왜 솎아내야 하나요?

백엔드 프로세스 단계에서는웨이퍼 (실리콘 웨이퍼전면에 회로가 있는 경우, 패키지 실장 높이를 줄이고, 칩 패키지 부피를 줄이며, 칩의 열 확산 효율, 전기적 성능, 기계적 특성을 향상시키고, 다이싱 횟수를 줄이기 위해 후속 다이싱, 용접 및 패키징 전에 후면을 얇게 만들어야 합니다. 백 그라인딩은 고효율과 저비용이라는 장점을 가지고 있으며, 기존의 습식 에칭 및 이온 에칭 공정을 대체하여 가장 중요한 백 그라인딩 기술로 자리매김했습니다.

얇아진 웨이퍼

어떻게 얇게 만들까?

기존 패키징 공정에서 웨이퍼 박막화의 주요 공정

구체적인 단계웨이퍼박막화는 가공할 웨이퍼를 박막에 접착한 후, 진공을 이용하여 박막과 그 위의 칩을 다공성 세라믹 웨이퍼 테이블에 흡착시킵니다. 컵형 다이아몬드 연삭 휠의 작업 표면 내외부 원형 보트 중심선을 실리콘 웨이퍼 중심에 맞춥니다. 실리콘 웨이퍼와 연삭 휠은 각각의 축을 중심으로 회전하며 절삭 연삭을 수행합니다. 연삭은 황삭, 미세 연삭, 연마의 세 단계로 구성됩니다.

웨이퍼 공장에서 나오는 웨이퍼는 패키징에 필요한 두께로 얇게 만들기 위해 백그라인딩(Back Grinding) 과정을 거칩니다. 웨이퍼를 연삭할 때는 회로 영역 보호를 위해 앞면(활성 영역)에 테이프를 붙이고, 뒷면도 동시에 연삭합니다. 연삭 후 테이프를 제거하고 두께를 측정합니다.
실리콘 웨이퍼 제조에 성공적으로 적용된 연삭 공정에는 회전 테이블 연삭이 포함됩니다.실리콘 웨이퍼회전 연삭, 양면 연삭 등이 있습니다. 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면 품질 요구 사항이 더욱 향상됨에 따라 TAIKO 연삭, 화학 기계 연삭, 연마 연삭 및 행성 디스크 연삭과 같은 새로운 연삭 기술이 끊임없이 제안되고 있습니다.

회전 테이블 연삭:

회전 테이블 연삭(회전 테이블 연삭)은 실리콘 웨이퍼 준비 및 백 씨닝(Back Thinning)에 사용되는 초기 연삭 공정입니다. 원리는 그림 1에 나와 있습니다. 실리콘 웨이퍼는 회전 테이블의 흡착판에 고정되어 회전 테이블에 의해 동기적으로 회전합니다. 실리콘 웨이퍼 자체는 축을 중심으로 회전하지 않습니다. 연삭 휠은 고속 회전하면서 축 방향으로 이송되며, 연삭 휠의 직경은 실리콘 웨이퍼의 직경보다 큽니다. 회전 테이블 연삭에는 페이스 플런지 연삭과 페이스 탄젠셜 연삭의 두 가지 유형이 있습니다. 페이스 플런지 연삭에서는 연삭 휠의 폭이 실리콘 웨이퍼의 직경보다 크고, 연삭 휠 스핀들이 축 방향으로 연속 이송하여 초과분을 가공한 후, 실리콘 웨이퍼가 회전 테이블의 구동력으로 회전합니다. 페이스 탄젠셜 연삭에서는 연삭 휠이 축 방향으로 이송되고, 실리콘 웨이퍼는 회전 디스크의 구동력으로 연속 회전하며, 왕복 이송(reciprocation) 또는 크리프 이송(creepfeed)을 통해 연삭이 완료됩니다.

그림 1, 회전 테이블 연삭(면 접선) 원리의 개략도

회전 테이블 연삭은 연삭 방법에 비해 제거율이 높고 표면 손상이 적으며 자동화가 쉽다는 장점이 있습니다.그러나 연삭 공정에서 실제 연삭 영역(활성 연삭) B와 절삭 각도 θ(연삭 휠의 바깥쪽 원과 실리콘 웨이퍼의 바깥쪽 원 사이의 각도)는 연삭 휠의 절삭 위치 변화에 따라 변하기 때문에 연삭력이 불안정해져 이상적인 표면 정밀도(높은 TTV 값)를 얻기 어렵고 에지 붕괴 및 에지 붕괴와 같은 결함이 쉽게 발생합니다.회전 테이블 연삭 기술은 주로 200mm 미만의 단결정 실리콘 웨이퍼 가공에 사용됩니다.단결정 실리콘 웨이퍼의 크기가 증가함에 따라 장비 작업대의 표면 정밀도와 동작 정확도에 대한 요구 사항이 높아졌기 때문에 회전 테이블 연삭은 300mm 이상의 단결정 실리콘 웨이퍼 연삭에는 적합하지 않습니다.
연삭 효율을 높이기 위해 상업용 평면 탄젠셜 연삭 장비는 일반적으로 다중 연삭 휠 구조를 채택합니다. 예를 들어, 장비에는 황삭 휠 세트와 정삭 휠 세트가 장착되어 있으며, 회전 테이블이 한 바퀴 회전하여 황삭과 정삭을 번갈아 완료합니다. 이러한 유형의 장비에는 미국 GTI 사의 G-500DS가 포함됩니다(그림 2).

그림 2, 미국 GTI사의 G-500DS 회전테이블 연삭장비

실리콘 웨이퍼 회전 연삭:

대형 실리콘 웨이퍼 준비 및 백 씨닝 가공의 요구를 충족하고 TTV 값이 좋은 표면 정확도를 얻기 위해 1988년 일본 학자 마츠이는 실리콘 웨이퍼 회전 연삭(인피드 연삭) 방법을 제안했습니다. 그 원리는 그림 3에 나와 있습니다. 작업대에 흡착된 단결정 실리콘 웨이퍼와 컵 모양의 다이아몬드 연삭 휠은 각각의 축을 중심으로 회전하고 연삭 휠은 동시에 축 방향을 따라 연속적으로 공급됩니다. 그 중 연삭 휠의 직경은 가공된 실리콘 웨이퍼의 직경보다 크고, 그 원주는 실리콘 웨이퍼의 중심을 통과합니다. 연삭력을 줄이고 연삭 열을 줄이기 위해 진공 흡입 컵은 일반적으로 볼록 또는 오목 모양으로 트리밍되거나 연삭 휠 스핀들과 흡입 컵 스핀들 축 사이의 각도가 연삭 휠과 실리콘 웨이퍼 사이의 반접촉 연삭을 보장하도록 조정됩니다.

그림 3, 실리콘 웨이퍼 회전 연삭 원리의 개략도

회전 테이블 연삭과 비교하여 실리콘 웨이퍼 회전 연삭은 다음과 같은 장점이 있습니다. ① 단회 단일 웨이퍼 연삭으로 300mm 이상의 대형 실리콘 웨이퍼를 가공할 수 있습니다. ② 실제 연삭 면적 B와 절삭 각도 θ가 일정하고 연삭력이 비교적 안정적입니다. ③ 연삭 휠 축과 실리콘 웨이퍼 축 사이의 경사각을 조정하여 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면 형상을 능동적으로 제어하여 더 나은 표면 형상 정확도를 얻을 수 있습니다. 또한 실리콘 웨이퍼 회전 연삭의 연삭 면적과 절삭 각도 θ는 넓은 마진 연삭, 온라인 두께 및 표면 품질 감지 및 제어가 용이하고, 장비 구조가 컴팩트하며, 멀티 스테이션 통합 연삭이 용이하고, 연삭 효율이 높다는 장점이 있습니다.
생산 효율을 높이고 반도체 생산 라인의 요구를 충족하기 위해, 실리콘 웨이퍼 회전 연삭 원리를 기반으로 하는 상업용 연삭 장비는 멀티 스핀들 멀티 스테이션 구조를 채택하여 한 번의 로딩 및 언로딩으로 황삭과 미세 연삭을 완료할 수 있습니다. 다른 보조 설비와 결합하여 단결정 실리콘 웨이퍼의 "드라이인/드라이아웃" 및 "카세트 투 카세트" 전자동 연삭을 실현할 수 있습니다.

양면 연삭:

실리콘 웨이퍼 회전 연삭은 실리콘 웨이퍼의 상면과 하면을 가공할 때, 가공물을 뒤집어 단계적으로 연삭해야 하므로 효율이 떨어집니다. 또한, 실리콘 웨이퍼 회전 연삭에는 표면 오류 복사(복사)와 연삭 흔적(연삭 마크)이 발생하며, 그림 4와 같이 와이어 커팅(멀티쏘) 후 단결정 실리콘 웨이퍼 표면의 기복 및 테이퍼와 같은 결함을 효과적으로 제거하는 것이 불가능합니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 1990년대에 양면 연삭 기술(더블사이드 연삭)이 등장했으며, 그 원리는 그림 5에 나와 있습니다. 양쪽에 대칭적으로 배치된 클램프는 단결정 실리콘 웨이퍼를 고정 링에 고정하고 롤러에 의해 구동되면서 천천히 회전합니다. 컵 모양의 다이아몬드 연삭 휠 한 쌍은 단결정 실리콘 웨이퍼의 양쪽에 상대적으로 배치되어 있습니다. 에어 베어링 전기 스핀들에 의해 구동되는 이 휠들은 서로 반대 방향으로 회전하며 축 방향으로 이송되어 단결정 실리콘 웨이퍼의 양면 연삭을 수행합니다. 그림에서 볼 수 있듯이, 양면 연삭은 와이어 커팅 후 단결정 실리콘 웨이퍼 표면의 굴곡과 테이퍼를 효과적으로 제거할 수 있습니다. 연삭 휠 축의 배열 방향에 따라 양면 연삭은 수평 및 수직으로 진행될 수 있습니다. 이 중 수평 양면 연삭은 실리콘 웨이퍼의 자중으로 인한 실리콘 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 쉽게 남지 않으므로 비교적 이상적인 연삭 방법입니다.

그림 4, 실리콘 웨이퍼 회전 연삭의 "오류 복사" 및 마모 마크 결함

그림 5, 양면 연삭 원리의 개략도

표 1은 위 세 가지 유형의 단결정 실리콘 웨이퍼의 연삭과 양면 연삭을 비교한 것입니다. 양면 연삭은 주로 200mm 미만의 실리콘 웨이퍼 가공에 사용되며 높은 웨이퍼 수율을 보입니다. 고정 연마 휠을 사용하기 때문에 단결정 실리콘 웨이퍼 연삭은 양면 연삭보다 훨씬 높은 표면 품질을 얻을 수 있습니다. 따라서 실리콘 웨이퍼 회전 연삭과 양면 연삭 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 크기, 표면 품질 및 연마 웨이퍼 가공 기술 요구 사항을 종합적으로 고려해야 합니다. 웨이퍼의 후면 박막화는 실리콘 웨이퍼 회전 연삭 방법과 같은 단면 가공 방법만 선택할 수 있습니다.

실리콘 웨이퍼 연삭에서는 연삭 방법을 선택하는 것 외에도 양압, 연삭 휠 입자 크기, 연삭 휠 바인더, 연삭 휠 속도, 실리콘 웨이퍼 속도, 연삭액 점도 및 유량 등과 같은 합리적인 공정 매개변수를 선택하고 적절한 공정 경로를 결정하는 것이 중요합니다. 일반적으로 황삭, 준정삭, 정삭, 무스파크 연삭, 저속 연삭을 포함하는 분할 연삭 공정을 통해 높은 가공 효율, 높은 표면 평탄도, 낮은 표면 손상을 가진 단결정 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있습니다.