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WBI

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Infant mortality라고도 불리는 이러한 초기 불량들은 제조 과정에서의 불량에 의해 발생하는데요. Burn-in (번인)을 통해 이러한 태생적인 초기 불량들을 미리 fail시킴으로써 고객들에게 출하되는 제품에서는 이러한 초기 불량품들을 제외하는 목적이다.

WBI(Wafer Burn In)는 웨이퍼에 열을 가한 뒤 DC/AC 전압을 가해보는 과정으로, AC에 의한 역전압 인가 불량이나 고주파 불량 여부를 확인하기 위해 진행한다.

웨이퍼 번인은 제조된 메모리 반도체 chip에 열과 강한 전압을 가해서 초반에 불량이 날 가능성이 높은 chip들을 패키지 전에 미리 fail시키는 과정이다. 이러한 burn-in 공정을 진행하는 이유는 아래 그래프를 보면 쉽게 납득할 수 있는데 오른쪽 그래프는 시간에 따른 반도체 제품의 불량률을 나타낸다.

개요

웨이퍼 번인 공정이라고도 하며 제품 초기에 발생하는 높은 불량률을 효과적으로 제거하기 위해 실시한다. Wafer에 일정 온도의 열을 가한다음 교류/직류(AC/DC) 전압을 가해 제품의 취약 부분, 결함 부분 등 잠재적인 불량 요인을 발견하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이 과정은 웨이퍼 상의 개별 반도체 소자를 고온 및 전기적 스트레스 환경에 노출시켜, 잠재적인 결함이나 초기 불량이 발생할 수 있는 소자를 미리 식별하고 제거한다. WBI는 제품의 수명을 연장하고, 필드에서 발생할 수 있는 고장을 최소화하기 위해 시행된다.

WBI의 목적

WBI는 주로 반도체의 초기 불량을 찾아내기 위한 테스트이다. 초기 불량이란 반도체 소자가 제조 공정 후 바로 사용되거나 초기 사용 시 발생하는 결함을 의미하며, 이는 제품 신뢰성에 큰 영향을 미친다. WBI는 이러한 결함을 미리 식별하여 제거하는 목적을 가진다.

주요 목적은 다음과 같다:

  • 초기 불량 제거(Early Failure Elimination): 제조 후 초기 단계에서 발생할 수 있는 잠재적 결함이나 불량 소자를 미리 제거한다.
  • 신뢰성 확보: WBI를 통해 불량 소자가 제거되면, 이후 필드에서의 고장 확률이 현저히 줄어듭니다. 이를 통해 제품의 신뢰성을 높이고, 사용자의 만족도를 향상시킨다.
  • 수명 테스트(Lifetime Test): 소자를 고온, 고압 환경에 장시간 노출시키는 WBI를 통해 제품의 장기적인 안정성과 내구성을 평가할 수 있다.

WBI의 주요 원리

WBI는 주로 반도체 소자를 고온 및 전기적 스트레스 상태에 두어 소자의 초기 불량이나 약한 부분을 찾아내는 방법이다. 전통적으로는 패키징 후의 소자에 대해 실시되었던 Burn-In(BI, 번인) 테스트를, WBI는 웨이퍼 단계에서 진행함으로써 보다 조기에 불량을 선별할 수 있다.

온도 스트레스

WBI 과정에서 웨이퍼는 고온 환경에 노출된다. 일반적으로 100°C에서 150°C 이상의 고온에서 실시되며, 이는 반도체 소자의 작동 환경보다 훨씬 높은 온도이다. 고온 환경에서는 열로 인해 소자 내부의 약한 부분이나 결함이 빠르게 드러날 수 있으며, 이러한 결함을 조기에 발견할 수 있다.

전기적 스트레스

WBI 동안 웨이퍼는 전기적으로 활성화된다. 높은 전압과 전류를 소자에 주입해 실제 작동 환경보다 더 가혹한 조건에서 동작하게 함으로써, 전기적 스트레스를 통해 약한 부분을 찾아낸다. 이때, 회로의 이상 전류나 전압 변화 등을 측정하여 불량 소자를 선별한다.

시간 스트레스

WBI는 일정 기간 동안 진행되며, 시간에 따라 발생하는 결함을 찾는 데 초점을 맞춘다. 일반적으로 몇 시간에서 며칠까지 진행되며, 테스트 시간이 길어질수록 초기 불량을 더 많이 발견할 수 있다.

WBI의 주요 절차

WBI는 반도체 제조 공정에서 중요한 단계로, 특정 절차에 따라 수행됩니다. 다음은 일반적인 WBI 절차이다:

웨이퍼 준비

WBI를 수행하기 전, 웨이퍼는 전기적 접속을 위한 프로빙(probing) 공정을 거친다. 이 과정에서 각 다이(die)와 연결된 테스트 패드에 프로브를 통해 전기 신호를 주입할 준비를 마친다.

전기적 스트레스 및 온도 적용

웨이퍼는 번인 챔버(Burn-In Chamber)라는 특수 장비에 배치되며, 이 챔버 내에서 고온과 전기적 스트레스가 적용된다. 챔버 내의 온도는 일반적으로 100°C에서 150°C 사이로 유지되며, 웨이퍼는 일정한 전기적 자극을 받습니다. 이때 각 소자에 전압, 전류 등을 가하며 정상 작동 여부를 평가한다.

모니터링 및 데이터 수집

WBI 진행 중 소자의 전기적 특성 변화는 지속적으로 모니터링된다. 전류, 전압의 이상 변화나 비정상적인 신호는 결함의 징후로 간주되며, 불량 소자는 데이터로 기록된다. 모든 웨이퍼의 각 다이에 대해 데이터를 수집하여 불량 여부를 평가한다.

불량 소자 제거

WBI 과정에서 불량으로 판정된 소자는 이후 공정에서 제거되거나, 해당 다이는 사용되지 않도록 분리된다. 이를 통해 웨이퍼에서 양품(良品)만을 선별해 다음 공정으로 넘어간다.

WBI와 패키지 번인(Burn-In)의 차이

WBI는 패키지 번인(Burn-In) 테스트와 비슷한 원리로 작동하지만, 둘 사이에는 몇 가지 중요한 차이가 있다:

  • 공정 시점: WBI는 반도체가 아직 웨이퍼 상태일 때 수행되며, 패키지 번인은 소자가 패키징된 후 실시된다. WBI는 공정 초기에 불량 소자를 선별해내어 패키징 후 발생할 수 있는 비용 낭비를 줄이는 장점이 있다.
  • 테스트 환경: 패키지 번인에서는 패키징된 칩에 전기적 신호를 주입하지만, WBI는 웨이퍼 상의 개별 소자에 직접 전기적 스트레스를 가한다.
  • 비용 절감: WBI를 통해 웨이퍼 단계에서 불량품을 미리 선별함으로써, 패키징과 같은 고비용 공정이 불량 소자에 적용되는 것을 방지할 수 있어 전체 제조 비용을 절감할 수 있다.

참고자료

같이 보기


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