AI는 하드웨어 한계에 직면하고 있습니다. AI 기반 고성능 컴퓨팅(HPC)이 발전함에 따라 반도체 산업은 중대한 병목에 직면하고 있습니다. 막대한 I/O 대역폭 요구를 충족하기 위해 프로세서는 고대역폭 메모리(HBM) 및 인접 칩렛과 전례 없는 속도로 통신해야 합니다.
칩렛 기반 아키텍처는 경제적 실현 가능성을 제공하지만, 첨단 패키징을 위한 새로운 기반을 요구합니다. 특히 데이터 병목을 방지하기 위해 필요한 인터커넥트 밀도를 확보하려면 재배선층(RDL)의 미세화를 추진해야 합니다.
이전 게시물 “The Die is Not Enough”에서는 마스크리스 리소그래피가 실시간으로 패턴을 보정하고 표준 레티클 크기를 넘어 직접 노광하는 방법을 살펴보았습니다. 오늘은 다음 단계인 전통적인 유기 기판에서 유리 기판으로의 산업 전반의 전환을 다룹니다.
왜 유리인가? 서브 2µm 한계 돌파
전통적인 고밀도 RDL은 유기 코어 위에 Ajinomoto Build-up Film(ABF)을 사용해 형성됩니다. 그러나 산업이 초미세 패턴(서브 2µm 라인/스페이스)으로 나아가면서, 유기 소재는 두 가지 요인으로 인해 물리적 한계에 도달하고 있습니다.
- 표면 거칠기 및 평탄도: 미시적 관점에서 유기 기판은 “거친” 상태입니다. RDL 금속 배선이 매우 얇아지면 기판의 미세한 요철이 균일한 증착을 방해하여 금속 브리징 및 전기적 쇼트를 유발합니다.
- 치수 안정성: 유기 코어는 열 응력에 의해 뒤틀립니다. 반면 유리는 매우 높은 강성과 우수한 열 안정성을 지닙니다. 이를 통해 실리콘과 열팽창계수(CTE)를 맞출 수 있으며, 열 사이클 동안의 기계적 응력을 줄여 AI용 대형 다이의 신뢰성을 크게 향상시킵니다.
협업 생태계: IZM과 조지아 공대와 함께 선도
첨단 패키징은 단일 기업이 독자적으로 해결하기에는 너무 복잡합니다. 하이델베르크 인스트루먼트는 두 개의 주요 컨소시엄을 통해 연구개발과 양산 간의 격차를 연결하고 있습니다.
- 글래스 패널 테크놀로지 그룹(GPTG): Fraunhofer IZM이 주도하는 이 그룹은 산업계 및 연구개발 파트너들로 구성되어 있으며, 대형 글래스 코어 기판을 위한 전체 공정 체인—글래스 관통 비아(TGV), 재배선층(RDL)부터 조립 공정에 이르기까지—을 다루고 있습니다. “우리는 고정밀 반도체 공정을 대형이면서도 비용 효율적인 직사각형 유리 패널에 맞게 확장하고 적용하고 있습니다.”라고 Fraunhofer IZM의 Embedding & Substrate Technologies(EST) 그룹 리더인 Ruben Kahle은 말합니다.
- 3D 시스템즈 패키징 연구센터(3D-PRC): 조지아 공과대학교와의 협력을 통해, 유리 기판에서 지금까지 구현된 가장 미세한 라인/스페이스(L/S)를 위한 기술 로드맵을 수립하고 있습니다.
마스크리스 리소그래피가 “글래스 코어”를 구현하는 방법
유리로의 전환은 기존 마스크 기반 시스템으로는 제공할 수 없는 수준의 리소그래피 유연성을 요구합니다. MLA 300 마스크리스 얼라이너와 VPG 시리즈는 이러한 혁신의 핵심입니다。
정밀 적응형 정렬
유리의 높은 강성에도 불구하고 대면적 패널은 유전체 라미네이션 과정에서 미세한 변형이 발생합니다。 마스크리스 리소그래피는 실시간 보정이 가능한 유일한 기술입니다。 당사 시스템은 기판을 실시간으로 이미징하고 디지털 패턴을 즉시 보정하여, 전체 패널에 걸쳐 RDL 패턴과 TGV 간의 완벽한 정렬을 보장합니다。
공정 한계 확장
현재 세미 애디티브 공정(SAP)의 한계를 시험하고 있으며, 다마신 공정을 위한 포토패터너블 유전체(PPD)를 탐색하고 있습니다. 패널 레벨에서 신소재를 평가함으로써 더 높은 밀도와 더 얇은 유전체층으로 나아가는 길을 열고 있습니다。
서브마이크론 대응 미래 기술
현재 산업은 2µm L/S에 집중하고 있지만, 로드맵은 서브마이크론으로 이동하고 있습니다. 당사의 마스크리스 플랫폼은 이미 이러한 해상도를 구현할 수 있으며, 최대 510mm × 515mm의 대형 패널에서 고처리량 생산 확장의 핵심 과제를 해결합니다。
지속가능성: LAB14 아젠다
하이델베르크 인스트루먼트에서는 기술 성능과 LAB14 지속가능성 아젠다가 함께 추진됩니다. 유리로의 전환은 더욱 친환경적인 제조를 가능하게 합니다. 유리의 치수 안정성은 소재 낭비를 줄이고, 패널 공정은 면적 활용 효율을 높입니다. 또한 더 적은 적층으로 높은 인터커넥트 밀도를 달성함으로써 화학 물질과 유전체 사용을 줄이고 자원 효율적인 생산 사이클을 구현합니다。
결론: 반도체의 미래를 형성하다
유리 기판으로의 전환은 향후 10년간 반도체 혁신을 좌우할 것입니다. IZM과 조지아 공대가 주도하는 컨소시엄에서의 활동을 통해 하이델베르크 인스트루먼트는 차세대 AI 하드웨어를 위한 제조 장비를 준비하고 있습니다。
첨단 패키징 역량을 확장할 준비가 되셨습니까? 당사의 첨단 패키징 페이지를 방문하시거나 전문가에게 문의하여 MLA 300이 생산 라인을 어떻게 혁신할 수 있는지 알아보십시오。
