KR100925170B1 - 레이저를 이용하여 웨이퍼 범핑용 템플릿을 제작하는 장치및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정 파장을 가지는 엑시머(eximer) 레이저를 이용하고 경우에 따라서는 습식 식각을 혼용하여 유리, 석영, 금속, 필름 등의 템플릿 재료에 높은 선택비로 캐비티(cavity) 형상을 자유롭게 가공할 수 있는 템플릿 제작 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 템플릿을 제작하는 장치는, 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기, 상기 레이저빔의 경로와 초점을 조절하는 광학계, 및 상기 광학계를 통과한 레이저빔을 소정 빔 모양으로 마스킹하는 마스크를 포함하고, 상기 마스크를 통과한 상기 소정 빔 모양의 레이저빔을 이용하여 템플릿 재료에 해당 형상의 캐비티를 가공할 수 있다.

템플릿(template), 레이저 가공, 높은 가공 선택비

Description

레이저를 이용하여 웨이퍼 범핑용 템플릿을 제작하는 장치 및 방법{Apparatus and Method for Manufacturing Wafer Bumping Template using Laser}

본 발명은 웨이퍼 범핑용 템플릿(template)을 제작하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 특정 파장을 가지는 엑시머(eximer) 레이저를 이용하고 경우에 따라서는 습식 식각을 혼용하여 유리, 석영, 금속, 필름 등의 템플릿 재료에 높은 선택비로 캐비티(cavity) 형상을 자유롭게 가공할 수 있는 템플릿 제작 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 유리 기판에 캐비티들을 가공한 템플릿을 이용하여 웨이퍼 범핑 공정을 수행한다. 외부 리드(outer lead)와 연결된 기판 상의 내부 리드와 와이어 본딩(wire bonding)으로 연결하는 경우에 공간 활용에 제약이 크므로, 템플릿의 캐비티들에 솔더 범프들을 만들고 이를 칩 단위 또는 웨이퍼 단위의 전극 패드들에 전이하는 웨이퍼 범핑 공정을 수행하고 솔더 범프들이 전이된 칩을 기판 상의 내부 리드와 연결시켜 플립 칩(flip chop) 형태로 패키징을 수행한다.

이와 같은 웨이퍼 범핑을 위하여 일반적으로 유리 등의 재질에 캐비티를 가 공하여 템플릿을 제작한다. 예를 들어, 템플릿 재료 상에 캐비티가 형성될 위치에 대한 포토 마스킹 공정을 수행하고 습식 식각 용액을 이용하여 캐비티가 형성되도록 함으로써 웨이퍼 범핑용 템플릿을 제조할 수 있다. 그러나, 이와 같은 일반적인 템플릿 제조 공정을 이용할 경우에 둥근 형태의 캐비티를 형성할 수 있을 뿐, 캐비티의 깊이와 폭의 선택도가 작아 다양한 모양의 캐비티를 형성하기 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 특정 파장을 가지는 엑시머 레이저를 이용하여 유리, 석영, 금속, 필름 등의 템플릿 재료에 높은 선택비로 캐비티 형상을 자유롭게 가공할 수 있는 템플릿 제작 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 주요 특징을 요약하면, 상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일면에 따라 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 템플릿을 제작하는 장치는, 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기; 상기 레이저빔의 경로와 초점을 조절하는 광학계; 및 상기 광학계를 통과한 레이저빔을 소정 빔 모양으로 마스킹하는 마스크를 포함하고, 상기 마스크를 통과한 상기 소정 빔 모양의 레이저빔을 이용하여 템플릿 재료에 해당 형상의 캐비티를 가공하는 것을 특징으로 한다.

상기 템플릿 제작 장치는, 상기 레이저 발생기에서 발생되는 레이저빔의 에 너지 강도를 제어하고, 상기 템플릿 재료를 지지하는 스테이지의 수평 또는 수직 운동을 제어하는 콘트롤러를 더 포함한다.

상기 레이저 발생기는, 특정 파장대, 예를 들어, 100nm 내지 350nm 사이의 파장을 가지는 레이저빔을 발생시킬 수 있다.

상기 레이저 발생기는, Ar, Kr, 및 Xe 중 어느 하나를 포함하는 불활성 가스와 F 및 Cl 중 어느 하나를 포함하는 할로겐 가스를 혼합하여 레이저빔을 발진킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따라 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 템플릿을 제작하는 방법은, 레이저빔을 발생시키는 단계; 상기 레이저빔의 경로와 초점을 조절하는 단계; 상기 조절된 레이저빔을 소정 빔 모양으로 마스킹하는 단계; 및 상기 소정 빔 모양의 레이저빔을 이용하여 템플릿 재료에 해당 형상의 캐비티를 가공하는 단계를 포함한다.

상기 가공하는 단계 후에, 상기 템플릿 재료에 형성된 캐비티를 습식 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 템플릿 및 그 제조 방법에 따르면, 특정 파장을 가지는 XeCl, KrF, ArF 등의 엑시머 레이저를 이용하여 유리, 석영, 금속, 필름 등의 템플릿 재료에 높은 선택비로 캐비티 형상을 자유롭게 가공할 수 있다.

이하에서는 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발 명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하에서 설명될 실시예 및 도면은 본 발명의 기술사상의 범위를 제한하거나 한정하는 의미로 해석될 수는 없다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 범핑용 템플릿 제작 장치(10)를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 범핑용 템플릿 제작 장치(10)는 레이저 발생기(11), 반사 미러(13) 및 렌즈(14) 등을 포함하는 광학계(12), 마스크(15), 템플릿 재료(20)를 지지하는 스테이지(16), 및 콘트롤러(17)를 포함한다. 템플릿 제작 장치(10)는 솔더 범프를 형성하여 웨이퍼, 회로 기판 등의 전극 패드에 전이하기 위한 템플릿을 제작하기 위하여 사용될 수 있다.

이를 위하여, 레이저 발생기(11)는 콘트롤러(17)의 제어를 받아 레이저빔을 발생시킨다. 콘트롤러(17)는 레이저 발생기(11)에서 발생되는 레이저빔의 에너지 강도(energy density)를 제어할 수 있다. 레이저 발생기(11)는 Ar, Kr, 및 Xe 중 어느 하나를 포함하는 불활성 가스와 F 및 Cl 중 어느 하나를 포함하는 할로겐 가스를 혼합하여 레이저빔을 발진시킴으로써, 100nm 내지 350nm 사이의 짧은 파장을 가지는 레이저빔을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저 발생기(11)는 위와 같은 가스들의 혼합으로 파장 193nm 정도의 ArF 엑시머 레이저, 파장 248nm 정도의 KrF 엑시머 레이저, 또는 파장 308nm 정도의 XeCl 엑시머 레이저를 발생시킬 수 있다. 이외에도, 파장 200nm 이하의 펨토초(femto second) 펄스 형태의 레이저를 발생시킬 수도 있다.

또한, 콘트롤러(17)는 레이저 발생기(11)를 제어하여 레이저빔이 매우 짧은 시간 주기, 예를 들어, 0.5초 이하의 주기로 레이저빔이 수십 내지 수백회 발생되도록 한다.

광학계(12)는 반사 미러(13) 및 렌즈(14) 등을 이용하여 레이저 발생기(11)에서 발생된 레이저빔을 템플릿 재료(20) 쪽으로 향하도록 하며, 레이저빔이 템플릿 재료(20)에서 적절히 초점이 맞추어 지도록 한다. 광학계(12)의 제어는 수동으로 할 수도 있으며, 콘트롤러(17)를 통하여 자동적으로 제어되도록 할 수도 있다.

광학계(12)를 통과한 레이저빔은 마스크(mask)(15)에 의하여 소정 빔 모양으로 마스킹되어 템플릿 재료(20)에 조사되고, 레이저빔 모양에 따라 템플릿 재료에 해당 형상의 다양한 캐비티를 가공할 수 있다. 예를 들어, 마스크(15)는 레이저빔의 모양을 원형으로 하여 도 2와 같이 템플릿 재료(20)에 가공되는 캐비티 모양이 둥근 형태가 되도록 할 수 있다. 이때, 콘트롤러(17)의 제어에 따라 레이저빔이 매우 짧은 시간 주기, 예를 들어, 0.5초 이하의 주기로 수십 내지 수백회 발생되는 짧은 시간 동안, 템플릿 재료(20)에 흡수되고, 이에 따라 해당 위치의 재료가 용융 및 증발되므로 열전도가 거의 일어나지 않으므로, 가공 동안에 템플릿 재료(20)의 변형 등이 가공 조건의 변화가 거의 없어 유니폼(uniform)한 가공이 가능하다.

이외에도, 레이저빔의 모양을 사각형으로 하는 마스크(15)를 사용하는 경우에는, 도 3과 같이 템플릿 재료(20)에 가공되는 캐비티 모양이 사각 형태가 되도록 할 수도 있고, 또한, 레이저빔의 모양을 다른 형태로 하는 마스크(15)를 사용하는 경우에는, 도 4와 같이 깊은 쪽의 폭은 넓어지는 형태 등 가공되는 캐비티의 폭과 깊이가 자유롭게 선택되도록 할 수 있다.

캐비티가 템플릿 재료(20)에 가공되는 동안, 콘트롤러(17)는 템플릿 재료(20)를 지지하는 스테이지(16)의 수평 또는 수직 운동을 제어하여 템플릿 재료(20) 상의 복수의 위치들에 캐비티들이 형성되도록 할 수 있다. 콘트롤러(15)는 스테이지(16)를 직교하는 x,y,z 3 축 방향으로 이동시켜 템플릿 재료(20)에 캐비티가 적절히 형성되도록 이동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 4각 모양의 템플릿 재료(20)의 x, y 평면에 복수의 캐비티들이 가공되어야 하는 경우에, 하나의 캐비티가 가공되면 정해진 다음 위치로 이동시켜 캐비티가 형성되도록 할 수 있다. 필요한 경우에, z 축 방향으로 스테이지(16)를 움직여 레이저빔의 초점을 보정하는 것도 가능하다.

이와 같은 레이저빔의 조사와 스테이지(16)의 위치 이동 등은 콘트롤러(15)와 연결된 소정 컴퓨터 또는 자동화 장치 등에 의하여 소정 어플리케이션 프로그램이 기동하여, 미리 정해진 위치들에 순차적으로 레이저빔이 조사되고 캐비티들이 가공되도록 하는 방식으로 자동화될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 템플릿은 도 5와 같이 웨이퍼 범핑을 위하여 사용될 수 있다. 템플릿 재료(20)는 웨이퍼 범핑 공정 중에 열변형도가 5% 이하인 것이 바람직하며, 예를 들어, Soda-lime Glass, Eagle200, Quartz, Boro 계열 Glass, 세라믹, 금속, 내열성 필름 등 투명 또는 불투명한 모든 재질의 것이 사용될 수 있다.

웨이퍼 범핑을 위하여, 먼저, 다양한 방법으로 캐비티(21)에 Au, Ag/Sn 등의 재질을 용융하여 고형화시킴으로써, 웨이퍼(30)의 전극 패드(31)에 대응되는 위치들에 솔더 범프(또는 솔더 볼)(22)을 형성할 수 있다. 이후 템플릿은 소정 기구에 결합되고 장착되어 웨이퍼(30) 위까지 이송되고 소정의 얼라인 마크를 정렬시킨 후, 템플릿에 열을 가하여 솔더 범프(22)가 웨이퍼(30)의 전극 패드(31)로 전이되도록 한다.

이와 같은 웨이퍼 범핑 공정에서, 일반적으로, 반도체 웨이퍼(30)에 솔더 범프들(22)을 전이하기 전에 전극 패드(31) 위에 UBM(Under Bump Metallurgy) 물질층을 형성할 수 있다. UBM 물질층은 전극 패드들(31) 및 솔더 범프들(22)과 접착력이 좋으며, 전기 저항이 작고, 솔더 범프들(22)의 확산이 효과적으로 방지될 수 있는 물질로 이루어지며, Cr, W, Cu, Ti 등 금속 물질층의 조합 또는 합금층으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 웨이퍼 펌핑용 템플릿 제작 장치(10)는, 특정 파장을 가지는 XeCl, KrF, ArF 등의 엑시머 레이저빔을 발생시켜서, 레이저빔의 경로와 초점을 조절한 후, 상기 조절된 레이저빔을 소정 빔 모양으로 마스킹하여 유리, 석영, 금속, 필름 등의 템플릿 재료(20)에 조사함으로써, 템플릿 재료(20)에 해당 형상의 다양한 캐비티를 높은 선택비로 가공할 수 있게 된다.

이와 같은 레이저 가공법에 의한 템플릿의 제작과 습식 식각 공정이 동시에 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 위와 같이 레이저빔을 이용하여 러프(rough)하게 캐비티(21)를 가공하고, 그 이후 HF, KOH 등의 식각 용액을 이용하여 템플릿 재료(20)에 형성된 캐비티(21)를 습식 식각함으로써, 캐비티(21)의 모양을 매끄럽게 하거나 변형할 수도 있을 것이다. 습식 식각 시에는 캐비티(21) 이외의 영역을 포토 레지스트 등 감광막을 도포한 후 진행될 수도 있다.

본 발명에 따른 장치 및 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 형태의 변형 및 응용이 가능하다. 결국, 상기 실시예들과 도면들은 본 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니므로, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 그와 균등한 범위를 포함하여 판단되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 범핑용 템플릿 제작 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 템플릿의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 템플릿의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 템플릿의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 템플릿을 이용한 웨이퍼 범핑 방법을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

템플릿 제작 장치:10

레이저 발생기:11

광학계:12

마스크:15

스테이지:16

콘트롤러:17

템플릿:20

캐비티:21

솔더 범프:22

웨이퍼:30

전극 패드:31

Claims (6)

1. 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 템플릿을 제작하는 장치에 있어서,

   레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기;

   상기 레이저빔의 경로와 초점을 조절하는 광학계;

   상기 광학계를 통과한 레이저빔을 소정 빔 모양으로 마스킹하는 마스크; 및

   상기 레이저 발생기에서 발생되는 레이저빔의 에너지 강도를 제어하고, 템플릿 재료를 지지하는 스테이지의 수평 또는 수직 운동을 제어하는 콘트롤러를 포함하고,

   상기 마스크를 통과한 상기 소정 빔 모양의 레이저빔을 이용하여 상기 템플릿 재료에 해당 형상의 캐비티를 가공하는 것을 특징으로 하는 템플릿 제작 장치.
2. 삭제
3. 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 템플릿을 제작하는 장치에 있어서,

   100nm 내지 350nm 사이의 파장을 가지는 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기;

   상기 레이저빔의 경로와 초점을 조절하는 광학계; 및

   상기 광학계를 통과한 레이저빔을 소정 빔 모양으로 마스킹하는 마스크를 포함하고,

   상기 마스크를 통과한 상기 소정 빔 모양의 레이저빔을 이용하여 템플릿 재료에 해당 형상의 캐비티를 가공하는 것을 특징으로 하는 템플릿 제작 장치.
4. 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 템플릿을 제작하는 장치에 있어서,

   Ar, Kr, 및 Xe 중 어느 하나를 포함하는 불활성 가스와 F 및 Cl 중 어느 하나를 포함하는 할로겐 가스를 혼합하여 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기;

   상기 레이저빔의 경로와 초점을 조절하는 광학계; 및

   상기 광학계를 통과한 레이저빔을 소정 빔 모양으로 마스킹하는 마스크를 포함하고,

   상기 마스크를 통과한 상기 소정 빔 모양의 레이저빔을 이용하여 템플릿 재료에 해당 형상의 캐비티를 가공하는 것을 특징으로 하는 템플릿 제작 장치.
5. 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 템플릿을 제작하는 방법에 있어서,

   레이저빔을 발생시키는 단계;

   상기 레이저빔의 경로와 초점을 조절하는 단계;

   상기 조절된 레이저빔을 소정 빔 모양으로 마스킹하는 단계;

   상기 소정 빔 모양의 레이저빔을 이용하여 템플릿 재료에 해당 형상의 캐비티를 가공하는 단계; 및

   상기 템플릿 재료에 형성된 캐비티를 습식 식각하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 템플릿 제작 방법.
6. 삭제

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