사진. 어플라이드 머티리얼즈

전 세계 첨단 반도체 및 디스플레이용 재료공학 솔루션 기업인 어플라이드 머티어리얼즈가 AI 시대 차세대 반도체 구현을 위한 신규 반도체 제조 시스템 라인업을 공개했다. 첨단 패키징과 공정 제어, D램 제조 전반을 아우르는 신규 장비를 통해 고대역폭메모리(HBM)와 3D 적층 기술의 생산성과 수율 향상을 지원한다는 전략이다.

AI 컴퓨팅 시장은 모델 규모 확대와 데이터 처리량 증가로 메모리 대역폭과 용량, 에너지 효율 개선 속도가 수요를 따라가지 못하는 '메모리 장벽(Memory Wall)'에 직면해 있다. 이를 해결하기 위해 HBM과 3D 적층 기반 첨단 패키징 기술 도입이 빠르게 확대되고 있지만 제조 공정은 한층 복잡해지고 있다.

이에 어플라이드 머티어리얼즈는 재료공학 기반 기술 포트폴리오를 바탕으로 첨단 패키징과 공정 제어, D램 제조 기술을 강화하며 차세대 AI 칩의 안정적인 양산을 지원한다.

어플라이드는 첨단 패키징용 화학기계연마(CMP) 플랫폼인 Opta™ Quad를 새롭게 선보였다. 첨단 패키징은 기존 반도체보다 두꺼운 박막과 긴 연마 시간이 요구되며, 표면 평탄도 확보가 수율을 좌우한다.

Opta Quad는 연마 과정에서 웨이퍼 상태를 실시간으로 모니터링하고 동적으로 제어해 웨이퍼 내 균일성과 총 두께 편차(TTV)를 개선한다. 특히 차세대 하이브리드 본딩 공정에서 요구되는 높은 수준의 표면 평탄도 확보에 최적화됐다.

구리 도금 공정을 담당하는 Nokota™ Vmax™ 2 전기화학증착(ECD) 시스템도 공개했다. 이 장비는 TSV 충전부터 마이크로범프 형성까지 차세대 3D 적층 공정을 지원하며, Adaptive Pattern Tuning(APT) 기술을 적용해 회로 패턴에 따른 편차를 보정하고 웨이퍼 전반의 도금 균일성을 높인다.

초박형 D램 다이의 기계적 안정성을 높이기 위한 Producer™ Avila™ 2 플라즈마화학기상증착(PECVD) 시스템도 함께 공개됐다. TSV 주변 유전막의 내부 응력을 균형 있게 제어해 웨이퍼 휨을 최소화하고 12단, 16단은 물론 차세대 고적층 HBM 제조까지 지원한다.

어플라이드 머티어리얼즈 반도체 제품 그룹 프라부 라자 사장은 "첨단 패키징은 시스템 수준 성능을 결정하는 핵심 기술이라며, 유전막 CVD와 ECD, CMP 분야에서 축적한 공정 통합 기술을 바탕으로 고객이 3D 적층 구조를 안정적으로 높은 수율로 양산할 수 있도록 지원할 것"이라고 말했다.

어플라이드는 첨단 패키징 전용 전자빔(eBeam) 시스템 2종도 공개했다. VeritySEM™ 7AP는 HBM과 칩렛 구조에서 사용되는 다양한 기판의 임계 치수를 정밀하게 계측하는 시스템이다. 휨이 발생한 웨이퍼와 이종 소재 기판에서도 10nm 이하 수준의 고정밀 측정을 지원하며, 기존 광학 계측 장비보다 수십에서 수백 배 높은 측정 감도를 제공한다.

전자빔 결함 리뷰 플랫폼인 SEMVision™ G7AP는 실리콘과 유기물, 유리 기판에서 발생하는 결함을 고해상도로 분석하고 자동 분류한다. 이를 통해 실제 수율에 영향을 주는 결함과 노이즈를 빠르게 구분해 생산성을 높일 수 있으며, 이미 글로벌 메모리 및 로직 반도체 제조사의 양산 라인에 적용됐다.

어플라이드 머티어리얼즈 이미징 및 공정 제어 그룹 키스 웰스 부사장은 "첨단 패키징 구조가 더욱 미세해지면서 기존 광학 장비만으로는 한계가 발생하고 있다"며 "VeritySEM 7AP와 SEMVision G7AP는 웨이퍼 팹에서 검증된 전자빔 기술을 첨단 패키징에 적용해 3D 아키텍처에 최적화한 시스템"이라고 설명했다.

어플라이드는 차세대 D램을 위한 Centura™ Prime™ 에피 시스템도 업그레이드했다. 신규 시스템은 소스·드레인 영역에 실리콘 게르마늄(SiGe)과 실리콘 인(SiP)을 선택적으로 성장시키는 기술을 적용해 구동 전류와 트랜지스터 효율을 높였다. 이를 통해 HBM과 차세대 DDR이 요구하는 높은 메모리 대역폭을 지원하면서 전력 효율도 개선할 수 있다.

또한 장비 설치 면적을 기존 대비 약 20% 줄여 제한된 D램 팹 공간에서도 생산 능력을 확대할 수 있도록 설계했다.

어플라이드 머티어리얼즈는 이번 신규 시스템 공개를 통해 첨단 패키징과 전자빔 공정 제어, D램 제조 기술을 유기적으로 연결하는 재료공학 기반 포트폴리오를 강화하고, AI 반도체 시대 핵심인 3D 아키텍처와 HBM 생산 경쟁력 확보를 지원한다는 방침이다.