현대 마이크로전자 세계에서, 인공지능(AI), 고성능 컴퓨팅(HPC), 차세대 모바일 플랫폼이 요구하는 계산 능력은 기존의 단일 집적회로(monolithic IC)를 더 이상 유지할 수 없게 만들었다. 우리는 새로운 현실과 마주한다: “다이는 충분하지 않다( The Die is not enough ).”
여기서 고급 패키징이 등장한다. 고급 패키징은 칩 간 물리적 연결 방식을 혁신하여, 시스템 성능의 새로운 원천을 개방한다. 업계는 이질적 집적(heterogeneous integration)—즉, 로직, 메모리, I/O 등 다양한 칩렛을 2.5D 및 3D 구조의 고급 패키징으로 결합하는 방식을 보편적으로 채택했다. 이제 패키지는 단순한 보호 케이스가 아니라, 핵심 시스템 구성 요소가 되었다.
또한 대면적 멀티-다이 패키지는 기존 스테퍼의 레티클(reticle) 크기 한계를 넘어가며, 이는 불가피하게 스티칭(stitching)을 요구한다.
변덕스러운 제조 환경에서 칩렛의 배치 및 임베딩 과정은 무작위적인 이동과 회전을 일으키며, 성형된 기판은 뒤틀리게 된다. 고정된 포토마스크 기반 포토리소그래피는 이 문제를 해결할 수 없으며, 보정 실패는 패키지가 “죽도록 운명 지어진 것( programmed to die )”과 같아진다.
새로운 영웅의 등장: 마스크리스 리소그래피 – “정렬할 권한을 부여받다( licensed to align )”
마스크리스 시스템은 고가의 고정형 마스크 없이도 패턴 생성을 디지털 방식으로 제어합니다. 이를 통해 대면적 다중 다이 패키지에 내재된 제조 불완전성을 동적으로 보정할 수 있습니다. 이 기술은 정밀성, 유연성, 비용 효율성을 제공하여 우리의 적층형 이종 패키지가 생산 과정에서 단순히 고장 나지 않고, 계속해서 작동하며 컴퓨팅을 수행할 수 있도록 보장합니다.
핵심 제조 장애물
모든 고급 패키징 엔지니어가 직면한 가장 중요한 질문은 여러 칩렛을 초미세 연결로 안정적으로 통합할 수 있는가이다. 답은 RDL(Redistribution Layer) 제작을 완벽하게 구현하는 데 달려 있다.
팬아웃 웨이퍼/패널 레벨 패키징(FOWLP/FOPLP)은 이러한 난제를 대표한다. 두 가지 전략이 존재한다:
- 다이 퍼스트 / RDL 라스트 (Die-first / RDL-last): 성능이 검증된 다이를 성형재에 임베딩한 후, 그 위에 RDL을 제작
- RDL 퍼스트 / 다이 라스트 (RDL-first / Die-last): 인터커넥트 층을 먼저 제작하고, 이후 다이를 배치
각 방식에는 장단점이 있지만, 공통적인 문제는 존재한다: 다이 이동(die shift)또는 기판 뒤틀림(warpage)으로 인한 위치 왜곡입니다.
다이 이동은 성형 과정에서 필연적으로 발생하며, 어떤 다이도 설계된 위치에 그대로 남아 있지 않는다.
그러나 RDL은 하부 구조와 임베딩된 다이 모두와 완벽히 정렬되어야 한다.
재료별 수축 및 열거동 차이로 인해 기판 뒤틀림도 추가된다.
이 정렬 오류가 RDL 자체의 피치보다 커지는 순간, 정적 포토마스크 기반 리소그래피로는 문제를 해결할 수 없다.
해답은 하나: 적응형(adaptive) 리소그래피이다.
레티클만으로는 (칩을 덮기에) 부족하다
전통적인 스테퍼 리소그래피는 레티클에 의존하며, 노광 면적은 약 26 mm × 33 mm로 제한된다.
그러나 HBM과 같은 고대역폭 메모리를 통합하는 최신 고급 패키지는 이미 85 mm × 85 mm 이상의 영역으로 확장되고 있다.
스테퍼를 사용하려면 스티칭이 필요하지만 이것은 수율과 처리량을 떨어뜨린다.
반면 마스크리스 리소그래피는 디지털 패턴을 직접 노광하며, 패키지 크기와 무관하게 스티칭 오류 없이 대면적 노광이 가능하다.
마스크리스의 강점: 적응형 정밀도
마스크리스 리소그래피는 제조 병목을 네 가지 핵심 기능을 통해 관리 가능한 공정 변수로 바꾼다.
- 적응형 보정 (실시간 보정, Adaptive Correction / Real-Time Compensation): 디지털 데이터로 직접 패턴을 작성함으로써, 마스크리스 얼라이너는 각 기판마다 맞춤형 RDL 패턴을 생성할 수 있다. 측정 데이터(메트롤로지)를 기반으로 칩렛의 정확한 위치와 회전을 매핑하여, 이동·회전·변형을 보정한 패턴으로 변환한다.
- 뒤틀림 마스터링 (Mastering Warpage): 연속적 자동 초점 추적이 뒤틀린 기판 전체에서 레이저 초점을 조절하여, 일정한 해상도를 유지한다. 특히 패널 레벨 패키징에서 단일 기판 전체의 높이 변화가 수십 마이크로미터에 달할 수 있어 필수적이다.
- 높은 초점 심도 (High Depth of Focus): 비평탄(non-planar) 기판과 두꺼운 포토레지스트에서도
고해상도·고종횡비(large aspect ratio) 패턴 생성이 가능하다. - 단일 기판 맞춤 패턴 (Single-Substrate Customization): 포토마스크 제작 없이 각 기판에 개별적인 패턴(일련번호 등)을 적용할 수 있으며, 생산 속도는 저하되지 않는다.
MLA 300: 생산 준비가 완료된 솔루션
MLA 300 마스크리스 얼라이너는 이러한 장점을 생산 규모로 제공합니다. 고급 패키징 생태계를 위해 특별히 설계된 이 기술의 최소 특징 크기는 1.5µm로, 현재 RDL 라인/스페이스 요구 사항을 여유 있게 초과합니다.
대량 환경에 맞게 설계되었습니다MLA 300은 완전 자동화, 맞춤형 로딩 옵션, 제조 실행 시스템(MES)과의 원활한 통합 기능을 갖추어 기존 워크플로우에 즉시 적용할 수 있습니다.
결론: 무어 대 무어
수십 년 동안 성능 향상은 고든 무어(Gordon Moore)가 예견한 트랜지스터 축소에 의해 주도되었다.
그러나 오늘날 그 바통은 고급 패키징으로 넘어가고 있다.
이 새로운 전략은 단순한 트랜지스터 축소가 아니라, 영화 배우 로저 무어(Roger Moore)가 연기한 제임스 본드처럼,
정교한 장비들을 하나의 강력한 시스템으로 통합하는 방식이다.
마스크리스 리소그래피는 이 시대의 필수 “본드 장비(gadget)”다. 적응형 보정과 레티클 한계를 초월한 패터닝을 통해,
복잡한 패키지가 제조 과정에서 “죽지 않고 또 다른 날을 위해 산다( Die Another Day )”—
즉, 차세대 고성능 컴퓨팅을 가능하게 한다.
