반도체/8대 공정
반도체 테스트 공정
by jun_code
2024. 11. 17.
반도체 테스트
정의와 특징
- 테스트 목적 : 불량 제품 출하 방지가 가장 크다 / 개발이나 양산 중인 제품의 결함 피드백 및 개선 등
- 웨이퍼 칩이 반복 배열되어 있고 격자 하나하나가 칩이다
- 전공정 : 웨이퍼 제조 및 회로 새기는 공정
- 후공정 : 칩 패키징
- 테스트 대상 형태에 따른 분류 : 웨이퍼 테스트 / 패키지 테스트
- 테스트 순서 : 웨이퍼 테스트 -> 패키지 공정 -> 패키지 테스트
- 테스트 항목에 따른 분류 : 온도별 테스트 / 속도별 테스트 / 동작별 테스트
- 전기적 파라미터의 중요한 변수 : 드레인 전류
- 기술 고도화 및 미세화로 소스에서 드레인 단자 사이를 지나가는 전자의 이동 통로인 채널 단면적이 좁아짐
- 채널 단면적으로 드레인 전류가 줄어 스펙 한계값 축소가 필요함
테스트 항목에 따른 분류
- 온도별 테스트 : 테스트 대상에 인가되는 온도 기준
- 고온 테스트 : 제품 스펙에 있는 온도 범위에서 최고 온도보다 10% 이상 온도
- 저온 테스트 : 제품 스펙에 있는 온도 범위에서 최저 온도보다 10% 이하 온도
- 상온 테스트 : 보통 25도 온도 인가
- 속도별 테스트 : 코어 테스트 / 스피드 테스트
- 코어 테스트 : 반도체 제품의 원래 목적하는 동작을 잘 수행하는가(메모리 반도체가 셀 영역에서 정보를 잘 저장하는가)
- 스피드 테스트 : 원하는 속도로 제품이 동작할 수 있는가
- 동작별 테스트 : DC 테스트 / AC 테스트 / 기능 테스트
- DC 테스트 : 전류를 DC로 인가하여 결과가 전류나 전압으로 나타날 수 있는 항목을 평가
- AC 테스트 : 전류를 AC로 인가하여 입출력 스위칭 시간 등의 AC 동작 특성 평가
- Function(기능) 테스트 : 제품의 각 기능이 정상적으로 작동하는지 확인(메모리 셀의 정상 동작여부, 메모리 주변 회로 정상 동작 여부)
테스트 대상 형태에 따른 분류
웨이퍼 테스트
정의와 특징
- 웨이퍼가 테스트 대상(웨이퍼에 수많은 칩들의 특성과 품질을 검증) => 테스트 장비와 칩을 연결하여 칩에 전류와 신호를 인가함
- 웨이퍼 상태 반도체 칩의 양품/불량품을 선별하여 이후 진행되는 패키징/테스트 작업 효율 향상(수율 증가)
- 프루브 카드
- 웨이퍼의 경우 시스템 연결 장치가 없으므로 웨이퍼 패드와 물리적 접촉이 가능하도록 탐침이 있는 프루브 카드를 사용
- 패키지가 완료된 제품의 경우 시스템에 연결할 수 있는 솔더볼 같은 Pin이 있기에 테스트 장비와 전기적 연결이 가능하다
- 웨이퍼 전면이 위를 보고 프루브 카드의 탐침이 아래를 향하도록 테스트 헤더에 장착되어 웨이퍼와 프루브 카드가 접촉하게 된다
- 프루브 카드를 통해 전류와 신호를 인가하고 읽어 테스트를 진행한다
- 프루브 카드 탐침 : 프루브 카드에서 웨이퍼의 패드와 전기적, 물리적 접촉을 하는 바늘 모양의 침
- 프루브 카드의 탐침 배열은 테스트하고자하는 칩의 패드 배열과 같고 테스트 시에는 웨이퍼와 2~3번 접촉으로 웨이퍼에 있는 칩을 테스트한다
- 웨이퍼 테스트 순서 : EPM -> 웨이퍼 번인 -> 테스트 -> 리페어 -> 테스트
참조 : https://news.skhynix.co.kr/post/seominsuk-column-test
- EPM : Electrical Parameter Monitoring
- 개발 및 양산중인 제품의 결함을 개선하는 것이 목적 => 제품의 단위 소자의 전기적 특성을 평가하여 제작 공정에 피드백을 주는 것이 주목적
- 웨이퍼 테스트 전에 설계부서와 소자부서가 제시한 기본 특성을 만족하는지 검사하는 과정
- 웨이퍼 번인 : Wafer Burn In
- 제품이 가진 잠재적 불량을 유도하여 초기 불량을 미리 선별하는 과정(프루브 카드를 사용하여 테스트)
- 온도와 전압을 인가하여 웨이퍼 상태의 제품에 스트레스를 가하여 초기 불량 기간에 발생할 수 있는 불량을 도출
- 제품의 고장 : 수명 초기 제조상 불량(Early Failure), 수명이 다하여 발생하는 불량(Wear out)
- 프루브 카드 : 웨이퍼 내에 제작된 칩의 전기적 동작 상태 검사를 위한 카드로 핀이 일정하게 있음
- 테스트
- 초기 불량을 도출한 후 웨이퍼 레벨에서 칩의 전기적 특성을 검사 => 불량칩 사전검출, 패키지/실장에서 생길 수 있는 불량을 미리 선별, 웨이퍼 레벨 분석을 통한 소자 및 설계 피드백이 가능하다
- 실장 : 보드나 시스템에 기계적/전기적으로 붙여져 조립되는 공정
- 불량으로 도출된 셀의 경우 Repair 과정을 통해 여분의 셀로 대체할 수 있다
- 셀 : 기억소자내 데이터를 저장하기 위한 최소 소자 집합(1셀 = 1Tr + 1C)
- 리페어 : Repair
- 불량 셀을 여분의 셀로 대체하는 과정 => 불량인 셀만 교체하여 다시 양품이 되어 수율이 증가함
- 단점 : 설계 시 여분의 셀을 만드는 공간이 필요하다
- 열 단위 리페어와 줄 단위 리페어가 있는데 불량 셀이 있는 열이나 줄의 물리적 연결을 끊고 여분의 셀이 있는 열이나 줄에 연결하여 리페어 알고리즘을 적용한다
- 레이저 리페어 : 노출된 배선에 레이저로 배선을 태워 연결을 끊기
- 칩 보호층이 벗겨진 영역에서 리페어해야하므로 웨이퍼 테스트에서만 사용 가능(패키징을 하면 칩의 표면이 패키지 재료로 덮이기 때문)
- e-퓨즈 리페어 : 배선에 높은 전압이나 전류를 인가하여 연결 끊기
- 내부회로에서 진행되기 때문에 웨이퍼 테스트와 패키지 테스트 공정 모두 사용 가능함
- 웨이퍼 테스트 이후 테스트 공정
- 번인 테스트 : 웨이퍼 레벨 테스트와 패키지 레벨 번인 테스트가 있음(TDBI)
- 패키지 테스트(파이널 테스트) : 불량 제품
- 모듈 테스트
패키지 테스트
정의와 특징
- 웨이퍼 테스트에서 양품으로 판정된 칩을 대상으로 패키지 공정을 수행하고 완성된 패키지를 테스트한다
- 웨이퍼 테스트에서는 양품이지만 테스트 공정 이후 불량이 될 수 있다
- 패키지 단위로 테스트하기 때문에 장비에 주는 부담이 적고 테스트 조건이나 항목이 자유롭다
- 웨이퍼 테스트의 경우 동시에 여러칩 테스트는 장비읜 한계로 충분한 테스트가 불가능하다
- 패키지 테스트 : TDBI -> 테스트 -> Visual 검사
- 패키지의 핀(솔더볼)을 패키지 테스트 소켓에 넣어 소켓의 핀과 패키지의 핀이 물리적으로 접촉 -> 패키지 테스트 소켓을 패키지 테스트 보드에 장착하여 패키지 테스트 진행
- TDBI : Test During Burn In
- 제품의 초기 잠재불량을 제거하기 위한 전압과 전류를 인가하는 과정으로 패키지 후 실시하는 번인
- 웨이퍼 테스트 시에도 Wafer Burn In을 진행하여 웨이퍼와 패키지에서 번인을 동시 적용
- 테스트
- 사용자 환경에서 데이터 시트에 정의된 기능이 정상적으로 동작하는지 판단
- 데이터 시트 : 반도체 제품에서 보장하는 특성 정보를 정의한 규정서
- Visual 검사 : 외관 검사
- 패키지 테스트 후 레이저 마킹으로 특성을 외관에 기록
- 레이저 마킹 후 패키지 트레이에 양품 패키지를 담기 전 균열, 마킹 오류 등을 검사한다
반도체 테스트 공정 Step 관점 구분
- 공정 Step별 : 웨이퍼 테스트, 패키지 테스트, 모듈 테스트
웨이퍼 테스트
- FAB 공정에서 만들어진 반도체 회로의 동작 여부 검증(웨이퍼에서 각 칩의 전기적 특성 점검)
- 가느다란 바늘을 칩의 패드에 밀착하여 전기적 신호를 인가하여 회로를 거쳐 나온 전기적 특성을 측정하여 판정(Die Sorting)
- 불량 Tr은 우회하거나 양품 Tr로 대체(Repair 시에는 Laser Beam을 이용해 수선하여 양품으로 수선)
- 프루브 카드를 사용하여 테스트를 수행
패키지 테스트(파이널 테스트)
- 신뢰성 테스트, AC/DC 테스트, Function 테스트 등이 집중된 중요한 테스트 공정
- 웨이퍼가 분리되어 개별 칩이나 모듈로 조립된 후 테스트 수행(제품 출하 전 최종적으로 전기적 특성 검사)
- DC/AC 테스트와 Function 테스트를 통해 양품/불량품을 판정하고 양품들 중에서 속도별로 분류(Speed Sorting)을 하여 고객 요구 속도에 만족하는 제품 확보
- 고객의 요구에 맞게 칩의 속도, 용량, 신뢰성 등을 모두 충족하는지 확인하여 신뢰성 있는 제품을 납품하기 위함
모듈 테스트(보드 테스트)
- 웨이퍼에서 분리된 칩들이 모듈 형태로 조립되어 테스트 진행 => DC 테스트 -> 기능 테스트 -> 실장 테스트
- 조립된 모듈의 성능을 확인하고 여러 칩이 하나의 시스템으로 잘 작동하는지 검증
- 기능성 검사, 전력 소모 측정, 열 시험등을 통해 다양한 환경에서 모듈 신뢰성 점검
- PCB와 칩의 연관관계를 점검하기 위해 상온에서 DC 테스트, 기능 테스트를 진행하고 실제 고객 환경에서 칩을 동작하는 실장 테스트 진행
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반도체 테스트 기능 관점 구분
- 기능별 : DC Test, AC Test, Function Test
DC 테스트 => EPM
- 개별 Tr의 전기적 특성을 측정하는 EPM을 진행하여 개별 Tr이 잘 동작하는지 확인
- 단자간 누설전류 확인, Spec 한계 점검 등
- DC 테스트 결과가 한계치(최대~최소치) 내 Spec-In 되었는지 확인하는 절차
- Spec-Out된 경우 공정 단계에 따라 처리 방법이 다름
- 양산 단계 Spec-Out : 해당 칩을 Failure로 처리해 다이 본딩에서 제외
- 개발 단계 Spec-Out : 해당 사항 피드백으로 공정/제품/기술 개선 조치
Function Test
- Function Test는 여러 소자를 한꺼번에 점검하여 간섭현상이나 누설전류 등으로 인해 Tr의 영향을 확인
- 여러 종류의 테스트용 패턴을 인가하여 정상 결과와 동일한 결과가 나오는지 검토
AC Test
- 시간 변수에 따른 입력이 주어질 떄, Set-up, Hold Time 등 시간과 관련된 사항을 점검하고 동작 시간을 측정
