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[서울=뉴스핌] 배상희 기자 = <[中 거인의 공급망] ①반도체 검사·계측 강자 '중과비측' 없으면 'YMTC'도 없다>에서 이어짐.

2. 반도체 계측 장비

반도체 계측 장비는 웨이퍼 회로의 구조적 치수와 재료 특성을 정량적으로 측정하는 장비다. 박막 두께와 회로 선폭, 층간 정렬 오차, 표면 형상, 식각 구조의 깊이 등 반도체 제조 공정의 핵심 물리적 특성을 측정한다.

중과비측은 △광학 계측을 중심으로 △전자빔 계측과 △X선 계측까지 반도체 계측 장비의 제품군을 확대하고 있다.

① 광학 계측 장비

광학 계측 분야에서는 3차원 형상 계측, 유전체 박막 두께 계측, 금속 박막 두께 계측, 오버레이 정밀도 계측, 광학 임계치수(CD) 계측, 웨이퍼 평탄도 계측 장비 등을 개발하고 있다.

3차원 형상 계측 장비는 웨이퍼 표면의 나노미터급 입체 형상과 높이, 선폭 및 실리콘관통전극(TSV) 홀 등을 측정한다. 특히 웨이퍼 연마·박막·식각 공정 이후 표면 형상과 미세 구조를 관리하는 데 활용된다. 회사는 해당 장비가 반도체 전공정과 첨단 패키징 고객사 생산라인에 적용되고 있으며, HBM 관련 3차원 형상 계측 제품도 중국 주요 고객사의 검증을 통과해 판매 확대를 추진하고 있다고 밝혔다.

유전체 박막 두께 계측 장비는 단층 및 다층 유전체 박막과 포토레지스트의 두께, 굴절률과 소광계수 등 광학적 특성을 측정한다. 타원편광 기술과 분광 반사 기술을 활용해 복잡한 박막 구조를 정밀하게 분석한다. 특히 다층 박막이 적층되는 메모리 반도체 제조 공정에서 박막 두께를 관리하는 데 중요하다.

금속 박막 두께 계측 장비는 웨이퍼 표면의 금속 박막과 하드마스크층 두께를 측정한다. 중과비측은 펨토초(1천조분의 1초) 초음파 및 차분 측정 기술(두 측정값의 차이를 비교해 대상의 특성이나 변화를 파악하는 측정 방식)을 적용해 박막 두께뿐 아니라 음속과 푸아송비(Poisson's ratio : 어떤 물체에 힘을 가해 한 방향으로 늘리거나 압축했을 때, 그와 수직인 방향으로 물체의 폭이나 두께가 얼마나 변하는지를 나타내는 물리적 특성) 등 물성도 측정할 수 있도록 제품을 개발했다. 메모리 반도체의 두꺼운 하드마스크층과 금속 식각 공정 관리, 첨단 패키징의 박막 공정 등에 활용된다.

오버레이 정밀도 계측 장비는 서로 다른 층에 형성된 회로 패턴 사이의 정렬 오차를 측정한다. 반도체는 여러 차례의 노광과 식각 공정을 거쳐 회로층을 쌓기 때문에 층간 패턴의 정렬 정확도가 수율에 직접적인 영향을 미친다.

이 장비는 측정한 오차 데이터를 노광 장비에 피드백 하여 패턴 정렬을 보정하도록 지원한다. 중과비측은 3세대 제품의 고객사 검증을 진행한 데 이어 2026년 상반기에는 4세대 제품을 중국 주요 고객사 생산라인에 출하해 검증을 진행했다.

광학 임계치수(CD) 계측 장비는 반도체 회로의 선폭 등 핵심 치수를 측정한다. 확산, 박막 증착, 연마, 식각, 노광 등 전공정에서 회로 패턴의 치수가 설계 기준에 맞게 형성됐는지 확인하는 데 사용된다. 회사는 2025년 고객사 생산라인에서 공정 개발과 적용 검증을 마치고 중국 주요 고객사에 판매를 시작했으며, 2026년 상반기에는 측정 정밀도를 높인 2세대 제품을 여러 주요 고객사에 소량 출하해 공정 검증을 진행했다.

웨이퍼 평탄도 계측 장비는 패턴이 형성된 웨이퍼와 무패턴 웨이퍼의 기하학적 형상 및 나노미터급 표면 형상을 측정한다. 웨이퍼의 휨과 표면 높이 차이 등은 후속 노광과 접합 공정의 정밀도에 영향을 줄 수 있어 전공정과 첨단 패키징에서 중요하다. 중과비측은 2026년 상반기 해당 장비의 시제품 개발을 마치고 중국 주요 HBM 고객사 생산라인에 출하해 공정 개발과 검증을 진행했다.

② 전자빔 계측 장비

전자빔 계측 분야의 전자빔 임계치수(CD) 계측 장비는 전자빔을 활용해 첨단 로직·메모리 반도체의 미세 회로 치수를 측정한다. 광학 방식으로 측정하기 어려운 복잡한 패턴과 미세 구조를 정밀하게 관찰하는 데 활용될 수 있다.

다만 2026년 상반기 기준 회사는 시제품 개발을 완료하고 중국 주요 고객사의 복잡한 회로 패턴 샘플을 대상으로 검증을 진행하는 단계라고 밝혔다. 따라서 아직 대규모 양산 제품으로 분류하기는 어렵다.

③ X선 계측 장비

X선 계측 분야에서는 고종횡비(High Aspect Ratio, HAR) 식각(에칭) 구조 계측 장비와 실리콘 관통전극(TSV) 구리 충전 공극 계측 장비를 개발했다.

고종횡비 식각은 반도체 웨이퍼에 폭은 좁고 깊이는 매우 깊은 구멍이나 통로를 만드는 식각 공정을 말한다.

고종횡비 식각 구조 계측 장비는 3D 낸드 등 첨단 메모리 제조 과정에서 형성되는 깊고 좁은 식각 구조의 치수와 기울기 등을 비파괴 방식으로 측정할 수 있다. 적층 수가 늘어날수록 깊은 홀과 채널 구조의 균일성을 정밀하게 관리해야 하는 만큼 공정 품질 확보에 중요한 역할을 한다. 회사는 해당 장비가 중국 주요 메모리 고객사의 생산라인 검증을 통과해 실제 적용되고 있다고 밝혔다.

TSV 구리 충전 공극 계측 장비는 HBM과 2.5D·3D 첨단 패키징에 활용되는 실리콘 관통전극 내부의 구리 충전 상태와 미세 공극을 검사한다.

TSV는 칩과 칩 또는 웨이퍼 사이를 수직으로 연결하는 통로로, 내부 구리 충전 과정에서 공극이 발생하면 전기적 연결과 패키지 신뢰성에 문제가 생길 수 있다. 중과비측은 X선 기술을 활용해 미세 공극을 고해상도로 비파괴 측정하는 장비를 개발했으며, 2026년 상반기에는 중국 주요 메모리 고객사 생산라인에 적용했다고 밝혔다. 동시에 여러 2.5D·3D 첨단 패키징 고객사의 공정 샘플 검증도 진행하고 있다.

3. 반도체 수율 관리 소프트웨어

장비 사업과 함께 중과비측은 반도체 제조 과정에서 생성되는 검사·계측 데이터를 통합 관리하는 소프트웨어 사업도 전개하고 있다. 주요 제품은 수율 관리 시스템, 반도체 결함 자동 분류 시스템, 노광 오버레이 분석·피드백 시스템 등 세 가지다.

수율 관리 시스템은 검사·계측·전기적 테스트 등 반도체 제조 과정에서 발생하는 데이터를 통합해 분석하는 소프트웨어다. 통계 분석과 인공지능(AI) 기술을 활용해 결함 분류와 통계 분석, 원인 분석, 가상 계측, 교차 분석, 수율 예측 등을 지원한다. 이를 통해 생산라인의 이상 징후를 조기에 발견하고 공정 조건을 개선할 수 있도록 돕는다. 회사는 해당 시스템이 중국 주요 로직·메모리 제조업체와 첨단 패키징 고객사의 생산라인에 적용돼 있다고 설명했다.

반도체 결함 자동 분류 시스템은 딥러닝 기반 알고리즘을 활용해 웨이퍼 검사 장비에서 수집된 결함 데이터를 자동으로 식별하고 분류한다. 결함의 크기와 형태, 위치, 군집 및 공간적 분포 등을 분석해 결함 유형과 발생 빈도를 파악하고 공정 이상 원인 분석을 지원한다. 회사는 해당 시스템이 노광·식각·화학기상증착(CVD)·물리기상증착(PVD)·화학기계적연마(CMP) 등 주요 공정에서 발생하는 결함을 분류할 수 있으며, 고객사의 수작업 재검토 업무를 80% 이상 줄였다고 밝혔다.

노광 오버레이 분석·피드백 시스템은 노광 장비와 오버레이 계측 장비 등에서 수집한 데이터를 통합 분석해 층간 정렬 오차를 모니터링하고 보정하는 소프트웨어다. 공정별 오차 요인을 분석하고 고차 모델 보정 등을 통해 노광 장비의 패턴 정렬 정확도를 개선하도록 지원한다. 회사는 해당 시스템이 중국 주요 로직·메모리 제조업체의 연구개발 및 양산 노광 공정에 적용되고 있다고 설명했다.

<[中 거인의 공급망] ③반도체 검사·계측 강자 '중과비측' 없으면 'YMTC'도 없다>로 이어짐.

pxx17@newspim.com