KR101145870B1 - 유체 자가조립 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 자가조립 방법을 공개한다. 이 방법은 a) 솔더볼이 형성된 기판을 유체가 담긴 용기에 넣고 상기 용기에 접촉되는 열판을 가열하는 단계; (b) 펌프를 구동시켜 호스를 통하여 상기 용기 내로 공기를 주입하여 상기 유체 내에 상기 버블을 생성하는 단계; (c) 상기 버블을 유동시켜 상기 반도체 소자를 순환하여 상기 가열로 용융된 솔더볼의 모세관력 및 상기 버블의 견인력으로 상기 반도체 소자를 상기 솔더볼에 부착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의할 경우, 기판에 솔더볼을 부착시키는 과정에서 솔더볼이 튀거나 기판으로부터 융기하는 현상을 방지하고 자가정렬 시간을 단축시키며, 솔더볼에 반도체 소자를 부착시키는 과정에서 솔더볼과 충돌하여 솔더볼이 떨어져 나가거나 반도체 소자의 위치 정렬이 불량해지는 현상을 방지할 수 있다.

Description

유체 자가조립 방법{A method of fluidic self assembly}
본 발명은 유체 자가조립 방법에 관한 것으로, 특히 유체 속에 반도체 소자를 유동시켜 기판상 일정한 영역에 반도체 소자를 부착 및 정렬시키는 유체 자가조립 방법에 관한 것이다.
현대 산업에서 반도체 실장(Packaging) 은 전자 제품의 소형, 고성능화 하기 위해 매우 중요한 작업이다. 최근에는, 솔더 범프(solder bump)를 이용한 플립칩(Flip-Chip) 실장기술은 지금까지 개발된 방법 중 실장 밀도가 가장 크고 전기적
신호 처리가 우수하기 때문에 선호되고 있다. 일반적으로 칩을 범프 위에 부착하기 위해서는 픽 엔 플레이스(Pick and place) 방식을 사용하게 된다.
하지만, 픽 엔 플레이스로 수많은 마이크로 칩을 부착시키려면 많은 시간과 비용이 들며 기판 및 부착시키는 재료에 제약이 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 최근에는 유체자가조립(Fluidic-self-assembly) 방식이 대두되고 있다.
유체-자가조립은 유체 속에 특정한 방법을 사용하여 부착하는 것을 말하는데, 유체에서 사다리꼴 모양의 반도체 소자를 흘려서 기판의 구멍에다 반도체 소자를 넣는 방식으로 결합시킨 예가 있다.
그 이후로 좀더 효과적인 방법을 위해 특별한 디자인이 없어도 모세관력 (Capillary forces)을 이용한 방법들이 제안되었다. 모세관력을 이용하여 MEMS(Microelectromechanical systems) 구조물의 각도를 조절하는 방법, 한 기판에 여러 가지의 모양의 반도체 소자를 부착시키는 방식이 고안되었다.
유체-자가조립 때 발생할 수 있는 가장 큰 문제점으로는 반도체 소자가 부착 할 때 원하는 자리에 제대로 붙지 않는 자가정렬(Self-alignment) 문제가 있다. 이에 대하여 반도체 소자를 자가정렬을 하기 위한 방법으로 외부 힘에 대해 복원력을 실험하는 시도가 있었는데, 소수성인 표면과 친수성인 표면 중, 친수성 부분에 물을 떨어뜨려서 물방울의 양에 따라 핀셋으로 밀어서 반도체 소자의 복원력이 얼마나 되는지 실험하였다.
또한, 여러 가지 조성의 솔더볼을 Cr, Pt 및 Au가 패터닝된 기판과 215℃인 글리세롤을 이용하여 반도체 소자를 부착시키는 시도가 있었다.
그런데, 상기 종래의 자가정렬 방식 유체 자가조립 방법들에서는 기판에 솔더볼을 부착시키는 과정에서 솔더볼이 튀거나 솔더볼과 기판의 온도 차이로 인하여 먼저 용융되는 쪽의 장력이 커져 솔더볼이 빌딩처럼 서게 되는 맨하탄 현상(Manhattan phenomenon)이 나타나기도 하고, 자가정렬 시간이 많이 소요되어 원하지 않는 계면 반응층을 생성하기도 하는 문제점이 있었다.
또한, 솔더볼에 반도체 소자를 부착시키는 과정에서 반도체 소자가 부착은 되었으나, 기판의 가운데 부분에서 블록들이 순환하면서 솔더볼과 충돌하여 솔더볼이 떨어져 나가기도 하고, 반도체 소자의 부착은 양호하지만 솔더볼의 직경이 너무 커서 반도체 소자의 위치 정렬이 불량해지는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 용융된 솔더볼에 반도체 소자가 부착되는 모세관력과 기판에 반도체 소자가 부착되는 것을 억제하는 버블의 견인력을 이용하여 기판상 형성된 솔더볼에 반도체 소자를 정확하게 부착 및 정렬할 수 있는 유체 자가조립 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 (a) 솔더볼이 형성된 기판을 유체가 담긴 용기에 넣고 상기 용기에 접촉되는 열판을 가열하는 단계; (b) 펌프를 구동시켜 호스를 통하여 상기 용기 내로 공기를 주입하여 상기 유체 내에 상기 버블을 생성하는 단계; (c) 상기 버블을 유동시켜 상기 반도체 소자를 순환하여 상기 가열로 용융된 솔더볼의 모세관력 및 상기 버블의 견인력으로 상기 반도체 소자를 상기 솔더볼에 부착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 (c) 단계는 상기 반도체 소자가 상기 기판에 부착되는 경우, 상기 버블을 일정한 속도로 상기 기판을 통과시켜 상기 버블의 견인력에 의해 상기 기판에 부착된 반도체 소자를 상기 기판으로부터 분리시키는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 (c) 단계는 상기 버블의 견인력이 상기 반도체 소자의 표면 에너지보다 크고 상기 용융된 솔더볼의 모세관력보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 열판은 80 내지 300℃ 로 가열하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 (a) 단계 이전에 (d) 상기 기판 상에 제1 통전막 및 제2 통전막을 순차적으로 증착하는 단계; (e) 상기 제2 통전막 상에 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 제1 및 제2 통전막을 에칭하여 섬 형태의 제1 및 제2 통전극의 적층을 형성하는 단계; (f) 상기 제1 및 제2 통전극의 적층의 표면 상에 상기 솔더볼을 부착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 (e) 단계는 상기 제2 통전막 상에 레지스트막을 형성하고 노광을 수행하여 감광시키는 단계; 상기 레지스트막을 현상하여 투광되는 예정 영역을 덮는 상기 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 레지스트 패턴 하부 외에 형성된 제1 및 제2 통전막을 에칭하여 상기 레지스트 패턴 하부에 상기 섬 형태의 제1 및 제2 통전극의 적층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 (f) 단계는 예열 구간과 리플로우 구간을 나누어서 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 예열 구간은 145 내지 155℃에서 55 내지 65초 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 리플로우 구간은 상기 솔더볼의 용융점 온도에서 25 내지 35초 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 제1 통전막은 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN) 및 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 중 어느 하나를 450 내지 550 옹스트롱(Å)의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 제2 통전막은 구리(Cu), 구리 산화물 및 구리 황화물 중 어느 하나를 2900 내지 3100 옹스트롱(Å)의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 제1 및 제2 통전극의 적층은 상부면의 한변의 길이가 0.01 내지 700 um 인 정방형의 크기로 설정 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 솔더볼은 직경이 0.1 내지 550 um 로 설정 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 반도체 소자는 나노부품, 초미세 센서 및 실리콘 블록 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 상기 반도체 소자는 상부면의 한변의 길이가 900 내지 1000 um 인 정방형의 크기로 설정 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유체 자가조립 방법은 기판에 솔더볼을 부착시키는 과정에서 솔더볼이 튀거나 기판으로부터 융기하는 현상을 방지하고 자가정렬 시간을 단축시키며, 솔더볼에 반도체 소자를 부착시키는 과정에서 솔더볼과 충돌하여 솔더볼이 떨어져 나가거나 반도체 소자의 위치 정렬이 불량해지는 현상을 방지할 수 있다.
도 1(a) 내지 도 1(e)는 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법을 설명하기 위해 선행되는 공정도이다.
도 2는 도 1(a) 내지 도 1(e)에 도시한 선행되는 공정도에 의해 제작된 솔더볼이 형성된 기판을 포함한 본 발명에 따른 유체 자가조립 장치의 구성도이다.
도 3(a)는 본 발명의 유체 자가조립 방법에 따라 직경이 500um인 솔더볼에 반도체 소자를 부착시킨 SEM 사진의 평면도이다.
도 3(b)는 본 발명의 유체 자가조립 방법에 따라 직경이 500um인 솔더볼에 반도체 소자를 부착시킨 SEM 사진의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 유체 자가조립 방법에 따라 시뮬레이션을 통해 산출된 각 크기의 솔더볼에 적용되는 거리 대비 모세관력의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 유체 자가조립 방법에 따라 시뮬레이션을 통해 산출된 공기의 속도 대비 견인력의 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1(a) 내지 도 1(e)은 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법을 설명하기 위해 선행되는 공정도이다.
먼저, 도 1(a)에 도시한 것과 같이, 기판(100) 상에 제1 통전막(200) 및 제2 통전막(300)을 순차적으로 증착하여 형성한다.
기판(100)은 실리콘 웨이퍼 등으로 이루어지는 평판으로서 6인치 웨이퍼를 사용할 수 있다.
제1 통전막(200)은 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성되는데, 예를 들어 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 또는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 등을 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정을 이용하여 형성된다.
제2 통전막(300)은 제1 통전막(200)과는 다른 성분의 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성되는데, 예를 들어 구리(Cu), 구리 산화물 또는 구리 황화물 등을 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정을 이용하여 형성된다.
여기에서, 제1 통전막(200)은 0.1 내지 550 옹스트롱(Å)의 두께로 형성하고 제2 통전막(300)은 2900 내지 3100 옹스트롱(Å)의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
만일 상기 두께 범위 미만에서 증착하게 되면 전극으로서의 역할을 제대로 못할 가능성이 있고, 상기 두께 범위를 초과해서 증착하게 되면 층간 분리현상, 구동하는데 소모되는 전압의 증가 등을 초래할 수 있다.
도 1(b)에 도시한 것과 같이, 제2 통전막(300) 상에 레지스트막(400)을 형성하고, 레이저 묘화기 등에 의해 레지스트막(400)에 묘화 노광을 수행하여 레지스트막(400)을 감광시킨다.
도 1(c)에 도시한 것과 같이, 현상액을 스프레이 방식 등의 방법에 의해 레지스트막(400)에 코팅하여 현상함으로써 레지스트 패턴(450)을 형성한다.
레지스트막(400)은 포지티브형 포토레지스트 재료 혹은 네가티브형 포토레지스트 재료를 스핀 도포나 슬릿 코터 등의 방법을 이용하여 형성하는 것이 가능한데, 본 실시예에서는 레지스트막(400)이 네가티브형 포토레지스트 재료로 형성되어 있는 것으로 한다.
도 1(d)에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(450)을 마스크로 하여 레지스트 패턴(450) 하부 외에 형성된 제1 및 제2 통전막(200, 300)을 에칭하여 레지스트 패턴(450) 하부에 섬 형태의 제1 및 제2 통전극의 적층(250, 350)을 형성한다.
여기에서, 제1 및 제2 통전극의 적층(250, 350) 상부면은 한변의 길이가 0.01 내지 700 um 인 정방형의 크기로 설정 가능한데, 특히 650um 650um 정방형의 크기로 형성하는 것이 바람직하다.
도 1(e)에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 통전극의 적층(250, 350)의 표면 상에 리플로우 공정을 통하여 솔더볼(500)을 부착 시킨다. 솔더볼(500)은 직경이 0.1 내지 550 um 로 설정 가능한데, 특히 500um 로 형성하는 것이 바람직하고, 조성은 Sn 96.5 %, Ag 3%, Cu 0.5 %의 무연 솔더가 바람직하다.
리플로우 공정은 열판 상에서 수행하는데, 솔더볼(500)이 튀거나 솔더볼(500)과 기판(100)의 온도 차이로 인한 맨하탄 현상(Manhattan phenomenon)을 방지하기 위하여 예열 구간과 리플로우 구간을 나누어서 수행한다.
이때, 유체 자가조립 공정의 경우, 시간이 오래 걸리면 Cu와 Sn이 반응하여 Cu6Sn5인 계면 반응층을 생성하기 때문에 솔더볼(500)을 부착시키는 공정은 신속히 수행하여야 하므로 예열구간은 145 내지 155℃에서 55 내지 65초 동안 수행하고, 리플로우 구간은 솔더볼(500)의 용융점인 217℃에서 25 내지 35초 동안 수행하여 250℃까지 도달하는 시간을 25 내지 35초로 설정한다.
도 2는 도 1(a) 내지 도 1(e)에 도시한 선행되는 공정도에 의해 제작된 솔더볼(500)이 형성된 기판(100)을 포함한 본 발명에 따른 유체 자가조립 장치의 구성도로서, 기판(100), 제1 통전극(250), 제2 통전극(350), 솔더볼(500), 반도체 소자(600), 펌프(700), 호스(750), 버블(770), 용기(800), 유체(850), 열판(900)을 구비한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 통전극의 적층(250, 350), 솔더볼(500)이 형성된 기판(100)을 유체(850), 예를 들어 불소 용액이 담긴 소정의 용기(800)에 넣고 열판(900)을 가열한 후에, 펌프(700)를 구동시켜 호스(750)를 통하여 공기를 주입하여 버블(770)을 생성함으로써 복수개의 반도체 소자(600)들을 순환시켜 복수개의 솔더볼(500)들 각각에 부착시킨다.
여기에서, 반도 소자는 나노부품, 초미세 센서, 실리콘 블록 등을 포함하고, 열판(900)의 가열 온도는 80 내지 300℃ 가 바람직하고, 호스(750)는 외경이 3mm, 내경이 1mm인 테프론 호스가 바람직하며, 주입되는 공기의 속도는 0.11 m/s 인 것이 바람직하다.
또한, 반도체 소자(600)의 상부면은 한변의 길이가 900 내지 1000 um 인 정방형의 크기로 설정 가능한데, 특히 950um 950um 정방형의 크기로 다이싱(dicing)하여 형성하는 것이 바람직하다.
도 3(a)는 본 발명의 유체 자가조립 방법에 따라 직경이 500um인 솔더볼(500)에 실리콘 블록(600)을 부착시킨 SEM 사진의 평면도로서, 기판(100) 및 실리콘 블록(600)을 포함한다.
도 3(b)는 본 발명의 유체 자가조립 방법에 따라 직경이 500um인 솔더볼(500)에 실리콘 블록(600)을 부착시킨 SEM 사진의 측면도로서, 기판(100) 및 실리콘 블록(600)을 포함한다.
도 4는 본 발명의 유체 자가조립 방법에 따라 시뮬레이션을 통해 산출된 각 크기의 솔더볼(500)에 적용되는 거리 대비 모세관력의 그래프로서, 솔더볼(500)의 직경이 400um(a), 500um(b), 600um(c)인 경우의 결과를 포함한다.
도 5는 본 발명의 유체 자가조립 방법에 따라 시뮬레이션을 통해 산출된 공기의 속도 대비 견인력의 그래프이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 2에서, 기판(100) 및 제1 및 제2 통전극의 적층(250, 350) 상에 형성된 솔더볼(500)에 실리콘 블록(600)이 부착되는 과정에서 실리콘 블록(600)이 솔더볼(500)이 아니라 기판(100)에 부착되는 현상을 방지하기 위하여 펌프(700)를 구동시켜 호스(750)를 통하여 공기를 주입한다.
주입된 공기에 의해 복수개의 버블(770)들이 생성되어 일정한 속도로 기판(100)을 통과하게 하면 기판(100)에 부착된 솔더볼(500)은 복수개의 버블(770)들의 견인력에 의해 기판(100)에서 분리된다.
기판(100)에서 분리된 버블(770)이 솔더볼(500)에 잘 부착되어 정위치를 하기 위해서는 실리콘 블록(600)의 표면 에너지(Fs), 버블(770)의 견인력(Fb), 및 용융된 솔더볼(500)의 모세관력(Fc) 사이에는 Fs < Fb < Fc 의 관계가 성립되어야 한다.
여기에서, 용융된 솔더볼(500)의 모세관력(Fc)은 용융된 솔더볼(500)에 실리콘 블록(600)이 부착되는 원동력으로서, 유체(850)-용융 솔더볼(500)-실리콘 블록(600)의 세면이 서로 접하는 영역대 에너지를 구하는 식은 다음과 같이 계산된다.
Figure 112010071246791-pat00001
여기에서,
Figure 112010071246791-pat00002
는 총 에너지,
Figure 112010071246791-pat00003
는 실리콘 블록(600)과 불소용액에서의 계면 에너지,
Figure 112010071246791-pat00004
는 실리콘 블록(600)과 용융된 솔더볼(500)과의 계면 에너지,
Figure 112010071246791-pat00005
는 불소용액과 용융된 솔더볼(500)과의 계면 에너지,
Figure 112010071246791-pat00006
는 표면 장력을 나타낸다.
모세관력을 구하기 위해서는 기판(100)과 실리콘 블록(600) 사이의 접촉각이 필요한데, 이는 다음과 같은 Young-Dupre' 방정식을 이용한다.
Figure 112010071246791-pat00007
P. Lambert 의 해석 방법과 Young-Dupre'의 방정식을 결합하여 정리하면 모세관력은 다음과 같이 계산된다.
Figure 112010071246791-pat00008
여기에서, Z는 용융된 솔더볼(500)에 실리콘 블록(600)이 부착해 있을 때 용융된 솔더볼(500)의 아래 부분부터 실리콘 블록(600)이 부착된 부분까지의 용융 거리,
Figure 112010071246791-pat00009
는 기판(100)과 용융된 솔더볼(500)에 부착된 실리콘 블록(600)과의 접촉각을 나타낸다.
다음으로, 실리콘 블록(600)의 이동뿐만 아니라, 기판(100)의 표면에 붙은 실리콘 블록(600)을 떼어 내는데 중요한 요소로 작용하는 버블(770)의 견인력(Fb)을 산출하는 과정은 다음과 같다.
먼저 Davidson 모델을 사용하여 계산되는 버블(770)의 지름은 다음 수학식과 같다.
Figure 112010071246791-pat00010
여기에서,
Figure 112010071246791-pat00011
는 버블(770)의 지름,
Figure 112010071246791-pat00012
는 중력가속도,
Figure 112010071246791-pat00013
는 가스유속을 나타낸다.
Davies 와 Taylor의 2차원 해석모델을 이용하여 계산되는 버블(770) 속도는 다음 수학식과 같다.
Figure 112010071246791-pat00014
여기에서,
Figure 112010071246791-pat00015
는 버블(770)의 속도,
Figure 112010071246791-pat00016
는 버블(770)의 반지름을 나타낸다.
따라서, 초기 공기의 속도와 비례하는 버블(770)의 견인력은 다음과 같이 계산된다.
Figure 112010071246791-pat00017
여기에서,
Figure 112010071246791-pat00018
는 버블(770)의 속도,
Figure 112010071246791-pat00019
는 동점성을 나타낸다.
도 3(a) 및 도 3(b)에서 보는 바와 같이, 실제 실험 결과, 직경이 500um인 솔더볼(500)에 실리콘 블록을 부착시킨 경우에는 실리콘 블록의 부착 및 정렬이 모두 양호한 반면, 직경이 400um인 솔더볼(500)에 실리콘 블록을 부착시킨 경우에는 실리콘 블록이 부착은 되었으나, 기판(100)의 가운데 부분에서는 실리콘 블록들이 순환하면서 솔더볼(500)과 충돌하여 솔더볼(500)이 떨어져 나가는 현상이 발생하였다.
또한, 직경이 600um인 솔더볼(500)에 실리콘 블록을 부착시킨 경우에는 실리콘 블록의 부착은 양호하였으나, 솔더볼(500)의 직경이 너무 커서 실리콘 블록이 위치를 잘 못 잡아 정렬이 불량한 현상이 발생하였다.
따라서, 본 발명에 따른 유체 자가조립 방법은 실험을 통해 용융 솔더볼(500)과 실리콘 블록간의 모세관력과 버블(770)의 견인력의 상호 관계에서 상기 모세관력이 클수록 솔더볼(500)에 실리콘 블록의 부착률이 높았지만, 정렬까지 비례하여 양호하지는 않음을 확인할 수 있었고, 직경이 500um인 솔더볼(500)에 실리콘 블록을 부착시킨 경우에 실리콘 블록의 부착 및 정렬이 가장 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 용융 솔더볼(500)과 실리콘 블록(600)이 작용하는 최소의 모세관력과 견인력과 비교가 필요하다. 용융 솔더볼(500)과 실리콘 블록간의 최소의 모세관력은 용융 거리가 일 때 400um 솔더볼(500)의 경우 , 500um 솔더볼(500)의 경우 , 600um 솔더볼(500)의 경우 이다.
그러므로 버블(770)의 견인력은 공기속도가 0.11m/s 인 경우 상기 용융 솔더볼(500)과 실리콘 블록간의 최소의 모세관력보다 작은 힘으로 수행되어야 한다.
이와 같이, 본 발명의 유체 자가조립 방법은 용융된 솔더볼(500)에 실리콘 블록이 부착되는 모세관력과 기판(100)에 실리콘 블록이 부착되는 것을 억제하는 버블(770)의 견인력을 이용하여 기판(100)상 형성된 솔더볼(500)에 실리콘 블록을 정확하게 부착 및 정렬함으로써 기판(100)에 솔더볼(500)을 부착시키는 과정에서 솔더볼(500)이 튀거나 기판(100)으로부터 융기하는 현상을 방지하고 자가정렬 시간을 단축시키며, 솔더볼(500)에 실리콘 블록을 부착시키는 과정에서 솔더볼(500)과 충돌하여 솔더볼(500)이 떨어져 나가거나 실리콘 블록의 위치 정렬이 불량해지는 현상을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 기판
250: 제1 통전극
350: 제2 통전극
500: 솔더볼
600: 실리콘 블록
700: 펌프
750: 호스
770: 버블
800: 용기
850: 유체
900: 열판

Claims (15)

  1. (a) 솔더볼이 형성된 기판을 유체가 담긴 용기에 넣고 상기 용기에 접촉되는 열판을 가열하는 단계;
    (b) 펌프를 구동시켜 호스를 통하여 상기 용기 내로 공기를 주입하여 상기 유체 내에 버블을 생성하는 단계;
    (c) 상기 버블을 유동시켜 반도체 소자를 순환하여 상기 가열로 용융된 솔더볼의 모세관력 및 상기 버블의 견인력으로 상기 반도체 소자를 상기 솔더볼에 부착시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 반도체 소자가 상기 기판에 부착되는 경우, 상기 버블을 일정한 속도로 상기 기판을 통과시켜 상기 버블의 견인력에 의해 상기 기판에 부착된 반도체 소자를 상기 기판으로부터 분리시키는 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 버블의 견인력이 상기 반도체 소자의 표면 에너지보다 크고 상기 용융된 솔더볼의 모세관력보다 작은 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열판은
    80 내지 300℃ 로 가열하는 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에
    (d) 상기 기판 상에 제1 통전막 및 제2 통전막을 순차적으로 증착하는 단계;
    (e) 상기 제2 통전막 상에 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 제1 및 제2 통전막을 에칭하여 섬 형태의 제1 및 제2 통전극의 적층을 형성하는 단계;
    (f) 상기 제1 및 제2 통전극의 적층의 표면 상에 상기 솔더볼을 부착시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는
    상기 제2 통전막 상에 레지스트막을 형성하고 노광을 수행하여 감광시키는 단계;
    상기 레지스트막을 현상하여 투광되는 예정 영역을 덮는 상기 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 레지스트 패턴 하부 외에 형성된 제1 및 제2 통전막을 에칭하여 상기 레지스트 패턴 하부에 상기 섬 형태의 제1 및 제2 통전극의 적층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는
    예열 구간과 리플로우 구간을 나누어서 수행하는
    것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 예열 구간은
    145 내지 155℃에서 55 내지 65초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 리플로우 구간은
    상기 솔더볼의 용융점 온도에서 25 내지 35초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 통전막은
    티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN) 및 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 중 어느 하나를 450 내지 550 옹스트롱(Å)의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 통전막은
    구리(Cu), 구리 산화물 및 구리 황화물 중 어느 하나를 2900 내지 3100 옹스트롱(Å)의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 통전극의 적층은
    상부면의 한변의 길이가 0.01 내지 700 um 인 정방형의 크기로 설정 가능한 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더볼은
    직경이 0.1 내지 550 um 로 설정 가능한 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 소자는
    나노부품, 초미세 센서 및 실리콘 블록 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 소자는
    상부면의 한변의 길이가 900 내지 1000 um 인 정방형의 크기로 설정 가능한 것을 특징으로 하는 유체 자가조립 방법.
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