3차원(3D) 패키지 불량, 15분만에 분석한다
3차원(3D) 패키지 불량, 15분만에 분석한다
  • 김주연 기자
  • 승인 2019.01.23 17:00
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자이스, 첨단 패키지용 고해상도 3D 엑스레이 시스템 3종 출시

반도체 전공정 미세화가 한계에 부딪히자 업계가 내놓은 솔루션은 2.5차원(2.5D) 및 3D 후공정 기술이다.

각 다이(Die)를 층층이 쌓는 적층 구조의 반도체에서 다이(Die)들은 수천, 수만개의 마이크로 범프(micro bump)로 서로 연결(interconnect)된다. 이 연결이 잘못되면 반도체가 제 성능을 내지 못한다. 적층 구조라 불량이 생기면 버려야 하는 칩은 이전의 수 배에 달한다. 불량 분석(FA)이 어느 때보다 중요해진 이유다.

첨단 반도체 패키지의 불량을 3D로 정확하게 파악할 수 있는 솔루션이 나왔다.

 

▲라즈 자미(Raj Jammy) 자이스 공정제어솔루션(PCS) 및 칼 자이스 SMT 대표가 22일 기자간담회에서 제품을 설명하고 있다./자이스
▲라즈 자미(Raj Jammy) 자이스 공정제어솔루션(PCS) 및 칼 자이스 SMT 대표가 22일 기자간담회에서 제품을 설명하고 있다./자이스

자이스(ZEISS)는 2.5D 및 3D 패키지, 팬아웃웨이퍼레벨패키지(FoWLP) 등 첨단 반도체 패키지용 고해상도 3D 엑스레이 시스템 3종을 출시했다고 23일 밝혔다.

회사가 내놓은 불량 분석 시스템은 마이크로(㎛) 이하 불량을 검출하는 ‘엑스레디아 600 시리즈 버사(Xradia 600-series Versa)’와 나노(㎚)급 불량을 잡아내는 ‘엑스레디아 800 울트라 엑스레이 현미경(XRM)’, 넓은 시야각의 ‘엑스레디아 콘텍스트 마이크로CT(Xradia Context microCT)’다.

모두 원리는 같다. 샘플을 엑스레이 광원(Source)과 상이 맺히는 디텍터(Detector) 사이에 두고 회전시키면서 수천개에 달하는 2D 이미지를 찍고, 정교한 수학적 모델링과 알고리즘을 사용해 3D 입체 모양을 재구성하는 것이다.

이를 통해 제품 절단 등 물리적 불량 분석(PFA) 없이도 비파괴 방식으로 불량의 위치를 정확하게 집어낼 수 있다.

먼저 ‘엑스레디아 600 시리즈 버사’는 패키지 내부의 국부 결함을 시각화하는 차세대 엑스레이 현미경이다. 현미경 여러 개를 디텍터로 삼아 샘플이 광원과 디텍터 사이 어디에 있던 온전한 해상도의 이미지를 보여준다.

반도체 패키지, 인쇄회로기판(PCB), 웨이퍼, 패널까지 다양한 크기의 샘플을 시스템 하나로 관찰할 수 있다.

해상도를 낮춰 검출 시간을 높일 수도 있는데, 보통은 불량이 난 부분만 검사하기 때문에 짧게는 15분이면 고해상도 3D 이미지를 얻을 수 있다. 이전 ‘엑스레디아 500 시리즈 버사’보다 검출 시간을 절반으로 줄일 수 있다고 회사는 설명했다.

‘엑스레디아 800 울트라’는 나노급 영역에서 불량을 검출하는 엑스레이 현미경으로, 입자가속기와 비슷한 구조다.

초미세 간격(Pitch)의 플립칩(FC) 및 범프 연결의 공정 분석, 구조 분석, 결함 분석에 활용된다. 얇은 구리 기둥 형태의 마이크로범프 솔더 볼의 재질과 부피를 시각화할 수도 있다. 예를 들어 구리 기둥의 윗 부분이 평탄하게 됐는지를 3D 이미지로 살펴보는 식이다.

직경 100㎛ 정도의 마이크로 범프는 1시간 내 온전한 샘플을 추출할 수 있고, 투과 전자 현미경(TEM)이나 에너지 분산형 엑스레이 분광분석기(EDS), 원자 현미경(AFM) 등 후속 분석을 위한 시스템에도 연결할 수 있다.

‘엑스레디아 콘텍스트 마이크로CT’는 버사 플랫폼 기반의 마이크로CT다. 마이크로 영역을 검사하는데, 근거리에서 높은 효율로 고해상도 이미지를 얻을 수 있다. 디텍터가 현미경 형태가 아니라 시야각이 ‘600 시리즈 버사’보다 10배 넓다. 옵션으로 ‘엑스레디아 600 시리즈 버사’로 업그레이드할 수 있다.

 

▲자이스 3D 반도체 패키지 불량 분석 시스템 사양./자이스, KIPOST 정리

라즈 자미(Raj Jammy) 자이스 공정제어솔루션(PCS) 및 칼 자이스 SMT 대표는 “전공정 업계는 20년 전만 해도 1마이크로 이하로 선폭을 줄이기는 어려울 것이라고 여겼지만 수 나노 단위까지 선폭을 줄였다”며 “불량을 줄여 비용 문제를 해결할 수 있다면 후공정에서도 혁신이 일어날 수 있을 것”이라고 설명했다.


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