반도체 테스트공정 (EDS공정, 패키지 테스트) 관련 밸류체인 정리

AI의 발전으로 반도체는 더욱 고단화, 세밀화되어 가고 있다. 지금까지는 전공정의 세밀화에 집중해왔다면 AI가 대두되면서 CPU, GPU, 메모리를 어떻게 배치하고 쌓는지가 중요해지고 있다. 전공정에서 만들어진 웨이퍼를 검사하고 자르고 패키징 하는 후공정의 기술이 중요해지고 있다. 이번 포스팅에서는 웨이퍼를 제작 후 패키징 하는 단계까지 각 테스트하는 공정에 대해 알아보고 장비, 소모품, 테스트하우스 등 관련 밸류체인에 대해 정리해 보았다.

반도체 8대공정은 1) 웨이퍼제조 → 2) 산화공정 → 3) 포토공정 → 4) 식각공정 → 5) 증착,이온공정 → 6) 금속배선 → 7) EDS공정 → 8) 패키징 순으로 만들어진다. 웨이퍼 제조에서 금속배선공정까지가 전공정이라고 한다. 전공정 이후 공정에 대해 다시 좀 더 자세히 세분화 하면 다음과 같다.

전공정 → 웨이퍼 번인 테스트 → 프로브 검사 → 패키징 → 패키지 번인 테스트 → 최종 검사 → 모듈공정 → 모듈 테스트 → 기기별 검사

테스트 공정은 크게 EDS공정과 패키징하는 단계에서 하는 패키지 테스트가 있다. 각 테스트 공정을 정리해 보면 다음과 같다.

EDS공정(Electrical Die Sorting)

1. EDS공정(Electrical Die Sorting) 란?

웨이퍼를 테스트하는 공정으로 이후 패키징 공정이 시작되기 때문에 사실상 전공정 마지막 단계이다. 웨이퍼 위에 Die가 전기적 (Electrical) 성질을 만족하는지 검증하고 분류(Sorting)하는 테스트이다. Die는 웨이퍼 위에서 IC를 담고 있는 하나의 조각을 말한다.

2. EDS공정(Electrical Die Sorting) 단계

• ET Test & WBI(Electrical Test & Wafer Burn In)
  1. ET Test는 반도체 직접회로(IC) 동작에 필요한 개별소자들에 전기적 직류전압, 전류특성의 파라미터를 테스트한다.
  2. WBI공정에서 웨이퍼에 일정 온도의 열을 가한 다음 AC(교류)/DC(직류) 전압을 가해 제품의 결함, 약한 부분 등 잠재적인 불량 용인을 찾는다.
  3. EDS테스트 단계 중 비교적 큰 시장(장비, 부품 등)이 형성되어 있는 단계이다.
• Hot/Cold Test
  1. 전기적 신호를 통해 웨이퍼 상의 각각의 칩이 특정 온도에서 정상적으로 동작하는지 판정한다.
• Repair/Final Test
  1. Hot/Cold 공정에서 수선 가능으로 판정된 칩들을 수선하고, 수선이 끝나면 Final Test 공정을 통해 수선이 제대로 이루어졌는지 재차 검증하여 양/불량을 최종 판단한다.
• Inking
  1. 불량 칩에 특수 잉크를 찍어 육안으로도 불량을 식별할 수 있도록 만드는 공정

패키지 테스트

패키징을 마친 반도체 패키지를 검사장비에 넣고 다양한 조건의 전압이나 전기신호, 온도, 습도 등을 가해 제품의 특성, 기능적 특성, 동작 속도 등을 측정하는 테스트이다.

한 개의 패키지를 한 개의 패키지 테스트 소켓에 넣은 후, 수십 개의 소켓을 메인 보드에 넣어 일괄적으로 외부 환경의 변화를 준 후 각 반도체 패키지의 성능 테스트를 진행하는 방식이다. 패키지 테스트 소켓은 크게 ‘번인 테스트 소켓’과 ‘테스트 소켓’ 두 종류가 있다.

1. 패키지 테스트 단계

• Assembly Out 단계
  1. 제품 종류, 제품 수, 입출력 핀의 수 등 당초에 계획한 제품의 스펙과 생산 결과물이 외관상 일치하는지를 확인하는 단계이다.
  2. 공정과정, 경과 시간과 수율 등의 내용도 기록된다.
  3. 겉으로 드러난 생산 성과를 확인하는 단계
• 패키지 단계 번인 테스트 (PLBI)
  1. 가혹한 온도조건에서 4시간에서 48시간까지 각각의 셀에 데이터를 쓰고 지우며 각각 셀의 동작 여부를 검사하는 테스트이다.
  2. EDS공정의 WBI와 동일한 목적으로 진행되나 개별 칩이 개별 번인 테스트 소켓에 탑재된 후 진행되는 차이가 있다.
• Final Test
  1. 일반적으로 ‘테스트’라 불리는데 마지막 테스트라 하여 ‘Final Test‘라 칭한다.
  2. 상용 환경보다 좀 더 열악한 조건 및 최악의 조건을 조합하여 전기적 특성 및 기존에 정의된 기능이 정상적으로 작동하는지를 검증하는 테스트이다.
  3. 동 테스트에 사용되는 소켓은 인터페이스 보드 (Interface Board = DUT Board, Device Under Test Board)에 전기 신호를 전달하기 위해 패키지와 소켓이 접촉하는 방식에 따라 핀(Pin) 타입과 러버(Rubber, 고무) 타입으로 나뉜다.

모듈 테스트(Module Test)

여러 칩을 적층하여 하나의 단품으로 패키징한 것을 모듈이라 하며 이를 검증하는 테스트를 모듈 테스트라 한다.

메모리 반도체에서 DIMM(dual in-line memory module, DRAM 모듈), SSD (Solid State Drive, NAND 플래시 메모리 모듈)가 동 테스트의 대상이다.

테스트 공정 밸류체인