실리콘 웨이퍼 다이싱 톱은 반도체 웨이퍼 절단 단계에서 중요한 도구입니다. 웨이퍼 다이싱 공정은 다양한 방식으로 수행될 수 있으며, 각각 장단점이 있습니다. 기계적 톱질(웨이퍼 다이싱 톱 사용)은 사용 전 고려해야 할 사항이 많고 극복해야 할 과제가 있습니다. 반도체 웨이퍼 제조 공정에서 다이싱 톱이 어디에 사용되는지, 다른 웨이퍼 다이싱 방법과의 비교, 웨이퍼 다이싱 블레이드 선택 방법을 알아보겠습니다.
실리콘 웨이퍼 다이싱 공정이 중요한 이유
반도체 제조에서 집적 회로(칩)는 스마트폰, 주방 가전제품에서 첨단 의료 및 산업 장비에 이르기까지 모든 것을 구축하는 데 사용되기 전에 여러 생산 공정을 거칩니다. 먼저 실리콘 잉곳을 인공적으로 성장시킨 다음 얇은 디스크 모양의 ‘웨이퍼’로 절단합니다.
이 실리콘 웨이퍼는 연마된 후 회로 경로가 생성됩니다. 다음으로 웨이퍼는 표면의 제조 결함을 감지하기 위해 철저한 검사 공정을 거칩니다. 반도체 산업은 제조의 다음 단계로 보내기 전에 특수 이미징 기술을 사용하여 웨이퍼를 검사하고 품질을 확인합니다. 자세한 내용은 제조 중 웨이퍼 검사에 사용되는 반도체 이미징 기술을 참조하십시오.
다음으로 ‘포토리소그래피’ 공정을 통해 회로 패턴이 실리콘 웨이퍼 표면에 여러 층으로 각인됩니다. 그 다음 이온 주입이 실리콘 웨이퍼의 특정 영역을 변경하여 전도 특성을 변경하고 에칭 기술을 사용하여 트랜지스터가 형성됩니다. 임시 트랜지스터 게이트는 먼저 포토레지스트를 사용하여 형성된 후 금속 증착 및 전해 도금 공정을 통해 구리 게이트로 교체됩니다. 개별 트랜지스터 간의 상호 연결이 추가된 후 실리콘 웨이퍼에서 원치 않는 재료를 제거하기 위한 최종 연마가 수행됩니다.
개별 집적 회로는 웨이퍼 프로버 장치를 사용하여 전기 신호를 적용하여 기능적 결함을 확인하기 위해 테스트됩니다. 이 자동 테스트 장비는 대량의 웨이퍼를 검사하고 성능에 따라 분류할 수 있습니다. 자세한 내용은 자동화 테스트 장비를 사용한 반도체 칩 테스트를 참조하십시오.
마지막으로 개별 칩(다이라고도 함)은 웨이퍼 다이싱 공정을 통해 실리콘 웨이퍼에서 분리됩니다. 이 웨이퍼 절단 후 칩은 패키징되어 스마트 TV, 음성 비서와 같은 더 복잡한 하드웨어 장치를 구축하는 데 사용할 장비 제조사에 배포될 준비가 됩니다.
실리콘 웨이퍼 다이싱 방법
실리콘 웨이퍼 다이싱 공정은 웨이퍼 스크라이빙 및 브레이킹, 기계식 톱질, 레이저 다이싱, 플라즈마 다이싱 등 다양한 방법으로 수행될 수 있습니다. 각 웨이퍼 다이싱 방법은 정확성을 보장하기 위해 정교한 장비가 필요합니다.
기계식 톱질
이 반도체 웨이퍼 다이싱 방법에서는 기계식 톱을 사용하여 웨이퍼 두께를 완전히 절단합니다. 완전히 절단되므로 이 웨이퍼 다이싱 방법을 ‘관통 절단’이라고도 합니다. 기계식 웨이퍼 톱질 결과의 품질은 블레이드 크기, 블레이드 두께 및 웨이퍼 다이싱 속도와 같은 요소에 따라 달라집니다.
이 공정 중에 반도체 웨이퍼에 기계적 스트레스가 가해지며 웨이퍼의 아래쪽 면에 블레이드로 인한 약간의 치핑이 발생할 수 있습니다. 그러나 톱을 사용한 웨이퍼 다이싱은 가장 널리 사용되는 방법입니다. 이는 잘 이해된 공정으로 견습 기술자가 쉽게 이해할 수 있고 공간을 적게 차지하며 다른 특수 방법보다 저렴합니다. 레이저 다이싱과 같은 방법이 점점 더 많은 역할을 대체하고 있지만, 전 세계의 증가하는 마이크로칩 수요를 충족시키기 위해 웨이퍼 다이싱 톱은 반도체 제조사 사이에서 여전히 높은 수요를 유지하고 있습니다.
레이저 다이싱
레이저 다이싱에는 두 가지 유형이 있습니다. 레이저 어블레이션 다이싱은 레이저 빔을 웨이퍼의 선택된 지점에 집중시키고 빔의 에너지를 사용하여 절단 패턴에 따라 웨이퍼를 절단합니다. 필요한 레이저 강도에 따라 빔은 펄스형 또는 연속형일 수 있습니다. 다이싱 톱을 사용할 때처럼 웨이퍼와 기계적 접촉은 없지만 재료의 강한 가열로 인한 열 손상 위험이 있습니다. 레이저 어블레이션에서는 웨이퍼를 열로부터 보호하고 다이싱 공정에서 남은 입자를 씻어내 제품 오염을 방지하기 위해 냉각수가 사용됩니다.
두 번째 레이저 공정은 ‘스텔스 다이싱’이라고 합니다. 여기서 레이저 빔 파장은 웨이퍼 기판 재료에 반투명합니다. 따라서 빔은 표면 대신 웨이퍼 내부의 특정 지점에 에너지를 집중할 수 있습니다. 스텔스 다이싱 공정의 이 단계에서 내부 균열이 형성되지만 아직 웨이퍼 표면까지 확장되지는 않습니다. 다음으로 웨이퍼 바닥에 부착된 마운팅 테이프를 사용하여 이러한 균열에 인장 응력이 가해집니다. 이로 인해 균열이 상단과 하단으로 확장되어 원하는 라인을 따라 웨이퍼가 분리됩니다. 표면 잔해나 열 손상이 없으므로 냉각수가 필요하지 않습니다.
플라즈마 다이싱
‘심층 반응성 이온 에칭’(DRIE)이라고도 하는 플라즈마 다이싱 공정은 육불화황 또는 옥타플루오로사이클로부탄을 사용하여 웨이퍼에 ‘스트리트’라는 좁고 깊은 트렌치를 에칭합니다. 웨이퍼 다이싱 톱은 직사각형 모양으로만 절단할 수 있지만, 플라즈마 웨이퍼 다이싱 공정에는 이러한 제한이 없습니다. 또한 전체 웨이퍼를 한 번에 처리할 수 있으며 더 좁은 트렌치를 절단하여 회로에 더 많은 공간을 남겨 더 나은 수율을 제공합니다.
웨이퍼 스크라이빙 및 브레이킹
이 다이싱 공정에서는 다이싱 톱이나 레이저와 같은 도구를 사용하여 반도체 웨이퍼를 부분적으로 절단(스크라이빙)합니다. 이렇게 하면 웨이퍼 표면에 스크라이브 라인이 생성됩니다. 그런 다음 스크라이브 라인을 따라 힘을 가하여 웨이퍼를 필요한 대로 절단합니다. 웨이퍼 스크라이빙 및 브레이킹 방법은 1980년대 초반까지 업계에서 사용되다가 웨이퍼 다이싱 톱으로 대체되었습니다. 다이싱 톱은 웨이퍼 두께, 다이 크기, 결정면 방향, 스트리트 구조 및 웨이퍼 재료에 제한을 받지 않기 때문입니다.
실리콘 웨이퍼 다이싱 톱
실리콘 웨이퍼 다이싱 톱은 제조사의 요구 사항에 따라 수동형에서 완전 자동형, 단일 블레이드 및 다중 블레이드까지 다양한 모델로 제공됩니다. 절단 모드는 다이싱의 복잡성과 처리해야 할 웨이퍼 배치의 볼륨에 따라 달라집니다.
예를 들어, 완전 자동 다이싱 톱은 한 번에 최대 50개의 웨이퍼를 로드할 수 있으며 패턴 인식을 활성화하면 인간 기술자의 안내 없이도 다이싱이 가능합니다. 이는 대량 생산에 적합합니다. 반자동 다이싱 톱은 저~중간 복잡성을 처리할 수 있지만 기술자가 여러 단계에서 모니터링하고 개입해야 합니다. 톱 블레이드는 요구 사항에 따라 최대 60,000rpm의 회전 속도까지 올릴 수 있으며, 장비에는 냉각수 제트와 여러 블레이드가 함께 제공될 수 있습니다.
실리콘 웨이퍼 다이싱 블레이드
톱의 다이싱 블레이드는 매우 중요하며 웨이퍼 다이싱 장비에서 가장 비싼 구성 요소 중 하나입니다. 다이아몬드 블레이드는 일반적으로 레진, 니켈 또는 소결 금속 매트릭스로 만들어진 디스크로, 절단 가장자리에 다이아몬드 입자가 포함되어 있습니다. 다이아몬드는 경도와 블레이드 내마모성 때문에 선택됩니다.
웨이퍼 블레이드는 너비, 입자 크기 및 노출을 기준으로 특정 웨이퍼 다이싱 작업에 맞게 선택됩니다. 블레이드의 너비는 다이싱에 필요한 스트리트의 너비에 따라 달라집니다. 입자 크기는 절단 블레이드에 포함된 다이아몬드 입자에 따라 달라집니다. 스트리트를 좁게 해야 하는 경우 얇은 블레이드와 작은 입자 크기가 웨이퍼 다이싱을 더 매끄럽게 수행합니다.
노출은 웨이퍼 절단에 사용할 수 있는 블레이드 표면의 높이입니다. 다이싱이 필요한 웨이퍼의 두께가 10mil(1mil = 0.0254mm)인 경우 블레이드는 절단을 위해 2025mil의 노출이 필요합니다. 스트리트 크기가 4mil인 경우, 두께 1mil, 입자 크기 0204μm의 블레이드를 사용하여 다이싱할 수 있습니다.
마운팅 테이프
다이싱을 받는 웨이퍼는 마운팅 테이프를 사용하여 프레임에 안전하게 장착됩니다. 이 테이프는 다이싱 중에 각 다이를 제자리에 고정하는 접착 특성이 있으며, 제거될 때까지 유지됩니다. 이 테이프의 두께는 일반적으로 80~95μm이며, 충분한 노출의 블레이드를 선택할 때 고려해야 합니다.
마운팅 테이프는 블루 필름과 UV 테이프로 제공되며 접착 특성이 약간 다릅니다. 블루 필름은 다이싱 공정이 72시간 미만 소요되는 경우 더 저렴합니다. 다이를 더 오래 부착해 두면 접착 잔여물이 다이 바닥에 달라붙을 수 있습니다. UV 테이프는 더 비싸지만 다이싱 공정 후 자외선에 노출시켜 제거 시 접착력을 낮출 수 있습니다.
실리콘 웨이퍼 다이싱 톱 사용
웨이퍼 다이싱을 시작하기 전에 웨이퍼의 두께, 필요한 스트리트 너비 및 웨이퍼 재료(순수 실리콘, 실리콘 게르마늄, 사파이어 위 실리콘 등)를 평가합니다. 이러한 요소를 기반으로 블레이드가 선택됩니다. 다음으로 웨이퍼를 표면 보호를 위해 입자 없는 종이 위에 뒤집어 놓습니다. 마운팅 접착 테이프를 늘려 웨이퍼 뒷면에 놓습니다. 그런 다음 롤러를 사용하여 테이프를 웨이퍼에 고르게 눌러 분포시킵니다. 초과 테이프는 절단됩니다.
웨이퍼가 장착되어 다이싱 장비에 안전하게 로드된 후, 검증을 위해 먼저 샘플 절단을 수행합니다. 프로그래밍된 패턴에 따라 웨이퍼 다이싱이 시작되며, 적절한 정렬과 다이싱 품질을 보장하기 위해 주기적인 점검이 수행됩니다. 그 후 웨이퍼는 다이싱 공정에서 남은 실리콘 먼지를 제거하기 위해 세척됩니다.
웨이퍼 다이싱 공정의 과제
기계식 톱질 공정을 통한 웨이퍼 다이싱에는 문제가 없지 않습니다. 스트리트가 좁을수록 블레이드가 더 얇아져야 합니다. 두꺼운 웨이퍼와 결합하면 블레이드에 스트레스가 가해져 파손될 수 있습니다. 이는 두 가지 이유로 좋지 않습니다. 첫째, 다이싱 중 블레이드가 파손되면 웨이퍼가 손상될 수 있습니다. 둘째, 다이아몬드 블레이드는 다이싱 장비에서 가장 비싼 구성 요소입니다.
실리콘 웨이퍼 다이싱이 여전히 톱질 장비를 사용하여 수행되지만, 많은 제조사가 레이저 및 플라즈마 다이싱 방법을 사용한 스텔스 다이싱으로 전환하고 있습니다. 스텔스 다이싱은 잔여 먼지가 없고 세척이 필요하지 않습니다. 또한 더 좁은 스트리트를 제공하여 웨이퍼당 더 많은 IC와 더 높은 수율을 가능하게 합니다. 플라즈마는 웨이퍼 자체에 최소한의 손상을 일으켜 더 나은 다이 강도를 제공합니다. 이는 신뢰성을 향상시켜 이러한 IC로 만든 장치의 수명을 늘릴 수 있습니다.
더 발전된 다이싱 기술이 신뢰할 수 있는 실리콘 웨이퍼 다이싱 톱을 서서히 대체하고 있지만, 그 신뢰성으로 인해 반도체 산업에서 여전히 많이 사용되고 있습니다. 반도체 제조 및 업계 뉴스에 대한 자세한 내용은 Inquivix Technologies를 확인하십시오!
FAQ
웨이퍼 톱질 공정이란 무엇인가요?
웨이퍼 톱질 또는 다이싱은 반도체 웨이퍼를 개별 다이 또는 집적 회로(IC)로 절단하는 공정입니다.
웨이퍼 다이싱 방법에는 무엇이 있나요?
실리콘 웨이퍼는 다이아몬드 블레이드가 있는 기계식 톱, 레이저 다이싱 또는 플라즈마 다이싱 방법을 사용하여 절단하거나 다이싱할 수 있습니다.