Wafer Saw 공정이란 – ASSEMBLY 패키징

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반도체는 현대 기술의 핵심이자 우리의 일상생활에서 빼놓을 수 없는 중요한 구성 요소입니다. 스마트폰, 컴퓨터, 자동차, 가전제품 등 거의 모든 전자 기기에는 반도체가 사용되며, 이러한 반도체는 정밀하고 복잡한 제조 공정을 통해 생산됩니다. 이 글에서는 반도체 패키징 공정 중 하나인 Wafer Saw (웨이퍼 쏘우) 공정에 대해 심층적으로 다뤄보겠습니다.

1. Wafer Saw 공정이란?

Wafer Saw 공정은 웨이퍼(Wafer)를 개별 칩(Die)으로 절단하는 과정입니다. 반도체 웨이퍼는 반도체 칩이 미세하게 배치되어 있는 얇은 원형 실리콘 판입니다. 이러한 웨이퍼 위에는 수백 개에서 수천 개의 칩이 제작되며, 이 칩들을 최종적으로 개별적으로 분리하기 위해 절단하는 것이 바로 Wafer Saw 공정입니다.

이 공정은 반도체 패키징의 초기 단계에서 매우 중요한 역할을 하며, 다음 단계로 넘어가는 Die Attach (다이 부착) 및 Wire Bonding (와이어 본딩)과 같은 작업에 필요한 개별 칩을 준비하는 과정입니다.

2. Wafer Saw 공정의 주요 목적

웨이퍼를 개별 칩으로 절단: 웨이퍼 위에 설계된 다수의 반도체 칩을 물리적으로 나누어 각각의 칩으로 만드는 과정입니다.
칩 손상 최소화: 정밀한 절단 공정을 통해 웨이퍼에 손상을 주지 않고 개별 칩을 안전하게 분리합니다.
후공정 준비: 패키징의 다음 단계에서 개별 칩을 다루기 쉽게 준비하는 역할을 합니다.

3. Wafer Saw 공정의 흐름

Saw 공정은 일반적으로 다음과 같은 단계로 진행됩니다:

1) 웨이퍼 로딩 (Wafer Loading)

웨이퍼를 Saw 장비에 장착합니다. 웨이퍼는 매우 얇고 깨지기 쉬운 실리콘 재질이기 때문에 이 과정은 매우 정교하고 신중하게 이루어집니다.
로딩 시 웨이퍼의 표면이 손상되지 않도록 진공 흡착 방식을 사용합니다.

2) 다이싱 테이프 부착 (Dicing Tape Application)

웨이퍼의 뒷면에 다이싱 테이프를 부착합니다.
다이싱 테이프는 웨이퍼 절단 시 개별 칩들이 분리되어 날아가지 않도록 고정하는 역할을 합니다.
테이프의 탄성 및 접착력이 중요한 요소이며, 절단 후에는 테이프를 제거하기 쉽게 설계됩니다.

3) 얼라인먼트 (Alignment)

웨이퍼 표면의 패턴을 인식하여 절단 경로를 정확하게 설정합니다.
웨이퍼에는 절단을 위한 Street (스트리트)라는 빈 공간이 미리 설계되어 있습니다.
얼라인먼트 단계에서 장비는 이 스트리트를 기준으로 칩을 절단할 경로를 정밀하게 잡아냅니다.

4) 절단 (Sawing)

실제로 웨이퍼를 절단하는 과정입니다.
주로 다이아몬드 블레이드를 사용해 웨이퍼를 미세하게 절단하며, 블레이드는 매우 정밀하게 설계된 공구입니다.
절단 방식:
- Dry Cutting: 냉각수를 사용하지 않는 방식
- Wet Cutting: 절단 시 냉각수를 분사해 열 발생을 줄이는 방식 (주로 Wet Cutting이 많이 사용됨)
이 단계에서는 웨이퍼의 손상을 최소화하기 위해 절단 속도, 블레이드 압력, 냉각제 사용량 등을 철저히 제어합니다.

5) 웨이퍼 세정 (Wafer Cleaning)

절단 과정에서 발생한 실리콘 파편이나 오염물질을 제거하는 단계입니다.
초음파 세정(Ultrasonic Cleaning)이나 고압 세정 방식을 통해 웨이퍼를 깨끗하게 세척합니다.

6) 개별 칩 검사 (Die Inspection)

절단이 완료된 웨이퍼는 개별 칩 단위로 검사됩니다.
칩이 완전히 절단되었는지, 손상된 부분은 없는지 검사하며, 결함이 있는 칩은 불량으로 분류됩니다.

7) 테이프 스트립 (Tape Removal)

절단이 완료된 후 다이싱 테이프를 제거하여 개별 칩을 분리합니다.
다이싱 테이프는 절단 중 칩을 고정해주지만, 후공정을 위해서는 제거가 필요합니다.

4. Wafer Saw 공정에서 고려해야 할 사항

Saw 공정은 매우 정밀한 공정이기 때문에 다음과 같은 사항을 반드시 고려해야 합니다:

웨이퍼의 두께: 웨이퍼는 매우 얇기 때문에 절단 시 미세한 압력 변화도 파손의 원인이 될 수 있습니다.
블레이드 품질: 다이아몬드 블레이드의 날카로움과 내구성이 절단 품질에 큰 영향을 미칩니다.
절단 속도와 냉각제: 과도한 열이 발생하지 않도록 냉각제 사용량과 절단 속도를 적절히 조절해야 합니다.
얼라인먼트 정확도: 스트리트 기준으로 정확한 절단이 이루어지지 않으면 칩이 손상될 수 있습니다.

5. Wafer Saw 공정의 기술 발전

반도체 산업의 발전과 함께 Saw 공정 역시 지속적으로 개선되고 있습니다. 최근에는 Laser Dicing (레이저 절단) 기술이 도입되어 더욱 정밀한 절단이 가능해졌습니다.

레이저 다이싱: 레이저를 사용하여 웨이퍼를 절단하는 방식으로, 기존 다이아몬드 블레이드보다 빠르고 정확합니다.
초박형 웨이퍼 절단: 모바일 및 웨어러블 기기용 초박형 웨이퍼를 정밀하게 절단할 수 있는 기술이 개발되고 있습니다.
자동화 장비: AI와 머신러닝을 활용해 웨이퍼 절단의 정확도와 효율성을 높이는 자동화 장비가 도입되고 있습니다.

6. SDBG 공법 – Stealth Dicing Before Grinding

SDBG(Stealth Dicing Before Grinding) 공법은 레이저 다이싱 기술의 한 종류로, 웨이퍼를 절단하기 전에 먼저 내부에 미세한 크랙(균열)을 형성하고 이후 그라인딩(Grinding) 공정을 통해 개별 칩으로 분리하는 방식입니다.

SDBG 공법의 특징:

비접촉 공정: 다이아몬드 블레이드와 같은 물리적 접촉이 없기 때문에 웨이퍼에 손상을 줄 위험이 감소합니다.
열 영향 최소화: 레이저를 사용하지만 열 발생이 최소화되어 열로 인한 웨이퍼 변형이 적습니다.
정밀도 향상: 기존 기계적 절단 방식보다 더 정교하게 절단이 가능하며, 웨이퍼의 스트리트 영역을 좁게 설계할 수 있습니다.
공정 효율성: SDBG는 다이싱 후 그라인딩을 동시에 수행하므로 전체 공정 시간을 단축할 수 있습니다.

공정 순서:

Stealth Dicing (스텔스 다이싱): 레이저를 웨이퍼 내부에 조사해 미세한 크랙을 형성합니다.
Back Grinding (백 그라인딩): 웨이퍼 뒷면을 얇게 연삭하여 크랙에 따라 칩이 자연스럽게 분리됩니다.
검사 및 세정: 절단된 칩을 검사하고 오염물을 제거합니다.

이 공법은 특히 초박형 웨이퍼나 고정밀 칩을 요구하는 반도체 제조에 효과적으로 사용됩니다.

7. 마무리하며

Wafer Saw 공정은 반도체 패키징 과정에서 필수적인 단계로, 웨이퍼를 개별 칩으로 분리하여 후속 공정을 준비하는 역할을 합니다. 정밀한 절단 기술과 장비를 활용해 손상을 최소화하고 효율적인 생산을 가능하게 합니다.

반도체 기술의 발전과 함께 Wafer Saw 공정 역시 끊임없이 개선되고 있으며, 레이저 다이싱과 같은 새로운 기술이 등장하면서 더 높은 정밀도와 효율성을 달성하고 있습니다. 이처럼 Wafer Saw 공정은 반도체 산업의 기반을 다지는 중요한 공정이라 할 수 있습니다.

반도체 제조 과정에 대한 이해를 넓히기 위해 다른 패키징 공정에 대해서도 지속적으로 관심을 가져보세요!