CFE 기술, 복잡한 3D 아키텍처에서의 미세한 결함도 검출 가능해
어플라이드 머티어리얼즈(이하 어플라이드)가 13일인 오늘 전자빔(eBeam) 이미징의 혁신인 ‘냉전계 방출(CFE∙Cold Field Emission)’ 기술을 상용화했다고 밝혔다. 어플라이드는 자사 최초 CFE 기술에 기반한 전자빔 시스템 ‘SEM비전 G10’, ‘프라임비전 10’ 2종을 출시했다.
어플라이드는 13일 개최한 기자간담회에서 신제품 출시와 함께 회사에 대한 소개, 지난 몇 년간 거둔 성과에 대해 발표했다. 기자간담회에는 어플라이드 머티어리얼즈 코리아 박광선 대표이사, 이석우 전무를 포함한 임직원이 참석했다.
어플라이드는 반도체 업계에서 손꼽는 장비 기업 중 하나다. 이에 반도체 칩과 디스플레이 제품 생산에 사용되는 재료공학 솔루션 분야를 선도하고 있다. 어플라이드는 지난 2022년에 전년 대비 매출이 12% 증가한 257억9000만 달러를 기록했으며, 매출의 10% 이상인 28억 달러를 R&D에 투자하기도 했다. 참고로, 글로벌 매출 중 우리나라가 차지하는 매출 비중은 17%에 달한다.
어플라이드가 주력하는 사업은 반도체 시스템, 어플라이드 글로벌 서비스, 디스플레이 및 관련 사업으로 구분된다. 이 가운데 주목해야 할 부분은 지난 2021년도에 10억 달러 이상의 수익과 50%가 넘는 전자빔 시장 점유율 기록하며 공정 제어 업계에서 전자빔 시스템 분야 최대 공급 기업으로 떠올랐다는 것이다.
박광선 대표이사는 환영사에서 "고객들은 CFE 기술을 통해 나노미터 단위의 기저부 결함에 대한 검사 및 이미징 작업을 향상시킬 것으로 보인다. 이 기술의 상용화로 차세대 GAA(Gate-All-Around) 로직 칩은 물론 고집적도 D램, 3D 낸드플래시 개발 및 생산 속도가 크게 빨라질 전망"이라고 밝혔다.
반도체 제조사들은 크기가 너무 작아 광학 시스템으로 확인되지 않는 결함을 검출 및 분류하기 위해 전자빔 기술을 사용한다. 반도체 제조사들이 EUV 리소그래피를 사용해 2D 로직과 D램 미세화의 한계를 극복하고 GAA 로직 트랜지스터 및 3D 낸드 메모리 등의 복잡한 3D 아키텍처로 전환을 가속화함에 따라 표면 및 기저부 결함 검출 작업은 점점 어려워지고 있다.
어플라이드는 CFE 기술을 활용한 전자빔 이미징 분해능과 속도 혁신으로 반도체 제조사가 칩 개발 속도를 높이고 대량 생산 과정에서 전자빔 기술을 폭넓게 적용할 수 있을 것으로 전망했다. 박광선 대표이사는 "어플라이드의 주 매출은 설비 생산 및 판매지만, 이 같은 장비의 핵심인 원천 기술을 개발하는 것이 우리의 주된 목표다"라고 말했다.
박광선 대표는 "디지털 전환이 가속화하면서 반도체 시장은 급격히 성장했다. 향후 1000조 규모의 성장이 예상된다. 반도체 산업이 커지면서 요구되는 기술은 자연스럽게 시장을 키웠다. 반도체 설비를 개발하는 우리 입장에서는 긍정적으로 신호다. 이를 위해 자체 기술 개발에 더욱 매진할 것"이리고 덧붙였다.
이어 어플라이드 이석우 전무가 이빔 기술 및 신제품 출시에 대해 발표했다. 이석우 전무는 "기존에 활용됐던 고온전계 방출형(TFE∙Thermal Field Emission) 전자빔 시스템은 섭씨 1500도 이상에서 작동한다. 온도를 낮추면 빔 폭은 좁아지고 전자 개수가 많아지기에 물리학자들은 나노미터 이하의 이미지 분해능 및 10배 빠른 이미징 속도를 구현하는 CFE 전자빔 기술 상용화에 수십 년 간 큰 노력을 기울여왔다"고 말했다.
이 전무는 "TFE 시스템에서는 불순물이 자동으로 제거되지만 기존 CFE 기술로는 시스템 내 불순물이 전자빔 방출기에 축적돼 전자 흐름을 저해하므로 상용 애플리케이션에 적합한 안전성을 구현할 수 없었다. 이에 어플라이드는 CEF 전자빔 시스템 양산을 가능하게 하는 극도의 초고진공 전자빔 컬럼, 새로운 자가 세정 모드의 두 가지 혁신을 이뤘다"고 덧붙였다.
어플라이드는 전자빔 방출기를 포함한 핵심 컴포넌트로 구성된 초고진공 전자빔 컬럼을 개발했다. 이 새로운 CFE 컬럼은 극도의 초고진공 운영 환경에서도 오염 물질을 현저히 낮추는 특수 개발 챔버 소재를 결합했다. 특수 펌프를 통해 1x10-11밀리바를 훨씬 밑도는 진공 상태를 유지하도록 지원하며, 이 수치는 TFE 시스템에 비해 수십에서 수백 배 향상된 것으로 우주의 진공 상태와 유사하다.
극도의 초고진공 상태에서도 전자빔 컬럼에 극미량의 잔류 가스가 형성될 수 있다. 전자빔 소스부(source tip)에 하나의 원자라도 부착되면 이 원자가 전자 방출을 부분적으로 가로막아 안정치 못한 운영을 발생시킬 수 있다. 어플라이드는 CFE 소스에서 오염물을 지속적으로 제거해 안정적이고 균일한 성능을 구현하는 새로운 순환적 자가 세정 프로세스를 개발했다.
키스 웰스(Keith Wells) 어플라이드 머티어리얼즈 이미징 및 공정제어 그룹 부사장은 “CFE 상용화는 지난 수십 년간 전자빔 기술 분야에서 이룬 가장 큰 진보”라며 “업계에서 가장 높은 분해능과 전자밀도를 제공하는 어플라이드의 새로운 CFE 기술로 반도체 제조사들은 기존에는 확인할 수 없었던 결함을 빠르게 검출하고 이미징 할 수 있다”고 말했다.
어플라이드 SEM비전(SEMVision) 제품군은 전 세계에서 가장 진보되고 널리 사용되는 전자빔 계측 시스템으로, 고객들이 가장 작은 결함을 이미징해 칩 공정 개발 및 대량 생산에 영향을 미치는 문제를 파악하도록 지원한다.
새로운 SEM비전 G10 결함 리뷰 시스템은 CFE 기술을 사용해 나노미터 이하의 이미지 분해능과 어플라이드 기존 최고 성능 제품 대비 최대 3배 빠른 이미징 작업을 구현했다. 모든 로직 GAA 고객사가 SEM비전 G10 시스템을 공정 개발 툴로 선택했다.
이석우 전무는 "이번에 출시된 SEM비전 G10은 이미 시장에 출시돼 고객사에서 활용되며, 누적 판매로 4억 달러 규모의 매출을 올렸다. 이뿐 아니라 유수의 메모리 고객사들이 신규 D램과 낸드 공정 노드를 개발하고 기존 메모리 노드의 대량 생산 능력 확대를 위해 SEM비전 G10 시스템을 배치하고 있다"고 밝혔다.
프라임비전 10 결함 검출 시스템은 어플라이드 전자빔 포트폴리오에 새롭게 합류된 제품이다. 이 시스템은 웨이퍼 표면 미세 결함을 검사하기 위한 나노미터 단위의 분해능은 물론 3D GAA 구조 로직 소자 및 고종횡비 메모리 소자의 수율에 영향을 미치는 치명적 결함을 검사하는 3D 검사 기술이 특징이다. 프라임비전 10 시스템은 높은 전자빔 밀도로 TFE 기반 전자빔 계측 시스템보다 최대 10배 빠른 속도로 고분해능 이미지를 생성한다.
이날 어플라이드는 EUV 공정에도 당사의 CFE 기술이 유용하게 활용될 수 있음을 언급했다. 이석우 전무는 "EUV 공정이 확대되면서 다양한 공정 이슈가 발생했다. 어플라이드는 EUV 공정에 대해 연구하고 검사 기술을 개발한다. 우리가 가진 CFE 기술은 EUV 공정에서도 검출 속도를 높여 공정 속도를 높이는데 일조한다"고 말했다.
한편, 어플라이드는 반도체 공급망을 형성하는 국내 공급업체와의 협력 및 유밍 기업에 대한 투자 활동으로 국내 반도체 산업 발전에 기여할 것이라고 밝혔다. 박광선 대표는 "고객의 칩 디자인을 가능하게 하는 기술이 자동차, 스마트폰, TV 등 우리 일상과 가까운 제품의 완성도를 높인다. 이것이 우리가 강조하는 'Make Possible'의 모토다"고 말했다.
박 대표는 "어플라이드 머티어리얼즈 코리아는 국내에서 12개 사이트에 걸쳐 2100여명의 직원이 근무한다. 국내 100개 이상의 기업과 일하며 매출도 매년 증대되고 있다. 반도체 설비뿐 아니라 부품 회사와 유기적으로 일하는 것이 중요하기에 그것에 집중하고 있다. 이와 함께 기술 연구소 설립을 위해 경기도와 산업통상자원부와 진행 중이다. 현재 부지 선정을 위한 작업에 돌입했다"고 말했다.
이어 그는 "우리는 반조체 및 혁신적인 기술을 보유한 스타트업에 투자하는 기업형 벤처캐피털 '어플라이드 벤처스'도 운용 중이다. 현재 투자 액수는 2500만 달러 규모며, 해당 펀드와 모회사를 통한 투자를 포함해 현재까지 국내 8개 스타트업에 투자했고 이 중 네 개 기업이 기업공개에 성공했다. 나아가 국내에 있는 스타트업이 실리콘밸리로 진출할 수 있는 기회를 마련할 것"이라고 밝혔다.
헬로티 서재창 기자 |
