HBM 하이브리드 본딩을 위한 계측 및 검사 최신 기술 동향
Trends in Metrology and Inspection for HBM Hybrid Bonding
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초록
반도체 산업이 AI와 고성능 컴퓨팅의 새로운 시대로 접어들면서, 하이브리드 본딩 기술을 활용한 HBM (High Bandwidth Memory)과 칩렛의 첨단 3D 패키징은 향후 10년 동안 무어의 법칙을 이어가기 위해 필수적이 되고 있다. 이 기술은 로직, HBM 메모리, 광학 장치와 같은 구성요소를 초소형의 확장 가능한 2.5D, 3D 시스템으로 완벽하게 통합하여 고성능을 구현한다. 그러나, 수율, 품질 및 신뢰성을 보장하기 위한 인공 지능형 상황 인식 공정 제어, 계측 및 검사 측면에서 과제를 안고 있다. 이 논문에서 서브 마이크론 배선 스케일링의 기술적 과제를 해결하는 데 필요한 동급 최고 수준의 저렴한 검사 장비와 신소재를 통합하는 공정 최적화의 최신 발전 사항과 초고밀도 샘플링, 고처리량 3차원 표면 지형, 실시간 결함 분석, 표면 하부 공극 검출, 재료 특성 분석 등과 같은 혁신에 필요한 새로운 계측 솔루션을 알아본다. 이러한 연구 활동을 통해 과제를 해결하고 3D 패키징 통합을 개선하는 데 필요한 지식을 습득하게 될 것이다. 본 논문은 하이브리드 본딩의 전체 공정에서 필요한 장비의 Alignment와 본딩 후의 오버레이, 본당 전후의 고속, 고해상도 표면 지형 특성 분석, 새로운 결함 검출 기술 등을 중점 조사한다.
Abstract
As the semiconductor industry enters a new era of high-performance computing (HPC) and AI, advanced 3D packaging using hybrid bonding for High Bandwidth Memory (HBM) and chiplets is becoming essential to extending Moore’s Law. This technology enables the seamless integration of diverse components, such as logic, memory, and optical devices, into ultra-compact, scalable 2.5D and 3D systems. However, the scaling of interconnects to the sub-micron level introduces significant challenges in process control, metrology, and inspection, where ensuring yield, quality, and reliability is paramount. This paper reviews the latest advancements in process optimization, which incorporate state-of-the-art inspection equipment and novel materials. It also investigates emerging metrology solutions for ultra-high-density sampling, high-throughput 3D surface topography, real-time defect analysis, and sub-surface void detection. This work focuses on critical metrology and inspection aspects of the hybrid bonding process, including equipment alignment, post-bonding overlay analysis, high-speed surface profiling, and novel defect detection techniques. By consolidating current knowledge, this paper aims to provide a comprehensive reference for overcoming existing challenges and advancing 3D packaging integration, as a comprehensive review of this specific topic has been lacking.