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반도체 패키징 불량분석용 고해상 3D 엑스레이 이미징 솔루션 등장…더 빨라지고 정확해지는 패키징 개발

발행일시 : 2019-01-23 17:00

광학기술 분야의 주자 자이스(ZEISS)가 1월 23일부터 25일까지 열리는 ‘세미콘코리아 2019’에서 2.5/3D 및 팬아웃 웨이퍼 레벨 패키지(FoWLP) 등 첨단 반도체 패키지의 불량분석(failure analysis, FA)을 위한 고해상 3D 엑스레이 이미징 솔루션 최신 제품들을 발표했다.

이번 행사를 위해 라즈 자미(DR. RAJ JAMMY) 자이스 반도체 제조기술 그룹 공정제어솔루션(PCS) 사업부분 글로벌 사장 겸 칼 자이스 SMT 사장과 롤리 에스트라다(RALEIGH ESTRADA) 칼 자이스 SMT 선임 마케팅 디렉터가 방한해 신제품의 소개와 아울러 사업전략을 발표했다.

라즈 자미(DR. RAJ JAMMY) 자이스 반도체 제조기술 그룹 공정제어솔루션(PCS) 사업부분 글로벌 사장 겸 칼 자이스 SMT 사장 <라즈 자미(DR. RAJ JAMMY) 자이스 반도체 제조기술 그룹 공정제어솔루션(PCS) 사업부분 글로벌 사장 겸 칼 자이스 SMT 사장>

이번에 발표된 솔루션들은 각각 서브마이크론과 나노급 패키지 FA 작업에 사용되는 엑스레디아 600 시리즈 버사(Xradia 600-series Versa)와 엑스레디아 800 울트라 엑스레이 현미경(XRM), 그리고 새로운 엑스레디아 콘텍스트 마이크로CT(Xradia Context microCT)이다.

반도체 업계에서는 CMOS 공정 축소 노드가 한계선에 가까워지면서, 반도체 성능 간극을 메울 수 있는 패키징 기술이 필요해졌다. 보다 작고 빠르면서 전력소모도 적은 반도체 생산을 칩을 3D로 적층하는 방식이나 그 밖에 다른 혁신적인 방식의 패키징 기법으로 전환하는 추세다.

그러나 이 방법은 패키지 구조의 복잡성과 불량율을 높이고 불량위치 시각화 면에서도 효과가 떨어진다. 따라서 패키징에서 불량의 근원을 효과적으로 차단하고 확인할 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있다.

이번에 발표된 자이스 신제품들은 첨단 3D 패키지의 온전한 구조 안에 담겨 있는 기능과 결함을 서브마이크론 및 나노급 3D 이미지로 보여줄 수 있는 새로운 3D 엑스레이 이미징 솔루션이다. 이 솔루션의 원리는 샘플을 회전하여 서로 다른 각도의 다양한 2D 엑스레이 이미지들을 캡처한 다음, 정교한 수학적 모델과 알고리즘을 사용하여 3D 입체 모양을 재구성하는 것이다. 무수히 많은 각도에서 이 3D 입체의 가상 단면을 살펴볼 수 있어 물리적 불량 분석(PFA)을 시도하기 전에 비파괴 방식으로 불량의 위치를 확인할 수 있다.

자이스 서브마이크론과 나노급 패키지 FA 작업에 사용되는 엑스레디아 600 시리즈 버사(Xradia 600-series Versa), 엑스레디아 800 울트라 엑스레이 현미경(XRM), 새로운 엑스레디아 콘텍스트 마이크로CT(Xradia Context microCT) <자이스 서브마이크론과 나노급 패키지 FA 작업에 사용되는 엑스레디아 600 시리즈 버사(Xradia 600-series Versa), 엑스레디아 800 울트라 엑스레이 현미경(XRM), 새로운 엑스레디아 콘텍스트 마이크로CT(Xradia Context microCT)>

엑스레디아 600 시리즈 버사는 온전한 반도체 패키지 내부의 국부적인 결함을 비파괴 방식으로 시각화하기 위한 차세대 3D XRM 장비이다. 공정 개발, 수율 개선, 구조 분석을 위한 구조적 및 FA 애플리케이션에서 탁월한 성능을 발휘하며, RaaD(Resolution at a Distance) 기능을 지원하고 버사 플랫폼을 기반으로 설계됐다.

엑스레디아 600 시리즈 버사는 패키지와 PCB, 300mm 웨이퍼의 결함과 불량의 근본적 원인을 확인할 수 있도록 원거리에서 대형 샘플에 대한 고해상 이미징을 표시하는 데 있어서 높은 성능을 제공한다. 이 장비는 일반적인 범프나 마이크로범프의 균열이나 솔더 웨팅 (solder wetting) 문제, 또는 TSV(Through Silicon Via) 보이드 같은 패키지 레벨의 불량과 관련된 결함을 눈으로 쉽게 확인할 수 있다. PFA(Physical Failure Analysis)를 시도하기 전에 결함을 3D로 시각화하면 인공결함(artifact)을 줄이고 단면 방향을 지정할 수 있어  FA 성공률을 높일 수 있다.

엑스레디아 800 울트라는 나노급 영역에 대한 3D XRM을 지원해 패키지에 묻힌 기능들의 이미지를 나노 크기의 공간 분해능으로 생성하면서, 확인하고자 하는 영역의 볼륨 무결성을 보존한다. 이 장비는 초미세 피치의 플립칩 및 범프 연결의 공정 분석, 구조 분석, 결함 분석에 활용되어 초미세 피치 패키지와 BEOL(back-end-of-line)의 공정을 향상시킬 수 있다.

엑스레디아 800 울트라는 미세피치 코퍼 필라 마이크로범프(copper pillar microbump) 안의 금속간 화합물이 소비하는 솔더의 텍스처와 부피를 시각화 할 수도 있다. 시각화 하는 동안 결함 부분은 그대로 보존되기 때문에, 다양한 기법들을 동원한 후속 분석이 가능하다. 웨이퍼-대-웨이퍼 본딩 인터커넥트나 다이렉트 하이브리드 본딩 같은 블라인드 어셈블리의 구조 품질도 3D로 특성화 할 수 있다.

엑스레디아 콘텍스트 마이크로CT는 버사 플랫폼을 기반으로 한 새로운 서브마이크론 분해능 3D 엑스레이 마이크로CT 시스템이다. 근거리에서 고효율로 패키지에 대한 고해상 이미징 검사를 수행할 수 있도록 설계됐다.

대형 샘플의 전체 필드 이미징을 위한 넓은 시야각(엑스레디아 버사 XRM 시스템보다 10배 더 큰 볼륨)과 작은 픽셀 크기에 고속 6메가픽셀 밀도를 지원하는 감지기가 비교적 넓은 시야각에서도 높은 분해능을 유지한다. 0.95µm의 공간 분해능과 0.5µm의 최소 화적소 크기를 지원하는 마이크로CT 엑스레이로 화질과 콘트라스트 뛰어나다.

자이스 공정제어솔루션(PCS) 및 칼 자이스 SMT 사장 라즈 자미 박사(Ph.D.)는 “이제 반도체 업계에서는 그 어느 때보다 더 패키지와 디바이스 특징들이 3차원적으로 작아지고 있으며, 그에 따라 패키징 수율을 끌어올릴 수 있도록 불량을 신속하게 차단할 수 있는 새로운 이미징 솔루션이 필요해졌다”며 “첨단 반도체 패키징을 위해 새로 발표한 3D 엑스레이 이미징 솔루션 3종이 고객들의 불량 분석 성공률을 더욱 높일 수 있는 강력한 고해상 툴세트를 제공한다”고 밝혔다.

이향선기자 hslee@nextdaily.co.kr

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