넥스틴이 조만간 시장에 출시할 3D 웨이퍼 패턴 검사 장비 '아이리스'의 검사 성능을 확인한 연구 결과가 나왔다. 넥스틴이 아이리스 장비를, 인텔이 3D 낸드플래시 웨이퍼 샘플을, 공주대와 인천대가 연구를 맡아서 논문이 완성됐다.
논문(Comparative near infrared through-focus scanning optical microscopy for 3D memory subsurface defect detection and classification : 3D 메모리 표면 하층부 결함 감지 및 분류를 위한 적외선 투과초점 스캐닝 광학 현미경 비교) 내용은 지난 2월 22일부터 5일간 국제광공학회(SPIE) 주관 첨단 리소그래피(Advanced Lithography) 콘퍼런스에서 발표됐다.
논문에는 "TSOM(Through-focus scanning optical microscopy) 기법을 활용하고 결함이 없는 주변 칩(Die)의 이미지와 비교하는 방법론을 적용한 결과 인텔 3D 낸드플래시 표면 하층부 결함(Defect)을 감지할 수 있었다"고 적혔다. 결함이 어떤 위치에 있는지도 추청할 수 있다는 것이 논문에서 강조된 내용이다.
3D 낸드플래시는 메모리 최소 단위인 셀을 만들 때 여러 단을 쌓아 올리고 위에서 아래로 수십억개 미세 구멍(Hole)을 균일하게 뚫어놓은 구조로 돼 있다. 이런 구조다보니 표면이 아닌 표면 하층부, 즉 구멍 속 결함은 찾기가 힘들다. 지금 기술로는 구멍 속 결함을 찾아보기 위해 일부 양산품을 가져와 위에서 보고 아래에서 보고 잘라서도 보는 식으로 선별 검사가 이뤄진다. 시간과 비용이 많이 소요된다. 비광학적 측정 방법도 고려할 수 있으나 원자현미경(scanning probe microscopy) 같은 이미지처리 방식은 비싸고 느려 실제 검사 인프라로 사용되기는 어렵다.
통상 광학적 기법으로 더 작은 물체를 보려면 빛 파장 역시 줄여야 한다. 그러나 구멍 깊이가 깊어지면 이마저도 쉽지 않다. 이 때문에 산업계에서는 오히려 파장이 긴 근적외선(NIR)을 활용해 물질을 투과해서 보는 방법론을 사용한다. 넥스틴 아이리스 장비는 NIR에다 TSOM 기법을 접목했다. TSOM은 동일 대상 물체를 서로 다른 초점 위치로 다량 촬영하고 합성을 통해 3D 영상 데이터 공간을 만드는 방법론이다. 기존 전자현미경 등에서 초점이 맞은 이미지(in-focus image)만 썼다면 TSOM 기법은 초점이 맞지 않은(out-of-focus image) 이미지까지 가져와서 합성을 통해 3D 데이터큐브를 만든다. 이처럼 TSOM 기법으로 완성된 3D 데이터큐브를 통해 구조체의 미세한 모양 차이를 추론할 수 있다.
이준호 공주대 교수는 "기존 광학현미경에 TSOM 기법을 적용해서 3D 낸드플래시의 하층부 결함을 완벽하게 감지한 연구 사례는 이번이 처음"이라면서 "핵심 기술은 소프트웨어 알고리즘"이라고 설명했다. 그는 "상용화된다면 보다 비용효율적이면서도 정확하게 검사 작업을 수행할 수 있게 될 것"이라고 말했다.
