성남--(뉴스와이어)--전 세계 첨단 반도체 및 디스플레이를 위한 재료공학 솔루션 선도 기업 어플라이드 머티어리얼즈가 차세대 AI 시대를 이끌 첨단 3D 칩 아키텍처 구현을 지원하는 신규 반도체 제조 시스템 라인업을 공개했다.

AI 컴퓨팅은 모델 규모 확대와 데이터 처리량 증가로 인해 대역폭, 메모리 용량, 에너지 효율 향상 속도가 수요를 따라가지 못하는 이른바 ‘메모리 장벽(Memory Wall)’에 직면하고 있다. 이에 따라 고대역폭메모리(HBM)와 3D 적층 기술을 비롯한 첨단 패키징 아키텍처 도입이 빠르게 확대되고 있다. 이러한 기술은 대역폭과 효율을 크게 향상시키지만 동시에 제조 공정의 복잡성도 한층 높인다.

어플라이드는 첨단 패키징, 공정 제어, D램 전반에 걸친 재료공학 포트폴리오를 기반으로 이러한 산업 전환을 지원하고 있다. 각 분야에서 기술 리더십을 확장해 고객이 차세대 AI 칩을 더 빠르고 높은 수율로 양산할 수 있도록 돕는다.

첨단 패키징 핵심 공정 지원하는 신규 CMP·증착 시스템 공개

첨단 패키징은 온칩(on-chip) 트랜지스터 스케일링만큼이나 컴퓨팅 산업의 전략적 핵심 요소로 부상했다. 최신 AI 서버용 칩은 여러 다이(die)를 하나의 패키지에 통합해 수조 개의 트랜지스터를 집적한다. D램 칩을 수직으로 쌓아 올린 뒤 실리콘관통전극(TSV)으로 연결하는 HBM이 대표적인 사례다. 어플라이드는 첨단 패키징 공정 장비 분야 선도 기업으로서 TSV, 구리 필러, 마이크로범프(microbump) 형성에 필요한 재료공학 공정 전반을 아우르는 시스템 포트폴리오를 보유하고 있다. 어플라이드가 새롭게 선보인 장비 3종은 첨단 패키징에서 가장 중요한 공정 단계를 겨냥하고 있다.

어플라이드는 화학기계연마(CMP) 분야 리더십을 바탕으로, 첨단 패키징 전용으로 설계된 옵타 쿼드(Opta™ Quad) CMP 플랫폼을 선보였다. 첨단 패키징은 박막의 두께가 두껍고 연마 시간이 길며 오차 허용 범위가 좁아 박막이 불균일해지거나 수율 손실이 발생할 위험이 크다. Opta Quad는 연마 중 웨이퍼 상태를 지속적으로 모니터링하고 실시간으로 동적 제어해 웨이퍼 내 균일성과 총 두께 편차(TTV) 제어 능력을 개선한다. 이는 차세대 3D 적층 기술인 하이브리드 본딩에 특히 중요하다. 두 칩의 구리 배선과 주변 유전막을 한 번에 결합하는 하이브리드 본딩에서 높은 수율을 확보하려면 완벽에 가까운 표면 평탄도가 요구되기 때문이다.

3D 스택이 확장될수록 인터커넥트가 고르지 못하면 층 간 빈 공간이 생겨 안정적인 접촉이 어려워진다. 따라서 웨이퍼 전체에 걸친 TSV와 마이크로범프의 수평도 확보가 적층 수율의 핵심 과제다. 노코타 브이맥스(Nokota™ Vmax™) 2 전기화학증착(ECD) 시스템은 3D 적층을 위한 TSV 충전(Fill)부터 마이크로범프 형성과 같은 미세 피치 인터커넥트에 이르기까지 차세대 패키징의 광범위한 애플리케이션에서 고정밀 구리도금을 구현한다. Nokota Vmax 2는 적응형 패턴 튜닝(APT·Adaptive Pattern Tuning) 기술을 도입해 회로 레이아웃에 따른 편차를 보정하고, 전기장을 동적으로 제어해 웨이퍼 전반의 도금 균일성을 높였다.

하나의 스택에 더 많은 레이어를 집적하기 위해 HBM 다이는 표준 웨이퍼 두께의 약 1/25 수준으로 가공되며 이 과정에서 휨이나 변형이 일어나기 쉽다. 이러한 변형은 레이어가 쌓일수록 누적돼 본딩 불량과 수율 저하를 가져온다. 프로듀서 아빌라(Producer™ Avila™) 2 플라즈마화학기상증착(PECVD) 시스템은 TSV 주변에 내부 응력의 균형을 맞춘 유전막을 증착해 초박형 D램 다이의 기계적 안정성을 개선한다. 이를 통해 12단, 16단은 물론 향후 고적층 HBM의 안정적인 적층을 가능하게 한다. HBM 외에도 다양한 첨단 메모리 및 로직 집적 공정에도 활용할 수 있다.

프라부 라자(Prabu Raja) 어플라이드 머티어리얼즈 반도체 제품 그룹(SPG) 사장은 “첨단 패키징은 시스템 수준의 성능을 이끄는 핵심 동력이다. 차세대 3D 아키텍처의 복잡성으로 인해 모든 공정 단계에서 새로운 수준의 정밀도가 요구된다”며 “유전막 CVD, ECD, CMP 분야에서의 어플라이드 리더십과 깊이 있는 공정 통합 전문성은 고객이 3D 적층 구조를 안정적이면서도 높은 수율로 확장하는 데 핵심적인 기반이 될 것”이라고 말했다.

신규 전자빔 시스템, 첨단 패키징에 웨이퍼 팹 수준 공정 제어 적용

첨단 패키징 팹은 과거 웨이퍼 팹의 전유물이던 결함 및 계측 과제에 직면해 있다. 피처(feature) 치수가 광학 검사 장비의 분해능 한계 이하로 작아졌고, 대형 범프에서 허용되던 파티클이 이제는 수율에 치명적 영향을 미친다. 특히 단 하나의 결함으로도 HBM 스택 전체가 폐기될 수 있어 공정 제어가 전략적 핵심 과제로 부상했다. 이에 어플라이드는 다양한 기판 형태와 재료를 처리하도록 설계된 첨단 패키징 전용 신규 전자빔(eBeam) 시스템 2종을 선보이며 전자빔 분야 리더십을 확장한다.

임계 치수 계측을 위한 어플라이드 VeritySEM™ 포트폴리오의 최신 제품인 베리티셈 7AP(VeritySEM 7AP)는 HBM 및 칩렛 아키텍처에서 흔히 발생하는 두껍고 이종 재료가 혼재된 기판 그리고 심하게 휜 기판에서도 피처를 정밀하게 측정한다. VeritySEM AP 시스템은 다양한 크기와 재료의 웨이퍼에 맞춰 자동으로 장비를 재구성한다. 기존 광학 장비 대비 수십에서 수백 배 우수한 10나노(nm) 이하의 측정 감도를 제공한다.

SEMVision™은 업계 선도적인 전자빔 결함 리뷰 플랫폼이다. 새롭게 출시된 셈비전 G7AP(SEMVision G7AP)는 어플라이드의 기술 리더십을 첨단 패키징 영역으로 확장해 실리콘, 유기물, 유리 기판 전반에서 고해상도 결함 리뷰와 자동 분류를 구현한다. 특히 고객이 심각한 결함과 단순 노이즈 신호를 신속하게 구분해 수율 개선 속도를 높일 수 있도록 지원한다. 대량 양산 첨단 패키징을 지원하는 선도 메모리 및 로직 제조사가 SEMVision G7AP를 이미 도입했다.

키스 웰스(Keith Wells) 어플라이드 머티어리얼즈 이미징 및 공정 제어 그룹 부사장은 “어플라이드는 수십 년간 전자빔 기술 분야를 선도해 왔다. 첨단 패키징 구조가 광학 장비의 해상도 한계를 넘어 더욱 미세해짐에 따라, 패키징 팹에서도 결함을 정확하게 감지하고 분류할 수 있는 전자빔급 정밀도를 필요로 한다”고 설명했다. 이어 “VeritySEM 7AP와 SEMVision G7AP는 어플라이드의 검증된 웨이퍼 팹 전문성을 패키징 영역으로 확장한 결과물로, 처음부터 3D 아키텍처 고유의 기판 특성과 결함 과제를 해결하기 위해 전용 설계된 시스템”이라고 덧붙였다.

강화된 Centura™ Prime™ 에피 시스템, 차세대 D램에 로직급 에피택시 도입

에피택시(Epitaxy) 기술은 오랫동안 첨단 로직 반도체 분야에서 활용돼 왔으며, 트랜지스터 채널 내 결정 구조를 정밀하게 성장시켜 기하학적 스케일링만으로는 얻기 어려운 수준의 성능 향상을 이끌어왔다. 이 기술은 이제 D램 주변부 트랜지스터에서도 핵심 기술로 자리 잡고 있다. 어플라이드는 10여 년 전 센츄라 프라임(Centura™ Prime) 에피 시스템으로 트랜지스터 채널 내 실리콘 게르마늄(SiGe) 에피택시 공정을 개척한 바 있다.

이번에 공개된 업그레이드된 Centura Prime 에피 시스템은 소스·드레인 영역에 도핑된 SiGe 및 실리콘 인(SiP)을 선택적으로 성장시켜 첨단 변형 엔지니어링과 정밀한 도핑 제어 기술을 결합했다. 이를 통해 구동 전류와 트랜지스터 효율을 높여 HBM 및 차세대 DDR의 대역폭 수요를 충족하는 더 빠르고 전력 효율적인 D램 구동을 가능하게 한다. 또한 장비가 차지하는 면적을 기존 대비 20% 줄여 D램 팹 내 장비 집적도를 높이고 생산 능력 확장 속도를 가속화한다.

신규 시스템에 대한 추가 정보는 어플라이드 머티어리얼즈 웹사이트에서 확인할 수 있다.