KOSEN 한인과학기술자네트워크

1. 박막의 조성 및 깊이분포 분석 기술 개발
표면분석의 가장 중요한 역할은 물질을 구성하는 성분을 분석하는 것입니다. 가속된 이온빔에 의해 스퍼터링되어 나오는 이차이온을 직접 분석하는 이차이온질량분석법(Secondary Ion Mass Spectroscopy; SIMS)은 성분 원소 종류, 조성 및 깊이에 따른 분포도 분석에 널리 사용되는데 이 분석법은 극소량 도핑원소의 농도 및 깊이분포도 분석이 가능하여 반도체 소자 개발에 핵심적인 장비입니다. 특성 X-선을 시료에 조사할 때 방출되는 광전자를 분석하는 엑스선광전자분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy; XPS)은 비파괴적으로 주요 성분 원소의 조성, 화학상태 및 깊이분포도 분석 등이 가능합니다. 또한 100 keV 정도로 가속되어 성분 원소의 핵과 충돌한 후 산란되어 나오는 헬륨 이온의 에너지를 분석하는 중에너지이온산란분광법(Medium Energy Ion Scattering; MEIS)을 이용하여 수십 nm 이하 두께의 매우 얇은 박막에 대해 절대 조성을 분석합니다.

KRISS 표면분석팀. 배경에 보이는 장비는 2020년 도입된 TOF-MEIS

2. 나노미터(nm) 초박막 두께측정 기술 개발
반도체 소자 작동의 핵심 역할을 하는 게이트 산화막은 그 두께가 아주 정확하게 조절되어야 하므로 반도체 소자 공정에서 가장 중요하며 어려운 측정입니다. 한국표준과학연구원 표면분석팀은 중에너지이온산란분광법과 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy; TEM)을 이용하여 1 nm 내외 산화막의 절대 두께를 측정할 수 있는 상호보정법을 개발하여 이러한 문제를 해결하였습니다. 또한 이 기술로 인증된 산화막 인증표준물질(Certified Reference Material; CRM)을 이용하여 엑스선광전자분광기를 교정함으로써 산업 현장에서 박막 두께 측정 기술 향상에 크게 기여하고 있습니다.

3. 적외선을 이용한 표면 분석 기술 개발
FT-IR과 Raman 분광법 등 적외선을 이용한 표면분석법을 활용하면 반도체 조성, 성분 분석, 나노박막의 결합 조성 뿐 아니라, 바이오 재료에서도 고해상도 표면 분석이 가능하며, 다양한 종류의 표면에서의 화학반응과 물성을 측정하고 분석합니다.

4. 표면분석을 위한 전산이론개발 및 응용기술 개발
실험으로 측정된 재료의 물성과 표면반응 분석에 양자역학적 전산모사와 동력학적 전산모사 방법을 사용하며, 측정불확도에도 이용하고 있습니다. 전산모사를 통해 이미 측정된 물성을 분석하고, 아직 합성되지 않은 재료의 물성을 예측함으로써 우리가 알고자 하는 표면의 물성과 활용하고자 하는 재료의 물성에 더욱 가깝게 다가갈 수 있습니다.

SIMS 측정 중인 KRISS 소재융합측정연구소의 김경중 표면분석팀장

5. 표면분석 표준 확립 및 인증표준물질 개발
표면분석팀은 가장 중요한 기관 미션인 표준 확립을 위해 국제도량형국(International Bureau of Weights and Measures; BIPM)의 물질량자문위원회(Consultative Committee for Amount of Substance: CCQM)를 통해 국제비교를 수행하여 표면분석 소급체계를 확립하고 있으며 이를 기반으로 두께측정, 조성분석 및 도핑원소 농도측정 등 다양한 표면분석용 인증표준물질을 개발하고 있습니다. 이러한 인증표준물질은 산업체 공정 현장의 표면분석 장비 교정에 활용되어 산업체의 측정 신뢰도를 향상시킵니다.

6. 표면분석 커뮤니티 운영
첨단산업체의 정밀측정 수요에 발맞추어 한국표준과학연구원은 정밀측정 교육을 실시하고 있으며 2000년대 들어서는 측정클럽을 설립하여 운영하고 있습니다. 표면분석팀에서도 매년 표면분석 교육을 실시하고 있으며 표면분석 측정클럽을 통해 봄에는 측정클럽 종합워크숍 가을에는 표면분석심포지엄을 주관하는 등 표면분석 커뮤니티를 주도하고 있습니다.