%EC%B8%A1%EC%A0%95%EA%B8%B0%EC%88%A0
-
반도체 다층 소자의 개별 층 두께를 옹스트롬 정확도로 비파괴 검사하는 기술 개발
우리 대학 기계공학과 김정원 교수 연구팀이 삼차원 낸드플래시 메모리(이하 3D-NAND)의 비파괴적인 검사를 위해 광학 측정법과 머신러닝을 사용한 다층 두께 측정기술을 개발했다. 이 기술은 200층 이상의 초고밀도 3D-NAND 소자 공정 과정에서 전수검사 방법으로 사용돼 공정의 효율을 극대화할 수 있을 것으로 기대된다.
3D-NAND 메모리는 수백층의 메모리 셀이 적층되어 있는 메모리 반도체로, 기존의 평면형 플래시 메모리와 비교하여 저장용량과 에너지 효율이 매우 우수하여 개인용 USB부터 서버 시스템까지 다양하게 사용되고 있다.
기존에는 수직으로 적층된 반도체 셀들의 두께를 측정하기 위하여 전자현미경을 사용하였다. 하지만 전자현미경을 사용한 방법은 샘플의 단면을 이미징하기 위하여 샘플을 절단해야 하고 비용도 많이 들기 때문에, 전수검사로서는 적합하지 않은 문제가 있었다.
연구팀은 반도체 다층 구조가 초고속 광학 시스템에 자주 사용되는 유전체 거울의 구조와 유사하다는 점에 착안하여, 유전체 거울의 분석에 활용되는 광학 스펙트럼 측정법을 반도체 다층 구조에도 적용했다.
연구팀은 엘립소미터(ellipsometer)와 스펙트로포토미터(spectrophotometer)를 이용한 반도체 다층 샘플의 스펙트럼 측정과 머신러닝 알고리즘을 활용하여 200층이 넘는 반도체 물질의 각 층 두께를 1.6 옹스트롬 (1Å = 1미터의 100억 분의 1)의 평균제곱근오차로 예측할 수 있는 방법을 개발했다. 이 기술은 삼차원 반도체 소자의 검수 공정, 적층 공정, 그리고 식각 공정의 정확도를 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 또한 시뮬레이션 스펙트럼 데이터를 생성해 개별 층의 두께 불량을 검출할 수 있는 머신러닝 학습법도 개발했다. 그 결과 반도체 물질 적층 시 목표로 설정한 두께보다 약 50Å만큼 얇게 제작된 샘플들을 정상 범주의 샘플들로부터 성공적으로 분리할 수 있었다. 연구팀이 개발한 불량샘플 검출법은 시뮬레이션 데이터를 활용하기 때문에 큰 비용이 들지 않으며, 공정의 초기에 발견될 수 있는 불량 샘플들을 효과적으로 검출할 수 있을 것으로 기대된다.
최근 글로벌 IT 기업들의 서버 시스템에 대한 수요가 늘어나고 높은 저장용량을 가진 스마트 기기들이 개발됨에 따라, 초고밀도, 초고효율을 갖는 3D-NAND 메모리가 반도체 시장에서 각광받고 있다. 이번 연구 결과는 다양한 삼차원 반도체 소자들의 비파괴적인 검수를 위해 활용될 수 있다.
김 교수는 “비파괴적인 광학 측정법과 머신러닝을 결합한 방법은 다양한 반도체 검수 공정에도 적용할 수 있다”고 밝히며, “다양한 반도체 소자들의 형상이나 공정 조건 모니터링에도 광학측정법과 머신러닝을 결합한 접근방식을 활용할 것”이라고 말했다.
기계공학과 곽현수 박사과정 학생이 제1저자로 참여하고 삼성전자 메모리 계측기술팀과의 산학협력연구로 수행된 이번 연구는 국제학술지 ‘라이트: 어드밴스드 매뉴팩처링(Light: Advanced Manufacturing)’ 창간호에 1월 12일 게재됐다. (논문명: Non-destructive thickness characterisation of 3D multilayer semiconductor devices using optical spectral measurements and machine learning)
이번 연구는 삼성전자 산학연구과제의 지원을 받아 수행됐다.
2021.01.13 조회수 64753 -
EEWS 연구성과 투자설명회 개최
- 사업기획 경진대회 수상자 5팀, 13개 엔젤투자자 대상 투자설명회 개최 -
KAIST가 에너지 고갈과 환경오염, 물부족 및 지속성장 가능성 등 인류가 직면한 글로벌 이슈 해결을 위해 추진하고 있는 녹색성장 프로젝트에 창업투자회사와 산업체 투자자가 직접 투자할 전망이다.
우리 학교는 6일 오후 3시 서울캠퍼스 1호관 1층 국제회의실에서 ‘EEWS 사업기획 경진대회’ 수상작 4개팀을 시상하고 투자설명회를 개최한다.
이번 투자설명회는 사업기획 경진대회 수상자 5명이 창업투자회사와 산업체 투자자를 대상으로 경진대회에서 제안한 녹색사업기획과 녹색사업기술을 직접 설명해 투자를 유치할 목적으로 개최된다.
투자설명회에 참가하는 창업투자회사로는 쿨리지코너 인베스트먼트, 대덕인베스트먼트(주), KPM, 로커스 캐피탈 파트너(Locus Capital Partners), 보광창업투자, 그리고 산업체 투자자로는 삼성물산, 제일모직, 다산네트웍스, 한화 L&C 등 총 13개 업체가 참가할 예정이다.
‘EEWS 사업기획 경진대회’는 KAIST 교수와 대학원생, 동문들에게 EEWS 연구결과의 사업화를 장려하고 창의적 인재발굴을 목적으로 KAIST와 창업투자회사인 디에프제이 아테네 엘엘씨(DFJ Athena LLC) •일신창업투자(주)가 공동으로 개최했다.
이번 대회는 사업기획 부문과 사업기술 부문으로 나눠 진행됐으며 총 8개팀이 참가했다.
녹색사업 부문 최우수상에는 배중면 기계공학과 교수가 제안한 ‘친환경 수소 연료전지 사업’, 우수상에는 박진수 (주)시오스 기술이사가 제안한 ‘친환경 디젤자동차 실시간 NOx 측정기술‘이 선정됐다.
녹색기술 부문 최우수상에는 배병수 신소재공학과 교수가 제안한 ‘고굴절율 내열성 하이브리머 LED 봉지재’ 장려상에는 양민양 기계공학과 교수가 제안한 ‘스마트폰용 ITO-Free 터치스크린’이 선정됐다.
KAIST가 연구결과 사업화를 본격화함에 따라 이번 투자설명회 결과가 주목된다. 사업화에 많은 경험을 가진 창업투자회사와 산업체 관계자들이 KAIST의 창의적이고 수준높은 연구성과에 큰 관심을 보였다고 KAIST 측은 설명했다.
이번 경진대회를 주관한 이재규 EEWS 기획단장은 “EEWS 기획단은 KAIST를 대표할 수 있는 획기적인 연구성과를 지속적으로 내놓을 계획”이라며 “창업투자회사 대표가 경진대회 심사위원으로 참여해 사업성을 최우선 고려한 만큼 엔젤투자자들이 큰 관심을 보였다”고 말했다.
[용어설명]
EEWS란 에너지(Energy) 고갈, 환경(Environment)오염, 물(Water)부족 및 지속성장(Sustainability) 가능성 등 21세기 인류가 직면하고 있는 글로벌 이슈의 해결을 위해 KAIST가 추진하고 있는 연구프로젝트다.
2012.01.05 조회수 17073 -
고감도 나노광학측정기술 개발
- 머리카락 단면적의 70만배 보다 작은 나노유체기술과 나노광학기술을 융합한 바이오분석기술.- 신약개발 및 신경질환 조기진단기술로 활용 기대.
우리학교 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 소분자 생화합물 (small molecules) 검출을 위한 획기적인 고감도 나노광학측정기술을 개발했다.
소분자 생화합물은 분자량이 작은 생체내 분자들로 다양한 세포의 세포막을 드나들며 세포간의 신호전달 등에 큰 역할을 담당한다. 최근에는 제약업계에서도 소분자 생화합물을 이용한 신약 개발 관련 연구 및 개발에 큰 관심을 기울이고 있다.
그러나 이러한 소분자 생화합물은 대부분 특정 항원-항체 화학 결합반응을 유도하기 힘들어 기존에 많이 사용되는 형광이나 전기화학적인 방법으로 극소량을 분석하는데 어려움이 많았다.
정 교수 연구팀은 사람의 머리카락 단면적의 70만배 보다 작은 나노유체관내 유동특성을 이용해 나노몰(nM) 수준의 농도를 갖는 극미량의 소분자 생화합물의 농도를 국소적으로 증가시켰다. 이후 나노플라즈모닉 광학기술과 접목해 측정하는 빛의 세기를 1만배 이상 향상시켜, 별도의 생화학처리를 사용하지 않은 도파민(Dopamine)과 가바(GABA)와 같은 신경전달물질을 1초 이내에 구별하는 데 성공했다.
이 결과는 현존 세계 최고수준의 검출한계를 수백배 이상 향상시킨 기술로 평가받고 있다.
이번 연구결과는 앞으로 소분자 생화합물을 이용한 다양한 글로벌 신약개발은 물론, 알츠하이머병과 같은 퇴행성 신경질환의 조기진단 및 뇌기능 진단기술에 크게 기여할 수 있을 것이라 기대된다.
한편, 교육과학기술부가 지원하는 한국연구재단의 도약연구자지원사업과 한국생명공학연구원이 지원하는 오픈이노베이션사업의 일환으로 수행된 이번 연구는 오영재 박사과정 학생 주도하에 진행됐으며, 독일에서 발간되는 나노분야 국제저명학술지인 ‘스몰(Small)’지의 1월 17일자 표지논문으로 게재됐다.
2011.01.26 조회수 18458 -
김승우교수, 정밀거리측정기술 개발
- 네이처 포토닉스誌 발표, “미래우주핵심기술 개발을 통한 우주선진국 도약 가능성 열어”-
수 백 km의 거리에서 1nm*의 차이까지 정확히 측정할 수 있는 정밀거리 측정기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다.
* 1nm(나노미터) : 10억분의 1m
우리학교 기계공학과 김승우 교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 중견연구자지원사업 (도약연구)과 우주원천기초기술개발사업의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 광학 분야 최고 권위지인 ‘네이처 포토닉스(Nature photonics)’ 온라인 속보(8월 8일자)에 게재되었다.
김 교수팀은 지금까지 장거리 측정의 한계점이던 1mm 분해능*을 1nm 분해능으로 측정할 수 있는 획기적인 정밀거리 측정기술 개발에 성공하였다.
* 분해능(分解能, resolving) : 측정기가 검출할 수 있는 가장 작은 단위의 물리량을 의미하며, 1mm 분해능은 수백 km의 거리에서 1mm의 차이를 측정할 수 있음.
특히 이 기술은 일반적으로 장거리를 측정할 때 나타나는 모호성(ambiguity)도 극복하여, 이론적으로 100만km를 모호성 없이 측정할 수 있다.
김 교수팀은 실제 700m의 거리에서 150nm의 분해능 구현에 성공하였고, 우주와 같은 진공상태에서는 1nm의 분해능 구현도 가능하다는 사실을 실험을 통해 검증하였다.
이번 연구결과로 향후 지구와 유사한 행성을 찾기 위한 편대위성군 운용* 및 위성 또는 행성 간의 거리측정을 통한 상대성 이론 검증과 같은 미래우주기술개발에 한 발 다가서게 되었다.
* 편대위성군운용(formation flying of multiple satellites) : 여러 대의 소형위성을 동시에 쏘아 올려 위성간의 거리를 측정함으로써, 지구와 유사한 행성을 찾거나 상대성이론 검증에 활용
위성 또는 행성 간의 정밀거리측정은 지구와 유사한 행성을 찾거나 상대성 이론을 검증하는 핵심기술로, 우주 선진국에서는 이 기술을 개발‧보유하기 위해 경쟁적으로 연구하고 있다.
김승우 교수는 “장거리를 1nm 분해능으로 측정할 수 있는 기술개발로, 우리나라도 편대위성군운용과 같은 미래우주핵심기술인 정밀거리측정 기술을 보유하게 되어, 명실 공히 우주 선진국으로 도약할 수 있는 기반을 마련하게 되었다”라고 연구의의를 밝혔다.
2010.08.17 조회수 17262 -
정문술 이사장 기부 8년만에 ‘정문술 빌딩’ 생애 첫 방문
- 2001년 300억기부로 탄생한 정문술빌딩
- 바이오및뇌공학과 최철희교수팀 관류측정 기술 한계를 극복한 ‘말초조직의 기능적 혈액관류측정기술’상품화
KAIST 정문술(71) 이사장이 자신의 기부금으로 건립된 ‘정문술 빌딩‘의 바이오및뇌공학과를 기부 8년만인 오는 19일 첫 공식 방문한다.
이 빌딩은 지난 2001년 鄭 이사장이 낸 기부금 300억 가운데 110억원을 들여 지하1층, 지상11층 규모로 2003년 8월에 완공됐다. 그러나 정 이사장은 이 빌딩의 기공식, 준공식 행사에 참석하지 않았다. 그동안 KAIST를 여러 차례 방문했으나 자신의 기부로 만들어진 이 빌딩엔 단 한 번도 방문하지 않았다.
“정문술빌딩에서 국민에게 희망을 주는 신기술이 나오기 전에는 들어가지 않겠다.”는 그의 신념 때문이었다.
최근 鄭 이사장의 기부에 의해 탄생한 바이오및뇌공학과가 정이사장의 기대에 부응하는 새로운 기술을 개발했다. 鄭 이사장은 이 학과를 방문해 최근 개발한 ‘말초조직의 기능적 혈액관류 측정기술‘ 등 2002년 학과 설립 후 약 7년간의 연구성과를 살펴보고, 교수,학생들과 간담회를 갖는다.
바이오및뇌공학과 최철희 교수팀이 개발한 ‘말초조직의 기능적 혈액관류 측정기술’은 혈관에 주입된 근적외선 조영제(인도시아닌그린)를 광학영상장비로 실시간 촬영해 얻은 동적영상으로부터 약물동역학 분석을 통해 관류율(%/min)을 계산하는 기술이다.
연구팀은 바로 이 기술의 임상 적용 연구를 수행해 동역학을 관류율로 계산하는 자동화분석 프로그램과 하지 영상이 가능한 근적외선 영상장비를 개발했다.
연구팀이 개발한 자동화 프로그램을 통해 측정된 하지의 관류율은 ‘관류맵’으로 표시되며 조직의 평균관류율을 진단결과로 제시한다.
특히 연구팀은 이 기술을 이용해 하지허혈질환인 하지동맥경화 질환의 진단 여부를 검사한 결과 민감도 81%, 특이도 88%라는 높은 진단율을 얻었다.
개발된 기술은 기존의 혈관조영을 위한 CT나 MRI 영상장비처럼 높은 비용을 요구하지 않는 비교적 간단한 광학 영상 장비를 이용하기 때문에 침상에서 바로 진단이 가능할 뿐 아니라 손쉽고 저렴한 하지혈류 정기검진 방법으로도 매우 적합하다.
동맥경화와 당뇨병 등 관류 장애를 유발하는 심혈관계 질환은 사망원인의 상위를 차지하는 질병이다. 따라서 기술의 한계를 극복하는 의료기기를 개발하여 원천기술을 확보한 연구팀의 성과는 관류측정 의료기기 시장에서 산업적으로 큰 파급효과를 보일 것으로 전망된다.
현재 이 기술은 미국, 일본, 유럽 등에서 특허가 진행되고 있으며, 해외시장에도 기술을 이전할 수 있을 것으로 전망된다. 또한 이 기술은 임상뿐 아니라 신약개발의 전임상 단계에서 약효를 검증할 수 있는 동물실험에도 응용 가능하여 혈류 개선 약물 개발 및 신생혈관 생성억제제 연구에도 응용될 것으로 기대된다.
이 기술은 해부학적 혈관구조를 영상화하는 기존의 기술과는 달리 기능적 혈류를 측정하는 기술이다. 따라서 혈관구조의 변화를 초래하기 이전에 혈류의 이상이 오는 단계에서 조기진단이 가능해 고혈압 및 당뇨 환자의 하지혈류저하 조기진단 검진기술로 응용 가능하다.
또한 동물실험에도 응용할 수 있어 동물용 근적외선 영상 장비 제작을 통한 산업화, 자동화 소프트웨어 개발을 통한 신생혈관 생성, 혈관투과율, 관류율 등 여러 가지 혈관생리에 관련된 실험결과 등을 제시할 수 있는 프로그램으로 개발할 수 있다.
연구팀은 향후 당뇨 및 고혈압 환자 등의 진단 가능성 여부를 위한 임상시험을 진행할 예정이다. 그리고 이를 바탕으로 혈관내피세포 기능 분석 영상장비를 개발할 계획이다.
연구팀은 현재 (주)뷰웍스에 기술을 이전하고 하지관류측정용 근적외선 영상 시스템 생산라인을 구축하고 있다. 이를 통해 연구팀은 임상시험에서 얻은 노하우를 바탕으로 시제품을 더욱 보완한 영상 장비를 제작할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 생체광학영상 분야의 지속적인 개발을 위하여 KAIST와 (주)뷰웍스 공동으로 광학생체영상센터를 개설하여 산학협동 연구를 활성화하며 인력개발 및 고용창출에도 힘을 쏟을 예정이다.
2009.10.19 조회수 21446 -
김승우 교수 - 정진기언론문화상 장려상 수상
과학기술연구부문 장려상 수상, 대상에는 서울대 황우석 교수 등이 수상
기계공학과 김승우 교수가 제22회 정진기 언론문화상 과학기술연구부문 장려상을 수상하였다. 김승우 교수는 반도체, 통신부품, LCD 디스플레이를 포함한 마이크로 일렉트로닉스 부품의 설계와 생산에 필요한 미세형상 3차원 측정기술을 개발한 공로를 인정받았다.
김승우 교수는 지난 십 수년간 반도체, 통신부품, LCD 디스플레이를 포함한 마이크로 일렉트로닉스 부품의 설계 및 생산에 필수적으로 요구되는 미세형상 삼차원 측정기술에 매진하여 새로운 우수한 측정기술을 개발함으로써 국내외적으로 뛰어난 연구성과를 보였다. 이와 더불어 개발된 핵심기술을 국내산업에 보급하기 위해 산학협동을 통해 관련 측정기술들을 상용화 함으로써 국내 측정기 산업 및 마이크로 일렉트로닉스 산업의 국제 경쟁력 제고에 큰 역할을 하였다.
또한 최근에는 국내에서 독자적으로 개발한 관련 기술을 세계적인 측정기기 회사인 ZYGO(주)에 기술이전계약을 함으로써 국내기술의 우수성을 입증하였을 뿐만 아니라 향후 국내기술 수출의 전기를 마련하였다. 그리고 향후 국내 정밀측정산업을 이끌어갈 우수한 석박사 인력을 양성함에 많은 공헌을 포함하여 관련 공학분야에서의 업적이 지대하다.
공적 내용
마이크로 일렉트로닉스 부품의 미세형상 삼차원 측정기술 개발 및 상용화
백색광주사간섭계 및 모아레의 새로운 미세 삼차원측정 원리를 이용하여 반도체, 통신부품, LCD 디스플레이를 포함한 마이크로 일렉트로닉스 부품의 미세형상 삼차원 측정기술을 1992년 이래 국내외적으로 선도적으로 연구하였으며, 국내외 저널에 24편의 논문을 발표하였고 11건의 국내외 특허를 출원하였음.
상기의 기반기술을 바탕으로 산학협동을 통하여 국내 최초의 측정 정밀도 0.1 nm의 광학식 미세형상 측정기(1997년), 세계 최초의 이중파장 모아레를 이용한 광학식 삼차원 형상 측정기(1998년), 납형상 삼차원 측정기(2001년), 반도체 최종 외관 검사기(2003년) 등을 국내기업을 통하여 상용화하여 국내 측정산업 및 마이크로 일렉트로닉스 산업의 기반 조성에 기여하였음.
국내에서 독자적으로 개발하고 출원한 백색광주사간섭계를 이용한 박막측정기술 관련 특허(US6,545,763B1)를 세계적인 전자측정기기 회사인 미국의 ZYGO㈜사에 기술이전 계약을 성사시킴으로써 국내기술의 우수성을 세계적으로 과시하였으며 본격적인 국내기술 수출의 전기를 마련하였음.
2004.07.21 조회수 20110