3D NAND 공정 문제를 공략하는 PWG5™와 3nm 로직 결함과 맞붙는 Surfscan® SP7XP
KLA는 PWG5™ 웨이퍼 기하 구조 계측 시스템과 Surfscan® SP7XP 웨이퍼 결함 검사 시스템의 2가지 신제품을 발표했다. 이들 새로운 시스템은 최첨단 메모리 및 로직 집적 회로 제조에서 매우 어려운 문제를 해결하도록 설계되었다.
분자 초고층 건물처럼 더 높이 적층되어 성능이 가장 뛰어난 플래시 메모리는 3D NAND로 불리는 아키텍처로 만들어진다. 지속적으로 공간 효율성과 경제적인 비용을 추구하는 상황에서 이미 최첨단 모바일 기기에 적용되어 시판된 적층 96단 최고 등급 메모리 칩은 곧 128단 이상의 3D NAND 구조로 대체될 것이다. 이 복잡한 구조를 제조하기 위해서는 다양한 재료의 수백 개의 박막을 증착한 후, 수 마이크론 깊이와 100분의 1 마이크론 너비의 구멍을 식각하고 채워 메모리 셀을 생성해야 한다. 그런데 이러한 박막 적층이 더 높아지면 웨이퍼에 응력을 유발하여 웨이퍼 표면 평탄도가 변형된다.
이렇게 뒤틀린 웨이퍼는 후속 공정의 균일성과 패터닝 무결성에 영향을 주어 궁극적으로는 최종 소자의 성능과 수율에 영향을 미치게 된다. PWG5 계측 시스템은 전례 없는 고해상도로 웨이퍼 기하 구조의 미세한 변형을 측정해 패턴 웨이퍼 변형을 식별하고 수정할 수 있다. 또한 이렇게 중요한 웨이퍼 기하 구조 측정은 인라인 속도에서 큰 변형(휘어짐) 범위에 대해서 수행될 수 있다.
KLA의 Surfscan 과 ADE 사업부 총괄 책임자인 지젠 바자에파람빌(Jijen Vazhaeparambil)은 “3D NAND의 복잡한 다층성으로 인해 웨이퍼 기하 구조 측정이 주목받고 있다”며 “새로운 패턴 웨이퍼 기하 구조 시스템인 PWG5는 웨이퍼 앞면과 뒷면의 평탄도 편차를 동시에 측정할 수 있는 감도를 갖고 있다. 최초의 인라인 속도와 탁월한 해상도는 3D NAND 뿐만 아니라 선진 DRAM 및 로직 응용도 지원한다. KLA의 5D Analyzer® 데이터 분석 시스템과 결합된PWG5는 고객이 웨이퍼 재작업, 공정설비 재교정, 리소그래피 시스템 알람같은 의사결정을 하는데 도움을 주어 최상의 패터닝 교정이 적용될 수 있도록 해준다. PWG5 시스템은 공정 제어에 있어서 중추적인 역할을 하여 선진 메모리 및 로직 수율, 성능, 팹 수익성을 증대시키는데 도움을 준다”고 설명했다.
반도체 업계에서는 3nm 노드가 개발 중인 가운데 5nm 노드 소자의 대량 생산이 늘고 있다. (반도체 산업에서 사용되는 노드 명명법은 트랜지스터의 가장 작은 치수와 관련이 있다. 비교를 위해 3nm은 DNA 이중나선 직경의 약 절반이다.) EUV 리소그래피는 이러한 노드 내에서 가장 중요한 층에 보편적으로 사용되고 있으며, 소자 제조는 finFET 또는 GAA 트랜지스터 구성과 같은 새로운 기하 구조에 의해 더욱 복잡해진다.
이렇게 작고 복잡한 형상을 재현 가능한 방식으로 웨이퍼에 수십억 번 패턴화하기 위해서는 시작 기판 및 재료의 신중한 검증을 위한 비패턴 웨이퍼 검사기 사용, 공정 및 설비의 빈번한 모니터링을 포함하여 정교한 결함 제어가 필요하다. Surfscan SP7XP 비패턴 웨이퍼 결함검사 시스템은 감도와 처리량이 개선되고, Surfscan SP7를 기준으로 했을 때 보다 더 넓은 범위의 전면에 덮힌 박막및 기판 유형에서 보다 더 넓은 범위의 결함을 검출 및 식별할 수 있도록 머신 러닝 기반의 결함 분류를 도입하고 있다.
바자에파람빌 총괄책임자는 “Surfscan의 설계팀은 감도 및 결함 분류를 지원하기 위한 기술 발전뿐만 아니라 비용 개선에도 초점을 맞추었다”라고 덧붙였다. 그 결과 Surfscan SP7XP는 R&D에서부터 첨단 설계 노드 기판 및 소자의 대량 생산에 이르기까지 비패턴 웨이퍼 검사 응용을 위한 대표적인 단일 설비 해법이 되고 있다. 이 장비는 현재 실리콘 웨이퍼 제조업체, 무결점 공정을 개발하는 반도체 장비 제조업체, 반입되는 웨이퍼, 공정및 설비 품질을 보장하기 위한 반도체 팹에서 사용 중이다.
