어플라이드머티어리얼즈(AMAT)가 새로운 패턴거리(CD) 측정 계측시스템 ‘베리티SEM(VeritySEM) 10’을 일반에 정식 공개했다. 베리티SEM 10은 극자외선(EUV)와 함께 새로 부상하는 High-NA EUV 리소그래피 공정으로 패터닝된 반도체 소자의 패턴 거리측정(CD)을 정밀하게 측정하도록 설계된 계측 시스템이다.

반도체 기업은 리소그래피 스캐너가 마스크에서 포토레지스트로 패턴을 형성하면 패턴 거리측정 주사전자현미경(CD-SEM)을 사용해 서브 나노미터 단위로 측정할 수 있다. 이와 같은 계측은 리소그래피 공정 성능을 해당 스텝에서 지속 보정함으로써 패턴이 웨이퍼로 식각되기 전 이에 대한 정확성을 보장해준다. 

식각 후 설계 패턴과 웨이퍼 상 결과를 비교하기 위해 CD-SEM이 사용된다. 이런 방식으로 CD-SEM은 식각 공정 제어를 지원하고 리소그래피와 식각 사이의 피드백 루프를 활성화함으로써 전체적인 공정 조율을 위한 상호연관성 높은 데이터세트를 제공한다.

반도체 소자의 패턴 거리측정은 EUV, 특히 High-NA EUV 공정에서 포토레지스트 두께가 얇아지면서 점점 복잡해지고 있다. 서브 나노미터의 정확한 계측을 제공하는 고분해능 이미지를 캡처하기 위해서는 CD-SEM이 극도로 얇은 포토레지스트가 점유한 좁은 공간에 얇은 전자빔을 정확하게 조사하는 기술이 핵심이다.

일반적으로 전자빔 에너지는 포토레지스트와 상호작용하며 조사되는 전자빔의 랜딩 에너지가 너무 높으면 포토레지스트가 수축돼 패턴왜곡으로 오류가 발생한다. 

기존 CD-SEM은 섬세한 High-NA 포토레지스트와 상호작용을 최소화하기 위해서는 얇은 포토레지스트에만 조사하는 낮은 랜딩 에너지를 이용해야 하지만, 그간 해상도의 한계로 인해 고분해능 이미지를 생성할 수 없다.

AMAT는 “베리티SEM 10 시스템은 낮은 랜딩 에너지로 기존 CD-SEM에 비해 2배 높은 분해능을 가능케 하는 독특한 아키텍처로 설계됐다”며 “30% 빠른 스캔 속도로 포토레지스트와 상호작용을 축소하고 처리량을 높인다”고 강조했다.

베리티SEM 10 시스템의 업계 최고 분해능과 스캔속도는 EUV, High-NA EUV 리소그래피 및 식각 공정에 대한 제어력을 높여줘 반도체 제조사는 공정 개발을 가속화하고 대량 생산수율을 극대화할 수 있다는 게 AMAT의 설명이다.

현재 다수의 고객사에서 게이트올어라운드(GAA) 로직 트랜지스터, 3D 낸드(NAND) 메모리를 포함한 3D 디자인의 패턴 거리측정 애플리케이션에 베리티SEM 10을 도입한 상태다라고 AMAT는 전했다.

베리티 SEM 10은 GAA 칩의 여러 애플리케이션 가운데 트랜지스터 성능의 핵심인 선택적 에피택시 공정을 계측·식별하는 데 사용된다. 3D 낸드플래시 메모리에 대해 광각 이미징과 높은 초점 심도를 제공하면서 모든 계단식 상호연결 구조를 계측하고 식각 공정 레시피를 조정을 지원한다.

키스 웰스 AMAT 이미징·공정제어그룹 부사장은 “베리티SEM 10 시스템은 CD-SEM 분야의 획기적 기술로서 앞으로 업계 변곡점이 될 주요 기술의 계측 문제를 해결한다. 낮은 랜딩 에너지와 높은 분해능, 빠른 이미징 속도가 결합된 이 시스템은 High-NA EUV, GAA 트랜지스터, 고집적도 3D 낸드로 전환하는 과정을 지원한다”고 말했다.