KR102958552B1

KR102958552B1 - Hbm 웨이퍼 표면 처리장치

Info

Publication number: KR102958552B1
Application number: KR1020240060441A
Authority: KR
Inventors: 전병준
Original assignee: (주)엠에이케이
Priority date: 2024-05-08
Filing date: 2024-05-08
Publication date: 2026-04-29
Anticipated expiration: 2044-05-08
Also published as: KR20250161191A

Abstract

본 발명은 산소를 포함하는 아르곤 혼합 기체를 플라즈마 헤드에 공급하여 구리 전극의 산화를 방지하면서도 HBM 웨이퍼의 표면을 효과적으로 처리할 수 있는 HBM 웨이퍼 표면 처리장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 HBM 웨이퍼 표면 처리장치는, HBM 웨이퍼의 표면에 플라즈마를 조사하는 플라즈마 헤드; 상기 플라즈마 헤드에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원 공급부; 상기 플라즈마 헤드에 플라즈마 발생을 위한 원료 기체를 공급하는 기체 공급부;를 포함한다.

Description

HBM 웨이퍼 표면 처리장치{THE APPARATUS FOR TREATING THE SURFACE OF THE HBM WAFER}

본 발명은 HBM 웨이퍼 표면 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산소를 포함하는 아르곤 혼합 기체를 플라즈마 헤드에 공급하여 구리 전극의 산화를 방지하면서도 HBM 웨이퍼의 표면을 효과적으로 처리할 수 있는 HBM 웨이퍼 표면 처리장치에 관한 것이다.

고 대역폭 메모리(HBM : High Bandwidth Memory) 장치는 복수개의 메모리 다이들과 베이스 다이(또는 버퍼 다이라고도 함)가 적층된 구조를 가질 수 있다. 복수개의 메모리 다이들은 베이스 다이의 상부에 적층되며, 복수개의 메모리 다이들은 복수개의 메모리 다이들을 관통하는 쓰루 실리콘 비아들(Through Silicon Via: TSV)을 통하여 베이스 다이로부터 명령 및 어드레스를 수신하고, 데이터를 입출력할 수 있다.

HBM 장치를 포함하는 시스템 장치는 HBM 장치와 제어 장치(예를 들면, 그래픽 처리 장치(Graphic Processing unit: GPU) 다이, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU) 다이, 또는 시스템 온 다이(System on Chip: SoC) 등)를 포함할 수 있다. HBM 장치의 베이스 다이는 제어 장치로부터 전송되는 명령 및 어드레스를 수신하고, 데이터를 입출력할 수 있다. 시스템 장치가 2.5D 패키지로 제조되면, HBM 장치의 베이스 다이와 제어 장치가 인터포저(Interposer)의 상부에 위치되고, 인터포저에 형성된 라인들을 통하여 명령 및 어드레스, 및 데이터를 전송할 수 있다. 시스템 장치가 3D 패키지로 제조되면, 제어 장치의 상부에 HBM 장치가 위치되고, HBM 장치와 제어 장치가 직접적으로 명령 및 어드레스, 및 데이터를 전송할 수 있다.

따라서 고 대역폭 메모리 반도체를 제작할 때는 복수개의 메모리 다이를 합착하는 과정이 필수적으로 수행되며, 이 과정에서 복수개의 메모리 다이를 접착제 없이 효과적으로 합착할 수 있는 기술의 개발이 절실하게 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 산소를 포함하는 아르곤 혼합 기체를 플라즈마 헤드에 공급하여 구리 전극의 산화를 방지하면서도 HBM 웨이퍼의 표면을 효과적으로 처리할 수 있는 HBM 웨이퍼 표면 처리장치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 HBM 웨이퍼 표면 처리장치는, HBM 웨이퍼의 표면에 플라즈마를 조사하는 플라즈마 헤드; 상기 플라즈마 헤드에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원 공급부; 상기 플라즈마 헤드에 플라즈마 발생을 위한 원료 기체를 공급하는 기체 공급부;를 포함한다.

그리고 본 발명에서 상기 기체 공급부는, 아르곤 기체를 공급하는 아르곤 공급부; 초순수를 기화하여 제1 기체를 발생시키는 제1 기체 발생부; 상기 아르곤 공급부로부터 아르곤 기체 일부를 공급받아서 상기 제1 기체 발생부에서 발생된 제1 기체를 상기 플라즈마 헤드 방향으로 이동시키는 제1 기체 이동부; 상기 아르곤 공급부에서 공급되는 아르곤 기체와 상기 제1 기체 이동부에 의하여 이동되는 제1 기체를 혼합하는 기체 혼합부; 상기 기체 혼합부에 의하여 아르곤 기체와 제1 기체가 혼합된 혼합 기체를 상기 플라즈마 헤드로 공급하는 혼합기체 공급관;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 HBM 웨이퍼 표면 처리장치는, 상기 기체 혼합부에서 상기 제1 기체와 아르곤 기체의 혼합 비율을 제어하는 기체 혼합 비율 제어부;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 기체 혼합 비율 제어부는, 상기 제1 기체 이동부를 통하여 이동되는 제1 기체 유량과 상기 아르곤 공급부에 의하여 이동되는 아르곤 기체의 유량의 비율을 제어하여 혼합 비율을 제어하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 제1 기체 발생부는 초순수를 가열하여 수증기를 발생시키는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 혼합기체 공급관에는 히팅 자켓이 구비되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 제1 기체 발생부는 초순수를 전기 분해하여 얻어지는 산소와 수소 혼합 기체를 발생시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 HBM 웨이퍼 표면 처리장치에 의하면 산소를 포함하는 아르곤 혼합 기체를 플라즈마 헤드에 공급하여 구리 전극의 산화를 방지하면서도 HBM 웨이퍼의 표면을 효과적으로 처리할 수 있는 현저한 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 HBM 웨이퍼의 처리 공정을 도시하는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HBM 웨이퍼 표면 처리장치의 구성을 도시하는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 HBM 웨이퍼 표면 처리장치(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 헤드(100), 고전압 전원 공급부(200) 및 기체 공급부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 상기 플라즈마 헤드(100)는 플라즈마를 발생시켜서 HBM 웨이퍼(W)의 표면에 분사하는 구성요소이다. 따라서 상기 플라즈마 헤드(100)는 처리 대상인 HBM 웨이퍼(W)의 크기 및 폭에 따라서 다양한 길이 및 폭을 가질 수 있다. 그리고 상기 플라즈마 헤드(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 HBM 웨이퍼(W)와 접근된 상태에서 공정이 진행되도록 상기 플라즈마 헤드(100)가 설치되며, 상기 HBM 웨이퍼(W)를 수평 방향으로 이동시키면서 공정을 진행할 수도 있다.

HBM 웨이퍼는 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 웨이퍼가 제조된 상태에서 그 상면에 절연층을 형성하고, 웨이퍼의 하면 부분을 갈아낸 후 다수개의 웨이퍼를 합착시키는 공정을 진행하게 된다. 이때 각 웨이퍼의 접착면에 접착제를 처리하는 대신 본 실시예에 따른 플라즈마 헤드(100)를 활용하여 대기압 기상 플라즈마 처리를 하여 접착력을 확보하는 것이다.

다음으로 상기 고전압 전원 공급부(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 헤드(100)에 연결되어 상기 플라즈마 헤드(100)에 고전압 전원을 공급하는 구성요소이다. 즉, 상기 전원 공급부(200)는 상기 플라즈마 헤드(100)에서 플라즈마를 발생시키기 위하여 필요한 고전압 전원을 상기 플라즈마 헤드(100)에 적합하게 제어하여 공급하는 것이다.

이를 위하여 본 실시예에서는 상기 전원 공급부(200)를 구체적으로 RF 제너레이터(generator)와 매처(matcher)로 구성할 수 있다. 먼저 상기 RF 제너레이터는 상기 플라즈마 헤드(100)에 필요한 고전압 전원(RF 전원)을 발생시키는 구성요소이다.

그리고 상기 매처는 상기 RF 제너레이터와 플라즈마 헤드(100) 사이에 설치되며, 상기 RF 제너레이터에서 발생된 고전압 전원을 정합하는 구성요소이다. 즉, 상기 매처는 상기 RF 제너레이터에서 발생되어 상기 플라즈마 헤드(100)로 공급되는 고전압 전원에 의한 반사파가 최소화되도록 상기 고전압 전원을 정합(matching)하는 것이다.

다음으로 상기 기체 공급부(300)는 상기 플라즈마 헤드(100)에 플라즈마 발생을 위한 원료 기체를 공급하는 구성요소이다. 즉, 상기 기체 공급부(300)는 본 실시예에 따른 HBM 웨이퍼 표면 처리장치(1)의 처리 대상인 HBM 웨이퍼(W)의 표면 처리에 적합한 플라즈마 발생을 위한 원료 가스를 공급하는 것이다.

이를 위해 본 실시예에서는 상기 기체 공급부(300)를 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 아르곤 공급부(310)와 제1 기체 발생부(320), 제1 기체 이동부(330), 기체 혼합부(340) 및 혼합기체 공급관(350)을 포함하여 구성할 수 있다.

먼저 상기 아르곤 공급부(310)는 일정량의 아르곤 기체가 채워져 있는 캐니스터로 구성될 수 있으며, 아르곤 기체를 공급하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 아르곤 공급부(310)는 메인 공급관(311)을 통하여 아르곤 기체를 상기 기체 혼합부(340) 방향으로 공급하며, 일부 아르곤 기체는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 기체 이동부(330)를 통하여 공급된다.

다음으로 상기 제1 기체 발생부(320)는 초순수를 기화하여 제1 기체를 발생시키는 구성요소이다. 여기에서 제1 기체는 산소를 포함하는 조성 예를 들어, 수증기(H₂O), 산소(O₂)와 수소(H₂) 혼합 기체 등의 조성을 가지며, 상기 아르곤 기체와 일정 비율로 혼합되어 상기 플라즈마 헤드(100)에 공급되는 기체이다.

따라서 본 실시예에서 상기 제1 기체 발생부(310)는 초순수를 가열하여 수증기를 발생시키는 구조로 구성될 수 있다. 한편 상기 제1 기체 발생부(310)는 초순수를 전기 분해하여 얻어지는 산소와 수소 혼합 기체를 발생시키는 구조를 가질 수도 있다.

다음으로 상기 제1 기체 이동부(330)는 상기 아르곤 공급부(310)로부터 아르곤 기체 일부를 공급받아서 상기 제1 기체 발생부(320)에서 발생된 제1 기체를 상기 플라즈마 헤드(100) 방향으로 이동시키는 구성요소이다. 즉, 상기 제1 기체 이동부(330)는 상기 아르곤 공급부(310)에서 공급되는 아르곤 기체를 캐리어 가스로 이용하여 상기 제1 기체 발생부(320)에 발생되는 제1 기체를 상기 기체 혼합부(340)로 공급하는 것이다.

다음으로 상기 기체 혼합부(340)는 상기 아르곤 공급부(310)에서 메인 공급관(311)을 통하여 공급되는 아르곤 기체와 상기 제1 기체 이동부(330)에 의하여 이동되는 제1 기체를 혼합하는 구성요소이다.

다음으로 상기 혼합기체 공급관(350)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기체 혼합부(340)와 상기 플라즈마 헤드(100) 사이를 연결하여 설치되며, 상기 기체 혼합부(340)에 의하여 아르곤 기체와 제1 기체가 혼합된 혼합 기체를 상기 플라즈마 헤드(100)로 공급하는 구성요소이다.

여기에서 상기 혼합기체 공급관(350)에는 이동되는 기체의 냉각을 방지하기 위하여 히팅 자켓(370)이 더 구비되는 것이 바람직하다.

그리고 본 실시예에 따른 HBM 웨이퍼 표면 처리장치(1)에는 기체 혼합 비율 제어부(360)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 기체 혼합 비율 제어부(360)는 상기 기체 혼합부(340)에서 상기 제1 기체와 아르곤 기체의 혼합 비율을 상기 HBM 웨이퍼 표면 처리에 적합한 비율로 제어하는 구성요소이다.

구체적으로 상기 기체 혼합 비율 제어부(360)는 상기 제1 기체 이동부(330)를 통하여 이동되는 제1 기체의 유량과 상기 아르곤 공급부(310)에 의하여 이동되는 아르곤 기체의 유량의 비율을 미리 정해진 혼합 비율로 제어하는 것이다. 이때 상기 아르곤 공급부(310)와 제1 기체 이동부(330)에 각각 설치되어 있는 유량계(361, 362)를 활용한다.

1 : 본 발명의 일 실시예에 따른 HBM 웨이퍼 표면 처리 장치
100 : 플라즈마 헤드 200 : 전원 공급부
300 : 기체 공급부

Claims

HBM 웨이퍼의 표면에 플라즈마를 조사하는 플라즈마 헤드;
상기 플라즈마 헤드에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원 공급부;
상기 플라즈마 헤드에 플라즈마 발생을 위한 원료 기체를 공급하는 기체 공급부;를 포함하며,
상기 기체 공급부는,
아르곤 기체를 공급하는 아르곤 공급부;
초순수를 기화하여 제1 기체를 발생시키는 제1 기체 발생부;
상기 아르곤 공급부로부터 아르곤 기체 일부를 공급받아서 상기 제1 기체 발생부에서 발생된 제1 기체를 상기 플라즈마 헤드 방향으로 이동시키는 제1 기체 이동부;
상기 아르곤 공급부에서 공급되는 아르곤 기체와 상기 제1 기체 이동부에 의하여 이동되는 제1 기체를 혼합하는 기체 혼합부;
상기 기체 혼합부에 의하여 아르곤 기체와 제1 기체가 혼합된 혼합 기체를 상기 플라즈마 헤드로 공급하는 혼합기체 공급관;
상기 기체 혼합부에서 상기 제1 기체와 아르곤 기체의 혼합 비율을 제어하는 기체 혼합 비율 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 HBM 웨이퍼 표면 처리장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 기체 혼합 비율 제어부는,
상기 제1 기체 이동부를 통하여 이동되는 제1 기체 유량과 상기 아르곤 공급부에 의하여 이동되는 아르곤 기체의 유량의 비율을 제어하여 혼합 비율을 제어하는 것을 특징으로 하는 HBM 웨이퍼 표면 처리장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 기체 발생부는,
초순수를 가열하여 수증기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 HBM 웨이퍼 표면 처리장치.