전자 장치의 마이크로일렉트로닉스 구성 요소는 스마트폰, 스마트홈, 스마트카 등 일상생활의 일부가 되었습니다.지능형 광학 센서와 이미터 그리고 해당 로직과 메모리 모듈로 제작되는 이러한 고급 구성 요소에는 취급 및 품질 관리에 특별한 주의를 기울인 고도의 생산 시설이 필요합니다.따라서 반도체 웨이퍼 생산 공정은 대부분 자동화되어 있습니다.그러나 일부 생산 공정은 제어된 클린룸 환경에서 현미경 같은 수동 검사 프로세스로 보완됩니다.
현미경을 사용한 LED 생산의 품질 요구 사항 충족
그림 1.MX 시리즈 현미경 아래의 사파이어 웨이퍼.이미지 제공: PVA SPA.
현미경은 제조업체가 LED 생산에서 품질 요구 사항을 충족하는 데 도움이 됩니다.더 많은 생산량과 안정적인 최종 제품에 대한 요구로 LED 생산 공정은 지속적으로 개선되고 있습니다.더욱 소형화하고 전력 밀도를 증가시키려면 이러한 개선이 필요합니다.
ams OSRAM은 엄격한 생산 요구 사항을 충족하는 광학 솔루션의 선두 제조업체입니다.독일 레겐스부르크에 있는 이 제조업체의 광반도체 사업부에서는 육안 사후 제어 스테이션의 입자 오염 방지와 공기 청정도에 대한 고품질 표준을 준수하고 있습니다.LED 생산에서 사파이어, 갈륨비소(GaAs) 또는 실리콘 웨이퍼의 사후 제어를 위한 현미경 시스템은 일반적으로 DIN EN ISO 14644-1 표준에 따라 인증된 클린룸 안에 위치한 개방형 작업 공간입니다.
플랜트 작업자에 의한 입자 생성을 줄이려면 현미경 검사 중에 웨이퍼를 차폐해야 합니다.규정된 공기 청정도 또한 검사 시스템 내에서 설정합니다.웨이퍼는 증가하는 요구를 충족하기 위해 각각 25개 부품이 들어가는 폐쇄형 카세트에 담겨 여러 공정 단계 사이에서 운송됩니다.따라서 기계가 이 카세트의 잠금을 해제하고 공정이 끝나면 다시 잠글 수 있어야 합니다.직경 200mm(7.9인치)의 웨이퍼에는 SMIF(표준 기계 인터페이스) 카세트가 사용됩니다.대부분의 경우, 웨이퍼 표면 특성의 육안 검사는 리소그래피 및 화학 공정을 사용하여 이루어집니다.플랜트 작업자는 구성 요소의 크기가 정확한지 그리고 결함이 없는지 확인해야 합니다.
자동화 생산을 위한 현미경 시스템 통합
이러한 요구 사항을 충족하기 위해 ams OSRAM에서는 자동화 생산에 적합한 통합 프로세스를 갖춘 부분 자동화 현미경 시스템 공급업체를 찾아야 했습니다.이 제조업체는 독일 코부르크에 본사를 둔 PVA SPA Software Entwicklungs GmbH라는 자회사로 대표되는 시스템 엔지니어링 회사, PVA TePla에 주목했습니다.
PVA SPA는 높은 유연성을 제공하여 특수 공정 요구 사항을 구현했습니다.여기에는 SECS-GEM 프로토콜을 사용한 표준화된 플랜트 커플링 그리고 더 높은 수준의 생산 제어 시스템에 대한 디지털 보고를 통한 수동 광학 제어의 완전한 추적성이 포함되었습니다.PVA SPA는 이러한 요구 사항에 대한 개별 솔루션을 제공했습니다.이 공급업체가 제공하는 새로운 반자동 현미경은 제조업체에서 실시하는 수익성 검사도 통과했습니다.
또한 단계별 웨이퍼 검사와 간단한 작업자 제어가 함께 작동하여 자동화 생산 환경에서 잘 통합된 수동 솔루션을 만듭니다.생산 및 데이터 제어 시스템은 부분적 수동 제어 후에 자동으로 채워집니다.라인 흐름과 예약 방식에 미치는 영향은 아주 적습니다.
웨이퍼 검사용 지능형 현미경 시스템
새로 설계된 현미경 시스템에는 SMIF 웨이퍼 카세트를 자동으로 열고 다시 잠글 수 있는 UL200 웨이퍼 로더가 포함되어 있습니다.잠금 해제 후 웨이퍼는 카세트에서 시스템 내의 밀폐된 내부 공간으로 로드됩니다.이때 시스템 내부의 적절한 공기 청정도가 필수이기 때문에 하우징에 있는 플로우 박스에서 깨끗한 공기의 하향 층류를 제공합니다.또한 현미경과 웨이퍼 로더의 하우징은 기계적 손상으로부터 구성 요소를 보호합니다.
그림 2: 현미경 시스템에 SMIF 웨이퍼 카세트용 UL200 웨이퍼 로더와 공기 청정도를 위한 플로우 박스가 통합되어 있습니다.이미지 제공: PVA SPA.
이 시스템에는 Olympus MX™ 시리즈 반도체 검사 현미경이 통합되어 있습니다.이 현미경에는 모듈식의 통합 가능한 레이저 자동 초점 조절과 외부에서 완전히 제어할 수 있는 전동식 XY 테이블이 갖춰져 있습니다.따라서 작업자는 화면의 정의된 검사 작업을 처리할 수 있습니다.
그림 3.MX 시리즈 반도체 현미경은 최대 300mm(11.8인치) 웨이퍼를 검사하는 데 사용할 수 있습니다.
그림 4.MX 시리즈 현미경과 함께 사용되는 고품질 대물렌즈는 UV 형광 및 적외선 검사에 적합합니다.
웨이퍼에서 발견된 결함을 추적하기 위해 작업자는 이미지에서 이상을 측정하고 확장된 웨이퍼 맵 기능을 위한 산업 표준 형식인 KLARF 파일에 디지털 정보를 추가할 수 있습니다.공정을 개선하기 위해 MX 시리즈 현미경은 웨이퍼의 결함도 표적으로 삼을 수 있습니다.과거에는 AOI(Automatic Optical Inspection) 시스템을 사용하여 이러한 결함을 발견했습니다.
자동화된 공정 환경에서 분석 작업 가능
최신 AOI 시스템을 사용하더라도 ams OSRAM에서는 현미경의 수동 광학 제어가 꼭 필요합니다.개발 및 제품 개선을 위해 수작업이 필요한 경우가 많습니다.ams OSRAM의검사 및 분석 핵심 전문가인 Dr. Robert Friedemann은 제품 개발 및 품질 부문에서 이러한 수동 제어의 이점에 대해 설명합니다.
Robert는 “SMIF 현미경을 사용해 엔지니어링 및 개발부 동료들에게 자동화 공정 환경에서 분석 작업이 가능한 제어 시스템을 제공할 수 있었습니다.기본 개발과 제품 개선을 위해서는 웨이퍼 재료의 거시적 및 미시적 임프레션이 필수입니다.이제 마킹과 이미지가 KLARF에 직접 연결되고 해당 공정 단계의 수율 관리 시스템에서 즉시 볼 수 있습니다”라고 설명했습니다.
PVA SPA는 전체 공정에서 유연하게 유지되어 모든 요구 사항이 충족되도록 했습니다.예를 들어, 다양한 대역통과 필터는 소프트웨어에서 조정 및 제어되어야 합니다.또한, 현미경 조명의 LED는 분광 현미경에서 개별적으로 제어할 수 있어야 합니다.
PVA SPA의 영업 이사인 Kevin Fredriksen은 이렇게 설명합니다. “시스템을 다시 지정해야 할 때가 있습니다.시스템 통합업체로서 항상 유연성을 유지하고 개별 고객의 요구 사항에 귀를 기울이는 것이 중요합니다.”
Robert와 Kevin은 이 현미경 시스템이 식별된 모든 요구 사항을 충족하고 제품 개발 및 품질을 위해 안정적이고 비용 효율적인 솔루션을 제공한다고 입을 모읍니다.
