자이스(ZEISS)는 업계 선도적인 비파괴 3D 엑스레이 현미경(XRM) 제품인 엑스레디아 버사(Xradia Versa) 시리즈와 엑스레디아 콘텍스트 3D 엑스레이 마이크로CT(Xradia Context 3D X-ray microCT) 시스템을 위한 어드밴스드 재구성 툴박스(Advanced Reconstruction Toolbox)를 출시했다.

고성능 워크 스테이션과 함께 자체 개발한 알고리즘 및 독자적인 워크플로우를 활용하는 어드밴스드 재구성 툴박스는 불량 분석(failure analysis, FA)을 위한 3D XRM의 필수 단계인 3D 이미지 재구성(reconstruction)의 처리속도(throughput)과 이미지 화질을 대폭 향상시킨다. 그 결과, 더 빠른 분석 결과를 도출하고 FA(불량분석) 성공률을 향상시키며 반도체 고급 패키징을 위한 새로운 애플리케이션과 워크플로우 구현이 가능하다.

어드밴스드 재구성 툴박스는 1대의 워크스테이션과 2개의 모듈로 구성된다. 각각의 모듈은 반복 재구성을 위한 자이스 OptiRecon과, 현미경 애플리케이션용으로 활용가능한 최초의 상용 딥러닝 재구성 기술인 자이스 딥레콘(ZEISS DeepRecon)이다. 딥레콘은 반복적인 워크 플로우 애플리케이션을 위해 원거리에서 새로운 XRM 해상도를 희생하지 않고도 처리량을 10 배까지 증가시킬 수 있으며, XRM에 의해 생성 된 빅데이터에서 숨겨진 기회를 고유하게 수집하고 AI 기반 속도 또는 이미지 품질 향상을 제공한다.

3D XRM은 2D 엑스레이 프로젝션 이미지에서는 확인할 수 없는 특징들을 시각화 해주는 독창적인 기능 때문에, 패키지 불량의 근본 원인 조사에 도움이 될 수 있는 결함 시각화의 업계 표준 기술이 되어 왔다.

패키지 FA에서는 신속한 분석 결과 도출과 높은 FA 성공률이 모두 중요하다. 따라서 우수한 화질을 유지하면서 시각화 시간을 줄이는 것이 관건이다. 일반적으로, 서로 다른 샘플 회전 각도에서 획득한 많은 2D 프로젝션으로부터 3D 데이터세트를 재구성하기 위해 FDK(Feldkamp-Davis-Kress) 필터링 투영 프로젝션 알고리즘이 사용된다. 하지만 FDK 기법은 이미지 노출 시간이나 프로젝션 횟수가 적으면 종종 화질이 저하되곤 한다.

새로운 자이스 어드밴스드 재구성 툴박스는 2개의 신형 어드밴스드 재구성 엔진인 OptiRecon과 DeepRecon을 제공한다. 이들 엔진은 반도체 고급 패키징 불량 및 구조 분석을 위해 화질을 그대로 유지하거나 또는 향상된 CNR(contrast-to-noise ratio)로 화질을 더욱 향상시키면서 더 빠른 스캔 속도를 실현한다. 전자 및 반도체 패키징 외에도, 이 Advanced Reconstruction Toolbox는 재료 연구, 생활 과학, 첨단 배터리 개발 등을 포함한 매우 다양한 애플리케이션에 활용될 수 있다.

전자 산업계 책임 연구원 출신인 동신대학교 교수 심재현 박사는 “짧은 스캔 시간과 적은 프로젝션 횟수로 폴리머 분리막을 시각화 할 수 있는 것은 오직 자이스뿐이다. OptiRecon과 DeepRecon은 산업용 배터리 고객들에게는 환상적인 애플리케이션이다”라고 평가했다.

OptiRecon 모듈은 광범위한 반도체 패키지에 이상적이며, FA는 물론 연구개발 애플리케이션 모두에 적합하다. 이 기술은 반복계산 재구성이라고 알려진 프로세스를 활용하는데, 수렴될 때까지 여러 차례의 반복을 통해 실제 프로젝션과 모델링된 프로젝션 사이의 차이를 계산한다.

이 모듈은 FDK에 비해 훨씬 더 적은 프로젝션 횟수 및 획득 시간을 사용하여 최적의 스캔 전략을 지원한다. 반도체 패키지의 경우, 종전과 비슷하거나 더 나은 화질로 최대 2배 더 빠른 스캔 속도를 달성할 수 있다. 이처럼 높은 생산성은 다양한 이점을 가져다준다. 관심 영역(ROI)을 확대할 수 있고, 한 번의 스캔 작업중에서 분석 작업이 가능하며, 샘플의 방사선량을 줄일 수 있다.

FDK와 유사한 처리속도 수준에서, OptiRecon은 보다 향상된 화질을 보장하기 때문에 분석 작업자에게 보다 우수한 CNR, 보다 용이한 결함 시각화, 그리고 눈의 피로 감소 같은 효과를 제공한다. 이 외에도 OptiRecon은 재구성 파라미터 최적화를 위해 사용하기 편한 인터페이스와, 빠르고 효율적인 재구성을 위한 첨단 고성능 오프라인 워크스테이션을 포함한다.

DeepRecon 모듈은 맞춤형으로 훈련된 신경망을 활용함으로써 서로 같거나 비슷한 샘플에 대해 반복적인 분석이 필요한 FA 및 구조 분석 애플리케이션의 처리속도와 성공률을 높인다.

자이스는 고객의 요구 사항을 충족하도록 최적화될 수 있는 특정 샘플 집단을 위한 맞춤형 신경망을 제공한다. FDK와 비교할 때, DeepRecon은 지정된 샘플 집단에 대해 FDK와 같거나 더 나은 화질을 제공하면서 최대 4배 더 빠르게 스캔할 수 있으며, 동일한 스캔 시간을 적용할 경우에는 노이즈가 더 적으면서 훨씬 더 월등한 화질을 구현할 수 있다.

워크플로우에 대해 원하는 DeepRecon 네트워크 모델을 적용하는 데에는 그다지 많은 노력이 필요치 않다. 툴 사용자는 자이스가 개발한 네트워크 모델 중 하나를 드롭다운 메뉴에서 선택하기만 하면 된다.

한편, 자이스 공정제어솔루션(PCS) 사업을 총괄하는 스테판 프레우스(Stefan Preuss) 박사는 “자이스 Xradia 600 시리즈 Versa는 지난해 출시 이후 패키지 불량 분석 작업을 위한 월등한 해상도와 화질, 처리속도 덕분에 전자 및 반도체 패키징 업계에서 강력한 모멘텀을 보였다"며, "OptiRecon 및 DeepRecon 모듈을 장착한 어드밴스드 재구성 툴박스가 대표적인 사례로서, 이는 세계적인 이미징 솔루션의 처리속도와 화질을 대폭 향상시켜 고객이 이전보다 훨씬 더 빠르게 결과를 도출하고 패키지 수율을 높일 수 있게 해준다"고 말했다.