스핀온 패터닝 필름의 대안 ‘스텐사 CVD’로 2D EUV 로직 공정미세화 확대

어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials)는 고객들이 EUV(극자외선)로 2D 공정미세화를 지속할 수 있게 하는 혁신 기술과 차세대 3D GAA(Gate All Around) 트랜지스터 제조를 위한 기술 포트폴리오를 발표했다.

반도체 제조사들은 트랜지스터 집적도를 높이기 위해 두 가지 상호보완적 방법에 집중하고 있다. 그 중 하나는 전통적인 무어의 법칙에 기반한 2D 공정미세화로, EUV 리소그래피와 재료공학을 사용해 선폭을 축소하는 것이다. 다른 하나는 설계 기술 공동최적화(DTCO)와 3D 기술로 로직 셀 레이아웃을 효율적으로 최적화해 리소그래피 선폭 변화에 구애받지 않고 집적도를 높이는 것이다.



후면 배전망과 GAA 트랜지스터를 포함하는 후자 방법은 전통적 2D 공정미세화의 한계로 향후 몇 년 간 로직 집적도 향상에 있어 그 역할이 더욱 커질 것으로 전망된다. 이 기술들을 병행해 사용하면 반도체 제조사는 PPACt(전력?성능,크기,비용,시장출시기간)가 향상된 차세대 로직 칩을 더욱 쉽게 개발할 수 있다.

프라부 라자(Prabu Raja) 어플라이드 머티어리얼즈 반도체 제품 그룹 부사장 겸 총괄 매니저는 “어플라이드는 고객을 위해 PPACt를 실현하는 기업이 되는 것이 전략”이라며, “우리는 고객들이 EUV로 2D 공정미세화를 지속할 수 있는 7개의 혁신 기술을 공개했다”고 말했다.

그는 “GAA 트랜지스터는 오늘날의 핀펫(FinFET) 트랜지스터와는 근본적으로 다른 방식으로 제작된다. 어플라이드는 이상적인 GAA 게이트 산화물과 메탈 게이트 구현을 위한 2종의 새로운 IMS(Integrated Materials Solutions)를 개발하였으며, 에피택시(epitaxy) 공정, 원자층 증착, 선택적 박막 제거 공정 등 광범위한 GAA 제조용 제품 라인을 발표했다”고 말했다.

신규 IMS 시스템 2종 포함

EUV 리소그래피의 출현으로 반도체 제조사들은 선폭을 줄이고 트랜지스터 집적도를 높일 수 있게 됐다. 그러나 EUV를 통한 공정미세화를 지속하기 위해 증착, 식각, 계측 공정에서 새로운 방식을 찾아야하는 과제를 안게 됐다.

EUV 레지스트 개발에 이어 웨이퍼에 패턴을 형성하기 위해서는 하드마스크나 여러 희생 레이어들의 증착 및 식각이 필요하다. 이 때 사용되는 희생 레이어들은 일반적으로 스핀온(spin-on) 방식으로 증착된다. 어플라이드가 새로 공개한 EUV용 ‘스텐사 어드밴스드 패터닝 필름(Stensar Advanced Patterning Film)’은 어플라이드의 ‘프리시전 CVD(Precision CVD)’ 시스템을 통해 증착된다.

어플라이드의 CVD 필름은 스핀온 증착과 다르게 EUV 하드마스크 레이어 두께와 식각 특성을 조절할 수 있다. 반도체 제조사가 이 필름을 사용하면 웨이퍼 전체에 완벽에 가까운 EUV 패턴 전사 균일도를 구현할 수 있다.

어플라이드는 ‘Sym3 Y’ 식각 시스템도 소개했다. Sym3 Y 식각 시스템을 사용하면 고객들은 동일 챔버에서 박막의 식각 및 증착이 가능해 웨이퍼를 식각하기 전에 EUV 패턴을 개선할 수 있다. Sym3 챔버는 EUV 레지스트 물질을 완만하게 제거한 다음 ‘확률적 오류’로 발생한 패턴 가변성을 보상하여 평준화하는 고유의 방식으로 박막을 재증착한다. 개선된 EUV 패턴은 수율을 높이고 반도체의 전력과 성능을 증대시킨다. 이 같은 어플라이드 Sym3 기술을 바탕으로 메모리 분야를 넘어 로직과 파운드리 분야에서도 빠르게 성장하고 있다. 현재 어플라이드는 D램 메모리 시장에서 컨덕터 식각 시스템 분야의 1위 공급업체다.

이와 더불어 어플라이드는 ‘프로비전(PROVision) 전자빔(eBeam)’ 계측 기술을 선보였다. 이 기술은 전체 웨이퍼에 걸쳐 멀티레이어 칩 내부를 자세히 측정할 수 있기 때문에 EUV 패턴 선폭을 정밀하게 계측한다. 다른 계측 기술로는 진단이 불가능한 ‘엣지 배치 오류’를 해결할 수 있어 고객에게 도움을 주고 있다. 어플라이드의 전자빔 시스템 수익은 2021년 약 두 배로 증가하여 전자빔 기술 분야 선두 공급업체가 됐다.