[반도체 공정] 테스트 공정의 종류 (1) - 웨이퍼 테스트
반도체 테스트 공정과 테스트 종류
들어가기전
반도체를 만드는 과정은 웨이퍼에 공정을 진행하여 반도체 소자를 프론트엔드 공정과 패키징, 테스트 과정을 포함하는 백엔드 공정으로 크게 나눌 수 있다. 과거에는 후공정인 패키지 공정의 반도체 제품의 품질과 특성을 결정하는데 큰 영향을 끼치지 않았지만, 반도체 application이 다양해짐에 따라서 패키지가 반도체 제품의 부가가치를 올리는 품질과 특성에 미치는 영향이 매우 커지고 있다. 따라서 현재 다양한 패키지 기술들이 개발되고 있으며, 그에 따라 특성을 검증하고 품질을 보장해주는 테스트 공정의 난이도도 높아졌다. 그만큼 최종 반도체 제품의 가격 경쟁력을 높이고 전기적 성능을 보장해주기 위해서는 패키지와 테스트 공정이 중요해지고 있다.
본문
반도체 테스트 공정
반도체 공정
- 프론트엔드 공정
- 웨이퍼 제조 공정 (프론트엔드: CMOS 제작 공정 / 백엔드: 금속 배선 형성 공정)
- 백엔드 공정
- 패키지 공정, 테스트 공정
반도체 테스트 공정은 만들어진 반도체의 불량 검출, spec 만족 여부, 특성과 신뢰성 등을 보장하기 위해 테스트를 하는 공정이다. 테스트 공정의 주된 목적은 불량 제품이 출하되지 않기 위해서이다. 고객의 신용과 불량 제품에 대한 손해배상을 막기 위해서 테스트 공정이 꼭 필요하다. 불량 여부를 판단한 뒤 특성과 신뢰성을 보장하기 위해서 여러 테스트를 거치는데 이 과정에서 제조 비용을 낮추기 위해 테스트 엔지니어들은 테스트 시간과 항목을 줄이기 위해 노력한다. 웨이퍼 테스트는 웨이퍼 레벨에서 불량 검출, 패키징에서 생길 불량을 미리 선별(Screen)하는 과정을 거쳐 불량 chip들이 패키지 공정을 거치지않도록 하여 패키지 공정의 효율을 높인다.
테스트 공정은 테스트 대상과 테스트 항목에 따라서 구별할 수 있다.
1. 테스트 항목에 따른 구별
- 온도별 테스트
- Hot test (85~90 Celsius)
- Cold test (-5~-40 Celsius)
- Room test (25 Celsius)
- 속도별 테스트
- Core test : 코어 동작(원래 목적하는 주된 동작)을 테스트. 예시로 메모리는 cell의 저장이 잘 되는지 평가 및 검증한다.
- Speed test : 동작 속도
- 동작별 테스트
- DC test: DC 인가 후 전류, 전압 평가.
- AC test: 동적 특성 테스트.
- Function test: 제품의 각 기능의 정상 동작 여부. 예시로 메모리는 메모리 셀의 정상 동작 여부와 메모리 주변 회로의 정상 동작 여부.
2. 테스트하는 대상에 따른 구별
- 웨이퍼 테스트
- 패키지 테스트
웨이퍼 테스트
테스트를 하기 위한 장비
공정을 진행한 수많은 chip들이 있는 웨이퍼를 테스트하기 위해 칩들에 전류 및 신호를 인가해주어야하는데, 패키지를 거치지않은 웨이퍼의 칩들은 별도의 pin들이 존재하지않아 테스트 장비와 전기적 연결을 도와주는 프루브 카드가 필요하다.
프루브카드는 칩의 패드와 물리적 접촉을 하는 탐침 pin의 형태에 따라 바늘형 프루브 카드와 수직형 프루브 카드로 나눌 수 있다. 바늘형 프루브 카드의 탐침은 꺾여있는 형태이고, 수직형 프루브 카드의 탐침은 수직으로 만들어져 있다. 바늘형 프루브 카드는 수직형보다 필요한 공간이 많기 때문에 양산에서는 수직형 프루브 카드로 2~3번의 접촉으로 모든 칩들을 테스트한다.
웨이퍼테스트 (1) EPM
EPM(Electrical Parameter Monitoring)은 제품의 단위 소자의 전기적 특성을 평가 분석하여 프론트 엔드 공정에 피드백하기 위함. 웨이퍼 테스트 전에 트랜지스터 특성, 접촉 저항 등을 전기적 방법으로 측정, DC paramter를 추출하여 설계-소자부서가 제시한 기본적인 특성을 만족하는지 검사한다.
웨이퍼테스트 (2) 웨이퍼 번인 Wafer burn in test
반도체 제품의 수명 동안의 불량률을 시간의 함수로 표현했을 때 Bath tub그래프 모양이 나온다. 수명의 초기에는 제조상 불량으로 Early failure가 높고, 중간은 random failure로 불량률이 낮아지고, 그 제품의 수명이 다 했을 때 wear out 불량률이 높아지는 형식이다. 이 때 높은 초기 불량률을 가진 제품들이 고객에게 출하되는 것을 막기 위해서 높은 온도와 전압을 인가해 스트레스를 줌으로써 제품이 가지고 있는 잠재적인 불량을 드러나게 한다.
웨이퍼테스트 (3) 테스트
- 불량 칩 사전 검출
- 패키지/실장에서 생길 불량 미리 선별 Screen
- 불량 원인 분석 & 제조 공정 피드백
- 웨이퍼 레벨 분석을 통한 소자/설계 피드백
웨이퍼테스트(4) 리페어
주로 메모리 반도체에서 진행하는 과정으로 불량 cell을 여분의 셀 Redundancy cell로 대체하는 리페어 알고리즘에 의해 수행되는 작업이다. 수율을 높인다. 수율 증가 효과를 최대로 나타낼 수 있는 수준의 여분의 셀을 만든다.(공정 능력이 좋다면 여분의 셀 개수가 줄어들 것이다.) 열 column 또는 행 row 단위의 리페어를 할 수 있다.
- 레이저 리페어 : 레이저로 배선을 태워 불량 셀의 단선을 함. 배선이 노출되도록 passivation layer가 open된 영역이 필요하므로 웨이퍼 테스트 공정에서만 가능하다.
- e-fuse 리페어 : 회로적으로 배선에 높은 전압이나 전류가 인가되어 배선이 끊어지게 만든다. 웨이퍼 테스트 공정, 패키지 테스트 공정에서 가능하다.
웨이퍼테스트 (5) 테스트
리페어 후 다시 spec 만족 양품 테스트를 진행한다.
본 게시물은 반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트 책을 요약한 글입니다.
도서명 반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트
저자 서민석