AMAT, '업계 유일' 계측 장비로 3D·2나노 시장 공략…"이미 상용화 시작"

CFE 기술과 AI 이미지 모델 결합…"최선단 공정 모두 대응 가능"

어플라이드머티어리얼즈(AMAT)가 차세대 전자빔 시스템으로 2나노미터(nm), 3D D램 등 첨단 반도체 시장을 공략한다. 해당 장비는 업계 유일의 CFE(냉전계 방출) 기술과 AI를 결합한 것이 특징으로, 이미 유수의 고객사 공정에 도입된 것으로 알려졌다.

어플라이드머티어리얼즈(AMAT)는 20일 오전 파크 하얏트 서울에서 'SEM비전 H20' 발표회를 열고 회사의 계측 기술력에 대해 소개했다.

장만수 AMAT코리아 이미징 및 프로세스 제어 기술 디렉터는 "반도체 공정이 초미세화되면서, 이제는 옹스트롬(Angstrom; 0.1나노미터)과 3D 트랜지스터 구조 등 첨단 기술이 도입되고 있다"며 "그러나 기존 계측 시스템으로는 이에 대응하기 힘들어, AMAT는 고도의 전자빔 기술과 AI를 결합한 새로운 장비를 개발해냈다"고 설명했다.

장만수 AMAT코리아 이미징 및 프로세스 제어 기술 디렉터(사진=장경윤 기자)

SEM은 전자현미경의 일종으로, 전자빔을 주사해 표본을 계측하는 기술이다. AMAT의 'SEM비전 H20'은 업계에서 가장 높은 수준의 감도 및 분해능을 구현한 전자빔과 회사의 2세대 CFE 기술을 갖췄다.

전자빔은 빛보다 파장이 짧아 깊은 홈까지 정밀하게 관찰할 수 있다. 덕분에 수 나노미터(nm) 대의 미세 공정과, 트랜지스터를 수직으로 쌓는 3D 구조에도 대응이 가능하다는 게 AMAT의 설명이다.

장 디렉터는 "해당 장비는 이미 실제로 상용화해 고객사들이 활용 중"이라며 "현존하는 모든 최선단 공정에 다 활용이 가능하다고 보면 된다"고 말했다.

CFE란 기존 1천500도 이상에서 작동하는 고온전계 방출형 대비 낮은 온도 환경에서 작동하는 기술이다. 온도가 낮아지면 빔 폭이 좁아지고 전가 개수가 많아져, 분해능이 샹항되고 이미징 속도가 크게 빨라진다.

특히 2세대 CFE의 경우, 1세대 대비 이미징 속도가 2배 빠른 것으로 나타났다. 고온전계 방출형 대비로는 3배 빠르다. CFE가 지닌 불순물 취약 관련 문제도 2세대에서는 고진공, 자가 세정 기술 등을 도입해 보완했다.

장 디렉터는 "AMAT가 CFE 기술 상용화를 위해 쏟은 개발기간만 해도 10년이 넘는다"며 "현재 업계에서 이를 상용화한 기업은 AMAT이 유일하다"고 강조했다.

고온전계 방출형과 냉전계 방출형의 이미징 속도 차이를 나타낸 표(사진=장경윤 기자)

AI 역시 SEM비전 H20의 주요 특성 중 하나다. 기존 SEM을 통해 얻은 이미지 상에는 실제 결함과 계측 오류로 인한 노이즈 등이 뒤섞여 있다. 때문에 SEM 이미지를 여러 장 찍어야 하는데, 초미세공정에서는 결함 크기가 줄어들어 육안으로 둘을 구분하기가 힘들다.

이에 AMAT는 AI 기술로 실제 결함과 노이즈를 구분하는 시스템을 도입했다. 실제 회로 설계도에서 얻은 데이터를 추출해 신뢰성을 높였다.

장 디렉터는 "기존 전자빔 기반의 SEM 계측은 3시간 수준의 쓰루풋에도 결함을 완전하게 잡아내지 못하는 문제가 있었다"며 "이번 SEM비전 H20은 1시간 이내로 더 많은 결함을 정확하게 잡아내기 때문에, 첨단 반도체 수율 향상에 상당한 도움을 줄 수 있을 것"이라고 말했다.