웨이퍼 슬라이싱 기술이란?
반도체 제조공정의 핵심 연결고리인 웨이퍼 절단 및 슬라이싱 기술은 칩 성능, 수율, 생산비용과 직결된다.
#01웨이퍼 커팅의 배경과 의의
1.1 웨이퍼 절단의 정의
웨이퍼 절단(또는 슬라이싱)은 반도체 제조 공정에서 중요한 부분으로, 그 목적은 여러 공정을 거쳐 웨이퍼를 여러 개의 독립적인 입자로 나누는 것입니다. 이러한 입자는 완전한 회로 기능을 포함하는 경우가 많으며 궁극적으로 전자 제품을 제조하는 데 사용되는 핵심 구성 요소입니다. 칩 설계의 복잡성과 크기가 감소함에 따라 웨이퍼 절단 기술의 정확성과 효율성이 점점 더 요구되고 있습니다.
실제로 웨이퍼 절단에서는 일반적으로 다이아몬드 블레이드와 같은 고정밀 절단 도구를 사용하여 각 입자가 손상되지 않고 기능적으로 유지되도록 합니다. 절단 전 준비, 절단 공정의 정밀한 제어 및 절단 후 품질 검사가 핵심 링크입니다. 절단하기 전에 절단 경로가 정확한지 확인하기 위해 웨이퍼를 표시하고 위치를 지정해야 합니다. 절단 과정에서 웨이퍼 손상을 방지하려면 도구의 압력, 속도 등 매개 변수를 엄격하게 제어해야 합니다. 절단 후에는 각 칩이 성능 표준을 충족하는지 확인하기 위해 포괄적인 품질 검사도 필요합니다.
웨이퍼 절단 기술의 기본 원리에는 절단 장비 선택 및 공정 매개변수 설정뿐만 아니라 재료의 기계적 특성 및 재료 특성이 절단 품질에 미치는 영향도 포함됩니다. 예를 들어, 저유전율 실리콘 웨이퍼는 기계적 특성이 좋지 않아 절단 시 응력 집중의 영향을 받기 쉽고 균열, 균열 등의 불량 문제가 발생합니다. Low-K 재료의 낮은 경도와 취성으로 인해 기계적 힘이나 열적 응력을 받을 때, 특히 공구가 웨이퍼 표면과 접촉하고 고온으로 인해 응력 집중이 더욱 악화되는 절단 중에 구조적 파손이 발생하기 쉽습니다.
재료과학의 발전에 따라 웨이퍼 절단 기술은 기존의 실리콘 기반 반도체뿐만 아니라 질화갈륨 등 새로운 반도체 소재에도 적용되고 있다. 이러한 신소재는 경도와 구조적 특성으로 인해 절단 공정에 새로운 과제를 안겨주고 절단 도구 및 기술의 추가 개선이 필요합니다.
반도체 산업의 핵심 공정인 웨이퍼 커팅은 수요 변화와 기술 발전에 따라 여전히 최적화되고 있으며, 미래 마이크로일렉트로닉스 및 집적회로 기술의 기반을 마련하고 있습니다.
보조 재료 및 도구 개발 외에도 웨이퍼 절단 기술의 개선에는 공정 최적화, 장비 성능 개선 및 절단 매개변수의 정밀한 제어와 같은 많은 측면도 포함됩니다. 이러한 개선 사항은 더 작고, 더 통합적이며, 더 복잡한 칩에 대한 반도체 업계의 요구를 충족하기 위해 웨이퍼 절단 공정에서 고정밀, 고효율 및 안정성을 보장하도록 설계되었습니다.
1.높은 정밀도:레이저 빔의 정확한 포지셔닝 능력은 마이크론 또는 나노 수준의 절단 정확도를 달성하여 현대의 고정밀 및 고밀도 집적 회로 제조 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
2.기계적 접촉 없음:레이저 절단은 웨이퍼에 접촉할 필요가 없으므로 기계적 절단 중 가장자리 파손 및 균열과 같은 일반적인 문제를 방지하고 칩 수율과 신뢰성을 크게 향상시킵니다.
3.빠른 절단 속도:레이저 절단의 빠른 속도는 특히 대규모 및 고속 생산 시나리오에서 생산 효율성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
직면한 과제
1. 높은 장비 비용: 특히 중소 생산 기업의 경우 레이저 절단 장비의 초기 투자 비용이 높으며 홍보 및 적용이 여전히 경제적 압박에 직면해 있습니다.
2. 복잡한 공정 제어: 레이저 절단에는 에너지 밀도, 초점 위치, 절단 속도와 같은 여러 매개변수의 정밀한 제어가 필요하며 공정이 매우 복잡합니다.
3. 열 영향부 문제: 레이저 절단의 비접촉 특성은 기계적 손상을 감소시키지만, 열 응력으로 인한 열 영향부는 웨이퍼 재료의 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 이러한 영향을 줄이기 위해서는 추가적인 공정 최적화가 필요합니다. .
기술 개선 방향
이러한 문제를 해결하기 위해 연구자들은 다음과 같은 점에 주목하고 있다.장비 비용 절감, 절단 효율성 향상 및 공정 흐름 최적화.
1.효율적인 레이저 및 광학 시스템:보다 효율적인 레이저와 첨단 광학 시스템의 개발을 통해 장비 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 절단 정확도와 속도를 향상시킬 수 있습니다.
2.프로세스 매개변수 최적화:레이저와 웨이퍼 재료의 상호 작용에 대한 심층 연구, 공정을 개선하여 열 영향 영역을 줄이고 절단 품질을 향상시킵니다.
3.지능형 제어 시스템:레이저 절단 공정의 자동화 및 지능을 실현하고 절단 공정의 안정성과 일관성을 향상시키는 지능형 제어 기술을 개발합니다.
레이저 절단 기술은 다음 분야에서 특히 효과적입니다.초박형 웨이퍼 및 고정밀 절단 시나리오. 웨이퍼 크기와 회로 밀도가 증가함에 따라 전통적인 기계적 절단 방법은 고정밀도 및 고효율에 대한 현대 반도체 제조 요구를 충족하기 어렵고, 레이저 절단은 고유한 장점으로 인해 점차 이 분야에서 첫 번째 선택이 되고 있습니다.
레이저 절단 기술은 여전히 장비 비용 및 공정 복잡성과 같은 과제에 직면해 있지만 높은 정밀도와 접촉 손상이 없다는 고유한 장점으로 인해 반도체 제조 분야에서 중요한 개발 방향이 되었습니다. 레이저 기술과 지능형 제어 시스템의 지속적인 발전으로 레이저 절단은 향후 웨이퍼 절단의 효율성과 품질을 더욱 향상시키고 반도체 산업의 지속 가능한 발전을 촉진할 것으로 기대됩니다.
2.3 플라즈마 절단 기술
최근 새로운 웨이퍼 절단 방식으로 플라즈마 절단 기술이 많은 주목을 받고 있다. 이 기술은 고에너지 이온빔을 이용해 웨이퍼를 정확하게 절단하고, 이온빔의 에너지와 속도, 절단 경로를 정확하게 제어해 이상적인 절단 효과를 구현하는 기술이다.
작동 원리 및 장점
플라즈마 절단 웨이퍼 공정은 고온 고에너지 이온빔을 생성하는 장비에 의존하며, 이는 매우 짧은 시간에 웨이퍼 재료를 용융 또는 가스화 상태로 가열하여 신속한 절단을 달성할 수 있습니다. 기존의 기계식 또는 레이저 절단에 비해 플라즈마 절단은 속도가 빠르고 웨이퍼의 열 영향을 받는 면적이 작아 절단 중에 발생할 수 있는 균열 및 손상을 효과적으로 줄입니다.
실제 응용 분야에서 플라즈마 절단 기술은 복잡한 모양의 웨이퍼를 처리하는 데 특히 좋습니다. 고에너지 플라즈마 빔은 유연하고 조정 가능하여 불규칙한 모양의 웨이퍼를 쉽게 처리하고 고정밀 절단을 달성할 수 있습니다. 따라서 이 기술은 마이크로 전자공학 제조 분야, 특히 맞춤형 및 소규모 배치 생산의 고급 칩 제조 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 보여주었습니다.
과제와 한계
플라즈마 절단 기술에는 많은 장점이 있지만 몇 가지 과제도 있습니다. 우선, 이 과정은 복잡하며 절단의 정확성과 안정성을 보장하기 위해 고정밀 장비와 숙련된 작업자에 의존합니다. 또한, 아이소이온 빔의 고온 및 고에너지 특성으로 인해 환경 제어 및 안전 보호에 대한 요구 사항이 높아져 적용의 어려움과 비용이 증가합니다.
향후 발전방향
웨이퍼 절단 품질은 후속 칩 패키징, 테스트, 최종 제품의 성능 및 신뢰성에 매우 중요합니다. 절단 공정의 일반적인 문제로는 균열, 모서리 파손, 절단 편차 등이 있으며 이는 여러 요인의 영향을 받습니다.
절단 품질을 향상시키려면 공정 매개변수, 장비 및 재료 선택, 공정 제어 및 감지 등 다양한 요소를 종합적으로 고려해야 합니다. 지속적인 절단 기술 개선과 공정 방법의 최적화를 통해 웨이퍼 절단의 정밀도와 안정성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 반도체 제조 산업에 보다 안정적인 기술 지원을 제공할 수 있습니다.
#03 웨이퍼 커팅 후 가공 및 테스트
3.1 청소 및 건조
웨이퍼 절단 후 세척 및 건조 공정은 칩 품질을 보장하고 후속 공정의 원활한 진행을 위해 필수적입니다. 이 공정에서는 절삭 시 발생하는 실리콘칩, 절삭유 잔여물, 기타 오염물질을 철저하게 제거해야 할 뿐만 아니라, 세척 과정에서 칩이 손상되지 않도록 하고, 표면에 물 잔여물이 없도록 해야 합니다. 건조 후 칩 표면을 닦아 부식이나 물로 인한 정전기 방전을 방지합니다.
웨이퍼 절단 후 세척 및 건조 공정은 최종 처리 효과를 보장하기 위해 여러 요소의 조합이 필요한 복잡하고 섬세한 공정입니다. 과학적인 방법과 엄격한 작업을 통해 각 칩이 최상의 상태로 후속 패키징 및 테스트 프로세스에 들어갈 수 있도록 보장할 수 있습니다.
3.2 탐지 및 테스트
웨이퍼 절단 후 칩 검사 및 테스트 프로세스는 제품 품질과 신뢰성을 보장하는 핵심 단계입니다. 이 프로세스를 통해 설계 사양에 맞는 칩을 선별할 수 있을 뿐만 아니라 잠재적인 문제를 적시에 찾아 처리할 수 있습니다.
웨이퍼 절단 후 칩 검사 및 테스트 프로세스는 외관 검사, 크기 측정, 전기적 성능 테스트, 기능 테스트, 신뢰성 테스트 및 호환성 테스트와 같은 다양한 측면을 다룹니다. 이러한 단계는 서로 연결되어 있고 보완적이며 함께 제품 품질과 신뢰성을 보장하는 견고한 장벽을 구성합니다. 엄격한 검사 및 테스트 프로세스를 통해 잠재적인 문제를 적시에 식별하고 처리하여 최종 제품이 고객의 요구와 기대를 충족할 수 있도록 보장합니다.
3.3 포장 및 보관
웨이퍼컷 칩은 반도체 제조공정의 핵심 산출물이며, 패키징과 보관도 무시할 수 없다. 적절한 포장 및 보관 조치는 운송 및 보관 중 칩의 안전성과 안정성을 보장할 뿐만 아니라 후속 생산, 테스트 및 포장에 대한 강력한 보장을 제공합니다.
웨이퍼 절단 후 칩 패키징과 보관은 매우 중요합니다. 적절한 포장재 선택과 보관 환경의 엄격한 제어를 통해 운송 및 보관 중 칩의 안전성과 안정성을 보장할 수 있습니다. 동시에 정기적인 검사 및 평가 작업은 칩의 품질과 신뢰성을 강력하게 보장합니다.
#04 웨이퍼 스크라이빙 중 과제
4.1 미세 균열 및 손상 문제
웨이퍼 스크라이빙 중 미세 균열과 손상 문제는 반도체 제조에서 해결해야 할 시급한 문제입니다. 이러한 현상의 주요 원인은 절삭응력으로, 웨이퍼 표면에 작은 균열이나 손상이 발생하여 제조원가가 상승하고 제품 품질이 저하되는 원인이 됩니다.
깨지기 쉬운 재료인 웨이퍼의 내부 구조는 기계적, 열적 또는 화학적 스트레스를 받으면 변화하여 미세 균열이 발생하기 쉽습니다. 이러한 균열은 처음에는 눈에 띄지 않을 수 있지만 제조 공정이 진행됨에 따라 확대되어 더 심각한 손상을 일으킬 수 있습니다. 특히 후속 패키징 및 테스트 프로세스에서 온도 변화와 추가적인 기계적 응력으로 인해 이러한 미세 균열은 명백한 균열로 발전하고 심지어 칩 고장으로 이어질 수도 있습니다.
웨이퍼 표면 손상도 무시할 수 없습니다. 이러한 부상은 절단 도구의 부적절한 사용, 절단 매개변수의 잘못된 설정 또는 웨이퍼 자체의 재료 결함으로 인해 발생할 수 있습니다. 원인에 관계없이 이러한 손상은 칩의 성능과 안정성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 손상으로 인해 회로의 저항 또는 정전 용량 값이 변경되어 전체 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 절삭 공구 및 매개 변수를 최적화하여 절삭 공정에서 발생하는 응력을 줄입니다. 예를 들어, 더 날카로운 날을 사용하고 절단 속도와 깊이를 조정하면 응력 집중과 전달을 어느 정도 줄일 수 있습니다. 한편, 연구원들은 절단 정확도를 보장하면서 웨이퍼 손상을 더욱 줄이기 위해 레이저 절단, 플라즈마 절단과 같은 새로운 절단 기술도 연구하고 있습니다.
일반적으로 미세 균열과 손상 문제는 웨이퍼 절단 기술에서 해결해야 할 주요 과제입니다. 지속적인 연구와 실천, 기술 혁신, 품질 테스트 등 다양한 수단이 결합되어야만 반도체 제품의 품질과 시장 경쟁력을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.
4.2 열 영향을 받는 부위 및 성능에 미치는 영향
레이저 절단, 플라즈마 절단 등의 열 절단 공정에서는 고온으로 인해 웨이퍼 표면에 필연적으로 열 영향부가 발생합니다. 이 영역의 크기와 범위는 절단 속도, 출력, 재료의 열전도율을 포함한 여러 요인의 영향을 받습니다. 열 영향을 받는 영역의 존재는 웨이퍼 재료의 특성과 최종 칩의 성능에 상당한 영향을 미칩니다.
열 영향을 받는 부위의 영향:
1.결정 구조 변화:고온의 작용으로 웨이퍼 재료의 원자가 재배열되어 결정 구조가 왜곡될 수 있습니다. 이러한 왜곡은 재료의 기계적 강도와 안정성을 감소시켜 사용 중에 칩이 파손될 위험을 증가시킵니다.
2.전기적 성능 변화:고온의 영향으로 반도체 재료의 캐리어 농도와 이동도가 변할 수 있으며 이는 칩의 전도성 성능과 전류 전송 효율에 영향을 미칩니다. 이러한 변경으로 인해 칩 성능이 저하되거나 설계 요구 사항을 충족하지 못할 수도 있습니다.
열 영향을 받는 지역을 통제하기 위한 조치:
1.절단 공정 매개변수 최적화:절삭 속도와 출력을 줄임으로써 열 영향 부위의 발생을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
2.고급 냉각 기술의 사용:액체질소 냉각, 미세유체 냉각 및 기타 기술은 열 영향을 받는 영역의 범위를 효과적으로 제한하고 웨이퍼 재료 성능에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.
3.재료 선택:연구진은 우수한 열전도 특성과 기계적 강도를 갖고 칩 성능을 향상시키는 동시에 열 영향을 받는 부위를 줄일 수 있는 탄소나노튜브, 그래핀 등 신소재를 탐색하고 있다.
일반적으로 열 영향부는 열 절단 기술에서 피할 수 없는 문제이지만, 웨이퍼 재료 특성에 미치는 영향은 합리적인 공정 최적화 및 재료 선택을 통해 효과적으로 제어할 수 있습니다. 향후 연구에서는 보다 효율적이고 정확한 웨이퍼 절단을 달성하기 위해 열 절단 기술의 개선과 지능적인 개발에 더 많은 관심을 기울일 것입니다.
4.3 웨이퍼 수율과 생산 효율성 사이의 균형
웨이퍼 수율과 생산 효율성 간의 균형은 웨이퍼 절단 및 슬라이싱에서 복잡하고 중요한 문제입니다. 이 두 가지 요소는 반도체 제조사의 경제적 이익에 직접적인 영향을 미치며, 전체 반도체 산업의 발전 속도 및 경쟁력과도 관련이 있습니다.
생산 효율성 향상이는 반도체 제조사가 추구하는 목표 중 하나입니다. 시장 경쟁이 심화되고 반도체 제품의 교체율이 가속화됨에 따라 제조업체는 시장 수요를 충족하기 위해 많은 수의 칩을 빠르고 효율적으로 생산해야 합니다. 따라서 생산 효율성이 높아진다는 것은 웨이퍼 가공과 칩 분리가 더 빨리 완료될 수 있다는 것을 의미하며, 이는 생산주기를 단축하고 비용을 절감하며 시장점유율을 높여준다.
수율 문제:그러나 높은 생산 효율성을 추구하는 것은 종종 웨이퍼 수율에 부정적인 영향을 미칩니다. 웨이퍼 절단 시 절단 장비의 정확성, 작업자 기술, 원자재 품질 및 기타 요인으로 인해 웨이퍼 결함, 손상 또는 치수 불일치가 발생하여 수율이 저하될 수 있습니다. 생산 효율성을 높이기 위해 수율을 과도하게 희생하면 부적격 제품이 대량 생산되어 자원 낭비가 발생하고 제조업체의 명성과 시장 지위가 손상될 수 있습니다.
균형 전략:웨이퍼 수율과 생산 효율성 사이의 최적의 균형을 찾는 것은 웨이퍼 절단 기술이 지속적으로 탐색하고 최적화해야 하는 문제가 되었습니다. 이를 위해서는 제조업체가 합리적인 생산 전략과 공정 매개변수를 개발하기 위해 시장 수요, 생산 비용, 제품 품질 및 기타 요소를 고려해야 합니다. 동시에 고급 절단 장비를 도입하여 작업자 기술을 향상시키고 원자재 품질 관리를 강화하여 수율을 유지하거나 향상시키면서 생산 효율성을 보장합니다.
미래의 과제와 기회:반도체 기술의 발전과 함께 웨이퍼 절단 기술 역시 새로운 도전과 기회에 직면해 있습니다. 칩 크기의 지속적인 감소와 통합 개선으로 인해 절단 정확도와 품질에 대한 요구 사항이 높아졌습니다. 동시에 신흥 기술의 출현은 웨이퍼 절단 기술 개발에 대한 새로운 아이디어를 제공합니다. 따라서 제조업체는 시장 역학과 기술 개발 동향에 세심한 주의를 기울여야 하며, 시장 변화와 기술 요구 사항에 적응하기 위해 생산 전략과 프로세스 매개변수를 지속적으로 조정하고 최적화해야 합니다.
즉, 시장 수요, 생산 비용 및 제품 품질을 고려하고 첨단 장비 및 기술을 도입하고 작업자 기술을 향상시키며 원자재 관리를 강화함으로써 제조업체는 웨이퍼 절단 공정에서 웨이퍼 수율과 생산 효율성 간의 최상의 균형을 달성할 수 있습니다. 효율적이고 고품질의 반도체 제품 생산을 실현합니다.
4.4 향후 전망
과학기술의 급속한 발전과 함께 반도체 기술은 전례 없는 속도로 발전하고 있으며, 핵심 연결고리인 웨이퍼 절단 기술은 발전의 새로운 장을 열어갈 것입니다. 앞으로 웨이퍼 절단 기술은 정밀도, 효율성, 비용 측면에서 획기적인 개선을 이루어 반도체 산업의 지속적인 발전에 새로운 활력을 불어넣을 것으로 기대됩니다.
정확성 향상
더 높은 정밀도를 추구하면서 웨이퍼 절단 기술은 계속해서 기존 공정의 한계를 뛰어넘을 것입니다. 절단 공정의 물리적, 화학적 메커니즘에 대한 심층적인 연구와 절단 매개변수의 정밀한 제어를 통해 점점 더 복잡해지는 회로 설계 요구를 충족시키기 위해 향후 더욱 미세한 절단 효과를 얻을 수 있을 것입니다. 또한, 새로운 재료와 절단 방법의 탐구도 수율과 품질을 크게 향상시킬 것입니다.
효율성 향상
새로운 웨이퍼 절단 장비는 지능적이고 자동화된 설계에 더 많은 관심을 기울일 것입니다. 고급 제어 시스템과 알고리즘을 도입하면 장비가 다양한 재료 및 설계 요구 사항에 맞게 절단 매개변수를 자동으로 조정할 수 있어 생산 효율성이 크게 향상됩니다. 이와 동시에 다중 슬라이스 동시 절단 기술, 신속한 블레이드 교체 기술 등 혁신적인 수단이 효율성 향상의 핵심이 될 것입니다.
비용 절감
원가 절감은 웨이퍼 절단 기술 개발의 중요한 방향입니다. 새로운 소재와 절단 방법의 개발로 장비 비용과 유지 관리 비용이 효과적으로 통제될 것으로 기대됩니다. 또한, 생산 공정을 최적화하고 폐기율을 줄임으로써 생산 과정에서 발생하는 폐기물을 더욱 줄여 전체적인 비용 절감을 달성할 수 있습니다.
스마트 제조 및 사물 인터넷
지능형 제조와 사물 인터넷 기술의 통합은 웨이퍼 절단 기술에 새로운 변화를 가져올 것입니다. 장비 간 상호 연결 및 데이터 공유를 통해 생산 프로세스의 모든 단계를 실시간으로 모니터링하고 최적화할 수 있습니다. 이는 생산 효율성과 제품 품질을 향상시킬 뿐만 아니라 기업에 보다 정확한 시장 예측 및 의사 결정 지원을 제공합니다.
앞으로 웨이퍼 절단 기술은 정확성, 효율성, 비용 등 여러 측면에서 큰 발전을 이룰 것입니다. 이러한 발전은 반도체 산업의 지속적인 발전을 촉진하고 인류 사회에 더 많은 과학 기술 혁신과 편리함을 가져올 것입니다.
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