KERI, 반도체용 맞춤형 펄스전원 개발

[투데이에너지 박명종 기자] 한국전기연구원(KERI) 전기물리연구센터 장성록 박사팀이 반도체 초정밀 공정에 활용할 수 있는 '바이어스용 맞춤형 펄스 전원' 기술 개발에 성공했다고 12일 발표했다.

바이어스 장치는 플라즈마 내부 이온이 반도체 웨이퍼에 충돌하도록 끌어당기는 전압을 제공하는 핵심 부품이다. 이를 통해 표면 식각, 세정, 증착 등 공정을 수행한다. 현재 산업계에서 주로 사용하는 고주파(RF) 전원은 단순한 파형으로 인해 미세 공정에서 정밀성이 떨어지는 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 펄스 전원은 오랜 시간 낮은 전력으로 에너지를 충전한 후 높은 전력으로 순간 방전하는 기술로, 펄스의 힘을 조절해 반도체 기판을 원하는 깊이로 정밀하게 가공할 수 있다.

특히 연구팀은 세계 최초로 '소프트 스위칭' 기법을 도입해 전력 손실을 78% 이상 줄이는 데 성공했다. 이 기술은 스위치의 전압이나 전류가 0에 가까운 지점에서 스위칭되도록 설계돼 소자 스트레스를 줄이고 발열 문제를 해결한다.

또한 컴팩트한 공정이 가능한 '경사형' 방식과 다양한 모양 구현이 가능한 '계단형' 방식을 모두 구현해 활용도를 크게 높였다. 이 기술은 2.5마이크로초라는 짧은 시간 내에 수 킬로볼트 펄스를 초당 40만 번의 고주파수로 안정적으로 제어할 수 있다.

해당 기술은 한국핵융합에너지연구원과의 협력을 통해 실제 반도체 공정 챔버에서 실증을 완료했으며, 독특한 파형 관측을 통해 적용 가능성을 확인했다.

장성록 박사는 "맞춤형 펄스 전원 기술이 반도체 성능을 크게 향상시키고, 차세대 공정 진입이 어려운 기업들에게 큰 도움이 될 것"이라고 밝혔다.

KERI는 관련 특허를 확보하고 산학연 협력과 기술이전을 통해 상용화를 추진할 계획이다.