웨이퍼절단 (Wafer Slicing)은 반도체 제조 공정에서 실리콘 잉곳을 얇은 디스크 형태의 웨이퍼로 절단하는 과정이다. 이 과정은 반도체 소자의 기초 재료를 준비하는 중요한 단계이다.
잉곳을 자른 후에는 반도체 제조 시 웨이퍼 방향의 기준점을 표시하기 위해 플랫존(Flat Zone)이나 노치(Notch)를 표시한다.
개요
웨이퍼절단은 잉곳절단이라고도 하며 생성된 잉곳을 얇게 자르는 공정이다. 둥근 팽이 모양의 잉곳을 원판형의 웨이퍼로 만들기 위해서는 다이아몬드 톱을 이용해 균일한 두께로 얇게 써는 작업이 필요하다. 잉곳의 지름이 웨이퍼의 크기를 결정해 150mm(6인치), 200mm(8인치), 300mm(12인치) 등의 웨이퍼가 되는데 웨이퍼 두께가 얇을수록 제조원가가 줄어들며, 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩 수가 증가하기 때문에 웨이퍼의 두께와 크기는 점차 얇고 커지는 추세이다.
절단 후 표면을 매끈하게 연마하는 CMP (Chemical Mechanical Polishing) 공정을 거쳐 베어웨이퍼로 완성된다.
웨이퍼는 순수 실리콘 물질이다보니 쉽게 산화되는데, 이 때문에 bare wafer는 겉표면을 살짝 산화시킨 상태로 진공 포장되어 배달되는 경우가 많다. 이후 클린룸에 도착하면 포장을 뜯고 사용한다.
제조 과정
- 잉곳 성장: 고순도 실리콘을 고온에서 용융하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시킨다. 주로 초크랄스키(Czochralski) 방법을 사용한다.
- 웨이퍼 절단: 다이아몬드 톱을 사용해 실리콘 잉곳을 얇은 디스크 형태로 절단한다. 이 과정에서 웨이퍼의 두께와 평탄도를 유지하는 것이 중요하다.
- 연마 및 세정: 절단된 웨이퍼는 연마 과정을 통해 표면을 매끄럽게 하고, 세정 과정을 통해 잔류 불순물을 제거한다.
주요 사양
- 직경: 웨이퍼의 직경은 100mm, 150mm, 200mm, 300mm 등으로 다양하며, 최신 기술에서는 450mm 웨이퍼도 연구되고 있다.
- 결정 방향: 주로 <100> 또는 <111> 결정 방향이 사용된다.
- 도핑 종류 및 농도: P형 또는 N형 도핑이 사용되며, 도핑 농도는 웨이퍼의 저항을 조절한다.
- 표면 상태: 표면의 평탄도와 거칠기는 웨이퍼 품질을 평가하는 중요한 기준이다.
방법
웨이퍼 절단에는 여러 가지 방법이 사용됩니다. 주요 절단 방법은 다음과 같습니다:
- 다이아몬드 톱 절단: 가장 일반적인 방법으로, 다이아몬드 코팅된 톱날을 사용하여 실리콘 잉곳을 얇은 웨이퍼로 절단ㅏㄴ다. 이 방법은 정밀도가 높고, 대량 생산에 적합하다.
- 레이저 절단: 레이저 빔을 사용하여 웨이퍼를 절단하는 방법이다. 레이저 절단은 비접촉 방식으로, 웨이퍼에 물리적 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 레이저 절단은 매우 정밀한 절단이 가능하여 미세한 구조를 필요로 하는 경우에 유리하다.
- 스크라이빙 및 브레이킹: 스크라이빙은 웨이퍼 표면에 얕은 홈을 그린 후, 브레이킹을 통해 홈을 따라 웨이퍼를 분리하는 방법이다. 이 방법은 주로 레이저와 함께 사용되며, 웨이퍼의 손상을 줄이는 데 효과적이다.
- 다이싱: 다이아몬드 블레이드를 사용하여 웨이퍼를 개별 칩으로 절단하는 방법이다. 다이싱은 주로 반도체 칩을 개별적으로 분리하는 데 사용된다.
이 외에도 다양한 절단 기술이 연구되고 있으며, 각 방법은 절단의 정밀도, 생산 속도, 비용 등에 따라 선택된다.
참고자료
- 〈웨이퍼/제조〉, 《나무위키》
- 〈1탄, ‘웨이퍼’란 무엇일까요?〉, 《삼성반도체》, 2017-04-06
- 김태영, 〈<반도체공학> 반도체 8대 공정 | 1. 웨이퍼란 무엇인가〉, 《네이버 블로그》, 2024-01-29
- 경제학계론, 〈웨이퍼(Wafer) 제조 공정 과정〉, 《네이버 블로그》, 2017-09-25
같이 보기
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