AI 고성능 컴퓨팅(HPC), 옹스트롬(Angstrom)급 실리콘 공정 노드, 실리콘 포토닉스, 자동차용 xEV 광대역 갭 파워 트랜지스터 응용 분야 등의 반도체 기술 혁신으로 인해 자동화 테스트 장비(ATE)는 전례 없는 속도로 발전해야 합니다. 칩의 복잡성이 증가함에 따라 설계, 제조 및 테스트 분야의 과제도 함께 늘어나고 있습니다. 이는 오늘날 점점 더 고도화되는 칩이 품질, 신뢰성 및 성능 면에서 최고 수준의 기준을 충족하도록 보장하는 데 핵심적인 역할을 하는 ATE 부문에 지대한 영향을 미치는 복잡한 상황입니다.
이러한 점을 염두에 두고, 테라다인(Teradyne)의 조르주 우르타르테(Jeorge Hurtarte) 박사가 ATE 산업의 미래를 주도하는 트렌드와, 이러한 과제를 해결하기 위해 테스트 방법론의 혁신이 어떻게 진화하고 있는지 설명하는 내용을 계속 읽어보시기 바랍니다.
반도체의 새로운 시대: 다양한 분야의 수요 충족
반도체 산업은 데이터 센터의 AI, HPC, 실리콘 포토닉스, 스마트폰·노트북·IoT 기기의 엣지 AI 애플리케이션, 그리고 차량의 전기화(xEV) 확대와 같은 수요가 높은 분야를 견인력으로 삼아 2030년까지 매출 1조 달러에 달할 것으로 전망됩니다. ATE 공급업체들은 이러한 추세를 예측하고, 테스트의 정확성, 속도, 품질 및 비용을 저해하지 않으면서 점점 더 고도화되는 요구 사항을 충족할 수 있는 테스트 솔루션을 선제적으로 개발해야 합니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 , 이러한 전례 없는 성장은 주로 컴퓨팅, 자동차 및 모바일 시장 부문의 견인 아래 2028년까지 80억 달러 이상의 ATE 매출을 창출할 것으로 예상됩니다.
그림 1: ATE TAM의 현황 및 전망과 ATE 성장 동인. 출처: 테라다인
고성능 컴퓨팅 및 엣지 컴퓨팅에 필요한 성능 향상을 달성하기 위해, 업계는 옹스트롬(Angstrom) 단위까지 미세화된 공정 노드를 기반으로 한 칩 개발을 지속적으로 추진하고 있습니다. 칩이 더 작아지고, 더 강력해지며, 더 효율적이 됨에 따라 복잡성도 증가하며, 잠재적인 결함을 식별하기 위해서는 고도로 전문화되고 정밀한 테스트가 필요합니다. 이러한 미세화된 기하학적 구조가 제기하는 과제를 해결하기 위해, 테라다인의 솔루션은 초고밀도 노드에서 철저하고 엄격한 웨이퍼 레벨 테스트 및 결함 검출을 보장하는 테스트 아키텍처를 통합하고 있습니다. 이러한 테스트 시스템은 UltraFLEXplus와 같은 테스트 시스템은 가장 작고 정교한 칩 설계의 품질과 신뢰성을 보장합니다.
고성능 칩이 점점 더 높아지는 성능 목표를 달성하는 또 다른 방법은 이종 통합 패키지에서 2.5D/3D 스태킹 및 치플릿과 같은 새로운 패키징 기술을 활용하는 것입니다. 이를 통해 CPU, GPU, 메모리 등 고밀도로 집적된 구성 요소 간의 원활한 작동을 보장하기 위해 필요한 다양한 추가 테스트 요구 사항과 기능이 추가됩니다. 테라다인(Teradyne)은 KGD(Known Good Die) 및 KGI(Known Good Interposer) 공정을 지원하며, 각 칩렛의 기능을 평가하여 결함을 방지합니다. 이러한 ATE 시스템 테스트 기능은 복잡한 첨단 이종 통합 패키지에서 다이 간 상호 연결성과 신뢰성을 보장합니다.
첨단 디지털 칩과 이종 통합의 복잡성을 해결하기 위해 다양한 테스트 전략이 활용되고 있습니다. FlexTest( 그림 2 참조)를 통해 ‘시프트 레프트(shift left)’ 및 ‘시프트 라이트(shift right)’ 테스트 전략을 적용함으로써 제조 공정 전반에 걸쳐 테스트 커버리지가 균형 있게 유지됩니다. 개발 프로세스 초기에 테스트를 진행하면 결함을 조기에 발견하고 해결함으로써 전체 비용을 절감할 수 있습니다. 반대로, 테스트 커버리지를 우측으로 이동시키는 것은 '미션 모드' 테스트를 제조 후 단계를 포함한 후반 단계까지 확장하여, 잠재적 결함이 소비자에게 도달하기 전에 반드시 발견되도록 보장합니다. 이러한 전략들은 서로 유기적으로 작용하여 수율, 비용 및 품질을 최적화합니다.
그림 2: FlexTest는 제조 공정 전반에 걸친 테스트 단계에서 품질 비용을 최적화합니다
또한, 칩 패키징 기술의 발전이 데이터 처리 수요를 따라잡고 있음에도 불구하고, 차세대 데이터 요구 사항을 충족하기 위해서는 새로운 소재가 필요할 수 있습니다. 특히, 실리콘 포토닉스는 고속의 에너지 효율적인 데이터 전송을 가능하게 함으로써 데이터 센터를 혁신할 것입니다. 이러한 신기술을 지원하기 위해 테라다인의 테스트 시스템은 포토닉스와 전자 부품 통합에 필요한 고유한 요구 사항을 충족합니다. 코패키지드 옵틱스(Co-packaged optics) 테스트는 테라다인의 ATE가 데이터 무결성과 전송 속도를 지원하여, 해당 부품들이 방대한 데이터 흐름을 효율적으로 관리할 수 있도록 보장하는 핵심 분야입니다. (관련 기사: '실리콘 포토닉스, 새로운 테스트 과제 제기' 및 '테라다인, 실리콘 포토닉스용 양면 웨이퍼 프로브 테스트 생산 시스템 발표')
의료, 스마트 홈, 농업 등 다양한 산업 분야의 실시간 애플리케이션을 위해 데이터를 현지에서 처리할 수 있는 저전력 고효율 반도체를 필요로 하는 엣지 컴퓨팅이 새로운 기술 붐을 주도하고 있습니다. 엣지 컴퓨팅을 위해 테라다인(Teradyne)의 ATE 테스트 솔루션, 예를 들어 UltraFLEXplus와 같은 테라다인의 ATE 테스트 솔루션은 정확도와 테스트 처리량을 높여 수율을 최적화하는 데 중점을 두며, 이러한 저전력 반도체 디바이스가 다양한 환경에서 안정적으로 작동하도록 보장합니다. 실시간 테스트 데이터 처리 능력과 엣지 처리 효율성을 평가하도록 맞춤화된 ATE 시스템을 활용함으로써, 이 회사는 스마트폰, 노트북, IoT 기기에서 차세대 엣지 AI 혁신을 가능하게 하고 있습니다.
전기차(EV), 자율주행(AD), 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)이 자동차 기술을 혁신함에 따라, 이러한 과제는 자동차 분야로도 확대되고 있습니다. 신뢰성과 운전자 안전을 보장하기 위해서는 점점 더 복잡해지는 반도체 시스템이 필요합니다. 이러한 자동차 애플리케이션을 위해 테라다인(Teradyne)은 다음과 같은 대량 생산용 ATE 솔루션을 개발했습니다. ETS-88와 같은 자동차용 SiC 및 GaN 전력 반도체 소자용 대량 생산 ATE 솔루션과 UltraFLEXplus 와 같은 76-81 GHz 레이더 테스트용 AD/ADAS 테스트 솔루션을 개발했습니다.
변화하는 반도체 환경 속 테스트의 미래
이러한 새로운 기술들과 테스트 시스템에 대한 요구 사항이 증가함에 따라, 우리는 데이터가 테스트 프로세스를 주도하는 시대에 접어들었습니다. 테스트 데이터의 가치를 극대화하기 위해, 테라다인(Teradyne)은 자사의 아키메데스(Archimedes) 분석 솔루션을 통해 선도적인 분석 업체들과의 연동을 제공함으로써 생산 공정을 최적화하고, 수율을 높이는 동시에 비용을 절감합니다. 제조업체들은 이 실시간 ATE 데이터에서 도출된 통찰력을 활용하여 데이터 분석, 인공지능 및 머신러닝 기술을 통해 공정 효율을 개선하고 예측 기반의 조정을 수행할 수 있습니다.
분명히 반도체 산업은 복잡하고 끊임없이 진화하고 있으며, 설계 및 제조 방식이 점점 더 고도화되고 있습니다. 반도체 테스트 기술이 정교해질수록, ATE 선도 기업들이 도구, 프로세스, 표준이 유기적으로 연계된 생태계를 조성하는 데 기여하는 것이 매우 중요합니다. 이처럼 급속한 기술 변화 속에서 ATE 기업들은 데이터 전송, 자동차 안전, AI 처리 분야의 새로운 표준에 발맞춰 진화할 수 있는 유연한 테스트 플랫폼을 필요로 합니다. 이러한 적응력을 바탕으로 전 세계 반도체 제조업체에 장기적인 가치를 제공할 수 있을 것입니다.
예를 들어, 테라다인(Teradyne) 이 SEMI의 ‘스마트 데이터 및 AI 이니셔티브(Smart Data & AI Initiative) ’와 같은 활동에 참여하고 있는 것은 제조 전 단계에 걸친 데이터 공유에 대한 의지를 보여주는 것으로, 개방적이고 상호운용 가능한 표준을 통해 수율과 품질을 향상시키고 있습니다. 업계 협력을 적극적으로 지원함으로써, 이 회사는 통합되고 회복탄력성이 뛰어난 반도체 생태계를 구축하기 위한 기반을 마련하고 있습니다.
테라다인은 업계의 미래를 더욱 공고히 하기 위해 교육 기관들과 적극적으로 협력하여 차세대 엔지니어를 양성하고 있습니다. 기술 역량 개발에 투자하고 첨단 테스트 기술을 제공함으로써, 회사는 업계가 필요로 하는 숙련된 인재를 장기적으로 확보할 수 있도록 지원하고 있습니다.
요약하자면, 차세대 반도체 기술은 ATE(자동 테스트 장비) 분야에 도전과 기회를 동시에 제시하고 있습니다. 데이터 센터, 엣지 컴퓨팅, 자동차 애플리케이션 등의 분야에서 혁신이 거듭될 때마다 테스트 요구사항도 더욱 정교해지고 있으며, 이에 따라 ATE 솔루션이 변화하는 요구 사항을 지속적으로 충족할 수 있도록 유연하고 적응력 있는 접근 방식이 요구되고 있습니다. 테라다인(Teradyne)은 이러한 노력의 최전선에 서서 미래의 테스트 생태계를 위한 기반을 구축하고 있으며, 효율성, 품질, 지속 가능성을 조화시킨 솔루션을 통해 업계의 성장을 지원하기 위해 전념하고 있습니다.
조지 S. 허타르테(Jeorge S. Hurtarte) 박사는 현재 테라다인(Teradyne)의 반도체 테스트 사업부 내 SoC 제품 전략 부문 수석 이사(Senior Director)로 재직 중입니다. 조지 박사는 테라다인, 램 리서치(Lam Research), 라이트포인트(LitePoint), 트랜스위치(TranSwitch), 록웰 반도체(Rockwell Semiconductors) 등에서 다양한 기술, 관리 및 임원직을 역임했습니다. 또한 SEMI 북미 지부의 자문위원으로 활동하고 있으며, IEEE 이종 통합 로드맵(HIR) 테스트 분과 위원회의 공동 의장을 맡고 있습니다. 조지는 전기공학 박사 학위를 보유하고 있으며, 경영학, 컴퓨터 과학, 통신공학 석사 학위를 취득했습니다. 그는 캘리포니아 대학교 산타크루즈 캠퍼스와 피닉스 대학교의 객원 교수로 재직 중이며, 『 Understanding Fabless IC Technology』의 공동 저자입니다 .