반도체 광학검사장비의 종류: Bright field(브라이트필드) vs Dark field(다크필드) vs macro(매크로)

Bright field(브라이트필드) vs Dark field(다크필드) vs macro(매크로) (+ E-beam)

 

반도체 공정 수율 저하 요인의 약 40%가 패턴결함에서 발생하기 때문에 패턴 결함이나 파티클을 발견하는 것이 반도수율향상에 큰 도움이 됨

 

보통 반도체 검사장비라고 하면, 웨이퍼 프로세스를 전부 마친 후, 또는 칩을 패키징한 뒤 전기적 특성을 검사하는데 이를 테스터라고 함. 국내의 엑시콘 유니테스트 등의 업체가 잘 하고 있음.

 

패키징한 뒤가 아닌 그 전 단계, 전공정 단계에서 웨이퍼를 검사하는 단계가 (Optimal) Inspection 단계라고 보면됨.

 

이를 어떻게 검사할 것인지에 따라서 브라이트필드(BF), 다크필드(DF), 매크로로 구분이 됨.

 

이 기술은 첩보위성이 지구 위에서 지구 표면을 자세히 관측하는 기술과 유사하여 광학검사하는 회사들은 이스라엘의 위성 연구소 및 업체와 협력하는 경우가 많음.(이스라엘이 유일하게 위성사용권한을 민간에 허가를 내줌)

 

왜 이름이 브라이트필드, 다크필드인가?

 

브라이트 필드 같은 경우에는 광원과 빛 관찰을 위한 카메라가 위에 있다.

보고자 하는 물체에 반사된 반사광을 카메라에서 관찰하기 때문에 평평한면같은 경우에는 밝게 나타나고 크랙이나 패임이 있는 부분이 반사가 제대로 이루어지지않아 검은색으로 보여진다.

 

다크필드 같은 경우 반대로 광원이 옆에 있고 보고자하는 물체가 빛을 잘 반사한다면(평평하게 잘 연마가 되었다면) 물체는 검은색으로 보일 것이지만 크랙이 있는 경우엔 광원을 난반사하여 위에서 촬영중인 카메라로 빛이 들어가 해당 부분이 밝게 보이게 된다.

 

브라이트필드 vs 다크필드 vs 매크로 검사장비 비교

 

 

 

<BF>

BF 검사장비는 주로 극자외선(DUV)을 광원으로 사용하며 반사광(Reflected Beam)을 이용해 매우 작은 크기의 미소 결함(15nm 이하)까지 검사가 가능 . 하지만 이를 위해 높은 배율의 고해상도 이미지를 촬상하여야 하기 때문에 검사 속도가 상대적으로 느리다. KLA 검사장비 기준 BF 장비가 200억원, DF 장비가 100억원으로 2배 가까이 차이가 난 것으로 알려져 있다. BF 검사장비 생산업체로 KLA와 AMAT가 있지만 KLA의 점유율이 89%로 압도적으로 높은 상황

 

플레이어 및 가격수준

KLA: 18M$

AMAT: 10M$ 수준

 

<DF>

DF 검사장비의 경우 주로 자외선(UV)을 광원으로 사용하며 산란광(Scattered Beam)을 이용한다는 점에서 BF와 차이가 있다. BF 장비와 반대로 검사감도가 30nm 수준으로 크지만 검사 속도는 빠르다. 산란광을 이용하여 촬상하기 때문에 검사 속도가 빠르고 가격이 저렴한 장점이 있다. 실제 라인에 들어가는 장비 개수 및 배치를 살펴보면 BF 장비는 검사 속도와 가격 때문에 라인당 평균 15대 전후로 주로 포토 및 식각 공정에 사용된다. DF 장비의 경우 30~40대로 더 많은 대수가 들어간다. 국내에는 넥스틴이 플레이중.

 

플레이어 및 가격수준

KLA:9M$

Hitachi: 3M$

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<매크로>

BF와 마찬가지로 반사광을 이용한다. BF가 DUV, DF가 UV를 광원으로 사용한다면 매크로의 경우 가시광을 사용한다. BF, DF에 비해서 검사 민감도가 가장 낮으며 검사가 비교적 쉬운만큼 가장 높은 throughput을 보여준다.

 

플레이어 및 가격수준

KLA: 2M$

Rudolph: 1.5M$

 

 

 

 

참고로 광학(Optical) 검사 말고 전자선(E-beam)을 이용한 검사도 있는데, 이는 말그대로 전자선을 광원으로 사용한다. 높은 배율의 이미지만 촬상 가능하며(7nm미만) 전자선 사용을 위해 초저진공, 초저압 상태를 유지해야하며 속도가 느려서 보통 연구용으로 활용된다.