고급 패키징 검사 및 계측
첨단 패키징 기술은 마이크로 범프 피치를 20 µm 수준으로 계속 축소하고 다이 스택 높이를 증가시키고 있습니다. 패키지의 출하 여부를 결정하는 특징들은 이제 대부분의 검사 장비가 설계된 기준보다 더 작아졌으며, 점점 더 많은 특징들이 광학 현미경으로는 관찰할 수 없는 실리콘 아래에 위치하고 있습니다.
단면 절단을 통해 이러한 내부 특징을 확인할 수 있지만, 이는 절단된 개별 부품에 대해서만 가능합니다. 비파괴 검사는 부품을 손상시키지 않은 상태에서 이러한 숨겨진 특징을 평가할 수 있게 해줍니다. 적절한 검사 시스템을 선택하는 것은 검사 대상 특징, 그 위치, 그리고 패키지 내 깊이 등에 따라 달라집니다.
Evident는 와이어 본드, 플립 칩, 재분배층(RDL), 실리콘 관통 비아(TSV)의 정밀한 이미징 및 3D 측정을 위한 다양한 첨단 패키징 검사 및 계측 시스템을 제공합니다.
- 비파괴 검사: 근적외선 이미징을 사용하여 패키지를 손상시키지 않고 실리콘을 관통하는 특징을 검사합니다.
- 정량적: 시료에 접촉하지 않고 3D 높이, 평면도, 스텝 높이를 측정합니다.
- 선제적: 리플로우, 몰딩 또는 후속 레이어 본딩 전에 측정하여, 공정 조정을 통해 불량 및 재작업을 줄일 수 있습니다.
근적외선 이미징을 통해 장치를 절단하지 않고도 실리콘 아래의 반도체 구조를 확인할 수 있습니다.
각 패키징 기술이 검사에 요구하는 사항
첨단 패키징에는 미세한 표면 디테일을 식별하고, 실리콘 아래의 특정 구조를 드러내며, 3D 표면 형상을 측정할 수 있는 검사 방법이 필요합니다.
패키징 기술을 통한 검사
와이어 본딩 검사
DSX2000 디지털 현미경으로 촬영한 볼 본드 및 패드 중심 정렬 상태.
과제
볼 본딩은 엄격한 크기, 형상 및 패드 중심 위치 공차를 충족해야 합니다. 루프 높이나 와이어 스윕이 부정확할 경우, 와이어가 다이 가장자리와 단락되거나 캡슐화 과정에서 손상될 수 있습니다.
해결 방안
와이어 본드 품질은 본딩된 디바이스에서 직접 볼 직경, 패드 중심 정렬, 루프 높이 및 와이어 스윕을 측정하여 평가합니다. STM7 측정 현미경은 정밀한 3축 측정을 지원합니다. DSX2000 디지털 현미경은 2D 및 3D 측정 기능을 추가하며, 전체 와이어 루프를 화면에 담을 수 있는 초점 심도와 21배에서 7,300배에 이르는 배율 범위를 통해 단일 시스템으로 매크로에서 마이크로에 이르는 검사를 수행할 수 있습니다.
LEXT OLS5500 3D 광학 프로파일로미터로 촬영한 집적 회로상의 솔더 범프 3D 이미지.
과제
플립 칩 다이를 표면이 아래로 향하게 본딩하면 실리콘 아래에 솔더 범프가 가려집니다. 본딩 전에는 범프 높이와 평면도를 확인해야 하며, 본딩 후 검사에서는 선택된 매몰 구조물을 비파괴 방식으로 관찰해야 합니다.
해결 방안
본딩 전, LEXT™ OLS5500 3D 광학 프로파일러는 시료에 접촉하지 않고 범프 높이와 평면도를 측정합니다. 높이 기준면을 설정하면 시야 내의 모든 범프를 한 번에 측정할 수 있으므로, 20 µm 범프로 구성된 전체 시야 데이터를 약 10초 만에 획득할 수 있습니다.1 본딩 후, 적외선 관찰용으로 구성된 MX63 웨이퍼 검사 현미경은 최대 1.2 mm 두께의 실리콘을 투과하는 근적외선 이미징을 사용하여 절단 없이 선택된 매몰 구조물을 관찰합니다.
1Evident의 내부 측정 결과 기준.
LEXT OLS5500 3D 광학 프로파일러로 3D로 촬영한 베어 반도체 웨이퍼의 레이저 마크.
과제
RDL 패터닝, 범핑 및 메탈라이제이션 공정은 다이(die)가 웨이퍼 형태로 남아 있는 상태에서 수행됩니다. 공정 후반부에 발견된 표면 결함이나 높이 편차는 웨이퍼 로트 전체를 위험에 빠뜨릴 수 있습니다.
해결 방안
DSX2000 디지털 현미경은 공정 시작 전에 베어 웨이퍼 표면의 결함 및 오염 물질을 감지합니다. PRECiV™ 소프트웨어의 입자 감지 기능은 스티칭된 이미지를 기준으로 설정된 임계값과 비교하여 수행되며, 감지된 입자를 클릭하면 확인을 위해 스테이지가 해당 위치로 이동합니다. LEXT™ OLS5500 3D 광학 프로파일러는 패터닝 후 RDL 스텝 높이와 범프 프로파일을 비접촉 방식으로 측정합니다.
IR 대물렌즈를 장착한 BX53M 직립 현미경으로 촬영한, 실리콘을 통해 보이는 회로 구조 및 본드 패드.
과제
팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징은 다이를 캐리어 위에 뒤집힌 상태로 배치한 후, 이를 성형하여 재구성된 웨이퍼로 만듭니다. 성형 과정 중 발생하는 가열 및 냉각으로 인해 패널이 뒤틀리고 다이가 제 위치에서 벗어나게 되며, 이로 인해 상단에 패터닝된 재분배층의 정렬이 어긋나게 됩니다.
해결 방안
근적외선 이미징을 통해 RDL 패터닝 전에 캐리어와 실리콘을 투과하여 각 다이의 위치를 파악하므로, 보정이 가능한 시점에 위치 오류를 식별할 수 있습니다. 적외선 관찰용으로 구성된 MX63 현미경과 적외선 대물렌즈가 장착된 BX53M 직립 현미경은 정렬 및 회로 패턴의 실리콘 투과 검사를 지원하며, 적외선 대물렌즈는 최대 1.2 mm 두께의 실리콘에 적합하도록 설계되었습니다.
실리콘을 투과하여 관찰된 회로 패턴 및 본드 패드로, 투과 적외선 관찰 방식을 사용하는 MX63 웨이퍼 검사 현미경으로 촬영한 이미지입니다.
과제
여러 개의 칩렛이 실리콘 인터포저 위에 나란히 배치되어 있으며, TSV와 고밀도 RDL을 통해 연결됩니다. 단 하나의 트레이스 단선이나 정렬이 어긋난 마이크로 범프만으로도 전기적 연결이 끊어져 고가의 완성 모듈에 문제를 일으킬 수 있습니다.
해결 방안
2.5D 패키지의 인터포저 트레이스와 마이크로 범프 정렬은 조립의 여러 단계에서 검사할 수 있습니다. 적외선 검사에 최적화된 MX63 현미경은 인터포저 RDL을 스캔하여 단락 및 개방 현상을 식별합니다. 웨이퍼 상의 칩 본딩(COW) 후, 이 현미경의 적외선 이미징 모드를 활용하면 다이(die)를 투과하여 약 20~40 µm 피치의 마이크로 범프 정렬을 검증할 수 있습니다.
LEXT OLS5500 3D 광학 프로파일러로 촬영한 실리콘 관통 비아(TSV) 구조의 3차원 이미지.
과제
적층된 다이는 실리콘 관통 비아(TSV)를 통해 여러 층을 연결합니다. 비아의 깊이와 프로파일은 에칭 후 검증됩니다. 후면 박막화 공정 후에는 표면 평탄도와 TSV 돌출 정도를 평가해야 하며, 매립형 충전 결함의 경우 별도의 검사 방법이 필요합니다.
해결 방안
LEXT OLS5500 3D 광학 프로파일로미터는 TSV의 깊이와 프로파일, 그리고 노출된 TSV의 지형을 비접촉 방식으로 측정합니다. MX63 현미경은 차분 간섭 콘트라스트(DIC) 기술을 사용하여 미세한 표면 높이 차이의 가시성을 향상시킵니다. 표면 아래 TSV 충전 공극의 검사는 음향 또는 X선 검사를 통해 수행해야 합니다.
패키징 공정에 적합한 시스템 선택
적합한 검사 시스템은 검사 대상이 표면에 노출되어 있는지, 실리콘 아래에 위치해 있는지, 아니면 3차원 형상으로 정의되는지에 따라 달라집니다.
웨이퍼
검사 현미경
1 레이저 스캐닝 현미경 2 백색광 간섭계 3 초점 변동 현미경 4 보장된 정확도와 재현성은 장치가 제조업체의 사양에 따라 교정되었고 결함이 없는 상태인 경우에만 적용됩니다. 교정은 Evident 기술자 또는 Evident 공인 전문가가 수행해야 합니다.
첨단 패키징 검사 및 계측에 관한 자주 묻는 질문
귀사의 공정에 대해 이야기해 봅시다
모든 패키징 라인은 각기 다른 기술 조합, 공차, 처리량 목표를 사용합니다. 검사해야 할 대상을 알려주시면, 귀사에 적합한 현미경 구성을 찾아드리겠습니다.
자료
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디지털 현미경을 이용한 본딩 와이어 검사
반도체는 정밀한 공정을 통해 제조됩니다. 그 중 한 단계는 와이어 본딩으로, 집적 회로의 전극을 납땜된 금, 알루미늄, 구리 와이어를 사용하여 리드 프레임에 연결하는 공정입니다. 이 와이어의 직경은 10 µm까지 작을 수 있으며, 2~3 µm 수준의 정밀한 납땜 정확도가 요구됩니다. 와이어 납땜에 필요한 정밀도 수준이 높기 때문에 미세한 진동만으로도 본딩이 약해질 수 있으며, 이는 결국 전자 장치의 고장으로 이어질 수 있습니다.
반도체 베어 웨이퍼 레이저 마킹
웨이퍼 마킹은 반도체 웨이퍼 로트를 관리하는 데 필수적인 공정입니다. 일반적으로 실리콘 웨이퍼에는 펄스 레이저 조사를 통해 ID 번호가 마킹됩니다. 레이저 조사는 실리콘 웨이퍼 표면의 결정 격자에 움푹 패인 자국을 만듭니다. 이러한 자국들은 도트 매트릭스 형태의 문자와 코드 시퀀스를 형성합니다. 최근 몇 년간 실리콘 웨이퍼는 밀도가 지속적으로 증가하는 동시에 두께는 점점 얇아지고 있습니다. 이에 따라 레이저 마킹 기술의 크기를 더욱 축소하고 정확도를 높일 필요가 대두되었습니다.
