재료공학 솔루션 분야 글로벌 기업 어플라이드 머티어리얼즈가 이종 칩 설계 및 결합을 위한 새로운 기술과 역량을 발표했다. 어플라이드 머티어리얼즈는 첨단 패키징 및 대면적(large-area) 기판 분야 선도 업체들과 협업함으로써 솔루션 공급 속도는 물론 PPACt(전력∙성능∙크기∙비용∙출시소요기간)도 동시에 개선한다.

어플라이드가 발표한 다이 투 웨이퍼(die-to-wafer) 하이브리드 본딩, 웨이퍼 투 웨이퍼 본딩, 첨단 기판 기술은 이종 결합(heterogeneous integration)을 위한 첨단 패키징 분야에 혁신을 가져온다. 이종 결합은 다양한 기술과 기능, 크기의 반도체를 하나의 패키지로 제작해 반도체 및 시스템 기업에게 새로운 유형의 설계와 생산 유연성을 제공한다.

어플라이드는 첨단 패키징 분야 최대 공급업체로서 식각, PVD(물리기상증착), CVD(화학기상증착), 전기도금, 표면처리, 가열냉각 영역을 망라하는 최적의 제품을 공급한다. 싱가포르에 위치한 어플라이드 첨단 패키징 개발 센터는 첨단 범프(bump), 마이크로 범프, 미세라인 RDL(재배선층), TSV(실리콘관통전극), 하이브리드 본딩 등 이종 결합의 근간이 되는 가장 광범위한 포트폴리오를 보유하고 있다.

니르말리야 마티(Nirmalya Maity) 어플라이드 머티어리얼즈 첨단 패키징 부문 부사장은 “업계를 선도하는 어플라이드의 첨단 패키징 포트폴리오는 고객에게 이종 결합 기술 구현에 필요한 폭넓은 옵션을 제공한다. 우리는 기술 공동 최적화(co-optimization)와 다른 기업과의 협업으로 고객의 PPACt 로드맵을 가속화하고, 새로운 성장 기회를 만드는 생태계를 조성하고 있다”고 밝혔다.

다이 투 웨이퍼 하이브리드 본딩 가속화
다이 투 웨이퍼 하이브리드 본딩은 구리와 구리의 직접 결선으로 I/O 밀도를 높이고 칩렛 간 배선 길이를 줄여 성능, 전력, 비용을 전반적으로 향상시킨다. 어플라이드는 보다 빠르게 기술을 개발하기 위해 첨단 소프트웨어 모델링 및 시뮬레이션을 싱가포르 첨단 패키징 개발 센터에 도입했다.

이러한 역량을 통해 어플라이드는 하드웨어 개발 전에 재료 선택, 패키징 아키텍처 등 여러 요인을 미리 평가하고 최적화해 학습주기와 시장 출시 기간을 단축한다. 이는 어플라이드와 BE 세미컨덕터 인더스트리(Besi)가 업계 최초로 다이 기반 하이브리드 본딩을 위해 완전하고 입증된 장비를 개발한다는 지난해 10월 발표된 공동 개발 합의를 기반으로 한다.

뤼르트 붐즈마(Ruurd Boomsma) Besi 최고기술책임자(CTO)는 “어플라이드와 공동 개발 프로그램을 진행하면서 고객이 웨이퍼 레벨 생산 환경에서 복잡한 하이브리드 본딩 공정을 활용하는 데 필요한 공동 최적화 솔루션에 대해 Besi의 이해도가 크게 높아졌다”며 “Besi와 어플라이드는 싱가포르 하이브리드 본딩 CoE(Center of Excellence)에서 고객의 재료를 가공하고 첨단 이종 결합 기술을 개발함에 있어 매우 짧은 기간 내 탁월한 성과를 거두었다”고 말했다.

웨이퍼 투 웨이퍼 하이브리드 본딩 공동 최적화 솔루션 개발
웨이퍼 투 웨이퍼 본딩 기술을 활용하면 첫번째 웨이퍼에는 반도체 구조를, 두번째 웨이퍼에는 다른 요소를 구현한 다음 두 웨이퍼를 접합해 완전한 소자를 생성할 수 있다. 고도의 성능과 수율 달성을 위해서는 웨이퍼를 접합하는 과정의 정밀한 균일도와 정렬도와 관련된 선공정 단계의 품질이 매우 중요하다.

어플라이드는 웨이퍼 투 웨이퍼 본딩에 대한 공동 최적화 솔루션 개발을 위해 EV그룹(EVG)과 공동 개발 협약을 체결했다. 이번 협업으로 증착, 평탄화, 임플란트, 계측, 검수 등 어플라이드의 반도체 공정 전문지식과 EVG의 웨이퍼 접합, 전처리, 활성화는 물론 정렬, 본드 오버레이 계측 분야 리더십 간 시너지가 예상된다.

토마스 어만(Dr. Thomas Uhrmann) EVG 사업개발 디렉터는 “반도체 혁신에서 3D 접합 및 공학 재료의 중요도는 갈수록 증가하고 이에 하이브리드 웨이퍼 본딩 수요도 매우 높다. 이처럼 중요한 공정을 새로운 애플리케이션에 대해 최적화하기 위해서는 공정 체인의 전후 과정의 통합에 대한 심층적 이해가 요구된다”며 “어플라이드와 협업을 통해 공정 장비 기업들은 데이터를 상호 공유하고 각자 전문 분야를 학습하며 솔루션을 공동 최적화한다. 이를 통해 고객은 새로 발생하는 제조 상의 중대한 문제를 보다 원활하게 해결할 수 있을 것”이라고 설명했다.

빈센트 디카프리오(Vincent DiCaprio) 어플라이드 머티어리얼즈 첨단 패키징 사업개발 부문 매니징 디렉터는 “어플라이드는 Besi, EVG 같은 파트너와 협업으로 다이 투 웨이퍼, 웨이퍼 투 웨이퍼를 포함한 하이브리드 본딩 기술 개발 및 도입에 필요한 역량과 전문지식을 고객에 제공하고 있다”며 “반도체 제조사가 PPACt 로드맵을 위해 이종 설계 비중을 높이는 가운데 어플라이드는 생태계에서 교류가 더욱 활발해지길 기대한다”고 전했다.

대형화 및 첨단화된 기판으로 PPACt 혜택 제공
반도체 제조사가 이전보다 훨씬 많은 수의 반도체를 정교한 2.5D 및 3D 패키지 설계에 적용함에 따라 첨단화된 기판의 필요성이 높아졌다. 상호결선 밀도가 높은 대형 크기의 패키지 구현을 위해 어플라이드는 최근 인수한 탱고 시스템(Tango Systems)의 첨단 패널 레벨 가공 기술을 사용한다. 패널 크기가 500mm x 500mm, 또는 그 이상인 기판은 웨이퍼 크기 형태와 비교했을 때 더 많은 패키지를 수용해 전력, 성능, 크기는 물론 비용 혜택도 제공한다.

대형 패널을 고객이 채택함에 따라 어플라이드는 자사 디스플레이 그룹을 통해 증착, 전자빔, 테스팅, SEM 리뷰 및 계측, 결함 분석용 집속 이온빔 등 대면적 재료 공학 기술을 제공한다.