반도체 EUV미세공정에 따른 CD측정 도전과 Hitachi사GT2000의 혁신

반도체칩디자이 축소되면서 단일 디지털 나노미터 영역에 접근하고 있으며, 이로 인해 공정 제어를 위한 Critical Dimension (CD) 측정이 점점 더 어려워지고 있습니다. 현재 인라인 공정 모니터링에서 사용되는 두 가지 주요 CD 측정 방법은 CD-SEM과 OCD이며, CD-SEM이 여전히 주도적인 역할을 하고 있습니다. OCD는 CD, 패턴 프로파일 및 기타 물질 특성에 대한 정보를 제공할 수 있지만, 회절 격자(Grating) 동작이 필요하고 면적 평균을 보고하기 때문에 CD-SEM의 보완적인 역할을 합니다.

 

우리는 전자빔(e-beam) 용량이 포토레지스트(PR) 축소를 유발한다는 것을 알고 있으며, 이는 CD-SEM 레시피를 최적화하는 데 어려움을 추가합니다. 또한, 더 작은 CD 차원에서 PR 개발 중 PR 붕괴를 방지하기 위해, 피처의 면적 비율이 너무 높지 않도록 유지해야 하며, 이는 더 얇은 PR과 낮은 착륙 에너지(Landing Energy) SEM이 필요할 수 있음을 의미합니다.

 

Hitachi High-Tech는 100V까지 낮은 착륙 에너지를 지원하는 새로운 CD-SEM 도구인 GT2000을 출시했습니다. 이 장비는 흥미로운 기능을 가지고 있습니다. 홍보 자료에 따르면, 32 nm 피치 L/S 패턴에서 착륙 에너지에 따른 PR 축소 수준을 보여주었으며, CD를 반 피치(16 nm)로 고려할 경우, 100V에서의 2.86 nm 축소(17.8%)는 상당한 수준입니다. 

 

반도체 제조 공정에서 치수 축소가 둔화되면서 단일 디지털 나노미터 영역에 접근하고 있습니다. 이로 인해 공정 제어를 위한 Critical Dimension (CD) 측정이 점점 더 어려워지고 있습니다. 현재 사용되는 두 가지 대표적인 CD 측정 방법은 CD-SEM과 OCD이며, CD-SEM이 여전히 주도적인 역할을 하고 있습니다. OCD는 CD, 패턴 프로파일 및 기타 물질 특성을 보고할 수 있지만, 모델에서 필요한 회절 격자(Grating) 동작과 각 개별 특징이 아닌 면적 평균을 보고하는 방식으로 인해 CD-SEM의 보완적인 역할을 합니다.

CD-SEM과 OCD의 특징 및 도전 과제

1. Critical Dimension Scanning Electron Microscopy (CD-SEM)
   • 사용: CD-SEM은 높은 해상도와 개별 피처에 대한 자세한 이미지를 제공할 수 있어 공정 모니터링에서 여전히 주도적인 방법입니다.
   • 도전 과제: 차원이 줄어들수록 전자빔(e-beam) 상호작용이 포토레지스트(PR)에 미치는 영향이 커집니다. 전자빔의 용량은 PR 축소를 유발할 수 있으며, 이는 CD-SEM 레시피 최적화를 복잡하게 만듭니다. 또한 PR 개발 중 PR 붕괴를 방지하기 위해 낮은 비율의 면적 비율을 유지해야 하며, 이는 더 얇은 PR과 낮은 착륙 에너지 SEM이 필요함을 의미합니다.
2. Optical Critical Dimension (OCD)
   • 사용: OCD는 CD, 패턴 프로파일 및 물질 특성에 대한 정보를 제공하는 보완적인 방법입니다. 회절 격자와 모델을 사용하여 데이터를 해석하기 때문에 개별 피처가 아닌 면적 평균을 보고합니다.
   • 도전 과제: OCD는 회절 격자와 모델 기반 분석에 의존하므로, CD-SEM만큼 세밀한 세부 사항을 포착하지 못할 수 있어 개별 피처 측정보다는 더 넓은 공정 모니터링에 적합합니다.

혁신과 도전 과제

1. 전자빔 용량의 영향
   • 포토레지스트 축소: 전자빔 용량이 포토레지스트 축소를 유발할 수 있으며, 이는 CD 측정에 영향을 미칩니다. CD-SEM 레시피를 조정하여 이 축소를 고려하는 것이 도전 과제입니다.
2. 면적 비율 고려
   • 피처 면적 비율: PR 붕괴를 방지하기 위해 피처의 면적 비율을 관리해야 합니다. 이는 더 얇은 PR과 낮은 착륙 에너지를 요구하며, 측정 과정에 복잡성을 더합니다.