06강 반도체 테스트 장비 운영

학습내용

• 반도체 테스트 장비의 구성
• 반도체 테스트 장비의 종류와 성능

학습목표

• 장비운영 설명서에 따라 Wafer Transfer System, Stage, Chuck, Vision System 및 Index를 조작할 수 있다.
• PC를 이용해 Probe Station을 조작하는 방법을 설명할 수 있다.

반도체 테스트 장비의 구성

• 반도체 TEST 공정 소개
  • 반도체 제조 공정에서 FAB 공정이 완료된 후
    • Wafer와 Package 상태에서 반도체 칩이 제 기능을 올바로 수행할 수 있는지를 확인
  • 역할
    • 조기에 반도체의 기능과 신뢰성을 평가
    • 불량 발생으로 인한 손실 최소화
  • 구분
    • 주 검사장비
    • Probe Station
    • Handler
    • Burn-in
• 반도체 TEST 공정 분류
  • Probe Station
    • Wafer상태에서 칩의 정상여부 검사
  • Package Test
    • 반도체 전후 공정을 마친 후 최종단계에서 Package의 정상적인 작동 유무 평가
    • 번인테스터 장비 사용
  • Module Test
    • PCB에 반도체 소자가 여러 개 장착되어 있는 모듈 사이에서 제대로 작동하는지 검사
    • 모듈검사장비로 분류
  • FAB → Burn-in (WBI) → Probe (EDS) → Package → Package Burn-in → Package Test → Module Test
    • FAB과 Package 공정 중간에 진행
    • WBI (Wafer Burn In)
    • EDS (Electrical Die Sorting)
• Wafer(EDS) TEST 공정과 수율
  • 수율향상 조건
    • Clean Room의 청정도
      • Particle
      • 온도
      • 습도
    • 공정장비의 정확도
    • 공정 조건
  • Wafer TEST (EDS Test)
    • Wafer 완성 단계에서 이루어짐
  • Package TEST
    • 조립공정을 거쳐 패키지화 된 상태에서 이루어짐
  • 품질 TEST
    • 소비자 관점에서 실시
• Wafer(EDS) TEST 공정의 목적
  • 웨이퍼 제조 공정상의 문제점이나 설계상의 문제점을 조기에 발견하여 공정 및 설계팀에 피드백을 줄 수 있기 때문
• Wafer(EDS) TEST 세부 공정
• ET Test (Electrical Test)
  • 반도체 집적회로(IC) 동작에 필요한 개별 소자들(트랜지스터, 저항, 캐패시터, 다이오드)에 대한 직류전압, 전류 등 전기적 특성의 파라미터 테스트
  • 작동여부 판단
• WBI (Wafer Burn In)
  • Wafer에 일정 온도의 열을 가한 다음 AC/DC 전압을 가해 제품의 취약부분, 결함부분 잠재적인 불량요인을 발견
  • 제품의 신뢰성 향상
• Pre Laser (Hot & Cold)
  • 전기적 신호를 통해 웨이퍼 상의 각각의 칩들이 정상인지 이상이 있는지 판정
  • 수선 가능한 칩은 수선 공정에서 처리
  • 특정 온도에서 발생하는 불량을 잡아내기 위해 상온보다 높고/낮은 온도에서 진행
• Laser Repair & Post Laser
  • Pre Laser에서 불량이 발생했지만 수선 가능한 것으로 판정된 칩을 모아 Laser Beam을 이용해 수선하는 공정
  • 수선이 끝나면 Post Laser 공정을 통해 수선이 제대로 이루어졌는지 재차 검증

반도체 테스트 장비의 종류와 성능

• Wafer Test System
  • Tester System
    • 전기적인 신호를 발생시켜 Device에 인가
    • 인가한 Signal을 통해 읽은 Data 판독
      • Chip이 제대로 동작하는지 판정
    • Device Test
      • 각 Chip이 Repairable Die인지 판정
• Probe Station System
  • Wafer를 Handling하여 Tester 본체와 연결
  • 카세트에서웨이퍼를 Load/Unload
  • Probe Card의 Needle(침)과 Wafer IC Pad를 정밀하게 Contact
  • Tester에서 받은 좌표의 위치로 Chuck을 이동
  • 기능 및 용도
    • Wafer 상태에서 각 Chip의 전기적 특성 검사를 통하여 불량 선별
    • Auto Align 기능
      • Wafer를 이동시켜 Wafer의 IC Pad와 Probe Card의 Needle을 Contact시킴
      • 초정밀도가 요구되며 Probe Station없이 Contact 작업 불가
    • Auto Stepping 기능
      • Test 완료된 위치에서 Test 진행할 위치로 Wafer를 이동시킴
      • Wafer Chuck이 이동함으로써 웨이퍼가 이동
    • Wafer Load/Unload 기능
      • Test 예정 Wafer를 Chuck 위에 Load 시킴
      • Test가 완료된 Wafer를 Unload 시킴
    • Temperature Control 기능
      • Test 예정 Wafer에 대한 온도를 조절하는 기능
• Performance Board
  • Tester에서 발생한 전기적인 신호를 Probe Card까지 전달하는 중간매개체
    • Device Test에 필요한 전원 Pin, 신호 Pin, In/Out Pin을 선정하여 Contact Board에 집중시킴
• Probe Card
  • 아주 가는 Needle을 PCB 기판에 고정시켜 놓은 것
  • Test에서발생한 Sign이 Performance Board를 통해 Probe Card Needle까지 전달되고 이 Needle이 Wafer 내 Chip의 Pad에 접촉되어 Device 내부의 회로에 전기 신호가 전달되도록 함
  • 주요 구성품
    • PCB
    • Epoxy
    • Needle
    • Tube
• 장비 Set-up
  • 유의사항
    • Probe Card 대형화
      • 웨이퍼 면과 Probe Card Tip의 평행도 유지가 필요
    • 웨이퍼 크기가 커지고 웨이퍼 단위면적당 구현되는 칩의 수 증가
      • 많은 수의 Chip을 동시에 테스트할 수 있도록
    • Chuck의 온도 정밀도 유지
      • Test 시 요구되는 여러 가지 기능이 환경변화 조건 하에서 확실히 작동하도록 하기 위함
    • Die 크기 감소, Pad 간격 감소
      • 정확한 위치에 Probe Tip을 위치시키기 어려움
      • Probe Station에서 X-Y Stage 정밀한 제어, Probe Card 정밀한 Vision System, Probe Card 및 Chuck이 열에 의해 틀어지는 값을 보상하는 것이 매우 중요함
    • Chip의 소형화
      • Index Time의 중요성 증가
      • 구동시간 단축 노력이 필요
      • 설비 투자 절감 및 생산성 향상과 직결되는 항목으로 Set-up 시 반드시 고려해야 함

출처 : 한국기술교육대학교 반도체 공정 기초