KR20220097097A - 웨이퍼 분리 장치 - Google Patents

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이항림
조재원
김정균
노희범
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세메스 주식회사
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Abstract

웨이퍼 분리 장치가 개시된다. 상기 웨이퍼 분리 장치는, 디바이스 웨이퍼 상에 캐리어 웨이퍼가 임시로 본딩된 웨이퍼 접합체 상에 자외선 광을 조사하여 상기 디바이스 웨이퍼와 상기 캐리어 웨이퍼 사이의 접합력을 감소시키는 자외선 조사 모듈과, 상기 디바이스 웨이퍼로부터 상기 캐리어 웨이퍼를 분리시키기 위한 웨이퍼 분리 모듈과, 상기 자외선 조사 모듈과 상기 웨이퍼 분리 모듈 사이에서 상기 웨이퍼 접합체를 이송하기 위한 웨이퍼 이송 모듈을 포함한다.

Description

웨이퍼 분리 장치{WAFER DEBONDING APPARATUS}
본 발명의 실시예들은 웨이퍼 분리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 다이들을 포함하는 디바이스 웨이퍼로부터 캐리어 웨이퍼를 분리하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자들은 일련의 제조 공정들을 반복적으로 수행함으로써 반도체 기판으로서 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 상기 반도체 소자들이 형성된 웨이퍼는 다이싱 공정을 통해 복수의 다이들로 분할될 수 있으며, 상기 다이들은 기판 상에 탑재된 후 몰딩 공정을 통해 반도체 패키지들로 제조될 수 있다.
한편, 상기 웨이퍼 상에 반도체 소자들을 형성한 후 상기 웨이퍼의 두께를 감소시키기 위한 백그라인딩 공정이 수행될 수 있다. 상기 백그라인딩 공정에 의해 두께가 얇아진 웨이퍼는 통상 50㎛ 이하의 얇은 두께를 가질 수 있으며, 상기와 같이 두께가 얇아진 웨이퍼의 핸들링을 용이하게 하기 위해 상기 웨이퍼(이하, 캐리어 웨이퍼와의 구분을 위해 ‘디바이스 웨이퍼’라 함) 상에는 유리 또는 실리콘과 같은 물질로 이루어지는 캐리어 웨이퍼가 접합층을 통해 본딩될 수 있으며, 다이싱 테이프를 통해 대략 원형 링 형태의 마운트 프레임에 장착될 수 있다.
상기와 같이 디바이스 웨이퍼 상에 부착된 캐리어 웨이퍼는 후속 공정을 위해 상기 디바이스 웨이퍼로부터 분리될 수 있다. 상기 디바이스 웨이퍼로부터 캐리어 웨이퍼를 분리하는 공정(debonding process) 쐐기 형태의 삽입 부재를 이용하여 분리 개시점을 형성하고 상기 분리 개시점으로부터 상기 디바이스 웨이퍼로부터 상기 캐리어 웨이퍼를 분리하는 방법과, 자외선 조사, 레이저 조사, 가열 등의 방법으로 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼 사이의 접합 강도를 감소시킨 후 상기 캐리어 웨이퍼를 상기 디바이스 웨이퍼로부터 분리하는 방법이 있다. 그러나, 상기 접합 강도가 충분히 감소되지 않은 경우 상기 캐리어 웨이퍼를 상기 디바이스 웨이퍼로부터 분리시키지 못하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0132558호 (공개일자 2017년 12월 04일) 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0046937호 (공개일자 2020년 05월 07일)
본 발명의 실시예들은 디바이스 웨이퍼로부터 캐리어 웨이퍼를 용이하게 분리할 수 있는 웨이퍼 분리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 웨이퍼 분리 장치는, 디바이스 웨이퍼 상에 캐리어 웨이퍼가 임시로 본딩된 웨이퍼 접합체 상에 자외선 광을 조사하여 상기 디바이스 웨이퍼와 상기 캐리어 웨이퍼 사이의 접합력을 감소시키는 자외선 조사 모듈과, 상기 디바이스 웨이퍼로부터 상기 캐리어 웨이퍼를 분리시키기 위한 웨이퍼 분리 모듈과, 상기 자외선 조사 모듈과 상기 웨이퍼 분리 모듈 사이에서 상기 웨이퍼 접합체를 이송하기 위한 웨이퍼 이송 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 제1항에 있어서, 상기 자외선 조사 모듈은, 상기 웨이퍼 접합체를 지지하기 위한 웨이퍼 스테이지와, 상기 웨이퍼 스테이지의 상부에 배치되며 상기 웨이퍼 접합체 상으로 상기 자외선 광을 조사하기 위한 자외선 조사 유닛을 포함할 수 있으며, 상기 자외선 조사 유닛은 상기 웨이퍼 접합체의 상부면 전체 상에 상기 자외선 광이 조사되도록 배열되는 복수의 자외선 램프들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 자외선 램프들은 상기 웨이퍼 접합체의 중심과 수직 방향으로 대응하는 중심을 갖는 복수의 동심원들을 따라 배열될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 동심원들 중 최외측 동심원은 상기 웨이퍼 접합체와 동일한 직경을 갖고 상기 자외선 램프들 중 최외측 자외선 램프들의 중심은 상기 최외측 동심원 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 최외측 자외선 램프들 사이의 간격은 나머지 자외선 램프들 사이의 간격보다 좁게 구성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 자외선 램프들의 동작을 제어하기 위한 램프 제어부를 더 포함하며, 상기 램프 제어부는 상기 자외선 램프들 중 최외측 자외선 램프들로부터 조사되는 자외선 광의 세기가 나머지 자외선 램프들로부터 조사되는 자외선 광의 세기보다 크게 되도록 상기 자외선 램프들의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 램프 제어부는 상기 자외선 램프들 중 최외측 자외선 램프들에 의한 자외선 광의 조사 시간이 나머지 자외선 램프들에 의한 자외선 광의 조사 시간보다 길게 되도록 상기 자외선 램프들의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 웨이퍼 분리 모듈은, 상기 웨이퍼 접합체의 가장자리 부위를 따라 상기 가장자리 부위의 두께를 측정하기 위한 센싱 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 웨이퍼 분리 장치는, 상기 가장자리 부위의 두께 변화에 기초하여 상기 접합력이 가장 낮은 부위를 검출하고 상기 접합력이 가장 낮은 부위로부터 상기 디바이스 웨이퍼와 상기 캐리어 웨이퍼 사이를 분리시키도록 상기 웨이퍼 분리 모듈의 동작을 제어하는 공정 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 센싱 유닛은 상기 웨이퍼 접합체의 가장자리 부위의 상부에 배치되며 상기 웨이퍼 접합체의 가장자리 부위의 상부면까지 거리를 측정하기 위한 거리 센서를 포함하고, 상기 공정 제어부는 상기 거리 센서에 의해 측정된 거리에 기초하여 상기 가장자리 부위의 두께를 산출할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 웨이퍼 분리 모듈은, 상기 캐리어 웨이퍼가 위를 향하도록 상기 웨이퍼 접합체를 지지하고 상기 디바이스 웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 하부 진공척과, 상기 하부 진공척을 회전시키기 위한 하부 척 구동부를 더 포함하며, 상기 거리 센서는 상기 웨이퍼 접합체가 상기 하부 척 구동부에 의해 회전하는 동안 상기 웨이퍼 접합체의 가장자리 부위의 상부면까지 거리를 측정할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 공정 제어부는 상기 측정된 가장자리 부위의 두께 평균값을 산출하고, 상기 두께 평균값이 기 설정된 범위를 만족하는지 여부에 따라 상기 자외선 광의 조사가 정상적으로 수행되었는지 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 웨이퍼 분리 모듈은, 상기 접합력이 가장 낮은 부위에서 상기 캐리어 웨이퍼의 가장자리 일부를 파지하고 상기 캐리어 웨이퍼의 가장자리 일부를 상기 디바이스 웨이퍼로부터 분리시키기 위한 제1 분리 유닛과, 상기 제1 분리 유닛에 의해 파지된 상기 캐리어 웨이퍼의 가장자리 일부를 제외한 나머지 부위를 파지하고 상기 캐리어 웨이퍼의 가장자리 일부에 이어서 나머지 부위를 상기 디바이스 웨이퍼로부터 분리시키기 위한 제2 분리 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 웨이퍼 분리 장치는, 상기 웨이퍼 접합체의 수납을 위한 제1 카세트가 놓여지는 제1 로드 포트와, 상기 디바이스 웨이퍼로부터 분리된 상기 캐리어 웨이퍼의 수납을 위한 제2 카세트가 놓여지는 제2 로드 포트를 더 포함하며, 상기 웨이퍼 이송 모듈은 상기 제1 카세트로부터 상기 웨이퍼 접합체를 인출하여 상기 자외선 조사 모듈로 이송하고 상기 디바이스 웨이퍼로부터 분리된 상기 캐리어 웨이퍼를 상기 웨이퍼 분리 모듈로부터 상기 제2 카세트로 이송할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 자외선 램프들을 이용하여 상기 웨이퍼 접합체 상에 자외선 광을 균일하게 조사할 수 있으며, 이를 통해 상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼 사이의 접합력을 균일하게 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 센싱 유닛을 통해 상기 접합력이 가장 낮은 상기 웨이퍼 접합체의 가장자리 부위를 검출하며, 이어서 상기 접합력이 가장 낮은 가장자리 부위로부터 상기 캐리어 웨이퍼의 분리를 수행할 수 있다. 따라서, 상기 디바이스 웨이퍼로부터 상기 캐리어 웨이퍼의 분리가 보다 용이하게 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 분리 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 자외선 조사 모듈을 설명하기 위한 개략적인 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 자외선 조사 유닛을 설명하기 위한 개략적인 저면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 웨이퍼 분리 모듈을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 센싱 유닛을 설명하기 위한 개략적인 정면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 웨이퍼 분리 모듈을 설명하기 위한 개략적인 정면도이다.
도 7 내지 도 9는 도 6에 도시된 웨이퍼 분리 모듈의 동작을 설명하기 위한 개략적인 정면도들이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 분리 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 분리 장치(100)는 반도체 소자들이 형성된 디바이스 웨이퍼(10; 도 2 참조)로부터 캐리어 웨이퍼(20; 도 2 참조)를 분리하기 위해 사용될 수 있다. 상기 캐리어 웨이퍼(20)는 유리 또는 실리콘 등의 광투과 물질로 이루어질 수 있으며 접합층(30; 도 2 참조)을 통해 상기 디바이스 웨이퍼(10) 상에 부착될 수 있다. 상기 접합층(30)은 상기 디바이스 웨이퍼(10)와 상기 캐리어 웨이퍼(20)를 결합하기 위한 접합력을 제공할 수 있으며 상기 자외선 경화를 통해 상기 접합력이 감소될 수 있다.
상기 디바이스 웨이퍼(10)와 상기 캐리어 웨이퍼(20)가 임시로 본딩된 웨이퍼 접합체(2)는 다이싱 테이프(12; 도 2 참조) 상에 부착된 상태로 제공될 수 있다. 특히, 상기 디바이스 웨이퍼(10)가 상기 다이싱 테이프(12) 상에 부착될 수 있으며, 상기 다이싱 테이프(12)는 대략 원형 링 형태의 마운트 프레임(14; 도 2 참조)에 장착될 수 있다.
상기 웨이퍼 분리 장치(100)는, 상기 웨이퍼 접합체(2) 상에 자외선 광을 조사하여 상기 접합력을 감소시키는 자외선 조사 모듈(102)과, 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 상기 캐리어 웨이퍼(20)를 분리시키기 위한 웨이퍼 분리 모듈(200)과, 상기 자외선 조사 모듈(102)과 상기 웨이퍼 분리 모듈(200) 사이에서 상기 웨이퍼 접합체(2)를 이송하는 웨이퍼 이송 모듈(150)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접합력을 감소시키는데 상당한 시간이 소요될 수 있으므로 상기 웨이퍼 분리 장치(100)는 두 개의 자외선 조사 모듈(102)을 구비할 수 있다. 그러나, 상기 자외선 조사 모듈(102)의 개수는 다양하게 변경 가능하므로 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 자외선 조사 모듈을 설명하기 위한 개략적인 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 자외선 조사 유닛을 설명하기 위한 개략적인 저면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 자외선 조사 모듈(102)은 상기 웨이퍼 접합체(2) 상에 자외선 광을 조사하여 상기 디바이스 웨이퍼(10)와 상기 캐리어 웨이퍼(20) 사이의 접합력을 감소시킬 수 있다. 상기 자외선 조사 모듈(102)은 상기 웨이퍼 접합체(2)를 지지하기 위한 웨이퍼 스테이지(110)와, 상기 웨이퍼 스테이지(110)의 상부에 배치되며 상기 디바이스 웨이퍼(10)와 상기 캐리어 웨이퍼(20) 사이의 접합력을 감소시키기 위해 상기 웨이퍼 접합체(2) 상으로 자외선 광을 조사하기 위한 자외선 조사 유닛(120)을 포함할 수 있다.
상기 자외선 조사 유닛(120)은 상기 웨이퍼 접합체(2)의 상부면 전체 상에 상기 자외선 광이 균일하게 조사되도록 배열되는 복수의 자외선 램프들(122)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자외선 램프들(122)은 상기 웨이퍼 접합체(2)의 중심과 수직 방향으로 대응하는 중심을 갖는 복수의 동심원들을 따라 배열될 수 있다.
예를 들면, 상기 동심원들 중 최외측 동심원은 상기 웨이퍼 접합체(2)와 동일한 직경을 가질 수 있으며, 상기 자외선 램프들(122) 중 최외측 자외선 램프들의 중심은 상기 최외측 동심원 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 자외선 램프들(122)은 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 따라서, 상기 접합층(30)의 접합력이 충분히 그리고 균일하게 감소될 수 있으며, 이에 의해 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 분리가 보다 용이하게 수행될 수 있다.
상기 자외선 램프들(122)은 도시된 바와 같이 각각 원형으로 구성될 수 있으며 서로 동일한 크기를 가질 수 있다. 특히, 상기 최외측 자외선 램프들 사이의 간격은 나머지 자외선 램프들 사이의 간격보다 다소 좁게 구성될 수 있으며, 이에 의해 상기 접합층(30)의 가장자리 부위의 접합력이 보다 충분히 감소될 수 있고, 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 분리가 보다 용이하게 개시될 수 있다.
다른 예로서, 상기 자외선 조사 모듈(102)은 상기 자외선 램프들(122)로부터 조사되는 상기 자외선 광의 세기를 제어하기 위한 램프 제어부(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 램프 제어부는 상기 자외선 램프들(122) 중 최외측 자외선 램프들로부터 조사되는 자외선 광의 세기가 나머지 자외선 램프들로부터 조사되는 자외선 광의 세기보다 크게 되도록 상기 자외선 램프들(122)의 동작을 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 자외선 램프들(122)은 서로 동일한 크기를 가질 수 있으며, 아울러 상기 자외선 램프들(122) 사이의 간격은 모두 동일하게 구성될 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 램프 제어부는 상기 자외선 램프들(122) 중 최외측 자외선 램프들에 의한 자외선 광의 조사 시간이 나머지 자외선 램프들에 의한 자외선 광의 조사 시간보다 길게 되도록 상기 자외선 램프들(122)의 동작을 제어할 수 있다.
또 다른 예로서, 도시되지는 않았으나, 상기 자외선 조사 유닛(120)은, 상기 웨이퍼 접합체(2)와 동일한 직경을 갖는 원을 따라 배열되는 외측 자외선 램프들과, 상기 외측 자외선 램프들의 내측에 배치되는 내측 자외선 램프들을 포함할 수 있으며, 상기 내측 자외선 램프들은 상기 외측 자외선 램프들보다 작은 크기를 가질 수 있다. 이때, 상기 내측 자외선 램프들은 상기 원과 중심을 공유하는 복수의 동심원들을 따라 배열될 수 있으며, 이와 다르게, 상기 내측 자외선 램프들은 복수의 행과 열의 형태로 배열될 수도 있다.
또한, 상기 램프 제어부는 상기 외측 자외선 램프들로부터 조사되는 자외선 광의 세기가 상기 내측 자외선 램프들로부터 조사되는 자외선 광의 세기보다 크게 되도록 상기 외측 및 내측 자외선 램프들 동작을 제어할 수 있다. 다른 예로서, 상기 램프 제어부는 상기 외측 자외선 램프들에 의한 자외선 광의 조사 시간이 상기 내측 자외선 램프들에 의한 자외선 광의 조사 시간보다 길게 되도록 상기 외측 및 내측 자외선 램프들의 동작을 제어할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 웨이퍼 이송 모듈은 이송 로봇을 포함할 수 있으며, 상기 자외선 조사 모듈(102)에 의해 자외선 광의 조사가 완료된 상기 웨이퍼 접합체(2)는 상기 이송 로봇(150)에 의해 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)로 이송될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 웨이퍼 분리 모듈을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)은 상기 캐리어 웨이퍼(20)가 위를 향하도록 상기 웨이퍼 접합체(2)를 지지하기 위한 하부 진공척(210)을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 하부 진공척(210)은 상기 디바이스 웨이퍼(10)가 부착된 상기 다이싱 테이프(12)의 하부면을 진공 흡착하기 위한 복수의 진공홀들(미도시)을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)은 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위를 따라 상기 가장자리 부위의 두께를 측정하기 위한 센싱 유닛(220)을 포함할 수 있다. 상기 센싱 유닛(220)은 상기 하부 진공척(210)의 상부에 배치될 수 있으며, 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)은 상기 하부 진공척(210) 상의 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위가 상기 센싱 유닛(220)의 하부에 위치되도록 상기 하부 진공척(210)을 제1 수평 방향으로 이동시키는 제1 수평 구동부(202)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)은 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 상기 캐리어 웨이퍼(20)를 분리시키기 위한 제1 분리 유닛(230)과 제2 분리 유닛(240) 및 상기 제1 및 제2 분리 유닛들(230, 240)과 상기 센싱 유닛(220)을 상기 제1 수평 방향에 대하여 수직하는 제2 수평 방향으로 이동시키기 위한 제2 수평 구동부(204)를 포함할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 센싱 유닛을 설명하기 위한 개략적인 정면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 웨이퍼 접합체(2)가 상기 하부 진공척(210) 상으로 이송된 후 상기 제1 수평 구동부(202)는 상기 하부 진공척(210)을 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위 두께 측정을 위해 기 설정된 위치로 수평 이동시킬 수 있으며, 상기 제2 수평 구동부(204)는 상기 센싱 유닛(220)이 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위 상부에 위치되도록 상기 센싱 유닛(220)을 수평 이동시킬 수 있다.
상기 웨이퍼 분리 모듈(200)은 상기 하부 진공척(210)을 회전시키기 위한 하부 척 구동부(206)를 포함할 수 있으며, 상기 센싱 유닛(220)은 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위 두께를 측정하기 위한 거리 센서(222)를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 상기 웨이퍼 분리 장치(100)는 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)의 동작을 제어하기 위한 공정 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위가 상기 센싱 유닛(220)의 아래에 위치된 후 상기 하부 척 구동부(206)는 상기 하부 진공척(210)을 회전시킬 수 있으며, 상기 거리 센서(222)는 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위의 상부면까지의 거리를 측정할 수 있다. 상기 공정 제어부는 상기 거리 센서(222)의 측정 결과에 기초하여 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위의 두께를 산출할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공정 제어부는 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위의 두께 변화에 기초하여 상기 디바이스 웨이퍼(10)와 상기 캐리어 웨이퍼(20) 사이의 접합력이 가장 낮은 부위를 검출할 수 있으며, 상기 접합력이 가장 낮은 부위로부터 상기 디바이스 웨이퍼(10)와 상기 캐리어 웨이퍼(20) 사이를 분리시키도록 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)의 동작을 제어할 수 있다.
도 6은 도 4에 도시된 웨이퍼 분리 모듈을 설명하기 위한 개략적인 정면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)은, 상기 접합력이 가장 낮은 부위에서 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 가장자리 일부를 파지하고 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 가장자리 일부를 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 분리시키는 제1 분리 유닛(230)과, 상기 제1 분리 유닛(230)에 의해 파지된 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 가장자리 일부를 제외한 나머지 부위를 파지하고 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 가장자리 일부에 이어서 상기 나머지 부위를 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 분리시키는 제2 분리 유닛(240)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 접합층(30)은 감압성 점착제와 광중합성 화합물 및 광개시제 등을 포함할 수 있으며, 상기 자외선 광의 조사에 의해 상기 광중합성 화합물 및 상기 광개시제 사이의 광중합 반응에 의해 상기 접합력이 감소될 수 있다. 특히, 상기 광중합 반응에 의해 기포가 발생될 수 있으며, 이에 따라 상기 웨이퍼 접합체(2)의 두께가 변화될 수 있다. 예를 들면, 상기 공정 제어부는 상기 웨이퍼 접합체(2)의 두께가 가장 두꺼운 가장자리 부위로부터 상기 웨이퍼 분리 공정이 시작되도록 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 하부 척 구동부(206)는 상기 접합력이 가장 낮은 부위가 상기 제1 분리 유닛(230)의 하부에 위치되도록 상기 하부 진공척(210)을 회전시킬 수 있으며, 이어서 상기 제1 및 제2 분리 유닛들(230, 240)에 의해 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 분리가 수행될 수 있다.
상기 제1 분리 유닛(230)은, 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 가장자리 일부를 진공 흡착하기 위한 제1 상부 진공척(232)과, 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 가장자리 일부가 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 분리되도록 상기 제1 상부 진공척(232)을 상승시키는 제1 상부 척 구동부(234)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 분리 유닛(240)은, 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 나머지 부위를 진공 흡착하기 위한 제2 상부 진공척(242)과, 상기 제1 분리 유닛(230)과 상기 제2 상부 진공척(242)을 상승시키는 제2 상부 척 구동부(244)를 포함할 수 있다.
상기 제2 상부 진공척(242)의 일측 부위는 상기 제2 상부 척 구동부(244)에 회전 가능하도록 장착될 수 있으며, 상기 제2 상부 진공척(242)의 타측 부위는 링크 기구(246)에 의해 상기 제2 상부 척 구동부(244)에 연결될 수 있다.
예를 들면, 상기 제2 분리 유닛(240)은 상기 제2 상부 진공척(242)의 일측 부위를 상기 제2 상부 척 구동부(244)에 회전 가능하도록 장착하기 위한 제1 브래킷(248)과 회전축(250) 그리고 상기 회전축(250)을 통해 회전 가능하도록 일측 부위가 상기 회전축(250)에 연결되는 제2 브래킷(252)을 포함할 수 있으며, 상기 제2 상부 진공척(242)은 상기 제2 브래킷(252)의 하부에 장착될 수 있다. 이때, 상기 링크 기구(246)는 상기 제2 브래킷(252)의 타측 부위에 연결될 수 있으며, 상기 제2 상부 척 구동부(244)는 상기 링크 기구(246)를 상승시킴으로써 상기 제2 상부 진공척(242)을 상기 회전축(250)을 중심으로 상방으로 회전시킬 수 있다.
상기 제1 상부 진공척(232)과 상기 제1 상부 척 구동부(234)는 상기 제2 분리 유닛(240)에 장착될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 분리 유닛(240)은 상기 제1 분리 유닛(230)을 장착하기 위한 제3 브래킷(254)을 포함할 수 있다. 상기 제3 브래킷(254)은 상기 제2 브래킷(252)의 타측 부위 상에 장착될 수 있으며, 상기 제3 브래킷(254)의 일측에 상기 제1 상부 척 구동부(230)가 장착될 수 있다.
상기 제1 상부 척 구동부(234)로는 공압 실린더가 사용될 수 있으며, 상기 제1 상부 진공척(232)은 상기 공압 실린더의 실린더 로드에 연결될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 제1 상부 진공척(232)과 제2 상부 진공척(242)은 상기 캐리어 웨이퍼(20)를 진공 흡착하기 위한 진공홀들을 구비할 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)은 상기 제1 상부 진공척(232)과 상기 제2 상부 진공척(242)이 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 상부면에 밀착되도록 상기 제1 분리 유닛(230)과 상기 제2 분리 유닛(240)을 수직 방향으로 이동시키기 위한 수직 구동부(260)를 포함할 수 있다.
상기 수직 구동부(260)에 의해 상기 제1 상부 진공척(232)과 상기 제2 상부 진공척(242)이 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 상부면에 밀착된 후 상기 제1 상부 진공척(232)과 상기 제2 상부 진공척(242)은 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 상부면을 진공 흡착할 수 있으며, 상기 제1 상부 척 구동부(234)는 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 가장자리 일부가 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 분리되도록 상기 제1 상부 진공척(232)을 상승시킬 수 있다. 이어서, 상기 제2 상부 척 구동부(244)는 상기 링크 기구(246)를 상승시킴으로써 상기 캐리어 웨이퍼(20)를 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 완전히 분리시킬 수 있다.
도 7 내지 도 9는 도 6에 도시된 웨이퍼 분리 모듈의 동작을 설명하기 위한 개략적인 정면도들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 분리 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 웨이퍼 접합체(20)를 상기 자외선 조사 모듈(102)의 웨이퍼 스테이지(110) 상에 로드한 후 상기 자외선 조사 유닛(120)의 자외선 램프들(122)로부터 자외선 광이 상기 웨이퍼 접합체(2) 상으로 조사될 수 있으며, 이에 의해 상기 디바이스 웨이퍼(10)와 상기 캐리어 웨이퍼(20) 사이의 접합력이 감소될 수 있다.
상기 자외선 광의 조사가 완료된 후 상기 이송 로봇(152)은 상기 웨이퍼 접합체(2)를 상기 하부 진공척(210) 상으로 이송할 수 있으며, 상기 제1 수평 구동부(202)와 상기 제2 수평 구동부(204)는 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위가 상기 센싱 유닛(220)의 아래에 위치되도록 상기 하부 진공척(210)과 상기 센싱 유닛(220)을 수평 이동시킬 수 있다.
상기 하부 척 구동부(206)는 상기 하부 진공척(210)을 회전시킬 수 있으며 상기 센싱 유닛(220)은 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위를 따라 상기 가장자리 부위의 두께를 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 거리 센서(222)는 상기 하부 진공척(210)이 회전하는 동안 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위까지의 거리를 측정할 수 있으며, 상기 공정 제어부는 상기 거리 센서(222)의 측정 신호에 기초하여 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위의 두께를 산출할 수 있다.
한편, 상기 공정 제어부는 상기 가장자리 부위의 두께 평균값을 산출할 수 있으며, 상기 두께 평균값이 기 설정된 범위를 만족하는지 여부에 따라 상기 자외선 광의 조사가 정상적으로 수행되었는지 여부를 판단할 수 있다. 특히, 상기 두께 평균값이 상기 기 설정된 범위를 벗어나는 경우 상기 공정 제어부는 상기 웨이퍼 접합체(2)를 상기 자외선 조사 모듈(102)로 반송하도록 상기 이송 로봇(152)의 동작을 제어할 수 있으며, 아울러 상기 자외선 조사 모듈(102)에서 상기 자외선 광의 조사 단계가 재수행되도록 할 수 있다. 또한, 상기와 다르게, 상기 공정 제어부는 상기 두께 평균값이 상기 기 설정된 범위를 벗어나는 경우 상기 웨이퍼 접합체(2)를 반출하도록 상기 이송 로봇(152)의 동작을 제어할 수도 있다.
상기 두께 평균값이 상기 기 설정된 범위를 만족하는 경우, 상기 공정 제어부는 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위의 두께 변화에 기초하여 상기 디바이스 웨이퍼(10)와 캐리어 웨이퍼(20) 사이의 접합력이 가장 낮은 부위를 검출할 수 있으며, 상기 접합력이 가장 낮은 부위로부터 상기 디바이스 웨이퍼(10)와 상기 캐리어 웨이퍼(20) 사이의 분리를 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 접합력이 가장 낮은 부위를 검출한 후, 상기 제1 수평 구동부(202)와 제2 수평 구동부(204)는 상기 웨이퍼 접합체(2)가 상기 제1 및 제2 분리 유닛들(230, 240) 아래에 위치되도록 상기 하부 진공척(210)과 상기 제1 및 제2 분리 유닛들(230, 240)을 수평 이동시킬 수 있으며, 상기 하부 척 구동부(206)는 상기 접합력이 가장 낮은 부위가 상기 제1 분리 유닛(230) 아래에 위치되도록 상기 하부 진공척(210)을 회전시킬 수 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 수직 구동부(260)는 상기 제1 및 제2 상부 진공척들(232, 242)이 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 상부면에 밀착되도록 상기 제1 및 제2 상부 진공척들(232, 242)을 하강시킬 수 있으며, 상기 제1 및 제2 상부 진공척들(232, 242)은 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 상부면을 진공 흡착할 수 있다. 계속해서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 상부 척 구동부(234)는 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 가장자리 일부가 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 분리되도록 상기 제1 상부 진공척(232)을 상승시킬 수 있으며, 이어서 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제2 상부 척 구동부(244)는 상기 캐리어 웨이퍼(20)가 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 완전히 분리되도록 상기 링크 기구(246)를 상승시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 웨이퍼 분리 장치(100)는 상기 웨이퍼 접합체(2)의 수납을 위한 제1 카세트(50)가 놓여지는 제1 로드 포트(160)와, 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 분리된 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 수납을 위한 제2 카세트(60)가 놓여지는 제2 로드 포트(162)를 포함할 수 있다.
상기 이송 로봇(152)은 상기 제1 카세트(50)로부터 상기 자외선 조사 모듈(102)로 상기 웨이퍼 접합체(2)를 이송하고, 상기 자외선 조사 모듈(102)로부터 상기 웨이퍼 접합체(2)를 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)로 이송하며, 상기 캐리어 웨이퍼(20)가 제거된 디바이스 웨이퍼(10)를 상기 제1 카세트(50)로 이송할 수 있다. 또한, 상기 이송 로봇(152)은 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 분리된 상기 캐리어 웨이퍼(20)를 상기 웨이퍼 분리 모듈(200)로부터 상기 제2 카세트(60)로 이송할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 상기 웨이퍼 분리 장치(100)는 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 분리가 완료된 후 상기 디바이스 웨이퍼(10) 상의 접합층을 제거하기 위한 필오프(Peel-Off) 모듈(미도시)을 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 웨이퍼 분리 장치(100)는 하나의 자외선 조사 모듈(102)과 하나의 필오프 모듈을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 자외선 램프들을 이용하여 상기 웨이퍼 접합체(2) 상에 자외선 광을 균일하게 조사할 수 있으며, 이를 통해 상기 디바이스 웨이퍼(10)와 캐리어 웨이퍼(20) 사이의 접합력을 균일하게 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 센싱 유닛(220)을 통해 상기 접합력이 가장 낮은 상기 웨이퍼 접합체(2)의 가장자리 부위를 검출하며, 이어서 상기 접합력이 가장 낮은 가장자리 부위로부터 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 분리를 수행할 수 있다. 따라서, 상기 디바이스 웨이퍼(10)로부터 상기 캐리어 웨이퍼(20)의 분리가 보다 용이하게 수행될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
2 : 웨이퍼 접합체 10 : 디바이스 웨이퍼
20 : 캐리어 웨이퍼 30 : 접합층
50 : 제1 카세트 60 : 제2 카세트
100 : 웨이퍼 분리 장치 102 : 자외선 조사 모듈
110 : 웨이퍼 스테이지 120 : 자외선 조사 유닛
122 : 자외선 램프 150 : 웨이퍼 이송 모듈
152 : 이송 로봇 160 : 제1 로드 포트
162 : 제2 로드 포트 200 : 웨이퍼 분리 모듈
202 : 제1 수평 구동부 204 : 제2 수평 구동부
206 : 하부 척 구동부 210 : 하부 진공척
220 : 센싱 유닛 222 : 거리 센서
230 : 제1 분리 유닛 232 : 제1 상부 진공척
234 : 제1 상부 척 구동부 240 : 제2 분리 유닛
242 : 제2 상부 진공척 244 : 제2 상부 척 구동부

Claims (15)

  1. 디바이스 웨이퍼 상에 캐리어 웨이퍼가 임시로 본딩된 웨이퍼 접합체 상에 자외선 광을 조사하여 상기 디바이스 웨이퍼와 상기 캐리어 웨이퍼 사이의 접합력을 감소시키는 자외선 조사 모듈;
    상기 디바이스 웨이퍼로부터 상기 캐리어 웨이퍼를 분리시키기 위한 웨이퍼 분리 모듈; 및
    상기 자외선 조사 모듈과 상기 웨이퍼 분리 모듈 사이에서 상기 웨이퍼 접합체를 이송하기 위한 웨이퍼 이송 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자외선 조사 모듈은,
    상기 웨이퍼 접합체를 지지하기 위한 웨이퍼 스테이지와,
    상기 웨이퍼 스테이지의 상부에 배치되며 상기 웨이퍼 접합체 상으로 상기 자외선 광을 조사하기 위한 자외선 조사 유닛을 포함하되,
    상기 자외선 조사 유닛은 상기 웨이퍼 접합체의 상부면 전체 상에 상기 자외선 광이 조사되도록 배열되는 복수의 자외선 램프들을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자외선 램프들은 상기 웨이퍼 접합체의 중심과 수직 방향으로 대응하는 중심을 갖는 복수의 동심원들을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 동심원들 중 최외측 동심원은 상기 웨이퍼 접합체와 동일한 직경을 갖고 상기 자외선 램프들 중 최외측 자외선 램프들의 중심은 상기 최외측 동심원 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 최외측 자외선 램프들 사이의 간격은 나머지 자외선 램프들 사이의 간격보다 좁게 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 자외선 램프들의 동작을 제어하기 위한 램프 제어부를 더 포함하며,
    상기 램프 제어부는 상기 자외선 램프들 중 최외측 자외선 램프들로부터 조사되는 자외선 광의 세기가 나머지 자외선 램프들로부터 조사되는 자외선 광의 세기보다 크게 되도록 상기 자외선 램프들의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 자외선 램프들의 동작을 제어하기 위한 램프 제어부를 더 포함하며,
    상기 램프 제어부는 상기 자외선 램프들 중 최외측 자외선 램프들에 의한 자외선 광의 조사 시간이 나머지 자외선 램프들에 의한 자외선 광의 조사 시간보다 길게 되도록 상기 자외선 램프들의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 분리 모듈은, 상기 웨이퍼 접합체의 가장자리 부위를 따라 상기 가장자리 부위의 두께를 측정하기 위한 센싱 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가장자리 부위의 두께 변화에 기초하여 상기 접합력이 가장 낮은 부위를 검출하고 상기 접합력이 가장 낮은 부위로부터 상기 디바이스 웨이퍼와 상기 캐리어 웨이퍼 사이를 분리시키도록 상기 웨이퍼 분리 모듈의 동작을 제어하는 공정 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 센싱 유닛은 상기 웨이퍼 접합체의 가장자리 부위의 상부에 배치되며 상기 웨이퍼 접합체의 가장자리 부위의 상부면까지 거리를 측정하기 위한 거리 센서를 포함하고,
    상기 공정 제어부는 상기 거리 센서에 의해 측정된 거리에 기초하여 상기 가장자리 부위의 두께를 산출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 웨이퍼 분리 모듈은,
    상기 캐리어 웨이퍼가 위를 향하도록 상기 웨이퍼 접합체를 지지하고 상기 디바이스 웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 하부 진공척과,
    상기 하부 진공척을 회전시키기 위한 하부 척 구동부를 더 포함하며,
    상기 거리 센서는 상기 웨이퍼 접합체가 상기 하부 척 구동부에 의해 회전하는 동안 상기 웨이퍼 접합체의 가장자리 부위의 상부면까지 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 공정 제어부는 상기 측정된 가장자리 부위의 두께 평균값을 산출하고, 상기 두께 평균값이 기 설정된 범위를 만족하는지 여부에 따라 상기 자외선 광의 조사가 정상적으로 수행되었는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 웨이퍼 분리 모듈은,
    상기 접합력이 가장 낮은 부위에서 상기 캐리어 웨이퍼의 가장자리 일부를 파지하고 상기 캐리어 웨이퍼의 가장자리 일부를 상기 디바이스 웨이퍼로부터 분리시키기 위한 제1 분리 유닛과,
    상기 제1 분리 유닛에 의해 파지된 상기 캐리어 웨이퍼의 가장자리 일부를 제외한 나머지 부위를 파지하고 상기 캐리어 웨이퍼의 가장자리 일부에 이어서 나머지 부위를 상기 디바이스 웨이퍼로부터 분리시키기 위한 제2 분리 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 접합체의 수납을 위한 제1 카세트가 놓여지는 제1 로드 포트를 더 포함하며,
    상기 웨이퍼 이송 모듈은 상기 제1 카세트로부터 상기 웨이퍼 접합체를 인출하여 상기 자외선 조사 모듈로 이송하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 디바이스 웨이퍼로부터 분리된 상기 캐리어 웨이퍼의 수납을 위한 제2 카세트가 놓여지는 제2 로드 포트를 더 포함하며,
    상기 웨이퍼 이송 모듈은 상기 캐리어 웨이퍼를 상기 웨이퍼 분리 모듈로부터 상기 제2 카세트로 이송하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 분리 장치.
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