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TSV의 구리 초과 충진 문제, FoWLP의 워피지 현상, 어떻게 해결할까
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TSV의 구리 초과 충진 문제, FoWLP의 워피지 현상, 어떻게 해결할까
  • 김주연 기자
  • 승인 2020.03.30 18:32
  • 댓글 0
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ACM리서치(ACM Research)는 실리콘관통전극(TSV) 및 팬아웃 웨이퍼레벨패키지(FoWLP) 공정에서 발생하는 수율 문제를 개선할 수 있는 연마 장비 '울트라 SFP ap'를 출시했다./ACM리서치

ACM리서치(ACM Research)는 실리콘관통전극(TSV) 및 팬아웃 웨이퍼레벨패키지(FoWLP) 공정에서 발생하는 수율 문제를 개선할 수 있는 연마 장비 '울트라 SFP ap'를 출시했다고 30일 밝혔다.

TSV, FoWLP 공정 등 첨단 패키징 공정에서는 여러 가지 결함이 발생한다. TSV의 경우 실리콘 웨이퍼에 구멍(via)을 뚫어 구리를 채우는데, 구리가 지나치게 많이 들어가 웨이퍼 위로 흘러넘치는 문제가 빈번하게 발생한다. FoWLP 공정에서는 웨이퍼 휨(Warpage) 현상으로 인한 불량이 잦다.

이 장비는 '스트레스 프리 연마(stress-free polishing)' 기술 기반으로, 하나의 시스템에 화학적기계연마(CMP) 및 습식 식각 챔버가 통합됐다. Ultra SFP ap 고유의 전기-화학 반응 메커니즘은 ACM의 전기-구리 도금(ECP) 기술과 정 반대다. 웨이퍼가 척(Chuck) 위에서 회전할 때 전해질과 전원을 웨이퍼에 동시에 공급, 표면의 금속이온을 전기적으로 제거한다.

장비에 웨이퍼가 투입되면 챔버 내에서 3단계 공정을 거치며 이동, 초과 충전된 구리를 부드럽게 제거하고 웨이퍼 휨 현상을 완화한 다음, 최종 평탄화 및 습식 식각 단계에 들어간다. 전해액 재활용 및 재사용 시스템이 내장(빌트인)돼 화학물질 사용을 대폭 줄여 더 낮은 소유비용(TCO)으로 보다 오랫동안 사용 가능하고 제거한 금속 물질들을 회수할 수 있는 기능이 있어 다른 용도로도 사용할 수 있기 때문에 지속가능성을 더욱 높인다.

TSV와 팬아웃 애플리케이션 모두에서 Ultra SFP ap의 3단계 방식은 공정 중에 웨이퍼에 가해지는 스트레스를 효과적으로 제거한다. 먼저 TSV에서는 SFP가 TSV 충전 후에 초과 충전된 벌크 구리를 0.2㎛까지 제거한다. 다음 CMP 작업을 통해 웨이퍼를 평탄하게 하고 티타늄 장벽층까지 잔류 구리를 제거한다. 마지막 습식 식각 단계에서는 티타늄 제거와 산화막층 노출이 이루어진다. FOWLP에서도 이와 똑같은 일련의 절차를 적용, 웨이퍼 휨 현상을 없애고 초과 충전된 구리를 제거하며 재배선층(RDL)을 평탄화 할 수 있다.

'Ultra SFP ap 335'는 2개의 SFP 챔버와 1개의 CMP 스테이션 그리고 2개의 습식 식각·세정 챔버로 구성된다. 공정에 필요한 화학물질에는 전해질, 구리 슬러리, 구리 에칭제 그리고 티타늄 에칭제가 포함된다. 3가지 공정 모두 1분당 0.5㎛의 제거율을 나타내며, 웨이퍼 내 불균일도는 3% 미만, 웨이퍼 대 웨이퍼 불균일도는 1.5% 미만이다. 

ACM은 중국 반도체외주후공정테스트(OSAT) 기업에 첫 번째 Ultra SFP ap 장비를 지난 4분기 납품했다. 장비 성능에 대한 첫 번째 데이터는 올해 중순 나올 것으로 예상된다. 그 후 이 장비는 생산 라인으로 옮겨져 추가 검증을 거친 후 고객의 승인을 받게 될 것이다.

데이비드 왕(David Wang) ACM 리서치 CEO는 “ACM은 2009년에 이미 SFP 기술에 대한 연구개발을 마쳤다. 10년 이상 시대를 앞서 간 셈이다”라며 “TSV와 FO-WLP 애플리케이션이 급격한 늘어나고 보다 적은 소유 비용 및 소모품 비용으로 환경친화적인 공정을 추진하려는 분위기가 더해지면서, 이제 우리가 Ultra SFP을 소개할 수 있는 이상적인 시장 여건이 마련됐다”고 설명했다.


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