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디본딩 '패권 경쟁' 치열

웨이퍼 얇아야 더 쌓을수 있어
지지대 역할한 임시 부품도 분리
기계·화학·레이저 등 방식 다양

국내 업체들 日·獨에 도전장
제우스,게임시작화면빛으로 웨이퍼 떼내
이오테크닉스·AP시스템도 참전차세대 고대역폭메모리(HBM)를 둘러싼‘다이어트 전쟁’이 불붙었다.HBM 사양이 올라가면서 같은 공간에 더 많은 칩을 쌓기 위해 반도체 원료인 웨이퍼 두께를 줄이려는 싸움이 치열해지고 있다.특히 16단 이상 칩을 적층하는 HBM4 시대를 앞두고 아예 일부 웨이퍼를 떼어내는‘디본딩’패권 경쟁이 본격화하는 양상이다.

4일 업계에 따르면 국내 반도체 장비업체 제우스는 미국 반도체 패키징 업체 펄스포지와 함께 개발한‘포토닉 디본딩’장비를 미국 반도체 기업에 납품할 예정이다.포토닉 디본딩은 기존 디본딩의 단점을 보완한 것으로 첨단 패키징 분야 신기술로 꼽힌다.

디본딩은 반도체 제조 과정의 막바지에 임시 지지체인‘캐리어 웨이퍼’를 분리하는 공정이다.HBM은 제한된 높이에 더 많은 D램을 쌓을수록 데이터 처리 능력을 높일 수 있다.이에 따라 HBM 세대가 거듭할수록 더 얇은 웨이퍼가 각광받을 수밖에 없다.

다만 얇아진 웨이퍼는 칩 적층 과정에서 열이나 압력을 받으면 휘어지기 쉽다.캐리어 웨이퍼는 이런 휘어짐 현상을 막기 위해 임시로 부착한다.이후 칩에 연결 구멍을 뚫는 실리콘관통전극(TSV) 드릴링,금속 배선 등을 마친 뒤 캐리어 웨이퍼를 다시 떼어내야 칩을 12단 또는 16단으로 쌓는 게 가능해진다.

이런 12단 이상의 적층 과정에 들어가는 초박형 웨이퍼는 종이보다 얇은 30~50㎛에 불과하다.외부 압력에 대응하려는 미세한 내부 힘(응력)만 생겨도 휘거나 깨지기 쉽다.이를 막기 위해 얇은 휠로 물리적 힘을 가해 캐리어 웨이퍼를 떼어내는‘기계식 디본딩’기술을 쓰지만 분리 과정에서 웨이퍼 내 틈이 발생해 30㎛ 이하 두께의 초박형 웨이퍼에선 한계가 있다는 지적을 받는다.삼성전자와 SK하이닉스는 초박형 웨이퍼를 쓰는 차세대 HBM4 단계에선 물리적 힘을 없앤‘레이저 디본딩’방식을 채택할 방침이다.일본 다즈모와 도쿄일렉트론,오스트리아 EVG,독일 수스마이크로텍 같은 글로벌 장비업체 외에 제우스,이오테크닉스,AP시스템 등 국내 업체도 차세대 디본딩 장비 양산 경쟁에 뛰어들었다.

제우스는 레이저 디본딩의 단점을 보완한 포토닉 디본딩을 도입했다.레이저 디본딩은 열 때문에 웨이퍼에 영향을 주고,단일 파장이라는 한계로 좁은 영역만 처리한다.이에 비해 포토닉 디본딩은 빛을 받으면 접착력을 잃는 물질을 도포한 뒤 넓은 영역에 균일한 빛을 쏴 전체 면을 한 번에 디본딩한다.제우스 관계자는 “포토닉 디본딩은 웨이퍼 손상 없이 20㎛ 두께의 웨이퍼를 디본딩하고 시간당 40개 이상의 웨이퍼를 분리해 5~10개 수준인 기계식 디본딩에 비해 생산력이 높다”고 말했다.일본 도쿄오카공업(TOK)은 웨이퍼에 가하는 힘을 없앤 화학적 방식의‘제로 뉴턴’디본딩을 내놨다.

차세대 디본딩 기술은 HBM뿐 아니라 반도체 칩을 인쇄회로기판(PCB) 없이 웨이퍼에 직접 부착하는 첨단 패키징 공정에도 도입되며 빠르게 확산 중이다.시장조사업체 와이즈가이리포트는 반도체 레이저 디본딩 시장이 지난해 22억달러에서 2032년 35억달러로 연평균 5.7% 성장할 것으로 전망했다.

업계 관계자는 “차세대 HBM은 많은 적층을 필요로 하기 때문에 디본딩 기술의 안정성과 정밀성이 더욱 중요해질 것”이라며 “디본딩 공정이 반도체 패키징의 핵심 변수로 작용할 가능성이 크다”고 했다.

■ 반도체 디본딩

여러 칩을 적층하는 HBM 공정에서 얇아질 수밖에 없는 웨이퍼가 휘어지지 않도록 고정한 임시 부품(캐리어 웨이퍼)을 떼는 과정

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