KR100715858B1 - 패턴된 전도접착제가 형성된 웨이퍼레벨 패키지 제작 방법및 이를 이용한 이미지 센서 모듈(ｉｓｍ) - Google Patents
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Abstract
본 발명은 패턴된 NCA/ACA가 형성된 반도체 칩을 웨이퍼 상에서 형성하는 웨이퍼레벨 패키지 제작 방법과 이를 사용한 모듈 방법을 포함한다. 본 발명의 웨이퍼 레벨 패키지 제작 방법은 제 1차 포토레지스트를 웨이퍼 상에 도포하는 단계; 상기 제 1차 포토레지스트를 노광하여 반도체 칩의 일정 영역을 보호하는 포토레지스트만을 남겨놓는 단계; 상기 제 1차 포토레지스트 작업된 웨이퍼 위에 접착제 층을 형성하는 단계; 상기 웨이퍼 위에 제 2차 포토레지스트를 도포하고 노광하여 반도체 칩의 일부 영역 위의 접착제 층에 포토레지스트를 형성하는 단계; 상기 형성된 제 2차 포토레지스트를 마스크로 사용하여 상기 접착제 층을 습식 또는 건식 방법으로 에칭하는 단계; 및 상기 제 2차 포토레지스트를 제거하고, 상기 제 1차 포토레지스트 및 접착제 층 잔류물을 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 웨이퍼 상에 미리 도포된 NCA/ACA 접착제 층의 패턴 형성을 통해, 종래의 접착제의 기계적 펀칭 방법을 사용함으로써 발생하는 이미지 센서 모듈 제작 공정에 있어서의 긴 공정 단계와 이로 인한 공정 시간 및 수율 저하 등의 단점을 극복할 수 있는 이미지 센서 모듈을 제작 할 수 있다.
이미지 센서, NCA, ACA, 접착제
Description
도 1은 종래의 COB 방식의 이미지 센서 모듈의 모식도이다.
도 2는 종래의 COF 방식의 이미지 센서 모듈의 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 패턴된 전도성 접착제를 이용한 웨이퍼레벨의 패키지 제조공정을 나타내는 모식도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 NCA를 접착제로 사용하는 경우에 있어서 웨이퍼 위에 제 1차 포토레지스트 도포부터 패턴된 NCA 형성된 웨이퍼레벨 패키지 제조 공정 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 패턴된 NCA를 접착제로 사용하는 경우에 있어서 웨이퍼의 개별칩 다이싱부터 플립칩 어셈블리까지의 공정 단면도이다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명에 따른 ACA를 접착제로 사용하는 경우에 있어서 웨이퍼 위에 제 1차 포토레지스트 도포부터 패턴된 ACA 형성된 웨이퍼레벨 패키지 제조 공정 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 패턴된 ACA를 접착제로 사용하는 경우에 있어서 웨이퍼의 개별칩 다이싱부터 플립칩 어셈블리까지의 공정 단면도이다.
본 발명은 패턴된 NCA/ACA를 이용한 웨이퍼레벨 패키지와 이를 이용한 이미지 센서 모듈 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 COB (Chip-On-Board) 및 COF (Chip-On-Flex) 등의 형태의 이미지 센서 모듈 등에서 요구되는 NCF/ACF 접착제의 기계적인 펀칭 공정을 웨이퍼 상에서 패턴과 에칭 공정을 통해 NCA/ACA 접착제 층의 패턴을 정교하게 형성하는 새로운 웨이퍼 레벨의 패키지 제작 및 이를 이용한 이미지 센서 모듈 제작 방법에 관한 것이다.
전자 패키징 기술은 반도체 소자에서부터 최종 제품에 이르기까지의 시스템 내부의 전자 칩과 여러 소자들 간의 전기적, 기계적인 접속을 제공하고 파워를 전달하며 열이나 외부 환경으로부터 시스템 전체를 보호하는 것을 목적으로 하는 중요한 기술이다. 이러한 전자 패키징 기술은 최종 전자 제품의 성능, 크기, 가격, 및 신뢰성을 결정하며, 최근 전자 제품의 소형화, 고성능, 및 경량화 추세에 따라 패키징 기술의 중요성이 크게 대두되고 있다.
한편, 이미지 센서는 이미지 센서 칩에서 이미지 센서 모듈로 제작되어 모바일 폰, 디지털 카메라, 광마우스, 감시카메라, 생체인식 등의 다양한 제품에 응용되고 있는데, 이미지 센서 모듈은 고전기적 성능, 극소형/고밀도, 다 기능, 저전 력, 높은 신뢰성 등의 요구 조건을 만족시켜야 하기 때문에 최근 극소형 전자 패키징 기술이 활용되는 대표적인 예라 할 수 있다.
과거 이미지 센서는 크기가 중요하지 않은 경우에는 LCC (Leadless Chip Carrier) 타입의 패키지를 사용했으나, 모바일 카메라 폰 등과 같은 경박단소한 특성이 요구되는 경우, COB (Chip-on-Board), COF (Chip-on-Film), CSP (Chip size package) 기술이 많이 사용되고 있다.
COB 방식은 연성 PCB와 이미지 센서 칩의 뒷면을 다이 접착제로 접착시킨 후 금 본딩 와이어로 이미지 센서의 입출력 단자(I/O)와 PCB 전극을 연결하는 방식으로 기존의 반도체 생산라인과 유사한 공정을 사용하여 생산성이 높으나 와이어 본딩을 위한 공간이 필요하여 모듈의 크기가 커지는 단점이 있다.
COF 방식은 COB와 같이 연성 PCB에 바로 부착하지만 이미지 센서의 앞면(Active side)이 연성 PCB나 Flexible Printed Circuit (FPC)의 전극에 직접 플립 칩 본딩되므로 COB처럼 금본딩 와이어를 필요로 하지 않고 렌즈 경통까지의 높이도 낮추게 되어 경박단소한 모듈을 제조할 수 있다. 이 때 이미지 센서를 연성 PCB나 FPC (Flexible printed circuit)에 부착하기 위해 이방성 전도성 접착제(Anisotropic Conductive Adhesive; ACA) 혹은 비전도성 접착제 (Non-Conductive Adhesive : NCA)를 주로 사용하며 이미지 센서 칩의 입출력 단자 위에 형성된 범프(Bump)로는 금 도금 범프나 무전해 니켈/금 범프가 많이 쓰인다. 또 연성 PCB나 FPC는 이미지 센서의 앞면 부분으로 빛이 전달되기 위해 센싱 부분의 넓이만큼 뚫려 있다. 도 1 및 도 2에 COB 방식과 COF 방식의 모식도를 보여주고 있다.
COF 방식의 이미지 센서 모듈이 COB방식에 비해 경박단소한 장점을 가지고 있어 최근 많이 이용되고 있으나, COF 방식에서는 이미지 센서 칩의 가운데의 이미지 센싱 영역 (픽셀)에 대응되도록 ACA/NCA 층의 펀칭을 필요로 하며, 이에 따라 ACA/NCA의 개별적인 펀칭 공정이 필요함으로써 이로 인한 공정 시간의 증가와 수율 저하의 문제가 뒤따르게 된다. 이는 최근 카메라폰의 화소 수의 증가와 이에 따른 픽셀 수의 증가 추세에 따라 공정 가운데 발생하는 센싱 영역의 불순물에 의한 오염, 펀칭된 ACA/NCA 층과 이미지 센서 칩 및 FPC 기판과의 정렬 오차 등의 문제로 인해 공정 상의 문제점을 가지고 있으며, 이를 극복하는 가가 고화소 이미지 센서 모듈 시장에서 중요한 이슈로 떠오르고 있다.
한편, NCA/ACA를 이용한 종래의 플립칩 제조 기술은 단일 칩 형태가 주된 패키지 기술이었다. 즉, 칩의 크기와 유사한 크기로 기판 위에 NCA/ACA를 도포한 후 범프가 형성된 개별적인 칩을 기판위에 정렬시킨 후 열과 압력을 가해 플립칩 접속을 구현하는 방식이었다. 이와 같은 방식은 NCA/ACA를 기판마다 개별적으로 도포해야하는 공정 상의 단점이 있었다. 그러나 선행 특허 “도포된 이방성 전도 접착제를 이용한 웨이퍼형 플립칩 제조 방법 (한국특허 제361640호)”및 “Method for fabricating wafer-level flip chip packages using pre-coated anisotropic conductive adhesives (미국 특허 제 6,518,097)”등은 ACA를 라미네이션, 스핀 코팅 등의 방법을 통해 미리 범프가 형성되어 있는 웨이퍼 위에 도포한 후 이를 개별 칩으로 다이싱하여 기판 위에 접속하는 방식으로 종래의 단일 칩 형태의 패키지 방식에 비해 공정 단계 및 시간이 줄어들게 되어 패키지의 단가를 낮출 수 있는 장점 이 있다.
그러나 기존의 ACA를 이용한 웨이퍼 레벨 패키지의 장점에도 불구하고, ACA 혹은 NCA가 칩 영역 만큼의 전면적 도포가 아닌 특정 영역에만 제한적으로 도포를 해야 하는 패키지 분야로의 적용의 경우, 종래의 웨이퍼 레벨 패키지를 구현하는 방식으로는 적용할 수 없는 단점이 있었다.
예를 들면 모바일 폰에 적용되는 카메라 모듈의 경우 경박단소한 패키지 구현을 위해 ACF (Anisotropic Conductive Film : 이방성 전도 필름)를 기계적인 펀칭을 통해 특정한 형태로 가공하고, 홀(hole)이 뚫려있는 연성기판 위에 패턴을 따라서 펀칭된 ACF를 가압착 한 후 이미지 센싱 영역을 포함하고 있는 칩을 COF 형태로 접속하게 된다. 최종적으로는 연성기판의 홀을 통해 빛이 칩의 이미지 센싱 영역으로 투과되게 되는데 앞서 설명한 대로 칩과 기판 사이의 빛 투과를 위해서는 ACF의 일정영역을 기계적으로 펀칭해서 뚫어야 한다. 이러한 카메라 모듈의 COF 구현을 위한 웨이퍼 레벨 패키지의 적용은 일정한 영역, 즉 이미지 센싱 영역을 제외한 부분만 NCA/ACA가 도포되어야 하기 때문에 새로운 방식의 웨이퍼 레벨 패키지의 기술개발이 요구되고 있다. 카메라 모듈 상의 COF 구현이 아니더라도 웨이퍼 레벨 패키지 적용에 있어서 일정 영역만 제한적으로 NCA/ACA의 도포를 위해서는 새로운 방식의 기술개발이 이루어져야 한다.
본 발명은 상기한 바와 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적 은 COB, COG, 및 COF 형태의 이미지 센서 모듈 등에서 요구되는 특정 영역으로의 NCA/ACA의 도포를 위한 NCF/ACF의 기계적인 펀칭 가공 및 NCP/ACP의 특정 영역으로의 디스펜싱 도중에 발생하는 많은 불량을 웨이퍼 상에서 노광공정을 통해 접착제 층의 패턴을 형성함으로써 정교하게 구현할 수 있는 새로운 패턴된 NCA/ACA를 사용한 웨이퍼레벨의 패키지 제작방법 및 이를 이용한 이미지 센서 모듈을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 웨이퍼 레벨 패키지 제작 방법은 제 1차 포토레지스트를 웨이퍼 상에 도포하는 단계; 상기 제 1차 포토레지스트를 노광하여 반도체 칩의 일정 영역을 보호하는 포토레지스트만을 남겨놓는 단계; 상기 제 1차 포토레지스트 작업된 웨이퍼 위에 접착제 층을 형성하는 단계; 상기 웨이퍼 위에 제 2차 포토레지스트를 도포하고 노광하여 반도체 칩의 일부 영역 위의 접착제 층에 포토레지스트를 형성하는 단계; 상기 형성된 제 2차 포토레지스트를 마스크로 사용하여 상기 접착제 층을 습식 또는 건식 방법으로 에칭하는 단계; 및 상기 제 2차 포토레지스트를 제거하고, 상기 제 1차 포토레지스트 및 접착제 층 잔류물을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 웨이퍼를 개별 칩으로 다이싱하여 웨이퍼 레벨 패키지를 제조하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 접착제 층은 이방성 전도성 접착제(ACA) 또는 비전도성 접 착제(NCA)인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 접착제 층은 전체적으로 필름 또는 페이스트 상태로 도포되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제 1차 포토레지스트 및 접착제 층 잔류물을 하는 방법은 리프트-오프 방식을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 웨이퍼 상에 도포된 접착제는 B-스테이지 상태인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제 1차 포토레지스트는 웨이퍼 상에 도포된 이미지 센서 칩의 이미지 센싱 영역만 남는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 접착제를 에칭하는 방법은 화학 용액을 사용하는 습식 에칭 또는 플라즈마 또는 레이저를 사용하는 건식 에칭인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴된 전도성 접착제를 이용한 웨이퍼레벨의 패키지 제조공정을 나타내는 모식도이다.
도 3을 참조하면, 얇은 두께의 제 1차 포토레지스트를 범프가 형성되어 있는 웨이퍼 상에 도포한 후 상기 제 1차 포토레지스트를을 노광하여 소정 형상의 패턴 보호를 목적으로 하는 포토레지스트만을 남겨놓는다(도 3a). 이후, 필름 형태 또는 페이스트 형태로 된 비전도성 접착제/이방성 전도성 접착제(NCA/ACA)를 웨이퍼 위에 B-스테이지 상태로 도포한다(도 3b). 도포된 접착제 위로 제 2차 포토레지스트를 다시 도포한 후 노광하여 일정 패턴을 형성하고 형성된 패턴을 통해 도포된 NCA/ACA 접착제를 습식 또는 건식 방법으로 에칭 (Etching)한 후 남아있는 PR을 제거한다(도 3c). 이후에 개별 칩으로 다이싱 후 플립칩 형태의 웨이퍼 레벨 패키지를 제조하는 공정을 구체적으로 도시하고 있다(도 3d).
상기 본 발명에서 NCA/ACA 접착제의 에칭 방법은 특별히 한정된 것은 아니며, 접착제의 제거가 가능한 에칭용 화학 물질을 이용하는 습식 에칭 (Wet etching) 방법과 플라즈마를 사용하는 건식 에칭(Dry etching) 방법을 사용할 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 NCA를 접착제로 사용하는 경우에 있어서 웨이퍼 위에 제 1차 포토레지스트 도포부터 패턴된 NCA 형성된 웨이퍼레벨 패키지 제조 공정 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f를 참조하면, Si 웨이퍼 상부에 형성된 이미지 센서 칩의 이미지 센싱영역을 제 1차 포토레지스트로 보호한다(도 4a 및 도 4b). 이후 NCP를 코팅하거나 NCF를 B-스테이지 상태로 도포한다(도 4c). 이후 NCA패터닝을 위한 제 2차 포토레지스트를 도포하고(도 4d), 건식 또는 습식 방법에 의해서 NCP/NCF를 에 칭한다(도 4e). 남아있는 포토레지스트를 제거하면 패턴된 NCA 형성된 웨이퍼레벨 패키지가 제작된다(도 4f).
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 패턴된 NCA를 접착제로 사용하는 경우에 있어서 웨이퍼의 개별칩 다이싱부터 플립칩 어셈블리까지의 공정 단면도이다. 상기 도 4에서 제작된 패턴된 NCA 형성된 웨이퍼레벨 패키지를 하나의 칩으로 다이싱 하고(도 5a) 플립칩 조립한다(도 5b). 플립칩 조립시 열을 가하여 압착하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 ACA를 접착제로 사용하는 경우에 있어서 웨이퍼 위에 제 1차 포토레지스트 도포부터 패턴된 ACA 형성된 웨이퍼레벨 패키지 제조 공정 단면도이다. 도 6의 제조과정은 상기 도 4의 제조과정과 비교하여 ACA를 접착제로 사용한다는 것만 차이가 있으므로 자세한 설명은 중복되어 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명에 따른 패턴된 ACA를 접착제로 사용하는 경우에 있어서 웨이퍼의 개별칩 다이싱부터 플립칩 어셈블리까지의 공정 단면도이다. 도 7의 과정 역시 상기 도 5의 과정과 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, COB, COG, 및 COF 형태의 이미지 센서 모듈 등에서 요구되는 NCA/ACA 접착제의 특정 형태로의 펀칭 또는 디스펜싱 등의 공정을 웨이퍼 상에서 노광공정 및 접착제의 에칭공정을 통해 간단히 구현할 수 있어, 기존의 단일칩 패키지에 비해 공정 감소로 인한 원가절감 효과와 기계적인 가공에서 오는 접착제 패턴 형성의 불량 및 한계를 극복하는 효과가 기대된다.
Claims (10)
- 제 1차 포토레지스트를 웨이퍼 상에 도포하는 단계;상기 제 1차 포토레지스트를 노광하여 반도체 칩의 일정 영역을 보호하는 포토레지스트만을 남겨놓는 단계;상기 제 1차 포토레지스트 작업된 웨이퍼 위에 접착제 층을 형성하는 단계;상기 웨이퍼 위에 제 2차 포토레지스트를 도포하고 노광하여 반도체 칩의 일부 영역 위의 접착제 층에 포토레지스트를 형성하는 단계;상기 형성된 제 2차 포토레지스트를 마스크로 사용하여 상기 접착제 층을 습식 또는 건식 방법으로 에칭하는 단계; 및상기 제 2차 포토레지스트를 제거하고, 상기 제 1차 포토레지스트 및 접착제 층 잔류물을 제거하는 단계를 포함하는 웨이퍼 레벨 패키지 제작 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼를 개별 칩으로 다이싱하여 웨이퍼 레벨 패키지를 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지 제작 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 접착제 층은 이방성 전도성 접착제(ACA) 또는 비전도성 접착제(NCA)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지 제작 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 접착제 층은 전체적으로 필름 또는 페이스트 상태로 도포되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지 제작 방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 접착체 층이 페이스트 형태일 경우 스핀코팅, 디스펜싱, 닥터블레이드법, 매니스커드 코팅법 중 선택되는 1종 이상의 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지 제작 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1차 포토레지스트 및 접착제 층 잔류물을 하는 방법은 리프트-오프 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 패키지 제작 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼 상에 도포된 접착제는 B-스테이지 상태인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 패키지 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1차 포토레지스트는 웨이퍼 상에 도포된 이미지 센서 칩의 이미지 센싱 영역만 남는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 패키지 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 접착제를 에칭하는 방법은 화학 용액을 사용하는 습 식 에칭 또는 플라즈마 또는 레이저를 사용하는 건식 에칭인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 패키지 제조방법.
- 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 의해 제작된 웨이퍼 레벨 패키지를 이용한 이미지 센서 모듈.
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