삐빅- 건강검진 결과, 정상입니다! 우리가 건강을 위해 주기적으로 건강검진을 받듯, 웨이퍼도 수시로 검진을 받는다는 사실, 알고 계셨나요? 바로 EDS (Electrical Die Sorting) 공정에서 말이죠.

EDS 공정은 팹 내부에서 만들어진 웨이퍼가 팹 바깥으로 나간 후 가장 먼저 도달하게 되는 공정입니다. 이곳에서는 웨이퍼에 있는 모든 칩들의 불량 유무를 확인하는데요. 제어 시스템과 자동화된 정보 기술을 사용한 ATE (Automatic Test Equipment)와 같은 설비를 활용해 웨이퍼를 최종 테스트합니다.

EDS 공정의 역할은 단순히 불량 유무를 판단하는 것에서 끝나지 않습니다. 정상 동작하지 않는 칩들을 여러 유형으로 나누고 빈 넘버(BIN Number)라는 숫자를 부여해 불량 원인을 파악합니다. 그리고 이를 바탕으로 유관 부서와 개선점에 대해 소통하는 것까지가 EDS의 역할입니다. 더 자세한 EDS 공정 이야기는 영상으로 만나볼까요?

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수많은 제조공정을 거친 반도체 칩은 마지막 절차인 테스트를 통해 양품, 불량품을 선별하게 됩니다. 반도체 제조과정에서는 다양한 테스트가 이루어지는데요. ▲웨이퍼 완성 단계에서 이루어지는 EDS공정(Electrical Die Sorting), ▲조립공정을 거친 패키지 상태에서 이루어지는 패키징공정(Pakaging), 그리고 ▲제품이 출하되기 전 소비자의 관점에서 실시되는 품질 테스트 등이 있습니다.

이번 시간에는 완벽한 반도체로 태어나기 위한 첫번째 관문 EDS공정에 대해 알아보겠습니다.

반도체 수율 향상과 직결된 EDS공정

EDS공정(Electrical Die Sorting)은 웨이퍼 위에 전자회로를 그리는 FAB 공정과 최종적인 제품의 형태를 갖추는 패키지 공정 사이에 진행됩니다. 즉 전기적 특성검사를 통해 개별 칩들이 원하는 품질 수준에 도달했는지를 확인하는 공정으로써 그 목적은 아래와 같습니다.

웨이퍼 상태 반도체 칩의 양품/불량품 선별
불량 칩 중 수선 가능한 칩의 양품화
FAB 공정 또는 설계에서 발견된 문제점의 수정
불량 칩을 미리 선별해 이후 진행되는 패키징공정 및 테스트 작업의 효율 향상

먼저 전기적 특성검사를 통해 각각의 칩들이 원하는 품질 수준에 도달하는지 체크합니다. 그 후 양품 가능 여부를 판단해 수선(Repair) 가능한 칩은 다시 양품으로 만들고, 불가능한 칩은 특정 표시(Inking)를 통해 불량으로 판정합니다. 불량으로 판정된 칩은 이후 공정에서 제외되어 효율을 높일 수 있습니다.

EDS공정은 반도체의 수율을 높이기 위해 반드시 필요한 공정입니다. 수율은 웨이퍼 한 장에 설계된 최대 칩(Chip) 개수 대비 생산된 양품(Prime Good) 칩의 개수를 백분율로 계산한 것으로, 반도체의 생산성과 직결됩니다.

EDS공정은 프로브 카드(Probe Card)에 웨이퍼를 접촉시켜 진행됩니다. 프로브 카드에 있는 수많은 미세한 핀(Pin)이 웨이퍼와 접촉해 전기를 보내고 그 신호를 통해 불량 칩을 선별하게 됩니다.

EDS공정의 4단계

EDS공정은 세분화된 여러 단계가 있지만, 크게 4단계로 나눌 수 있습니다.

1단계 – ET Test & WBI(Electrical Test & Wafer Burn In)
ET Test(Electrical Test)는 반도체 집적회로(IC) 동작에 필요한 개별소자들(트랜지스터, 저항, 캐패시터, 다이오드)에 대해 전기적 직류전압, 전류특성의 파라미터를 테스트하여 동작 여부를 판별하는 과정입니다. 반도체 칩(Chip)으로 행하는 첫 테스트라고 볼 수 있습니다.

이어지는 WBI공정(Wafer Burn In)은 웨이퍼에 일정 온도의 열을 가한 다음 AC(교류)/DC(직류) 전압을 가해 제품의 결합, 약한 부분 등 잠재적인 불량 요인을 찾아냅니다. 제품의 신뢰성을 효과적으로 향상시키는 공정입니다.

2단계 – Hot/Cold Test
Hot/Cold 공정에서는 전기적 신호를 통해 웨이퍼 상의 각각의 칩 중 불량품이 있는지 판정합니다. 수선 가능한 칩은 수선 공정에서 처리하도록 정보를 저장하는데요. 이때, 특정 온도에서 정상적으로 동작하는지 판별하기 위해 상온보다 높고 낮은 온도의 테스트가 병행됩니다.

3단계 – Repair / Final Test
Repair 공정은 EDS공정에서 가장 중요한 단계인데요.
Repair공정에서는 Hot/Cold 공정에서 수선 가능으로 판정된 칩들을 수선하고, 수선이 끝나면 Final Test 공정을 통해 수선이 제대로 이루어졌는지 재차 검증하여 양/불량을 최종 판단합니다

4단계 – Inking
Inking 공정은 불량 칩에 특수 잉크를 찍어 육안으로도 불량을 식별할 수 있도록 만드는 공정을 의미합니다. Hot/Cold Test공정에서 불량으로 판정된 칩, Final Test공정에서 재검증 결과 불량으로 처리된 칩, 그리고 웨이퍼에서 완성되지 않은 반도체 칩(Dummy Die) 등을 구별하는데요. 과거의 Inking 공정은 불량 칩에 직접 잉크를 찍었으나 현재는 Data만으로 양/불량을 판별할 수 있도록 처리하고 있습니다. 이렇게 처리된 불량 칩은 조립 작업을 진행하지 않기 때문에 조립 및 검사 공정에서 사용되는 원부자재, 설비, 시간, 인원 등의 손실 절감 효과가 있습니다.

Inking공정을 마친 웨이퍼는 건조(Bake)된 후, QC(Quality Control) 검사를 거쳐 조립공정으로 옮겨지게 됩니다.

완벽한 반도체를 위한 여정이 이제 얼마 남지 않았는데요. 다음 시간에는 반도체 칩을 기기에 탑재하기 적합한 형태로 만드는 패키징(Pakaging) 공정에 대해 알아보겠습니다.

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[Electrical Die Sorting]

웨이퍼에 형성된 집적회로 칩들의 전기적 동작 여부를 선별하는 공정.

EDS 공정은 Electrical Die Sorting의 약자로, 웨이퍼 완성 단계에 있는 개별 칩의 전기적 동작여부를 검사하는 과정이다.

EDS 공정은 크게 ① ET Test & WBI (Electrical Test & Wafer Burn In), ② Pre-Laser, ③ Laser Repair & Post Laser, ④ Tape Laminate & Back Grinding, ⑤ Inking의 5단계로 이루어진다.

전기적 특성검사를 통해 각 칩들이 규정에 맞는 품질 수준에 도달하는지 체크하는 것부터 시작된다. 각 검사 과정에서 양품이 될 가능 여부를 판단해 수선(Repair)이 가능한 칩은 다시 양품으로 만들고, 불가능한 칩은 특정 표시(Inking)를 해, 다음 공정에서 더 이상 작업이 진행되지 않도록 한다.

이처럼 EDS 공정은 칩이 양품인지 불량품인지 선별해내는 첫 번째 관문이기 때문에 반도체 공정에서 중요한 과정이다.

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여러분, 수율(Yield)이란 단어를 아시나요? 웨이퍼 한 장에 설계된 최대 칩(Chip)의 개수와 실제 생산된 정상(Prime Good) 칩의 개수를 백분율로 계산한 것인데요.

수율이 높을수록 생산성이 높단 의미이므로 반도체 생산라인에서는 수율을 높이는 것이 중요합니다. 높은 수율을 얻기 위해서는 반도체가 생산되는 클린룸의 청정도나 공정장비의 정확도, 공정조건 등 여러 제반사항이 뒷받침 되어야 이루어 질 수 있습니다.

수 많은 제조공정을 거친 반도체 칩은 적절한 테스트(Test)를 통해 양, 불량을 선별하게 됩니다. 반도체 제조과정에서 진행되는 테스트(Test)에는 웨이퍼 완성 단계에서 이루어지는 EDS Test, 조립 공정을 거쳐 패키지(Package)화 된 상태에서 이루어지는 Packaging Test, 그리고 출하되기 전 소비자의 관점에서 실시되는 품질 Test 등이 있습니다.

이번에는 웨이퍼 상태에서 개별 칩이 양품인지 불량품인지를 선별해 내는 첫번째 관문! EDS Test에 대해 알아보도록 하겠습니다.

■ 반도체 공정의 수율(Yield)을 높이는 데 반드시 필요한 EDS Test

EDS Test는 Electrical Die Sorting의 약자로, 전기적 특성검사를 통해 웨이퍼 상태인 각각의 칩들이 원하는 품질 수준에 도달하는 지를 체크하는 것에서 시작 됩니다. 그 후, 양품이 될 가능여부를 판단하여 수선(Repair)이 가능한 칩은 다시 양품으로 만들고, 불가능한 칩은 특정한 표시(Inking)를 통해 불량으로 판정하고, 다음 공정에서 더 이상 작업을 진행하지 않도록 합니다.

이 뿐만 아니라, 반도체 공정에서 EDS Test를 반드시 실행해야 하는 이유는 웨이퍼 제조 공정상의 문제점이나 설계상의 문제점을 조기에 발견하여 공정 및 설계 팀에 피드백을 줄 수 있기 때문입니다.

이러한 EDS Test는 단일 과정이 아닌 세분화된 여러 단계를 거치게 되는데요, 과연 어떤 과정으로 이루어지는지 본격적으로 EDS Test에 대해 알아보겠습니다. EDS Test는 다음과 같이 크게 5단계로 이루어집니다.

1) ET Test & WBI (Electrical Test & Wafer Burn In)

ET Test는 반도체 제조공정 중 중요한 단위공정으로 반도체 집적회로(IC) 동작에 필요한 개별소자들(트랜지스터, 저항, 캐패시터, 다이오드)에 대해 전기적 직류전압, 전류특성의 파라미터를 테스트하여 작동여부를 판별하는 과정인데요, 반도체 칩(Chip)으로 행하는 첫 Test 공정이라고 보시면 됩니다.  

이어지는 WBI(Wafer Burn In) 공정은 제품 초기에 발생하는 높은 불량률을 효과적으로 제거하기 위한 목적으로 실행합니다. 웨이퍼에 일정온도의 열을 가한 다음 AC/DC 전압을 가해 제품의 약한 부분, 결함 부분 등 잠재적인 불량 요인을 찾아내 제품의 신뢰성을 향상시키는 공정입니다.

2) Pre-Laser (Hot/Cold)

이 공정에서는 전기적 신호를 통해 웨이퍼 상의 각각의 칩들이 정상인지 이상이 있는지를 판정하고, 수선이 가능한 칩은 수선 공정에서 처리하도록 정보를 저장합니다. 이 때, 특정 온도에서 발생하는 불량을 잡아내기 위해 상온보다 높은/낮은 온도에 따른 테스트가 병행됩니다.

3) Laser Repair & Post Laser 

이는 앞서 진행된 Pre-Laser 공정에서 불량이 발생하였지만, 수선이 가능한 것으로 판정된 칩들을 모아 Laser Beam을 이용해 수선하는 공정으로 EDS Test 가운데 중요한 공정입니다. 수선이 끝나고 나면 Post Laser 공정을 통해 수선이 제대로 이루어졌는지 재차 검증합니다.

4) Tape Laminate & Back Grinding

Tape Laminate 공정과 Back Grinding 공정은 교통카드나 여권에 들어가는 IC 카드를 비롯해 두께가 얇은 제품을 조립 할 때 필요한 공정입니다. 웨이퍼 후면을 미세한 다이아몬드 입자로 구성된 연마 wheel로 갈아 칩의 두께를 얇게 함으로써 조립을 용이하게 하는데 그 목적이 있습니다. 이 때, 발생하는 다량의 실리콘 잔여물(Dust) 및 파티클(Particle)로부터 웨이퍼 패턴 표면을 보호하기 위해 전면에 자외선(UV) 테잎을 씌워 보호막을 형성하는 것이 바로 Tape Laminate 공정입니다. Grinding 이 끝나면 패턴 면을 보호하기 위해 붙여 놓은 테잎은 다시 벗겨 내게 됩니다.

5) Inking 

Inking 공정은 Pre Laser 및 Post Laser에서 발생된 불량 칩에 특수 잉크를 찍어 육안으로도 불량 칩을 식별할 수 있도록 만드는 공정인데요, Inking 과정을 거치고 나면 조립 과정에서 잉크가 찍힌 불량 칩에 대해서는 조립을 진행하지 않아도 되므로 조립 및 검사 공정에서 사용되는 원부자재 및 설비, 시간, 인원 등의 손실 절감 효과가 있습니다.

또한 Pre Laser에서 불량으로 판정된 칩과 Post Laser 공정에서 다시금 검증하여 불량으로 처리된 칩, 그리고 웨이퍼 내에서 완성되지 않은 Dummy die의 경우에도 Inking 공정을 통해 구분될 수 있도록 표시합니다. Inking 공정까지 끝난 웨이퍼는 건조된 다음 QC Gate의 최종검사를 거쳐 조립 공정으로 옮겨지게 됩니다. 

다음에는 8대공정이 완료된 반도체를 외부 환경으로부터 보호해 각 제품별 고유 특성을 극대화 시키는데 없어서는 안될 패키징(Packaging) 공정에 대해 알아보도록 하겠습니다.

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