KR101187711B1 - 폐기용 웨이퍼를 이용한 트레이 및 그 제조방법 - Google Patents

폐기용 웨이퍼를 이용한 트레이 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이 및 그 제조방법에 관해 개시한다. 이를 위해 본 발명은, 반도체 웨이퍼와, 상기 반도체 웨이퍼 상부면에 마련된 음각된 형상의 복수개의 포켓과, 상기 포켓 및 반도체 웨이퍼 상부면을 덮는 충격 완화막을 구비하는 것을 특징으로 하는 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이 및 그 제조방법을 제공한다. 따라서 폐기처분되는 웨이퍼를 재활용하여 반도체 소자의 제조공정에서 활용도 높은 트레이를 얻을 수 있다.

Description

폐기용 웨이퍼를 이용한 트레이 및 그 제조방법{A tray using a scrapped wafer and method for manufacturing thereof}
본 발명은 반도체 소자의 취급 및 운반에 사용되는 트레이(tray) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저가의 실리콘 웨이퍼 혹은 폐기 처리되는 웨이퍼를 재활용(recycle)한 트레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조공정에 있어서, 트레이(tray)는 얇은 두께를 갖는 반도체 패키지를 공정간 이동시키거나 취급할 때, 반도체 패키지를 안전하게 담아 보관하는 평판형 용기를 말한다. 또한 트레이(tray)는 얇은 두께를 갖는 반도체 패키지의 조립 및 전기적 검사가 완료된 후, 사용자(user)에게 전달되기 위한 포장 용기로 사용되기도 한다.
이러한 트레이는 내부에 포켓(pocket)이라는 음각부가 마련되어 있으며 하나의 반도체 패키지는 하나의 포켓 내에 안착되어 보관 및 취급된다. 통상적으로 트레이는 내열, 절전 및 정전기 방지를 위해 플라스틱 화합물을 진공 성형 혹은 프레스 성형하거나 사출 성형하는 방식으로 제조된다.
한편, 트레이는 용도에 따라 크게 JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council) 스타일의 트레이와, EIAJ(Electronic Industries Association of Japan) 스타일의 트레이 및 고객 주문형 트레이(Custom tray)로 분류되며, 본 발명에 의한 트레이는 국제 규격에 의한 트레이가 아닌 고객 주문형 트레이와 같이 특수한 분야에 적용될 수 있다.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 폐기처분되는 반도체 웨이퍼를 재활용한 트레이(tray)를 제공하는데 있다.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 폐기처분되는 반도체 웨이퍼를 재활용한 트레이의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이는, 반도체 웨이퍼와, 상기 반도체 웨이퍼 상부면에 마련된 음각된 형상의 복수개의 포켓과, 상기 포켓 및 반도체 웨이퍼 상부면을 덮는 충격 완화막을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 충격 완화막은, 재질이 실리콘(silicone)인 것이 적합하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이의 제조방법은, 폐기용 반도체 웨이퍼를 준비하는 단계와, 상기 반도체 웨이퍼의 전면에 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 마스크층을 이용하여 식각을 진행하여 반도체 웨이퍼에 포켓을 형성하는 단계와, 상기 반도체 웨이퍼 전면에 충격완화막을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 식각을 진행하는 방법은, KOH 및 TMAH 용액 중에서 선택된 하나를 식각액으로 사용하여 습식식각으로 진행하는 것이 적합하다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 반도체 웨이퍼에 포켓을 형성하는 단계 후에, 상기 반도체 웨이퍼에 질화처리를 수행하는 단계를 더 진행할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 충격 완화막을 형성하는 방법은, 액상 실리콘(silicone) 용액을 상기 반도체 웨이퍼 위에 스핀 코팅하는 공정과, 상기 반도체 웨이퍼를 큐어링(Curing)하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 충격 완화막을 형성하는 방법은, 액상 실리콘(silicone) 용액을 상기 반도체 웨이퍼 위에 분사(spray)하는 공정과, 상기 반도체 웨이퍼를 큐어링(Curing)하는 공정을 포함할 수 있다.
따라서, 상술한 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 단결정 웨이퍼 원판의 제조공정 혹은 회로부가 형성되는 웨이퍼 제조공정에서 약간의 불량에 의해 폐기처분되는 반도체 웨이퍼를 재활용하여, 반도체 소자의 취급 및 이송에 사용되는 트레이로 재활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이의 제조방법을 설명하기 위한 플로 차트이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이의 평면도이다.
도 4는 도 3의 변형에 의한 트레이의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이에 반도체 소자가 포장된 것을 보여주는 단면도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이의 제조방법을 설명하기 위한 플로 차트이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저 도 2a와 같이 폐기용 반도체 웨이퍼(100)를 준비(S100)한다. 상기 폐기용 반도체 웨이퍼(100)는, 단결정 웨이퍼 제조단계에서 불량으로 판명된 반도체 웨이퍼(100)일 수 있다. 또한 상기 폐기용 반도체 웨이퍼(100)는, 단결정 웨이퍼 위에 회로 패턴을 가공하는 초기 공정에서 불량으로 판명된 반도체 웨이퍼(100)일 수도 있다. 한편, 상기 폐기용 반도체 웨이퍼(100)는 패턴이 형성되지 않은 실리콘으로 된 저가의 반도체 웨이퍼일 수도 있다.
이어서 도 2b와 같이 상기 폐기용 반도체 웨이퍼(100) 표면에 마스크 패턴(110)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(110)은 포토레지스트와 같은 연질의 마스크 패턴일 수 있고, 산화막(SiO2) 혹은 질화막(SiN)과 같은 경질의 마스크 패턴일 수도 있다. 본 발명에서는 경질의 마스크 패턴(110)을 사용한다. 계속해서 상기 마스크 패턴(110)을 이용하여 습식 식각(wet etch)을 진행하여 상기 반도체 웨이퍼(100)에 음각된 형상의 포켓(120)을 형성(S200)한다. 상기 포켓(120)의 깊이 및 넓이는 내부에 담겨지는 내용물의 크기에 따라 최적화시켜 변화시킬 수 있다.
이때, 습식식각을 위한 식각액(etchant)으로는 KOH(potassium hydroxide ), TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide) 수용액을 사용할 수 있으며, 식각액의 농도 및 시간은 형성하고자 하는 포켓(120)의 깊이를 고려해서 당업자 수준에서 최적화시킬 수 있다. 일반적으로 KOH 식각액은 식각 속도는 빠르나 오염 및 손상에 취약하고, TMAH 식각액은 식각속도는 느리지만 오염 및 손상에 유리한 장점을 지니고 있다. 그 후, 상기 마스크 패턴(110)을 제거한 후, 상기 폐기용 반도체 웨이퍼(100)에 질화처리(Nitric Treatment) 공정(S300)을 추가로 실시할 수 있다.
이러한 질화처리(S300)는, 1000℃ 이상의 온도에서 질소와 수소 가스가 혼합된 분위기의 챔버(chamber)에 반도체 웨이퍼(100)를 투입하고 5-30 분의 시간범위에서 질화처리할 수 있다. 상기 질화처리는 포켓(120)이 형성된 반도체 웨이퍼(100)에 손상을 억제하기 위해 수행될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 제시하는 KOH, TMAH 용액을 사용한 습식식각에 의한 포켓(120) 형성 방법은, 본 발명을 구현하기 위한 하나의 예시적인 실시예일 뿐이며 본 발명의 사상은 상기 실시예에 한정되지 않는다. 가령, KOH 혹은 TMAH 식각액 대신에 다른 식각액을 사용한 습식식각도 가능하며, 필요시 습식식각 대신에 알려진 건식 식각 방식을 통해서도 상기 포켓(120)을 형성하는 것이 가능하다.
이와 함께 본 실시예에서는 포켓의 형상을 습식 식각에 의해 음각된 형태로 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상에 의한 포켓(120)은, 사용자의 필요에 따라 여러 다른 형태로 변형이 가능하다고 할 수 있다.
계속해서 도 2c와 같이 상기 포켓(120)이 형성된 반도체 웨이퍼(100) 상부 표면에 충격 완화막(130)을 형성(S130)한다. 상기 충격 완화막(130)은 포켓(120)에 안착된 반도체 소자(미도시)에 충격을 완화하고, 정전기(ESD: ElectroStatic Discharge)를 차단할 수 있으면, 어떤 재질이라도 적용이 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 충격 완화막(130)의 재질로 실리콘(silicone)을 사용한다.
상기 실리콘(poly silicone)은 반도체 웨이퍼의 원자재로 사용되는 고체 상태의 규소 덩어리인 실리콘(silicon)과는 다른 물질로, 일명 규소 고무(silicone rubber)라고도 한다. 이러한 규소 고무인 폴리 실록세인(Polysiloxane)은 내마모성 및 내열성이 매우 우수하여 -45 ~ 250℃의 온도 범위에서도 고유의 탄성이 변형되지 않는다. 그러므로 본 발명과 같이 트레이(tray)로 사용된 반도체 웨이퍼(100)에 열처리 공정을 수행하더라도 손상을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 그 외에도 실리콘( Silcone)은 비이온성, 비극성 및 화학적으로 불활성 특징을 갖기 때문에 포켓(120)에 안착된 반도체 소자에 발생될 수 있는 손상을 최소화시킬 수 있으며, 무독성에 환경 친화적인 재질이기 때문에 적용에 여러 가지 장점이 있다.
상기 포켓(120)이 형성된 반도체 웨이퍼(100) 위에 실리콘(silicone)을 사용하여 충격 완화막(130)을 만드는 방식은 크게 두 가지가 있을 수 있다. 먼저, 액상 실리콘(Silicone) 용액을 준비한 후, 반도체 웨이퍼(100)를 스핀너(Spinner)의 척(chuck) 위에 고정시킨 다음 일정한 속도로 반도체 웨이퍼(100)를 회전시킨다. 그 상태에서 상기 액상의 실리콘 용액을 도포하면, 상기 실리콘 용액은 균일한 두께로 상기 반도체 웨이퍼(100) 위에 코팅(coating)된다. 그 후 상기 반도체 웨이퍼(100)를 오븐(oven)에 넣고 정해진 시간 동안 큐어링(curing)을 진행하여 상기 반도체 웨이퍼(100) 위에 균일한 두께를 갖는 실리콘 재질의 충격 완화막(130)을 형성할 수 있다.
그리고 다른 방식으로는 분사(spray) 방식을 통해서도 상기 반도체 웨이퍼(100) 상부 표면에 충격 완화막(130)을 형성할 수 있다. 먼저 분사 노즐(nozzle)을 통해 일정한 점도(viscosity)를 갖는 액상의 실리콘(silicone)을 분사할 수 있는 반도체 소자의 제조장비로 상기 반도체 웨이퍼(100)를 투입한다. 그 후 상기 포켓(120)이 음각된 형상으로 만들어진 반도체 웨이퍼(100) 상부 표면에 균일한 두께를 갖도록 액상 실리콘을 분사(spray)한다. 이때, 분사를 원활하게 하기 위하여 초음파 분사가 사용될 수도 있다. 마지막으로 분사가 완료된 반도체 웨이퍼(100)를 오븐(oven)에 넣고 일정시간 큐어링(curing)을 진행하여 상기 반도체 웨이퍼(100) 위에 균일한 두께를 갖는 실리콘 재질의 충격 완화막(130)을 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이의 평면도이고, 도 4는 도 3의 변형에 의한 트레이의 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 도 3은 트레이(100A)로 사용되는 반도체 웨이퍼 상부에 반도체 소자, 예컨대 두께가 얇고 외부 손상에 의해 쉽게 파손될 수 있는 웨이퍼 레벨 패키지(WLP: Wafer Level Package), 칩 스케일 패키지(CSP: Chip Scale Package) 등이 안착될 수 있는 포켓(120)이 매트릭스 형태로 마련되어 있다. 또한 반도체 웨이퍼(100A)에서 포켓(120)이 형성되지 않은 하단 영역에는 제품명칭(140)을 기재할 수 있는 인쇄부를 선택적으로 추가할 수도 있다.
도 4는 포켓(120) 영역을 도 3과 같이 매트릭스 형태로 배열시키지 않고, 중앙을 기준으로 구분한 후, 두 종류의 반도체 소자를 소자가 삽입될 수 있는 포켓(120A, 120B)을 마련한 경우이다. 따라서, 엔지니어용 샘플로 사용되는 반도체 소자나, 하나 이상의 반도체 소자가 세트(set)로 사용될 때, 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이(100) 내에서 포켓(120A, 120B)을 구분하여 사용할 수 있다. 본 발명에서는 예시적으로 2 종류의 포켓을 구분하여 형성하는 것을 도시하였으나, 다양한 방식으로 여려 종류의 반도체 소자가 삽입될 수 있도록 포켓을 형성할 수도 있다.
도 5는 본 발명에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이(100)에 반도체 소자가 포장된 것을 보여주는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 외부 손상에 쉽게 파손이 가능하고, 얇은 두께를 갖는 반도체 소자(200)가 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이(100)에 담겨진 것을 보여준다. 상기 트레이(100A)는 상술한 도1 및 도 2의 공정을 통해 제조된 반도체 웨이퍼를 가리킨다. 상기 반도체 소자(200)는, BGA(ball grid Array) 패키지, CSP, WLP 와 같은 반도체 패키지일 수 있다. 또한 상기 반도체 소자(200)는 태양전기(solar cell)용 반도체 소자, MEMS용 반도체 소자가 될 수 있다. 상기 반도체 트레이(100)의 포켓에 담겨지는 반도체 소자는 얇은 평평한 구조의 전자 부품뿐만이 아니라, 후속 공정으로서 전기적/기계적 연결을 위한 돌기 모양의 범프(Bump)를 갖는 전자부품, 어느 것이나 적용이 가능하다고 할 수 있다.
상기 반도체 소자(200)는 진공을 사용한 픽 앤 플레이스(pick and place) 장치를 통해 본 발명에 의한 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이(100)에 로딩(loading)되거나 언로딩(unloading)될 수 있다. 상기 반도체 소자(200)가 로딩된 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이(100) 상부는 UV 테이프(300)에 의해 밀봉될 수 있다. 상기 UV 테이프(300)는 빛이나 열에 의해 접착성이 변하기 때문에 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이(100) 위에 부착 및 탈착이 용이하며, 포켓(200)에 안착된 반도체 소자(200)의 이동을 최소화할 수 있다. 상기 UV 테이프(300)에 의해 패킹(packing)이 완료된 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이(100)는 웨이퍼용 캐리어(carrier)에 적재되거나, 혹은 정전기(EDS) 방지용 포장재에 담겨서 취급될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함이 명백하다.
100: 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이 혹은 반도체 웨이퍼,
110: 마스크 패턴, 120: 포켓(pocket),
130: 충격 완화막, 200: 반도체 소자,
300: UV 테이프.

Claims (7)

  1. 반도체 웨이퍼;
    상기 반도체 웨이퍼 상부면에 마련된 음각된 형상의 복수개의 포켓; 및
    상기 포켓 및 반도체 웨이퍼 상부면을 덮는 충격 완화막을 구비하는 것을 특징으로 하는 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충격 완화막은, 재질이 실리콘(silicone)인 것을 특징으로 하는 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이.
  3. 폐기용 반도체 웨이퍼를 준비하는 단계;
    상기 반도체 웨이퍼의 전면에 마스크층을 형성하는 단계;
    상기 마스크층을 이용하여 식각을 진행하여 반도체 웨이퍼에 포켓을 형성하는 단계; 및
    상기 반도체 웨이퍼 전면에 충격완화막을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 식각을 진행하는 방법은,
    KOH 및 TMAH 용액 중에서 선택된 하나를 식각액으로 사용하여 습식식각으로 진행하는 것을 특징으로 하는 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼에 포켓을 형성하는 단계 후에,
    상기 반도체 웨이퍼에 질화처리를 수행하는 단계를 더 진행하는 것을 특징으로 하는 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 충격 완화막을 형성하는 방법은,
    액상 실리콘(silicone) 용액을 상기 반도체 웨이퍼 위에 스핀 코팅하는 공정; 및
    상기 반도체 웨이퍼를 큐어링(Curing)하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이 제조방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 충격 완화막을 형성하는 방법은,
    액상 실리콘(silicone) 용액을 상기 반도체 웨이퍼 위에 분사(spray)하는 공정; 및
    상기 반도체 웨이퍼를 큐어링(Curing)하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기용 웨이퍼를 재활용한 트레이 제조방법.
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CN103086318A (zh) * 2013-01-11 2013-05-08 烟台睿创微纳技术有限公司 一种mems硅晶圆片划片切割和结构释放方法
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