KR100806324B1 - 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템 및 방법 - Google Patents

반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 웨이퍼, 각 웨이퍼의 적어도 일면에 복수의 레이어로 적층 형성되어 전기소자를 형성하는 산화막, Nitride 막 및 금속막을 포함하는 웨이퍼 레이어, 각 웨이퍼에 대하여 하나의 웨이퍼에 적층된 웨이퍼 레이어와 인접한 또 다른 웨이퍼 사이를 절연하기 위하여 에폭시로 적층되는 에폭시 층, 그리고 각 웨이퍼, 웨이퍼 레이어 및 에폭시 층을 감싸는 표면 몰딩수지를 포함하고, 웨이퍼 레이어가, 화학적 습식 에칭방법으로 용이하게 제거되는 가용성 웨이퍼 레이어 및 화학적 습식 에칭방법으로 용이하게 제거되지 않는 불용성 웨이퍼 레이어가 무작위로 복수의 레이어를 형성하는 패키지된 반도체 및 전자부품에 대하여, 내부의 회로 상태 및 불량 여부를 검사할 반도체 및 전자부품인 시료의 외부를 감싸는 표면 몰딩수지를 제거한 후, 에폭시 층을 제거하고 각 웨이퍼 사이를 연결하는 배선을 커팅하여 각 웨이퍼를 독립적으로 분리하고, 독립적으로 분리된 각 웨이퍼에 대하여 검사할 레이어가 노출될 때까지 웨이퍼 레이어를 제거하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체; 표면 몰딩수지; 웨이퍼; 웨이퍼 레이어; 습식 에칭; 밀링; 폴리싱

Description

반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF ETCHING WAFER FOR ANALYZING INFERIORITY OF SEMI-CONDUCTOR}
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템의 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템의 좌측면도.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템의 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템의 우측면도.
도 5는 본 발명에 따른 지그의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 지그의 또 다른 실시예의 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 에칭액 주입장치의 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 처킹장치의 구성도.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 과정의 흐름도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***
10 : 시료 20, 80 : 지그
21, 81 : 플레이트 22, 82 : 발열부
23, 83 : 전열선 24 : 램프
25, 26, 27 : XYZ축 스테이지 28 : 암
29 : 축 30 : 카메라
40 : 밀링장치 45 : 폴리싱 장치
50 : 에칭액 주입장치 51, 52, 53 : 에칭액 공급부
54 : 바디부 55 : 에칭액 주입관
56 : 가스 흡입부 57 : 세척액 주입관
60 : 세척장치 61, 62 : 세척액 주입관
65 : 공기 토출관 66 : 램프
70 : 처킹장치 71 : 처킹 플레이트
72 : 흡착부 73 : 에어 흡입부
84 : 웰(well) 85 : 조임판
86 : 스프링 100 : 웨이퍼 에칭 시스템
본 발명은 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 반도체 칩이나 전자부품이 과잉 전력공급 및 외부 진동에 의한 고장이 발생하는 것을 방지하고 집적회로의 구성 부분을 배치 접속 및 보호하기 위하여 패키지된 반도체 칩 또는 전자부품의 몰딩수지를 제거함에 있어서, 특히 반도체 칩 또는 전자부품의 표면 몰딩수지와 웨이퍼 레이어를 기계적 밀링방법, 기계적 폴리싱 방법 및 화학적 습식 에칭방법을 통해 제거하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 또는 전자부품의 품질검사에서 불량으로 판정받은 제품의 불량원인을 분석하기 위해서는 반도체 칩이나 회로를 구성하는 웨이퍼(wafer)를 관찰할 필요가 있다. 따라서, 웨이퍼를 관찰할 수 있도록 반도체 및 전자부품의 패키지된 몰딩수지를 제거하는데, 종래에는 패키지된 몰딩수지의 제거작업이 수작업으로 이루어졌다. 그러나 현재 사용되는 반도체 또는 전자부품은 그 종류가 수천 가지에 이르고 그 형태 또한 다양하며 그 양도 많아, 수작업을 통해 몰딩수지를 제거할 경우 작업속도가 크게 떨어져 검사 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있었다. 또한, 몰딩수지를 제거하기 위하여는 화학물질을 사용하는데 수작업으로 화학물질을 직접 다룰 경우 매우 위험할 뿐만 아니라 공정이 복잡하여 다량의 작업을 하기가 곤란한 문제점이 있었다.
한편, 반도체 또는 전자부품에 하나의 웨이퍼만이 포함된 경우, 즉 싱글 레이어(single layer)인 경우에는 패키지된 반도체 또는 전자부품의 표면 몰딩수지만을 제거한 후 관찰이 가능하였다. 그러나, 반도체 또는 전자부품이 복수의 웨이퍼가 멀티 레이어(multi layer)를 이루는 경우, 각각의 웨이퍼를 관찰하기 위하여는 표면 몰딩수지를 제거한 후 웨이퍼 사이의 웨이퍼 레이어를 제거하여 각각의 웨이퍼를 분리하여야 했다. 따라서, 상기와 같은 종래의 방법으로는 작업효율이 크게 떨어지고 또한 위험이 더욱 가중되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제시된 것으로서, 본 발명의 목적은 패키지된 반도체 및 전자부품의 몰딩수지를 제거함에 있어서, 표면 몰딩수지를 기계적 밀링방법과 화학적 습식 에칭방법으로 제거하고 웨이퍼 사이의 웨이퍼 레이어를 그 종류에 따라 기계적 폴리싱 방법 및 화학적 습식 에칭방법으로 제거함으로써 반도체 및 전자부품의 몰딩수지를 효과적으로 제거하며, 각 단위공정들을 자동화 및 규격화하여 다양한 종류의 반도체 및 전자부품에 공통으로 적용할 수 있으며 안전하고 작업속도를 크게 향상시킬 수 있는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템은, 하나 이상의 웨이퍼, 각 웨이퍼의 적어도 일면에 복수의 레이어로 적층 형성되어 전기소자를 형성하는 웨이퍼 레이어, 각 웨이퍼에 대하여 하나의 웨이퍼에 적층된 웨이퍼 레이어와 인접한 또 다른 웨이퍼 사이를 절연하기 위하여 에폭시로 적층되는 에폭시 층, 그리고 각 웨이퍼, 웨이퍼 레이어 및 에폭시 층을 감싸는 표면 몰딩수지를 포함하는 패키지된 반도체 및 전자부품에 대하여, 내부의 회로 상태 및 불량 여부를 검사할 반도체 및 전자부품인 시료의 외부를 감싸는 표면 몰딩수지를 제거한 후, 에폭시 층을 제거하여 각 웨이퍼를 독립적으로 분리하고, 독립적으로 분리된 각 웨이퍼에 대하여 검사할 레이어가 노출될 때까지 웨이퍼 레이어를 제거하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템으로서, 시료를 고정하는 지그, 에폭시 층을 제거함으로써 노출되며 각 웨이퍼 사이를 연결하는 배선을 커팅하여 각 웨이퍼를 독립적으로 분리하는 밀링장치, 독립적으로 분리된 각 웨이퍼를 처킹하여 이송하는 처킹장치, 하나 이상의 화학물질과 희석액을 혼합하여 에칭액을 생성하고, 에칭액을 시료의 에폭시 층과 웨이퍼 레이어에 주입하여 화학적으로 습식 에칭하는 에칭액 주입장치, 그리고 에칭액이 주입된 시료를 세척액으로 세척하는 세척장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템의 또 다른 실시예는, 하나 이상의 웨이퍼, 각 웨이퍼의 적어도 일면에 복수의 레이어로 적층 형성되어 전기소자를 형성하는 산화막, Nitride 막 및 금속막을 포함하는 웨이퍼 레이어, 그리고 각 웨이퍼와 웨이퍼 레이어를 감싸는 표면 몰딩수지를 포함하고, 웨이퍼 레이어가, 화학적 습식 에칭방법으로 용이하게 제거되는 가용성 웨이퍼 레이어 및 화학적 습식 에칭방법으로 용이하게 제거되지 않는 불용성 웨이퍼 레이어가 무작위로 복수의 레이어를 형성하는 패키지된 반도체 및 전자부품에 대하여, 내부의 회로 상태 및 불량 여부를 검사할 반도체 및 전자부품인 시료의 외부를 감싸는 표면 몰딩수지를 제거하고 각 웨이퍼를 독립적으로 분리하여, 독립적으로 분리된 각 웨이퍼에 대하여 검사할 레이어가 노출될 때까지 웨이퍼 레이어를 제거하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템으로서, 시료를 고정하는 지그, 시료의 불용성 웨이퍼 레이어에 접촉하여 마찰력에 의해 기계적으로 폴리싱하여 불용성 웨이퍼 레이어를 제거하는 폴리싱 장치, 하나 이상의 화학물질과 희석액을 혼합하여 에칭액을 생성하고, 에칭액을 시료의 가용성 웨이퍼 레이어에 주입하여 화학적으로 습식 에칭하는 에칭액 주입장치, 그리고 에칭액이 주입된 시료를 세척액으로 세척하는 세척장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 지그가, 시료가 배치되는 플레이트, 전기를 공급받아 열을 발산하는 복수의 전열선을 내부에 포함하는 발열부 및 지그의 표면 온도를 감지하는 온도센서를 포함하고, 발열부가 에칭액의 화학반응이 활성화되는 온도로 시료를 가열하도록 한다. 지그는, 플레이트, 전기를 공급받아 열을 발산하는 복수의 전열선을 내부에 포함하고 플레이트의 상부에 배치되는 발열부, 움푹하게 함몰된 형상을 이루어 내부에 시료를 장착하고, 에칭액 주입장치를 통해 주입되는 에칭액을 내부에 담는 웰(well), 시료의 테두리를 감싸서 고정하는 조임판, 조임판과 웰의 내 측면 사이를 지지하여 조임판을 웰에 고정하는 하나 이상의 스프링 및 지그의 표면 온도를 감지하는 온도센서를 포함하고, 발열부가 에칭액의 화학반응이 활성화되는 온도로 시료를 가열하도록 구성할 수도 있다. 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템은, 에칭액이 주입되면 시료에 복사열을 가하는 램프를 더 포함할 수도 있다. 에칭액 주입장치는, 에칭액을 주입하는 에칭액 주입관, 에칭액의 화학반응시 발생하는 가스를 흡입하여 배출하는 가스 흡입부 및 에칭액의 화학반응시 발생하는 찌꺼기가 에칭액 주입관에 달라붙는 것을 방지하기 위하여 시료에 세척액을 주입하는 세척액 주입관을 포함하도록 하고, 에칭액 주입관은 공업용 다이아몬드 재질로 이루어지고 표면이 완충용 코팅되도록 한다. 또한, 에칭액 주입장치는, 에폭시 층을 습식 에칭하는 에칭액으로, 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F) 및 발연질산(HNO3_F) 중 하나 이상의 화학물질과, 순수(DI Water)를 포함하는 희석액을 혼합하여 생성하고, 웨이퍼 레이어를 습식 에칭하는 에칭액으로, 초산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F), 발연질산(HNO3_F), 불산(HF), 염산(HCL), PAE(Poly Alyene Ethers, AL Etchant, H3PO4:HNO3), BOE(Buffered Oxide Etchants, HF:NH4F), Poly Etchant(HNO3:HF:CH3COOH) 및 수산화나트륨(NaOH) 중 하나 이상의 화학물질과, 순수를 포함하는 희석액을 혼합하여 생성하도록 한다. 더욱 바람직하게는, 에칭액 주입장치가, 가용성 웨이퍼 레이어를 습식 에칭하는 에칭액으로, 초산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F), 발연질산(HNO3_F), 불산(HF), 염산(HCL), PAE(Poly Alyene Ethers, AL Etchant, H3PO4:HNO3), BOE(Buffered Oxide Etchants, HF:NH4F), Poly Etchant(HNO3:HF:CH3COOH) 및 수산화나트륨(NaOH) 중 하나 이상의 화학물질과, 순수(DI Water)를 포함하는 희석액을 혼합하여 생성하도록 한다. 세척액으로는 순수, 아세톤 및 이소프로필알콜(IPA) 중 하나 이상을 사용하도록 한다. 또한, 처킹장치는, 독립적으로 분리된 각 웨이퍼에 접촉하는 처킹 플레이트, 각 웨이퍼를 진공 흡착하며 불소고무 재질의 가스켓으로 구성되는 흡착부 및 에어를 흡입하여 흡착부에 진공 흡입력을 발생하는 에어 흡입부를 포함하도록 한다.
또한, 상기의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 방법은, 하나 이상의 웨이퍼, 각 웨이퍼의 적어도 일면에 복수의 레이어로 적층 형성되어 전기소자를 형성하는 산화막, Nitride 막 및 금속막을 포함하는 웨이퍼 레이어, 각 웨이퍼에 대하여 하나의 웨이퍼에 적층된 웨이퍼 레이어와 인접한 또 다른 웨이퍼 사이를 절연하기 위하여 에폭시로 적층되는 에폭시 층, 그리고 각 웨이퍼, 웨이퍼 레이어 및 에폭시 층을 감싸는 표면 몰딩수지를 포함하고, 웨이퍼 레이어가, 화학적 습식 에칭방법으로 용이하게 제거되는 가용성 웨이퍼 레이어 및 화학적 습식 에칭방법으로 용이하게 제거되지 않는 불용성 웨이퍼 레이어가 무작위로 복수의 레이어를 형성하는 패키지된 반도체 및 전자부품에 대하여, 내부의 회로 상태 및 불량 여부를 검사할 반도체 및 전자부품인 시료의 외부를 감싸는 표면 몰딩수지를 제거한 후, 에폭시 층을 제거하고 각 웨이퍼 사이를 연결하는 배선을 커팅하여 각 웨이퍼를 독립적으로 분리하고, 독립적으로 분리된 각 웨이퍼에 대하여 검사할 레이어가 노출될 때까지 웨이퍼 레이어를 제거하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 방법으로서, 시료의 에폭시 층에 에칭액을 주입하여 화학적 습식 에칭으로 에폭시 층을 제거하는 제 1 단계, 에폭시 층을 제거하여 배선이 노출되면, 각 웨이퍼 중 어느 하나의 웨이퍼에 대하여 배선을 커팅하여 웨이퍼를 독립적으로 분리하는 제 2 단계, 독립적으로 분리된 웨이퍼를 흡착하여 이송하는 제 3 단계, 웨이퍼의 불용성 웨이퍼 레이어에 폴리싱 장치를 접촉하고 마찰력에 의해 기계적으로 폴리싱하여 불용성 웨이퍼 레이어를 제거하는 제 4 단계, 그리고 웨이퍼의 가용성 웨이퍼 레이어에 에칭액을 주입하여 화학적 습식 에칭으로 가용성 웨이퍼 레이어를 제거하는 제 5 단계를 포함하고, 제 1 단계 내지 제 3 단계가 시료가 복수의 웨이퍼를 포함하는 경우에 선택적으로 수행되고, 제 4 단계와 제 5 단계가 제거할 웨이퍼 레이어에 따라 선택적으로 수행되고, 제 4 단계와 제 5 단계가 각 웨이퍼의 검사할 레이어가 노출될 때까지 반복적으로 수행되고, 제 2 단계 내지 제 5 단계가 모든 웨이퍼가 독립적으로 분리될 때까지 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 제 1 단계가, 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F) 및 발연질산(HNO3_F) 중 하나 이상의 화학물질과 희석액을 혼합하여 에칭액을 생성하는 제 1-1 단계를 포함하고, 제 5 단계는, 초산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F), 발연질산(HNO3_F), 불산(HF), 염산(HCL), PAE(Poly Alyene Ethers, AL Etchant, H3PO4:HNO3), BOE(Buffered Oxide Etchants, HF:NH4F), Poly Etchant(HNO3:HF:CH3COOH) 및 수산화나트륨(NaOH) 중 하나 이상의 화학물질과 희석액을 혼합하여 에칭액을 생성하는 제 5-1 단계를 포함하도록 한다. 더욱 바람직하게는, 제 5 단계가, 웨이퍼의 가용성 웨이퍼 레이어에 에칭액을 주입하여 화학적으로 습식 에칭하는 제 5-2 단계 및 일정 시간 경과 후 웨이퍼를 세척액으로 세척하는 제 5-3 단계를 포함하고, 제 5-2 단계와 제 5-3 단계가, 제거할 가용성 웨이 퍼 레이어가 완전히 제거될 때까지 반복적으로 수행되도록 한다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 의해 디캡핑(decapping)되는 패키지된 반도체 및 전자부품에 있어서, 반도체 및 전자부품의 외부를 감싸며 몰딩된 층을 '표면 몰딩수지'라 하고, 각 웨이퍼의 적어도 일면에 복수의 레이어로 적층 형성되어 전기소자를 형성하는 산화막, Nitride 막 및 금속막을 통칭하여 '웨이퍼 레이어'라 하고, 웨이퍼 레이어와 웨이퍼 사이, 즉 각 웨이퍼에 대하여 하나의 웨이퍼에 적층된 웨이퍼 레이어와 인접한 또 다른 웨이퍼 사이를 절연하기 위하여 에폭시로 적층되는 층을 '에폭시 층'이라 한다. 또한, 웨이퍼 레이어는 가용성 웨이퍼 레이어와 불용성 웨이퍼 레이어가 무작위로 복수의 레이어를 형성한다. 즉, 웨이퍼 레이어는 복수의 레이어로 적층 형성되는데, 이때 각 레이어는 가용성 웨이퍼 레이어일 수도 있고 불용성 웨이퍼 레이어일 수도 있다. 가용성 웨이퍼 레이어는 화학적 습식 에칭방법으로 제거될 수 있는 재질, 즉 에칭액에 의해 쉽게 녹는 재질로 이루어진 층을 나타내며, 대표적으로 산화막 및 금속막을 들 수 있다. 또한, 불용성 웨이퍼 레이어는 화학적 습식 에칭방법으로 제거될 수 없는 재질, 즉 에칭액에 의해 녹지 않거나 오랜 시간이 걸리는 등 반응에 까다로운 조건을 갖는 재질로 이루어진 층을 나타내며, 대표적으로 Nitride 막을 들 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템을 도시한 도로서, 도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템의 좌측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템의 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템의 우측면도이다. 특히, 도 2에서는 에칭액 주입장치(50)와 세척장치(60) 등의 구성을 명확하게 도시하기 위하여 밀링장치(40)와 폴리싱 장치(45) 등의 도시를 생략하였고, 도 4에서는 밀링장치(40)와 폴리싱 장치(45) 등의 구성을 명확하게 도시하기 위하여 에칭액 주입장치(50), 세척장치(60) 및 처킹장치(70) 등의 도시를 생략하였다. 또한, 도 2에서는 각 구성부가 연동하는 모습을 명확하게 도시하기 위하여, 지그(20)가 에칭액 주입장치(50)의 하부에 배치된 상태를 실선으로 도시하고, 시료(10)로부터 에칭액을 세척하기 위하여 지그(20)가 세척장치(60)의 하부에 배치된 상태와 시료(10)를 분리하기 위하여 지그(20)가 처킹장치(70)의 하부에 배치된 상태를 점선으로 도시하였다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템의 구성에 대하여 설명하면 이하와 같다.
본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템(100)은, 패키지된 반도체 및 전자부품(10, 이하 '시료'라 한다.)의 표면 몰딩수지를 밀링장치를 이용한 기계적 밀링방법과 에칭액을 이용한 화학적 습식 에칭방밥으로 제거한다. 또한, 시료(10)가 하나의 웨이퍼가 싱글 레이어를 구성하는 경우 웨이퍼의 웨이퍼 레이어를 제거하고, 시료가 복수의 웨이퍼가 멀티 레이어를 구성하는 경우 웨이퍼 레이어를 제거하기 전에 각 웨이퍼와 웨이퍼 레이어 사이의 에폭시 층을 화학적 습식 에칭방법으로 제거하고 배선을 커팅하여 각 웨이퍼를 분리한다. 분리된 웨이퍼는 처킹(chucking) 등의 방법으로 이송되어 웨이퍼 레이어를 제거하게 된다. 이때, 웨이퍼 레이어는 가용성 웨이퍼 레이어와 불용성 웨이퍼 레이어를 모두 포함할 수 있으므로 가용성 웨이퍼 레이어 및 불용성 웨이퍼 레이어를 각기 다른 방법으로 제거하여야 하는데, 불용성 웨이퍼 레이어는 폴리싱 장치를 이용한 기계적 폴리싱 방법으로 제거하고 가용성 웨이퍼 레이어는 에칭액을 이용한 화학적 습식 에칭방법으로 제거한다. 웨이퍼 레이어가 제거되어 원하는 레이어, 즉 검사할 레이어가 노출되면 해당 웨이퍼를 다시 처킹 및 이송하여 회로의 구조적 결함이나 전기적 결함을 분석하게 된다. 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템(100)의 구체적인 구성을 설명하면 이하와 같다.
본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템(100)은, 다양한 종류의 시료(10)를 고정하는 지그(20, jig), 지그를 원하는 위치로 이동하고 고정하는 XYZ축 스테이지(25, 26, 27), 시료를 촬영하는 카메라(30), 시료의 표면 몰딩수지를 기계적으로 밀링하고 웨이퍼 사이의 배선을 커팅하는 밀링장치(40), 시료의 웨이퍼 레이어 중 불용성 웨이퍼 레이어를 기계적으로 폴리싱하여 제거하는 폴리싱 장치(45), 시료에 에칭액을 주입하여 표면 몰딩수지, 에폭시 층 및 웨이퍼 레이어(특히 가용성 웨이퍼 레이어)를 습식 에칭하는 에칭액 주입장치(50), 시료에 주입된 에칭액을 세척하는 세척장치(60) 및 에폭시 층이 제거된 후 배선이 커팅된 각 웨이퍼 또는 웨이퍼 레이어가 제거된 각 웨이퍼를 처킹하여 분리하는 처킹장치(70)를 포함한다. 웨이퍼 에칭 시스템(100)은 제어장치(미도시)에 의해 동작이 제어되며, 사용자는 카메라(30)로 촬영된 시료(10)의 영상을 보면서 제어장치를 조작하여 웨이퍼 에칭 시스템(100)의 동작을 제어한다.
지그(20)는 다양한 크기와 모양의 시료(10)를 안정적으로 고정하고 XYZ축 스테이지(25, 26, 27)에 의해 움직이면서 시료를 몰딩수지를 제거하는 각 공정으로 이동시킨다. XYZ축 스테이지(25, 26, 27)는 시료가 고정된 지그(20)를 원하는 위치로 이동하는 장치로서, X축, Y축 및 Z축의 3개 축으로 구성되고 각 축에는 레일이 부착된다. 이 중 Z축 스테이지(27)에는 암(28, arm)이 결합하여 X축 스테이지와 Z축 스테이지(25, 27)가 서로 독립적으로 움직인다. 또한, Z축 스테이지(27)는 상기 암(28)과 축(29)을 통해 지그(20)와 결합하며 지그는 축(29)의 회전에 의해 Z축으로 이동한다. 한편, 지그가 축과 90°를 이루며 회전하도록 하는 연결수단을 더 포함할 수도 있다. 따라서, 지그(20)에 고정된 시료(10)를 암(28)과 축(29)의 동작에 의해 3차원적으로 자유로이 이동할 수 있다.
한편, 시료(10)의 표면 몰딩수지, 에폭시 층 및 웨이퍼 레이어를 제거하기 위하여 밀링된 부분 또는 밀링이 이루어지지 않은 부분에 에칭액을 주입할 때 에칭액의 화학반응을 활성화하기 위하여 시료를 적정온도로 가열하여야 한다. 일반적으로 화학물질이 반응하기 위해서는 화학물질뿐만 아니라 화학반응이 일어나는 환경이 매우 중요하다. 따라서, 시료(10)에 주입된 에칭액의 화학반응이 활성화되기 위해서는 시료를 열적으로 안정시키고 지속적으로 열을 공급하여야 한다. 이를 위하여 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템(100)은 시료(10)에 에칭액을 주입하여 화학반응을 일으킬 때 이를 활성화하도록 시료를 적정 온도로 가열하는 가열장치를 포함한다. 가열장치는 전열선을 이용하여 열을 발생하는 발열부 및 복사열을 이용하여 가열하는 램프(24)를 포함한다. 발열부는 지그(10)에 구비되어 내부의 전열선에 의해 열을 발생하여 시료를 가열한다. 또한, 램프(24)는 에칭액 주입장치(50)에 인접 배치되어 지그(20)가 시료(10)를 에칭액 주입관(55)의 하부에 배치하고 에칭액을 주입하면 시료에 복사열을 가하여 바로 가열한다. 램프(24)로는 할로겐 램프를 사용할 수 있다. 따라서, 에칭액을 순간적으로 가열하여 시료(10)에 분사하고 발열부와 램프(24)를 이용하여 시료를 위아래에서 가열함으로써 시료를 적정온도로 빠르고 지속적으로 가열할 수 있다. 이때, 시료(10)의 적정온도는 상온에서 300℃가 되도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 시스템(100)은 가열장치로 발열부와 램프(24)를 모두 포함하거나 선택적으로 포함할 수 있음은 물론이다.
카메라(30)는 시료(10)를 촬영하여 촬영된 영상을 제어장치로 전송한다. 카메라(30)로는 디지털 카메라를 사용하도록 한다. 카메라(30)에 의해 촬영된 영상은 제어장치에 디스플레이되어 사용자가 몰딩수지를 제거할 범위를 입력할 수 있도록 한다. 반도체 완성품 또는 전자부품은 그 종류가 수천 가지에 이를 정도로 종류, 크기 및 형태가 다양하므로, 카메라(30)를 이용하여 시료(10)를 촬영하고 이를 사용자가 제어장치를 통해 모니터링하여 시료(10)의 몰딩수지를 제거할 위치와 범위를 적절히 조절할 수 있다.
밀링장치(40)는 시료(10)의 표면 몰딩수지를 제거하기 위하여 에칭액 주입장치(50)를 통해 에칭액을 주입하기 전에 시료의 표면 몰딩수지를 설정된 두께로 기계적으로 밀링하는 장치로, 사용자가 제어장치에 디스플레이된 시료의 표면을 관찰하여 밀링할 범위와 두께를 설정하면 밀링장치는 제어장치의 제어에 따라 설정된 부분을 기계적으로 제거한다. 시료(10)의 표면 몰딩수지를 제거함에 있어서 시료의 두께가 얇은 경우에는 에칭액 주입을 통한 화학적 습식 에칭방법만으로 표면 몰딩수지를 효과적으로 제거할 수 있다. 그러나, 시료(10)의 두께가 두꺼운 경우에는 그 두께만큼 표면 몰딩수지를 제거하는데 많은 시간이 걸릴 뿐만 아니라 화학적 습식 에칭방법만으로 효과적으로 제거할 수 없다. 또한, 표면 몰딩수지를 제거하는데 사용되는 에칭액은 액체로 유동성이 있으므로, 시료(10)에 에칭액을 주입하면 에칭액의 일부만이 화학반응하고 나머지는 시료의 표면을 따라 흘러내려 버린다. 그러나, 밀링장치(40)를 이용하여 1차적으로 밀링한 후 나머지 표면 몰딩수지만을 화학적 습식 에칭방법으로 제거하면 두꺼운 시료(10)의 표면 몰딩수지를 효과적으로 제거할 수 있으며, 밀링으로 원하는 부분의 표면 몰딩수지를 제거한 후 에칭액을 주입하면 에칭액이 흘러내리지 않고 밀링된 부분에 고이므로 효과적으로 표면 몰딩수지를 제거할 수 있다. 또한, 밀링장치(40)는, 특히 복수의 웨이퍼가 멀티 레이어를 구성하는 시료(10)에 대하여 표면 몰딩수지를 제거하고 각 웨이퍼와 웨이퍼 레이어 사이를 절연하는 에폭시 층을 제거하여 각 웨이퍼와 웨이퍼 레이어가 노출되면 각 웨이퍼를 연결하는 배선을 커팅한다. 따라서, 각 웨이퍼를 분리한 후 웨이퍼 레이어를 제거할 수 있게 된다.
폴리싱 장치(45)는 표면 몰딩수지와 에폭시 층을 제거한 후 웨이퍼 레이어를 제거함에 있어서, 에칭액에 의해 녹지 않는 불용성 웨이퍼 레이어를 기계적으로 제거한다. 상기한 바와 같이 웨이퍼 레이어에는 에칭액에 녹는 재질로 이루어진 가용성 웨이퍼 레이어와, 에칭액에 녹지 않거나 녹는데 오랜 시간이 걸리는 등 반응에 까다로운 조건을 갖는 재질, 대표적으로 Nitride 계열의 재질로 이루어진 불용성 웨이퍼 레이어가 포함된다. 따라서, 웨이퍼 레이어를 제거함에 있어서 가용성 웨이퍼 레이어는 에칭액을 이용하여 화학적 습식 에칭방법으로 제거할 수 있지만, 불용성 웨이퍼 레이어에 대하여는 화학적 습식 에칭방법으로 제거할 수 없다. 폴리싱 장치(45)는 이러한 불용성 웨이퍼 레이어를 설정된 두께만큼 기계적으로 폴리싱(polishing)하는 장치로서, 폴리싱 플레이트 위에 폴리싱 패드를 구비하고 폴리싱 패드 위에 시료(10)를 장착한 후 회전하면서 불용성 웨이퍼 레이어를 제거한다. 밀링장치(40)는 에칭액으로 제거하기 전에 표면 몰딩수지를 일부 제거하므로 다소 러프(rough)하게 표면 몰딩수지를 제거하는 반면 폴리싱 장치(45)는 불용성 웨이퍼 레이어를 미세하게(일반적으로 2㎛ 이하) 갈아서 제거하는데, 이를 위하여 시료(10)와의 마찰면으로는 윤활유 역할을 하는 슬러리(slurry)를 공급하도록 한다. 따라서, 슬러리로 인해 발생하는 마찰력을 이용하여 불용성 웨이퍼 레이어를 미세하게 제거할 수 있다. 폴리싱 장치(45)는 제어장치의 제어에 의해 설정된 범위의 불용성 웨이퍼 레이어를 제거하는데, 사용자가 제어장치에 디스플레이되는 시료의 표면을 관찰하여 폴리싱할 범위와 두께를 설정하면 폴리싱 장치는 제어장치의 제어에 따라 설정된 부분을 기계적으로 제거한다. 한편, 웨이퍼 레이어의 구조, 즉 가용성 웨이퍼 레이어와 불용성 웨이퍼 레이어의 두께 및 위치가 미리 입력되어 있는 경우 폴리싱 장치(45)는 제어장치의 제어에 따라 자동으로 설정된 범위만큼 불용성 웨이퍼 레이어를 제거할 수도 있다.
에칭액 주입장치(50)는 화학물질과 희석액(순수, DI Water)를 혼합하여 에칭액을 생성하고, 시료(10)의 표면 몰딩수지가 밀링장치(40)에 의해 기계적으로 밀링되면 에칭액을 시료에 주입하여 시료의 표면 몰딩수지를 화학적 습식 에칭방법으로 제거한다. 또한, 시료(10)의 표면 몰딩수지가 제거되면 각 웨이퍼와 웨이퍼 레이어 사이의 에폭시 층에 에칭액을 주입하여 화학적 습식 에칭방법으로 에폭시 층을 제거하고, 각 웨이퍼가 분리된 후 각 웨이퍼에 형성된 웨이퍼 레이어 중 가용성 웨이퍼 레이어에 에칭액을 주입하여 화학적 습식 에칭방법으로 가용성 웨이퍼 레이어를 제거한다. 에칭액을 생성하기 위하여 사용되는 화학물질로는 황산, 질산, 인산, 불산, 염산, 수산화나트륨, 발연황산 및 발연질산 등의 화학물질 중 하나 또는 두 개 이상을 혼합하여 사용하도록 한다. 바람직하게는, 시료(10)의 표면 몰딩수지, 에폭시 층 및 가용성 웨이퍼 레이어를 에칭할 때 각기 다른 에칭액을 사용하도록 한다. 구체적으로, 표면 몰딩수지와 에폭시 층을 제거하는 에칭액으로는, 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F) 및 발연질산(HNO3_F) 중 하나 또는 두 개 이상을 순수(DI Water)로 희석하여 사용하도록 한다. 또한, 가용성 웨이퍼 레이어를 제거하는 에칭액으로는, 초산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F), 발연질산(HNO3_F), 불산(HF), 염산(HCL), PAE(Poly Alyene Ethers, AL Etchant, H3PO4:HNO3), BOE(Buffered Oxide Etchants, HF:NH4F), Poly Etchant(HNO3:HF:CH3COOH) 및 수산화나트륨(NaOH) 중 하나 또는 두 개 이상을 순수로 희석하여 사용한다. 에칭액 주입장치(50)는 표면 몰딩수지를 제거하는 에칭액을 공급하는 에칭액 공급부, 에폭시 층을 제거하는 에칭액을 공급하는 에칭액 공급부 및 가용성 웨이퍼 레이어를 제거하는 에칭액을 공급하는 에칭액 공급부를 별도로 분리하여 구비하도록 하며, 표면 몰딩수지와 에폭시 층에 대하여는 에칭액 공급부를 동일하게 구성할 수도 있다. 에칭액 주입장치(50)는 제거할 표면 몰딩수지, 에폭시 층 및 가용성 웨이퍼 레이어의 양에 따라 에칭액의 주입량을 조절하는데, 카메라(30)를 이용하여 시료(10)를 촬영하여 제어장치로 전송하면 제어장치가 제거할 표면 몰딩수지, 에폭시 층 및 가용성 웨이퍼 레이어의 양을 산출하고, 에칭액 주입장치는 에칭액 주입관(55)을 통해 산출된 양만큼의 에칭액을 시료(10)에 주입한다. 시료(10)에 에칭액을 주입하는 에칭액 주입관(55)은 공업용 다이아몬드 재질을 사용하며, 특히 가용성 웨이퍼 레이어를 에칭할 때 에칭액 주입관과 웨이퍼가 접촉하면서 웨이퍼가 깨지거나 손상되는 것을 방지하기 위하여 에칭액 주입관의 표면에 완충용 코팅을 하도록 한다.
세척장치(60)는 몰딩수지를 제거하는 공정 전후 또는 공정 중간에 시료(10)를 세척액으로 세척한다. 세척액으로는 아세톤, 순수(DI Water) 또는 이소프로필알콜(IPA) 등을 사용할 수 있다. 세척장치(60)는 시료(10)의 표면에 세척액을 분사하는 세척액 주입관(61, 62)을 포함한다. 바람직하게는, 세척액을 직선형으로 분사하는 세척액 주입관(61)과 분무형으로 분사하는 세척액 주입관(62)을 각기 구비하여 세척 범위나 시료의 종류에 따라 선택적으로 사용하도록 한다. 즉, 시료의 세척 범위 또는 종류에 따라 직선형 또는 분무형 세척액 주입관을 선택하고 밸브를 이용하여 선택된 세척액 주입관으로 세척액을 배출함으로써 세척액을 직선형 또는 분무형으로 분사할 수 있게 된다. 따라서, 분사되는 세척액으로 인해 시료에 가해지는 물리적 충격을 최소화할 수 있으며 세척 효율을 높일 수 있게 된다.
한편, 세척액 주입관(61, 62)으로 세척액을 분사하지 않고 시료(10)를 세척액에 담가 세척하도록 구성할 수도 있다. 이 경우 세척장치(60)는 세척액을 담은 용기 형태로 구성되며, 시료(10)가 장착된 지그(20)를 세척장치로 직접 투입하여 세척한다. 이때, 지그(20)가 일정한 경사진 각도로 투입되도록 함으로써 시료(10)와 세척액의 접촉을 늘려 세척 효과를 높이도록 한다. 또한, 세척장치(60)에 시료(10)가 투입된 상태에서 지그(20)가 Z축 스테이지(27) 위를 짧게 상하 왕복 운동하도록 하여 세척의 효과를 높이도록 한다. 바람직하게는, 세척액이 담긴 용기에 초음파 진동자를 부착함으로써 세척액에 잠긴 시료(10)에 붙은 잔유물을 초음파를 이용하여 제거하도록 한다.
세척장치(60)로 세척이 이루어진 후에는 시료(10)의 표면에 남아 있는 세척액을 건조하여야 한다. 세척액을 건조하는 건조장치는 시료의 표면에 남은 세척액을 기화시켜 제거하는 장치로서, 시료의 표면으로 압축공기를 분사하는 공기 토출관(65) 및 시료의 표면에 빛을 조사하여 복사열로 건조하는 램프(66)를 포함한다. 따라서, 램프(66)에 의한 열 건조와 함께 공기 토출관(65)에 의한 압축공기를 함께 사용하므로 세척액을 효과적으로 제거하고 작업 시간을 단축할 수 있다. 실제로 압축공기와 램프를 동시에 사용할 경우, 램프만을 사용하는 경우에 비하여 건조 시간이 1/2로 단축되었다.
처킹장치(70)는 시료(10)의 각각의 웨이퍼를 분리하여 이송하는 장치로, 에칭액 주입장치(50)에 의해 시료(10)의 표면 몰딩수지와 에폭시 층을 제거하고 밀링장치(40)에 의해 웨이퍼의 배선이 커팅된 후, 각 웨이퍼에 형성된 웨이퍼 레이어를 제거하기 위하여 각각의 웨이퍼를 흡착하여 다음 공정으로 이송한다. 또한, 폴리싱 장치(45)와 에칭액 주입장치(50)에 의해 웨이퍼 레이어(가용성 웨이퍼 레이어, 불용성 웨이퍼 레이어)를 제거함으로써 원하는 레이어(즉, 관찰할 레이어)가 노출된 각각의 웨이퍼를 흡착하여 별도의 스토리지 박스에 보관한다. 처킹장치(70)는 웨이퍼가 손상되는 것을 방지하기 위하여 진공 흡착방식을 사용한다. 따라서, 사용자는 반도체 및 전자부품의 각 웨이퍼의 회로의 구조적 결함이나 전기적 결함을 분석할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 지그의 구성도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 지그(20)는 시료(10)를 장착하고 시료에 주입된 에칭액의 화학반응을 활성화하도록 시료를 가열하기 위하여, 시료가 배치되는 플레이트(21) 및 시료를 가열하는 발열부(22)를 포함한다. 발열부(22)는 전기를 공급받아 열을 발산하는 복수의 전열선(23)을 내부에 포함하여 램프(24)와 함께 시료(10)를 가열하며, SUS 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 발열부(22)는 시료(10)의 중심에 가온할 수 있도록 위치가 결정된다. 또한, 시료(10)의 온도를 검출하기 위하여 지그(20)의 표면 온도를 감지하는 온도센서(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 온도센서를 수평방향으로는 지그(20)의 중앙에 배치하고 수직방향으로는 시료(10)가 배치되는 지그의 표면과 가깝게 배치하여 지그 표면의 온도에 가장 근접한 온도를 감지하도록 한다. 온도센서에 의해 감지된 지그 표면의 온도는 제어장치로 전송되고, 제어장치는 시료(10)의 온도를 검출하여 발열부(22)와 램프(24)의 발열량을 조절함으로써 에칭액의 화학반응에 최적의 온도가 되도록 시료(10)의 온도를 유지한다. 이때, 시료(10)의 온도는 상온에서 300℃ 사이가 되도록 하며, 예를 들어 에칭액으로 질산을 사용할 경우 70℃, 황산을 사용할 경우 90℃가 되도록 하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 지그의 또 다른 실시예의 구성도로서, 도 6(a)는 본 발명에 따른 지그의 또 다른 실시예의 사시도이고, 도 6(b)는 본 발명에 따른 지그의 또 다른 실시예의 단면도이다. 특히, 도 6(b)에서는 지그에 시료(10)를 장착하고 에칭액을 주입한 상태를 도시하였다. 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 지그의 또 다른 실시예(80)는 시료(10)를 욕조와 같이 움푹하게 함몰된 형상을 이루는 웰(84, well)의 내부에 장착하는 구성으로, 플레이트(81), 시료(10)를 가열하는 발열부(82), 내부에 시료를 장착하고 에칭액이 주입되는 웰(84) 및 시료를 웰에 고정하는 조임판(85)을 포함한다. 발열부(82)의 내부에는 전기를 공급받아 열을 발산하는 전열선(83)이 배치되어 램프(24)와 함께 시 료를 가열하도록 한다. 또한, 조임판(85)은 시료(10)가 이탈하지 않도록 시료의 테두리부를 감싸며 하나 이상의 스프링(86)에 의해 웰(84)의 내 측면에 지지된다. 즉, 스프링(86)이 조임판(85)과 웰(84)의 내 측면 사이에 장착되어 조임판과 웰의 내 측면을 지지하면서 조임판을 웰에 고정하게 된다. 따라서, 웰(84)에 시료(10)를 배치한 상태에서 에칭액 주입장치(50)로 에칭액을 주입하면 시료가 에칭액 속에 담가진 상태가 되므로 에칭액에 의한 화학반응을 더욱 활성화하여 표면 몰딩수지, 에폭시 층 및 가용성 웨이퍼 레이어의 제거를 보다 효과적으로 할 수 있다. 또한, 시료(10)는 조임판(85)과 스프링(86)에 의해 웰(84)의 내부에 고정되므로 에칭액 주입관(55)에 의한 에칭액의 주입시나 세척액 주입관(61, 62)에 의한 세척액 분사시 시료가 이탈하는 것을 방지하고 시료에 가해지는 충격을 완충시킬 수 있다. 한편, 지그의 또 다른 실시예(80) 역시 시료(10)의 온도를 검출하기 위하여 지그의 표면 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하며, 제어장치는 온도센서에 의해 감지된 지그 표면의 온도로부터 시료(10)의 온도를 검출하고 발열부(82)와 램프(24)의 발열량을 조절하여 에칭액의 화학반응에 최적의 온도가 되도록 시료의 온도를 유지한다.
도 7은 본 발명에 따른 에칭액 주입장치의 구성도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 에칭액 주입장치(50)는 화학물질과 희석액을 혼합하여 에칭액을 생성하고 시료(10)에 주입하여 표면 몰딩수지, 에폭시 층 및 가용성 웨이퍼 레이어를 제거하며, 에칭액을 생성하여 공급하는 에칭액 공급부(51, 52, 53), 바디 부(54), 에칭액 공급부로부터 공급되는 에칭액을 시료에 주입하는 에칭액 주입관(55), 에칭액과 시료의 화학반응시 발생하는 가스를 흡입하여 배출하는 가스 흡입부(56) 및 시료에 세척액을 주입하는 세척액 주입관(57)을 포함한다.
에칭액 공급부(51, 52, 53)는 화학물질과 희석액을 혼합하여 시료(10)의 표면 몰딩수지, 에폭시 층 및 가용성 웨이퍼 레이어를 제거하기 위한 에칭액을 생성하여 에칭액 주입관(55)으로 공급한다. 화학물질로는 황산, 질산, 인산, 불산, 염산, 수산화나트륨, 발연황산 및 발연질산 등의 화학물질 중 하나 또는 두 개 이상을 혼합하여 사용하도록 하며, 바람직하게는 시료(10)의 표면 몰딩수지, 에폭시 층 및 가용성 웨이퍼 레이어에 대하여 각기 다른 에칭액을 생성하여 사용하도록 한다. 이에 따라, 에칭액 공급부(51, 52, 53)는 시료(10)의 표면 몰딩수지를 제거하는 에칭액을 공급하는 제 1 에칭액 공급부(51), 가용성 웨이퍼 레이어를 제거하는 에칭액을 공급하는 제 2 에칭액 공급부(52) 및 에폭시 층을 제거하는 에칭액을 공급하는 제 3 에칭액 공급부(53)로 구분된다. 표면 몰딩수지와 에폭시 층에 대하여는 하나의 에칭액 공급부로 구성할 수도 있음은 물론이다. 제 1 에칭액 공급부(51)와 제 3 에칭액 공급부(53)는 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F) 및 발연질산(HNO3_F) 중 하나 또는 두 개 이상을 순수(DI Water)로 희석하여 에칭액을 생성한다. 또한, 제 2 에칭액 공급부(52)는 초산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F), 발연질산(HNO3_F), 불산(HF), 염산(HCL), PAE(Poly Alyene Ethers, AL Etchant, H3PO4:HNO3), BOE(Buffered Oxide Etchants, HF:NH4F), Poly Etchant(HNO3:HF:CH3COOH) 및 수산화나트륨(NaOH) 중 하나 또는 두 개 이상을 순수로 희석하여 에칭액을 생성한다. 각각의 화학물질은 선택적으로 사용하거나 두 개 이상을 서로 혼합하여 사용할 수 있다. 제 1 에칭액 공급부(51), 제 2 에칭액 공급부(52) 및 제 3 에칭액 공급부(53)에 의해 생성된 에칭액은 각기 제 1 에칭액 공급라인(51a), 제 2 에칭액 공급라인(52a) 및 제 3 에칭액 공급라인(53a)을 통해 에칭액 주입관(55)으로 공급되고 시료(10)에 주입되어 표면 몰딩수지, 가용성 웨이퍼 레이어 및 에폭시 층을 습식 에칭한다. 제 1 에칭액 공급부, 제 2 에칭액 공급부 및 제 3 에칭액 공급부는 에칭액 주입관으로 에칭액을 배출하는 펌프를 포함할 수도 있다. 한편, 도 7에 도시한 각각의 에칭액 공급부, 에칭액 공급라인 및 에칭액 주입관의 구성은 하나의 실시예를 도시한 것으로 이와 상이한 구성으로 변형 실시가 가능함은 물론이다.
에칭액 주입관(55)은 제 1 내지 제 3 에칭액 공급부(51, 52, 53)로부터 공급되는 에칭액을 시료(10)에 주입하여 습식 에칭을 통해 표면 몰딩수지, 가용성 웨이퍼 레이어 및 에폭시 층을 제거한다. 에칭액 주입관(55)은 제 1 내지 제 3 에칭액 공급부(51, 52, 53)에서 공급되는 에칭액을 각기 주입하도록 세 개를 구비하거나 하나의 에칭액 주입관을 세 개의 에칭액 공급부(51, 52, 53)와 연결하여 사용할 수 있다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 3 에칭액 공급부를 하나의 에칭액 주입관에 연결할 수도 있다. 에칭액 주입관(55)은 최소 10㎛2에서 1㎝2 범 위에 분사할 수 있는 노즐로, 시료(10)의 국부 습식 또는 전체 습식을 할 수 있는 노즐이다. 에칭액 주입관(55)은 에칭액에 의해 에칭되지 않아야 하고 시료(10)에 자주 접촉하여도 무디어지지 않아야 한다. 바람직하게는 에칭액 주입관(55)을 공업용 다이아몬드 재질로 형성하도록 하며, 특히 웨이퍼 사이의 가용성 웨이퍼 레이어를 제거할 때 에칭액 주입관이 웨이퍼와 접촉하여 웨이퍼가 깨지거나 손상되는 것을 방지하기 위하여 에칭액 주입관의 표면에는 완충용 코팅을 하도록 한다. 종래에는 에칭액 주입관(55)으로 티타늄 재질을 사용하였는데, 이 경우 시료(10)의 표면 몰딩수지나 에폭시 층을 제거할 때에는 별다른 문제가 없으나 웨이퍼 사이의 가용성 웨이퍼 레이어를 제거할 때에는 에칭액 주입관이 웨이퍼와 접촉하는 경우가 발생하여 에칭액 주입관의 강도에 의해 웨이퍼가 깨지거나 손상될 수 있다. 따라서, 공업용 다이아몬드 재질로 에칭액 주입관(55)을 생성하고 표면에 완충용 코팅을 함으로써 에칭액 주입관이 웨이퍼와 접촉하더라도 웨이퍼가 깨지거나 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 티타늄 재질의 에칭액 주입관은 1회 토출량이 2㎕이지만 다이아몬드 재질의 에칭액 주입관은 1회 토출량이 1㎕이므로 1 내지 100㎛의 국부 웨이퍼 에칭에 보다 적합하게 사용할 수 있다. 에칭액 주입관(55)은, 수십 ㎛ 이상의 두께를 갖는 금속선 또는 금속판으로 이루어진 금속팁의 끝부분을 수 ㎚의 곡률반경을 갖도록 미세 가공한 후, 다이아몬드 등의 물질을 코팅하고 코팅된 양끝 부분을 제거하고 기판 물질인 금속팁을 제거하여 제조할 수 있다. 한편, 에칭액 주입관(55)이 제 1 에칭액 공급부(51), 제 2 에칭액 공급부(52) 및 제 3 에칭액 공급부(53)에 대하여 각기 구비되는 경우, 표면 몰딩수지와 에폭시 층을 제거하 는 에칭액을 주입하는 에칭액 주입관은 종래와 같이 티타늄 재질로 형성할 수도 있다.
가스 흡입부(56)는 시료(10)에 에칭액을 주입하여 화학반응이 일어날 때 발생하는 미세 화학가스를 흡입하며, 가스 흡입부에 의해 흡입된 가스는 배기파이프(56a)를 통해 배출된다.
세척액 주입관(57)은 에칭액 주입관(55)을 시료(10)에 밀착시킨 상태에서 세척액을 주입하여 시료에 묻어있는 오염물질을 제거하고, 에칭 도중에 시료에 세척액을 주입하여 화학반응으로 생긴 찌꺼기가 에칭액 주입관에 달라붙지 않도록 제거한다. 세척액으로는 아세톤이나 순수(DI Water)를 사용할 수 있으며, 세척액 주입관(57)으로 주입된 세척액은 에칭액 주입관을 타고 흘러 내려 시료로 주입된다.
도 8은 본 발명에 따른 처킹장치의 구성도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 처킹장치(70)는, 시료(10)의 분리된 웨이퍼에 접촉하는 처킹 플레이트(71), 웨이퍼를 흡착하는 흡착부(72) 및 에어를 흡입하여 흡착부에 진공 흡입력을 발생하는 에어 흡입부(73)를 포함한다. 바람직하게는, 웨이퍼의 흡착시 웨이퍼가 충격으로 인해 깨지는 것을 방지하기 위하여 흡착부(72)를 고무로 이루어진 가스켓으로 구성하도록 하며, 고온 및 강산으로 인한 부식을 방지하기 위하여 흡착부의 재질로 불소고무를 사용하도록 한다. 처킹장치(70)는 시료(10)의 표면 몰딩수지와 에폭시 층을 모두 제거하고 밀링장치(40)에 의해 각 웨이퍼를 연결하는 베선을 커팅한 후에 독립적으로 분리된 각각의 웨이퍼를 진공 흡착하여 웨이퍼 레이 어 제거를 위한 공정으로 이송한다. 또한, 웨이퍼 레이어의 제거에 의해 원하는 레이어가 노출되면 웨이퍼를 다시 진공 흡착하여 별도의 스토리지 박스(storage box)에 분류하여 보관한다. 따라서, 사용자는 분류 보관된 각각의 웨이퍼를 관찰하여 회로의 구조적 결함이나 전기적 결함을 분석할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 과정의 흐름도이다. 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 과정을 설명하면 이하와 같다.
몰딩수지를 제거하여 회로의 구조적/전기적 결함을 분석할 패키지된 반도체 칩 또는 전자부품(시료, 10)을 지그(20)에 고정한다. 도 6에 도시한 바와 같이 지그(80)가 구성되는 경우 조임판(85)와 스프링(86)을 이용하여 시료(10)를 웰(84)의 내부에 고정하도록 한다. 지그(20)는 XYZ축 스테이지(25, 26, 27)에 의해 카메라(30)의 하단부로 이동하고, 카메라는 시료(10)를 촬영하여 제어장치로 전송한다(ST800). 제어장치는 촬영된 시료(10)를 디스플레이하고 시료의 표면 몰딩수지를 제거할 부분과 밀링작업이 이루어질 깊이와 범위를 산출한다(ST805).
밀링장치(40)는 제어장치의 제어신호에 의해 시료(10)의 표면 몰딩수지를 밀링한다(ST810). 이때, 밀링장치(40)와 지그(20)는 XYZ축 스테이지(25, 26, 27)에 의해 함께 상하 좌우로 움직이면서 시료(10)의 제거될 표면 몰딩수지와 밀링장치를 접촉시켜 기계적으로 제거한다.
밀링작업이 완료되면 지그(20)는 다시 카메라(30)로 이동하고 카메라에 의해 촬영된 영상은 제어장치로 전송된다. 제어장치는 촬영된 영상을 디스플레이하고 표면 몰딩수지를 제거할 범위, 즉 제거할 표면 몰딩수지의 양을 산출하고 에칭액의 혼합비율과 주입량을 산출한다(ST815). 또한, 에칭액에 따라 적정 반응온도 역시 함께 산출하도록 한다.
지그(20)는 XYZ축 스테이지(25, 26, 27)에 의해 에칭액 주입관(55)의 하부로 이동한다. 에칭액 주입장치(50)의 제 1 에칭액 공급부(51)는 제어장치의 제어신호에 따라 화학물질과 희석액을 혼합하여 에칭액을 생성한 후 제 1 에칭액 공급라인(51a)을 통해 에칭액 주입관(55)으로 에칭액을 공급하고, 에칭액 주입관은 시료(10)에 에칭액을 주입하여 표면 몰딩수지를 습식 에칭한다(ST820). 이때, 시료(10)가 하나의 웨이퍼로 이루어지는 경우 표면 몰딩수지를 제거하면 웨이퍼가 바로 노출되므로, 최소 1㎛~100㎛ 단위의 구역에 최소량의 에칭액을 분사하여 원하는 구역 내의 표면 몰딩수지를 점차적으로 제거한다. 에칭액의 화학반응으로 발생하는 가스는 가스 흡입부(56)를 통해 배기파이프(56a)로 배출된다. 또한, 세척액 주입관(57)은 시료(10)에 에칭액을 주입하기 전 또는 에칭 공정의 중간에 세척액을 시료에 주입하여 화학반응으로 생긴 찌꺼기를 제거한다. 밀링작업 후 에칭액을 주입하기 전에 지그(20)를 세척장치(60)로 이송하여 시료(10)를 세척함으로써 밀링작업으로 시료의 표면에 남은 표면 몰딩수지의 찌꺼기를 제거할 수도 있다. 한편, 도 6에 도시한 바와 같이 지그(80)가 구성되는 경우, 지그가 에칭액 주입장치(50)의 하부로 이동하여 에칭액 주입관(55)으로부터 일정 양의 에칭액이 주입되면 시료(10)는 도 6(b)에 도시한 바와 같이 에칭액 속에 담가진 상태가 된다. 따라서, 에칭액의 반응을 보다 활성화시켜 표면 몰딩수지를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
지그(20, 80)의 온도센서는 지그의 표면 온도를 감지하여 제어장치로 전송하고, 제어장치는 지그의 표면 온도를 통해 시료의 온도를 산출한 후 산출된 온도에 따라 램프(24) 및 발열부(22, 82)를 동작시킨다(ST825). 즉, 램프(24)와 전열선(23, 83)에 전원을 공급하여 시료(10)를 상하에서 복합적으로 가열한다. 온도센서는 지그 표면의 온도를 실시간 또는 일정 주기마다 제어장치로 전송하고, 제어장치는 수신한 온도에 따라 램프(24)와 발열부(22, 82)를 제어하여 시료(10)를 적정온도로 유지한다. ST820 단계와 ST825 단계는 동시에 수행되며, 에칭액을 주입하는 ST820 단계 전에 ST825 단계를 수행할 수도 있다. 한편, 에칭 공정 시간을 단축하기 위하여 지그(20)의 표면에 진동자를 설치하여 지그가 진동자에 의해 진동하여 에칭액과 몰딩수지의 화학적 반응을 촉진할 수도 있다.
에칭액을 주입한 후 일정 시간이 경과하면, 지그(20)는 XYZ축 스테이지(25, 26, 27)에 의해 세척장치(60)로 이동하고 세척액 주입관(61, 62)을 통해 세척액을 분사하여 시료(10) 표면의 에칭액과 찌꺼기를 세척하고 공기 토출관(65)과 램프(66)를 이용하여 건조한다(ST830). 이때, 지그(80)가 도 6과 같이 구성되는 경우, 지그를 180°회전시켜 에칭액과 찌꺼기를 버린 후 세척액 주입관(61, 62)을 통해 하부에서 세척액을 분사하도록 한다. 이 경우 도 2에 도시한 세척액 주입관(61, 62)은 상하 반대 방향으로 배치될 것이다. 이때 시료(10)는 조임판(85)과 스프링(86)에 의해 웰(84)에 안정적으로 고정되므로 세척액의 분사로 인해 웰로부터 이탈하지 않게 된다.
시료(10)를 세척 및 건조한 후 지그(20, 80)는 카메라(30)로 이동하고, 카메라는 시료(10)를 촬영하여 제어장치로 전송한다. 제어장치는 촬영된 영상을 디스플레이하여 사용자가 표면 몰딩수지가 완전히 제거되었는지 확인하도록 한다(ST835).
ST835에서 표면 몰딩수지가 완전히 제거되지 않은 경우 ST815 내지 ST830의 에칭 및 세척 공정을 반복적으로 수행한다. 상기 에칭 및 세척 공정은 시료(10)의 표면 몰딩수지가 충분히 제거될 때까지 수행된다. 이때, 시료(10)가 하나의 웨이퍼로 이루어진 경우, 표면 몰딩수지를 제거하면 웨이퍼가 바로 노출되므로, 에칭과 세척을 반복하는 과정에서 웨이퍼가 노출되기 시작하면 에칭액을 점차 희석하여 주입하도록 한다. 따라서, 웨이퍼나 전자부품이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
ST835에서 표면 몰딩수지가 완전히 제거되면 지그(20, 80)는 다시 카메라(30)로 이동하고 카메라에 의해 촬영된 영상은 제어장치로 전송된다. 제어장치는 촬영된 영상을 디스플레이하고 에폭시 층을 제거할 범위, 즉 제거할 에폭시 층의 양을 산출하여 에칭액의 혼합비율과 주입량 및 반응온도를 산출한다(ST840).
지그(20, 80)는 에칭액 주입관(55)의 하부로 이동하고, 에칭액 주입장치(50)의 제 3 에칭액 공급부(53)는 제어장치의 제어신호에 따라 화학물질과 희석액을 혼합하여 에칭액을 생성한 후 제 3 에칭액 공급라인(53a)을 통해 에칭액 주입관(55)으로 에칭액을 공급하고, 에칭액 주입관은 시료(10)에 에칭액을 주입하여 에폭시 층을 습식 에칭한다(ST845). 이때, 제어장치는 온도센서에 의해 감지된 지그의 표면 온도로부터 시료(10)의 온도를 산출하고 산출된 온도에 따라 램프(24) 및 발열부(22, 82)를 동작하여 시료를 가열한다. 한편, 시료(10)가 에폭시 층을 포함하지 않는 경우 에폭시 층 제거공정을 생략하고 시료를 웨이퍼 레이어 제거공정(ST870 내지 ST915)으로 이송하도록 한다.
에칭액을 주입한 후 일정 시간이 경과하면, 지그(20, 80)는 세척장치(60)로 이동하고 세척액 주입관(61, 62)을 통해 세척액을 분사하여 시료(10) 표면의 에칭액과 찌꺼기를 세척하고 공기 토출관(65)과 램프(66)를 이용하여 건조한다(ST850). 상기한 바와 같이, 지그(80)가 도 6과 같이 구성되는 경우 지그를 180°회전시켜 에칭액과 찌꺼기를 버린 후 세척액 주입관(61, 62)을 통해 하부에서 세척액을 분사하여 세척하도록 한다.
시료(10)를 세척 및 건조한 후 지그(20, 80)는 카메라(30)로 이동하고, 카메라는 시료(10)를 촬영하여 제어장치로 전송한다. 제어장치는 촬영된 영상을 디스플레이하여 사용자가 에폭시 층이 완전히 제거되었는지 확인하도록 한다(ST855).
ST855에서 에폭시 층이 완전히 제거되지 않은 경우 ST840 내지 ST850의 에칭 및 세척 공정을 반복적으로 수행한다.
ST855에서 에폭시 층이 완전히 제거되면, 시료(10)는 복수의 웨이퍼를 연결하는 배선이 노출된다. 지그(20, 80)는 XYZ축 스테이지(25, 26, 27)에 의해 밀링장치(40)의 하부로 이동하고, 밀링장치는 제어장치의 제어신호에 의해 최상위에 배치된 웨이퍼의 배선을 커팅하여 시료(10)와 분리한다(ST860). 지그(20)는 XYZ축 스테이지(25, 26, 27)에 의해 처킹장치(70)의 하부로 이동하고, 처킹장치는 독립적 으로 분리된 최상위의 웨이퍼를 진공 흡착하여 웨이퍼 레이어 제거공정으로 이송한다(ST865). 구체적으로, 웨이퍼 레이어 제거를 위한 별도의 지그(20, 80)에 분리된 웨이퍼를 이송하여 장착한다. 한편, 표면 몰딩수지와 에폭시 층을 제거한 시료(10)를 처킹장치(70)가 진공 흡착하여 별도의 스토리지에 보관한 후, 밀링장치(40)가 별도의 스토리지에 보관된 시료로부터 최상위 웨이퍼를 분리하고 처킹장치가 분리된 웨이퍼를 원래의 지그(20, 80)에 이송 및 장착할 수도 있다.
시료(10)로부터 분리된 웨이퍼를 장착한 지그(20, 80)는 카메라(30)로 이동하고, 카메라에 의해 촬영된 영상은 제어장치로 전송된다. 표면 몰딩수지와 에폭시 층을 제거한 후 분리된 웨이퍼의 경우 웨이퍼 레이어가 노출된다. 제어장치는 카메라(30)로부터 수신된 촬영 영상을 통해 제거할 웨이퍼 레이어가 가용성 웨이퍼 레이어인지 불용성 웨이퍼 레이어인지 판단한다(ST870).
ST870에서 제거할 웨이퍼 레이어가 가용성 웨이퍼 레이어인 경우, 제어장치는 제거할 가용성 웨이퍼 레이어의 양과 에칭액의 혼합비율 및 주입량을 산출하고, 에칭액의 적정 반응온도를 산출한다(ST875).
지그(20, 80)는 다시 XYZ축 스테이지(25, 26, 27)에 의해 에칭액 주입관(55)의 하부로 이동하고, 에칭액 주입장치(50)의 제 2 에칭액 공급부(52)는 화학물질과 희석액을 혼합하여 가용성 웨이퍼 레이어를 제거할 에칭액을 생성하여 제 2 에칭액 공급라인(52a)을 통해 에칭액 주입관(55)으로 공급하고 에칭액 주입관은 시료(10)에 에칭액을 주입하여 가용성 웨이퍼 레이어를 습식 에칭한다(ST880). 이때, 시료(10)의 가용성 웨이퍼 레이어를 제거하면 웨이퍼가 바로 노출되므로, 최소 1 ㎛~100㎛ 단위의 구역에 최소량의 에칭액을 분사하여 원하는 구역 내의 웨이퍼 레이어를 점차적으로 제거한다. 또한, 제어장치는 지그(20, 80)의 온도센서로부터 지그의 표면 온도를 수신하고 램프(24)와 발열부(22, 82)를 제어하여 시료(10)를 에칭액이 화학반응하는데 적정온도로 가열한다. 또한, 에칭액 주입장치(50)의 가스 흡입부(56)는 화학반응으로 발생하는 가스를 흡입하여 배출하고, 세척액 주입관(57)은 화학반응으로 생긴 찌꺼기를 세척액으로 제거한다.
에칭액을 주입한 후 일정 시간이 경과하면, 지그(20, 80)는 세척장치(60)로 이동하고 세척액 주입관(61, 62)을 통해 세척액을 분사하여 시료(10) 표면의 에칭액과 찌꺼기를 세척하고 공기 토출관(65)과 램프(66)를 이용하여 건조한다(ST885). 상기한 바와 같이, 지그(80)가 도 6과 같이 구성되는 경우 지그를 180°회전시켜 에칭액과 찌꺼기를 버린 후 세척액 주입관(61, 62)을 통해 하부에서 세척액을 분사하여 세척하도록 한다.
시료(10)를 세척 및 건조한 후 지그(20, 80)는 카메라(30)로 이동하고, 카메라는 시료를 촬영하여 제어장치로 전송한다. 제어장치는 촬영된 영상을 디스플레이하여 사용자가 가용성 웨이퍼 레이어가 완전히 제거되었는지 확인하도록 한다(ST890).
ST890에서 가용성 웨이퍼 레이어가 완전히 제거되지 않은 경우 ST875 내지 ST885의 습식 에칭 및 세척 공정을 반복 수행한다.
ST870에서 제거할 웨이퍼 레이어가 가용성 웨이퍼 레이어가 아닌 경우, 즉 불용성 웨이퍼 레이어인 경우, 제어장치는 불용성 웨이퍼 레이어를 제거할 범위, 즉 폴리싱할 깊이와 범위를 산출한다(ST895).
폴리싱 장치(45)는 제어장치의 제어신호에 의해 시료(10)의 불용성 웨이퍼 레이어를 폴리싱하여 제거한다(ST900). 즉, 시료(10)와의 마찰면으로 슬러리를 공급하고 슬러리의 마찰력을 이용하여 불용성 웨이퍼 레이어를 제거한다. 폴리싱 작업이 완료되면 지그(20, 80)는 다시 카메라(30)로 이동하고 카메라에 의해 촬영된 영상은 제어장치로 전송된다.
ST875 내지 ST890 또는 ST895 및 ST900에서 가용성 웨이퍼 레이어와 불용성 웨이퍼 레이어를 제거하면, 제어장치는 원하는 레이어, 즉 관찰할 레이어가 노출되었는지를 판단한다(ST905). 상기한 바와 같이, 웨이퍼 레이어는 가용성 웨이퍼 레이어와 불용성 웨이퍼 레이어를 포함하며 각각의 웨이퍼 레이어가 불특정하게 멀티 레이어로 적층된다. 따라서, 하나의 웨이퍼 레이어를 제거한 후 원하는 레이어가 노출되었는지를 판단하여 다음 웨이퍼 레이어를 제거하거나 웨이퍼 레이어 제거공정을 완료하고 시료를 배출하게 된다.
ST905에서 원하는 레이어가 노출되지 않은 경우, 즉 제거할 웨이퍼 레이어(가용성 웨이퍼 레이어, 불용성 웨이퍼 레이어)가 남은 경우 ST870 내지 ST900 단계를 통해 다시 웨이퍼 레이어를 제거한다.
ST905에서 원하는 레이어가 노출된 경우, 지그(20, 80)는 처킹장치(70)의 하부로 이동하고 처킹장치는 웨이퍼 레이어 제거공정이 완료된 웨이퍼를 진공 흡착하여 스토리지 박스로 이송 및 보관한다(ST910).
제어장치는 시료(10)의 모든 웨이퍼가 분리되었는지를 판단한다(ST915). ST915에서 분리되지 않은 웨이퍼가 있는 경우 시료의 다음 웨이퍼에 대하여 ST860 내지 ST910 단계를 반복 수행한다. 즉, 밀링장치(40)로 두 번째 웨이퍼의 배선을 커팅하여 분리한 후 분리된 웨이퍼의 웨이퍼 레이어(가용성 웨이퍼 레이어, 불용성 웨이퍼 레이어)를 제거한 후 스토리지 박스로 이동한다.
모든 웨이퍼를 분리하여 스토리지 박스에 저장하면 사용자가 각 웨이퍼를 관찰하여 회로의 결함 여부를 판단한다.
본 발명에 따른 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템 및 방법은 이하와 같은 효과가 있다.
1. 각 몰딩수지의 종류에 따라 최적의 방법으로 제거하므로 패키지된 반도체 및 전자부품의 디캡핑을 용이하게 수행할 수 있다. 구체적으로, 표면 몰딩수지를 기계적 밀링방법과 화학적 습식 에칭방법으로 제거하고, 에폭시 층을 화학적 습식 에칭방법으로 제거하며, 웨이퍼 레이어 중 가용성 웨이퍼 레이어는 화학적 습식 에칭방법으로, 불용성 웨이퍼 레이어는 기계적 폴리싱 방법으로 제거하므로, 각 층의 특성에 따라 적합한 방법을 통해 빠르고 정확한 디캡핑이 가능하다. 또한, 각 단위공정을 자동화 및 규격화하여 하나의 웨이퍼로 이루어진 반도체 및 전자부품뿐만 아니라 복수의 웨이퍼가 멀티 레이어를 구성하는 반도체 및 전자부품, 그리고 웨이퍼 사이에 가용성 웨이퍼 레이어와 불용성 웨이퍼 레이어가 혼합되어 있는 경우에도 공통적으로 적용할 수 있다.
2. 발열부와 램프를 통해 시료를 위아래에서 복합적으로 가열하고 온도센서를 통해 지그의 표면온도를 감지하여 시료의 온도를 산출할 수 있으므로, 에칭액이 화학반응하는데 최적의 온도로 시료를 효과적으로 가열하고 가열된 온도를 유지할 수 있어 에칭액의 화학반응 시간을 줄일 수 있다.
3. 습식 에칭시 표면 몰딩수지, 에폭시 층 및 가용성 웨이퍼 레이어에 따라 서로 다른 에칭액을 사용하므로 보다 빠르고 효과적인 에칭작업이 가능하다.
4. 에칭액으로 제거할 수 없었던 불용성 웨이퍼 레이어(Nitride 계열 등)를 기계적 폴리싱 방법에 의해 제거하므로 웨이퍼의 손상 없이 효과적으로 제거할 수 있다.
5. 지그에 욕조와 같이 함몰 형성된 웰을 구비함으로써 에칭액 속에 시료를 담근 상태에서 습식 에칭이 이루어지므로 에칭작업을 보다 빠르고 효과적으로 수행할 수 있다. 또한, 조임판과 스프링을 이용하여 시료를 웰의 내부에 고정하므로 에칭액의 주입시 또는 세척액의 분사시 시료가 웰에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
6. 에칭액 주입관이 공업용 다이아몬드 재질로 이루어지고 표면에 완충용 코팅이 이루어지므로 에칭액을 주입할 때 에칭액 주입관이 웨이퍼와 접촉하더라도 웨이퍼가 깨지거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
7. 표면 몰딩수지, 에폭시 층 및 가용성 웨이퍼 레이어의 습식 에칭시 화학반응으로 인해 발생하는 가스를 가스 흡입부가 흡입하여 배출할 수 있으며, 습식 에칭공정 전이나 공정 중에 세척액 주입관을 통해 시료에 세척액을 주입하여 화학 반응으로 생긴 찌꺼기 등이 에칭액 주입관에 달라붙는 것을 방지할 수 있다.
8. 웨이퍼 레이어를 제거하고 배선을 절단하여 독립적으로 분리된 각 웨이퍼를 진공 흡입 방식으로 처킹하여 스토리지 박스에 분류 저장하므로, 처킹시 웨이퍼의 손상을 방지하고 복수의 웨이퍼의 회로를 효과적으로 검사할 수 있다. 또한, 웨이퍼를 흡착하는 흡착부를 고무, 특히 불소고무로 이루어진 가스켓으로 구성함으로써 웨이퍼가 손상되는 것을 방지하고 흡착부가 고온 및 강산으로 인해 부식되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해 되어져야 한다.

Claims (15)

  1. 하나 이상의 웨이퍼; 상기 각 웨이퍼의 적어도 일면에 복수의 레이어로 적층 형성되어 전기소자를 형성하는 웨이퍼 레이어; 상기 각 웨이퍼에 대하여 하나의 웨이퍼에 적층된 상기 웨이퍼 레이어와 인접한 또 다른 웨이퍼 사이를 절연하기 위하여 에폭시로 적층되는 에폭시 층; 및 상기 각 웨이퍼, 웨이퍼 레이어 및 에폭시 층을 감싸는 표면 몰딩수지를 포함하는 패키지된 반도체 및 전자부품에 대하여, 내부의 회로 상태 및 불량 여부를 검사할 상기 반도체 및 전자부품인 시료의 외부를 감싸는 상기 표면 몰딩수지를 제거한 후, 상기 에폭시 층을 제거하여 상기 각 웨이퍼를 독립적으로 분리하고, 독립적으로 분리된 각 웨이퍼에 대하여 검사할 레이어가 노출될 때까지 상기 웨이퍼 레이어를 제거하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템으로서,
    상기 시료를 고정하는 지그;
    상기 에폭시 층을 제거함으로써 노출되며 상기 각 웨이퍼 사이를 연결하는 배선을 커팅하여 상기 각 웨이퍼를 독립적으로 분리하는 밀링장치;
    상기 독립적으로 분리된 각 웨이퍼를 처킹하여 이송하는 처킹장치;
    하나 이상의 화학물질과 희석액을 혼합하여 에칭액을 생성하고, 상기 에칭액을 상기 시료의 에폭시 층과 웨이퍼 레이어에 주입하여 화학적으로 습식 에칭하는 에칭액 주입장치; 및
    상기 에칭액이 주입된 시료를 세척액으로 세척하는 세척장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템.
  2. 하나 이상의 웨이퍼; 상기 각 웨이퍼의 적어도 일면에 복수의 레이어로 적층 형성되어 전기소자를 형성하는 산화막, Nitride 막 및 금속막을 포함하는 웨이퍼 레이어; 및 상기 각 웨이퍼와 웨이퍼 레이어를 감싸는 표면 몰딩수지를 포함하고, 상기 웨이퍼 레이어가, 화학적 습식 에칭방법으로 용이하게 제거되는 가용성 웨이퍼 레이어; 및 화학적 습식 에칭방법으로 용이하게 제거되지 않는 불용성 웨이퍼 레이어가 무작위로 복수의 레이어를 형성하는 패키지된 반도체 및 전자부품에 대하여, 내부의 회로 상태 및 불량 여부를 검사할 상기 반도체 및 전자부품인 시료의 외부를 감싸는 표면 몰딩수지를 제거하고 상기 각 웨이퍼를 독립적으로 분리하여, 독립적으로 분리된 각 웨이퍼에 대하여 검사할 레이어가 노출될 때까지 상기 웨이퍼 레이어를 제거하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템으로서,
    상기 시료를 고정하는 지그;
    상기 시료의 불용성 웨이퍼 레이어에 접촉하여 마찰력에 의해 기계적으로 폴리싱하여 상기 불용성 웨이퍼 레이어를 제거하는 폴리싱 장치;
    하나 이상의 화학물질과 희석액을 혼합하여 에칭액을 생성하고, 상기 에칭액을 상기 시료의 가용성 웨이퍼 레이어에 주입하여 화학적으로 습식 에칭하는 에칭액 주입장치; 및
    상기 에칭액이 주입된 시료를 세척액으로 세척하는 세척장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지그가,
    상기 시료가 배치되는 플레이트;
    전기를 공급받아 열을 발산하는 복수의 전열선을 내부에 포함하는 발열부; 및
    상기 지그의 표면 온도를 감지하는 온도센서를 포함하고,
    상기 발열부가, 상기 에칭액의 화학반응이 활성화되는 온도로 상기 시료를 가열하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지그가,
    플레이트;
    전기를 공급받아 열을 발산하는 복수의 전열선을 내부에 포함하고 상기 플레이트의 상부에 배치되는 발열부;
    움푹하게 함몰된 형상을 이루어 내부에 상기 시료를 장착하고, 상기 에칭액 주입장치를 통해 주입되는 에칭액을 내부에 담는 웰(well);
    상기 시료의 테두리를 감싸서 고정하는 조임판;
    상기 조임판과 상기 웰의 내 측면 사이를 지지하여 상기 조임판을 웰에 고정하는 하나 이상의 스프링; 및
    상기 지그의 표면 온도를 감지하는 온도센서를 포함하고,
    상기 발열부가, 상기 에칭액의 화학반응이 활성화되는 온도로 상기 시료를 가열하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템이,
    상기 에칭액이 주입되면 상기 시료에 복사열을 가하는 램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에칭액 주입장치가,
    상기 에칭액을 주입하는 에칭액 주입관;
    상기 에칭액의 화학반응시 발생하는 가스를 흡입하여 배출하는 가스 흡입부; 및
    상기 에칭액의 화학반응시 발생하는 찌꺼기가 상기 에칭액 주입관에 달라붙는 것을 방지하기 위하여 상기 시료에 세척액을 주입하는 세척액 주입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 에칭액 주입관이 공업용 다이아몬드 재질로 이루어지고, 표면이 완충용 코팅된 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 에칭액 주입장치가,
    상기 에폭시 층을 습식 에칭하는 에칭액으로, 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F) 및 발연질산(HNO3_F) 중 하나 이상의 상기 화학물질과, 순수(DI Water)를 포함하는 상기 희석액을 혼합하여 생성하고,
    상기 웨이퍼 레이어를 습식 에칭하는 에칭액으로, 초산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F), 발연질산(HNO3_F), 불산(HF), 염산(HCL), PAE(Poly Alyene Ethers, AL Etchant, H3PO4:HNO3), BOE(Buffered Oxide Etchants, HF:NH4F), Poly Etchant(HNO3:HF:CH3COOH) 및 수산화나트륨(NaOH) 중 하나 이상의 상기 화학물질과, 순수를 포함하는 상기 희석액을 혼합하여 생성하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 에칭액 주입장치가,
    상기 가용성 웨이퍼 레이어를 습식 에칭하는 에칭액으로, 초산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F), 발연질산(HNO3_F), 불산(HF), 염산(HCL), PAE(Poly Alyene Ethers, AL Etchant, H3PO4:HNO3), BOE(Buffered Oxide Etchants, HF:NH4F), Poly Etchant(HNO3:HF:CH3COOH) 및 수산화나트륨(NaOH) 중 하나 이상의 상기 화학물질과, 순수(DI Water)를 포함하는 상기 희석액을 혼합하여 생성하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 세척액으로 순수, 아세톤 및 이소프로필알콜(IPA) 중 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 처킹장치가,
    상기 독립적으로 분리된 각 웨이퍼에 접촉하는 처킹 플레이트;
    상기 각 웨이퍼를 진공 흡착하며 불소고무 재질의 가스켓으로 구성되는 흡착부; 및
    에어를 흡입하여 상기 흡착부에 진공 흡입력을 발생하는 에어 흡입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 시스템.
  12. 하나 이상의 웨이퍼; 상기 각 웨이퍼의 적어도 일면에 복수의 레이어로 적층 형성되어 전기소자를 형성하는 산화막, Nitride 막 및 금속막을 포함하는 웨이퍼 레이어; 상기 각 웨이퍼에 대하여 하나의 웨이퍼에 적층된 상기 웨이퍼 레이어와 인접한 또 다른 웨이퍼 사이를 절연하기 위하여 에폭시로 적층되는 에폭시 층; 및 상기 각 웨이퍼, 웨이퍼 레이어 및 에폭시 층을 감싸는 표면 몰딩수지를 포함하고, 상기 웨이퍼 레이어가, 화학적 습식 에칭방법으로 용이하게 제거되는 가용성 웨이퍼 레이어; 및 화학적 습식 에칭방법으로 용이하게 제거되지 않는 불용성 웨이퍼 레이어가 무작위로 복수의 레이어를 형성하는 패키지된 반도체 및 전자부품에 대하여, 내부의 회로 상태 및 불량 여부를 검사할 상기 반도체 및 전자부품인 시료의 외부를 감싸는 표면 몰딩수지를 제거한 후, 상기 에폭시 층을 제거하고 상기 각 웨이퍼 사이를 연결하는 배선을 커팅하여 상기 각 웨이퍼를 독립적으로 분리하고, 독립적으로 분리된 각 웨이퍼에 대하여 검사할 레이어가 노출될 때까지 상기 웨이퍼 레이어를 제거하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 방법으로서,
    상기 시료의 에폭시 층에 에칭액을 주입하여 화학적 습식 에칭으로 상기 에폭시 층을 제거하는 제 1 단계;
    상기 에폭시 층을 제거하여 상기 배선이 노출되면, 상기 각 웨이퍼 중 어느 하나의 웨이퍼에 대하여 상기 배선을 커팅하여 상기 웨이퍼를 독립적으로 분리하는 제 2 단계;
    상기 독립적으로 분리된 웨이퍼를 흡착하여 이송하는 제 3 단계;
    상기 웨이퍼의 불용성 웨이퍼 레이어에 폴리싱 장치를 접촉하고 마찰력에 의해 기계적으로 폴리싱하여 상기 불용성 웨이퍼 레이어를 제거하는 제 4 단계; 및
    상기 웨이퍼의 가용성 웨이퍼 레이어에 에칭액을 주입하여 화학적 습식 에칭으로 상기 가용성 웨이퍼 레이어를 제거하는 제 5 단계를 포함하고,
    상기 제 1 단계 내지 상기 제 3 단계가 상기 시료가 복수의 웨이퍼를 포함하는 경우에 선택적으로 수행되고, 상기 제 4 단계와 상기 제 5 단계가 제거할 웨이퍼 레이어에 따라 선택적으로 수행되고, 상기 제 4 단계와 상기 제 5 단계가 상기 각 웨이퍼의 검사할 레이어가 노출될 때까지 반복적으로 수행되고, 상기 제 2 단계 내지 상기 제 5 단계가 모든 웨이퍼가 독립적으로 분리될 때까지 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 단계가,
    황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F) 및 발연질산(HNO3_F) 중 하나 이상의 화학물질과 희석액을 혼합하여 상기 에칭액을 생성하는 제 1-1 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 5 단계가,
    초산(CH3COOH), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 발연황산(H2SO4_F), 발연질산(HNO3_F), 불산(HF), 염산(HCL), PAE(Poly Alyene Ethers, AL Etchant, H3PO4:HNO3), BOE(Buffered Oxide Etchants, HF:NH4F), Poly Etchant(HNO3:HF:CH3COOH) 및 수산화나트륨(NaOH) 중 하나 이상의 화학물질과 희석액을 혼합하여 상기 에칭액을 생성하는 제 5-1 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 5 단계가,
    상기 웨이퍼의 가용성 웨이퍼 레이어에 에칭액을 주입하여 화학적으로 습식 에칭하는 제 5-2 단계; 및
    일정 시간 경과 후 상기 웨이퍼를 세척액으로 세척하는 제 5-3 단계를 포함하고,
    상기 제 5-2 단계와 상기 제 5-3 단계가, 제거할 가용성 웨이퍼 레이어가 완전히 제거될 때까지 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 불량분석을 위한 웨이퍼 에칭 방법.
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