재료공학 솔루션 분야 글로벌 선도 기업 어플라이드 머티어리얼즈가 빅데이터와 AI 기술을 활용한 혁신적인 공정 제어 시스템을 공개했다. 이 시스템은 반도체 제조사가 반도체 칩 개발 및 생산 체계 도달 시간을 단축하여 보다 많은 수익을 창출하도록 지원한다.

반도체 기술의 복잡성과 비용이 갈수록 증가하고 있어 첨단 노드를 개발하고 대량 생산하는 기간을 단축하는 것은 전 세계 반도체 제조사에게 수십억 달러의 가치를 제공한다. 이를 위해서는 결함을 검출해 빨리 공정을 개선하는 역량이 요구되지만 반도체 선폭이 줄어들면서 예전 노드에서 수율에 영향을 미치지 않던, 작은 결함이 수율 저하 요소가 되면서 결함을 검출해 수정하는 역량을 확보하기가 더욱 어려워졌다. 뿐만 아니라 3D 트랜지스터와 멀티 패터닝 기술과 같은 복잡한 공정 기술이 미묘한 편차를 일으켜 수율 저하 결함 원인을 찾고 수정하는 데 많은 시간이 걸리게 되었다.

어플라이드 머티어리얼즈는 빅데이터와 AI 기술을 핵심 칩 제조 기술에 적용하여 공정 제어에 대한 새로운 플레이북을 제시한다. 어플라이드의 솔루션은 실시간 연동해 작동하는 것은 물론 기존 방식보다 빠르고 우수하며 효과적인 비용으로 결함을 검출∙분류하는 새로운 ‘인라이트(Enlight)’ 광학 웨이퍼 검사 시스템, 새로운 ‘익스트랙트AI(ExtractAI)’ 기술, ’SEM비전(SEMVision)’ 전자빔 리뷰 시스템의 세 가지 요소로 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 제공하여 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 스텝(step)을 넣을 수 있고, 시스템에서 얻어진 빅데이터로 수율 저하 요소를 보다 빨리 예측함으로써 통계적 공정 방식인 ‘라인 모니터링’을 개선할 수 있다. 또한, 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.

어플라이드의 데이터 사이언티스트들이 개발한 새로운 익스트랙트AI 기술은 최신 광학 스캐너에서 생성되는 수백만 개의 미약한 신호와 ‘노이즈’를 수율 저하 결함과 신속 정확하게 구별해 내는 기술로서, 이는 웨이퍼 검사에서 가장 어려운 과제를 해결한 것이다. 익스트랙트AI는 광학 검사 시스템에서 생성되는 빅데이터와 특정 수율 신호를 분류하는 전자빔(eBeam) 리뷰 시스템을 실시간으로 연결하는 업계 유일한 솔루션이다. 이 같은 빅데이터를 추론해 웨이퍼 맵의 모든 신호를 분류하고 수율 저하 요인을 노이즈와 구분해 준다.

익스트랙트AI 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. 이 AI 기술은 웨이퍼 상태에 따른 적응력이 뛰어나며, 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 기술이다. 업계 최고 해상도를 제공하는 SEM비전 리뷰 시스템과 익스트랙트AI 기술을 통해 인라이트 시스템에서 검출된 웨이퍼 내 노이즈로부터 결함을 분류하고, 수율 저하 결함을 효과적으로 검출한다. 인라이트 시스템과 익스트랙트AI 기술, SEM비전 시스템은 실시간 연동됨으로써 고객이 제조 과정에서 새로운 결함을 즉시 식별하여 수율과 수익성을 향상시킬 수 있도록 도와준다. 현재 반도체 공정에서 널리 사용되는 SEM비전 G7 시스템부터 새로운 인라이트 시스템 및 익스트랙트AI 기술과 호환 가능하다.

댄 허치슨(Dan Hutcheson) VSLI리서치 회장 겸 최고경영자는 “수율 저하 결함을 노이즈로부터 신속하고 정확하게 구별하는 것은 반도체 제작 엔지니어들이 지난 30여 년간 고심해온 문제"라며, “익스트랙트AI기술이 탑재된 어플라이드 머티어리얼즈의 인라이트 시스템은 이 문제를 해결하는 혁신적 방법을 제시한다. 사용하는 시스템 수가 늘어남에 따라 AI가 더욱 스마트해지기 때문에 반도체 제조사는 점점 더 웨이퍼당 수익을 높일 수 있다”라고 말했다.

키스 웰스(Keith Wells) 어플라이드 머티어리얼즈 이미징 프로세스 컨트롤 제품군 부사장 겸 총괄매니저는 “공정 제어를 위한 어플라이드의 새로운 플레이북은 빅데이터와 AI를 결합해 스마트하고 적응력이 뛰어난 솔루션을 제공한다. 이 솔루션은 고객이 시간을 단축하여 최대 수율을 달성하도록 지원한다”라고 밝혔다. 그는 “어플라이드는 업계 최고 수준의 광학 검사 및 전자빔 리뷰 기술을 결합함으로써 수율에 중요한 결함을 감지하고 분류함은 물론, 공정 변화를 실시간 학습하고 적응하는 인텔리전스를 갖춘 업계 유일한 솔루션을 구현했다. 반도체 제조사는 이 같은 고유 기능을 활용해 새로운 공정 노드를 더욱 빠르게 양산하고 공정 전반에 걸쳐 수율에 치명적인 결함을 안정적으로 검출할 수 있다”고 덧붙였다.

익스트랙트AI 기술이 탑재된 새로운 인라이트 시스템은 어플라이드 역사상 가장 빠른 생산 속도로 반도체 공정 검사 시스템으로 현장에 적용되고 있으며, 전 세계 모든 최첨단 파운드리 로직 고객사의 생산 공정에 사용되고 있다. SEM비전 시스템은 지난 20여 년간 업계를 선도해온 전자빔 리뷰 시스템이며, 전 세계 고객사 반도체 공정에서 1500여 개 SEM비전 시스템이 적용됐다.