KR102473256B1 - 고효율 다이 다이싱 및 릴리스 - Google Patents

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Abstract

패시브, 시스템 인 패키지(SiP) 또는 시스템 온 칩(SoC), 필터 및/또는 유리 기판으로부터의 기타 디바이스로 저비용 대량 생산을 가능하게 하는, 기판으로부터 다이의 일괄 대량 동시 다이 릴리스 방법이 개시된다.

Description

고효율 다이 다이싱 및 릴리스
본 발명은 웨이퍼로부터 다이를 다이싱 및/또는 릴리스하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 범위를 제한함이 없이, 웨이퍼로부터 다이를 다이싱 및/또는 릴리스하는 방법과 관련하여 그 배경이 설명된다.
VLSI 기술을 사용한 다이 크기는 더 큰 복잡성과 함께 더 큰 다이 크기를 가능하게 하여, 더욱 큰 처리 능력 CPU 및 고밀도 메모리 디바이스를 산출하였다. 대형 다이와 큰 시장 요구는 다이당 비용을 줄이는 동시에 성능을 향상시키기 위해 대면적 웨이퍼로 이어져야만 했다. 웨이퍼로부터 다이의 제거 또는 다이싱은 최종 제품의 전체 비용에 대한 증분 원가(incremental cost)로서 간주된다. 그러나, 적층 및 서브트랙티브 공정(additive and subtractive process)의 조합에 의한 박막 및 후막(thick film) 공정을 사용하는 수동 디바이스(passive device)의 통합이 발전하고 있다. 이러한 것은 단일 기판에 수천 내지 수만 개의 수동 디바이스 및 필터, 및 디바이스의 조합을 생성할 수 있는 능력을 가진다. 레이저 스크라이빙, 소잉(sawing) 또는 워터젯 도구와 같은 순차 처리(serial processing)를 사용하는 고전적인 다이싱은 시간이 너무 오래 걸리고(최대 수십 시간) 수동 또는 기타 정밀 특징 디바이스를 생산하는 비용에 큰 영향을 미친다.
웨이퍼로부터 다이의 제거 또는 다이싱을 위한 더 우수하고 더 빠른 방법이 필요하다.
본 발명자들은 기판당 다이 수를 증가시키면서 비용을 극적으로 감소시키고 수율을 향상시키는, 기판으로부터 다이를 제거하기 위한 동시 및 일괄 공정(parallel and batch process)을 입증하였다.
한 실시예에서, 본 발명은 기판으로부터 동시 일괄 공정으로 하나 이상의 다이를 위한 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴(scribe pattern)을 생성하는 방법을 포함하며, 방법은 활성 UV 에너지원을 이용하여, 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴으로 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 노출시키는 단계; 감광성 유리 기판을 그 유리 전이 온도보다 높게 적어도 10분의 가열 위상(heating phase)으로 가열하는 단계; 유리-세라믹 결정질 기판을 형성하기 위해 노출된 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 결정질 재료로 변환하도록 감광성 유리 기판을 냉각하는 단계; 노출된 영역을 UV광 차단층으로 코팅하는 단계; 기판의 전면에 대한 완성으로 수동 구성요소, 필터 또는 다른 디바이스를 생성하는 단계; 및 기판으로부터 다이를 릴리스하기 위해 에칭 용액으로 감광성 유리 기판에서의 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴의 세라믹 상(ceramic phase)을 에칭하는 단계를 포함하거나, 단계로 이루어지거나, 또는 단계로 필수적으로 이루어진다. 한 양태에서, 다이 릴리스 스크라이브 패턴은 수동 구성요소, 필터 또는 다른 디바이스의 형상을 서술하는 직사각형, 원형, 타원형, 프랙탈(fractal) 또는 다른 형상이다. 다른 양태에서, 다이 릴리스 스크라이브 패턴은 접착 백킹(adhesive backing)까지 관통 에칭된다. 다른 양태에서, 다이 릴리스 스크라이브 패턴은 5 ㎛보다 큰, 그리고 250 ㎛ 폭 구조일 수 있다. 다른 양태에서, 다이 릴리스 스크라이브 패턴은 기계적으로 절단된 등가 기판(equivalent substrate)보다 기판당 더 많은 수의 다이를 가진다. 다른 양태에서, 릴리스된 다이의 가장자리는 5 ㎛ 미만의 표면 거칠기를 가진다. 다른 양태에서, 릴리스된 다이의 가장자리는 1 ㎛ 미만의 표면 거칠기를 가진다. 다른 양태에서, 릴리스된 다이의 가장자리는 다이의 표면으로부터 비직각 각도(non-normal angle)를 가진다. 다른 양태에서, 릴리스된 다이의 가장자리는 다이의 표면에 대한 법선으로부터 적어도 1° 및 30°미만인, 다이의 표면으로부터 비직각 각도를 가진다. 다른 양태에서, 릴리스된 다이의 상부 또는 하부 모서리는 다이의 표면으로부터 적어도 1° 내지 30° 미만인, 다이의 표면으로부터의 비직각 곡률(non-normal curvature)을 가진다. 다른 양태에서, 하나 이상의 스크라이브 라인의 폭은 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 75, 80, 또는 90 ㎛ 폭 또는 그 사이의 범위이다.
한 실시예에서, 본 발명은 기판으로부터 동시 일괄 공정으로 하나 이상의 다이를 위한 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴을 생성하는 방법을 포함하며, 방법은 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴으로 감광성 유리 기판을 마스킹하는 단계; 활성 UV 에너지원을 이용하여, 다이 릴리스로서 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 노출시키는 단계; 감광성 유리 기판을 그 유리 전이 온도보다 높게 적어도 10분의 가열 위상으로 가열하는 단계; 감광성 유리 기판의 유리-세라믹 결정질 부분을 형성하기 위해 노출된 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 변환하도록 감광성 유리 기판을 냉각하는 단계; 노출된 영역을 UV광 차단층으로 코팅하는 단계; 수동 구성요소, 필터 또는 다른 디바이스를 생성하여 완성하는 단계; 기판의 배면측에 약하게 접착된 백킹을 배치하는 단계; 다이를 릴리스하는 에칭 용액으로 감광성 유리 기판에서의 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴의 유리-세라믹 부분을 에칭하는 단계; 및 약하게 접착된 백킹으로부터 하나 이상의 다이를 제거하는 단계를 포함하거나, 단계로 이루어지거나, 또는 단계로 필수적으로 이루어진다. 한 양태에서, 다이 릴리스 스크라이브 패턴은 수동 구성요소, 필터 또는 다른 디바이스의 형상을 서술하는 직사각형, 원형, 타원형, 프랙탈 또는 다른 형상이다. 다른 양태에서, 다이 릴리스 스크라이브 패턴은 접착 백킹에 대한 캔 에칭(can etch)이다. 다른 양태에서, 다이 릴리스 스크라이브 패턴은 5 ㎛보다 큰, 그리고 250 ㎛ 폭 구조일 수 있다. 다른 양태에서, 다이 릴리스 스크라이브 패턴은 기판당 더 많은 수의 다이를 가능하게 한다. 다른 양태에서, 릴리스된 다이의 가장자리는 5 ㎛ 미만의 표면 거칠기를 가진다. 다른 양태에서, 릴리스된 다이의 가장자리는 1 ㎛ 미만의 표면 거칠기를 가진다. 다른 양태에서, 릴리스된 다이의 가장자리는 다이의 표면으로부터 비직각 각도를 가진다. 다른 양태에서, 릴리스된 다이의 가장자리는 다이의 표면에 대한 법선으로부터 적어도 1°및 30° 미만인, 표면으로부터 비직각 각도를 가진다. 다른 양태에서, 릴리스된 다이의 상부 또는 하부 모서리는 다이의 표면으로부터 적어도 1° 및 30° 미만인, 표면으로부터 비직각 곡률을 가진다. 다른 양태에서, 하나 이상의 스크라이브 라인의 폭은 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 75, 80, 또는 90 ㎛ 폭 또는 그 사이의 범위이다.
본 발명의 특징 및 이점의 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부 도면과 함께 본 발명의 상세한 설명을 참조한다:
도 1은 소잉된 트렌치(sawed trench)의 측벽의 측면도이다.
도 2는 에칭된 트렌치의 측벽의 측면도이다.
본 발명의 다양한 실시예의 제조 및 사용이 다음에 상세히 논의되지만, 본 발명은 매우 다양한 특정 맥락에서 구현될 수 있는 많은 적용 가능한 발명 개념을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에서 논의된 특정 실시예는 단지 본 발명을 만들고 사용하는 특정 방식의 예시이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 다수의 용어가 다음에 정의된다. 본 명세서에서 정의된 용어는 본 발명과 관련된 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가진다. 단수 표현 용어는 단일 개체만을 지칭하기 위한 것이 아니라 설명을 위해 특정 예가 사용될 수 있는 일반적인 부류를 포함한다. 본 명세서의 용어는 본 발명의 특정 실시예를 설명하는데 사용되지만, 그 사용은 청구범위에 요약된 경우를 제외하고는 본 발명을 제한하지 않는다.
대부분의 반도체 및 MEMS 기판들은 박막 및 후막 적층 및 서브트랙티브 공정을 사용하여 처리될 수 있다. 서브트랙티브 공정은 기판에 추가되거나 기판 자체로부터 재료를 제거하기 위해 에칭, 밀링, 이온 빔 밀링, 리프트 오프 또는 기타 공정을 사용한다. 기판에 의존하여, 서브트랙티브 공정은 빠르거나 느릴 수 있다. 사파이어 기판은 에칭이 매우 어렵고(느리고), 이온 빔 밀 또는 밀은 사파이어의 경도와 불활성 특성을 손상시킨다. 실리콘 기판은 화학적 또는 플라즈마 에칭 또는 이온 빔 밀링을 사용하여 에칭될 수 있다. 보다 쉽게 처리할 수 있는 기판 중 하나는 광한정성(photodefinable) 유리 기판이다.
광한정성 유리 재료는 최종 재료가 유리, 세라믹을 만들거나 또는 유리 및 세라믹 모두의 영역을 포함할 수 있는 간단한 3단계 공정에서 1세대 반도체 장비를 사용하여 처리된다. 광한정성 유리는 다양한 마이크로시스템 부품, 시스템 온 칩 및 패키지에 있는 시스템의 제조에 몇몇 장점을 가진다. 마이크로 구조 및 전자 부품은 기존의 반도체 및 인쇄 회로 기판(PCB) 처리 장비를 사용하여 이러한 유형의 유리로 비교적 저렴하게 생산되었다. 일반적으로, 유리는 고온 안정성, 우수한 기계적 및 전기적 특성, 플라스틱 및 여러 유형의 금속보다 우수한 내화학성을 가진다. 산화 세륨의 흡수 대역 내에서 자외선에 노출될 때, 산화 세륨은 광자를 흡수하고 전자를 상실하는 것에 의해 증감제로서 작용한다. 이러한 반응은 인접한 산화 은을 환원시켜 은 원자를 형성한다. 예를 들어,
Ce3+ + Ag+ = Ce4+ + Ag0
은 이온은 열처리 공정에서 은 나노 클러스터로 합쳐지고, 주변 유리에서 결정질 세라믹 상의 형성을 위한 유핵 사이트(nucleation sites)를 유도한다. 이러한 열처리는 유리 변태 온도에 가까운 온도에서 수행되어야만 한다. 세라믹 결정질 상은 노출되지 않은 유리, 비정질 유리 영역보다 불산(HF)과 같은 에칭제에 더욱 잘 용해된다. 특히, FOTURAN®의 결정질 [세라믹] 영역은 10% HF에서의 비정질 영역들보다 약 20배 빠르게 에칭되어, 노출된 영역이 제거될 때 벽 기울기 비율(slope ratio)이 약 20:1인 마이크로 구조를 가능하게 한다. T. R. Dietrich 등의 "Fabrication technologies for microsystems using photoetchable glass," Microelectronic Engineering 30, 497(1996)을 참조한다. 광한정성 유리의 다른 조성은 다른 속도로 에칭될 것이다.
필터 또는 다른 전자 또는 RF 소자를 형성하기 위한 수동 디바이스 또는 수동 디바이스들의 조합을 제조하는 하나의 방법은 실리카, 산화 리튬, 산화 알루미늄 및 산화 세륨으로 구성된 감광성 유리 기판을 사용할 수 있으며, 감광성 유리 기판 내에 적어도 하나의 2차원 또는 3차원 세라믹 상 영역을 가지는 패턴을 생성하기 위해 마스크 및 UV 광을 사용한다.
바람직하게, 성형된 유리 구조물은 적어도 하나 이상의 2차원 또는 3차원 유도성 디바이스를 포함한다. 용량성 디바이스는 출력 조건을 위한 고표면적 커패시터를 형성하기 위해 직렬로 연결된 구조물을 만드는 것에 의해 형성된다. 구조물들은 커패시턴스를 발생시키는 패턴을 생성하는 직사각형, 원형, 타원형, 프랙탈 또는 기타 형상일 수 있다. APEX™ 유리의 패턴화된 영역들은 도금 또는 기상 증착을 포함하는 다양한 방법을 통해 금속, 합금, 복합재, 유리 또는 기타 자성 매체로 채워질 수 있다. 수동 디바이스가 생성되었으면, 지원되는 APEX™ 유리는 제자리에 남겨지거나 제거되어 연속적으로 또는 동시에 분리될 수 있는 수동 디바이스의 어레이를 생성할 수 있다. 전통적인 순차 공정은 레이저, 소잉, 워터젯 및 기타 공정을 사용하여 기판을 절단하고, 수동 디바이스를 포함하는 다이를 릴리스한다. 새로운 접근 방식은 광한정성 유리 기판의 기본 특성을 사용하여, 각각의 다이를 격리하는 해칭 패턴을 노출시키고, 광한정성 유리 기판을 베이킹하여 노출된 영역을 세라믹 상으로 전환하고, 웨이퍼 및/또는 다이를 지지하기 위해 광한정성 유리 기판을 순한 접착제(mild adhesive)를 가지는 백킹에 부착하고, 그런 다음 접착 백킹에 이르기까지 노출된 해칭 패턴을 완성하는 홈 또는 트렌치를 에칭한다. 이러한 공정은 순한 접착제 백킹에서의 개별 다이를 격리한다. 격리된 다이는 전통적인 픽 앤 플레이스 기술을 사용하여 제거되어 릴-투-릴 또는 기타 전달 시스템에 적용할 수 있다.
설명된 릴리스 패턴, 재료 및 방법은 직사각형, 원형, 타원형, 프랙탈 또는 수동 디바이스의 형상 또는 수동 디바이스의 조합을 모방하는 다른 형상을 만들도록 사용될 수 있다. 이러한 것은 또한 수동 디바이스를 포함하는 다이를 릴리스하기 위해 기판을 절단하는 레이저, 소잉, 워터젯 및 기타 공정와 같은 전통적인 시리즈 공정을 사용하여 가능하지 않은 다이 형상의 릴리스를 허용한다.
이러한 요구를 해결하기 위해, 본 발명자들은 반도체, RF 전자 기기, 마이크로파 전자 기기, 및 광학 이미징을 위한 새로운 패키징 및 기판 재료로서 유리 세라믹(APEX® Glass ceramic)을 개발했다. APEX® 유리 세라믹은 간단한 3단계 공정으로 1세대 반도체 장비를 사용하여 처리되며, 최종 재료는 유리, 세라믹으로 만들어질 수 있거나, 또는 유리와 세라믹 모두의 영역을 포함할 수 있다. APEX® 유리 세라믹은 용이하게 제조될 수 있는 고밀도 비아, 입증된 마이크로 유체 능력, 마이크로 렌즈 또는 마이크로 렌즈 어레이, 보다 강성의 패키지를 위한 높은 영률, 무할로겐 제조, 및 경제적인 제조를 포함하여 현재 재료보다 양호한 여러 이점을 가진다. 광한정성 유리는 다양한 마이크로시스템 구성요소의 제조를 위해 몇몇 장점을 가진다. 마이크로 구조는 종래의 반도체 처리 장비를 사용하여 이러한 유리로 비교적 저렴하게 생산되었다. 일반적으로, 유리는 고온 안정성, 우수한 기계적 및 전기적 특성을 가지며, 플라스틱 및 많은 금속보다 우수한 내화학성을 가진다. 우리가 아는 한, 상업적으로 이용 가능한 유일한 광한정성 유리는 Schott Corporation에서 제조하고 Invenios Inc에 의해서만 미국으로 수입되는 FOTURAN®이다. FOTURAN®은 미량의 은 이온과 기타 미량 원소, 특히 75-85 중량%의 산화 규소(SiO2), 7-11 중량%의 산화리튬(Li2O), 3-6 중량%의 산화알루미늄(Al2O3), 1-2 중량%의 산화나트륨(Na2O), 0.2-0.5 중량%의 삼산화안티모늄(Sb2O3) 또는 산화비소(As2O3), 0.05-0.15 중량%의 산화 은(Ag2O), 및 0.01-0.04 중량%의 산화 세륨(CeO2)을 함유하는 리튬-알루미늄-실리케이트 유리를 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "APEX® Glass ceramic", "APEX® 유리" 또는 간단히 "APEX®"는 본 발명의 유리 세라믹 조성물의 하나의 실시예를 나타내기 위해 사용된다.
산화 세륨의 흡수 대역 내에서 UV광에 노출될 때, 산화 세륨은 증감제로서 작용하여 광자를 흡수하고 전자를 상실하여, 이웃의 산화 은을 환원시켜 은 원자를 형성한다. 예를 들어,
Ce3+ + Ag+ = Ce4+ + Ag0
은 원자는 베이킹 공정(baking process) 동안 은 나노클러스터로 합쳐지고, 주변 유리의 결정화를 위한 유핵 사이트를 유도한다. 마스크를 통해 UV 광에 노출되면, 유리의 노출된 영역만이 후속 열처리 동안 결정화될 것이다.
이러한 열처리는 유리 변태 온도 부근의 온도(예를 들어, FOTURAN®에 대해 공기 중에서 465℃보다 높은)에서 수행되어야만 한다. 결정 상은 노출되지 않은 유리질의 비정질 영역보다 불산(HF)과 같은 에칭제에서 더 잘 용해된다. 특히, FOTURAN®의 결정질 영역들은 10% HF에서 비정질 영역들보다 약 20배 빠르게 에칭되어, 노출된 영역들이 제거될 때 벽 기울기 비율이 약 20:1인 마이크로 구조를 가능하게 한다. 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 T. R. Dietrich 등의, "Fabrication technologies for microsystems utilizing photodefinable glass," Microelectronic Engineering 30, 497(1996)을 참조한다.
일반적으로, 유리 세라믹 재료들은 성능, 균일성, 타인에 의한 유용성 및 가용성 문제로 인해 어려움을 겪는 마이크로 구조 형성에서 제한된 성공을 가져왔다. 과거 유리-세라믹 재료들은 약 15:1의 수율 에칭 종횡비를 가지며, 이와 대조하여, APEX® 유리는 50:1보다 높은 평균 에칭 종횡비를 가진다. 이러한 것은 사용자가 더 작고 더 깊은 특징부를 생성하는 것을 가능하게 한다. 추가적으로, 당사의 제조 공정은 90% 이상의 제품 수율을 가능하게 한다(기존 유리 수율은 50%에 근접한다). 마지막으로, 기존의 유리 세라믹에서, 유리의 약 30%만이 세라믹 상태로 변환되는데 반하여, APEX™ 유리 세라믹에서, 이러한 변환은 70%에 근접한다.
APEX® 조성물은 향상된 성능을 위한 3가지 주요 메커니즘을 제공한다: (1) 보다 많은 양의 은은 결정립계에서 더 빠르게 에칭되는 더 작은 세라믹 결정의 형성으로 이어지며, (2) 실리카 함유량에서의 감소(HF 산에 의해 에칭된 주요 성분)는 노출되지 않은 재료의 원치않는 에칭을 감소시키고, (3) 알칼리 금속 및 산화붕소의 보다 높은 총 중량%는 제조 동안 훨씬 더 균질한 유리를 생성한다.
유리의 세라믹화는 전체 유리 기판을 310 nm 광의 약 20J/㎠에 노출시키는 것에 의해 달성된다. 세라믹 내에서의 유리 공간을 만들려고 시도할 때, 사용자는 유리가 유리로 남아 있어야 하는 부분을 제외하고 모든 재료를 노출시킨다. 한 실시예에서, 본 발명은 상이한 직경을 가지는 다양한 동심원을 포함하는 석영/크롬 마스크를 제공한다.
본 발명은 전기 마이크로파 및 무선 주파수 응용을 위한 유리 세라믹 구조 안에서 또는 상에서 유도성 디바이스를 제조하는 방법을 포함한다. 유리 세라믹 기판은 60-76 중량% 실리카; 6 중량%-16 중량%의 K2O 및 Na2O의 조합으로, 적어도 3 중량%의 K2O; Ag2O 및 Au2O로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 0.003-1 중량%의 적어도 하나의 산화물; 0.003-2 중량%의 Cu2O; 0.75 중량%-7 중량%의 B2O3, 및 6-7 중량% Al2O3; B2O3의 조합으로; 13 중량%를 초과하지 않는 Al2O3; 8-15 중량%의 Li2O; 및 0.001-0.1 중량%의 CeO2를 포함하지만 이에 제한되지 않는 광범위한 조성 변형을 가지는 감광성 유리 기판일 수 있다. 이러한 것과 다른 다양한 조성은 일반적으로 APEX® 유리로서 지칭된다.
노출된 부분은 유리 기판을 유리 변태 온도에 근접한 온도로 가열하는 것에 의해 결정질 재료로 변환될 수 있다. 불산과 같은 에칭제로 유리 기판을 에칭할 때, 적어도 30:1의 종횡비를 가지는 성형된 유리 구조물을 제공하고 유도성 구조를 생성하기 위하여 유리가 넓은 스펙트럼의 중자외선(약 308-312 nm) 투광 램프에 노출될 때, 노출되지 않은 부분에 대한 노출된 부분의 이방성 에칭 비율은 적어도 30:1이다. 노출을 위한 마스크는 유도성 구조/디바이스의 생성을 위한 곡선 구조를 형성하기 위해 노출에 연속적인 그레이 스케일(continuous grey scale)을 제공하는 하프톤 마스크(halftone mask)일 수 있다. 디지털 마스크는 투광 노출과 함께 사용될 수 있으며, 유도성 구조/디바이스의 생성을 만드는데 사용될 수 있다. 그런 다음, 노출된 유리는 전형적으로 2단계 공정으로 베이킹된다. 은 이온을 은 나노입자로 합치기 위해 420℃-520℃에서 10분 내지 2시간 동안 가열된 온도 범위 및 520℃-620℃에서 10분 내지 2시간 동안 가열된 온도 범위는 산화 리튬이 은 나노 입자 주위에 형성되는 것을 가능하게 한다. 그런 다음, 유리판이 에칭된다. 유리 기판은 전형적으로 5-10 체적%의 HF 용액의 에칭제로 에칭되며, 여기서 노출된 부분과 노출되지 않은 부분의 에칭 비율은 넓은 스펙트럼의 중자외선 투광 조명에 노출될 때 적어도 30:1이며, 적어도 30:1의 이방성 에칭 비율을 가지는 성형된 유리 구조를 제공하기 위해 레이저로 노출될 때 30:1보다 크다. 수동 디바이스가 생성되었으면, 지원 APEX™ 유리는 제자리에 남겨지거나 제거되어 연속적으로 또는 동시에 분리될 수 있는 수동 디바이스의 어레이를 생성할 수 있다. 전통적인 순차 공정은 수동 디바이스를 포함하는 다이를 릴리스하기 위해 기판을 절단하는 레이저, 소잉, 워터젯 및 기타 공정을 사용한다. 본 발명은 각각의 다이를 격리하는 트렌치 패턴을 광한정성 유리 기판에 노출시키고, 광한정성 유리 기판을 베이킹하여 노출된 영역을 세라믹 상으로 변환하고, 광한정성 유리 기판을 웨이퍼 및/또는 다이를 지지하는 순한 접착제를 가지는 백킹에 부착하고, 그런 다음 노출된 해칭 패턴을 접착 백킹에 이르기까지 완성하는 홈 또는 트렌치를 에칭한다. 이러한 공정은 순한 접착제 백킹에서 개별 다이를 격리한다. 다이를 격리하는 것은 전통적인 픽 앤 플레이스 기술을 사용하여 제거될 수 있으며 릴-투-릴 또는 기타 전달 시스템에 적용될 수 있다.
설명된 패턴은 직사각형, 원형, 타원형, 프랙탈 또는 수동 디바이스 또는 수동 디바이스들의 조합의 형상을 모방하는 다른 형상일 수 있다. 이러한 것은 또한 레이저, 소잉, 워터젯 및 수동 디바이스들을 포함하는 다이를 릴리스하기 위해 기판을 절단하는 기타 공정와 같은 전통적인 순차 공정을 사용하여 가능하지 않은 다이 형상의 릴리스를 허용한다.
본 발명의 다양한 실시예의 제조 및 사용이 아래에서 상세하게 논의되지만, 본 발명은 매우 다양한 특정 맥락에서 구현될 수 있는 많은 적용 가능한 발명 개념을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에서 논의된 특정 실시예는 단지 본 발명을 만들고 사용하는 특정 방식을 예시한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명은 광한정성 유리-세라믹 기판 내에 또는 그 위에 생성된 캐패시터, 인덕터, 필터 또는 다른 수동 디바이스를 포함한다. 광한정성 유리-세라믹 기판은 에칭될 때 광한정성 유리 기판 내에/위에 만들어진 디바이스를 릴리스하는 트렌치의 해칭 패턴을 가진다. 광한정성 유리 웨이퍼는 50 ㎛로부터 1,000 ㎛까지의 두께 범위에 있을 수 있다. 하나의 비제한적인 경우에, 광한정성 유리 웨이퍼는 400 ㎛의 두께를 가진다. 광한정성 유리는 그런 다음 해칭 패턴에서 트렌치 구조로 패턴화된다.
첫째, 최소 2분 내지 최대 10분 동안 310 nm 광의 20 J/㎠를 사용하여 광한정성 유리에서 해칭 패턴 트렌치 구조를 노출시킨다.
둘째: 트렌치의 해칭 패턴을 생성하는데 사용된 동일한 마스크는 광한정성 유리 기판에 네거티브 포토레지스트 패턴을 생성하는데 사용된다.
셋째: 기판은 그런 다음 스퍼터링 시스템에 배치되어, 크롬 금속의 1.0 ㎛을 증착한다.
넷째: 트렌치의 해칭 패턴 위에 보호용 경질 크롬 마스크를 남기고 포토레지스트를 제거한다.
다섯째: 노출된 영역을 나노 상 세라믹으로 변환하기 위해 베이킹 사이클까지 수동 디바이스 또는 수동 디바이스에 기초한 시스템을 생성하기 위해 광한정성 유리 기판을 처리한다. 관련 재료 및/또는 방법 및 그 부분이 참조에 의해 본 명세서에 통합되는, 미국 특허 제10,201,091호, "Photo-definable glass with integrated electronics and ground plane"; 미국 특허제10,070,533호, "Photo-definable glass with integrated electronics and ground plane"; 또는 미국 특허 제8,709,702호, "Methods to fabricate a photoactive substrate suitable for microfabrication"에서 교시된 바와 같은 3DGS를 참조한다.
여섯째: 수동 디바이스를 구비한 광한정성 유리 기판은 그런 다음 2-단계 공정으로 베이킹된다. 은 이온을 은 나노입자로 합치기 위하여 10분에서 2시간 동안 420℃-520℃의 온도 범위가 가열되며, 산화 리튬이 은 나노입자 둘레에 형성되는 것을 가능하게 하기 위하여 10분에서 2시간 동안 520℃-620℃의 온도 범위에서 가열된다.
일곱째: 금속화 및 패시베이션을 통해 수동 디바이스 또는 수동 디바이스에 기초한 시스템의 생성을 마무리한다.
여덟째: 과염소산(HClO4)과 세릭 암모늄(ceric ammonium)의 혼합물을 사용하여 크롬 금속을 제거한다.
아홉째: 웨이퍼 광한정성 유리 기판의 배면측에 폴리이미드 층을 순한 접착제로 부착한다.
열째: 전형적으로 5% 내지 10 체적%의 HF 용액의 에칭제로 광한정성 유리 기판의 나노세라믹 해칭 패턴 트렌치를 에칭하며, 노출되지 않음 부분에 대한 노출된 부분의 에칭 비율은 적어도 30:1이며, 해칭 패턴에서의 노출된 트렌치 구조는 유리의 체적을 통해 에칭된다.
해칭 패턴의 트렌치 구조는 직경이 5 ㎛ 내지 250 ㎛의 범위일 수 있지만, 직경이 30 ㎛인 것이 바람직하다. 트렌치의 길이는 광한정성 유리 기판의 폭의 전부 또는 일부를 가로지를 수 있다. 세라믹 벽의 에칭 표면 질감화에 대한 약간의 질감이 있고, 수직으로부터 1°내지 20°사이의 약간의 기울기가 있다. 기울기는 광한정성 유리의 우선적인 에칭비(노출된 영역에서 노출되지 않은 영역까지 30:1)에 기인한다. HF가 트렌치 패턴에 인접한 노출되지 않은 영역에 부딪침에 따라서,에칭제는 수직으로 제거되는 30 ㎛마다 측면으로 1 ㎛를 제거하여, 기울기와 질감화 표면을 생성한다. 이러한 것은 코스/거친 표면이 있는 거의 수직 벽에서 기판을 통해 연삭하는 절단 도구를 사용하는 것과 반대이다. 절단/연삭 날/휠의 폭 때문에, 스크라이브 또는 절단선은 100 ㎛보다 커야 한다. 스크라이브 또는 절단선의 폭은 기판의 전체 다이 수를 결정한다. 스크라이브 또는 절단선이 얇을수록, 기판에 다이를 더 가깝게 패킹(기판당 더 많은 제품)할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에서, 스크라이브 라인은 단지 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 75, 80, 또는 90 ㎛ 폭이거나, 또는 이들 특정 폭의 각각 사이의 범위이다.
따라서, 본 발명은 패시브, 시스템 인 패키지(SiP) 또는 시스템 온 칩(SoC), 필터 및/또는 유리 기판으로부터의 기타 디바이스로 저비용 대량 생산을 가능하게 하는 기판으로부터 다이의 일괄 대량 동시 다이 릴리스 방법을 포함한다.
한 실시예에서, 본 발명은 기판으로부터 동시 일괄 공정으로 하나 이상의 다이를 위한 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴을 생성하는 방법을 포함하며, 방법은 활성 UV 에너지원을 이용하여, 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴으로 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 노출시키는 단계; 감광성 유리 기판을 그 유리 전이 온도보다 높게 적어도 10분의 가열 위상으로 가열하는 단계; 유리-세라믹 결정질 기판을 형성하기 위해 노출된 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 결정질 재료로 변환하도록 감광성 유리 기판을 냉각하는 단계; 노출된 영역을 UV광 차단층으로 코팅하는 단계; 기판의 전면에 대한 완성으로 수동 구성요소, 필터 또는 다른 디바이스를 생성하는 단계; 및 기판으로부터 다이를 릴리스하기 위해 에칭 용액으로 감광성 유리 기판에서의 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴의 세라믹 상(세라믹 상)을 에칭하는 단계를 포함하거나, 단계로 이루어지거나, 또는 단계로 필수적으로 이루어진다.
한 실시예에서, 본 발명은 기판으로부터 동시 일괄 공정으로 하나 이상의 다이를 위한 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴을 생성하는 방법을 포함하며, 방법은 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴으로 감광성 유리 기판을 마스킹하는 단계; 활성 UV 에너지원을 이용하여, 다이 릴리스로서 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 노출시키는 단계; 감광성 유리 기판을 그 유리 전이 온도보다 높게 적어도 10분의 가열 위상으로 가열하는 단계; 감광성 유리 기판의 유리-세라믹 결정질 부분을 형성하기 위해 노출된 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 변환하도록 감광성 유리 기판을 냉각하는 단계; 노출된 영역을 UV광 차단층으로 코팅하는 단계; 수동 구성요소, 필터 또는 다른 디바이스를 생성하여 완성하는 단계; 기판의 배면측에 약하게 접착된 백킹을 배치하는 단계; 다이를 릴리스하는 에칭 용액으로 감광성 유리 기판에서의 다이 릴리스 또는 스크라이브 패턴의 유리-세라믹 부분을 에칭하는 단계; 및 약하게 접착된 백킹으로부터 하나 이상의 다이를 제거하는 단계를 포함하거나, 단계로 이루어지거나, 또는 단계로 필수적으로 이루어진다.
본 발명 및 그 이점이 상세하게 설명되었을지라도, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경, 대체 및 대안이 본 명세서에서 만들어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 더욱이, 본 출원의 범위는 명세서에 기재된 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 당업자는 본 발명의 개시 내용으로부터, 본 명세서에 기술된 대응하는 실시예가 본 발명에 따라 이용될 수 있음에 따라서 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 현재 존재하거나 나중에 개발될 수단, 방법 또는 단계를 용이하게 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 이러한 공정, 기계, 제조, 물질의 구성, 수단, 방법 또는 단계를 그 범위 내에 포함하도록 의도된다.
청구범위 및/또는 명세서에서 용어 "포함하는(comprising)"과 관련되어 사용될 때 단수 표현의 사용은 "하나(one)"를 의미할 수 있지만, "하나 이상", "적어도 하나" 및 "하나 초과" 의 의미와 또한 일치한다. 청구범위에서 용어 "또는"의 사용은, 개시 내용이 단지 대안 및 "및/또는"을 언급하는 정의를 지지할지라도, 단지 대안만을 언급하거나 대안이 상호 배타적인 것을 명확하게 지시하지 않는 한, "및/또는"을 의미하기 위해 사용된다. 본 출원에 걸쳐서, "약"은, 값이 디바이스, 값을 측정하기 위해 이용되는 방법, 또는 연구 주제 사이에 존재하는 변수에 대한 내재적 오차 변동을 포함한다는 것을 지시하기 위해 사용한다.
본 명세서 및 청구항(들)에서 사용된 바와 같이, 단어 "포함하는"(및 "포함하다"와 같은 "포함하는"의 모든 형태), "가지는"(및 "가진다"와 같은 "가지는"의 모든 형태), "구비하는"(및 "구비하다"와 같은 포함의 모든 형태) 또는 "함유하는"(및 "함유한다"와 같은 모든 형태)는 포괄적이거나 개방형이며, 인용되지 않은 추가 요소 또는 방법 단계를 제외하지 않는다. 본 명세서에 제공된 임의의 조성물 및 방법의 실시예에서, "포함하는"은 "본질적으로 ~로 이루어진" 또는 "~로 이루어진"으로 대체될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "본질적으로 이루어진"이라는 문구는 청구된 발명의 특성 또는 기능에 실질적으로 영향을 미치지 않는 특정 정수(들) 또는 단계를 요구한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "이루어지는"은 인용된 정수(예를 들어, 특징, 요소, 특성, 속성, 방법/프로세스 단계 또는 제한) 또는 정수의 그룹(예를 들어, 특징(들, 요소(들), 특성(들), 속성(들), 방법/프로세스 단계 또는 제한(들))만의 존재를 나타내도록 사용된다.
본 명세서에서 사용된 용어 "또는 이들의 조합"은 앞서 열거된 항목 용어의 모든 순열 및 조합을 언급한다. 예를 들어, "A, B, C, 또는 이의 조합"은 A, B, C, AB, AC, BC, 또는 ABC 중 적어도 하나를 포함하고, 순서가 특정 문맥에서 중요한 경우, 또한 BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC, 또는 CAB를 포함하는 것을 의도한다. 하나 이상의 항목 또는 용어의 반복이 분명히 포함된 이러한 예를 계속하면, 예를 들면, BB, AAA, AB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB 등을 포함하는 조합이다. 당업자는 문맥에서 달리 명백하게 나타내지 않는 한 임의의 조합의 항목 또는 용어의 수에 제한이 없는 것을 이해할 것이다.
제한없이, "약", "실질적인(substantial)" 또는 "실질적으로(substantially)"와 같은 본 명세서에서 사용된 근사치 단어는, 상태가 변형된 경우, 반드시 절대적이거나 완벽하지는 않지만, 당업자가 당해 상태가 존재하는 것으로 지정하는 것을 보장할 수 있게 충분히 근접한 것으로 고려되는 상태를 의미한다. 기술이 변화될 수 있는 정도는 얼마나 큰 변화가 도입될 수 있는지에 좌우될 것이고, 당업자가 요구되는 특징 및 변형되지 않은 특징의 가능성을 여전히 갖는 것으로 변형된 특징을 여전히 인지할 수 있는지에 좌우될 것이다. 일반적으로, 그러나 선행하는 논의에 따라 "약"과 같은 근사 단어로 변형되는 본 명세서의 수치 값은 지시된 값으로부터 적어도 ±1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 12 또는 15%까지 변할 수 있다.
본 명세서에 개시되고 청구된 모든 조성물 및/또는 방법은 본 개시 내용의 관점에서 과도한 실험 없이 수행되고 실행될 수 있다. 본 발명의 조성물 및 방법을 바람직한 실시예의 관점에서 기술하지만, 본 발명의 개념, 취지 및 범위를 벗어나지 않고 본원에 기술된 방법의 단계에서 또는 단계의 순서에서 조성물 및/또는 방법에 대한 변형이 적용될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 모든 당업자에게 자명한 이러한 유사한 대체 및 변형은 첨부된 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 취지, 범위 및 개념 내에 있는 것으로 간주된다.
특허청 및 모든 본 출원에서 논의된 모든 특허의 독자가 이에 첨부된 청구범위를 해석하는 것을 돕기 위해, 본 출원인은, 용어 "를 위한 수단(means for)" 또는 "를 위한 단계(step for)"가 명확하게 특정 청구항에 사용되지 않는 한, 이의 출원일이 존재하기 때문에, 첨부된 청구범위 중 어느 것에 35 U.S.C.의 단락 6 § 112, U.S.C. § 112 단락 (f), 또는 이의 등가물을 적용하는 것을 의도하지 않음을 주의할 것을 희망한다.
각각의 청구항에 대해, 각각의 종속항은, 선행항이 청구항 용어 또는 요소에 대한 적합한 선행 근거를 제공하는 한, 각각의 모든 청구항에 대한 독립항 및 각각의 이전 종속항 둘 모두에 종속될 수 있다.

Claims (22)

  1. 기판으로부터 동시 일괄 공정으로 하나 이상의 다이를 릴리스하는 방법으로서,
    (1) UV 에너지원을 이용하여, 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴(scribe pattern)을 형성하기 위해 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 노출시키는 단계;
    (2) 유리 결정질 기판을 형성하기 위해서 상기 노출된 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 결정질 재료로 변환시켜 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴을 상기 결정질 재료로 형성하는 단계로서, 상기 변환은 상기 감광성 유리 기판을 우선 그 유리 전이 온도보다 높게 적어도 10분 동안 가열하고 그 다음에 상기 감광성 유리 기판을 냉각하여 수행되는, 상기 형성 단계;
    (3) 크롬 금속으로 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴을 코팅하는 단계;
    (4) 상기 유리 결정질 기판의 전면에 수동 구성요소 또는 필터를 생성하는 단계; 및
    (5) 상기 유리 결정질 기판으로부터 상기 수동 구성요소 또는 필터를 릴리스하기 위해 에칭 용액으로 상기 유리 결정질 기판에서의 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴의 결정질 재료를 에칭하는 단계를 포함하고,
    상기 단계(1) 내지 단계(5)는 순차적으로 수행되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴은 상기 수동 구성요소 또는 필터의 형상에 해당하는 직사각형, 원형, 타원형, 프랙탈 또는 다른 형상인, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에칭하는 단계 전에, 상기 감광성 유리 기판의 배면 상에 접착 백킹을 배치하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴은 상기 접착 백킹까지 관통 에칭되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴의 폭은 5 ㎛ 내지 250 ㎛ 인, 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 릴리스된 수동 구성요소 또는 필터의 측벽은 5 ㎛ 미만의 표면 거칠기를 가지는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 릴리스된 수동 구성요소 또는 필터의 측벽은 1 ㎛ 미만의 표면 거칠기를 가지는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 릴리스된 수동 구성요소 또는 필터의 측벽의 표면은 상기 릴리스된 수동 구성요소 또는 필터의 표면으로부터 비직각 각도를 가지는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 릴리스된 수동 구성요소 또는 필터의 측벽의 표면은 상기 릴리스된 수동 구성요소 또는 필터의 표면에 대한 법선으로부터 적어도 1° 및 30°미만인, 상기 릴리스된 수동 구성요소 또는 필터의 표면으로부터 비직각 각도를 가지는, 방법.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수동 구성요소 또는 필터 및 인접한 수동 구성요소 또는 필터 사이의 하나 이상의 절단선의 폭은 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 75, 80, 또는 90 ㎛ 폭 또는 그 사이의 범위인, 방법.
  12. 기판으로부터 동시 일괄 공정으로 하나 이상의 다이를 릴리스하는 방법으로서,
    (1) 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴으로 감광성 유리 기판을 마스킹하는 단계;
    (2) UV 에너지원을 이용하여 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴을 형성하기 위해 상기 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 노출시키는 단계;
    (3) 유리 결정질 기판을 형성하기 위해서 상기 노출된 감광성 유리 기판의 적어도 일부를 결정질 재료로 변환시키는 단계로서, 상기 변환은 상기 감광성 유리 기판을 우선 그 유리 전이 온도보다 높게 적어도 10분 동안 가열하고 그 다음에 상기 감광성 유리 기판을 냉각하여 수행되는, 상기 변환 단계;
    (4) 크롬 금속으로 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴을 코팅하는 단계;
    (5) 수동 구성요소 또는 필터를 생성하는 단계;
    (6) 상기 기판의 배면측에 접착 백킹을 배치하는 단계;
    (7) 상기 수동 구성요소 또는 필터를 릴리스하는 에칭 용액으로 상기 유리 결정질 기판에서의 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴의 결정질 재료를 에칭하는 단계; 및
    (8) 상기 접착 백킹으로부터 상기 수동 구성요소 또는 필터를 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 단계(1) 내지 단계(8)은 순차적으로 수행되는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴은 상기 수동 구성요소 또는 필터의 형상에 해당하는 직사각형, 원형, 타원형, 프랙탈 또는 다른 형상인, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴은 접착 백킹에 대한 질산암모늄화세륨 에칭(ceric ammonium nitrate etch)인, 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 다이 릴리스를 위한 패턴 또는 스크라이브 패턴의 폭은 5 ㎛ 내지 250 ㎛ 인, 방법.
  16. 삭제
  17. 제12항에 있어서, 상기 릴리스된 수동 구성요소 또는 필터의 측벽은 5 ㎛ 미만의 표면 거칠기를 가지는, 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 릴리스된 수동 구성요소 또는 필터의 측벽은 1 ㎛ 미만의 표면 거칠기를 가지는, 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 릴리스된 수동 구성요소 또는 필터의 측벽의 표면은 상기 수동 구성요소 또는 필터의 표면으로부터 비직각 각도를 가지는, 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 릴리스된 수동 구성요소 또는 필터의 측벽의 표면은 상기 수동 구성요소 또는 필터의 표면에 대한 법선으로부터 적어도 1° 및 30°미만인, 상기 수동 구성요소 또는 필터의 표면으로부터 비직각 각도를 가지는, 방법.
  21. 삭제
  22. 제12항에 있어서, 상기 수동 구성요소 또는 필터 및 인접한 수동 구성요소 또는 필터 사이의 하나 이상의 절단선의 폭은 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 75, 80, 또는 90 ㎛ 폭 또는 그 사이의 범위인, 방법.
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