웨이퍼 백그라인딩 공정 소개
1. 백그라인딩의 목적
웨이퍼로 반도체를 만드는 과정에서 웨이퍼의 모습은 끊임없이 변화한다.먼저, 웨이퍼 제조 공정에서는 웨이퍼의 Edge와 표면을 연마하는데, 이는 일반적으로 웨이퍼의 양면을 연삭하는 공정이다.Front-End 공정이 끝나면 Wafer의 뒷면만 Grinding하는 Backside Grinding 공정을 시작할 수 있는데, 이는 Front-End 공정에서 화학적 오염을 제거하고 칩의 두께를 줄일 수 있어 매우 적합합니다. IC 카드나 모바일 기기에 장착되는 얇은 칩 생산에 사용됩니다.또한, 이 공정은 저항 감소, 전력 소모 감소, 열전도도 증가, 열을 웨이퍼 뒷면으로 빠르게 발산시키는 장점이 있다.그러나 동시에 웨이퍼가 얇기 때문에 외력에 의해 깨지거나 휘어지기 쉬우므로 가공 단계가 더욱 어려워진다.
2. 백그라인딩(Back Grinding) 세부공정
백그라인딩은 다음 세 단계로 나눌 수 있습니다. 첫째, 웨이퍼에 보호 테이프 라미네이션을 붙여넣습니다.둘째, 웨이퍼 뒷면을 갈아준다.셋째, 칩을 웨이퍼에서 분리하기 전, 테이프를 보호하는 웨이퍼 마운팅 위에 웨이퍼를 올려놓아야 합니다.웨이퍼 패치 공정은 웨이퍼 분리를 위한 준비 단계이다.칩(칩 절단) 따라서 절단 공정에도 포함될 수 있습니다.최근에는 칩이 얇아지면서 공정 순서도 바뀌고 공정 단계도 더욱 정교해졌습니다.
3. 웨이퍼 보호를 위한 Tape Lamination 공정
백그라인딩의 첫 번째 단계는 코팅입니다.웨이퍼 전면에 테이프를 붙이는 코팅 공정이다.뒷면을 그라인딩할 경우 실리콘 화합물이 주변으로 퍼지게 되며, 이 과정에서 외부 힘에 의해 웨이퍼도 갈라지거나 뒤틀릴 수 있으며, 웨이퍼 면적이 클수록 이러한 현상에 취약해집니다.따라서 뒷면을 그라인딩하기 전에 웨이퍼를 보호하기 위해 얇은 자외선(UV) 청색 필름을 부착합니다.
필름을 붙일 때 웨이퍼와 테이프 사이에 틈이나 기포가 생기지 않도록 접착력을 높여야 합니다.하지만 뒷면을 그라인딩한 후 웨이퍼에 붙은 테이프에 자외선을 조사해 접착력을 줄여야 한다.스트리핑 후 테이프 잔여물이 웨이퍼 표면에 남아 있어서는 안 됩니다.때로는 접착력이 약하고 거품이 발생하기 쉬운 비자외선 감소 막 처리 방법을 사용하는 경우도 있지만 많은 단점이 있지만 가격이 저렴합니다.또한, UV 저감막 대비 2배 두께의 범프필름(Bump film)도 사용하고 있으며, 향후 사용빈도가 더욱 높아질 것으로 예상된다.
4. 웨이퍼 두께는 칩 패키지에 반비례합니다.
후면 연삭 후 웨이퍼 두께는 일반적으로 800~700μm에서 80~70μm로 감소됩니다.10분의 1로 얇아진 웨이퍼는 4~6개의 레이어를 쌓을 수 있습니다.최근에는 2번의 그라인딩 공정을 통해 웨이퍼를 약 20mm까지 얇게 만들어 16~32층으로 쌓는 다층 반도체 구조인 멀티칩패키지(MCP)도 가능하다.이 경우 다층을 사용함에도 불구하고 완성된 패키지의 전체 높이가 특정 두께를 초과할 수 없으므로 항상 더 얇은 연삭 웨이퍼를 추구합니다.웨이퍼가 얇을수록 결함이 많아지고 다음 공정도 어려워진다.따라서 이러한 문제를 개선하기 위해서는 첨단 기술이 필요하다.
5. 백그라인딩 방식 변경
가공기술의 한계를 극복하기 위해 웨이퍼를 최대한 얇게 절단함으로써 백사이드 그라인딩 기술은 계속 발전하고 있습니다.두께가 50 이상인 일반적인 웨이퍼의 경우 후면 연삭에는 황삭 연삭과 미세 연삭의 세 단계가 포함됩니다. 여기서 두 번의 연삭 세션 후에 웨이퍼를 절단하고 연마합니다.이때 일반적으로 CMP(Chemical Mechanical Polishing)와 유사하게 연마 패드와 웨이퍼 사이에 슬러리와 탈이온수를 도포합니다.이러한 연마 작업을 통해 웨이퍼와 연마 패드 사이의 마찰을 줄이고 표면을 밝게 만들 수 있습니다.웨이퍼가 두꺼울수록 Super Fine Grinding을 사용할 수 있지만, 웨이퍼가 얇을수록 더 많은 연마가 필요합니다.
웨이퍼가 얇아지면 절단 과정에서 외부 결함이 발생하기 쉽습니다.따라서 웨이퍼의 두께가 50μm 이하인 경우 공정 순서가 변경될 수 있다.이때, 1차 그라인딩 전에 웨이퍼를 반으로 절단하는 DBG(Dicing Before Grinding) 방식을 사용한다.다이싱(Dicing), 그라인딩(Grinding), 슬라이싱(Slicing) 과정을 거쳐 칩이 웨이퍼에서 안전하게 분리됩니다.또한, 웨이퍼가 깨지는 것을 방지하기 위해 튼튼한 유리판을 사용하는 특별한 연삭 방법도 있습니다.
가전제품의 소형화에 따른 집적화 요구가 증가함에 따라 후면 연삭 기술은 한계를 극복할 뿐만 아니라 지속적으로 발전해야 합니다.동시에, 웨이퍼의 결함 문제를 해결하는 것뿐만 아니라, 향후 공정에서 발생할 수 있는 새로운 문제에 대비하는 것도 필요하다.이러한 문제를 해결하려면 다음이 필요할 수 있습니다.스위치공정 순서를 정하거나 화학 에칭 기술을 도입합니다.반도체프론트 엔드 프로세스, 새로운 처리 방법을 완전히 개발합니다.대면적 웨이퍼의 본질적인 결함을 해결하기 위해 다양한 연삭 방법이 연구되고 있습니다.또한, 웨이퍼를 분쇄한 후 발생하는 실리콘 슬래그를 재활용하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있습니다.
게시 시간: 2023년 7월 14일