KR20140091203A - 반도체의 잔류 응력 제거장치 및 잔류 응력 제거방법 - Google Patents
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Abstract
IPL 어닐링 기술을 이용한 반도체 칩의 잔류 응력 제거장치 및 잔류 응력 제거방법이 개시된다. 본 발명의 반도체 칩의 잔류 응력 제거장치는, 반도체 제조 공정에서 발생한 잔류 응력을 제거시킬 반도체 웨이퍼를 지지하는 스테이지; 스테이지에 접근 및 이격가능하게 배치되어 IPL(Intense Pulsed Light)을 조사하여 잔류 응력을 제거하는 IPL 조사 유닛; 및 스테이지에 지지되어 있는 반도체 웨이퍼와 IPL 조사 유닛의 상대적인 위치를 조절하는 얼라인 유닛을 포함한다.
이에 의하여, 반도체에 존재하는 잔류 응력을 상온 및 대기 조건에서도 제거할 수 있고 종래보다 소자 변형의 우려가 적으면서도 단시간에 제거할 수 있으며 이러한 잔류 응력 제거로 인하여 반도체의 강도를 향상시킬 수 있다.
이에 의하여, 반도체에 존재하는 잔류 응력을 상온 및 대기 조건에서도 제거할 수 있고 종래보다 소자 변형의 우려가 적으면서도 단시간에 제거할 수 있으며 이러한 잔류 응력 제거로 인하여 반도체의 강도를 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은, 반도체의 잔류 응력 제거장치 및 잔류 응력 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 반도체 제조 공정에서 발생한 잔류 응력을 IPL(Intense Pulsed Light) 어닐링(annealing)으로 제거할 수 있는 반도체의 잔류 응력 제거장치 및 잔류 응력 제거방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 시 500℃ 이상의 고온에서 반도체 웨이퍼 예를 들어 실리콘 기판 위에 반도체 소자 및 회로들이 증착된다. 증착 공정을 거친 후, 실리콘 기판의 소자들의 열팽창계수의 차이로 인하여 상온에서는 반도체 웨이퍼 내부에 열에 의한 잔류 응력이 발생한다.
또한, 반도체 웨이퍼에 증착 공정이 완료된 후에는 패키징 공정이 진행되는데, 패키징 공정 중 가장 먼저 이루어지는 것은 증착이 완료된 반도체 웨이퍼의 뒷면을 갈아 웨이퍼의 두께를 얇게 만드는 웨이퍼 시닝(wafer thinning) 공정이다. 웨이퍼 시닝(wafer thinning) 공정은 웨이퍼의 뒷면을 그라인딩(grinding)하는 공정과 폴리싱(polishing)하는 공정을 포함한다.
이때 그라인딩(grinding) 공정에서는 웨이퍼와 그라인딩 휠 사이에서 발생한 전단력(shear force)에 의해 기계적 잔류 응력이 발생하고, 폴리싱(polishing) 공정에서는 웨이퍼와 폴리싱 패(pad)드 사이에서 발생한 전단력에 의해 기계적 잔류 응력이 발생한다.
이러한 잔류 응력은 반도체 웨이퍼의 강도를 약화시키기 때문에 충격 등에 의한 파손의 위험이 커지게 되므로 반도체 웨이퍼의 파손의 위험을 줄이기 위하여 잔류 응력을 제거할 필요가 있다.
잔류 응력을 제거하기 위하여 반도체 웨이퍼를 고온 환경에 두어 열처리하는 방법이 고려된다. 전기 소자들과 실리콘 기판 사이 또는 실리콘 기판 내부에서 인장 응력과 압축 응력이 서로 가해지고 있는 상태에서 적당한 고온으로 장시간 유지하면 크리프(Creep)에 의한 소성 변형 때문에 결과적으로 잔류 응력을 감소시킬 수 있다.
그런데, 이러한 고온의 어닐링(Annealing) 방식에 의한 잔류 응력 제거방법에 있어서는, 장시간 고온에 노출되어야 하는데 대량 생산을 목적으로 한 제조라인에 적용하기가 어려운 점이 있고, 또한 장시간 고온에 노출되면 전기 소자의 변형을 유발시킬 수 있을 뿐만 아니라 잔류 응력을 완전히 제거하기도 어려운 문제점이 있다.
나아가 반도체 웨이퍼의 두께가 초박형화되어 감에 따라 전기 소자들의 증착과정 후 상온에 도달했을 때 비틀림(warpage) 현상이 더욱 크게 나타나게 되어 이러한 고온의 어닐링(Annealing) 방식에 의한 잔류 응력 제거방법으로는 잔류 응력을 제거하는데 한계가 있는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체에 존재하는 잔류 응력을 상온 및 대기 조건에서도 제거할 수 있고 종래보다 소자 변형의 우려가 적으면서도 단시간에 제거할 수 있으며 이러한 잔류 응력 제거로 인하여 반도체의 파괴강도를 향상시킬 수 있는 반도체 칩의 잔류 응력 제거장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체 제조 공정에서 발생한 잔류 응력을 제거시킬 반도체 웨이퍼를 지지하는 스테이지; 상기 스테이지에 접근 및 이격가능하게 배치되어 IPL(Intense Pulsed Light)을 조사하여 상기 잔류 응력을 제거하는 IPL 조사 유닛; 및 상기 스테이지에 지지되어 있는 상기 반도체 웨이퍼와 상기 IPL 조사 유닛의 상대적인 위치를 조절하는 얼라인 유닛을 포함하는 반도체 메모리 칩의 잔류 응력 제거장치가 제공될 수 있다.
상기 IPL 조사 유닛은, 상기 IPL을 조사하는 적어도 하나의 램프 모듈; 상기 램프 모듈과 상기 스테이지 사이에 마련되어 상기 램프 모듈에서 조사된 상기 IPL에서 미리 정해진 파장대의 빛을 선택적으로 걸러내는 광 파장 필터; 상기 광 파장 필터와 상기 스테이지 사이에 마련되어 상기 광 파장 필터를 통과한 빛을 상기 반도체 웨이퍼 쪽으로 안내하는 빔 가이드; 및 상기 램프 모듈과 연결되어 상기 램프 모듈의 IPL 발생을 제어하는 IPL 제어부를 포함할 수 있다.
상기 램프 모듈은, 내부에 가스가 수용 가능한 형상을 갖는 램프 하우징; 상기 램프 하우징의 양단부에 마련되는 전극; 및 상기 램프 하우징의 외측에 마련되는 반사경을 포함할 수 있다.
상기 IPL 제어부는, 상기 전극으로 전압을 인가하는 고전압 파워 발생기; 전하를 저장하고 저장된 상기 전하를 상기 전극으로 인가하는 축전기; 및 상기 고전압 파워 발생기의 작동과 상기 축전기에 저장된 상기 전하를 상기 전극으로 인가하는 작동을 제어하는 트리거링/제어회로를 포함할 수 있다.
상기 IPL 조사 유닛에서 발생되는 열을 제거하는 냉각 유닛을 더 포함하며, 상기 냉각 유닛은, 공급되는 냉매가 유동 가능한 공간을 형성하며, 상기 냉매에 의하여 상기 IPL 조사 유닛을 냉각시키는 램프 냉각부; 및 상기 램프 냉각부와 연결되어 상기 냉매가 순환하는 냉매유동관을 포함할 수 있다.
상기 얼라인 유닛은, 상기 스테이지에 결합되어 상기 스테이지를 수평이동시키는 수평이동부; 및 상기 IPL 조사 유닛에 결합되어 상기 스테이지와 상기 IPL 조사 유닛과의 상대적인 거리를 조절하는 거리조절부를 포함할 수 있다.
상기 반도체 공정은, 반도체 웨이퍼의 시닝(thinning)을 위한 그라인딩(grinding) 공정 및 폴리싱(polishing) 공정 중 적어도 어느 하나의 공정일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 반도체 제공 공정에서 발생한 잔류 응력을 제거시킬 반도체 웨이퍼의 위치를 설정하는 단계; IPL을 조사하여 상기 잔류 응력을 제거하는 IPL 조사 유닛의 IPL 조사 패턴을 설정하는 단계; 및 상기 IPL 조사 유닛이 상기 IPL 조사 패턴에 따라 상기 IPL을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼의 위치를 설정하는 단계는, 상기 반도체 웨이퍼가 상기 IPL 조사 유닛의 정면에 위치하도록 상기 반도체 웨이퍼를 수평이동시키는 단계; 및 상기 반도체 웨이퍼와 상기 IPL 조사 유닛 사이의 상대적인 거리를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 IPL 조사 패턴 설정단계는, 상기 IPL의 강도(Intensity)를 설정하는 단계; 상기 IPL의 펄스 폭(Pulse Width)을 설정하는 단계; 상기 IPL의 펄스 갭(Pulse Gap)을 설정하는 단계; 및 상기 IPL의 펄스 수(Pulse Number)를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 IPL의 강도를 설정 단계는, 상기 IPL의 강도를 0.01J/cm2 ~ 100J/cm2의 범위에서 설정할 수 있다.
상기 IPL의 펄스 폭을 설정하는 단계는, 상기 IPL의 펄스 폭을 0.1ms ~ 100ms 사이의 범위에서 설정할 수 있다.
상기 IPL의 펄스 갭을 설정하는 단계는, 상기 IPL의 펄스 갭을 0.1ms ~ 100ms 사이의 범위에서 설정할 수 있다.
상기 IPL의 펄스 수를 설정하는 단계는, 상기 IPL의 펄스 수를 1번 ~ 1000번 사이의 범위에서 설정할 수 있다.
상기 반도체 제조 공정은, 반도체 웨이퍼의 시닝(thinning)을 위한 그라인딩(grinding) 공정 및 폴리싱(polishing) 공정이며, 반도체 웨이퍼의 시닝(thinning)을 위한 그라인딩(grinding)과 폴리싱(polishing)을 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 반도체에 존재하는 잔류 응력을 상온 및 대기 조건에서도 제거할 수 있고 종래보다 소자 변형의 우려가 적으면서도 단시간에 제거할 수 있으며 이러한 잔류 응력 제거로 인하여 반도체의 강도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 IPL 조사 유닛의 램프 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1의 반도체의 잔류 응력 제거장치에서 IPL을 조사하는 원리를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거방법을 단계적으로 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거방법에 의한, 그라인딩 공정에서 발생한 잔류 응력의 제거효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거방법을 실시하기 전과 실시한 후의 반도체의 휨 강도를 비교한 그래프이다.
도 2는 도 1의 IPL 조사 유닛의 램프 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1의 반도체의 잔류 응력 제거장치에서 IPL을 조사하는 원리를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거방법을 단계적으로 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거방법에 의한, 그라인딩 공정에서 발생한 잔류 응력의 제거효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거방법을 실시하기 전과 실시한 후의 반도체의 휨 강도를 비교한 그래프이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 IPL 조사 유닛의 램프 모듈의 개략적인 사시도이며, 도 3은 도 1의 반도체의 잔류 응력 제거장치에서 IPL을 조사하는 원리를 설명하기 위한 블럭도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 칩의 잔류 응력 제거장치(1)는, 스테이지(100)와, 얼라인 유닛(200)과, IPL 조사 유닛(300)과, 냉각 유닛(400)을 포함한다.
스테이지(100)는 반도체 제조 공정에서 발생한 잔류 응력을 제거시킬 반도체 웨이퍼(20)를 지지하며, IPL 조사 유닛은 스테이지(100)에 접근 및 이격가능하게 배치되어 IPL(Intense Pulsed Light)을 조사하여 잔류 응력을 제거한다. 그리고 얼라인 유닛은 스테이지(100)에 지지되어 있는 반도체 웨이퍼(20)와 IPL 조사 유닛의 상대적인 위치를 얼라인(align)하며, 냉각 유닛은 IPL 조사 유닛에 결합되어 IPL 조사 유닛에서 발생되는 열을 제거한다.
한편 본 실시예에서 반도체 제조 공정에서 발생한 잔류 응력이라 함은 반도체 웨이퍼(20)의 시닝(thinning)을 위한 그라인딩(grinding) 공정과 폴리싱(polishing) 공정에서 발생한 잔류 응력을 의미하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 따라서 여기서 사용되는 반도체 제조 공정이라 함은 공정 후 반도체 웨이퍼(20)에 제거할 필요가 있는 잔류 응력이 발생되는 공정이라면 반도체 제조 공정에 모두 해당된다.
스테이지(100)는 반도체 웨이퍼(20)를 지지하는데, 본 실시예에서 스테이지(100)는 얼라인 유닛(200)에 의하여 장치 본체(10)에 대해 상대 이동 가능하도록 장치 본체(10)에 결합된다. 본 실시 예에서는 스테이지(100)가 장치 본체(10)에 결합되어 있으나 장치 본체(10)가 필요 없는 경우 장치 본체(10)는 생략될 수 있을 것이다.
얼라인 유닛(200)은, 스테이지(100)에 지지된 반도체 웨이퍼(20)를 얼라인(align)하고 반도체 웨이퍼(20)와 IPL 조사 유닛(300)과의 상대적인 거리를 조절하는 역할을 한다. 본 실시예에서 반도체 웨이퍼(20)와 IPL 조사 유닛(300)과의 상대적인 거리는 반도체 웨이퍼(20)와 IPL 조사 유닛(300)과의 상대적인 상하 거리를 의미한다.
이러한 얼라인 유닛(200)은, 스테이지(100)에 결합되어 스테이지(100)를 수평이동시키는 수평이동부(210)와, IPL 조사 유닛(300)에 결합되어 스테이지(100)와 IPL 조사 유닛(300)과의 상대적인 상하 거리를 조절하는 거리조절부(220)를 포함한다.
수평이동부(210)는, 본 실시 예에서, 장치 본체(140)와 스테이지(100)에 각각 결합되며, 반도체 제조 공정, 본 실시예에서 그라인딩과 폴리싱 공정을 마친 반도체 웨이퍼(20)를 지지하는 스테이지(100)를 도 1에 도시된 'A' 방향 또는 'B' 방향으로 수평이동시킴으로써 IPL 조사 유닛(300)에 대해 반도체 웨이퍼(20)를 얼라인(align) 한다.
이러한 수평이동부(210)는, 모터와 볼 스크류, 랙 기어와 피니언 기어, 풀리와 타이밍벨트 등의 공지된 여러 수단을 통하여 구현될 수 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 수평이동부(210)는 반도체 웨이퍼(20)를 로딩하기 위하여 스테이지(100)를 IPL 조사 유닛(300)의 하부로부터 벗어난 로딩 장소로 이동시키고 반도체 웨이퍼(20)가 스테이지(100)에 로딩된 후에는 스테이지(100)를 IPL 조사 유닛(300)의 하부에 위치시키도록 구성할 수도 있을 것이다.
한편 거리조절부(220)는 IPL 조사 유닛(300)에 결합되어, 스테이지(120) 위에 로딩된 반도체 웨이퍼(20)와 IPL 조사 유닛(300)과의 상대적인 상하 거리를 조절하기 위하여 IPL 조사 유닛(300)을 상승 또는 하강시키는 역할을 한다.
도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 거리조절부(220)는, 모터(미도시), 볼 스크류(221), LM 블록(222), 그리고 LM 가이드(미도시)와 수직프레임(223)을 포함한다. 수직프레임(223)은 IPL 조사 유닛(300)의 무게를 지지할 수 있도록 제작되며, 수직프레임(223)의 내부에는 LM 가이드(미도시)가 마련될 수 있다.
그리고 LM 블록(222)은 IPL 조사 유닛(300)에 결합되며 모터(미도시)가 작동하면 볼 스크류(221)의 회전방향에 따라 LM 가이드(미도시)를 따라 도 1에 도시된 C 방향으로 상승 또는 하강하여 이에 결합된 IPL 조사 유닛(300)이 상승 또는 하강하도록 한다.
본 실시예에서 거리조절부(220)는 볼 스크류 방식으로 구현되었으나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않고, 피니언 기어와 랙 기어, 또는 풀리와 타이밍벨트와 같이 다양한 방식으로 구현이 가능하다.
한편, IPL 조사 유닛(300)은 스테이지(100)에 접근 및 이격가능하게 배치되어 IPL(Intense Pulsed Light)을 반도체 웨이퍼(20)에 조사하여 반도체 웨이퍼(20)의 잔류 응력을 제거하는 역할을 한다.
IPL 조사 유닛(300)은, 복수의 램프 모듈(310)과, IPL 제어부(320)와, 광 파장 필터(330)와, 빔 가이드(340)를 포함한다.
램프 모듈(310)은 IPL을 조사하는 역할을 하며, 램프 하우징(311)과, 전극(312)과, 제논 가스(313)와, 반사경(314)을 포함한다. 본 실시예에서는 램프 모듈(310)이 복수 개 마련되어 있으나 하나만 있어도 충분한 경우에는 하나만 마련될 수도 있다.
램프 하우징(311)은 내부에 제논 가스(313)가 수용 가능한 형상을 갖는 석영 재질의 실린더 형상으로 제작되며, 램프 하우징(311)의 양단부에는 텅스텐 등의 금속재료로 제작된 전극(312)이 마련된다. 램프 하우징(311)의 내부에는 제논 가스(313)가 주입되며, 제논 가스(313)가 주입된 후 램프 하우징(311)은 밀봉된다.
반사경(314)은, 램프 하우징(311)의 외측에 마련되며, 램프 하우징(311)으로부터 반도체 웨이퍼(20)와 반대 방향으로 조사된 빛을 반사시켜 반도체 웨이퍼(20) 방향으로 향하게 함으로써 램프 모듈(310)의 조사 효율을 높일 수 있도록 한다.
즉 복수 개의 램프 하우징(311)이 설치될 때 각 램프 하우징(311) 사이의 간격에 의해 반도체 웨이퍼(20)에 IPL이 불균일하게 조사될 수 있는데, 반사경(314)을 설치함으로써 IPL이 균일하게 조사될 수 있다.
IPL 제어부(320)는, 램프 모듈(310)과 연결되어 램프 모듈(310)의 IPL 발생을 제어하는 역할을 한다. IPL 제어부(320)는, 전극(312)으로 전압을 인가하는 고전압 파워 발생기(321)와, 전하를 저장하고 저장된 전하(CHARGE)를 전극(312)으로 인가하는 축전기(322)와, 고전압 파워 발생기의 작동과 축전기에 저장된 전하를 전극으로 인가하는 작동을 제어하는 트리거링/제어회로(323)를 포함한다.
이러한 구성으로, 도 3에 자세히 도시된 바와 같이, 우선 고전압 파워 발생기(321)는 높은 전압의 전력을 발생시키고 이를 전극(312)으로 공급하는 역할을 한다. 즉 입력된 외부전원(POWER)을 높은 전압으로 변압시킨 후에 전극(312)으로 출력전압1(V1)을 출력하고 축전기(322)로 출력전압2(V2)를 출력한다.
축전기(322)는 고전압 파워 발생기(321)로부터 출력전압2(V2)를 입력받아 전하(CHARGE)를 저장하고 저장된 전하(CHARGE)를 전극(312)으로 순간적으로 출력하는 역할을 한다.
고전압 파워 생성기(221)로부터 출력된 출력전압1(V1)이 전극(312)으로 입력되면 방전이 일어나 제논 가스(313)가 이온화된다. 그리고 고전압 파워 생성기(221)로부터 출력된 출력전압2(V2)가 축전기(322)로 입력되면 축전기에는 전하(CHARGE)가 저장된다. 이 상태에서 축전기(322)에 저장된 전하(CHARGE)가 순간적으로 출력되어 전극(312)으로 입력되면 전류가 램프 하우징(311)의 내부를 통과하면서 제논 원자를 여기(勵起, excitation)시켜 빛이 발생하게 된다.
이때 트리거링/제어회로(323)는, 컨트롤신호1(CTRL1)을 출력하여 고전압 파워 발생기(321)의 작동을 제어하고, 컨트롤신호2(CTRL2)를 출력하여 축전기(322)에 저장된 전하(CHARGE)를 전극(312)으로 출력하는 동작을 제어한다.
트리거링/제어회로(323)는 축전기(322)에 저장된 전하(CHARGE)를 전극(312)으로 순간적으로 출력할 때, 출력하는 시간의 길이를 조절하여 IPL의 펄스 폭을 제어하고, 출력되는 간격을 조절하여 IPL의 펄스 갭을 제어하며, 출력하는 수를 조절하여 IPL의 펄스 수를 제어한다.
한편 광 파장 필터(330)는, 램프 모듈(310))과 스테이지(100) 사이에 마련되며, 램프 모듈(310)에서 조사된 IPL에서 미리 정해진 파장대의 빛을 선택적으로 걸러냄으로써 반도체 웨이퍼(20)에 원하는 파장대의 IPL을 조사할 수 있게 한다. 이는 반도체 웨이퍼(20)의 종류에 따라 효과적으로 잔류 응력을 제거할 수 있는 IPL의 파장대가 다를 수 있기 때문이다.
본 실시예에서, 반도체 웨이퍼(20)는 단결정 실리콘 기판을 사용하는 반도체 웨이퍼(20)이나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않고 다른 종류의 기판을 사용하는 경우에도 적용 가능하다.
광 파장 필터(330)는 미리 정해진 파장대의 빛을 걸러내도록 파장대 별로 복수 개가 제작되고, 그 중에서 선택적으로 장착할 수 있도록 탈착 가능하게 제작되며, 필요하지 않은 경우에는 어느 것도 장착하지 않을 수 있다.
빔 가이드(340)는, 광 파장 필터(330)와 스테이지(100) 사이에 마련되어 광 파장 필터(330)를 통과한 빛을 반도체 웨이퍼(20) 쪽으로 안내하고, 램프 모듈(310)을 외부로부터 보호하는 역할을 한다.
한편 냉각 유닛(400)은 IPL 조사 유닛(210)과 결합되어 IPL 조사 유닛(210)에서 발생되는 열을 제거한다.
이러한 냉각 유닛(400)은, 공급되는 냉매(410)가 유동 가능한 공간을 형성하며 냉매(410)에 의하여 IPL 조사 유닛(300)을 냉각시키는 램프 냉각부(420)와, 램프 냉각부(420)와 연결되어 냉매(410)가 순환하는 냉매유동관(430)을 포함한다.
일반적으로 IPL 조사 유닛(300)의 램프 모듈(310)에서 램프 하우징(311)의 표면은 IPL이 조사되는 동안에 1200K ~ 1500K 의 온도까지 상승하게 되므로 안전 및 장비 수명 등을 고려하여 냉각시킬 필요가 있다.
본 실시예에서는 냉각 유닛(400)은 램프 하우징(311)과 결합되어 램프 하우징(311)의 표면을 직접 냉각시킬 수 있도록 제작된다. 그리고 냉매(410)는 공기나 물 또는 질소 등 액체 및 기체로 된 냉매가 사용될 수 있다.
램프 냉각부(420)는 램프 하우징(311)을 둘러싸도록 제작되며, 냉매(410)가 램프 냉각부(420)로 공급되어 직접 접촉하여 램프 하우징(311)을 냉각시킨다.
냉매유동관(430)은 램프 냉각부(420)의 일측과 타측에 연결되며, 일측에서는 램프 하우징(311)을 냉각시키기 위한 차가운 냉매가 유입되고, 타측에서는 램프 하우징(311)을 냉각시킨 후의 따뜻한 냉매가 유출되도록 제작된다.
본 실시예에서는 고전압 파워 생성기(221)와 축전기(322)에서 전극(312)으로 연결되는 전선(324)이 냉매유동관(430)의 내부에 마련되었으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않고 전선(324)은 냉매유동관(430)의 외부에 따로 마련되고 냉매유동관(430)의 내부에는 냉매(410)만 순환되도록 제작될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거방법을 단계적으로 도시한 순서도이다.
이 도면에 자세히 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거방법은, 반도체 제조 공정 즉 본 실시예에서 반도체 웨이퍼(20)의 시닝(thinning)을 위한 그라인딩(grinding)과 폴리싱(polishing)을 하는 단계(S10)와, 그라인딩과 폴리싱을 하는 단계에서 발생한 잔류 응력을 제거시킬 반도체 웨이퍼(20)의 위치를 설정하는 단계(S20)와, IPL을 조사하여 잔류 응력을 제거하는 IPL 조사 유닛(300)의 IPL 조사 패턴을 설정하는 단계(S30)와, IPL 조사 유닛(300)이 IPL 조사 패턴에 따라 IPL을 조사하는 단계(S40)를 포함한다.
전술한 바와 같이 본 실시예에서 반도체 제조 공정이라 함은 반도체 웨이퍼(20)의 시닝(thinning)을 위한 그라인딩(grinding) 공정과 폴리싱(polishing) 공정을 의미하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 반도체 제조 공정 후 반도체 웨이퍼(20)에 제거할 필요가 있는 잔류 응력이 발생되는 공정이라면 반도체 제조 공정에 해당된다.
반도체 웨이퍼(20)의 위치를 설정하는 단계(S20)는, 반도체 웨이퍼(20)가 IPL 조사 유닛(300)의 하방에 정 위치하도록 반도체 웨이퍼(20)를 수평이동시키는 단계(S21))와, 반도체 웨이퍼(20)와 IPL 조사 유닛(300) 사이의 상대적인 상하 거리를 조절하는 단계(S22)를 포함한다.
반도체 웨이퍼(20)를 수평이동시키는 단계(S21)는 수평이동부(210)에 의해 이루어진다.
그리고 반도체 웨이퍼(20)와 IPL 조사 유닛(300) 사이의 상대적인 상하 거리를 조절하는 단계(S22)는, 거리조절부(220)에 의해 이루어진다. 반도체 웨이퍼(20)와 IPL 조사 유닛(300) 사이의 상대적인 상하 거리를 조절하는 것은 조사된 IPL이 반도체 웨이퍼(20)에 가장 효과적으로 흡수될 수 있는 거리를 설정하기 위해 필요하다. 즉 IPL 조사 유닛(300)에 결합된 거리조절부(220)에 의해 스테이지(100) 위에 배치된 반도체 웨이퍼(20)와 IPL 조사 유닛(300)과의 상대적인 상하 거리를 조절하기 위하여 IPL 조사 유닛(300)이 승강 또는 하강된다.
본 실시예에서는, 반도체 웨이퍼(20)는 단결정 실리콘 기판을 사용하는 반도체 웨이퍼(20)이나, 다른 종류의 기판을 사용하는 경우에는 반도체 웨이퍼(20)와 IPL 조사 유닛(300) 사이의 상대적인 거리가 본 실시 예와 달리 설정될 수 있다.
또한 반도체 웨이퍼(20)의 두께는 필요에 따라 다르게 제작될 수 있으므로 제작되는 반도체 웨이퍼(20)의 두께에 따라 조사된 IPL이 반도체 웨이퍼(20)에 가장 효과적으로 흡수될 수 있는 거리를 설정할 수 있다.
IPL 조사 패턴 설정단계(S30)는, IPL의 강도(Intensity)를 설정하는 단계(S31)와, IPL의 펄스 폭(Pulse Width)을 설정하는 단계(S32)와, IPL의 펄스 갭(Pulse Gap)을 설정하는 단계(S30)와, IPL의 펄스 수(Pulse Number)를 설정하는 단계(S40)를 포함한다.
IPL의 강도(Intensity)를 설정하는 단계(S31)에서는 본 실시예에서 IPL의 강도를 0.01J/cm2 ~ 100J/cm2의 범위에서 설정한다.
IPL의 강도(Intensity)가 크면 어닐링의 효과가 잘 나타나지만 100J/cm2 보다 크면 반도체 웨이퍼(20)가 타는 경우가 발생할 수 있고, IPL의 강도(Intensity)가 0.01J/cm2보다 작으면 어닐링의 효과가 떨어지거나 아예 발생하지 않기 때문이다.
IPL의 펄스 폭(Pulse Width)을 설정하는 단계(S32)에서는 IPL의 펄스 폭을 0.1ms ~ 100ms 사이의 범위에서 설정한다.
IPL의 펄스 폭이 100ms 이상인 경우에는 조사되는 빛이 펄스 파 형태의 빛(pulsed light)이 아니라 연속적인 빛(continuous light)이 되므로 IPL(Intense pulsed light) 어닐링이 이루어지지 않고, IPL의 펄스 폭이 0.1ms 이하인 경우에는 짧은 시간 내에 충분히 강한 강도의 빛을 조사하기 위해서는 축전기에 높은 전압으로 충전되어야 하는데 이때 축전기의 안정성에 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
IPL의 펄스 갭(Pulse Gap)을 설정하는 단계(S33)에서는 IPL의 펄스 갭을 0.1ms ~ 100ms 사이의 범위에서 설정한다.
IPL의 펄스 갭이 100ms 이상인 경우에는 조사되는 IPL의 강도가 낮아지게 되어 어닐링의 효과가 발생하지 않고, IPL의 펄스 갭이 0.1ms 이하인 경우에는 조사되는 빛이 펄스 파 형태의 빛(pulsed light)이 아니라 연속적인 빛(continuous light)이 되므로 IPL(Intense pulsed light) 어닐링이 이루어지지 않기 때문이다.
IPL의 펄스 수(Pulse Number)를 설정하는 단계(S34)에서는 IPL의 펄스 수를 1번 ~ 1000번 사이의 범위에서 설정한다.
에너지의 양이 고정된 경우, IPL의 펄스 수가 늘어날수록 IPL의 강도(Intensity)가 작아지므로 IPL의 펄스 수가 1000번을 초과하면 어닐링의 효과가 떨어지거나 아예 발생하지 않을 수 있기 때문이다.
IPL의 강도를 설정하는 단계(S31)와, IPL의 펄스 폭을 설정하는 단계(S32)와, IPL의 펄스 갭을 설정하는 단계(S30)와, IPL의 펄스 수를 설정하는 단계(S40)는 항상 순차적으로 이루어져야 하는 것은 아니고, 필요에 따라 순서를 바꾸어 설정할 수 있음은 물론이다.
IPL을 조사하는 단계(S40)에서는, IPL 조사 유닛(300)이 IPL 조사 패턴 설정단계(S30)에서 설정한 IPL의 강도와, IPL의 펄스 폭과, IPL의 펄스 갭과, IPL의 펄스 수를 만족하는 IPL 조사 패턴에 따라 IPL을 조사하게 된다.
이 단계는 IPL 제어부(320)의 트리거링/제어회로(323)에 의해 제어된다. 트리거링/제어회로(323)는 축전기(322)에 저장된 전하(CHARGE)를 전극(312)으로 순간적으로 출력할 때, 출력하는 시간의 길이를 조절하여 IPL의 펄스 폭을 제어하고, 출력하는 간격을 조절하여 IPL의 펄스 갭을 제어하며, 출력하는 수를 조절하여 IPL의 펄스 수를 제어한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거방법에 의한, 그라인딩 공정에서 발생한 잔류 응력의 제거효과를 설명하기 위한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체의 잔류 응력 제거방법을 실시하기 전과 실시한 후의 반도체의 휨 강도를 비교한 그래프이다.
도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 반도체 칩의 두께 방향으로 10um인 위치에서 IPL을 조사하지 않았을 때의 잔류 응력은 -690MPa 정도이고, 1.99J의 IPL을 조사하였을 때의 잔류 응력은 -320MPa 정도이며, 5.4J의 IPL을 조사하였을 때의 잔류 응력은 -130MPa 정도이다. 따라서 IPL을 조사함으로써 그라인딩 공정에서 발생한 잔류 응력이 제거되고, IPL의 에너지량이 클수록 그라인딩 공정에서 발생한 잔류 응력의 제거 효과가 높다는 것을 알 수 있다.
도 6에 자세히 도시된 바에 같이, IPL을 조사하지 않았을 때의 휨 강도는 3300MPa 정도이고, 5.4J의 IPL을 조사하였을 때의 휨 강도는 4200MPa 정도이다. 따라서 IPL을 조사함으로써 반도체 칩의 잔류 응력이 제거되어 반도체 칩의 휨 강도가 증가한다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 반도체에 존재하는 잔류 응력을 상온 및 대기 조건에서도 제거할 수 있고 종래보다 소자 변형의 우려가 적으면서도 단시간에 제거할 수 있으며 이러한 잔류 응력 제거로 인하여 반도체의 강도를 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 반도체의 잔류 응력 제거장치 20 : 반도체 웨이퍼
100 : 스테이지 200 : 얼라인 유닛
210 : 수평이동부 220 : 거리조절부
300 : IPL 조사유닛 310 : 램프 모듈
311 : 램프 하우징 312 : 전극
314 : 반사경 320 : IPL 제어부
321 : 고전압 파워 발생기 322 : 축전기
323 : 트리거링/제어회로 330 : 광 파장 필터
340 : 빔 가이드 400 : 냉각 유닛
420 : 램프 냉각부 430 : 냉매유동관
100 : 스테이지 200 : 얼라인 유닛
210 : 수평이동부 220 : 거리조절부
300 : IPL 조사유닛 310 : 램프 모듈
311 : 램프 하우징 312 : 전극
314 : 반사경 320 : IPL 제어부
321 : 고전압 파워 발생기 322 : 축전기
323 : 트리거링/제어회로 330 : 광 파장 필터
340 : 빔 가이드 400 : 냉각 유닛
420 : 램프 냉각부 430 : 냉매유동관
Claims (10)
- 반도체 제조 공정에서 발생한 잔류 응력을 제거시킬 반도체 웨이퍼를 지지하는 스테이지;
상기 스테이지에 접근 및 이격가능하게 배치되어 IPL(Intense Pulsed Light)을 조사하여 상기 잔류 응력을 제거하는 IPL 조사 유닛; 및
상기 스테이지에 지지되어 있는 상기 반도체 웨이퍼와 상기 IPL 조사 유닛의 상대적인 위치를 조절하는 얼라인 유닛을 포함하는 반도체의 잔류 응력 제거장치. - 제1항에 있어서,
상기 IPL 조사 유닛은,
상기 IPL을 조사하는 적어도 하나의 램프 모듈;
상기 램프 모듈과 상기 스테이지 사이에 마련되어 상기 램프 모듈에서 조사된 상기 IPL에서 미리 정해진 파장대의 빛을 선택적으로 걸러내는 광 파장 필터;
상기 광 파장 필터와 상기 스테이지 사이에 마련되어 상기 광 파장 필터를 통과한 빛을 상기 반도체 웨이퍼 쪽으로 안내하는 빔 가이드; 및
상기 램프 모듈과 연결되어 상기 램프 모듈의 IPL 발생을 제어하는 IPL 제어부를 포함하는 반도체의 잔류 응력 제거장치. - 제2항에 있어서,
상기 램프 모듈은,
내부에 가스가 수용 가능한 형상을 갖는 램프 하우징;
상기 램프 하우징의 양단부에 마련되는 전극; 및
상기 램프 하우징의 외측에 마련되는 반사경을 포함하는 반도체의 잔류 응력 제거장치. - 제3항에 있어서,
상기 IPL 제어부는,
상기 전극으로 전압을 인가하는 고전압 파워 발생기;
전하를 저장하고 저장된 상기 전하를 상기 전극으로 인가하는 축전기; 및
상기 고전압 파워 발생기의 작동과 상기 축전기에 저장된 상기 전하를 상기 전극으로 인가하는 작동을 제어하는 트리거링/제어회로를 포함하는 반도체의 잔류 응력 제거장치. - 제1항에 있어서,
상기 IPL 조사 유닛에서 발생되는 열을 제거하는 냉각 유닛을 더 포함하며,
상기 냉각 유닛은,
공급되는 냉매가 유동 가능한 공간을 형성하며, 상기 냉매에 의하여 상기 IPL 조사 유닛을 냉각시키는 램프 냉각부; 및
상기 램프 냉각부와 연결되어 상기 냉매가 순환하는 냉매유동관을 포함하는 반도체의 잔류 응력 제거장치. - 제1항에 있어서,
상기 얼라인 유닛은,
상기 스테이지에 결합되어 상기 스테이지를 수평이동시키는 수평이동부; 및
상기 IPL 조사 유닛에 결합되어 상기 스테이지와 상기 IPL 조사 유닛과의 상대적인 거리를 조절하는 거리조절부를 포함하는 반도체의 잔류 응력 제거장치. - 반도체 제공 공정에서 발생한 잔류 응력을 제거시킬 반도체 웨이퍼의 위치를 설정하는 단계;
IPL을 조사하여 상기 잔류 응력을 제거하는 IPL 조사 유닛의 IPL 조사 패턴을 설정하는 단계; 및
상기 IPL 조사 유닛이 상기 IPL 조사 패턴에 따라 상기 IPL을 조사하는 단계를 포함하는 반도체의 잔류 응력 제거방법. - 제7항에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼의 위치를 설정하는 단계는,
상기 반도체 웨이퍼가 상기 IPL 조사 유닛의 정면에 위치하도록 상기 반도체 웨이퍼를 수평이동시키는 단계; 및
상기 반도체 웨이퍼와 상기 IPL 조사 유닛 사이의 상대적인 거리를 조절하는 단계를 포함하는 반도체의 잔류 응력 제거방법. - 제7항에 있어서,
상기 IPL 조사 패턴 설정단계는,
상기 IPL의 강도(Intensity)를 설정하는 단계;
상기 IPL의 펄스 폭(Pulse Width)을 설정하는 단계;
상기 IPL의 펄스 갭(Pulse Gap)을 설정하는 단계; 및
상기 IPL의 펄스 수(Pulse Number)를 설정하는 단계를 포함하는 반도체의 잔류 응력 제거방법. - 제9항에 있어서,
상기 IPL의 강도를 설정 단계는,
상기 IPL의 강도를 0.01J/cm2 ~ 100J/cm2의 범위에서 설정하며,
상기 IPL의 펄스 폭을 설정하는 단계는,
상기 IPL의 펄스 폭을 0.1ms ~ 100ms 사이의 범위에서 설정하며,
상기 IPL의 펄스 갭을 설정하는 단계는,
상기 IPL의 펄스 갭을 0.1ms ~ 100ms 사이의 범위에서 설정하며,
상기 IPL의 펄스 수를 설정하는 단계는,
상기 IPL의 펄스 수를 1번 ~ 1000번 사이의 범위에서 설정하는 반도체의 잔류 응력 제거방법.
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