KR101185426B1 - 복합 트리밍 방법 - Google Patents

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KR101185426B1
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Abstract

본 발명은 제2 웨이퍼(102)에 결합되는 제1 웨이퍼(101)를 포함하는 구조(100)를 트리밍하는 방법으로서, 상기 제1 웨이퍼(101)는 챔퍼된 모서리를 갖는, 트리밍 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 방법은, 상기 제1 웨이퍼에서의 미리 결정된 깊이(Pd 1)에 이르는 기계적 가공에 의해 수행되는 상기 제1 웨이퍼(200)의 모서리를 트리밍하는 제1 단계(S4)를 포함한다. 이러한 제1 트리밍 단계에 이어서, 상기 제1 웨이퍼의 적어도 잔여 두께에 대해 비기계적으로 트리밍하는 제2 단계(S5)가 후속된다.

Description

복합 트리밍 방법{A MIXED TRIMMING METHOD}
본 발명은 지지체(support) 상에 적어도 하나의 층을 이동시킴(transfer)으로써 제조된 멀티층 반도체 구조들(기판들)(멀티층 반도체 웨이퍼들로도 명칭됨)을 제조하는 분야에 관한 것이다. 이동층(transferred layer)은 제2 웨이퍼(또는 지지체) 상에 제1 웨이퍼를 분자 결합(molecular bonding)함으로써 형성되며, 여기서 제1 웨이퍼는 일반적으로 결합 이후 박형화된다(thinned). 제1 웨이퍼는 일 부품(component) 또는 복수의 마이크로부품들(microcomponents)의 전체 또는 일부분을 포함할 수도 있는데, 이는 최종 지지체 상에 마이크로부품들로 이루어진 하나 이상의 층들을 이동시키는 것을 필요로 하는 3차원(3D) 집적(integration)에서도 마찬가지이고, 백라이트 이미징 장치들의 제조에서와 같이 회로 이동(circuit transfer)에서도 역시 마찬가지이다.
상기 이동층들 및 상기 지지체들을 형성하기 위해 사용되는 웨이퍼들의 모서리(edge)들은 일반적으로 챔퍼(chamfer)들 또는 에지 라운딩(edge rounding)들을 갖는데, 이러한 챔퍼들은 그것들의 조작을 용이하게 하는 역할 및, 그것들의 모서리들이 돌출될 경우 일어날 수 있는 모서리의 파손을 방지하는 역할을 하며, 그러한 파손은 웨이퍼 표면들을 오염시킬 수 있는 파티클의 원인이 된다. 상기 챔퍼들은 라운드진 형상 및/또는 베벨(bevel) 형상일 수 있다.
하지만, 그러한 챔퍼들의 존재는 그 둘레에서 지지체와 웨이퍼 간의 양호한 접촉을 방해한다. 결과적으로, 상기 이동층이 상기 지지체 기판에 결합되지 않거나 적절히 결합되지 않는 주변 구역(peripheral zone)이 존재한다. 이러한 이동층의 주변 구역은, 제어되지 않는 방식으로 부서질 수 있고 원치 않는 파편 또는 파티클로 상기 구조를 오염시킬 수 있기 때문에, 제거되어야 한다.
따라서, 일단 웨이퍼가 지지체에 결합되고 필요에 따라 박형화된 후, 상기 이동층은 상기 챔퍼들이 연장되어 있는 상기 주변 영역을 제거하기 위해 트리밍된다(trimmed). 통상적으로 트리밍은 본래, 상기 이동층의 노출 표면으로부터 상기 지지체까지 기계적 가공 특히 연마(abrasion) 또는 그라인딩(grinding)에 의해 수행된다.
하지만, 그러한 트리밍은 상기 이동층과 상기 지지체 간의 결합 계면(bonding interface)에서 그리고 상기 이동층에서 벗겨짐(peel-off) 문제들을 발생시킨다. 보다 정확하게는, 상기 결합 계면에서, 상기 벗겨짐 문제는 상기 층의 주변 부근의 특정 영역에서 상기 이동층의 박리(delamination)에 해당하며, 상기 박리는 거시적 벗겨짐(macro peel-off)으로 지칭될 수 있다. 챔퍼들이 존재하기 때문에 상기 층의 주변 부근에서 결합 에너지는 보다 작다. 결과적으로, 이러한 영역에서의 그라인딩은 지지체 기판과의 결합 계면에서 상기 층의 부분적인 분리(detachment)를 발생시킬 수 있다. 상기 분리는 상기 이동층이 부품들을 포함할 때 더 일어나기 쉽다. 상기 결합 계면을 강화하기 위해 결합 이후 통상적으로 수행되는 고온 어닐(high temperature anneal)들은 상기 이동층에 부품들이 있을 때 사용되지 않는데, 이는 상기 부품들이 그와 같은 어닐들의 고온을 견딜 수 없기 때문이다.
더욱이, 회로들, 접촉부들 및 특히 금속으로 형성된 영역들과 같은 부품들을 상기 층이 포함할 때, 그라인딩은 상기 이동층에 존재하는 부품들의 모티프(motif)들에서 박리를 일으킬 수 있는데, 상기 박리는 미시적 벗겨짐(micro peel-off)으로 지칭될 수 있다.
이러한 거시적 그리고 미시적 벗겨짐 현상은 트리밍 단계 도중 상기 구조에서 가열(heating) 및/또는 기계적 응력(stress)이 특정 레벨을 넘어선 경우 일어난다. 상기 이동층의 트리밍을 수행하는 도중 이러한 레벨에 종종 도달하게 된다.
본 발명의 목적은 구조를 트리밍하는 방법을 제공함으로써 전술한 단점들을 해소하는 것이며, 상기 방법은, 제2 웨이퍼에 결합되는 제1 웨이퍼를 포함하는 구조를 트리밍하는 방법으로서, 상기 제1 웨이퍼는 챔퍼된 모서리를 가지며 부품들을 포함하는 트리밍 방법이며, 상기 제1 웨이퍼에서의 미리 결정된 깊이에 이르는 기계적 가공에 의해 수행되는 상기 제1 웨이퍼의 모서리를 트리밍하는 제1 단계; 및 상기 제1 단계에 후속하여, 상기 제1 웨이퍼의 적어도 잔여 두께에 대해 비기계적으로 트리밍하는 제2 단계;를 포함하며, 상기 제1 트리밍 단계는 하측 표면에 그루브들을 포함하는 그라인더에 의해 수행된다.
따라서, 기계적 트리밍의 깊이를 제한하고, 적어도 부분적으로 비기계적인 즉, 웨이퍼 상에서의 기계적인 마찰만을 포함하지 않는 트리밍에 의해 그것을 완성함으로써, 거시적 및 미시적 벗겨짐 현상의 원인이 되는 가열 및/또는 응력이 제한된다. 또한, 제1 트리밍 단계 도중 하측 표면에 그루브들을 포함하는 그라인더를 사용함으로써, 제거된 물질의 배출 및 냉각액의 순환이 개선된다. 이에 의해 제1 트리밍 도중 가열 및/또는 응력이 또한 감소된다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 상기 제1 트리밍 단계 도중, 상기 제1 웨이퍼는 상기 제1 웨이퍼의 두께의 50%를 넘지 않는 깊이까지 가공된다. 상기 제1 트리밍 단계는, 그라인딩과 같이, 상기 제1 웨이퍼의 물질을 단지 기계적으로 마멸시키는 것에 의해 수행된다.
본 발명의 다른 하나의 관점에 따르면, 상기 제1 및 제2 트리밍 단계들은 상기 챔퍼된 모서리가 연장되어 있는 폭과 적어도 동일한 폭에 대해 수행된다. 상기 제1 및 제2 트리밍 단계들은 2 mm 내지 8 mm의 범위에 속하는 폭에 대해, 바람직하게는 2 mm 내지 5 mm의 범위에 속하는 폭에 대해 수행될 수 있다.
상기 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 트리밍 단계는 화학적 에칭에 의해 수행된다.
다른 일 실시예에 따르면, 상기 제2 트리밍 단계는 화학적 플라즈마 에칭에 의해 수행된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 트리밍 단계는 화학적-기계적 연마(CMP)에 의해 수행된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 트리밍 단계는 상기 제1 트리밍 단계 이후 트리밍될 잔여 부분에 대한 균열(fracture) 또는 절단(breakage)에 의해 수행된다.
본 발명은 또한, 3차원 합성 구조를 제조하는 방법으로서, 제1 웨이퍼의 일 표면에 일 층의 부품들을 제조하는 적어도 하나의 단계; 제2 웨이퍼에 상기 층의 부품들을 포함하는 상기 제1 웨이퍼의 상기 표면을 결합시키는 단계; 및 본 발명에 따른 트리밍 방법에 따라 적어도 상기 제1 웨이퍼를 트리밍하는 단계;를 포함하는, 3차원 합성 구조를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 트리밍 방법을 사용하는 것은, 3차원 구조들이 두 개 이상의 웨이퍼들을 적층하는 것에 의해 제조될 수 있음을 의미하며, 웨이퍼들 사이의 결합 계면들(bonding interfaces) 그리고 부품 층들에서 박리(delamination)의 위험성을 최소화한다. 상기 부품 층들 중 하나는 이미지 센서들을 포함할 수 있다.
도 1a 내지 1e는 본 발명의 일 실시예에 따른 트리밍 방법에 대한 개략적인 도면들이다.
도 2는 도 1a 내지 1e에 도시된 방법 도중 수행되는 단계들의 흐름도이다.
도 3a 내지 3f는 본 발명의 트리밍 방법을 채택한 3차원 구조의 제조를 보이는 개략적인 도면들이다.
도 4는 도 3a 내지 3f에 도시된 3차원 구조의 제조 도중 수행되는 단계들의 흐름도이다.
도 5는 도 3d에 사용된 그라인더의 하부 표면을 도시한 도면이다.
본 발명은, 분자 결합(molecular bonding)에 의해, 또는 애노딕 본딩(anodic bonding), 금속 결합(metallic bonding), 또는 접착제에 의한 결합과 같은 다른 유형의 결합에 의해 서로 조립된 적어도 두 개의 웨이퍼들을 포함하는 구조(structure)를 트리밍(trimming)하는 것에 대한 일반적인 적용이며, 이때 제1 웨이퍼에 부품들이 사전에 형성된 후, 지지체(support)를 구성하는 제2 웨이퍼에 제1 웨이퍼가 결합되는 것이 가능하다. 상기 웨이퍼들은 일반적으로 원형 외관을 가지며, 특히 100 mm, 200 mm, 또는 300 mm와 같이, 그 직경이 다를 수 있다. 여기서 사용되는 "부품들(components)" 이라는 용어는 웨이퍼 재질과 다르고, 결합 계면(bonding interface)을 강화하기 위해 통상적으로 사용되는 고온에 민감한 재질들로 제조되는 임의의 요소(element)를 의미한다. 이들 부품들은 전자 부품의 전체 또는 일부분 또는 복수의 전자 마이크로부품들(microcomponents)에 특히 대응하며, 예로써 고온에 노출될 경우 손상되거나 심지어 파괴될 수 있는 회로들 또는 접촉부들(contacts) 또는 활성층들(active layers)을 들 수 있다. 이들 부품들은 웨이퍼의 팽창 계수와 다른 팽창 계수를 가진 물질들로 제조되며, 고온에서 웨이퍼와 다른 팽창 정도를 일으키게 되는 구성들, 모티프들(motifs), 또는 층들에 대응될 수 있으며, 상기 다른 팽창 정도는 웨이퍼를 변형 및/또는 손상시킬 수 있다.
즉, 상기 제1 웨이퍼가 그러한 부품들을 포함할 때, 그것은 결합(bonding) 이후 고온 어닐(high temperature anneal)을 거칠 수 없다. 결과적으로, 상기 웨이퍼들 간의 결합 에너지가 전형적으로 500 mJ/m2 내지 1 J/m2로 제한되며, 전술한 바와 같이, 이는 도출되는 구조로 하여금 기계적 트리밍 도중 거시적인 벗겨짐(macro peel-off)이라는 현상에 더욱 민감해지게 한다. 또한, 전술한 바와 같이, 상기 트리밍은 미시적인 벗겨짐(micro peel-off)을 발생시킬 수도 있으며, 이는 제1 웨이퍼에서 상기 부품들의 박리(delamination)에 대응한다(제1 웨이퍼에서 상기 부품들을 형성하는 하나 이상의 스택(stack)들의 분리).
보다 일반적으로, 본 발명은 고온 결합 어닐(high temperature bonding anneal)을 받을 수 없는 조립 구조들에 대한 특별한 적용에 관한 것이며, 이는 다른 팽창 계수들을 지닌 웨이퍼들의 조립체에 의해 형성되는 이종구조들(heterostructures)에서 일어나기도 한다(예로써, 실리콘-온(on)-사파이어, 실리콘-온-글래스 등). 그것은 보다 일반적인 실리콘-온-절연체(insulator)(SOI) 유형의 구조, 즉 두 개의 웨이퍼가 실리콘으로 구성되는 SOI 구조들에 적용될 수도 있다. 이런 유형의 구조를 위해, 본 발명은 10 ㎛ 이상의 두께를 갖거나 또는 다른 성질을 지닌 층들로 이루어진 스택(stack)을 포함하는 하나의 층을 구비한 구조들의 형성에 대한 특별한 적용이다. 실제로, 공지된 종래의 기술을 사용하여 상기 트리밍이 수행될 때 트리밍 단계 도중 상기 구조들이 손상되기 쉽다는 것이 관찰되었다.
그리하여, 본 발명은 두 단계 즉, 완전히 기계적이지만(예로써, 연마(grinding), 연삭(abrasion), 쉐이빙(shaving) 등) 제1 웨이퍼에서 미리 정해진 깊이로 제한되는 트리밍 동작(trimming action) 또는 가공(machning)으로 이루어진 제1 단계, 및 적어도 부분적으로는 비기계적인(nonmechanical) 수단, 즉 웨이퍼 상에서의 마찰 또는 기계적인 마모(wear) 만을 포함하지 않는 수단을 가지고 수행되는 제2의 트리밍 단계로 트리밍을 수행하는 것을 제공한다. 따라서, 거시적인(macro) 그리고 미시적인(micro) 벗겨짐 현상의 원인이 되는 가열 및/또는 응력들이 제한된다.
이하에서는 트리밍 방법에 대한 일 실시예가 도 1a 내지 1e 및 2를 참조하여 설명된다.
도 1a에서 보여지는 바와 같이, 트리밍 대상의 구조(100)는 제1 웨이퍼(101)를 제2 웨이퍼(102)와 조립함으로써 형성되며, 이들 웨이퍼들은 예로써 실리콘으로 이루어진다. 여기 도시된 제1 및 제2 웨이퍼들(101, 102)은 동일한 직경을 갖는다. 하지만, 그것들은 다른 직경들을 가질 수도 있다. 여기서 설명되는 예에서, 조립체(assembly)는 당업자에게 잘 알려져 있는 기술인 분자 결합(molecular bonding)에 의해 수행된다. 분자 결합의 원리는 두 개의 표면을 직접적으로 접촉시키는 것(즉, 접착제, 왁스, 솔더 등의 특정 결합재를 사용하지 않음)에 기초함을 상기해야 한다. 그러한 동작은 결합 대상 표면들이 입자들 또는 오염물질들 없이 충분히 매끄러울 것 그리고 그것들이 접촉을 개시하도록 충분히 가깝게(전형적으로는 수 나노미터 이하의 거리) 이동할 것을 필요로 한다. 그런 상황들 하에서, 두 개의 표면들 사이의 인력들은 분자 결합(서로 결합될 두 개의 표면들의 원자들 또는 분자들 사이에 상호작용하는 전자들에 기인한 인력들(반데르 발스 힘들)의 총합에 의해 유도되는 결합)을 발생시키기에 충분히 커진다.
두 개의 웨이퍼들 사이의 접착은 상기 부품들 및/또는 제1 웨이퍼를 손상시키지 않도록 저온에서 수행된다. 보다 정확하게는, 주위 온도에서 웨이퍼들을 접촉하도록 가져간 이후, 결합 강화 어닐(bonding reinforcement anneal)이 450 ℃에서 수행되며, 이보다 높은 온도의 경우에는 알루미늄 또는 구리와 같은 특정 금속들이 크리프(creep)를 일으키기 시작한다.
상기 두 개의 웨이퍼들을 접촉시키기 전에 그것들 중 하나에 옥사이드층(oxide layer) 유형의 추가적인 층(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 제1 웨이퍼(101)는 한 층의 부품들(103)을 포함하며 모따진 모서리(chamfered edge), 즉 상부 챔퍼(104) 및 하부 챔퍼(105)를 포함하는 모서리를 포함한다. 도 1a에서, 웨이퍼들은 라운드진(rounded) 챔퍼들을 갖는다. 하지만, 상기 웨이퍼들은 베벨(bevel) 형상과 같은 다른 형상을 지닌 챔퍼들 또는 모서리 라운딩(edge rounding)들을 가질 수도 있다. 일반적으로, 상기 "모따진 모서리(chamfered edge)"라는 용어는 웨이퍼들의 둘레에서 그것들 간의 접촉이 약화되도록 릿지(ridge)들이 경사진(beveled) 웨이퍼 모서리를 의미한다.
상기 웨이퍼들(101, 102)은 분자 결합에 의해 서로 대향되게 조립되어 상기 구조(100)를 형성한다(S1 단계, 도 1b). 제1 웨이퍼(101)의 초기 두께에 따라, 그것은 미리 결정된 두께 e(예로써, 대략 10 ㎛)를 갖는 이동층(106, transferred layer)을 형성하도록 얇아질 수 있다(S2 단계, 도 1c). 상기 두께 e는 상기 모따진 모서리 위의 상기 층(또는 웨이퍼)의 상면과 하면 사이에서 측정된다. 이러한 박형화 단계(thinning step)는 트리밍 공정 이전에 수행된다. 하지만, 제1 웨이퍼의 박형화는 선택적이며 상기 제1 웨이퍼의 트리밍은 선행적인 박형화 단계를 수행함 없이 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 구조(100)의 트리밍이 수행되는데, 이 공정은 챔퍼(105)를 포함하는 층(106)의 환형부(annular portion)를 제거하는 것으로 주로 구성되며, 상기 챔퍼(104)는 상기 제1 웨이퍼(101)의 박형화 도중 제거되었다. 본 발명에 따르면, 트리밍은 상기 층(106)의 상면으로부터의 기계적인 작용(mechanical action) 또는 가공(machining)에 의해 수행되는 제1 트리밍 단계(모서리 연마)로부터 시작된다(S3 단계, 도 ld). 이러한 기계적인 작용은 상기 층의 물질을 기계적으로 닳게 하기에 적합한 그라인더(grinder) 또는 다른 어떤 툴(tool)에 의해 수행될 수 있다. 후퇴된 환형부의 폭 ld는 적어도 상기 챔퍼들이 연장된 폭에 대응한다. 100 mm, 200 mm, 및 300 mm의 직경을 가진 웨이퍼들에 대해, 상기 트리밍 폭 ld는 일반적으로 2 mm 내지 8 mm의 범위이며, 바람직하게는 2 mm 내지 5 mm의 범위이다.
상기 제1 트리밍 단계 도중, 상기 층(106)은 Pd 1에 해당하는 깊이로 침식되며, 이는 상기 층(106)의 두께 e보다는 작은 것이다. 보다 정확하게는, 상기 깊이 Pd 1는 상기 두께 e의 50 % 이하이다. 상기 이동층들은 일반적으로 대략 1 ㎛ 내지 15 ㎛의 범위에 있는 두께를 갖는다. 제1 단계 동안의 트리밍 깊이는 예로써, 15 ㎛의 두께를 가진 층에 대해 7 내지 8 ㎛의 오더(order)일 수 있다.
기계적 가공의 깊이에 대한 이러한 제한은 상기 층에서 그리고 상기 층과 상기 제2 웨이퍼 간의 결합 계면에서 열 및/또는 응력들을 감소시킬 수 있다.
도 ld에서, 기판의 평면에 직교하는 트리밍된 층(106)의 측면이 개략적으로 보여지고 있다. 하지만, 사용된 그라인더의 유형에 따르면, 트리밍 측면의 프로파일(profile)은 전체적으로 직사각형이 아닌 다른 형상들을 가질 수 있으며, 이를테면 약간 내측으로 굽어진 형상일 수 있다. 특히, 그라인더 또는 트리밍 휠(wheel)에 이들 표면들 중 적어도 하나에 그루브(groove)들이 구비된 경우, 내측으로 굽어진 상기와 같은 측면들이 얻어진다. 그러한 그루브들은 트리밍 공정 도중 제거 물질의 배출 및 상기 휠에 또는 그것 가까이 제공된 액체(일반적으로 물)의 순환을 촉진할 수 있다. 이에 의해 상기 웨이퍼 모서리에서의 가열/응력이 제한되고 트리밍 품질이 더욱 개선될 수 있다. 상기 층(웨이퍼)의 트리밍된 측면이 직사각형에 가까운 프로파일을 갖지 않을 때, 제1 트리밍 단계에서의 상기 폭(이를테면 ld)은 적어도 상기 웨이퍼(또는 층)가 침식되는 폭에 대응된다(이후 트리밍 폭은 트리밍 도중 약간 감소될 수 있다).
그리고 트리밍은, 적어도 부분적으로 비기계적인(non-mechanical), 즉 상기 층을 이루는 물질에 대한 툴의 기계적인 마멸 작용 또는 마찰 작용 만을 포함하는 것과는 다른 물질 제거 기술들을 사용하는, 제2 트리밍 단계에 의해 완성된다(S4 단계, 도 1e). 이러한 제2 트리밍 단계는 제1 트리밍 단계에서와 동일한 폭(ld)으로 그리고 적어도 상기 층(106)의 잔여 두께에 대응하는 깊이 Pd 2(즉, e - Pd 1)로 수행된다.
제2 트리밍 단계는 특히, 습식 에칭(wet etching)으로도 공지된 화학적 에칭(chemical etching)에 의해 수행될 수 있다. 화학적 에칭 용액은 침식 대상 물질의 함수로서 선택된다. 실리콘일 경우, 예로써, TMAH(tetramethylammonium hydroxide) 에칭 용액이 사용될 수 있다.
제2 트리밍 단계는 플라즈마 에칭(plasma etching) 또는 건식 에칭(dry etching)이라고도 불리우는 반응 이온 에칭(reactive ionic etching)을 사용하여 수행될 수도 있다. 이러한 에칭 기술은 당업자들에게 잘 알려진 것이다. 간략히 말해서, 그것은 이온화된 가스와 에칭 대상 웨이퍼(또는 층)의 표면 사이에 이온 충격(ionic bombardment) 및 화학 반응이 일어나는 이화학적(physico-chemical) 에칭 기술이다. 가스 원자들은 상기 층(또는 웨이퍼)의 원자들과 반응하여 새로운 휘발성 종(species)을 형성하며 그것은 펌프 장치에 의해 제거된다.
제2 트리밍 단계는 화학적-기계적 연마(CMP: chemical-mechanical polishing)에 의해 수행될 수도 있으며, 이는 잘 알려진 연마 기술로서, 층의 표면을 화학적으로 침식할 수 있는 보조제(예로써 NH4OH) 및 상기 표면을 기계적으로 침식할 수 있는 연마 입자들(예로써 실리카 입자들)을 포함하는 연마 용액으로 구성되는 구조(fabric)를 채택한다. 전적으로 비기계적인 건식 및 습식 에칭 기술들과는 대조적으로, 화학적-기계적 연마는 단지 부분적으로 비기계적이지만, 그라인딩과 같은 전적으로 기계적인 트리밍과 비교하여 웨이퍼 상에서의 힘들 및 가열을 제한할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 제2 트리밍 단계는 제1 트리밍 단계 이후 트리밍될 잔여 부분에 대한 균열(fracture) 또는 절단(breakage)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 잔여 부분의 균열은, 예로써 베어링 툴, 물 제트, 레이저 등을 사용하여, 잔여부에 압력 또는 절단력을 작용시킴으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 트리밍 방법에 대한 비제한적 특정 분야는 3차원 구조의 제조에 관한 것이다.
이하에서는 도 3a 내지 3f 및 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따라 초기 기판(initial substrate)에 형성된 일 층의 마이크부품들을 지지체에 이동(tranfer)시킴으로써 3차원 구조를 제조하는 방법이 설명된다.
상기 3차원 구조를 제조하는 것은 그 모서리에 상부 챔퍼(206) 및 하부 챔퍼(205)를 가진 제1 웨이퍼(200)의 표면에 일련의 제1 마이크로부품들(204)을 형성하는 것으로 시작된다(도 3a, S1 단계). 여기서 설명되는 예에서, 제1 웨이퍼(200)는 멀티층 SOI 유형 구조로서, 실리콘으로 이루어진 기판(203)에 배치된 실리콘 층(201), 상기 층(201)과 상기 기판(203) 사이에 존재하는 매립된(buried) 옥사이드 층(202)(예로써 SiO2 층)을 포함한다. 상기 웨이퍼(200)는 대략 600 ㎛ 내지 900 ㎛ 범위의 두께를 갖는다. 직경이 200 mm(8 인치)인 웨이퍼에 대해, 표준 두께는 725 ㎛이다.
상기 마이크로부품들(204)은 마스크를 사용하는 포토리소그래피(photolithography)에 의해 형성되며, 상기 마스크는 제조될 마이크로부품들에 대응하는 모티프(motif)들의 형성을 위한 구역(zone)들을 정의할 수 있다.
이후 마이크로부품들(204)을 포함하는 제1 웨이퍼(200)의 표면은 분자 결합에 의한 결합을 위해 제2 웨이퍼(300)의 일 표면과 밀접하게 접촉된다(S2 단계, 도 3b). 상기 웨이퍼(300)는 대략 725 ㎛의 두께를 갖는다. 제1 웨이퍼(200)와 같은 방식으로, 제2 웨이퍼(300)의 모서리는 상부 챔퍼(301) 및 하부 챔퍼(302)를 갖는다. 예로써 SiO2로 형성되는 옥사이드 층(207)이 마이크로부품들(204)을 포함하는 제1 웨이퍼(200)의 표면에 또한 형성된다. 여기 설명되는 예에서, 상기 제1 및 제2 웨이퍼들(200, 300)은 200 mm의 직경을 갖는다.
결합 이후 그리고 도 3c에서 볼 수 있는 바와 같이, 마이크로부품들(204)의 층 위에 존재하는 제1 웨이퍼(200)의 일부분(여기서는, 기판 203)을 제거함으로써 상기 제1 웨이퍼(200)가 얇아진다(S3 단계). 상기 방법 중 이러한 단계에서, 매립층(202)은 오염물질, 파티클 등으로부터 상기 부품들을 보호하기 위해 잔류하는 것이 바람직하다. 제1 웨이퍼(200)의 박형화는 특히, 결합 표면으로부터 50 ㎛에 이르기까지는 상기 기판(203)에 대해 그라인딩 또는 화학적-기계적 연마(CMP)를 수행하는 단계와, 이어서, 예로써 TMAH 또는 KOH에 의한 에칭에 의해, 매립 옥사이드 층(202)에 이르기까지 화학적으로 침식하는 단계에 의해 수행될 수 있다. 상기 웨이퍼(200)에 원자 주입(atomic implantation)에 의해 사전 형성된 미약한 평면(a plane of weakness)을 따르는 분열(cleavage) 또는 균열(fracture)에 의해, 상기 박형화가 수행될 수도 있다. 유리하게는, 상기 매립된 절연층(202)은 잔여 웨이퍼(200)의 두께를 정의하는데 사용된다. 상기 박형화 단계 이후, 상기 웨이퍼(200)는 대략 10 ㎛의 두께를 갖는다. 다른 환경들에서, 그것의 두께는 1 ㎛ 내지 15 ㎛의 범위에 속할 수 있다.
이로써, 제2 웨이퍼(300) 그리고 제1 웨이퍼(200)의 잔여부에 의해 형성되는 합성 구조(500)가 얻어진다.
본 발명에 따르면, 상기 구조(500)를 기계적으로 트리밍하는 제1 단계가 수행되며, 이는 상기 웨이퍼(200)의 환형부(annualr portion)를 제거하는 것으로 이루어진다(S4 단계, 도 3d). 이러한 제1 트리밍 단계는 그라인더(400)를 사용하여 수행되며, 이때 상기 구조(500)는 회전판(미도시)에 고정된다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 그라인더(400)는 그루브들(410)의 존재로 인해 구조화된 하부 표면을 갖는다. 위에서 설명된 바와 같이, 그와 같이 구조화된 표면을 지닌 그라인더는 가열 및 응력을 제한할 수 있다. 명확하게는, 상기 트리밍은 그와 같은 구조의 표면들을 갖지 않은 그라인더에 의해 수행될 수도 있다.
제1 트리밍 단계 도중, 상기 구조(200)는 대략 4 mm의 폭(ld) 및 대략 5 ㎛의 깊이(Pd 1)로 침식되는데, 이는 여기에서 설명되는 예에서 거시적 벗겨짐(macro peel-off) 및/또는 미시적 벗겨짐(micro peel-off)이 나타나는 것이 방지되도록 가열 및/또는 응력이 충분히 감소될 수 있음을 의미한다.
이후 화학적 에칭(예로써 TMAH 용액을 사용함)에 의해 수행되는 비기계적인 제2 트리밍 단계에 의해 트리밍이 완성된다. 이러한 제2 트리밍 단계는 폭 ld 및 깊이 Pd 2로 수행되며, 여기서 깊이는 상기 층(201)의 잔여 두께 및 상기 제2 층(300)의 두께를 포함한다(S5 단계, 도 3e).
상기 구조(500)의 트리밍이 종료되면, 상기 층(202)을 제거한 후, 상기 층(201)의 노출 표면에 마이크로부품들(214)로 이루어진 제2 층이 형성된다(도 3f, S6 단계). 여기 설명되는 예에서, 상기 마이크로부품들(214)은 매립된 마이크로부품들(204)과 정렬되게 형성된다. 이러한 목적으로 포토리소그래피 마스크가 사용된다; 그것은 상기 마이크로부품들(204) 형성시 사용된 것과 유사하다.
일 변형으로서, 상기 3차원 구조는 상기 층(201) 위에 층들을 적층하는 것, 즉 하나 이상의 추가적인 층들을 이동시키는 것에 의해 형성되며, 이때 각각의 추가적인 층은 바로 인접한 층(들)과 정렬된다. 본 발명의 2-단계 트리밍 방법은 각각의 이동층에 대해 수행된다. 또한, 추가적인 층을 각각 이동시키기 이전에, 조립을 용이하게 하고 (하측의 웨이퍼의 물질이 노출되므로) 후속의 화학적 침식으로부터 트리밍 구역들을 보호하기 위해, 옥사이드로 이루어진 층(예로써, TEOS(tetraethoxysilane)로 이루어진 층)을 노출된 층 상에 증착하는 것이 가능하다.
특정 실시예에 따르면, 마이크로부품들로 이루어진 층들 중 하나는 특히 이미지 센서들을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 부품들은 제2 지지 웨이퍼(support wafer)가 상기 이동층을 구성하는 제1 웨이퍼와 조립되기 이전에 상기 제2 지지 웨이퍼에 미리 형성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 제2 웨이퍼(102)에 결합되는 제1 웨이퍼(101)를 포함하는 구조(100)를 트리밍하는 방법으로서, 상기 제1 웨이퍼(101)는 챔퍼된 모서리(104, 105)를 가지며 부품들(103)을 포함하는 트리밍 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 제1 웨이퍼(101)에서의 미리 결정된 깊이(Pd 1)에 이르는 기계적 가공에 의해 수행되는 상기 제1 웨이퍼(101)의 모서리를 트리밍하는 제1 단계; 및
    상기 제1 단계에 후속하여, 상기 제1 웨이퍼의 적어도 잔여 두께에 대해 비기계적으로 트리밍하는 제2 단계;를 포함하며,
    상기 제1 트리밍 단계는 하측 표면에 그루브들을 포함하는 그라인더에 의해 수행되는, 구조를 트리밍하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트리밍 단계는 상기 제1 웨이퍼(101) 물질에 대한 기계적 마멸에 의해서만 수행되는 것을 특징으로 하는, 구조를 트리밍하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트리밍 단계 도중, 가공되어지는 제1 웨이퍼(101)의 두께는 상기 제1 웨이퍼의 두께의 50% 이하인 것을 특징으로 하는, 구조를 트리밍하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트리밍 단계들은 상기 챔퍼된 모서리가 연장되어 있는 폭(ld)에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는, 구조를 트리밍하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트리밍 단계들은 2 mm 내지 8 mm의 범위에 속하는 폭(ld)에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는, 구조를 트리밍하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트리밍 단계는 화학적 에칭에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 구조를 트리밍하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트리밍 단계는 플라즈마 에칭에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 구조를 트리밍하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트리밍 단계는 화학적-기계적 연마에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 구조를 트리밍하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 트리밍 단계는 상기 제1 트리밍 단계 이후 트리밍될 잔여 부분에 대한 균열(fracture) 또는 절단(breakage)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 구조를 트리밍하는 방법.
  10. 3차원 합성 구조(500)를 제조하는 방법으로서,
    제1 웨이퍼(200)의 일 표면에 제1 층의 부품들(204)을 제조하는 적어도 하나의 단계;
    제2 웨이퍼(300)에 상기 층의 부품들(204)을 포함하는 상기 제1 웨이퍼(200)의 상기 표면을 결합시키는 단계; 및
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 트리밍 방법에 따라 적어도 상기 제1 웨이퍼(200)를 트리밍하는 단계;를 포함하는, 3차원 합성 구조를 제조하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 결합 단계 이후, 상기 제1 웨이퍼(200)를 박형화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 합성 구조를 제조하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 층의 부품들을(204)을 포함하는 상기 표면 반대편의 상기 제1 웨이퍼(200) 표면에 제2 층의 마이크로부품들(214)을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 합성 구조를 제조하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 결합 단계 이전에, 상기 제1 층의 부품들(204)을 포함하는 상기 제1 웨이퍼(200) 표면에 옥사이드 층(207)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 합성 구조를 제조하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼(200)는 SOI 유형의 구조인 것을 특징으로 하는, 3차원 합성 구조를 제조하는 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    적어도 상기 제1 층의 부품들(204)은 이미지 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 합성 구조를 제조하는 방법.
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