반도체 패키징 공정 Ⅳ

포토공정

웨이퍼에 빛에 반응하는 감광제를 도포한 후, 원하는 모양의 마스크를 통해 빛을 조사해,

빛에 노출된 영역을 현상하여 원하는 패턴을 만드는 공정

 

1. 과정 

(1) PR 도포 (Photoresist coating)

(2) 열처리(Soft Bake) : Sovent 성분 제거 => 점성을 가진 PR이 흘러내리지 X + 두께 유지 위함

(3) 노광(Exposure) :  Positive (빛 받은 부분 약해짐) / Negative (빛 받은 부분 단단)

(4) 현상(Develop) : PR에서 구조가 약해진 부분을 현상액으로 녹여내는 공정

2. PR 도포방법

(1) 스핀코팅 (Spin coating)

    ① PR을 가운데에 떨어뜨린 후 웨이퍼를 회전시켜 원심력에 의해 균일 두께로 도포

    ② 점도↑ 회전속도↓ : 도포 두께 ↑

 

(2) 필름 라미네이션 (Film Lamination)

    ① 필름 두께를 처음부터 원하는 두께로 만듦

    ② 두께 ↑ 도포할때 유리

    ③ 웨이퍼 밖으로 버려지는 양이 없어 제조 비용상 유리

    ④ 요철이 있을경우 필름 밀착 어려움 -> 공정 불량 가능성

 

(3) 스프레이 코팅(Spray coating)

    ① 웨이퍼 전면에 고루 뿌려주는 도포법

    ② 요철이 심할경우 타 방법보다 균일 도포에 유리

 

※ WLCSP

 

(1) WLCSP중 이용되는 포토공정

   ① 패턴이 있는 절연층 형성

   ② 전해도금층 형성을 위한 PR 패턴

   ③ 에칭 방지막 패턴 (금속배선을 위한 에칭) 

 

(2) WLCSP PR 도포

    Solder bump위한 PR층 : 30~100㎛

     => 스핀코팅으로는 한번에 얻기 어려운 두께 : 도포와 열처리를 두번 이상 반복할때도 발생

 

(3) WLCSP 노광

Mask aligner	Stepper
① 고해상도가 필요하지 X 공정      -> 전면 노광으로 작업성이 좋도록 만들어진 장치 ② Mask pattern = Wafer pattern	① 수은 램프 발생 자외선 빛 -> Reduction lens 통과 -> Stage위 웨이퍼에 조사 ② Stage가 step으로 이동하며 Shutter에 의해 웨이퍼에 노광되어 스테퍼라 함.       (Shtter : 빛의 통과를 개폐하는 부분) ③ 빛을 축소시켜 줄 수 O : Mask pattern > Wafer pattern    ∴ WLCSP에서 미세패턴 만들때 이용

 

스퍼터링(Sputtering)

웨이퍼 위 금속박막을 형성하는 공정 (PVD의 일종)

 

1. 특징 

 

(1) 과정

    ① Ar 기체 플라즈마 상태로 만듦 

    ② Ar+이온 타겟에 물리적 충돌

    ③ 떨어져 나온 금속 입자가 웨이퍼에 증착됨

(2) Anisotropic

     방향성을 가져 평판은 균일 두께 가능하지만 트렌치나 비아는 벽면 두께 얇을 수 O

 

2. UBM(Under Bump Metallurgy)

: 웨이퍼 위 금속박막이 bump아래에 있을 경우

Diffusion Barrier

Current Carrying Layer (seed Layer)

Adhesion Layer

 

(1) Diffusion Barrier : 도금층과 금속간 화합물 성장 억제 + solder와 좋은 wettability (ex. Ni)

(2) Current Carrying Layer : 전해도금시 전류가 흘러 전자 공급가능하게 하는 층 (ex. Cu)

(3) Adhesion Layer : 2~3개 금속박막을 웨이퍼와 접착력 높이는 층 (ex. Ti)

 

※ RDL, WLCSP : 금속배선 형성 위한 금속 박막

     => Adhesion Layer + Current carrying layer 두개로 구성

 

2. PVD(Physical Vapor Deposition) 

   : 증착하고자하는 박막 재료 입자를 진공중에서 여러 물리적 방법으로 증착하는 기술

 

① 기판 온도 자유롭게 설정 가능 : 저온 가능

② 화학반응 거의 X

③ 부착 원자와 기판간 부착성(Adhesion) Good

④ 물리적 변수(진공도, 증기압, 장치구조, 전원출력) 제어로 공정 결과 결정가능

⑤ 정확한 합금 성분 조절에 용이

⑥ Step coverage, 결정구조, 응력 조절에 용이

 

전해도금 공정

외부 공급 전자로 전해질 용액속 금속 이온 환원시켜 웨이퍼에 증착시키는 공정

 

※ WLCSP에서 전해도금 쓰임

① 금속배선

② Bump

 => 금속배선 / 접합부 형성을 위한 bump 같은 두꺼운 금속층 형성에 이용

 

(1) 음극판 = 웨이퍼   

(2) 양극판 종류

도금 금속	백금(불용성 전극)
금속 이온이 양극판에서 녹아 나와 용액 속 이온 농도 일정	웨이퍼에 도금되면서 소모되는 금속 이온을 용액에 주기적 보충해 농도 유지해야함.

 

(3) 구성

전해도금 장비 모식도 (반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트)

 

① 도금될 면이 아래를 향하고, 양극이 아래에 위치한채 용액이 웨이퍼를 향해 부딪혀 전해도금되는 원리

② 전자 : 웨이퍼 가장자리에서 전해도금 장비를 통해 공급 -> 용액속 금속이온이 전자 만나 환원되어 성장

③ 장비 전원이 웨이퍼의 금속 박막층과 연결되어 전자 공급

습식공정 (Wet) : PR strip & 금속에칭 

(1) PR strip

 ① Stripper(화학용액)를 이용한 습식 공정

 ② 퍼들, 탱크, 스프레이 공법 존재

 

(2) 금속 에칭

 ① Sputtering을 통한 금속박막층

     => 전해도금으로 금속 배선, Bump 형성이후 다시 제거돼야함

    (제거X할경우 : 웨이퍼 전체가 전기적 연결되어 short 발생 가능성)

 ② 산 계열의 etchant로 습식 에칭

 ③ 퍼들, 탱크, 스프레이 공법 존재 (금속 패턴 미세화로 퍼들방식 주로 이용)

 

출처 : 반도체의 부가가치를 올리는 패키지와 테스트 (서민석)