SK하이닉스, 美 폼팩터와 HBM 테스트 난제 해결…수율 향상 기대

HBM용 프로브카드 기술 공동 발표…극한 온도 환경서 안정성 유지

SK하이닉스가 차세대 고대역폭메모리(HBM)의 수율 향상을 위한 파트너십을 한층 강화하고 있다. 최근 미국 주요 협력사인 폼팩터와 HBM 검사를 위한 새로운 솔루션 개발에서 성과를 거둔 것으로 나타났다.

23일 업계에 따르면 SK하이닉스는 이달 8일부터 10일까지 미국 캘리포니아주에서 열린 'SWTest(반도체 웨이퍼 테스트 컨퍼런스)'에서 미국 폼팩터와 차세대 HBM용 테스트 기술을 공동 발표했다.

폼팩터의 고성능 프로브카드 'Smartrix'. (사진=폼팩터)

이번 양사의 발표 주제는 HBM용 차세대 프로브카드 개발이다. 프로브카드는 반도체 칩 불량 여부를 검사하기 위해 웨이퍼와 테스트 장비를 전기적으로 연결해주는 부품이다. HBM의 불량 여부 판별을 위한 필수 요소로 꼽힌다.

HBM이 세대를 거듭할수록 고적층·고밀도화되는 만큼, 프로브카드에 요구되는 성능도 높아지고 있다. 그러나 이를 위해서는 열팽창계수(CTE; 물질의 온도 변화에 따라 팽창하는 정도) 문제를 선제적으로 해결해야 한다는 게 업계의 평가다.

HBM은 층층이 쌓인 D램 사이로 마이크로 범프(Bump)·언더필(Underfill)·에폭시 몰딩 컴파운드(EMC) 등 여러 소재가 투입된 복합 구조를 갖추고 있다. 이 경우 각 소재마다 CTE 수치가 달라, 온도에 따른 팽창 정도를 예측하기가 어려워진다.

특히 프로브카드는 수 많은 미세 핀을 마이크로미터 단위의 정밀도로 칩의 전극과 정확히 접촉시켜야 한다. 때문에 극한의 고·저온 환경에서 HBM과 프로브카드에 변형이 발생하면 접합이 깨지기 쉽다. 테스트 중 고전류가 흐르는 국소 지역에 열이 몰리는 현상도 문제로 지목된다.

이에 폼팩터는 고온에 대한 내구성이 높은 신소재를 프로브카드에 적용하고, 별도의 냉각 시스템을 통해 프로브카드의 열을 식히는 방법을 고안해냈다. 기존에는 프로브카드에 열을 가해 HBM과의 팽창 비율을 맞추는 방식이 주로 쓰였다.

또한 폼팩터는 SK하이닉스와의 협력으로 프로브카드 설계단에서 'FTSM(폼팩터 열 시뮬레이션 모델)'을 개발해냈다.

해당 모델은 상온에서 HBM용 프로브카드를 제작할 시, 극한의 온도 변화에 따른 변형도를 고려해 핀의 위치를 조정할 수 있도록 돕는 프로그램이다. 변형도를 예측 과정에서는 SK하이닉스로부터 HBM 웨이퍼의 열팽창 데이터를 수집한다. 이를 활용하면 고온 환경에서도 HBM과 프로브카드가 잘 접합되도록 미리 설계도를 그려볼 수 있다.

실제로 SK하이닉스·폼팩터가 6만개 이상의 핀이 구현된 초정밀 프로브 카드로 실측 데이터를 수집한 결과, 고온 및 저온 테스트에서 HBM과 프로브카드간 정렬도가 우수한 것으로 확인됐다. FTSM도 실측 데이터와 높은 상관관계를 보였다.

양사는 해당 발표에서 "다양한 온도 환경에서 HBM 검사를 성공적으로 가능하게 한 핵심 요인들 중 하나는 SK하이닉스와 폼팩터 간의 파트너십"이라고 밝혔다.

폼팩터는 미국 반도체 후공정 전문 기업으로, HBM용 프로브카드 시장에서 점유율 1위를 차지하고 있다. 지난 2024년 SK하이닉스로부터 '베스트 파트너상'을 수여받기도 했다.