KR20130018236A - 얇은 웨이퍼 캐리어 - Google Patents

얇은 웨이퍼 캐리어

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KR20130018236A
KR20130018236A KR1020127023210A KR20127023210A KR20130018236A KR 20130018236 A KR20130018236 A KR 20130018236A KR 1020127023210 A KR1020127023210 A KR 1020127023210A KR 20127023210 A KR20127023210 A KR 20127023210A KR 20130018236 A KR20130018236 A KR 20130018236A
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대니얼 헐리
그레고리 조지
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수스 마이크로텍 리소그라피 게엠바하
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Abstract

두께가 100 마이크로미터 미만인 반도체 웨이퍼를 운반 및 보유하기 위한 향상된 웨이퍼 캐리어 디바이스는 폐쇄된 진공용기를 갖는 운송가능한 웨이퍼와 웨이퍼를 지지하도록 구성된 상단면을 포함한다. 상단면은 상단면으로부터 진공용기로 뻗어 있는 하나 이상의 관통개구들을 갖고, 웨이퍼는 상기 관통개구를 통해 끌어당겨진 진공용기로부터 진공을 통해 상단면에 보유된다.

Description

얇은 웨이퍼 캐리어{THIN WAFER CARRIER}
본 출원은 2010년 2월 9일자로 출원된 발명의 명칭이 "얇은 웨이퍼 캐리어"인 미국 가출원 No. 61/302,676의 우선권을 주장하며, 상기 참조문헌의 내용은 본 명세서에 참조로 명백히 포함된다.
본 발명은 얇은 웨이퍼용 캐리어에 관한 것으로 보다 상세하게는 두께가 100 마이크로미터 미만인 웨이퍼를 지지하기 위해 사용된 운송가능한 임시의 얇은 웨이퍼 캐리어에 관한 것이다.
여러 가지 반도체 웨이퍼 공정들은 웨이퍼 박층화 단계들을 포함한다. 몇몇 적용에서, 웨이퍼들은 집적회로(IC) 디바이스들의 제조를 위해 100 마이크로미터 미만의 두께로 얇아진다. 얇은 웨이퍼는 제조된 IC 디바이스들의 향상된 열제거 및 더 나은 전기 작동의 이점을 갖는다. 일실시예로, GaAs 웨이퍼들은 25 마이크로미터로 얇아져 열제거가 향상된 전력 CMOS 디바이스를 제조한다. 웨이퍼 박층화는 또한 디바이스 정전용량의 감소 및 임피던스의 증가에 기여하고, 그 모두로 제조된 디바이스의 전반적 크기가 감소된다. 다른 적용으로, 웨이퍼 박층화는 3D 집적 본딩 및 관통-웨이퍼-비아(through-wafer-vias)를 제조하는데 사용된다.
3D 집적 반도체 제조시, 어셈블리의 2가지 주요 방법들, 즉 WLP(Wafer Level Packaging) 및 C2W(Chip to Wafer stacking)가 이용된다. 양 경우, 얇아진 반도체들은 박층화 동안 지지와 박층화한 다음 후처리를 위해 캐리어 웨이퍼(일반적으로 유리 또는 실리콘)에 디바이스 웨이퍼를 접합하기 위한 임시 접착제를 이용해 대량 제조된다. 따라서, 디바이스 웨이퍼는 캐리어에 의한 박층화동안 지지된다. 이를 1차 임시 웨이퍼 캐리어라 한다.
임시 웨이퍼 캐리어상의 얇아진 디바이스 웨이퍼는 웨이퍼의 일면 및 양면에 도금되거나 증착된 인터커넥터들에서 종결되는 관통-실리콘-비아(TSV)를 만들도록 더 처리된다. 표면 구조는 3D 적층을 위해 1차 인터커넥터를 형성하도록 랜딩 접합패드, 인터커넥트 금속 포스트 또는 도금된 마이크로 범프를 포함할 수 있다. 양 측면에 구조를 필요로 하는 디바이스 웨이퍼는 1차 임시 웨이퍼 캐리어로부터 해제 후 2차 디바이스 웨이퍼 표면을 노출시키기 위해 "플립핑"을 필요로 할 수 있다.
70-80 마이크로미터 아래로 얇아진 디바이스 웨이퍼들은 지지없이 처리될 수 없다. 주요 지지방법들은 임시 착탈가능한 접착제를 이용해 1차 캐리어 웨이퍼에 디바이스 웨이퍼를 접합시키는 것을 포함한다. 디바이스 웨이퍼의 박층화 이후, 1차 캐리어 웨이퍼가 제거된다. 2차 임시 캐리어는 주로 다른 처리를 위해 얇아진 웨이퍼를 지지하는데 이용된다. 2차 임시 웨이퍼 캐리어는 휴대될 필요가 있고, 다른 공정 작업대로 얇아진 디바이스 웨이퍼를 운송하기 위한 필요한 지지 수단을 제공할 필요가 있으며, 디바이스 웨이퍼가 1차 임시 캐리어로부터 떼어내진 후 굴곡응력(flexure stress) 및 균열을 방지해야 한다.
웨이퍼 박층화는 주로 백-그라인딩 및/또는 화학적 기계적 연마(CMP)를 통해 수행된다. CMP는 웨이퍼 표면이 액상 슬러리가 있는 상태에서 단단하고 평평한 회전 수평 플래터(platter)와 접촉하게 하는 것을 포함한다. 슬러리는 주로 암모니아, 플루오르화물, 또는 그 조합과 같은 식각 용액과 함께 다이아몬드 또는 실리콘 카바이드(silicon carbide)와 같은 연마용 파우더(abrasive powders)를 포함한다. 연마재는 기판을 박층화하는 한편 식각용액은 마이크론 미만 수준으로 기판 표면을 연마시킨다. 웨이퍼는 타겟 두께를 달성하도록 기판의 소정량이 제거될 때까지 연마재와 접촉해 유지된다.
200 마이크로미터보다 큰 웨이퍼 두께에 대해, 웨이퍼는 주로 진공 척(chuck) 또는 기계적 부착의 몇가지 다른 수단을 이용한 고정물과 함께 적소에 보유된다. 그러나, 200 마이크로미터 미만의 웨이퍼 두께 및 특히 100 마이크로미터 미만의 웨이퍼에 대해, 웨이퍼를 기계적으로 보유하고 박층화 동안 웨이퍼의 통합 및 평면성 컨트롤을 유지하기가 점점더 어렵게 된다. 이들 경우, 이는 실제로 웨이퍼가 마이크로 단면들로 전개되고 CMP 동안 분리되 것이 통상적이다.
박층화 동안 웨이퍼의 기계적 보유에 대한 대안은 디바이스 웨이퍼의 제 1 표면을 1차 캐리어 웨이퍼에 부착시키는 것과 노출된 대항 디바이스 웨이퍼 표면을 박층화하는 것을 포함한다. 1차 캐리어 웨이퍼와 디바이스 웨이퍼 간의 접합은 일시적이며 박층화 처리 단계의 완료시 탈착(즉, 접합해제)된다. 여러 임시 접합 기술들은 처리 후 화학적으로 용해된 접착제 화합물의 사용 또는 열적으로 또는 복사를 통해 처리 후 분해된 접착 테이프 또는 접착층의 사용을 포함하는 것이 제안되었다. 대부분의 이들 접착제 기반의 임시 접합 기술들 다음에 열이 접합된 웨이퍼 쌍에 가해지고 웨이퍼가 서로 멀리 슬라이딩시키면서 디바이스 웨이퍼 및 캐리어 웨이퍼가 진공 척에 의해 보유되는 열적 슬라이드 접합해제 공정이 잇따른다. 현재 열적 슬라이드 접합해제 공정 및 다른 공정에서, 분리된 박층화 디바이스 웨이퍼는 다른 공정을 위한 2차 지지 장치를 통해 보유된다. 이 2차 지지 장치로 주로 비용 및 복잡도가 처리 설비에 부가된다. 추가 비용 및 복잡도를 줄이는 것이 바람직하다.
종래 2차 캐리어는 정전기 처킹(ESC) 및 Gel Pak™을 포함한다. 정전기 척들은 툴 척 페이스에 디바이스 웨이퍼를 보유하기 위해 정전기 인력을 이용하고 충전된 후에는 휴대될 수 있다. ESC 캐리어들은 3가지 1차 결함들이 있다. 우선 디바이스의 정전용량 및 정전기 효과가 열로 줄어든다. 예컨대, 열가소성 임시 접착제에 대해, 해제 방식은 접합해제를 위해 접착제를 재가열시켜 연화하는 것이다. 이 공정동안, 2차 캐리어는 2차 캐리어에 접합을 제한하는 더 높은 온도에 노출된다. 둘째, 20 마이크로미터보다 큰 토포그래피 또는 마이크로 범프를 갖는 디바이스 웨이퍼들은 2차 ESC 척에 접합이 충분치 못하게 된다. 마지막으로, 정전기 인력을 위한 발전은 ESC 척 및 인가된 전압의 표면적에 관한 것이다. 저전류가 인가되나, 디바이스 웨이퍼를 충전하며 300㎜ 미만의 더 작은 웨이퍼들에 더 큰 전압이 요구된다. 지금까지, ESC 척은 100㎜ 미만이나 더 작지 않은 크기로 될 수 있었다.
Gel Pak™은 절단된 다이 및 얇아진 웨이퍼의 임시로 안정적인 저장 및 운송을 위해 설계된 상표등록된 상업제품이다. 이 방법은 변형된 접착성 있는 접착제 시트에 의존한다. 본래 열가소성 재료인 이 재료는 본래 휴대할 수 있는 지지 구조 위에 매달린 시트 형태로 웨이퍼에 부착될 수 있다. 이는 진공 해제기술을 이용해 접착제 시트를 직물 스크린 멤브레인에 대하여 단단히 끌어당겨 웨이퍼가 접합 및 연이어 탈착되는 접촉면적이 감소된다. 그러나 1차 재료 접착 시트는 2가지 주요 결함이 있다. 첫째, 상승된 연화 공정온도에 영향받고 이에 따라 1차 임시 접합이 풀어지기 전에 조기에 탈착된다. 둘째, 재료는 다바이스 웨이퍼로부터 1차 얇은 웨이퍼 처리 접착 잔여물을 제거하는데 이용되는 표준 용매에 의해 강하게 공격받아 조기에 탈착된다.
상술한 문제를 극복한 박층화 웨이퍼용의 휴대용 2차 캐리어를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명은 직경이 50㎜에서 300㎜ 범위이고 두께가 100 마이크로미터 미만인 매우 얇은 반도체 웨이퍼의 핸들링을 위한 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스에 관한 것이다.
전반적으로, 일태양으로, 본 발명은 폐쇄된 진공용기와 웨이퍼를 지지하도록 구성된 상단면을 갖는 웨이퍼 척을 포함한 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스를 특징으로 한다. 상단면은 상기 상단면으로부터 진공용기로 뻗어 있는 하나 이상의 관통개구를 갖고, 상기 관통개구를 통해 끌어 당겨진 상기 진공용기로부터 진공을 통해 상단면에 웨이퍼가 보유된다.
본 발명의 이 태양의 수단은 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 웨이퍼 척은 상단 구성요소와 하단 구성요소를 포함한다. 상단 구성요소는 상단면과 하단면을 갖는다. 하단 구성요소는 폐쇄된 진공용기를 포함하고 상단 구성요소의 하단면과 접촉해 부착된다. 상단 구성요소는 상단면으로부터 하단면으로 뻗어 있고 진공용기와 소통하는 하나 이상의 관통개구를 포함한다. 디바이스는 상단면의 외주에 형성되고 상단면 및 상기 상단면과 접촉된 웨이퍼 면 사이에 씰을 형성하도록 구성된 씰링 구성요소를 더 포함한다. 씰링 구성요소는 상단면의 외주에 형성된 래디얼 그루브에 배치되거나 상단면의 외주에 스핀-코팅된다. 상단 구성요소의 상단면은 지지 웨이퍼의 치수와 일치하는 크기로 된다. 상단 구성요소는 하단 구성요소에 탈착식으로 부착됨으로써, 웨이퍼 캐리어가 상호교환가능한 상단 구성요소를 갖게 한다. 상단 및 하단 구성요소는 웨이퍼의 열팽창계수(CTE)와 일치하는 열팽창계수(CTE)를 갖는 실리콘, 알루미늄, 또는 세라믹 재료들로 제조된다. 상단면은 웨이퍼를 지지하는 크기로 된 3차원 지지 구조를 포함한다. 3차원 지지 구조물은 포스트 또는 반경방향으로 뻗은 암일 수 있다. 3차원 지지 구조물은 상단면과 접촉한 웨이퍼면에 형성된 3차원 구조물을 보완하는 구조물을 포함한다. 3차원 지지 구조물은 상단면과 접촉한 웨이퍼면에 형성된 범프 또는 본드패드를 보완하는 구조물을 포함한다. 3차원 구조물은 화학기상증착(CVD), 물리기상증착(PVD), 또는 유기금속 화학기상증착(MOCVD) 중 하나를 포함한 화학증착기술을 통해 제조된다. 3차원 지지 구조물은 광화학적 감지층을 증착시키고 포토리소그래피 및 포토마스킹 기술을 적용함으로써 제조된다. 3차원 지지 구조물은 화학 에칭 또는 연마 에칭을 통해 기계가공된다. 3차원 지지 구조물은 보호층으로 코팅되고 상기 보호층은 폴리이미드, PEEK 또는 열가소성층일 수 있다. 디바이스는 상단면에 부착된 컴플라이언트 내열 멤브레인 부재를 더 포함할 수 있다. 컴플라이언트 멤브레인은 칼레즈(Kalrez), 테플론(Teflon) 또는 플루오르폴리머(fluoropolymer)일 수 있다. 디바이스는 상단면의 외주에 형성된 씰링 구성요소를 더 포함할 수 있다. 씰링 구성요소는 3차원 지지 구조물의 높이와 일치하는 높이를 갖는 오링이다. 오링은 상단면의 외주에 형성된 래디얼 그루브에 배치된다. 씰링 구성요소는 상단면의 외주에 스핀-코팅된다. 상단면은 웨이퍼를 지향 및 정렬시키기 위한 정렬 구조물을 더 포함한다. 정렬 구조물은 핀, 그루브, 노치 또는 상단면에 매입된 탄성 삽입물일 수 있다. 하단 구성요소는 진공용기를 진공펌프에 연결시키는 진공포트를 더 포함할 수 있다. 디바이스는 마이크로밸브 어셈블리를 더 포함할 수 있고, 상기 마이크로밸브 어셈블리는 진공포트로부터 진공용기를 분리시킨다. 웨이퍼는 조절가능한 진공을 통해 상단면에 보유된다.
다음 중 하나 이상이 본 발명의 이점들일 수 있다. 본 발명의 운송가능한 웨이퍼 캐리어는 클리닝 공정을 위한 디바이스 웨이퍼의 접합제거면을 노출시키거나, 다른 공정을 위해 2차 표면을 노출시키기 위한 웨이퍼 플립핑하거나, 정렬을 위한 지지를 제공하거나 또 다른 1차 임시 캐리어 또는 디바이스 웨이퍼에 접합시키거나, 다이싱 공정을 위해 테이프 프레임 캐리어에 얇아진 웨이퍼를 떼어놓는데 사용된다. 본 발명의 웨이퍼 캐리어는 두께가 100 마이크로미터 미만인 웨이퍼를 포함한 얇아진 웨이퍼를 지지할 수 있다. 웨이퍼 캐리어는 다른 반도체 처리 툴과 모두 신속히 호환될 수 있는 부착수단 및 탈착 수단을 포함한다. 웨이퍼 캐리어는 화학적으로 불활성인 재료로 제조되고 습식 공정, 스핀 클리닝, 및 250℃를 넘는 고온에 노출 동안 한결같은 부착을 보유할 수 있다. 웨이퍼 캐리어는 마이크로 범핑, 금속 포스트 또는 스터드나 본드패드와 같은 얼룩, 절단 또는 오염 웨이퍼 표면 구조물과 간섭하지 않는 구조적 설계를 갖는다. 웨이퍼 캐리어는 얇아진 웨이퍼들에 휴대성을 제공하고 웨이퍼들이 다양한 생산 모듈들에서 가공 단계들로 이동하게 하거나 디바이스 캐리어 또는 전면 개방형 통합 캐리어(FOUPS :FRONT OPENING UNIFIED PODS)로 운송되게 한다.
도면을 참조로, 동일한 참조부호는 여러 도면들을 통해 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 임시 웨이퍼 접합기 및 접합해제기 시스템의 전체 개략도이다.
도 1a는 도 1의 접합기(210) 및 접합해제기(150)로 각각 수행된 임시 웨이퍼 접합공정(A) 및 접합해제공정(A)의 개략도이다.
도 2는 도 1a에서 2차 캐리어(100)의 분해도이다.
도 3은 도 2의 2차 캐리어의 횡단면 측면도이다.
도 4는 도 2의 2차 캐리어의 상단면 및 박층화 웨이퍼(20)의 범프면(20a)의 영역을 도시한 것이다.
도 5는 상단 구성요소와 박층화 웨이퍼(20) 간의 인터페이스의 상세 횡단면적을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 임시 웨이퍼 접합(600)용 기기는 임시 접합기(210), 웨이퍼 박층화 모듈(620), 열적 슬라이드 접합해제기(150), 웨이퍼 클리닝 작업대(170), 및 웨이퍼 테이핑 작업대(180)를 포함한다. 접합기(210)는 도 1a에 도시된 임시 접합공정(60a)을 이용하고 접합해제기(150)는 도 1a에 도시된 열적 슬라이드 접합해제공정(60b)을 이용한다.
도 1a를 참조하면, 임시 접합공정(60a)은 하기의 단계들을 포함한다. 먼저, 디바이스 웨이퍼(20)는 보호코팅(21)으로 코팅되고(62), 그런 후 상기 코팅은 소성(baking) 및 냉각되고나서(63), 웨이퍼가 플립된다(64). 캐리어 웨이퍼(30)가 접착층(31)으로 코팅되고(65) 그런 후 상기 코팅은 소성 및 냉각된다(66). 다른 실시예에서, 건조 접착필름이 접착층을 코팅하는 대신 캐리어 웨이퍼상에 라미네이트된다. 다음, 플립된 디바이스 웨이퍼(20)는 캐리어 웨이퍼(30)와 정렬되어 보호코팅(20a)을 갖는 디바이스 웨이퍼의 표면이 접착층(30a)을 갖는 캐리어 웨이퍼의 표면에 마주하게 되고(67) 그런 후 두 웨이퍼들은 임시 접합기 모듈(210)에서 접합된다. 접합은 보호층(21)과 접착층(31) 간에 임시적인 접합이다. 다른 실시예에서, 디바이스 웨이퍼 표면에 보호코팅이 전혀 도포되지 않고, 디바이스 웨이퍼 표면(20a)이 직접 접착층(31)과 접합된다. 디바이스 웨이퍼의 예로 GaAs 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 또는 100 마이크로미터 미만으로 얇아지는 것이 요구되는 임의의 다른 반도체 웨이퍼를 포함한다. 이들 얇은 웨이퍼들은 CMOS 이미지 센서, 스택 메모리 애플리케이션, 군대 및 전력 증폭기의 제조를 위한 통신 애플리케이션, 또는 양호한 열 제거 및 적은 전력요인이 바람직한 다른 전력 디바이스에 사용된다. 캐리어 웨이퍼(30)는 주로 열적으로 디바이스 웨이퍼와 일치하는, 즉, 동일한 열팽창계수(CTE)를 갖는 비오염 재료로 제조된다. 캐리어 웨이퍼 재료의 예로는 실리콘, 유리, 사파이어, 석용 또는 다른 반도체 재료들을 포함한다. 캐리어 웨이퍼(30)의 직경은 다바이스 웨이퍼 가장자리를 지지하고 디바이스 웨이퍼 가장자리의 균열이나 깎아지는 것을 방지하기 위해 주로 디바이스 웨이퍼(20)의 직경과 같거나 약간 더 크다. 한가지 예로, 캐리어 웨이퍼 두께는 약 1,000 마이크로미터이며 총 두께 변화(TTV)는 2-3 마이크로미터이다. 캐리어 웨이퍼는 재활용되며 디바이스 웨이퍼로부터 떼어내진 후 재사용된다. 한가지 예로, 접착층(31)은 미국 미조리주 Brewer Science가 제조한 유기 접착제 WaferBONDTMHT-10.10이다. 접착제(31)는 스핀-온 과정을 통해 도포되고 두께는 9 내지 25 마이크로미터의 범위를 갖는다. 스핀 속도는 1,000에서 2,500 rpm 범위이며, 스핀 시간은 3 내지 60초 사이이다. 스핀-온 도포 후, 접착층은 100℃ 내지 150℃ 사이 온도로 2분간 소성된 후 160℃ 내지 220℃ 사이 온도로 1-3분간 경화된다. WaferBONDTMHT-10.10층은 광학적으로 투명하며 220℃ 까지 안정적이다. 접착된 웨이퍼 스택(10)이 박층화 모듈(120)에 놓여진다. 노출된 디바이스 웨이퍼 표면(20b)의 박층화(120) 후, 캐리어 웨이퍼(30)는 도 1a에 도시된 탈착공정(60b)을 통해 접합해제된다. 탈착공정(60b)은 다음 단계들을 포함한다. 먼저, 접착층(31)이 연화되어 캐리어 웨이퍼(30)가 얇아진 웨이퍼로부터 슬라이드될 때까지 웨이퍼 스택(10)을 가열한다(69). WaferBONDTMHT-10.10 탈착시간은 5분 미만이다. 그런 후 얇아진 웨이퍼(20)는 2차 운송가능한 캐리어(100)에 놓여 진다. 얇아진 웨이퍼(20)를 갖는 2차 운송가능한 캐리어(100)는 그런 후 임의의 접착제 잔여물이 벗겨지는 클리닝 작업대(170)로 이동되며(52) 그리고 나서 얇아진 웨이퍼(20)가 다이싱 프레임(25)에 놓여지는 테이핑 작업대(180)로 이동된다(53). 마지막으로, 테이핑된 얇아진 디바이스 웨이퍼(20)는 카세트로 이동되고 캐리어 웨이퍼(30)는 다른 카세트로 이동된다.
얇아진 디바이스 웨이퍼가 약 100 마이크로미터 보다 더 두꺼운 경우, 열적 슬라이드 접합해제기(150)로부터 얇아진 웨이퍼(20)를 다른 공정 작업대(170,180)로 이동시키는데 추가 지원이 전혀 필요치 않다. 그러나, 얇아진 디바이스 웨이퍼(20)가 약 100 마이크로미터 보다 더 얇은 경우, 얇아진 디바이스 웨이퍼의 파손 또는 균열을 방지하는데 2차 지원장치가 요구된다. 현재, 2차 지원장치는 정전기 캐리어 또는 특별히 구성된 웨이퍼상에 Gelpak™ 아크릴 필름을 구비한 캐리어를 포함한다. 상술한 바와 같이, 이들 2차 지원장치로 상기 공정에 복잡도 및 비용이 추가된다.
본 발명은 뒤이은 클리닝 공정단계(52) 및 다이싱 테이프상에 실장(53) 동안 얇아진 웨이퍼(20)를 운송하기 위한 운송가능한 2차 캐리어(100)를 이용한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 운송가능한 2차 캐리어(100)는 상단 구성요소(120)와 하단 구성요소(110)를 포함한다. 상단 및 하단 구성요소(120,110)는 도 3에 도시된 바와 같이 적층되고 서로 부착된다. 얇아진 웨이퍼(20)는 상단 구성요소(120)의 상단면(120a)에 실어진다. 상단 구성요소(120)의 상단면(120a)은 지지된 얇은 웨이퍼(20)의 크기와 일치하는 치수로 된다. 한가지 예로, 상단 및 하단 구성요소(120,110)는 50㎜ 내지 300㎜ 범위의 치수를 갖는 얇아진 웨이퍼(20)를 수용하는 치수로 된다. 상단 및 하단 구성요소(120,110)는 구조적으로 단단하고, 화학적으로 불활성이며 200℃를 초과한 공정한 온도, 용매, 무기산, 및 염기에 견딜 수 있고 얇아진 웨이퍼의 열팽창계수(CTE)와 일치하는 열팽창계수를 갖는 실리콘, 알루미늄, 또는 다른 세라믹 재료로 제조된다. 다른 실시예에서, 상단 및 하단 구성요소(120,110)는 동일한 하단 웨이퍼(110)상에 가변 토포그래피 및 치수를 갖는 웨이퍼들을 지지하도록 캐리어(100)가 상호교환가능한 상단 구성요소(120)를 갖게 하여 분리될 수 있다.
상단 구성요소(120)의 상단면(120a)은 도 4에 도시된 얇아진 웨이퍼(20)의 범프면(20a)을 지지하는데 사용된 3차원 지지구조(124)를 포함한다. 3차원 지지구조는 얇아진 웨이퍼의 굴곡을 예방하고 다이싱 앨리(dicing alleys)와 같이 상기 얇아진 웨이퍼상의 지점들에 정렬되어 TSV 패드, 포스트 또는 마이크로 범프 손상을 방지한다. 구조(124)의 예는 도 4에 도시된 반경방향으로 뻗은 암(124a), 포스트(124b), 및 도 5에 도시된 얇아진 웨이퍼(20)의 범프, 본드패드 또는 다른 구조물(22)을 보완하는 복잡한 구조물(124c)을 포함한다. 이들 모든 예에서, 지지 구조물(124)은 기존 범프들 또는 본드패드(22) 또는 웨이퍼면(20a)상의 다른 구조물과 간섭하지 않도록 범프 웨이퍼면(20a)의 위치들에 놓인다. 지지 구조물(124)은 범프, 본드패드, 및 범프 웨이퍼면(20a)상의 다른 구조물(22)의 치수와 일치하는 치수를 갖는다. 일예로, 지지 구조물(124)은 높이가 20-50 마이크로미터 범위이고 폭이 약 50-100 마이크로미터 범위에 있다. 지지 구조물(124)은 포토리소그래피 또는 포토마스크를 이용한 화학증착기술을 통해 제조된다. 지지 구조물(124)은 또한 화학 또는 연마 타입 에칭을 통해 기계가공될 수 있다. 화학증착기술로는 화학기상증착(CVD), 물리기상증착(PVD), 및 유기금속 화학기상증착(MOCVD)를 포함한다. 캐리퍼 표면상에 웨이퍼 지지를 제공하기 위해 지지 마사크 또는 포토리소그래피 패턴이 이용된다. 마스크들은 재료 및의 제거를 위해 웨이퍼면 토포그래피의 1차 구조물 주위로 3차원 지지 구조물의 제작의 윤곽을 그리는데 이용되고, 포로리소그래피 패턴은 재료의 증착을 위해 이용된다. 이들 3차원 지지 구조물은 개개의 다이와 1차 접촉하지 않고 마이크로-범프와 같은 섬세한 구조물의 손상을 방지한다. 예컨대, 다이싱 앨리를 따라 1차 구조물과 함께 3차원 지지 구조물을 만들고 간격에 대한 허용오차를 제공함으로써, 각 마이크로 범프 어레이가 손상 없이 지지를 위해 수용될 수 있다. 3차원 지지 구조물을 알루미늄 또는 세라믹 캐리어 표면에 만드는 마스크의 치수는 웨이퍼면의 배치 특징에 의해 직접적으로 제공되며, 진공공정 동안 요구되는 지지를 제공한다.
몇몇 실시예에서, 지지 구조물(124)은 또한 보호코팅층으로 코팅되고 도 3에 도시된 바와 같이 컴플라이언트 멤브레인(compliant membrane)(130)으로 덮여진다. 일예로, 코팅층(130)은 웨이퍼면 범프, 본드패드 및 구조물(22)을 보호하는데 적합한 폴리이미드, PEEK, 또는 임의의 다른 불활성 고온 열경화성 또는 열가소성층일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 탄성 내열 컴플라이언트 멤브레인(130)은 상단 구성요소(120)의 전체 표면(120a)을 덮고 3차원 구조물(124)을 가로질러 뻗어 있으며 지지 구조물(124) 사이 갭에 채워짐으로써 연마로 인한 얇은 웨이퍼면 토폴로지(즉, 범프, 본드패드 및 다른 구조물)의 손상을 방지한다. 멤브레인(130)은 복수의 핀홀들을 포함하며 이로써 가요성 척 진공 멤브레인을 형성한다. 일예로, 컴플라이언트 멤브레인(130)은 듀퐁(DuPont)사의 칼레즈(Kalrez)로 제조된다. 상단 표면(120a)은 또한 진공포트(122)와 진공 씰(123)을 포함한다. 진공포트(122)는 후술되는 바와 같이 상단 구성요소(120)의 두께를 통해 뻗어 있고 하단 구성요소(110)에 형성된 진공 용기(112)에 연결된다. 진공포트(122)는 상단면(120a) 및/또는 중앙포트(122a)에 걸쳐 퍼진 개구들을 포함한다. 일예에서, 진공씰(123)은 상단면(120a)의 외주에 형성된 래디얼 그루브(125)에 배치된 오링이다. 씰(123)은 다른 것들 가운데 바이턴(Viton), 실리콘 고무 또는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 고무로 제조될 수 있다. 가압 상태에서 씰 링(123)의 높이는 얇아진 웨이퍼(20)의 휨과 씰 링(123)에서의 조기 탈착을 방지하기 위해 표면(120a)에 광-가공되는 3차원 지지 구조물(124)의 표고와 거의 일치한다.
상단 구성요소(120)의 상단면(120a)은 또한 얇아진 웨이퍼(20)를 지향시키고 정렬하는데 이용되는 정렬 구조(126)를 포함한다. 정렬 구조(126)는 핀, 그로브, 노치 또는 상단면(120a)에 매입된 탄성 삽입물일 수 있다. 정렬 구조(126)는 상기 웨이퍼를 다른 캐리어 또는 다른 웨이퍼들에 평평하게 또는 2차 정렬을 위해 웨이퍼 노치와 일직선으로 정렬하는데 이용된다. 정렬 구조(126)는 또한 자동 접합 얼라이너에 의한 기점 인식을 위해 사용된다.
하단 구성요소(110)는 폐쇄식 포트(116)를 통해 진공펌프(미도시)에 연결된 진공용기(112)를 포함한다. 진공용기(112)는 전개 시간 주기동안 얇아진 웨이퍼(20)를 보유하는데 충분한 정지 진공력을 제공하기 위해 배기된 후 닫힌다. 진공용기(112)는 외부 폐쇄식 포트(116)를 통해 진공소스(펌프)에 의해 배기된다. 진공소스는 디바이스(100)내 진공이 뽑아진 후 제거되므로 어떠한 부착믈 없이 웨이퍼 캐리어를 운반할 수 있다. 웨이퍼 캐리어 디바이스(100)를 2차 공정 툴로 운송시, 용기(112)내 진공이 리프레시될 수 있어, 늘어난 시간주기 동안 그리고 여러 공정 단계들에 걸쳐 진공력을 유지한다. 몇몇 실시예에서, 공정 작업대의 척에 포트를 결합시키는데 제 2 포트(116a)가 이용된다. 일예로, 이 제 2 포트(116a)는 포펫 타입(poppet type)이며 캐리어(100)가 공정 척에 있을 때 기계적으로 개방된다. 진공 시스템은 캐리어(100)와 디바이스 웨이퍼(20) 간의 CTE 불일치를 보상하기 위해 열싸이클 동안 진공을 조절함으로써, 잠재적 전단력을 극복한다. 조절가능한 진공은 또한 범프들 간의 상당한 갭을 갖는 매우 얇은 웨이퍼들에 유리하다. 이 경우, 줄어든 진공은 범프들 간의 웨이퍼에 가해진 임의의 휨 순간을 줄인다.
진공포트(116)는 1차 및 2차 마이크로 밸브를 포함한 마이크로 밸브 어셈블리(114)를 포함한다. 1차 마이크로 밸브는 외부 포트(116)가 개방되기 전에 진공용기(112)가 분리되게 하고 2차 마이크로 밸브는 진공용기를 리프레시하도록 진공소스에 풀어진다. 이 밸브 어셈블리(114)는 기계적 수단에 의해 캐리어(100)의 상단 또는 하단으로부터 작동되고, 용기(112)의 배기를 컨트롤한다. 진공용기(112)는 도 3에 도시된 바와 같이 포트(122)를 통해 상단 구성요소(120)의 상부면(120a)에 연결된다. 얇아진 웨이퍼(20)는 범프 표면(20a)이 상단면(120a)과 마주하는 상단 구성요소 표면(120a)의 상단에 놓이고, 포트(122)를 통해 진공용기(112)에 의해 제공된 진공을 통해 적소에 보유된다. 가해진 진공 및 닫힌 2개의 마이크로 밸브들로, 얇아진 웨이퍼(20)는 상단 구성요소(120)의 상단면(120a)에 부착된다. 양 마이크로 밸브들이 개방될 경우, 진공용기(112)는 공기로 채워지고 얇아진 웨이퍼(20)는 떨어진다.
다른 실시예들은 다음 중 하나 이상을 포함한다. 상단 구성요소(120)는 복수의 핀홀들을 갖는 가요성 탄성 멤브레인으로 제조된다. 이런 타입의 캐리어는 가요성 상단면을 가지며 블랭킷 웨이퍼 또는 표면 토포그래피가 전혀 없는 웨이퍼를 지지하는데 사용된다. 씰링 구성요소(123)는 상단면(120a)의 외주에 스핀-코팅될 수 있다. 일예에서, 스핀-코팅 씰링 구성요소(123)는 폴리이미드이고 밀봉을 형성하는 뚜렷한 에지비드(edge-bead)를 이룬다. 본 발명의 캐리어는 임의의 다른 적용에서 얇아진 웨이퍼의 핸들링을 위해 사용될 수 있다. 일예로, 캐리어(100)는 디바이스 웨이퍼를 다이싱 테이프에 부착하기 전에 상기 디바이스 웨이퍼를 플립하는데 사용된다.
본 발명의 여러 실시예들을 설명하였다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변형들이 본 발명의 기술사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 이해된다. 따라서, 다른 실시예들도 하기의 특허청구범위내에 있다.

Claims (23)

  1. 폐쇄된 진공용기와 웨이퍼를 지지하도록 구성된 상단면을 포함한 웨이퍼 척을 구비하고,
    상기 상단면은 상단면으로부터 진공용기로 뻗어 있는 하나 이상의 관통개구들을 구비하고, 상기 관통개구를 통해 끌어 당겨진 상기 진공용기로부터 진공을 통해 상단면에 웨이퍼가 보유되는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    웨이퍼 척은
    상단면과 하단면을 구비하는 상단 구성요소와,
    폐쇄된 진공용기를 포함하고 상단 구성요소의 하단면에 접촉해 부착되는 하단 구성요소를 구비하고,
    상기 상단 구성요소는 상단면으로부터 하단면으로 뻗어 있고 진공용기와 소통하는 하나 이상의 관통개구들을 구비하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상단면의 외주에 배치되고 상기 상단면 및 상단면과 접촉한 웨이퍼면 간에 씰을 형성하도록 구성된 씰링 구성요소를 더 구비하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상단 구성요소의 상단면은 지지된 웨이퍼의 치수와 일치하는 크기로 되는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상단 구성요소는 하단 구성요소에 탈착식으로 부착되고 이로써 웨이퍼 캐리어가 상호변경될 수 있는 상단 구성요소를 갖게 하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상단 및 하단 구성요소는 웨이퍼의 열팽창계수(CTE)와 일치하는 열팽창계수(CTE)를 갖는 실리콘, 알루미늄, 또는 세라믹 재료들 중 하나를 포함하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상단면은 웨이퍼를 지지하는 크기로 된 3차원 지지 구조물을 구비하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    3차원 지지 구조물은 포스트 또는 반경방향으로 뻗은 암을 구비하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  9. 제 7 항에 있어서,
    3차원 지지 구조물은 상단면과 접촉한 웨이퍼면에 형성된 3차원 구조물을 보완하는 구조물을 구비하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    3차원 구조물은 상단면과 접촉한 웨이퍼면에 형성된 범프 또는 본드패드를 보완하는 구조물을 구비하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  11. 제 7 항에 있어서,
    3차원 구조물은 화학기상증착(CVD), 물리기상증착(PVD), 또는 유기금속 화학기상증착(MOCVD) 중 하나를 포함한 화학증착기술을 통해 제조되는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  12. 제 7 항에 있어서,
    3차원 지지 구조물은 광화학적 감지층을 증착시키고 포토리소그래피 및 포토마스킹 기술을 적용함으로써 제조되는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  13. 제 7 항에 있어서,
    3차원 지지 구조물은 화학 에칭 또는 연마 에칭을 통해 기계가공되는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  14. 제 7 항에 있어서,
    3차원 지지 구조물은 보호층으로 코팅되고 상기 보호층은 폴리이미드, PEEK 또는 열가소성층 중 하나를 포함하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상단면에 부착된 컴플라이언트 내열 멤브레인 부재를 더 구비하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    컴플라이언트 멤브레인은 칼레즈(Kalrez), 테플론(Teflon) 또는 플루오르폴리머(fluoropolymer) 중 하나를 포함하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  17. 제 7 항에 있어서,
    상단면의 외주에 형성된 래디얼 그루브에 배치된 씰링 구성요소를 더 구비하고, 상기 씰링 구성요소는 3차원 지지 구조물의 높이와 일치하는 높이를 갖는 오링을 구비하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상단면은 웨이퍼를 지향 및 정렬시키기 위한 정렬 구조물을 더 구비하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    정렬 구조물은 핀, 그루브, 노치 또는 상단면에 매입된 탄성 삽입물 중 하나를 구비하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  20. 제 2 항에 있어서,
    하단 구성요소는 진공용기를 진공펌프에 연결시키는 진공포트를 더 구비하는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    마이크로밸브 어셈블리를 더 구비하고, 상기 마이크로밸브 어셈블리는 진공포트로부터 진공용기를 분리시키는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  22. 제 1 항에 있어서,
    웨이퍼는 조절가능한 진공을 통해 상단면에 보유되는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
  23. 제 3 항에 있어서,
    씰링 구성요소는 상단면의 외주에 스핀-코팅되는 운송가능한 웨이퍼 캐리어 디바이스.
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