가지치기가 필요한 이유는 무엇인가요?

백엔드 처리 단계에서는웨이퍼 (실리콘 웨이퍼(전면에 회로가 있는) 칩은 패키지 장착 높이를 낮추고, 칩 패키지 부피를 줄이며, 칩의 열 확산 효율, 전기적 성능, 기계적 특성을 향상시키고, 다이싱 양을 줄이기 위해 후속 다이싱, 용접 및 패키징 전에 후면을 얇게 만들어야 합니다. 후면 연삭은 높은 효율성과 낮은 비용이라는 장점을 가지고 있으며, 기존의 습식 에칭 및 이온 에칭 공정을 대체하여 가장 중요한 후면 박막화 기술로 자리 잡았습니다.

얇게 만든 웨이퍼

어떻게 하면 살을 뺄 수 있을까요?

기존 패키징 공정에서 웨이퍼 박막화의 주요 공정

구체적인 단계웨이퍼박막화 공정은 처리할 웨이퍼를 박막에 접합한 후, 진공을 이용하여 박막과 그 위에 있는 칩을 다공성 세라믹 웨이퍼 테이블에 흡착시키는 것입니다. 그런 다음 컵 모양 다이아몬드 연삭 휠의 작업면의 내외부 원형 중심선을 실리콘 웨이퍼의 중심에 맞추고, 실리콘 웨이퍼와 연삭 휠이 각각의 축을 중심으로 회전하면서 절삭 연삭을 진행합니다. 연삭은 황삭, 정삭, 연마의 세 단계로 이루어집니다.

웨이퍼 공장에서 나온 웨이퍼는 패키징에 필요한 두께로 얇게 만들기 위해 백그라인딩 공정을 거칩니다. 웨이퍼를 그라인딩할 때 회로 영역을 보호하기 위해 앞면(활성 영역)에 테이프를 붙이고 뒷면도 동시에 그라인딩합니다. 그라인딩 후 테이프를 제거하고 두께를 측정합니다.
실리콘 웨이퍼 제조에 성공적으로 적용된 분쇄 공정에는 회전 테이블 분쇄가 포함됩니다.실리콘 웨이퍼회전 연삭, 양면 연삭 등 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면 품질 요구 사항이 더욱 향상됨에 따라 TAIKO 연삭, 화학 기계적 연삭, 연마 연삭 및 유성 디스크 연삭과 같은 새로운 연삭 기술이 지속적으로 제안되고 있습니다.

회전 테이블 연삭:

회전 테이블 연삭(rotary table grinding)은 실리콘 웨이퍼 준비 및 후면 박막화에 사용되는 초기 연삭 공정입니다. 그 원리는 그림 1에 나타나 있습니다. 실리콘 웨이퍼는 회전 테이블의 흡착판에 고정되고, 회전 테이블에 의해 동기적으로 회전합니다. 실리콘 웨이퍼 자체는 축을 중심으로 회전하지 않고, 연삭 휠이 고속으로 회전하면서 축 방향으로 이송됩니다. 이때 연삭 휠의 직경은 실리콘 웨이퍼의 직경보다 큽니다. 회전 테이블 연삭에는 면 플런지 연삭과 면 접선 연삭의 두 가지 유형이 있습니다. 면 플런지 연삭에서는 연삭 휠의 폭이 실리콘 웨이퍼 직경보다 크고, 연삭 휠 스핀들이 축 방향으로 연속적으로 이송되어 과잉 부분이 가공된 후, 실리콘 웨이퍼가 회전 테이블의 구동력에 의해 회전합니다. 면 접선 연삭에서는 연삭 휠이 축 방향으로 이송되고, 실리콘 웨이퍼가 회전 테이블의 구동력에 의해 연속적으로 회전하며, 왕복 이송(reciprocation) 또는 크리프 이송(creepfeed)을 통해 연삭이 완료됩니다.

그림 1. 회전 테이블 연삭(면 접선) 원리의 개략도

회전 테이블 연삭은 일반 연삭 방식과 비교하여 높은 제거율, 적은 표면 손상, 그리고 손쉬운 자동화라는 장점을 가지고 있습니다. 그러나 연삭 과정에서 실제 연삭 면적(유효 연삭) B와 절삭각 θ(연삭 휠의 외경과 실리콘 웨이퍼의 외경 사이의 각도)는 연삭 휠의 절삭 위치 변화에 따라 변하기 때문에 연삭력이 불안정해져 이상적인 표면 정밀도(높은 TTV 값)를 얻기 어렵고, 모서리 붕괴 등의 결함이 발생하기 쉽습니다. 회전 테이블 연삭 기술은 주로 200mm 이하의 단결정 실리콘 웨이퍼 가공에 사용됩니다. 단결정 실리콘 웨이퍼의 크기가 커짐에 따라 표면 정밀도와 장비 작업대의 동작 정밀도에 대한 요구 사항이 높아지고 있으므로, 회전 테이블 연삭은 300mm 이상의 단결정 실리콘 웨이퍼 연삭에는 적합하지 않습니다.
상용 평면 접선 연삭 장비는 연삭 효율을 향상시키기 위해 일반적으로 다중 연삭 휠 구조를 채택합니다. 예를 들어, 장비에는 황삭 휠 세트와 정삭 휠 세트가 장착되고, 회전 테이블이 한 바퀴 회전하면서 황삭과 정삭을 순차적으로 수행합니다. 이러한 유형의 장비에는 미국 GTI사의 G-500DS가 있습니다(그림 2).

그림 2. 미국 GTI사의 G-500DS 회전 테이블 연삭 장비

실리콘 웨이퍼 회전 연삭:

대형 실리콘 웨이퍼 준비 및 후면 박막화 공정의 요구를 충족하고 우수한 TTV 값으로 표면 정밀도를 얻기 위해, 1988년 일본의 마쓰이(Matsui) 교수는 실리콘 웨이퍼 회전 연삭(인피드 연삭) 방법을 제안했습니다. 그 원리는 그림 3에 나타나 있습니다. 작업대에 흡착된 단결정 실리콘 웨이퍼와 컵 모양의 다이아몬드 연삭 휠이 각각의 축을 중심으로 회전하면서, 연삭 휠은 축 방향으로 연속적으로 이송됩니다. 이때, 연삭 휠의 직경은 가공할 실리콘 웨이퍼의 직경보다 크고, 그 원주는 실리콘 웨이퍼의 중심을 통과합니다. 연삭력을 줄이고 연삭열을 낮추기 위해, 진공 흡착 컵은 일반적으로 볼록하거나 오목한 형태로 다듬거나, 연삭 휠 축과 흡착 컵 축 사이의 각도를 조정하여 연삭 휠과 실리콘 웨이퍼 사이의 반접촉 연삭을 구현합니다.

그림 3. 실리콘 웨이퍼 회전 연삭 원리의 개략도

회전 테이블 연삭과 비교하여 실리콘 웨이퍼 회전 연삭은 다음과 같은 장점을 갖습니다. ① 300mm 이상의 대형 실리콘 웨이퍼를 한 번에 단일 웨이퍼 연삭할 수 있습니다. ② 실제 연삭 면적 B와 절삭 각도 θ가 일정하여 연삭력이 비교적 안정적입니다. ③ 연삭 휠 축과 실리콘 웨이퍼 축 사이의 경사각을 조정하여 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면 형상을 능동적으로 제어함으로써 더욱 정밀한 표면 형상을 얻을 수 있습니다. 또한, 실리콘 웨이퍼 회전 연삭은 넓은 연삭 면적과 절삭 각도 θ로 인해 연삭 여유가 크고, 두께 및 표면 품질을 온라인으로 쉽게 측정하고 제어할 수 있으며, 장비 구조가 콤팩트하고, 다중 스테이션 통합 연삭이 용이하며, 연삭 효율이 높다는 장점도 있습니다.
생산 효율을 향상시키고 반도체 생산 라인의 요구 사항을 충족하기 위해 실리콘 웨이퍼 회전 연삭 원리를 기반으로 하는 상용 연삭 장비는 다축 다중 스테이션 구조를 채택하여 한 번의 로딩 및 언로딩으로 황삭 및 정삭을 모두 완료할 수 있습니다. 다른 보조 설비와 결합하여 단결정 실리콘 웨이퍼의 "건식 투입/건식 배출" 및 "카세트 간 이송"의 완전 자동 연삭을 구현할 수 있습니다.

양면 연삭:

실리콘 웨이퍼 회전 연삭 가공 시, 웨이퍼의 상하면을 가공하려면 공작물을 뒤집어가며 단계적으로 가공해야 하므로 효율이 제한적입니다. 또한, 실리콘 웨이퍼 회전 연삭 가공은 표면 복사(복사) 및 연삭 자국(연삭 마크)과 같은 표면 결함을 발생시키며, 그림 4에서와 같이 와이어 커팅(멀티쏘) 후 단결정 실리콘 웨이퍼 표면의 굴곡이나 경사 등의 결함을 효과적으로 제거하기 어렵습니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 1990년대에 양면 연삭 기술이 개발되었으며, 그 원리는 그림 5에 나타나 있습니다. 웨이퍼의 양쪽에 대칭으로 배치된 클램프가 고정 링에 단결정 실리콘 웨이퍼를 고정하고 롤러에 의해 구동되어 천천히 회전합니다. 단결정 실리콘 웨이퍼의 양쪽에는 컵 모양의 다이아몬드 연삭 휠이 상대적으로 위치하며, 공기 베어링 전기 스핀들에 의해 구동되어 서로 반대 방향으로 회전하고 축 방향으로 이송되어 단결정 실리콘 웨이퍼의 양면 연삭을 구현합니다. 그림에서 볼 수 있듯이, 양면 연삭은 와이어 커팅 후 단결정 실리콘 웨이퍼 표면의 굴곡과 경사를 효과적으로 제거할 수 있습니다. 연삭 휠 축의 배치 방향에 따라 양면 연삭은 수평 또는 수직으로 진행될 수 있습니다. 그중 수평 양면 연삭은 실리콘 웨이퍼 자체 무게로 인한 웨이퍼 변형이 연삭 품질에 미치는 영향을 효과적으로 줄일 수 있으며, 단결정 실리콘 웨이퍼 양면의 연삭 공정 조건을 동일하게 유지하기 쉽고, 연마 입자와 연삭 칩이 단결정 실리콘 웨이퍼 표면에 잔류하는 것을 방지할 수 있어 비교적 이상적인 연삭 방법입니다.

그림 4. 실리콘 웨이퍼 회전 연삭 시 발생하는 "오류 복사본" 및 마모 자국 결함

그림 5. 양면 연삭 원리의 개략도

표 1은 상기 세 가지 유형의 단결정 실리콘 웨이퍼에 대한 연마와 양면 연마의 비교를 보여줍니다. 양면 연마는 주로 200mm 이하의 실리콘 웨이퍼 가공에 사용되며, 웨이퍼 수율이 높습니다. 고정된 연마 휠을 사용하기 때문에 단결정 실리콘 웨이퍼 연마는 양면 연마보다 훨씬 높은 표면 품질을 얻을 수 있습니다. 따라서 실리콘 웨이퍼 회전 연마와 양면 연마 모두 주류 300mm 실리콘 웨이퍼의 가공 품질 요구 사항을 충족할 수 있으며, 현재 가장 중요한 평탄화 가공 방법입니다. 실리콘 웨이퍼 평탄화 가공 방법을 선택할 때는 단결정 실리콘 웨이퍼의 직경, 표면 품질 및 연마 웨이퍼 가공 기술에 대한 요구 사항을 종합적으로 고려해야 합니다. 웨이퍼 후면 박막화의 경우 실리콘 웨이퍼 회전 연마와 같은 단면 가공 방법만 선택할 수 있습니다.

실리콘 웨이퍼 연삭에서 연삭 방법을 선택하는 것 외에도, 정압, 연삭 휠 입자 크기, 연삭 휠 바인더, 연삭 휠 속도, 실리콘 웨이퍼 속도, 연삭액 점도 및 유량 등과 같은 적절한 공정 변수를 선택하고 합리적인 공정 경로를 결정해야 합니다. 일반적으로, 조연삭, 준연삭, 정연삭, 무스파크 연삭 및 저속 백킹을 포함하는 분할 연삭 공정을 사용하여 높은 가공 효율, 우수한 표면 평탄도 및 낮은 표면 손상도를 갖는 단결정 실리콘 웨이퍼를 얻습니다.