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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
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임용택 교수, GCMM 2010 학회 연구업적상 수상
지난 11월 22일부터 24일까지 태국 방콕에서 개최된 "제10차 제조업 및 경영 글로벌학회(Global Congress of Manufacturing and Management, GCMM 2010)"에서 기계공학과 임용택 교수가 소성가공(塑性加工)공정 및 제조업 분야에서의 연구 활동을 인정받아 연구 업적상 (Excellence for Research and Scholarship in the Area of Metal Forming and Manufacturing)을 수상했다.
GCMM(http://www.gcmm2010.org)은 정보통신기술(IT)을 제조업 시스템과 운영에 적용, 제조업계 발전을 도모하는 국제학회로, 호주 퀸즈랜드 공대(Queensland University of Technology)와 인도 벨로어 공대(Vellore Institute of Technology)의 공동 주최로 지난 2002년 태국 방콕에서 처음으로 개최된 후 격년제로 열리고 있다.
이번 학회에서 연구업적상을 수상한 임용택 교수는 소성가공 공정을 위한 유한요소 해석 프로그램을 개발했으며, 해석결과를 공정설계와 연계하는 자동설계시스템을 만들기도 했다. 최근에는 금속성형 공정에서 중요한 마찰계수를 측정하는 팁시험방법을 고안했고, 현재는 나노 벌크재 개발 및 이를 응용한 고강도 부품 개발에 매진하고 있다. 10여 개의 국내·외 특허를 보유하고 있는 임 교수는 170여 편의 논문을 국내·외 논문집에 게재하였으며, 지난 2007년부터는 선재분야 POSCO 철강 전문교수로 활동하고 있다.
아울러 이번 학회에는 태국 정부 국무총리실 산하 개혁정책처(Innovative Policy Office)의 녹색성장위원회 사무총장인 피쳇 두롱카베로이(Pichet Durongkaveroj) 박사가 참석했는데, 그는 3년 전부터 KAIST를 벤치마킹하여 태국에 국립과학기술원(Thailand Advanced Institute of Science and Technology, THAIST)를 설립하기로 결정했다고 밝혔다. 태국 정부는 메콩강 주변지역을 글로벌 지식경제 산업을 선도하는 거점지역으로 발전시키는 계획을 세워두고 있으며, 이를 위해 THAIST를 현존하는 9개의 연구중심대학과 연계시켜 키워나갈 것이라고 피쳇 박사는 부연했다.
이밖에도 태국 정부는 전기기차 (Electric Train) 개발을 주도하기 위해 우리 돈 38조원에 이르는 1조 바트(Bhat)를 철도 시스템 개선에 투자하고, 기술개발주도형 인프라시스템을 구축하기 위해 고급연구인력 수입에 대한 세제지원을 강화하고, 전체 연구비의 70%까지를 기업연구에 확대 투자해 기업의 연구 활동을 장려하는 정책을 입안 중이라고, 피쳇 박사는 밝혔다.
이로써 KAIST는 일본 과학기술연구원(Japan Advanced Institute of Science and Technology, JAIST), 홍콩 과학기술대학(Hongkong University of Science and Technology, HKUST)에 이어 연구중심대학으로서의 롤 모델 역할을 수행함은 물론 각 국의 성장동력원의 주력으로 자리매김하고 있다.
2010.11.26
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나정웅, 최병규교수, 한국 공학상 수상자 선정
우리학교 나정웅(羅正雄, 68세) 전자전산학과 명예교수와 최병규(崔炳奎, 60세) 산업 및 시스템 공학과 교수가 제8회 "한국공학상" 전자분야와 산업공학분야 수상자로 각각 선정됐다.
나정웅 교수는 전자파의 공진산란을 실험적으로 발견하고, 이 원리를 사용한 지하 100여m 깊이에 직경 2m 정도의 땅굴을 찾을 수 있는 시추공 전자파 레이더를 개발하여 휴전선의 제 4땅굴 발견 등 다수의 업적으로 수상하게 됐다.
CAM(Computer Aided Manufacturing)기술은 IT기술을 제조에 접목하여 제조경쟁력을 높일 수 있는 기반기술을 의미하는데, 최병규 교수는 주로 기계가공 및 제조시스템운영의 자동화, 정보화, 지능화에 관한 기술 개발에 주력했고, SWEEP® 개발(1989년), 대형 선박 프로펠러 가공시스템 개발(1992년), Soft-Master® 개발(1992년) 등 컴퓨터원용제조(CAM) 시스템 기술 연구개발한 업적으로 수상하게 됐다.
이번 수상자는 지난해 7월에 공고하여 수상후보자로 추천된 국내 정상급 과학자 22명을 대상으로 1차 세부분야 심사, 2차 분야별 심사를 거쳐 과학기술계 인사 17명으로 구성된 종합심사위원회에서 최종 확정됐다.
한국공학상은 1994년 제정되어 격년으로 시행하고 있으며, 현재까지 전기, 기계, 화학, 토목 등 공학분야에서 총 21명이 배출되었으며, 교육과학기술부와 한국과학재단은 “한국공학상 시상제도를 통해 과학기술자들의 사기 진작은 물론 뛰어난 연구 성과를 낼 수 있는 분위기를 조성해 나가고 있다”고 밝혔다.
2009.03.19
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