기능테스트

기능테스트(Functional Test)는 제품이나 서비스가 실제로 의도한 기능을 수행하는지 확인하는 테스트이다. 예를 들어, 메모리 소자의 경우 데이터 저장과 읽기/쓰기 기능을 테스트한다. 반도체 테스트는 공정 스텝(step) 관점에서는 웨이퍼테스트, 패키지테스트, 모듈테스트로 구분할 수 있으며, 기능별로 구분할 경우 DC(Direct Current)/AC(Alternating Current)/Function/실장/신뢰성 테스트 등으로 나눌 수 있다.

상세

반도체 테스트는 기능 측면에서 볼 때 DC 테스트, AC 테스트, 기능테스트 등 총 3개로 구별할 수 있다. DC 테스트는 전류를 DC로 인가하여 테스트의 결과가 전류 또는 전압으로 나타날 수 있는 항목을 평가한느테스트 항목이다. AC 테스트는 전류를 AC로 인가하여 AC 동작 특성, 예를 들어 제품의 입출력 스위칭 시간 등의 동적 특성을평가할 수 있다. 기능테스트는 제품의 각 기능을 동작시켜 정상 동작 여부를 확인하는 테스트이다. 예를 들어 메모리 반도체제품의 경우에는 메모리 셀의 정상 동작 여부와 메모리 주변 회로의 정상 동적 여부를 확인하게 된다.

DC 테스트

DC 테스트(혹은 DC Parametric Test)에서는 개별 Tr의 전기적 특성을 측정하는 EPM(Electrical Parameter Measurement)을 진행해 칩 내 개별 Tr들이 제대로 동작하는지 확인한다. 구체적으로는 구조물들이 Open 혹은 Short 되었는지, 단자 간 누설전류들이 발생하는지, 여러 가지 종류의 입력/출력 전압들이 Spec 한계 내 있는지 등을 기본적으로 점검한다.

예를 들어, 와이어(Wire)나 볼(Ball)이 들뜨거나 유실되었는지, 회로의 선이 서로 붙었는지 등 형태적인 불량 여부는 물론이고, 확산과 이온 주입 시의 농도 및 사용 가스의 종류 등 Fab과 Package 공정상의 치명적인 오류까지 전기적으로 검사하고 밝혀낼 수 있어야 한다. 물론 100% 확인해 내기는 힘들겠다.

즉, DC Test는 Tr을 형성하기 위해 수행된 공정상의 매개변수(Process Parameter)가 제대로 진행되었는지를 검토한 결과(Performance)라고 볼 수 있다. 따라서 DC 테스트 결과들은 Limit 값(한계치)이 있어 최대치 혹은 최소치가 규정되어 있다. 전(前)공정을 진행한 각 과정이 Spec-in으로 들어왔는지 여부를 측정한 결과와 미리 설정한 기준 모델을 비교해 차이가 있는지 확인하는 절차라고 볼 수 있다.

양산 단계에서 칩이 Spec-Out인 경우, 해당 칩은 Fail로 처리해 다이 본딩(Die Bonding) 시 배제한다. 그러나 개발 단계일 때는 해당 사항을 피드백(Feedback)해 공정/제품/Technology에 대한 개선 조치를 취한다(개발 단계에서는 Good Chip이든 Bad Chip이든 상관없이 사용된 Trial Wafer 자체를 Scrap시킴). 또한, 웨이퍼 측정 시 양산 단계일 때는 수율 때문에 TEG(Test Elements Group) 다이 대신 Scribe Line 내 TEG 영역을 만들어 테스트용 패턴(Pattern)으로 Tr/Diode/Capacitance/저항 등을 깔고 해당 부위를 측정한다.

Function Test / AC Test

Function Test에서는 칩의 패드에 여러 종류의 테스트용 패턴(혹은 Vector Data)을 인가해 제공된 Truth Table과 일치되는 결과를 도출하는지를 점검한다. 이는 단일 소자가 아닌 여러 소자(Column/Row 혹은 Block)를 한꺼번에 점검함으로써 간섭 현상이나 누설전류 등으로 인해 주변 Tr에 어떠한 영향을 끼치는지 등을 확인한다. 이러한 Function Test에서는 각 제품마다 조건에 맞는 테스트용 패턴을 사용하는데 이때 패턴은 '0'과 '1'을 이용해 다양하게 만들어 셀(Cell)에 쓰기/읽기를 반복한다.

AC Test는 시간 변수에 따른 입력이 주어졌을 때 Signal의 Set-up Time, Hold Time 등 Time 관련 사항을 주로 점검하고 제품의 동작 시간을 측정한다. 이를 통해 DRAM 단품 같은 경우, 속도별로 담아 놓는 통(Bin)을 마련해 분리해내는 Bin-Sorting을 한다.

기능 테스트의 주요 목적

• 정상 동작 여부 확인: 칩의 모든 기능이 사양에 맞게 작동하는지 확인한다.
• 불량품 선별: 제조 과정에서 발생할 수 있는 결함을 찾아내어, 불량품이 시장에 출시되는 것을 방지합니다.
• 성능 검증: 칩의 기능적 성능을 측정하여 최종 제품의 품질을 보장합니다.

기능테스트의 절차

테스트 패턴 생성

칩의 기능을 테스트하기 위해 다양한 입력 패턴을 만든다. 이 패턴은 시뮬레이션을 통해 미리 준비되며, 칩이 제대로 동작하는지 평가하는 데 사용된다.

테스트 벤치 구성

테스트 패턴을 자동화하여 실행할 수 있도록 테스트 벤치를 구성한다. 이 단계에서는 특정 기능이 요구되는 동작을 수행하는지 평가할 수 있도록 환경을 설정한다.

출력 비교 및 오차 분석

칩이 생성한 출력 신호를 사양서에 있는 기대 출력과 비교하여 차이를 분석한다. 예상치 못한 결과가 발생하면 결함 여부를 분석한다.

결함 확인 및 잉킹(Inking)

불량으로 판명된 칩은 잉킹을 통해 물리적으로 표시하여 후속 공정에서 제외되도록 된다. 이는 조립 및 출하 단계에서 불량품이 섞이는 것을 방지하기 위함이다.

기능테스트의 종류

• 디지털 기능 테스트: 디지털 회로의 논리적인 동작을 검증한다. 주로 논리 게이트, 플립플롭, 카운터 등 디지털 요소가 있는 칩에 사용된다.
• 아날로그 기능 테스트: 아날로그 회로의 연속적인 신호 처리를 평가한다. 이 테스트는 연산 증폭기, 필터 등과 같은 아날로그 구성 요소가 있는 칩에 필요하다.
• 혼합 신호 테스트: 디지털 및 아날로그 회로가 혼합된 칩의 기능을 검증한다. 예를 들어, AD/DA 변환기와 같은 혼합 신호 IC에 사용된다.
• RF 기능 테스트: 무선 주파수(RF) 회로의 성능과 기능을 테스트한다. 통신 칩과 같은 RF 모듈이 포함된 칩에 필요하다.

기능 테스트에 사용되는 장비

• 자동화 테스트 장비(ATE): 테스트를 자동으로 수행하는 장비로, 대량 생산 환경에서 주로 사용된다. ATE는 다양한 입력 신호를 생성하고, 출력 신호를 측정하여 비교하는 역할을 한다.

• 고속 데이터 수집: ATE는 고속으로 데이터를 수집하여, 반도체 소자의 특성을 정확하게 측정한다.
• 자동화된 테스트 절차: ATE는 자동화된 테스트 절차를 통해, 대량 생산된 반도체 소자를 효율적으로 테스트한다.
• 데이터 분석: ATE는 수집된 데이터를 실시간으로 분석하여, 불량을 찾아내고, 품질을 평가한다.

• 프로브 카드: 웨이퍼 상태에서 테스트를 수행할 수 있도록 제작된 카드이다. 반도체 제조 공정에서 프로브 카드를 이용해 각 칩을 개별적으로 테스트한다.

참고자료

• 진종문 교수, 〈반도체 특강 테스트(Test), 반도체의 멀티 플레이어〉, 《SK하이닉스》, 2021-01-26
• 재료과학, 〈반도체 소자 테스트 및 품질 관리 방법: 완벽 가이드〉, 《재료의 전자기적 성질 연구소》, 2024-08-04
• zn.__. , 〈반도체 후공정(1) 반도체 테스트의 이해/ EPM / 프루브 카드 / 리페어 / TDBI〉, 《티스토리》, 2024-07-04

같이 보기

• 기능
• 테스트
• AC테스트
• DC테스트
• 온도테스트

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