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“반도체 공정의 미세화, 적층화가 진행되면서 시스템반도체 및 메모리반도체 모두 전자빔(e빔) 저온전계방출(CFE: Cold Field Emission) 검사장비 채용이 늘고 있다.”

이석우 어플라이드머티어리얼즈(AMAT) 기술총괄은 12일 《디일렉》이 주최한 ‘어드밴스드 리소그래피&패터닝 테크 콘퍼런스 2023’에서 이같이 밝히고 e빔 장비 시장의 성장세가 이어질 것으로 전망했다.

반도체 공정은 1장의 웨이퍼에서 얼마나 많은 제품을 생산할 수 있는지가 경쟁력이다. 시스템반도체와 D램은 회로의 선폭을 줄이는 미세공정이 핵심이다. 시스템반도체는 2nm D램은 10nm급까지 상용화했다. 낸드플래시는 3차원(3D)으로 쌓고 있다. 200단 이상까지 올라갔다.

하지만 미세화와 적층화가 이뤄질수록 불량은 검출하기 어려워진다. 결함도 미세하고 층층이 쌓인 제품 속에 존재하기 때문이다. 결함 검사도 이를 얼마나 빨리 최소 비용으로 찾아낼 수 있는지가 사업의 성패를 좌우하게 됐다.

그간 결함 검사장비의 주류는 광학식 장비였다. 여기에 더해 e빔, 그 중에서도 고온전계방출형(TFE: Thermal Field Emission) 활용도도 늘어나는 추세다. 하지만 광학식 장비나 TFE 장비로는 갈수록 미세화, 적층화 되는 칩 회로의 미세결함을 찾아내기엔 한계가 있다는 게 업계 중론이다. 

AMAT도 EUV로 대표되는 초미세화 공정 확산에 맞춰, 기존 계측·검사장비가 맞닥뜨릴 주요 도전과제를 다음과 같이 꼽는다. ▲회로간 간격이 더욱 좁아지는 동시에 결함의 크기도 작아지는 문제 ▲3D 적층 구조 도입 ▲미세회로 구현에 있어 필연적으로 나타나는 스토캐스틱(확률론적 오류) ▲ PATTERN VARIATIONS 등이다. 

이 총괄은 “e빔, 특히 CFE는 광학식이나 TFE e빔에 비해 높은 해상도와 정밀한 영역과 깊이를 살필 수 있다”며 “업계 전반적으로 검사 과정에 CFE e빔 장비를 필수로 넣는 추세”라고 설명했다.

물론 광학식이나 TFE e빔 검사장비가 사라진다고 보기는 어렵다. CFE e빔 장비는 광학식 장비에 비해 비용이 높고 검사 시간이 길다. 공정과 반도체 가격 등에 따라 검사 장비가 달라질 것으로 여겨진다.

이 총괄은 “▲게이트올어라운드(GAA) ▲극자외선(EUV) 공정 등을 중심으로 CFE e빔 장비의 영역이 커지는 중이고 비용과 속도 개선도 지속적으로 이뤄지고 있다”며 “각각의 영역에서 상호 보완적인 시장을 창출할 것”라고 전망했다.

디일렉=윤상호 기자 [email protected]
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