어플라이드 머티어리얼즈, AI 성능 가속화 위한 차세대 반도체 제조 장비 공개

전 세계 첨단 반도체 및 디스플레이를 위한 재료 공학 솔루션 선도 기업 어플라이드 머티어리얼즈가 AI 컴퓨팅의 핵심인 첨단 로직과 메모리 칩의 성능을 높이는 새로운 반도체 제조 시스템을 발표했다.

이번 신제품은 ▲GAA(게이트올어라운드) 트랜지스터를 포함한 최첨단 로직 ▲HBM(고대역폭메모리)을 포함한 고성능 D램 ▲칩 성능, 전력 효율, 비용을 최적화하는 고집적 ‘시스템 인 패키지(SiP)’를 구현하기 위한 첨단 패키징 등 AI 칩 개발 경쟁의 핵심적인 세 가지 영역을 목표로 한다.

프라부 라자(Prabu Raja) 어플라이드 머티어리얼즈 반도체 제품 그룹 사장은 "칩이 더욱 복잡해짐에 따라 어플라이드는 AI 확장에 필요한 성능과 전력 효율 개선을 위한 재료 공학 혁신에 주력하고 있다"며 "고객사와 긴밀하게 협력해 칩 제조사의 기술 로드맵을 가속화하고 로직•메모리•첨단 패키징 분야의 주요 기술적 도약을 가능하게 하는 솔루션을 공동 개발하고 있다"고 말했다.

Kinex 본딩 시스템, 고성능•저전력 첨단 로직 및 메모리 칩 생산 구현

성능과 전력 효율을 최적화하기 위해 오늘날 첨단 GPU와 고성능 컴퓨팅(HPC) 칩은 여러 칩렛을 하나의 복잡한 시스템으로 결합하는 첨단 패키징 방식을 사용한다. 하이브리드 본딩은 구리와 구리를 직접 접합하는 새로운 칩 적층 기술로 성능 향상과 전력 및 비용 절감을 동시에 실현한다.

 

어플라이드 Kinex 본딩 시스템.

칩 패키징이 복잡해지면서 양산 과정에서 하이브리드 본딩이 어려워지고 있다. 첨단 로직 및 메모리 칩에서 하이브리드 본딩 적용 확대를 위해 어플라이드 머티어리얼즈는 베시(Besi, BE 세미컨덕터 인더스트리스)와 협력해 업계 최초의 다이 투 웨이퍼(die-to-wafer) 하이브리드 본더 통합 시스템인 ‘Kinex(키넥스)’ 본딩 시스템을 개발했다. 이 시스템은 어플라이드의 프론트엔드 웨이퍼 및 칩 가공 기술과 베시의 첨단 다이 배치, 인터커넥트, 조립 솔루션의 높은 정확도와 속도를 결합했다.

Kinex 시스템은 하이브리드 본딩 공정의 핵심 단계를 모두 하나의 시스템에 통합해 개별 공정 방식 대비 여러 장점을 제공한다. 우수한 다이 레벨 트레이싱으로 복잡한 멀티 다이 패키지를 효율적으로 관리하며, 고정밀 본딩과 청정 환경으로 더 작은 인터커넥트 피치를 구현한다. 공정 단계 간 대기 시간을 정밀하게 제어해 본딩 일관성과 품질을 높이고, 통합 인라인 계측으로 신속한 오버레이 측정과 드리프트 감지가 가능하다.

Kinex 시스템은 다수의 최첨단 로직, 메모리, 외주 반도체 패키징∙테스트(OSAT) 고객사가 사용하고 있다.

Centura Xtera 에피 시스템, 2나노 이하 공정 고성능 GAA 트랜지스터 구현

최첨단 GAA 트랜지스터의 성능과 신뢰성을 좌우하는 핵심 요소 중 하나는 트랜지스터 채널을 형성하는 소스와 드레인 구조다. 소스와 드레인은 에피택시(epi) 공정으로 깊은 트렌치에 물질을 정밀하게 증착해 만든다. 그러나 기존 에피 기술은 3D GAA 트랜지스터의 고종횡비 소스/드레인 트렌치를 균일하게 채우기 어려워 보이드(void) 발생이나 불균일한 성장을 초래해 성능과 신뢰성을 저하시킬 수 있다.

 

어플라이드 Centura Xtera 에피 시스템.

이 같은 과제를 해결하고 최대 칩 성능을 구현하기 위해 어플라이드 머티어리얼즈는 ‘Centura Xtera(센츄라 엑스테라)’ 에피 시스템을 개발했다. Xtera 시스템은 통합 프리클린(pre-clean) 및 식각 공정을 포함하는 독특한 저용량 챔버 구조를 갖춰 기존 에피 대비 가스 사용량을 50% 줄이면서도 보이드 없는 GAA 소스-드레인 구조를 구현한다. 

Xtera 시스템의 혁신적인 증착-식각 공정은 트렌치 측벽과 바닥에 재료가 성장할 때 트렌치 개방 영역을 지속적으로 조정한다. 이를 통해 웨이퍼의 수십억 개 트랜지스터에서 에피 성장을 최적화하고 셀 간 균일성을 40% 이상 향상시킨다. 

Xtera 시스템은 첨단 로직 및 메모리 칩 제조사들이 채택하고 있다. 

PROVision 10 전자빔 계측 시스템, 복잡한 3D 칩 수율 개선

PROVision(프로비전) 10은 GAA 트랜지스터 및 후면 전력 전달 아키텍처를 포함한 첨단 로직 칩은 물론 차세대 D램과 3D 낸드 칩을 위해 특별 제작된 최첨단 전자빔 계측 시스템이다. 업계 최초로 냉전계 방출(CFE) 기술을 적용해 기존 열전계 방출(TFE) 기술 대비 나노스케일 이미지 해상도를 최대 50% 높이고 이미징 속도를 최대 10배 빠르게 한다.

 

어플라이드 PROVision 10 전자빔 계측 시스템.

PROVision 10 시스템의 나노미터 이하의 이미징 기능은 3D 칩의 여러 층을 투과해 통합 다층 이미지를 구현한다. 기존 광학 시스템의 한계를 넘어 디바이스에서 직접 오버레이를 측정하고 정밀한 임계 치수(CD)를 계측할 수 있다. 

이 시스템은 EUV 레이어 오버레이, GAA 트랜지스터의 나노시트 측정, 에피 보이드 감지 등 핵심 공정 제어 작업을 지원해 2나노 이하 공정 및 HBM 통합에 필수적인 도구다.

키스 웰스(Keith Wells) 어플라이드 머티어리얼즈 이미징 및 공정 제어 그룹 부사장은 "로직과 메모리에서 3D 아키텍처 사용이 증가함에 따라 광학 기술의 한계를 시험하는 새로운 계측 과제가 생기고 있다"며 "어플라이드 머티어리얼즈는 고처리량 환경에서도 3D 아키텍처의 깊은 영역까지 이미지 해상도를 향상시켜 전자빔 리더십을 강화했다. 이를 통해 칩 제조사가 정밀한 측정을 수행하고 복잡한 칩 설계의 수율을 높일 수 있도록 지원한다"고 말했다. 

PROVision 10 시스템은 다수의 첨단 로직 및 메모리 칩 제조사가 사용하고 있다.