KR20200085056A

KR20200085056A - 실리콘 관통 전극 공정에서 사용되는 캐리어 웨이퍼 재생 방법

Info

Publication number: KR20200085056A
Application number: KR1020190001115A
Authority: KR
Inventors: 박병호; 박종민
Original assignee: (주)에이텍솔루션
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2020-07-14

Abstract

본 발명은 실리콘 관통 전극 공정에서 사용되는 캐리어 웨이퍼의 재생에 있어서, 모재가 침식되지 않아 평탄도가 유지되고 재활용 횟수에 관계없이 일정한 두께를 유지할 수 있는 캐리어 웨이퍼의 재생 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 위해 본 발명은, 실리콘 관통 전극 공정 중 사용되는 캐리어 웨이퍼의 재생에 있어서, 상기 캐리어 웨이퍼 상에 상기 실리콘 관통 전극 공정 중에 형성되는 무기 피막층 제거는 화학적 기계적 연마를 통해 이루어지는 캐리어 웨이퍼 재생 방법을 제공한다.

Description

실리콘 관통 전극 공정에서 사용되는 캐리어 웨이퍼 재생 방법{METHOD OF RECYCLING CARRIER WAFER USED IN THROUGH SILICON VIA PROCESS}

본 발명은 실리콘 관통 전극 공정에서 사용되는 캐리어 웨이퍼의 재생공정에 관한 것이다.

최근 들어, 스마트폰, 스마트 패드 등과 같은 휴대형 전자기기의 시장이 성장하면서 경박단소 제품에 대응할 수 있는 반도체 패키지의 수요가 점진적으로 증가하고 있다. 경박단소 제품에 대응하기 위한 반도체 패키지의 하나로서 실리콘 관통 전극(TSV; Through Silicon Via) 기술 기반의 적층형 패키지(패키지 온 패키지; PoP)가 활용되고 있는데, TSV 기술은 기존 와이어를 이용해 칩을 연결하는 대신 칩에 미세한 구멍을 뚫어 상단 칩과 하단 칩을 전극으로 연결하는 패키징 기술이다. 이러한 TSV 기술은 메모리 칩을 적층해 대용량을 구현하는 기술로, 기존 금선(와이어)을 이용해 칩을 연결하는 와이어 본딩(Wire Bonding) 기술에 비해 웨이퍼 간에 최적화된 신호의 전송결로를 제공하며 와이어 본딩 영역이 필요 없어 패키지의 경박 단소화에 유리하고 속도와 소비전력을 크게 개선할 수 있는 것이 특징이다.

도 1은 일반적인 TSV 공정을 설명하고 있는데, 공정 중 이미 관통 홀이 처리된 웨이퍼와 상대 웨이퍼를 붙인 후 관통 홀이 처리된 웨이퍼에 대해 박층화 및 후속 공정을 진행하는데 이를 위해서는 상대 웨이퍼에 핸들링을 위한 캐리어 웨이퍼를 접합시키는 것이 필요하다. 캐리어 웨이퍼의 접합 후 후속 공정인 박형화(thinning), 구리배선, RDL(redistribution Layer) 공정 등이 수행되고 이후에 디본딩(debonding) 공정에서 캐리어 웨이퍼를 분리시키게 된다. 이때 캐리어 웨이퍼로는 글래스 웨이퍼나 실리콘 웨이퍼가 사용되며, 공정 원가절감을 위해 재활용이 필요하다.

캐리어 웨이퍼가 재활용되기 위해서는 캐리어 웨이퍼 접합 후 진행되는 후속 공정 중 불가피하게 캐리어 웨이퍼의 에지 부분에 형성되는 ONO막의 제거가 필요한데, 종래에는 이러한 무기 피막층의 제거를 위해 캐리어 웨이퍼를 마스킹 후 스핀 장비에서 회전시키면서 불산계 용액과 초순수를 수초 간격으로 에지 부분에 수십회 반복하여 분사하는 방식의 습식 공정을 통해 이루어졌다.

이러한 불산계 용액을 이용한 막 제거공정은 손쉽게 막 제거를 가능하게 하지만 마스킹을 해도 불산계 용액과 막질 반응에 의한 흄(fume)이 마스킹 테이프 사이로 스며들게 되고 캐리어 웨이퍼가 식각되면서 전체적인 웨이퍼의 평탄도가 나빠져 공정불량을 야기할 수 있다. 또한, 재활용 횟수에 따라 웨이퍼의 두께가 변하게 되는데 기계적으로 블레이드를 이용한 디본딩 공정에서 정확한 블레이드 삽입 위치를 정하기 어렵게 되는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 개발은 지금까지 없는 상태로 종래 기술은 대부분 캐리어 웨이퍼의 디본딩 방법에 대해서만 언급하고 있을 뿐 재활용 방법에 대해서는 기술하지 않고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0137684호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 실리콘 관통 전극 공정에서 사용되는 캐리어 웨이퍼의 재생에 있어서, 모재가 침식되지 않아 평탄도가 유지되고 재활용 횟수가 늘어나도 일정한 두께를 유지할 수 있는 캐리어 웨이퍼의 재생 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 실리콘 관통 전극 공정 중 사용되는 캐리어 웨이퍼의 재생에 있어서, 상기 캐리어 웨이퍼 상에 상기 실리콘 관통 전극 공정 중에 형성되는 무기 피막층 제거는 화학적 기계적 연마를 통해 이루어지는, 캐리어 웨이퍼 재생 방법을 제공한다.

본 발명에 따라, 기존의 불산계 용액을 이용하는 습식법에 비해 모재의 침식이 방지되어 평탄도가 유지되고 여러 번 재활용되어도 캐리어 웨이퍼가 일정한 두께를 유지함으로써 디본딩 공정에서 불량을 줄일 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 본 명세서에서 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 은 일반적인 실리콘 관통 전극 공정을 설명하는 도면이다.
도 2 는 본 발명에서 화학적 기계적 연마를 위해 사용된 연마 장비에 대한 사진이다.
도 3 은 본 발명에 따라 캐리어 웨이퍼를 화학적 기계적 연마를 하기 전과 후의 광학 현미경 사진이다.
도 4 는 본 발명에 따라 캐리어 웨이퍼를 화학적 기계적 연마를 하기 전과 후의 평탄도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명에 따라, 실리콘 관통 전극 공정 중 사용되는 캐리어 웨이퍼의 재생에 있어서, 상기 캐리어 웨이퍼 상에 상기 실리콘 관통 전극 공정 중에 형성되는 무기 피막층 제거는 화학적 기계적 연마를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 캐리어 웨이퍼 재생방법을 제공한다.

또한, 상기 화학적 기계적 연마에 사용되는 슬러리에 포함되는 무기입자의 크기는 30 ~ 200 nm 인, 캐리어 웨이퍼 재생방법을 제공한다. 무기입자의 크기가 너무 작으면 효과적인 무기 피막층의 제거가 이루어지지 않고, 너무 크게 되면 캐리어 웨이퍼가 손상될 수 있기 때문에, 무기입자의 크기는 30 ~ 200 nm인 것이 바람직하다.

본 발명에 따라, 상기 캐리어 웨이퍼는 글래스 재질인, 캐리어 웨이퍼 재생방법을 제공한다. 캐리어 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼, 글래스 웨이퍼 등이 사용될 수 있는데, 글래스 웨이퍼인 경우가 더 경제적으로 유리하다.

또한, 본 발명에 따라, 상기 화학적 기계적 연마는 패드 드럼 회전속도는 100 rpm 이상이고, 척 회전속도는 4 rpm 이상인 캐리어 웨이퍼 재생방법을 제공한다. 완벽한 무기 피막층의 제거를 위해서는 패드 드럼과 척의 회전속도가 일정 회전수 이상인 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시한 것으로서 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

TSV공정을 진행한 후 분리된 글래스 캐리어 웨이퍼에 대해 화학적 기계적 연마 공정을 실시하였다. 연마는 도 2에서와 같이 웨이퍼의 노치(notch), 아펙스(apex), 엣지/베벨(edge/bevel) 부분이 모두 연마될 수 있는 연마 장비를 이용하였고, 1차로 엣지/베벨과 아펙스를 연마한 후 2차로 노치 부분을 연마하였다. 연마할 때 패드 드럼의 회전속도는 200 rpm, 척 회전속도는 4 rpm, 유지시간은 60초로 유지하였다. 사용된 슬러리의 무기입자 크기는 120nm 이었다. 연마가 완료된 후 ONO막이 제거되었는지는 광학현미경 상에 나타나는 색과 평탄도 측정기를 이용하여 판별하였다.

연마 완료 후 광학현미경으로 관찰한 결과 도 3에서 나타난 바와 같이 연마 전과 비교하여 연마 후에는 광택이 줄어들어 무기 피막층이 제거되었음을 확인할 수 있었다. 또한 평탄도 측정기를 통해 무기 피막층 제거 여부를 판단하였는데, 그 결과는 도 4에서 나타내었다. 도 4에서 볼 수 있듯이 전면 및 후면 엣지부에서의 무기 피막층이 제거되었음을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

TSV 공정을 진행한 후 분리된 글래스 캐리어 웨이퍼에 대해, 무기입자의 크기가 90nm인 슬러리를 이용하여 실시예 1과 동일하게 화학적 기계적 연마 공정을 실시하였다. 연마 완료 후 광학현미경을 통해 관찰한 결과 무기 피막층이 제거되었음을 확인하였다.

(비교예 1)

TSV 공정을 진행한 후 분리된 글래스 캐리어 웨이퍼에 대해, 무기입자의 크기가 300nm인 슬러리를 이용하여 실시예 1과 동일하게 화학적 기계적 연마 공정을 실시하였다. 연마 완료 후 광학현미경을 통해 관찰한 결과 무기 피막층이 잔존함을 확인하였다.

(비교예 2)

TSV 공정을 진행한 후 분리된 글래스 캐리어 웨이퍼에 대해, 무기입자의 크기가 300nm인 슬러리를 이용하여 실시예 1과 같이 화학적 기계적 연마 공정을 실시하였다. 연마할 때 패드 드럼의 회전속도는 300 rpm, 척 회전속도는 10 rpm, 유지시간은 300초로 유지하였다. 연마 완료 후 광학현미경을 통해 관찰한 결과 무기 피막층이 잔존함을 확인하였다.

(비교예 3)

TSV 공정을 진행한 후 분리된 글래스 캐리어 웨이퍼에 대해, 샌드 블래스트(Sand Blast) 공정을 통해 무기 피막층을 제거하고자 하였다. 샌드 블래스트 공정 후 광학현미경을 통해 관찰한 결과 무기 피막층이 잔존함을 확인하였다.

(비교예 4)

TSV 공정을 진행한 후 분리된 글래스 캐리어 웨이퍼에 대해, 레이저 클리닝(Laser Cleaning) 공정을 통해 무기 피막층을 제거하고자 하였다. 레이저 클리닝 공정 후 광학현미경을 통해 관찰한 결과 무기 피막층이 잔존함을 확인하였다.

본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

Claims

실리콘 관통 전극 공정 중 사용되는 캐리어 웨이퍼의 재생에 있어서,
상기 캐리어 웨이퍼 상에 상기 실리콘 관통 전극 공정 중에 형성되는 무기 피막층 제거는 화학적 기계적 연마를 통해 이루어지는, 캐리어 웨이퍼 재생방법.
제 1 항에 있어서,
상기 화학적 기계적 연마에 사용되는 슬러리에 포함되는 무기입자의 크기는 30 ~ 200 nm 인, 캐리어 웨이퍼 재생방법.
제 1 항에 있어서,
상기 캐리어 웨이퍼는 글래스 재질인, 캐리어 웨이퍼 재생방법.
제 1 항에 있어서,
상기 화학적 기계적 연마는 패드 드럼 회전속도는 100 rpm 이상이고, 척 회전속도는 4 rpm 이상인, 캐리어 웨이퍼 재생방법.