KR101909633B1 - 레이저 스크라이빙을 이용한 발광소자 칩 웨이퍼의 절단 방법 - Google Patents

레이저 스크라이빙을 이용한 발광소자 칩 웨이퍼의 절단 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 스크라이빙을 이용한 발광소자 칩 웨이퍼의 절단 방법이 개시된다. 개시된 웨이퍼 절단방법은, 복수의 반도체 칩이 그 상면에 마련된 웨이퍼를 준비하는 단계와, 웨이퍼 상면 상으로 복수의 반도체 칩을 덮는 제1 테이프를 부착하는 단계와, 웨이퍼의 하면으로부터 레이저 빔을 조사하여 웨이퍼에 반도체 칩을 한정하도록 스크라이빙 라인을 형성하는 단계와, 웨이퍼의 하면 상에 제2 테이프를 부착하는 단계와, 웨이퍼의 상면 및 하면에 각각 제1 테이프 및 제2 테이프가 부착된 상태에서 스크라이빙 라인을 따라 웨이퍼에 물리적 힘을 가하여 웨이퍼를 상기 복수의 반도체 칩으로 브레이킹하는 단계를 포함하되, 웨이퍼의 브레이킹 동안에 제1 테이프 및 제2 테이프는 절단되지 않는 것를 포함한다.

Description

레이저 스크라이빙을 이용한 발광소자 칩 웨이퍼의 절단 방법{Method of cutting light emitting device chip wafer using laser scribing}
본 발명은 복수의 발광소자 칩이 형성된 웨이퍼를 레이저 스크라이빙을 이용하여 복수의 발광소자 칩으로 절단하는 방법에 관한 것이다.
발광소자 칩(light emitting device chip), 예를 들면, 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN접합을 통해 발광원을 구성함으로서 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 발광다이오드는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 빛의 지향성이 강하여 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 발광다이오드는 충격 및 진동에 강하고, 예열시간과 복잡한 구동이 불필요하며, 다양한 형태로 패키징할 수 있어 여러가지 용도로 적용이 가능하다.
반도체 제조공정을 이용하여 발광다이오드를 제조하는 경우, 생산성 향상을 위해 복수의 발광 다이오드 칩을 웨이퍼 상에 형성한다.
각 발광다이오드 칩의 분리를 위해서 웨이퍼를 각 칩 별로 절단한다. 웨이퍼 절단공정으로 복수의 발광 다이오드 칩을 분리한 경우, 멀티 프루버(multi-prober)로 각 칩의 전극을 접촉시켜서 각 칩의 특성을 검사한다.
종래에는 웨이퍼의 일면에 만 보호 테이프를 부착하고 기계적 절단 공정인 블레이드(blade) 소잉(sawing), 즉 회전되는 블레이드 휠(wheel)를 이용하여 절단하는 방법이 적용되고 있다. 그러나, 이러한 웨이퍼 절단방법은 공정 중 발생되는 분진으로 작업 환경이 오염될 수 있다. 또한, 보호 테이프 상의 칩들의 정렬이 흐트러져서 멀티 프루버와 각 칩의 전극 사이의 접촉 불량이 생길 수 있으며, 이러한 불량은 발광 다이오드 칩의 불량을 야기시킨다.
본 발명은 레이저 스크라이빙 공정 및 브레이킹 공정으로 발광소자 칩 웨이퍼를 분리하여 발광소자 칩을 제조하는 공정의 생산성을 형상시킬 수 있는 발광소자 칩 웨이퍼의 절단 방법을 제공한다.
본 별명의 일 측면에 따른 레이저 스크라이빙을 이용한 발광소자 칩 웨이퍼의 절단 방법은:
복수의 반도체 칩이 그 상면에 마련된 웨이퍼를 준비하는 단계;
상기 웨이퍼 상면 상으로 상기 복수의 반도체 칩을 덮는 제1 테이프를 부착하는 단계;
상기 웨이퍼의 하면으로부터 레이저 빔을 조사하여 상기 웨이퍼에 상기 반도체 칩을 한정하도록 스크라이빙 라인을 형성하는 단계;
상기 웨이퍼의 하면 상에 제2 테이프를 부착하는 단계; 및
상기 웨이퍼의 상면 및 하면에 각각 제1 테이프 및 제2 테이프가 부착된 상태에서 상기 스크라이빙 라인을 따라 상기 웨이퍼에 물리적 힘을 가하여 상기 웨이퍼를 상기 복수의 반도체 칩으로 브레이킹하는 단계를 포함하되, 상기 웨이퍼의 브레이킹 동안에 상기 제1 테이프 및 상기 제2 테이프는 절단되지 않는 것;를 포함한다.
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상기 반도체 칩은 발광소자 칩일 수 있다.
상기 웨이퍼는 상기 레이저 빔이 투과하는 사파이어 웨이퍼일 수 있다.
상기 스크라이빙 라인 형성단계는 상기 웨이퍼의 두께 방향에서 중앙 위치에 상기 레이저 빔의 초점이 오도록 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 스크라이빙 라인 형성단계는 상기 웨이퍼를 지탱하는 스테이지를 X방향과 Y방향으로 이동하면서 상기 웨이퍼에 가로 및 세로로 격자 형태로 상기 스크라이빙 라인을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 브레이킹 단계는 상기 웨이퍼에서 상기 스크라이빙 라인을 따라 브레이커 블레이드로 눌러서 상기 웨이퍼를 절단하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 웨이퍼의 절단시 발생되는 비산 입자들을 줄여서 이들에 의한 발광소자 칩의 불량을 감소시킬 수 있다.
또한, 웨이퍼의 양면 상으로 발광소자 칩을 고정하는 테이프를 부착함으로써 웨이퍼의 절단 공정후 발광소자 칩의 위치가 고정되므로, 멀티 프루버로 복수의 발광소자 칩의 특성을 검사할 수 다.
도 1은 본 발명에서의 발광소자 칩의 일 예를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 스크라이빙을 이용한 웨이퍼 절단방법을 단계적으로 보여주는 도면들이다.
도 3은 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼 링의 일 예를 보여주는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 이하에서 "상" 또는 "위"라는 용어는 어떤 층 위에 직접 접촉되어 배치된 경우뿐만 아니라 접촉되지 않고 떨어져 위에 배치되는 경우, 다른 층을 사이에 두고 위에 배치되는 경우 등을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명에서의 발광소자 칩(100)의 일 예를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판, 예컨대 사파이어 기판(110) 상에 버퍼층(120)이 형성되어 있다. 버퍼층(120)은 InxGayAlzN 또는 ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN, 제1 테이프(220)는 AlN으로 형성될 수 있다. 버퍼층(120)은 n형 질화물층(130)과 기판 사이의 격자 불일치를 완화하기 위해 형성된다. 버퍼층(120) 상에 n형 질화물층(130)을 형성한다. 제1질화물층(130)은 InxGayAlzN 으로 형성될 수 있다. n형 질화물층(130)은 한가지 조성으로 이루어진 단일층뿐만 아니라 조성이 변하는 복수의 층으로 이루어질 수도 있다. n형 질화물층(130)은 일부가 위쪽으로 노출되며, 노출되는 부분에 n형 전극패드(140)가 형성될 수 있다. 제1질화물층(130) 상에 다중양자우물 활성층(150) 및 p형 질화물층(160)이 순차적으로 형성된다. P형 질화물층(160) 상에 p형 전극패드(170)가 형성될 수 있다.
도 1에는 수평형 전극구조를 가진 발광소자 칩의 구조가 개시되어 있으나, 본 발명에의 발광소자 칩은 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 수직형 전극 구조를 가질 수도 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스크라이빙을 이용한 웨이퍼 절단방법을 단계적으로 보여주는 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 상면(211)에 복수의 반도체 칩이 형성된 웨이퍼(210)를 준비한다. 반도체 칩은 발광소자 칩(100)일 수 있다. 웨이퍼(210)는 사파이어로 형성된 웨이퍼일 수 있으며, 발광소자 칩(100)은 웨이퍼(210) 상에 형성된 GaN 계 발광다이오드일 수 있다. 발광소자 칩(100)은 웨이퍼(210) 상에서 매트릭스 배열 형태로 형성될 수 있으며, 도 2a에서는 편의상 3개의 발광소자 칩(100)을 도시하였다. 또한, 발광소자 칩(100)의 구조는 다양할 수 있으며, 일 예로 도 1의 수평형 발광소자 칩(100)을 가질 수 있다.
웨이퍼(210) 상면(211) 위의 발광소자 칩(100)을 덮도록 제1 테이프(220)를 부착한다. 제1 테이프(220)는 후술하는 레이저 스크라이빙 공정과 절단공정에서 웨이퍼(210)를 고정한다. 제1 테이프(220)는 점착성을 주는 테이프이면 되며, 특별하게 제한을 두지 않는다. 예컨대, 자외선 테이프(ultraviolet tape: UV tape), 열경화성 테이프(thermosetting tape) 등으로 형성될 수 있다. 제1 테이프(220)는 대략 50 ~ 200 ㎛ 두께로 형성될 수 있다.
도 2a에서는 발광소자 칩(100)과 제1 테이프(220) 사이의 간격이 크게 도시되고 제1 테이프(220)가 발광소자 칩(100)과 이격된 부분이 많은 것처럼 도시되었지만, 실제로는 웨이퍼(210) 상의 발광소자 칩(100)의 높이는 수 ㎛로 낮으며, 제1 테이프(220)는 발광소자 칩(100)의 전면과 웨이퍼 상면(211)과 접촉되게 부착될 수 있다.
도 3은 웨이퍼(210)가 장착되는 웨이퍼 링(215)의 일 예를 보여주는 사시도이다. 제1 테이프(220)는 웨이퍼(210)의 상면(211)이 부착되는 웨이퍼링(215)에 미리 부착된 테이프(220)일 수 있다. 라인(C)은 각 발광소자 칩(100)을 한정하는 라인이며, 스크라이빙되는 라인이 될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 웨이퍼(210)를 X-Y 스테이지(미도시) 위에 배치한다. 웨이퍼 링(215)을 이용하는 경우에는 웨이퍼 링(215)을 X-Y 스테이지에 장착한다. X-Y 스테이지는 미도시된 구동수단을 사용하여 스테이지를 2축(X-Y축) 방향으로 이동시킨다. X-Y 스테이지는 당업계에서 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
X-Y 스테이지 위에는 레이저 빔(L)을 조사하는 레이저 장치(310)가 배치된다. X-Y 스테이지를 단계적으로 X방향 및 Y방향으로 이동하면서, 웨이퍼(210)의 하면(212) 상으로 레이저 빔(L)을 조사하여 웨이퍼(210)에 발광소자 칩(100)을 구분하는 스크라이빙 라인(S)을 형성한다. 웨이퍼(210)은 레이저 빔(l)이 투과할 수 있는 사파이어 기판일 수 있다. 도 3에는 웨이퍼(210)의 하면(212) 상으로 형성된 스크라이빙 라인(S)이 도시되어 있다. 웨이퍼(210)에 형성하는 스크라이빙 라인(S)은 매트릭스 형태로 형성된 발광소자 칩(100)을 한정하도록 격자 형태로 형성한다. 스크라이빙 라인(S)은 도 3의 라인(C)일 수 있다.
레이저 장치(310)로는 일 예로 파이버 레이저를 사용할 수 있으며, 대략 0.25 ~ 0.4 W 파워를 사용할 수 있다. X-Y 스테이지의 이동속도는 대략 400 mm/s 일 수 있다. 레이저 빔(L)의 초점을 웨이퍼(210) 두께 중앙에 포커싱되게 레이저 빔(L)을 조사함으로써 웨이퍼(210)의 스크라이빙 라인(S)을 따라 금이 형성되게 할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 웨이퍼(210) 하면(212)에 제2 테이프(230)를 부착한다. 제2 테이프(230)는 점착성을 주는 테이프이면 되며, 특별하게 제한을 두지 않는다. 예컨대, 자외선 테이프(ultraviolet tape: UV tape), 열경화성 테이프(thermosetting tape) 등으로 형성될 수 있다. 제2 테이프(230)는 대략 50 - 200 ㎛ 두께로 형성될 수 있다.
제2 테이프(230)는 웨이퍼(210)가 웨이퍼 링(215)에 장착된 상태에서 수행될 수 있으며, 이때, 웨이퍼 링(215)은 X-Y 스테이지에 장착된 상태일 수 있다.
도 2d를 참조하면, 웨이퍼(210)의 스크라이빙 라인(S)을 기준으로 웨이퍼(210)를 분리하기 위한 브레이킹 공정을 수행한다. 웨이퍼(210)의 하면(212)을 한 쌍의 브레이킹 블록(242) 사이에 스크라이빙 라인(S)이 오게 배치한 다음, 브레이커 블레이드(240)를 이용하여 스크라이빙 라인(S)을 기준으로 웨이퍼(210)의 상면(211)을 누르면, 웨이퍼(210)에 형성된 스크라이빙 라인(S)를 따라서 분리된다. 이때 웨이퍼(210)에 형성된 발광소자 칩(100)도 함께 분리된다. 한 쌍의 브레이킹 블록(242)은 각각 웨이퍼(210)의 직경 보다 길 수 있다.
X-Y 스테이지를 이동하면서 스크라이빙 작업을 반복하면 웨이퍼(210)이 각각의 발광소자 칩(100)으로 분리된다. 이 과정에서 제1 테이프(220) 및 제2 테이프(230)는 브레이킹 공정에서도 잘라지지 않으며, 이에 따라 분리된 발광소자 칩(100)을 고정한다. 즉, 각 발광소자 칩(100)의 위치를 고정한다.
이어서, 발광소자 칩(100)을 덮는 제1 테이프(220)를 제거한 후, 멀티 프루버를 사용하여 각 발광소자 칩(100)의 특성을 검사할 수 있다. 이 과정에서 멀티 프루버와 발광소자 칩(100)의 전극패드(도 1의 140, 170 참조)과의 콘택 에러가 감소되므로, 발광소자 칩(100)의 제조에서 생산성이 향상될 수 있다.
웨이퍼의 기계적 절단 방식 대신에 레이저 스크라이빙 공정을 적용하면, 기계적 절단공정에서 발생되는 입자 들에 의한 발광소자 칩의 불량을 감소시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼의 양면 상으로 발광소자 칩을 고정하는 테이프를 부착함으로써 웨이퍼의 절단 공정후 발광소자 칩의 위치가 고정되므로, 멀티 프루버로 복수의 발광소자 칩의 특성을 검사할 수 있으므로 발광소자 칩의 제조에 있어서 생산성이 향상될 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
100: 발광소자 칩 140, 170: 전극 패드
210: 웨이퍼 220: 제1 테이프
230: 제3 테이프 240: 브레이킹 블레이드
242: 브레이킹 블록 310: 레이저 장치
L: 레이저 빔 S: 스크라이빙 라인

Claims (9)

  1. 복수의 반도체 칩이 그 상면에 마련된 웨이퍼를 준비하는 단계;
    상기 웨이퍼 상면 상으로 상기 복수의 반도체 칩을 덮는 제1 테이프를 부착하는 단계;
    상기 웨이퍼의 하면으로부터 레이저 빔을 조사하여 상기 웨이퍼에 상기 반도체 칩을 한정하도록 스크라이빙 라인을 형성하는 단계;
    상기 웨이퍼의 하면 상에 제2 테이프를 부착하는 단계; 및
    상기 웨이퍼의 상면 및 하면에 각각 상기 제1 테이프 및 상기 제2 테이프가 부착된 상태에서 상기 스크라이빙 라인을 따라 상기 웨이퍼에 물리적 힘을 가하여 상기 웨이퍼를 상기 복수의 반도체 칩으로 브레이킹하는 단계를 포함하되,
    상기 웨이퍼의 브레이킹 동안에 상기 제1 테이프 및 상기 제2 테이프는 절단되지 않는 웨이퍼 절단방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 칩은 발광소자 칩인 웨이퍼 절단방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 상기 레이저 빔이 투과하는 사파이어 웨이퍼인 웨이퍼 절단방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크라이빙 라인 형성단계는 상기 웨이퍼의 두께 방향에서 중앙 위치에 상기 레이저 빔의 초점이 오도록 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하는 웨이퍼 절단방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크라이빙 라인 형성단계는 상기 웨이퍼를 지탱하는 스테이지를 X방향과 Y방향으로 이동하면서 상기 웨이퍼에 가로 및 세로로 격자 형태로 상기 스크라이빙 라인을 형성하는 단계인 웨이퍼 절단방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 브레이킹 단계는 상기 웨이퍼에서 상기 스크라이빙 라인을 따라 브레이커 블레이드로 눌러서 상기 웨이퍼를 절단하는 웨이퍼 절단 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 테이프의 부착 단계 후 및 상기 웨이퍼의 브레이킹 단계 전에,
    상기 제2 테이프의 하면에 한 쌍의 브레이킹 블록을 준비하되, 상기 스크라이빙 라인이 상기 한 쌍의 브레이킹 블록 사이에 위치하게 하는 웨이퍼 절단 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 테이프의 부착 단계는 상기 제2 테이프의 부착 단계 전에 수행하게 하는 웨이퍼 절단 방법.
  9. 복수의 반도체 칩이 그 상면에 마련된 웨이퍼를 준비하는 단계;
    제1 테이프가 부착된 웨이퍼를 웨이퍼 링 상에 장착하여 상기 제1 테이프가 상기 웨이퍼의 상면 상의 상기 반도체 칩을 커버하도록 하는 단계;
    상기 웨이퍼 링을 움직이면서 상기 웨이퍼의 하면으로부터 레이저 빔을 조사하여 상기 웨이퍼에 상기 반도체 칩을 한정하도록 스크라이빙 라인을 형성하는 단계;
    상기 스크라이빙 라인을 형성한 후 상기 웨이퍼의 하면 상에 제2 테이프를 부착하는 단계; 및
    상기 웨이퍼의 상면 및 하면에 각각 상기 제1 테이프 및 상기 제2 테이프가 부착된 상태에서 스크라이빙 라인을 따라 상기 웨이퍼의 상면에 물리적 힘을 가하여 상기 웨이퍼를 상기 복수의 반도체 칩으로 브레이킹하는 단계를 포함하되,
    상기 웨이퍼의 브레이킹 동안에 상기 제1 테이프 및 상기 제2 테이프는 절단되지 않는 웨이퍼 절단방법.
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