EUV 공정서 수천억 손실 막는다...반도체 '톱5' 중 4곳이 쓴다는 '이것'

美 프랙틸리아 'FAME' 독자 SW기술로 스토캐스틱 오류 정밀 계측

반도체 공정이 2나노미터(nm) 수준까지 미세화되면서, 기존 공정 제어로는 해결할 수 없는 '스토캐스틱(Stochasitcs)' 문제가 대두되고 있다. 해당 오류는 EUV(극자외선) 공정 팹(Fab) 당 수천억원 규모의 수율 손실을 일으킬 수 있는 것으로 알려졌다. 

미국 소프트웨어 기업 프랙틸리아는 독자 알고리즘을 기반으로 스토캐스틱 문제를 해결할 수 있는 솔루션을 보유하고 있다. 실제로 현재 상위 5대 반도체 기업 중 4곳이 프랙틸리아의 솔루션을 도입한 상황이다. High-NA(고개구수) EUV 등 차세대 공정에도 이미 활용되고 있다.

프랙틸리아는 16일 국내에서 기자간담회를 열고 반도체 수율 혁신을 위한 기술 로드맵을 발표했다.

에드워드 샤리에 프랙틸리아 CEO가 기술 발표를 진행하는 모습(사진=장경윤 기자)

스토캐스틱 못 잡으면 EUV 공정서 '수천억원' 손실

스토캐스틱은 원자 수준의 미세한 패터닝 오류를 뜻한다. 노광 공정(반도체에 회로를 새기는 공정)에 활용되는 광자·감광액(PR) 등 여러 소재를 완벽하게 정밀 제어할 수 없기 때문에, 실제 양산 과정에서 무작위적으로 발생하게 된다.

스토캐스틱은 특히 EUV 등 초미세 공정에서 심각한 문제로 떠오르고 있다. 반도체 회로 선폭이 최소 3~2나노미터까지 줄어들면서, 미세한 결함으로도 반도체 수율이 저하되는 현상이 대두됐기 때문이다.

이로 인해 팹당 수천억원 규모의 수율 손실, 초미세 공정 전환의 지연 등이 발생하고 있다는 게 프랙틸리아의 입장이다.

에드웨드 샤리에 프랙틸리아 최고경영자(CEO)는 "연구개발 단계에서는 최소 12나노의 피처(웨이퍼 상의 미세한 구조물) 구현이 가능하나, 실제 양산에서는 보통 16~18나노 수준의 피처만 안정적으로 생산할 수 있어 스토캐스틱의 해상도 격차 문제가 발생하게 된다"며 "만약 스토캐스틱을 줄이고자 피처 사이즈를 키우면, 칩 면적이 2배까지 증가해 제품 생산성이 떨어지게 된다"고 설명했다.

EUV 공정에서 12나노미터 수준의 피처에서 발생하는 스토캐스틱스 이미지. 라인이 균일하게 형성되지 않아, 피처 사이즈를 18나노미터대로 키워야(맨 우측)하는 문제가 발생한다(사진=장경윤 기자)

독자 알고리즘으로 스토캐스틱 정밀 측정

이에 프랙틸리아는 주사전자현미경(SEM) 이미지에서 고정밀 데이터를 추출해 스토캐스틱을 정확히 측정할 수 있는 소프트웨어 'FAME(Fractilia Inverse Linescan Model)를 개발해냈다.

일반 SEM은 노이즈(잡음) 현상이 발생해, 정밀한 이미지를 얻을 수 없다는 단점이 있다. 예를 들어 SEM 이미지 상에 검은 반점이 보이는 경우 이것이 실제 패터닝 오류인지, SEM에서 발생한 노이즈인지 구분하기가 어렵다.

반면 프랙틸리아의 FAME은 SEM 이미지에서 고정밀 데이터를 추출하는 물리 기반 알고리즘을 활용해, 실제 피처(웨이퍼 상의 미세한 구조물)와 노이즈를 정확히 구분 및 제거할 수 있다. 해당 알고리즘은 프랙틸리아의 독자적인 특허 기술이다. 이를 통해 반도체 제조업체들은 보다 정확한 공정 진단 및 개선이 가능해진다.

상위 5대 반도체 기업 중 4곳 채택…"High-NA EUV서도 활용"

이 같은 장점 덕분에, 프랙틸리아의 FAME 솔루션은 상위 5대 반도체 소자업체 중 4곳, 5대 부품업체 중 4곳, 12개 이상의 감광액 제조사, 유럽 주요 반도체연구소인 아이멕(Imec)에 도입되고 있다.

구체적인 고객사 명을 밝히지는 않았으나, 국내 반도체 기업들과도 긴밀한 협의를 진행 중인 것으로 관측된다. 현재 국내 삼성전자, SK하이닉스 등 주요 반도체 기업들은 EUV를 활용해 첨단 시스템반도체 및 메모리반도체를 제조하고 있다.

향후 High-NA EUV가 도입되는 시점에서 프랙틸리아 솔루션의 중요도는 더욱 높아질 전망이다.

High-NA EUV는 EUV에서 성능을 한 차례 더 끌어 올린 기술이다. NA는 렌즈 수차로, 해당 수치를 높일 수록 해상력이 향상된다. 기존 EUV의 렌즈 수차는 0.33로, High-NA EUV는 0.55로 더 높다. 덕분에 High-NA EUV는 2나노 이하의 차세대 파운드리 공정에 적용될 것으로 기대되고 있다.

크리스 맥 프랙틸리아 최고기술책임자(CTO)는 "스토캐스틱은 High-NA EUV에서 더 중대한 문제가 될 수 있다"며 "해당 기술을 도입하려는 고객사들이 프랙틸리아의 솔루션에 많은 관심을 가지고 있고, 실제로 이를 도입해 활용 중"이라고 말했다.