웨이퍼절단은 전력반도체 생산에 있어서 중요한 연결고리 중 하나입니다. 이 단계는 반도체 웨이퍼에서 개별 집적회로나 칩을 정확하게 분리하기 위해 설계되었습니다.
핵심은웨이퍼절단은 칩에 내장된 섬세한 구조와 회로를 보장하면서 개별 칩을 분리할 수 있어야 합니다.웨이퍼손상되지 않았습니다. 절단 공정의 성공 여부는 칩의 분리 품질과 수율에 영향을 미칠 뿐만 아니라 전체 생산 공정의 효율성과도 직접적인 관련이 있습니다.
▲세 가지 일반적인 웨이퍼 절단 유형 | 출처: KLA 중국
현재, 일반적인웨이퍼절단 공정은 다음과 같이 나뉩니다.
블레이드 절단: 저렴한 비용, 일반적으로 두꺼운 절단에 사용됨웨이퍼
레이저 절단: 비용이 높으며 일반적으로 두께가 30μm 이상인 웨이퍼에 사용됩니다.
플라즈마 절단: 비용이 높고 제한이 더 많으며 일반적으로 두께가 30μm 미만인 웨이퍼에 사용됩니다.
기계식 블레이드 절단
블레이드 절단은 고속 회전하는 그라인딩 디스크(블레이드)로 스크라이브 라인을 따라 절단하는 공정입니다. 블레이드는 일반적으로 연마재 또는 초박형 다이아몬드 재료로 만들어지며 실리콘 웨이퍼의 슬라이싱 또는 홈 가공에 적합합니다. 그러나 기계적 절단 방법인 블레이드 절단은 물리적인 재료 제거에 의존하므로 칩 가장자리의 치핑이나 균열이 쉽게 발생하여 제품 품질에 영향을 미치고 수율이 감소할 수 있습니다.
기계식 톱질 공정으로 생산된 최종 제품의 품질은 절단 속도, 블레이드 두께, 블레이드 직경, 블레이드 회전 속도 등 다양한 매개변수의 영향을 받습니다.
풀 컷은 가장 기본적인 블레이드 절단 방법으로 고정된 재료(슬라이싱 테이프 등)까지 절단하여 작업물을 완전히 절단하는 것입니다.
▲ 기계식 블레이드 커팅-풀컷 | 이미지 소스 네트워크
하프컷팅(Half Cut)은 가공물의 중간부분까지 절단하여 홈을 만드는 가공방법이다. 지속적인 홈 가공을 통해 빗살형, 바늘형 포인트 제작이 가능합니다.
▲ 기계식 칼날 절단 - 하프 컷 | 이미지 소스 네트워크
더블 컷팅(Double Cut)은 두 개의 스핀들이 있는 더블 슬라이싱 톱을 사용하여 두 개의 생산 라인에서 동시에 전체 컷팅 또는 하프 컷팅을 수행하는 가공 방법입니다. 이중 슬라이싱 톱에는 두 개의 스핀들 축이 있습니다. 이 프로세스를 통해 높은 처리량을 얻을 수 있습니다.
▲ 기계식 칼날 절단-더블 컷 | 이미지 소스 네트워크
스텝 컷은 두 개의 스핀들이 있는 이중 슬라이싱 톱을 사용하여 두 단계로 전체 컷과 하프 컷을 수행합니다. 웨이퍼 표면의 배선층 절단에 최적화된 블레이드와 남은 실리콘 단결정에 최적화된 블레이드를 사용하여 고품질 가공을 실현합니다.
▲ 기계식 블레이드 절단 – 스텝 절단 | 이미지 소스 네트워크
베벨컷팅(Bevel Cutting)은 스텝컷팅 공정에서 하프컷팅 엣지에 V자 형태의 엣지가 있는 블레이드를 사용하여 웨이퍼를 2단계로 절단하는 가공방식이다. 모따기 공정은 절단 공정 중에 수행됩니다. 따라서 높은 금형 강도와 고품질 가공이 가능합니다.
▲ 기계식 블레이드 절단 - 베벨 절단 | 이미지 소스 네트워크
레이저 절단
레이저 절단은 집속된 레이저 빔을 사용하여 반도체 웨이퍼에서 개별 칩을 분리하는 비접촉 웨이퍼 절단 기술입니다. 고에너지 레이저 빔은 웨이퍼 표면에 집중되어 어블레이션(ablation) 또는 열분해 공정을 통해 미리 정해진 절단선을 따라 재료를 증발 또는 제거합니다.
▲ 레이저 절단 다이어그램 | 이미지 출처: KLA CHINA
현재 널리 사용되고 있는 레이저의 종류에는 자외선 레이저, 적외선 레이저, 펨토초 레이저 등이 있다. 그 중 자외선 레이저는 광자 에너지가 높기 때문에 정밀한 냉삭 제거에 자주 사용되며, 열 영향 영역이 매우 작기 때문에 웨이퍼와 주변 칩에 대한 열 손상 위험을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 적외선 레이저는 재료 깊숙이 침투할 수 있기 때문에 두꺼운 웨이퍼에 더 적합합니다. 펨토초 레이저는 초단광 펄스를 통해 거의 무시할 수 있는 열 전달로 고정밀하고 효율적인 재료 제거를 달성합니다.
레이저 절단은 기존 블레이드 절단에 비해 상당한 이점을 가지고 있습니다. 첫째, 비접촉 공정인 레이저 절단은 웨이퍼에 물리적인 압력을 가할 필요가 없으므로 기계적 절단에서 흔히 발생하는 조각화 및 균열 문제를 줄입니다. 이 기능 덕분에 레이저 절단은 깨지기 쉬운 웨이퍼나 초박형 웨이퍼, 특히 복잡한 구조나 미세한 특징을 가진 웨이퍼를 가공하는 데 특히 적합합니다.
▲ 레이저 절단 다이어그램 | 이미지 소스 네트워크
또한, 레이저 절단의 높은 정밀도와 정확도로 인해 레이저 빔을 매우 작은 스폿 크기에 집중시킬 수 있고, 복잡한 절단 패턴을 지원하며, 칩 사이의 최소 간격을 분리할 수 있습니다. 이 기능은 크기가 작아지는 고급 반도체 장치에 특히 중요합니다.
그러나 레이저 절단에도 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 블레이드 절단에 비해 특히 대규모 생산에서는 속도가 느리고 비용이 더 많이 듭니다. 또한 효율적인 재료 제거와 열 영향 영역 최소화를 보장하기 위해 올바른 레이저 유형을 선택하고 매개변수를 최적화하는 것은 특정 재료와 두께의 경우 어려울 수 있습니다.
레이저 절제 절단
레이저 어블레이션 절단 시 레이저 빔은 웨이퍼 표면의 지정된 위치에 정확하게 초점을 맞추고 레이저 에너지는 미리 결정된 절단 패턴에 따라 가이드되어 웨이퍼를 바닥까지 점차적으로 절단합니다. 절단 요구 사항에 따라 이 작업은 펄스 레이저 또는 연속파 레이저를 사용하여 수행됩니다. 레이저의 과도한 국부 가열로 인한 웨이퍼 손상을 방지하기 위해 냉각수를 사용하여 웨이퍼를 냉각시켜 열 손상으로부터 보호합니다. 동시에 냉각수는 절단 과정에서 생성된 입자를 효과적으로 제거하고 오염을 방지하며 절단 품질을 보장할 수 있습니다.
레이저 보이지 않는 절단
레이저를 집중시켜 웨이퍼 본체에 열을 전달할 수도 있는데, 이 방법을 '보이지 않는 레이저 절단'이라고 합니다. 이 방법의 경우 레이저의 열로 인해 스크라이브 레인에 틈이 생깁니다. 이렇게 약해진 영역은 웨이퍼가 늘어날 때 파손되어 비슷한 침투 효과를 얻습니다.
▲레이저 보이지 않는 절단의 주요 공정
보이지 않는 절단 공정은 레이저가 표면에 흡수되는 레이저 어블레이션이 아닌 내부 흡수 레이저 공정입니다. 눈에 보이지 않는 절단에서는 웨이퍼 기판 재료에 반투명한 파장의 레이저 빔 에너지가 사용됩니다. 이 공정은 두 가지 주요 단계로 나누어집니다. 하나는 레이저 기반 공정이고 다른 하나는 기계적 분리 공정입니다.
▲레이저 빔이 웨이퍼 표면 아래에 천공을 만들어 앞면과 뒷면에 영향을 주지 않음 | 이미지 소스 네트워크
첫 번째 단계에서는 레이저 빔이 웨이퍼를 스캔할 때 레이저 빔이 웨이퍼 내부의 특정 지점에 초점을 맞춰 내부에 균열 지점을 형성합니다. 빔 에너지는 내부에 일련의 균열을 형성하는데, 이는 아직 웨이퍼의 전체 두께를 통해 상단 및 하단 표면까지 확장되지 않았습니다.
▲블레이드 방식과 레이저 비가시 컷팅 방식으로 컷팅된 100μm 두께의 실리콘 웨이퍼 비교 | 이미지 소스 네트워크
2단계에서는 웨이퍼 하단의 칩 테이프를 물리적으로 팽창시켜 1단계 레이저 공정에서 유발된 웨이퍼 내부 크랙에 인장응력을 발생시킨다. 이 응력으로 인해 균열이 웨이퍼의 상하 표면까지 수직으로 확장되고, 이 절단 지점을 따라 웨이퍼가 칩으로 분리됩니다. 보이지 않는 절단에서는 웨이퍼를 칩이나 칩으로 쉽게 분리하기 위해 하프 커팅 또는 하단 하프 커팅이 일반적으로 사용됩니다.
레이저 절제에 비해 보이지 않는 레이저 절단의 주요 장점:
• 절삭유 불필요
• 이물질이 발생하지 않음
• 민감한 회로를 손상시킬 수 있는 열 영향 구역이 없습니다.
플라즈마 절단
플라즈마 절단(플라즈마 에칭 또는 건식 에칭이라고도 함)은 RIE(반응성 이온 에칭) 또는 DRIE(심부 반응성 이온 에칭)를 사용하여 개별 칩을 반도체 웨이퍼에서 분리하는 고급 웨이퍼 절단 기술입니다. 플라즈마를 이용해 미리 정해진 절단선을 따라 소재를 화학적으로 제거해 절단하는 기술이다.
플라즈마 절단 공정 동안, 반도체 웨이퍼는 진공 챔버에 배치되고, 제어된 반응성 가스 혼합물이 챔버에 도입되며, 전기장이 인가되어 고농도의 반응성 이온 및 라디칼을 포함하는 플라즈마를 생성합니다. 이러한 반응성 종은 웨이퍼 재료와 상호 작용하고 화학 반응과 물리적 스퍼터링의 조합을 통해 스크라이브 라인을 따라 웨이퍼 재료를 선택적으로 제거합니다.
플라즈마 절단의 가장 큰 장점은 웨이퍼와 칩에 가해지는 기계적 응력을 줄이고 물리적 접촉으로 인한 잠재적인 손상을 줄이는 것입니다. 그러나 이 공정은 다른 방법에 비해 복잡하고 시간이 많이 걸리며, 특히 두꺼운 웨이퍼나 식각 저항성이 높은 재료를 다루는 경우에는 대량 생산에 적용하기가 제한됩니다.
▲이미지 소스 네트워크
반도체 제조에서 웨이퍼 절단 방법은 웨이퍼 재료 특성, 칩 크기 및 형상, 필요한 정밀도 및 정확도, 전체 생산 비용 및 효율성을 포함한 여러 요소를 기반으로 선택해야 합니다.
게시 시간: 2024년 9월 20일