A 웨이퍼실제 반도체 칩이 되기 위해서는 세 가지 변화를 거쳐야 합니다. 첫째, 블록 모양의 잉곳을 웨이퍼로 절단합니다. 둘째, 이전 공정을 통해 웨이퍼 전면에 트랜지스터를 새깁니다. 마지막으로 절단 공정을 통해 패키징이 수행됩니다.웨이퍼완전한 반도체 칩이 됩니다. 패키징 공정은 백엔드 공정에 속함을 알 수 있습니다. 이 공정에서 웨이퍼는 여러 개의 육면체 개별 칩으로 절단됩니다. 독립적인 칩을 얻는 이 공정을 "싱귤레이션(Singulation)"이라고 하며, 웨이퍼 기판을 독립적인 직육면체로 절단하는 공정을 "웨이퍼 커팅(Die Sawing)"이라고 합니다. 최근 반도체 집적도 향상으로 웨이퍼의 두께가웨이퍼점점 더 얇아지고 있는데, 이는 당연히 "단일화" 과정에 많은 어려움을 가져다줍니다.
웨이퍼 다이싱의 진화
프런트엔드와 백엔드 프로세스는 다양한 방식으로 상호 작용을 통해 발전해 왔습니다. 백엔드 프로세스의 발전은 다이에서 분리된 육면체 소형 칩의 구조와 위치를 결정할 수 있습니다.웨이퍼, 웨이퍼 상의 패드(전기적 연결 경로)의 구조와 위치뿐만 아니라, 반대로 프런트엔드 공정의 발전으로 공정 및 방법이 변화되었습니다.웨이퍼백엔드 공정에서는 백 씨닝(back thinning)과 "다이 다이싱(die dicing)"이 필요합니다. 따라서 패키지의 외관이 점점 더 정교해짐에 따라 백엔드 공정에도 큰 영향을 미치게 됩니다. 또한, 패키지 외관의 변화에 따라 다이싱의 횟수, 절차 및 유형도 그에 따라 달라집니다.
스크라이브 다이싱
초기에는 외부의 힘을 가해 '쪼개는' 방식이 다이싱을 할 수 있는 유일한 방법이었습니다.웨이퍼육면체 다이에 절삭 가공을 합니다. 그러나 이 방법은 작은 칩의 가장자리가 깨지거나 갈라지는 단점이 있습니다. 또한, 금속 표면의 버(burr)가 완전히 제거되지 않아 절단면이 매우 거칠다는 단점이 있습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 바로 '스크라이빙' 절단 방식, 즉 '브레이킹' 이전에 표면을웨이퍼깊이의 약 절반으로 절단됩니다. "스크라이빙"은 이름에서 알 수 있듯이 임펠러를 사용하여 웨이퍼 앞면을 미리 톱질(반절단)하는 것을 말합니다. 초창기에는 6인치 미만의 웨이퍼 대부분이 칩 사이를 먼저 "슬라이싱"한 후 "브레이킹"하는 이 절단 방식을 사용했습니다.
블레이드 다이싱 또는 블레이드 톱질
"스크라이빙" 절단 방식은 점차 "블레이드 다이싱" 절단(또는 쏘잉) 방식으로 발전했습니다. "블레이드" 절단 방식은 "스크라이빙" 후 "브레이킹"할 때 작은 칩이 벗겨지는 현상을 보완하고, "싱귤레이션" 과정에서 작은 칩을 보호할 수 있습니다. "블레이드" 절단은 이전의 "다이싱" 절단과 다릅니다. 즉, "블레이드" 절단 후 "브레이킹"하는 것이 아니라 다시 블레이드로 절단합니다. 따라서 "스텝 다이싱" 방식이라고도 합니다.
절단 공정 중 웨이퍼를 외부 손상으로부터 보호하기 위해, 더 안전한 "싱글링"을 보장하기 위해 웨이퍼에 미리 필름을 도포합니다. "백 그라인딩" 공정에서는 필름을 웨이퍼 앞면에 부착합니다. 반면 "블레이드" 절단에서는 필름을 웨이퍼 뒷면에 부착해야 합니다. 공융 다이 본딩(다이 본딩, 분리된 칩을 PCB 또는 고정 프레임에 고정) 중에는 뒷면에 부착된 필름이 자동으로 떨어집니다. 절단 중 높은 마찰로 인해 DI 워터를 모든 방향에서 지속적으로 분사해야 합니다. 또한, 슬라이스가 더 잘 슬라이스될 수 있도록 임펠러에 다이아몬드 입자를 부착해야 합니다. 이 때, 절단면(블레이드 두께: 홈 폭)은 균일해야 하며 다이싱 홈 폭을 초과해서는 안 됩니다.
오랫동안 톱질은 가장 널리 사용되는 전통적인 절단 방법이었습니다. 톱질의 가장 큰 장점은 단시간에 많은 웨이퍼를 절단할 수 있다는 것입니다. 그러나 슬라이스의 이송 속도가 크게 증가하면 칩렛 가장자리가 벗겨질 가능성이 높아집니다. 따라서 임펠러의 회전 수는 분당 약 3만 회 정도로 제어해야 합니다. 반도체 공정 기술은 오랜 기간 축적과 시행착오를 통해 서서히 축적된 비밀인 경우가 많습니다(다음 공정 접합 섹션에서 절단과 DAF에 대한 내용을 다루겠습니다).
연삭 전 다이싱(DBG): 절단 순서가 변경되었습니다.
8인치 직경 웨이퍼에 블레이드 커팅을 수행하면 칩렛 가장자리 박리 또는 균열에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 그러나 웨이퍼 직경이 21인치로 증가하고 두께가 매우 얇아지면 박리 및 균열 현상이 다시 나타나기 시작합니다. 커팅 과정에서 웨이퍼에 가해지는 물리적 충격을 크게 줄이기 위해 "연삭 전 다이싱"하는 DBG 방식이 기존의 커팅 순서를 대체합니다. 연속적으로 커팅하는 기존의 "블레이드" 커팅 방식과 달리 DBG는 먼저 "블레이드" 커팅을 수행한 후 칩이 분리될 때까지 뒷면을 지속적으로 얇게 만들어 웨이퍼 두께를 점진적으로 얇게 만듭니다. DBG는 이전 "블레이드" 커팅 방식의 업그레이드 버전이라고 할 수 있습니다. 2차 커팅의 충격을 줄일 수 있기 때문에 DBG 방식은 "웨이퍼 레벨 패키징"에서 빠르게 대중화되었습니다.
레이저 다이싱
웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(WLCSP) 공정은 주로 레이저 절단을 사용합니다. 레이저 절단은 박리 및 균열과 같은 현상을 줄여 더 나은 품질의 칩을 얻을 수 있지만, 웨이퍼 두께가 100μm를 초과하면 생산성이 크게 저하됩니다. 따라서 주로 두께가 100μm 미만(비교적 얇은)의 웨이퍼에 사용됩니다. 레이저 절단은 웨이퍼의 스크라이브 홈에 고에너지 레이저를 조사하여 실리콘을 절단합니다. 그러나 기존 레이저(Conventional Laser) 절단 방식을 사용할 경우, 웨이퍼 표면에 미리 보호막을 도포해야 합니다. 웨이퍼 표면에 레이저를 가열하거나 조사하기 때문에 이러한 물리적 접촉으로 인해 웨이퍼 표면에 홈이 생기고, 절단된 실리콘 조각도 표면에 부착됩니다. 기존의 레이저 절단 방식도 웨이퍼 표면을 직접 절단한다는 점에서 "블레이드" 절단 방식과 유사합니다.
스텔스 다이싱(SD)은 레이저 에너지로 웨이퍼 내부를 먼저 절단한 후, 뒷면에 부착된 테이프에 외부 압력을 가하여 절단함으로써 칩을 분리하는 방식입니다. 뒷면의 테이프에 압력을 가하면 테이프가 늘어나 웨이퍼가 순간적으로 위로 올라가 칩을 분리합니다. 기존 레이저 절단 방식에 비해 SD의 장점은 다음과 같습니다. 첫째, 실리콘 파편이 발생하지 않습니다. 둘째, 커프(Kerf: 스크라이브 홈의 폭)가 좁아 더 많은 칩을 얻을 수 있습니다. 또한, SD 방식을 사용하면 절단 품질에 중요한 박리 및 균열 현상이 크게 감소합니다. 따라서 SD 방식은 앞으로 가장 널리 사용되는 기술이 될 가능성이 매우 높습니다.
플라즈마 다이싱
플라즈마 절단은 제조(팹) 공정에서 플라즈마 에칭을 이용하여 절단하는 최근 개발된 기술입니다. 플라즈마 절단은 액체 대신 반기체 재료를 사용하기 때문에 환경에 미치는 영향이 비교적 적습니다. 또한 웨이퍼 전체를 한 번에 절단하는 방식을 채택하여 "절단" 속도가 비교적 빠릅니다. 그러나 플라즈마 방식은 화학 반응 가스를 원료로 사용하기 때문에 에칭 공정이 매우 복잡하여 공정 흐름이 비교적 복잡합니다. 하지만 "블레이드" 절단이나 레이저 절단과 비교했을 때, 플라즈마 절단은 웨이퍼 표면에 손상을 주지 않아 불량률을 줄이고 더 많은 칩을 얻을 수 있습니다.
최근 웨이퍼 두께가 30μm로 얇아지고 구리(Cu)나 저유전율 재료(Low-k)가 많이 사용됨에 따라, 버(Burr) 발생을 방지하기 위해 플라즈마 절단 방식 또한 선호될 것입니다. 물론 플라즈마 절단 기술 또한 끊임없이 발전하고 있습니다. 저는 가까운 미래에 에칭 시 특수 마스크를 착용할 필요가 없어질 것이라고 생각합니다. 이는 플라즈마 절단의 주요 발전 방향이기 때문입니다.
웨이퍼 두께가 100μm에서 50μm, 그리고 30μm로 지속적으로 얇아짐에 따라, 독립된 칩을 얻기 위한 절단 방식 또한 "브레이킹"과 "블레이드" 절단에서 레이저 절단, 플라즈마 절단으로 변화하고 발전해 왔습니다. 점점 더 발전하는 절단 방식은 절단 공정 자체의 생산 비용을 증가시켰지만, 반도체 칩 절단에서 흔히 발생하는 박리, 균열과 같은 바람직하지 않은 현상을 크게 줄이고 단위 웨이퍼당 생산되는 칩 수를 증가시킴으로써 단일 칩의 생산 비용은 감소하는 추세를 보였습니다. 물론, 웨이퍼 단위 면적당 생산되는 칩 수의 증가는 다이싱 스트리트 폭의 감소와 밀접한 관련이 있습니다. 플라즈마 절단을 사용하면 "블레이드" 절단 방식보다 약 20% 더 많은 칩을 얻을 수 있으며, 이는 사람들이 플라즈마 절단을 선택하는 주요 이유이기도 합니다. 웨이퍼, 칩 외관, 패키징 방식의 발전과 변화에 따라 웨이퍼 가공 기술, DBG 등 다양한 절단 공정이 등장하고 있습니다.
게시 시간: 2024년 10월 10일