전자빔(eBeam) 이미징의 혁신으로 주목받는 냉전계 방출(CFE∙Cold Field Emission) 기술이 상용화 단계에 접어들었다. 13일, 어플라이드는 CFE 기술에 기반한 전자빔 시스템 SEM비전 G10, 프라임비전 10을 출시했다.
CFE 기술을 통해 나노미터 단위의 기저부 결함 검사 및 이미징 작업을 향상시킬 수 있다. 차세대 GAA(Gate-All-Around) 로직 칩은 물론 고집적도 D램, 3D 낸드 메모리 개발 및 생산 속도 개선이 가능해진다.
지금까지 반도체 제조사는 크기가 너무 작아 광학 시스템으로 확인되지 않는 결함을 검출 및 분류하기 위해 전자빔 기술을 사용해왔다.
하지만 EUV 리소그래피를 사용해 2D 로직과 D램 미세화의 한계를 극복하고 GAA 로직 트랜지스터 및 3D 낸드 메모리 등의 복잡한 3D 아키텍처로 전환을 가속화하면서 표면 및 기저부 결함 검출 작업이 어려워지는 추세다. CFE 기술이 주목받는 이유다.
기존 고온전계 방출형(TFE∙Thermal Field Emission) 전자빔 시스템은 섭씨 1500도 이상에서 작동한다. 온도를 낮추면 빔 폭은 좁아지고 전자 개수가 많아지기 때문에 물리학자들은 나노미터 이하의 이미지 분해능 및 10배 빠른 이미징 속도를 구현하는 CFE 전자빔 기술 상용화에 기대를 걸었다.
하지만 TFE 시스템에서는 불순물이 자동으로 제거되지만 기존 CFE 기술로는 시스템 내 불순물이 전자빔 방출기에 축적돼 전자 흐름을 저해하므로 상용 애플리케이션에 적합한 안전성을 구현할 수 없다.
어플라이드는 CEF 전자빔 시스템 양산을 가능하게 하는 ▲극도의 초고진공 전자빔 컬럼 ▲새로운 자가 세정 모드라는 두 가지를 해결했다.
전자빔 방출기를 포함한 핵심 컴포넌트로 구성된 초고진공 전자빔 컬럼을 극도의 초고진공 운영 환경에서도 오염 물질을 현저히 낮추는 챔버 소재로 개발했다. 특수 펌프를 통해 1x10-11밀리바를 훨씬 밑도는 진공 상태를 유지하며, 이때 수치는 TFE 시스템에 비해 2~3자릿수(수십에서 수백 배) 향상되며, 우주의 진공 상태와 유사하다.
하지만 극도의 초고진공 상태에서도 전자빔 컬럼에 극미량의 잔류 가스가 형성될 수 있다. 전자빔 소스부(source tip)에 하나의 원자라도 부착되면 이 원자가 전자 방출을 부분적으로 가로막아 안정치 못한 운영을 발생시킬 수 있다. 어플라이드가 CFE 소스에서 오염물을 지속적으로 제거해 안정적이고 균일한 성능을 구현하는 순환적 자가 세정 프로세스를 개발한 배경이다.
SEM비전 G10 결함 리뷰 시스템은 CFE 기술을 사용해 나노미터 이하의 이미지 분해능과 어플라이드 기존 최고 성능 제품 대비 최대 3배 빠른 이미징 작업을 구현한다. 모든 로직 GAA 고객사가 SEM비전 G10 시스템을 공정 개발 툴로 선택해 이 시스템은 이미 4억 달러 이상의 매출을 거두었다. 또한 유수의 메모리 고객사들이 신규 D램과 낸드 공정 노드를 개발하고 기존 메모리 노드의 대량 생산 능력 확대를 위해 SEM비전 G10 시스템을 배치하고 있다.
프라임비전 10 결함 검출 시스템은 어플라이드 전자빔 포트폴리오에 새롭게 합류된 제품이다. 이 시스템은 웨이퍼 표면 미세 결함을 검사하기 위한 나노미터 단위의 분해능은 물론 3D GAA 구조 로직 소자 및 고종횡비(High Aspect Ratio) 메모리 소자의 수율에 영향을 미치는 치명적 결함을 검사하는 3D 검사 기술을 특징으로 한다. 프라임비전 10 시스템은 높은 전자빔 밀도로 TFE 기반 전자빔 계측 시스템보다 최대 10배 빠른 속도로 고분해능 이미지를 생성할 수 있다.
By 김현동 에디터 Hyundong.Kim@weeklypost.kr
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