특허 받은 베르누이 핸들링 반송 기술과 공정 시스템으로 뒤틀림 가능성 높은 초박형 웨이퍼에 특화된 습식 공정 제공
반도체 전공정 및 웨이퍼 레벨 패키징(WLP) 공정 장비의 선도 업체인 ACM 리서치(ACM Research, Inc.)는 박형 웨이퍼 클리닝 시스템(Thin Wafer Cleaning System)을 발표했다. 이 제품은 빠른 웨이퍼 처리속도와 4개의 챔버에서 세정, 식각, 표면 마감과정을 수행하는 싱글 웨이퍼 습식 공정을 지원한다. 이 시스템은 금속산화물 반도체 전계 트랜지스터(MOSFET)와 절연게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 제품의 제조를 모두 지원하며, 이 제품은 완전한 터치 프리 반송과 베르누이 효과에 기반하여 웨이퍼 손상을 제거하고 수율을 개선한 프로세싱 기능을 제공한다. 이 제품은 200mm 및 300mm 실리콘 웨이퍼를 지원하며 두께가 50 마이크론 미만인 Taiko 웨이퍼, 두께가 200 마이크론 미만인 초박형 웨이퍼 및 고종횡비 (> 10:1) 딥 트렌치 웨이퍼 및 Double thickness bonded wafer공정에 알맞은 제품이다.
시장 조사 컨설팅 회사인 모도 인텔리전스(Modor Intelligence)는 IGBT 기반 제품이 요리기구, 전자 레인지, 전기 자동차, 열차, 냉장고，냉방장치, 도시 전력전송 시스템 등 오늘날 전기/전자 제품에 광범위하게 적용되어 해당 시장이 2019 년 54 억 달러에서 2025 년 94 억 달러로 증가 할 것으로 예상하고 있다. 이 회사는 또한 유럽, 북미 및 중국에서의 전기 자동차 판매 증가로 인해 전기 자동차 제조 및 제반 기반시설 분야에서 IGBT에 대한 새로운 수요가 창출될 것으로 예상하고 있다.
또한, 소형화 추세를 따라 장치 성능을 개선하면서 더욱 더 조밀한 피치(Pitch), 더 깊은 트렌치(Trench)및 더 얇은 웨이퍼에 대한 수요가 가속되고 있다. 시장 조사 회사인 욜 디벨롭먼트(Yole Développement)에 따르면 초박형 웨이퍼 시장이 2019 년 1억 장에서 2025 년 1.35억장으로 증가할 것으로 예측되었으며, 이는 연평균 성장률(CAGR) 기준 5% 이상이다. Yole Développement는 이러한 시장 성장이 메모리, CMOS 이미지 센서, 전력 실리콘 카바이드 부품, LED 및 레이저 다이오드에 의해 주도될 것으로 예상하고 있다.
ACM의 최고 경영자인 데이비드 왕(David Wang)은 “전력 반도체 제조사들은 향후 시장 점유율 대응을 위해 공장규모를 늘리지 않으면서 웨이퍼 박막화(Wafer thinning) 장비를 포함하는 형태로 MOSFET 및 IGBT 제조 라인을 확장해야 한다. 이번에 소개되는 4챔버 시스템은 현재의 2챔버 시스템보다 훨씬 빠른 웨이퍼 처리속도를 제공하며 독자적인 비접촉 반송 및 처리 방식으로 50 마이크론 수준의 얇은 웨이퍼에 대한 후면 박막화(Backside thinning) 및 세정 과정에서 파손을 방지하여 웨이퍼 생산수율을 높이는데 기여한다”고 말했다.
ACM의 Thin Wafer Cleaning System은 반도체 제조업체의 니즈를 충족하도록 설계되었다. 원하는 두께를 얻기 위한 기계적 연삭/연마 공정을 마친 박막형 웨이퍼는 반송 시스템을 통해 미세균열을 제거하기 위해 습식 식각을 사용하는 실리콘 박막화 등 다양한 후속 공정을 거치게 된다. 또한 여러가지 조합의 화학적 반응 유도를 통해 이 제품을 세정, 포토 레지스트 제거, 박막 제거 및 금속 식각 공정 등에 사용할 수 있다.
이 장비의 반송 시스템은 딥 트렌치(Deep trench), Taiko, 초박형 또는 본딩된 웨이퍼를 지원한다. 웨이퍼를 운송하는 로봇의 암(Arm)과 웨이퍼의 척(Chuck)은 베르누이 효과를 기반으로 한 ACM의 독자적인 방법을 사용하여 비접촉 웨이퍼 공정을 수행하도록 설계되었고, 또한 질소 가스(N2)로 일정한 압력을 공급하면서 웨이퍼가 로봇의 암에서 고정된 상태로 양쪽에서 공정과정을 수행할 수 있도록 해주는데, 이는 웨이퍼의 휨 현상(high warpage wafer)을 완화하기 위해 설계되었다.
습식 공정 동안 웨이퍼는 베르누이 척 위에 앞면이 아래로 놓인 상태로 있으며 이때 질소가스 (N2)를 흘려 웨이퍼를 감싸면서 충격을 완화하고 건조상태를 유지시켜준다. ACM의 특허 기술인 웨이퍼와 척 사이의 간격을 레시피로 제어하는 베르누이 척을 사용한 독점 설계는 웨이퍼 측면 가장자리의 언더컷 폭 제어와 핀 마크 프리 제어에 대한 요구사항을 충족한다. 또한 시스템은 두께 측정 기능 (옵션)을 포함하도록 구성할 수 있다.
각 챔버는 습식 식각액, 솔벤트, RCA 세정 화학 물질, DI 워터 및 질소와 같은 공정 화학 물질을 전달하기 위해 최대 4 개의 스윙 암으로 구성할 수 있다. 또한 각 챔버는 두 가지 유형의 화학 물질을 재사용할 수 있도록 설계되었다.
