SFA, HBM용 비파괴 검사장비 기술 개발 국책과제 선정

AI 기반 고해상도 전기발열 검사·고속 나노급 CT검사 기능 통합 추진

에스에프에이(이하 SFA)는 산업통상부가 주관하는 ‘AI 팩토리 선도사업’의 일환으로 향후 4년간 총 100억원에 달하는 규모의 ‘HBM의 불량 검출 및 분석을 위한 AI 기반 비파괴 장비 기술 개발’ 국책과제의 주관 연구기관으로 선정됐다고 18일 밝혔다.

산업통상부는 우리나라의 2030년 제조 AI 최강국 진입을 목표로 기존의 ‘AI 자율제조 얼라이언스’를 확대 개편해 우리나라를 대표하는 각 산업별 제조기업은 물론 학계 및 연구기관이 참여하는 민관협의체 ‘AI 팩토리 M.AX 얼라이언스’를 발족하며 ‘AI 팩토리 선도사업’을 전개하고 있다.

(사진=SFA)

이 사업은 각 산업별 제조 데이터 공유·협력체계 강화 및 제조 AI 파운데이션 모델 개발 등을 기반으로 제조공정에 AI를 접목하여 제조 생산성을 획기적으로 높이고 제조비용과 탄소 배출 등을 감축하는 프로젝트다.

이 사업에 적극적으로 참여한 SFA는 반도체부문에서 HBM의 품질혁신을 이끌어내는 AI 기반의 비파괴 검사장비 개발과제의 주관 연구기관으로 선정됐다. 이 과제에는 국내 반도체 대표기업이 수요기업으로 참여하고 있고, 한국전자기술연구원, 포항공과대학교, 충남테크노파크, 아이피투비 등이 공동 연구기관으로 참여한다.

SFA는 이 과제를 통해 AI 기반의 고해상도 전기발열 검사 기능과 고속 나노급의 CT검사 기능을 통합한 검사장비를 개발해 HBM 검사시간을 획기적으로 단축할 수 있는 혁신을 이를 예정이다.

현재 해외 장비사가 공급한 CT장비는 HBM 칩 1개 검사에 수 시간이 소요되는 상황인데, 이를 30분 이내로 단축하는 품질혁신을 이루어 HBM 수율의 획기적인 개선 및 HBM 제조라인의 생산성 제고에 크게 기여할 것으로 기대된다. 구체적인 목표는 영상·이미지 활용 기반의 비파괴 검사를 통한 검사시간 25% 이상 단축 및 품질검사 정확도 99% 이상 확보 등이다.

HBM은 AI 및 데이터센터 등의 폭발적인 확산에 힘입어 글로벌 수요가 급증하는 상황으로, 2028년까지 연평균 100% 이상의 급격한 성장이 예상되나 공급이 수요를 따라가지 못하고 있는 실정이다. 이는 HBM 그 자체의 특성에 따른 3D DRAM 적층 구조의 복잡성과 TSV(Through Silicon Via) 결함, Micro Bump 결함 및 복잡한 2.5D 패키징 구조 등의 여러가지 공정 변수로 인해 DRAM 대비 불량율이 높아 수율이 매우 낮기 때문이다.

즉 적층형 반도체인 HBM은 단층형 DRAM의 불량 위험이 층층이 쌓이는 구조라서 태생적으로 층수가 누적될수록 상기의 다양한 공정 변수에 의한 불량 위험이 배가될 수밖에 없어 그만큼 검사항목이 급증하게 된다.

하지만 현행 HBM 검사공정은 아직 자동화가 미진한 영역으로, 해외 장비사 공급 CT장비의 검사시간이 길어 추출된 일부 샘플을 물리적으로 절단(파괴)해서 검사인력이 일일이 내부 구조를 분석하고 있기 때문에 검사시간 과다 소요, 검사항목 누락 및 숙련도에 따른 검사결과 편차 발생 등의 품질 위험이 존재하는 상황이다.

이에 따라 각 세부 공정별로 불량 여부에 대한 신속하고도 정확한 확인을 통해 수율 개선을 이룰 수 있도록 검사공정의 혁신이 절실한 상황인데, 검사공정 혁신의 대안으로 In-line 3D CT 장비와 같은 고정밀/비파괴 검사장비가 손꼽히고 있다.

인-라인(In-line) 자동화를 통한 검사 시간 단축은 물론, 검사 정확도 제고 및 검사결과 일관성 확보 등 AI 기술 기반의 획기적인 검사 효율성 제고를 통해 품질혁신 및 수율 개선을 이룰 것으로 기대되기 때문이다.

SFA 관계자는 "고도성장 중인 HBM 반도체 제조장비 분야에서도 성공적인 물류시스템 시장 진입은 물론 CT장비 개발 및 정밀분석장비인 FIB-SEM 시스템 개발 등을 통해 검사측정 영역까지 아우르는 강력한 성장동력을 확보해 나가고 있다"고 밝혔다.