웨이퍼 검사는 반도체 산업의 핵심 공정으로, 웨이퍼에서 결함을 찾는 과정입니다.간단히 말해, 웨이퍼는 전기 회로가 장착된 집적 회로(IC 또는 칩이라고도 함)를 만드는 데 사용되는 실리콘 같은 반도체 재료의 얇은 조각입니다.
반도체 칩은 자동차, 노트북, 가전제품, 스마트폰 등 전자 기기의 필수 부품이기 때문에 웨이퍼가 대량으로 빠르게 생산됩니다.수요를 충족하려면 웨이퍼 검사가 빠르고 정확하며 반복 가능해야 합니다.
그럼 제조업체는 웨이퍼 검사 품질 관리를 어떻게 개선할 수 있을까요?
웨이퍼 검사 공정을 최적화하는 손쉬운 방법 중 하나는 올바른 장비 조합을 선택하는 것입니다.반도체 웨이퍼 검사 현미경과 직관적인 계측 이미지 분석 소프트웨어를 결합하면 워크플로를 단순화하고 시간을 절약할 수 있습니다.이 게시물에서는 웨이퍼 검사와 결함 분석을 위해 현미경 설정과 워크플로를 최적화하는 방법을 설명합니다.
웨이퍼 검사를 위한 현미경 장비와 소프트웨어 선택 팁
웨이퍼 제조는 복잡한 공정입니다.이 공정에는 회로 만들기, 웨이퍼 산화, 포토레지스트 코팅, 패턴 프린팅, 에칭, 불순물 확산 및 평탄화가 포함됩니다.이러한 단계에서 최종 제품에 결함이 발생할 수 있습니다.흔한 결함에는 불규칙한 코팅, 불순물, 회로 파손 등이 있습니다.
웨이퍼 결함이 있으면 전기 회로가 올바르게 작동하지 못할 수 있기 때문에 웨이퍼 검사는 제조 공정에서 제품 품질을 보장하기 위한 중요한 단계입니다.웨이퍼의 결함은 마이크로미터급에서 발생하므로 광학 현미경이 흔히 웨이퍼의 비파괴 검사에 사용됩니다.사용자는 다양한 관찰 방법과 대물렌즈로 샘플 표면을 명확하게 볼 수 있어야 하며 추가 분석이나 향후 참조를 위해 결과를 쉽게 문서화할 수 있어야 합니다.
전동식 스테이지와 웨이퍼 탐색 소프트웨어가 장착된 현미경은 이 작업이 최대한 빨리 진행되도록 해줍니다.고급 하드웨어와 분석 소프트웨어를 결합하여 빠른 이미지 측정 기술을 제공하는 광학 현미경을 찾아보세요.
선택하는 하드웨어는 응용 분야에 따라 달라집니다.4인치, 8인치, 12인치 웨이퍼를 지원하는 반도체 웨이퍼 검사 현미경을 구매하실 수 있습니다.예를 들어 MX63L 현미경에는 12인치의 큰 웨이퍼를 놓을 수 있는 대형 스테이지가 장착되어 있습니다.
그림 1.웨이퍼 검사용 MX63L 현미경
웨이퍼 검사 현미경은 다양한 고해상도 디지털카메라 및 적외선(IR) 카메라와 함께 사용할 수 있습니다.웨이퍼 검사 현미경과 함께 최신 계측 소프트웨어를 사용하면 다음과 같이 할 수 있습니다.
- 다양한 위치에서 고분해능, 마이크로미터 이하 수준의 웨이퍼 이미지 캡처
- 측정 수행
- OK/NOK 판정 제공
- 모든 데이터 저장
일부 시스템은 확실한 측정 정확도와 반복성을 제공하므로 사용자는 결과에 확신을 가질 수 있습니다.
사전에 정의된 워크플로를 사용하여 효율적인 웨이퍼 검사 수행
최적화된 웨이퍼 검사 설정을 위한 또 다른 중요한 기능은 자동화입니다.계측 검사는 일반적으로 웨이퍼의 알려진 여러 위치에서 수행되기 때문에 이 공정을 자동화하면 검사 효율성이 크게 향상됩니다.그러나 자동화 설정에서 시간이 가장 많이 걸리는 부분 중 하나는 반복 검사를 수행하도록 소프트웨어를 프로그래밍하는 것입니다.
계측 소프트웨어를 선택할 때는 사전에 정의된 워크플로를 제공하는지 확인하세요.이 기능을 사용하면 자동 검사를 쉽고 빠르게 설정할 수 있습니다.마찬가지로, 선택한 하드웨어가 검사 위치를 빠르고 정확하게 찾을 수 있는지 확인하세요.예를 들어, MX63L 현미경을 PRECiV™ 이미지 및 측정 소프트웨어와 함께 사용하면 이 최적화된 설정을 얻을 수 있습니다.
자동 웨이퍼 검사 유형
자동 웨이퍼 검사는 사용 가능한 정보에 따라 다양한 방식으로 설정할 수 있습니다.다음은 두 가지 옵션입니다.
1.알려진 웨이퍼 레이아웃을 사용한 웨이퍼 검사
웨이퍼가 사전에 설계되어 있으므로 일반적으로 제조업체는 각각 다른 칩의 2D 구조를 알려주는 해당 맵 레이아웃 파일을 가지고 있습니다.CAD 파일에서는 3D 구조 레이아웃에 대해 각 지점의 Z 높이 정보를 저장할 수도 있습니다.이러한 파일을 읽을 수 있는 계측 소프트웨어가 있으면 이 레이아웃 파일을 사용하여 웨이퍼 탐색 맵을 작성할 수 있습니다.이렇게 하려면 CAD 소프트웨어에서 웨이퍼 설계 파일을 열고 칩에서 관심 지점을 정의합니다.이 정보를 저장한 후 계측 소프트웨어로 전송합니다.
많은 최신 계측 소프트웨어 프로그램은 아래 그림 2a와 같이 CAD 파일(예: DXF 파일)을 읽고 사용자가 프로그래밍한 지점을 전송할 수 있습니다.이 예에서 녹색 선은 웨이퍼 위의 회로 설계를 나타냅니다.웨이퍼 마커(확대: ×, +, o)는 웨이퍼를 정렬하는 데 사용됩니다(일부 웨이퍼에서는 한 쌍의 마커만 사용 가능하거나 마커가 역순으로 되어 있음).참고로, 웨이퍼 위의 세 번째 기준점(옵션)을 사용하여 기울기 보정을 수행할 수 있습니다.
(a)
(b)
그림 2.(a) 웨이퍼의 CAD 도면 예시 및 (b) 이미지 (a)에 정의된 위치에서 MX™ 현미경과 PRECiV 소프트웨어를 사용하여 캡처한 이미지.
사용자는 새 웨이퍼를 넣을 때마다 소프트웨어에서 2개 또는 3개 지점의 위치와 초점을 확인해야 합니다.그런 다음 소프트웨어는 자동 스테이지를 사전에 정의된 모든 측정 지점(그림 2a의 빨간색 점)으로 이동시켜 인포커스(in-focus) 이미지를 캡처하거나 실시간 분석을 수행합니다.그림 2b는 하드웨어와 소프트웨어에서 캡처한 개별 이미지를 보여줍니다.관심 지점이 다른 칩의 동일한 위치에 있기 때문에 거의 동일하게 보입니다.
사용자는 원래 정의 파일에서 위치를 쉽게 수정하고 업데이트된 파일을 계측 소프트웨어로 전송하여 이미징 공정을 수정할 수 있습니다.소프트웨어가 특정 검사 워크플로를 충족하도록, 사용자와 긴밀하게 협력하여 모든 CAD 파일을 조정하고 검토하는 데 도움을 줄 수 있는 계측 소프트웨어 공급업체를 선택하세요.
2.행 및 열 기반 포지셔닝을 사용한 웨이퍼 검사
웨이퍼 레이아웃의 CAD 도면이 없는 사용자를 위해 일부 이미지 분석 프로그램은 다지점 및 반복 측정 워크플로를 제공합니다.한 가지 예는 PRECiV 소프트웨어의 Navigate on Wafer 맞춤형 솔루션입니다.이 솔루션은 웨이퍼 레이아웃을 정의하고 이미징을 위해 웨이퍼 위의 다양한 지점을 탐색합니다.그림 3은 여러 샘플 영역을 지정하는 예를 보여줍니다.
첫째, 웨이퍼 레이아웃(x와 y축의 칩 오프셋)과 정렬은 3개의 지정된 칩 위치로 정의할 수 있습니다.사용자는 다른 칩에서 (3,3), (3,8), (7,8) 같은 반복 구조(그림 3의 파란색 점)를 선택해야 합니다.
그림 3.웨이퍼 샘플의 스키마.레이아웃 정의는 3개의 칩(파란색 점)을 사용한 행 및 열 기반 정의입니다.정의된 관심 지점(POI)은 빨간색 점(왼쪽)입니다.샘플 이미지(오른쪽)가 관심 지점(POI)에 표시됩니다.
각 칩의 정확한 좌표는 이 좌표계를 기반으로 정의됩니다.그런 다음 사용자는 칩 목록과 칩당 관심 지점(POI)을 정의해야 합니다.여기에는 POI당 획득을 위한 대물렌즈(10배, 20배, 50배 등)와 칩의 특정 위치를 결정하고각 위치에서 자동 초점 조절을 적용할지를 선택하는 작업이 포함됩니다.다른 칩 위치로 가는 모든 후속 자동 이동을 위해 설정에 액세스합니다.
Navigate on Wafer 솔루션이 어떻게 작동하는지 보려면 아래 동영상을 시청하세요.
공 웨이퍼의 결함 분석
공 웨이퍼에 불순물이 있는지 확인하는 것도 또 다른 중요한 검사입니다.현미경은 많은 수의 이미지를 획득해야 하고 소프트웨어는 그 이미지를 처리해야 하기 때문에 이 검사는 까다로울 수 있습니다.빠른 다지점 이미지 획득 소프트웨어 기능은 이 검사에 도움이 됩니다.
입자를 탐지하기 위해 일부 계측 소프트웨어에서는 불순물을 식별하는 위상 임계값을 사용자가 설정할 수 있습니다.모양과 크기 제한 같은 다른 입자 제한도 설정할 수 있습니다.불순물 검출과 동시에 위상 분석, 입자 계수, 크기 분포 등도 수행할 수 있습니다.그림 4는 오염된 샘플에서 불순물을 탐지한 후 Excel 스프레드시트에 표시하는 계측 소프트웨어의 예를 보여줍니다.
그림 4.PRECiV 소프트웨어에서 불순물을 보여주는 공 웨이퍼 샘플의 스냅샷 이미지.Evident의 MX 현미경과 흑백 카메라로 촬영한 이미지.
웨이퍼 검사가 느려질 수 있는 또 다른 이유는 캡처해야 하는 이미지의 수가 매우 많다는 것입니다.이미지를 각각 캡처하고 하나씩 처리하고 저장하는 작업은 느리고 비효율적입니다.각 단계에 시간이 걸리고 이미지 저장은 많은 공간을 차지하며 각 단계에서 인간이 개입해야 합니다.또한 특정 상황(예: 반복 측정)에서는 이미지가 모두 동일하게 보이는 경향이 있습니다.사용자는 관련 데이터가 포함된 이미지에만 관심이 있기 때문에 모든 이미지를 저장할 필요는 거의 없습니다.
최신 계측 소프트웨어는 다중 이미지 정렬 획득과 실시간 이미지 처리(위상 분석) 기능을 결합하여 결과 스티칭 이미지에서 불순물을 탐지할 수 있습니다.일반적인 워크플로에는 다음 단계가 포함됩니다.
- 웨이퍼 샘플 넣기
- 스티칭 획득 공정 수행
- 임계값 설정
- 입자 탐지 버튼 클릭
또한 사용자가 몇 가지 통과 기준을 정의할 수 있어 소프트웨어는 고려해야 할 입자가 어떤 것인지 판단을 내릴 수 있습니다.
그림 5.(지나치게) 오염된 웨이퍼 샘플의 스티칭 이미지에서 입자 탐지(왼쪽).이미지의 확대된 부분과 탐지된 입자의 표 형식 표시가 오른쪽에 나와 있습니다.
위 그림 5의 표는 스티칭된 이미지에서 실시간 입자 탐지의 결과를 보여줍니다.현미경에 전동식 스테이지가 장착된 경우, 이미지 위의 입자를 클릭하거나 표의 결과를 클릭하면 스테이지가 샘플의 입자 위치로 이동하므로 사용자는 소프트웨어가 탐지한 입자를 확인할 수 있습니다.대형 입자 검색이 용이하도록 각 표 열을 정렬할 수 있습니다.
기존의 임계값 기반 분석에 대한 대안으로, 딥러닝은 웨이퍼에서 입자 검출 속도를 높이는 동시에 더 높은 재현성과 더 강력한 분석 기능을 제공할 수 있습니다.금속학과 재료학에서 AI 기반 이미지 분석의 잠재력이라는 게시물에서 딥러닝으로 이미지 분석을 더 쉽고 더 정확하게 만드는 방법에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.
최대한 효율적인 웨이퍼 검사 만들기
반도체 웨이퍼 제조업체는 품질 관리를 포함한 모든 공정의 속도를 높이는 방법을 계속해서 모색하고 있습니다.이 게시물에서는 현미경 하드웨어와 계측 소프트웨어의 올바른 조합을 선택하는 것이 최대한 효율적으로 웨이퍼를 검사하는 데 중요하다는 사실을 보여줍니다.사용하기 쉬운 다지점 이미징, 실시간 분석, 딥러닝 같은 최신 기능은 반복성과 정확성을 제공하면서 검사 공정을 매우 단순화하고 가속화합니다.분석 소프트웨어를 특정 웨이퍼 탐색 및 측정 요구 사항에 맞게 조정하면 검사를 더욱 간소화할 수 있습니다.
웨이퍼 검사 현미경과 워크플로를 최적화하는 데 도움이 필요하시면 저희 전문가에게 문의하세요.저희가 도와드리겠습니다.
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