EDS 테스트, 웨이퍼 위에서 양품 칩을 가려내는 과정

사과 농장의 선별장에서는 수확한 사과를 상자에 담기 전에 크기와 색, 흠집을 보고 등급을 나눕니다. 겉에 작은 상처가 있는 사과는 주스용으로 돌리고, 속이 상한 사과는 아예 골라내죠. 상자에 다 담고 나서 고르려면 포장을 다시 뜯어야 하니, 선별은 포장 전에 하는 것이 당연합니다.

반도체에서 이 선별장 역할을 하는 단계가 EDS 테스트입니다. 칩을 패키지라는 상자에 담기 전에, 웨이퍼 위에서 칩 하나하나에 전기를 흘려 쓸 수 있는 칩과 버릴 칩을 가르죠. 이 글에서는 EDS의 목적과 실제 진행 과정을 단계별로 정리합니다.

EDS 테스트는 무엇을 검사하나

EDS(Electrical Die Sorting)는 말 그대로 전기적 특성으로 다이를 분류하는 공정입니다. 국내 반도체 업계에서 널리 쓰는 이름이고, 해외 자료에서는 웨이퍼 소트(Wafer Sort), CP(Chip Probing), 또는 그냥 웨이퍼 테스트라고 부르는 경우가 많죠. 이름은 달라도 웨이퍼를 자르기 전에 칩 단위로 전기 검사를 한다는 뜻은 같습니다.

여기서 헷갈리기 쉬운 것이 WAT와의 차이입니다. EDS와 WAT는 둘 다 웨이퍼 상태의 전기 검사이니 같은 것으로 보기 쉽지만, WAT는 칩 사이 스크라이브 라인에 만든 테스트 패턴을 재서 공정이 잘 됐는지를 봅니다. EDS는 실제 제품 칩 하나하나가 제대로 동작하는지를 보죠.

검사는 테스터, 프로버, 프로브 카드가 한 팀이 되어 진행합니다. 테스터는 신호를 만들고 결과를 판정하는 두뇌, 프로버는 웨이퍼를 옮기고 정렬하는 손, 프로브 카드는 칩의 패드에 직접 닿는 손끝에 해당하죠.

EDS 테스트의 세 가지 목적

첫째는 패키징 전 선별입니다. 불량 칩까지 패키지로 조립하면 기판, 접착제, 몰딩 재료와 조립 시간을 헛되이 쓰게 되죠. EDS 테스트로 불량을 미리 걸러 두면 패키징 공정은 양품 칩만 집어 올릴 수 있습니다.

둘째는 메모리 칩의 리페어입니다. 메모리는 설계 때 여분의 셀을 넣어 두는데, 어느 셀이 불량인지 알아야 여분 셀로 바꿀 수 있죠. EDS는 불량 셀의 위치를 찾아내는 역할과 고친 결과를 확인하는 역할을 함께 맡습니다.

셋째는 공정과 설계로의 피드백입니다. 어떤 웨이퍼의 어느 위치에서, 어떤 항목으로 불량이 났는지가 모두 데이터로 남기 때문이죠. 이 데이터는 팹에서 공정 이상을 찾고 설계에서 취약한 회로를 고치는 출발점이 됩니다.

EDS 진행 과정 한눈에 보기

회사와 제품에 따라 단계의 이름과 순서는 조금씩 다릅니다. 로직 칩은 리페어 단계가 없거나 칩 안의 메모리 블록에만 적용되고, 웨이퍼 번인을 하지 않는 제품도 많죠. 다만 접촉 확인, 기본 특성 검사, 기능 검사, 결과 기록이라는 뼈대는 거의 모든 제품에서 같습니다.

단계별로 들여다보기

접촉 확인과 전기적 특성 검사

EDS 테스트의 첫 관문은 의외로 칩이 아니라 바늘입니다. 바늘 하나가 패드에 제대로 닿지 않으면 멀쩡한 칩도 불량으로 판정되기 때문이죠. 그래서 각 핀에 작은 전류를 흘려 보호 다이오드의 전압을 재는 방식으로, 열린 곳이나 붙은 곳이 없는지 먼저 확인합니다.

연결이 확인되면 전기적 특성 검사(ET, Electrical Test)로 넘어갑니다. 전원을 넣었을 때 흐르는 전류가 너무 크거나, 꺼져 있어야 할 때 새는 전류가 기준을 넘으면 그 칩은 기능 검사까지 갈 필요가 없죠. 시간이 오래 걸리는 검사 앞에 빠른 검사를 두어 테스트 시간을 아끼는 순서입니다.

온도를 바꿔 가며 검사하는 이유

칩은 실제로 쓰일 때 뜨거워지기도 하고 추운 곳에서 켜지기도 합니다. 온도가 오르면 트랜지스터의 누설 전류가 늘고 속도가 떨어지며, DRAM은 셀에 저장한 전하가 더 빨리 새어 데이터를 유지하는 시간이 짧아지죠. 반대로 저온에서는 문턱 전압이 달라지는 등 고온과는 다른 종류의 약점이 드러납니다.

그래서 프로버의 척 온도를 높이거나 낮춘 상태에서 같은 기능 검사를 반복합니다. 상온에서만 검사하면 상온에서 통과한 칩은 어느 온도에서나 동작한다고 잘못 판단하게 되죠. 이 단계에서 찾은 불량 셀의 주소는 다음 단계인 리페어의 입력이 됩니다.

리던던시와 리페어

메모리 칩에는 본래 쓸 셀 외에 예비용 행과 열, 즉 리던던시(Redundancy) 셀이 들어 있습니다. 테스터는 불량 셀의 분포를 보고 어떤 예비 행과 열로 바꾸면 모든 불량을 덮을 수 있는지 계산하는데, 이를 리던던시 분석(RA, Redundancy Analysis)이라고 하죠. 예비 셀로 다 덮을 수 없으면 그 칩은 불량으로 판정됩니다.

계산이 끝나면 불량 주소를 예비 셀로 돌리는 연결을 실제로 바꿉니다. 레이저로 칩 안의 퓨즈를 끊는 레이저 리페어(Laser Repair)나, 전기 신호로 퓨즈 상태를 바꾸는 e-퓨즈(e-Fuse) 방식이 쓰이죠. 리페어 뒤에는 다시 검사해 바뀐 주소가 제대로 동작하는지 확인합니다.

잉킹과 웨이퍼 맵

마지막으로 검사 결과를 칩마다 남깁니다. 과거에는 불량 칩 위에 잉크 점을 찍어 눈으로 구분하게 했고, 이 단계를 잉킹(Inking)이라고 불렀죠. 지금은 칩의 좌표와 판정 결과를 담은 웨이퍼 맵(Wafer Map) 파일을 패키징 공정에 넘기는 방식이 널리 쓰입니다.

웨이퍼 맵에는 단순한 합격·불합격이 아니라 어떤 항목에서 떨어졌는지를 나타내는 분류 번호가 들어갑니다. 이 번호 덕분에 불량이 웨이퍼의 어느 영역에 몰렸는지, 어떤 유형이 늘었는지를 한눈에 볼 수 있죠.

웨이퍼 상태 검사의 한계

EDS 테스트는 바늘로 접촉한다는 점 때문에 한계도 분명합니다. 바늘과 테스터 사이의 신호 경로가 길고 복잡해 아주 빠른 신호를 정확히 다루기 어렵고, 접촉할 때마다 패드에 작은 자국이 남죠. 그래서 최고 속도 검사나 정밀한 특성 평가는 패키지 상태의 최종 테스트로 넘기는 경우가 많습니다.

시간도 큰 과제입니다. 웨이퍼 한 장에 칩이 수백 개 이상이니, 칩 하나씩 검사하면 장비가 아무리 많아도 부족하죠. 그래서 여러 칩에 한꺼번에 접촉해 동시에 검사하는 병렬 테스트가 널리 쓰이고, 메모리는 웨이퍼의 많은 칩을 한 번에 접촉하는 방식까지 발전했습니다.

EDS 세부 단계 비교 표

구분	목적	주요 확인 항목	결과물
로딩·정렬	바늘과 패드 위치 맞추기	패드 좌표, 웨이퍼 기울기	정렬된 웨이퍼
접촉 확인	잘못된 불량 판정 막기	핀별 오픈·쇼트	접촉 상태 기록
전기적 특성 검사	명백한 불량 빠르게 거르기	전원 전류, 누설 전류, 입출력 전압	1차 불량 목록
고온·저온 기능 검사	온도별 약점 찾기	데이터 쓰기·읽기, 셀 유지 특성	불량 셀 주소
리페어·재검사	고칠 수 있는 칩 살리기	리던던시 분석, 퓨즈 처리 결과	회복된 양품
잉킹·웨이퍼 맵	패키징과 분석에 결과 넘기기	칩별 판정과 분류 번호	웨이퍼 맵 파일

핵심 정리

EDS 테스트는 웨이퍼를 자르기 전에 칩마다 전기 신호를 넣어 양품을 가리는 공정입니다. 접촉 확인과 기본 특성 검사로 빠르게 거르고, 온도를 바꾼 기능 검사로 숨은 약점을 찾은 뒤, 메모리는 리페어로 살릴 수 있는 칩을 살리죠. 결과는 웨이퍼 맵으로 남아 패키징 공정과 수율 분석에 함께 쓰입니다.

선별장에서 사과를 상자에 담기 전에 고르듯, 반도체도 패키지에 담기 전에 고르는 편이 훨씬 경제적입니다. 각 단계를 볼 때 무엇을 아끼려고 이 순서를 정했는지, 이 단계의 결과가 다음 단계에 무엇을 넘겨주는지를 함께 따져 보면 EDS의 흐름이 자연스럽게 머리에 남습니다.

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