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핵심기술
반도체 핵심 부품 (펌프, 히터, 비젼 모듈분야) 육성을 위한 수요연계 성능평가 기술개발

최종목표
- 핵심 부품 (펌프, 히터, 비젼 모듈분야) 성능 평가 시스템 구축
- 핵심 부품 핵심 사양 검증(세부과제(2,3,4) 성능지표) 및 시험성적서 발급
- 개발 시스템 활용 표준화된 평가 절차 개발
- 최상위 성능보유 부품과의 성능 비교 DB 구축
- 개발 부품의 실증테스트(반도체 양산 공정)를 통한 사업화 지원

개발내용 및 결과
가. 펌프 시험평가 시스템 구축

핵심기술
반도체 핵심 부품 (펌프, 히터, 비젼 모듈분야) 육성을 위한 수요연계 성능평가 기술개발

최종목표
- 핵심 부품 (펌프, 히터, 비젼 모듈분야) 성능 평가 시스템 구축
- 핵심 부품 핵심 사양 검증(세부과제(2,3,4) 성능지표) 및 시험성적서 발급
- 개발 시스템 활용 표준화된 평가 절차 개발
- 최상위 성능보유 부품과의 성능 비교 DB 구축
- 개발 부품의 실증테스트(반도체 양산 공정)를 통한 사업화 지원

개발내용 및 결과
가. 펌프 시험평가 시스템 구축
- 극청정 환경 조성용의 불순물 추적 기술 및 평가 시스템 개발 :핵심부품의 온도 변화 및 노출 조건에 따른 정밀 outgassing분석 및 데이터베이스 확보 기술

나. 히터 시험평가 시스템 구축
- 반도체용 고온 히터 플레이트의 열성능 평가 및 표준화 된 평가절차를 개발하고 타 세부과제에서 개발된 히터 플레이트의 열적 성능지표를 검증하는 기술을 개발함.
- 반도체용 고온 히터 플레이트의 열성능을 평가하기 위해 본과제에서 평가시스템이 가지는 평가항목은 히터 플레이트 표면온도의 정밀도, 공간 균질도, 장기간 온도 안정도 등에 대한 성능평가 기술을 개발하고자 함.
- 각 평가항목에 대한 측정불확도를 평가하여 본 평가시스템을 통해 얻은 물리적 수치에 대한 신뢰성을 확보하고, 타 세부과제에서 개발된 히터의 열성능 평가의 정확성을 확보함.
- 반도체용 고온 히터 플레이트의 표면 온도 정밀제어를 위해 필수적인 요소인 열적 손실에 의한 온도제어 오차를 최소화하기 위한 AlN 샤프트의 열전도도 평가 등을 통해 최적의 고온히터 플레이트 시스템 개발을 위한 제품 성능지수를 제공함.

다. 비젼 모듈 시험평가 시스템 구축
- 본 세부과제는 차세대 반도체 장비용 핵심 부품 중 하나인 자동 3D 검사장비의 시험평가 시스템 구축을 최종목표로 함.
- 3D 검사장비의 시험평가 시스템 구축을 통해 개발단계에 따라 체계적으로 핵심기술 및 제품 성능지표 검증을 위해, ‘ 1)카메라의 성능평가, 2)광학계의 성능평가, 3)검사장비의 성능평가 ’ 와 같이 크게 3가지 평가분야에 대한 시험평가 시스템을 구축하며, 이를 통해, 타세부 과제에서 개발된 검사장비의 1)핵심 부품들의 성능 평가, 2)사양 검증 시스템 구축, 3)표준화된 평가 절차 개발, 4)성능 지표 검증 등을 수행함.

기술개발 배경
가. 펌프 시험평가 시스템 구축
- 첨단 산업의 급속한 팽창에 기인한 진공펌프 및 진공부품의 수요가 급증하면서 국내 진공장비 업체와 반도체려/디스플레이 공정과 같은 대량 수요처에서 진공펌프와 부품의 국산화를 요구하고 있으며 일부 품목은 벌써 국산화되고 있음.
- 국내 진공업체가 개발 제작하는 펌프 및 제품들이 외국제품들에 비해 어떠한 특성을 가졌는지 정확히 평가해주어 국내 제품들의 신뢰도를 높임이 절대적으로 필요한 시점에 있으며 이를 위해서는 이들에 대한 확실한 평가기준과 성능평가능력이 확보되어야 함.
- 현재 저진공펌프에 대해 공신력 있는 성능검사를 해줄 수 있는 최소한의 기본 능력 및 설비를 구비하고 있는 곳은 한국표준과학연구원 진공기술센터이나 국내외 진공펌프의 전 방위적인 신뢰성 평가 및 특성분석을 하기에는 현 단계에서는 역부족인 형편에 있음.
- 한미, 한일 FTA와 같은 국제 경제의 개방에 따른 국내 시장의 심각한 무역역조 현상을 극복하기 위하여 진공펌프 및 관련 부품에 대한 개발 초기부터의 신뢰도 있는 성능평가를 체계적이고 지속적으로 유지하여 국제적으로 진공펌프의 신뢰성을 공인해줄 수 있는 능력의 확보 시급함.
- 첨단 반도체/디스프레이 산업의 급속한 팽창에 기인한 국산화 장비의 보급과 수출증대기여와 제조업체 자체의 품질향상을 촉진시킬 수 있는 기반을 조성할 필요성이 시급한 시점에 있음.
- 반도체 300 mm/450 mm wafer 급 이상 및 7세대 이후 디스플레이 공정 등 첨단공정의 진화에 따른 공정 현장 적용 펌프의 진화가 현재 진행 중임.
- 진공 환경을 조성하는 핵심장치인 진공펌프의 명확한 특성 확인 및 상태진단의 융합적 분석 기술은 주요 제조 공정의 신뢰성에 필수적 요인이 되고 있음.
- 반도체/디스플레이 제조의 soft/medium/harsh 공정의 다변화에 따른 차별화된 진공펌프의 복합 진단기술 개발의 필요성이 대두하고 있음.

나. 히터 시험평가 시스템 구축
- 반도체용 고온 히터는 반도체 소자의 수율을 결정하는 중요한 핵심 공정부품이며, 20 nm 수준의 반도체칩 양산에 들어 간 지금, 열처리용 히터 플레이트의 열적 공간 균일도 등의 중요성이 날로 증가되고 있음.

다. 비젼 모듈 시험평가 시스템 구축
- 반도체, 디스플레이, 태양광 및 LED 제조 분야에서 제품 생산시 back-end (후공정) 외관검사는 초기에는 검사자의 육안 검사에 의존 해왔음.
- 이들 산업체에서 검사자의 주관적 판단을 최소화한 신속, 정확, 효과적인 외관검사 니즈에 따라 광학기술을 기반으로 한 자동 3D 외관검사 장비가 개발되어 보급됨.
- 반도체 및 디스플레이 부품의 성능향상 및 고속화에 따른 집적도의 고도화에 따라 자동 3D 외관검사 장치의 성능향상 요구가 지속적으로 높아지고 있음.
- 자동 3D 외관검사 장치의 성능이 생산 효율성을 좌우하는 하나의 요소로 작용할 정도로 높은 중요성을 가지고 있는 실정임.
- 비젼 모듈을 활용하는 반도체 후공정 검사분야 중 대표적인 flip chip의 경우, 일반적인 패키지에서 다이와 캐리어는 wire를 이용하여 연결하게 되는 inter-connection 방식과는 상이하게, 다이 표면에 도포된 범프(bump)를 이용하여 캐리어에 직접 접합함.
- 일반적으로 이용되는 solder bump의 크기는 50 ~ 100 um 의 직경과 20 ~ 40 um 의 높이를 가지며, 단일 패키지에 사용되는 solder bump의 개수는 수백 개에서 많게는 10,000개 이상의 bump를 형성하여 접합함.
- 이렇게 다이 표면에 도포된 bump들 중 제대로 형성되지 않은 bump가 하나라도 존재할 경우, 해당 제품을 이용하여 조립하게 된 완성품은 불량 제품이 됨.
- 따라서, 산업체에서는 생산품의 불량률을 최소화 하기 위해 3D 비젼 모듈을 활용하여 도포된 bump의 형상과 크기가 설계 스펙에 정확히 맞는지 전수검사를 수행함.
- 최근, 반도체 기반 제품의 소형화와 고속 작동의 요구 및 디스플레이 제품 등의 대형화 및 고품질화에 대한 end-user의 니즈에 따라 핵심 부품들의 고집적화는 급속도로 진행되고 있음.
- Flip chip 제품의 후공정을 예로 들면, chip 스케일이 비약적으로 축소화됨에 따라, 기존의 50 ~ 100 um 급의 bump 크기를 대폭 축소하여 20 um 급의 bump를 생상 공정에 적용하는 추세임.
- 이에 따라, 20 um 급 bump가 활용되는 차세대 반도체 제조의 후공정 중 자동 3D 검사를 효율적으로 수행할 수 있는 검사장비의 개발 및 국산화에 대한 필요성이 강조되고 있는 상황임.
- 자동 3D 검사 시스템을 구성하는 핵심요소기술들을 나누어 보면, 1) 3D 측정 원천기술, 2) 영상 획득 및 처리기술, 3) 고품질-고속 카메라 기술, 4) 고정밀 광학기술 등으로 나눌 수 있음.
- 최종 개발된 자동 3D 검사 시스템의 우수한 성능을 보장하기 위해서는, 각 핵심요소기술들에 대한 정성적, 정량적 평가가 기술 개발 단계에 따라 체계적으로 이루어져야 하며, 이를 바탕으로 개발된 검사장비만이 최종 성능평가에서 우수한 결과를 도출할 것이라는 것은 어렵지 않게 유추할 수 있음.

핵심개발 기술의 의의
가. 펌프 시험평가 시스템 구축
- 극청정 환경 조성용의 불순물 추적 기술 및 평가 시스템 개발 :핵심부품의 온도 변화 및 노출 조건에 따른 정밀 outgassing 분석 및 데이터베이스 확보 기술

나. 히터 시험평가 시스템 구축
- 고온 히터 플레이트 시스템 성능 평가의 국제적 신뢰성을 확보하기 위해 열적 특성 평가시스템을 교정할 수 있는 표준물질 개발과 국제 SI 단위 소급성을 유지하기 위한 측정표준 절차 등을 개발할 예정임.
- 개발된 성능평가 시스템 및 표준절차를 이용해 개발 부품의 실증테스트를 실시함으로써 반도체 양산 공정 적용 가능여부를 검증하고 최종적으로 개발된 부품의 사업화를 지원하기 위한 연구개발을 진행할 예정임.

다. 비젼 모듈 시험평가 시스템 구축
- 본 세부과제를 통해 검증된 핵심기술 및 제품성능지표 결과물을 활용하게 된다면, 개발된 검사장비의 국내 보급 및 국외 수출시 예상되는 진입장벽을 한 단계 낮출 수 있을 것으로 기대됨.

적용 분야
반도체 장비 산업 분야

( 출처: 최종보고서 초록 - 3. 개발결과 요약 4p )