KR20170061127A - 웨이퍼/지지부 구조체, 상기 구조체의 제조 방법, 및 웨이퍼 제조 공정에서의 상기 구조체의 사용 방법 - Google Patents

웨이퍼/지지부 구조체, 상기 구조체의 제조 방법, 및 웨이퍼 제조 공정에서의 상기 구조체의 사용 방법 Download PDF

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KR20170061127A
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Abstract

본 발명은 웨이퍼(1); 지지부(7) 및 엘라스토머층(4, 5)을 포함하는 지지 시스템(7, 4, 5); 및 졸-겔층인 연결층(3)을 포함하는 구조체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 졸-겔층이 연결층으로 사용되는 본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체 용, 코팅된 웨이퍼 및 웨이퍼의 후면 가공 방법에 관한 것이다.

Description

웨이퍼/지지부 구조체, 상기 구조체의 제조 방법, 및 웨이퍼 제조 공정에서의 상기 구조체의 사용 방법{WAFER/SUPPORT ARRANGEMENT, METHOD FOR PRODUCING THE ARRANGEMENT, AND USE OF THE ARRANGEMENT IN THE PROCESSING OF THE WAFER}
본 발명은 웨이퍼, 지지부 및 엘라스토머층을 포함하는 지지 시스템, 및 졸-겔층인 연결층을 포함하는 웨이퍼/지지부 구조체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체의 코팅층, 웨이퍼/지지부 구조체에 졸-겔층을 연결층으로 사용하는 방법 및 웨이퍼 후면 가공 방법에 관한 것이다.
최근, 두께가 최대한 얇은 전자부품 및 회로에 대한 수요가 증가했다. 이러한 전자부품 및 회로(다이오드, 트랜지스터, 집적회로, 센서 등)를 제조할 때 웨이퍼(필요에 따라 실리콘, 갈륨비소 등으로 도핑된 디스크) 위에는 원하는 전자 기능을 발생시키기 위한 구조와 층이 다양한 기술을 이용하여 장착된다. 이에 필요한 제조공정 완료 후 이러한 웨이퍼는 현재 전면(활성면 내지 장착된 구조가 위치하는 면)에 보호박막 또는 기타 보호층이 구비된다. 상기 박막 혹은 보호층은 웨이퍼의 전면, 특히 웨이퍼 전면 상에 장착된 전기 및 기계 구조들을 후속 실시되는 두께 감소 공정 및/또는 웨이퍼의 후면에 대한 기타 공정이 실시되는 동안 보호하는 역할을 한다. 두께 감소 공정은 웨이퍼 후면에 실시되는 연마, 래핑, 그라인딩, 에칭 등의 기술에 의해서 실시된다.
상기 공정의 목적은 웨이퍼의 최초 두께를 감소시키는 것이다. 이때 감소의 정도는 두께 감소 공정 및/또는 기타 후속 공정단계가 실시되는 중 발생이 예상되는 기계적 및 열적 응력에 따라 결정된다. 웨이퍼 두께가 감소되었을 때면 웨이퍼는 이미 여러 공정단계를 거친 후이므로, 이미 높은 산업적 가치를 가진다. 따라서 웨이퍼 파손 위험을 가능한 한 줄여야 한다. 이에 따라, 두께 감소 공정에서 원하는 만큼 두께를 감소시키는 것이 불가능할 때가 많은데, 왜냐하면 그렇지 않은 경우에 웨이퍼 파손으로 인한 손실이 너무 커지기 때문이다.
종래기술에 따르면 두께 감소 공정 이후의 웨이퍼의 파손 특성을 개선시키기 위하여 웨이퍼 후면에 화학적 공정이 자주 실시된다. 최종 세정 단계를 거친 후 보호박막을 웨이퍼 표면으로부터 벗겨내거나 떼어내거나 또는 기타 방법으로 제거한다. 이 상태에서 기타 공정 단계들 및/또는 웨이퍼의 특성 개선을 위한 단계들 및 품질관리 등을 위한 검사가 이어서 실시될 수 있다. 두께가 감소된 웨이퍼의 후면은 여러 차례 금속층으로 코팅된다. 이러한 층형성 방법은 대부분 스퍼터링 또는 이와 유사한 증착 방법으로 진공상태에서 수행되며 많은 경우 열 응력 발생이 불가피하다.
이후 상기 웨이퍼의 후면을 아래로 향하도록 하여(활성면이 위쪽으로) 다이싱 필름, 팽창 호일 내지 프레임 위에 배치한다. 이어서 웨이퍼의 분할 공정이 실시된다. 즉, 웨이퍼는 개별 부품(칩, 다이)으로 분리된다. 이러한 개별분리 공정은 회전 분리 디스크나 기타 기계적 절단 장치를 이용하여 실시된다. 그러나 레이저 분리 방법이 사용되기도 한다. 웨이퍼가 개별분리 공정 중 파손되기도 하는데, 이런 경우, 부분적으로 스크래칭과 같은 보조적인 방법이 사용된다.
앞서 언급한 이유로 인해 기존의 방법으로는 매우 얇은 웨이퍼를 다루고 제조하는 것이 어렵다. 이러한 어려움은 특히 웨이퍼가 두께 감소 공정 중 그리고 상기 공정 이후 웨이퍼가 기계적인 응력에 노출되어야 하기 때문에 발생한다. 이러한 응력은 특히 다음과 같은 상황에서 발생한다.
- 웨이퍼의 두께 감소 공정 동안 웨이퍼의 두께가 상당히 많이 감소된 경우 주름이 생기는 경향이 있고;
- 두께 감소 공정 중 웨이퍼 전면을 보호하는 보호박막 및 보호층을 떼어낼 때;
- 웨이퍼를 다이싱 필름 위에 배치하는 동안; 및
- 각각의 공정 단계 사이 웨이퍼를 이동시킬 때, 특히 후면에 층을 형성할 때; 적어도 열응력은 웨이퍼 개별 분리 이후에 이미 후면의 층 형성이 실시될 때에도 발생한다.
현재 상기한 방법들 외에 두께감소 공정 이전에 벌써 스크래치 구조를 그라인딩하는 방법, 스크래칭, 화학적 에칭, 트렌치 및/또는 구조물을 플라즈마 에칭하는 방법으로 웨이퍼 전면에 구조물을 형성하여 후속 실시되는 두께 감소 공정 중 기계적 및/또는 화학적 방법에 의해 웨이퍼를 후면으로부터 개별 분리시키는 하는 방법이 사용되고 있다.
웨이퍼의 두께 감소 공정 및 기타 가공 공정 관련, 독일특허 DE 103 53 530 및 국제특허 WO 2004/051708 은 또다른 방법을 개시한다. 상기 문헌들에서 제시하는 방법은, 웨이퍼의 두께 감소 공정 및 기타 가공 공정에서 분리층과 지지층을 사용하는 방법이다. 상기 분리층은 웨이퍼에 접착되는 것보다 지지층에 더 단단히 접착하는 플라즈마 폴리머층이다. 플라즈마 중합화 방법에 기초하여 당업자가 설정할 수 있는 플라즈마 폴리머층의 접착 내지 탈착 특성에 의해 상기 층이 웨이퍼보다 지지층에 더 높은 접착 강도로 접착되는 특성을 가지도록 형성할 수 있다. 이때 웨이퍼에 대한 접착강도는 매우 얇은 웨이퍼도 과도하게 높은 기계응력의 발생 없이 분리층(및 지지층)으로부터 분리될 수 있도록 설정될 수 있다.
상기 문헌에 개시된 방법들의 단점은 제시된 지지층이 최적으로 조정되지 않는다는 점이다. 특히, 3차원 구조로 형성된 웨이퍼의 표면(예를 들어 범프가 형성된 웨이퍼 혹은 표면에 언더컷이 형성된 웨이퍼)에서는 제안된 지지층(예를 들어, 폴리이미드 또는 폴리아미드)의 경도가 너무 높다. 플라즈마 폴리머성 분리층이 실질적으로 웨이퍼의 표면 구조를 일정한 두께의 층으로 도포하기 때문에, 언더컷들 사이의 공간이나 범프 사이 공간은 지지층의 물질로 충진된다. 이러한 경우, 단단한 지지층 때문에 지지층을 웨이퍼로부터 비파괴적으로 다시 분리할 수 없다. 지지층이 표면구조를 채우지 않으면 빈 공간들이 남게 되어 지지층과 분리층 사이의 접착에 부정적인 영향을 주고 바람직하지 않은 개재물 발생을 야기할 수 있다. 이때 지지층과 웨이퍼의 열팽창계수가 서로 다르기 때문에 웨이퍼에는 기계응력이 추가적으로 더 발생한다.
국제특허 WO 2007/09946 A1 은 두께가 감소된 웨이퍼를 두께 감소 공정 이후 기계적으로 분리할 수 있는 분리 방법을 개시한다. 이는 플라즈마 폴리머 분리층을 엘라스토머층과 함께 사용함으로써 가능하다.
독일특허 DE 103 53 530 국제특허 WO 2004/051708 국제특허 WO 2007/09946 A1 국제특허 WO 002010072826 A2
상기와 같은 종래 기술 상황에서, 본 발명의 과제는 가공된 웨이퍼의 기계적 분리를 가능하게 하는 것으로, 특히 두께 감소 공정 이후 웨이퍼의 손상 없이 웨이퍼를 분리시키는, 개선된 웨이퍼/지지부 구조체를 제공하는 것이었다. 여기서, 웨이퍼/지지부 구조체의 형성에 사용되는 장비 측면에서 기술적 비용이 가능한 한 적게 드는 것이 바람직하다.
상기한 과제는
웨이퍼;
지지부 및 웨이퍼 쪽으로 정렬되는 엘라스토머층을 포함하는 지지 시스템; 및
졸-겔층인 연결층;을 포함하는 웨이퍼/지지부 구조체에 의해서 달성 가능하며,
상기 졸-겔층은 다음과 같은 단량체로부터 형성 가능하며,
(1) Si(OR1)4, 및
다음 단량체들
(2) Si(OR1)3R2,
(3) Si(OR1)2R3R4, 및
(4) Si(OR1)R5R6R7
중 하나, 둘 또는 모두로부터 형성될 수 있으며,
각각의 R1은 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C8 알킬기이며; R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7은 각각 서로 독립적으로 C1-C20 알킬기, 불소화된 C1-C20 알킬기, C1-C20 아미노알킬기, C2-C20 알케닐기, 아릴기, 불소화된 아릴기, 1가, 2가 또는 3가 C1-C4 알킬화된 아릴기(상기 알킬화는 탄소수에 대하여 서로 독립적이고 그리고/또는 잔기는 불소화될 수 있음), 또는 C3-C20 에폭시기인, 웨이퍼/지지부 구조체에 의해 달성된다.
이때 웨이퍼 전면에 전자부품이 구비되는 것이 바람직하며, 상기 전면은 본 발명에 따라 사용될 연결층에 의해 보호된다.
본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체에서, 연결층에서 각각 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C5 알킬기를 나타내고, 그리고/또는 R2, R3, R4, R5, R6, R7은 각각 서로 독립적으로 C1-C8 알킬기, 불소화된 C1-C8 알킬기, C1-C8 아미노알킬기, C2-C8 알케닐기, 아릴기, 불소화된 아릴기, 1가, 2가 또는 3가 C1-C4 알킬화된 아릴기(상기 알킬화는 탄소수에 대하여 서로 독립적이고 그리고/또는 잔기는 불소화될 수 있음), 또는 C3-C8 에폭시기인 것이 바람직하다.
연결층 제조용 용액은 알코올, 특히 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올 등의 알코올, 물, 특히 1-메톡시-2-프로필아세테이트(1-methoxy-2-propylacetate, PGMEA), 아세톤, 또는 에틸아세테이트 등의 반양자성 용액으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 특히 2-프로판올 및 2-메틸-1-프로판올 등의 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 용액이 특히 바람직하다.
연결층 제조시 졸-겔 반응을 위한 활성화제로는 산과 염기, 특히, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(tetramethylammonium hydroxide, TMAH), 포름산, 염산, 및 황산으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 활성제로서, 루이스산 또는 루이스염기, 트리부틸 주석 등의 금속유기 화합물, 또는 테트라부틸암모늄 플루오라이드(tetrabuthylammonium fluoride, TBAF) 또는 불소화세슘과 같은 플루오라이드 함유 화합물이 더욱 바람직하다. 또한, TMAH, TBAF, 및 황산과 같은 활성화제가 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 연결층에서 각각의 R1은 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C3 알킬기를 나타내고 그리고/또는 R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7 각각은 서로 독립적으로 C1-C3 알킬기 또는 불소화된 C3 알킬기를 나타내는 것이 특히 바람직하다.
놀랍게도 본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체는 매우 쉽게 그리고 무엇보다 웨이퍼에 큰 기계응력을 가함 없이 다시 분리될 수 있다. 이때, 분리 후 상기 졸-겔층을 화학적인 방법 등에 의해 제거할 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 졸-겔층의 장점은, 졸겔층의 특성을 요구조건에 맞게 조정할 수 있다는 점이다. 이때 졸-겔층은 450℃ ≤까지 화학적 변화 없이 온도 저항적인 졸-겔층인 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 사용되는 졸-겔층은 실리콘계 졸-겔층으로서, 이에 따라 엘라스토머, 특히 실리콘계 엘라스토머와의 상용성이 우수하다. 또한 본 발명에 따라 사용되는 연결층은 비용 효율이 높고 독성이 없다. 중합 공정 이후 상기 졸-겔층은 오랜 기간 동안 화학적으로 일정한 특성을 유지한다. 사용되는 단량체에 따라, 예를 들어 한 가지 액체로부터 제조가 가능하기 때문에 연결층은 일반적인 웨이퍼 제조공정에 쉽게 사용될 수 있다.
단량체(2), (3) 및 (4)의 총 물질량에 대한 단량체(1)의 물질량 비율은 0.032(1:31.25) 내지 1.6(1.6:1)이며, 0.05 내지 1(1:20 내지 1:1)인 것이 바람직하고, 0.064 내지 0.5(1:15.63 내지 0.5:1)인 것이 특히 바람직하다.
이러한 물질량 비율에 의하여, 특히 상기 바람직한 비율 예시에 기초하여 본 발명에 따른 웨이퍼 지지부 구조체의 매우 적절한 연결층이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체에서, 연결층의 층두께는 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 150 nm, 특히 바람직하게는 30 내지 100 nm이다.
상기한 바람직한 층두께에 의해서 지지 시스템을 웨이퍼로부터 특히 응력의 발생 없이 분리할 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체에서, 상기 엘라스토머는 유기 실리콘층인 것이 바람직하다.
엘라스토머층(즉, 엘라스토머로 형성되는 층)은 메틸-, 페닐-, 에폭시알킬-, 에폭시아릴알킬실리콘 또는 메틸페닐실리콘과 같은 혼합 관능기를 갖는 실리콘; (촉매적으로) 알킬기에 의해 가교되고 상기 관능기들 중 적어도 하나를 포함하는 실리콘 엘라스토머, 및 실리콘 수지를 포함하는 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 물질들 각각은 필러를 포함하거나 또는 포함하지 않는다.
상기 엘라스토머층은 쇼어-A 경도(Shore A hardness)가 40 내지 100, 바람직하게는 45 내지 90, 더욱 바람직하게는 50 내지 80, 특히 55 내지 75인 것이 바람직하다. 쇼어 경도는 DIN 53505-A-87 기준에 따라 결정된다.
본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체에서, 구조체 내 접착력이 가장 작은 면이 연결층과 엘라스토머층 사이의 경계면인 것이 바람직하다. 또한, 상기 면은 측정예 1에 따른 접착력 결정시 분리가 실시되는 바람직한 면이기도 하다.
당업자는 층들 사이의 접착력(접착고정력)을 DIN EN 4618:2007-03 기준에 따라 결정할 수 있고, 이는 "하나의 층과 층 하부 사이의 결합력의 총합"으로 정의된다. (경계면으로서) 접착력이 가장 작은 면을 형성하는 층들 사이의 접착력은 측정예 1에 따라 결정되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼/지지부 구조체의 장점은, 엘라스토머 물질의 특성(탄력성, 신장성)에 기초로 웨이퍼 상에 엘라스토머층과 연결층이 이상적으로 연결될 수 있다는 점이다. 특히, 연결층과 엘라스토머층 사이의 접착고정력은, 본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체를 분리할 때 엘라스토머가 연결층으로부터 완전히 분리되도록 제조될 수 있다. 이때 상기 분리 공정은 기계적으로 실시되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체에서, 웨이퍼가 연결층 쪽을 향하는 면(전면)에 전자부품이 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체에서, 지지부는 유리판 또는 제2 웨이퍼인 것이 바람직하다.
적절한 유리판 혹은 적절한 웨이퍼를 선택할 때, 지지부 및 가공대상인 웨이퍼(제1 웨이퍼)의 열팽창계수들 각각은 시스템이 가열되거나 기계 응력으로 인해 열이 발생하는 경우에도 전압이 발생하지 않거나 단지 적게 생기도록 서로 조정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체의 코팅된 층도 본 발명에 포함되며, 상기 코팅층은 상기에서 정의한 연결층이다.
상기한 코팅층은 본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체의 전구체로 사용될 수 있고, 상기에서 정의한 바와 같은 지지 시스템이 상기 연결층 상에 장착된다.
본 발명에 따라 코팅되는 층은, 웨이퍼의 반대편 면의 연결층은 ≥ 80°의 정지 물접촉각, 바람직하게는 ≥ 83°의 정지 물접촉각을 가지고 그리고/또는 15-25 mJ/m2의 표면 에너지를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체 또는 본 발명에 따른 코팅층의 제조를 위한 상기에서 정의한 연결층의 사용 방법도 본 발명에 포함된다.
또한,
a) 본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체를 준비하는 단계;
b) 웨이퍼 후면을 가공하는 단계;
c) 엘라스토머층과 연결층 사이의 경계면을 따라 웨이퍼/지지부 구조체를 기계적으로 분리하는 단계;
를 포함하는 웨이퍼 후면 가공 방법도 본 발명에 포함된다.
웨이퍼 후면 가공 방법의 예로는 특히 도금 공정, 두께 감소 공정, 실리콘 관통전극 접촉(TSV: Through silicon via-Kontaktierung) 공정, 리소그래피 기술 등이 있다.
본 발명에 따른 기계적 분리 공정은 다음과 같이 실시되는 것이 바람직하다:
상기 웨이퍼/지지부 구조체는 진공에 의해서 또는 기계적으로 양면이 고정되는데, 지지면의 탄력 고정부를 한 쪽에서부터 들어올리기 시작하여 상기 지지부가 웨이퍼로부터 분리되도록 한다. 이러한 공정은 WO 002010072826 A2에 상술된 바와 같이 실시되며, 특히 도 3 및 관련 설명에 나와 있다.
본 발명에 따른 방법에 따르면, c)단계 이후 상기 연결층이 웨이퍼로부터 화학적으로 제거되는 것이 바람직하다.
상기 화학적 제거 단계는 기본적으로 각각의 적절한 수단을 이용하여 수행된다. 이때, 웨이퍼, 특히 경우에 따라 상기 웨이퍼에 존재하는 전자부품이 영향을 받지 않으면서 상기 연결층이 확실하게 제거되는지를 주의해야 한다.
상기 연결층의 화학적 제거에 적절한 수단은 강산 및 강염기 및 TBAF, CsF, HF, 또는 KHF2 등의 불소화 이온 화합물이다.
상기 연결층의 화학적 제거에 특히 적절한 물질은 테트라부틸암모늄 플루오라이드(TBAF)이다.
TBAF는 다양한 용도가 공지되어 있지만 현재까지는 본 명세서에서 제시하는 특수 용도로는 사용된 적이 없다. TBAF는 예를 들어 졸-겔 시스템의 제조 시, 실릴 함유 보호기를 제거하는 수단, 활성화제/촉매제, 실리콘 제거제 및 상 이동 촉매제로 사용된다는 것이 알려져 있다. 졸-겔층에 대한 응용성은 특히 본 발명과 관련하여 지금까지는 아직 알려지지 않았다.
연결층에 대한 적절한 표면 에너지를 설정하기 위하여 당업자는 다음 방법들 중 하나 또는 여러 방법을 사용할 것이다.
예를 들어 메틸트리메톡시실란 또는 페닐트리메톡시실란과 같이 알킬기로 개질된 실란(개질제)에 대한 테트라에티옥시실란(TEOS)과 같은 순수한 구조 형성제(structure forming agent)의 반응성이 표면 에너지의 상당 부분을 결정하고, 그에 따라 중간에 위치한 층과 엘라스토머의 최종 접착력을 결정한다. 개질제의 비율이 클수록, 표면 에너지는 감소할 수 있다. 헥사데실트리메톡시실란 또는 불소화된 알킬기를 포함하는 실란으로 개질제를 대체하거나 보충하면 표면 에너지를 더욱 줄일 수 있다.
적절한 활성화제 및 활성화제의 양을 선택함으로써 혼합 공정의 활성화까지 걸리는 시간 및 보관 안정성에 영향을 줄 수 있다. 이때, 활성화제의 함량이 적을수록 활성화되기까지의 혼합 공정이 오래 걸리지만 그에 따라 보관 안정성이 확실히 증대되기도 한다. 활성화제의 양을 감소시켜 최종 표면 에너지에도 영향을 줄 수 있다. 활성화제를 적게 첨가하면 표면 에너지도 감소된다. 이와 같이, 선택되는 활성화제는 최종 접착력에 영향을 미친다. 즉, 접착력은 황산과 같은 산 기반 활성제를 사용할 경우 TMAH 기반 활성화제 대비 대략 최대 35% 증가한다. 반면 TMAH 를 TBAF로 등몰 대체할 경우 접착력은 거의 변하지 않는다. 활성제로는 미네랄산 또는 유기산, 미네랄 염기 또는 미네랄 염기, 루이스산 또는 루이스 염기 및 불소화 이온 분리 화합물 사용될 수 있다.
연결층의 경화 공정 중 온도 역시 영향을 미친다. 온도를 너무 낮게 설정하면 가교 반응이 충분히 일어나지 않아 지지부와 디바이스 웨이퍼를 부드럽게 분리하기에 너무 큰 접착력이 발생한다. 접착력은 대략 165℃에서 최소가 되어 이후 200℃ 이상에서 약간 다시 증가한다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체의 생성 단계를 개략적으로 도시한다. 도면에서 부재번호는 다음을 나타낸다:
1: 웨이퍼(경우에 따라 전자 부품 포함)
2: 연결층 전구체(액체)
3: 연결층
4: 연결층(경화 전)
5: 엘라스토머 층
7: 지지부
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체의 분리 공정을 개략적으로 도시한다. 부재번호는 도 1과 동일하다. 추가적으로 부재번호 (9)는 제2 지지부를 나타낸다.
우선 도 1a)에서 웨이퍼(1)의 전면에 연결층(3)(졸-겔층)을 형성하기 위한 액체 상태의 단량체(2)가 코팅된다. 이때 엘라스토머층(5) 형성용 물질(4)은 아직 액체 상태이다.
도 1의 b) 단계에서 가교 반응에 의해 상기 졸-겔층(3)이 형성된다. 이는 보통 열 작용에 의해 일어난다.
도 1c)는 본 발명에 따른 웨이퍼/지지부 구조체(1, 3, 5)의 완성된 형태를 도시하며, 도 1b)에 기초하여 먼저 엘라스토머층 형성용 물질(4)이 도포되었다. 이후 지지부(7)는 아직 (완전하게) 경화되지 않은 엘라스토머층 상에 배치된 후, 이어서 상기 엘라스토머층 형성용 물질(4)은 엘라스토머층(5)으로 경화된다.
도 2a)를 참조하면, 이미 두께가 감소된 웨이퍼(1)가 제2 지지부(9) 상에 장착된다. 도 2b)에 따르면 상기 지지부(7) 및 엘라스토머층은 연결층으로부터 기계적으로 분리된다. 도 2c)는 연결층(3)이 웨이퍼로부터 화학적으로 제거되는 모습(세정 단계)을 개략적으로 도시한다. 동시에 지지부(7)는 엘라스토머층(5)의 나머지로부터 화학적으로 분리될 수도 있다.
예시
측정 예시
측정예 1: 연결층과 엘라스토머층 사이의 접착력 측정
도 1c)에 따라 연결된 웨이퍼는 도 3에 따른 장치 및 구조에 장착되어 진공에 의해 상부 및 하부 고정 플레이트에 고정된다. 도 3에서 부재번호가 가리키는 것은 다음과 같다:
1: 상부 고정 플레이트
2: 상부 진공 공급장치
3: 지지부
4: 엘라스토머
5: 연결층을 포함하는 디바이스 웨이퍼(직경 300 mm)
6: 하부 진공 플레이트
7: 하부 고정 플레이트
8: 종료지점
9: 진공 공급장치.
상기 상부 고정 플레이트는 유연하게 배치되고 폴레카보네이트(상품명 Makrolon(등록상표), Bayer AG; GPA 2.2-2.4의 E-module 포함)로 형성된다. 상기 플레이트의 두께는 5 mm이고, 폭은 340 nm, 길이는 400 mm이다. 상기 고정 플레이트는 상기 웨이퍼(직경 300 mm)로부터 돌출되는, 길이가 상대적으로 긴 쪽에 힘이 가해지도록 장착된다.
힘을 측정하기 전 웨이퍼 적층체는 상기 상부 고정 플레이트의 자유로운 상태에 있는 단부를 화살표 방향으로 들어올려 웨이퍼의 절반까지 분리시켜, 상기 웨이퍼를 가로지르는 분리면의 길이가 최대가 되도록 한다. 계속해서 분리면을 이동시키면 자유 상태의 작동 레버 암의 길이가 늘어나고, 이에 따라 화살표 방향을 따라 배치된 측정 지점에서 측정되는 힘도 증가한다. 경험적으로 유효 작동 레버 암 길이 대략 245 mm 일 때 나타나는 최대 측정 인장력이 측정치로서 사용된다. 레버 암에 힘이 적용되는 지점은 웨이퍼 에지로부터 95 mm이다. 웨이퍼의 직경이 300 mm가 아닌 경우 접착력 발생시 직경 300 mm인 웨이퍼로 환산되며, 당업자는 변경된 레버 길이는 물론 변경된 분리면의 길이 역시 고려할 수 있다.
측정예 2: 물접촉각 결정
정지 물접촉각은 DIN 55660-2:2011-12 기준에 따라 결정된다.
측정예 3: 표면 에너지의 결정
표면 에너지(자유 표면 에너지)는 DIN 55660-2:2011-12 기준에 따라 결정된다.
측정예 4: 물롤링각의 결정
틸트 플레이트에 웨이퍼를 고정한다. 그 후 50 μL, 25 μL, 또는 10 μL의 물방울(탈이온화 및 입자 필터링됨(0.22 μm), Water Millipore, Milli-Q) 을 웨이퍼에 적하한다. 물방울이 천천히 움직이기 시작하는 각도를 검출한다. 액적 크기 별로 측정은 총 세 번 실시된다. 바람직한 측정치는 경화된 연결층 상에서, 50 μL의 경우 10-13°이고, 25 μL의 경우 18-25°, 그리고/또는 10 μL의 경우 28-55°이다.
결과가 불분명한 경우에는 물롤링각은 특히 25 μL에 대한 측정예에서 설명한 바와 같이 결정된다.
실시예
예시 1:
- 이소프로파놀(IPA, 99.8%, Carl Roth)(97.75 vol.-%), 테트라에톡시실란(TEOS, ≥99.0%, Sigma-Aldrich)(0.5 vol.-%) 및 메틸트리메톡시실란(MTMS, ≥98.0%, Sigma-Aldrich)(1.5 vol.-%)을 혼합한다. 다음, 활성화제(브뢴스테드 산 또는 염기 또는 루이스 산 또는 염기, 또는 플루오르 이온 공여체)로서 0.25 vol.-%의 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(2.38 wt% TMAH 수용액, Micro Chemicals 사)가 첨가된다.
- 활성화 정도는 사용 전 딥코팅에 의해 검사한다. 이를 위하여 새로운 비가공 실리콘 웨이퍼의 장방형 부분(대략 1x5 cm)을 용액에 침지한다. 전구체가 건조되어 층이 형성되었다면 상기 용액은 스핀 코팅에 적합한 것이다. 활성화까지 걸리는 시간은 농도와 활성화제 함량에 따라 수 분에서 며칠이다.
- 가공 대상 웨이퍼를 전구체로 완전히 덮고(200 mm 웨이퍼의 경우 약 10 mL, 300 mm 웨이퍼의 경우 약 20 mL) 약 30초 동안 둔 후 1000 rpm 에서 20초 동안 원심 분리한다.
- 이어서 아직 습기가 있는 층을 165℃에서 10분 동안 열처리한다. 이에 따라 원래 60-80 nm 였던 층두께가 40-60 nm 로 감소되고, 상기 층은 단단해진다. 물롤링각(50 μL 액적의 경우)은 10-13°이 되고, 물접촉각(10 μL인 경우, 정지 상태)은 95-105°이다.
- 제2 실리콘 웨이퍼를 첨가가교반응을 하는 실리콘 접착제로 코팅하고, 결합 챔버(bond chamber)에서 낮아진 압력(약 0.3 mbar)에서 "힘을 가하지 않는 결합(force-free bonding)"(WO 2010/061004 A1 내용 참조)에 의해 두 개의 웨이퍼가 연결된다.
- 10분 동안 실리콘 접착제를 경화시킨 후 상기 웨이퍼 적층체에 기타 공정을 실시할 수 있다.
- 웨이퍼 적층체를 분리하기 위해서 하나의 지점에서부터 시작하는데, 즉 웨이퍼의 작은 부분을 나머지 부분으로부터 분리시킨다. 이어서 진공 플레이트 상에 고정된 하부 웨이퍼를 제2 진공 플레이트를 이용하여 분리시킨다. 이때 졸-겔층은 디바이스 웨이퍼 상에 남게 되고, 분리 공정은 졸-겔 릴리스층과 실리콘 접착제 사이에서 실시된다.
- 상기한 층을 제거하기 위하여 상기 웨이퍼를 교반 상태(교반 침지)에서 10 내지 20분 동안 메틸이소부틸케톤(MIBK) 중 2.5 wt%의 테트라부틸암모늄 플루오라이드(TBAF, 97%, 시그마-알드리치)의 용액에 투입한 후 이소프로판올로 세척한다.
또는, 졸-겔층을 포함하는 웨이퍼를 4x4 센티미터 크기로 분할하고, 각 분할 부분을 에칭 용액에 투입한다(정지 침지(static dipping)). 정지 침지에 대한 값은 교반 침지에 대한 값보다 작고 직접적으로 비교될 수는 없다.
- 이때 상기 층은 아세톤, 이소프로판올, MIBK, 벤진 등의 용액에 대해 저항성을 가진다. 하지만 물, 방향족 탄소 및 염화 탄소에도 저항성을 가진다. 유기 용제 및 이에 용해된 에칭 물질(TBAF)의 조합에 의해 제거가 이루어진다.
예시 2: 연결층의 또다른 혼합비율
- 94.15 vol.-% IPA
- 2.5 vol.-% TEOS
- 2.5 vol.-% MTMS
- 0.6 vol.-% 물(H2O)
- 0.25 vol.-% 염산(HClaq, 0.95 wt%, 1M의 부피기준용액을 기준으로 희석, Carl Roth 사)
예시 3: 연결층의 또다른 혼합비율
- 97.25 vol.-% 이소프로판올
- 0.5 vol.-% TEOS
- 1 vol.-% MTMS
- 1 vol.-% 헥사데칸트리메톡시실란(HDTMS, ABCR Research Chemicals) [16415-12-6] 또는
1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸트리에톡시실란(FAS, ABCR Research Chemicals) () [51851-37-7]
- 0.25 vol.-% TMAH
더 구체적으로 제시되지 않는 한 예시 2와 예시 3의 화학 물질들은 예시 1의 물질에 상응한다.
예시 4: 물접촉각
측정예 2 및 3에 따라 예시 1 내지 3의 층들에 대하여 경화 공정 후 다음과 같은 값들이 측정되었다(표 1).
[표 1]
Figure pct00001
예시 5: 교반 침지:
졸-겔층을 포함하는 300 mm 크기(직경)의 웨이퍼를 진동 플레이트 상에 고정시키고, 세정용액 300 mL를 투입한다. 사용되는 세정용액은 도 4를 참조한다. 세정 공정 전 및 후에 상기 졸-겔층의 두께를 간섭계를 이용하여 결정하고, 대기시간 및 층두께 감소폭에 기초하여 에칭 비율은 아래의 식:
에칭비율 = 층두께 감소폭/시간
에 따라 결정한다. 일반적으로, TBAF를 함유하는 용액들이 세정용액으로 바람직하다는 결론이 얻어졌다.
예시 6: 정지 침지
크기가 4x4이고 졸-겔층을 포함하는 웨이퍼 일부분을 50 mL의 에칭 용액에 투입한다. 이때 용액은 움직임이 없도록 한다. 에칭 비율은 예시 5의 식에 따라 결정된다. 용액이 움직이지 않는 상태이므로 교반 침지(예시 5)시 보다 에칭 비율이 더 감소한다.

Claims (14)

  1. 웨이퍼;
    지지부 및 웨이퍼 쪽으로 정렬되는 엘라스토머층을 포함하는 지지 시스템; 및
    졸-겔층인 연결층;
    을 포함하는 웨이퍼/지지부 구조체로서,
    상기 졸-겔층은 단량체(1) Si(OR1)4 및 단량체(2) Si(OR1)3R2, (3) Si(OR1)2R3R4 및 (4) Si(OR1)R5R6R7 중 하나, 둘 또는 모두로부터 형성 가능하며,
    각각의 R1은 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C8 알킬기를 나타내며; R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7은 각각 서로 독립적으로 C1-C20 알킬기, 불소화된 C1-C20 알킬기, C1-C20 아미노알킬기, C2-C20 알케닐기, 아릴기, 불소화된 아릴기, 1가, 2가 또는 3가 C1-C4 알킬화된 아릴기로, 상기 알킬화는 탄소수에 대하여 서로 독립적이고 그리고/또는 잔기도 불소화될 수 있는 C1-C4 알킬화된 아릴기, 또는 C3-C20 에폭시기를 나타내는,
    웨이퍼/지지부 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단량체(2), (3) 및 (4)의 물질량에 대한 단량체(1)의 물질량 비율은 0.032(1:31.25) 내지 1.6(1.6:1)이며, 바람직하게는 0.05 내지 1(1:20 내지 1:1)이고, 보다 바람직한 것은 0.064 내지 0.5(1:15.63 내지 0.5:1)인, 웨이퍼/지지부 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연결층의 층두께는 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 150 nm, 특히 바람직하게는 30 nm 내지 100 nm인 웨이퍼/지지부 구조체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 R1은 서로 독립적으로 C1-C3 알킬기를 나타내고 그리고/또는
    R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 각각 서로 독립적으로 C1-C3 알킬기, 불소화된 C1-C3 알킬기, C2-C3 알케닐기 또는 페닐기를 나타내는, 웨이퍼/지지부 구조체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엘라스토머층은 유기 실리콘층인, 웨이퍼/지지부 구조체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    구조체 내 접착력이 가장 작은 면은 연결층과 엘라스토머 층 사이의 경계면인, 웨이퍼/지지부 구조체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 연결층 쪽을 향하는 면에 전자부품을 포함하는, 웨이퍼/지지부 구조체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부는 유리판 또는 제2 웨이퍼인, 웨이퍼/지지부 구조체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결층과 상기 엘라스토머층 사이의 접착력은 ≤ 300 N/m, 바람직하게는 ≤ 100 N/m이고, 각각의 인장 속도는 0.1 mm/s인, 웨이퍼/지지부 구조체.
  10. 연결층의 코팅 공정은 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에서 정의된 바와 같은, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 웨이퍼/지지부 구조체를 위한 코팅된 웨이퍼.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 반대편 면의 연결층은 ≥ 80°의 정지 물접촉각, 바람직하게는 ≥ 83°의 정지 물접촉각을 가지고 그리고/또는 15-25 mJ/m2의 표면 에너지를 가지는, 웨이퍼/지지부 구조체를 위한 코팅된 웨이퍼.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기술된 바와 같은 연결층을 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 웨이퍼/지지부 구조체 또는 제10항 또는 제11항 중 어느 한 항에 따른 코팅된 웨이퍼에 사용하는 방법.
  13. a) 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 웨이퍼/지지부 구조체를 준비하는 단계;
    b) 웨이퍼 후면을 가공하는 단계; 및
    c) 엘라스토머층과 연결층 사이의 경계면을 따라 상기 웨이퍼/지지부 구조체를 기계적으로 분리하는 단계;
    를 포함하는 웨이퍼의 후면 가공 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    c) 단계 이후 상기 연결층은 상기 웨이퍼로부터 화학적으로 제거되는, 웨이퍼 후면 가공 방법.
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