반도체 웨이퍼 검사가 더 어려워지는 이유는?

반도체 웨이퍼는 완성된 장치가 되기 전에 수십 또는 수백 개의 제조 공정을 거칠 수 있습니다. 각 공정은 최종 제품에 영향을 미치는 잠재적 결함이나 변동을 초래할 수 있습니다.

따라서 검사 시스템은 높은 처리량을 유지하면서 점점 더 미묘한 차이를 검출해야 합니다.

일반적인 웨이퍼 검사 과제는 다음과 같습니다:

• 표면 결함
• 입자 및 오염
• 스크래치
• 균열
• 패턴 이상
• 재료 변동
• 코팅 또는 박막 불규칙성
• 공정 관련 결함
• 이물질
• 구조적 이상

어려움은 모든 결함이 강한 가시적 대비를 생성하지는 않는다는 것입니다. 결함은 주변 웨이퍼 표면과 거의 동일한 색상, 밝기 또는 질감을 가질 수 있습니다. 기존 가시광선 이미징에서는 이것이 분할 및 분류를 어렵게 만들 수 있습니다.

자동화된 반도체 검사의 경우 이미징 시스템은 대상 특징과 배경 사이에 충분한 대비를 생성해야 합니다. 이때 SWIR과 같은 대체 분광 이미징 기술이 유용할 수 있습니다.

SWIR 이미징이란?

SWIR은 단파적외선(Short-Wave Infrared)을 의미합니다. SWIR 이미징은 가시 스펙트럼을 넘어서는 파장을 사용하여 물체에 대한 정보를 캡처합니다. 많은 산업용 SWIR 카메라 시스템은 센서 및 응용에 따라 약 900–1700 nm 범위에서 작동합니다.

가시광선 카메라와 달리 SWIR 카메라는 재료가 단파적외선 복사와 상호 작용하는 방식을 감지합니다. 이러한 구별은 반도체 검사에 중요합니다. 왜냐하면 서로 다른 재료는 서로 다른 파장에서 서로 다른 흡수, 반사 및 투과 특성을 나타낼 수 있기 때문입니다.

기존 카메라는 주로 다음 질문에 답합니다: 웨이퍼는 어떻게 보이는가? SWIR 이미징 시스템은 다음에 관련된 추가 정보를 제공할 수 있습니다: 재료는 특정 적외선 파장에서 어떻게 반응하는가? 이 추가 정보는 특정 재료, 구조 또는 결함을 구별하는 능력을 향상시킬 수 있습니다.

MindVision의 SWIR 카메라는 SWIR 이미징을 위해 설계된 InGaAs 센서를 사용하며, 0.9–1.7 μm 범위와 다양한 해상도 구성을 포괄하는 모델이 있습니다. 반도체 응용의 경우 이 분광 범위는 특히 관련이 있습니다. 왜냐하면 실리콘은 약 1100 nm 이상의 파장에서 다른 광학적 거동을 나타내어 웨이퍼 검사를 위한 특수 이미징 접근 방식을 가능하게 하기 때문입니다.

SWIR 카메라가 웨이퍼 검사를 어떻게 지원할 수 있는가?

1. 재료 간 대비 개선

반도체 이미징에 SWIR을 고려해야 하는 가장 중요한 이유 중 하나는 재료 대비입니다. 두 재료는 가시광선 아래에서 매우 유사한 외관을 가질 수 있지만 SWIR 스펙트럼에서는 다르게 거동할 수 있습니다. 이럴 때 SWIR 조명 및 이미징은 웨이퍼의 서로 다른 영역 사이에 더 강한 강도 차이를 생성할 수 있습니다.

이 추가 대비는 다음에 유용할 수 있습니다:

• 재료 구별
• 층 검사
• 코팅 검사
• 공정 모니터링
• 결함 검출

반도체 응용의 경우 MindVision의 InGaAs SWIR 카메라는 SWIR 범위 전반에 걸쳐 감도를 제공하여 엔지니어가 대상 재료의 분광 특성에 따라 이미징 구성을 선택할 수 있게 합니다. 예를 들어 MV-GEC31I는 고감도 SWIR 이미징 및 현미경 응용을 위해 설계되어 제어된 광학 조건에서 작은 차이를 캡처해야 하는 응용에 적합합니다.

2. 가시광선으로 보기 어려운 결함 검출

자동화된 웨이퍼 검사는 이미지 대비에 크게 의존합니다. 결함과 주변 재료의 강도 수준이 거의 동일하면 기존 이미지 처리 알고리즘이 이를 구별하기 어려울 수 있습니다. SWIR 이미징은 결함과 배경 사이의 차이를 증가시킬 수 있는 또 다른 분광 차원을 제공합니다.

이는 특히 다음과 관련된 특수 웨이퍼 검사 작업에 관련될 수 있습니다:

• 내부 균열
• 미세 스크래치
• 재료 이상
• 오염
• 층 관련 변동
• 국부적 구조 차이

MindVision의 반도체 SWIR 응용 사례는 기존 가시광선 이미징으로 관찰하기 어려운 특징, including 내부 웨이퍼 결함을 이미징하기 위한 MV-GEC31I의 사용을 보여줍니다. 이 카메라는 0.9–1.7 μm 응답 범위의 고감도 InGaAs 검출기를 사용합니다.

3. 저조도 반도체 이미징을 위한 고감도

반도체 검사는 종종 작은 특징, 제한된 조명, 짧은 노출 시간 또는 현미경 광학 구성을 포함합니다. 이러한 조건에서 센서 감도가 특히 중요해집니다.

MindVision의 SWIR 카메라는 최대 ≥0.8 A/W의 감도를 가진 InGaAs 센서를 사용하며, MV-GEC31I 응용 구성은 1.55 μm에서 ≥70%의 양자 효율을 지정합니다. 이러한 특성은 SWIR 범위에서 광전 변환 효율을 개선하는 데 도움이 됩니다.

검사 엔지니어에게 더 높은 감도는 조명 및 노출 설정을 설계할 때 더 많은 유연성을 제공할 수 있습니다. 단순히 조명 출력을 높이는 대신 시스템은 센서 감도 + 조명 + 노출 시간 + 렌즈 + 파장의 조합을 최적화하여 필요한 이미지 품질을 얻을 수 있습니다.

4. 안정적인 SWIR 이미징을 위한 TEC 냉각

열 노이즈는 민감한 적외선 이미징 응용, 특히 장노출 또는 저조도 조건이 관련된 경우 문제가 될 수 있습니다. MindVision의 선택된 SWIR 반도체 카메라는 열전 냉각 기술을 통합합니다.

예를 들어 MV-GEC31I는 반도체 냉각을 사용하여 주변 조건 대비 약 20°C의 온도 차이를 달성합니다. 이는 열 노이즈를 줄이고 작은 신호를 검출할 때 이미지 품질을 유지하는 데 도움이 됩니다.

이는 반도체 검사에 특히 가치가 있습니다. 왜냐하면 결함은 캡처된 신호에서 미묘한 차이만 생성할 수 있기 때문입니다. 더 안정적인 센서 온도는 시스템이 장시간 작동 중에 일관된 이미징 성능을 유지하도록 도울 수 있습니다.

5. 다양한 웨이퍼 검사 작업을 위한 다중 해상도 옵션

모든 반도체 검사 작업에 동일한 해상도가 필요한 것은 아닙니다. 현미경 결함 검사 시스템은 공간적 디테일을 우선시할 수 있는 반면, 다른 응용은 더 넓은 시야 또는 더 높은 처리량을 요구할 수 있습니다.

MindVision의 SWIR 제품군은 다음과 같은 다양한 해상도 옵션을 제공합니다:

• MV-GEC30I — 640 × 512
• MV-GEC130I — 1280 × 1024
• MV-GEC500I — 2592 × 2056

이 범위를 통해 엔지니어는 시야, 결함 크기, 광학 배율, 검사 속도 및 데이터 처리 능력에 따라 카메라를 선택할 수 있습니다. 예를 들어 MV-GEC500I는 5 MP 해상도와 1/1.4인치 센서 포맷을 제공하여 더 높은 공간적 디테일이 필요한 응용에 적합합니다.

웨이퍼 검사를 위한 SWIR vs. 가시광선 카메라

가시광선 카메라는 많은 반도체 검사 응용에서 표준 선택으로 남아 있습니다. 이들은 높은 공간 해상도, 우수한 이미지 품질, 광범위한 가용성 및 다양한 산업용 조명 시스템과의 호환성을 제공합니다. 따라서 SWIR 카메라는 가시광선 카메라의 보편적 대체물로 간주되어서는 안 됩니다. 대신 두 기술은 서로를 보완할 수 있습니다.

MindVision의 SWIR 카메라는 머신 비전 환경에 통합되고 GigE Vision, GenICam 및 HALCON, VisionPro와 같은 소프트웨어를 포함한 산업 표준 및 소프트웨어 생태계를 지원하도록 설계되었습니다.

웨이퍼 검사를 위한 MindVision SWIR 카메라 선택 방법

현미경 및 미세 결함 검사용

목표가 내부 균열, 미세 스크래치 및 기타 미세 구조를 검출하는 것이라면 현미경 이미징을 위해 설계된 고감도 SWIR 카메라를 평가하는 것을 고려하십시오. MV-GEC31I는 저조도 SWIR 이미징 및 현미경을 위해 설계되었으며 TEC 냉각이 있는 InGaAs 검출기를 사용하여 가시광선으로 보기 어려운 내부 특징을 관찰하는 데 적합합니다.

고해상도 검사용

더 높은 공간 해상도가 필요한 응용의 경우 시야 및 결함 크기에 따라 고해상도 모델을 선택하십시오. MV-GEC130I은 1280 × 1024 해상도를 제공하며 MV-GEC500I는 더 미세한 디테일이 필요한 작업을 위해 2592 × 2056(5 MP)을 제공합니다.

다양한 시스템 통합 요구사항용

MindVision SWIR 제품은 다양한 산업용 인터페이스 및 구성으로 제공됩니다. 검사 시스템에 따라 엔지니어는 GigE Vision, USB 3.0, CoaXPress 및 GenICam 호환성을 고려할 수 있습니다. 이를 통해 실험실 시스템, 자동화된 검사 장비 및 생산 라인 머신 비전 시스템에 통합할 수 있습니다. 다양한 해상도 및 인터페이스 조합을 통해 이미지 품질, 대역폭, 케이블 거리, 처리 능력 및 비용의 균형을 맞출 수 있습니다.

SWIR 기반 반도체 검사 시스템 설계

완전한 SWIR 웨이퍼 검사 시스템은 단순히 SWIR 카메라 + 컴퓨터가 아니라 완전한 광학, 기계, 전자 및 소프트웨어 시스템입니다. 일반적인 시스템은 다음과 같이 표현할 수 있습니다:

웨이퍼 → SWIR 조명 → SWIR 렌즈 → MindVision SWIR 카메라 → 이미지 획득 → 이미지 처리 / AI → 결함 검출 → 분류 → 품질 관리

실제로 웨이퍼 위치 결정, 모션 스테이지, 진동, 주변광, 온도, 장비 안정성 및 데이터 처리 속도도 고려해야 합니다. MindVision의 SWIR 제품은 표준 머신 비전 프로토콜을 지원하며 HALCON 및 VisionPro와 함께 작동하여 SWIR 이미징을 기존 자동화된 검사 시스템에 통합하는 데 도움이 됩니다.

반도체 SWIR 이미징을 위해 MindVision을 선택하는 이유

• InGaAs SWIR 센서 – MindVision SWIR 카메라는 SWIR 파장 범위를 위해 설계된 InGaAs 센서를 사용하며, 0.9–1.7 μm를 포괄하는 모델이 있습니다.
• 고감도 – 선택된 MindVision SWIR 모델은 최대 ≥0.8 A/W의 감도를 제공하며, MV-GEC31I 응용 구성은 1.55 μm에서 ≥70% 양자 효율을 지정합니다.
• TEC 냉각 – 선택된 반도체 지향 모델은 열전 냉각을 사용하여 민감한 SWIR 이미징 중 열 노이즈를 줄이고 이미지 안정성을 개선합니다.
• 다중 해상도 – 640 × 512에서 5 MP 구성까지 MindVision은 다양한 시야 및 결함 크기에 대한 다양한 해상도 옵션을 제공합니다.
• 머신 비전 통합 – GigE Vision, GenICam 및 HALCON, VisionPro와 같은 일반적으로 사용되는 머신 비전 소프트웨어와의 호환성으로 통합이 용이합니다.
• 다중 인터페이스 옵션 – MindVision의 SWIR 포트폴리오는 다양한 인터페이스 구성을 지원하여 엔지니어가 속도, 거리 및 시스템 아키텍처에 따라 적절한 전송 솔루션을 선택할 수 있습니다.

결론

반도체 제조가 계속해서 더 높은 정밀도와 더 신뢰할 수 있는 품질 관리를 요구함에 따라 전통적인 가시광선 검사가 모든 검사 작업에 충분한 정보를 항상 제공하지 못할 수 있습니다. SWIR 카메라는 가시 스펙트럼을 넘어선 재료 응답을 캡처하여 추가 이미징 옵션을 제공합니다.

반도체 웨이퍼 검사의 경우 SWIR 이미징은 특정 재료 간의 대비를 개선하고, 선택된 저대비 또는 내부 결함 검출을 지원하며, 특수 검사 작업을 위한 추가 분광 정보를 제공할 수 있습니다.

MindVision의 SWIR 카메라 포트폴리오는 InGaAs 센서, 고감도, 선택적 열전 냉각, 다중 해상도 구성, 산업용 인터페이스 및 머신 비전 소프트웨어 호환성을 결합합니다. 현미경 반도체 검사에서 고해상도 웨이퍼 이미징에 이르는 응용의 경우 엔지니어는 대상 결함, 시야, 광학 시스템, 검사 속도 및 통합 요구사항에 따라 다양한 카메라 구성을 선택할 수 있습니다.

성공적인 SWIR 반도체 이미징의 핵심은 단순히 고해상도 카메라를 선택하는 것이 아닙니다. 전체 이미징 시스템이 검사 대상을 중심으로 설계되어야 합니다. 파장, 센서 감도, 해상도, 픽셀 크기, 프레임 레이트, 렌즈, 조명, 인터페이스 및 이미지 처리 능력을 모두 함께 고려해야 합니다.

자동화된 웨이퍼 검사 시스템을 개발하는 제조업체에게 SWIR은 기존 가시광선 이미징이 필요한 검사 정보를 제공할 수 없을 때 가치 있는 보완 기술이 될 수 있습니다.

MindVision 소개

MindVision은 머신 비전 및 특수 이미징 응용을 위한 산업용 카메라 솔루션을 개발합니다. 반도체 검사의 경우 카메라 선택은 대상 재료, 결함 특성, 파장, 해상도, 감도, 프레임 레이트 및 시스템 인터페이스를 포함한 실제 이미징 요구사항에 기반해야 합니다.

반도체 웨이퍼 검사 시스템을 개발 중이고 SWIR 이미징을 평가해야 하는 경우 MindVision에 문의하여 응용 요구사항 및 카메라 구성에 대해 논의하십시오.