초록 ▼

□ 최종목표
o 차세대 초미세(≤32nm) 대구경(≥300mm) 반도체 소자제작을 위한 플라즈마 기반의 웨이퍼가공 양산장비 개발
- 3개 장비(Deep via etch장비, Wafer thinning 장비, Wafer sawing 장비) 개발

□ 개발내용 및 결과
o Deep via etch 장비
- 1차년도 α-Ver System 개발 기초 공정 및 system 평가 결과를 β-ver system 개발 반영
- 2차년도 β-ver rf plasma source 설계 및 제작
β-ver

□ 최종목표
o 차세대 초미세(≤32nm) 대구경(≥300mm) 반도체 소자제작을 위한 플라즈마 기반의 웨이퍼가공 양산장비 개발
- 3개 장비(Deep via etch장비, Wafer thinning 장비, Wafer sawing 장비) 개발

□ 개발내용 및 결과
o Deep via etch 장비
- 1차년도 α-Ver System 개발 기초 공정 및 system 평가 결과를 β-ver system 개발 반영
- 2차년도 β-ver rf plasma source 설계 및 제작
β-ver process chamber 설계 및 제작
- 3차년도 β-ver transfer module 설계 및 제작
- 4차년도 Full system용 strip chamber 설계 및 제작
공정평가 기본 지수인 (최종 목표: >4um/min)
etch rate 3.4um/min → 4.3 um/min- → 6.9 um/min 연차별 개선함
profile vertical profile 구현함
- 특허 출원 11건 (국내 7건, 국외 4건)

o Wafer thinning 장비
- TSV Metal Pillar 형성 기술 Plasma Thinning System 개발
- RFP 목표 대비 공정 개발 성과
․ Etch Rate : 15 ㎛/min 이상 달성 : 성과 17.8um/min
․ Etch Uniformity: ±1㎛ 이하 달성 : 성과 1.9um (17.8um 기준)
․ UPEH : 50매/시간 이상@ 2 Chamber System : 성과 51.8매/시간
(Wafer Transfer Time 79s + Process Etching Time 60s=139s)
․ Selectivity Si : Cu = 200 : 1 이상 달성 : 성과 ∞ : 1
(SEM 사진 측정으로 Metal Pillar damage 확인)
․ Thickness : < 10㎛ 이하 달성 : 성과 9um( 50um→9um)
(SEM 사진 측정으로 Final Thickness 확인)
- 특허 출원 4건 (국내) / 등록 1건(국내)

o Wafer sawing 장비
- Plasma Sawing 용 Plasma source 개발
- Plasma Sawing 용 챔버 설계 및 제작
․Cathode assembly 설계 및 개발, ESC 설계 및 개발,Process kit 개발
- Plasma Sawing 용 Transfer module 개발
- Plasma Sawing system 설계 및 System integration 기술
- Bosch 공정 사용 시 공정 특허권 관련 대책
(Bosch 공정 회피특허 출원)
- Plasma sawing을 위한 플라즈마 공정 개발
․식각속도 > 11um/min, 식각속도 균일도 < 3% Selectivity > 45:1, 식각 Profile > 89 deg
Die 강도: > 800MPa
- T-put 향상 기술 개발
- Plasma sawing 양산성 관련 기술
- 특허 출원 3건 (국내) / 등록 3건(국내)

o 후공정 (Sawing & Thinning) 플라즈마 분석 및 기초 공정개발
- 개발된 고밀도 플라즈마원을 이용하여 기존의 플라즈마원과의 특성비교, (높은 플라즈마 밀도, 낮은 전자 온도, 좋은 균일도 확인)(>10¹¹/cm³)
- PSM 장비를 이용한 ion energy distibution 확인
- 식각 선택비 (>20) 달성
- F 리디칼 기반 고속 Wafer Thinning 공정기술 확보 (> 20 μm/min) 및 Final thickness (<25μm) 확보
- Thinning 공정 시 Si wafer의 표면조도와 잔류응력 감소 효과 등의 재현성 확인
- Thinning 공정 조건을 이용한 양산 가능성 검증
- 특허 출원 1건, 논문/학술발표 국내 3편, 국외 13편

□ 기술개발 배경
o 현재의 반도체소자 미세화 경향으로는 32nm를 기점으로 미세화에 의해 트랜지스터당 생산원가가 감소되지 않으며, 배선에서 신호 지연에 의한 성능저하가 발생할 것으로 예상됨. 이에 대한 대안으로 전세계적으로 새로운 반도체 패키지의 도입을 준비 중
o 반도체, 수동부품, 배선 등을 하나의 패키지에 집적한 SiP를 구현하는 방법으로서 최근 3D TSV(Through-Silicon-Via) Interconnects 기술을 이용하는 첨단 패키징 기술이 요구되고 있으며 , 특히 외산에 의존하는 plasma 기술을 자체 보유 기술로 개발 국산화로 향후 조기 시장진입에 대응필요
o 반도체 고집적화, 다기능화로 TSV기술 개발 필요성 부각되었고, 이와 함께 wafer 두께도 얇아지다 보니 Back Grinding으로 wafer 두께를 얇게 thinning시 Die Strength 저하 및 crack발생 등 물리적으로 wafer를 얇게 갈아내는 기술 한계로. 이에 Plasma를 이용한 wafer stress relief용으로 Wafer Thinning 개발 필요.
o 향후 생산성 향상을 위한 디바이스 집적도 증가 및 고성능 디바이스의 필요성이 점증대고 있고 후공정에서도 2D package등의 필요성 대두
o 생산성 향상에 따른 디바이스 고집적에 따른 Scribe lane의 폭이 줄어듬으로, 기존의 Sawing 장비의 물리적인 한계 발생, 또한 Wafer 두께가 점차 얇아짐으로써 기존의 Blade sawing은 Chipping등의 물리적 Damage가 발생되고 Laser sawing은 고온 공정에서 오는 Thermal damage가 발생되는 문제점의 해결 공정으로 Plasma sawing 공정 필요

□ 핵심개발기술의 의의
o Deep via etch 장비
- 핵심 기술인 rf plasma 장치 및 기술의 국산화로 시장 형성시 조기진입 가능한 경쟁력을 갖는데 있음.

o Wafer thinning 장비
- Plasma를 이용한 300mm wafer 전면 고속 Etching wafer thinning 장비는 Remote Plasma Source를 이용하여 전자, 이온을 배제하고 Radical로 Silicon을 chemical Etching하는 새로운 기술.
- 장비 system 및 공정 등 모든 부분이 신규로 개발 되었으며 300mm wafer 전체를 균일하게 고속으로 Etching해야 하므로 개발난이도는 상.
- 개발 장비 핵심 기술 및 부품은 90%이상 국산화 달성하였고, 전세계 반도체 메모리, 비메모리분야에서 꼭 필요한 장비이며 국·내외 wafer Thinning 장비 시장에서 점유율을 높일 수 있는 경쟁력 있는 기술이며, 해외 장비 수출 가능성도 매우 큼.

o Wafer sawing 장비
- 디바이스의 고밀도, 고집적화에 따른 Scribe lane의 축소 및 Wafer 두께의 박막화에 따라 기존 Sawing 공정에서의 Damage 발생으로 인한 수율저하와 같은 문제가 발생함. 따라서 디바이스 고집적, 박막화에 따른 Damage 방지에 탁월한 효과가 있는 Plasma sawing장비 및 공정기술을 개발함으로써 장비 국산화에 따른 수입감소 및 기술 의존도를 줄일 수 있음. 또한 Sawing 장비를 개발함으로써 Deep Si, MEMS, TSV등 관련산업에의 기술 파급효과도 클 것으로 기대.

□ 적용 분야
o 반도체 Package 신규 개발 공정인 TSV 공정 중 deep silicon etch 공정에 적용 가능
o 응용 분야로 MEMS 공정 적용 가능
o Si Wafer 고속 Etching
o Deep Silicon Etch, MEMS, TSV, Plasma Thinning

( 출처 : 초록 )

Abstract

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3기술개발사업 주요 연구성과 ... 13목차 ... 18제 1 장 서론 ... 19 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 19 제 2 절 국내·외 관련 기술의 현황 ... 22 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 25제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 28 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 28 제 2 절 연차별 목표 및 평가 방법 ... 32 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 39 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 43 제 5 절 유형별 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 44제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 46 제 1 절 연구개발 최종결과 ... 46 가. 연구개발 추진일정 ... 46 나. 연구개발 추진 실적 ... 48 다. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 139 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 150 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 155 제 4 절 고용 창출 효과 ... 159 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 160끝페이지 ... 161