비전으로 안정적인 웨이퍼 프로버 정렬
첨단 웨이퍼 테스트 공정에서 프로버 정렬은 가장 까다로운 비전 작업 중 하나입니다. 패드 피치가 25µm 이하이고, 웨이퍼당 15만 개 이상의 컨택 포인트를 가진 환경에서 정렬은 웨이퍼와 프로브 카드 양쪽의 기준 마크를 인식하여 하나의 통합 좌표계를 유지하는 데 기반합니다. Basler의 안정적인 이미징, 정밀한 광학 설계, 지능형 알고리즘은 웨이퍼 변형이나 다이 이동이 발생하더라도 빠르고 정확하며 반복 가능한 정렬을 구현할 수 있도록 지원합니다.
정렬이 중요한 이유는 무엇인가요?
반도체 산업이 첨단 패키징과 멀티 다이 아키텍처로 발전함에 따라 웨이퍼 프로빙은 양품 다이(KGD) 품질을 보장하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 2.5D 및 3D 패키징에서는 미세한 오정렬도 컨택 불량이나 패드 손상을 유발하여 후공정 비용을 크게 증가시킬 수 있으므로 각 터치다운마다 마이크론 단위의 정밀도를 달성해야 합니다.
오프라인으로 수행할 수 있는 프로브 팁 검사와 달리, 정렬은 각 테스트 터치다운 시마다 실시간으로 수행되어야 합니다. 시스템은 웨이퍼 전반에 걸쳐 마이크론 단위의 좌표 보정을 실행해야 하며, 이를 위해 다중 기준 마크와 좌표 변환을 활용해 웨이퍼 위페이지와 열 드리프트를 보정합니다. 이러한 이유로, 정렬은 웨이퍼 테스트에서 가장 까다로운 비전 과제 중 하나로 꼽힙니다.
비전 기술로 정렬 문제 해결
제한된 광학 조건에서의 서브마이크론 정밀도 확보
25 µm 이하의 미세 피치 환경에서는 광학 물리적 한계로 인해 정렬 정밀도가 본질적으로 제약을 받습니다. 이는 단순히 해상도의 문제가 아니라, 픽셀 샘플링율, 광학 수차, 심도 한계, 반사 및 노이즈, 명암비 저하 등 다양한 광학 요소가 복합적으로 작용하기 때문입니다. 기존의 픽셀 크기로는 서브마이크론 단위의 미세 변위를 직접 검출할 수 없으며, 렌즈 수차 및 필드 곡률은 넓은 시야각에서 누적 오차를 증가시킵니다.
Basler 카메라는 다음과 같은 요소를 통해 계측급 정밀도를 구현합니다:
고해상도 센서
원근 오차를 제거하는 텔레센트릭 광학
픽셀 단위 이하의 정밀 보간을 수행하는 서브픽셀 알고리즘
카메라 간 일관성은 매우 중요합니다. Basler는 이를 보장합니다:
엄격한 배치 간 품질 관리
균일한 색 반응, 감도, 노이즈 성능
멀티 카메라 시스템 최적화
반사 표면 대응 조명 설계
거울 같은 반사를 일으켜 센서를 포화시키며, 초박형 웨이퍼는 반투명해져 간섭 패턴을 일으킵니다. 이러한 조건에서는 기존의 브라이트필드 조명이 제대로 작동하지 않습니다.
동축(Coaxial) 조명은 금속성 글레어를 최소화하면서 표면 필름을 투과시켜 안정적인 이미징을 제공합니다. 다크필드 조명은 매끄러운 금속 표면을 어둡게 표현하면서도 정렬 마크의 가시성을 유지합니다. 편광 조명 구성은 정반사를 효과적으로 제거합니다. HDR(하이 다이나믹 레인지) Basler 카메라는 밝은 금속 영역과 어두운 기판 영역을 동시에 선명하게 포착하며, 안티 블루밍 아키텍처를 통해 강한 반사광이 인접 픽셀에 영향을 미치는 현상을 방지합니다.
노이즈 환경에서의 기준 마크(Fiducial) 인식
생산용 웨이퍼의 기준 마크는 종종 CMP 잔류물, 입자, 스크래치, 복잡한 패턴 등으로 인해 가려지거나 왜곡됩니다. 이러한 아티팩트는 진짜 기준 마크를 가리거나 유사한 패턴을 만들어, 템플릿 매칭이 실패하는 원인이 됩니다.
안정적인 인식을 위해서는 선명한 엣지를 유지하는 노이즈 필터링, 명암 대비가 다른 영역을 위한 멀티 스케일 템플릿 매칭, 조명 불균일을 보정하는 적응형 임계값 처리가 필요합니다. 여기에 Basler의 Shape Centroid Finder가 더해지면, 기준 마크의 정확한 중심 좌표 계산을 통해 정렬 오차를 최소화하고 반복 정밀도를 극대화할 수 있습니다.
이 알고리즘들은 호스트 PC에서 효율적으로 실행될 수도 있으며 pylon vTools또는 Basler 프레임 그래버를 활용해 카메라나 프레임 그래버 내에서 실시간으로 가속 처리할 수도 있습니다. VisualApplets 이를 통해 유연한 시스템 아키텍처 구성이 가능합니다.
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정밀 정렬을 위한 듀얼 기준 마크(Dual-Fiducial) 조정
프로버 내 비전 시스템은 웨이퍼 상의 전역 기준 마크(Global Wafer Fiducial) 뿐만 아니라 포토리소그래피 공정 중 형성된 프로브 카드의 고정 기준 마크(Reference Mark)도 인식합니다.
두 기준 마크 세트를 상호 연계함으로써, 시스템은 열 드리프트(Thermal Drift), 조립 공차(Assembly Tolerance), 기구적 오프셋(Mechanical Offset)을 보정하는 통합 좌표계(Unified Coordinate Frame)를 형성합니다. 이 정렬 구조는 완전 자동화된 고정밀 정렬 구현을 가능하게 합니다. 이러한 듀얼 기준 마크 상관(Correlation) 방식은 안정적인 프로브 터치다운과 반복 가능한 테스트의 핵기반이 됩니다.
비전 기술로 열 드리프트 및 다이 시프트 보정
테스트 중 웨이퍼와 프로브 카드는 -40°C에서 +150°C에 이르는 온도 변화 속에서 열팽창 불일치가 발생해, 범프 위치가 수 미크론 단위로 이동하게 됩니다. 싱귤레이션 후 필름 프레임에 실장된 다이도 예측 불가능하게 이동할 수 있어 실제 범프 위치가 기존 프로브 카드 설계 레이아웃과 일치하지 않게 될 수 있습니다. 비전 엔지니어의 관점에서 보면 이 두 가지 문제는 동일한 툴셋으로 해결됩니다: 먼저 템플릿 매칭을 통한 기준 마크(Fiducial) 인식,
그 다음으로 아핀 변환을 적용하여 이동, 회전, 스케일 보정을 계산합니다. 이렇게 계산된 아핀 보정 행렬은 스테이지 컨트롤러로 전달되어, 드리프트나 다이 이동이 있더라도 프로브가 항상 정확한 패드 위에 착지하도록 보장합니다.
이미징 안정성 및 처리 효율성
첨단 프로버에서 정렬 정확도는 해상도와 조명 뿐만 아니라 전체 이미징 체인의 기하학적 안정성과 처리 효율에도 크게 좌우됩니다. 아주 미세한 광학 왜곡이나 지연 시간도 미크론 단위의 오차로 이어질 수 있습니다. Basler는 하드웨어 레벨의 실시간 알고리즘 가속 기능을 통합하여 완벽한 동기화와 신뢰성 높은 이미징을 보장합니다. 왜곡 보정 이를 통해 호스트 부하를 줄이고 시스템 처리량을 향상시켜 시스템 통합업체가 속도, 정밀도, 반복 안정성을 모두 유지하면서 고속 테스트 환경을 구현할 수 있도록 지원합니다.
얼라인먼트는 단순한 프로세스로 보이지만 실제 생산 현장에서는 가장 안정적으로 유지하기 어려운 비전 작업 중 하나입니다. Basler 카메라는 웨이퍼 프로버·본딩 스테이지 등 고정밀 정렬 시스템 전반에서 검증된 성능을 입증하며, 일관된 이미지 품질과 신뢰성 있는 정렬 결과를 제공합니다. Basler의 차별화된 강점은 시간이 지나도, 배치가 달라도, 24/7 운전 환경에서도 변함없는 정밀도 유지 능력에 있습니다.
비전을 통해 반복 가능한 웨이퍼 정렬 구현
Basler의 솔루션은 첨단 프로버 정렬 공정을 위해 설계된 정밀도 중심의 비전 시스템입니다. 고해상도 이미징 뿐만 아니라 강력한 기준 마크 인식, 실시간 아핀 보정, 열 및 기계적 조건에서도 안정적인 이미징을 통해 프로브가 항상 목표 패드에 정확히 착지하도록 보장합니다.
웨이퍼 프로버 정렬에 문제가 있으신가요? 비전 전문가에게 문의하세요.KGD 보증을 위한 유연한 비전 솔루션
Basler의 비전 솔루션은 최적화된 조명, 강력한 기준 마크 인식, 아핀 보정 및 실시간 알고리즘 가속을 결합하여 안정적이고 반복 가능한 이미징을 보장합니다. 이이는 멀티 다이 패키징과 같은 첨단 반도체 제조에서 요구되는 초저결함 수준을 달성하는 데 중요한 역할을 합니다.
Basler 파트너십을 통한 주요 이점
얼라인먼트 어플리케이션 검증 완료: 웨이퍼 프로빙 및 본딩 공정 전반에서 검증된 안정적인 카메라 성능으로 장기적인 정밀도 유지
통합 최적화 설계: 광광학 컨설팅, 왜곡 보정, FPGA 옵션을 통한 시스템 설계 간소화
설계 단계부터 일관성 확보: 배치 간 이미지 안정성이 뛰어나며, 최소한의 재보정으로 24/7 운영 지원 가능
이 완전한 이미징 체인 설계는 빠른 통합과 생산 환경 전반에서의 일관된 성능을 가능하게 합니다.
해당 솔루션용 제품들
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