A 웨이퍼실제 반도체 칩이 되기 위해서는 세 가지 변화를 거쳐야 합니다. 첫째, 블록 모양의 잉곳을 웨이퍼로 절단합니다. 두 번째 공정에서는 이전 공정을 통해 웨이퍼 전면에 트랜지스터를 새겨 넣는다. 마지막으로 포장이 이루어집니다. 즉, 절단 공정을 거쳐웨이퍼완전한 반도체 칩이 됩니다. 패키징 프로세스는 백엔드 프로세스에 속한다고 볼 수 있습니다. 이 과정에서 웨이퍼는 여러 개의 육면체 개별 칩으로 절단됩니다. 이렇게 독립된 칩을 얻는 과정을 '싱귤레이션'이라 하고, 웨이퍼 보드를 독립된 직육면체로 절단하는 과정을 '웨이퍼 커팅(다이 쏘잉)'이라고 합니다. 최근에는 반도체 집적도가 향상되면서 반도체의 두께가 점점 늘어나고 있다.웨이퍼점점 더 얇아지고 있으며, 이는 물론 "싱귤레이션" 과정에 많은 어려움을 가져옵니다.
웨이퍼 다이싱의 진화
프런트엔드와 백엔드 공정은 다양한 방식의 상호작용을 통해 진화해왔다. 백엔드 공정의 진화는 다이에서 분리된 육면체 소형 칩의 구조와 위치를 결정할 수 있다.웨이퍼, 웨이퍼 상의 패드(전기적 연결 경로)의 구조 및 위치; 오히려 프런트엔드 프로세스의 진화로 인해 프로세스와 방법이 바뀌었습니다.웨이퍼백엔드 프로세스에서 백씨닝(back Thinning) 및 "다이 다이싱(die dicing)"을 수행합니다. 따라서 점점 정교해지는 패키지의 모습은 백엔드 프로세스에 큰 영향을 미칠 것입니다. 또한, 패키지 외관의 변화에 따라 다이싱의 횟수, 절차 및 유형도 그에 따라 변경됩니다.
스크라이브 다이싱
초기에는 외력을 가해 '파괴'하는 방식이 유일한 다이싱 방식이었다.웨이퍼육면체로 죽는다. 그러나 이 방법은 작은 칩의 가장자리가 부서지거나 갈라지는 단점이 있다. 또한, 금속 표면의 버(Burr)가 완전히 제거되지 않아 절단면도 매우 거칠다.
이러한 문제를 해결하기 위해 표면이 "깨지기" 전인 "스크라이빙(Scribing)" 절단 방식이 탄생하게 되었습니다.웨이퍼깊이는 약 절반으로 잘립니다. 스크라이빙(Scribing)이란 이름에서 알 수 있듯이 임펠러를 이용해 웨이퍼의 앞면을 미리 톱질(반절삭)하는 것을 말한다. 초기에는 6인치 이하의 대부분의 웨이퍼에서는 칩 사이를 먼저 '슬라이싱'한 다음 '브레이킹'하는 이러한 절단 방법을 사용했습니다.
블레이드 다이싱 또는 블레이드 쏘잉
“스크라이빙” 절단 방식은 점차 블레이드를 2~3회 연속으로 사용하여 절단하는 “블레이드 다이싱” 절단(또는 톱질) 방식으로 발전했습니다. "블레이드" 절단 방식은 "스크라이빙" 후 "깨짐" 시 작은 칩이 벗겨지는 현상을 보완할 수 있으며, "싱귤레이션" 공정에서 작은 칩을 보호할 수 있습니다. "블레이드" 절단은 이전의 "다이싱" 절단과 다릅니다. 즉, "블레이드" 절단 후에는 "부러지는" 것이 아니라 블레이드로 다시 절단합니다. 따라서 '스텝다이싱(Step dicing)' 방식이라고도 불린다.
절단 공정 중 웨이퍼를 외부 손상으로부터 보호하기 위해 웨이퍼에 미리 필름을 도포해 보다 안전한 '싱링'을 보장합니다. 백그라인딩(Back Grinding) 공정에서는 필름이 웨이퍼 전면에 부착됩니다. 하지만 반대로 '블레이드' 절단에서는 필름을 웨이퍼 뒷면에 부착해야 합니다. 공융 다이 본딩(다이 본딩, 분리된 칩을 PCB 또는 고정 프레임에 고정) 중에 후면에 부착된 필름이 자동으로 떨어집니다. 절단 시 마찰이 크기 때문에 DI수를 모든 방향에서 지속적으로 분사해야 합니다. 또한 임펠러에 다이아몬드 입자를 부착해야 슬라이스가 더 잘 썰릴 수 있습니다. 이때 절단량(블레이드 두께 : 홈 폭)은 균일해야 하며 다이싱 홈 폭을 초과하지 않아야 합니다.
오랫동안 톱질은 가장 널리 사용되는 전통적인 절단 방법이었습니다. 가장 큰 장점은 단시간에 많은 수의 웨이퍼를 절단할 수 있다는 점이다. 그러나 슬라이스의 공급 속도를 크게 높이면 칩렛 가장자리가 벗겨질 가능성이 높아집니다. 따라서 임펠러의 회전수는 분당 30,000회 정도로 제어되어야 한다. 반도체 공정의 기술은 오랜 기간의 축적과 시행착오를 통해 서서히 축적되는 비밀인 경우가 많다고 볼 수 있습니다(공융 본딩에 대한 다음 섹션에서 절단 및 DAF에 대한 내용을 논의하겠습니다).
연삭 전 다이싱(DBG): 절단 순서에 따라 방법이 변경되었습니다.
8인치 직경의 웨이퍼에서 블레이드 커팅을 수행할 때 칩렛 가장자리가 벗겨지거나 갈라지는 것을 걱정할 필요가 없습니다. 그러나 웨이퍼 직경이 21인치로 커지고 두께도 극도로 얇아지면서 다시 박리, 크랙 현상이 나타나기 시작한다. 절단 공정 중 웨이퍼에 미치는 물리적 영향을 크게 줄이기 위해 "연삭 전 다이싱"이라는 DBG 방식이 기존 절단 순서를 대체합니다. 연속적으로 절단하는 전통적인 '블레이드' 절단 방식과 달리 DBG는 먼저 '블레이드' 절단을 수행한 후 칩이 분할될 때까지 뒷면을 지속적으로 얇게 함으로써 웨이퍼 두께를 점차적으로 얇게 만듭니다. DBG는 기존의 '블레이드' 절단 방식을 업그레이드한 버전이라고 할 수 있습니다. DBG 방식은 2차 컷의 영향을 줄일 수 있기 때문에 '웨이퍼 레벨 패키징'에서 급속히 대중화됐다.
레이저 다이싱
웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(WLCSP) 공정은 주로 레이저 절단을 사용합니다. 레이저 커팅을 하면 박리, 크랙 등의 현상을 줄여 더 좋은 품질의 칩을 얻을 수 있지만, 웨이퍼 두께가 100μm를 초과하면 생산성이 크게 떨어지게 됩니다. 따라서 두께가 100μm 이하(비교적 얇은) 웨이퍼에 주로 사용됩니다. 레이저 커팅은 웨이퍼의 스크라이브 홈에 고에너지 레이저를 가해 실리콘을 절단하는 방식이다. 그러나 기존의 레이저(Conventional Laser) 절단 방식을 사용할 경우에는 웨이퍼 표면에 미리 보호필름을 도포해야 한다. 웨이퍼 표면을 레이저로 가열하거나 조사하기 때문에 이러한 물리적 접촉으로 인해 웨이퍼 표면에 홈이 생기고 절단된 실리콘 조각도 표면에 달라붙게 됩니다. 전통적인 레이저 커팅 방식도 웨이퍼 표면을 직접 커팅하는 점에서 '블레이드' 커팅 방식과 유사하다고 볼 수 있다.
스텔스다이싱(SD)은 레이저 에너지로 웨이퍼 내부를 먼저 절단한 뒤, 뒷면에 부착된 테이프에 외부 압력을 가해 절단해 칩을 분리하는 방식이다. 뒷면의 테이프에 압력을 가하면 테이프의 늘어짐으로 인해 웨이퍼가 순간적으로 위로 올라가면서 칩이 분리됩니다. 기존 레이저 절단 방법에 비해 SD의 장점은 다음과 같습니다. 첫째, 실리콘 잔해가 없습니다. 둘째, 커프(Kerf: 스크라이브 홈의 너비)가 좁아서 더 많은 칩을 얻을 수 있습니다. 또한 SD 공법을 사용하면 박리 및 크랙 현상이 크게 줄어들며, 이는 전체적인 절단 품질에 중요한 부분입니다. 따라서 SD 방식은 향후 가장 대중적인 기술이 될 가능성이 매우 높다.
플라즈마 다이싱
플라즈마 절단은 제조(Fab) 공정 중 플라즈마 에칭을 이용해 절단하는 최근 개발된 기술이다. 플라즈마 절단은 액체 대신 반가스 재료를 사용하므로 환경에 미치는 영향이 상대적으로 적습니다. 그리고 웨이퍼 전체를 한 번에 절단하는 방식을 채택해 '절단' 속도가 상대적으로 빠르다. 그러나 플라즈마 방식은 화학반응 가스를 원료로 사용하며 식각 공정이 매우 복잡하여 공정 흐름이 상대적으로 번거롭다. 그러나 플라즈마 절단은 '블레이드' 절단이나 레이저 절단에 비해 웨이퍼 표면에 손상을 주지 않아 불량률을 줄이고 더 많은 칩을 얻을 수 있다.
최근에는 웨이퍼 두께가 30μm로 줄어들면서 구리(Cu)나 저유전율 물질(Low-k)이 많이 사용되고 있다. 따라서 버(Burr)를 방지하기 위해서는 플라즈마 절단 방식도 선호될 것이다. 물론 플라즈마 절단 기술도 끊임없이 발전하고 있습니다. 나는 가까운 미래에는 식각 시 특별한 마스크를 착용할 필요가 없게 될 것이라고 믿습니다. 이것이 플라즈마 절단의 주요 발전 방향이기 때문입니다.
웨이퍼의 두께가 100μm에서 50μm, 30μm로 지속적으로 감소함에 따라 독립된 칩을 얻기 위한 절단 방법도 '브레이킹' 및 '블레이드' 절단에서 레이저 절단, 플라즈마 절단으로 변화 발전하고 있습니다. 점점 성숙해지는 절단 방법은 절단 공정 자체의 생산 비용을 증가시키는 반면, 반도체 칩 절단에서 자주 발생하는 박리 및 균열과 같은 바람직하지 않은 현상을 크게 줄이고 단위 웨이퍼당 획득되는 칩 수를 증가시킴으로써 절단 공정 자체의 생산 비용을 증가시켰습니다. , 단일 칩 생산 비용은 하락 추세를 보였습니다. 물론, 웨이퍼의 단위 면적당 얻어지는 칩 수의 증가는 다이싱 스트리트의 폭 감소와 밀접한 관련이 있다. 플라즈마 절단을 사용하면 '블레이드' 절단 방식에 비해 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 공정도 등장하고 있다.
게시 시간: 2024년 10월 10일