첨단 반도체 제조 공정에서 나노미터 단위의 공정 정밀도가 요구되면서, 기존의 결정론적 제어만으로는 양산 수율과 신뢰성을 보장하기 어려운 상황이 이어지고 있다. 특히 극자외선(EUV) 기반 리소그래피 공정에서는 재료의 물리적 한계와 원자 수준의 무작위 변동성으로 인해 스토캐스틱 변이 문제가 부각되고 있다.

이는 대량 생산(HVM)으로의 전환을 지연시키는 핵심 요인으로 작용하며, 산업 전반에 수천억 원 이상의 손실을 유발하고 있다. 이러한 환경에서 반도체 업계는 확률 기반 접근을 통해 스토캐스틱 변이를 측정·제어하는 새로운 기술 체계의 필요성을 절감하고 있다.

프랙틸리아, 스토캐스틱 변이 해결 기술 로드맵 공개

프랙틸리아(Fractilia)가 스토캐스틱 변이가 반도체 양산에 미치는 영향을 분석하고 이를 해결하기 위한 전략을 담은 기술 로드맵을 발표했다. 이번 발표는 스토캐스틱 해상도 격차를 중심으로 정밀 측정, 확률 기반 공정 제어, 스토캐스틱 기반 설계 전략을 제시하고 있으며, 업계 최초로 해상도 관점에서 스토캐스틱 효과를 분석한 연구로 평가된다.

프랙틸리아는 글로벌 반도체 제조사가 최신 공정 노드에서 스토캐스틱 변이로 인해 수율 손실과 양산 지연을 겪고 있으며, 이는 수조 원 규모의 경제적 손실을 초래한다고 밝혔다. 스토캐스틱 변이는 분자, 광원, 원자 수준의 무작위 변동성에서 발생하며, 기존 공정 제어 방식으로는 해결이 어렵다.

프랙틸리아에 따르면, 연구개발 단계에서 구현 가능한 피처 크기와 실제 양산에서 안정적으로 확보 가능한 피처 크기 사이에는 스토캐스틱 변이에 기인한 해상도 격차가 존재한다. 과거에는 이 격차가 양산에 큰 영향을 미치지 않았지만, EUV 및 고-NA EUV 기술 도입 이후 그 영향이 급격히 확대됐다. 특히 현재 스토캐스틱 해상도 격차는 약 5나노미터 수준으로, 수율과 성능, 신뢰성 확보에 직접적인 영향을 미치고 있다.

프랙틸리아의 크리스 맥(Chris Mack) CTO는 “스토캐스틱 격차는 고정된 것이 아니며, 정밀 측정 기술을 통해 최소화할 수 있다”고 강조했다. 그는 “고객들이 R&D 단계에서는 12나노미터 수준의 피처 구현에 성공했지만, 양산 단계에서 스토캐스틱 결함으로 인해 수율 확보에 어려움을 겪고 있다”고 설명했다.

측정, 설계, 공정 전략 통합으로 수율 개선 기대

프랙틸리아는 스토캐스틱 변이 문제 해결을 위한 3가지 핵심 전략을 제안했다. 첫째는 정확한 스토캐스틱 계측 기술 확보다. 이는 원자 수준의 무작위성을 정량화할 수 있는 기반 기술이며, 모든 대응 전략의 출발점이 된다. 둘째는 확률 기반 공정 제어 방식을 도입해 공정 내 스토캐스틱 영향을 최소화하는 것이다. 셋째는 스토캐스틱 특성을 고려한 기기 및 회로 설계를 통해 수율과 신뢰성을 높이는 전략이다.

이러한 전략은 기존 결정론적 제어 체계와는 달리 확률 통계 기반 접근을 통해 불확실성을 수용하고 최적의 제조 조건을 찾아내는 방식이다. 프랙틸리아는 이를 통해 반도체 제조업체들이 스토캐스틱 결함을 효과적으로 제어하고 고수율 양산 전환을 앞당길 수 있다고 설명했다.

프랙틸리아는 이번 발표를 통해 스토캐스틱 중심 분석과 전략 제시가 반도체 산업 전반의 설계 및 공정 기술에 변화를 촉진할 것이라 밝혔다. 크리스 맥 CTO는 “스토캐스틱은 단지 과학적 개념이 아니라 산업의 병목 현상이다. 이를 해결하는 기술은 산업 전환의 촉매가 될 것”이라며, “반도체 제조업체들이 스토캐스틱 중심의 접근법을 조속히 채택해야 한다”고 말했다.

프랙틸리아는 향후 고-NA EUV 공정 대응, 소자 소형화에 따른 스토캐스틱 영향 예측 기술 강화, 그리고 공정 설계 자동화 솔루션 개발 등을 지속적으로 추진할 계획이다.