Wafer Test : Chip Probing Test

반도체 생산 과정에서 “Wafer Test”는 실리콘 웨이퍼에 형성된 각 반도체 다이(die)의 기능과 품질을 검사하는 중요한 단계입니다.
이 단계에서 결함이 발견되면, 이후의 공정에서 불필요한 자원을 낭비하지 않게 됩니다. 이번 글에서는 Wafer Test의 중요성과 그 과정에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

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Wafer Test 란?

Wafer Test는 실리콘 웨이퍼에 형성된 개별 반도체 다이의 전기적 특성을 검사하여 불량 여부를 판별하는 과정입니다.
이 과정은 반도체 칩이 최종 제품으로 출하되기 전, 가장 초기 단계에서 결함을 발견하고 제거하기 위한 목적을 가지고 있습니다.

Wafer Test의 중요성

Wafer 를 Test 하는 것은 반도체 생산 과정에서 매우 중요한 역할을 합니다.
이 단계에서 결함을 조기에 발견하면, 불량 반도체가 다음 공정으로 넘어가지 않도록 방지할 수 있습니다.
이는 전체 생산 비용을 절감하고, 최종 제품의 품질을 보장하는 데 큰 도움이 됩니다.

또한, Wafer Test는 생산 과정의 품질 관리와 공정 최적화에 중요한 데이터를 제공합니다. 이를 통해 생산 공정을 지속적으로 개선하고, 반도체 제품의 성능과 신뢰성을 높일 수 있습니다.

Wafer Test 의 과정

1. 프로빙 테스트 준비

Wafer Test의 첫 단계는 웨이퍼를 테스트 장비에 설치하는 것입니다. 이때 각 다이의 전기적 특성을 정확히 검사하기 위해 테스트 프로브(Probe)가 사용됩니다.
프로브는 매우 미세한 바늘로 구성되어 있으며, 웨이퍼 위의 각 다이에 전기 신호를 전달합니다.

2. 프로빙 테스트 (Probing Test)

프로빙 테스트(Probe Testing) 단계에서는 테스트 장비를 통해 각 다이에 전기적 신호를 가하고, 그 반응을 측정합니다. 이 과정에서 다이의 기능이 제대로 작동하는지 확인하며, 불량이 있는지 검사합니다. 전압, 전류, 저항 등 다양한 전기적 특성이 측정됩니다.

3. 데이터 수집 및 분석

프로빙 테스트 결과는 데이터로 수집되어 분석됩니다. 이 데이터를 통해 각 다이의 전기적 성능을 평가하고, 불량 여부를 판별합니다. 불량으로 판명된 다이는 마킹하여 이후 공정에서 제거됩니다.

4. 불량 마킹

기능이 제대로 작동하지 않는 다이는 마킹하여 불량임을 표시합니다. 이 마킹은 이후 공정에서 불량 다이를 쉽게 식별하고 제거할 수 있게 합니다.

5. 데이터 분석 및 피드백

테스트 결과를 분석하여 불량 원인을 파악하고, 이를 다음 공정에 반영합니다. 이렇게 함으로써 전체 생산 과정의 품질을 향상시키고, 불량률을 줄일 수 있습니다.

Wafer Test 를 위한 Infra 구축

Wafer Test 과정에서는 다양한 Infra 장비가 필요합니다. 대표적인 Wafer를 Test 하는 장비 종류와 모델을 정리해보도록 하겠습니다.

1. 프로브 스테이션 (Probe Station)

프로브 스테이션은 웨이퍼 상의 각 다이(die)에 테스트 신호를 전달하기 위해 사용됩니다. 프로브 핀을 통해 직접 전기적 신호를 주고받아, 각 다이의 전기적 특성을 검사할 수 있습니다.

대표 모델: Cascade Microtech PA300
PA300은 자동화된 프로빙 시스템으로, 최대 300mm 웨이퍼를 처리할 수 있습니다. 고정밀 프로빙과 높은 반복 정확도를 자랑하며, RF 및 DC 테스트에 모두 적합합니다.

2. 파라미터 애널라이저 (Parameter Analyzer)

파라미터 애널라이저는 웨이퍼 상의 각 소자의 전기적 특성을 측정하는 장비입니다. 주로 트랜지스터의 IV 곡선이나 캐패시턴스 등을 측정합니다.

대표 모델: Keysight B1500A
B1500A는 다양한 측정 모듈을 갖추고 있어 다목적 전기적 특성 분석에 적합합니다. 높은 정밀도와 빠른 측정 속도를 제공하며, 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 쉽게 조작할 수 있습니다.

3. 테스트 핸들러 (Test Handler)

테스트 핸들러는 웨이퍼를 자동으로 로드하고 언로드하며, 테스트가 완료된 칩을 분류하는 역할을 합니다. 대량 생산 환경에서 효율성을 극대화하는데 필수적인 장비입니다.

대표 모델: Cohu Delta X
Delta X는 고속 핸들링과 높은 신뢰성을 제공하며, 다양한 패키지 형태를 처리할 수 있습니다. 온도 테스트 기능도 내장되어 있어, -40°C에서 +150°C까지 다양한 온도 조건에서 테스트가 가능합니다.

4. 자동 광학 검사 시스템 (Automated Optical Inspection System)

자동 광학 검사 시스템은 웨이퍼 표면의 결함을 검출하는 데 사용됩니다. 주로 패턴 결함, 오염, 긁힘 등을 찾아내어, 품질 관리를 도와줍니다.

대표 모델: KLA-Tencor 2910
2910 모델은 고해상도 광학 시스템을 통해 미세한 결함까지 검출할 수 있습니다. 빠른 검사 속도와 높은 정확도를 제공하여, 생산 라인의 효율성을 높이는 데 기여합니다.

5. 번인 오븐 (Burn-in Oven)

번인 오븐은 칩을 일정 시간 동안 고온에서 동작시켜 초기 불량을 걸러내는 장비입니다. 주로 신뢰성 테스트에 사용됩니다.

대표 모델: Espec BTX-475
BTX-475는 정밀한 온도 제어와 균일한 온도 분포를 제공하여, 안정적인 번인 테스트를 수행할 수 있습니다. 다양한 크기의 랙을 지원하여, 다량의 샘플을 동시에 처리할 수 있습니다.