KR100879760B1 - 기판쌍 클리빙장치 및 기판쌍 클리빙방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 클리빙 시작점과 완료점 간의 거리 및 클리빙 시간을 최소화함으로써 클리빙된 기판에 피트, 결정결함, 깨짐, 크랙 등의 결함 발생을 최소화시키며 나아가 클리빙된 기판의 표면 거칠기가 우수하며 클리빙된 기판 두께의 균일성이 확보 가능하도록 하는 기판쌍 클리빙장치 및 기판쌍 클리빙방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판쌍 클리빙장치는 제1기판과 제2기판이 상호 접합되어 형성되는 기판쌍이 고정되는 기판고정부; 및 기판쌍을 둘러싸도록 환형으로 형성되며 기판쌍의 가장자리 전체를 향해 유체를 분사하는 노즐부를 가지며, 유체의 분사방향이 제1기판과 제2기판의 접합계면에 포함되어 분사된 유체가 접합계면의 가장자리로부터 접합계면의 중심쪽으로 침투되도록 노즐부가 접합계면에 대하여 정렬되게 배치되는 노즐블록;을 구비한다.
클리빙(cleaving), 기판, 노즐부, 접합계면, 피트, 크랙
Description
본 발명은 기판쌍 클리빙장치 및 기판쌍 클리빙방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제1기판과 제2기판이 서로 접합되어 형성된 기판쌍을 클리빙하기 위한 기판쌍 클리빙장치 및 기판쌍 클리빙방법에 관한 것이다.
반도체 산업에 있어서 고기능성의 소형 디바이스 제조를 용이하게 하기 위하여, 재료의 층을 클리빙(cleaving)하는 공정이 도입되고 있다. 특히, 기판의 층을 분리시키기 위하여, 다양한 클리빙방법이 사용되고 있다.
종래에 회전 블레이드를 이용하여 기판을 클리빙하는 경우에는, 분리된 계면의 표면이 거칠고 정밀도가 떨어지며, 분리 진행 시 기판이 손상되는 등의 많은 문제가 발생하게 되며, 특히, 큰 기판에서 박막재료를 클리빙하는 데는 상당히 비효율적이었다. 이에 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 도 1 및 도 2에 도시되어 잇는 바와 같이 압력화된 유체 또는 유체를 분사하여 기판으로부터 박막재료를 클리빙하는 방법이 제안되었다.
도 1에 도시된 클리빙방법은 대한민국 특허출원 제1999-7010462호에 개시된 것으로서, 압력화된 유체 또는 유체 분사를 사용하여 기판(10')으로부터 박막재료를 제거하는 방법에 관한 것이다. 이러한 클리빙방법은 회전 블레이드를 사용하는 방법보다 피트(pits), 결정결함, 깨짐, 크랙 등의 발생이 감소되는 장점을 가지게 된다.
그러나, 도 1에 도시된 클리빙방법에 있어서는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 유체분사가 화살표로 도시된 일방향으로 진행됨에 따라 기판 클리빙이 시작되는 시작점과 클리빙이 종료되는 완료지점간에 클리빙을 유발하는 에너지의 차이가 발생하게 되며, 특히 이러한 에너지 차이는 클리빙 대상인 기판(10')의 표면적이 증가함에 따라 더욱 증가하게 된다. 특히, 클리빙 시작점과 완료지점이 기판간의 최대거리임을 감안할 때 클리빙 시간 및 거리 차이에 의하여, 클리빙 유발 에너지 차이가 발생하는 것은 당연하다 할 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 클리빙방법에 있어서는, 클리빙 에너지의 불균일로 인하여 클리빙 시작점과 완료지점간의 표면 거칠기(roughness)의 차이가 발생하며 나아가 클리빙되는 기판의 두께가 불균일하게 되는 문제점이 유발된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 클리빙 시작점과 완료점 간의 거리 및 클리빙 시간을 최소화함으로써 클리빙된 기판에 피트, 결정결함, 깨짐, 크랙 등의 결함 발생을 최소화시키며 나아가 클리빙된 기판의 표면 거칠기가 우수하며 클리빙된 기판 두께의 균일성이 확보 가능하도록 하는 기판쌍 클리빙장치 및 기판쌍 클리빙방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 기판쌍 클리빙장치는 제1기판과 제2기판이 상호 접합되어 형성되는 기판쌍이 고정되는 기판고정부; 및 상기 기판쌍을 둘러싸도록 환형으로 형성되며 상기 기판쌍의 가장자리 전체를 향해 유체를 분사하는 노즐부를 가지며, 상기 유체의 분사방향이 상기 제1기판과 제2기판의 접합계면에 포함되어 상기 분사된 유체가 상기 접합계면의 가장자리로부터 접합계면의 중심쪽으로 침투되도록 상기 노즐부가 상기 접합계면에 대하여 정렬되게 배치되는 노즐블록;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 기판고정부는, 상기 제1기판이 고정되는 제1기판고정부; 및 상기 제1기판고정부와 서로 마주하며 상기 제1기판고정부에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 이동 가능하도록 배치되며, 상기 제2기판이 고정되는 제2기판고정부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제1기판고정부 및 제2기판고정부는 상기 제1 기판 및 제2기판을 각각 진공 압착하여 고정하는 진공척으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 노즐부로 상기 유체를 공급하는 유체공급부; 및 상기 노즐부와 유체공급부 사이에 설치되며, 상기 노즐부에서 분사되는 유체의 압력이 일정하게 유지되도록 상기 공급되는 유체의 압력을 제어하는 압력제어부;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 기판쌍 클리빙방법은 제1기판과 제2기판이 상호 접합되어 형성되는 기판쌍을 고정하는 고정단계; 환형으로 형성된 노즐부의 내부에 상기 기판쌍을 배치하는 배치단계; 상기 노즐부에서 분사되는 유체의 분사방향이 상기 제1기판과 제2기판의 접합계면에 포함되어 상기 분사된 유체가 상기 접합계면의 가장자리 전체로부터 접합계면의 중심쪽으로 침투되도록 상기 노즐부를 상기 접합계면에 대하여 정렬시키는 정렬단계; 상기 기판쌍이 클리빙되도록 상기 노즐부로부터 유체를 분사시켜 상기 분사된 유체가 상기 접합계면의 가장자리 전체로부터 상기 접합계면의 중심쪽으로 침투시키는 분사단계; 및 상기 분사된 유체에 의해 상기 기판쌍을 클리빙시키는 클리빙단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 고정단계에서, 상기 기판쌍의 클리빙시 상기 제1기판 및 제2기판이 상대 운동하는 것을 방지하기 위하여 상기 제1기판 및 제2기판을 각각 고정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 고정단계에서, 상기 제1기판 및 제2기판은 진공 압착에 의해 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 분사단계에서, 상기 노즐부에서 분사되는 유체의 압력은 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 클리빙 시작점과 완료점 간의 거리 및 클리빙 시간을 최소화함으로써 클리빙된 기판에 피트, 결정결함, 깨짐, 크랙 등의 결함 발생을 최소화시키며 나아가 클리빙된 기판의 표면 거칠기가 우수하며 클리빙된 기판 두께의 균일성이 확보 가능해지게 된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클리빙장치의 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선의 개략적인 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 장치를 이용하여 클리빙하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예의 기판쌍 클리빙장치(100)는 제1기판(11)과 제2기판(12)이 상호 접합되어 형성되는 기판쌍(10)을 클리빙하기 위한 장치이다. 본 실시예에서 제1기판(11) 및 제2기판(12)은 10인치 직경의 웨이퍼이다. 그리고, 클리빙장치(100)는 제1기판(11)과 제2기판(12)이 상호 분리되도록 기판쌍(10)을 클리빙할 수 있다. 또한, 클리빙장치(100)는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 제1기판(11)과 제2기판(12)의 접합계면(13)으로부터 일정거리, 예를 들어 10㎛ 이격된 오프셋면을 기준으로 기판쌍(10)이 분리되도록 기판쌍(10)을 클리빙할 수도 있다. 이와 같이 접합계면(13)이 아닌 오프셋면(14)을 기준으로 클리빙을 하는 경우에는, 접합계면(13)의 접착성을 향상시키기 위하여 클리빙 전에 기판쌍(10)을 별도로 열처리하게 된다.
기판상 클리빙장치(100)는 기판고정부(20)와, 노즐블록(30)과, 유체공급부(40)와, 압력제어부(50)를 구비한다.
기판고정부(20)는 기판쌍(10)을 위치 고정시킨다. 특히, 본 실시예에서는, 기판고정부(20)는 제1기판고정부(21) 및 제2기판고정부(22)를 포함한다.
제1기판고정부(21)는 기판쌍의 제1기판(11)을 고정한다. 제2기판고정부(22)는 기판쌍의 제2기판(12)을 고정하기 위한 것이다. 제2기판고정부(22)는 제1기판고정부(21)와 서로 마주하도록 배치된다. 제2기판고정부(22)는 제1기판고정부(21)에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 특히 본 실시예에서, 제2기판고정부(22)는 지지체(221)에 결합되어 있으며, 지지체(221)는 모터 및 감속기어 또는 유압엑추에이터을 포함하는 직선구동유닛(미도시)에 의해 직선 이동 가능하게 설치된다.
이와 같이, 제1기판고정부(21)와 제2기판고정부(22)가 각각 제1기판(11) 및 제2기판(12)을 고정하도록 구성되게 되면, 기판쌍(10)이 클리빙되어 예를 들어 제1기판(11)과 제2기판(12)이 상호 분리되는 경우에도 분리된 제1기판(11) 및 제2기판(12)이 각각 위치 고정되므로, 제1기판(11)과 제2기판(12)이 상호 접촉하여 상호 손상을 주는 현상을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에서, 제1기판고정부(21) 및 제2기판고정부(22)는 진공 압착 에 의해 제1기판(11) 및 제2기판(12)을 각각 고정하는 환형의 진공척으로 구성되며, 이러한 진공척은 이미 널리 알려져 있으므로, 여기서는 진공척에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
노즐블록(30)은 기판쌍(10)에 유체를 분사하기 위한 것이다. 노즐블록(30)의 중앙에는 기판쌍(10)이 배치 가능하도록 일측이 개방된 수용부(31)가 형성되어 있다. 그리고, 수용부(31)의 내측 바닥면에는 진공척으로 구성되는 제1기판고정부(11)가 결합되어 있다. 또한, 기판쌍(10)을 로딩 및 언로딩하기 위한 복수의 리프트 핀(미도시)이 수용부(31) 내에서 승강 가능하게 설치되어 있다. 즉, 복수의 리프트 핀에 기판쌍(10)이 안착된 후 복수의 리프트 핀이 하강함으로써 기판쌍(10)이 제1기판고정부(11)에 배치되어 로딩되며, 클리빙 완료 후에는 지지체(221)가 1차적으로 상승하여 제2기판지지부(12)에 고정된 기판이 언로딩된 후 복수의 리프트 핀이 상승하여 제1기판고정부(11)에 배치된 기판이 언로딩된다.
노즐블록(30)의 내부에는 유체를 분사하는 노즐부(32)가 형성되어 있다. 노즐부(32)는 수용부(31)의 내측면에 환형으로 형성되어 있다. 이와 같이, 노즐부(32)가 환형으로 형성되어, 기판쌍(10)이 수용부(31) 내에 배치되면, 노즐부(31)가 기판쌍(10)을 둘러싸게 된다. 그리고, 노즐부(32)의 분사방향이 기판쌍(10)을 향하도록 구성되어 있어서, 유체가 기판쌍(10)의 가장자리 전체를 향해 분사 가능하게 된다.
그리고, 노즐부(32)는 접합계면(13)에 대하여 정렬되게 배치되어 있다. 즉, 기판쌍(10)이 제1기판고정부(21)에 고정되기만 하면, 노즐부(32)는 접합계면(13)에 대해 정렬되게 된다. 이와 같이, 기판쌍(10)의 고정만으로 노즐부(32)가 정렬되는 것은, 특정 두께를 가지는 기판쌍(10)에 대하여 노즐부(32)가 정렬되도록 노즐부(32)가 특정 위치에 형성됨으로써 가능하다. 그리고, 노즐부(32)가 정렬되면, 노즐부(32)로부터 분사되는 유체의 분사방향이 도 3 및 도 4에 화살표로 도시되어 있는 바와 같이 접합계면(13)에 포함되며, 또한 분사된 유체가 접합계면(13)의 가장자리로부터 접합계면(13)의 중심쪽으로 분사되어 접합계면에 침투되게 된다.
또한, 노즐블록(30)의 내부에는 노즐부(32)와 연통되는 유로(33)가 형성되어 있다.
유체공급부(40)는 노즐부(32)로 유체를 공급하기 위한 것이다. 유체공급부(40)와 노즐블록(30)의 유로(33)는 중공의 파이프라인(41)을 통하여 연결되어 있다. 유체공급부(40)는 가스 또는 액체를 분사하도록 구성될 수 있으나, 클리빙된 기판이 오염되는 것을 방지하기 위하여 가스를 분사하는 것이 바람직하다.
압력제어부(50)는 노즐부(32)와 유체공급부(40) 사이의 파이프라인(41)에 설치되어 있다. 압력제어부(50)는 노즐부(32)에서 분사되는 유체의 압력이 일정하게 유지되도록 공급되는 유체의 압력을 제어한다. 본 실시예에서, 압력제어부(50)는 공지의 압력조절밸브로 구성되어 있다.
상술한 바와 같이 구성된 기판쌍 클리빙장치(100)를 이용하여, 기판쌍(10)을 클리빙하는 과정의 일례를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 리프트 핀을 상승시켜 기판쌍(10)을 리프트 핀에 안착시킨다. 그 후에, 리프트 핀을 하강시켜 기판쌍(10)을 제1기판고정부(21)에 배치한 후에, 제1기 판고정부(21)가 진공 압착에 의해 제1기판(11)을 고정하도록 제1기판고정부(21)를 작동시킨다. 이와 같이 제1기판(11)이 고정된 후에는, 직선구동유닛을 작동시켜 지지체(221)를 하방으로 이동시켜 지지체(221)에 결합된 제2기판고정부(22)를 도 3에 가상선으로 도시되어 있는 바와 같이 기판쌍을 구성하는 제2기판(12)에 접촉시킨 후에, 제2기판고정부(22)를 작동시켜 제2기판(12)을 진공 압착하여 고정시킨다.
이와 같이, 기판쌍(10)이 제1기판고정부(21)와 제2기판고정부(22)에 의해 위치 고정되면(S110), 환형의 노즐부(32)가 기판쌍(10)을 둘러싸게 배치된다(S120). 그리고, 동시에 노즐부(32)가 기판쌍의 접합계면(13)에 대하여 자동적으로 정렬되게 된다(S130). 왜냐하면, 본 실시예에서 특정 두께의 기판쌍(10)에 대하여 자동 정렬이 가능하도록 노즐부(32)가 특정 위치에 형성되어 있기 때문이다. 이와 같이 기판쌍(10)이 고정된 상태에서 노즐부(32)가 정렬된 후에는, 유체공급부(40)로부터 유체를 공급하고 압력제어부(50)를 작동시켜 노즐부(32)로부터 유체를 일정한 압력으로 분사시킨다(S140). 이 때, 유체는 도 4에 화살표로 도시되어 있는 바와 같이 기판쌍의 접합계면(13)의 가장자리 전체를 향해 분사되어 기판쌍(10)의 중심을 향하게 되어, 분사되는 유체는 접합계면(13)을 침투하게 된다. 왜냐하면, 노즐부(32)가 정렬되어 유체의 분사방향이 접합계면(13)에 포함되어 있기 때문이다.
상술한 바와 같이 유체가 분사되게 되면, 접합계면(13)에 침투된 유체의 의해 기판쌍(10)이 클리빙된다(S150). 그리고, 클리빙되어 분리된 제1기판(11) 및 제2기판(12)은 각각 제1기판고정부(21) 및 제2기판고정부(22)에 의해 고정되어 있으므로, 클리빙 후에도 제1기판(11)과 제2기판(12)이 서로 접촉하여 표면 결함이 발생하지 않게 된다. 한편, 제1기판(11)과 제2기판(12)의 접착성이 별도의 열처리를 통하여 향상된 경우에는, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 접합계면(13)으로부터 일정거리, 예를 들어 10㎛ 이격되게 형성되는 오프셋면(14)을 기준으로 클리빙되게 된다.
상술한 바와 같이 본 실시예에서는, 유체가 일정한 압력을 유지한 상태로 접합계면(13)의 가장자리 전체에 분사되므로, 기판쌍(10)의 클리빙이 전체적으로 균일하게 진행되게 된다. 즉, 클리빙이 접합계면(13) 가장자리 전체에서 시작되어 접합계면 중앙부쪽으로 진행된다. 이와 같이 클리빙이 균일하게 진행되면, 클리빙 시작점과 완료점 간의 차이 및 클리빙이 완성되는 시간을 최소화할 수 있게 되므로, 클리빙된 기판에 피트, 결정결함, 깨짐, 크랙 등의 결함 발생율을 감소시킬 수 있으며, 나아가 클리빙된 기판 두께의 균일성 확보가 가능해지게 된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
예를 들어, 본 실시예에서는 기판쌍이 제1기판고정부에 고정되기만 하면 노즐부가 정렬되도록 구성되어 있으나, 기판쌍이 제1기판고정부에 고정되는 것만으로는 노즐부가 정렬되지 않는 경우, 예를 들어 다양한 두께의 기판쌍이 제1기판고정부에 고정되는 경우에는 노즐블록을 승강시키는 승강유닛이 별도로 구비되어 승강유닛을 적절하게 승강시킴으로써 노즐부를 정렬시킬 수도 있다.
도 1은 종래에 유체를 노즐로부터 분사시켜 기판쌍을 클리빙하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 클리빙과정에서 유체가 분사되는 모습을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 클리빙장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선의 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 장치를 이용하여 클리빙하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 도 3에 도시된 클리빙장치를 이용하여 클리빙되는 기판쌍을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...기판쌍 11...제1기판
12...제2기판 13...접합계면
14...오프셋면 20...기판고정부
21...제1기판고정부 22...제2기판고정부
30...노즐블록 31...수용부
32...노즐부 33...유로
40...유체공급부 41...파이프라인
50...압력제어부 100...기판쌍 클리빙장치
221...지지체
Claims (8)
- 제1기판과 제2기판이 상호 접합되어 형성되는 기판쌍이 고정되는 기판고정부; 및상기 기판쌍을 둘러싸도록 환형으로 형성되며 상기 기판쌍의 가장자리 전체를 향해 유체를 분사하는 노즐부를 가지며, 상기 유체의 분사방향이 상기 제1기판과 제2기판의 접합계면에 포함되어 상기 분사된 유체가 상기 접합계면의 가장자리로부터 접합계면의 중심쪽으로 침투되도록 상기 노즐부가 상기 접합계면에 대하여 정렬되게 배치되는 노즐블록;을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판쌍 클리빙장치.
- 제 1항에 있어서,상기 기판고정부는, 상기 제1기판이 고정되는 제1기판고정부; 및 상기 제1기판고정부와 서로 마주하며 상기 제1기판고정부에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 이동 가능하도록 배치되며, 상기 제2기판이 고정되는 제2기판고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판쌍 클리빙장치.
- 제 2항에 있어서,상기 제1기판고정부 및 제2기판고정부는 상기 제1기판 및 제2기판을 각각 진공 압착하여 고정하는 진공척으로 구성된 것을 특징으로 하는 기판쌍 클리빙장치.
- 제 1항에 있어서,상기 노즐부로 상기 유체를 공급하는 유체공급부; 및상기 노즐부와 유체공급부 사이에 설치되며, 상기 노즐부에서 분사되는 유체의 압력이 일정하게 유지되도록 상기 공급되는 유체의 압력을 제어하는 압력제어부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판쌍 클리빙장치.
- 제1기판과 제2기판이 상호 접합되어 형성되는 기판쌍을 고정하는 고정단계;환형으로 형성된 노즐부의 내부에 상기 기판쌍을 배치하는 배치단계;상기 노즐부에서 분사되는 유체의 분사방향이 상기 제1기판과 제2기판의 접합계면에 포함되어 상기 분사된 유체가 상기 접합계면의 가장자리 전체로부터 접합계면의 중심쪽으로 침투되도록 상기 노즐부를 상기 접합계면에 대하여 정렬시키는 정렬단계;상기 기판쌍이 클리빙되도록 상기 노즐부로부터 유체를 분사시켜 상기 분사된 유체가 상기 접합계면의 가장자리 전체로부터 상기 접합계면의 중심쪽으로 침투시키는 분사단계; 및상기 분사된 유체에 의해 상기 기판쌍을 클리빙시키는 클리빙단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판쌍 클리빙방법.
- 제 5항에 있어서,상기 고정단계에서, 상기 기판쌍의 클리빙시 클리빙된 한 쌍의 기판이 서로 상대 운동하는 것을 방지하기 위하여 상기 제1기판 및 제2기판을 각각 고정하는 것을 특징으로 하는 기판쌍 클리빙방법.
- 제 6항에 있어서,상기 고정단계에서, 상기 제1기판 및 제2기판은 진공 압착에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 기판쌍 클리빙방법.
- 제 5항에 있어서,상기 분사단계에서, 상기 노즐부에서 분사되는 유체의 압력은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 기판쌍 클리빙방법.
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| KR1020070078483A KR100879760B1 (ko) | 2007-08-06 | 2007-08-06 | 기판쌍 클리빙장치 및 기판쌍 클리빙방법 |
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