웨이퍼절단은 전력 반도체 생산의 중요한 연결 고리 중 하나입니다. 이 단계는 반도체 웨이퍼에서 개별 집적 회로 또는 칩을 정확하게 분리하도록 설계되었습니다.
의 열쇠웨이퍼절단은 칩에 내장된 섬세한 구조와 회로를 보장하면서 개별 칩을 분리할 수 있어야 합니다.웨이퍼손상되지 않습니다. 절단 공정의 성공 여부는 칩의 분리 품질과 수율에 영향을 미칠 뿐만 아니라 전체 생산 공정의 효율성과도 직접적인 관련이 있습니다.
▲ 웨이퍼 절단의 세 가지 일반적인 유형 | 출처: KLA CHINA
현재 일반적인웨이퍼절단 공정은 다음과 같이 구분됩니다.
블레이드 절단: 비용이 저렴하고 일반적으로 두꺼운 절단에 사용됨웨이퍼
레이저 절단: 비용이 많이 들고 일반적으로 두께가 30μm 이상인 웨이퍼에 사용됨
플라스마 절단: 비용이 많이 들고 제한이 많으며 일반적으로 두께가 30μm 미만인 웨이퍼에 사용됨
기계식 블레이드 절단
블레이드 절단은 고속 회전하는 연삭 디스크(블레이드)를 사용하여 스크라이브 라인을 따라 절단하는 공정입니다. 블레이드는 일반적으로 연마재 또는 초박형 다이아몬드 소재로 제작되어 실리콘 웨이퍼의 슬라이싱이나 홈 가공에 적합합니다. 그러나 기계적 절단 방식인 블레이드 절단은 물리적 재료 제거에 의존하기 때문에 칩 가장자리에 쉽게 균열이나 흠집이 발생하여 제품 품질에 영향을 미치고 수율을 저하시킬 수 있습니다.
기계적 톱질 공정으로 생산되는 최종 제품의 품질은 절단 속도, 칼날 두께, 칼날 직경, 칼날 회전 속도 등 여러 가지 변수의 영향을 받습니다.
풀 컷은 가장 기본적인 블레이드 절단 방법으로, 고정된 소재(예: 슬라이싱 테이프)로 절단하여 작업물을 완전히 절단합니다.
▲ 기계식 블레이드 절단-풀컷 | 이미지 출처 네트워크
하프컷은 가공물의 중앙까지 절삭하여 홈을 만드는 가공 방법입니다. 홈 가공을 연속적으로 수행하면 빗살 모양이나 바늘 모양의 포인트를 만들 수 있습니다.
▲ 기계식 블레이드 절단-하프컷 | 이미지 출처 네트워크
더블 컷은 두 개의 스핀들이 있는 더블 슬라이싱 톱을 사용하여 두 개의 생산 라인에서 동시에 전체 또는 절반을 절단하는 가공 방법입니다. 더블 슬라이싱 톱에는 두 개의 스핀들 축이 있습니다. 이 공정을 통해 높은 처리량을 달성할 수 있습니다.
▲ 기계식 블레이드 절단-더블 컷 | 이미지 출처 네트워크
스텝 컷은 두 개의 스핀들이 장착된 이중 슬라이싱 톱을 사용하여 두 단계로 전체 및 절반 컷을 수행합니다. 웨이퍼 표면의 배선층 절단에 최적화된 블레이드와 남은 실리콘 단결정에 최적화된 블레이드를 사용하여 고품질 가공을 구현합니다.
▲ 기계식 블레이드 절단 - 스텝 절단 | 이미지 출처 네트워크
베벨 커팅은 스텝 커팅 공정에서 웨이퍼의 절반을 V자 모양으로 자른 칼날을 사용하여 웨이퍼를 두 단계로 절단하는 가공 방식입니다. 절단 공정 중에 챔퍼링 공정을 거치게 되므로 높은 금형 강도와 고품질 가공이 가능합니다.
▲ 기계식 블레이드 절단 - 베벨 절단 | 이미지 출처 네트워크
레이저 커팅
레이저 절단은 집속된 레이저 빔을 사용하여 반도체 웨이퍼에서 개별 칩을 분리하는 비접촉 웨이퍼 절단 기술입니다. 고에너지 레이저 빔은 웨이퍼 표면에 집중되어 삭마(ablation) 또는 열 분해 공정을 통해 미리 정해진 절단선을 따라 재료를 증발시키거나 제거합니다.
▲ 레이저 커팅 다이어그램 | 이미지 출처: KLA CHINA
현재 널리 사용되는 레이저 종류로는 자외선 레이저, 적외선 레이저, 펨토초 레이저가 있습니다. 그중 자외선 레이저는 높은 광자 에너지와 매우 작은 열 영향부로 인해 정밀한 저온 절삭에 자주 사용되며, 웨이퍼와 주변 칩의 열 손상 위험을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 적외선 레이저는 재료 깊숙이 침투할 수 있기 때문에 두꺼운 웨이퍼에 더 적합합니다. 펨토초 레이저는 초단파 광 펄스를 통해 열 전달이 거의 없어 고정밀하고 효율적인 재료 제거를 달성합니다.
레이저 절단은 기존 블레이드 절단에 비해 상당한 장점을 가지고 있습니다. 첫째, 비접촉 공정으로 웨이퍼에 물리적 압력을 가할 필요가 없어 기계적 절단에서 흔히 발생하는 파편화 및 균열 문제를 줄입니다. 이러한 특징은 특히 복잡한 구조나 미세한 특징을 가진 깨지기 쉬운 웨이퍼나 초박형 웨이퍼 가공에 적합합니다.
▲ 레이저 커팅 다이어그램 | 이미지 출처 네트워크
또한, 레이저 절단의 높은 정밀도와 정확성은 레이저 빔을 매우 작은 스팟 크기에 집중시키고, 복잡한 절단 패턴을 지원하며, 칩 사이의 최소 간격을 분리할 수 있도록 합니다. 이러한 특징은 크기가 점점 작아지는 첨단 반도체 소자에 특히 중요합니다.
그러나 레이저 절단에는 몇 가지 한계가 있습니다. 블레이드 절단에 비해 속도가 느리고 비용이 많이 들며, 특히 대량 생산 시 더욱 그렇습니다. 또한, 특정 소재와 두께의 경우, 적절한 레이저 유형을 선택하고 효율적인 재료 제거와 열 영향부 최소화를 위한 매개변수를 최적화하는 것이 어려울 수 있습니다.
레이저 절제 절단
레이저 어블레이션 절단 시, 레이저 빔은 웨이퍼 표면의 특정 위치에 정밀하게 초점을 맞추고, 레이저 에너지는 미리 정해진 절단 패턴에 따라 유도되어 웨이퍼를 바닥까지 점진적으로 절단합니다. 절단 조건에 따라 펄스 레이저 또는 연속파 레이저를 사용하여 절단합니다. 레이저의 과도한 국부 가열로 인한 웨이퍼 손상을 방지하기 위해 냉각수를 사용하여 웨이퍼를 냉각하고 열 손상으로부터 보호합니다. 동시에, 냉각수는 절단 과정에서 발생하는 파티클을 효과적으로 제거하여 오염을 방지하고 절단 품질을 보장합니다.
레이저 투명 절단
레이저를 집중시켜 웨이퍼 본체에 열을 전달하는 "무시 레이저 절단" 방식도 있습니다. 이 방식에서는 레이저의 열이 스크라이브 레인에 틈을 만듭니다. 이렇게 약화된 부분은 웨이퍼가 늘어날 때 파손되어 유사한 관통 효과를 얻습니다.
▲레이저 투명절단의 주요 공정
비가시 절단 공정은 레이저가 표면에 흡수되는 레이저 어블레이션과는 달리, 내부 흡수 레이저 공정입니다. 비가시 절단에는 웨이퍼 기판 재료에 반투명한 파장의 레이저 빔 에너지가 사용됩니다. 이 공정은 두 가지 주요 단계로 나뉘는데, 하나는 레이저 기반 공정이고 다른 하나는 기계적 분리 공정입니다.
▲레이저 빔은 웨이퍼 표면 아래에 천공을 생성하며, 앞면과 뒷면에는 영향을 미치지 않습니다 | 이미지 출처 네트워크
첫 번째 단계에서는 레이저 빔이 웨이퍼를 스캔할 때, 웨이퍼 내부의 특정 지점에 레이저 빔이 초점을 맞춰 내부에 균열 지점을 형성합니다. 빔 에너지는 내부에 일련의 균열을 발생시키지만, 이 균열은 아직 웨이퍼 전체 두께를 관통하여 상하부 표면까지 확장되지는 않았습니다.
▲블레이드 방식과 레이저 비투과 절단 방식으로 절단한 100μm 두께 실리콘 웨이퍼 비교 | 이미지 출처 네트워크
두 번째 단계에서는 웨이퍼 하단의 칩 테이프가 물리적으로 팽창하여 첫 번째 단계의 레이저 공정에서 발생한 웨이퍼 내부 균열에 인장 응력이 발생합니다. 이 응력으로 인해 균열이 웨이퍼의 상면과 하면까지 수직으로 확장되고, 이 절단 지점을 따라 웨이퍼가 칩으로 분리됩니다. 보이지 않는 절단에서는 웨이퍼를 칩 또는 칩으로 분리하기 위해 일반적으로 하프 커팅 또는 하단 하프 커팅이 사용됩니다.
레이저 절삭에 비해 보이지 않는 레이저 절단의 주요 장점:
• 냉각수 필요 없음
• 잔해물 발생 없음
• 민감한 회로를 손상시킬 수 있는 열 영향 영역 없음
플라즈마 절단
플라즈마 절단(플라즈마 에칭 또는 건식 에칭이라고도 함)은 반응성 이온 에칭(RIE) 또는 심층 반응성 이온 에칭(DRIE)을 사용하여 반도체 웨이퍼에서 개별 칩을 분리하는 고급 웨이퍼 절단 기술입니다. 이 기술은 플라즈마를 사용하여 미리 정해진 절단선을 따라 재료를 화학적으로 제거하여 절단합니다.
플라즈마 절단 공정에서 반도체 웨이퍼는 진공 챔버에 놓이고, 제어된 반응성 가스 혼합물이 챔버에 주입된 후 전기장을 인가하여 고농도의 반응성 이온과 라디칼을 포함하는 플라즈마를 생성합니다. 이러한 반응성 물질은 웨이퍼 재료와 상호 작용하여 화학 반응과 물리적 스퍼터링의 조합을 통해 스크라이브 라인을 따라 웨이퍼 재료를 선택적으로 제거합니다.
플라즈마 절단의 주요 장점은 웨이퍼와 칩에 가해지는 기계적 응력을 줄이고 물리적 접촉으로 인한 잠재적 손상을 줄인다는 것입니다. 그러나 이 공정은 다른 방법보다 복잡하고 시간이 많이 소요되며, 특히 두꺼운 웨이퍼나 에칭 저항성이 높은 소재를 다룰 때 더욱 그렇습니다. 따라서 대량 생산에 적용하기에는 제한적입니다.
▲이미지 출처 네트워크
반도체 제조에서 웨이퍼 절단 방법은 웨이퍼 재료 특성, 칩 크기 및 기하학, 필요한 정밀도와 정확도, 전반적인 생산 비용 및 효율성을 포함한 여러 요소를 기반으로 선택해야 합니다.
게시 시간: 2024년 9월 20일