KR101540799B1 - 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치 및 클리닝 방법 - Google Patents

실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치 및 클리닝 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치 및 클리닝 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼의 일면에 도포되어 있는 실리콘 접착제를 클리닝 하는 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치 및 클리닝 방법에 관한 것이다. 이를 위해 실리콘 웨이퍼의 일면에 도포된 충격 흡수층에 드라이아이스 및 압축 공기를 분사하는 분사부, 및 드라이아이스의 분사량 및 압축 공기의 분사 압력을 충격 흡수층의 두께에 따라 조절하는 제어부를 포함하며, 분사부의 분사에 의해 충격 흡수층을 박피하도록 함으로써 실리콘 웨이퍼를 재사용하도록 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치가 개시된다.

Description

실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치 및 클리닝 방법{Cleaning device for silicon wafer reuse and method}
본 발명은 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치 및 클리닝 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼의 일면에 도포 되어 있는 실리콘 접착제를 클리닝 하는 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치 및 클리닝 방법에 관한 것이다.
종래에는 도 1과 같이 실리콘 웨이퍼(20)를 지지 디스크(10)에 공압을 이용하여 흡착하고 연마기(30)를 회전시켜 연마하는 방식을 사용하였다. 이러한 경우 연마기(30)와 지지 디스크(10)의 기계적 회전은 열적 팽창 및 기계구의 마모 등으로 인하여 일정한 간격(지지 디스크와 연마기 사이의 높이) 유지가 어려워진다. 지지 디스크와 연마기 사이의 높이 변화가 생기면 실리콘 웨이퍼의 연마시 도 1과 같이 일정한 두께로 연마되지 않는 문제점이 발생된다. 따라서 연마기의 회전으로 인한 높이 변화에 대하여 높이를 보정함으로써 연마 면의 두께를 일정하게 할 수 있는 기술의 필요성이 요구되고 있다.
선행기술문헌 1 : 대한민국공개특허공보 10-2004-0056177(실리콘 웨이퍼의 연마 장치) 선행기술문헌 2 : 일본국공개특허공보 2013-175563(웨이퍼 스테이지의 세정 장치 및 웨이퍼 스테이지의 세정 방법)
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 실리콘 웨이퍼의 연마시 회전으로 인한 높이 변화에 대하여 높이를 바로잡도록 함으로써 연마되는 두께를 일정하게 하도록 하고, 연마 후 실리콘 접착제를 박피하도록 함으로써 실리콘 웨이퍼를 재사용하게 할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 실리콘 웨이퍼의 일면에 도포된 충격 흡수층에 드라이아이스 및 압축 공기를 분사하는 분사부, 및 드라이아이스의 분사량 및 압축 공기의 분사 압력을 충격 흡수층의 두께에 따라 조절하는 제어부를 포함하며, 분사부의 분사에 의해 충격 흡수층을 박피하도록 함으로써 실리콘 웨이퍼를 재사용하도록 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 충격 흡수층은, 실리콘 접착제로서 탄성 및 점착성을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 분사부의 노즐은 일자형 노즐 또는 원형 노즐로서 동일 조건에서 서로 분사 압력이 다른 것을 특징으로 한다.
또한, 동일 조건에서 분사 압력이 큰 일자형 노즐은 충격 흡수층의 두께가 두꺼운 초기 세정시 이용되며, 충격 흡수층의 두께가 일정 두께 이하인 경우에는 상대적으로 분사 압력이 낮은 원형 노즐을 이용하여 드라이아이스 및 압축 공기가 분사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 실리콘 웨이퍼는 패턴이 형성되어 있지 않은 웨이퍼인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 충격 흡수층이 일면에 도포된 재사용 실리콘 웨이퍼와 일면이 연마되는 연마 실리콘 웨이퍼를 서로 충격 흡수층에 의해 접착하는 단계, 연마 실리콘 웨이퍼의 일면이 연마되는 단계, 연마 완료 후 재사용 실리콘 웨이퍼와 연마 실리콘 웨이퍼를 분리하는 단계, 및 재사용 실리콘 웨이퍼의 일면에 도포된 충격 흡수층을 드라이아이스 및 압축 공기를 분사하여 박피하는 단계를 포함하며, 드라이아이스 및 압축 공기의 분사에 의해 충격 흡수층을 박피하도록 함으로써 재사용 실리콘 웨이퍼를 연마 실리콘 웨이퍼 연마시 재사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 재사용 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 충격 흡수층은, 실리콘 접착제로서 탄성 및 점착성을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 연마 실리콘 웨이퍼의 연마시 회전으로 인한 열적 팽창 또는 마모로 높이 변화가 발생하는 경우 충격 흡수층의 탄성에 의해 높이 변화분을 흡수하도록 함으로써 연마 실리콘 웨이퍼의 연마 면의 두께가 일정한 것을 특징으로 한다.
또한, 드라이아이스의 분사량 및 압축 공기의 분사 압력은 충격 흡수층의 두께에 따라 조절되어 분사되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 실리콘 웨이퍼의 연마시 연마되는 두께를 일정하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 실리콘 웨이퍼에 도포된 실리콘 접착제를 드라이아이스에 의해 박피함으로써 실리콘 웨이퍼를 재사용 가능하게 하여 원가 절감을 이룰 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 실리콘 웨이퍼 연마를 위한 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 연마를 위한 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 연마시 척과 연마기의 회전시 높이 변화량에 따른 변화량을 흡수하도록 함으로써 연마되는 두께를 일정하게 연마할 수 있는 것을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 실리콘 접착제를 드라이아이스 및 압축 공기의 분사에 의해 박피하는 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 드라이아이스 및 압축 공기의 토출량을 제어하고 실리콘 접착제에 분사하는 로봇의 구성을 나타낸 도면이고,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 분사 노즐의 크기 및 모양을 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 실리콘 접착제의 세정 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
<실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치>
(실리콘 웨이퍼 연마 장치)
본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치는 연마 웨이퍼(300) 연마시 일정한 두께로 연마되지 않는 문제점을 해결하기 위해 충격 흡수층(210)을 재사용 실리콘 웨이퍼(200)에 도포하여 연마시 일정한 두께로 연마되도록 한 후 충격 흡수층(210)을 드라이아이스로 박피하도록 함으로써 재사용 실리콘 웨이퍼(200)를 다음의 연마 웨이퍼 연마시 재사용하도록 하는 장치이다. 이하에서는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치에 대해 첨부된 도면을 참고하여 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 재사용 실리콘 웨이퍼(200)는 패턴이 형성되어 있지 않은 실리콘 웨이퍼로서 본 발명에서는 패턴이 형성되어 있는 연마 실리콘 웨이퍼(300)의 연마시 일정한 두께로 연마되도록 하기 위해 척(100)에 부착된다. 재사용 실리콘 웨이퍼(200)가 사용되는 이유는 연마시 회전으로 인한 열적 팽창이나 마모시 연마 실리콘 웨이퍼(300)와 열팽창 계수가 동일하여 척(100)과 연마기(400) 사이의 높이 변화를 최소화할 수 있기 때문에 종래의 도 1과 같은 문제점을 최소화할 수 있다.
재사용 실리콘 웨이퍼(200)의 하부 면에는 충격 흡수층(210)이 도포 된다. 1차적으로 연마 실리콘 웨이퍼(300)와 동일한 열팽창 계수를 가지는 재사용 실리콘 웨이퍼를 이용하여 척(100)과 연마기(400) 사이의 높이 변화를 최소화할 수 있으나 이에 더해 2차적으로 충격 흡수층(210)을 도포하여 열팽창과 기계적 마모, 또는 연마시 발생되는 파티클의 유입에 따른 높이 변화에 의해 일어나는 힘의 변화를 흡수하도록 한다.
충격 흡수층(210)은 연질의 실리콘 접착제로 형성될 수 있으며, 실리콘 접착제는 탄성과 점착성이 있어 도 3과 같이 높이 변화에 따른 힘의 변화를 흡수하도록 할 수 있어 연마 실리콘 웨이퍼(300)의 하부의 연마 두께를 일정하게 유지할 수 있다. 실리콘 접착제는 또한 점착성이 있어 재사용 실리콘 웨이퍼(200)와 연마 실리콘 웨이퍼(300)를 서로 접착하게 된다.
따라서, 재사용 실리콘 웨이퍼(200)와 연마 실리콘 웨이퍼(300)의 접착에 의해 연마시 척의 회전으로 재사용 실리콘 웨이퍼(200)와 연마 실리콘 웨이퍼(300)가 일정 방향으로(일예로 반 시계 방향) 회전하게 되며, 연마기(400)가 다른 방향으로(일예로 시계 방향) 회전하게 되어 연마 실리콘 웨이퍼(300)의 하부 면을 평탄하게 연마하게 된다. 다만 재사용 실리콘 웨이퍼(200)와 연마 실리콘 웨이퍼(300)만 회전하고 연마기는 회전하지 않을 수도 있으며, 또한 회전운동 뿐만 아니라 직선운동(왕복운동 포함) 등을 통해서도 실리콘을 연마할 수 있음은 자명하다.
상술한 열팽창 계수가 동일한 재사용 실리콘 웨이퍼의 사용과 충격 흡수층(210)의 도포에 의해 도 3과 같이 일정한 두께의 연마 실리콘 웨이퍼(300)의 가공이 가능하게 된다.
(실리콘 접착제의 세정 장치)
연마 실리콘 웨이퍼(300)의 연마가 완료되면 다른 연마 실리콘 웨이퍼를 연마하기 위해 재사용 실리콘 웨이퍼(200)에 도포된 실리콘 접착제를 세정하여야 한다. 따라서, 이하에서 도 4를 참조하여 실리콘 접착제 세정 장치의 구성 및 기능을 자세히 설명하기로 한다.
연마가 완료되면 재사용 실리콘 웨이퍼(200)와 연마 실리콘 웨이퍼(300)를 서로 분리한다. 재사용 실리콘 웨이퍼(200)는 척(100)에서 분리된다. 분리된 재사용 실리콘 웨이퍼(200)의 일면에는 도 4에 도시된 바와 같이 실리콘 접착제가 도포 되어 있다. 이 실리콘 접착제를 세정하여야 이어지는 다른 연마 실리콘 웨이퍼(300) 연마시 재사용 실리콘 웨이퍼(200)를 재사용할 수 있다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 실리콘 접착제에 로봇 장치(500)를 이용하여 드라이아이스와 압축공기를 분사함으로써 실리콘 접착제를 박피할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 제어부(520)는 분사되는 압축 공기의 분사량과 드라이아이스의 분사량을 제어한다. 즉, 분사되는 압축 공기 및 드라이아이스의 토출량은 실리콘 웨이퍼에 도포된 실리콘 접착제의 두께 또는 재사용 실리콘 웨이퍼의 상태에 따라 조건을 달리하여 분사될 수 있다.
일반적으로 분사부(510)를 통해 토출되는 압축 공기는 0.5 ~ 10Bar이고, 드라이아이스의 토출량은 시간당 4 ~ 40kg이고, 드라이아이스의 크기는 직경 0.1 ~ 3mm의 범위 내에서 조건에 따라 가변 되어 토출될 수 있다. 다만, 상술한 실리콘 접착제의 도포 두께 및 재사용 실리콘 웨이퍼의 상태에 따라 다양하게 수치 범위를 넓힐 수 있다.
가장 약한 공기압 0.5Bar에 시간당 드라이아이스 토출량 4kg/h에 드라이아이스 직경 0.1mm를 사용할 경우 가장 적은 힘으로 웨이퍼 클린이 가능하며, 공기압 10Bar에 시간당 드라이아이스 토출량을 40kg/h에 드라이아이스 직경 3mm일 경우 가장 센 힘으로 웨이퍼 클린이 가능할 수 있다.
상술한 토출되는 압축 공기 및 드라이아이스의 토출량이 동일한 조건에서도 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 분사노즐(510a,510b)의 형태에 따라 토출 압력을 달리할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 일자형 분사노즐(510a)은 도 7에 도시된 원형 분사노즐(510b)과 노즐 토출구의 크기 및 모양이 서로 달라 원형 분사노즐에 비해 토출 압력이 더 세다. 따라서, 토출되는 압축 공기와 드라이아이스의 소모량이 같은 조건에서도 초기 세정시에는 일자형 노즐을 이용하여 세정을 하고, 마무리 단계에서는 토출 압력이 상대적으로 적은 원형 노즐을 사용하여 재사용 실리콘 웨이퍼에 손상이 없도록 클린할 수 있다.
따라서, 상술한 재사용 실리콘 웨이퍼에 도포된 실리콘 접착제의 세정은 압축 공기의 압력, 시간당 드라이아이스의 토출량, 드라이아이스의 입자 크기, 및 노즐 형태에 따라 분사되는 압력의 강약을 조절하여 웨이퍼의 손상 없이 세정되도록 한다.
로봇(500)에는 압축 공기 및 드라이아이스를 분사하는 분사부(510)와 분사부에서 토출되는 토출량을 제어하는 제어부(520)가 구비되며 추가적으로 압축 공기를 생성하는 압축공기 생성부(530)와 드라이아이스 저장부(540)가 더 구비될 수 있다. 다만, 추가되는 구성은 로봇 자체에 구비될 수도 있고 외부에 구비되어 로봇으로 공급될 수도 있다. 이에 더하여 파티클 회수부(550)는 연마시 발생되는 파티클을 회수하는 것으로서 발생되는 파티클을 일정한 곳으로 모으거나 흡입을 통해 흡입하도록 함으로써 구체화될 수 있다.
<실리콘 웨이퍼 클리닝 방법>
본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 클리닝 방법은 실리콘 웨이퍼 연마 후 실리콘 접착제를 세정하는 방법으로서 첨부된 도 8을 참조하여 설명하기로 한다. 먼저, 연마되는 실리콘 웨이퍼(300)와 동일한 열팽창 계수를 가진 실리콘 웨이퍼(200)의 일면에 실리콘 접착제를 도포하여 충격 흡수층(210)을 생성한다(S10). 실리콘 웨이퍼(200)와 연마되는 실리콘 웨이퍼(300)를 실리콘 접착제에 의해 접착한다(S20).
척(100)과 연마기(400)의 회전에 의해 실리콘 웨이퍼(300)의 하부 면이 일정한 두께로 연마된다(S30). 이때, 동일 열팽창 계수를 가진 실리콘 웨이퍼(200)와 실리콘 접착제(210)에 의해 척(100)과 연마기(400)의 높이 변화가 발생되는 경우에도 종래의 기술의 도 1과 같이 연마되는 두께가 서로 다르게 연마되는 것이 아니라 도 3과 같이 일정한 두께로 하부 면이 연마될 수 있다.
실리콘 웨이퍼(300)의 하부 면이 기 결정된 두께로 연마되면 연마된 실리콘 웨이퍼(300)와 재사용 실리콘 웨이퍼(200)를 분리한다. 분리된 재사용 실리콘 웨이퍼(200)의 일면에는 실리콘 접착제가 도포되어 있다.
따라서, 로봇(500)을 이용하여 압축 공기와 드라이아이스를 분사함으로써 재사용 실리콘 웨이퍼(200)에 도포된 실리콘 접착제를 박피한다(S40). 박피된 실리콘 웨이퍼(200)는 추후 연마가 필요한 실리콘 웨이퍼 연마시 재사용할 수 있다. 따라서 실리콘 웨이퍼(200)를 재사용함으로써 비용 절감 효과를 누릴 수 있다.
드라이아이스는 웨이퍼(200)에 분사됨과 동시에 승화되어 대략 800배 정도로 부피 팽창이 일어나며, 드라이아이스의 파티클이 부피 팽창되어 터지면서 실리콘 접착제의 파티클을 웨이퍼(200)로부터 밀려나게 함으로써 실리콘 접착제를 띄어내게 된다. 드라이아이스 모스 경도는 대략 1.5로 실리콘 웨이퍼의 경도 7보다 낮기 때문에 드라이아이스를 실리콘 웨이퍼에 분사하여도 웨이퍼의 손상을 주지 않고 세정이 가능하다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
10 : 지지 디스크
20 : 연마 실리콘 웨이퍼
30 : 연마기
100 : 척
200 : 재사용 실리콘 웨이퍼
210 : 충격 흡수층(실리콘 접착층)
300 : 연마 실리콘 웨이퍼
400 : 연마기
500 : 로봇
510 : 분사부
510a: 일자형 분사노즐
510b: 원형 분사노즐
520 : 제어부
530 : 압축공기 생성부
540 : 드라이아이스 저장부
550 : 파티클 회수부

Claims (9)

  1. 실리콘 웨이퍼의 일면에 도포된 충격 흡수층에 드라이아이스 및 압축 공기를 분사하는 분사부, 및
    상기 드라이아이스의 분사량 및 상기 압축 공기의 분사 압력을 상기 충격 흡수층의 두께에 따라 조절하는 제어부를 포함하며,
    상기 분사부의 분사에 의해 상기 충격 흡수층을 박피하도록 함으로써 상기 실리콘 웨이퍼를 재사용하도록 하며,
    상기 실리콘 웨이퍼는 패턴이 형성되어 있지 않은 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충격 흡수층은,
    실리콘 접착제로서 탄성 및 점착성을 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사부의 노즐은 일자형 노즐 또는 원형 노즐로서 동일 조건에서 서로 분사 압력이 다른 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    동일 조건에서 분사 압력이 큰 상기 일자형 노즐은 상기 충격 흡수층의 두께가 두꺼운 초기 세정시 이용되며, 상기 충격 흡수층의 두께가 일정 두께 이하인 경우에는 상대적으로 분사 압력이 낮은 상기 원형 노즐을 이용하여 상기 드라이아이스 및 압축 공기가 분사되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 재사용을 위한 웨이퍼 클리닝 장치.
  5. 삭제
  6. 충격 흡수층이 일면에 도포된 재사용 실리콘 웨이퍼와 일면이 연마되는 연마 실리콘 웨이퍼를 서로 충격 흡수층에 의해 접착하는 단계,
    상기 연마 실리콘 웨이퍼의 일면이 연마되는 단계,
    연마 완료 후 상기 재사용 실리콘 웨이퍼와 상기 연마 실리콘 웨이퍼를 분리하는 단계, 및
    상기 재사용 실리콘 웨이퍼의 일면에 도포된 충격 흡수층을 드라이아이스 및 압축 공기를 분사하여 박피하는 단계를 포함하며,
    상기 드라이아이스 및 압축 공기의 분사에 의해 상기 충격 흡수층을 박피하도록 함으로써 상기 재사용 실리콘 웨이퍼를 상기 연마 실리콘 웨이퍼 연마시 재사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 재사용 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 충격 흡수층은,
    실리콘 접착제로서 탄성 및 점착성을 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 재사용 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    연마 실리콘 웨이퍼의 연마시
    회전으로 인한 열적 팽창 또는 마모로 높이 변화가 발생하는 경우 상기 충격 흡수층의 탄성에 의해 높이 변화분을 흡수하도록 함으로써 상기 연마 실리콘 웨이퍼의 연마 면의 두께가 일정한 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 재사용 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 드라이아이스의 분사량 및 상기 압축 공기의 분사 압력은 상기 충격 흡수층의 두께에 따라 조절되어 분사되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 재사용 방법.
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