차세대 전자빔 시스템 ‘SEMVision H20’ 발표… 나노미터 크기 결함 신속·정확하게 분석 


“이전까지는 단순히 이미지를 찍어 결함을 확인하는 수준이었다면,
이제는 실질적인 검사처럼 불량을 찾아내는 전자빔 시스템입니다.”

20일, 새로운 결함 리뷰 시스템 ‘SEMVision H20’을 설명하는 자리에서 어플라이드 머티어리얼즈 코리아의 장만수 PSE 디렉터는 이렇게 말했다. 새로운 시스템의 이름이, 기존 G에서 H로 바뀐 배경을 묻는 기자의 질문에 대한 답변이다. H가 ‘하이브리드’라는 의미를 담아, 결함 리뷰와 검사를 동시에 수행한다는 뜻이다.

어플라이드 머티어리얼즈가 반도체 스케일링의 한계를 극복하려는 선도적인 반도체 제조기업들을 지원하기 위해 발표한 새로운 결함 리뷰 시스템(SEMVision H20)은 이름만 바뀐 게 아니다. 장만수 디렉터의 말처럼, 하드웨어(2세대 CFE 기술)와 소프트웨어(AI 기술) 측면에서 커다란 혁신을 이뤘다는 것. 
 
회사는 SEMVision H20(SEM비전 H20) 시스템이, 업계에서 가장 민감도 높은 전자빔(eBeam) 기술과 첨단 AI 이미지 인식 기능을 결합해 최첨단 반도체 내부의 나노미터 크기의 결함을 보다 정확하고 빠르게 분석할 수 있도록 설계됐다고 밝혔다.

갈수록 전자빔 이미징 기술이 중요하게 된 이유는 갈수록 미세화되는 반도체 패턴 구조에 그 배경이 있다. 미세하게 좁아진 패턴 구조와 3D 구조는, 기존 광학 기술로는 식별이 어려워지고 있기 때문이다. 이에 수십억 개의 나노미터 회로 패턴 속에서 미세한 결함을 분석할 수 있는 전자빔 이미징의 초고도 분해능이 중요해지고 있다. 광학 기술은 잠재적 결함을 찾기 위한 웨이퍼 스캔에 사용되며, 그 후 결함을 더 정확하게 특정하기 위해 전자빔이 활용된다. 

미세 패턴구조, 3D... 미세한 결함 어떻게 찾나

장 디렉터는 이에 “광학 기술은 스팟사이즈가 커서 속도는 빠르지만 대신 해상도가 떨어져 결함을 정확히 파악하기기 쉽지 않은데, 전자빔은 스팟사이즈가 작아 해상도가 굉장히 좋아 결함을 정확히 볼 수 있는 장점이 있다”고 말했다. 다시 말해, 전자빔은 같은 영역의 전자 수 즉, 밀집도가 굉장히 높아져 훨씬 빠른 시간에 이미지를 얻을 수 있다는 설명이다. 

최첨단 노드에서 광학 검사가 이전보다 훨씬 높은 밀도의 결함 맵을 생성함에 따라 전자빔 리뷰로 전달되는 결함 후보의 수는 기존보다 100배 이상 증가했다. 이에 따라 폭발적으로 증가하는 샘플을 빠르고 정확하게 분석하면서도 반도체 양산에 필요한 속도와 민감도를 유지할 수 있는 결함 리뷰 시스템에 대한 수요가 공정 제어 엔지니어들 사이에서 더욱 높아지고 있다.

어플라이드의 CFE 기술은 전자빔 이미징의 혁신으로, 가장 미세한 크기의 내재된 결함을 식별하는 데 필요한 나노미터 이하의 분해능을 구현한다. 상온에서 작동하는 CFE는 더 많은 전자를 사용해 더 좁은 폭의 빔을 생성하며, 기존 TFE(열전계 방출) 기술에 비해 나노 크기 이미지 분해능은 최대 50%, 이미징 속도는 최대 10배 향상됐다.

전자빔 이미징의 혁신, 어플라이드 차세대 CFE 기술

이처럼, 어플라이드의 새로운 전자빔 기술은 GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터를 포함한 2나노(nm) 이하의 로직 반도체 제조 뿐만 아니라, 고밀도 D램 및 3D 낸드 메모리 형성에 필요한 복잡한 3D 아키텍처 변화를 지원하는 핵심 기술이다. SEMVision H20 결함 리뷰 시스템은 선도적인 로직 및 메모리 반도체 제조기업들이 신생 기술 노드를 위해 도입했다. 

특히, 새로운 SEMVision H20 시스템은 딥러닝 AI 이미지 모델을 활용해 뛰어난 정확도로 결함을 분류하고 기존 기술보다 3배 빠른 속도로 결과를 제공한다.

SEMVision H20은 딥러닝 AI를 활용해 거짓 결함에서 실제 결함을 자동으로 추출한다. 어플라이드만의 독점적인 딥러닝 네트워크는 반도체 제조사의 팹 데이터를 지속적으로 학습하며, 결함 유형을 보이드(void), 잔여물, 스크래치, 입자 등 수십 가지 유형으로 세분화해 보다 정확하고 효율적인 결함 분석을 가능하게 한다.

인공지능 기술, 어떻게 적용했나

장 디렉터는 “보통 광학계에서 불량 신호를 주면, 다이 이미지를 2장 찍어 그 차이를 보고 결함을 찾아내는 방법을 쓴다. 경험 있는 엔지니어는 이미지 한 장만 보고도 결함을 판단하는데, 인공지능도 그렇게 결함을 찾아내면 속도가 빨라지게 될 것 아니냐는 아이디어에서 비롯됐다”고 말했다.

이미지를 찍을 때마다 AI가 학습하게 되고, 또 엔지니어가 결함 있는 이미지와 결함 없는 이미지를 계속 학습시켜준다는 것이다. 어플라이드는 여기에서 그치지 않았다. 웨이퍼 패턴의 기반이 되는 캐드 파일과 비교하여 정확하게 검사하도록 기능을 추가하였다. 

이를 두고, 장 디렉터는 “AI를 활용하여 빠르게 결함을 찾아내는 것 뿐만 아니라, 이전에는 보지 못했던 진짜 결함과 가짜 결함을 구분하게 된 것이 핵심 기술”이라고 말했다. 

이처럼 새롭게 출시된SEMVision H20은 차세대CFE 기술과 고급AI 모델을 결합, 더욱 빠르고 정확한 결함 분석을 통해 기술 리더십을 강화하고 있다. 

장 디렉터는 끝으로, 제품의 기술력 못지 않게 고객사와의 콜라보레이션을 강조했다. “고객이 (인공지능) 데이터를 어떻게 믿고, 어디까지 활용할 것인지 고객과 저희 장비 개발사가 어떤 목적을 가지고, 그 목표를 달성하기 위해 협력하는 부분이 기술 자체보다도 중요하다고 생각한다.”