“차세대 CFE(냉전계 방출) 기술과 딥러닝 AI 이미지 모델을 통해 GAA(Gate-All-Around) 같은 3차원 첨단 반도체 검사도 기존보다 3배 빠르면서, 정확하게 할 수 있다”

어플라이드 머티어리얼즈 코리아는 20일 삼성동 파크 하얏트 호텔에서 기자간담회를 갖고 새로운 결함 리뷰 시스템인 ‘SEM 비전 H20’을 발표했다.

발표를 담당한 장만수 이미징 및 프로세스 제어 기술 디렉터는 SEM 비전 H20 시스템은 업계에서 가장 높은 민감도를 가진 전자빔 기술과 첨단 AI 이미지 인식 기능을 결합해 최첨단 반도체 내부의 나노미터 크기의 결함은 보다 정확하고, 빠르게 분석할 수 있다며 자신감을 보였다.

장만수 디렉터는 최근 첨단 반도체 시대로 넘어오며 과거에는 중요하지 않았던 기술들이 많이 필요하게 됐는데 반도체 패턴이 아주 작아지고, GAA와 같은 3D구조로 바뀌게 되면서 아주 작은 패턴 사이의 결함을 찾아내야 하고, 3D 구조의 아래층의 안보이는 곳의 결함을 탐색해야 하는 검사 분야에서는 어려운 도전과제에 직면하게 됐다고 언급했다.

이에 3∼4년전 노드에서는 충분히 문제가 없었는데, 지금은 불량 요인이 많이 발생하고, 결함이 있는 부분과 없는 부분을 사람이 판별하기 어려워졌다며 전통적인 과정으로 봤을 때 불량 후보들이 과거 대비 100배 이상 증가했는데, 이것을 SEM으로 다시 살펴보면 불량은 1∼2개의 불과한 경우도 있고, 지난 몇 년간 검사 과정에서 진짜와 가짜 데이터를 구별하는 비용과 시간, 인력이 추가로 들어가며 많은 어려움을 겪었다고 밝혔다.

이런 문제를 해결하기 위한 솔루션이 SEM vision H20이라며, 이 솔루션은 폭발적으로 증가하는 샘플을 빠르고 정확하게 분석하면서도 반도체 양산에 필요한 속도와 민감도를 유지할 수 있는 결함 리뷰 시스템에 대한 엔지니어들의 수요를 만족한다고 전했다.

SEM vision H20의 CFE(냉전계 방출) 기술은 가장 미세한 크기의 내재된 결함을 식별하는 데 필요한 나노미터 이하의 분해능을 구현하며, 상온에서 작동하며 더 많은 전자를 사용해 더 좁은 폭의 빔을 생성해 기존 TFE(열전계 방출) 기술에 비해 나노 크기 이미지 분해능을 최대 50%, 이미징 속도는 최대 10배 향상됐다고 밝혔다.

특히 빠른 이미징 속도는 각 웨이퍼에 대한 커버리지를 높여, 반도체 제조사들이 기존과 동일한 정보를 수집하는 데 걸리는 시간을 3분의 1로 단축한다고 언급했다.

또한 기존의 불량 판단은 두 개의 이미지를 찍고 겹쳐서 다른 점이 특정 점수 이상이 되면 불량으로 판단하기 위해 최소 2장 이상의 이미지를 찍었으나 경험 있는 엔지니어는 한 장만 봐도 알 수 있는 아이디어를 가지고 사람처럼 판단하는 AI를 도입했다.

이에 찍을 때마다 AI가 학습해 어떤 게 정상이고, 아닌지를 먼저 학습해 실질적으로 두 장 찍던 이미지를 한 장만 찍어 검사를 빠르게 했다.

또한 패턴 디자인을 입력해 이를 기반으로 외곽 패턴을 찍은 사진과 대조해 사람이 구별하기 어려운 부분도 불량으로 판단할 수 있어 AI를 활용함으로써 빨라지는 것만 아니라 진짜 결함과 가짜 결함을 구별할 수 있어 가짜 불량 데이터를 혁신적으로 줄일 수 있게 됐다.

장만수 디렉터는 “이를 통해 예전보다 훨씬 힘을 덜 들이면서 엄청나게 많은 불량을 잡을 수 있고, 생산성 향상을 가져올 수 있었다며 반도체 제조기업들이 이 제품을 통해 반도체 개발 속도를 높이고, 양산 과정에서 전자빔 기술을 폭넓게 활용할 수 있게 됐다“고 밝혔다.