KR20130066234A - 반도체 장치의 제조 방법 및 이에 사용되는 반도체 장치의 픽업 장치 - Google Patents

반도체 장치의 제조 방법 및 이에 사용되는 반도체 장치의 픽업 장치 Download PDF

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KR20130066234A
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박상욱
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Abstract

반도체 장치의 제조 방법 및 이에 사용되는 반도체 장치의 픽업 장치를 제공한다. 상기 반도체 장치의 제조 방법은 지지 웨이퍼 상에, 반도체 다이를 형성하고, 비틈(twisted) 동작이 가능한 헤드부를 포함하는 트랜스퍼 유닛을 상기 반도체 다이에 부착한 후, 상기 비틈 동작을 수행하여 상기 반도체 다이를 상기 지지 웨이퍼로부터 픽업하는 것을 포함한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법 및 이에 사용되는 반도체 장치의 픽업 장치 {FABRICATING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE AND APPRATUS FOR PICK-UP OF SEMICONDUCTOR DEVICE USED THEREOF}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법 및 이에 사용되는 반도체 장치의 픽업 장치에 관한 것이다.
최근 메모리 소자의 고성능(high performance), 고스피드(high speed) 경향에 따라, 플립칩 패키지(flip chip package)가 각광을 받고 있다. 플립칩 패키지는 와이어 본딩(wire bonding) 패키지에 비해 속도가 빠르고 전력 소비 효율이 우수하다. 또한, 최근에는 TSV(throhgh silicon via) 방식을 이용하여 칩 레벨의 적층(chip level stack)이 가능하게 됨으로써 다수의 플립칩이 적층된 패키지의 제조가 가능하게 되었다.
다수의 플립칩이 적층된 패키지를 제조하기 위해서는 반도체 칩을 픽업(pick-up)하는 공정이 필요된다. 그런데, 플립칩 제조 공정에서 얇아진 웨이퍼를 지지하기 위해 지지 웨이퍼가 요구되며, 반도체 칩을 픽업 하기 전에 상기 지지 웨이퍼를 제거하는 방식이 사용되고 있다.
TSV가 형성된 얇은 반도체 칩은 두꺼운 반도체 칩에 비해 휨 현상이 심하고 강도가 낮아서 쉽게 파손될 수 있다. 따라서, 반도체 칩으로부터 지지 웨이퍼를 제거한 후, 트랜스퍼 유닛(transfer unit)을 사용한 픽업 공정이 요구된다. 또한, 픽업을 용이하게 하기 위해 푸시 업 유닛(push-up unit)을 사용한다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 지지 웨이퍼를 제거하지 않고 푸시-업 유닛을 사용하지 않고도 지지 웨이퍼로부터 직접 반도체 장치를 픽업할 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 트랜스퍼 유닛을 이용하여 픽업, 이송 및 본딩이 가능한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 비틈 동작이 가능하여 푸시-업 유닛을 사용하지 않고도 반도체 장치를 지지 웨이퍼로부터 직접 픽업할 수 있을 뿐만 아니라, 반도체 장치의 이송 및 본딩까지 가능한 반도체 장치의 픽업 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일 태양(aspect)은, 지지 웨이퍼 상에, 반도체 다이를 형성하고, 비틈(twisted) 동작이 가능한 헤드부를 포함하는 트랜스퍼 유닛을 상기 반도체 다이에 부착한 후, 상기 비틈 동작을 수행하여 상기 반도체 다이를 상기 지지 웨이퍼로부터 픽업하는 것을 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 다른 태양은, 지지 웨이퍼 상에, 하부에 위치한 제1 면 및 상부에 위치한 제2 면을 포함하는 제1 반도체 장치를 형성하고, 트랜스퍼 유닛을 이용하여 상기 제1 반도체 장치를 상기 지지 웨이퍼 상에서 상기 제2 면이 상부에 위치하는 방향을 유지하면서 픽업한 후, 상기 제1 반도체 장치를 상기 제2 면이 상부에 위치하는 방향을 유지하면서 제2 반도체 장치 상으로 이동시키고, 상기 제2 면이 상부에 위치하는 방향을 유지하면서 상기 제2 반도체 장치 상에 본딩하는 것을 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 장치의 픽업 장치의 일 태양은, 제1 방향으로 연장된 제1 축을 포함하는 본체, 상기 제1 축을 회전 운동시킬 수 있는 회전 구동부, 상기 본체를 승, 하강시키는 승강 구동부, 및 상기 제1 축과 연결된 헤드부를 포함하되, 상기 제1 축의 회전 방향에 따라 상기 헤드부가 움직인다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 구조물의 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 구조물의 평면도이다.
도 9는 도 8에 사용되는 트랜스퍼 유닛의 단면도이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 구조물의 단면도들이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 구조물의 단면도들이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 픽업 장치의 사시도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 다른 반도체 장치의 픽업 장치의 사시도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 반도체 장치의 픽업 장치에 대한 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 구조물의 단면도들이다.
우선, 도 1을 참조하면, 지지 웨이퍼(supporting wafer)(100) 상에 반도체 다이(200)를 형성한다. 구체적으로, 실리콘 웨이퍼의 일면에 제1 접속 패드(211) 및 제1 접속 패드(211)와 접하는 접속 단자(212)를 형성하고, 타면에 배선층(230)을 형성한다. 도 1은 접속 단자가 솔더 볼(solder ball)인 경우를 예시한다. 도면에는 자세히 도시하지 않았으나 배선층(230)에는 회로 패턴 등이 형성되어 있을 수 있다. 이어서, 실리콘 웨이퍼의 일면에 접속 단자(212)를 이용하여 지지 웨이퍼(100)를 부착하고 소정의 크기로 다이싱(dicing)하여 다수개의 반도체 다이(200)를 형성한다. 이에 의해, 서로 일정 간격(W)으로 이격되고, 제1 방향(X)으로 연장된 길이가 L1인 다수개의 반도체 다이(200)가 형성된다. 각각의 반도체 다이(200)는 서로 대향하는 한쌍의 면(210, 220)을 포함한다. 제1 면(210)은 지지 웨이퍼(100)와 대향하고 있으며, 제1 면(210)의 반대쪽에 위치한 제2 면(220)은 상부로 노출 된다. 지지 웨이퍼(100)의 일면에는 반도체 다이(200)와의 접착력을 증가시키기 위하여 접착층(101)을 형성할 수 있으나, 이는 생략하여도 무방하다.
반도체 다이(200)는 실리콘, SOI(Silicon On Insulator), 실리콘 게르마늄 등을 이용하여 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 자세히 도시하지 않았으나, 반도체 다이(200) 내에는 다층의 배선, 다수의 트랜지스터, 다수의 수동 소자 등이 집적되어 있을 수 있다. 또한, 접속 단자(212)는 도면에는 도시하지 않았으나 반도체 다이(200)의 제2 면(220)에도 형성될 수 있다. 도 1에서는 접속 단자(212)로서 솔더 볼(solder ball)을 도시하였으나, 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 접속 단자(212)는 도전성 범프(conductive bump), 도전성 스페이서(conductive spacer), 핀 그리드 어레이(Pin Grid Array; PGA) 등일 수도 있다.
도 2를 참조하면, 비틈 동작이 가능한 트랜스퍼 유닛(transfer unit)(500)을 반도체 다이(200)에 부착한다. 구체적으로, 비틈 동작이 가능한 헤드부(530)를 포함하고 있는 트랜스퍼 유닛(500)을 반도체 다이(200)의 상부로 노출된 제2 면(220)에 부착한다. 자세히 도시하지 않았으나, 헤드부(530)는 진공 흡착 수단을 포함하여 반도체 다이(200)의 제2 면(220)에 부착될 수 있다. 상기 ‘비틈 동작(twisted movement)’은 소정의 각도로 원호 운동(circular arc exercise)하여 반도체 다이(200)의 위치를 변형시키는 것을 의미한다. 예를 들어, 제3 방향(Z)에 대해 제1 방향(X) 또는 제2 방향으로 일정 각도를 이루면서 원호 운동하여 비틈 동작을 수행할 수 있다. 또는, 제2 방향(Y)에 대해 제1 방향(X)으로 일정 각도를 이루면서 원호 운동하여 비틈 동작을 수행할 수 있다. 상기 원호 운동에 따라 반도체 다이(200)도 원호 운동을 하여 반도체 다이(200)가 상하 및 좌우로 비틀린다. 보다 구체적으로, 헤드부(530)가 제3 방향(Z)에 대해 제1 방향(X)으로 소정의 각도를 이루며 원호 운동하여 비틈 동작을 수행하는 경우, 반도체 다이(200)는 제3 방향(Z)에 대해 제1 방향(X)으로 소정의 각도를 이루면서 좌우로 왕복하는 원호 운동을 한다. 또는 헤드부(230)가 제2 방향(Y)에 대해 제1 방향(X)으로 일정 각도를 이루며 원호 운동을 하여 비틈 동작을 수행하는 경우 반도체 다이(200)는 제2 방향(Y)에 대해 제1 방향(X)으로 소정의 각도를 이루면서 좌우로 왕복하는 원호 운동을 한다. 도 2는 트랜스퍼 유닛(500)이 회전축(510), 회전축(510)을 포함하는 본체(520) 및 회전축(510)과 연결된 헤드부(530)을 포함하는 경우를 예시하나, 헤드부(530)가 비틈 동작이 가능한 경우라면 트랜스퍼 유닛(500)의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 트랜스퍼 유닛(500)의 예시적인 구조는 후술하도록 한다.
이어서, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 반도체 다이(200)의 제2 면(220)에 부착된 트랜스퍼 유닛(500)을 이용하여 비틈 동작을 수행하여 반도체 다이(200)를 지지 웨이퍼(100)로부터 픽업(pick-up)한다.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 트랜스퍼 유닛(500)의 헤드부(530)는 제3 방향(Z)에 대해 제1 방향(X)으로 원호 운동을 하여 비틈 동작을 수행하고, 이에 따라 반도체 다이(200)도 움직인다. 즉, 헤드부(530)는 수직 방향인 제3 방향(Z)에 대해 제1 방향(X)으로 소정의 각도(θ1)를 이루면서 원호 운동을 하고 헤드부(530)에 부착된 반도체 다이(200)도 상기 원호 운동에 따라 제1 방향(X)으로 왕복하면서 원호 운동을 한다. 결과적으로, 반도체 다이(200)는 제1 방향(X)으로 이동하면서 일측(200a)이 상승하게 되고, 일측 가장자리가 지지 웨이퍼(100)로부터 탈착된다. 이 때, 트랜스퍼 유닛(500)은 반도체 다이(200)를 지지 웨이퍼(100)로부터 보다 용이하게 분리하기 위하여 원호 운동과 동시에 수직 방향으로의 상승 운동을 병행할 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 것과 유사한 방법으로 트랜스퍼 유닛(500)의 헤드부(530)가 제3 방향(Z)에 대해 제1 방향(X)으로 소정의 각도를 (θ2)를 이루면서 원호 운동을 하여 비틈 동작을 수행하고, 상기 비틈 동작에 따라 트랜스퍼 유닛(500)의 헤드부(530)에 부착된 반도체 다이(200)도 원래 위치에서 이동한다. 즉, 헤드부(530)의 원호 운동에 따라 반도체 다이(200)는 제1 방향(X)으로 소정의 각도(θ2)로 왕복 운동하게 되며, 이에 따라, 반도체 다이(200)의 타측(200b)이 상승하여 타측(200b) 가장자리가 지지 웨이퍼(100)로부터 탈착된다. 도 3과 마찬가지로, 트랜스퍼 유닛(500)은 반도체 다이(200)를 지지 웨이퍼(100)로부터의 보다 용이하게 탈착하기 위하여 원호 운동과 동시에 수직 방향으로의 상승 운동을 병행할 수 있다.
계속해서, 도 5를 참조하면, 트랜스퍼 유닛(500)을 이용하여 가장자리가 지지 웨이퍼(100)로부터 분리된 반도체 다이(200)를 픽업한다. 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이 헤드부(530)의 비틈 동작으로 인해 반도체 다이(200)의 가장자리가 이미 지지 웨이퍼(100)와 분리되었기 때문에 푸시-업 유닛 등의 필요없이 반도체 다이(200)는 용이하게 지지 웨이퍼(100)로부터 분리되고 픽업된다.
여기서, 다수개의 반도체 다이(200) 사이의 간격(W)은 반도체 다이(200)가 비틈 동작을 하는 경우에 인접한 반도체 다이(200)와 충돌하지 않을 정도의 마진(margin)을 확보해야 한다. 도 6을 참조하면, 다수개의 반도체 다이(200) 사이의 간격(W)은 {반도체 다이(200)의 대각선의 길이(L2)-반도체 다이(200)의 제1 방향(X1)의 변의 길이(L1)}를 2로 나눈 것보다 커야 한다. 이 때, 반도체 다이(200)의 대각선의 길이(L2)는 [{반도체 다이(200)의 제1 방향(X1)의 변의 길이(L1)}2+{반도체 다이(200)의 두께(T)}2]0. 5 로 계산될 수 있다. 또한, 반도체 다이(200)의 대각선의 길이(L2)는 반도체 다이(200)의 수직 방향의 단면에서의 대각선의 길이를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 비틈 동작이 가능한 헤드부(530)를 포함하는 트랜스퍼 유닛(500)을 이용하여 반도체 다이(200)를 지지 웨이퍼(100)로부터 쉽게 픽업할 수 있다. 도 7을 참조하면, 트랜스퍼 유닛(10)이 비틈 동작을 수행할 수 없는 경우에는 지지 웨이퍼(100)로부터 반도체 다이(200)가 쉽게 탈착되지 않아, 우선 반도체 다이(200)로부터 지지 웨이퍼(100)를 제거한 후, 반도체 다이(200)의 제2 면(220)에 고정 테이프(110)를 부착한 뒤, 고정 테이프(110)로부터 반도체 다이(200)를 픽업해야 하며, 이 때, 고정 테이프(110)로부터 반도체 다이(200)가 용이하게 탈착되도록 하기 위해 푸시-업 유닛(push-up unit)(400), 예를 들어, 픽업 핀(pick-up pin) 등을 사용한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 비틈 동작이 가능한 헤드부(530)를 포함하는 트랜스퍼 유닛(500)을 사용하여 반도체 다이(200)의 가장자리를 지지 웨이퍼(100)로부터 먼저 탈착하므로 반도체 다이를 용이하게 지지 웨이퍼(100)로부터 직접 픽업하는 것이 가능하다. 따라서, 지지 웨이퍼를 미리 제거하는 공정이 필요 없다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 구조물의 평면도이며, 도 9는 도 8에 사용되는 트랜스퍼 유닛의 단면도를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법이 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 상이한 점은 도 3 및 도 4의 단계에 해당하는 비틈 동작이 상이하다는 점이다. 이하, 이를 중심으로 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 비틈 동작이 가능한 헤드부(530)를 포함하는 트랜스퍼 유닛(600)을 사용하여 반도체 다이(200)를 지지 웨이퍼(100) 상에서 원호 운동시켜 가장 자리를 지지 웨이퍼(100)로부터 탈착한다. 구체적으로, 헤드부(530)는 제2 방향(Y)에 대해 제1 방향(X)으로 소정의 각도를 이루면서 원호 운동을 하여 비틈 동작을 수행한다. 이와 같은 비틈 동작에 의해, 반도체 다이(200)는 제2 방향(Y)에 대해 제1 방향(X)으로 소정의 각도로 원호 운동을 하면서 왕복 운동을 하게 된다. 즉, 반도체 다이(500)는 지지 웨이퍼(100)와 평행항 평면 상에서 제1 방향(X), a 및 b 방향으로 왕복 운동하게 된다. 이로 인해, 반도체 다이(200)의 가장자리는 지지 웨이퍼(100)로부터 탈착될 수 있다. 도 9를 참조하면, 이러한 비틈 동작을 수행하는 트랜스퍼 유닛(600)은 회전축(610), 본체(520), 및 헤드부(530)를 포함한다. 회전축(610)은 본체(520)로부터 헤드부(530)에 연결되어 있어 회전축(610)의 원호 운동에 따라 헤드부(530)도 원호 운동을 한다. 이 때, 회전축(610)은 제2 방향(Y)에 대해 제1 방향(X)으로 소정의 각도를 이루며 a 또는 b 방향으로 원호 운동한다. 보다 자세한 것은 후술한다.
이하, 도 10 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 10 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 구조물의 단면도들이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법이 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 상이한 점은 반도체 다이에 관통 실리콘 비아(through silicon via, TSV)가 형성된다는 점이다., 이하에서는 이를 중심으로 설명한다.
도 10을 참조하면, 반도체 다이(200) 각각에 제1 면(210) 및 제2 면(220)을 관통하는 관통 실리콘 비아(240)를 형성하고, 제2 면(220)에는 관통 실리콘 비아(240)와 접촉되는 제2 접속 패드(241)를 형성한다.
구체적으로, 도 11을 참조하면, 실리콘 웨이퍼(200a)의 일면으로부터 내부로 관통 실리콘 비아(240)를 형성하고, 상기 일면 상에 관통 실리콘 비아(240)과 연결되는 제1 접속 패드(211) 및 접속 단자(212)을 형성하다. 구체적으로, 실리콘 웨이퍼(200a)에 포토리소그래피 공정을 이용하여 관통홀을 형성하고 상기 관통홀을 도전성 물질로 매립하여 관통 실리콘 비아(240)를 형성한 후, 관통 실리콘 비아(240)가 노출된 일면 상에 제1 접속 패드(211) 및 접속 단자(212)를 형성한다. 이 때, 관통 실리콘 비아(240)는 실리콘 웨이퍼(200a)의 일면으로 노출되나 타면으로는 노출되지 않는다.
이어서, 도 12를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(200a)의 일면에 지지 웨이퍼(100)를 부착하고, 실리콘 웨이퍼(200a)의 타면을 연마하여 관통 실리콘 비아(240)를 노출시킨다. 구체적으로, 실리콘 웨이퍼(200a)의 일면에 접속 단자(212) 및 접착층(101)을 이용하여 지지 웨이퍼(100)를 부착하고, 실리콘 웨이퍼(200a)의 타면을 예를 들어, 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing)로 관통 실리콘 비아(240)가 노출될 때까지 연마한다. 이러한 과정에 의해, 실리콘 웨이퍼(200a)의 일면 및 타면을 관통하는 관통 실리콘 비아가 형성된다.
계속해서, 도 10 및 도 13을 참조하면, 관통 실리콘 비아(240)가 노출된 타면 상에 관통 실리콘 비아(240)와 접촉하는 제2 접속 패드(241)를 형성한 후, 실리콘 웨이퍼(200a)를 다이싱하여 다수개의 반도체 다이(200)를 형성한다. 구체적으로, 관통 실리콘 비아(240)가 노출된 타면 상에 패시베이션층(242)를 형성하고, 패시베이션층(242) 내에 관통 실리콘 비아(240)를 노출시키는 콘택홀을 형성한 후, 상기 콘택홀을 도전성 물질로 매립하면서 패시베이션층(242) 상에 관통 실리콘 비아(240)와 전기적으로 접속되는 제2 접속 패드(241)를 형성한다.
상술한 바와 같이 관통 실리콘 비아를 형성하기 위해서는 실리콘 웨이퍼의 타면에 대한 공정이 요구되며, 이 과정에서 얇아진 실리콘 웨이퍼를 안전하게 취급하기 위해서는 지지 웨이퍼가 필요하다. 본 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 이와 같이 지지 웨이퍼를 사용하여 관통 실리콘 비아를 형성한 경우에 지지 웨이퍼를 제거하는 공정이 필요 없고 지지 웨이퍼 상에서 바로 반도체 다이를 픽업할 수 있으므로 공정이 단순하고 간편하다.
이하, 도 14 및 도 15를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 본 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 상이한 점은 비틈 동작이 가능한 헤드부를 포함하는 트랜스퍼 유닛만을 사용하여 반도체 다이의 픽업, 이송 및 본딩을 모두 수행한다는 점이다. 이 때, 트랜스퍼 유닛(500)은 이송부(550)를 더 포함한다. 이하에서는 이를 중심으로 설명한다.
도 14를 참조하면, 도 5에서 지지 웨이퍼(100)로부터 픽업된 반도체 다이(200)를 트랜스퍼 유닛(500)을 이용하여 제2 반도체 장치(300) 상으로 이송하고, 이송된 반도체 다이(200)를 제2 반도체 장치(300) 상에 본딩한다. 구체적으로, 반도체 다이(200)의 상부에 위치한 제2 면(220)에 트랜스퍼 유닛(500)을 부착하고, 트랜스퍼 유닛(500)을 이용하여 반도체 다이(200)를 지지 웨이퍼(100)로부터 픽업한 후, 반도체 다이(200)의 제2 면(220)이 상부에 오도록 그 위치를 유치한 채, 제2 반도체 장치(300) 상으로 이송한다. 이어서, 반도체 다이(200)를 접속 단자(212)를 이용하여 제3 반도체 장치(300) 상에 본딩한다. 도면에는 자세히 도시하지 않았으나, 트랜스퍼 유닛(500)의 헤드부(530)에는 가압부 또는 가열 수단이 구비되어 있어 제2 반도체 장치(300)로의 접착을 용이하게 한다. 또한, 도면에 도시되어 있지는 않으나, 접착을 용이하게 하기 위해 제2 반도체 장치(300)의 일면 상에는 접속 단자가 형성되어 있을 수도 있다.
이 때, 트랜스퍼 유닛(500)은 직선 운동이 가능한 이송부(550)를 더 포함한다. 이송부(550)는 트랜스퍼 유닛(500)과 연결되어 트랜스퍼 유닛(500)을 이송하는 역할을 한다.
도 7 및 도 15를 참조하면, 지지 웨이퍼(100)를 제거하고 고정 테이프(110)로부터 반도체 다이(200)를 픽업하는 경우 트랜스퍼 유닛(10)은 지지 웨이퍼(100) 상에서 반도체 다이(200)의 상부로 노출된 제2 면(220)이 아닌 지지 웨이퍼(100)와 대향하고 있던 반도체 다이(200)의 제1 면(210)에 부착되게 된다. 따라서, 반도체 다이(200)를 이송한 후 제2 반도체 장치(300)에 본딩하기 전, 또는 반도체 다이(200)를 이송하기 전에 트랜스퍼 유닛(10)에 부착된 반도체 다이(200)를 다시 본딩 헤드(20)로 옮기는 과정이 필요하다 즉, 트랜스퍼 유닛(10)에 의해 픽업된 후 다시 본딩 헤드(20)로 옮겨지고 본딩 헤드(20)에 의해 제2 반도체 장치(300)에 본딩되게 된다. 그러나, 본 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 지지 웨이퍼(100)로부터 직접 트랜스퍼 유닛(500)에 의해 반도체 다이(200)가 픽업되고 이송 후, 본딩 헤드에 옮길 필요가 없이 트랜스퍼 유닛(500)에 의해 직접 본딩된다. 즉, 픽업, 이송 및 본딩 과정에서 반도체 다이(500)의 방향이 바뀌지 않고 그대로 유지되며, 모든 공정이 단지 하나의 트랜스퍼 유닛(500)에 의해 수행된다. 따라서, 공정이 간편하고 단순하다.
상술한 실시예들에서 언급된 반도체 다이(200)는 반도체 칩일 수 있으며 상술한 방법 들을 이용하여 다수의 반도체 칩이 적층된 멀티칩 패키지(multichip pagkage)를 형성할 수 있다. 이 때, 각각의 반도체 칩은 관통 실리콘 비아를 포함하여 칩 레벨의 적층이 가능할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 반도체 다이를 픽업하는 경우에만 한정되어 적용되는 것은 아니다. 반도체 패키지 등의 반도체 장치의 픽업에도 적용될 수 있으며, 예를 들어 상술한 실시예들에 따른 방법 들을 이용하여 반도체 패키지를 픽업, 이송 및 본딩하여 다수의 패키지가 적층된 패키지 온 패키지(package on package)를 제조할 수도 있다.
이하, 도 14 및 도 16 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 실시예 들에 따른 반도체 장치의 제조 방법에서 트랜스퍼 유닛으로 적용될 수 있는 반도체 장치의 픽업 장치에 대해 설명한다.
우선, 도 14 및 도 16을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 픽업 장치에 대해 설명한다. 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 픽업 장치의 사시도이다.
도 14 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 반도체 장치의 픽업 장치(500)는 회전축(510), 본체(520), 및 헤드부(530)를 포함한다. 또한, 연결부(540), 이송부(550), 승하강 구동부(560) 및 회전 구동부(570)를 더 포함할 수 있다.
회전축(510)은 회전 운동이 가능하며, 소정의 각도로만 회전하여 원호 운동하는 것도 가능하다. 즉, 회전축(510)에 대해 수직방향으로 소정의 각도만 회전하여 원호 운동할 수 있다. 회전축(510)은 제2 방향(Y)으로 연장되어 있으며, 본체(520)는 회전축(510)을 포함한다.
회전축(510)은 회전 구동부(570)와 연결되어 있으며, 구체적으로, 회전 구동부(570)는 스텝 모터등을 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 도면에는 회전 구동부(570)가 본체(520)의 외부에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 회전 구동부(570)는 본체(520) 내부에 포함될 수 있다.
본체(520)는 회전축(510)을 포함하며, 도 14를 참조하면, 이송부(550)와 연결된다. 본체(520)의 하면에는 회전축(510)으로부터 수직 방향으로 연장된 연결부(540)가 본체로부터 돌출되고 움직일 수 있도록 개구부(521)가 형성된다. 또한, 본체(520)에 승하강 구동부(560)가 연결되어 있어 본체(520)의 승강 및 하강을 조절한다. 이 때, 본체(520)가 승, 하강됨에 따라 본체(520) 내부에 포함된 회전축(510) 및 이에 연결된 헤드부(530)도 동일하게 승, 하강한다. 승하강 구동부(560)는 액추에이터 등을 사용할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
헤드부(530)는 연결부(540)에 의해 회전축(510)과 연결되며, 반도체 장치에 직접적으로 부착되어 반도체 장치를 픽업하는 역할을 한다. 헤드부(530)는 회전축(510)으로부터 수직 방향으로 연장된 연결부(540)의 말단에 결합되어 있다. 회전축(510), 연결부(540) 및 헤드부(530)는 일체로 형성되어도 무방하다. 헤드부(530)는 회전축(510)과 연결되어 있어서 회전축(510)이 움직이는 방향을 따라 움직인다. 또한, 도면에는 자세히 도시되어 있지 않으나 헤드부(530)에는 반도체 장치에 부착되기 위한 진공 흡착 수단, 반도체 장치를 본딩하는데 사용되는 가압 수단 또는 가열 수단 등이 구비되어 있을 수 있다.
도 14를 참조하면, 이송부(550)는 본체(520)와 연결되어 있으며, 직선 운동이 가능하여 픽업 장치(500)를 이동시킨다. 픽업 장치(500)가 이동함에 따라, 픽업 장치(500)의 헤드부(530)에 부착된 반도체 장치도 이동이 가능하다. 도 14에는 이송부(550)가 실린더형인 경우를 예시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이송부(550)에 의해 본 발명의 일 실시예 따른 픽업 장치(500)는 픽업과 함께 이송의 역할도 수행한다.
이하, 도 17을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 픽업 장치에 대해 설명한다. 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 다른 반도체 장치의 픽업 장치의 사시도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며 자세한 설명을 생략한다. 본 실시예에 따른 픽업 장치가 본 발명의 일 실시예에 따른 픽업 장치와 상이한 점은 2개의 회전축을 포함하고 있다는 점이다. 이하, 이를 중심으로 설명한다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 픽업 장치(500)는 회전축(510), 본체(520), 헤드부(530)를 포함하며, 회전축(510)은 제1 회전축(511) 및 제2 회전축(512)을 포함한다. 또한, 연결부(540)는 제1 연결부(541) 및 제2 연결부(542)를 포함하며, 힌지(hinge)부(543)를 포함할 수 있다.
회전축(510)은 제2 방향(Y)으로 연장된 제1 회전축(511) 및 제2 회전축(512)을 포함하며, 제1 회전축(511) 및 제2 회전축(512)은 일정 간격으로 이격되어 있다. 구체적으로, 각각 본체(520)의 서로 다른 측부에 가깝게 위치할 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 제1 회전축(511) 및 제2 회전축(512)은 각각 회전 구동부에 연결되어 회전 운동 또는 회전축(510)에 수직인 방향에 대해 소정의 각도로만 회전하여 원호 운동을 할 수 있다.
연결부(540)는 제1 회전축(511)으로부터 수직 방향으로 연장된 제1 연결부(541)와 제2 회전축(512)으로부터 수직 방향으로 연장된 제2 연결부(542)를 포함한다. 제1 연결부(541)와 제2 연결부(542)는 회전축(510)과 헤드부(530)를 연결하며, 헤드부(530)가 회전축(510)의 이동에 따라 움직일 수 있도록 힌지부(543)에 의해 헤드부(530)와 연결되어 있다. 연결부(540)의 원활한 움직임을 위해 헤드부(530)의 상면에는 연결부(540)가 삽입되는 홈이 형성될 수 있다. 힌지부(543)의 형상은 도 17에 한정되는 것이 아니며, 헤드부(530)가 회전축(510)의 회전 운동을 따라 움직일 수 있다면 그 형상에 제한이 없다.
이하, 도 18을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 픽업 장치에 대해 설명한다. 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 반도체 장치의 픽업 장치의 사시도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 픽업 장치와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 여기서는 자세한 설명을 생략한다. 본 실시예에 다른 픽업 장치가 본 발명의 일 실시예에 따른 픽업 장치와 상이한 점은 회전축이 제3 방향(Z)으로 연장되어 있다는 점이다. 이하 이를 중심으로 설명한다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 장치의 픽업 장치(600)는 회전축(610), 본체(520) 및 헤드부(530)를 포함한다.
회전축(610)은 제3 방향(Z)으로 연장되어 있으며, 헤드부(530)와 연결되어 있다. 도면에는 자세히 도시되어 있지 않으나 회전축(610)은 회전 구동부와 연결되어 회전 운동할 수 있으며, 회전축의 수직 방향에 대해 소정의 각도로만 회전하여 원호 운동할 수도 있다. 회전축(610)은 본체(520)를 관통하여 헤드부(530)와 연결되어 있다.
헤드부(530)는 회전축(610)의 말단에 연결되어 있으며, 회전축(610)의 이동 방향에 따라 이동한다. 구체적으로, 회전축(610)이 회전축에 수직인 방향에 대해 소정의 각도로 원호 운동한다면, 헤드부(530)도 이와 동일하게 원호 운동한다.
상술한 본 발명의 실시예 들에 따른 반도체 장치의 픽업 장치들(500, 600)은 헤드부(530)가 회전축(510, 610)과 연결되어 있어 원호 운동이 가능하며 이는 헤드부(530)의 비틈 동작이 되어 헤드부(530)에 부착된 반도체 장치를 피착물로부터 분리하는데 도움을 준다. 즉, 상기 비틈 동작에 의해 반도체 장치를 가장자리부터 탈착함으로 반도체 장치의 픽업을 용이하게 만든다. 또한, 이송부를 포함하며 본 발명의 실시예 들에 따른 픽업 장치만으로 반도체 장치의 픽업, 이송 및 본딩을 연속적으로 수행할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 지지 웨이퍼 200: 반도체 다이
210: 반도체 다이의 제1 면 220: 반도체 다이의 제2 면
240: 관통 실리콘 비아 500: 트랜스퍼 유닛
510: 회전축 520: 본체
530: 헤드부 540: 연결부
550: 이송부

Claims (10)

  1. 지지 웨이퍼 상에, 반도체 다이를 형성하고,
    비틈(twisted) 동작이 가능한 헤드부를 포함하는 트랜스퍼 유닛을 상기 반도체 다이에 부착한 후, 상기 비틈 동작을 수행하여 상기 반도체 다이를 상기 지지 웨이퍼로부터 픽업하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반도체 다이를 상기 지지 웨이퍼로부터 픽업한 후,
    상기 비틈 동작이 가능한 트랜스퍼 유닛만을 이용하여 상기 반도체 다이를 제1 반도체 장치의 상부로 이동시키고, 상기 제1 반도체 장치 상에 상기 반도체 다이를 본딩하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 비틈 동작을 수행하는 것은,
    상기 트랜스퍼 유닛을 이용하여 상기 반도체 다이를 원호 운동(circular arc exercise)시키는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 반도체 다이를 상기 지지 웨이퍼로부터 픽업하는 것은,
    상기 반도체 다이를 원호 운동시켜 상기 반도체 다이의 가장자리를 상기 지지 웨이퍼로부터 분리한 후, 상기 트랜스퍼 유닛을 이용하여 상기 반도체 다이를 픽업하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 비틈 동작을 수행하는 것은,
    상기 트랜스퍼 유닛을 이용하여 상기 반도체 다이를 수직 방향에 대하여 θ1의 각도로 원호 운동시켜 상기 반도체 다이의 일측 가장자리를 상기 지지 웨이퍼로부터 분리하고,
    상기 트랜스퍼 유닛을 이용하여 상기 반도체 다이를 수직 방향에 대하여 θ2의 각도로 원호 운동시켜 상기 반도체 다이의 타측 가장자리를 상기 지지 웨이퍼로부터 분리하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 반도체 다이를 형성하는 것은,
    상기 반도체 다이의 제1 면에서 상기 제1 면과 대향하는 제2 면까지 관통하는 관통 실리콘 비아(through silicon via)를 형성하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 지지 웨이퍼 상에, 하부에 위치한 제1 면 및 상부에 위치한 제2 면을 포함하는 제1 반도체 장치를 형성하고,
    트랜스퍼 유닛을 이용하여 상기 제1 반도체 장치를 상기 지지 웨이퍼 상에서 상기 제2 면이 상부에 위치하는 방향을 유지하면서 픽업한 후, 상기 제1 반도체 장치를 상기 제2 면이 상부에 위치하는 방향을 유지하면서 제2 반도체 장치 상으로 이동시키고, 상기 제2 면이 상부에 위치하는 방향을 유지하면서 상기 제2 반도체 장치 상에 본딩하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 트랜스퍼 유닛은 비틈 동작이 가능한 헤드부를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1 방향으로 연장된 제1 축을 포함하는 본체,
    상기 제1 축을 회전 운동시킬 수 있는 회전 구동부,
    상기 본체를 승, 하강시키는 승강 구동부, 및
    상기 제1 축과 연결된 헤드부를 포함하되,
    상기 제1 축의 회전 방향에 따라 상기 헤드부가 움직이는 반도체 장치의 픽업 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 헤드부는, 일면이 지지 웨이퍼 상에 부착된 제1 반도체 장치의 타면에 부착되고,
    상기 헤드부의 회전 방향에 따라 상기 제1 반도체 장치가 움직이는 반도체 장치의 픽업 장치.
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