KR0150704B1 - 반도체 칩 분리 장치 및 분리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정한 회로소자가 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 다이 절단한 다음 웨이퍼의 뒷면에 부착되어 있는 테이프를 떼어내고 개별 칩으로 분리하는 칩 분리 장치 및 분리 방법에 관한 것으로서, 종래와는 달리 칩 분리가 2단계로 나누어서 진행되는데 1차적으로는 칩 분리장치의 실린더(22)를 진공에 의해 하강시켜 장치의 주몸체로 반도체 칩(20)을 밀어올려서 반도체 칩의 가장자리 부분에 접착되어 있는 테이프를 분리한 다음 2차적으로 플런지 핀(30)을 밀어올려서 나머지 부분에 있는 테이프를 제거함으로써 보다 적은 힘으로도 반도체 칩을 분리하기 때문에 칩이나 테이프에 주는 손상을 줄이고 칩의 크랙을 줄여서 패키지가 완료된 제품에서 생길 수 있는 크랙을 사전에 방지하는 것이 가능하다.

Description

반도체 칩 분리 장치 및 분리 방법

제1a도는 종래 칩 분리기의 평면도.

제1b도는 제1a도의 A-A를 따라 절단한 종래 칩 분리기의 단면도.

제2a도 및 2b도는 종래 칩 분리기에 의해 반도체 칩이 분리되는 과정을 설명하기 위한 요부 설명도.

제3a도는 본 발명에 따른 칩 분리기의 일실시예의 평면도.

제3b도는 제3a도의 B-B를 따라 절단한 본 발명에 따른 칩 분리기의 일실시예의 단면도.

제4a도 내지 제3c도는 본 발명에 따른 칩 분리기에 의해 반도체 칩이 분리되는 과정을 설명하기 위한 요부 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 반도체 칩 22 : 실린더

21 : 지지단 24 : 스프링

26 : 스토퍼(stopper) 28 : 가이드 나사

30 : 플런지 핀(plunger pin) 31 : 플런지 핀 구멍

32 : 고정판 34 : 핀 지지구

36 : 축(shaft) 40 : 주몸체

100 : 칩 분리기 23 : 돌출부

[산업상 이용분야]

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼 상태의 반도체 소자들을 개별 칩('다이'라고도 함'으로 분리할 때, 일차적으로 칩의 밑면에 부착되어 있는 테이프의 가장자리 부분을 분리시킨 다음 이차적으로 나머지 부분에 접착되어 있는 테이프를 떼어내는 반도체 칩 분리장치 및 반도체 칩 분리방법에 관한 것이다.

웨이퍼 프로세서에 의해 원하는 소자가 형성된 반도체 웨이퍼는 개별 소자로 패키지하기 위해 각각의 칩으로 분리되어야 한다. 먼저, 웨이퍼 상태에서 EDS 등 전기적 특성 검사를 하고 불량 칩에 대해서는 잉크 등으로 표시를 한 다음, 웨이퍼의 뒷면에 테이프를 붙인다. 테이프가 접착된 웨이퍼를 개별 칩들로 분리하기 위해 다이아몬드 휠(wheel)등을 사용하여 절단한다. 이때 웨이퍼는 보통 완전히 절단되지 않고 웨이퍼 두께의 1/2 또는 2/3만큼만 절단되며, 이 상태에서 테이프를 잡아당기는 등의 방법으로 칩들이 서로 떨어져서 분리가 되지만, 절단된 칩들은 테이프에 아직 붙어 있기 때문에 이러한 테이프와 반도체 칩을 분리하는 공정을 거쳐야 이후의 패키지 공정을 진행할 수 있다.

제1도는 종래 칩 분리기(10)의 평면도 및 정면 단면도이다. 먼저 접착 테이프가 부착된 반도체 웨이퍼를 칩 분리기(10)의 지지단(2)위에 정렬시키고 고정시킨다. 칩 분리기(10)의 축(4)와 연결되어 있는 플런지 핀(6 ; plunge pin)을 위로 밀어올려서 반도체 칩(8)에서 테이프를 분리한다.

이러한 종래 칩 분리기(10)를 이용한 칩 분리 과정을 제2도에 도시한다. 먼저 웨이퍼 고정링(도시않음)등에 의해 지지되어 있는 웨이퍼를 제2a도에 도시한 것처럼 정렬시킨다. 웨이퍼를 지지단(2) 위에 올려 놓고 접합면사이를 진공을 만들어서 웨이퍼가 지지단(2)에 밀착되도록 한다. 지지단(2) 내의 플런지 핀(6)이 테이프가 밑면에 접착된 반도체 칩(8)을 동시에 밀어 올리게 되면 지지단에 밀착된 부분과 핀(6)에 의해 들려올라가는 부분의 테이프가 떨어지게 된다. 이렇게 분리된 개별 칩은 후속 공정(예컨대, 다이 어태치(die attach)공정)으로 보내지고 진공을 제거하여 웨이퍼를 이동시키고 다음으로 분리할 반도체 칩에 대한 위치 정렬을 한다.

그런데, 이러한 종래 칩 분리기를 사용하면 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 3개 내지 6개 가량의 플런지 핀들간의 수평이 맞지 않는 경우 동일 테이프에 붙어 있는 인접 칩과의 충돌로 칩의 모서리 부분이 깨지는 칩-아웃(chip out)현상이 발생하거나 분리된 칩을 후속공정을 위해 집어가는 과정에서 에러가 발생한다.

둘째, 플런지 핀 끝의 반지름이 보통 2mm 정도로 작기 때문에 밀어 올린 핀이 칩에 손상을 주게 되어 칩 크랙이 생기게 된다. 이러한 칩 크랙은 높은 열과 압력하에서 진행되는 패키지 공정 도중이나 패키지가 끝난 다음 신뢰성 검사를 거치는 동안 패키지 자체의 크랙을 유발하여 패키지의 신뢰성이 떨어지게 된다.

셋째, 칩의 크기가 커질수록 테이프의 접착력도 강해지기 때문에 칩 분리속도 즉, 플런지 핀의 상승속도를 줄여야 하므로 그만큼 생산성이 떨어지게 된다.

[발명의 요약]

따라서, 본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼를 개별 칩으로 빠르고 효과적으로 분리하고 작업 생산성을 높일 수 있는 칩 분리 장치 및 분리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 조립 공정 초기 단계에서부터 칩의 크랙 및 패키지 크랙의 원인을 제거하여 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 다른 칩 분리장치는 분리할 칩에 접착되어 있는 테이프를 가장자리 부분을 먼저 떼어내는 제1 분리 수단과 플런지 핀을 사용하여 아직 분리되지 않은 나머지 테이프 부분을 분리하는 제2 분리 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 칩 분리기의 일실시예의 평면도 및 정면 단면도이다.

본 발명에 다른 칩 분리기(100)는 크게 세 부분으로 나눌 수 있는데, 반도체 칩(20)과 테이프를 1차적으로 분리하기 위한 실린더 운동기구(21, 22, 23, 24, 26, 28)와, 칩(20)과 테이프를 완전히 분리하기 위한 플런지 핀 운동기구(30, 31, 32, 34, 36) 및 주몸체(40)로 이루어져 있다.

반도체 칩(20)의 1차 분리는 실린더 운동기구에 의해 이루어지는데, 실린더(22)는 칩 분리기(100) 내부에 들어있는 공기를 빼내는 진공 처리에 의해 아래로 내려가는 부분으로서 칩의 가장자리 부분에 접착되어 있는 테이프를 떼어내기 위한 것이다.

스프링(24)는 진공의 힘으로 내려운 실린더(22)를 원위치시킬 때 필요한 귀환 스프링(return spring)이며, 스토퍼(26;stopper)는 실린더가 밑으로 내려올 때 하강 거리를 제어하기 위한 것으로서 실린더(22)는 'H'만큼만 내려올 것이다. 여기서 지지단(21)은 실린더(22)와 일체형으로 되어 있어서 실린더가 내려갈 때 함께 내려가며, 지지단의 상부면은 웨이퍼에 접착된 테이프와 접하고 있다. 가이드 나사(28;guide screw)는 실린더(22)의 상하 운동시 직선운동으로 하기 위한 안내 역할을 한다.

진공에 의해 실린더(22)와 지지단(21)이 하강하면 지지단(21)과 밀착되어 있는 웨이퍼는 아래로 함께 내려간다. 그러나 주몸체(40)와 일체형으로 이루어진 돌출부(23)는 고정되어 있기 때문에 돌출부(23)위에 있는 반도체 칩(20)이 위로 밀려 올라가는 효과가 생겨서 테이프의 1차 분리가 이루어진다. 그 다음에 플런지 핀(30)의 상승운동에 의해 칩(20)의 완전 분리가 이루어진다.

플런지 핀(30)은 1차 분리후 칩(20)을 밀어 올리기 위한 핀이며, 제3a도의 플런지 핀 구멍(31)을 통해 위로 올라오게 된다. 플런지 핀(30)은 고정판(32)과 핀 지지구(34)에 의해 지지되어 있다. 축(36)은 플런지 핀(30)의 주몸체 부분으로서 칩(20)의 2차 분리시 이 축(36)의 상승에 의해 플런지 핀(30)이 칩(20)을 밀어 올리게 된다.

원하는 위치에 있는 반도체 칩(20)을 완전히 분리한 다음에는 진공을 풀어주어 아래로 하강해 있던 실린더(22)가 스프링(24)의 탄성력에 의해 원래의 위치로 올라가고, 축(36)을 하강시켜 플런지 핀(30)을 원위치시킨다. 그 다음에, 분리할 다음 반도체 칩의 위치와 칩 분리기의 위가 정렬되도록 웨이퍼가 이동한다.

제4도는 본 발명에 따른 칩 분리기(100)을 이용해서 웨이퍼의 테이프를 떼어내고 반도체 칩을 분리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 설명을 간단히 하기 위해서 본 도면에서는 칩 분리기(100)의 실린더(22)와 주몸체(40) 및 플런지 핀(30)만을 나타내었다.

먼저 제4a도에 도시한 것처럼, 반도체 칩(20)이 테이프(50)에 100% 접착되어 있는 웨이퍼를 본 발명에 따른 칩 분리기(100)에 위치시킨다.

다음, 제4b도에서 볼 수 있는 것처럼, 칩 분리기(100) 내부를 진공처리하여 실린더(22)를 하강시키면, 웨이퍼 전체가 아래로 내려오게 되는데 이때, 장치의 몸체(40)는 그대로 고정되어 있다. 따라서 분리할 반도체 칩(20)은 몸체의 끝부분에 의해 받쳐지기 때문에 칩의 가장자리에 있는 테이프가 떨어지게 된다. 이때 떨어지는 테이프는 칩에 붙어있는 테이프 전체 면적의 약 40-50%가 떨어지도록 몸체의 끝부분의 위치를 제어하는 것이 바람직하며 가장자리 부분이 떨어지는 각도(θ)는 5-10°로 조정하는 것이 바람직한데, 이것은 앞에서 설명한 것처럼, 제3b도의 스토퍼(26)와 실린더(22)의 거리 'H'로 제어할 수 있다.

따라서 테이프가 접착면에서 수직으로 떨어지지 않고 일정한 각도를 가지고 가장자리 부분에서부터 떨어지기 때문에 적은 힘으로도 분리가 가능하고 따라서 테이프나 반도체 칩에 주는 손상이 훨씬 줄어들게 된다.

다음, 제4c도에 도시한 것처럼, 플런지 핀(30)으로 칩(20)을 밀어올려 나머지 테이프를 떼어낸다. 테이프(50)의 40-50%는 이미 떨어져 있기 때문에 적은 힘으로도 테이프가 칩에서 완전히 떨어진다는 것을 쉽게 알 수 있다. 여기서 플런지 핀(30)의 반지름은 0.2mm인 것을 사용하였지만 칩의 면적에 따라 임의로 조정할 수 있다. 이렇게 웨이퍼에서 개별 칩으로 분리된 반도체 소자는 패키지를 위한 후속공정, 예컨대 다이 어태치(die attach) 공정으로 넘어가게 된다.

이상 설명한 바와 같이 웨이퍼의 뒷면에 접착되어 있는 테이프를 제거할 때 칩의 모서리 부분에 있는 테이프를 먼저 떼어낸 다음 나머지 부분을 분리시킴으로써 플런지 핀에 의한 테이프 및 반도체 칩에 미치는 스트레스를 줄일 수 있으며, 조립공정 시작단계에서부터 내재되어 있던 칩 크랙이나 패키지 크랙 발생 요인을 제거함으로써 보다 신뢰성이 높은 반도체 패키지 제품을 생산하는 것이 가능하다.

비록 본 발명에 다른 칩 분리 장치를 제3도를 참조로 설명하였지만, 이것은 예시적인 것에 지나지 않으며 본 발명의 범위를 여기에 한정시키기 위한 것은 아니다. 예를 들어서 제3도에서는 칩의 1차 분리가 실린더의 하강 운동에 의해 이루어지지만, 이와는 반대 방향의 운동에 의한 1차 분리도 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실에 불과할 것이다.

Claims (7)

1. 밑면에 테이프가 접착되어 있는 웨이퍼 상태의 반도체 칩들을 개별 칩으로 분리하기 위한 반도체 칩 분리장치에 있어서, 상기 웨이퍼의 밑면과 밀착고정되는 지지부와, 상기 반도체 칩들 중 분리하고자 하는 특정 반도체 칩의 가장자리 부분의 테이프를 분리하는 제1 분리수단을 포함하며 상하운동을 하는 제1 운동기구와, 상기 가장자리 부분의 테이프를 제외한 상기 특정 반도체 칩에 접착된 나머지 부분의 테이프를 분리하기 위해 상승운동을 하는 제2 운동기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 분리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 특정 칩의 가장자리 부분의 테이프의 분리를 위해 상기 제1 운동기구의 상기 지지부는 하강운동을 하며 상기 제1 분리수단은 고정되어 있으며, 상기 나머지 부분의 테이프 분리를 위해 상기 제2 운동기구는 상승운동을 하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 분리 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 지지부의 하강운동은 진공에 의한 것을 특징으로 하는 반도체 칩 분리 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 운동 기구는 상기 지지부의 운동거리를 제어하기 위한 스토퍼와, 상기 지지부와 상기 제1 분리수단 사이에 연결되는 탄성부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 분리 장치.
5. 밑면에 테이프가 접착되어 있는 웨이퍼 상태의 반도체 칩들을 개별 칩으로 분리하기 위한 반도체 칩 분리 방법으로서, 상기 웨이퍼에서 분리할 특정 반도체 칩의 위치를 정렬하는 단계와, 상기 특정 반도체 칩 밑면의 가장자리 부분에 접착되어 있는 테이프를 분리하는 제1 분리 단계와, 상기 특정 반도체 칩의 상기 가장자리 부분 이외의 부분에 접착되어 있는 테이프를 분리하는 제2 분리 단계를 포함하는 반도체 칩 분리 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 분리 단계에서 분리되는 접착제는 상기 특정 반도체 칩의 밑면에 접착되어 있는 접착제 전체 면적의 40-50%인 것을 특징으로 하는 반도체 칩 분리 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제1 분리 단계에서 분리되는 접착제는 상기 특정 반도체 칩의 밑면과 5 내지 10°의 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 분리 방법.