KR100944533B1 - 고정홈이 가공된 캐비티를 이용하여 솔더 범프의 지지력을강화한 웨이퍼 범핑용 템플릿 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 등을 이용하여 캐비티(cavity)에 고정홈을 만들어 캐비티에 고형화되어 형성된 솔더 범프의 지지력을 강화시킴으로써, 템플릿을 거꾸로 뒤집어 솔더 범프를 전이할 때 솔더 범프가 쉽게 쏟아지지 않도록 하여 안정된 범핑이 가능하도록 한 웨이퍼 범핑용 템플릿 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 템플릿은, 평판 재질의 일측 면에 식각에 의하여 형성한 복수의 캐비티들을 포함하고, 상기 복수의 캐비티들에는 솔더 범프의 이탈을 방지하기 위한 적어도 하나 이상의 고정홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

템플릿(template), 캐비티 고정홈, 솔더 범프 지지력 강화/쏟아짐 방지, 레이저 가공

Description

고정홈이 가공된 캐비티를 이용하여 솔더 범프의 지지력을 강화한 웨이퍼 범핑용 템플릿 및 그 제조 방법{Wafer Bumping Template for Enhancing Solder Bump Support using Fixed Cavity Groove and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 웨이퍼 범핑용 템플릿(template) 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 레이저 등을 이용하여 캐비티(cavity)에 고정홈(groove)을 만들어 캐비티에 고형화되어 형성된 솔더 범프의 지지력을 강화하여 이탈이 방지되도록 함으로써, 템플릿을 거꾸로 뒤집어 솔더 범프를 전이할 때 솔더 범프가 쉽게 쏟아지지 않도록 하여 안정된 범핑이 가능하도록 한 웨이퍼 범핑용 템플릿 및 그 제조 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 가공하여 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 있는 데, 이와 같은 캐비티 형상으로는 템플릿을 거꾸로 뒤집어 웨이퍼 범핑을 수행할 때 캐비티에 고형화되어 형성된 솔더 범프가 작은 진동으로도 쏟아져 내릴 수 있다는 문제점이 있다. 이에 따라 웨이퍼의 전극 위에 솔더 범프가 전이되지 못하는 결함이 발생할 수 있기 때문에, 패키징의 수율이 떨어진다. 또한, 일반적인 템플릿 제조 공정으로는 주로 습식 식각 방식이 이용되므로 캐비티의 깊이와 폭의 선택도가 작아 다양한 모양의 캐비티를 형성하기도 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 웨이퍼 범핑 공정에서 템플릿을 거꾸로 뒤집어 솔더 범프를 전이할 때 솔더 범프가 쉽게 쏟아지지 않도록 하여 안정된 범핑이 가능하도록 하기 위하여, 레이저 등을 이용하여 캐비티에 고정홈을 만들어 캐비티에 고형화되어 형성된 솔더 범프의 지지력을 강화시킬 수 있는 웨이퍼 범핑용 템플릿 및 그 제조 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 템플릿은, 평판 재질의 일측 면에 식각에 의하여 형성한 복수의 캐비티들을 포함하고, 상기 복수의 캐비티들에는 솔더 범프의 이탈을 방지하기 위한 적어도 하나 이상의 고정홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 캐비티들은, 건식 또는 습식 식각에 의하여 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 적어도 하나 이상의 고정홈은, 상기 캐비티가 형성된 후, 레이저빔에 의하여 가공된 것을 특징으로 한다.

상기 적어도 하나 이상의 고정홈은, 건식 또는 습식 식각에 의하여 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 캐비티와 상기 고정홈이 모두 레이저빔에 의하여 가공될 수도 있다.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따라 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 템플릿을 제조하는 방법은, 평판 재질의 일측 면에 복수의 캐비티들을 형성하는 단계; 및 상기 복수의 캐비티들의 각 캐비티 면 아래로 솔더 범프의 이탈을 방지하기 위한 적어도 하나 이상의 고정홈을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 복수의 캐비티들을 형성하는 단계는, 건식 또는 습식 식각에 의하여 상기 복수의 캐비티들을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 적어도 하나 이상의 고정홈을 형성하는 단계는, 상기 캐비티가 형성된 후, 레이저빔에 의하여 상기 고정홈을 가공하는 것을 특징으로 한다.

상기 적어도 하나 이상의 고정홈을 형성하는 단계는, 건식 또는 습식 식각에 의하여 상기 고정홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 템플릿 및 그 제조 방법에 따르면, 레이저 등을 이용하여 캐비티에 고정홈을 만들어 캐비티에 고형화되어 형성된 솔더 범프의 지지력을 강화시킴으로써, 웨이퍼 범핑 공정에서 템플릿을 거꾸로 뒤집어 솔더 범프를 전이할 때 솔더 범프가 쉽게 쏟아지지 않도록 하여 안정된 범핑이 이루어지도록 할 수 있다.

이하에서는 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 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 따라 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 웨이퍼 범핑용 템플릿(10)을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 먼저, 투명 또는 불투명에 상관없이 템플릿(10) 재료를 준비한다. 템플릿(10) 재료는 웨이퍼 범핑 공정 중에 열변형도가 5% 이하인 것이 바람직하며, 예를 들어, Soda-lime Glass, Eagle200, Quartz, Boro 계열 Glass, 내열성 필름 등 어느 정도 투명도가 있는 재질의 것 뿐만아니라, 세라믹 계열, 금속 등 불투명 재질의 것도 모두 가능하다. 템플릿(10) 재료는 웨이퍼 범핑 대상인 웨이퍼 에 적절히 범핑할 수 있는 모양, 예를 들어, 원형, 타원형, 사각형 등의 평판으로 준비될 수 있다.

다음에, 준비된 템플릿(10) 재료의 한쪽 면에 복수의 캐비티들(11)을 형성한다. 복수의 캐비티들(11)과 대응되는 모양을 패턴한 소정 마스크(mask)를 이용하여 포토 공정하고 식각함으로써 캐비티들(11)을 형성할 수 있다. 이때, 캐비티들(11)의 폭 또는 지름은 70~90 마이크로미터 정도일 수 있다. 예를 들어, 템플릿(10) 재료 위에 포토 레지스트(photo resist) 등 감광막을 도포한 후 상기 마스크를 올려 놓고 소정 광원에 노출시킨 후, 빛에 노출된 부분이 식각 되도록 하여 캐비티들(11)을 만들 수 있다.

복수의 캐비티들(11)을 형성하기 위하여, 습식 또는 건식 식각(etching) 방식을 이용할 수 있다. 건식 식각 방식으로서 기체 가스를 이용하는 기상 식각, 플라즈마 식각, 이온 식각 방법 등이 사용될 수도 있으며, 이외에도 레이저를 이용할 수도 있다. 레이저를 이용하는 경우에, 예를 들어, 엑시머 레이저 등 템플릿(10) 재료를 식각할 수 있는 에너지의 레이저빔을 이용하는 가공 장치(예를 들어, 20, 21, 22)에 의하여 복수의 캐비티들(11)을 일정 순서로 하나씩 가공해 낼 수 있다.

또는, 습식 식각 방식으로서 HF, KOH 등의 용액을 이용할 수 있다. 즉, 위와 같은 포토 공정 후의 템플릿(10) 재료를 식각 용액에 담가 넣고 일정 시간 후에 꺼내면, 감광막이 제거된 위치들이 식각되어 캐비티들(11)이 형성될 수 있다.

이와 같이 템플릿(10) 재료에 복수의 캐비티들(11)을 형성한 후, 복수의 캐비티들(11)의 각 캐비티 면 아래로 적어도 하나 이상 필요한 만큼 고정홈(12)을 건식 또는 습식 식각한다. 고정홈(12)은 홀의 깊이가 폭 보다 작도록 하여 솔더 범프 형성 시에 액체 상태의 솔더 범프 형성 물질이 잘 침투되도록 하는 것이 바람직하다.

특히, 캐비티들(11)의 폭 포다 훨씬 작은 폭과 깊이를 가지는 미세한 고정홈(12)의 가공 또는 식각을 위하여, 도 1과 같이, 레이저 광원(20), 광학계(21) 및 마스크(22)를 포함하는 레이저빔 조사 장치가 이용될 수 있다.

레이저 광원(20)은 소정 콘트롤러의 제어를 받아 레이저빔을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저 광원(20)은 적절한 에너지 강도(energy density)로 발생될 수 있고, 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 광원(20)은 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. 이와 같은 레이저빔은 매우 짧은 시간 주기, 예를 들어, 0.5초 이하의 주기로 가공면을 향하여 수십 내지 수백회 발생될 수 있다.

광학계(21)는 반사 미러 및 렌즈 등을 이용하여 레이저 광원(20)에서 발생된 레이저빔을 템플릿(10) 재료 쪽으로 향하도록 하며, 레이저빔이 템플릿(10) 재료에서 적절히 초점이 맞추어 지도록 한다. 광학계(21)의 제어는 수동으로 할 수도 있으며, 콘트롤러를 통하여 자동적으로 제어되도록 할 수도 있다.

광학계(21)를 통과한 레이저빔은 마스크(mask)(22)에 의하여 소정 빔 모양으로 마스킹되어 템플릿(10) 재료의 캐비티(11)에 조사되고, 레이저빔 모양에 따라 캐비티(11)에 해당 형상의 다양한 고정홈(12)을 가공할 수 있다. 예를 들어, 마스크(22)는 레이저빔의 모양을 원형으로 하여 고정홈(12)이 둥근 형태가 되도록 할 수 있다. 이외에도, 레이저빔의 모양을 사각형으로 하는 마스크(22)를 사용하는 경우에는, 고정홈(12)이 사각 형태가 되도록 할 수도 있고, 또한, 레이저빔의 모양을 다른 형태로 하는 마스크(22)를 사용하는 경우에는, 고정홈(12)이 다양한 형태로 자유롭게 가공될 수 있다.

이때, 콘트롤러의 제어에 따라 레이저빔이 매우 짧은 시간 주기, 예를 들어, 0.5초 이하의 주기로 수십 내지 수백회 발생되는 짧은 시간 동안, 캐비티(11)의 정해진 위치에 흡수되고, 이에 따라 해당 위치의 재료가 용융 및 증발되므로 열전도가 거의 일어나지 않으므로, 가공 동안에 템플릿(10) 재료의 변형 등이 가공 조건의 변화가 거의 없어 안정된 가공이 가능하다.

고정홈(12)이 가공되는 동안, 콘트롤러는 템플릿(10) 재료를 지지하는 소정 스테이지의 수평 또는 수직 운동을 제어하여 캐비티(11) 면 아래로 복수의 위치들에 고정홈(12)이 형성되도록 할 수 있다. 콘트롤러는 상기 스테이지를 직교하는 x,y,z 3 축 방향으로 이동시켜 캐비티들(11)에 고정홈(12)이 적절히 형성되도록 이동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 일정 모양의 템플릿(10) 재료의 x, y 평면에 복수의 캐비티들(11)에 해당 고정홈(12)을 가공하여야 하는 경우에, 하나의 고정홈(12)이 가공되면 정해진 다음 위치로 이동시켜 고정홈(12)이 형성되도록 할 수 있으며, 다른 캐비티들(11)에 대하여도 같은 과정이 반복될 수 있다. 필요한 경우에, z 축 방향으로 상기 스테이지를 움직여 레이저빔의 초점을 보정하는 것도 가능하다.

이와 같은 레이저빔의 조사와 스테이지의 위치 이동 등은 상기 콘트롤러와 연결된 소정 컴퓨터 또는 자동화 장치 등에 의하여 소정 어플리케이션 프로그램이 기동하여, 미리 정해진 위치들에 순차적으로 레이저빔이 조사되고 캐비티들(11) 또는 고정홈(12)이 가공되도록 하는 방식으로 자동화될 수 있다.

위와 같은 레이저빔 조사 장치는 캐비티(11)가 미리 형성된 후 캐비티(11) 아래로 고정홈(12)을 식각하기 위하여 사용될 수도 있지만, 위에서도 기술한 바와 같이, 캐비티(11) 자체를 식각 또는 가공하기 위하여도 사용될 수 있다. 즉, 위에서 언급된 캐비티(11)와 고정홈(12)이 모두 레이저빔에 의하여 가공될 수도 있음을 밝혀 둔다. 레이저를 이용하여 캐비티(11) 자체를 식각 또는 가공하는 경우에, 캐비티(11)의 깊이와 폭의 선택비를 자유롭게 하여 원형 이외에 사각 등 다양한 모양의 캐비티(11)를 형성할 수 있을 것이다.

이외에도, 레이저 가공법에 의하여 고정홈(12)이 형성된 후에는, 고정홈(12)이 형성된 캐비티들(11)을 한번 더 습식 식각할 수 있다. 레이저빔에 의하여 고정홈(12)이 형성된 후, 캐비티(11) 면이 러프(rough)할 수 있으므로, 캐비티(11)의 모양을 매끄럽게 하거나 또는 모양을 변형시키기 위하여, HF, KOH 등의 식각 용액을 이용하여 한 번 더 습식 식각할 수 있을 것이다. 습식 식각을 위하여, 캐비티(11) 이외의 영역을 포토 레지스트 등 감광막을 도포한 후 진행할 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 템플릿(10)은 도 2와 같이 웨이퍼 범핑을 위하여 사용될 수 있다. 웨이퍼 범핑을 위하여, 먼저, 다양한 방법으로 캐비티(11)에 Au, Ag/Sn 등의 재질을 용융하여 액체 상태의 솔더 범프 형성 물질을 채운 후 고형화시킴으로써, 웨이퍼(30)의 전극 패드(31)에 대응되는 위치들에 솔더 범프(또는 솔더 볼)(13)을 형성할 수 있다. 이때, 액체 상태의 솔더 범프 형성 물질은 캐비티(11) 이외에 고정홈(12) 까지 침투하여 채워짐으로써, 고형화된 솔더 범프(13)가 템플릿(10)을 뒤집어도 쏟아지지 않도록 지지력이 강화될 수 있다. 이후 템플릿(10)은 소정 기구에 결합되고 장착되어 웨이퍼(30) 위까지 이송되고 소정의 얼라인 마크를 정렬시킨 후, 템플릿에 열을 가하여 솔더 범프(13)가 웨이퍼(30)의 전극 패드(31)로 전이되도록 한다.

이와 같은 웨이퍼 범핑 공정에서, 일반적으로, 반도체 웨이퍼(30)에 솔더 범프들(13)을 전이하기 전에 전극 패드(31) 위에 UBM(Under Bump Metallurgy) 물질층을 형성할 수 있다. UBM 물질층은 전극 패드들(31) 및 솔더 범프들(13)과 접착력이 좋으며, 전기 저항이 작고, 솔더 범프들(13)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(10)은, 평판 재질의 한쪽 면에 형성한 복수의 캐비티들(11)을 포함하고, 복수의 캐비티들(11)이 각 캐비티 면 아래로 식각된 적어도 하나 이상의 고정홈(12)을 포함하는 구조이며, 솔더 범프(13) 형성 시에 캐비티(11) 이외에 고정홈(12)에 침투된 액체 상태의 솔더 범프 형성 물질이 고형화되면, 고정홈(12)이 캐비티(11)에 고형화된 솔더 범프의 지지력을 강화하여 이탈을 방지할 수 있게 된다.

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 템플릿을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 템플릿을 이용한 웨이퍼 범핑 방법을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

템플릿:10

캐비티:11

고정홈:12

솔더 범프:13

레이저 광원:20

광학계:21

마스크:22

웨이퍼:30

전극 패드:31

Claims (9)

1. 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 템플릿에 있어서,

   평판 재질의 일측 면에 식각에 의하여 형성한 복수의 캐비티들을 포함하고,

   상기 복수의 캐비티들의 각 캐비티 면 아래로 솔더 범프의 지지력을 강화하여 이탈을 방지하기 위한 복수의 고정홈들을 포함하며,

   상기 복수의 캐비티들은 건식 식각, 습식 식각, 또는 레이저 가공 방식으로 형성되고, 상기 복수의 고정홈들은 각각 깊이가 폭보다 작도록 건식 식각, 습식 식각, 또는 레이저 가공 방식에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 템플릿.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 솔더 범프를 형성하여 전극에 전이하기 위한 템플릿을 제조하는 방법에 있어서,

   평판 재질의 일측 면에 복수의 캐비티들을 형성하는 단계; 및

   상기 복수의 캐비티들의 각 캐비티 면 아래로 솔더 범프의 지지력을 강화하여 이탈을 방지하기 위한 복수의 고정홈들을 형성하는 단계를 포함하고,

   상기 복수의 캐비티들은 건식 식각, 습식 식각, 또는 레이저 가공 방식으로 형성되고, 상기 복수의 고정홈들은 각각 깊이가 폭보다 작도록 건식 식각, 습식 식각, 또는 레이저 가공 방식에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 템플릿 제조 방법.
7. 삭제
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