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반도체 공정 – MI(Measurement & Inspection) – 코딩게임
반도체 핵심 공정 중 하나로 꼽히는 계측은, 생산 중인 반도체 소자의 물리적, 전기적 특성 목표가 제조 순서의 각 단계에서 제대로 충족되었는지 확인 …
Source: slaks1005.tistory.com
Date Published: 5/25/2022
View: 538
반도체 계측 & 검사 MI 기술? <나노메트릭스코리아>
사실 반도체 제조공정하면 주로 8대공정이 언급 되는데요. 저 또한 학교나 외부 교육시간에 반도체에 대해 배우면. 8대 공정만 중점적으로 배웠던 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 5/15/2022
View: 7904
‘반도체 9대 공정’ 계측·검사(MI), 성능과 처리량의 벽을 넘어서
MI는 반도체 제조 공정의 단계(step) 사이사이에 들어가 레이어(Layer) 등의 결함을 검사하는 공정이다. 수년 전만 해도 이 MI에는 장비 1대가 들어갔지만 …
Source: www.kipost.net
Date Published: 12/10/2021
View: 9703
[과학TALK] “반도체 계측은 첨단 융합과학의 정수”…국산화 바람 …
최근 MI(Measurement & Inspection)로 알려진 반도체 계측 기술의 중요성이 대두되는 배경이다. 반도체 생산의 8대 핵심 공정 중 하나로 꼽히는 계측 …
Source: biz.chosun.com
Date Published: 10/6/2021
View: 1946
[Meister] 전자현미경과 함께한 25년, ‘기술명장’ 박승민 기정이 …
“제가 속한 DMI 기술혁신팀은 반도체 공정의 불량률을 개선할 수 있게 … 끝내 전사 MI CDSEM 장비를 TTTM(Tool To Tool Matching)하는 표준화 …
Source: news.skhynix.co.kr
Date Published: 9/4/2022
View: 2311
반도체 및 디스플레이 MI기술 포럼 – 온양신문
2017년 10월 19일(목) 13:40 [온양신문]. 나노반도체, 디스플레이, 인쇄전자 기술을 이끄는 선문대. MI기술이 반도체와 디스플레이 공정 50% 차지 …
Source: www.ionyang.com
Date Published: 5/30/2022
View: 7236
EUV·3D… MI 업계 난제에 대한 자이스(Zeiss)의 대처 …
반도체 계측검사(MI) 시장은 장벽은 높지만 규모는 크지 않다. … EUV는 아니지만 반도체 후공정에서도 MI가 중요한 이슈로 떠오르고 있다.
Source: www.eco-five.com
Date Published: 1/30/2021
View: 3359
About Us – Mi Equipment
신규 공정 도입을 항상 검토합니다. 지속적인 연구 개발에 중점을 두고 있습니다. Mi Equipment는 반도체 산업을 위한 반도체 제작 장비의 글로벌 솔루션 공급자가 …
Source: www.mi-eq.com
Date Published: 5/9/2021
View: 3702
[미리 보는 반도체대전 2018]<3>반도체장비 국산화율 높이는 …
MI 기술은 반도체 공정 중간중간 미세구조를 계측·검사해 불량품을 걸러내는 기술이다. 세메스는 매엽식 웨이퍼 세정 설비군을 비롯해 포토 트랙(Photo …
Source: www.etnews.com
Date Published: 7/17/2022
View: 2532
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- Author: 빠른합격! SD에듀 (시대에듀)
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- Date Published: 2021. 1. 28.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=vM2xt7v8AnI
반도체 공정 – MI(Measurement & Inspection)
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MI (Measurement & Inspection)
#시작하며
반도체 제조공정이라고 하면, 8대 공정의 Photo, Etch, Diffusion, Thin Film과 같은 원재료를 통해 제품을 생산하는 공정을 떠올릴 수 있다. 하지만 해당 공정 이외에도, 제품을 만드는 것만큼 Defect를 검사하는 공정 역시 중요하다. 결함을 줄여 수율을 높이는 것은 수익과 직결되기 때문에, 불량을 최소화하고, 수율을 향상시키는 MI, 계측 및 검사 공정 과정의 중요성이 커지고 있다.
#MI (Measurement & Inspection)
현재 한국이 세계 시장을 지배하고 있는 메모리 반도체, 그 중에서도 압도적인 점유율을 자랑하는 D램은 미세공정 기술의 발전이 가속화되면서 난관을 겪고있다. 생산 과정에서 결함(Defect)를 발견하는 것이 점점 더 어려워지고, 이에따라 생산속도가 느려져, 수율 확보가 힘들어지게 되는 것이다. 수율은 생산성으로 직결되어 경쟁력을 좌우하기 때문에 매우 중요한 문제이다. 따라서 계속해서 MI(Measurement & Inspection)로 알려진 반도체 계측 기술의 중요성이 대두되고 있다. 반도체 핵심 공정 중 하나로 꼽히는 계측은, 생산 중인 반도체 소자의 물리적, 전기적 특성 목표가 제조 순서의 각 단계에서 제대로 충족되었는지 확인하는 공정을 말한다. 즉, 생산될 제품의 성능을 저해하거나 불량품이 될 상태를 미리 찾아내는 과정이다.
반도체 계측 장비 (출처. KLA텐코)
실제 반도체 계측 검사 시행 과정에서는, 광학, 소재, 시뮬레이션, 이미지 프로세싱, 로봇 컨트롤, 통계학, 시스템공학 등 방대한 분야의 첨단 기술이 총동원된다. 최대 규모의 반도체 회사들이 해당 분야에 많은 돈을 투자하고 있다.
현재 대기업에서는, 광학을 이용한 반도체 계측 및 검사 기술을 활용하고 있다. 빛은 파동의 성질을 가지는데, 해당 특성 때문에 빛의 회절이 일어나게 된다. 회절은 빛이 나아가는 도중에 틈이나 장애물을 만나면, 빛의 일부분이 슬릿이나 장애물 뒤편까지 돌아 들어가는 현상으로 파동의 특징이다. 반도체 계측은 이러한 빛의 회절을 활용하여 박막, 오버레이 및 웨이퍼 응력, 두께, 전도도, 성분 등의 계측을 수행한다. 여기에서 나온 데이터를 바탕으로 공정을 제어하고, 이슈가 발생할 경우 이를 해결하는 공정을 최적화하여 반도체 제품을 완성하는 것이다.
CD SEM – 박막의 형태를 측정 분석하는 장비
반도체 장비 제조가 단계 수의 증가와 함께 점점 더 복잡해짐에 따라 웨이퍼 검사 및 계량의 중요성도 높아지고 있다. SEM은, 주사전자현미경으로서, Scanning Electrone Microscope의 약자이다. 이는 sample의 표면을 전자 빔을 통해 스캔하여 이미지화 시키는 전자현미경의 일종이다. 고속의 전자를 발사하면 해당 전자가 시료 표면에 충돌하면서 상호작용하여 시료에서 전자와 같은 물질이 튀어나오게 되고, 이를 분석하는 방법이다.
해당 현미경은, 빛 대신 전자선을 사용하였고, 광학 현미경은 유리렌즈를 사용하는 것에 비해, 전자선은 유리를 통과하지 못하기 때문에 전자 렌즈를 사용한다. CD SEM은 재료의 피수 분석 뿐만아니라, nm(나노미터) 단위의 범위에서 치수를 측정하는데 사용된다. 일반적으로 저진공에서 작동하며, 진동 수준이 낮아야 하기 때문에 일반적으로 자기 부상식 터보 펌프 기술을 사용한다.
Surface Profiler – 박막의 두께 측정
출처. 한국기술교육대학원
Surface Profiler는, 웨이퍼 표면 위의 단차가 있는 박막의 두께 및 Step profile을 측정하기 위해 개발된 장비로서, 탐침(stylus)이 웨이퍼의 표면을 스캔하고 지나감으로써 표면 단자의 변화로 인해 발생하는 압력을 감지하여 해당 단차의 두께를 측정하는 장비이다.
Surface Profiler의 Operation Spec (출처. 한국기술교육대학원)
* 장비 사용방법
1. Lever를 조작하여 Stage를 몸쪽으로 움직인 후 Sample을 Load
2. Stage의 X, Y축을 조절하여 측정하려는 Point로 이동
3. Stylus를 내린 후 Monitor를 보며 Scan하고자 하는 부분을 정확히 조절 (Stylus를 내린 후 Sample과는 접촉 금지)
4. View/modify에서 Vertical units 및 Scan length, Scan speed, Sampling rate 등의 Recipe를 맞춰준다.
5. Start key를 눌러 측정한다.
#마치며
오늘은 반도체 공정 과정에서, 계측 및 검사를 진행하는 MI공정에 대해 공부하였다. 다음 포스팅에서는 반도체 TEST 공정에 대해 알아볼 것이다.
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반도체 계측 & 검사 MI 기술? <나노메트릭스코리아>
사실 반도체 제조공정하면 주로 8대공정이 언급 되는데요. 저 또한 학교나 외부 교육시간에 반도체에 대해 배우면
8대 공정만 중점적으로 배웠던 기억이 납니다.
하지만. 8대공정은 반도체의 많은 여러 제조 공정 중 한 부분이고, 나머지 또한 중요한 공정들이 많이 있답니다.
그중! MI에 대해 설명해 보려 합니다.
( MI는 Measurement & Inspection의 약자로 즉 계측 & 검사입니다.)
먼저, 완벽한 반도체 하나를 만드는데 최대 무려 6개월 정도가 걸립니다. (지금은 더 줄었을 수 도..ㅎㅎ)
그래서 수율이 무지 중요한데, 만약 만드는 과정 중 무언가 진행이 잘 안된 상태를 감지하지 못하고 그대로 진행해 반도체를 생산했다??
그러면 고품질의 반도체를 만들지 못해,.아주 큰일입니다…! (tsmc가 불과 3달 전 불량 웨이퍼를 생산해 난리가 났었죠…)
다시 만들려면 6개월이나 걸리고 무엇보다 손해액이 상당하니까요…
KIPOST(키포스트)- 첨단 산업의 모든 정보
그동안 중요도에서 후순위로 밀렸던 반도체 계측·검사(MI) 공정이 제조 기술 고도화와 함께 재평가받고 있다. 적층 및 고종횡비(HAR) 구조가 일반화되면서 MI 기술이 팹 생산성을 좌우하는 수준에 달했기 때문이다.
다만 고질적 문제인 낮은 성능과 적은 처리량(Throughput)은 좀처럼 개선하지 못하는 모양새다. 업계는 인공지능(AI)·가상화(Virtualization) 등 신기술 도입을 통해 한계 극복에 나섰다.
MI, 반도체 9대 공정으로 부각
통상 ‘반도체 8대 공정’은 ▲웨이퍼 ▲산화 ▲노광 ▲식각 ▲박막 ▲금속배선 ▲EDS(Electrical Die Sorting) ▲패키징을 이르는 용어다. 최근 여기에 MI 공정을 묶어 ‘반도체 9대 공정’으로 포함시키는 추세다. 제조 기술의 고도화로 MI 공정의 중요성이 커지고 있기 때문이다.
ASML의 노광기 ‘트윈스캔’은 노광 장비인 스테퍼(Stepper)와 MI 모듈(Scan)이 합쳐져 이런 이름이 붙었다./ASML
MI는 반도체 제조 공정의 단계(step) 사이사이에 들어가 레이어(Layer) 등의 결함을 검사하는 공정이다. 수년 전만 해도 이 MI에는 장비 1대가 들어갔지만, 현재는 적게는 3대에서 많게는 10대까지 구축된다.
손영훈 삼성전자 DS사업부 메모리 계측 수석 연구원은 23일 ‘ASML Tech Talk’ 행사에서 “MI는 노광·식각 다음으로 투자 규모가 크고 스텝 수로 봤을 때는 나머지 공정의 2배 이상을 차지한다”며 “그렇다 보니 MI를 8대 공정에 이어 9대 공정으로 부르기도 한다”고 말했다.
중요성이 높아지면서 반도체 장비 업계도 장비 내부에 계측 모듈을 넣는 추세다.
미국 어플라이드머티어리얼즈(AMAT)는 엔듀라(Endura) 물리기상증착(PVD) 시스템에 장착할 수 있는 내장형 계측기(OBM)를 출시했고, ASML 또한 노광 장비 트윈스캔(Twinscan)에 웨이퍼의 평탄도와 오버레이(Overlay)를 계측할 수 있는 모듈을 넣고 있다.
업계 관계자는 “MI 공정이 다른 공정에 비해 중요도가 떨어진다는 건 옛말”이라며 “물리적 MI는 물론 전자적 성능을 검사하는 MI의 중요성도 높아지고 있다”고 말했다.
고질적 한계, 성능과 처리량
손영훈 삼성전자 수석이 ASML Tech Talk 행사에서 발표를 하고 있다./KIPOST
하지만 MI는 성능과 처리량의 개선 정도가 다른 장비보다 느리다.
장비 성능이 양산 수준을 겨우 넘어서거나 미달하는 게 대부분이고, 처리량도 적어 MI 공정의 신뢰성을 확보하기 어렵다. 삼성전자도 웨이퍼의 모든 다이(Die)를 검사하는 대신 샘플링(Sampling)을 거쳐 일부만 검사하는 데 그친다.
반도체 공정이 고도화되면서 적층 구조, HAR 구조 등 측정·분석해야할 게 점점 늘어나고 있는데다, 측정 단위도 나노미터 이하로 줄어든 탓이다.
예전에는 각 레이어만 검사했다면 이제는 적층(stack) 이후 식각으로 뚫은 채널 홀의 바닥, 셀 구조, 컨택트(Contact) 결함 등을 모두 검사한다.
처리량을 개선하는 작업도 한계가 있다. 오랫동안 관찰하면 잠깐 볼 때보다 더 많은 것을 알 수 있듯, 처리량을 어느 정도 포기해야 MI 정확도를 높일 수 있다고 장비 업계는 설명한다. 소자 업계가 전수 조사를 고집하지 않고 샘플 숫자를 늘리는 것도 이 때문이다.
손 수석은 “주사형 프로브 현미경(SPM), 임계치수 주사전자현미경(CD-SEM)은 각각 패턴과 CD의 형태를 분석하는 데 유용하게 쓰이지만, 처리량이 적다는 한계가 있다”며 “삼성은 정확한 레퍼런스와 프로세스 모니터링으로 생산성을 극대화해 장비 당 150%의 성능을 이끌어내고 있는 상황”이라고 설명했다.
미래 MI의 핵심 키워드, AI·가상화
업계는 성능과 처리량이라는 한계를 극복하기 위해 다양한 노력을 기울이고 있다.
가장 먼저 논의되고 있는 건 인공지능(AI)이다.
원래 MI 공정은 장비가 찾은 결함을 사람이 직접 확인하면서 진행됐다. 삼성전자에 이어 최근 SK하이닉스도 AI를 도입, MI 공정을 자동화할 준비를 하고 있다. 각 결함(defect)의 형태에 따라 어떤 공정에서 문제가 있었는지 추측, 공정에 반영하는 식이다.
각 장비에 AI를 도입하려는 움직임도 보인다. ASML은 오버레이(Overlay) 계측을 위해 신경망(NN) 기술을 활용했고, 딥 러닝 기반 전자빔(E-beam) 계측 기술로 광학근접보정(OPC) 정확도를 높였다. KLA텐코는 이미지 분류 및 샘플 추출 작업에 머신러닝(ML)을 접목하고 있다. AMAT은 내년 OBM 모듈에 AI를 적용해 정확도를 높일 계획이다.
가상 계측 기술의 모식도./IEEE
가상 계측(Virtual Metrology) 기술도 개발 중이다.
가상 계측은 직접 웨이퍼를 계측하는 게 아니라 공정 도구에서 올라온 생산 데이터를 가지고 가상 환경에서 계측을 수행하는 기술이다. 나온지는 오래됐지만 공정 장비에 들어가는 수만개의 센서가 균등한 성능을 가지고 있어야하는 등의 한계에 부딪혀 아직 연구개발(R&D) 단계다.
반도체 CD 계측에 가장 많이 활용되는 SEM 장비는 3차원(3D) 구조물을 검사할 수 있는 3D SEM으로 발전하고 있다. 현재 3D 구조나 아래 빈공간(Bottom Void)을 측정하는 장비는 공정 가격이 비싸고 처리 속도가 느린 수직SEM(VSEM)이나 투과전자현미경(TEM) 뿐이다.
아예 MI 장비의 광원을 현 가시광선에서 진공 자외선(VUV)이나 적외선(IR), X선 등으로 바꾸려는 움직임도 일고 있다. CD 측정 장비 중에서는 X선을 이용한 CD-SAXS(Small Angle X-ray Scattering)가 나왔는데 아직 처리량이 낮아 X선 광원의 출력을 높여야하는 과제를 안고 있다.
손 수석은 “MI 장비는 기본적으로 비용, 생산성, 비파괴, 도구 매칭 등을 충족해야 대량 양산 라인에 적용 가능한데, 추가로 빠르고 효율적인 MI 기술에 대한 요구가 늘어나고 있다” 며 “현재 MI의 역할은 공정의 좋고 나쁨을 판단하는 데 그치지만 미래에는 품질 예측까지 MI가 하게 될 것”이라고 말했다.
[Meister] 전자현미경과 함께한 25년, ‘기술명장’ 박승민 기정이 묵묵히 걸어온 길
박승민 기정(제조/기술 DMI 기술혁신팀)이 SK하이닉스에서 걸어온 길에는 항상 반도체 계측 장비인 ‘전자현미경’이 있었다. 그에게 전자현미경은 그의 주 업무 분야인 동시에, 배우고자 하는 간절함으로 완성한 그의 자부심. 그는 전자현미경의 전문가가 되기 위해 늘 불철주야 노력했고, 그 결과 ‘기술명장’의 자리에도 오를 수 있었다.
SK하이닉스에 몸담은 지난 25년간 엔지니어로서, 또한 기술명장으로서 전자현미경을 활용해 SK하이닉스에 기여한 성과가 일일이 셀 수 없을 정도. SK하이닉스 뉴스룸은 이런 박승민 기정을 만나 그가 전자현미경과 함께 쌓아온 그간의 발자취를 들여다보고, 기술명장으로서의 행보와 앞으로의 미래를 살펴봤다.
전자현미경 하드웨어 난제 해결에 노력을 기울여온 ‘ 달인 ’
반도체는 수많은 생산 공정을 거치는데, 그 중에서도 불량 여부를 측정하는 ‘계측’ 공정을 거쳐야만 시장에 공개된다. 불량품을 시장에 내놓을 수는 없기에, 세밀한 계측 공정은 필수. 계측 공정은 수익과 직결되는 수율을 높이는 데에도 빼놓을 수 없는 공정이다. 이를 위해선 다양한 계측 장비가 필요한데, 그중 전자현미경 CDSEM은 웨이퍼의 선폭을 측정하는 데 주로 사용되는 장비다.
“제가 속한 DMI 기술혁신팀은 반도체 공정의 불량률을 개선할 수 있게 시스템을 개발하고, 계측 장비를 유지∙관리하는 역할을 하고 있습니다. 저는 계측 장비 중에서도 전자현미경인 CDSEM을 맡고 있죠. 만약 Photo 공정에서 무언가를 잘못 만들어졌다면, 어떤 부분이 오류가 있는지를 파악해 알려줘야겠죠? 이런 것들을 늘 주시하고 개선하는 일을 하고 있습니다. 반도체 공정에 있어 이런 계측 장비의 중요성은 매우 큽니다. 계측 장비가 불량의 정도를 정확히 측정해줘야 차질 없이 원활한 생산이 가능하기 때문이죠”
현재 그는 CDSEM 업무 중에서도 데이터 정합성을 위한 장비 개선 업무에 주력하고 있다. ‘APC1)(Advanced Process Control) 고도화를 위해서는 데이터의 정합성을 확보하는 것이 무엇보다 중요하다’는 사명감을 안고 지금도 현장에서 구슬땀을 흘리고 있다.
1) APC(Advance Equipment Control) : 고급 공정제어 기술
“협력사에서 제공하는 장비 간 오측정의 편차 기준은 0.1n인데, SK하이닉스에서 정한 기준은 0.05n입니다. 협력사 기준으로는 장비에 오류가 없어도, SK하이닉스가 관리하는 스펙이 워낙 빡빡해 늘 이슈가 생기죠. 하지만 빡빡한 기준으로 장비 성능의 효율성을 높여야 데이터 정합성을 확보할 수 있습니다. 이를 위해 장비를 개선하는 일은 반드시 필요하죠”
박승민 기정은 SK하이닉스에서 추구하는 스펙으로 데이터 정합성을 제공하기 위해 하드웨어 개선 평가 목적의 전자현미경으로 연구를 진행한다. 특히 최근에 연구 목적으로 제공받은 전자현미경을 늘 곁에 두고 업무에 활용하다 보니 어느새 가장 많은 시간을 함께 보내는 업무 도구가 전자현미경이 됐다.
“5년 전 협력사로부터 하드웨어(H/W) 개선 평가 목적으로 언제나 필요할 때면 바로 활용할 수 있는 연구 목적의 전자현미경을 확보했습니다. 그 이후로 제가 개선하고 싶거나 평가하고 싶은 연구 아이템이 있으면 언제나 이 전자현미경을 이용하죠. 계측 공정에 실제 사용돼 연구 목적으로 사용하기 쉽지 않은 다른 전자현미경과는 달리, 이 전자현미경은 언제나 곁에 두고 분해하고, 장착하고, 평가할 수 있는 저만의 무기라고 해도 과언이 아닙니다”
기술명장이 될 수 있었던 원동력 , 배우고자 하는 ‘ 간절함 ’
박승민 기정을 기술명장으로 이끌어준 것도 전자현미경이다. 그는 1995년 입사부터 현재까지 25년간 전자현미경 CDSEM 장비를 다뤄오며, 전자현미경 CDSEM 전문가가 되기 위해 구슬땀을 흘렸다. 수많은 난제를 직접 경험하며 성장했고, 그 결과 무수한 성과를 내며 ‘기술명장’ 2기 자리에도 오를 수 있었다.
박승민 기정이 기술명장이 되는 데 가장 큰 역할을 했던 성과는 사내 자체 인력만으로 전자현미경 CDSEM 포함한 계측 장비를 이설한 것.
“여러 장비를 이설하는 일은 여간 어려운 일이 아닙니다. 장비들을 고장이 나지 않게 분해해 이동시켜야 하는데, 이는 협력사의 지식재산권(IP)에 속해 있어 핵심 기술을 저희에게 가르쳐 주질 않죠. 기술 노출을 꺼려해 식사 시간이나 퇴근 시간 후 야간에 작업하는 경우도 많았습니다. 이를 배우고자 끼니도 거르고, 야근도 자주 했었죠. 그리고 작업공간에 돌아가서 배운 것들을 직접 장비에 실험했고, 그 결과 SK하이닉스의 구성원들과 함께 이를 무사히 이설할 수 있었습니다. 덕분에 인건비, 비용 절감 등 경제적 측면에서 큰 성과를 얻을 수 있었죠”
모르는 것이 있으면 배우기 위해 어떻게든 방법을 찾아내는 그의 간절함이 가져온 성과. 협력사 업무를 어깨너머로 배우고, 직접 논문을 찾아보면서 공부한 뒤 이를 장비에 직접 적용시켜 보면서 난제들을 하나하나씩 해결했다. 난제를 해결하는 과정이 순탄치만은 않았다. 장비에 오류를 적용시키면 고장이 나기 때문에 생산적인 측면에서는 치명적일 수 있었던 것. 하지만 그는 실패를 두려워하지 않고 도전적인 자세로 난제 해결에 끊임없이 노력을 기울였다.
“난제 해결을 위해 여러 가지 방법을 장비에 실험을 하다가 그 방법이 실패해 장비가 오래 멈췄었습니다. 리더에게 많이 혼났었죠. 그때 저는 “위험을 감수하면서까지 도전하는 이유는 무엇이냐?”라는 질문을 받았습니다. 실패가 두려워서 아무것도 하지 않으면 발전하지 못하기 때문에, 항상 도전적인 마음으로 업무에 임했습니다. 이런 시행착오 끝에 결국 실수들을 하나하나 해결해 장비에 정립시킬 수 있었죠. 성장하는 과정에선 시행착오는 감수해야 합니다. 그래야 개인의 스킬업은 물론이고 SK하이닉스의 성장으로까지 이어질 수 있습니다”
그는 후배들에게도 경험에서 우러나온 조언을 아끼지 않았다. 그는 “자신이 담당하는 기술 분야에서 최고가 되도록 꾸준히 노력해야 한다”며 “기술의 최고봉에 오를 수 있게 해당 분야의 명장을 멘토로 선택해 그 이상이 되겠다는 의지를 갖고 성실하게 분석하고 공부한다면, 언젠가 그 위치가 바뀌어 있을 것”이라고 강조했다.
기술명장으로서 느낀 성취감의 맛 , 말로 표현할 수 없는 행복감을 느끼다
기술명장이 된 이후 그는 전자현미경 CDSEM 난제 해결 관련 업무를 더 깊이 있게 들여다봤다. 2018년 상반기, 그룹 내 담당의 의지로 전자현미경 CDSEM 난제 해결을 위한 프로젝트가 결성됐던 것. 하드웨어 전문가인 기술명장과 소프트웨어(S/W) 전문가인 APP’S 담당자들로 TF가 구성됐고, 여기에 박승민 기정도 참여했다. 최종적으로 이 TF에는 ‘Hunting issue’와 ‘장비 간의 Skew issue’를 해결하라는 임무가 주어졌다.
Hunting issue는 전자현미경 CDSEM의 고질적인 문제로 Defocus 현상을 일으키는 것을 뜻한다. 웨이퍼의 선폭을 정확하게 측정하기 위해서는 장비의 화면이 깨끗해야 하는데, Defocus 현상으로 오측정이 발생하는 것. 박승민 기정을 비롯해 TF는 수많은 파라(Para)2)를 분석해 해결했다.
2) 파라(Para): 반도체 소자를 동시에 처리하는 단위
Hunting issue를 해결한 후엔 그보다 더 심각한 문제인 장비 간의 Skew issue 해결을 위해 연구에 돌입했다. 박승민 기정은 애장품인 전자현미경을 활용해 분석하고 평가했고, 마침내 키파라(Key-Para)를 찾아냈다. 끝내 전사 MI CDSEM 장비를 TTTM(Tool To Tool Matching)하는 표준화 시스템을 개발했다. 이 시스템은 지난해 말 BIC(Best In Class) 수준의 기술경쟁력을 확보한 것으로 평가가 전사적으로 적용 중이다.
“기술명장이 되고 난 후 업무를 대하는 태도가 달라졌습니다. 전 세계적으로도 해결하기 어려운 난제를 풀어야 하니 책임감도 막중해지더군요. 스트레스가 이전보다 더 쌓였었습니다.(웃음) 하지만 끝내 Hunting Issue를 해결했고, 그보다 더 까다로웠던 난제인 장비 간의 Skew issue의 해결 방안을 찾았죠. 그때 느꼈던 그 성취감은 말로 표현할 수 없어요”
그는 기술명장으로서 자신의 성과를 올리고 있는 것은 물론, 후배들의 양성도 잊지 않고 있다. 사내강사 활동을 비롯해 후배들에게 틈틈이 자신의 노하우와 경험들을 공유하고 있다.
“현재 팀에서도 기술명장이 되고자 하는 후배들이 많아요. 저의 길이 어쩌면 후배들에게 또 하나의 방향성을 제시해주었다는 생각도 듭니다. 이러한 경험과 노하우를 알리기 위해 강의에 자주 나서기도 합니다. 이를 통해 후배들의 역량 강화에 기여할 수 있어 성취감과 뿌듯함을 느낍니다”
끊임없이 노력해온 박승민 기정은 아직 해야 할 일, 하고 싶은 일이 많다. 마지막으로 기술명장으로서 그의 목표와 앞으로의 방향성을 물었다.
“전자현미경 유지∙관리 기준을 정리하고, 사람이 일일이 기준을 직접 입력하지 않아도 되는 자동화 시스템을 개발∙구축하고 있습니다. 이러한 노력들이 하나둘씩 모여 언젠가 제가 개발한 기준이 SK하이닉스를 넘어 세계적인 기준이 되길 꿈꾸고 있습니다. SK하이닉스를 전 세계에서 벤치마킹하는 그날까지 도전을 멈추지 않겠습니다”
EUV·3D… MI 업계 난제에 대한 자이스(Zeiss)의 대처
토마스 셰루블(Thomas Scherübl) 박사./자이스
반도체 계측검사(MI) 시장은 장벽은 높지만 규모는 크지 않다. 종류도 워낙 다양하고, 기반 기술 없인 시장에 나서기도 쉽지 않다. 이같은 특성 탓에 시장에 대기업이라곤 KLA와 자이스(Zeiss) 정도 뿐이고, 나머지 업체들은 강소기업으로 구성돼있다.
MI 기술의 중요성이 커지는 가운데 토마스 셰루블(Thomas Scherübl) 자이스 세미컨덕터 마스크 솔루션 사업부 및 Tuning 사업부, 전략 사업 개발 총괄을 인터뷰했다. KIPOST 2020년 5월 18일자 <반도체 제조사들이 가장 먼저 머신러닝(ML)을 적용하려는 곳은> 기사에 이어 문답 형식으로 인터뷰를 정리한다.
Q1. EUV 기술이 적용된지도 1년이 지났다. EUV 기술 도입 이전 업계가 골머리를 썩었던 건 스캐너가 아니라 재료와 계측검사(MI)였는데, 아직도 이 문제가 해소되지 않은 것 같다. 특히 MI 쪽은 하면 할수록 쉽지 않다는 얘기가 들려오고 있다. 이유가 무엇인가? A1. MI는 EUV에서 더욱 어려워지고 있으며, 특히 마스크 MI의 경우 더 그렇다. 자이스 세미컨덕터 마스크 솔루션(SMS)은 마스크 측정 및 수리 시스템의 주요 공급 업체이므로 이와 관련된 부분을 중심으로 얘기하겠다. 먼저 결함 및 피처 크기가 작아짐에 따라 기술적 과제들이 생겨나고 있고, 여기에는 마스크 측정 시스템의 높은 해상도와 반복성이 요구된다. 또 스루-펠리클(thru-pellicle) 측정 및 EUV 위상 효과와 같은 요구사항들 때문에 화학선(actinic) 측정 시스템의 필요성이 더욱 대두되고 있다. EUV 조명을 사용하는 액티닉 시스템은 개발에 많은 투자가 필요하다. 마스크 사업은 시장 규모가 작기 때문에 모든 공급 업체들이 신중하게 사업 사례를 분석한다. 그러나 최근 몇 년간 이 분야에서 많은 진전이 있었다. 자이스는 최초의 액티닉 마스크 측정 시스템인 AIMS(Aerial Imaging Measurement System) EUV를 시장에 선보였다. AIMS EUV는 스캐너 에뮬레이터로 작동하며, 가격도 비싸고 시간이 많이 소모되는 웨이퍼 인쇄없이 결함과 마스크 인쇄 성능을 분석할 수 있다. 이와 관련해 레이저텍(Lasertec)이 최근에 APMI(Actinic Patterned Mask Inspection System)에 대한 결과를 발표한 바 있다. 앞으로 EUV가 점점 더 급증함에 따라 MI 시스템이 대량생산을 지원할 수 있을 것으로 생각한다.
Q2. EUV 마스크 쪽에서도 MI 이슈가 있는 것 같다. 기존 DUV용 마스크는 투과형인 반면 EUV마스크는 반사형이고 구성도 달라 MI 방식도 바뀌었을 것 같은데, 어떻게 바뀌었나? A2. 업계에서 발표된 여러 논문을 살펴보면, 마스크의 반사 특성으로 인해 소위 마스크 3D 및 위상 효과가 DUV에 비해 EUV에서 훨씬 더 큰 영향을 미친다.(중요한 역할을 한다) 이러한 현상은 EUV 조명을 사용한 마스크에서만 측정할 수 있으므로 AIMS와 같은 액티닉 마스크 측정이나 APMI와 같은 검사는 EUV 마스크 제작에 있어 필수적이다.
Q3. 위 질문과 관련해 초기에는 ASML이 자이스의 AIMS를 채택하라고 제조사에게 권고했다고 들었다. AIMS는 스캐너 안에 모듈 형태로 들어가는 것인가? ASML이 EUV 스캐너에 장착한 자체 MI 모듈와 AIMS는 어떤 차이점이 있나? A3. AIMS 시스템은 독립형 시스템으로 DUV에 사용됐으며 약 25년 동안 사실상 업계 표준으로 자리잡아왔다. 이 시스템은 스캐너 조건에 따른 마스크를 검증하기 위해 마스크 제조 업체(마스크 샵)에서 이용되는데, 이를 ‘스캐너 에뮬레이션’이라고 부른다. AIMS는 스캐너와 동일한 파장, 조명 및 개구수(NA)를 사용하지만, 마스크를 웨이퍼상에 축소하는 대신 전하결합소자(CCD) 카메라에서 마스크의 일부를 확대한다. 그러면 카메라는 스캐너가 웨이퍼에서 보는 것과 같은 방식으로 영역 이미지(aerial image)를 보게 된다. 이 방법을 사용하면 스캐너가 보는 것과 같은 방식으로 마스크 결함, 결함 복구 또는 마스크 CD 균일성을 분석할 수 있다. 비용과 시간이 많이 소요되는 웨이퍼 인쇄 작업도 필요 없다. 이는 일반적으로 스캐너에 액세스 할 수 없는 마스크 공급자에게 중요하다. AIMS 시스템은 ASML 내부의 자체 MI 모듈과 제조상 완전히 다른 목표를 가지고 있다. 스캐너 내에서의 측정(ASML의 MI 모듈)은 웨이퍼 제조 과정에서 우수한 웨이퍼 결과를 보장하기 위해 사용되는 반면, AIMS는 마스크 샵이 고비용의 웨이퍼 인쇄를 하지않고도 스캐너를 에뮬레이션하고 완벽한 마스크를 생산할 수 있도록 한다.
Q4. 13.5나노(EUV) 기반 MI 기술과 193나노 광원에서 명암비를 높인 MI 기술 중 어느 쪽이 더 뛰어난 성능을 가질 수 있을까? 광학식의 경우, 노광장비의 광원에 따라서 쫓아서 쓰는 경우가 많은데, EUV MI는 13,5나노로 내려가야 한다는 주장이 있고, 193 나노에서 명암비를 높여서 충분히 성능을 낼 수 있다고 하는 두가지 의견으로 나뉜다. 그런데 명암비를 조금만 높여도 어느 정도 크기 이하는 안보일 수도 있고, 어떠한 것은 오히려 선명할 수도 있다고 들었다. 두 방식 중 어떠한 기술이 더 현실적이고 성능면에서 나은가. A4. 측정 및 검사에 EUV 파장을 사용하면 두 가지 장점이 있다. 첫째, 파장이 작을수록 해상도가 높아진다(‘NA(numerical aperture)’라는 파라미터가 동일할 경우). 또 다른 측면은, 마스크 상에 발생하는 효과들은 오직 EUV 또는 스캐너 파장에서만 볼 수 있다는 것이다.
Q5. 내년부터 D램에도 본격적으로 EUV가 채택되기 시작한다. 메모리 제조사로부터 MI 장비에 대한 수요가 있나? A5. 마스크 검사외에 전체 웨이퍼 제조 시장을 보면, 자이스는 3D 구조용 MI 솔루션을 제공하기 위한 X-ray, 전자 및 이온 빔 기술도 개발하고 있다. 3D 구조는 FEOL(Front end of line) 및 BEOL(back end of line) 웨이퍼 팹과 패키징 애플리케이션 분야 모두에서 증가 추세다. 예를 들면, FEOL에서 자이스의 이온빔 기반 현미경 검사 솔루션은 나노미터(nm)급의 최첨단 3D-NAND 메모리 아키텍처를 3D로 특성화 하는데 도움을 준다. 홀 직경, 타원율, 보잉·벤딩(bowing/bending) 및 각 채널의 전체 길이를 따라 기울어진 정도 등 기존 2D 횡단면을 통해 얻을 수 있는 것 이상의 기능들을 제공한다. 자이스의 멀티빔 주사전자현미경(SEM) 기술은 높은 처리량 검사 기능도 제공한다. 또 불량 분석 및 공정 특성화를 위한 자이스 3D 엑스레이 현미경이 D램 및 고대역폭메모리(HBM) 패키지의 중요한 기능으로 부상하고 있다.
[미리 보는 반도체대전 2018]<3>반도체장비 국산화율 높이는 세계 최고 기술
메모리 반도체가 수성(守城)의 영역이라면 반도체 장비는 공성(攻城)의 영역이다. 우리나라 반도체 산업은 세계 메모리 시장을 지배하고 있지만, 밑바탕이 되는 생산 장비는 해외제품 비중이 높다. 지난해 국내 반도체 장비 국산화율은 20% 수준에 그쳤다.
그러나 최근에는 우리 기업이 미국, 일본, 유럽 등 장비기업이 독점, 난공불락으로 여겨지던 반도체 장비 시장의 문을 거세게 두드리고 있다. 축적된 노하우와 연구개발 성과를 바탕으로 우수한 반도체 장비를 만드는 기업이 늘었다. 반도체 전·후 공정 일부 분야에서는 세계 최고 수준 기술력을 확보한 기업도 나왔다. ‘반도체대전(SEDEX) 2018’에서는 국내 대표 반도체 장비 기업들이 대거 참여, 세계 시장 가능성을 선보인다.
◇증착·레이저마커·메모리 검사 등 세계 최고 장비기술 전시
원익IPS는 올해 3D 낸드용 원자층증착(ALD) 장비와 플라즈마화학기상증착(PECVD) 장비를 출품한다. 우리나라가 최고 수준 기술을 보유한 ALD 방식은 기존 증착 방식 대비 박막 불순물을 최소화하고 균일한 두께로 박막을 형성할 수 있다. 반도체 공정이 미세화되면서 도입 필요성이 커졌다.
이오테크닉스는 반도체 레이저 마커 분야 세계 1위기업이다. 레이저 마커는 반도체 완성품 외부에 레이저로 ‘삼성’ ‘하이닉스’ 등 브랜드를 찍는 장비다.
엑시콘은 메모리 반도체 검사장비 제조사다. 전시에서 솔리드스테이트드라이브(SSD) 테스터에 최적화된 초고속·고신뢰성 신제품 듀오·트리오를 소개한다. 듀오는 경량화했으며, 다양한 검사환경을 제공한다. 트리오는 초고속 프로토콜 테스트가 가능하며, 여러 기기를 동시에 검사할 수 있다.
피에스케이(PSK)는 PR 스트립 장비 세계 1위 기업이다. 이 장비는 반도체 식각 공정 이후 남아 있는 포토레지스트(PR:Photo Resist)를 제거하는 데 쓰인다. 세계 시장 점유율이 절반을 상회한다.
◇식각·측정분석·세정 세계 최고 기술 거세게 추격
식각(etching)과 계측분석(MI) 분야 장비는 우리나라 기업이 세계 최고 수준 기술력에 근접, 선진기업을 거세게 추격하고 있다. 식각은 반도체 원료인 실리콘 웨이퍼에 회로 패턴을 형성하는 공정이다. MI 기술은 반도체 공정 중간중간 미세구조를 계측·검사해 불량품을 걸러내는 기술이다.
세메스는 매엽식 웨이퍼 세정 설비군을 비롯해 포토 트랙(Photo Track), 식각장비 등 반도체 전공정 장비, 소앤소터(Saw & Sorter), 프로브 스테이션(Probe Station) 등 후공정 장비를 함께 선보인다. 세메스는 국내 매출 1위 장비기업으로, 2025년 글로벌 톱5 진입을 목표로 하고 있다.
넥스틴은 우리나라 장비산업 불모지인 반도체 계측장비 분야에서 국내 최초로 광학 패턴결함 검사장비를 개발했다. 국내외 소자업체로부터 성능 인증을 받았다. ‘AEGIS’ 검사장비는 10㎚와 이하 공정을 위한 다크필드(Dark field) 검사와 브라이트필드(Bright field) 검사 기능을 모두 갖춘 제품이다. 수직으로 빛을 쏘아 반사광으로 패턴 표면을 밝게 찍는 것을 브라이트필드, 비스듬하게 빛을 조사(사광)해 산란광으로 패턴 표면을 어둡게 찍는 것이 다크필드 방식이다.
케이씨텍은 반도체 공정 사이사이 평탄화에 쓰이는 화학기계연마(CMP) 장비를 국산화했다. 국내 기업 이외에도 한국에 직접 생산공장을 지은 글로벌 2위 장비기업 램리서치, 스웨덴 산업용 장비기업 아트라스콥코 등 해외기업도 참여한다.
오대석기자 [email protected]
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