한화세미텍은 2세대 하이브리드 본더 'SHB2 나노'.(자료=한화세미텍)
한화세미텍이 웨이퍼 투 웨이퍼(W2W) 하이브리드 본딩 장비(본더)를 개발한다. 반도체 전공정과 후공정 모두 대응 가능한 제품군을 확보할 예정이다.
17일 업계에 따르면 한화세미텍은 최근 모델명 'SWB1'라고 이름 붙여진 1세대 하이브리드 본더 개발을 확정했다. 선행 개발이 이뤄지고 있다. 장비에 필요한 기반 기술을 일정에 맞춰 개발하는 단계다. 정확한 장비 출시 시점은 아직 정해지지 않았다.
W2W 하이브리드 본딩은 웨이퍼 두 장을 직접 붙이는 반도체 첨단 패키징 기술이다. 회로가 그려진 웨이퍼 위에 이산화규소(SiO2) 유전체 막을 입힌 뒤 식각으로 통로(비아)를 만든다. 각 통로에 구리를 채우고 화학기계연마(CMP) 공정으로 평탄화한다. 두 웨이퍼를 상온에서 정밀 접합하면 유전체 간 화학 결합이 발생하며 각 웨이퍼가 고정된다. 이후 200~400℃로 가열하고 천천히 식히는 열처리(어닐링) 공정으로 구리를 확산시킨다. 금속 결합이 이뤄지며 웨이퍼 간 접합이 완성된다. 소자 간 연결(인터커넥트) 길이가 짧아 전력 소모와 발열 등을 낮추고 데이터 속도는 높일 수 있다.
한화세미텍은 반도체 전공정부터 W2W 하이브리드 본더를 공급할 계획이다. 로직 반도체 제조 시장을 겨냥한다. 반도체 후면전력공급망(BSPDN) 구현에 사용될 가능성이 있다. BSPDN은 웨이퍼 앞면에는 데이터용 배선을, 후면에는 전력 배선층을 따로 구현하는 방식이다. 제조 공정 중 웨이퍼를 보호하는 캐리어 웨이퍼 접합 시 W2W 본딩 기술을 사용한다. 이 시장 선두인 EVG의 장비는 오차 정밀도가 ±50nm다. 한화세미텍 관계자는 "선두 경쟁사 수준의 정밀한 기술력을 확보하고 있다"고 설명했다.
한화세미텍이 W2W 하이브리드 본더 개발에 나선 이유는 하이브리드 본딩 시장 개화 시기 때문으로 분석된다. 한화세미텍은 지난 2월 2세대 하이브리드 본더 'SHB2 나노' 개발을 완료했다. 네덜란드에서 제조 후 지난달 국내 반입을 마쳤다. 해당 장비는 다이 투웨이퍼(D2W) 하이브리드 본더다. W2W와 달리 개별 다이(Die)를 웨이퍼 위에 직접 붙인다. 열압착(TC) 본더가 수행하던 고적층 고대역폭메모리(HBM) 패키징에 활용할 목적으로 개발했다.
문제는 HBM용 하이브리드 본딩의 적용 시기다. 최근 국제반도체표준협의기구(JEDEC)는 HBM 패키지 높이(두께) 제한을 900마이크로미터(㎛)로 완화하는 안을 논의 중으로 알려졌다. 기존 HBM4 775㎛ 제한 대비 약 125㎛의 여유 공간이 생긴다. HBM 두께 한계에 직면했던 기존 TC 본딩 기술의 수명이 연장될 가능성이 있다. TC 본딩은 하이브리드 본딩과 달리 미세 금속 돌기(범프)와 화학접착물질(플럭스) 등을 사용한다.
반면 전공정 분야에서 W2W 본딩 시장은 이미 개화했다. 업계는 그동안 W2W 하이브리드 본딩으로 상보형금속산화막반도체(CMOS) 기반 이미지센서(CIS), 초소형정밀기계(MEMS) 등을 제조했다. 삼성전자가 만드는 애플용 CIS도 W2W 하이브리드 본딩으로 제조되는 것으로 알려졌다. 3D 낸드플래시도 W2W 본딩이 적용된다. 최근 삼성전자와 SK하이닉스는 D램, HBM에도 W2W 본딩 적용을 계획하거나 고려하고 있다.
주승환 인하대학교 제조혁신전문대학원 교수는 "해외에서 W2W 본딩 기술을 선행 개발해 상용 시장을 선점하고 있다"며 "반도체 패키징 시장의 주도권을 유지하려면 W2W 장비 국산화를 서두를 필요가 있다"고 말했다.
한화세미텍은 D2W 하이브리드 본더 SHB2 나노 장비의 양산 준비를 모두 마쳤다. 이르면 이달 고객사인 SK하이닉스에 테스트용 제품을 공급해 품질 테스트를 시작할 예정이다. 경쟁사 대비 확실한 가격 경쟁력을 장점으로 내세우고 있다. D2W 하이브리드 본더 업계 선두인 베시의 관련 장비 가격은 50억원 수준이다.
■ 'HBM을 넘어서' 첨단 패키징 핵심기술 : 차세대 기판부터 모듈까지 콘퍼런스
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▣ 행사 개요
행 사 명 : ‘HBM을 넘어서’ 첨단 패키징 핵심기술 차세대 기판부터 모듈까지 콘퍼런스
일 시 : 2026년 4월 28일(화) 10:00 ~17:00
장 소 : 포스코타워역삼 3층 이벤트 홀 ( 2호선 역삼역 3번출구 160m)
주최/주관 : 디일렉 .한국반도체연구조합 / 와이일렉
규 모 : 선착순 150명
참 가 비 용 : 사전등록 440,000원(VAT 포함)
등 록 마 감 : 4월27일(월) 12시 (사전등록 마감시 현장등록 불가)
행 사 문 의 : 디일렉 김상수 국장 kss@thelec.kr 010 5278 5958
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