불량 반도체 칩, 16배 빠르게 잡아낸다

생기원 등 공동 연구팀, 웨이퍼 16장 동시 검사 시스템 개발

한국생산기술연구원(원장 이낙규)은 한번에 16장의 웨이퍼를 검사할 수 있는 '고속 멀티 프로빙 웨이퍼 검사 시스템'을 개발했다고 22일 밝혔다. 

반도체 전공정에서 만들어진 칩을 패키징하기 전 불량 칩을 가려내는 웨이퍼 테스트 시간을 단축할 수 있다. 현재 웨이퍼 검사를 위해 고온에서 전압을 가해 실제 사용할 때 발생할 수 있는 불량을 미리 예측하는 '번인' 공정에서 약 2-12시간이 소요된다. 

생기원 디지털전환연구부문 남경태 박사 연구팀 등 공동 연구팀은 한 번에 한 장의 웨이퍼만 검사할 수 있는 기존 장비의 한계를 넘어 동시에 16장의 웨이퍼를 검사하는 시스템을 개발했다.   

웨이퍼 16장 동시 검사 시스템을 개발한 생기원 남경태 박사 연구팀 (사진=생기원)

웨이퍼 검사는 프로버 장비의 척 위에 웨이퍼를 놓고, 프로브 카드와 접촉시켜 불량품을 선별해 내는 방식으로 진행된다. 프로브 카드에 장착된 미세한 핀들이 웨이퍼와 접촉해 전기신호를 보내면, 되돌아오는 신호를 분석해 양품과 불량품을 판별한다. 

아주 작은 반도체 칩 위에 마이크로미터 크기의 핀 수만 개를 접촉시켜야 한다. 검사 시간을 줄여 제조 비용을 절감하기 위해선 테스트 검사 시간과 항목을 줄여야 한다.

이를 위해 1회 검사로 여러 장의 웨이퍼를 동시에 검사, 생산량은 높이고 시간과 비용은 줄이는 고속 멀티 프로빙 웨이퍼 검사 시스템을 설계했다. 웨이퍼 테스트 주요 부품인 프로브 척, 웨이퍼, 프로브 카드를 하나의 프레임 안에 패키지화한 일체형 카트리지를 개발했다. 

또 일체형 카트리지를 16개 장착할 수 있는 멀티 챔버방(Chamber Channel)을 제작하고, 얼라인먼트 알고리즘을 통해 카트리지를 검사용 챔버까지 정확하게 연결하는 시스템을 설계했다.

남경태 박사는 "개발된 검사 시스템을 현장에 적용할 경우 기존 싱글 프로버 16대 분량의 검사가 가능해져 생산성과 공간 활용도를 높이면서도 비용을 획기적으로 줄일 수 있다"라고 밝혔다.

이번 연구는 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 진행됐으며, 성균관대, 티로보틱스, 에이엠에스티, 한국전기연구원, 한국재료연구원 등이 참여했다.