제우스 화성 바이오밸리 연구소.(사진=제우스)
반도체 세정 장비 전문기업 제우스가 고대역폭메모리(HBM) 사업을 본격화한다. 자체 클린룸을 마련해 메모리와 소재 기업에 필요했던 디본딩(Debonding) 공정 시험을 제공한다.
14일 제우스에 따르면 화성 바이오밸리 연구소 클린룸에 실험용 임시(템퍼러리) 본딩 장비(본더)와 디본더, 전용 세정 장비 설치를 완료했다. '임시 본딩 디본딩(TBDB)' 일괄(턴키) 라인 구축을 약 2년 만에 마무리한 것이다. TBDB는 웨이퍼에 보호용 캐리어 웨이퍼를 임시로 붙였다가(본딩) 제조 공정이 끝난 후 떼어내는(디본딩) 기술이다.
제우스 관계자는 "메모리 기업이 양산 라인에서 신규 장비나 접착 물질, 세정용 화학 물질을 테스트하려면 복잡한 내부 절차를 거쳐야 하고, 양산 일정에도 지장을 줄 수 있다"며 "이번에 구축한 클린룸은 고객사 엔지니어가 방문해 디본딩 공정 변경과 세정 단계를 시험하고, 성능을 확인할 수 있다"고 설명했다.
메모리 기업은 각기 다른 디본딩 공정으로 HBM의 코어 다이(Die)를 만든다. 제우스는 해당 클린룸에서 고객사가 사용하는 공정 외 여러 HBM용 디본딩 기술을 시험해볼 수 있도록 제공한다. 각 기술의 장단점을 보여주고, 고객사의 기존 공정 난제도 함께 논의할 계획이다. 제우스 관계자는 "고객사와 공동 개발 협력(JDP) 등도 활발하게 협의하고 있다"고 말했다.
제우스가 클린룸 내에 갖춘 디본더는 기계적(메카니컬), 자외선(UV) 레이저, 광자(포토닉) 디본더 3종이다. 지난 2022년 4월부터 산업통상부(산통부) 과제로 HBM 제조용 웨이퍼 캐리어 임시 본딩, 디본딩 장비 상용화 기술을 준비했다. 지난해 말 일부 과제가 끝났다. 현재 실제 양산 라인에 적용할 수 있는 수준까지 기술을 확보한 상태다.
메카니컬 디본더는 물리적 힘을 이용해 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 분리하는 전통 방식의 장비다. 두 웨이퍼 사이 분리층에 얇은 칼날을 넣어 분리한다. 분리층은 접합된 두 웨이퍼 사이 넣은 매개체를 뜻한다. 본딩 시 접착 역할을 하지만 디본딩 시에는 외부 요인과 만나 결합력을 상실한다. 메카니컬 디본딩의 분리층은 수평 방향의 결합력은 강하나, 칼날 삽입 등 수직 충격에 쉽게 쪼개지는 구조다. 칼날의 진입 각도와 폭 등의 정밀한 조정이 필요하다.
또 고객사의 기존 양산 공정이나 장비 등을 크게 바꾸지 않아도 쉽게 적용할 수 있다. 단점은 처리 속도(스루풋)가 다른 기술 대비 느리다는 점이다. 웨이퍼 손상을 막고자 부드럽고 균일하게 작업하기 때문이다. 제우스가 개발한 메카니컬 디본더는 금속 돌기(범프)를 형성한 약 30마이크로미터(㎛) 두께 초박막 웨이퍼의 디본딩에 성공했다.
자외선 레이저 디본더는 UV 레이저를 분리층에 비추는 방식이다. UV 광원이 분리층 소재에 광화학적 반응을 일으켜 접합을 끊는다. 웨이퍼에 물리적 손상과 열 충격을 최소화할 수 있다. 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼가 부드럽게 분리된다. 제우스는 355나노미터(nm) 파장의 고출력 UV 다이오드 펌핑 고체(DPSS) 레이저 소스 기반으로 디본더를 만들었다. 불화아르곤(ArF)이나 불화크립톤(KrF) 등 이합체 가스를 사용하는 기존 엑시머 레이저 방식 대비 장비 제조와 유지보수가 쉽다.
UV 레이저 디본더의 단점은 두 가지다. 하나는 레이저가 웨이퍼를 통과해 분리층에 도달해야 한다는 점이다. 이 때문에 투명한 유리 재질의 캐리어 웨이퍼를 사용해야 한다. 유리 웨이퍼 표면에 분리층이 직접 코팅되는 형태다. 다음은 작은 점 형태의 레이저로 300mm 웨이퍼 전 면적을 훑어야 한다는 것이다. 메카니컬 디본딩 대시 처리 속도가 빠르지만, 포토닉 디본딩 대비는 느리다.
마지막으로 포토닉 디본더는 분리층에 대면적의 강한 빛을 쏘는 형태다. 해당 빛이 국소 부위 온도를 최대 800℃까지 올려 분리층 접착제를 열분해한다. 캐리어 웨이퍼가 깔끔하게 탈착돼 공정에 즉시 재사용할 수 있다. 제우스의 포토닉 디본더는 한 번에 75×150mm의 면적을 비출 수 있다. 300mm 웨이퍼 기준 빛을 19번 쏘면 캐리어 웨이퍼 분리가 가능하다. 생산성이 가장 높다. 단 아직 실제 양산 라인에 적용된 적 없는 신기술이다. 공정 변화가 크다는 부담이 존재한다.
제우스 관계자는 "HBM 적층 단수가 높아지면서 제조 웨이퍼 두께는 점차 얇아지고 있다"며 "이 때문에 제조 공정 중 초박형 웨이퍼의 파손을 방지하는 캐리어 웨이퍼의 TBDB 수율과 생산성이 제조사들의 최대 과제가 되고 있다"고 설명했다.
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