반도체 웨이퍼 검사를 위한 최신 SWIR 기술

반도체 플랫폼을 기반으로 하는 집적 회로는 전자 장치 및 센서부터 태양광 패널에 이르기까지 모든 현재 기술의 대부분을 뒷받침합니다.

이러한 플랫폼에 대한 수요는 계속 증가하고 있으며, 컨설팅 회사인 McKinsey는 반도체 산업의 가치가 2021년 약 6,000억 달러에서 2030년까지 1조 달러 이상으로 증가할 것으로 예상하고 있습니다.

이러한 성장의 약 70%는 전기 자동차, 데이터 저장 및 무선 통신 분야의 애플리케이션에 의해 주도될 것으로 추정됩니다.

높은 수율과 안정적인 제조 공정에 대한 요구로 인해 우수한 반도체 웨이퍼 검사 기술이 필요하게 되었습니다. 웨이퍼 검사에는 제조 공정 전반에 걸쳐 반도체 칩을 이미징하여 결함을 찾아내는 작업이 포함됩니다.

그러나 검사 프로세스는 단일 칩을 제조하는 데 수백 단계가 필요하므로 비용과 시간이 많이 소요됩니다. 프로세스에는 최대 2개월이 걸릴 수 있습니다. 이러한 문제를 해결해야 할 필요성이 커지면서 반도체 검사 산업 자체가 중요해졌습니다. Allied Market Research에 따르면 현재 가치는 50억 달러이며 2031년에는 89억 달러로 성장할 것으로 예상됩니다2.

제조업체는 제조 속도를 높이는 데 도움이 되는 칩 검사를 위한 더 빠르고 더 높은 해상도의 이미징 솔루션을 지속적으로 찾고 있습니다. 따라서 세계에서 가장 중요한 산업 중 하나인 분야에서 생산량과 효율성을 높이기 위해 최첨단 카메라가 개발되고 있으며 푸른 하늘 연구가 수행되고 있습니다.

대부분의 반도체 장치는 실리콘 웨이퍼로 만들어집니다. 실리콘은 가시광선에 대해 대부분 불투명하지만 단파 적외선(SWIR) 스펙트럼의 빛에 대한 투과율이 훨씬 높아 1,050nm보다 큰 파장에서 투명하게 만듭니다. 결과적으로 칩 검사에 사용되는 많은 카메라 기술은 SWIR 센서를 기반으로 합니다. 이러한 시스템의 대부분은 감도 범위가 900~1,700nm인 인듐 갈륨 비소(InGaAs) 센서를 사용합니다. SWIR 조명으로 실리콘 반도체 칩을 조명함으로써 이 카메라는 미세 균열이나 오염 입자와 같은 작은 특징을 감지할 수 있습니다.

“작은 기능과 오류를 확인하려면 신호 대 잡음비가 좋아야 합니다. 그러기 위해서는 매우 민감한 카메라가 필요합니다.”라고 칩 제조 분야의 반도체 웨이퍼 검사용 센서 및 카메라 개발업체인 Xenics의 전략 마케팅 관리자인 Marc Larive는 말합니다.

Xenics의 카메라는 반도체 검사에서 SWIR 감지기에 필요한 높은 감도와 픽셀 해상도 사이의 중요한 절충점을 달성하는 것을 목표로 합니다. 카메라의 감도는 픽셀 크기에 직접적으로 비례하지만 더 작은 픽셀 크기로 가는 것이 항상 최선의 해결책은 아닙니다.

Lucid Vision Lab의 Atlas 및 Triton SWIR 카메라

“가시 카메라에서는 높은 해상도를 얻을 수 있기 때문에 가능한 가장 작은 픽셀 크기를 얻는 것이 목표입니다.”라고 Larive는 말합니다. “그러나 SWIR에서는 자연광이 많지 않기 때문에 그렇지 않습니다. 작은 결함을 찾고 있으므로 적은 예산이 문제입니다. Xenics에서는 픽셀 크기가 20미크론인 매우 좋은 절충안을 찾았습니다. 이를 통해 아주 작은 항목과 작은 오류도 감지할 수 있습니다."

Xenics가 제공하는 SWIR 카메라는 자체 제작한 InGaAs 광다이오드 검출기 어레이, 20미크론 픽셀 직경을 사용하고 최대 300Hz 풀 프레임의 속도를 제공하는 Wildcat+ 640 시리즈입니다. Larive는 Wildcat+ 640이 높은 동적 범위와 함께 시중에서 가장 높은 "정규화된 감도"(검출기 노이즈와 비교한 픽셀 표면의 측정)를 제공한다고 말합니다. 또한 제조 고객에게 매우 중요한 기능인 표준 산업용 인터페이스와 트리거링 기능도 함께 제공됩니다. Xenics는 더 작은 픽셀 크기를 사용하는 대부분의 시장 경쟁업체보다 약 20% 더 높은 정규화된 감도를 얻을 수 있다고 주장합니다.

해상도와 속도가 중요한 지표이기는 하지만 Xenics는 기존 제조 인프라와의 손쉬운 통합과 호환성도 매우 중요하다고 강조합니다. Larive는 “이것은 로켓 과학이 아닙니다.”라고 말합니다. “그러나 이는 제조업체에게 매우 중요하므로 기술을 재개발하는 데 수년을 소비할 필요가 없습니다. 플러그 앤 플레이 방식이어야 합니다.”