KR101360065B1 - 몰드형 웨이퍼 제조용 진공척 - Google Patents

몰드형 웨이퍼 제조용 진공척 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 베이스의 중앙의 원형테두리 윗면과 끼워맞춤 형식으로 조립 될 수 있도록 알루미늄베이스 중앙부에 설치된 다공질세라믹과, 상기 다공질세라믹의 하부에 중간부에 실리콘패드링이 삽입되고, 실리콘패드링 외부이며 다공질세라믹 가강자리 홈과 플레이트의 진공홀에 오링이 설치되고, 상기 다공질세라믹 상부에 설치된 웨이퍼로 구성된 몰드형 웨이퍼 제조용 진공척에 관한 것이다.

Description

몰드형 웨이퍼 제조용 진공척{the vaccum chuck molded wafer manufacturing}
본 발명은 반도체 웨이퍼 제조방법 중 몰드형 웨이퍼 제조 장치에 적용되는 것으로서 반도체 패키지를 몰드형식의 웨이퍼형태로 제작한 후 몰드 웨이퍼를 일정온도로 상승시켜 주변 온도가 23℃~200℃정도로 넓은 온도분포의 영향을 받는 곳에서 사용되며 몰드웨이퍼를 경화시키는 공정에 사용되는 다공질세라믹을 이용한 몰드형 웨이퍼 제조용 진공척에 관한 것이다.
일반적인 진공척은 제조공정 특성상 여러 개의 제품을 한 번에 이동해야 하는 공정이 많기 때문에 진공척은 가능한 가볍게 제작 되어져야 한다. 진공척은 베이스부분과 흡착부인 다공질세라믹으로 구성 되는게 일반적인 구조이다. 가장 좋은 조합은 세라믹베이스에 다공질세라믹을 사용하는 것이 유리하지만, 작업 공정상 진공척의 이동이 많고, 주변장치와 빈번한 접촉으로 인해 세라믹 베이스의 파손이 쉽게 이루어지는 문제가 있다. 그렇기 때문에 알루미늄베이스에 다공질세라믹을 조합하여 제작하는 것이 일반적이다.
예를 들면, 국내공개특허공보 공개번호 제1019990069084(19990906)호에는 웨이퍼를 진공흡착하여 고정시키는 진공척, 상기 진공척에 고정된 웨이퍼에 근접되어 발열함으로써 상기 웨이퍼를 가열시키는 히터 및 상기 히터의 내부에 상기 진공척을 고정시키는 고정링을 구비하여 이루어지는 반도체소자 제조용 서셉터에 있어서, 상기 진공척과 상기 고정링이 견고하게 체결되도록 상기 진공척과 상기 고정링 사이에 결합수단을 설치하는 것을 특징으로 한 진공척과 고정링을 나사조임으로 체결하여 결합을 견고하게 하는 반도체소자 제조용 서셉터가 공개되어 있고,
동 공보 공개번호 제1020100078241(20100708)호에는 웨이퍼가 놓여지는 히터블록; 상기 히터블록에 형성된 제1진공척 홀;을 포함하며, 상기 히터블록은 아래로 오목하게 형성된 반도체장치가 기재되어 있고,
국내등록특허공보 등록번호 제1005092240000(20050811)호에는 절연성 입자 및 제1용매를 포함하는 졸을 기판에 도포하는 도포유니트와, 도포유니트로 기판상에 형성된 졸의 도포막을 겔로 바꾸는 에이징유니트와, 제1용매와는 다른 제2용매를 도포막에 작용시켜, 도포막내의 제1용매를 해당 제2용매로 치환하는 용매치환유니트를 구비한다. 에이징유니트는, 기판을 가열하는 가열플레이트와, 이 가열플레이트의 둘레가장자리부에 접촉되어, 가열플레이트와 함께 기판을 둘러싸는 처리실을 형성하는 덮개와, 이 덮개와 상기 가열플레이트와의 접촉면을 진공배기함으로써 덮개를 가열플레이트에 흡착시키는 진공흡착기구와, 처리실내에 약액의 증기를 공급하는 약액증기공급기구와, 처리실내를 부압으로 하기 위해 처리실내를 배기하는 배기기구와, 처리실의 내부압력을 검지하는 처리실압력모니터를 구비하는 도포막형성장치 및 에이징처리장치가 공개되어 있고,
동 공보 등록번호 제1007180170000(20070508)호에는 상면에 피지지물을 지지하는 다공성 재질의 다공성플레이트와; 상기 다공성플레이트가 설치되되도록 중앙영역에 요홈이 형성되어 상기 요홈의 바닥면과 상기 다공성플레이트의 배면이 소정거리 이격되어 이격공간을 형성하고, 상기 다공성플레이트를 상기 요홈의 바닥면으로부터 고정적으로 지지하는 지지부가 요홈의 바닥면의 가장자리를 따라 돌출형성되어 있으며, 상기 지지부를 관통하여 상기 이격공간으로 공기가 흡입 및 배출되도록 배출공이 형성된 본체를 포함하는 것을 특징으로 한 진공척이 공개되어 있음을 알 수 있다.
1. 국내공개특허공보 공개번호 제1019990069084호 2. 국내공개특허공보 공개번호 제1020100078241호 3. 국내등록특허공보 등록번호 제1005092240000호 4. 국내등록특허공보 등록번호 제1007180170000호
기존의 일반적인 진공척 제조방식은 베이스재질에 에폭시 본드를 이용하여 다공질세라믹을 접합하여 일체형으로 만든 다음 일정 경화시간이 경과한 후에 최종 연삭공정을 통해서 베이스부와 다공질세라믹부의 높이단차가 없는 매우 평탄한 진공척으로 제작하는 것이다.
이렇게 제작되어진 진공척은 상온에서 사용하는 데는 아무런 문제가 없지만 주변의 온도분위기가 상승하여 200℃정도까지 고온이 되면 고열에 의한 영향으로 에폭시본드는 접착력을 잃게 되고,
알루미늄과 세라믹은 열팽창계수가 현격하게 다르기 때문에 고온으로 상승 시 열팽창계수가 큰 알루미늄(23.86㎛/m.℃)은 심하게 뒤틀리고 휘어지는 반면, 알루미나계열의 다공질세라믹(7.4㎛/m.℃)은 그 변형정도가 매우 작아, 이러한 두 재료의 열변형에 대한 편차로 인하여 알루미늄베이스는 심하게 휘어지는 특성을 보이는 반면, 다공질세라믹은 그 변형정도가 알루미늄베이스에 비해 상당히 적은 양으로 변형이 잃어난다. 이 변형량의 차이로 인해 에폭시본드는 서로 다른 두 재료를 잡아주지 못하고 결국에는 탈락하게 되어 진공척의 효율이 떨어지는 문제점이 본 발명이 해결하고자 하는 과제인 것이다.
이러한 문제점을 해결하고자, 본 발명은 기존의 일반적인 다공질세라믹 진공척 제조방식인 본드접합방식에서 탈피하여 기계적인 조립방식으로 진공척을 제작하여 열변형에 의한 재료의 탈락현상을 방지하고자, 알루미늄 베이스의 중앙의 원형테두리 윗면과 끼워 맞춤 형식으로 조립 될 수 있도록 알루미늄베이스 중앙부에 설치된 다공질세라믹의 하부에 중간부에 실리콘패드링이 삽입되고, 실리콘패드링 외부이며 다공질세라믹 가강자리 홈과 플레이트의 진공홀에 오링이 설치된 몰드형 웨이퍼 제조용 진공척을 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 과제해결 수단인 것이다.
본 발명은 조립형태로 제작되어진 진공척은 조립공차가 정밀하다고 할지라도 미세한 틈새가 존재하게 되므로 진공압의 누설로 인한 손실이 발생할 수밖에 없는데, 이를 예방하기 위해서 베이스재질 밑면에 다공질세라믹이 조립이 되고 그 다공질세라믹과 아랫면의 플레이트의 진공홀 사이에는 오링에 의한 실링처리가 되어 있다.
조립형 진공척이라 할지라도 재료가 기본적으로 가지고 있는 열적 특성은 무시 할 수 없으므로 베이스와 다공질세라믹이 조립되는 접촉면에는 실링작용과 텐션작용을 할 수 있는 실리콘 패드를 삽입하여 열변형 시 미새한 팽창과 수축이 가능하도록 일정공간을 확보할 수 있게 하였으며, 히팅공정이 끝나고 다시 상온으로 복귀하여 재료가 원상태로 회복할 때, 최초의 형태를 유지할 수 있도록 하는 장점이 있는 것이다.
도1 종래의 진공척 상세도
도2 종래의 진공척 에폭시 본딩 접착 상태도
도3 종래의 진공척 열변형 과정 상세도
상온(23℃)의 진공척 상태도(3A),
고온(200℃)의 진공척 상태도(3B),
상온(23℃)으로 복귀한 진공척 상태도(3C)
도4 본 발명의 진공척 상세도
평면상세도(4A), 하부상세도(4B)
도5 본 발명의 알루미늄베이스 상세도
평면상세도(5A), 하부상세도(5B)
도6 본 발명의 다공질세라믹 상세도
평면상세도(6A), 측면상세도(6B)
도7 본 발명의 플레이트(Plate) 상세도
평면상세도(7A), 하부상세도(7B)
도8 본 발명의 진공척 분해 상세도
도9 본 발명의 진공척 조립 상세도
도10본 발명의 진공척 열변형 과정 상세도
상온(23℃)의 진공척 상태도(10A),
고온(200℃)의 진공척 상태도(10B),
상온(23℃)으로 복귀한 진공척 상태도(10C),
본 발명은 알루미늄 베이스의 중앙의 원형테두리 윗면과 끼워맞춤 형식으로 조립 될 수 있도록 알루미늄베이스 중앙부에 설치된 다공질세라믹과, 상기 다공질세라믹의 하부에 중간부에 실리콘패드링이 삽입되고, 실리콘패드링 외부이며 다공질세라믹 가강자리 홈과 플레이트의 진공홀에 오링이 설치되고, 상기 다공질세라믹 상부에 설치된 웨이퍼로 구성된 몰드형 웨이퍼 제조용 진공척에 관한 것이다.
본 발명은 다공질세라믹이 삽입되고, 그 밑면에서 플레이트가 다공질세라믹을 지지해주면서 알루미늄베이스에 볼트로 조립이 되는 구조이다. 기존의 일반적인 방식의 진공척은 베이스에 다공질세라믹을 본딩하여 일체형으로 제작한 후 최종 평면연삭공정을 통해서 완성하는 공정으로 제작 되어졌다.
조립형태로 제작 되어진 진공척은 조립 공차가 정밀하다고 할지라도 미세한 틈새가 존재하게 되므로 진공압의 누설로 인한 손실이 발생할 수밖에 없는데, 이를 예방하기 위해서 알루미늄베이스 하부에 다공질세라믹이 조립이 되고 그 세라믹과 아랫면의 플레이트의 진공홀 사이에는 오링에 의한 실링처리가 되어 있다. 조립형 진공척이라 할지라도 재료가 기본적으로 가지고 있는 열적 특성은 무시 할 수 없으므로 베이스와 다공질세라믹이 조립되는 접촉면에는 실링작용과 텐션작용을 할 수 있는 실리콘 패드링을 삽입하여 열변형 시 미새한 팽창과 수축이 가능하도록 일정공간을 확보할 수 있게 하였으며, 히팅공정이 끝나고 다시 상온으로 복귀하여 재료가 원상태로 회복 할 때, 최초의 형태를 유지 할 수 있도록 하였다.
본 발명의 조립형 진공척은 구조상 알루미늄베이스의 측면에 진공을 위한 홀이 형성되어 있고, 이 홀은 다공질세라믹의 밑면에 형성된 플레이트의 진공홈과 연결되어야 하므로 다소 복잡한 홀가공이 이루어지고, 부품간의 실링을 위해서 소형 오링이 삽입되어 진다.
도1 일반적인 진공척의 구조로서 에폭시본드를 이용하여 베이스와 다공질세라믹을 본딩하여 제작한 상세도.
도2 일반적인 진공척의 에폭시 본딩을 설명하는 상태도,
도3 일반적인 진공척의 열변형과정을 설명한 상세도로서, 고온으로 상승 시 열에 의해 에폭시 본드가 탈락하게 되고, 최초의 온도로 복귀하여도 베이스와 다공질세라믹은 탈락한 상태를 유지하게 된다.
도4 본 발명은 비접착방식의 진공척 으로서 중앙에 통공이 구비된 알루미늄베이스와 다공질세라믹, 바닥면의 플레이트로 구성되어 있으며, 복원용 실리콘패드링와, 실리용 실리콘 링으로 구성되어진다.
도5 본 발명은 비접착방식의 진공척 부품 중 알루미늄베이스는 다공질세라믹이 아래에서 윗방향으로 조립될 수 있도록 중앙에 통공이 구비되고 하부에서 유입되어 상부로 통과되지 않토록 통공테두리에 턱을 설치한 구조로 이루어져 있다.
도6 본 발명은 비접착방식 진공척의 다공질세라믹으로서 기본적인 원판형 구조에서 윗위면에 계단식으로 형성하여 알루미늄베이스 중앙통공의 테두리와 끼워 맞춤 형식으로 조립 될 수 있게 되어 있으며, 외측 윗면의 가강자리 홈에는 복원용 실리콘패드링이 삽입될 수 있는 구조로 이루어져 있다.
도7 본 발명은 비접착방식 진공척의 플레이트(Plate)로서 바닥면에는 균일한 진공작용을 위한 여러 개의 홀(홈)가 원주방향과 직각방향으로 형성되어 있고, 아래쪽에서 베이스와 조립할 수 있는 카운터싱크가 형성되어 있다. 한쪽 측면에는 진공홀(미도시)이 형성되어 있어 베이스와 다공질세라믹의 중간에 연결라인 역할을 수행하게 된다.
도8 본 발명은 비접착방식 진공척의 조립방법을 보여주는 그림으로서 베이스 아랫면에 다공질세라믹이 삽입되는데 이 때, 복원용 실리콘패드링이 함께 삽입되어진다. 아래쪽에서는 플레이트를 접시머리볼트로 조립하게 되는데, 다공질세라믹을 본딩하지 않기 때문에 미새한 틈새로 진공압이 누설되는 것을 방지하기 위해서 내외부링을 삽입하게 된다.
도9 본 발명은 비접착방식의 진공척이 조립된 단면도를 보여주고 있다.
도10 본 발명인 진공척의 열변형 과정을 보여주는 그림으로서 200℃정도의 고온에서 일부 변형이 발생하지만 복원용 실리콘패드링과 나사에 의한 채결방식으로 조립하여, 반강제적으로 부품간에 힘이 작용하기 때문에 서로 탈락하지 않게 된다.
도11은 본 발명의 조립된 진공척으로, 하부로부터 플레이트, 다공질세라믹, 알루미늄베이스순으로 구성되며, 웨이퍼는 다공질세라믹에 의해 하부로부터 진공관의 홀에서 유입되는 진공압력이 다공질세라믹을 통과시켜 웨이퍼를 진공흡착된 것을 나타낸 것이다.
특히 다시 최초의 상온상태로 복귀했을 때, 진공척의 최초의 상태 그대로 복원되는 특성을 보인다.
본딩방식 진공척의 고열에 의한 변형 후 베이스와 다공질세라믹이 탈락하여 발생한 단차높이는 작게는 200㎛에서 크게는 500㎛정도로 매우 큰 값을 나타내었다.
본 발명에 의해 제작 된 비접착 조립방식의 진공척은 고열에 의한 변형으로 단차가 발생하지 않았으며, 제품 전체의 평탄도만 일부 변화가 있었는데, 이는 몰드형 웨이퍼제조공정상 문제가 되지 않는 정도의 변화량이었다.
본 발명의 진공척은 오랜 시간 사용 시 진공작용에 의한 이물질이 흡착되어 다공질 세라믹의 통기성을 저해하는 요인이 되기도 하는데, 높은 온도로 상승했을 때 진공홀(진공관로역할)에 역으로 압축공기를 공급하여 Blow를 해 주면 다공질세라믹의 기공 사이에 끼어있던 미세 이물질이 쉽게 제거되는 효과까지 기대할 수 있게 되었다. 일반적인 본딩방식의 진공척은 고온에서 Blow를 하게 되면 약해진 접착력으로 다공질세라믹이 탈락하여 제품 파손의 주된 원인이 되기도 하였다.
본 발명에 사용되어진 알루미늄은 Al6061 또는 Al7075재질로서 200℃정도의 온도에서 사용하기 적합하도록 시효경화열처리(에이징처리)를 하여 고온에서의 변형을 최소화 할 수 있는 공정으로 제작하였다.
이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1 종래의 진공척 상세도, 도2 종래의 진공척 에폭시 본딩 접착 상태도, 도3 종래의 진공척 열변형 과정 상세도, 도3 종래의 진공척 열변형 과정 상세도, 상온(23℃)의 진공척 상태도(3A), 고온(200℃)의 진공척 상태도(3B), 상온(23℃)으로 복귀한 진공척 상태도(3C), 도4 본 발명의 진공척 상세도, 평면상세도(4A), 하부상세도(4B), 도5 본 발명의 알루미늄베이스 상세도, 평면상세도(5A), 하부상세도(5B), 도6 본 발명의 다공질세라믹 상세도, 평면상세도(6A), 측면상세도(6B), 도7 본 발명의 플레이트(Plate) 상세도, 평면상세도(7A), 하부상세도(7B), 도8 본 발명의 진공척 분해 상세도, 도9 본 발명의 진공척 조립 상세도, 도10본 발명의 진공척 열변형 과정 상세도, 상온(23℃)의 진공척 상태도(10A), 고온(200℃)의 진공척 상태도(10B), 상온(23℃)으로 복귀한 진공척 상태도(10C), 도11은 본 발명의 진공척 조립완성도를 도시한 것이며, 알루미늄 베이스(1), 다공질세라믹(2), 플레이트(3), 실리콘패드링(4), 내부오링(5), 외부오링(6), 볼트(7), 웨이퍼(8), 알루미늄베이스통공테두리턱(11), 다공질세라믹테두리턱(21), 홈(71,72) , 볼트구멍(15,75)을 나타냄을 알 수 있다.
본 발명의 구조는 도 4 내지 도11에 도시된 바와 같이, 몰드형 웨이퍼 제조용 진공척에 있어서,
몰드형 웨이퍼 제조용 진공척은 웨이퍼(8)와, 상기 웨이퍼(8)의 하부에 설치되며 내부에 중앙통공(미도시)이 구비되며 외부에 다수개의 볼트구멍(15)이 구비된 알루미늄 베이스(1)와, 상기 알루미늄베이스(1)의 중앙통공테두리에 설치된 알루미늄베이스통공테두리턱(11)에 하부에서 삽입 고정되는 원판형의 다공질세라믹(2)과, 상기 원판형 다공질세라믹(2)의 하부에 설치되며 진공펌프(미도시)와 진공홀(미도시)에 의해 연결되는 플레이트(3)과, 상기 원판형 다공질세라믹(2)의 하부 다공질세라믹테두리턱(21),에 설치된 실리콘패드링(4)와, 상기 실리콘패드링(4)의 외부이며 알루미늄베이스(1)의 하부와 플레이트(3)내부에 연결된 홈(71)에 설치되는 내부오링(5)과, 상기 내부오링(5)의 외부에 설치되며 플레이트(3)의 외부에 설치된 4개의 홈(72)에 설치되는 4개의 외부오링(6)과,
상기 플레이트(3)의 외부에 설치된 볼트구멍(75)과 알루미늄베이스(1)의 볼트구멍(15)을 일치시켜 나사식으로 결합하여 알루미늄베이스(1)과 플레이트(3)를 밀착고정시키는 볼트(7)로 구성된 구조인 것이다.
알루미늄 베이스(1), 다공질세라믹(2), 플레이트(3), 실리콘패드링(4), 내부오링(5), 외부오링(6), 볼트(7), 웨이퍼(8), 알루미늄베이스통공테두리턱(11), 다공질세라믹테두리턱(21), 홈(71,72) , 볼트구멍(15,75).

Claims (1)

  1. 몰드형 웨이퍼 제조용 진공척에 있어서,
    몰드형 웨이퍼 제조용 진공척은 웨이퍼(8)와, 상기 웨이퍼(8)의 하부에 설치되며 내부에 중앙통공(미도시)이 구비되며 외부에 다수개의 볼트구멍(15)이 구비된 알루미늄 베이스(1)와, 상기 알루미늄베이스(1)의 중앙통공테두리에 설치된 알루미늄베이스통공테두리턱(11)에 하부에서 삽입 고정되는 원판형의 다공질세라믹(2)과, 상기 원판형 다공질세라믹(2)의 하부에 설치되며 진공펌프(미도시)와 진공홀(미도시)에 의해 연결되는 플레이트(3)과, 상기 원판형 다공질세라믹(2)의 하부 다공질세라믹테두리턱(21),에 설치된 실리콘패드링(4)와, 상기 실리콘패드링(4)의 외부이며 알루미늄베이스(1)의 하부와 플레이트(3)내부에 연결된 홈(71)에 설치되는 내부오링(5)과, 상기 내부오링(5)의 외부에 설치되며 플레이트(3)의 외부에 설치된 4개의 홈(72)에 설치되는 4개의 외부오링(6)과,
    상기 플레이트(3)의 외부에 설치된 볼트구멍(75)과 알루미늄베이스(1)의 볼트구멍(15)을 일치시켜 나사식으로 결합하여 알루미늄베이스(1)과 플레이트(3)를 밀착고정시키는 볼트(7)를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 몰드형 웨이퍼 제조용 진공척.
KR1020120016926A 2012-02-20 2012-02-20 몰드형 웨이퍼 제조용 진공척 KR101360065B1 (ko)

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