[일렉 스타] 오랩스, 반도체 비파괴 검사 장비 상용화

오랩스 초음파 검사 장비 TSAM-400.(사진=디일렉)

초음파 검사 기술 기업 오랩스가 올해 반도체 비파괴 검사 장비를 상용화한다. 단순 연구개발(R&D)이 아닌 양산 라인의 대규모 전수 검사용 장비 공급을 진행한다. 올 상반기부터 실질적인 성과를 기대한다.

오정환 오랩스 대표는 "최근 국내뿐 아니라 대만 주요 반도체 기업과도 초음파 검사 기술, 장비 도입을 적극 논의하고 있다"며 "오랩스 초음파 기술을 전세계 반도체 양산 라인의 검사 기술 표준으로 만드는 것이 궁극적 목표"라고 밝혔다.

오랩스는 국립부경대학교(부경대) 교원 창업 벤처 기업이다. 2018년 오정환 부경대 의공학과 교수가 설립해 대표를 맡고 있다. 비파괴 초음파 검사 원천 기술과 장비를 자체 개발 중이다. 특히 초음파-전기를 상호 변환하는 트랜스듀서와 펄서, 리시버 등 주요 하드웨어와 소프트웨어까지 자체 개발했다. 펄서는 고압의 전기 신호를 생성해 트랜스듀서에 전달해 초음파를 생성한다. 초음파가 반사되면 트랜스듀서가 이를 감지해 다시 전기 신호로 바꾼다. 이때 리시버가 해당 신호를 증폭해 분석하기 쉽게 만든다.

주요 기반 기술은 주사음향현미경(SAM)이다. 사람의 눈으로 볼 수 없는 미세 구조나 내부 결함을 초음파로 들여다볼 수 있다. 일반 SAM 시스템은 검사 속도가 광학(비전)이나 X-레이 등 타 검사 방식 대비 느린 한계가 있었다. 오랩스는 독자 개발한 기술을 적용해 경쟁사 대비 최대 20배 빠른 초음파 검사 기술을 구현했다. 특정 산업군에 한정되지 않고 여러 분야에 응용 가능한 것도 장점이다.

오 대표는 "오랩스의 비파괴 검사 기술은 반도체 칩, 웨이퍼, 기판, 부품은 물론 디스플레이, 차량용 부품, 배터리, 복합 소재 검사용으로도 사용할 수 있다"며 "실제 관련 기업들이 기술 도입에 적극적이어서 올해 상반기부터 구체적 성과가 나올 것으로 본다"고 알렸다.

가장 빨리 성과가 나올 것으로 기대되는 장비는 RSAM이다. 회전형(로터리) 스캔 기반 검사 기술이 적용됐다. 웨이퍼나 부품을 고정용 지그에 올려두고 테이블을 고속 회전해 검사하는 방식이다. 12인치 웨이퍼를 100마이크로미터(㎛) 해상도로 검사할 때 약 3분 정도가 소요된다. 반도체 수동소자 기준으로 10분당 약 2만개 검사가 가능하다.

기존 외산 초음파 장비들은 트랜스듀서만 지그재그로 움직이는 래스터 스캔 방식을 사용한다. 트랜스듀서가 가속 이동하다 정속으로 검사한 후 감속하며 방향을 전환하는 과정이 반복된다. 이때 실제 검사에 사용하지 않는 불필요한 시간 소모가 많이 발생한다. 이 때문에 반도체 수동소자를 수천개 담은 트레이 하나 검사 시 최소 30분에서 50분까지도 소요됐다. 양산라인 전수 검사가 현실적으로 어려웠다. 오 대표는 "기존 검사 장비 20대 정도가 처리할 물량을 오랩스 장비 1대로 대체할 수 있다"며 "높은 효율성을 이미 업계가 인정해 전수 조사용으로 고려되고 있다"고 설명했다.

추가로 CT 스캔 방식 장비들도 글로벌 기업들과 도입 논의를 하고 있다. CT 스캔은 C-스캔 이미지와 T-스캔 이미지를 동시해 획득해 양면을 검사하는 기술이다. 오랩스가 독자 개발했다.

C-스캔은 초음파를 검사 물체 표면부터 특정 깊이까지 내려갔다가 반사된 신호를 분석한다. 해당 깊이의 단면 이미지를 볼 수 있다. T-스캔은 물체 전체에 초음파를 투과시키는 것이다. 투과한 신호의 강도와 특성을 분석해 물체 내부를 영상화할 수 있다. 두 방식을 한 번에 사용하면 복잡한 구조의 반도체도 입체적으로 내부를 검사할 수 있다. 고대역폭메모리(HBM)도 적층된 코어 다이(칩) 층별 결함 확인이 가능하다.

오랩스는 회전형 스캔 방식과 CT 스캔 방식 모두 국내외 특허 등록을 완료했다. 오랩스가 현재 보유하고 있는 전체 특허는 70개 이상이다. 그중 초음파 검사 관련된 핵심 특허만 약 40개다.

오 대표는 "올해 비파괴 초음파 검사 기술과 장비가 본격 상용화할 것으로 본다"며 "평생 연구한 초음파 기술로 국내 산업에 기여할 수 있다는 점이 가장 큰 기쁨"이라고 표현했다.