"반도체 내부에는 무수한 콘택홀(기본 소자와 금속 배선의 연결 부분)이 형성되는데, 이 중 하나만 오류가 발생해도 반도체 전체 성능에 문제가 생깁니다. 프랙틸리아는 이런 오류를 발생시키는 모든 종류의 스토캐스틱스를 매우 세밀한 크기까지 측정할 수 있는 솔루션을 제공합니다." 크리스 A. 맥(Chris A. Mack) 프랙틸리아(Fractilia) 공동 설립자 겸 CTO는 최근 기자와 만나 프랙틸리아의 핵심 기술에 대해 이같이 설명했다. 크리스 CTO는 국내 고객사와 협력을 논의하기 위해 최근 방한했다. 미국 텍사스주에 본사를 둔 프랙틸리아는 최첨단 반도체 공정에서 '스토캐스틱스'를 고도로 정밀하게 계측 및 제어할 수 있는 솔루션을 개발하는 반도체 소프트웨어 업체다. 스토캐스틱스는 임의적이면서 반복적이지 않은 패터닝 오류를 뜻한다. 스토캐스틱스는 EUV(극자외선) 공정에서 총 패터닝 오류의 50% 이상을 차지할 정도로 수율에 큰 영향을 끼친다. 그러나 기존의 계측 시스템인 SEM(주사전자현미경)만으로는 스토캐스틱스를 정확하게 측정할 수 없었다. 스토캐스틱스의 크기가 매우 작은 탓에 SEM 이미지의 노이즈와 혼동될 수 있기 때문이다. 프랙틸리아의 핵심 제품인 'FAME(Fractilia Inverse Linescan Model)'은 SEM이 안고 있는 구조적인 문제를 해결한다. FAME은 프랙틸리아 고유의 물리학 기반 알고리즘을 활용해 SEM 이미지의 노이즈 신호를 구분하고, 해당 노이즈를 제거한다. 촬영 환경에 따라 달라지는 노이즈를 통계적으로 제거하므로 정확하면서도 편향되지 않은 측정 결과를 제공하는 것이 가능하다. 이 같은 장점 덕분에, 최신 버전의 FAME은 현재 전세계 5대 반도체 제조업체 중 4개 업체에 공급되고 있다. EUV 공정 확대에 적극 나서고 있는 국내 반도체 관련 업체들 또한 FAME에 깊은 관심을 보내고 있는 것으로 알려졌다. 크리스 A. 맥 CTO가 이번에 한국을 방문한 것도 이들 고객사와 FAME 솔루션에 대한 논의를 나누기 위해서다. 크리스 A. 맥 CTO는 "EUV를 중심으로 반도체 공정이 더 미세화되면서, 더 세밀한 오류를 측정할 수 있는 기술 개발 역시 주요 과제로 떠오르고 있다"며 "프랙틸리아는 이러한 과제를 해결하기 위해 한국을 비롯한 EUV 관련 업체들과의 협력 및 연구개발을 지속할 것"이라고 밝혔다. 아래는 크리스 A. 맥 CTO와의 주요 인터뷰 내용이다.

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Q. 이번 한국 방문의 목적은?

A. 한국의 고객사들을 만나러 왔다. FAME 솔루션에 대한 트레이닝을 진행하고, 고객들이 가지고 있는 문제점에 대한 피드백을 받고자 했다. 다양한 고객사들을 만나면서 여러 논의가 나왔지만, 이번 피드백의 주요 화두는 'FAME 솔루션을 어떻게 실제 양산에 적용할 것인가'였다.

Q. 프랙틸리아 FAME의 정밀성에 대해서는 익히 들었다. 분석 속도에 대해서도 설명 부탁드린다.

A. 무엇을 계측하느냐와 SEM 이미지의 해상도에 따라 분석 속도는 매우 크게 달라질 수 있다. 따라서 분석 속도를 단적으로 설명하기는 어렵다. 다만 FAME은 하나의 코어에 하나의 이미지를 병렬적으로 보내 처리하기 때문에, 계산 속도가 매우 빠르다고 할 수 있다.

Q. FAME을 통해 문제를 해결한 최근의 사례가 있다면? 

A. 현재 반도체 업계에서 EUV 공정에 활용할 수 있는 건식 PR(포토레지스트)를 개발하고 있다. 그러나 고객사들은 기존 SEM으로는 회로의 CD(임계 치수; 패턴 사이의 거리)의 가장자리 부분을 정확히 측정할 수 없었다. 반면 FAME을 통해서는 가장자리 부분도 정확한 측정이 가능했다.

구체적인 성능 개선 정도는 고객사들이 보유한 정보이기 때문에 자세히 설명할 수는 없으나, FAME의 고객사들은 매년 2배씩 늘어나고 있다. 이것은 우리의 소프트웨어를 통해 EUV 공정 상의 문제를 해결하는 사례들이 많아지고 있음을 뜻한다.

Q. FAME 솔루션의 향후 개선 방향은?

A. 현재 프랙틸리아는 컴퓨터 알고리즘을 기반으로 한 솔루션을 제공하고 있는데, 관련 컴퓨터 리소스가 빠르게 보급화되고 있어 앞으로는 비용 효율화를 이뤄낼 수 있을 것이다. 기능적으로는 소프트웨어의 호환성 부분을 강화할 계획이다. 고객사의 팹마다 내부적으로 사용하는 특수 소프트웨어가 있기 때문에, 이에 맞춰 FAME을 바로 사용할 수 있게 만드는 작업이 중요하다.

Q. SEM은 전자빔을 활용해 이미지를 스캔하는데, 웨이퍼에 손상을 줄 가능성이 있지 않나?

A. 그렇다. SEM의 기술적 특성 상 웨이퍼에 손상을 줄 수밖에 없다. 반도체 공정에서 더 명확한 SEM 이미지를 얻으면서도 손상을 줄이려면 전자량을 낮춰야 하는데, 이렇게 되면 또 노이즈가 더 커진다는 문제점이 있다. 그러나 이는 프랙틸리아에게는 오히려 좋은 기회가 될 수 있다. FAME은 SEM 이미지에서 높은 노이즈가 발생해도 정확한 측정을 가능하게 한다.

Q. 향후 EUV 공정에 High-NA 등 다양한 기술이 도입될 것으로 전망된다. 이에 대응하는 프랙틸리아의 전략은?

A. High-NA는 차세대 EUV 노광공정으로서 향후 몇 년 안에 도입이 될 것이다. High-NA는 기존보다 얇은 PR을 요구하게 되는데, 얇은 PR의 문제는 SEM 이미지에서 해상도가 낮아 구분이 잘 되지 않는다는 것이다. 이는 계측 분야의 가장 심각한 도전과제다. 그래서 프랙틸리아는 High-NA 상에서의 계측 문제를 해결할 수 있는 방안을 벨기에의 반도체 연구소인 IMEC와 함께 연구하고 있다.

Q. 한국을 비롯한 반도체 관련 업체·기관과의 협력은 어떻게 이루어지고 있는가?

A. 성공적인 EUV 공정 개발을 위해서는 관련 업체들과의 협력이 매우 중요하며, 프랙틸리아는 이 서플라이 체인에 속한 많은 업체들과 긴밀한 관계를 유지하고 있다. PR, 식각, 마스크 등 다양한 업체들이 모두 우리의 고객이 될 수 있다고 생각한다. 한국에서도 많은 업체들과 협력하고 있고, EUV 관련 소재를 개발하는 한국 연구소와도 협력을 시작했다.

Q. 마지막으로, 반도체 공정의 미세화가 급속도로 진행되는 상황에서 프랙틸리아의 역할은 무엇인지 설명 부탁드린다.

A. 스토캐스틱스는 EUV 공정의 수율 관리에 있어서 매우 중요하다. 하나의 시스템반도체에는 억 단위의 콘택홀이 형성되는데, 스토캐스틱스로 인해 이 중 하나만 오류가 발생해도 반도체 전체 성능에 문제가 생기기 때문이다. 이러한 관점에서 반도체 공정이 미세화 될수록 이를 더 정확하게 측정하는 기술 또한 중요해질 것이다. 에드워드 체리어 CEO와 함께 프랙틸리아를 공동 설립한 이유도 정확한 계측 데이터 없이는 반도체 공정의 수율을 개선할 수 없다는 생각에서였다.

삼성전자, SK하이닉스 등이 반도체 초미세 공정 개발에 속도를 내고 있는 만큼 선폭은 앞으로 더 좁아질 것이다. 이에 맞춰 프랙틸리아의 FAME 솔루션은 현재 파운드리 업계의 최선단 공정인 2nm까지 모두 대응이 가능하며, 향후 더 미세한 노드에도 대응할 수 있게 연구개발을 지속할 계획이다.