해 차세대 2D 반도체 공정을 스스로 진단하고 제어할 수 있는 ‘플라즈마 기반 통합 공정 지능화 시스템’을 세계 최초로 구현했다. 이번 기술은 원자 한 층 수준의 정밀한 반도체 박막 형성과 식각 공정을 자동화해 공정 재현성과 생산성을 획기적으로 높일 전망이다.

기존 2D 반도체 공정은 주로 고온 기반으로 진행되어 생산라인과의 호환성이 낮고, 대면적 균일 공정 구현에 한계가 있었다. 또한 식각 공정 시 생산성이 떨어지는 문제도 존재했다. 연구진은 저온 플라즈마 기반의 합성(PECVD) 및 식각(RIE) 장비를 도입해 열적 부담을 최소화하고, 기존 양산 장비와의 호환성을 크게 높였다.

핵심은 실시간 공정 진단 기술이다. 연구진은 공정 중 발생하는 빛과 가스 질량 변화를 OES, ToF-MS, QMS 등 다중모달 센서로 실시간 측정하고, 이를 머신러닝 모델에 적용했다. 이를 통해 챔버 내부의 화학적 상태를 정밀하게 분석하여 원자층 수준의 두께 변화를 높은 정확도로 예측하는 데 성공했다.

이번 시스템은 합성부터 식각, 공정 예측까지 하나의 프로세스로 통합되어 향후 반도체 제조 공정의 자율화 및 지능화를 견인할 핵심 기술로 평가받는다. 특히 장비 구조 변경 없이 기존 양산 장비에 적용할 수 있어 산업 현장에서의 활용도가 매우 높을 것으로 기대된다.

연구진은 4인치 이상의 웨이퍼 스케일에서 이종구조 제어와 정밀 식각 공정을 입증하며 관련 분야 권위 있는 국제 학술지에 다수의 논문을 게재하는 등 기술적 우수성을 인정받았다. 앞으로 차세대 전자소자 및 디스플레이 제조 공정의 지능화 플랫폼으로 기술을 확장해 나갈 계획이다.

[용어 설명]

2D 반도체 (Two-Dimensional Semiconductor) : 원자 한 층처럼 매우 얇은 두께를 가진 차세대 반도체 소재

플라즈마 (Plasma) : 기체에 높은 에너지를 가해 전자와 이온 등으로 분리된 상태

PECVD (플라즈마 강화 화학 기상 증착) : 플라즈마 에너지를 활용해 기판 위에 박막을 균일하게 쌓는 합성 공정 기술

RIE (반응성 이온 식각) : 플라즈마 상태의 반응성 이온을 이용하여 반도체 표면의 불필요한 부분을 정밀하게 제거하는 식각 공정 기술

다중모달 데이터 (Multi-modal Data) : 공정 중 발생하는 빛(광학), 가스 질량 등 서로 다른 종류의 정보를 통합한 데이터

출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)