어플라이드머티어리얼즈, 빅데이터·AI로 효율성 향상 공정제어 솔루션 선봬

고해상도∙고속 광학 웨이퍼 검사 시스템에 AI·전자리뷰 기술 더해

더 많은 데이터 결합에 노이즈 제거 및 수율 저하 결함 신속 분류

이석우 전무 "반도체 칩 개발·생산시간 단축으로 수익성 향상"

이석우 어플라이드머티어리얼즈코리아 전무가 20일 진행된 온라인 기자간담회를 통해 빅데이터·인공지능(AI) 기반 공정제어 시스템을 소개하고 있다. 기자간담회 영상 캡쳐.

세계 최대 반도체 장비업체 어플라이드머티어리얼즈가 빅데이터와 인공지능(AI) 기술을 활용한 혁신적인 공정 제어 시스템을 공개했다.

이석우 어플라이드머티어리얼즈코리아 전무는 20일 진행된 온라인 기자간담회를 통해 "빅데이터와 AI 기술을 기반으로 지난 2016년부터 개발해 온 검사 및 공정 제어를 위한 새로운 플레이북을 소개한다"며 빅데이터와 AI 기술을 핵심 반도체 칩 제조 기술에 적용하는 공정제어 솔루션을 선보였다.

회사가 이번에 새롭게 공개한 솔루션은 ▲새로운 ‘인라이트(Enlight)’ 광학 웨이퍼 검사 시스템 ▲새로운 ‘익스트랙트AI(ExtractAI)’ 기술 ▲’SEM비전(SEMVision)’ 전자빔 리뷰 시스템의 세 가지로 구성된다.

5년간의 개발 기간을 거친 새로운 인라이트 광학 웨이퍼 검사 시스템은 업계 최고 수준의 고해상도∙고속 검사 기술을 결합한 장비로서 첨단 광학 기술을 통해 스캔당 더 많은 데이터를 수집한다.

인라이트 시스템 아키텍처는 경제적이고 효율적인 광학 검사를 제공해 경쟁사에 비해 치명적인 결함을 포착하는 데 투입되는 비용을 3배 절감할 수 있다.

반도체 제조사는 인라이트 시스템을 통해 비용 부분을 개선하여 공정 중에 더 많은 검사 단계를 넣을 수 있고 시스템에서 얻어진 빅데이터로 수율 저하 요소를 보다 빨리 예측함으로써 통계적 공정 방식인 ‘라인 모니터링’을 개선할 수 있다.

또 수율 저하 요소를 즉시 감지함으로써 문제 발생 시 공정을 중단해 수율을 보호하고 근본 원인을 추적함으로써 공정 개선 시간을 단축해 양산 체계로 빠르게 복귀할 수 있도록 도와준다.

어플라이드머티어리얼즈 ‘인라이트(Enlight)’ 광학 웨이퍼 검사 시스템.ⓒ어플라이드머티어리얼즈

새롭게 개발한 익스트랙트AI 기술은 최신 광학 스캐너에서 생성되는 수백만 개의 미약한 신호와 ‘노이즈’를 수율 저하 결함과 신속 정확하게 구별해 내는 기술이다.

익스트랙트AI는 광학 검사 시스템에서 생성되는 빅데이터와 특정 수율 신호를 분류하는 전자빔(eBeam) 리뷰 시스템을 실시간으로 연결하는 업계 유일한 솔루션이다. 이같은 빅데이터를 추론해 웨이퍼 맵의 모든 신호를 분류하고 수율 저하 요인을 노이즈와 구분해 준다.

특히 이 기술은 인라이트 검사 장비에서 전달된 잠재 결함들의 단지 0.001% 수준의 리뷰만으로도 웨이퍼에서 대부분의 중요 결함을 추출할 수 있는 매우 효율적인 기술이다.

반도체 제조사는 이를 통해 반도체 칩 개발, 생산∙수율 증대를 가속화할 수 있다. 대량 생산 과정 중에 생기는 결함을 빠르게 식별하는 동시에 더 많은 웨이퍼가 스캔될수록 그 성능과 효율성이 점진적으로 향상된다.

SEM비전 전자빔 리뷰 시스템은 세계에서 가장 진보되고 널리 사용되는 전자빔 리뷰 기술로 인라이트 시스템 및 익스트랙트AI 기술과의 연동을 통해 검출된 웨이퍼 내 노이즈로부터 결함을 분류하고 수율 저하 결함을 효과적으로 검출한다.

이 솔루션들은 반도체 기술이 날로 복잡해져 그와 관련된 비용이 갈수록 증가하고 있어 첨단 노드를 개발하고 대량 생산하는 기간을 단축하는 것이 업계의 화두로 떠오르고 있는 상황에서 적절한 해법이 될 것으로 회사는 보고 있다.

결함을 검출해 빨리 공정을 개선하는 역량이 요구되고 있지만 반도체 선폭이 줄어들면서 예전 노드에서 수율에 영향을 미치지 않던 작은 결함이 수율 저하 요소가 되면서 결함을 검출해 수정하는 역량을 확보하기가 더욱 어려워졌다는 설명이다.

또 3D 트랜지스터와 멀티 패터닝 기술과 같은 복잡한 공정 기술이 미묘한 편차를 일으켜 수율 저하 결함 원인을 찾고 수정하는 데 많은 시간이 소요되고 있는데 이러한 문제들을 해결할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이석우 전무는 "고객이 원하는 반도체가 점점 작아지면서 한계에 부딪치고 있고 수율 확보를 위한 데이터를 적용하기에는 너무 많은 데이터가 있다"며 "이번에 제공하는 3가지 기술을 통해 노이즈가 제거된, 고객이 원하는 데이터만 분류해 실시간으로 갖게 돼 최종적으로는 수율을 높일 수 있다"고 강조했다.

회사측은 이 시스템들이 실시간 연동해 작동하는 것은 물론 기존 방식보다 빠르고 우수해 효과적인 비용으로 결함을 검출∙분류하는 것이 특징이라고 강조했다.

반도체 제조사가 제조 과정에서 새로운 결함을 즉시 식별해 수율을 향상시킬 수 있도록 지원해 칩 개발 및 생산 체계 도달 시간을 단축해 보다 많은 수익을 창출할 수 있게 할 것으로 기대하고 있다.

이 전무는 "반도체의 복잡성과 팹(공장) 운영 비용의 증가로 인해 양산 수율을 적기에 달성하는 것은 수십억달러의 매출과 수익성 창출의 가치가 있다"며 "기존 광학 웨이퍼 검사 및 공정 제어 솔루션들은 웨이퍼 검사 비용을 증가시켜 검사 단계가 줄고 결함 이슈로 디바이스(기기) 개발이 지연되는 결과를 초래할 수 있는 등 더 이상 경제적이지 않다"고 지적했다.

어플라이드머티어리얼즈 공정 제어 신제품.ⓒ어플라이드머티어리얼즈