KR101060656B1 - 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 공정 중 솔더 범프 형성에 사용되는 템플릿의 제조 방법에 관한 것으로, 기판의 일면에 소정의 패턴을 갖도록 보호막을 형성하고, 상기 패턴이 형성된 위치에, 솔더가 수용되는 공간을 형성하며 저면의 일부가 하측으로 움푹 패인 형상을 구비하는 수용홈을 식각하고, 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 의할 경우, 솔더 범프 형성시 솔더의 위치가 고정되어 정확한 위치에 솔더 범프가 형성되는 바, 공정의 오류율을 줄이고 품질을 개선할 수 있으며, 템플릿을 제조하기 위한 식각 공정에 있어, 추가적인 공정없이 저비용으로 제조하는 것이 가능하다.
Description
본 발명은 반도체 제조 공정 중 솔더 범프 형성에 사용되는 템플릿의 제조 방법에 관한 것이다.
한 쌍의 기판 사이에 데이터 또는 신호 전달을 위해서는 전기적으로 접속하는 것이 필요하다. 특히 단위 소자가 고밀도로 집적되어 이루어진 반도체를 기판에 접속하기 위해서는 미세한 단자의 크기 및 피치에 대해 정확한 위치에서 정밀하게 접속할 수 있는 기술이 필요하다.
이와 같이 한 쌍의 기판 사이에 미세한 단자를 상호 접속시키기 위한 접속 기술로 가장 일반적인 것을은 커넥터에 의한 접속이다. 커넥터로는 연성 인쇄회로(Flexible Printed Circuit : FPC)가 널리 사용되며, 다른 기술에 비해 접속이 용이하고, 반복하여 탈부착할 수 있다는 장점도 있다. 그러나, 커넥터가 차지하는 3차원적인 공간이 크므로 전자제품의 소형화에 장애가 되고, 현재 널리 사용되는 FPC의 단자간 피치가 0.3mm 정도이므로, 이보다 미세한 피치의 단자를 접속하는 데에는 어려움이 있다.
커넥터 이외의 접속방법으로 이방성 도전필름(Anisotropic Conductive Film : ACF)을 이용한 방법도 있다. ACF를 한쪽 기판의 단자부에 붙이고 그 위에 다른 기판의 단자를 겹쳐서 가압하면, 마주보는 두 전극 사이에 도전필름이 개재되므로, 이를 통해 전기적 접속이 이루어진다. ACF는 가압후 경화시킴으로써 접속 강도 또한 확보할 수 있고, 단자간 피치가 0.1mm정도라도 접속하는 것이 가능하다. 그러나 도전성 입자가 단자와 접속하는 것이므로 접속부의 저항치가 높은 편이고, 필름을 경화시킨 후에는 두 기판을 분리하는 것이 어려워 실질적으로 수리가 불가능하다는 단점이 있다.
이에 비해 솔더 범프에 의한 기판 간 접속은, 한쪽 기판의 단자에 솔더 범프를 형성하고, 여기에 다른 기판의 단자부를 겹쳐 리플로우(Reflow) 공정에 의해 접속하는 방법이다. 솔더 범프(Solder Bump)란 주석과 납을 주성분으로 하는 반구상의 돌기를 지칭하는 것으로, ACF에 비해 접속 저항이 양호하며 특히 표면실장(Surface Mount Technology : SMT) 부품의 접속에 유리한 특징이 있어 그 사용이 확대되고 있는 추세이다.
이때 솔더 범프를 형성하는 방법은 몇 가지가 알려져 있다. 그 중 템플릿(Template)를 이용하는 방법은, 솔더 범프를 형성하기 위한 솔더(Solder)를 템플릿 위에 배열한 다음, 템플릿을 기판으로 밀착시키고 가열하여 템플릿 상의 솔더가 기판의 전극 측으로 옮겨 붙도록 하는 것이다. 이를 위해 템플릿에는 미리 기판의 전극에 대응하는 위치에 복수 개의 수용홈을 형성해 두어, 수용홈에 솔더가 각각 수용되도록 해야 한다. 이때 템플릿에 형성된 복수의 수용홈은 기판의 전극에 대 응하여 정확한 위치에 형성되어야 하며, 수백 ㎛ 이하의 피치로 형성될 수 있어야 하므로 정밀한 가공이 필요하다.
다만, 종래의 경우 솔더가 수용되는 수용홈이 소정 간격의 크기로 구성되는 바, 솔더가 가열되어 뭉쳐지는 경우 솔더의 위치가 상기 수용홈 내측에서 유동적으로 변경되는 현상이 발생하였다. 따라서, 기판에 솔더 범프 형성하면서 소정 간격의 오차를 야기할 수 있고, 최근 들어 솔더 크기 및 솔더 범프가 형성되는 피치(pitch) 간격이 미세화 되면서 이러한 오차로 인한 제품의 불량률이 더욱 증가하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 솔더 범프 형성시 솔더의 위치를 고정시킨 상태에서 솔더 범프를 형성할 수 있는 템플릿 제조방법을 제공하기 위함이다.
상기한 본 발명의 목적은, 기판의 일면에 소정의 패턴을 갖도록 보호막을 형성하고, 상기 패턴이 형성된 위치에, 솔더가 수용되는 공간을 형성하며 저면의 일부가 하측으로 움푹 패인 형상을 구비하는 수용홈을 식각하고, 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 수용홈을 식각하는 단계는 적어도 한번 이상의 등방성 식각 공정 및 적어도 한번 이상의 비등방성 식각 공정이 조합하여 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 수용홈을 식각하는 단계는 상기 패턴이 형성된 위치에 소정 깊이로 등방성 식각 공정을 수행한 후, 상기 저면의 일부만이 하측으로 움푹 패일 수 있도록 비등방성 식각 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 비등방성 식각 공정에 의해 식각된 부분이 만곡된 곡면을 형성할 수 있도록 추가적으로 등방성 식각 공정을 수행할 수 있다.
한편, 상기 수용홈을 식각하는 단계는 건식 식각 방식으로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 등방성 식각 공정은 습식 식각 방식으로 이루어지고, 상기 비등방성 식각 공정은 건식 식각 방식으로 진행되는 것도 가능하다.
한편, 상기 수용홈의 저면의 일부에 움푹 패인 형상은 상기 수용홈에 수용되는 솔더가 가열되어 뭉쳐지면 상기 뭉쳐진 솔더가 안착될 수 있도록 식각되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의할 경우, 솔더 범프 형성시 솔더의 위치가 고정되어 정확한 위치에 솔더 범프가 형성되는 바, 공정의 오류율을 줄이고 품질을 개선하는 효과를 갖는다.
나아가, 상기와 같은 템플릿을 제조하기 위한 식각 공정에 있어, 추가적인 공정없이 저비용으로 제조하는 것이 가능하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔더 범프용 템플릿의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 솔더 범프 형성용 템플릿(100)은 판형의 형상을 갖는 패널(110) 및 상기 패널(110)의 일면에 형성되어 솔더(S)를 수용할 수 있는 복수개의 수용홈(120)을 포함하여 이루어질 수 있다.
패널(110)은 판형의 구조물로 이루어지며, 내구성 및 내열성이 좋은 재질로 구성될 수 있다. 일반적으로, 패널(110)은 유리 재질로 구성될 수 있으며, 또는 웨이퍼로 구성되는 것도 가능하다. 이 이외에도, 소정 재질의 필름을 적재하는 형태로 구성되거나, 분말 형상의 재료를 성형하여 이를 구성하는 것도 가능하다.
수용홈(120)은 상기 패널(110)의 일면에 복수개로 구성되어, 솔더(S)가 수용되는 공간을 형성한다. 수용홈(120)에 수용되는 솔더(S)는 이후 기판 상에 솔더 범프를 형성하는 바, 수용홈(120)의 위치는 기판 상에 솔더 범프가 형성되는 위치를 고려하여 결정될 수 있다.
이러한 템플릿(100)을 이용하여 기판 상에 솔더 범프를 형성하는 과정은 다음과 같다. 우선, 템플릿(100)의 수용홈(120)에 솔더(S)를 충전한다. 그리고, 기판 상에 솔더 범프가 형성될 위치와 수용홈(120)의 위치가 서로 대응되도록 기판과 패널(110)을 정렬한 후 밀착시킨다. 이때, 템플릿(100)을 소정 온도로 가열하면, 수용홈(120)에 수용된 솔더(S)는 일정 정도 용융되어 소정의 점성을 갖게 된다. 따라서, 기판과 패널(110)의 밀착시, 수용홈(120) 상측으로 노출되는 솔더(S)의 일부가 기판에 접착되면서 솔더 범프를 형성하게 된다.
이때, 템플릿(100)에 솔더(S)를 충전하는 방식은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 고형의 솔더를 각각 수용홈에 투입하는 방식으로 이루어지는 것도 가능하며, 일정 정도 용융된 상태의 솔더를 수용홈이 형성된 일면에 바른 후 수용홈을 제외한 부분을 일괄적으로 제거하는 방식으로 이루어지는 것도 가능하다. 다만, 각각의 수용홈에 개별적으로 솔더를 투입하는 경우, 장시간이 소요되며, 추가적으로 투 입 여부를 확인하는 절차가 요구된다. 따라서, 일정 정도 용융된 상태의 솔더를 이용하여 모든 수용홈에 일괄적으로 솔더를 충전하는 것이 바람직하며, 본 실시예에서도 수용홈(120)이 형성된 패널(110)의 일면에 주석-은-구리(Sn-Ag-Cu)의 3원계 합금으로 구성되는 무연솔더합금(S)을 바른 후, 소정의 바(bar)형 부재(미도시)를 이용하여 수용홈(120) 이외의 부분의 솔더를 일제히 제거하는 방식을 이용할 수 있다..
전술한 바와 같이 수용홈(120)에 충전되는 솔더(S)는, 솔더범프 형성시 템플릿(100)이 가열되면서 소정 정도 용융되고, 이 경우 표면장력에 의하여 보다 구형에 가까운 형상을 이루도록 뭉치는 현상이 발생한다. 따라서, 솔더 충전시 수용홈(120) 상측으로 노출되는 부분이 없다고 하더라도, 가열시 솔더(S)가 용융되어 뭉치면서 솔더(S)의 일부가 수용홈의 상측으로 노출되어 기판과 접착이 가능한 것이다.
도 2는 동일한 양의 솔더를 채울 수 있는 서로 다른 형상의 수용홈의 단면을 도시한 단면도이다. 여기서, 수용홈(120)의 형상은 수직 방향의 깊이보다 수평 방향의 너비가 넓은 단면을 구성하도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 2의 a에 도시된 바와 같이 수직 방향으로 깊게 형성되면, 솔더(S)가 용융되어 구형으로 뭉쳐지더라도 수용홈의 깊이로 인하여 수용홈(120) 상측으로 충분히 노출되지 않는 바, 기판과의 접착이 곤란할 수 있다.
따라서, 도 2의 b에 도시된 바와 같이 수직 방향의 깊이 상대적으로 얕게 구성하여, 솔더(S)가 용융되는 경우 수용홈(120) 상측으로 충분하게 노출되도록 구성할 수 있다. 이에 수용홈의 깊이 보다 단면 폭을 더 길게 형성하며, 나아가 깊이 대비 단면 폭 비율은 1:2.5 내지 1:3의 범위로 구성하는 것이 바람직하다.
다만, 도 2의 b와 같이 깊이가 얕고 폭이 넓게 수용홈(120)을 형성하는 경우, 솔더 범프 형성을 위해 템플릿을 가열하는 경우, 솔더(S)의 위치가 고정되지 않고 수용홈(120)의 폭을 따라 진동할 수 있다. 따라서, 솔더(S)가 수용홈(120)의 일 측으로 치우치면서, 솔더 범프가 잘못된 위치에 형성될 우려가 있다. 이를 극복하기 위해, 본 발명에서는 솔더(S)의 위치를 고정시키기 위한 위치결정부(121)를 구비하는 수용홈(120)을 형성할 수 있다.
도 3은 도 1의 템플릿 단면을 도시한 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 템플릿(100)은 수용홈(120)의 내측면에 솔더(S)의 위치를 고정시키기 위한 위치결정부(121)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 위치결정부(121)는 수용홈의 저면에 움푹 패인 형태로 이루어져, 단면이 하측으로 만곡된 형상을 갖는다.그리고, 솔더(S) 용융시 표면장력에 의해 뭉쳐지면서 구형의 솔더로 변하는 경우, 상기 위치결정부(121)의 상측으로 안착되어 위치가 고정되는 것이 가능하다. 이처럼, 본 발명에 의할 경우 솔더 범프 형성시 솔더(S)의 위치가 고정된 상태에서 솔더의 전사가 이루어지는 바, 기판 상의 정확한 위치로 솔더 범프를 형성하는 것이 가능하다.
한편, 전술한 실시예에서는 일정 정도 용융된 상태의 솔더를 이용하여 수용홈에 솔더를 채우는 경우를 이용하여 설명하였으나, 본 발명은 솔더볼이 고형의 솔더볼을 각각 수용홈에 투입하는 방식으로 솔더를 채우는 경우에도 적용하는 것이 가능하다. 일반적으로, 투입되는 솔더볼에 비하여 수용홈이 넓은 단면을 형성하는 바, 이 경우에도 수용홈 내측에서 일측으로 치우치는 현상을 방지하고, 솔더볼을 위치결정부의 상측에 안착시켜 솔더볼의 위치를 고정시키는 것이 가능하다.
이하에서는 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿을 제조 하는 방법에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조하는 순서를 도시한 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조 방법은 템플릿(100)을 구성하기 위한 패널(110) 상에 전술한 형상의 수용홈(120)을 식각하는 방법으로 구성될 수 있다.
식각 공정을 통하여 수용홈을 형성하는 경우, 수용홈(120)이 형성되는 부분만이 선택적으로 식각될 수 있도록 식각 공정 이전에 보호막(10)을 형성하는 단계를 진행하는 것이 바람직하다.(S10) 따라서, 복수개의 수용홈(120)이 형성되는 패널(110)의 일면에 전체적으로 보호막(10)을 형성할 수 있다. 이 경우, 보호막(10)은 일반적인 스퍼터링(sputtering) 증착에 의해 이루어질 수 있으며, 이때 보호막(10)은 식각 공정시 에천트 등에 의해 식각이 되지 않는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 수용홈(120)이 형성되는 부분은 선택적으로 식각이 이루어질 수 있도록, 상기 수용홈(120)에 해당하는 패널의 부분이 노출되도록 보호막(10)에 패턴을 형성하는 단계를 수행할 수 있다.(S20) 이 경우, 포토 리소그래피 공정을 이용하여 보호막에 패턴을 형성하는 것도 가능하며, 이 이외에도 레이저 패터닝 등의 방식을 이용하여 패턴을 형성하는 것도 가능하다.
한편, 상기와 같은 단계를 거쳐 수용홈(120)이 형성될 위치가 외부로 노출되면, 해당 위치에 대하여 식각 공정을 통하여 수용홈(120)을 형성하는 것이 가능하다.(S30) 이 경우, 수용홈(120)은 솔더(S)가 수용될 수 있는 공간을 형성하면서, 내측면의 일부에 위치 결정부(121)가 형성될 수 있도록 식각이 이루어질 수 있다.
일반적으로 식각 공정은 식각이 이루어지는 형상에 따라 등방성 식각 공정 및 비등방성 식각 공정으로 구분될 수 있다. 여기서, 등방성 식각은 모든 방향으로 동일한 속도로 식각이 수행되는 것을 의미하며, 이등방성 식각은 특정 방향에 대해서만 식각을 수행할 수 있거나, 특정 방향에 대한 식각 속도를 조절할 수 있는 식각 공정을 의미한다.
일반적으로 등방성 식각은 에칭 용액을 이용하여 식각 공정을 수행하는 습식 식각 공정에 의해 수행되며, 플라즈마 또는 이온 등의 기상(vapor) 상태에서 식각을 수행하는 건식 식각 공정에 의해서도 수행되는 것이 가능하다. 이때, 등방성 식각은 모든 방향으로 일정한 속도로 식각이 진행되는 바, 식각이 진행되는 시간을 조절하여 식각되는 양을 조절하는 것이 가능하다.
한편, 비등방성 식각은 습식 식각 공정에 의하지 않고, 일반적으로 건식 식각 공정에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 또는 이온의 종류, 압력 또는 전압 등의 환경을 조절하여 식각의 방향 및 속도를 조절하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 수용홈(120)을 식각하기 위해, 적어도 한번 이상의 비등방성 식각 공정을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 저면의 일부가 하측으 로 움푹 패인 형상으로 이루어진 위치결정부(121)의 형상까지도 비등방성 식각 공정에 의해 식각될 수 있다.
이때, 비등방성 식각 공정에 의해 수용홈의 식각 공정 전부가 수행되는 것도 가능하다. 다만, 비등방성 식각 공정을 수행하는 건식 식각 공정은 비용이 고가이고, 식각이 진행되는 속도가 느리다. 따라서, 본 실시예에서는 비등방성 식각 공정 뿐만 아니라 등방성 공정과 조합하여 진행하는 것이 바람직하다.
도 5는 도 4의 수용홈 식각 공장의 구체적인 순서를 도시한 순서도이고, 도 6은 도 4에 의해 수용홈이 식각되는 과정을 도시한 개략도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 템플릿의 수용홈은 등방 식각 공정을 우선적으로 수행하여 소정 깊이 식각을 진행할 수 있다.(S31, 도 6의 (a) 참조) 이때, 등방 식각 공정은 습식 식각 공정에 의해 진행될 수 있다. 이 경우, 빠른 식각 속도롤 공정을 진행하는 것이 가능하며, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 보호막 하측으로도 언터컷이 형성되어 수용홈(120)의 폭을 넓게 형성할 수 있다.
그리고, 언더컷의 저면 중에서 위치 결정부(121)가 형성되는 위치에 하측으로 움푹 패인 형상을 구성할 수 있도록 비등방성 식각 공정을 진행할 수 있다.(S32, 도 6의 (b) 참조) 이때, 비등방성 식각공정은 건식 식각 공정에 의해 진행되는 것이 바람직하다. 이 경우, 전술한 바와 같이 기상(vapor)의 압력 분포 및 전압 등을 제어하여 해당 위치부분만이 하측으로 식각되도록 수행되는 것이 가능하다.
상기와 같은 공정에 의해, 상기 수용홈(120)은 솔더가 수용되는 공간을 형성됨과 동시에 저면의 일부가 하측으로 패인 위치 결정부(121)를 구비할 수 있다. 다 만, 전술한 바와 같이 솔더가 용융되면 표면 장력에 의해 구형의 솔더를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 위치 결정부(121)에서 구형 솔더의 저면을 안착함과 동시에 수용하여 위치를 고정시킬 수 있도록 추가적으로 등방 식각 공정을 진행할 수 있다.(S33, 도 6의 (c) 참조) 이에 의해, 비등방성 식각 공정에 의해 식각된 부분이 만곡된 곡면을 형성하면서, 상기 위치 결정부(121)의 내측면이 도 6에 도시된 바와 같이 구면의 일부에 근접하도록 형성하는 것이 가능하다.
전술한 추가적인 등방 식각 공정은 이전의 등방 식각 공정과 마찬가지로 습식 식각 공정으로 이루어지는 것도 가능하다. 다만, 위치 결정부(121) 내측면의 형상을 정밀하게 식각하고자 하는 경우 건식 식각 공정을 통하여 수용홈 식각 공정을 마무리하는 것도 가능하다.
한편, 상기와 같이 수용홈 식각 공정이 완료되면, 보호막을 제거하는 단계를 수행하여 템플릿 제조 공정을 완료하는 것이 가능하다.(S40, 도 6의 (d) 참조)
전술한 제조방법에서는 수용홈의 식각 공정을 구성함에 있어 두 번의 등방 식각 공정을 사이에 비등방성 식각 공정을 배치하였다. 이는 일 실시예에 불과할 뿐 본 발명이 이러한 식각 순서에 한정되는 것은 아니며, 등방 및 비등방성 식각 공정의 순서를 선택적으로 재배치하여 제조하는 것도 물론 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔더 범프용 템플릿의 사시도,
도 2는 동일한 양의 솔더를 채울 수 있는 서로 다른 형상의 수용홈의 단면을 도시한 단면도,
도 3은 도 1의 템플릿 단면을 도시한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조하는 순서를 도시한 순서도,
도 5는 도 4의 수용홈 식각 공장의 구체적인 순서를 도시한 순서도이고,
도 6은 도 4에 의해 수용홈이 식각되는 과정을 도시한 개략도이다.
Claims (6)
- 기판의 일면에 소정의 패턴을 갖도록 보호막을 형성하는 단계;상기 패턴이 형성된 위치에, 솔더가 수용되는 공간을 형성하고, 저면의 일부에 하측으로 만곡된 형상의 단면을 갖는 위치결정부가 구비되는 수용홈을 형성하는 단계; 및상기 보호막을 제거하는 단계;를 포함하고,상기 수용홈을 형성하는 단계는 등방 식각 공정을 통해 상기 보호막의 하측으로 언더컷을 형성하는 단계, 비등방 식각 공정을 통해 상기 언더컷의 저면 중 상기 위치 결정부의 위치에 해당하는 부분을 하측 방향으로 식각하는 단계, 상기 비등방성 식각 공정에 의해 식각된 부분이 만곡면을 형성하도록 등방성 식각 공정을 추가적으로 진행하는 단계를 포함하고,상기 수용홈은 깊이 보다 너비가 단면 폭이 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 수용홈은 깊이 대비 단면 폭의 비율은 1:2.5 내지 1:3의 범위를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법.
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- 제2항에 있어서,상기 등방성 식각 공정은 습식 식각 방식으로 이루어지고, 상기 비등방성 식각 공정은 건식 식각 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법.
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