기계연, 2D 반도체 지능화 시스템 개발…"공정 효율성·생산성 동시 확보"

원자층 수준에서 6인치 웨이퍼 기반 합성·식각 자동화 및 공정 예측 가능

원자층(1~2nm) 수준의 2D 반도체를 인공지능(AI)으로 분석하고 제어할 수 있는 기술이 처음 개발됐다. 공정 재현성과 생산성을 획기적으로 개선할 것으로 기대된다.

한국기계연구원은 김형우 반도체장비연구센터 선임연구원 연구팀이 저온 플라즈마 기반 PECVD(플라즈마 강화 화학 기상 증착) 및 RIE(반응성 이온식각) 장비를 활용해 6인치 차세대 2D 반도체(MoS₂, WS₂) 합성·식각 공정을 개발하고, 이를 AI 기반 지능화 시스템으로 구현하는데 성공했다고 17일 밝혔다.

한국기계연구원이 플라즈마 AI지능화 시스템을 개발했다. 왼쪽부터 최성일 박사과정생, 변수지 석박통합과정생, 김형우 박사, 고은서·김성호 석박통합과정생, 김조동현 박사후연구원(사진=한국기계연구원)

연구팀은 공정 중 발생하는 빛과 가스 질량 변화를 실시간으로 측정하고, 이를 머신러닝 기반으로 분석해 공정 상태를 예측했다. 또 다양한 실시간 진단장비(OES, ToF-MS, QMS 등)를 활용, 시계열 다중모달 데이터를 확보하고, 이를 머신러닝 모델에 적용해 반도체 두께를 원자층 수준으로 정밀하게 예측하는 데도 성공했다.

이 기술은 저온 플라즈마 기반으로 공정을 설계, 기존 양산 장비와 호환된다. 단일 공정 기반 원자층 식각으로 공정 효율성과 생산성을 동시에 확보했다.

김형우 선임연구원은 “저온 환경에서 6인치 웨이퍼 규모의 2D 반도체 공정을 원자층 수준으로 구현한 데 의미가 있다”며 “앞으로 차세대 반도체 제조 공정 자동화·지능화를 위한 핵심 기술로 확장해 나갈 계획”이라고 말했다.