▲ 어플라이드 머티리얼즈의 공정제어 솔루션인 인라이트 시스템, 익스트랙트AI기술, SEM비전시스템

재료공학 솔루션 분야 글로벌 선도기업 어플라이드 머티어리얼즈(이하 AMAT)가 20일 온라인 기자간담회를 통해 반도체 업계가 요구하는 수율향상을 위한 빅데이터·AI 기반 공정제어 솔루션을 선보였다.

반도체의 복잡성과 팹 운영 비용의 증가로 인해 양산 수율을 적기에 달성하는 것은 수십억 달러의 매출이 달린 매우 중요한 문제다.

하지만 기존 반도체 공정과정에서의 광학 웨이퍼 검사 및 공정제어의 접근법은 더 이상 경제적이지 않다. 웨이퍼의 검사비용이 늘거나 결함 이슈로 디바이스 개발이 지연되면 그만큼 손해가 크기 때문이다.

실제로 그동안 검사를 위한 공정단계는 48% 증가했지만 하이엔드 광학검사를 위한 가격, 웨이퍼당 검사가격도 함께 증가했다. 이에 따라 검사를 충분히 하지 못해 사용할 수 있는 데이터의 수도 줄었다.

게다가 데이터의 패턴이 복잡해지고 공정이 복잡해지면서 추출해낸 데이터 중 유용한 데이터를 구분해내는 것은 점점 더 어려워졌다. 기존 기술로 채집한 데이터 중엔 불필요한 정보가 많아 수율 확보가 어려웠다.

이에 AMAT가 빅데이터와 AI기술을 핵심 칩 제조 기술에 적용하여 공정제어에 대한 새로운 모델을 제시했다. 기존의 방식보다 빠르고 효과적인 비용으로 결함을 검출·분류하는 △새로운 ‘인라이트(Enlight)’ 광학 웨이퍼 검사 시스템 △새로운 익스트랙트AI(ExtractAI)’기술 △‘SEM비전(SEMVision)’ 전자빔 리뷰 시스템의 세가지 요소로 구성된다.

인라이트 시스템은 고해상도 고속검사기술을 결합한 장비로 기존보다 더 많은 데이터를 수집한다. 또 결함을 포착하는데 드는 비용을 3배 절감할 수 있다. 시스템에서 얻어진 빅데이터로 수율저하요소를 빨리 예측해, 문제 발생 시 공정을 중단하고 근본원인을 추적함으로써 개선 시간을 단축, 수율보호 및 양산체계로 빠른 복귀를 돕는다.

AMAT의 새로운 익스트랙트AI기술은 최신 광학 스캐너에서 생성되는 수백만개의 미약한 신호와 노이즈를 수율 저하 결함과 신속 정확하게 구별해낸다. 사실상 웨이퍼 검사에서 가장 어려운 과제를 해결한 것이다.

SEM비전 전자빔 리뷰 시스템은 인라이트 시스템에서 검출된 웨이퍼 내 노이즈로부터 결함을 분류, 수율저하 결함을 효과적으로 검출한다.

위의 세 가지 시스템은 실시간 연동됨으로써 고객이 제조 과정에서 새로운 결함을 즉시 식별하여 수율과 수익성을 향상시킬 수 있도록 도와준다. 현재 반도체 공정에서 널리 사용되는 SEM 비전 G7시스템부터 새로운 인라이트 시스템 및 익스트랙트 AI기술과 호환가능하다.

이석우 전무는 해당 시스템에 대해 “우리는 전자 BEAM 리뷰 시스템을 통해 최고의 빅데이터 이미지를 제공한다. 실시간으로 정보를 커뮤니케이션 해 자동으로 치명적 결함을 분류하고 데이터를 도출하는 차별성을 갖는다”고 전했다.

또 “회사마다 수율은 다르지만 타 경쟁사 검사장비와 비용대비 3배 가량의 효율을 내고 있다”며 “이미 파운드리 로직에서 좋은 결과를 얻었고 이후에는 메모리 쪽의 성과도 있을 것”으로 예상한다고 전했다.