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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