어플라이드 머티어리얼즈 Centura Sculpta 패터닝 시스템

어플라이드 머티어리얼즈(www.appliedmaterials.com/ko)가 획기적인 패터닝 기술을 공개했다. 이 기술을 통해 반도체 제조사는 고성능 트랜지스터 제작 및 배선층 제작 과정에서 EUV 노광 스텝(step)을 줄임으로써 첨단 반도체 제조에 소요되는 비용 및 복잡성을 낮추면서, 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있다.

고객들은 EUV의 분해능(resolution) 한계보다 작은 반도체 소자를 프린팅할 때 칩 면적 최적화를 위해 EUV 더블 패터닝 사용을 확대하고 있다. 반도체 제조사는 고밀도 패턴을 절반으로 분할하여 프린팅하는 EUV 더블 패터닝을 사용해 EUV의 분해능 한계에 대응하는데 이때 마스크 2개가 제작되고 절반으로 분할된 패턴은 모두 층간 패터닝 필름에 결합된 후 웨이퍼에 식각된다. 이러한 더블 패터닝은 소자 밀도 증대 측면에서 효과적이지만 설계와 패터닝을 복잡하게 하고 시간, 에너지, 재료, 물이 소비되는 여러 공정 스텝이 필요해 웨이퍼 팹 및 웨이퍼 생산 비용을 높인다.

어플라이드 머티어리얼즈 ‘Centura Sculpta’ 패터닝 시스템

어플라이드 머티어리얼즈는 추가적인 비용, 복잡성, 에너지, 재료 소비 없이 반도체 제조사가 설계를 축소할 수 있도록 여러 주요 고객사와 긴밀히 협력해 ‘Centrua Sculpta’ 패터닝 시스템을 개발했다.

반도체 제조사는 싱글 EUV 패턴을 프린팅한 다음 Sculpta 시스템을 사용해 패턴 형태를 원하는 방향으로 길게 늘려 소자 간 간격을 줄이고 패턴 밀도를 높일 수 있다. 최종 패턴은 싱글 마스크로부터 생성되기 때문에 설계 비용과 복잡성이 줄어들고 더블 패터닝 정렬 오류로 인한 수율 저하 위험도 사라진다.

EUV 더블 패터닝에는 CVD(화학기상증착) 패터닝 필름 증착, CMP(화학기계연마) 세정, 포토레지스트 증착 및 제거, EUV 노광, 전자빔 계측, 패터닝 필름 식각, 웨이퍼 세정 등 여러 단계의 추가 제조 공정 스텝이 요구된다.

Sculpta 시스템은 EUV 더블 패터닝의 각 시퀀스를 대체하며 반도체 제조사에게 ▲10만 WSPM(Wafer Starts Per Month) 생산능력당 2억5,000만 달러 이상의 자본 비용 절감 ▲웨이퍼당 50달러 이상의 생산 비용 절감 ▲웨이퍼당 15kWh 이상의 에너지 절감 ▲웨이퍼당 0.35kg 이상의 이산화탄소에 해당하는 직접 온실가스 배출량 감축 ▲웨이퍼당 15리터 이상의 용수 절감 등의 혜택을 제공한다.

프라부 라자(Prabu Raja) 어플라이드 머티어리얼즈 반도체 사업부 수석 부사장 겸 총괄 매니저는 “새로운 Sculpta 시스템은 재료 공학 발전이 EUV 노광을 보완함으로써 반도체 제조사가 칩 면적 및 비용을 최적화함과 동시에 첨단 반도체 생산 분야에서 증가하는 경제∙환경 문제를 해결하는데 어떤 역할을 할 수 있는지 보여주는 좋은 사례”라며, “Sculpta 시스템 특유의 패터닝 형성 기술은 어플라이드의 리본 빔(ribbon-beam)과 재료 식각 기술을 결합, 패터닝 엔지니어의 툴킷을 위한 획기적 혁신”이라고 밝혔다.

라이언 러셀(Ryan Russell) 인텔 로직 기술 개발 그룹 부사장은 "무어의 법칙에 따라 컴퓨팅 성능과 밀도가 더욱 높아지는 가운데 Sculpta의 패터닝 형성 기술은 제조 비용과 프로세스 복잡성을 줄이고 에너지와 자원절약에 도움되는 중요한 신기술임이 입증됐다"며 "인텔은 공정 설계 과정에서부터 Sculpta 시스템을 최적화하기 위해 어플라이드 머티어리얼즈와 긴밀하게 협력해오고 있으며, Sculpta 패터닝 형성 설비를 배치함으로써 설계 및 제조 비용, 공정의 사이클 타임을 최소화하고 환경 영향을 줄일 수 있도록 지원할 예정"이라고 전했다.

박종철 삼성전자 파운드리 사업부 식각 기술 팀 마스터는 “패터닝 한계를 극복하기 위해서는 일반적으로 팁 간격 조절, 패턴 브릿지 결함, 라인 에지 러프니스(roughness) 3가지 중요 과제를 해결해야 한다”며 “혁신적인 패터닝 형성 기술의 초기 개발 파트너로서 볼 때, 어플라이드 Sculpta 시스템은 전 세계 반도체 제조사가 위와 같은 패터닝 문제를 극복하고 생산 비용을 줄이는데 큰 도움이 되는 매력적인 해결책”이라고 말했다.

댄 허치슨(Dan Hutcheson) 테크인사이트 부회장은 “어플라이드 머티어리얼즈의 새로운 Sculpta 시스템은 패터닝 혁신으로 반도체 제조사에게 기존과는 전혀 다른 역량을 제공한다”며 “업계가 칩 미세화 한계에 계속 도전함에 따라 우리는 반도체 전력, 성능, 면적, 비용을 향상시키는 동시에 설계 비용, 에너지, 재료 소비를 줄여주는 어플라이드 패터닝 형성 기술과 같은 혁신이 필요하다. 패터닝 전문가에게 Sculpta는 CMP 출시 이후 가장 획기적인 제품”이라고 전했다.

Sculpta 시스템은 현재 유수의 반도체 제조사 사이에서 각광받고 있으며, 로직 양산 공정 여러 스텝에서 품질이 검증된 생산 툴로 선택되고 있다. 어플라이드의 최신 Centura Sculpta 패터닝 시스템에 대한 자세한 정보 및 ‘축소를 위한 새로운 방안: 첨단 패터닝 제품 출시’ 행사 자료는 어플라이드 웹사이트에서 확인할 수 있다.