전기전자/정보통신

Nikkei Electorinics_25.12호

후공정용 반도체 노광장치 개발 경쟁 격화, 니콘과 오크제작소도 고해상도제품 출시
패널 레벨 패키지에서 마스크리스 수요 확대, AI 시장에서 격돌

반도체 후공정(패키징)용 노광장치를 둘러싼 개발 경쟁이 격화되고 있다. 생성 AI(인공지능)를 취급하는 첨단 반도체용 수요 증가가 그 배경에 있으며, 니콘과 오크제작소(도쿄)도 고해상도 제품을 곧 출시할 예정이다. 양 사 모두 포토마스크(회로 원판)가 불필요한 직접 묘사 방식(Direct Write Lithography, DWL)을 도입해 AI 반도체의 개발 기간 및 코스트를 절감할 수 있도록 했다.

-- 수요 증가로 9개월 앞당겨 개발 --
“즉시 장치를 사용하고 싶다는 수요가 많아, 9개월 앞당겨 개발했다”. 산업용 광원 등을 제조∙판매하는 오크제작소는 2025년 8월 말, 후공정용 마스크리스(Mask-less) 노광장치를 개발했다고 발표했다. 크기가 510mm×515mm인 대형 패널을 지지 재료로 사용하는 노광 공정에 대응할 수 있다. 2025년 7월에 수주를 시작, 2026년 3월 안에 출시하는 것을 목표로 하고 있다. 오크제작소의 나카자와(中澤) 부참사는 “이미 약 30개 기업으로부터 문의가 들어오고 있다”라고 말한다.

후공정용 마스크리스 노광장치는 지금까지 SCREEN Holdings와 우시오전기(ウシオ電機) 등이 시장 진출을 표명했다. 오크제작소가 개발한 제품은 1마이크로미터(µm)라는 높은 해상도 성능이 특징이다. GPU(화상처리반도체)와 HBM(광대역메모리) 등 AI 반도체를 연결하는 인터포저(중간 기판)의 재배선층(RDL) 및 비아전극(Via Electrode) 형성에 사용할 수 있다. 기존의 노광장치에 비해 배선을 미세화하여 보다 고밀도의 칩 간 연결을 실현했다.

오크제작소의 노광장치는 h선(파장 405nm)과 i선(파장 365nm)의 광원을 사용한다. 2027년 3월기에는 직경 300mm 실리콘 웨이퍼에 대응하는 모델과 310mm x 310mm 패널에 대응하는 모델 등도 투입할 계획이다.

니콘은 2025년 7월, ‘디지털 노광장치’라고 불리는 후공정용 마스크리스 노광장치의 수주를 시작했다고 발표했다. 2027년 3월기에 출시. 오크제작소와 마찬가지로 1µm 해상도 성능을 실현했다.

우시오전기와 미국의 Applied Materials도 후공정용 마스크리스 노광장치에서 연대하고 있다. 이미 해상도 성능이 2µm 이하인 장치의 수주를 시작했으며, “2026년 1분기부터 실적에 기여할 것”(우시오전기)이라는 전망을 내놓았다.

우시오전기는 이 장치를 내세워 레조낙이 2025년 9월에 설립한 후공정 기술 컨소시엄 ‘JOINT3’에 참여한다. JOINT3는 510mm×515mm의 패널을 지지 재료로 사용하는 패키지의 실현을 목표로 하고 있다. 9월 3일의 설립 기자회견에서 우시오전기 그룹의 멕켄지상급 집행임원은 자사의 마스크리스 노광장치에 대해 “대형 패키지에도 대응할 수 있다”라고 밝혔다.

이 외에도 SCREEN Holdings는 2023년에 이미 해상도 성능이 2µm인 장치를 출시했다. SCREEN Holdings는 전공정에 사용되는 웨이퍼 세척 장치가 주력이지만, 시장이 성장하고 있는 후공정용을 강화하고 있다.

-- 유기 인터포저, 대두 --
후공정용 노광장치는 현재 포토마스크와 i선 광원을 사용하는 방식이 주류이다. 캐논이 높은 점유율을 보유하고 있으며, 2025년 7월 말에는 반도체 노광장치의 새로운 제조 건물 개소식을 우쓰노미야(宇都宮)시에서 개최하는 등, 생성 AI 수요 확보에 성과를 내고 있다.

마스크리스 노광장치 개발은 크게 두 가지 기술적 요구로 인해 활성화되고 있다.

첫 번째는 인터포저의 대형화이다. 생성 AI용에서는 연산 능력을 높이기 위해 GPU와 HBM의 탑재 수가 늘어나면서, 결과적으로 인터포저의 대형화가 진행되고 있다. 이로 인해 기존의 노광장치로는 인터포저 전체 면적을 노광하기 어려워졌다.

오크제작소의 나카자와 집행임원은 “2028년에는 인터포저가 95mm×65mm 이상으로 대형화될 것”이라고 보고 있다. 이 경우, 기존 단일 노광에서의 최대 노광 영역인 52mm×68mm를 넘게 된다. 복수의 포토마스크로 노광된 회로 간을 연결하는 공정이 필요하기 때문에 제조 난이도가 크게 높아진다.

두 번째는 실리콘 인터포저에서 유기 인터포저로의 전환이다. 유기 인터포저는 현재의 실리콘 인터포저보다 대형 사이즈를 저렴하게 생산할 수 있지만, 표면이 거칠어지기 때문에 균일한 노광이 어렵다.

마스크리스 노광장치는 이 문제를 극복하는 데 도움이 된다. 회로의 설계 데이터를 장치에 입력함으로써 다수의 미러 방향을 자동으로 제어하여 노광 시 광 빔이 이동하는 방향을 다양하게 조정해 회로 패턴을 직접 묘사할 수 있다. 입력 데이터를 보정해 인터포저의 표면 형태 등에 맞는 위치 정렬 및 보정이 용이해진다.

-- 0.5µm 해상도에 성공 --
오크제작소는 탑재되는 미러의 배율 변경 및 보정 기술을 통해 해상도 성능을 1µm로 높였다. 이미 유기 재료에 2µm의 해상도 성능으로 구리 배선을 형성할 수 있다는 것을 확인했다. 이번 기술은 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)의 지원으로 개발했다.

고정밀도의 위치 정렬을 위해 패널과 웨이퍼상의 표시(얼라인먼트 마크)를 카메라로 판독해 입력 데이터를 보정할 수 있도록 했다. 510mm×515mm의 패널을 지지 재료로 사용하는 노광에서는 0.5µm의 해상도 성능으로 회로 패턴을 형성하는 것에도 성공했다.

반도체 칩 별로 노광 위치를 보정하는 ‘Die-by-Die Alignment’라는 기능도 개발. GPU와 HBM을 연결하는 반도체 칩(실리콘브릿지)의 위치 어긋남 등을 실시간으로 보정할 수 있다.

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