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KR20200134708A - 웨이퍼 본딩 장치 - Google Patents

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KR20200134708A
KR20200134708A KR1020190060541A KR20190060541A KR20200134708A KR 20200134708 A KR20200134708 A KR 20200134708A KR 1020190060541 A KR1020190060541 A KR 1020190060541A KR 20190060541 A KR20190060541 A KR 20190060541A KR 20200134708 A KR20200134708 A KR 20200134708A
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KR
South Korea
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wafer
support plate
disposed
sub
bonding apparatus
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KR1020190060541A
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김회철
김석호
김태영
나훈주
전형준
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Publication date
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Priority to US16/703,062 priority patent/US11728200B2/en
Priority to TW109117131A priority patent/TWI864002B/zh
Priority to CN202010440382.5A priority patent/CN111987014A/zh
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Abstract

웨이퍼 본딩 장치가 제공된다. 웨이퍼 본딩 장치는, 제1 웨이퍼가 배치되는 하부 지지판; 상기 하부 지지판에 인접하여, 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치된 하부 구조물; 상기 제1 웨이퍼에 본딩되는 제2 웨이퍼가 배치되는 상부 지지판; 및 상기 상부 지지판에 인접하여, 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치된 상부 구조물을 포함한다.

Description

웨이퍼 본딩 장치{WAFER BONDING APPARATUS}
본 발명은 웨이퍼 본딩 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서 두 웨이퍼를 서로 본딩 또는 접합하는 웨이퍼 본딩 공정이 진행될 수 있다. 이러한 웨이퍼 본딩 공정은 반도체 장치에서 칩의 실장 밀도를 높이기 위해 수행될 수 있다. 이에 따라 칩이 적층된 구조를 갖는 반도체 장치는, 칩들 상호 간의 배선 길이가 단축되고 고속 신호 처리에 유리할 수 있다. 한편, 웨이퍼 본딩 공정은, 소자 웨이퍼를 캐리어 웨이퍼에 본딩 하여, 소자 웨이퍼의 핸들링이 용이하도록 하기 위한 목적으로 수행될 수도 있다.
적층 칩 구조의 반도체 장치를 제조하는 경우, 칩 단위로 본딩을 하는 것보다 웨이퍼 단위로 본딩을 한 후, 적층 칩 단위로 분리하는 것이 생산성을 높일 수 있다.
웨이퍼 본딩 공정은 별도의 매개체 없이 두 웨이퍼를 직접 본딩 하는 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 경우, 웨이퍼들이 배치되어 고정되는 지지판들과, 웨이퍼를 가압하는 가압 장치(예컨대 핀(pin))을 구비한 웨이퍼 본딩 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 결함(defect) 발생을 방지하면서 웨이퍼를 본딩할 수 있는 웨이퍼 본딩 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치는, 제1 웨이퍼가 배치되는 하부 지지판, 하부 지지판에 인접하여, 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치된 하부 구조물, 제1 웨이퍼에 본딩되는 제2 웨이퍼가 배치되는 상부 지지판 및 상부 지지판에 인접하여, 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치된 상부 구조물을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치는, 제1 웨이퍼가 배치되는 하부 지지판, 하부 지지판에 인접하도록 배치된 하부 구조물, 제1 웨이퍼에 본딩되는 제2 웨이퍼가 배치되는 상부 지지판, 상부 지지판에 인접하도록 배치된 상부 구조물 및 하부 구조물과 상부 구조물 사이의 간격을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치는, 제1 웨이퍼가 배치되는 하부 지지판, 하부 지지판의 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치된 제1 서브 하부 구조물, 하부 지지판의 다른 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치된 제2 서브 하부 구조물, 제1 웨이퍼에 본딩되는 제2 웨이퍼가 배치되는 상부 지지판, 상부 지지판에 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치된 제1 서브 상부 구조물 및 상부 지지판에 다른 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치된 제2 서브 상부 구조물을 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치를 이용한 웨이퍼 본딩 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치(100)를 설명하기 위한 도면들이다. 구체적으로 도 1은 웨이퍼 본딩 장치(100)의 단면도이고, 도 2는 웨이퍼 본딩 장치(100)의 하면도이고, 도 3은 웨이퍼 본딩 장치(100)의 상면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치(100)는 하부 지지판(110), 하부 구조물(116), 상부 지지판(120), 상부 구조물(126), 가압 장치(130) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
하부 지지판(110)은 하부 척(chuck)이라고도 하며, 하부 지지판(110)의 상면에는 도 4와 관련하여 후술하는 제1 웨이퍼(10)가 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 하부 지지판(110)은 제1 웨이퍼(10)를 그 상면에 고정하기 위한 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a 114b)를 포함할 수 있다.
하부 지지판(110)의 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a, 114b)은, 하부 지지판(110)의 중심에 인접하도록 배치된 내측 진공 홈(112a, 114a)과, 하부 지지판(110)의 외곽에 인접하도록 배치된 외측 진공 홈(112b, 114b)을 포함할 수 있다. 본 도면에 도시된 진공 홈의 위치와 개수는 오로지 예시적인 것에 불과하고 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
하부 지지판(110)의 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a, 114b)은, 하부 지지판(110)의 상면에서 보았을 때, 원형을 따라 배치될 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니고 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a, 114b)은 임의의 배치를 가질 수 있다.
상부 지지판(120)은 상부 척이라고도 하며, 상부 지지판(120)의 하면에는 도 4와 관련하여 후술하는 제1 웨이퍼(10)에 본딩되는 제2 웨이퍼(20)가 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 상부 지지판(120)은 제2 웨이퍼(20)를 그 하면에 고정하기 위한 복수의 진공 홈(122a, 122b, 124a 124b)를 포함할 수 있다.
상부 지지판(120)의 복수의 진공 홈(122a, 122b, 124a, 124b)은, 상부 지지판(120)의 중심에 인접하도록 배치된 내측 진공 홈(122a, 124a)과, 상부 지지판(120)의 외곽에 인접하도록 배치된 외측 진공 홈(122b, 124b)을 포함할 수 있다. 본 도면에 도시된 진공 홈의 위치와 개수는 오로지 예시적인 것에 불과하고 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
상부 지지판(120)의 복수의 진공 홈(122a, 122b, 124a, 124b)은, 상부 지지판(120)의 하면에서 보았을 때, 원형을 따라 배치될 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니고 복수의 진공 홈(122a, 122b, 124a, 124b)은 임의의 배치를 가질 수 있다.
상부 지지판(120)의 내측 진공 홈(122a, 124a)은 상부 지지판(120) 내부에 형성되는 내부 배관과, 그 외부에 형성되는 외부 배관을 통해 제1 진공 펌프(140)에 연결될 수 있다. 제1 진공 펌프(140)가 동작하면 내측 진공 홈(122a, 124a)에 의한 진공 흡착이 진행되어 제2 웨이퍼(20)의 중심부가 상부 지지판(120)의 하면에 흡착 고정될 수 있다. 이와 달리 제1 진공 펌프(140)가 동작을 중단하면 제2 웨이퍼(20)의 중심부는 상부 지지판(120)의 하면으로부터 고정 해제(분리)될 수 있다.
상부 지지판(120)의 외측 진공 홈(122b, 124b)은 상부 지지판(120) 내부에 형성되는 내부 배관과, 그 외부에 형성되는 외부 배관을 통해 제2 진공 펌프(142)에 연결될 수 있다. 제2 진공 펌프(142)가 동작하면 외측 진공 홈(122b, 124b)에 의한 진공 흡착이 진행되어 제2 웨이퍼(20)의 외곽부가 상부 지지판(120)의 하면에 흡착 고정될 수 있다. 이와 달리 제2 진공 펌프(142)가 동작을 중단하면 제2 웨이퍼(20)의 외곽부는 상부 지지판(120)의 하면으로부터 고정 해제(분리)될 수 있다.
하부 지지판(110)의 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a, 114b)은 하부 지지판(110) 내부에 형성되는 내부 배관과, 그 외부에 형성되는 외부 배관을 통해 제3 진공 펌프(144)에 연결될 수 있다. 제3 진공 펌프(144)가 동작하면 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a, 114b)에 의한 진공 흡착이 진행되어 제1 웨이퍼(10)가 하부 지지판(110)의 상면에 흡착 고정될 수 있다. 이와 달리 제3 진공 펌프(144)가 동작을 중단하면 제1 웨이퍼(10)는 하부 지지판(110)의 상면으로부터 고정 해제(분리)될 수 있다.
이와 같은 진공 펌프(140, 142, 144)는 제어부(150)로부터 제어 신호(CS2, CS3, CS4)를 각각 제공받고, 제어 신호(CS2, CS3, CS4)의 값에 따라 진공 흡착 동작을 개시하거나 종료할 수 있다. 그러나 하부 지지판(110)에 제1 웨이퍼(10)를 고정하는 방법은 진공 흡착에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 하부 지지판(110)은 정전 척과 같이 정전기의 힘을 이용하여 제1 웨이퍼(10)를 고정할 수도 있다. 또한, 하부 지지판(110)은 리프트 핀, 홀더 등과 같은 물리적인 고정 장치를 이용하여 제1 웨이퍼(10)를 고정할 수도 있다.
가압 장치(130)는 상부 지지판(120)을 관통하도록 상부 지지판(120)의 중심에 배치된 핀(132)을 상하로 이동시킬 수 있다. 구체적으로 가압 장치(130)는 상부 지지판(120)의 하면 상에 고정된 제2 웨이퍼(20)의 중심 부분을 핀(132)으로 가압(핀 다운(pin down))하여 하 방향으로 이동하도록 할 수 있다. 이에 따라 제2 웨이퍼(20)의 중심부가 제1 웨이퍼(10)의 중심부와의 본딩을 시작한 후, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 외곽 방향으로 본딩이 확산될 수 있다.
본딩이 확산되면서 제2 웨이퍼(20)는 상부 지지판(120)의 하면으로부터 분리된다. 즉, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 본딩이 그 중심부에서 외곽 방향으로 확산됨에 따라, 제2 웨이퍼(20)의 분리도 그 중심부에서 외곽 방향으로 확산될 수 있다.
제어부(150)는 가압 장치(130) 및 진공 펌프(140, 142, 144)에 제어 신호(CS1, CS2, CS3, CS4)를 각각 인가할 수 일종의 회로, 전자 부품, 마이크로 프로세서, 또는 프로그램 등의 형태로 구현될 수 있다. 또한, 제어부(150)는 후술할 하부 구조물(116) 및 상부 구조물(126)의 이동을 제어할 수도 있다.
하부 구조물(116) 및 상부 구조물(126)은 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 본딩 공정을 수행하는 동안, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 외곽에서 공기가 이동하는 통로의 간격을 조절한다. 구체적으로, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)가 그 중심부로부터 본딩이 확산되는 동안, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 외곽 방향으로 빠져나가는 공기가 이동하는 통로를 좁게 만들어, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20) 사이에 수분이 트랩(trap)되어 결함이 발생하는 것을 방지한다.
구체적으로, 하부 구조물(116) 및 상부 구조물(126) 없이 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 외곽이 바로 대기에 노출되는 경우, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20) 사이에는 수분이 트랩될 수 있다. 상부 지지판(120)에 로딩(loading)된 제2 웨이퍼(20)에 대해 핀 다운이 수행되면, 제2 웨이퍼(20)는 그 중심부터 하부 지지판(110)에 로딩된 제1 웨이퍼(10)에 가까워지는데, 이에 따라 제2 웨이퍼(20)와 제1 웨이퍼(10) 사이에 일시적으로 고압의 공기층이 형성될 수 있다.
고압의 공기층은 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20) 외곽에서 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20) 외부(즉, 대기압)로 분출되면서 압력이 낮아지게 되고, 이에 따라 공기층의 온도가 감소하게 되어, 수분이 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20) 사이에 응결될 수 있다. 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 본딩이 진행됨에 따라 응결된 수분은 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20) 사이에 트랩되어 결과적으로 결함(또는 보이드(void))을 발생시킬 위험이 있다.
하부 구조물(116) 및 상부 구조물(126)은 수분이 응결될 수 있는 위치를 제1 웨이퍼(10) 및 제2 웨이퍼(20)의 외곽면보다 더 바깥쪽으로 멀리 이동시키는 효과를 일으켜, 수분 트랩으로 인한 결함을 방지하도록 한다.
도 2를 함께 참조하면, 상부 구조물(126)은 상부 지지판(120)에 인접하여, 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치될 수 있다. 즉, 상부 구조물(126)은 상부 지지판(120)에 고정되는 제2 웨이퍼(20)의 외곽면을 감싸도록, 그리고 도 1에서 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치될 수 있다.
이어서 도 3을 함께 참조하면, 하부 구조물(116)은 하부 지지판(110)에 인접하여, 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치될 수 있다. 즉, 하부 구조물(116)은 하부 지지판(110)에 고정되는 제1 웨이퍼(10)의 외곽면을 감싸도록, 그리고 도 1에서 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치될 수 있다.
이제 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치(100)를 이용한 웨이퍼 본딩 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4를 참조하면, 스테이지 이동(stage moving) 단계에서, 하부 구조물(116) 및 상부 구조물(126)은 기본적으로 하부 지지판(110) 및 상부 지지판(120)의 외곽에 위치할 수 있다. 예를 들어, 하부 구조물(116)의 상면은 하부 지지판(110)의 상면의 높이보다 낮거나 동일한 높이를 가지도록 위치할 수 있고, 상부 구조물(126)의 하면은 상부 지지판(120)의 하면의 높이보다 높거나 동일한 높이를 가지도록 위치할 수 있다.
스테이지 이동 단계에서는, 하부 지지판(110)에 대해 상부 지지판(120)이 정렬될 수 있도록, 상부 지지판(120)은 상하좌우로 이동할 수 있다. 이에 따라 하부 지지판(110)과 상부 지지판(120)은 본딩 위치(bonding position)로 정렬되고, 나아가 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20) 역시 정렬된다.
도 4의 단계에서, 제1 진공 펌프(140)가 동작하여 내측 진공 홈(122a, 124a)에 의한 진공 흡착이 진행되어 제2 웨이퍼(20)의 중심부가 상부 지지판(120)의 하면에 흡착 고정될 수 있다. 그리고 제2 진공 펌프(142)가 동작하여 외측 진공 홈(122b, 124b)에 의한 진공 흡착이 진행되어 제2 웨이퍼(20)의 외곽부가 상부 지지판(120)의 하면에 흡착 고정될 수 있다. 또한 제3 진공 펌프(144)가 동작하여 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a, 114b)에 의한 진공 흡착이 진행되어 제1 웨이퍼(10)가 하부 지지판(110)의 상면에 흡착 고정될 수 있다.
이어서 도 5를 참조하면, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)가 본딩 위치로 정렬된 후, 제1 웨이퍼(10)의 상면과 제2 웨이퍼(20)의 하면 사이의 거리는 수십 내지 수백 um 정도로 유지된다. 즉, 제1 웨이퍼(10)의 상면과 제2 웨이퍼(20)의 하면 사이의 거리가 이와 같이 매우 좁은 상태로 본딩이 진행되기 때문에, 앞서 설명한 바와 같이, 제2 웨이퍼(20)와 제1 웨이퍼(10) 사이에 일시적으로 고압의 공기층이 형성될 수 있다.
이어서 도 6을 참조하면, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)가 본딩 위치로 정렬된 후, 하부 구조물(116)은 상 방향으로 이동할 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니고, 하부 구조물(116)은, 제1 웨이퍼(10)가 하부 지지판(110)에 배치된 후 임의의 시점에, 상 방향으로 이동할 수 있다.
본 실시예에 도시된 바와 같이, 상기 이동된 하부 구조물(116)의 일 측면의 적어도 일부는 제1 웨이퍼(10)의 일 측면에 접촉할 수 있다. 한편, 상기 이동된 하부 구조물(116)의 상면은 제1 웨이퍼(10)의 상면과 높이가 동일하게 될 수 있다.
또한, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)가 본딩 위치로 정렬된 후, 상부 구조물(126)은 하 방향으로 이동할 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니고, 상부 구조물(126)은, 제2 웨이퍼(20)가 상부 지지판(120)에 배치된 후 임의의 시점에, 하 방향으로 이동할 수 있다.
본 실시예에 도시된 바와 같이, 상기 이동된 상부 구조물(126)의 일 측면의 적어도 일부는 제2 웨이퍼(20)의 일 측면에 접촉할 수 있다. 한편, 상기 이동된 상부 구조물(126)의 하면은 제2 웨이퍼(20)의 하면과 높이가 동일하게 될 수 있다.
이와 같이 하부 구조물(116)이 상 방향으로 이동하고 상부 구조물(126)이 하 방향으로 이동함에 따라, 하부 구조물(116)의 상면과 상부 구조물(126)의 하면 사이의 거리는 제1 웨이퍼(10)의 상면과 제2 웨이퍼(20)의 하면 사이의 거리와 실질적으로 동일하게 될 수 있다.
이어서 도 7을 참조하면, 가압 장치(130)는 핀(132)을 하 방향으로 이동시켜 핀 다운 동작을 수행한다. 이에 따라 제2 웨이퍼(20)의 중심부가 제1 웨이퍼(10)의 중심부와의 본딩을 시작하며, 동시에 제2 웨이퍼(20)는 중심부부터 상부 지지판(120)의 하면으로부터 분리되기 시작한다.
이후 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 외곽 방향으로 본딩이 확산됨과 동시에, 제2 웨이퍼(20)의 분리도 그 중심부에서 외곽 방향으로 확산된다.
도 7의 단계에서, 제1 진공 펌프(140)가 동작을 중단하여 제2 웨이퍼(20)의 중심부가 상부 지지판(120)의 하면으로부터 분리되도록 할 수 있다. 한편, 제2 진공 펌프(142)는 여전히 동작하여, 외측 진공 홈(122b, 124b)에 의한 진공 흡착이 진행되어 제2 웨이퍼(20)의 외곽부가 상부 지지판(120)의 하면에 여전히 흡착 고정되도록 할 수 있다.
이어서 도 8을 참조하면, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 본딩이 완료된다. 도 6에 따라 하부 구조물(116) 및 상부 구조물(126)이 이동하여, 고압의 공기층이 대기압으로 분출되는 경로를 연장함으로써, 도 7의 본딩 공정에 있어서, 하부 구조물(116) 및 상부 구조물(126)은 수분이 응결될 수 있는 위치를 제1 웨이퍼(10) 및 제2 웨이퍼(20)의 외곽면보다 더 바깥쪽으로 멀리 이동시키는 효과를 일으켜, 수분 트랩으로 인한 결함을 방지할 수 있게 된다.
도 8의 단계에서, 제2 진공 펌프(142) 역시 동작을 중단하여 제2 웨이퍼(20)의 외곽부가 상부 지지판(120)의 하면으로부터 완전히 분리되도록 할 수 있다.
본 발명의 몇몇의 실시예에서, 하부 구조물(116)은, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 본딩이 완료된 후, 하 방향으로 이동(즉, 원위치로 이동)할 수 있다. 또한, 상부 구조물(126)은, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 본딩이 완료된 후, 상 방향으로 이동(즉, 원위치로 이동)할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치(100)는 하부 지지판(110) 및 상부 지지판(120) 각각에 인접하여, 각각 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치된 하부 구조물(116) 및 상부 구조물(126)을 구비함으로써, 수분이 응결될 수 있는 위치를 제1 웨이퍼(10) 및 제2 웨이퍼(20)의 외곽면보다 더 바깥쪽으로 멀리 이동시킬 수 있다.
이와 같은 하부 구조물(116) 및 상부 구조물(126)은 도 1에 도시된 제어부(150)의 제어에 따라 상하로 이동할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 웨이퍼 본딩 공정의 진행에 따라 적절하게 하부 구조물(116)과 상부 구조물(126) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 구체적으로, 제어부(150)는, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 본딩을 위해 하부 지지판(110)과 상부 지지판(120)이 정렬된 후, 하부 구조물(116)의 상면과 상부 구조물(126)의 하면 사이의 간격이 좁아지도록 하부 구조물(116)과 상부 구조물(126)을 이동시킬 수 있다. 또한, 제어부(150)는, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 본딩이 완료된 후, 하부 구조물(116)의 상면과 상부 구조물(126)의 하면 사이의 간격이 넓어지도록 하부 구조물(116)과 상부 구조물(126)을 이동시킬 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치(200)를 설명하기 위한 도면들이다. 구체적으로 도 9는 웨이퍼 본딩 장치(200)의 단면도이고, 도 10은 웨이퍼 본딩 장치(200)의 하면도이고, 도 11은 웨이퍼 본딩 장치(200)의 상면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치(200)는 하부 지지판(110), 복수의 서브 하부 구조물(116a, 116b), 상부 지지판(120), 복수의 서브 상부 구조물(126a, 126b), 가압 장치(130) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
하부 지지판(110)은 하부 척이라고도 하며, 하부 지지판(110)의 상면에는 제1 웨이퍼(10)가 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 하부 지지판(110)은 제1 웨이퍼(10)를 그 상면에 고정하기 위한 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a 114b)를 포함할 수 있다.
하부 지지판(110)의 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a, 114b)은, 하부 지지판(110)의 중심에 인접하도록 배치된 내측 진공 홈(112a, 114a)과, 하부 지지판(110)의 외곽에 인접하도록 배치된 외측 진공 홈(112b, 114b)을 포함할 수 있다. 본 도면에 도시된 진공 홈의 위치와 개수는 오로지 예시적인 것에 불과하고 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
하부 지지판(110)의 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a, 114b)은, 하부 지지판(110)의 상면에서 보았을 때, 원형을 따라 배치될 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니고 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a, 114b)은 임의의 배치를 가질 수 있다.
상부 지지판(120)은 상부 척이라고도 하며, 상부 지지판(120)의 하면에는 제1 웨이퍼(10)에 본딩되는 제2 웨이퍼(20)가 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 상부 지지판(120)은 제2 웨이퍼(20)를 그 하면에 고정하기 위한 복수의 진공 홈(122a, 122b, 124a 124b)를 포함할 수 있다.
상부 지지판(120)의 복수의 진공 홈(122a, 122b, 124a, 124b)은, 상부 지지판(120)의 중심에 인접하도록 배치된 내측 진공 홈(122a, 124a)과, 상부 지지판(120)의 외곽에 인접하도록 배치된 외측 진공 홈(122b, 124b)을 포함할 수 있다. 본 도면에 도시된 진공 홈의 위치와 개수는 오로지 예시적인 것에 불과하고 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
상부 지지판(120)의 복수의 진공 홈(122a, 122b, 124a, 124b)은, 상부 지지판(120)의 하면에서 보았을 때, 원형을 따라 배치될 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니고 복수의 진공 홈(122a, 122b, 124a, 124b)은 임의의 배치를 가질 수 있다.
상부 지지판(120)의 내측 진공 홈(122a, 124a)은 상부 지지판(120) 내부에 형성되는 내부 배관과, 그 외부에 형성되는 외부 배관을 통해 제1 진공 펌프(140)에 연결될 수 있다. 제1 진공 펌프(140)가 동작하면 내측 진공 홈(122a, 124a)에 의한 진공 흡착이 진행되어 제2 웨이퍼(20)의 중심부가 상부 지지판(120)의 하면에 흡착 고정될 수 있다. 이와 달리 제1 진공 펌프(140)가 동작을 중단하면 제2 웨이퍼(20)의 중심부는 상부 지지판(120)의 하면으로부터 고정 해제(분리)될 수 있다.
상부 지지판(120)의 외측 진공 홈(122b, 124b)은 상부 지지판(120) 내부에 형성되는 내부 배관과, 그 외부에 형성되는 외부 배관을 통해 제2 진공 펌프(142)에 연결될 수 있다. 제2 진공 펌프(142)가 동작하면 외측 진공 홈(122b, 124b)에 의한 진공 흡착이 진행되어 제2 웨이퍼(20)의 외곽부가 상부 지지판(120)의 하면에 흡착 고정될 수 있다. 이와 달리 제2 진공 펌프(142)가 동작을 중단하면 제2 웨이퍼(20)의 외곽부는 상부 지지판(120)의 하면으로부터 고정 해제(분리)될 수 있다.
하부 지지판(110)의 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a, 114b)은 하부 지지판(110) 내부에 형성되는 내부 배관과, 그 외부에 형성되는 외부 배관을 통해 제3 진공 펌프(144)에 연결될 수 있다. 제3 진공 펌프(144)가 동작하면 복수의 진공 홈(112a, 112b, 114a, 114b)에 의한 진공 흡착이 진행되어 제1 웨이퍼(10)가 하부 지지판(110)의 상면에 흡착 고정될 수 있다. 이와 달리 제3 진공 펌프(144)가 동작을 중단하면 제1 웨이퍼(10)는 하부 지지판(110)의 상면으로부터 고정 해제(분리)될 수 있다.
이와 같은 진공 펌프(140, 142, 144)는 제어부(150)로부터 제어 신호(CS2, CS3, CS4)를 각각 제공받고, 제어 신호(CS2, CS3, CS4)의 값에 따라 진공 흡착 동작을 개시하거나 종료할 수 있다. 그러나 하부 지지판(110)에 제1 웨이퍼(10)를 고정하는 방법은 진공 흡착에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 하부 지지판(110)은 정전 척과 같이 정전기의 힘을 이용하여 제1 웨이퍼(10)를 고정할 수도 있다. 또한, 하부 지지판(110)은 리프트 핀, 홀더 등과 같은 물리적인 고정 장치를 이용하여 제1 웨이퍼(10)를 고정할 수도 있다.
가압 장치(130)는 상부 지지판(120)을 관통하도록 상부 지지판(120)의 중심에 배치된 핀(132)을 상하로 이동시킬 수 있다. 구체적으로 가압 장치(130)는 상부 지지판(120)의 하면 상에 고정된 제2 웨이퍼(20)의 중심 부분을 핀(132)으로 가압(핀 다운(pin down))하여 하 방향으로 이동하도록 할 수 있다. 이에 따라 제2 웨이퍼(20)의 중심부가 제1 웨이퍼(10)의 중심부와의 본딩을 시작한 후, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 외곽 방향으로 본딩이 확산될 수 있다.
본딩이 확산되면서 제2 웨이퍼(20)는 상부 지지판(120)의 하면으로부터 분리된다. 즉, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 본딩이 그 중심부에서 외곽 방향으로 확산됨에 따라, 제2 웨이퍼(20)의 분리도 그 중심부에서 외곽 방향으로 확산될 수 있다.
제어부(150)는 가압 장치(130) 및 진공 펌프(140, 142, 144)에 제어 신호(CS1, CS2, CS3, CS4)를 각각 인가할 수 일종의 회로, 전자 부품, 마이크로 프로세서, 또는 프로그램 등의 형태로 구현될 수 있다. 또한, 제어부(150)는 후술할 제1 서브 하부 구조물(116a) 및 제2 서브 하부 구조물(116b)의 이동을 독립적으로 제어할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 후술할 제1 서브 상부 구조물(126a) 및 제2 서브 상부 구조물(126b)의 이동을 독립적으로 제어할 수 있다.
도 10을 함께 참조하면, 도 1의 실시예와 달리, 제1 서브 상부 구조물(126a) 및 제2 서브 상부 구조물(126b)은 상부 지지판(120)에 인접하여, 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 서브 상부 구조물(126a) 및 제2 서브 상부 구조물(126b)은 상부 지지판(120)에 고정되는 제2 웨이퍼(20)의 외곽면을 감싸도록, 그리고 도 9에서 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치될 수 있다.
즉, 제1 서브 상부 구조물(126a)은 상부 지지판(120)에 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치될 수 있다. 그리고 제2 서브 상부 구조물(126b)은 상부 지지판(120)에 다른 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치될 수 있다.
그리고 제1 서브 상부 구조물(126a)과 제2 서브 상부 구조물(126b)은 서로 독립적으로 상하 방향으로 이동 가능할 수 있다.
이어서 도 11을 함께 참조하면, 도 1의 실시예와 달리, 제1 서브 하부 구조물(116a) 및 제2 서브 하부 구조물(116b)은 하부 지지판(110)에 인접하여, 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 서브 하부 구조물(116a) 및 제2 서브 하부 구조물(116b)은 하부 지지판(110)에 고정되는 제1 웨이퍼(10)의 외곽면을 감싸도록, 그리고 도 9에서 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치될 수 있다.
즉, 제1 서브 하부 구조물(116a)은 하부 지지판(110)의 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치될 수 있다. 그리고 제2 서브 하부 구조물(116b)은 하부 지지판(110)의 다른 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치될 수 있다.
그리고 제1 서브 하부 구조물(116a)과 제2 서브 하부 구조물(116b)은 서로 독립적으로 상하 방향으로 이동 가능할 수 있다.
제1 서브 하부 구조물(116a)과 제2 서브 하부 구조물(116b), 그리고 제1 서브 상부 구조물(126a)과 제2 서브 상부 구조물(126b)은 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 본딩 공정을 수행하는 동안, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 외곽에서 공기가 이동하는 통로의 간격을 조절한다. 구체적으로, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)가 그 중심부로부터 본딩이 확산되는 동안, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20)의 외곽 방향으로 빠져나가는 공기가 이동하는 통로를 좁게 만들어, 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(20) 사이에 수분이 트랩되어 결함이 발생하는 것을 방지한다.
도 9 내지 도 11에서는 2 개의 서브 하부 구조물이 하부 지지판(110) 또는 상부 지지판(120)의 외곽면을 감싸는 것으로 도시하였으나, 구체적인 구현 목적에 따라 서브 하부 구조물은 3 개, 4 개 등 임의의 개수로 구현될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치(300)를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 12는 웨이퍼 본딩 장치(300)의 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치(300)는 하부 지지판(110), 복수의 서브 하부 구조물(116a, 116b), 상부 지지판(120), 복수의 서브 상부 구조물(126a, 126b), 가압 장치(130) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
하부 지지판(110), 상부 지지판(120), 가압 장치(130)에 대한 내용은 도 1에서 설명한 내용과 실질적으로 동일하므로, 여기서는 중복되는 설명을 생략하도록 한다.
본 실시예에서, 제어부(150)는 제1 서브 상부 구조물(126a) 및 제2 서브 상부 구조물(126b)의 좌우 이동을 제어할 수 있다.
즉, 제1 서브 하부 구조물(116a) 및 제2 서브 하부 구조물(116b) 중 적어도 하나는 좌우 방향으로 이동 가능할 수 있다. 그리고 제1 서브 상부 구조물(126a) 및 제2 서브 상부 구조물(126b) 중 적어도 하나는 좌우 방향으로 이동 가능할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 제1 웨이퍼 20: 제2 웨이퍼
110: 하부 지지판 112a, 114a: 내측 진공 홈
112b, 114b: 외측 진공 홈 116: 하부 구조물
116a, 116b: 서브 하부 구조물 120: 상부 지지판
122a, 124a: 내측 진공 홈 122b, 124b: 외측 진공 홈
126: 상부 구조물 126a, 126b: 서브 상부 구조물
130: 가압 장치 132: 핀
140, 142, 144: 진공 펌프 150: 제어부

Claims (20)

  1. 제1 웨이퍼가 배치되는 하부 지지판;
    상기 하부 지지판에 인접하여, 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치된 하부 구조물;
    상기 제1 웨이퍼에 본딩되는 제2 웨이퍼가 배치되는 상부 지지판; 및
    상기 상부 지지판에 인접하여, 상하 방향으로 이동 가능하도록 배치된 상부 구조물을 포함하는 웨이퍼 본딩 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 구조물은, 상기 제1 웨이퍼가 상기 하부 지지판에 배치된 후, 상 방향으로 이동하는 웨이퍼 본딩 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이동된 하부 구조물의 일 측면의 적어도 일부는 상기 제1 웨이퍼의 일 측면에 접촉하는 웨이퍼 본딩 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이동된 하부 구조물의 상면은 상기 제1 웨이퍼의 상면과 높이가 동일한 웨이퍼 본딩 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 구조물은, 상기 제2 웨이퍼가 상기 상부 지지판에 배치된 후, 하 방향으로 이동하는 웨이퍼 본딩 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이동된 상부 구조물의 일 측면의 적어도 일부는 상기 제2 웨이퍼의 일 측면에 접촉하는 웨이퍼 본딩 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 이동된 하부 구조물의 하면은 상기 제2 웨이퍼의 하면과 높이가 동일한 웨이퍼 본딩 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하부 구조물은, 상기 제1 웨이퍼와 상기 제2 웨이퍼의 본딩이 완료된 후, 하 방향으로 이동하는 웨이퍼 본딩 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부 구조물은, 상기 제1 웨이퍼와 상기 제2 웨이퍼의 본딩이 완료된 후, 상 방향으로 이동하는 웨이퍼 본딩 장치.
  10. 제1 웨이퍼가 배치되는 하부 지지판;
    상기 하부 지지판에 인접하도록 배치된 하부 구조물;
    상기 제1 웨이퍼에 본딩되는 제2 웨이퍼가 배치되는 상부 지지판;
    상기 상부 지지판에 인접하도록 배치된 상부 구조물; 및
    상기 하부 구조물과 상기 상부 구조물 사이의 간격을 조절하는 제어부를 포함하는 웨이퍼 본딩 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 웨이퍼와 상기 제2 웨이퍼의 본딩을 위해 상기 하부 지지판과 상기 상부 지지판이 정렬된 후, 상기 하부 구조물의 상면과 상기 상부 구조물의 하면 사이의 간격이 좁아지도록 상기 하부 구조물과 상기 상부 구조물을 이동시키는 웨이퍼 본딩 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이동된 하부 구조물의 일 측면의 적어도 일부는 상기 제1 웨이퍼의 일 측면에 접촉하는 웨이퍼 본딩 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 이동된 하부 구조물의 상면은 상기 제1 웨이퍼의 상면과 높이가 동일한 웨이퍼 본딩 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 이동된 상부 구조물의 일 측면의 적어도 일부는 상기 제2 웨이퍼의 일 측면에 접촉하는 웨이퍼 본딩 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 이동된 하부 구조물의 하면은 상기 제2 웨이퍼의 하면과 높이가 동일한 웨이퍼 본딩 장치.
  16. 제1 웨이퍼가 배치되는 하부 지지판;
    상기 하부 지지판의 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치된 제1 서브 하부 구조물;
    상기 하부 지지판의 다른 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치된 제2 서브 하부 구조물;
    상기 제1 웨이퍼에 본딩되는 제2 웨이퍼가 배치되는 상부 지지판;
    상기 상부 지지판에 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치된 제1 서브 상부 구조물; 및
    상기 상부 지지판에 다른 일 측면에 인접하여 이동 가능하도록 배치된 제2 서브 상부 구조물을 포함하는 웨이퍼 본딩 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 서브 하부 구조물과 상기 제2 서브 하부 구조물은 서로 독립적으로 상하 방향으로 이동 가능한 웨이퍼 본딩 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 서브 하부 구조물 및 상기 제2 서브 하부 구조물 중 적어도 하나는 좌우 방향으로 이동 가능한 웨이퍼 본딩 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 서브 상부 구조물과 상기 제2 서브 상부 구조물은 서로 독립적으로 상하 방향으로 이동 가능한 웨이퍼 본딩 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 서브 상부 구조물 및 상기 제2 서브 상부 구조물 중 적어도 하나는 좌우 방향으로 이동 가능한 웨이퍼 본딩 장치.
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