[디지털데일리 배태용 기자] "반도체 공정이 복잡해질수록 기존 검사 방식으로는 한계에 봉착할 수밖에 없습니다. 업계가 원하는 것은 더 빠르고 정확한 결함 분석입니다."

장만수 어플라이드 머티어리얼즈(AMAT) 이미징 및 프로세스 제어 기술 디렉터는 20일 '세미콘 코리아 2025'에서 신규 결함 리뷰 시스템 'SEM비전 H20(SEMVision H20)'을 공개하며 이같이 말했다.

새롭게 발표된 SEM비전 H20은 업계 최고 수준의 전자빔(eBeam) 이미징 기술과 인공지능(AI) 기반 분석 시스템을 적용해, 기존 대비 3배 빠른 속도로 미세 결함을 식별할 수 있는 것이 특징이다.

장 디렉터는 "최첨단 로직·메모리 공정에서는 나노미터(nm) 단위의 결함을 찾아내는 것이 더욱 중요해지고 있다"라며 "SEM비전 H20은 2세대 냉전계 방출(CFE) 기술과 AI를 활용해 결함 검출의 정확도와 속도를 극대화했다"고 설명했다.

◆ 나노미터급 공정 한계…결함 검출 속도가 관건 = 반도체 미세화가 가속화되면서 기존 광학 기반 검사(optical inspection) 방식은 한계에 직면했다. 공정 노드가 옹스트롬(Å, 0.1nm) 수준에 근접하며, 실제 결함과 가짜 경고(false alarm)를 구별하는 것이 더욱 어려워졌기 때문이다.

장 디렉터는 "기존 검사 방식에서는 특정 공정 단계에서 광학 기술을 활용해 잠재적 결함을 검출한 후, 전자빔을 통해 정밀 분석을 수행했다"라며 "하지만 최신 반도체 노드에서는 결함 후보군이 기존보다 100배 이상 증가해 기존 방식으로는 효율적인 검사가 어렵다"고 지적했다.

이러한 문제를 해결하기 위해 SEM비전 H20에는 냉전계 방출(CFE) 기술이 적용됐다. CFE는 기존 열전계 방출(TFE) 기술보다 전자빔을 더욱 정밀하게 제어할 수 있는 기술로, 높은 감도와 분해능을 유지하면서도 이미지 분석 속도를 극대화하는 것이 특징이다.

장 디렉터는 "CFE 기술을 통해 전자빔의 초점 크기를 50% 이상 줄이고, 기존 대비 최대 10배 빠른 속도로 이미지를 획득할 수 있다"라며 "기존 방식보다 3배 빠른 결함 분석 속도를 제공하면서도, 양산 라인의 생산성을 저해하지 않는다"고 강조했다.

SEM비전 H20은 기존 시스템과 차별화된 또 하나의 핵심 기술로 AI 기반 결함 분석 기능을 적용했다. AI 모델이 웨이퍼 데이터를 학습하며, 검사 과정에서 거짓 경보(false alarm)를 자동으로 필터링하고, 실제 결함을 빠르게 분류하는 방식이다.

◆ AI 도입, 결함 자동 분류…효율 향상 6배 이상 = 장 디렉터는 "반도체 제조 환경에서는 '결함인지 아닌지'를 판별하는 것이 핵심 과제다"라며 "기존에는 결함 판별을 위해 엔지니어가 직접 수천 개의 이미지를 분석해야 했지만, AI를 활용하면 이를 자동으로 필터링해 분석 시간을 대폭 줄일 수 있다"고 설명했다.

특히 어플라이드의 독점적인 AI 알고리즘은 웨이퍼 내 패턴 데이터를 지속적으로 학습해, 결함 유형을 ▲보이드(void) ▲잔여물 ▲스크래치 ▲입자 등으로 세분화한다. 이를 통해 이전보다 6배 이상 빠르게 결함을 검출하고, 분석 정확도를 극대화할 수 있다.

장 디렉터는 이번 신제품이 최첨단 반도체 공정 전반에 적용 가능하다는 점을 강조했다. 장 디렉터는 "SEM비전 H20은 2나노(nm) 이하 로직 공정, 최신 D램, 3D 낸드 등 모든 차세대 반도체 기술을 지원한다"며 "현재 모든 첨단 공정에서 검증이 완료됐고, 주요 반도체 고객사들이 실제 양산 라인에서 사용 중"이라고 밝혔다.

또한 경쟁사 대비 기술적 우위를 강조했다. "CFE 기술은 AMAT가 15년 이상 연구개발(R&D)을 거쳐 상용화한 기술"이라며 "현재 업계에서 CFE를 상용화한 기업은 어플라이드 머티어리얼즈가 유일하다"라고 말했다.

그는 "반도체 결함 검사는 더 이상 단순한 리뷰(review)가 아니라, 실시간 결함 예측 및 공정 최적화의 핵심 도구로 변화하고 있다"라며 "AMAT는 AI·CFE 기술을 통해 결함 검출 속도를 획기적으로 높이는 동시에, 공정 생산성을 극대화할 것"이라고 강조했다.