이 기사는 2025년 02월 20일 14시26분 thebell에 표출된 기사입니다

반도체 공정의 미세화로 광학 검사 장비로 검출할 수 없는 결함이 늘어나고 있다. 이는 삼성전자와 SK하이닉스 등 주요 반도체 기업들의 수율을 떨어뜨리는 대표적인 사례다.

글로벌 반도체 장비사인 어플라이드머티어리얼즈(어플라이드)는 이를 해결하기 위한 전자빔(eBeam) 장비를 개발했다. 냉전계방출(CFE) 기술을 통해 초미세 결함을 탐지하는 방식이다. 이 장비들은 이미 주요 고객사들에게 공급된 것으로 확인됐다.

어플라이드는 20일 서울 강남구 파크하얏트 서울에서 미디어 라운드테이블을 열고 차세대 전자빔 시스템 '세미비전(SEMVision) H20'을 소개했다.

세미비전 H20은 반도체 웨이퍼의 결함을 검출하는 전자빔 장비다. 2nm 이하 반도체 내부의 나노미터 크기의 결함까지 분석할 수 있도록 설계됐다. 게이트올어라운드(GAA), 고밀도 D램, 낸드 등 3D 아키텍처 타깃 장비다.

이날 발표를 맡은 장만수(사진) 이미징 및 프로세스 제어 기술 디렉터는 "세미비전 H20이 고성능 D램, 2nm 이하 로직 등에 활용되고 있다"고 설명했다.


이외에도 4F 스퀘어 D램, 3D D램 등 연구개발(R&D)에 활용되는 것으로 전해진다.

세미비전 H20에는 CFE 기술이 적용됐다. CFE는 기존 전자빔 기술인 고온전계방출형(TFE)과 비교해 나노 크기 이미지 분해능은 최대 50%, 이미징 속도는 최대 10배 향상됐다. 회사는 이를 통해 반도체 제조사들이 기존과 동일한 정보를 수집하는 데 걸리는 시간을 30% 수준으로 단축할 수 있다고 강조했다.

세미비전 H20은 전수 검사가 아닌 샘플링 검사에 활용된다. 엔지니어들은 해당 장비를 통해 광학 장비에선 잡을 수 없었던 결함을 검출 가능하다. GAA 구조에서 발생하는 잔여물(residue), 극자외선(EUV) 포토 공정 중 발생하는 브릿지(buried bridge) 등이 대표적인 사례다.


삼성전자, SK하이닉스, TSMC, 인텔 등 기업들은 이미 세미비전 H20을 활용하고 있는 것으로 추정된다. 어플라이드는 구체적인 고객사를 밝히진 않았지만 '선도적인 로직 및 메모리 반도체 제조기업들'이 신생 기술 노드를 위해 도입했다고 강조했다.

어플라이드는 전자빔 장비의 활용도가 높아지고 있다고 밝혔다. 장 디렉터는 "(반도체 공정의 미세화로) 광학 검사 장비를 사용하기 힘든 영역이 생기고 있다"며 "이 영역에서 세미비전 H20 등의 활용도가 올라가고 있다"고 했다. 이어 "다만 전자빔 장비가 광학 검사 장비를 완전히 대체하는 것은 아니고, 두 장비는 향후에도 같이 활용될 것"이라고 부연했다.

세미비전 H20에는 딥러닝 인공지능(AI)도 도입됐다. 이를 통해 인간 엔지니어 없이도 검사 과정에서 추출된 결함 후보군(보이드, 잔여물, 스크래치, 입자 등)의 결함 여부를 분석할 수 있다. 소자 업체 입장에서는 세미비전 H20 활용을 통해 엔지니어링리소스를 줄일 수 있는 셈이다.