KR20150019434A - 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩/디본딩 방법 및 본딩/디본딩 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩/디본딩 방법 및 본딩/디본딩 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 합착을 균일성 있게 하여 상온에서 상호 분리를 쉽게 함과 동시에 분리 균일성을 높일 수 있도록 접착층 최외곽의 적어도 일부가 레이저와 같은 광학적 방식에 의해 그 접착력이 저하되어서 분리 개시점을 형성함으로써 디바이스 웨이퍼의 손상 없이 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 분리하는 것이 가능하며 공정 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.

Description

디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩/디본딩 방법 및 본딩/디본딩 장치{A method for bonding / de-bonding of device wafer and carrier wafer and apparatus for bonding/de-bonding}

본 발명은 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩/디본딩 방법 및 본딩/디본딩 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 합착을 균일성 있게 하여 상온에서 상호 분리를 쉽게 함과 동시에 분리 균일성을 높일 수 있도록 접착층 최외곽의 적어도 일부가 레이저와 같은 광학적 방식에 의해 그 접착력이 저하되어서 분리 개시점을 형성함으로써 디바이스 웨이퍼의 손상 없이 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 분리하는 것이 가능하며 공정 시간을 절약할 수 있게 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩/디본딩 방법 및 본딩/디본딩 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 웨이퍼 생산 기술에서 '새로이 개발되는 메모리칩의 능력은 18~24개월에 약 2배가 된다.'라는 Moore의 법칙은 수십 년간 반도체 기술 개발 진화에 적용되었다. 그 동안 Moore의 법칙이 성립할 수 있었던 가장 큰 요인은 반도체 Cell의 미세화가 성공했기 때문이다. 한정된 면적 안에 Cell의 미세화 공정, 특히 노광 공정의 발달로 수십 nm 공정이 가능하였기에 반도체 칩의 능력을 향상시킬 수 있었다. 하지만, 미세화 공정을 통한 Chip의 성능 향상은 한계점에 도달했다. 수십 nm이하의 미세 패턴은 물리적 한계까지의 노광 설비를 요구하고 있고, 그로 인해 노광 장비의 수직적인 가격상승으로 제조원가에 부담을 주고 있다. 또한 미세 Cell의 개수가 증가함에 따라 길어진 배선에서 신호지연 현상이 발생되어 칩 성능이 저하되는 효과가 발생되고 있다.

과거에는 반도체 칩의 용량을 높이기 위하여 Chip을 여러 개 평면으로 배치(2D)하는 방식이 사용되었다. 그런데 2D 방식은 공간을 많이 차지하여 점점 크기가 작아지고 성능이 높아지는 휴대용 전자기기에는 적용하기가 어렵게 되었고 칩이 차지하는 공간을 줄이기 위하여 칩을 아래에서 위로 쌓는 방식을 도입하게 되었다.

현재 상용화된 칩을 쌓는 방식으로, 칩과 칩을 수직으로 쌓지 않고 사선 방향으로 비스듬히 쌓은 다음 칩과 칩의 전기적 연결은 금 소재 와이어로 연결하고 있다. 하지만 이 방식은 고가인 금을 사용하여야 하고 와이어의 길이가 길어서 전기적 신호전달이 늦은 편이고 열이 많이 발생되는 단점이 있다.

기존 와이어 본딩(wire bonding) 기술을 이용하여 칩을 사선 방향으로 상하로 적층하는 방식인 MCP(Multi Chip Package)보다 상하 좌우 차지하는 공간을 줄이고 전기적 신호를 빠르게 하고 발열량을 줄일 수 있는 방법으로 TSV(Through Silicon Via)기술을 도입하게 되었다. TSV 기술로 칩을 적층(Stacking)한 것을 3D IC라 불린다. 각 칩에 수직으로 관통한 홀(Via)을 통하여 전기적 연결이 이루어진다.

스마트폰의 소비자는 기기가 점점 얇아지고 용량과 성능이 점덤 더 높아지기를 희망하고 있다. 같은 두께, 공간에 최대한 칩을 많이 쌓기 위해서는 칩의 두께가 얇아져야 한다. 전체 0.3mm 두께의 3D IC를 제작하려고 할 때, 칩을 10개층을 쌓으려면 칩 한 개당 30um 두께로 얇게 해야 한다.

얇은 칩(Thinned chip)을 만들기 위해서는 웨이퍼 상태에서 이식(thinning)을 한다. 현재 양산 반도체 웨이퍼로 300mm 지름 크기가 사용되고 있다. 300mm 웨이퍼의 집적회로가 있는 웨이퍼의 전면 부분 30um정도를 남겨 두고 웨이퍼 뒷면을 백그라인딩(back grinding)을 한다. 300mm 웨이퍼 두께가 30um가 되면 휘어지기 때문에 back grinding을 한 다음 포토, 에칭, 재배선, CVD, CMP, PVD, Electroplating, Reflow 등의 공정을 수행해야 한다. 두께가 30~50um가 얇은 웨이퍼로서는 위의 공정들을 안전하게 수행할 수가 없다.

얇은 웨이퍼를 핸들링하는 방법으로 디바이스 웨이퍼의 앞면에 임시접착제를 코팅한 다음 디바이스 웨이퍼를 지지하고 운반할 수 있는 더미 웨이퍼(Dummy Wafer)를 붙인다. 이 웨이퍼는 Silicon 또는 Glass을 사용하는데 통상적으로 캐리어 웨이퍼라고 불리 운다.

상기 캐리어 웨이퍼를 임시적으로 즉, 디바이스 웨이퍼의 뒷면을 백그라인딩하고 후속공정(Backside processing)을 수행하는 동안 디바이스 웨이퍼에, 붙이고 후속공정이 끝났을 때 마지막으로 떼어낸다. 떼어내기 전에 다이싱 테이프(Dicing tape)를 사용하여 웨이퍼(Wafer ring)에 붙여서 떼게 된다.

여기에서 캐리어 웨이퍼를 디바이스 웨이퍼에 임시적으로 붙이는 접착제가 매우 중요하다.

이 접착제의 종류에 따라 두 웨이퍼를 붙이는 방법과 떼어내는 방법이 달라지게 된다. 떼어내는 방법에 따라 신뢰성과 생산성에 영향을 주게 된다.

접착제를 붙이는 방법은 액상의 접착제를 웨이퍼의 전면 또는 일부 면에 스핀 코팅 방식으로 바른다. 경우에 따라서는 코팅된 접착제를 열로서 경화시킨 다음 두 웨이퍼를 붙이기도 한다. 두 웨이퍼 사이에 들어가는 접착제 수는 1개 층에서 3개 층까지 사용된다.

그에 따라, 디바이스 웨이퍼에 대한 반도체 공정 및 공정 중 이송을 안전하게 수행할 수 있도록 디바이스 웨이퍼를 캐리어 웨이퍼에 임시로 본딩(temporary bonding)하여 반도체 공정을 수행한 후 캐리어 웨이퍼를 분리하는(debonding)하는 기술이 제시되었다.

종래의 디본딩 공정은 보통 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 잇는 접착제에 일정한 열을 가하여 캐리어 웨이퍼로부터 디바이스 웨이퍼를 분리한다. 이때, 캐리어 웨이퍼로부터 디바이스 웨이퍼가 분리되기 위해 접착제에 가해진 열이 디바이스 웨이퍼까지 전도되어서 디바이스 웨이퍼의 불량률을 높이는 문제가 발생하게 되는데, 이는 접착제의 성분, 가열온도, 가열시간, 가열체에 따라 확연한 차이를 나타낸다.

또한, 접착제에 일정한 열이 가해져 캐리어 웨이퍼로부터 디바이스 웨이퍼를 분리할 수 있는 정도가 된 경우 웨이퍼로부터 박막의 디바이스 웨이퍼를 분리해 내는 과정에서 디바이스 웨이퍼에 물리적인 충격이 가해져서 디바이스 웨이퍼의 불량률을 높이는 문제가 발생하게 되는데, 이는 캐리어 웨이퍼로부터 박막의 디바이스 웨이퍼를 분리해 내는 동작에 따라 확연한 차이를 나타내기도 한다.

이와 같이 캐리어 웨이퍼와 디바이스 웨이퍼를 잇는 임시 본딩 접착층으로부터 디바이스 웨이퍼를 손상 없이 분리하여 디바이스 웨이퍼의 생산 수율을 향상시킬 수 있는 임시 본딩 및 본딩된 디바이스 웨이퍼에 대한 디본딩 방법의 구현이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 특성을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 합착을 균일성 있게 하여 상온에서 상호 분리를 쉽게 함과 동시에 분리 균일성을 높일 수 있도록 접착층 최외곽의 적어도 일부가 레이저와 같은 광학적 방식에 의해 그 접착력이 저하되어서 분리 개시점을 형성함으로써 디바이스 웨이퍼의 손상 없이 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 분리하는 것이 가능하며 공정 시간을 절약할 수 있게 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩/디본딩 방법 및 본딩/디본딩 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.

본 발명의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법은, 캐리어 웨이퍼 위에 이형층을 적층시키는 단계; 상기 이형층 위에 감광성의 강접착층을 적층시키는 단계; 디바이스 웨이퍼 위에 UV 경화 특성을 가진 약접착층을 적층시키는 단계; 및 상기 약접착층이 적층된 디바이스 웨이퍼와 강접착층이 적층된 캐리어 웨이퍼를 임시로 본딩하는 단계;를 포함하며, 상기 본딩 단계에서는 챔버 내에서 약한 압력에 의해 이루어진다.

그리고 상기 이형층은 상기 약접착층과의 접착 상태에서 약점착층에 대해 전단력은 강하고 인장력은 약한 상태로 부착된다.

또한 상기 강접착층은 상기 이형층의 최외곽 상에 도포되고, 상기 약접착층은 상기 강접착층을 감싸도록 도포된다.

그리고 상기 임시 본딩 단계에서는 하부척이 상승하는 압력을 이용하거나 또는 챔버의 퍼지 압력을 이용해 임시 본딩한다.

한편 본 발명의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법을 이용한 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 장치로서, 상기 본딩 장치는, 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼가 안착되는 상부척과 하부척; 상기 상부척과 하부척이 수용되는 챔버; 및 상기 하부척을 상기 상부척 방향으로 이동시키는 승강구동수단;을 포함하며, 상기 하부척이 상부척을 향하여 상승하는 높이를 조절한 상태에서 하부척의 약한 압력에 의해 상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼가 상호 임시로 본딩되게 한다.

그리고 상기 상부척에 구비되어 상기 하부척이 상승하며 발생하는 압력을 측정하는 로드셀;을 더 구비된다.

또한 상기 상부척과 하부척은 정전기 또는 진공 흡착 방식 중 선택된 어느 하나를 이용해 상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 고정시킨다.

그리고 상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 일측에는 얼라인을 위한 노치가 각각 구비되어 있으며, 얼라인 핀을 이용해 상기 노치를 정렬시켜 상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 얼라인시킨 상태에서 서로 합착시킨다.

그리고 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법을 이용해 본딩된 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩방법로서, 1) 공정이 끝난 웨이퍼 접합체를 분리 개시점 형성을 위한 레이저모듈에 인입시켜 척킹하는 단계; 2) 레이저모듈에 인입된 웨이퍼 접합체 중에서 캐리어 웨이퍼의 최외곽에 도포되어 있는 감광성의 강접착층에 레이저를 조사하여 분리 개시점을 형성하는 단계; 3) 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체 디 본딩수단 측으로 이송하여 디 본딩시키는 단계;를 포함한다.

또한 상기 캐리어 웨이퍼는 광투과 재질로 이루어지고, 분리 개시점 형성 단계는 상기 캐리어 웨이퍼에 대해 수직한 방향에서 레이저를 조사하여 강접착층의 접착력을 저하시킨다.

그리고 상기 레이저는 캐리어 웨이퍼의 둘레를 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전하며 강접착층에 조사되거나 강접착층의 폭 사이에서 왕복 운동하며 강접착층에 조사된다.

한편 본 발명의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩방법을 이용한 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩장치로서, 다이싱 테이프에 부착된 웨이퍼 접합체가 안착되는 다공성척; 상기 다공성척을 레이저 조사부 방향으로 이동시키는 승강수동수단; 상기 웨이퍼 접합체의 강접착층에 레이저를 조사하는 레이저 조사부; 및 레이저 조사부에 의해 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체가 이송되어 웨이퍼 접합체를 분리시키는 디 본딩수단;을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 레이저 조사부는 다공성척이 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전하는 상태에서 강접착층에 조사되거나 강접착층의 폭 사이에서 왕복 운동하며 강접착층에 조사된다.

또한 상기 디 본딩수단은 다이싱 데이프를 척킹하는 다공성척과, 상기 다공성척을 승강시키는 승강구동수단과, 상기 다공성척 상부에 위치되어 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체에 삽입체를 삽입하여 웨이퍼를 분리시키는 상부척과, 상기 상부척을 가압하는 가압부재를 포함한다.

본 발명에 따른, 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 합착을 균일성 있게 하여 상온에서 상호 분리를 쉽게 함과 동시에 분리 균일성을 높일 수 있도록 접착층 최외곽의 적어도 일부가 레이저와 같은 광학적 방식에 의해 그 접착력이 저하되어서 분리 개시점을 형성함으로써 디바이스 웨이퍼의 손상 없이 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 분리하는 것이 가능하며 공정 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 접합체를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 접합체의 다른 실시예를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩장치를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 본딩장치에 구비된 얼라인 핀을 나타내는 개략도.
도 6은 본 발명의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩 방법을 나타내는 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 분리 개시점 형성을 위한 장치를 나타내는 개략도.
도 8은 본 발명에 따라 웨이퍼 접합체에 분리 개시점을 형성하는 과정을 나타내는 개략도.
도 9는 본 발명의 디 본딩장치에 따른 디 본딩수단을 나타내는 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법은, 캐리어 웨이퍼 위에 이형층을 적층시키는 단계(S10); 상기 이형층 위에 감광성의 강접착층을 적층시키는 단계(S20); 디바이스 웨이퍼 위에 UV 경화 특성을 가진 약접착층을 적층시키는 단계(S30); 및 상기 약접착층이 적층된 디바이스 웨이퍼와 강접착층이 적층된 캐리어 웨이퍼를 임시로 본딩하는 단계(S40);를 포함하며, 상기 본딩 단계에서는 챔버 내에서 약한 압력에 의해 이루어진다.

그리고 상기 이형층은 상기 약접착층과의 접착 상태에서 약점착층에 대해 전단력은 강하고 인장력은 약한 상태로 부착된다.

또한 상기 강접착층은 상기 이형층의 최외곽 상에 도포되고, 상기 약접착층은 상기 강접착층을 감싸도록 도포된다.

그리고 상기 임시 본딩 단계에서는 하부척이 상승하는 압력을 이용하거나 또는 챔버의 퍼지 압력을 이용해 임시 본딩한다.

여기서 본 발명에서 이용되는 이형층은 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼가 서로 접합되었을 때에 약접착층과의 사이에서 수평 방향으로 발생하는 인장력에는 약하고 수직 방향으로 발생하는 전단력에는 강한 성질을 가지고 있어서 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼가 접합된 상태로 공정을 수행하는 과정에 서로 이탈하여 공정에 차질이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한 이러한 수평 방향 인력을 보완하기 위한 구성으로 강접착층을 최외곽에 배치함으로서 수평 인장력에 대해서도 대응시킬 수 있게 된다.

상기 1)단계(S10)는 캐리어 웨이퍼의 접합면(접합시 디바이스 웨이퍼와 접합하는 면)에 접착력을 갖고 디바이스 웨이퍼를 보호하면서 공정 이후에 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 분리를 용이하게 하기 위한 이형층을 형성하는 단계이다. 상기 이형층은 스핀 코터(spin coater)와 같은 코팅 장치를 이용하여 캐리어 웨이퍼의 접합면 전체에 코팅된 후 경화되어서 형성된다.

상기 강접착층 형성 단계(S20)는 이형층의 표면에 강접착제를 도포하여 형성하는 단계로서, 강접착층(Photo Thermal Decomposition layer)은 스핀 코터와 같은 코팅 장치를 이용하여 코팅하게 된다.

상기 약접착층 형성 단계(S30)에서는 디바이스 웨이퍼 위에 약접착층을 형성하는 단계이다. 약접착층(Releade layer)은 스핀 코터와 같은 코팅 장치를 이용하여 디바이스 웨이퍼의 접합면 전체에 도포한 후 경화시켜 형성된다. 본 실시예에서 강접착층는 후술하는 약접착층에 비해 상대적으로 접착력이 약한 접착제인 것으로 정의한다. 강접착층의 두께가 40㎛ 이상일 때에는 광분해제의 점도에 따라 세 번 이하의 횟수로 나누어 코팅될 수 있다.

여기서, 도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 캐리어 웨이퍼 상면에 ㅇ이형층, 강접착층을 도포하고 디바이스 웨이퍼 상면에 약접착층이 각각 전체면에 대해 도포되어 이용될 수 있는 것을 도시하고 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 강접착층은 약접착층의 최외곽에 빙 둘러서 위치되게 것도 가능하며, 바람직하게는 강접착층이 약접착층 위에 일정한 폭(w)을 가지고 형성되는 것이 좋다. 이는 후술하는 바와 같이 일부만 형성된 강접착층을 이용해 합착된 상태의 캐리어 웨이퍼가 공정 중 쉽게 분리되는 것을 방지함과 동시에 두개의 층을 이용해 캐리어 웨이퍼의 분리를 보다 쉽게 하기 위함이다.

또한 도 3에 도시된 바와 같이 강접착층(5a)은 원형으로 이형층(4)과 약접착층(5b) 사이의 최외곽에 빙 둘러서 감싸도록 형성되고, 강접착층(5a)의 폭(w)은 3mm 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 디바이스 웨이퍼(3)의 외곽 3mm 범위에는 펌퍼(bumper)나 패턴과 같은 구조가 없어서 직접적으로 사용되지 않는 부분이기 때문이다.

그리고 본 실시예에서는 스핀 코터 방식을 이용해 상기 강접착층을 형성하는 것을 기재하고 있지만, 상기 약접착층을 전체적으로 도포한 후 상기 약접착층의 최외곽 일부를 식각을 통해 제거한 후 제거된 측에 상기 강접착층을 적층 도포하여 형성할 수도 있다. 즉, 상기 강접착층과 상기 약접착층은 최상부가 서로 수평 상태가 되도록 형성되게 하는 것이 가능하다.

상기 본딩 단계(S40)는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼가 합착된 후 접합되어서 웨이퍼 접합체(1)가 형성되는 단계이다. 이 단계에서는 다바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 본딩하는 단계로서 챔버의 하부척을 상부척 방향으로 상승시켜 하부척의 승강하는 압력을 이용해 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 본딩할 수도 있고, 챔버 내에 디퓨져를 배치하여 이를 이용한 퍼지 압력을 통해 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 본딩할 수도 있다. 도 3에는 각각의 층 형성 단계(S10,S20,S30)에 의해 형성된 웨이퍼 접합체의 단면도가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 웨이퍼 접합체(1)는 디바이스 웨이퍼(3)와, 캐리어 웨이퍼(2)와, 두 웨이퍼(2,3)를 접착시키는 접착층(5)을 구비한다. 접착층(5)은 디바이스 웨이퍼(3)에 형성된 약접착층(5b)과, 캐리어 웨이퍼(2) 위에 형성되며 강접착층(5a)과 접하는 이형층(4)을 구비한다. 약접착층(5b)이 형성된 부분은 강접착층(5a)이 형성된 부분에 비해 약하게 접착된 상태를 유지한다.

여기서 상기 약접착층은 UV 경화 특성을 가지는 소재를 이용하며 상기 강접착층은 감광성 특성을 가지는 소재를 이용하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 합착은 챔버 내부에서 이루어지며, 상기 챔버 내부는 대기압 또는 진공압 상태를 선택적으로 이용될 수 있고, 상기 챔버 내부에서 압력에 의해 상호 합착이 이루어진다. 이를 위한 장치로는 아래와 같다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기와 같은 본 실시예의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법을 이용한 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 장치로서, 상기 본딩 장치는, 디바이스 웨이퍼(3)와 캐리어 웨이퍼(2)가 각각 안착되는 상부척(11)과 하부척(12); 상기 상부척(11)과 하부척(12)이 수용되는 챔버(10); 상기 하부척(12)을 상기 상부척(11) 방향으로 이동시키는 승강구동수단(13);을 포함하여 구성되어 있다.

상기 상부척(11)과 하부척(12)은 다공성으로 이루어진 평판 형태를 하고 있으며, 다공성 표면은 외부의 흡착기구(미도시)와 연결되어 표면에 진공을 형성하도록 구성되어 상기 디바이스 웨이퍼(3)와 캐리어 웨이퍼(2)를 진공 흡착 고정시킬 수 있게 하고 있다.

즉, 디바이스 웨이퍼(3)와 캐리어 웨이퍼(2)의 사이에 형성된 접착층을 일정하게 하부척의 상승하는 힘에 의해 상호 합착될 수 있게 하는 것으로 압력이 필요 이상이 발생하면 디바이스 웨이퍼(3) 및 캐리어 웨이퍼(3)가 손상되거나 사이에 적층된 접착층이 외부로 유출될 수 있기 때문에 적정한 압력을 가해야 하므로 하부척의 상승 위치는 하부척과 상부척의 사이 거리, 웨이퍼의 두께 등을 감안하여 하부척의 상승 높이를 조절함으로써 상호 수월한 접합이 가능하다.

또한 상기 상부척(11)에 구비되어 상기 하부척(12)이 상승하며 발생되는 압력을 측정하는 로드셀(14);을 더 포함하며, 상기 로드셀(14)을 이용해 상승하는 하부척에서 발생하는 압력을 측정하여 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼을 접합하기 위한 압력을 항상 균일하게 유지시키는 것도 가능하다.

한편, 도면상에 도시하고 있지는 않지만 챔버에 배치된 디퓨처를 이용해 진공 배기시켜 진공 배기 과정에 발생하는 퍼지 압력으로 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 접합하게 하는 것이다.

상기 상승구동수단(13)은 상기 하부척(12)을 상승 및 하강시키기 위한 수단으로 통상 본딩 장치에 이용되는 그것과 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에서 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 본딩하기 위해서는 상호 얼라인 과정을 거쳐야 하는데, 이를 위해 상기 상부척(11)과 하부척(12) 사이에는 얼라인 핀(15)이 구비되며, 상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 정렬시키기 위해 둘레를 따라 다수개의 정렬수단(미도시, 여기서 정렬수단은 하부척에 배치되는 리프트 핀을 지칭할 수 있다)가 구비된다. 즉, 초기 챔버 내부로 진행하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼는 상부척과 하부척에 척킹된 상태로 위치되지만 상호 접합을 위해 하부척이 상승하며 상부척에 근접하면 정렬수단에 의해 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼가 각각 지지된 상태로 상태에서 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼 둘레면 일측에 형성된 노치(2a,3a)를 얼라인 핀(15)을 이용해 정렬시켜 상호 수평 상태가 되게 하여 합착하게 되는 것이다.

본 공정에 이용되는 상기 웨이퍼 접합체는 도면상에 도시하고 있지는 않지만 본딩 후 후속공정(Etching, CVD, PVD, metalization, Elcetroplating for bumping, PR strip/thin film etching, reflow, CMP 등)을 통해 수행하면서 접착제가 떨어지지 않으면서 접착제 내부에서 아웃게싱(outgaing), 보이드(viid)가 생기지 않도록 내화학성과 내열성 소재가 이용된다.

또한 웨이퍼 접합체 후면에 다이싱 테이프를 붙이고 웨이퍼 프레임인 링에 부착한 후 링 안쪽으로 다이싱 테이프가 붙고 그 위에 얇은 웨이퍼가 붙고 그 위에 캐리어 웨이퍼가 붙은 상태에서 디본딩 공정을 수행하게 된다.

앞선 실시예에서 본딩된 웨이퍼 접합체는 도 6에 도시된 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩 방법에 의해 분리되며 그 방법은 1) 공정이 끝난 웨이퍼 접합체를 분리 개시점 형성을 위한 레이저모듈에 인입시켜 척킹하는 단계(S110); 2) 레이저모듈에 인입된 웨이퍼 접합체 중에서 캐리어 웨이퍼의 최외곽에 도포되어 있는 감광성의 강접착층에 레이저를 조사하여 분리 개시점을 형성하는 단계(S120); 3) 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체 디 본딩수단 측으로 이송하여 디 본딩시키는 단계(S130);로 구성되어 있다.

상기 1)단계(S110)는 앞서 본딩 방법 및 본딩 장치에 의해 본딩된 웨이퍼 접합체를 이동수단을 이용해 디 본딩하기 위해 분리 개시점을 형성하기 위한 레이저모듈에 인입시킨 상태에서 척킹수단에 척킹하는 단계이다. 이 단계에서는 웨이퍼 접합체에 앞선 후 공정을 거치며 공정이 끝난 웨이퍼 접찹체를 이송수단을 이용해 챔버 내부에 인입한 후 척킹수단 위해 안착하여 고정하는 단계로서 내부에는 도시하고 있지는 않지만 웨이퍼 접합체가 부착된 다이싱 프레임을 얼라인하기 위한 수단들이 다수 구비되어 있다.

상기 2)단계(S120)는 웨이퍼 접합체 사이에 형성된 접착제에 분리 개시점을 형성시키는 단계로써, 웨이퍼 접합체 둘레를 따라 형성된 강접착층 상에 레이저를 조사하여 강접착층의 접착력을 제거 또는 약화시켜 분리 개시점을 형성시키는 단계이다.

여기서 상기 캐리어 웨이퍼는 광투과 재질로 이루어지고, 분리 개시점 형성 단계는 상기 캐리어 웨이퍼에 대해 수직한 방향에서 레이저를 조사하여 강접착층의 접착력을 저하시키며, 상기 레이저는 캐리어 웨이퍼의 둘레를 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전하며 강접착층에 조사되거나 강접착층의 폭 사이에서 왕복 운동하며 강접착층에 조사된다. 즉, 상기 캐리어 웨이퍼 상부 방향에서 레이저를 조사하여 캐리어 웨이퍼를 통과한 레이저가 강접착층에 도달하여 강접착층의 접착력을 약화시켜 분리 개시점을 형성하게 하는 것이다.

상기 3)단계(S230)는 2)단계(S120)를 거치며 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체를 디 본딩수단 측으로 이송시킨 후 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 상호 분리시키는 단계이다.

즉, 상기 3)단계에서는 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체를 디 본딩수단으로 이송한 후에 상기 디 본딩수단에 분리 개시점 형성 과정과 같이 척킹한 후 상부척에 구비된 삽입체를 이용해 상기 웨이퍼 접합체 사이에 형성된 분리 개시점에 삽입하고 상부척을 웨이퍼 접합체의 상부 방향으로 들어올리면서 한쪽 방향으로 잡아 당기면 디바이스 웨이퍼로부터 캐리어 웨이퍼를 분리할 수 있게 된다. 이때 상기 상부척을 가압하며 안내하는 가압부재를 구비시켜 캐리어 웨이퍼와 상부척의 밀착력을 유지하며 분리하는 것이 가능해진다.

한편 본 실시예에서는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼에 분리 개시점을 형성하기 위해 레이저를 이용하고 있으므로 도면상에 도시하고 있지는 않지만 레이저의 강한 열에 의해 하부에 위치된 디바이스 웨이퍼가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 범프와 반도체 소자가 형성되어 있지 않은 최외곽에 상대적으로 강한 접착력을 갖는 접착층을 형성하고 레이저를 통해 상기 강한 접착층에 분리 개시점을 형성하게 하는 것도 가능하며, 또한 디바이스 웨이퍼와 접착층 사이에 UV층을 형성시켜 조사되는 레이저의 열을 흡수할 수 있게 함으로써 레이저에 의해 디바이스 웨이퍼가 손상되는 것을 방지할 수도 있게 하는 것도 가능하다.

상기와 같은 본 실시예의 디 본딩 방법을 이용한 디 본딩장치는 도 7에 도시된 바와 같이 다이싱 테이프(DT)에 부착된 웨이퍼 접합체(1)가 안착되는 다공성척(20); 상기 다공성척(20)을 레이저 조사부(40) 방향으로 이동시키는 승강수동수단(30); 상기 웨이퍼 접합체(1)의 강접착층(5a)에 레이저(L)를 조사하는 레이저 조사부(40); 및 레이저 조사부(40)에 의해 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체(1)가 이송되어 웨이퍼 접합체(1)를 분리시키는 디 본딩수단(50);을 포함하여 구성되어 있다.

또한 본 발명에서는 상기 레이저 조사부(40) 또는 다공성척(20)이 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전하는 상태에서 강접착층(5a)에 조사되거나 강접착층(5a)의 폭(w) 사이에서 왕복 운동하며 강접착층(5a)에 조사되는 것을 선택적으로 이용할 수 있다.

즉, 도 8a에 도시된 바와 같이 상기 웨이퍼 접합체(1)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키는 과정에 웨이퍼 접합체가 1회전 할 때만 강접착층(5a)의 폭(w) 방향 내측 또는 회측으로 레이저 조사부를 이동시키며 웨이퍼 접합체 둘레 전체에 레이조를 조사하여 강접착측의 접착력을 약화시키거나, 도 8b에 도시된 바와 같이 웨이퍼 접합체를 회전시키는 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전시키는 과정에 폭(w) 사이에서 반복적으로 왕복하며 강접착층의 접착력을 약화시키는 것이 가능하다.

상기 디 본딩수단(50)은 도 9에 도시된 바와 같이 다이싱 데이프(DT)를 척킹하는 다공성척(51)과, 상기 다공성척(51)을 승강시키는 승강구동수단(52)과, 상기 다공성척(51) 상부에 위치되어 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체(1)에 삽입체(54)를 삽입하여 웨이퍼 접합체를 분리시키는 상부척(53)과, 상기 상부척(53)을 가압하는 가압부재(55)로 구성되어 있다.

즉, 롤러로 구성되는 가압부재(55)가 상부 척(53)을 사이에 두고 웨이퍼 접합체(1)의 반대측에 위치한다. 상부 척(53)은 웨이퍼 접합체(1)에 진공흡착과 같은 방식으로 결합된다. 가압부재(55)가 반대쪽으로 이동을 시작하면서 상부 척(53)의 분리 개시점 측 일단이 외력에 의하여 들어 올려진다. 그에 따라, 캐리어 웨이퍼(2)가 디바이스 웨이퍼(3)로부터 분리 개시점을 시작으로 서서히 분리된다. 이때, 가압부재(55)에 의하여, 분리력이 디바이스 웨이퍼(3)에 급격히 가해져서 충격을 주는 것을 최대한 막아준다. 가압부재(55)는 접합 에너지를 면접합 에너지에서 선접합 에너지로 변경하여 디바이스 웨이퍼(3)에 가해지는 힘을 줄여서, 공정이 더욱 신속하고 안정적으로 수행된다.

본 실시예에서는 상부 척(53)과 가압부재(55)를 이용하여 캐리어 웨이퍼(2)와 디바이스 웨이퍼(3)를 분리하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상부 척(53)과 가압부재(55) 없이도, 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체(1)에서 캐리어 웨이퍼(2)와 디바이스 웨이퍼(3)를 분리하는 것이 가능함을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

한편 본 발명에서는 분리 개시점을 형성하는 수단과 분리하는 수단이 각각 개별적으로 배치된 것을 기재하고 있지만 분리 개시점 내에 웨이퍼 접합체를 분리하기 위한 수단이 같이 구성될 수도 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나, 이는 본 발명의 기술적 내용에 대한 이해를 돕고자 하는 것일 뿐 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 함이 아니다.

즉, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.

Claims (14)

1) 캐리어 웨이퍼 위에 이형층을 적층시키는 단계;
2) 상기 이형층 위에 감광성의 강접착층을 적층시키는 단계;
3) 디바이스 웨이퍼 위에 UV 경화 특성을 가진 약접착층을 적층시키는 단계; 및
4) 상기 약접착층이 적층된 디바이스 웨이퍼와 강접착층이 적층된 캐리어 웨이퍼를 임시로 본딩하는 단계;를 포함하며,
상기 본딩 단계에서는 챔버 내에서 약한 압력에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법.

제1항에 있어서,
상기 이형층은 상기 약접착층과의 접착 상태에서 약점착층에 대해 전단력은 강하고 인장력은 약한 상태로 부착된 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법.

제1항에 있어서,
상기 강접착층은 상기 이형층의 최외곽 상에 도포되고, 상기 약접착층은 상기 강접착층을 감싸도록 도포된 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법.

제1항에 있어서,
상기 임시 본딩 단계에서는 하부척이 상승하는 압력을 이용하거나 또는 챔버의 퍼지 압력을 이용해 임시 본딩하는 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법.

제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법을 이용한 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 장치로서,
상기 본딩 장치는,
디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼가 안착되는 상부척과 하부척;
상기 상부척과 하부척이 수용되는 챔버; 및
상기 하부척을 상기 상부척 방향으로 이동시키는 승강구동수단;을 포함하며,
상기 하부척이 상부척을 향하여 상승하는 높이를 조절한 상태에서 하부척의 약한 압력에 의해 상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼가 상호 임시로 본딩되게 하는 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 장치.

제5항에 있어서,
상기 상부척에 구비되어 상기 하부척이 상승하며 발생하는 압력을 측정하는 로드셀;을 더 구비된 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 장치.

제5항에 있어서,
상기 상부척과 하부척은 정전기 또는 진공 흡착 방식 중 선택된 어느 하나를 이용해 상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 고정시키는 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 장치.

제5항에 있어서,
상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 일측에는 얼라인을 위한 노치가 각각 구비되어 있으며, 얼라인 핀을 이용해 상기 노치를 정렬시켜 상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 얼라인시킨 상태에서 서로 합착시키는 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 장치.

디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩 방법을 이용해 본딩된 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩방법로서,
1) 공정이 끝난 웨이퍼 접합체를 분리 개시점 형성을 위한 레이저모듈에 인입시켜 척킹하는 단계;
2) 레이저모듈에 인입된 웨이퍼 접합체 중에서 캐리어 웨이퍼의 최외곽에 도포되어 있는 감광성의 강접착층에 레이저를 조사하여 분리 개시점을 형성하는 단계;
3) 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체 디 본딩수단 측으로 이송하여 디 본딩시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩방법.

제9항에 있어서,
상기 캐리어 웨이퍼는 광투과 재질로 이루어지고, 분리 개시점 형성 단계는 상기 캐리어 웨이퍼에 대해 수직한 방향에서 레이저를 조사하여 강접착층의 접착력을 저하시키는 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩방법.

제10항에 있어서,
상기 레이저는 캐리어 웨이퍼의 둘레를 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전하며 강접착층에 조사되거나 강접착층의 폭 사이에서 왕복 운동하며 강접착층에 조사되는 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩방법.

제9항 내지 제11항의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩방법을 이용한 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩장치로서,
다이싱 테이프에 부착된 웨이퍼 접합체가 안착되는 다공성척;
상기 다공성척을 레이저 조사부 방향으로 이동시키는 승강수동수단;
상기 웨이퍼 접합체의 강접착층에 레이저를 조사하는 레이저 조사부; 및
레이저 조사부에 의해 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체가 이송되어 웨이퍼 접합체를 분리시키는 디 본딩수단;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩장치.

제12항에 있어서,
상기 레이저 조사부는 다공성척이 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전하는 상태에서 강접착층에 조사되거나 강접착층의 폭 사이에서 왕복 운동하며 강접착층에 조사되는 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩장치.

제12항에 있어서,
상기 디 본딩수단은 다이싱 데이프를 척킹하는 다공성척과, 상기 다공성척을 승강시키는 승강구동수단과, 상기 다공성척 상부에 위치되어 분리 개시점이 형성된 웨이퍼 접합체에 삽입체를 삽입하여 웨이퍼를 분리시키는 상부척과, 상기 상부척을 가압하는 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 디 본딩장치.

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