[첨단 헬로티]
5일, 자이스(ZEISS)는 FIB-SEM(focused ion beam-scanning electron microscope) 솔루션의 새로운 제품군인 자이스 크로스빔 레이저(ZEISS Crossbeam Laser)를 출시한다고 밝혔다.
▲ 자이스 크로스빔 레이저 FIB-SEM는 첨단 반도체 패키지에 대한 패키지 불량 분석 및 프로세스 최적화를 가속화한다. 또한 펨토세컨드 레이저, 갈륨 이온 FIB, SEM을 하나의 장비에 통합하여 업계에서 가장 빠른 관심 영역 단면 분석에 대한 워크플로우를 제공한다.
자이스는 "새로운 자이스 크로스빔 레이저는 첨단 반도체 패키지 작업의 패키지 불량 분석(FA) 및 공정 최적화 속도를 기존보다 수십 배 더 빠르게 향상시킨다."며 "빠른 속도를 구현하기 위해 펨토세컨드 레이저를, 정확도를 높이기 위해 갈륨이온(Ga+) 빔을, 그리고 나노급 해상도의 이미징을 위해 SEM을 통합한 자이스 크로스빔 레이저 제품군은 패키지 엔지니어와 불량 분석 작업자들에게 업계 최고의 이미징 성능으로 가장 빠른 단면 분석 솔루션을 제공하면서 샘플 손상을 최소화한다."고 신제품에 대해 소개했다.
특히 자이스는 고유한 아키텍처를 채택하고 있는 자이스 크로스빔 레이저 제품군이 코퍼 필라(Cu-pillar) 솔더 범프와 TSV(through silicon via) 같이 깊숙이 매립된 패키지 인터커넥트는 물론, 디바이스 BEOL(back-end-of-line)과 FEOL(front-end-of-line) 구조의 단면 확인에 걸리는 시간을 불과 수 분 정도로 획기적으로 단축시킨다고 전했다.
또한 자이스는 "진공 상태에서 아티팩트를 최소화할 뿐 아니라 샘플 품질도 일관성 있게 유지한다. 불량 분석 외에도, 자이스 크로스빔 레이저 제품군은 구조적 분석(SA), 구조 분석(CA), 리버스 엔지니어링, FIB Tomography 및 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 샘플 준비 등에 활용할 수 있다. 자이스 크로스빔 레이저 시스템은 이미 몇몇 주요 글로벌 전자 제조사에 판매된 상태이다."고 보도자료를 통해 말했다.
3D 패키징의 불량 원인 파악 분석을 위한 새로운 접근법
모바일 기기와 고성능 디바이스 분야에서 소형화와 인터커넥트 고밀화에 대한 요구가 점점 더 높아짐에 따라 미세 피치 및 멀티칩 아키텍처 구현을 위한 혁신 기술들도 폭발적으로 늘어나고 있다. 이러한 혁신 기술들은 패키징 인터커넥트 크기의 축소와 함께 인터커넥트 구조의3 차원화를 주도하고 있다. 이와 함께, 이들 패키지 내부 깊숙이 감춰진 새로운 결함의 종류들도 늘어나고 있는데, 이들 결함은 수율과 신뢰성에 영향을 줄 수 있으므로 신속하게 확인 및 제거하는 것이 중요하다.
▲ 그림에 나타난 것처럼 자이스 크로스빔 레이저는 860 미크론의 깊이에 묻혀 있는 코퍼-필라(copper-pillar) 마이크로범프의 빠른 단면을 제공한다.
불량 분석 워크플로우에서는 패키지 공정 최적화와 패키지 수율 향상을 위한 첫 단계로서 비파괴 분석이 이루어진다. 자이스 엑스라디아 버사 3D 엑스레이 현미경(ZEISS Xradia Versa 3D X-ray microscope) 장비는 비파괴적으로 결함의 위치를 시각화하는 데 활용된다. 이렇게 불량의 위치를 파악한 후에는 파괴적인 물리적 불량 분석(PFA) 조치를 통해 불량의 근본 원인을 확인 및 해결할 수 있다.
최근에는 패키지 인터커넥트와 실리콘 BEOL등이 교차 사용 중이다. PFA에 널리 사용되고 있는 기계적 단면 분석은 이제는 깊숙이 매립된 구조와 결함 위치에 빠르고 정확하게 도달하기에는 어려움이 있다. 뿐만 아니라 실리콘 BEOL에 극도의 low-k 유전체 같이 깨지기 쉬운 물질을 적용할 경우, 단면 작업으로 인해 아티팩트가 점점 더 많이 발생해 어떤 결함이 칩과 패키지 간 인터랙션에 의해 발생한 진정한 결함인지 판별하기가 어려워질 수 있다.
플라즈마 FIB(PFIB)가 하나의 대안이 될 수 있지만, 이 접근법은 펨토세컨드 레이저에 비하면 10,000배 느리다. 이렇게 느린 속도로는 많은 패키지 FA 애플리케이션에서 요구하는 실질적인 타임프레임으로 0.5mm3 이상의 절제(ablation) 물량을 소화할 수가 없다.
또한, PFIB는 고품질 TEM 샘플 준비에 필요한 분해능 성능이 떨어지며, 반도체 패키지에서 일반적인 탄소계 물질에 리본 아티팩트를 유발한다. 독립형 레이저 시스템은 절제 시간은 빠르지만, 열에 영향을 받는 면적이 넓어 관심 영역에 대한 손상 가능성이 크고 아티팩트 제거를 위한 연마 시간이 늘어난다. 아울러, FIB-SEM과의 통합성이 부족해 FA 작업 속도가 더디고 효율성이 떨어질 뿐 아니라, 분석 작업 전에 공기중에 노출되면 산화의 위험성도 있다.
자이스 공정제어솔루션(PCS) 및 칼 자이스 SMT(Carl Zeiss SMT)의 라즈 자미(Raj Jammy) 사장은 “현재 패키징 업계는 변곡점에 와 있다. 단일 실리콘 인터포저 상에 백만 개의 I/O가 연결될 정도로 밀도가 점점 더 높아지고 있고, 웨이퍼 팹에서 회선 선폭 축소가 계속 이어지듯 인터커넥트도 축소되기 시작했다. 적층은 도처에서 진행되고 있다. 디바이스 자체에서, 패키지 레이어들 사이에서, 그리고 PCB 내부에서도 일어난다. 이러한 요인들 때문에 이제는 한 곳에서 불량이 발생하면, 결함을 격리하고 분석하기가 예전보다 훨씬 더 어렵다.”고 말했다.
이어 “자이스 크로스빔 레이저 제품군은 FA 엔지니어가 감당해야 하는 이러한 압박들을 경감해 줄 수 있도록 설계되었으며, 속도와 정확성 그리고 고해상 이미징 특성을 모두 하나의 장비에 통합한 최상의 접근법을 통해 가히 혁명적이라 할 만한 결과 도출 시간 단축 효과를 제공한다.”고 덧붙였다.
