[반도체] EUV 선폭은 정상인데 결함이 남는 이유

삼성전자·KLA 미국 등록특허 3건을 바탕으로 EUV 확률적 결함의 윤곽선 학습, 실측 기반 예측확률 보정, 누적 기대결함에 따른 검사 위치 선정을 원공보 도면으로 비교합니다.

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핵심 요약
EUV 노광에서는 평균 선폭(CD)이 목표에 들어와도 드문 브리지·단선·콘택 누락이 발생할 수 있습니다. 삼성전자 등록특허는 반복 관찰한 패턴 윤곽선을 확률분포로 학습하고, KLA의 두 등록특허는 예측확률을 실측과 대조하거나 제한된 검사자원을 투입할 위치를 누적 기대결함으로 정합니다. 실제 청구항에서는 모델 종류, 확률을 검증하는 순서, 검사 위치를 고르는 연산이 서로 다르게 보호됩니다.

공정개발팀은 평균 선폭과 균일도가 목표에 도달했다고 보고하지만, 검사에서는 일부 패턴이 서로 이어지거나 끊어진 흔적이 발견될 수 있습니다. 왜 평균값이 정상인데 치명적인 결함이 남을까요? EUV 결함을 이해하려면 결함 발생의 물리적 원인과 그 결함을 예측·검증·선별검사하는 소프트웨어의 기능을 분리해야 합니다.
1. 평균 CD와 희귀결함 확률은 같은 지표가 아닙니다
EUV 노광에는 13.5nm 파장의 광이 이용됩니다. 극미세 패턴에서는 흡수 광자 수의 통계적 변동, 전자·레지스트의 국부 반응, 현상·식각 조건의 편차가 겹칠 수 있습니다. 그래서 평균 CD가 양호하더라도 일부 위치에만 미세 브리지(microbridge), 단선(break), 콘택홀 누락(missing contact) 등 확률적 결함이 생깁니다. 평균 CD·LCDU(국부 선폭 균일도)가 중요하다는 사실과 희귀결함을 그 지표만으로 설명할 수 없다는 사실은 양립합니다.
확인방법도 세 층으로 나눠야 합니다. CD-SEM에서는 패턴의 윤곽선·선폭 분포를, 광학·전자빔 검사에서는 실제 결함 위치를, 금속배선의 serpentine·fork-fork 전기적 시험에서는 단선·브리지로 인한 연결 상태를 확인합니다. imec는 2025년 2월 공식 발표에서 High-NA EUV 단일 노광으로 구현한 20nm 피치 금속배선 시험구조의 전기적 수율이 90%를 넘었다고 보고했습니다. 이는 특정 시험구조의 결과이지 아래 특허의 실시성과를 입증한 수치는 아닙니다.
삼성전자 US11989873B2 Fig.2 원도면. 동일 위치에서 반복 관측한 contour가 겹치는 모습을 나타냅니다. 하나의 이상적인 경계선이 아니라 위치별 변동을 보여주는 그림입니다.
이 도면의 관찰대상은 단일 CD 값보다 동일 설계 위치에서 여러 번 검출되는 경계의 분포입니다. 그 분포를 어떤 입력·출력 형태로 모델에 전달하느냐가 첫 번째 특허의 핵심입니다.
2. 삼성전자: 윤곽선 히스토그램 학습과 EUV 마스크 제조는 다른 독립항입니다
삼성전자의 US11989873B2는 2024년 5월 21일 등록됐습니다. 그 독립방법항 1은 여러 SEM 영상에서 설계 패턴의 contour를 추출하고, 추출 contour로 histogram image를 생성한 다음, 설계 레이아웃 및 레지스트·공중상(aerial image)·기울기·밀도·광자 맵 등 청구된 입력정보로 histogram을 출력하도록 확률모델을 학습하는 구성을 포함합니다. CycleGAN 포함은 독립항 1에 명시된 필수요소입니다.
원공보 Fig.5B. a·b·c·d는 Fig.5A에서 지정한 다른 윤곽선 위치입니다. 막대의 분포폭은 반복 측정된 윤곽선 위치 변동을 나타내며, 막대 높이를 웨이퍼 전기적 불량률로 곧바로 해석하지 않습니다.
이 히스토그램에서 중요한 것은 빈도가 관측된 위치마다 다르다는 사실입니다. 모델을 바꿀 때에도 이 분포를 어떤 정답 데이터로 생성하고 학습하는지 함께 살펴야 합니다.
원공보 Figs.6A–6B. X와 Y 영상 영역 사이의 변환 G·F와 cycle-consistency 관계를 표현합니다. 모델의 구체적 구조를 보는 도면이며 실제 반도체의 SEM 영상 자체는 아닙니다.
그렇지만 등록 독립방법항 10항은 OPC(광학근접보정) → contour histogram에 의한 OPC 검증 → 결과에 따른 EUV 포토마스크 제조라는 별도 경로를 청구합니다. 이 10항의 필수문언에 CycleGAN은 없고 종속항 13에서 추가됩니다. 별도 독립 시스템항 14도 픽셀별 윤곽선 존재확률이 담긴 histogram 출력을 요구하지만 CycleGAN은 종속항 16에 나타납니다. 따라서 CycleGAN을 다른 모델로 바꾸는 설계는 1항의 문언과 비교해볼 수 있어도, 그것만으로 특허 전체의 모든 독립항을 벗어났다고 판단할 수는 없습니다. 대응 미국 공개공보 US20220292669A1과 독립항의 실질적인 구성도 대조해야 합니다.
독립항청구되는 행위·구조확인할 증거삼성 1항 · 학습방법반복 SEM contour → histogram →

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