인시투(In-Situ) 반도체 검사를 위한 머신비전
반도체 공정이 복잡해짐에 따라 제조업체들은 이상이 발생하는 지점과 더욱 가까운 단계에서 이를 감지해야 합니다. 머신비전은 공정, 장비 및 기판에 대한 추가적인 이미징 정보를 제공하여 전용 AOI 및 반도체 계측 기술을 보완할 수 있습니다.
공정 초기 단계에서 비전 검사가 중요해지는 이유
반도체 웨이퍼나 유리 패널은 수백 단계에 이르는 공정 및 취급 과정을 거칠 수 있습니다. 첨단 패키징의 경우에는 웨이퍼 박막화, 미세 피치 RDL, 본딩, 디본딩, 반복적인 기판 취급과 같은 추가 공정들이 더해져 복잡성이 한층 더 높아집니다.
이러한 단계를 거치며 기판의 부가가치가 높아질수록 때늦은 이상 감지는 기판 손실 및 재정적 영향의 증가로 이어질 수 있습니다. 손상된 기판이 공정 장비에 유입되면 기판이 파손될 수 있고, 이로 인해 장비 세척, 복구, 재검증 및 생산 중단이 발생할 수 있습니다.
기존의 독립형 검사는 여전히 필수적이며, 특히 고해상도 결함 검사와 정밀 계측에서 중요한 역할을 합니다. 그러나 여기에서 한 가지 질문이 추가로 제기됩니다.
이상이 발생하는 공정 단계에서 감지 시점을 더욱 앞당길 수 있는 방법은 없을까요?
머신비전은 공정 중이나 공정 직전·직후에 추가적인 시각적 점검 지점을 제공하여 엔지니어가 공정 상황, 장비 작동 상태 및 기판 상태를 조기에 파악할 수 있도록 합니다.
머신비전 관점에서 ‘인시투(in situ)’란 무엇을 의미하나요?
‘인시투’는 ‘제자리에서’를 뜻하는 라틴어입니다. 반도체 제조 분야에서 이 용어는 일반적으로 공정이 이루어지는 위치에서 수행하는 측정이나 관찰을 의미합니다.
머신비전 관점에서는 이를 두 가지 관련 작업으로 구분할 수 있습니다. 하나는 공정 및 장비 모니터링이고, 다른 하나는 추가적인 웨이퍼 또는 패널 검사입니다.
공정 및 장비 모니터링
무슨 일이 일어나고 있을까요?
머신비전은 공정이나 장비가 작동하는 동안 발생하는 동적인 상황을 포착합니다.
대표적인 예는 다음과 같습니다.
액체 디스펜싱
챔버 윈도우를 통해 공정 동작 관찰
로봇 움직임
웨이퍼 또는 패널 핸들링
목적은 공정 및 장비의 동작을 가시화하여 모니터링 및 문제 해결에 활용하는 것입니다.
웨이퍼 또는 패널 AOI 추가
기판에 어떤 변화가 생겼을까요?
비전 시스템을 이용하면 웨이퍼가 장비 흐름 내에 있는 상태에서 공정 단계 직전이나 직후에 웨이퍼를 검사할 수도 있습니다.
주요 검사 대상은 다음과 같습니다.
코팅 이상
오염
스크래치
엣지 손상
이는 엄밀한 의미의 인시투 모니터링이라기보다는 장비 통합형 또는 공정 인접 검사에 해당합니다.
머신비전은 공정 인접 영역에서 어떤 역할을 할 수 있을까요?
공정 인접 비전 시스템의 역할이 매우 미세한 결함을 찾아내는 데 국한되는 것은 아닙니다. 오히려 적절한 위치와 시점에서 핵심적인 시각 정보를 포착하는 경우가 많습니다.
다음 두 가지 어플리케이션 사례에서는 반도체 제조 공정의 다양한 지점에서 머신비전이 공정, 장비 및 기판을 어떻게 모니터링하는지 확인할 수 있습니다.
사례 1: CMP 공정 중 액체 디스펜싱 모니터링
요구 사항
화학 기계적 평탄화(CMP) 공정 중에는 연마가 진행되는 동안 슬러리가 지속적으로 공급됩니다. 슬러리의 유동 상태는 재료 제거, 결함 발생 및 연마 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.
요구 사항은 공정 후의 웨이퍼 상태만 확인하지 않고 공정이 진행되는 동안 액체 디스펜싱 과정을 시각적으로 포착하는 것이었습니다.
문제점
디스펜싱은 장비 구성 요소가 움직이는 동안 동적으로 이루어집니다. 단일 이미지로는 전체 과정을 모두 파악하기 어렵고, 연속 촬영을 하면 불필요한 이미지 데이터가 과도하게 생성됩니다.
따라서 이미징 시스템은 장비의 작동 순서와 동기화되어 액체가 떨어지는 공정의 필요한 구간을 포착하면서 충분한 시간 해상도와 이미지 품질을 확보해야 합니다.
해결 방법
2.3MP GigE ace 2 에어리어 스캔 카메라 2대를 통합하여 디스펜싱 공정을 위아래에서 촬영합니다. pylon vTools를 사용하여 이미지 획득 시퀀스를 트리거하고 제어합니다.
이를 통해 시스템은 영상을 연속으로 촬영하는 대신 필요한 공정 구간만 기록할 수 있어 예상치 못한 액적 등 디스펜싱 이상 여부를 확인할 수 있습니다.
비전 시스템 구현 방법 살펴보기
계속해서 이미징 과제, 시스템 구성 및 해결 방법과 함께 공정 인접 영역에 웨이퍼 AOI를 추가한 또 다른 적용 사례를 확인해 보세요.