[Best Product] 어플라이드 머티어리얼즈 “산업 전반 아우르는 재료공학 전문성으로 고객의 가능성을 현실로”

2021-12-03
신윤오 기자, yoshin@elec4.co.kr

미국 실리콘밸리에 본사를 둔 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials)의 한국법인 어플라이드 머티어리얼즈 코리아(Applied Materials Korea)는 최첨단 기술과 글로벌 선진 사례를 국내 공유하고, 국내 기업으로부터 부품을 조달받으며 지난 32여 년 동안 한국 IT 산업 발전에 기여해 왔다. 1989년 반도체를 시작으로 1994년 평판 디스플레이, 2008년 태양전지 등 다양한 분야로 사업을 확장하고 있다. https://www.appliedmaterials.com/ko

마크 리 대표, 어플라이드 머티어리얼즈 코리아 (Applied Materials Korea)


 2021 Best Product  
1. 빅데이터, AI 기반 공정 제어 솔루션
2. 반도체 기술 혁신 가속화하는 AIx 플랫폼

 2022 Focus Product 
1. 전자빔 계측 시스템 ‘PROVision 3E’
2. SiC 제조사 200mm 웨이퍼 전환 지원 시스템



BEST 1. 빅데이터, AI 기반 공정 제어 솔루션
AI 역량 활용, 수율 저해 결함을 신속하게 분류

 


빅데이터와 AI 기술을 활용해 중대 혁신을 구현한 어플라이드 머티어리얼즈의 공정 제어 시스템은 반도체 제조사가 노드 개발을 가속화하고 수익화 기간을 단축하며, 전체 노드 주기에서 보다 많은 수익을 창출하도록 지원한다.

어플라이드 머티어리얼즈는 프로세스 빅데이터와 AI 기술의 이점을 핵심 칩 제조 기술에 적용한 새로운 프로세스 제어 플레이북을 통해 문제에 대한 해결방안을 제시한다. 어플라이드의 솔루션은 실시간 연동해 작동하는 것은 물론 기존 방식보다 빠르고 우수하며 비용 효과적으로 결함을 검출?분류하는 ▲인라이트 옵티컬 웨이퍼 인스펙션 시스템(Enlight Optical Wafer Inspection System 사진) ▲익스트랙트AI(ExtractAI) 기술 ▲SEM비전 전자빔 리뷰 시스템(SEMVision eBeam Review System) 세 가지 요소로 구성된다.

5년간의 개발 기간을 거쳐 탄생한 인라이트 옵티컬 웨이퍼 리뷰 시스템은 높은 분해능(high resolution)과 첨단 광학 기술에 업계 최고 속도를 결합함으로써 스캔당 수집하는 중요 수율 데이터의 수를 높여준다. 인라이트 시스템 아키텍처는 광학 검사의 경제성을 향상시켜 경쟁사 방식과 비교해 중요 결함 캡처 비용을 3분의1로 줄여준다.

익스트랙트AI 기술은 샘플의 0.001%만을 검토한 후 웨이퍼 맵의 모든 잠재 결함 특징을 구분할 정도로 효율적이다. 따라서 반도체 제조사는 반도체 노드 개발, 생산?수율 증대를 가속화하는 실행 가능한 맵을 확보할 수 있다. 업계 최고의 분해능을 자랑하는 SEM비전 시스템은 익스트랙트AI 기술로 인라이트 시스템을 훈련해 수율 저해 결함을 분류하고 노이즈로부터 결함을 구분한다. 인라이트 시스템과 익스트랙트AI 기술, SEM비전 시스템은 실시간 연동으로 고객이 생산 과정의 새로운 결함을 발생 즉시 식별하고 수율과 수익성을 높이는데 도움을 준다.



BEST 2. 반도체 기술 혁신 가속화하는 AIx 플랫폼
빅데이터와 AI 역량 활용해 반도체 기술 혁신 가속화


액셔너블 인사이트 액셀러레이터(Actionable Insight Accelerator)를 의미하는 AIx는 엔지니어들이 반도체 공정을 실시간 파악하고, 웨이퍼부터 개별 칩에 이르기까지 수백만 번의 측정을 거쳐 수천 개 공정 변수를 최적화할 수 있도록 해 ‘PPACt(전력·성능·공간?비용·출시소요기간)’를 향상시킨다.

AIx 플랫폼은 어플라이드의 모든 공정 장비, 전자빔(eBeam) 계측 시스템, 검사 시스템과 호환되며 랩(Lab)부터 양산시설(Fab)까지 확장 가능하다. AIx는 엔지니어들에게 연구개발 과정의 혁신적 레시피를 그대로 복제하도록 하는 역량을 제공함으로써 대량생산(HVM)을 가속화한다. AIx는 로직 반도체와 메모리 반도체 모두에서 PPACt 개선에 기여하며 현재 이미 업계에서 사용되고 있다.

어플라이드 AIx 플랫폼은 ▲챔버AI(ChamberAI) ▲온보드 계측 ▲인라인 계측 ▲어플라이드 PRO(AppliedPRO) ▲디지털 트윈 ▲컴퓨팅 자원 등으로 구성된다.

챔버AI(ChamberAI)는 어플라이드 머티어리얼즈 공정 챔버를 위한 새로운 센서와 머신러닝 알고리즘으로 엔지니어들에게 화학?에너지?압력?온도?기간 등의 변수 애널리틱스를 실시간 제공한다. 프로세스 레시피 옵티마이저(Process Recipe Optimizer)는 디지털 공정 맵을 생성해 소재와 레시피 개발을 가속화하고 변동성을 낮추며 공정 윈도우를 확대하도록 지원한다. 어플라이드PRO는 개별 챔버와 툴의 최적화는 물론 시스템 전반의 매칭을 가속화하기 위해 사용할 수 있다.

또한 AIx 플랫폼에는 어플라이드의 일부 챔버와 시스템의 디지털 트윈 모델이 포함된다. 이 디지털 트윈 모델은 레시피 개발을 가속화하고 매칭과 램프 이전(ramp transfer)을 향상하고 양산 결과와 수율을 최적화한다. AIx 플랫폼에는 머신러닝과 AI 알고리즘을 기반으로 방대한 데이터를 저장 및 분석하기 위한 컴퓨팅 자원이 포함된다.



FOCUS 1. 전자빔 계측 시스템 ‘PROVision 3E’
첨단 로직 및 메모리 칩 패터닝에 새 플레이북 지원


어플라이드 ‘PROVision 3E(프로비전 3E) 시스템’은 빠른 이미징 스피드를 활용한 웨이퍼 레벨의 대규모 실 패턴 디바이스(on-device & across-wafer) 계측 및 레이어 투과 이미징(through-layer) 측정을 기반으로 패터닝 제어를 위한 플레이북을 지원한다.

전체 웨이퍼 상의 반도체 소자 구조를 레이어 투과 이미징을 활용해 빠른 속도로 직접 계측하는 새로운 전자빔 시스템의 출현으로 빅데이터 기반의 새로운 패터닝 제어 플레이북이 채택되고 있다. 전자빔 계측 분야의 최첨단 혁신 장비인 어플라이드의 PROVision 3E 시스템은 새로운 플레이북을 위해 특별히 설계됐다.

PROVision 3E 시스템은 3나노미터 파운드리 로직 칩, 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터, 차세대 D램과 3D 낸드 등 오늘날 가장 진보한 설계 제품의 패터닝 제어를 가능케 한다.

어플라이드 PROVision 3E 전자빔 컬럼 기술은 최고의 전자 밀도를 제공하면서도 1나노미터 분해능으로 상세 이미징을 구현한다.

수십 년간 축적된 CD-SEM(Critical Dimension SEM) 시스템 기술과 알고리즘 전문성을 바탕으로 정확하고 정밀한 계측을 제공하면서 동시에 시간당 1천 만 개의 계측 데이터를 정확하고 즉시 활용 가능하도록 지원한다.

어플라이드의 독보적인 일루미네이터(Elluminator) 기술은 다층 레이어로 적층된 디바이스 패턴 하부로부터 산란되어 나오는 전자, 즉 BSE(Back Scattered Electrons)의 95퍼센트를 캡처해 다층 레이어의 CD 및 EPE(Edge Placement Error)를 동시에 계측한다. 고에너지 모드에서는 수백 나노미터 깊이의 빠른 계측이, 저에너지 모드에서는 EUV PR(Photo Resist) 등의 민감한 소재와 구조에 대해 손상 없는 계측이 가능하다.



FOCUS 2. SiC 제조사 200mm 웨이퍼 전환 지원 시스템
미라 듀럼 CMP 시스템, 비스타 900 3D

 


어플라이드 머티어리얼즈는 신기술 및 신제품을 통해 세계 최고 수준의 탄화규소(SiC) 반도체 제조사들이 기존 150mm에서 200mm 웨이퍼 생산 체계로 전환하는 것을 지원한다.

어플라이드의 새로운 기술 및 제품으로 반도체 제조사는 웨이퍼당 다이(die) 생산량을 약 두 배로 늘리고 프리미엄급 전기자동차 파워트레인의 세계적 수요 증가에 대응할 수 있다.

웨이퍼 표면 결함은 후속 레이어를 통해 전달되기 때문에 SiC 웨이퍼의 표면 품질은 SiC 소자 제작에 매우 중요하다. 최고의 표면 품질로 균일한 웨이퍼를 제작하기 위해 어플라이드는 연마, 소재 제거 측정, 세정, 건조를 하나의 시스템에 통합한 ‘미라 듀럼(Mirra Durum)’ CMP(화학기계연마) 시스템을 개발했다. 이 시스템은 기계로 연마된 SiC 웨이퍼와 비교했을 때 완성된 웨이퍼 표면조도(거친 정도)를 50분의 1로 감소시켰고 배치 CMP 공정 시스템에 비해 표면조도를 3분의 1로 줄였다.

SiC 소재의 밀도와 경도 때문에, 결정 격자(crystal lattice) 손상을 최소화하면서 불순물을 주입하고 정확하게 배치하고 활성화하는 것은 매우 어렵다. 결정 격자가 손상되면 성능과 전력 효율이 저해된다. 어플라이드는 150mm 및 200mm 웨이퍼를 위한 ‘비스타(VIISta) 900 3D’ 핫 이온 임플란트 시스템(사진)으로 이 같은 문제점을 해결했다.

새로운 핫 임플란트 기술은 격자 구조에 손상을 최소화하며 이온을 주입해 실온에서의 임플란트에 비해 저항을 40분의 1로 감소시킨다. 어플라이드의 ICAPS(IoT, 통신, 오토모티브, 전력, 센서) 사업부는 SiC 전력반도체 시장을 위해 PVD(물리기상증착), CVD(화학기상증착), 식각, 공정 제어 등의 추가 상품을 개발하고 있다.


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