EUV(극자외선) 기술을 이용한 반도체 생산 기술은 노광장비에 크게 의존적이지만 계측 기술에도 큰 도전과제를 안겨줬다. 계측이 가능해야 수율과 생산성을 개선하는데, 워낙 선폭이 미세한 탓에  최신의 CD-SEM(주사전자현미경)으로도 잘 보이지 않기 때문이다. 

미국 반도체 장비업체 어플라이드머티어리얼즈(AMAT)는 High-NA EUV 공정에 적용 가능한 CD-SEM ‘베리티SEM 10’이 출시 이후 30세트 인도됐다고 24일 밝혔다. 

High-NA는 EUV 빛을 집광하는 렌즈⋅반사경 크기를 확장해 기존 EUV 노광 대비 더 미세한 패턴을 그릴 수 있는 기술이다. 이석우 AMAT IPC 기술총괄은 “CD-SEM을 이용해 노광 직후와 식각 직후 각각 공정이 제대로 이뤄졌는지 계측한 뒤 재작업(rework)할 지, 웨이퍼를 폐기할 지 결정하게 된다”고 설명했다.

이처럼 미세한 패턴을 측정하는 건 기존 광학기술로는 어렵고 전자빔(eBeam)을 활용한 CD-SEM이 동원된다. 전자빔이 웨이퍼 패턴에서 발생시키는 신호를 검출, 이미지화해 구조를 관찰하는 것이다. 

다만 EUV에 이어 High-NA EUV 기술까지 등장하면서 CD-SEM 기술에도 업그레이드가 요구되고 있다. 통상 전자빔 CD-SEM의 해상도는 장비의 동작 전압을 높일수록 높아진다. 웨이퍼 표면에 떨어지는 전자빔 에너지(랜딩 에너지)가 높아져 미세패턴이 더 잘 보이는 것이다. 

그러나 무턱대고 전압을 올릴 수는 없다. 전압을 높이면 전자빔의 에너지가 웨이퍼 위의 포토레지스트를 수축시키기 때문이다. 계측을 위해 방사한 전자빔이 웨이퍼 표면에 변화를 일으키면 이후 공정에서 수율을 떨어뜨리는 원인이 된다. 

따라서 동작 전압은 낮추면서 계측 해상도는 높게 유지하는 최적의 균형점을 찾아야 한다. 이석우 총괄은 “전자빔 CD-SEM 내에 다양한 광학장치가 들어가는데 이들의 성능을 개선함으로써 전압을 높이지 않고 계측 해상도를 확보했다”고 설명했다. 

기존 ArF(불화아르곤) 노광 기술에서 쓰던 CD-SEM의 동작전압은 300~500볼트 수준이었지만, AMAT의 베리티SEM 10은 300볼트 이내다. High-NA EUV용으로는 150볼트 미만으로 더 줄일 수 있다. 1.4~1.6nm(나노미터)였던 해상력은 0.8~1.2nm까지 높였다. AMAT측은 베리티10 SEM의 웨이퍼 처리량(쓰루풋)이 종전 장비 대비 30% 증가했다고 설명했다. 

키스 웰스 AMAT IPC그룹 부사장은 “베리티SEM 10 시스템은 낮은 랜딩 에너지와 높은 분해능, 빠른 이미징 속도가 절묘하게 결합돼 High-NA EUV, GAA(게이트올어라운드) 트랜지스터, 고집적도 3D 낸드플래시로의 전환에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.