KR101430691B1 - 반도체 비아홀의 기포제거장치 및 방법 - Google Patents

반도체 비아홀의 기포제거장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 웨이퍼 비아홀의 기포제거장치가 개시된다. 기포제거장치는, 웨이퍼의 배면을 지지고정하는 웨이퍼 척; 상기 웨이퍼 척을 회동시키는 척 회동부; 상기 웨이퍼 척에 고정된 상기 웨이퍼의 표면에 기포 제거용 액체를 주입하는 액체 주입장치; 상기 웨이퍼 척에 고정된 상기 웨이퍼를 둘러싸는 챔버를 밀폐하는 챔버밀폐장치; 및 상기 챔버 내를 진공상태로 형성하는 챔버진공장치;를 포함한다. 비아홀에 잔존하는 기포를 안정적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 기포 제거와 건조를 하나의 장비로 해결할 수 있어 효과적이다.

Description

반도체 비아홀의 기포제거장치 및 방법{Apparatus and Method for removing air in viahole of semiconductor}
본 발명은 반도체 비아홀의 기포제거장치 및 방법에 관한 것이다.
전자제품의 소형화 및 대용량화로 인해, 반도체의 높은 집적도가 요구되어왔다. 이로 인해, 반도체의 직접도는 비약적인 발전을 하였으나, 최근들어 직접도만을 높이는 방법은 한계에 봉착하여, 복수개의 칩을 하나의 패키지에 적층하는 3D 패키지 방식이 개발되었다. 3D 패키징 방법으로 복수개의 칩을 적층한 후 모서리에 와이어로 연결하는 방법이 있었다. 그러나, 이 방법은 약간의 면적이 늘어나는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 칩들 사이의 중간층이 필요하다는 단점이 있다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위해 칩내에 수직 전기연결부를 형성하여 적층하는 TSV(Through Silicon Via) 방법이 제시되었다. TSV 방식을 사용하기 위해서는 반도체 표면에 단순히 회로를 형성하는 것과 달리, 두께 방향으로 좁고 길게 형성된 비아홀에 전도체를 채워넣는 공정이 필요하다. 이는 표면에 도금하는 것과는 전혀 다른 문제점을 발생시킨다.
특히, 좁고 길게 형성된 비아홀에 기포가 내재하는 경우 이에 전도체가 채워지지 않아, 이에 대한 효과적이고 안정적인 대책이 필요하다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비아홀의 기포를 효과적이고 안정적으로 제거할 수 있는 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포제거장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 웨이퍼의 배면을 지지고정하는 웨이퍼 척; 상기 웨이퍼 척을 회동시키는 척 회동부; 상기 웨이퍼 척에 고정된 상기 웨이퍼의 표면에 기포 제거용 액체를 주입하는 액체 주입장치; 상기 웨이퍼 척에 고정된 상기 웨이퍼를 둘러싸는 챔버를 밀폐하는 챔버밀폐장치; 및 상기 챔버 내를 진공상태로 형성하는 챔버진공장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포제거장치를 제공한다.
여기서, 상기 챔버 내에 기체를 주입할 수 있는 기체 주입구가 형성된 것이 바람직하다.
상기 웨이퍼 척의 회동시 비산되는 상기 기포 제거용 액체를 회수하는 액체 회수부;를 더 포함하고, 상기 액체 회수부는, 내주의 일부가 원주방향으로 개구된 튜브형상으로 형성되며, 상기 웨이퍼 척의 외주를 감싸도록 형성된 것이 효과적이다.
상기 웨이퍼 척을 상하로 승강시키는 승강장치;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 웨이퍼 척의 상기 웨이퍼의 배면과 맞닿는 면에는 웨이퍼 파지용 진공홀이 형성되며, 상기 웨이퍼 파지용 진공홀에 진공을 발생시키는 척용 진공장치;를 더 포함한다.
상기 웨이퍼 파지용 진공홀에 상기 척용 진공장치 및 상기 챔버 진공장치에 선택적으로 연결될 수 있도록 변환하는 진공장치 전환부;를 더 포함하는 것이 효과적이다.
상기 챔버밀폐장치는, 상기 웨이퍼척의 상기 웨이퍼 테두리 외측으로 돌출되도록 연장된 척 밀폐부; 및 상기 척 밀폐부에 개폐가능하도록 형성되는 밀폐 캡;을 포함한다.
상기 챔버진공장치와 연결된 진공흡입공과 설치된 상기 웨이퍼 사이에 설치된 확산판;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 다른 카테고리로, 비아홀이 형성된 웨이퍼의 표면에 기포 제거용 액체를 도포하는 액체 도포단계; 액체가 도포된 상기 웨이퍼를 밀폐된 챔버에 위치하는 단계; 상기 챔버에 진공을 가하여, 상기 비아홀에 잔존하는 기포를 제거하는 진공단계; 상기 챔버에 기체를 주입한 후 상기 챔버를 개방하는 단계; 및 상기 웨이퍼를 회전시켜 상기 웨이퍼 상에 잔존하는 기포 제거용 액체를 제거하는 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포 제거 방법을 제공한다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따르면, 비아홀에 잔존하는 기포를 안정적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 기포 제거와 건조를 하나의 장비로 해결할 수 있어, 효과적이다.
또한, 액체 회수부로 인해서 비산되는 액체가 장비의 다른 부위로 스며드는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 승강장치를 구비함으로써, 액체 회수부와 간섭받지 않고, 웨이퍼를 로딩 및 언로딩할 수 있다.
또한, 진공장치 전환부를 구비함으로써, 기포 제거시, 웨이퍼의 상하에 가해지는 압력이 동일하도록 하여, 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있다.
그리고, 확산판을 구비함으로써, 기체의 흐름이 고르게 되도록 하여 기포 제거용 액체가 한 쪽으로 치우치는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포제거장치의 개념단면도
도 2는 도 1의 Ⅱ부분의 확대단면도
도 3은 본 발명의 일실시예의 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포 제거방법을 도시한 순서도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포제거장치의 개념단면도, 도 2는 도 1의 Ⅱ부분의 확대단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포제거장치는, 웨이퍼(1)의 배면을 지지고정하는 웨이퍼 척(100)과, 상기 웨이퍼 척을 회동시키는 척 회동부(200)와, 상기 웨이퍼 척(100)을 상하로 승강시키는 승강장치(600)와, 상기 웨이퍼 척(100)에 고정된 상기 웨이퍼의 표면에 기포 제거용 액체를 주입하는 액체 주입장치(700)와, 상기 웨이퍼 척(100)에 고정된 상기 웨이퍼(1)를 둘러싸는 챔버(301)를 밀폐하는 챔버밀폐장치(300)와, 상기 챔버(301) 내를 진공상태로 형성하는 챔버진공장치(400)와, 상기 웨이퍼 척(100)의 회동시 비산되는 상기 기포 제거용 액체를 회수하는 액체 회수부(500)을 포함한다.
웨이퍼 척(100)의 상기 웨이퍼(1)의 배면과 맞닿는 면에는 웨이퍼 파지용 진공홀(101)이 형성되며, 상기 웨이퍼 파지용 진공홀(101)에 진공을 발생시키는 척용 진공장치(110)와, 상기 웨이퍼 파지용 진공홀(101)에 상기 척용 진공장치(110) 및 상기 챔버 진공장치(400)에 선택적으로 연결될 수 있도록 변환하는 진공장치 전환부(120)를 더 포함한다.
웨이퍼 척(100)은 웨이퍼(1)의 배면과 직접 맞닿으며, 전술한 웨이퍼 파지용 진공홀(101)이 형성된 웨이퍼 지지판(130)과, 지지판(130)을 지지하며 구동축(201)과 연결되는 척 본체(140)을 포함한다. 척 본체는 지지판(130)을 지지하며, 기포제거용 액체가 구동축 등 내측으로 스며드는 것을 방지하는 내측 지지리브(141)와, 상기 웨이퍼척의 상기 웨이퍼 테두리 외측으로 돌출되도록 연장된 척 밀폐부(142)와, 척 밀폐부(142)의 끝단에서 하향 돌출된 외측 리브(143)을 포함한다. 외측 리브(143)의 배면 측에는 기포제거용 액체가 배면으로 타고 스며드는 것을 방지하기 위한 액체 침투 방지홈(144)가 형성된다.
척용 진공장치(110)는 진공펌프이며, 웨이퍼 파지용 진공홀(101)에 진공을 발생시킬 수 있으면 어떠한 구성으로 구성될 수도 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 진공장치 전환부(120)는 전환 밸브 등으로 구성될 수 있다. 챔버 진공장치(400)가 작동되어 챔버 내에 진공이 되는 경우, 파지용 진공홀(101)에 가해지는 압력과 차이가 있을 경우, 웨이퍼의 파지가 안정적이지 않을 수 있으므로, 챔버진공장치(400)와 파지용 진공홀(101)을 진공장치 전환부(120)로 연결해줌으로써, 보다 안정적으로 웨이퍼를 위치시킬 수 있다.
척 회동부(200)는 모터 등이 될 수 있으며, 척 승강장치(600)는 에어실린더로 구성되었으나, 솔레노이드 등으로 구현될 수 있다.
액체 주입장치(700)는 회동할 수 있으며, 기포 제거용 액체를 주입하는 장치이다. 이와 같은 액체를 원하는 양만큼 주입하는 액체 주입장치는 일반적으로 많이 알려져 있으므로, 자세하 설명은 생략한다. 기포 제거용 액체는 순수물(purified water)로서 DIW(deionized water) 등이 사용될 수 있다.
챔버 밀폐장치(300)는 전술한 척 밀폐부(142)와, 상기 척 밀폐부(142)에 개폐가능하도록 형성되는 밀폐 캡(310)과, 밀폐캡(310)의 척 밀폐부(142)와 접하는 면에 설치되는 실링(311) 및 밀폐 캡(310)을 승하강 시키는 밀폐캡 승강장치(320)을 포함한다.
밀폐 캡(310)에는, 별도로 구비된 기체주입장치(800)와 연결되며 상기 챔버(301) 내에 기체를 주입할 수 있는 기체 주입구(302)가 형성되며, 상기 챔버진공장치(400)와 연결된 진공흡입공(303)이 형성된다. 또한, 진공흡입공(303) 및 기체 주입구(302)와 웨이퍼 사이에 설치된 확산판(304)를 더 포함한다. 확산판(304)은 주입되는 기체 및 흡입되는 공기가 챔버 내에 골고루 퍼지도록 하여, 기포 제거용 액체가 한 부분으로 쏠리는 것을 방지한다. 기체 주입구(302) 내로 주입되는 기체는 질소(N2) 등이 사용될 수 있다.
밀폐캡 승강장치(320)는 밀폐캡(310)을 승하강할 수 있도록 랙, 피니언으로 구현되거나, 실린더 등 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 액체 회수부(500)는, 내주의 일부가 원주방향으로 개구된 환형 튜브형상으로 형성되며, 상기 웨이퍼 척(100)의 외주를 감싸도록 형성된다. 따라서, 웨이퍼 척(100)이 회전하여, 웨이퍼 상에 잔존하는 기포 제거용 액체가 외부로 비산되는 것을 막아준다. 액체 회수부(500)에 액체가 배출될 수 있는 배출구(미도시)가 연결된다.
이하, 본 발명의 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포 제거방법을 기술하면서, 전술한 기포 제거장치에 대한 동작을 함께 기술한다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포 제거방법을 도시한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포 제거방법은 비아홀이 형성된 웨이퍼(1)의 표면에 기포 제거용 액체를 도포하는 액체 도포단계(1100)와, 액체가 도포된 상기 웨이퍼를 밀폐된 챔버(301)에 위치하는 단계(1200)와, 상기 챔버(301)에 진공을 가하여, 상기 비아홀에 잔존하는 기포를 제거하는 진공단계(1300)와, 상기 챔버(301)에 기체를 주입한 후 상기 챔버를 개방하는 단계(1400)와, 상기 웨이퍼(1)를 회전시켜 상기 웨이퍼 상에 잔존하는 기포 제거용 액체를 제거하는 건조단계(1500)를 포함한다.
액체 도포단계(1100)에서는 먼저, 웨이퍼(1)를 웨이퍼 척(100)의 상면에 위치시킨다. 이때, 액체 회수부(500)와 간섭을 피하기 위해, 승강장치(500)가 웨이퍼 척을 상측으로 이동시킨 상태에서 웨이퍼(1)를 웨이퍼 척(100)의 상면에 위치시킨다. 이때, 로봇을 이용하여 웨이퍼를 웨이퍼 척(100)에 위치시킨다.
그 다음, 척용 진공장치(110)를 구동하여, 웨이퍼가 웨이퍼 척(100)에 고정되도로 한다. 따라서, 웨이퍼가 유동되는 것을 방지한다.
그 다음, 승강장치를 사용하여 웨이퍼 척(100)을 하강시킨다.
그 다음, 액체 주입장치(700)가 회동하여, 웨이퍼(1)의 상면에 기포 제거용 액체를 주입한 후, 다시 원래의 위치로 회동한다. 이때, 액체의 양을 조절하여, 웨이퍼의 표면에 골고루 기포 제거용 액체가 퍼지도록 하는 것이 바람직하다.
웨이퍼를 밀폐된 챔버에 위치하는 단계(1200)에서는, 밀폐캡 승강장치(320)를 구동하여, 밀폐캡(310)을 하강시켜, 챔버를 밀폐함으로써, 웨이퍼를 밀폐된 챔버 내에 위치시킨다.
진공단계(1300)에서는, 먼저, 진공장치 전환부(120)를 사용하여, 웨이퍼 파지용 진공홀(101)과, 챔버 진공장치(400)가 연결되도록 한다. 그 다음 챔버 진공장치(400)를 구동하여, 챔버(301)와 웨이퍼 파지용 진공홀(101)에 동일한 진공압이 형성되도록 한다. 이때 가해지는 진공압은 약 1torr 정도이며, 충분히 기포가 제거될 정도의 시간동안 진공상태를 유지한다. 그 결과, 비아홀에 기포가 모두 제거될 수 있다.
챔버를 개방하는 단계(1400)에서는, 진공이 유지된 상태에서 강제로 챔버를 개방하는 경우, 많은 동력이 필요할 뿐만 아니라, 개방시 가해지는 충격으로 웨이퍼가 손상될 수 있다. 따라서, 기체 주입구(302)를 통해서 질소 기체를 주입하여, 대기압과 동일한 상태가 되도록 한다. 또한, 진공장치 전환부(120)를 사용하여, 웨이퍼 파지용 진공홀(101)이 척용 진공장치(110)에 의해 진공압이 발생하도록 한다. 그 다음, 밀폐캡 승강장치(320)를 구동하여 밀폐캡(310)을 승강시킨다.
건조단계(1500)에서는, 척 회동부(200)를 구동하여, 웨이퍼를 회전시켜, 표면에 잔존하는 액체를 제거한다. 그러나, 잔존하는 액체를 완전히 건조하는 것은 아니며, 다음 공정에 필요한 정도로 액체가 잔존하도록 한다. 이때, 비산되는 액체는 액체 회수부(500)를 통해서 회수된다.
그 다음, 승강장치(500)를 사용하여 웨이퍼 척을 상승시킨 후, 공정을 완료하게 된다.
한편, 건조단계(1500) 이후에 세정단계를 거칠 수도 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 비아홀에 잔존하는 기포를 안정적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 기포 제거와 건조를 하나의 장비로 해결할 수 있어, 효과적이다.
또한, 액체 회수부로 인해서 비산되는 액체가 장비의 다른 부위로 스며드는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 승강장치를 구비함으로써, 액체 회수부와 간섭받지 않고, 웨이퍼를 로딩 및 언로딩할 수 있다.
또한, 진공장치 전환부를 구비함으로써, 기포 제거시, 웨이퍼의 상하에 가해지는 압력이 동일하도록 하여, 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있다.
그리고, 확산판을 구비함으로써, 기체의 흐름이 고르게 되도록 하여 기포 제거용 액체가 한 쪽으로 치우치는 것을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
1: 웨이퍼 100: 웨이퍼 척
200: 척 회동부 700: 액체 주입장치
301: 챔버 300: 챔버밀폐장치
400: 챔버진공장치 302: 기체 주입구
500: 액체 회수부 600: 승강장치
101: 웨이퍼 파지용 진공홀 110: 척용 진공장치
120: 진공장치 전환부 142: 척 밀폐부
310: 밀폐 캡 304: 확산판
1100: 액체 도포단계
1200: 웨이퍼를 밀폐된 챔버에 위치하는 단계
1300: 진공단계 1400: 개방하는 단계
1500: 건조단계

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 웨이퍼의 배면을 지지고정하는 웨이퍼 척;
    상기 웨이퍼 척을 회동시키는 척 회동부;
    상기 웨이퍼 척에 고정된 상기 웨이퍼의 표면에 기포 제거용 액체를 주입하는 액체 주입장치;
    상기 웨이퍼 척에 고정된 상기 웨이퍼를 둘러싸는 챔버를 밀폐하는 챔버밀폐장치; 및
    상기 챔버 내를 진공상태로 형성하는 챔버진공장치;
    를 포함하고,
    상기 웨이퍼 척의 상기 웨이퍼의 배면과 맞닿는 면에는 웨이퍼 파지용 진공홀이 형성되며,
    상기 웨이퍼 파지용 진공홀에 진공을 발생시키는 척용 진공장치; 및,
    상기 웨이퍼 파지용 진공홀에 상기 척용 진공장치 및 상기 챔버 진공장치에 선택적으로 연결될 수 있도록 변환하는 진공장치 전환부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포 제거장치.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 챔버진공장치와 연결된 진공흡입공과 설치된 상기 웨이퍼 사이에 설치된 확산판;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포 제거장치.
  9. 삭제
  10. 비아홀이 형성된 웨이퍼의 표면에 기포 제거용 액체를 도포하는 액체 도포단계;
    액체가 도포된 상기 웨이퍼를 밀폐된 챔버에 위치하는 단계;
    상기 챔버에 진공을 가하여, 상기 비아홀에 잔존하는 기포를 제거하는 진공단계;
    상기 챔버에 기체를 주입한 후 상기 챔버를 개방하는 단계; 및
    상기 웨이퍼를 회전시켜 상기 웨이퍼 상에 잔존하는 기포 제거용 액체를 제거하는 건조단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 비아홀의 기포 제거 방법.

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