반도체 공정 웨이퍼 소잉의 목적 및 이해

웨이퍼 소잉의 목적

웨이퍼 소잉의 목적은 블레이드, DI 워터, CO2 버블러, 드레싱 등의 툴과 설비 및 재료를 사용하여 원형 상태의 웨이퍼를 개개의 칩으로 분리시켜 다이 본딩 작업을 용이하게 하는 데 있습니다.

 

 

소잉 용어

- 블레이드 : 원형의 웨이퍼를 다이 어태치작업에 용이하게 잘게 자르는 원형 칼날로 날에 다이아몬드가 박혀 있습니다.

- DI 워터 : 정전기 방지를 위하여 CO2 가스를 혼합한 물입니다.

- CO2 버블러 : 소잉 시시 정전기 방지를 위하여 사용하는 CO2 가스를 혼합하는 설비입니다. 

- 드레싱 : 블레이드를 교환한 후 블레이드면의 안정적인 형태 유지를 위한 최소 스피드에서 최대 스피드로 스텝별 스피드를 증가시키면서 웨이퍼를 절단하는 과정을 말합니다. 

 

웨이퍼 소잉의 방법

1. 스크라이브 앤 브레이크 (대부분의 GaAs 웨이퍼에 대해 건식, 전류 방식) : 다이 분리를 위한 스크라이브 앤 브레이크 방식이 적용됩니다. 최소 절단폭은 20um로 웨이퍼 한 장당 30분 정도 소요되며 주요 문제점으로는 칩핑, 웨이퍼 절단, 파편, 트윈 다이 등이 발생할 수 있습니다. 단점으로는 절단과정에 추가적인 비용이 발생한다는 것입니다. 

 

2. 블레이드로 소잉 (일반 생산의 경우 습식, 전류 방식) : 가장 일반적으로 사용되는 방식으로 블레이드가 있는 다이싱 톱에 의한 공정입니다. 최소 절단폭은 40um로 웨이퍼당 소요시간은 약 20분 정도 소요됩니다. 칩핑, 크랙 및 웨이퍼 절단이 발생할 수 있으나 높은 생산성이 가장 큰 장점인 반면 작업의 퀄리티가 높지 않을 수 있습니다. 

 

3. 레이저 톱/그루브(건식) : 칩핑, 박리 및 기타 절단 품질 문제를 줄이는 데 더 효과적이며 일반적으로 그루브 절단에 사용됩니다. (Low-K 웨이퍼 65nm, 45nm, 45nm 미만 용) 최소 절단폭은 15um로 가장 정교하며 작업시간은 웨이퍼당 15분이 소요됩니다. 칩핑과 크랙에 대한 문제가 없고 작업 퀄리티도 좋지만 그만큼 장비와 시스템유지 비용이 높은 것이 가장 큰 단점입니다. 

 

 

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웨이퍼 소잉 프로세스

1. 백 그라인딩이 완료된 웨이퍼가 들어있는 카세트를 스테이지부에 넣고 가동을 시작합니다. 카세트에 들어있는 웨이퍼의 수를 감지 (프레인 센싱부)하고 첫 장부터 척 테이블에 로딩할 준비를 합니다. Arm 1부에 의해 척 테이블에 이송되어 소잉을 준비합니다. 그 후 스핀들, 현미경, 척테이블 (X축 부, Y1축 부, Y2축 부, Z1, Z2축 부) 이동하여 패턴을 인식 (가로축 :CH1, 세로축 :CH2) 합니다.

 

2. 장비에 프로그램된 다이의 치수에 따라 2개의 블레이드에 의해 세로축인 CH2부터 양 S끝에서 중앙 쪽으로 움직이면서 웨이퍼를 절단합니다. 냉각, 실리콘 부산물 제거를 위해 고압의 탈이온수가 절단부에 분사됩니다. 스텝컷이 진행되며 손상을 줄이기 위해 두 가지 블레이드를 사용하며 커팅 라인의 폭과 칩핑에 의한 손상을 감소시킵니다. Z1 블레이드는 웨이퍼 깊이의 반 커팅을 Z2 블레이드는 나머지 부분과 마운팅 테이프 일부분을 커팅합니다.

 

3. 가로축인 CH1방향으로 소잉을 진행하기 위해 척 테이블이 90도 회전, 같은 방법으로 웨이퍼를 절단합니다. 스피너 테이블로 이동, 세정 (회전, 탈 이온수), 건조 (에어 블로우)의 과정을 거칩니다.

 

4. 세정 완료된 웨이퍼는 Arm 2부에 의해 프리 얼라인먼트 포지션부로 이동하고 스테이지에 고정되어 있는 카세트에 언로딩 되면서 작업이 완료됩니다. 언로딩은 엘리베이터 부에 의해 웨이퍼 카세트가 상하로 움직이는 것을 뜻합니다. 

 

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웨이퍼 소잉의 주요 요소들

웨이퍼 소잉의 주요 인자들인 컷팅모드, 피드(feed), 휠의 회전수와 컷팅 워터의 유량에 대해 알아보겠습니다. 

 

1. 컷팅모드 : 블레이드가 웨이퍼의 위에서 아래로, 아래서 위로 회전하고 이것은 소잉 품질에 영향을 줍니다.

2. 웨이퍼의 피드(feed) 속도 : 웨이퍼가 블레이드를 지나가는 속도를 말하며 웨이퍼 피드에 따라 다이의 칩핑 정도가 달라집니다. 

3. 블레이드 휠의 회전수 : 휠의 회전수는 소잉품질에, 소잉품질은 최적의 회전 수 결정에 영향을 미칩니다.

4. 블레이드의 높이와 컷팅 워터의 유량: 블레이드 높이, 물의 흐름 속도의 최적화를 수행합니다.

 

높은 생산성과 적절한 설비가격을 고려한 블레이드 소잉이 많이 사용되고 있지만 블레이드 소잉과 레이저 소잉을 혼합하여 제품의 다양한 요구에 맞도록 공정 캐파를 조율해서 사용할 수도 있습니다.