온투이노베이션 피코초 초음파 장비.(자료=온투이노베이션)
삼성전자가 하이브리드 본딩 신규 검사 장비를 도입하기 시작했다. 온투이노베이션의 검사 장비는 양산 라인에서 검증 중인 것으로 알려졌다.
31일 업계에 따르면 삼성전자는 초음파와 엑스레이 기반 비파괴 검사 기술을 지닌 다수의 업체와 장비 도입을 논의하거나 공동개발을 진행하고 있다. 기존 광학 장비로 파악하기 힘든 하이브리드 본딩 접합 면의 공극(보이드) 등 미세 결함을 파악하는 것이 주목적이다. 검사 과정에서 고가의 웨이퍼나 고대역폭메모리(HBM)의 손실 비용도 최소화할 수 있다.
가장 앞서는 곳은 미국 온투이노베이션이다. 현재 삼성전자와 비파괴 검사 장비의 공동개발프로그램(JDP)을 맺고 이미 양산 라인에 장비를 공급했다. 해당 장비는 광음향 계측 기반 레이저 초음파 기술을 활용한다. 검사 대상에 1조분의 1초(피코초) 초단 펄스 펌프 레이저를 조사하면 재료가 순간 팽창한다. 해당 열팽창이 내부로 파고드는 초음파를 생성한다. 해당 초음파는 빛이 통과하지 못하는 금속층 등 광학적 불투명 층을 통과한 후 하부나 보이드를 만나 반사된다. 이때 프로브 레이저가 표면의 미세한 변형을 감지해 내부 구조를 파악하는 방식이다. 기존 광학 검사의 한계를 극복하고 상하부 구조 정렬(오버레이) 오차를 측정할 수 있다.
국내 업체들은 이르면 2분기부터 장비 도입이나 JDP 체결이 가시화될 전망이다. 일부는 삼성전자로부터 본딩 웨이퍼 샘플을 받아 성능 테스트까지 마쳤다. 본딩 웨이퍼는 하이브리드 본딩 공정을 거친 결과물을 뜻한다. 검사 결과는 긍정적이었던 것으로 전해진다. 다른 업체들도 삼성전자와 지속해서 논의하며 양산라인용 비파괴 검사 장비를 준비하고 있다.
업계 관계자는 "삼성전자 각 부서가 여러 장비 업체와 물밑에서 협의하고 있다"며 "HBM의 실리콘관통전극(TSV)과 하이브리드 본딩 접합면 검사용 모두 고려하고 있다"고 언급했다.
삼성전자는 이달 엔비디아 연례 개발자 행사(GTC) 2026에서 HBM용 하이브리드 본딩 기술 영상을 공개했다. 업계는 삼성전자가 차세대 HBM4E 16단 이상부터 하이브리드 본딩을 활용할 것으로 예상한다. 삼성전자는 지난달 국제고체회로학회(ISSCC)에서 웨이퍼투웨이퍼(W2W) 하이브리드 본딩으로 4F 스퀘어(4F²) D램을 제조하는 논문도 발표했다. D램을 수직채널트랜지스터(VCT) 구조로 만들고자 셀오버페리(COP) 방식을 적용했다. 주변 회로(페리) 웨이퍼와 셀 집합체(어레이) 웨이퍼를 위아래로 정밀하게 포개는 방식이다. 두 차세대 메모리를 검사하려면 하이브리드 본딩 접합 면을 들여다 볼 수 있는 장비가 필요하다.
일반적으로 반도체 후공정 장비의 양산라인 품질(퀄) 테스트 기간은 6개월 정도다. 이를 고려하면 삼성전자는 올해 말까지 여러 업체의 검사 장비 성능을 시험 비교할 것으로 풀이된다.
하이브리드 본딩은 반도체 칩 다이(Die)를 쌓아 연결할 때 두 칩의 구리(Cu) 표면을 직접 연결하는 첨단 패키징 기술이다. 고대역폭메모리(HBM) 제조에 주로 쓰이는 열압착(TC) 본딩과 달리 칩 간 접합에 미세 금속돌기(범프)를 사용하지 않는다. 기존 솔더링 대비 접합 면적이 넓고 계면 저항이 낮아 방열, 전기 특성이 우수하다.
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