KR20140011904A - 본딩된 웨이퍼를 분리시키는 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본딩된 웨이퍼를 분리시키는 시스템 및 방법이 개시된다(disclosed). 일 실시예에서, 본딩된 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템은 본딩된 웨이퍼를 위한 지지부와, 전단력(sheer force)을 본딩된 웨이퍼에 인가하기 위한 수단을 포함한다. 이 시스템은 진공을 본딩된 웨이퍼에 인가하기 위한 수단을 또한 포함한다.

Description

본딩된 웨이퍼를 분리시키는 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS OF SEPARATING BONDED WAFERS}
본 발명은 본딩된 웨이퍼를 분리시키는 시스템 및 방법에 대한 것이다.
반도체 소자는 예를 들면, 개인용 컴퓨터, 셀폰, 디지털 카메라, 및 다른 전자 장비와 같은 다양한 전자 응용에서 이용된다. 반도체 소자는 반도체 기판 위에 물질의 절연 또는 유전층, 전도층, 및 반도체층을 순차적으로 증착시키고, 그 위에 회로 컴포턴트와 소자를 형성하도록 리소그래피를 사용해서 다양한 물질층을 패터닝함으로써 통상적으로 제조된다.
반도체 산업은 주어진 면적에 더 많은 컴포넌트가 집적되게 하도록 최소의 특징부(feature) 크기에서의 계속된 감소에 의해 다양한 전자 컴포넌트(예, 트랜지스터, 다이오드, 저항, 커패시터 등)의 집적 밀도를 계속 향상시켜 왔다. 이러한 더 작은 컴포넌트는 일부 응용에서 과거의 패키지보다 작은 면적을 활용하는 더 작은 패키지를 또한 요구한다.
3차원 집적회로(three dimensional integrated circuit; 3DIC)는 패키지 온 패키지(package-on-package; PoP)와 시스템 인 패키지(system-in-package; SiP) 패키징 기술과 같이, 다수의 반도체 다이들이 서로 적층되는, 반도체 패키징에서의 최근의 개발이다. 예를 들면, 적층된 다이들 간의 상호연결부의 감소된 길이 때문에, 3DIC는 향상된 집적도와, 더 빠른 속도와 더 높은 대역폭과 같은 다른 이점을 제공한다.
3DIC를 형성하는 일부 방법은 2개의 반도체 웨이퍼를 함께 본딩하는 것을 수반한다. 웨이퍼는 예를 들면, 융합 본딩, 공융 본딩과, 하이브리 본딩을 이용해서 함께 본딩될 수 있다.
만약 예를 들면, 본딩 공정이 성공적이지 않은 영역과 같은, 웨이퍼의 본딩의 문제점이 존재하거나, 요구되는 본딩 품질이 달성되지 않았거나, 결함이 검출된다고 결정되면, 일부 응용에서 이러한 웨이퍼를 분리시키도록 디본딩을 하여, 예를 들면 다른 웨이퍼 본딩 공정 또는 다른 응용에서 웨이퍼 중 하나 또는 둘 다에 대해 다시 작업이 수행되고 재사용될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 본딩된 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템을 제공하며, 이 시스템은 본딩된 웨이퍼를 위한 지지부; 전단력(sheer force)을 상기 본딩된 웨이퍼에 인가하기 위한 수단; 및 진공을 상기 본딩된 웨이퍼에 인가하기 위한 수단을 포함한다.
또한, 본 발명은 본딩된 반도체 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템을 제공하며, 이 시스템은 체임버; 상기 체임버 내에 배치된 제1 스테이지 - 상기 제1 스테이지는 제1 진공 라인을 포 함하고, 상기 본딩된 반도체 웨이퍼를 지지하기 위해 적응됨 -; 상기 제1 스테이지에 근접하게 상기 체임버 내에 배치되고, 제2 진공 라인을 포함하는 제2 스테이지; 상기 제1 스테이지 또는 상기 제2 스테이지에 연결된 볼 스크류(ball screw); 상기 볼 스크류에 연결된 서보 모터; 및 상기 체임버에 연결된 제3 진공 라인을 포함한다.
또한, 본 발명은 본딩된 웨이퍼를 분리시키는 방법을 제공하며, 이 방법은 상기 본딩된 웨이퍼 - 상기 본딩된 웨이퍼는 상단 웨이퍼와, 이러한 상단 웨이퍼에 연결된 하단 웨이퍼를 포함함 - 를 지지부 상에 배치시키는 단계; 및 상기 본딩된 웨이퍼를 분리시키도록 비틀림력(twisting force)을 상기 상단 웨이퍼에 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명 개시 및 그 이점의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면들과 결합해서 이하의 설명이 이제 참조된다.
도 1은 본 발명 개시의 일 실시예에 따라 함께 본딩된 두 개의 웨이퍼의 투시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본딩된 웨이퍼의 보다 상세한 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따라 웨이퍼를 분리하기 위한 시스템의 예증이다.
도 4는 일 실시예에 따라 웨이퍼를 분리하면서, 다양한 시점에서 도 3에 도시된 시스템의 상부 스테이지(upper stage)의 움직임을 예증하는 그래프이다.
도 5 내지 7는 일 실시예에 따라 웨이퍼의 분리 동안에 다양한 시점에서 도 3에 도시된 시스템을 예증한다.
도 8은 일 실시예에 따라 도 3에 도시된 시스템을 이용해서 웨이퍼를 디본딩(de-bonding)하는 방법을 예증하는 흐름도이다.
도 9는 다른 실시예에 따라 웨이퍼를 분리하기 위한 시스템의 예증이다.
상이한 도면들에 표기된 대응하는 참조번호들과 기호들은 만약 다르게 지정되지 않으면 대응 부분들을 일반적으로 지칭한다. 실시예들의 관련된 양태들을 명확하게 설명하기 위해 도면들이 도시되고 있으며, 도면들은 반드시 실척도로 도시되어 있지는 않다.
본 발명 개시의 실시예의 제조 및 이용이 이하에서 상세히 설명된다. 하지만, 본 발명개시는 폭넓은 다양한 특정 상황에서 구현될 수 있는 다수의 적용가능한 발명 사상을 제공한다는 점을 이해해야 한다. 논의된 특정 실시예들은 본 발명의 개시를 제조하고 이용하는 특정한 방식들에 대한 단순한 예시에 불과하며, 본 발명의 개시의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명 개시의 실시예는 함께 본딩된 웨이퍼들을 디본딩하는 것에 대한 것이다. 본딩된 웨이퍼들을 분리시키는 신규한(novel) 시스템(120)(도 3 참조) 및 방법이 본 명세서에서 설명될 것이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명 개시의 일 실시예에 따라 함께 본딩된 두 개의 웨이퍼(102a 및 102b)를 포함하는 본딩된 웨이퍼(100)의 투시도가 도시된다. 웨이퍼(102a 및 102b) 각각은 반도체 웨이퍼 또는 다른 유형의 웨이퍼 또는 워크피스(workpiece)를 포함한다. 웨이퍼(102a 및 102b)는 예를 들면, 3DIC 패키징 공정에서 함께 본딩된다. 웨이퍼(102a 및 102b)는 예를 들면, 공융 본딩, 하이브리드 본딩, 융합 본딩, 양극 본딩 및/또는 열압착(thermo-compression) 본딩을 이용해서 함께 본딩된다. 대안적으로, 웨이퍼(102 및 102b)는 웨이퍼-투-웨이퍼(wafer-to-wafer) 본딩 기술을 이용해서 함께 본딩될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 본딩된 웨이퍼(100)의 보다 상세한 단면도이다. 웨이퍼(102a 및 102b) 각각은 워크피스(104a 및 104b)를 각각 포함한다. 워크피스(104a 및 104b)는, 예를 들면, 실리콘 또는 다른 반도체 물질을 포함하는 반도체 기판을 포함할 수 있고, 절연층에 의해 덮힐 수 있다. 워크피스(104a 및 104b)는 도시되지 않은, 다른 능동 컴포넌트 또는 회로를 또한 포함할 수 있다. 워크피스(104a 및 104b)는 예를 들면, 단결정 실리콘 위에 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 워크피스(104a 및 104b)는 전도층과, 트랜지스터, 다이오드, 커패시터 등과 같은 반도체 소자를 포함할 수 있다. 예를 들면, GaAs, InP, Si/Ge, 또는 SiC와 같은 화합물 반도체가 실리콘 대신에 이용될 수 있다. 워크피스(104 및 104b)는 예시로서, 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator; SOI) 또는 게르마늄-온-절연체(germanium-on-insulator; GOI) 기판을 각각 포함할 수 있다.
각각의 웨이퍼(102a 및 102b)는 별도로 제조되고, 나중에 다른 웨이퍼(102b 또는 102a)에 본딩된다. 웨이퍼(102a 및 102b)는 동일하거나 유사한 유형의 장치를 포함할 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼(102a 및 102b)는 위에 형성된 상이한 유형의 장치를 포함할 수 있다.
웨이퍼(102a 및 102b)는 자신의 상단면에 형성된, 절연 물질(106a 및 106b)을 각각 포함한다. 웨이퍼(102a)는 도 2에 예증된 바와 같이, 웨이퍼(102a 및 102b)를 함께 본딩하기 전에 뒤집어 진다(inverted). 대안적으로, 웨이퍼(102a)는 뒤집어지지 않을 수 있으며, 이것은 도시되지 않는다. 전도 라인 또는 접촉 패드(108a 및 108b) 각각은 웨이퍼(102a 및 102b)의 절연 물질(106a 및 106b) 내에 형성된다. 비아(109a 및 109b) 각각은 웨이퍼(102a 및 102b)의 절연 물질(106a 및 106b) 내에 또한 형성될 수 있다. 웨이퍼(102a 및 102b)의 상단 부분은 예를 들면 금속화층을 포함할 수 있다.
절연 물질(106a 및 106b)은 예를 들면, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 다른 유형의 절연 물질층, 또는 다중층 또는 이러한 물질의 조합을 포함할 수 있다. 전도 라인 또는 접촉 패드(108a 및 108b)와 비아(109a 및 109b)는 예를 들면 Cu, Al, 시드층(seed layer), 라이너(liner), 다른 물질, 또는 다중층 또는 이러한 물질의 조합을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전도 라인 또는 접촉 패드(108a 및 108b), 비아(109a 및 109b)와, 절연 물질(106a 및 106b)은 다른 물질을 포함할 수 있다. 웨이퍼(102a 및 102b) 각각은 전도 라인의 다중층 및 비아(미도시)를 포함할 수 있다.
웨이퍼(102a 및 102b)는 예를 들면, 일부 실시예에서, 전도 물질 또는 반도체 물질로 구성된, 관통 기판 비아(through substrate via; TSV)(110a 및 110b)를 각각 더 포함할 수 있다. TSV는 예를 들면, 웨이퍼(102a 및 102b) 각각의 상단면으로부터 하단면까지 수직으로 전기적 연결을 제공한다. 대안적으로, TSV는 다른 물질을 포함할 수 있다.
웨이퍼(102a 및 102b)의 본딩 동안에, 절연체 대 절연체(insulator-to-insulator) 본드(bond, 112) 및/또는 금속 대 금속 본드(114)가 이러한 웨이퍼 사이에 형성된다. 절연체 대 절연체 본드(112)는 절연 물질(106a 및 106b) 사이에 형성되고, 금속 대 금속 본드(114)는 전도 라이너(108a 및 108b) 사이에 형성된다. 일부 응용에서, 예를 들면, 본딩 공정의 유형에 따라, 절연체 대 절연체 본드(112) 만이 형성되거나, 금속 대 금속 본드(114)만이 형성된다.
본딩된 웨이퍼(100)를 위한 본딩 공정이 적어도 부분적으로 완료된 후에, 본딩된 웨이퍼(100)가 검사된다. 만약 예를 들면, 본딩 공정이 성공적이지 않은 영역과 같은, 웨이퍼(102a 및 102b)의 본딩의 문제점이 존재하거나, 요구되는 본딩 품질이 달성되지 않았거나, 결함이 검출된다고 결정되면, 일부 응용에서 이러한 웨이퍼(102a 및 102b)를 분리시키도록 디본딩을 하여, 예를 들면 다른 웨이퍼 본딩 공정 또는 다른 응용에서 웨이퍼(102a 및 102b) 중 하나 또는 둘 다에 대해 다시 작업이 수행되고(re-worked) 재사용될 수 있게 하는 것이 바람직하다. 본 발명 개시의 실시예에 따라, 신규한 시스템 및 방법은 본 명세서에서 더 설명될, 본딩된 웨이퍼(100)를 디본딩 또는 분리시키기 위해 이용된다.
일부 실시예에서, 본딩된 웨이퍼(100)는 예를 들면, 웨이퍼 본딩 공정이 완료되기 전에 디본딩된다. 본딩된 웨이퍼(100)는 일부 실시예에서, 초기 본딩 절차의 약 1 시간 이내에 디본딩된다. 금속 대 금속 본드(114)와 절연체 대 절연체 본드(112)는 예를 들면, 일부 응용 및 본딩 절차에서 시간이 지남에 따라 강화되고, 따라서, 만약 공정이 본딩 공정 잠시 후에 수행된다면 본딩된 웨이퍼(100)의 디본딩이 더 쉽다. 다른 예시로서, 일부 실시예에서 Q 시간이 본딩 스테이션과 {예를 들면, 도 3에 도시된 시스템(120)을 포함하는} 디본딩 스테이션 사이에서 약 1시간 미만이다.
다른 예시로서, 다른 실시예에서, 금속 대 금속 본드(114) 및/또는 절연체 대 절연체 본드(116)를 강화시키기 위해 이용되는 어닐링 공정 이전에 본딩된 웨이퍼(100)가 디본딩된다. 본딩된 웨이퍼(100)는 다른 실시예에 따라 다른 사후-본딩 공정 이전에 디본딩된다.
도 3은 일 실시예에 따라 본딩된 웨이퍼(100)를 분리시키기 위한 시스템(120)의 예증이다. 본딩된 웨이퍼(100)를 분리시키기 위한 시스템(120)은 본딩된 웨이퍼(100)를 위한 지지부(126), 전단력(sheer force)을 본딩된 웨이퍼(100)에 인가하기 위한 수단과, 진공을 본딩된 웨이퍼(100)에 인가하기 위한 수단을 포함한다. 진공을 인가하기 위한 수단은 일 실시예에서 본딩된 웨이퍼(100)를 위한 지지부(126) 상에서 본딩된 웨이퍼(100)의 하단 웨이퍼(102b)로부터 본딩된 웨이퍼(100)의 상단 웨이퍼(102a)를 들어올리기 위해 적응된다. 전단력을 인가하기 위한 수단은 일부 실시예에서 진공을 본딩된 웨이퍼(100)에 인가하기 위한 수단을 포함한다.
진공을 인가하기 위한 수단은 제1 진공을 인가하기 위한 제1 수단을 포함하고, 이 시스템(120)은 일부 실시예에서 제2 진공을 인가하기 위한 제2 수단을 더 포함한다. 일 실시예에서, 제1 진공을 인가하기 위한 제1 수단은 제1 진공을 본딩된 웨이퍼(100)의 제1 웨이퍼(102a)에 인가하기 위해 적응되고, 제2 진공을 인가하기 위한 제2 수단은 제2 진공을 본딩된 웨이퍼(100)의 제2 웨이퍼(102b)에 인가하기 위해 적응된다.
다른 실시예에서, 시스템(120)은 제3 진공을 인가하기 위한 제3 수단을 더 포함한다. 시스템은 본딩된 웨이퍼(100)를 위한 지지부(126)를 둘러싸는 체임버(121), 제1 진공을 인가하기 위한 제1 수단, 제2 진공을 인가하기 위한 제2 수단과, 전단력을 인가하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 진공을 인가하기 위한 제3 수단은 체임버(121)에 연결된다. 일부 실시예에서, 다양한 진공을 인가하기 위한 수단은 하나 이상의 진공 펌프(미도시)에 연결된 진공 라인(130a, 130b, 및 130c)을 포함한다.
다른 실시예에서, 본딩된 반도체 웨이퍼(100)를 분리시키기 위한 시스템(120)은 체임버(121), 체임버(121) 내에 배치된 제1 스테이지(122)와, 제1 스테이지(122)에 근접하게 체임버(121) 내에 배치된 제2 스테이지(124)를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 스테이지(122)는 하부의 고정된 스테이지를 포함하고, 제2 스테이지(124)는 상부의 이동가능한 스테이지를 포함한다. 제1 스테이지(122)는 제1 진공 라인(130b)을 포함하고, 본딩된 반도체 웨이퍼(100)를 지지하기 위해 적응된다. 예를 들면, 제1 스테이지(122)는 지지부(126)를 포함한다. 지지부(126)는 예를 들면 금속 또는 다른 물질로 구성된 플레이트 또는 그레이팅(grating)을 포함할 수 있다. 제2 스테이지(124)는 제2 진공 라인(130a)을 포함한다. 볼 스크류(132)가 제2 스테이지(124)에 연결되고, 서보 모터(134)가 볼 스크루(132)에 연결된다. 제3 진공 라인(130c)이 체임버(121)에 연결된다.
일 실시예에서, 서보 모터(134)는 회전식 출력단(rotary output)과 위치 제에기를 제공하도록 적응된 전기 모터를 포함한다. 일 실시예에서, 볼 스크류(132)는 서보 모터(134)의 회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 기계적 선형 작동기(actuator)를 포함한다. 볼 스크류(132)는 예를 들면, 스레드 샤프트(threaded shaft)와 볼 베어링을 포함할 수 있다. 대안적으로, 다른 유형의 모터(134)와 선형 작동기가 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 스테이지(124)의 제2 진공 라인(130a)이 도 3에서 환영으로(in phantom)으로 도시된 바와 같이, 진공 디스크(128)에 연결된다. 제2 진공 라인(130a)은 진공을 본딩된 웨이퍼(100)의 상단 웨이퍼(102a)의 상단 표면에 인가하기 위한 다른 수단에 대안적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 스테이지(122)가 고정되고, 제2 스테이지(124)는 이동가능하다. 일부 실시예에서, 제1 스테이지(122) 또는 제2 스테이지(124)는 각각 히터(136b와 136a)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 스테이지와 제2 스테이지(124) 둘 다는 예를 들면 히터(136b와 136a)를 포함한다. 다른 실시예에서, 히터(136a와 136b)는 다른 예시로서 시스템(120) 내에 포함되지 않는다.
서보 모터(134)는 볼 스크류(132)를 회전시키기 위해 적응된다. 볼 스크류(132)는 자신의 회전에 의해 하강 및 상승한다. 디본딩(de-bonding) 공정 동안에, 제2 스테이지(124)가 서보 모터(134) 및 볼 스크류(132)에 의해 하강 및 회전되어, 진공 디스크(128)가 본딩된 웨이퍼(100)의 상단 웨이퍼(102a)의 상단면과 접촉하게 된다. 진공 라인(130a)에 연결된 진공 펌프(미도시)는 진공을 진공 디스크(128)에 인가하고, 상단 웨이퍼(102a)를 들어올린다. 진공 라인(130a)에 연결된 진공 펌프와 동일하거나 다른 진공 펌프를 포함할 수 있는 진공 펌프가 제1 스테이지(122)에 연결된 진공 라인(130b)에 연결된다. 제1 스테이지(122)에 인가된 진공은 제1 스테이지(122)의 지지부(126) 상에 하단 웨이퍼(102b)를 유지하는 한편, 진공은 디본딩 공정 동안에 제2 스테이지(124)에 의해 상단 웨이퍼(102a)에 동시에 인가된다. 그런 다음, 서보 모터(134)가 반대 방향으로 작동되어, 상단 웨이퍼(102a)를 회전시키고, 본딩된 웨이퍼(100)의 웨이퍼(102a 및 102b)를 분리시키는 전단력(sheer force) 또는 비틀림 힘(twisting force)이 본딩된 웨이퍼(100)에 인가되게 한다. 그런 다음, 일부 실시예에서, 상단 웨이퍼(102a)와 하단 웨이퍼(102b)가 시스템(120)으로부터 제거되고, 재작업되어 다른 하나의 웨이퍼(102a 또는 102b)에 재본딩되거나, 상이한 응용에서 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 본딩 공정 전에 및/또는 동안에 진공 라인(130c)을 이용해서 진공이 또한 체임버(121)에 적용된다. 진공 라인(130c)은 예를 들면, 진공 라인(130a 및 130b)이 연결되는 동일한 진공 펌프에 연결될 수 있다. 진공 라인(130a, 130b, 및 130c)은 예시로서 상이한 진공 펌프 또는 동일한 진공 펌프에 연결될 수 있다. 진공을 체임버(121)에 인가하는 것은 예시로서, 일부 실시예에서 진공 또는 약 0.01 내지 955 mbar의 압력을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 진공을 체임버(121)에 인가하는 것은 예시로서, 웨이퍼(102a 및 102b)를 본딩하기 위해 이용되는 본딩 공정 동안에 웨이퍼(102a 및 102b)에 인가된 진공 레벨에 근접하거나 실질적으로 동일한 진공 레벨을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 체임버(121)에 인가된 진공은 예를 들면, 다른 실시예에서 약 955 mbar보다 크고 약 0.01 mbar보다 작을 수 있다. 대안적으로, 다른 레벨의 압력이 체임버(121)에 인가될 수 있다.
본딩된 웨이퍼(100)가 일부 실시예에서 히터(136a), 히터(136b), 또는 히터(136a 및 136b) 모두를 이용해 가열된다. 예시로서, 일부 실시예에서, 본딩된 웨이퍼(100)를 분리시키도록 비틀림력을 상단 웨이퍼(102a)에 인가하면서, 약 600 ℃ 이하의 온도로 본딩된 웨이퍼(100)가 가열된다. 대안적으로, 본딩된 웨이퍼(100)를 분리시키기 위해 이용되는 디본딩 공정 이전 및/또는 동안에, 본딩된 웨이퍼(100)가 가열되지 않거나, 본딩된 웨이퍼(100)가 다른 온도로 가열될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따라 본딩된 웨이퍼(100)를 분리하면서, 다양한 시점에서 도 3에 도시된 시스템(120)의 제2 스테이지(124)(상부 스테이지)의 위치 및 움직임을 예증하는 그래프(140)이다. 제2 스테이지(124)의 진공 디스크(126)의 그래프(138)가 도 4에 또한 도시된다. 도 3과, 도 5 내지 7은 일 실시예에 따라 본딩된 웨이퍼(100)의 분리 동안에 도 4에 도시된 다양한 시점에서 시스템(120)을 예증한다. 본 발명 개시의 일 실시예에 따른 신규한(novel) 시스템(120)의 동작의 예시가 도 3 내지 7을 참조해서 다음에 설명될 것이다.
먼저, 본딩된 웨이퍼(100)가 도 3에 도시된 바와 같이 제1 스테이지(122)의 지지부(126) 상에 배치된다. 초기에, 시간 t0에서, 제2 스테이지(120)가 위쪽 위치에 있고, 진공 디스크(128)의 진공 레벨이 제1 레벨 L1으로 설정된다. 비록 다른 압력 레벨이 대안적으로 이용될 수 있지만, 제1 레벨 L1은 예를 들면 약 60 kPa를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 레벨 L1은 다른 예시로서 오프(off) 위치를 포함할 수 있다. 체임버(121)의 진공은 일 실시예에서 웨이퍼(102a와 102b)가 본딩된 압력과 실질적으로 동일한 압력을 포함하는 높은 레벨로 설정된다. 제1 스테이지(122)의 진공은 본딩된 웨이퍼(100)를 제 위치에(in place) 유지시키기 위해 턴온된다. 디본딩 공정 동안에, 제1 스테이지(122)의 진공은 본딩된 웨이퍼(100)의 하단면을 제1 스테이지(122)에 부착한다.
시간 t1에서, 도 5에 예증된 바와 같이, 서보 모터(134)가 턴온되거나 작동되어, 참조번호 142에 도시된 바와 같이 볼 스크류(132)를 회전시키고, 제2 스테이지(124)의 하향 움직임(144)을 시작하게 한다. 제2 스테이지(124)는 하강할 때 또한 회전한다. 서보 모터(134)는 볼 스크류(142)를 구동시켜서, 선형 움직임{하향 움직임(144)을 포함함}과 회전 움직임(142)을 제2 스테이지(124) 상의 진공 디스크(128)에 제공한다. 제2 스테이지(124)의 진공 디스크(128)가 도 6에 도시된 본딩된 웨이퍼(100)의 상단 웨이퍼(102a)의 상단 표면을 접촉할 때까지, 하향 이동(144)이 계속된다. 진공 디스크(128)의 레벨은 시간 t1에 제1 레벨 L1로 유지된다. 시간 t2 이전에, 진공 디스크(128)의 레벨은 제2 레벨 L2로 스위칭된다.
본딩된 웨이퍼(100)의 상단 표면과의 제2 스테이지(124)의 접촉은 도 4의 그래프(140)에서 시간 t2에 발생하며, 도 6에 도시된 것과 같이 이 시간에 서보 모터(134)의 이동이 정지되고, 제2 스테이지(124)가 아래 위치에 도달된다. 서보 모터(134)는 예를 들면 일부 실시예에서 시간 t2에 미리 결정된 정지 위치에서 정지하기 위해 적응된다. 다른 실시예에서, 본딩된 웨이퍼(100)와의 접촉이 언제 이루어졌는지를 검출하기 위해 서보 모터(134)가 적응될 수 있다. 진공 디스크(128)는 시간 t2에 제2 레벨 L2에 도달되었다. 제2 레벨 L2는 제1 레벨 L1보다 높은 진공 레벨을 포함한다. 비록 다른 압력 레벨이 제2 레벨 L2를 위해 대안적으로 이용될 수 있지만, 제2 레벨 L2은 예를 들면 약 100 kPa를 포함할 수 있다. 레벨을 진공 디스크(128)의 진공 레벨 L2로 증가시키는 것은 예를 들면, 본딩된 웨이퍼(100)의 웨이퍼(102a와 102b)를 분리시키도록 전단력(150)(도 7 참조)의 인가 동안에 진공 디스크(128)의 미끄러짐을 방지하거나 감소시킨다.
시간 t3에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(102a와 102b)가 역방향으로 서보 모터(134)를 이동시킴으로써 분리되어, 볼 스크류(132)을 역방향으로 회전하게 하고, 제2 스테이지(124)의 상향 이동(148)을 야기한다. 제2 스테이지(124)는 상승할 때 또한 회전한다. 볼 스크류(132)의 역회전(146)은 본딩된 웨이퍼(100)에, 예를 들면, 본딩된 웨이퍼(100)의 상단 웨이퍼(102a)에 인가되는 전단력(150)을 발생시킨다. 전단력(150)은 본딩된 웨이퍼(100)의 분리에 기여해서, 예를 들면 웨이퍼(102a와 102b)가 비틀려서 분리되게 한다. 비록 대안적으로, 다른 레벨의 에너지가 웨이퍼(102a와 102b)를 분리시키기 위해 이용될 수 있지만, 예를 들면 일부 실시예에서, 전단력(150)은 약 0.3 내지 50 J/m2의 비틀림력의 에너지를 상단 웨이퍼(102a)에 인가하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 약 50 J/m2의 비틀림력보다 큰 에너지가 다른 예시로서 본딩된 웨이퍼(100)에 인가된다. 회전(146)과 상향 이동(148)은 상단 웨이퍼(102a)를 들어 올리기 위해 계속되고, 디본딩 공정을 완료한다. 제2 스테이지(124)가 시간 t4에 위쪽 위치에 도달할 때까지 위쪽으로 이동된다. 그런 다음, 서보 모터(134)가 턴오프되거나 작동이 정지될 수 있고, 디본딩 절차가 종료된다. 대안적으로, 서보 모터(134)는 온(on) 상태로 유지되고, 하나 이상의 추가적인 본딩된 웨이퍼(100)가 위에서 설명된 절차를 반복함으로써 디본딩될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따라 도 3에 도시된 시스템(120)을 이용해서 웨이퍼(102a와 102b)를 디본딩하는 방법을 예증하는 흐름도(160)이다. 단계(162)에서, 웨이퍼(102a와 102b)가 본딩되고, 단계(164)에서, 본딩된 웨이퍼(100)가 검사된다. 본딩된 웨이퍼(100)는 예시로서, 적외선 검사 도구, C-모드 스캐닝 초음파 현미경(C-mode scanning acoustic microscope; C-SAM)과 같은 초음파 현미경, 또는 다른 검사 장치에 의해 검사될 수 있다. 단계(166)에서 본딩된 웨이퍼(100)가 검사를 통과하는지의 여부에 대한 결정이 내려진다. 만약 본딩된 웨이퍼(100)가 검사를 통과한다고 결정되면, 단계(168)에서 사후-본딩(post-bond) 공정이 본딩된 웨이퍼(100) 상에서 수행된다. 예시로서, 사후-본딩 공정은 본딩된 웨이퍼(100)의 절연체간 본드(112) 및/또는 금속간 본드(114)를 강화시키는 어닐링 공정을 포함할 수 있다. 대안적으로, 다른 유형의 사후-본딩 공정이 이용될 수 있다. 만약 본딩된 웨이퍼(100)가 검사를 통과하지 못하면, 단계(170)에서 본 명세서에서 설명된 시스템(120) 및 방법을 이용해서 디본딩된다. 그런 다음, 일부 실시예에서, 웨이퍼(102a와 102b)를 재본딩하도록 단계(162)가 반복될 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따라 웨이퍼(102a와 102b)를 분리하기 위한 시스템(120)의 예증이다. 이 실시예에서, 제1 스테이지(122) 및 제2 스테이지(124)는 둘 다 이동가능하다. 볼 스크류(132b)가 제1 스테이지(122)에 연결되고, 서보 모터(134b)가 볼 스크류(132b)에 연결된다. 웨이퍼(102a와 102b)의 분리 동안에{예, 도 4의 그래프(140)의 시간 t3에}, 제1 스테이지(122)가 볼 스크류(132b)와 서보 모터(134b)의 회전(146b)에 의해 아래쪽 방향(148b)으로 이동되는 동안 동시에 제2 스테이지(124)가 볼 스크류(132a)와 서보 모터(134a)의 회전(146a)에 의해 위쪽 방향(148a)으로 이동된다. 예를 들면, 이 실시예에서, 제1 스테이지(122)와 제2 스테이지(124)는 반대 방향으로 또는 동일 방향으로 회전될 수 있어서 전단력(150)을 증가시키게 된다.
다른 실시에에서, 제1 스테이지(122)는 이동가능하고, 제2 스테이지(124)는 고정된다(미도시됨). 볼 스크류(132b)가 제1 스테이지(122)에 연결되고, 서보 모터(134b)가 볼 스크류(132b)에 연결된다. 제1 스테이지(122)는 이동가능하고, 도 3에 도시된 바와 같이 전단력(150)을 발생시키기 위해 적응되고, 제2 스테이지(124)는 이동가능하고 전단력(150)을 발생시키기 위해 적응되거나, 제1 스테이지(122)와 제2 스테이지(124) 둘 다가 이동가능하고, 본 명세서에서 실시예에 따라 (도 9에 도시된) 웨이퍼(102a와 102b)를 분리시키는데 활용되는 전단력(150)을 발생시키기 위해 적응된다.
본 발명 개시의 실시예는 본딩된 웨이퍼(120)를 디본딩하거나 분리시키기는 방법을 포함한다. 본 발명 개시의 실시예는 본딩된 웨이퍼(120)를 디본딩하기 위한 신규한 시스템(120)을 또한 포함한다. 비록 함께 본딩된 단지 두 개의 웨이퍼(102a와 102b)만을 포함하는 본딩된 웨이퍼(100)가 도면들에 도시되지만, 본 명세서에서 설명된 시스템(120) 및 방법은 함께 본딩된 3개 이상의 웨이퍼(102a와 102b)(미도시됨)를 디본딩하기 위해 또한 이용될 수 있다. 디본딩 방법은 예를 들면, 웨이퍼 스택 내의 웨이퍼(102a와 102b) 각각이 디본딩될 때까지 두 번 이상 반복될 수 있다.
본 발명 개시의 실시예의 이점은 함께 본딩된 웨이퍼들을 서로로부터 분리시키는 신규한 시스템(120) 및 방법을 제공하는 것을 포함한다. 방법은 본딩된 웨이퍼(102a와 102b)를 디본딩하고, 하나 이상의 본딩된 웨이퍼(100)의 디본딩 공정 후에 재작업(rework) 및/또는 재본딩을 하게 하고, 비용 절감 및 증가된 수율(yield)을 제공하는 기계적인 방법을 포함한다. 웨이퍼(102a와 102b)는 각각 상단 및 하단에서 웨이퍼(102a와 102b) 모두에 인가되는 진공을 이용해서 잡아 당겨 분리되고, 웨이퍼(102a와 102b)의 분리는 인가된 전단력(150)에 의해 용이하게 된다. 본딩된 웨이퍼(100)에 인가되는 전단력(sheer force, 150)은 웨이퍼(102a와 102b)를 손상시키지 않으면서 웨이퍼(102a와 102b)를 분리시키는 것을 효과적으로 돕는다. 서보 모터(134) 및 볼 스크류(132)로부터의 기계적인 전도가 웨이퍼(102a와 102b)의 분리를 용이하게 하는 비틀림 전단력(150)을 발생시키기 위해 이용된다. 비틀림 전단력(150)은 웨이퍼(102a와 102b)의 금속간 본드(114) 및/또는 절연체간 본드(112)를 포함하는 본딩 인터페이스를 이롭게 쉽게 분리시킨다.
서보 모터(134)와 볼 스크류(132)는 정밀하게 제어가능한 진공의 회전과 조합된 선형 이동을 제공하고, 본딩 에너지를 위한 충분한 파워를 제공한다. 웨이퍼(102a와 102b)를 분리시키기 위해 요구되는 본딩 강도는 예를 들면, 서보 모터의 역 임피던스를 정밀하게 계산함으로써 획득가능하다.
웨이퍼(102a와 102b)를 손상시킬 수 있는 높은 힘의 집중의 이용을 위한 요건을 회피하는 디본딩 공정이 일부 실시예에서 높은 진공 체임버(121) 내에서 이롭게 수행된다. 웨이퍼(102a와 102b)를 본딩하기 위해 체임버(121) 내의 주위 압력과 실질적으로 동일한 진공 또는 압력 레벨을 이용함으로써, 본딩된 웨이퍼(100)와 체임버(121) 환경간의 내부 및 외부 압력의 균형이 유지되고, 예를 들면, 더 적은 분량의 전단력(150)이 웨이퍼(102a와 102b)를 분리시키기 위해 이용될 수 있다. 균형 잡힌 압력이 재작업 공정을 또한 순조롭게 한다. 더 나아가, 웨이퍼(102a와 102b)가 본딩된 후에 곧, 그리고 임의의 열이 어닐링 공정에 의해 가해지기 전에 웨이퍼(102a와 102b)를 디본딩함으로써, 웨이퍼(102a와 102b)의 손상이 더 회피된다.
과거에 재작업될 수 없었던 본딩된 와이퍼(100)가 본 명세서에서 설명된 신규한 시스템(120)과 방법을 이용함으로써 이롭게 디본딩가능하고 재작업가능하게 된다.
본 발명 개시의 일 실시예에 따라, 본딩된 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템은 본딩된 웨이퍼를 위한 지지부, 전단력을 본딩된 웨이퍼에 인가하기 위한 수단과, 진공을 본딩된 웨이퍼에 인가하기 위한 수단을 포함한다.
다른 실시예에 따라, 본딩된 반도체 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템은 체임버와, 이러한 체임버 내에 배치된 제1 스테이지를 포함한다. 제1 스테이지는 제1 진공 라인을 포함하고, 본딩된 반도체 웨이퍼를 지지하기 위해 적응된다. 시스템은 제1 스테이지에 근접하게 체임버 내에 배치된 제2 스테이지를 포함하고, 제2 스테이지는 제2 진공 라인을 포함한다. 볼 스크류가 제1 스테이지 또는 제2 스테이지에 연결되고, 서보 모터가 볼 스크류에 연결된다. 시스템은 체임버에 연결된 제3 진공 라인을 포함한다.
다른 실시예에 따라, 본딩된 웨이퍼를 분리시키기 위한 방법은 지지부 상에 본딩된 웨이퍼를 배치시키는 단계를 포함한다. 본딩된 웨이퍼는 상단 웨이퍼와, 상단 웨이퍼에 연결된 하단 웨이퍼를 포함한다. 방법은 본딩된 웨이퍼를 분리시키기 위해 비틀림력을 상단 웨이퍼에 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명 개시의 실시예 및 이에 관한 이점을 자세하게 설명하였지만, 본 발명에 대한 다양한 변경, 대체, 및 변동이 첨부된 청구범위들에 의해 정의된 개시의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고서 행해질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 본 명세서에서 설명된 다수의 특징, 기능, 공정, 및 물질은 본 발명 개시의 범위 내에 있으면서 변경될 수 있다는 것을 당업자가 쉽게 이해할 것이다. 또한, 본 출원의 범위는 상세한 설명에서 설명된 물질, 수단, 방법, 및 단계의 프로세스, 머신, 제품, 구성의 특정한 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다. 본 명세서에서 설명된 대응하는 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 이와 실질적으로 동일한 결과를 달성하는, 현존하거나 후에 개발될 물질, 수단, 방법, 또는 단계의 공정, 머신, 제품, 구성을 본 발명개시에 따라 활용할 수 있다는 것을 본 발명분야의 당업자라면 본 발명 개시로부터 손쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구항들은 이와 같은 물질, 수단, 방법, 또는 단계의 프로세스, 머신, 제조품, 구성을 청구항의 범위 내에 포함하는 것으로 한다.

Claims (10)

  1. 본딩된 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템에 있어서,
    본딩된 웨이퍼를 위한 지지부;
    전단력(sheer force)을 상기 본딩된 웨이퍼에 인가하기 위한 수단; 및
    진공을 상기 본딩된 웨이퍼에 인가하기 위한 수단을
    포함하는, 본딩된 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 진공을 인가하기 위한 수단은 상기 본딩된 웨이퍼를 위한 지지부 상에 배치된 상기 본딩된 웨이퍼의 하단 웨이퍼로부터 상기 본딩된 웨이퍼의 상단 웨이퍼를 들어 올리도록 적응되는 것인, 본딩된 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 진공을 인가하기 위한 수단은 제1 진공을 인가하기위한 제1 수단을 포함하고, 상기 시스템은 제2 진공을 인가하기 위한 제2 수단을 더 포함하는 것인, 본딩된 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 본딩된 웨이퍼 각각은 제1 웨이퍼와, 상기 제1 웨이퍼에 본딩된 제2 웨이퍼를 포함하고, 제1 진공을 인가하기 위한 제1 수단은 상기 제1 진공을 상기 제1 웨이퍼에 인가하기 위해 적응되고, 제2 진공을 인가하기 위한 제2 수단은 상기 제2 진공을 상기 제2 웨이퍼에 인가하기 위해 적응되는 것인, 본딩된 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 제3 진공을 인가하기 위한 제3 수단을 더 포함하는, 본딩된 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템.
  6. 본딩된 반도체 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템에 있어서,
    체임버;
    상기 체임버 내에 배치된 제1 스테이지 - 상기 제1 스테이지는 제1 진공 라인을 포함하고, 상기 본딩된 반도체 웨이퍼를 지지하기 위해 적응됨 -;
    상기 제1 스테이지에 근접하게 상기 체임버 내에 배치되고, 제2 진공 라인을 포함하는 제2 스테이지;
    상기 제1 스테이지 또는 상기 제2 스테이지에 연결된 볼 스크류(ball screw);
    상기 볼 스크류에 연결된 서보 모터; 및
    상기 체임버에 연결된 제3 진공 라인을
    포함하는, 본딩된 반도체 웨이퍼를 분리시키기 위한 시스템.
  7. 본딩된 웨이퍼를 분리시키는 방법에 있어서,
    상기 본딩된 웨이퍼 - 상기 본딩된 웨이퍼는 상단 웨이퍼와, 이러한 상단 웨이퍼에 연결된 하단 웨이퍼를 포함함 - 를 지지부 상에 배치시키는 단계; 및
    상기 본딩된 웨이퍼를 분리시키도록 비틀림력(twisting force)을 상기 상단 웨이퍼에 인가하는 단계를
    포함하는, 본딩된 웨이퍼를 분리시키는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 지지부는 체임버 내에 배치되고, 상기 방법은 상기 본딩된 웨이퍼를 배치시킨 후에, 진공을 상기 체임버에 인가하는 단계를 더 포함하는 것인, 본딩된 웨이퍼를 분리시키는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 비틀림력을 인가하는 단계는 상기 웨이퍼가 함께 본딩된 지 1시간 이내에 상기 비틀림력을 인가하는 단계를 포함하는 것인, 본딩된 웨이퍼를 분리시키는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 상단 웨이퍼 또는 상기 하단 웨이퍼를 재작업(reworking)하는 단계와, 상기 본딩된 웨이퍼를 분리시키도록 상기 비틀림력을 상기 상단 웨이퍼에 인가한 후에 상기 상단 웨이퍼를 상기 하단 웨이퍼에 재본딩하는(re-bonding) 단계를 더 포함하는, 본딩된 웨이퍼를 분리시키는 방법.
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