히타치, "반도체 10나노미터 이하 미세 결함 검출률 90% 향상" 신기술 개발

히타치 제작소가 반도체 제조 공정의 혁신을 가져올 획기적인 기술을 개발했다.

지난달 27일(현지시각) 일본 EE 타임즈 재팬의 보도에 따르면, 히타치 제작소는 히타치 하이테크와 협력해 10나노미터(nm) 이하의 극미세 반도체 결함을 고감도로 검출하는 화상 처리 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 특히 이 기술은 기계 학습을 활용해 '결함'과 '제조 편차'를 정확히 구분함으로써 과검출률을 90% 이상 낮춘 것이 특징이다.

고성능 반도체 칩 수요가 폭증하는 가운데, 미세 가공 기술은 나날이 발전하고 있다. 이에 따라 반도체 제조 현장에서는 품질 관리와 생산성 향상이 더욱 중요해지고 있으며, 제조 공정에서 발생하는 미세 결함의 정확한 검출과 신속한 대응이 핵심 과제로 부상했다.

이러한 배경 속에서 히타치가 개발한 신기술은 화상 처리, 기계 학습, 데이터 사이언스 기술을 융합한 결정체다. 히타치 측은 "이번 기술은 미세 결함 검출에 있어 획기적인 인식률을 제공한다"고 설명했다.
◇ 기계학습 활용한 고감도 결함 검출 기술

이번에 개발된 결함 검출 기술은 크게 두 가지 핵심 특징을 갖는다.

첫째, 기계 학습 기반 고감도 결함 검출이다. 히타치는 사전 학습 단계에서 양품 이미지에 노이즈를 인위적으로 추가해 다수의 열화 이미지 데이터를 생성했다. 이 데이터를 기계 학습시켜 양품 이미지 재구성에 효과적인 특징을 학습하도록 설계했다. 이후 결함이 포함된 이미지에서 양품 이미지를 자동으로 재구성하고, 원본 이미지와 비교 분석하여 미세 결함을 정밀하게 검출하는 방식이다.

실제 실험에서 히타치는 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용하여 평가용 샘플에서 10나노미터 이하의 결함까지 성공적으로 검출했다고 밝혔다.

둘째, 회로 패턴 레이아웃 기반 과검출 억제 기술이다. 결함 크기가 미세해질수록 '결함'과 '단순 제조 편차'를 구별하기 어려워 과검출 문제가 빈번하게 발생한다. 히타치는 이 문제 해결을 위해 회로 패턴 레이아웃을 기계 학습으로 분류하는 기술을 도입했다.

레이아웃 특성에 따라 검출 감도를 최적화함으로써 특정 회로 패턴에서 발생하는 과검출을 90% 이상 줄이는 데 성공했다. 이는 미세공정이 진행될수록 높아지는 과검출 문제를 획기적으로 개선한 성과로 평가받고 있다.

◇ 반도체 미세화 추세에 대응하는 핵심 기술

반도체 업계에서는 이번 히타치의 기술 개발이 첨단 반도체 제조 공정의 품질 관리에 중요한 기여를 할 것으로 보고 있다. 특히 10나노미터 이하 공정이 일반화되고 있는 현시점에서, 결함 검출의 정확성을 높이면서도 과검출 문제를 해결한 점이 주목받고 있다.

반도체 제조 현장에서는 검사 공정의 효율성이 전체 생산성에 직접적인 영향을 미친다. 과검출이 많을 경우 불필요한 재검사와 추가 검증 작업이 발생해 생산성 저하로 이어진다. 반면 결함 검출 감도가 낮으면 불량 제품이 출하될 위험이 증가한다.

히타치가 개발한 이번 기술은 '고감도 결함 검출'과 '과검출 억제'라는 상반된 목표를 동시에 달성함으로써 반도체 품질 관리의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다.

일본 반도체 장비 산업은 검사·계측 분야에서 여전히 강세를 보이고 있으며, 이번 기술 개발로 미세공정 반도체 제조 분야에서의 경쟁력을 더욱 강화할 것으로 전망된다.

히타치 측은 "앞으로 더욱 미세화되는 반도체 제조 공정에서도 정확한 결함 검출을 통해 품질 관리와 생산성 향상에 기여할 수 있도록 기술 개발을 지속할 것"이라고 밝혔다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com