Special 차세대 단결정 성장기술 및 산업응용 동향(2)

반도체 웨이퍼 결함 검사장비용 CaF2 단결정 및 대물렌즈

최주현_한국광기술원 광학렌즈소재연구센터 센터장/수석연구원
김선훈_한국광기술원 광학렌즈소재연구센터 수석연구원
손원배_한국광기술원 광학렌즈소재연구센터 선임연구원
 

1. 서론

반도체 검사 시스템은 제조된 반도체가 정상적으로 동작하는지, 결함이 없는지 등을 확인하는 작업으로 고객사에 정상 동작하는 양품만을 전달함으로써 고객 만족도 및 신뢰도 제고를 위한 일련의 프로세스에 활용된다. 반도체 제조공정은 수백 단계로 몇 개월에 걸쳐 이루어지는데, 프로세스 초기에 결함이 발생하면 많은 시간이 소요되는 후속 단계에서 수행되는 모든 작업이 낭비될 수 있다. 따라서 제조공정의 특정 수율을 유지(Process Control)할 수 있도록 반도체 제조공정의 중요한 지점에 계측 및 검사 공정이 필요하다. 크게 반도체를 검사하는 방식에 따라서 광학식 검사와 전기식 검사로 분류할 수 있다. 먼저 전기적 검사방법은 개별 칩이 원하는 품질 수준에 도달했는지를 확인하는 방식으로 Probe card로 반도체 칩과 테스트 장비를 연결하여 불량 칩을 선별하는 방법이다. 광학식 검사방법은 광원으로부터 조사되는 빛을 제품에 투과 또는 반사 시키어 이미지를 획득하고, 이를 양품과 비교해 제품의 결함을 찾아내는 방식이다.
반도체 검사 시스템은 크게 Inspection(검사), Metrology(계측), Review(리뷰)로 분류할 수 있다. Inspection은 이미지를 통한 비교로 defect를 검출하는 과정이고, Metrology는 회로 선폭이나 정렬도 계측하는 과정이며, Review는 Inspection을 통해 찾게 된 defect 하나하나를 좀 더 세밀하게 가까이서 검토하는 과정이다. 반도체 구조는 반도체 칩의 집적화와 고품질 전자기기에 대한 필요성 증가로 인하여 보다 복잡하고 소형화된 형태로 변화 고도화되고 있으며, Planar FET → Planar FET + Fin FET → Fin FET + GAAFET 구조로 진화되어 가고 있다. 이와 더불어 검사시스템에 있어서도 미세한 검사를 위해 적용되는 광원 파장이 단파장 쪽으로 짧아져 가는 추세이며, 365nm, 266nm, 193nm 및 향후 EUV 13.5nm 파장 대역도 적용이 예상되어 진다.
그리고 반도체 검사를 위해서는 수 나노미터 수준으로 작아지는 반도체 패턴을 검사하기 위한 높은 분해능이 요구되는데, 반도체 검사장비에 있어서 핵심 성능인 분해능을 좌우하는 부품은 자외선 광학부품이 사용되는 대물렌즈이다. 또한 높은 분해능을 구현하기 위해 사용되는 자외선 단파장 대역 광원에 적합한 대표적인 대물렌즈용 소재 중 하나가 CaF2이다. 자외선 대역용 대물렌즈 및 이를 위한 CaF2 소재 시장의 대부분은 독일, 일본, 미국 등이 점유하고 있다. 한편 반도체 제조 강국이라고 할 수 있는 국내는 반도체 검사장비에 대한 투자가 매년 꾸준히 이루어지고 있으나, 이를 위한 검사장비는 KLA가 시장의 독점적 지위를 유지하고 있으며 반도체뿐만 아니라 디스플레이 제조공정 시장으로 더욱 시장점유를 확대해 나아가고 있는 상황이다.
또한 검사장비는 반도체, 디스플레이 산업 분야의 미세결함 검사장비 뿐 아니라 레이저 미세가공 분야로의 응용 분야가 확대되고 있는 추세이며, 어느 국가보다 높은 국내의 시장 수요를 고려하여 CaF2와 같은 자외선용 광학소재에서부터 대물렌즈 광학부품 그리고 이를 적용한 검사장비로 이어지는 산업생태계를 국내에서도 확립할 필요성이 있다고 본다. 따라서 본 글에서는 검사장비의 자외선 대물렌즈에 사용되는 자외선용 CaF2 제조기술과 대물렌즈 설계 기술, 그리고 검사장비용 대물렌즈의 시장동향에 대해 간략히 소개하고자 한다.

그림 1. 자외선 CaF2 광학소재 및 자외선 대물렌즈 적용 기술

-----이하 생략

<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2023년 9월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>