반도체 제조 산업에서 웨이퍼 기판의 평탄도는 중요한 매개변수입니다. 우수한 평탄도가 없으면 리소그래피, 박막 증착, 화학 기계적 연마(CMP), 본딩과 같은 후속 공정에서 수율, 균일성, 신뢰성이 저하될 수 있습니다. 이 글에서는 웨이퍼 평탄도의 의미, 주요 지표, 현대 공정 흐름에서 평탄도가 중요한 이유, 평탄도가 저하될 경우 발생하는 상황, 그리고 주요 공급업체가 이러한 요구 사항을 어떻게 해결하는지 살펴봅니다. 또한 Plutosemi co., ltd.와 같은 공급업체가 이 분야에서 어떻게 솔루션을 제공하는지 간략하게 소개합니다.

웨이퍼 평탄도란 무엇인가?

웨이퍼 평탄도는 반도체 웨이퍼의 표면(및 두께)이 이상적인 기준 평면에 비해 얼마나 균일하게 평평하고 변형이 없는지를 나타냅니다. 평탄도를 정량화하기 위해 여러 관련 지표가 사용됩니다.

특징 크기가 줄어들고 프로세스 노드가 발전함에 따라 평탄도 편차에 대한 허용 오차가 상당히 줄어듭니다.

생산에서 평탄성이 중요한 이유

리소그래피 및 패터닝 정확도

패턴을 포토레지스트에 리소그래피로 노출시키는 동안, 이 도구는 웨이퍼 전체에 걸쳐 정확한 초점을 맞추는 데 의존합니다. 웨이퍼가 휘거나 휘면 웨이퍼 표면의 일부가 초점에서 벗어나 피처 크기 변화, 오버레이 오류 또는 해상도 손실이 발생합니다. 더욱이 현대의 리소그래피 도구는 초점 심도가 매우 얕아서 사소한 표면 편차도 심각해집니다.

박막 증착 및 CMP 균일성

화학 기상 증착(CVD), 원자층 증착(ALD) 또는 금속화와 같은 필름 증착 공정은 비교적 균일한 기판 표면을 가정합니다. 평탄도의 변화로 인해 필름 두께가 불균일해지고, 단차 높이가 변할 수 있으며, 소자 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 특히 CMP 공정은 일관된 연마 및 평탄화를 위해 평평한 시작 표면이 필요합니다.

본딩, 패키징 및 스태킹

고급 패키징, 웨이퍼 본딩, 3D 통합 및 웨이퍼 레벨 패키징에서는 양호한 접촉, 범프 또는 솔더 볼의 정렬, 안정적인 방열을 보장하기 위해 매우 평평한 기판이 필요합니다. 편차로 인해 틈, 공동 또는 정렬 불량이 발생합니다.

수율, 신뢰성 및 비용

평평하지 않은 웨이퍼는 결함, 정렬 불량, 공정 변동성이 더 큽니다. 이로 인해 수율이 낮아지고, 폐기물이 늘어나고, 재작업이 늘어나고, 궁극적으로 소유 비용이 증가합니다. 예를 들어, 초평탄 웨이퍼는 결함이 있는 장치를 줄여 수율을 높이고 비용을 절감하는 것으로 보고되었습니다.

일반적인 평탄도 사양 및 추세

장치 노드와 웨이퍼 크기가 발전함에 따라 사양도 더욱 엄격해졌습니다. 예를 들어, 실리콘과 실리콘 카바이드 웨이퍼에 대한 최근 연구에서는 다음과 같습니다.

• 8인치 SI 웨이퍼의 허용 휨은 일반적으로 20µm 미만이고, 6인치의 경우 약 10µm로 나타났습니다.

• 그러나 현대의 이중 연마 웨이퍼는 종종 ±1 µm 이내의 평탄도 편차를 달성합니다.

이러한 값은 웨이퍼 평탄도가 수십 마이크론에서 서브마이크론 수준으로 변화한 과정을 보여줍니다. 이는 리소그래피, 본딩 및 패키징 수요에 의해 주도됩니다.

평탄성이 손상되면 어떤 일이 일어날까요?

평탄도가 적절하게 관리되지 않으면 다음과 같은 여러 가지 위험이 발생합니다.

• 포토리소그래피에서 초점 변화로 인해 선폭 변화나 패터닝 결함이 발생합니다.

• 웨이퍼 변형이나 휘어짐으로 인해 레이어 간의 오버레이 등록 오류가 발생합니다.

• 국부적인 두께나 표면 기울기로 인해 불균일한 증착, 필름 응력 또는 에칭 변화가 발생합니다.

• 패키지 스태킹에서 웨이퍼나 다이 사이의 접합이 불량하여 공극이나 박리가 발생합니다.

• 폐기물이나 재작업이 늘어나고, 전체 수율이 떨어지며, 좋은 장치당 비용이 높아집니다.

요약:

공급업체가 평탄도 요구 사항을 충족하는 방법

평탄도 문제를 해결하기 위해 웨이퍼 기판 제조업체는 여러 가지 기술과 제어를 사용합니다.

• 초기 두께 변화를 최소화하기 위해 결정 덩어리를 정밀하게 슬라이싱하고 래핑합니다.

• 표면을 매끄럽게 하고 표면 아래 손상을 제거하기 위해 고급 연마 및 화학 기계적 연마(CMP)를 실시합니다.

• 열 및 기계적 응력 보상(예: 뒷면 연삭, 모서리 제어)을 통해 휘어짐과 뒤틀림을 줄입니다.

• 간섭계, 레이저 스캐닝 또는 용량성 센서와 같은 계측 시스템을 사용하여 ttv, 휘어짐, 휨 및 부위 평탄도를 측정합니다.

• 더 큰 웨이퍼 직경, 더 얇은 기판, 고급 소재(예: sic, gan)에 최적화된 장비 및 공정 설계.

• 웨이퍼 직경, 방향, 연마 마감, 평탄도 매개변수 및 패키징에 대한 고객 사양을 충족할 수 있는 공급업체의 역량.

올바른 웨이퍼 공급업체 선택

고평탄도 기판용 웨이퍼 공급업체를 선택할 때 주요 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 공급업체의 평탄도 사양 및 공정 제어 데이터(ttv, 휘어짐, 휨, 현장 평탄도)

• 제공되는 재료 유형(실리콘, SOI, SIC, GAN, 유리 또는 세라믹)

• 표면 광택 품질, 두께 균일성 및 기판 손상 제어

• 인증, 검사 보고서, 추적성 및 품질 관리 시스템

• 사용 전까지 평탄도 무결성을 유지하기 위한 포장 및 취급

• 초박형 웨이퍼, 뒷면 연마 또는 특수 기판 직경과 같은 맞춤형 기능을 충족하는 능력

예를 들어, 플루토세미 주식회사는 원스톱 서비스와 맞춤형 솔루션과 함께 초박형 및 초평탄 실리콘 웨이퍼를 제공합니다. 회사 웹사이트에 따르면, 엄격한 평탄도 및 광택 요구 사항을 충족하는 고정밀 웨이퍼와 기판을 생산합니다.

요약

반도체 웨이퍼의 평탄도는 단순히 제조상의 섬세함이 아니라 리소그래피, 공정 균일성, 접합 신뢰성, 수율 및 비용에 직접적인 영향을 미치는 기본적인 속성입니다. 장치 기능이 작아지고 패키징이 더 복잡해짐에 따라 평탄도에 대한 요구 사항이 상당히 엄격해졌습니다. 초평탄 기판을 제공할 수 있는 공급업체 덕분에 제조업체는 고성능, 고수율 및 경쟁력 있는 비용 구조를 유지할 수 있습니다.

기판을 공급하는 사람들에게는 ttv, 휘어짐, 휨 및 국부적 평탄도와 같은 평탄도 측정 항목을 명확하게 지정하고 제어하는 것이 필수적입니다. 초평탄 웨이퍼 생산 역량을 입증한 플루토세미와 같은 경험이 풍부한 공급업체와 협력하면 다운스트림 장치 제조의 성공에 크게 기여할 수 있습니다.