한번에 16장 웨이퍼 검사…불량 반도체 칩 검사속도 대폭 줄여

반도체가 고집적화되면서 웨이퍼 검사의 중요성이 날로 커지는 가운데 국내 연구진이 기존보다 16배나 빠르게 웨이퍼를 검사할 수 있는 기술을 개발했다.

한국생산기술연구원은 디지털전환연구부문 남경태 박사 연구팀이 산학연 융합연구를 통해 한번에 16장의 웨이퍼 검사가 가능한 ‘고속 멀티 프로빙 웨이퍼 검사 시스템’을 개발했다고 22일 밝혔다.

웨이퍼 검사는 프로버(Prober) 장비의 척(Chuck) 위에 웨이퍼를 위치시키고 프로브 카드(Probe Card)와 접촉시켜 불량품을 선별해 내는 방식으로 진행된다.

프로브 카드에 장착된 미세한 핀들이 웨이퍼와 접촉해 전기신호를 보내면 되돌아오는 신호를 분석해 양품과 불량품을 판별하게 된다.

공동 연구팀은 1회 검사로 여러 장의 웨이퍼를 동시에 테스트할 경우 생산량은 증가하면서 시간과 비용은 줄일 수 있다는 데 착안해 고속 멀티 프로빙 웨이퍼 검사 시스템 설계에 착수했다.

새 검사 시스템의 핵심은 일체형 카트리지, 이송로봇, 멀티 챔버설계·제작과 이를 구동할 수 있는 통합 제어시스템이다.

이를 위해 연구팀은 웨이퍼 테스트의 주요 부품인 프로브 척, 웨이퍼, 프로브 카드를 하나의 프레임 안에 패키지화한 일체형 카트리지를 개발했다.

이어 일체형 카트리지를 16개 장착할 수 있는 멀티 챔버방(Chamber Channel)을 제작하고 얼라인먼트 알고리즘을 통해 카트리지를 검사용 챔버까지 정확하게 연결할 수 있는 시스템을 설계했다.

또 수백㎏에 달하는 고중량의 카트리지를 정해진 챔버방까지 빠르고 안정적으로 전달할 수 있도록 이송로봇도 함께 개발했다.

산학연이 함께 한 이번 기술은 기존 대비 단위시간 당 16배 많은 양을 처리할 수 있는 신기술로 반도체 웨이퍼 검사 장비의 75% 이상을 해외 제품에 의존하고 있는 우리나라의 장비 국산화 및 첨단화에 가속이 붙게 됐다.

연구에서는 생기원 남경태 박사 연구팀이 총괄 주관을 맡아 성균관대학교, ㈜티로보틱스, ㈜에이엠에스티와 함께 일체형 카트리지 얼라이너 및 이송로봇, 시스템 통합·제어기술을 개발했다.

또 한국전기연구원 정순종 박사팀은 다채널 동시 테스트에 필요한 멀티 챔버 및 웨이퍼, 핀의 접촉 정밀도를 높여 불량률과 부품 손상을 줄이기 위한 프로빙 조정모듈(Tilting Module)을 개발했고 한국재료연구원 전재호 박사팀은 노이즈를 최소화할 수 있는 열 척(Thermal Chuck) 구조를 설계·제작하고 관련 소재를 개발했다.

융합연구를 이끈 남경태 박사는 “고정밀·고집적화로 반도체 패러다임이 바뀌는 추세에 맞춰 웨이퍼 검사 시스템도 2세대 전환을 서둘러야 할 시점”이라며 “개발된 검사 시스템을 현장에 적용할 경우 기존 싱글 프로버 16대 분량의 검사가 가능해져 생산성과 공간 활용도를 높이면서도 비용을 획기적으로 줄일 수 있다”고 말했다.

[대전=뉴시스]