KR20200000547A

KR20200000547A - 기판 박리장치

Info

Publication number: KR20200000547A
Application number: KR1020180072504A
Authority: KR
Inventors: 박영규; 안기용; 김에녹
Original assignee: 에이피시스템 주식회사
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2020-01-03
Also published as: KR102494032B1

Abstract

본 발명은 박리장치의 구성과 박리 공정이 단순하며 웨이퍼의 손상없이 웨이퍼로부터 지지기판이 박리될 수 있도록 개선된 기판 박리장치에 관한 것이다.
본 발명은 개폐 가능하게 구비된 하부챔버와 상부챔버로 이루어진 챔버장치와; 상기 챔버장치 내부에 설치되며, 웨이퍼를 고정시키는 하부척과; 상기 챔버장치 내부에 설치되며, 상기 웨이퍼의 상면에 가접된 지지기판을 고정시키는 상부척과; 상기 상부척 하부에 설치되되, 상기 지지기판을 진공 흡착하게 설치된 진공쿠션패드와; 상기 챔버장치의 X축 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 지지기판을 상부로 밀어올리며 승강되는 X축 나이프 장치와; 상기 챔버장치의 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 지지기판을 상부로 밀어올리며 승강되는 Y축 나이프 장치와; 상기 챔버장치가 폐쇄된 후, 상기 챔버장치 내부로 고압의 에어를 공급하여 상기 지지기판을 상기 웨이퍼로부터 분리되게 하는 에어 공급장치와; 상기 챔버장치의 일측으로 상기 X축 나이프 장치와 상기 Y축 나이프 장치 사이에 설치되어 상기 지지기판을 감지하는 비전 카메라 장치;를 포함하는 기판 박리장치를 제공한다.

Description

기판 박리장치{APPARATUS FOR DEBONDING SUBSTRATE}

본 발명은 기판 박리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박리장치의 구성과 박리 공정이 단순하며 웨이퍼의 손상없이 웨이퍼로부터 지지기판이 박리될 수 있도록 개선된 기판 박리장치에 관한 것이다.

웨이퍼는 여러 단계의 공정을 거치는 사이 일정시간 스택 카세트(stack cassette)에 일시 적재해 둘 필요가 있으며, 각 공정을 위해 각 프로세싱 머신으로 여러 단계 이송 과정을 거치게 된다.

그런데, 지름은 12인치 정도이고 50㎛ 이하의 얇은 두께를 갖는 박막의 디바이스 웨이퍼에 대해 위와 같은 여러 단계의 반도체 공정을 수행하기 위해 원하는 지점으로 이송한다는 것은 아주 어려운 일이다.

이와 같은 디바이스 웨이퍼는 두께가 얇아서 플렉시블하기 때문에 공정 수행을 위해 웨이퍼를 그립하고, 이송하고, 안착시키는 반복적인 동작으로 표면에 크랙(crack)이 발생하거나, 파손될 수 있다.

이에 따라, 디바이스 웨이퍼에 대한 반도체 공정 및 공정 중 이송을 안전하게 수행할 수 있도록 디바이스 웨이퍼를 지지기판(또는 캐리어 웨이퍼)에 임시로 본딩(temporary bonding, 또는 가접)하여 반도체 공정을 수행한 후, 캐리어 웨이퍼를 분리(또는 박리)하는(debonding)하는 기술이 제시되었다.

종래의 박리 공정은 보통 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 접착하는 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, 캐리어 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.

상기의 문제점들을 개선하기 위하여 캐리어 웨이퍼와 디바이스 웨이퍼를 접착하는 임시 본딩 접착층으로부터 디바이스 웨이퍼를 손상없이 분리하여 디바이스 웨이퍼의 생산 수율을 향상시킬 수 있는 임시 본딩된 디바이스 웨이퍼에 대한 디본딩 방법의 구현이 요구되고 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위해, 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 사이에 형성된 접착층 최외곽의 적어도 일부가 삽입체와 같은 물리적 외력, 레이저와 같은 광학적 방식, 화학 약품과 같은 화학적 방식에 의해 그 접착력이 저하되어서 분리 개시점을 형성하게 되므로, 디바이스 웨이퍼의 손상없이 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 분리하는 것이 가능하며, 공정 시간을 절약할 수 있는 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩과 디본딩 처리방법이 등록특허공보 제10-1223633호(2013년 01월 11일, 등록)에 개시되어 있다.

이러한 등록특허의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩과 디본딩 처리방법은, 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 임시로 본딩하여 웨이퍼 접합체를 형성하는 임시 접합 단계와, 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼 사이에 형성된 접착층의 최외곽 중 적어도 일부의 접착력을 저하시켜서 분리 개시점을 형성하는 분리 개시점 형성 단계와, 상기 분리 개시점을 시작점으로 하여 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 디본딩하는 분리 단계를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 임시 접합 단계는, 캐리어 웨이퍼의 접합면에 상대적으로 약한 접착력을 갖는 약접착제를 코팅하여 약접착층을 형성하는 약접착층 형성 단계와, 상기 약접착층에 의해 덮이도록 약접착층 상의 최외곽에 약접착제에 비해 상대적으로 강한 접착력을 갖는 강접착제를 코팅하여 강접착층을 형성하는 강접착층 형성 단계를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 접착층의 최외곽으로 삽입체(칼날)를 삽입시켜 강접착층의 적어도 일부에 틈을 형성시키되, 상기 삽입체는 강접착층을 통과하도록 회전 가능하게 설치된다.

상기 분리 개시점 형성 단계에서 상기 강접착층에 레이저를 조사하여 강접착층의 적어도 일부의 접착력을 저하시키고, 캐리어 웨이퍼는 레이저를 통과하는 광투과 재질로 이루어지고, 상기 레이저는 웨이퍼 접합체에 대하여 상대 이동을 한다.

그리고 상기 등록특허의 다른 실시예로, 상기 분리 개시점 형성 단계에서, 화학 약품을 이용하여 상기 강접착층의 적어도 일부의 접착력을 저하시킨다.

그런데, 상기와 같은 종래의 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼의 본딩과 디본딩 처리방법은, 상기 임시 접합 단계에서 약접착층 상의 최외곽에 약접착제에 비해 상대적으로 강한 접착력을 갖는 강접착제를 코팅하는 별도의 코팅 단계를 실시하여야 하기 때문에 공정이 복잡해진다.

또한, 이동 가능한 레이저 장치가 구성되어야 하기 때문에 박리장치의 구성이 복잡해지고, 박리 공정 또한 복잡해진다.

그리고 상기 분리 단계를 수행하기 위하여 가압부재가 분리 개시점이 위치하는 쪽에서 상부 척을 가압하고, 상기 가압부재가 반대쪽으로 이동을 시작하면서 상부 척의 분리 개시점 즉, 일단이 외력에 의하여 들어 올려져 캐리어 웨이퍼가 디바이스 웨이퍼로부터 분리 개시점(P)을 시작으로 서서히 분리되기 때문에, 분리시 디바이스 웨이퍼에 물리적인 힘이 작용될 수밖에 없다.

이에 따라 디바이스 웨이퍼에 손상(damage)을 주게 된다.

그리고 일본 공개특허공보, JP2015-005742(2015년 01월 08일, 공개)에도 박리장치가 개시되어 있다.

상기한 일본 공개특허의 박리장치는, 지지 기판의 주면(主面)에 웨이퍼가 접착되고, 웨이퍼의 한 면에 상기 웨이퍼보다도 큰 크기의 다이싱 테이프가 부착된 워크로부터 지지기판을 박리시키는 박리장치로서, 상기 워크를 다이싱 테이프 측에서 흡착 유지하는 흡착면을 갖는 흡착 스테이지와, 이 흡착 스테이지에 흡착 유지된 워크에 있어서의 상기 지지기판의 주면측과 뒷면(또는 이면)측과의 사이에 상기 주면(主面)측이 양압이 되는 압력차를 상기 주면에 있어서의 웨이퍼의 한쪽 끝으로부터 다른 쪽 끝에 향하여 범위를 서서히 확대시키면서 작용시켜, 상기 한쪽 끝에서 웨이퍼와 상기 지지기판 사이에서 발생한 개열(開裂, 벌려짐)을 웨이퍼의 한쪽 끝으로부터 다른 쪽 끝으로 향해서 점차 성장시키는 개열성장기구를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 개열성장기구에는 상부 챔버에 장착된 흡반이 포함되고, 이 흡반은 선형공동(실린더 실)이 구비되고, 이 실린더 실에는 피스톤이 왕복 운동하며, 상기 실린더 실의 일 단에는 샤프트가 삽입되며, 이 샤프트의 후단에는 액추에이터의 슬라이더가 고정된다.

이와 같이, 종래의 박리장치는 장치의 구성이 복잡하고, 복잡한 장치에 의해 수행되는 웨이퍼로부터 지지기판의 박리 공정이 복잡해진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 박리장치의 구성이 단순하여 수행되는 박리 공정이 단순하고 웨이퍼가 손상되지 않고 웨이퍼로부터 지지기판이 박리될 수 있도록 한 기판 박리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기판 박리장치는,

개폐 가능하게 구비된 하부챔버와 상부챔버로 이루어진 챔버장치와;

상기 챔버장치 내부에 설치되며, 웨이퍼를 고정시키는 하부척과;

상기 챔버장치 내부에 설치되며, 상기 웨이퍼의 상면에 가접된 지지기판을 고정시키는 상부척과;

상기 상부척 하부에 설치되되, 상기 지지기판을 진공 흡착하게 설치된 진공쿠션패드와;

상기 챔버장치의 X축 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 지지기판을 상부로 밀어 올리며 승강되는 X축 나이프 장치와;

상기 챔버장치의 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 지지기판을 상부로 밀어 올리며 승강되는 Y축 나이프 장치와;

상기 챔버장치가 폐쇄된 후, 상기 챔버장치 내부로 고압의 에어를 공급하여 상기 지지기판을 상기 웨이퍼로부터 분리되게 하는 에어 공급장치와;

상기 챔버장치의 일측으로 상기 X축 나이프 장치와 상기 Y축 나이프 장치 사이에 설치되어 상기 지지기판을 감지하는 비전 카메라 장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 챔버장치의 하부에는 상기 챔버장치가 소정 각도로 회전될 수 있도록 구동부가 설치된다.

본 발명에 있어서, 상기 구동부에 의해 상기 챔버장치는 180도 회전한다.

본 발명에 있어서, 상기 비전 카메라 장치에는 상기 지지기판 박리시 상기 X축 나이프 장치와 상기 Y축 나이프 장치의 나이프가 받는 압력을 측정하는 로드셀이 구비된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 기판 박리장치는 장치의 구성이 단순하여 박리 공정이 단순하고, 압축 공기에 의해 박리 공정이 마무리 되므로, 웨이퍼에 손상(damage)을 전혀 주지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 기판 박리장치의 외관 구성을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 챔버장치의 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 X축 나이프 장치, Y축 나이프 장치 및 비전 카메라 장치의 작동을 순차적으로 나타내 보인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 기판 박리장치에 의한 박리 공정을 순차적으로 나타내 보인 순서도.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 기판 박리장치의 작동을 보다 명료하게 설명하기 위해 도 2의 'A'부를 상세하게 도시한 작동도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 기판 박리장치의 외관 구성을 나타낸 사시도가 도시되어 있다.

그리고 도 2에는 도 1의 챔버장치의 단면도가 도시되어 있다.

설명에 앞서, 본 발명에 따른 기판 박리장치에 첨부된 단면도에서 지지기판, 웨이퍼 및 가접착재를 포함한 챔버장치를 나타낸 두께는 각 부재를 보다 명료한 설명을 위해 비례 척도로 도시하지 않았음(NS; Not to Scale)을 미리 밝혀 둔다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 박리장치는, 실질적으로 사각형으로 이루어지고 개폐 가능하게 구비된 하부챔버(10)와 상부챔버(40)로 구분되어 이루어진 챔버장치(100)와, 이 챔버장치(100) 내부에 설치되며 웨이퍼(w)를 고정시키는 하부척(20)과, 상기 챔버장치(100) 내부에 설치되며 웨이퍼(w)의 상면에 가접착재(B)에 의해 가접된 지지기판(S)을 고정시키는 상부척(30)과, 이 상부척(30) 하부에 설치되되 지지기판(S)을 진공 흡착하게 설치된 진공쿠션패드(50)를 포함하여 구성된다.

한편, 도 2에서 설명되지 않은 도면번호 'f'는 보호필름을 나타내 보인 것이다.

상기 진공쿠션패드(50)는 지지기판(S)을 적절하게 흡착하여 안전하게 고정할 수 있도록 두께 방향으로 탄성을 갖는 스폰지를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 기판 박리장치에는, 상기 챔버장치(100)의 X축 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 지지기판(S)을 상부로 밀어올리며 승강되는 X축 나이프 장치(150)와, 상기 챔버장치(100)의 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 지지기판(S)을 상부로 밀어 올리며 승강되는 Y축 나이프 장치(140)가 구비된다.

이러한 X축 나이프 장치(150)와 Y축 나이프 장치(140)의 선단에는 X축나이프(151)와 Y축나이프(141)가 각각 설치된다.

그리고 상기 X축 나이프 장치(150)와 Y축 나이프 장치(140)는 전진, 후진 및 승강이 가능하도록 이송장치(130)가 구비된다.

즉, 상기 이송장치(130)는 X축 나이프 장치(150)와 Y축 나이프 장치(140)의 X축나이프(151) 및 Y축나이프(141)가 박리 공정 수행시 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동할 수 있도록 작동된다.

또한, 본 발명에 따른 기판 박리장치는, 후술하는 바와 같이, 상기 챔버장치(100)가 폐쇄된 후, 챔버장치(100) 내부로 고압의 에어를 공급하여 지지기판(S)을 웨이퍼(w)로부터 분리되게 하는 에어 공급장치(200)와, 상기 챔버장치(100)의 일측으로 X축 나이프 장치(150)와 Y축 나이프 장치(140) 사이에 설치되어 지지기판(S)의 에지(edge)를 감지하는 비전 카메라 장치(160)를 포함하여 구성된다.

또한, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 비전 카메라 장치(160)에는 지지기판(S) 박리시 X축 나이프 장치(150)와 Y축 나이프 장치(140)의 X축나이프(151) 및 Y축나이프(141)가 X축, Y축 및 Z축 방향으로 받는 압력(또는 부하)을 측정하는 로드셀(142,152)이 구비된다.

즉, 상기 X축 나이프 장치(150)와 Y축 나이프 장치(140)는 전진, 후진 및 승강이 가능하므로, X축 나이프 장치(150)와 Y축 나이프 장치(140)의 X축나이프(151) 및 Y축나이프(141)가 지지기판(S)을 웨이퍼(w)로부터 분리되게 하는 박리 공정 수행시 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동을 하게 된다.

이때, X축나이프(151) 및 Y축나이프(141)가 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동하며 박리 공정 수행시 압력을 받게 되고, 이를 상기 로드셀(142,152)이 상기 압력을 측정하여 본 발명에 따른 기판 박리장치의 제어부(미도시)에 송신한다.

그러면, 상기 제어부에서 상기 X축 나이프 장치(150)와 Y축 나이프 장치(140)의 예컨대, 이송 속도를 적절하게 제어하여 적절한 박리 공정이 수행되도록 한다.

그리고 상기 챔버장치(100)의 하부에는 챔버장치(100)가 소정 각도로 회전될 수 있도록 구동부(120)가 설치된다.

특히, 상기 구동부(120)에 의해 챔버장치(100)는 180도 회전한다.

따라서 상기 X축 나이프 장치(150), Y축 나이프 장치(140) 및 비전 카메라 장치(160)가 반대편 방향으로 이송될 필요가 없다.

즉, 상기 X축 나이프 장치(150), Y축 나이프 장치(140) 및 비전 카메라 장치(160)는 일정 위치에 고정되어 작동된다.

다시 말해서, 일측의 X축 방향과 Y축 방향의 박리 공정이 수행되면, 상기 챔버장치(100)가 180도 회전을 하여 타측(또는 반대측)의 X축 방향과 Y축 방향의 박리 공정을 수행하면 된다.

이에 따라 작업 공간을 줄일 수 있고, 장치의 구성(또는 구조)이 단순해질 수 있다.

한편, 도 1에서 설명되지 않은 도면번호 110은 스테이지 장치이다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 기판 박리장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 4에는 본 발명에 따른 기판 박리장치에 의한 박리 공정을 순차적으로 나타내 보인 순서도가 도시되어 있다.

그리고 도 5 내지 도 8에는 본 발명에 따른 기판 박리장치의 작동을 보다 명료하게 설명하기 위해 도 2의 'A'부를 상세하게 도시한 작동도가 순차적으로 도시되어 있다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 박리장치는, 우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 X축 나이프 장치(150)의 X축나이프(151)가 가접착재(B) 하부로 삽입되고, 상기 X축나이프(151)가 상승한다.(S210,S220)

그런 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 상부척(30)이 진공장치(미도시)를 작동시켜 지지기판(S)을 흡착하여 고정시킨다.(S230)

이때, 진공장치의 진공이 상부척(30)의 에지부에 작용되어, 진공쿠션패드(50)와 함께 지지기판(S)의 에지부가 상부척(30) 방향으로 흡착된다.

또한, X축나이프(151)는 전진 이동을 하여, 지지기판(S)의 에지부가 웨이퍼(w)로부터 박리 및 흡착된다.(S240)

이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 Y축 나이프 장치(140)의 Y축나이프(141)가 가접착재(B) 하부로 삽입되고, 상기 Y축나이프(141)가 상승하며, 이동하고, 6과 같은 동작으로 지지기판(S)의 에지부가 박리 및 흡착된다.(S250,S260,S270)

그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 챔버장치(100)를 폐쇄하고, 에어 공급장치(200)가 챔버장치(100) 내부로 고압의 에어(또는 압축공기)(예컨대, CDA; Clean Dry Air)를 공급하여 가압하고, 지지기판(S)과 웨이퍼(w)를 분리한다.(S280,S290,S300)

이와 같이, X축나이프(151)와 Y축나이프(141)가 먼저 지지기판(S)의 에지를 박리한 후, 압축 에어를 공급하여 지지기판(S) 전체를 박리한다.

따라서 본 발명에 따른 기판 박리장치는, 장치의 구성이 단순하여 박리 공정이 단순하고, 압축 공기에 의해 전체적인 박리 공정이 마무리 되므로, 웨이퍼(w)에 손상(damage)을 주지 않는다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10. 하부챔버
20. 하부척
30. 상부척
40. 상부챔버
50. 진공쿠션패드
100. 챔버장치
120. 구동부
130. 이송장치
140. Y축 나이프 장치
141. Y축나이프
142,152. 로드셀
150. X축 나이프 장치
151. X축나이프
160. 비전 카메라 장치
200. 에어 공급장치

Claims

개폐 가능하게 구비된 하부챔버와 상부챔버로 이루어진 챔버장치와;
상기 챔버장치 내부에 설치되며, 웨이퍼를 고정시키는 하부척과;
상기 챔버장치 내부에 설치되며, 상기 웨이퍼의 상면에 가접된 지지기판을 고정시키는 상부척과;
상기 상부척 하부에 설치되되, 상기 지지기판을 진공 흡착하게 설치된 진공쿠션패드와;
상기 챔버장치의 X축 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 지지기판을 상부로 밀어 올리며 승강되는 X축 나이프 장치와;
상기 챔버장치의 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 지지기판을 상부로 밀어 올리며 승강되는 Y축 나이프 장치와;
상기 챔버장치가 폐쇄된 후, 상기 챔버장치 내부로 고압의 에어를 공급하여 상기 지지기판을 상기 웨이퍼로부터 분리되게 하는 에어 공급장치와;
상기 챔버장치의 일측으로 상기 X축 나이프 장치와 상기 Y축 나이프 장치 사이에 설치되어 상기 지지기판을 감지하는 비전 카메라 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 박리장치.
제1항에 있어서,
상기 챔버장치의 하부에는 상기 챔버장치가 소정 각도로 회전될 수 있도록 구동부가 설치된 것을 특징으로 하는 기판 박리장치.
제2항에 있어서,
상기 구동부에 의해 상기 챔버장치는 180도 회전하는 것을 특징으로 하는 기판 박리장치.
제1항에 있어서,
상기 비전 카메라 장치에는 상기 지지기판 박리시 상기 X축 나이프 장치와 상기 Y축 나이프 장치의 나이프가 받는 압력을 측정하는 로드셀이 구비된 것을 특징으로 하는 기판 박리장치.