차세대 반도체 공정인 하이브리드 본딩에서 계측 중요성이 높아지고 있다. 앞으로 고대역폭메모리(HBM) 등 첨단 반도체에서 하이브리드 본딩의 도입이 예상되는데, 초정밀 계측이 성능을 좌우해서다.
이주형 서울과학기술대 기계시스템디자인공학과 교수는 지난 29일 열린 '해동 패키징 기술 포럼'에서 “화학적 기계적 연마(CMP) 과정에서 발생하는 구리 패드 리세스(오목한 구조), 접합 계면에서의 보이드(빈 공간), 웨이퍼 및 다이(개별 칩) 단위 워피지(휨 현상) 검출 모두 하이브리드 본딩 신뢰성을 확보하기 위한 핵심 계측 과제”라고 밝혔다.
하이브리드 본딩은 기존 마이크로 범프 방식과 달리 절연막과 구리 패드를 동시에 접합하는 기술이다. 짧은 배선 길이를 구현, 데이터 전송 속도와 연결 밀도를 높일 수 있다. 앞으로 차세대 HBM에 하이브리드 본딩이 적용될 전망이다.
하이브리드 본딩에서는 피치(간격)가 3마이크로미터(㎛) 이하로 줄면서, 접합 계면의 수 나노미터(㎚) 수준 리세스나 1㎛ 이하 보이드도 전기·기계적 특성에 치명적인 영향을 준다. 이 때문에 계측 기술 정밀도와 속도가 생산 수율과 직결된다.
현재 리세스는 원자현미경(AFM)을 활용해 ㎚ 단위로 측정하고 있는데, 생산 속도를 맞추기 위해 백색광 간섭계(WLI)나 위상 이동 간섭계(PSI)와 같은 고속 광학식 계측이 병행되고 있다. 보이드 검출은 광음향이나 고주파 초음파 기반 비파괴 검사 기술이 연구되고 있다.
이 교수는 “하이브리드 본딩은 차세대 패키징 신뢰성을 좌우하는 핵심 공정”이라며 “광학·음향·인공지능(AI) 융합 계측 기술 개발이 업계 전반에서 빠르게 진행되고 있다”고 말했다.
이호길 기자 eagles@etnews.com
