Chapter 08

웨이퍼 테스트와 빈 맵

인라인 검사는 웨이퍼 위에 무엇이 떨어져 있는지를 본다. 웨이퍼 테스트는 그래서 칩이 동작하는지를 묻는다. 앞의 것은 용의자의 목록이고 뒤의 것은 피해자의 목록이다. 탐침이 다이마다 내려앉아 합격·불합격과 빈 번호를 찍으면 그것이 웨이퍼 맵이 된다. 이 장은 그 맵이 어떻게 만들어지는지, 만들어지는 과정에서 무엇이 가려지고 무엇이 끼어드는지, 그리고 인라인 결함 맵과 겹쳤을 때 무엇을 알 수 있는지를 다룬다.

프로브 카드, 터치다운, 멀티 사이트, 테스트 순서가 맵에 어떤 흔적을 남기는지 설명한다.
하드 빈과 소프트 빈을 구분하고, 맵을 빈별로 나눠 겹친 무늬를 가른다.
프로브 카드와 접촉 불량이 만드는 가짜 무늬를 공정의 무늬와 구별한다.
합격·불합격으로 자르기 전의 연속값(파라메트릭) 맵이 주는 조기 경보를 읽는다.
결함 맵과 빈 맵을 겹쳐 분할표를 만들고 적중률과 치명률을 계산한다.

웨이퍼 테스트: 맵이 태어나는 곳

전공정을 마친 웨이퍼는 자르기 전에 다이 하나하나가 전기 검사를 받는다. 이 공정을 웨이퍼 테스트(Wafer sort)라 하고, 현장에서는 EDS(Electrical die sorting)나 프로브 테스트라고도 부른다. 목적은 둘이다. 불량 다이를 조립 전에 걸러 패키지 비용을 아끼는 것, 그리고 공정에 결과를 되돌려 주는 것이다. 1장에서 말한 웨이퍼 테스트 수율이 여기서 나오고, 이 책이 읽으려는 불량 맵도 여기서 나온다.

장비는 셋으로 이루어진다. 프로버(Prober)는 웨이퍼를 척에 올리고 노치와 정렬 표지로 방향을 맞춘 뒤 다이 간격만큼 정확히 옮긴다. 프로브 카드(Probe card)는 다이의 패드 배치에 맞춘 탐침 수백~수만 개를 달고 있다. 테스터(ATE)는 탐침을 통해 전원과 신호를 넣고 응답을 읽어 판정한다. 척이 웨이퍼를 들어 올려 탐침에 닿게 하는 한 번의 접촉을 터치다운(Touchdown)이라 한다. 닿은 뒤에도 수십 µm를 더 올리는데(overdrive), 이때 탐침 끝이 패드를 긁으며 알루미늄 표면의 산화막을 뚫고 금속에 닿는다. 그래서 패드에는 프로브 자국이 남는다.

프로브 카드와 터치다운. 척이 웨이퍼를 들어 올려 탐침에 누른다. 한 번에 여러 다이를 재는 카드에서는 다이마다 쓰는 탐침과 테스터 채널이 다르다. 그 자리를 사이트라 한다. 어느 사이트로 쟀는지는 다이 좌표에서 정해지므로, 사이트 하나의 문제는 맵 위에 규칙적인 격자로 나타난다.

테스트 시간은 곧 비용이다. 그래서 한 번의 터치다운으로 여러 다이를 동시에 재는 멀티 사이트(Multi-site) 테스트를 쓴다. 로직 제품은 한 개에서 수십 개, 메모리는 수백 개 이상을 한 번에 잰다. 프로버는 터치다운을 지그재그로 옮겨 가며 웨이퍼를 덮는다. 척의 온도를 바꿔 고온과 저온에서 따로 재는 제품도 많다.

테스트 순서와 첫 실패

다이 하나가 받는 테스트는 정해진 순서로 이어진다. 탐침이 제대로 닿았는지 보는 연속성, 전원 단락과 누설, 기능·스캔, 실제 속도, 메모리, 파라메트릭 순이 흔하다. 싸고 빠르며 뒤 항목의 전제가 되는 것을 앞에 둔다. 접촉이 안 된 다이에 기능 테스트를 돌려 봐야 의미가 없고, 전원이 단락된 다이에 전압을 오래 걸면 탐침이 탄다. 항목별 측정 원리는 FailureBook 3장이 다룬다. 여기서는 이 순서가 맵을 어떻게 만드는지만 본다.

양산에서는 한 항목이라도 실패하면 그 다이의 테스트를 거기서 끝낸다(stop on first fail). 불량 다이에 시간을 더 쓸 이유가 없기 때문이다. 대가는 정보다. 다이에 남는 빈 번호는 처음 걸린 항목이지 그 다이의 모든 증상이 아니다. 전원이 단락된 다이는 기능도 속도도 메모리도 모두 실패했겠지만 맵에는 전원 단락 하나만 남는다. 같은 웨이퍼라도 테스트 순서를 바꾸면 빈 분포가 달라진다.

첫 실패에서 멈춘다. 괄호 안은 돌리지 않았지만 돌렸다면 나왔을 결과다. 다이 B는 다섯 항목에서 떨어질 다이지만 기록에는 빈 8 하나만 남는다. 기능 테스트를 맨 앞에 두었다면 B와 C는 같은 빈 4가 되어 구별할 수 없다.

SIMULATOR

테스트 흐름과 빈 분포

찍힌 빈(색 막대)그 항목에서 실제로 떨어지는 다이추적: 합격추적: 불합격

실패해도 끝까지 (continue on fail)

수율—

다이당 평균 테스트 시간—

불량 다이의 평균 시간—

빈 8: 찍힌 수 / 실제—

추적한 다이"불량 다이 추적"을 누르면 다이 하나가 순서대로 테스트를 지난다.

해볼 것: ① "불량 다이 추적"을 몇 번 눌러 보자. 첫 실패에서 멈추고, 그 뒤 항목 가운데 실제로는 떨어졌을 것이 흐린 ×로 나타난다. ② "기능 먼저"로 바꾸면 빈 8(전원 단락)과 빈 2(연속성)가 0이 된다. 그 다이들이 사라진 것이 아니라 빈 4에 흡수된 것이다. 전원 단락이 만드는 무늬가 있었다면 빈 4 속에 묻힌다. ③ "느린 것 먼저"는 수율은 그대로인데 불량 다이의 테스트 시간이 크게 는다. 접촉이 안 된 다이가 메모리 불량으로 찍히는 것도 보자. ④ "실패해도 끝까지"를 켜면 모든 항목의 실제 불합격 수가 기록되지만 시간이 최대가 된다. 불량 분석용 재시험이 이 방식이다. (다이 1,228개에 일곱 가지 원인을 서로 독립인 확률로 심은 모델. 항목별 시간은 상대적인 크기만 맞춘 교육용 값이다.)

이 단계의 데이터가 주는 단서는 어느 다이가, 어떤 종류의 증상으로 떨어졌는가다. 주지 못하는 것은 그 다이의 나머지 증상이다. 빈 번호를 읽을 때는 항상 테스트 순서표를 옆에 둔다.

하드 빈, 소프트 빈, 빈 맵

테스터가 다이마다 남기는 판정 코드가 빈(Bin)이다. 원래는 분류된 물건을 담는 통이라는 뜻이다. 하드 빈(Hard bin)은 물리적으로 물건을 가르는 큰 분류로 수가 적다. 웨이퍼 테스트에서는 잉크를 찍거나 전자 맵에 표시해 조립에서 집을 다이와 버릴 다이를 나눈다. 소프트 빈(Soft bin)은 테스트 프로그램이 붙이는 세부 코드로, 어느 항목의 어느 조건에서 실패했는지를 담으며 수백 개에 이르기도 한다. 관례로 빈 1이 합격이다. 번호 체계는 제품마다 다르다. 이 책은 아래 여덟 개를 쓴다.

빈	이름	테스트가 본 것	맵에서 이 빈이 몰리면 먼저 의심할 것
1	합격 Pass	모든 항목 통과	—
2	연속성 Open/short	탐침과 패드의 접촉, 핀 사이의 단락	터치다운 격자를 따르면 프로브 카드. 가장자리에 몰리면 패드 부식이나 막 들뜸
3	누설 Leakage	입력 핀 누설, 대기 전류	게이트 산화막, 접합, 플라즈마 손상. 반지름 방향 무늬가 흔하다
4	기능·스캔 Functional	논리 값이 맞는가	배선·콘택·비아의 단선과 브리지. 무작위 결함의 대부분이 여기로 온다
5	속도 At-speed	실제 동작 속도에서의 응답	저항성 콘택·비아, 게이트 길이 편차. 필드 안 무늬나 반지름 무늬
6	메모리 Memory BIST	내장 메모리의 모든 셀	가장 조밀한 패턴이라 작은 결함에 가장 민감하다
7	파라메트릭 Parametric	전류·전압·주파수가 규격 안인가	공정 중심값의 이동. 완만하게 변하는 무늬
8	전원 단락 Power short	전원과 접지 사이의 과전류	넓은 금속 브리지, 금속 잔류물. 다이 전체를 죽이는 큰 결함

다이 좌표에 합격·불합격을 칠한 것이 웨이퍼 맵(Wafer map)이고, 불합격 다이를 빈 번호로 칠한 것이 빈 맵(Bin map)이다. 합격·불합격 맵은 모든 원인을 한 색으로 칠한다. 원인이 여럿이면 무늬가 서로 겹쳐 어느 것도 또렷하지 않다. 빈 맵은 같은 불량을 증상별로 나눠 놓은 것이다.

빈으로 나누는 것이 왜 통하는가. 무작위 결함은 다이의 아무 곳에나 떨어지므로 증상도 제각각이어서 여러 빈에 흩어진다. 반면 한 가지 계통 원인은 같은 층의 같은 구조를 같은 방식으로 망가뜨리므로 거의 한 빈으로만 나온다. 그래서 한 빈만 남기고 맵을 보면 그 빈에 실린 계통 무늬가 바탕의 무작위 불량에서 떠오른다. 무늬의 모양이 어떤 공정을 가리키는지는 9장에서 다룬다.

SIMULATOR

빈 맵 탐색: 사건 YB-12

샷 경계 표시 반지름 95·120 mm 표시

수율—

고른 빈의 불량 다이—

가장 몰린 샷 안 자리 (행은 아래부터)—

불량률 r 95~120 mm / 그 밖—

선택한 다이 (맵을 눌러 고른다)—

해볼 것: ① 처음 화면은 2번 슬롯 웨이퍼의 합격/불합격 맵이다. 무늬가 있는 것 같기도 하고 아닌 것 같기도 하다. "빈 색"으로 바꾸고 오른쪽 파레토를 보자. 빈 4와 빈 8이 유난히 많다. ② "8 전원 단락"만 남기고 샷 경계를 켠다. 샷마다 같은 자리의 다이 하나씩이다. "가장 몰린 샷 안 자리"의 불량률을 읽자. ③ "4 기능·스캔"만 남기고 반지름 표시를 켠다. 고리가 보인다. 고리 밖에도 빈 4가 흩어져 있는데 이것은 평소에도 있는 무작위 불량이다. ④ 1번 슬롯과 평소 웨이퍼로 바꿔 가며 같은 빈을 비교한다. 무엇이 어느 웨이퍼에 있고 없는지 적어 두자. ⑤ 다이를 눌러 좌표를 읽는다. 빈 8 다이의 "샷 안 자리"가 모두 같은지 확인한다. (CONTRIBUTING의 사건 재현 값으로 만든 맵. 무작위 불량의 빈 구성은 고정된 비율로 나눈 것이다.)

빈 파레토를 먼저 본다맵을 보기 전에 빈별 불량 수를 평소와 비교한다. 수율이 떨어졌는데 모든 빈이 같은 비율로 늘었다면 결함 밀도가 전반적으로 오른 것이다. 한두 빈만 늘었다면 그 빈의 맵에 무늬가 있을 가능성이 크다. 어떤 빈을 볼지 정해 주는 것이 파레토다.

테스트가 만든 가짜 무늬

맵은 웨이퍼 자체가 아니라 웨이퍼를 잰 결과다. 재는 쪽에 문제가 있어도 무늬가 생긴다. 공정을 의심하기 전에 측정을 먼저 의심하는 것은 모든 분석의 기본이고, 웨이퍼 테스트에서는 특히 그렇다. 수만 개의 탐침이 기계적으로 닿았다 떨어지기를 되풀이하는 공정이기 때문이다.

탐침 끝에는 패드에서 긁어 낸 알루미늄과 산화물 부스러기가 쌓인다. 쌓일수록 접촉 저항이 오르고, 전원 탐침이면 다이에 걸리는 전압이 처진다. 그래서 프로브 카드는 일정 횟수마다 연마 시트에 문질러 세정한다. 세정 주기가 길면 세정 직후에는 수율이 좋다가 점점 나빠지는 톱니 모양이 테스트 순서를 따라 나타난다. 탐침 하나가 휘거나 닳으면 그 탐침을 쓰는 사이트만 떨어진다. 카드와 척이 평행하지 않으면 한쪽 사이트가 덜 눌린다.

원인	맵에 나타나는 모양	가려내는 법
한 사이트의 탐침·채널 불량	터치다운 주기의 격자. 대개 빈 2나 한 가지 빈	사이트별 수율 비교. 재테스트로 회복
탐침 끝 오염(접촉 저항 상승)	테스트 순서를 따라 진해지는 줄무늬, 세정 뒤 회복	불량률을 테스트 순번에 대해 그린다
카드와 척의 평행도, 오버드라이브 부족	카드 한쪽 사이트들, 또는 웨이퍼 한쪽	프로브 자국의 크기와 위치를 현미경으로 본다
척 온도 불균일·안정 시간 부족	웨이퍼의 첫 다이들, 누설·속도 빈	온도 조건을 바꿔 재측정
테스트 프로그램·판정 한계 변경	공간 무늬 없이 로트 단위로 빈 구성이 바뀜	프로그램 개정 이력과 로트 날짜 대조

가짜 무늬를 가르는 순서. 싸게 확인할 수 있는 것부터 묻는다. 재테스트는 가장 싸고, 카드를 바꿔 다시 재는 것은 가장 비싸다. 세 질문을 모두 통과한 무늬만 공정으로 가져간다.

SIMULATOR

프로브 카드가 만드는 무늬

빈 2 연속성그 밖의 빈(진짜 불량)재테스트로 회복된 다이터치다운 경계

불량 사이트 그 사이트의 접촉 실패 확률 터치다운 시작 위치 이동 터치다운 경계 표시 샷 경계 표시

1차 수율—

재테스트 후 수율—

불량 사이트 수율 / 나머지—

회복된 다이 (회복률)—

해볼 것: ① 기본값은 가로 4 × 세로 2 사이트 카드의 3번 사이트가 70% 확률로 접촉에 실패하는 상황이다. 맵에 빈 2가 격자로 찍힌다. 오른쪽의 사이트별 수율을 보면 한 칸만 색이 다르다. ② "불량 다이 재테스트"를 누른다. 격자가 사라지고 진짜 불량만 남는다. 진짜 불량은 재테스트해도 돌아오지 않는다. ③ 접촉 실패 확률을 15%로 낮추면 맵에서는 격자가 보이지 않는다. 그래도 사이트별 수율에는 차이가 남는다. 눈보다 집계가 예민하다. ④ 4 × 4로 바꾸고 시작 위치 이동을 0칸, 불량 사이트를 7번으로 맞춘 뒤 샷 경계를 켠다. 터치다운과 노광 샷이 정확히 겹쳐 2절의 빈 8 격자와 구별할 수 없는 모양이 된다. 시작 위치를 1칸 옮기면 무늬가 샷 경계에서 어긋난다. 무늬가 샷을 따르는지 터치다운을 따르는지가 단서다. (가장자리의 걸친 터치다운은 생각하지 않았다. 재테스트는 카드를 세정한 뒤 불량 다이만 다시 재며 이때는 접촉이 정상이라고 가정했다.)

재테스트로 합격이 된 다이의 비율을 회복률(Recovery rate)이라 하고, 테스트 공정의 건강 지표로 관리한다. 회복률이 오르면 카드나 프로버를 본다. 다만 재테스트를 무한정 되풀이할 수는 없다. 터치다운마다 패드가 더 긁혀 와이어 본딩이나 범프 접합에 문제가 생기므로 횟수에 한도를 둔다. 조건이 아슬아슬한 다이가 여러 번 재다 보면 우연히 통과하는 것도 경계한다.

사이트 번호 없이는 가를 수 없다사이트 배열이 노광 샷과 같은 크기이고 같은 자리에서 시작하면, 사이트 하나의 불량과 레티클의 반복 결함(11장)은 맵만으로 구별되지 않는다. 그래서 테스트 기록에는 다이마다 사이트 번호를 함께 남긴다. 반복 무늬를 보면 레티클을 꺼내기 전에 사이트별 수율과 재테스트 결과를 먼저 확인한다.

파라메트릭 맵: 합격 안쪽의 무늬

빈은 연속인 측정값을 규격으로 잘라 만든 것이다. 자르기 전의 값에는 더 많은 정보가 있다. 다이마다 재는 대기 전류, 링 발진기 주파수, 최대 동작 주파수 같은 값을 다이 좌표에 색으로 칠하면 파라메트릭 맵(Parametric map)이 된다. 모든 다이가 합격이어도 이 맵에는 무늬가 있다. 공정이 웨이퍼 전체에서 완전히 균일할 수는 없기 때문이다.

또 하나의 연속값 맵은 PCM(Process control monitor) 측정에서 온다. WAT(Wafer acceptance test)나 E-테스트라고도 부른다. 다이 사이의 스크라이브 라인에 넣어 둔 시험 구조(2장)에서 트랜지스터의 문턱 전압과 구동 전류, 층별 시트 저항, 콘택·비아 사슬의 저항, 배선 간 누설을 직접 잰다. 제품 다이의 테스트는 "동작하는가"를 묻지만 PCM은 "공정이 목표한 소자를 만들었는가"를 묻는다. 대신 웨이퍼당 몇 곳에서 수십 곳만 재므로 지도의 해상도가 낮다.

잘리기 전의 값. 왼쪽은 반지름 방향으로 값이 서서히 오르는 맵이다. 오른쪽은 같은 데이터를 구역별 분포로 그린 것이다. 가장자리 분포는 통째로 오른쪽으로 밀려 있지만 대부분 규격 안이라 합격이다. 꼬리가 규격 상한을 넘은 다이만 빈 7이 된다. 빈 맵에는 가장자리의 불량 몇 개만 보이고, 파라메트릭 맵에는 웨이퍼 전체의 기울기가 보인다.

분포가 규격에서 얼마나 여유 있는지는 공정 능력 지수(Process capability index)로 나타낸다.

$$C_{pk} = \min\!\left(\frac{\text{USL}-\mu}{3\sigma},\ \frac{\mu-\text{LSL}}{3\sigma}\right)$$

$\mu$, $\sigma$는 측정값의 평균과 표준편차, USL·LSL은 규격 상한·하한. 정규 분포라면 $C_{pk} = 1$일 때 가까운 쪽 규격 밖으로 약 0.13%, $C_{pk} = 1.33$일 때 약 0.003%가 나간다. 웨이퍼 전체로는 $C_{pk}$가 넉넉해도 구역별로 따로 구하면 가장자리만 1 아래일 수 있다.

연속값 맵의 쓸모는 조기 경보다. 빈 맵의 무늬는 값이 규격을 넘은 뒤에야 나타난다. 파라메트릭 맵의 무늬는 그 전부터 보인다. 가장자리의 콘택 저항이 로트마다 조금씩 오르고 있다면 아직 수율 손실은 없어도 곧 빈 5(속도)나 빈 4의 고리가 될 것이다. 또 파라메트릭 무늬는 빈 무늬의 해석을 돕는다. 빈 5가 몰린 자리와 링 발진기가 느린 자리가 겹치면 그 불량은 결함이 아니라 소자 특성의 치우침에서 온 것이다. 1장에서 나눈 손실의 세 갈래 가운데 파라메트릭 손실이 이것이다.

연속값 맵은 색 눈금에 속기 쉽다색 눈금을 데이터의 최소·최대에 맞추면 어떤 맵이든 무늬가 선명해 보인다. 1% 차이도 빨강과 파랑으로 갈린다. 눈금을 규격 폭에 맞춰 그린 맵과 함께 봐야 그 무늬가 수율에 영향을 줄 크기인지 알 수 있다.

결함 맵과 빈 맵을 겹친다

5~7장에서 만든 인라인 결함 맵은 좌표의 목록이었다. 빈 맵은 다이의 목록이다. 둘을 잇는 방법은 단순하다. 결함 좌표가 어느 다이 안에 드는지 찾아 다이마다 "결함이 있었다/없었다"를 표시한다. 그러면 모든 다이가 네 칸 가운데 하나에 든다.

네 칸으로 나누기. 결함이 있었던 다이가 모두 죽는 것도 아니고, 죽은 다이에 모두 결함이 있었던 것도 아니다. 네 칸의 숫자가 그 결함이 얼마나 치명적인지와 검사가 얼마나 놓치는지를 함께 말해 준다.

결함이 있었고 불량인 다이를 적중(Hit)이라 하고, 결함 다이 가운데 불량인 비율을 적중률(Hit rate)이라 한다. 적중률이 높다고 그 결함이 다이를 죽였다고 단정할 수는 없다. 결함이 없었어도 어차피 다른 이유로 죽었을 다이가 섞여 있기 때문이다. 그 몫을 결함 없는 다이의 불량률로 어림해 빼 준다. 결함 다이가 합격하려면 그 결함이 치명적이지 않아야 하고 동시에 다른 이유로도 죽지 않아야 한다.

$$1 - p_d = (1 - k)(1 - p_0) \quad\Longrightarrow\quad k = \frac{p_d - p_0}{1 - p_0}$$

$p_d$는 결함이 검출된 다이의 불량률(적중률), $p_0$는 결함이 검출되지 않은 다이의 불량률, $k$는 치명률(Kill ratio), 곧 그 결함이 다이를 죽일 확률이다. 결함과 다른 불량 원인이 서로 독립이라고 가정한다.

치명률은 결함 종류마다, 검사 층마다 따로 구한다. 7장에서 종류별 결함 수에 치명률을 곱해 결함별 수율 손실을 어림했는데, 그 치명률을 실제 데이터에서 얻는 방법이 이 겹치기다. 네 칸 가운데 나머지 둘도 단서다.

결함 있고 합격. 회로가 없는 자리에 떨어진 결함, 치명적이지 않은 크기의 결함, 그리고 뉴슨스다. 메모리처럼 여분 회로로 수리한 다이도 여기에 든다. 이 칸이 크면 검사 감도가 수율에 무해한 것까지 잡고 있다는 뜻이다.
결함 없고 불량. 검사하지 않은 층에서 생긴 결함, 검사는 했지만 놓친 결함(광학으로는 안 보이는 전기적 결함, 6장), 표본으로 뽑히지 않은 웨이퍼, 결함이 아닌 파라메트릭 불량, 그리고 3절의 가짜 불량이다. 이 칸이 크고 거기에 무늬까지 있으면 지금의 검사 계획이 보지 못하는 원인이 있다는 뜻이다.

SIMULATOR

결함–빈 겹치기와 치명률

결함 있고 불량(적중)결함 있고 합격결함 없고 불량결함 없고 합격

검사 포착률 뉴슨스 밀도 결함과 무관한 불량률 M1 반복 브리지 포함 (사건 YB-12)

결함 다이의 불량률 p_d—

무결함 다이의 불량률 p₀—

치명률 k (보정 후)—

결함으로 설명되는 불량—

수율—

해볼 것: ① "결함 맵", "빈 맵", "겹친 맵"을 차례로 본다. 겹친 맵 옆의 분할표와 종류별 치명률을 읽자. 반복 브리지의 치명률은 약 97%로 다른 종류보다 뚜렷이 높다. ② 뉴슨스 밀도를 끝까지 올린다. 결함 다이가 늘면서 p_d와 전체 치명률이 뚝 떨어진다. 종류별 막대는 거의 그대로다. 분류 없이 "결함 전체"로 구한 치명률은 뉴슨스 비율에 따라 얼마든지 달라진다. ③ 포착률을 20%로 낮춘다. 놓친 치명 결함이 "결함 없고 불량" 칸으로 넘어가 p₀가 오르고, "결함으로 설명되는 불량"이 줄어든다. ④ 결함과 무관한 불량률을 15%로 올린다. p_d는 오르지만 보정한 치명률은 크게 변하지 않는다. 보정이 하는 일이 이것이다. ⑤ "새 웨이퍼"를 여러 번 누르며 다이 수가 적은 종류(n이 작은 막대)의 치명률이 얼마나 출렁이는지 본다. (결함 좌표는 WM.defects로 만들고, 치명 결함이 든 다이를 불량으로 하여 맵을 만들었다. 세로선은 모델이 실제로 쓴 치명 결함의 비율이다. 반복 브리지는 사건 설정에 맞춰 97%로 두었다. 가장자리의 온전하지 않은 다이에 떨어진 결함은 대응할 다이가 없어 집계에서 빠진다.)

겹치기에는 조건이 있다. 검사 장비의 좌표계와 테스트 맵의 다이 좌표가 같은 원점과 방향으로 맞춰져 있어야 한다. 한 칸만 어긋나도 적중률은 우연 수준으로 떨어진다. 그리고 치명률은 통계량이다. 그 종류의 결함이 든 다이가 수십 개뿐이면 값이 크게 흔들리므로 여러 웨이퍼를 모아 구한다. 결함이 한 다이에 여러 개 든 경우나 여러 층의 결함이 한 다이에 겹친 경우에는 어느 것이 죽였는지 가릴 수 없다는 점도 기억해 둔다.

맵 데이터의 형식과 한계

맵은 그림이 아니라 표다. 다이 한 개가 한 줄이고, 줄마다 아래와 같은 값이 붙는다. 테스터의 기록은 대개 STDF(Standard test data format)로, 프로버와 조립 장비가 주고받는 맵은 SEMI E142 같은 맵 표준 형식으로 저장한다. 분석의 첫 작업은 언제나 좌표 맞추기다. 원점이 웨이퍼 중심인지 모서리인지, y가 위로 커지는지 아래로 커지는지, 노치가 어느 쪽인지는 장비마다 다르다(2장).

항목	내용	어디에 쓰는가
로트·웨이퍼 번호, 슬롯	어느 로트의 몇 번째 웨이퍼인가	웨이퍼 간 비교, 스택(10장), 공정 이력과 연결(13장)
다이 좌표 (x, y)	다이 격자 번호	공간 무늬, 샷 안 자리 계산, 결함 맵과 겹치기
하드 빈·소프트 빈	판정과 첫 실패 항목	빈 맵, 빈 파레토
사이트 번호	프로브 카드의 어느 자리로 쟀는가	사이트별 수율, 가짜 무늬 판별
테스트 순번·시각	몇 번째 터치다운인가	탐침 오염, 온도 안정, 장비 상태의 추세
재테스트 표시	1차 결과와 최종 결과	회복률
측정값 기록	항목별 실제 전류·전압·주파수	파라메트릭 맵, 규격 여유

맵이 말해 주지 못하는 것도 분명히 해 둔다. 추리에서는 단서의 한계를 아는 것이 단서만큼 중요하다.

다이 안의 위치를 모른다. 맵의 화소는 다이 하나다. 다이의 어느 블록, 어느 층, 어느 배선이 문제인지는 맵에 없다. 그것을 찾는 일이 스캔 진단과 물리 분석이고 FailureBook의 주제다. 이 책은 반대로, 다이를 열지 않고 다이들의 배치만으로 원인 공정을 좁힌다.
첫 실패만 안다. 빈은 테스트 순서에 따라 달라지는 꼬리표다. 순서가 다른 두 제품의 빈 분포를 그대로 비교할 수 없다.
테스트가 묻지 않은 것은 모른다. 합격 다이에도 결함은 있을 수 있다. 테스트 패턴이 건드리지 않은 회로의 결함이나 아직 증상이 없는 잠재 결함은 빈 1로 나간다.
한 장으로는 우연과 무늬를 가를 수 없다. 무작위 불량도 뭉쳐 보인다. 무늬가 진짜인지는 10장의 통계와 여러 장의 비교로 판단한다.

여기까지가 맵을 만드는 과정이다. 다음 장부터는 만들어진 맵을 읽는다. 무늬의 모양이 어떤 장비를 가리키는지가 9장의 주제다.

CASE YB-12사건 파일 · 8장

두 개의 빈이 그리는 두 개의 그림

문제 로트의 웨이퍼 테스트 기록을 빈별로 나눈다. 평소 웨이퍼와 비교하면 두 빈만 눈에 띄게 늘었다. 빈 8(전원 단락)은 샷마다 한 다이씩, 웨이퍼 전체에 격자로 찍혀 있다. 빈 4(기능·스캔)는 고리 모양으로 몰려 있고, 그 반지름대는 6장의 전압 대비 검사에서 어두운 콘택이 나온 띠와 같다. 합격·불합격으로만 칠한 맵에서는 두 무늬가 무작위 불량과 섞여 어느 쪽도 또렷하지 않았다.

M1 식각 후 검사의 결함 좌표를 빈 맵과 겹친다. 7장에서 같은 모양의 브리지로 분류된 결함이 있는 다이는 약 97%가 불량이고, 그 다이들의 빈은 8이다. 다른 종류의 결함은 치명률이 이보다 훨씬 낮다. 검사에서 본 결함과 테스트에서 죽은 다이가 처음으로 하나의 선으로 이어졌다.

얻은 단서빈 8은 샷 주기의 격자, 빈 4는 고리. 브리지가 있는 다이의 불량률 약 97%.

아직 모르는 것격자가 왜 샷 주기인지. 고리가 모든 웨이퍼에 있는지. 두 무늬가 한 원인인지 다른 원인인지.

다음 단계무늬의 모양으로 원인 공정의 종류를 좁힌다(9장). 여러 장을 겹치고 웨이퍼별로 나눠 본다(10장).

핵심 정리

웨이퍼 테스트는 탐침을 다이마다 내려 합격·불합격과 빈을 찍는다. 그 결과를 다이 좌표에 칠한 것이 웨이퍼 맵이다.
양산 테스트는 첫 실패에서 멈춘다. 빈은 처음 걸린 항목이지 모든 증상이 아니며, 테스트 순서를 바꾸면 빈 분포가 바뀐다.
무작위 결함은 여러 빈에 흩어지고 계통 원인은 한 빈에 몰린다. 맵을 빈별로 나누면 겹쳐 있던 무늬가 갈라진다.
맵은 잰 결과다. 프로브 카드의 사이트 불량과 접촉 불량은 터치다운 주기의 격자를 만든다. 사이트별 수율과 재테스트 회복으로 가려낸다.
규격으로 자르기 전의 연속값 맵에는 합격 다이 안쪽의 무늬가 보인다. 불량이 되기 전의 조기 경보다.
결함 맵과 빈 맵을 겹치면 다이가 네 칸으로 나뉜다. 치명률은 $k = (p_d - p_0)/(1 - p_0)$로, 결함 종류별로 구한다.
결함 없이 불량인 다이는 검사가 보지 못한 원인을 가리킨다. 맵은 다이 안의 위치를 알려 주지 못한다.

확인 퀴즈

양산 테스트 프로그램에서 기능 테스트를 전원 단락 테스트보다 앞으로 옮겼다. 같은 웨이퍼를 다시 재면 어떻게 되는가?

합격 여부는 모든 항목을 통과하느냐로 정해지므로 순서와 무관하다. 달라지는 것은 불량 다이에 찍히는 빈이다. 전원이 단락된 다이는 기능 테스트에서도 떨어지므로 먼저 만난 빈 4로 기록되고, 빈 8의 무늬는 빈 4 속에 묻힌다.

맵에 빈 2(연속성) 불량이 가로 4칸, 세로 2칸 주기의 격자로 나타났다. 노광 샷은 다이 4 × 4개다. 가장 먼저 할 일은?

무늬의 주기가 샷(4 × 4)이 아니라 프로브 카드의 사이트 배열(4 × 2)과 같고, 빈도 접촉을 보는 연속성이다. 테스트가 만든 가짜 무늬일 가능성이 크다. 사이트별 수율과 재테스트 회복은 가장 싸게 확인할 수 있는 증거다.

어떤 종류의 결함이 검출된 다이 200개 가운데 130개가 불량이었다. 결함이 검출되지 않은 다이의 불량률은 10%다. 이 결함의 치명률은 약 얼마인가?

$p_d = 130/200 = 0.65$, $p_0 = 0.10$. $k = (0.65 - 0.10)/(1 - 0.10) \approx 0.61$. 65%는 보정하지 않은 적중률이고, 55%는 단순히 뺀 값이다. 결함이 죽이지 못한 다이 가운데 10%는 다른 이유로 죽는다는 점까지 반영해야 한다.

결함 맵과 빈 맵을 겹쳤더니 "결함 없고 불량"인 다이가 많고, 그 다이들이 고리 모양으로 모여 있다. 가장 알맞은 해석은?

무늬가 있으므로 무작위가 아니고, 결함이 검출되지 않았으므로 검사한 층·검사 방식의 바깥에 원인이 있다. 검사하지 않은 층이거나, 광학으로는 겉모양이 정상인 전기적 결함이거나, 파라메트릭 이동일 수 있다. 뉴슨스가 많으면 "결함 있고 합격" 칸이 커진다.