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Coworker - 반도체 전공정 검사장비 시장의 판도를 움직이는 한국의 강소기업

  • 작성자관리자
  • 작성일2024-10-05 00:00
  • 분류With KRISSian
  • 조회수1568

반도체 전공정 검사장비 시장의

판도를 움직이는 한국의 강소기업

㈜넥스틴


반도체 생산 공정은 크게 두 가지다. 실리콘으로 웨이퍼(기판)를 만들어 회로를 새기는 전(前)공정과 이렇게 만들어진 웨이퍼를 다이아몬드 칼로 절단해 칩 단위로 분리하는 후(後)공정이다.


후공정까지 마친 개별 반도체 칩을 검사하는 장비는 국산화가 50% 정도 이뤄졌지만, 웨이퍼 단계에서 패턴 결함 및 이물질을 검출하는 전공정 검사장비는 미국의 KLA와 AMAT가 사실상 독점해 왔다.


미국이 독점해 온 전공정 검사장비 시장에 도전장을 던진 국내 기업이 있다. 경기도 화성에 있는 반도체 광학검사장비 회사 ㈜넥스틴(이하 넥스틴)이다. 


아직 시장점유율은 높지 않지만 구매처 다변화를 모색하는 글로벌 반도체 회사로부터 러브콜을 받고 있다.




국내 유일의 전공정 검사장비 제조사


2010년 국내 유일의 전공정 검사장비 제조사인 넥스틴의 설립은, 미국의 전공정 검사장비 시장 독점으로 제약이 컸던 국내 반도체 기업들에게 반가운 소식이었다.


넥스틴은 2014년 국내 최초로 전공정 검사장비 AEGIS Wafer Inspection System의 시제품을 개발하여 독일 프라운호퍼(Fraunhofer) 연구소와 함께 성능평가를 진행하여 제품 판매까지 성공했다.


전공정 검사장비는 웨이퍼 표면에 형성된 전기 회로의 이미지를 촬상하고 반복되는 동일한 이미지를 서로 비교하여 차이점을 찾아낸다.

 

웨이퍼 표면에 빛을 조사하는 방식에 따라 브라이트 필드와 다크 필드로 나뉘는데 넥스틴의 AEGIS는 두 가지 검사가 모두 가능하다. 더불어 경쟁사의 1D 방식 아닌 2D 방식으로 빠른 속도와 가격 경쟁력을 갖춰 고객사의 호평을 받고 있다.


국내 주요 고객사는 삼성전자, SK하이닉스, 동부하이텍, 매그나칩 반도체 등이며, 독일 반도체 연구소를 비롯해 YMTC, SMIC, JHICC, YMTC 등 중국 반도체 소재 제조사들도 넥스틴의 주요 고객사로 주문량을 계속 늘리고 있다.


이렇듯 글로벌 장비업체로 발돋움하고 있는 넥스틴은 AEGIS의 성공적인 개발 및 시장확보 성과를 바탕으로 제품의 영역을 넓히고 있다. 


전공정 검사장비는 빛을 조사하는 방식에 따라 자외선(UV) 광원과 산란광을 이용하는 다크필드(Dark-Field, 암조명) 검사장비 그리고 극자외선(DUV) 광원과 반사광을 이용하는 브라이트필드(Bright-Field, 명조명) 검사장비로 나뉘는데, 넥스틴은 다크필드에 해당하는 AEGIS의 성능 개선과 동시에 브라이트필드 제품으로의 다각화를 모색하고 있다.




새로운 영역을 개척하는 넥스틴의 지원군


김학진 부사장 “그동안 다크필드 검사장비 시장은 미국의 ‘KLA텐코’가 장악해왔으며, 넥스틴은 자체 기술력을 통해 KLA텐코와의 기술 격차를 점차 좁혀가고 있습니다. 그리고 내년부터는 브라이트필드 검사장비 시장에도 진출해 KLA텐코의 점유율을 더욱 확보해 나갈 계획입니다.”


다크필드 검사장비는 자외선(EUV) 광원과 산란광을 사용해 30 nm 수준의 결함까지 검출이 가능하며 속도가 빠르다. 브라이트필드 검사장비는 극자외선(DUV) 광원과 반사광을 이용해 15 nm 수준의 결함까지 검출이 가능하다. 


반도체 공정 중에서 가장 중요한 공정에 쓰이며 보다 정밀한 검사가 가능한 만큼 높은 기술력이 요구된다. 그만큼 가격도 높아 다크필드 장비의 2배 수준이다.


반도체의 패턴이 점점 미세화되고 있는 만큼, 브라이트필드 검사 장비로의 제품군 확대는 넥스틴에게 매우 의미가 크다.


이행삼 이사 “렌즈에 빛을 조사해 반사되는 빛을 통해 반도체 표면을 살피는데요. 브라이트필드의 경우 파장이 나노미터 수준인 극자외선(DUV) 광원을 사용합니다. 고도의 미세공정이 필요하기에 기술적 난도가 높죠.”


브라이트필드 검사장비의 경우 극자외선(DUV)을 사용하기에 빛이 조사되는 방향이 정확한지 면밀한 검증이 필요하다. 이에 넥스틴은 기술 홈닥터 프로그램을 통해 KRISS로부터 신규 검사장비 개발에 필요한 광학 기구에 대한 자문을 받고 있다.


김학진 부사장 “브라이트필드 검사장비를 개발하는 과정에서 시뮬레이션을 거쳐야 하는데, 중소기업에서 시뮬레이션 장비까지 갖추기는 힘들어요. 자외선(UV) 광원과 극자외선(DUV) 광원은 차원이 다르기 때문에 노하우도 부족하고요. 김학용 박사님이 ‘기술 홈닥터’로서 그런 부분들을 보완해주셔서 넥스틴으로서는 든든한 지원군을 얻은 셈이에요.”


넥스틴의 기술 홈닥터는 KRISS 우주극한측정그룹에서 고해상도 인공위성 카메라에 필요한 렌즈 및 거울 개발과 반도체 검사장비에 필요한 고분해능 현미경 대물렌즈 개발을 담당하고 있는 김학용 책임연구원이다. 그는 다목적실용위성(아리랑) 3A호의 광학계 국산화에 기여하는 등 다양한 우주용 광학계 개발 과제를 수행하고 있으며 더불어 반도체 분야의 광학계 개발에도 힘 쏟고 있다.


김학용 책임연구원 “반도체 전공정 검사장비는 웨이퍼 위에 만들어진 수십 nm 수준의 미세한 식각 패턴의 이상 유무를 검사하는 장비로서, 그 원리는 현미경과 동일합니다. 현미경의 광학성능을 좌우하는 가장 중요한 부품이 측정 대상물 바로 앞에 위치하는 대물렌즈인데, 아직 우리나라는 이 대물렌즈를 선진국 수준으로 만들지 못하고 있습니다. 이에 KRISS는 그동안 개발했던 대물렌즈 설계와 측정 분야에서 넥스틴을 지원하고 있습니다.”


김학용 책임연구원은 넥스틴이 개발하는 검사장비의 대물렌즈에 대해 외부 온도변화에도 광학계의 성능이 제대로 유지될 수 있는 경통 소재 및 설계방법을 도출하기 위해 협력했으며, 현재 KRISS에서 개발 중인 파장 193 nm의 자외선 광학계에 대한 추후 공동개발 계획에 대해 검토 중이라고 덧붙였다.





속도 이전에 방향, 기대되는 넥스틴의 진로


현재 넥스틴은 김학용 책임연구원과 함께 극자외선(DUV)을 사용하는 브라이필드 검사장비의 상세 설계 및 제작을 진행하고 있으며, 2025년에는 시제품을 통해 고객사 웨이퍼 검사를 진행할 계획이다.


극자외선(DUV)을 사용하는 브라이필드 검사장비를 제작할 수 있는 회사는 세계적으로도 드물다. KRISS와의 협력으로 정밀도 및 환경적 요소에 있어 기존 타사 장비들에 비해 개선을 이룰 수 있었다는 것이 김학진 부사장의 설명이다.


김학진 부사장 “아직 개발이 진행되고 있고 발전시켜 나가는 과정이기 때문에 성과를 언급하기에는 이르다고 할 수 있습니다. 하지만 개발 초기에 방향을 잘못 잡으면 멀리 돌아가야 하고, 그로 인한 시간적, 경제적 손해는 회사에 큰 타격을 입힐 수도 있습니다. 김학용 박사님의 협력이 그러한 손해를 막을 수 있도록 해준 것이죠. 중소기업은 기술력 및 개발 인프라 측면에서 부족한 부분이 많습니다. 따라서 앞으로도 KRISS와의 협력을 통해 많은 도움을 받기를 희망합니다.”


앞서 출발한 해외 경쟁사들을 상대하기 위해서는 속도가 무엇보다 중요하다. 시간을 벌기 위해 먼저 방향을 잘 잡아야 하고 개발 단계에서 오류를 최소화해야 한다. 넥스틴에게 KRISS가 그러한 길라잡이가 되어주길, 그래서 넥스틴이 세계 반도체 및 디스플레이 산업 분야에서 괄목할 만한 성장을 이뤄나가길 기대한다.

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