KR101641885B1 - 웨이퍼 본딩 장치 및 본딩 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 본딩 장치 및 본딩 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 단일 장비를 이용해 웨이퍼의 크기가 달라질 경우(예를 들어 8인치 내지 12인치를 같은 장비에서 본딩하고, 4인치에서 6인치를 같은 장비에서 본딩하는 방식)에도 이용할 수 있게 하는 효과가 있다.

Description

웨이퍼 본딩 장치 및 본딩 방법{Wafer bonding apparatus and bonding method}

본 발명은 웨이퍼 본딩 장치 및 본딩 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일 장비를 이용해 웨이퍼의 크기가 달라질 경우(예를 들어 8인치 내지 12인치를 같은 장비에서 본딩하고, 4인치에서 6인치를 같은 장비에서 본딩하는 방식)에도 이용할 수 있게 하는 웨이퍼 본딩 장치 및 본딩 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정 중에는 두 장의 웨이퍼를 적층시킨 후 본딩시키는 웨이퍼 본딩 공정이 수행된다.

상기 웨이퍼 본딩 공정은 클램프를 사이에 두고 적층되는 두 장의 웨이퍼를 가압장치에 의하여 가압하면서 진행되는데, 일반적으로 웨이퍼 본딩 공정에서는 상부의 웨이퍼를 가압하면서 얼라인 장치를 순차적으로 제거하게 되므로 두 장의 웨이퍼가 본딩되어지는 위치가 틀어지거나, 원하는 가압량의 조절이 어려워져 생산성이 떨어지게 되어진다.

또한 일반적인 웨이퍼 본딩 공정에서는 하나의 단일 크기의 웨이퍼만을 본딩하거나 다른 크기의 웨이퍼를 본딩하기 위해서는 별도의 지그를 개별적으로 설치하거나 본딩 장비를 전체적으로 교체해야 하기 때문에 공정 수율이 떨어지거나 많은 장비를 설치해야 하는 문제점이 있었다.

즉, 종래의 경우 웨이퍼를 정렬하기 위한 가압대가 웨이퍼의 측면으로부터 수평 방향 이동하며 가압 정렬시키는 구조이기 때문에 가압대가 이동할 수 있는 간격이 제한적이어서 적층되는 웨이퍼에 따라 다른 가압대의 크기를 사용하거나 웨이퍼의 크기에 맞는 장비를 설치하여 이용하게 되므로 그에 따른 장비 설치 비용 상승과 더불어 운영에 소요되는 비용이 상승하는 문제가 있었다.

또한 종래의 기술로서 등록특허 제10-0886957호 및 등록특허 제10-0933985호가 개시되어 있다.

상기 웨이퍼 본딩 공정은 클램프를 사이에 두고 적층되는 두 장의 웨이퍼를 푸셔에 의하여 가압하면서 진행되는데, 일반적으로 웨이퍼 본딩 공정에서는 상부의 웨이퍼를 가압하면서 클램프를 순차적으로 제거하게 되므로 두 장의 웨이퍼 사이에 위치되는 클램프와 웨이퍼의 마찰에 의하여 웨이퍼의 표면에 스크래치가 발생되거나 웨이러의 모서리부에 크랙이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 특성을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 단일 장비를 이용해 웨이퍼의 크기가 달라질 경우(예를 들어 8인치 내지 12인치를 같은 장비에서 본딩하고, 4인치에서 6인치를 같은 장비에서 본딩하는 방식)에도 이용할 수 있게 하는 웨이퍼 본딩 장치 및 본딩 방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 두 장의 웨이퍼를 간단한 기구물을 이용해 적재하고 정렬시킬 수 있게 함으로써 웨이퍼 정렬에 소요되는 시간과 정렬을 위한 기구물 제작 비용을 절감할 수 있게 하는 웨이퍼 본딩 장치 및 본딩 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.

본 발명의 웨이퍼 본딩 장치는, 한쌍의 웨이퍼를 서로 본딩하기 위한 웨이퍼 본딩 장치에 있어서, 베이스에 고정되어 베이스의 중심 부분에서 승강하며 안착된 웨이퍼를 합착하게 하는 가압판; 상기 가압판의 외측에 배치되어 가압판의 중심 방향으로 회전하며 가압판에 안착될 웨이퍼를 고정 지지하는 다수개의 지지받침대; 및 상기 지지받침대에 안착되는 웨이퍼를 중심 방향으로 회전하며 가압 정렬하는 다수개의 정렬대;를 포함된다.

그리고 상기 지지받침대는 단부에 단차진 지지편이 형성되어 웨이퍼의 테두리 하부를 지지하는 지지블록과, 상기 지지블록을 회전축에 고정시키는 브라켓과, 상기 회전축과 연결되어 지지블록을 웨이퍼의 외측 방향으로 회전시키는 구동수단으로 포함된다.

또한 상기 정렬대는 단부에 가압편이 형성되어 웨이퍼의 테두리 외측을 가압하게 하는 정렬블록과, 상기 정렬블록을 회전축에 고정하는 브라켓과, 상기 회전축과 연결되어 정렬블록을 웨이퍼 측으로 회전시키는 구동수단으로 포함된다.

그리고 상기 지지받침대는 웨이퍼와 간섭되지 않으면서 크기가 다른 웨이퍼를 안착할 수 있도록 회전축의 위치가 가압판의 외측에 위치되며, 회전축의 위치는 아래의 식에 의해 정의된다.

또한 상기 정렬대는 웨이퍼와 간섭되지 않으면서 크기가 다른 웨이퍼를 가압 정렬할 수 있도록 회전축의 위치가 가압판의 외측에 위치되며, 회전축의 위치는 아래의 식에 의해 정의된다.

그리고 웨이퍼 본딩 장치에는 누름대가 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 가압판에는 웨이퍼를 누르는 압력을 측정하기 위한 압력센서;를 포함한다.

그리고 상기 압력센서는 가압판의 단위면적당 가해지는 압력을 개별적으로 측정한다.

또한 상기 압력센서는 웨이퍼의 소자에 해당하는 면적에 대한 압력을 개별적으로 측정하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명의 웨이퍼 본딩 장치는, 외부로부터 로딩된 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼가 안착되는 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트 상면에 배치되어 안착되는 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼의 단부 일측을 정렬시키는 노치정렬핀; 상기 베이스플레이트 상면에 배치되어 안착되는 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼의 외주면과 밀착되어 유동을 방지하게 하는 가이드핀; 상기 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼의 마주보는 면이 서로 이격되도록 지지하는 스페이서핀; 및 안착되는 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼를 가압하여 정렬시키는 정렬수단;을 포함한다.

그리고 상기 노치정렬핀과 가이드핀은 탄성체의 지지를 받으며 외력에 의해 내부로 삽탈된다.

또한 상기 스페이서핀은 수용공간을 갖는 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치되어 탄성력을 부여하는 탄성체와, 상기 수용공간을 차폐시키는 덮개와, 상기 수용공간 내에서 탄성체의 지지를 받으며 동작하는 탄성체 지지대와, 상기 탄성체 지지대 상면에 배치되며 동작공간이 형성된 승강핀과, 상기 동작공간 내에서 회동하며 제2웨이퍼를 지지하게 하는 걸림돌기와, 상기 걸림돌기의 일측에 배치되어 회동을 제한하게 하는 스토퍼를 포함한다.

그리고 상기 걸림돌기는 회전축을 기준으로 일측의 무게가 더 크게 형성된다.

또한 상기 노치정렬핀, 가이드핀 및 스페이서핀은 베이스플레이트로부터 탈착 가능하게 구비된다.

그리고 상기 정렬수단은 베이스플레이트 일측에 고정되는 고정브라켓과, 상기 고정브라켓에 고정되어 베이스플레이트의 중심 방향으로 수평 동작하는 지지대브라켓과, 상기 지지대브라켓을 탄성지지하며 안내하는 가이드바와, 안착되는 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼를 일측으로 가압하는 가압핀을 포함한다.

한편 본 발명에 따르면, 웨이퍼 본딩을 위한 웨이퍼 정렬장치에는 스페이서핀을 상부로부터 외력을 부여하게 하는 가압수단;을 더 구비된다.

그리고 본 발명의 웨이퍼 본딩 방법은, 1) 외부로부터 제1웨이퍼를 로딩하여 가압판 상부에 위치시킨 후 제1웨이퍼 하부에 위치되도록 지지받침대를 회전 이동시키는 단계; 2) 지지받침대 측에 웨이퍼를 안착시킨 후 정렬대가 제1웨이퍼의 외측을 회전 가압하여 정렬시키는 단계; 3) 가압판을 상승시킴과 동시에 지지받침대를 제1웨이퍼로부터 이탈시켜 제1웨이퍼를 흡착하고 흡착과 동시에 가압판을 원위치로 복원시키는 단계; 4) 외부로부터 제2웨이퍼를 로딩하여 가압판 상부에 위치시킨 후 제2웨이퍼 하부에 위치되도록 지지받침대를 회전 이동시키는 단계; 5) 지지받침대 측에 웨이퍼를 안착시킨 후 정렬대가 제2웨이퍼의 외측을 회전 가압하여 정렬시키는 단계; 6) 가압판을 상승시킴과 동시에 지지받침대를 제2웨이퍼로부터 이탈시켜 제2웨이퍼가 제1웨이퍼 상면에 위치되게 하는 단계; 7) 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 정렬된 상태로 누름대를 통해 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 가압 정렬하여 밀착되게 하는 단계; 및 8) 가압판을 상승시켜 상부의 가압판과 밀착시켜 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 2차 가압 밀착되게 하는 단계;를 포함한다.

또한 상기 6)단계)와 7)단계 사이에는 진공 배기하며 지지받침대와 정렬대를 이용해 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 정렬하는 단계가 더 포함된다.

본 발명에 따르면, 단일 장비를 이용해 웨이퍼의 크기가 달라질 경우(예를 들어 8인치 내지 12인치를 같은 장비에서 본딩하고, 4인치에서 6인치를 같은 장비에서 본딩하는 방식)에도 이용할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 두 장의 웨이퍼를 간단한 기구물을 이용해 적재하고 정렬시킬 수 있게 함으로써 웨이퍼 정렬에 소요되는 시간과 정렬을 위한 기구물 제작 비용을 절감할 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 본딩 장치의 제1실시예를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 본딩 장치를 나타내는 평면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가압판을 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치에 퓨셔를 추가한 상태를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 지지받침대와 정렬대의 회전 중심의 위치 관계를 나타내는 개략도.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치의 동작 상태를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제2실시예를 나타내는 사시도.
도 11은 도 10의 제2실시예에 따른 정렬 장치를 나타내는 평면도.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 노치정렬핀, 가이드핀 및 스페이서핀을 나타내는 단면도.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 정렬수단을 나타내는 부분 단면도.
도 14 내지 도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 동작 상태를 나타내는 도면.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.

이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 본딩 장치(100)는 진공챔버 내에 존재하며 각각의 구성들이 설치되는 베이스(110), 가압판(120), 지지받침대(130) 및 정렬대(140)를 포함한다.

또한 도면상에 도시되어 있지는 않지만 상부에는 가압판과 대응되는 상부 가압판(미도시)이 배치되어 있다.

상기 가압판(120)은 베이스(110) 중심 부분을 관통하여 승강할 수 있도록 하부에 승강수단(미도시)에 의해 지지된 상태로 배치되며, 상면에는 십자 형태의 홈이 형성되어 안착되는 웨이퍼가 진공흡착될 수 있게 하고 있고, 테두리 측에는 3개의 수직홈(미도시)이 형성되어 지지받침대와 정렬대의 단부 측이 회전 이동시 위치될 수 있게 하고 있다.

또한 도 3에 도시된 바와 같이 상기 가압판(120) 내부에는 가압되는 압력을 측정하기 위한 압력센서(122)가 포함되어 있으며, 상기 압력센서(122)는 다수개의 단위셀들로 구성되는 판체 형태로 각각의 단위셀들(122a)을 통해 단위면적당 가해지는 압력을 개별적으로 측정할 수 있게 하고 있다.

그리고 상기 단위면적당 압력 측정은 안착되는 웨이퍼의 소자단위에 대응되도록 측정하는 것이 가능하며, 이를 통해 소자단위의 손상 유무를 쉽게 확인할 수 있다.

예를 들어 단위면적당 가해지는 압력마다 각각 다른 색이나 다른 농도로 표시되도록 제어부 측으로 신호를 인가함으로써 색 분포를 통해 압력 균일성을 체크할 수 있고, 이를 통해 웨이퍼의 소자단위에서 손상이 발생할 경우 손상된 부분을 쉽게 찾아낼 수 있게 하는 것이다.

상기 지지받침대(130)는 베이스(110)를 관통하여 하부에 배치되는 구동수단(131)과, 상기 구동수단(131)과 수직 방향으로 연결되는 회전축(132)과, 상기 회전축(132) 단부에 고정되어 회전축(132)의 회전에 따라 가압판(120) 측으로 이동하며 안착되는 웨이퍼 하부면을 지지하도록 지지편(133)이 형성된 지지블록(134)으로 구성되어 있다.

또한 상기 지지받침대(130)는 가압판(120)의 중심을 기준으로 3개가 등간격 배치되어 있다.

상기 정렬대(140)는 베이스(110)를 관통하여 하부에 배치되는 구동수단(141)과, 상기 구동수단(131)이 수직 방향으로 연결되는 회전축(132)과, 상기 회전축(132) 단부에 고정되어 회전축(132)의 회전에 따라 가압판(120) 측으로 이동하며 지지받침대에 안착된 웨이퍼 측면을 가압하여 정렬시키도록 단부가 단차진 정렬편(143)이 형성된 정렬블록(144)으로 구성되어 있다.

즉, 상기 지지받침대(130)와 정렬대(140)는 가압판 외측에 구비되어 회전에 의해 중심 방향으로 이동하며 웨이퍼를 지지하거나 가압 정렬되도록 하는 것으로 가압판에 안착되는 웨이퍼의 크기가 커지나 작아지더라도 이와 관계없이 정렬하는 것이 가능하며, 이를 통해 두개의 웨이퍼를 쉽고 빠르게 본딩할 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기 지지받침대(130)와 정렬대(140) 측에는 회전 동작시 필요 이상 회전되어 오동작을 방지하기 위한 스토퍼를 추가적으로 설치하여 이용할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에는 가압판 외측에 지지받침대와 정렬대의 간섭을 피하면서 설치되어 안착된 웨이퍼를 상부에서 가압하는 누름대(150)가 더 구비되는 것이 바람직하다.

상기 누름대(150)는 가압판 상부 위치되어 도시된 바와 같이 웨이퍼(W) 측으로 회전에 의해 위치되며 구동수단(미도시)을 이용해 승강되어 웨이퍼 상부면을 가압하도록 되어 있다.

이는 두개의 웨이퍼가 적층된 정렬된 상태에서 1차적으로 진공 배기를 통해 밀착시키고, 2차적으로 누름대에 의해 가압하여 밀착시킨 후 가압판을 통해 최종적으로 밀착시키게 함으로써 본딩 과정에 두개의 웨이퍼가 서로 밀려 어긋나거나 밀착 과정에 웨이퍼에 크랙 등이 발생하는 것을 방지할 수 있게 하기 위함이다.

여기서 각각 구동수단들은 서버모터 또는 실린더 등을 이용하는 것이 바람직하나 지지받침대, 정렬대, 가압판, 누름대를 각각 동작 특성에 따라 회전, 승강시킬 수 있는 것이면 어떠한 것도 가능하다.

도 5는 본 발명에 따른 지지받침대와 정렬대의 위치를 본딩되는 웨이퍼의 크기와 상관없이 정렬할 수 있도록 하기 위한 위치를 설정하는 방식에 대해 설명하는 것으로, 이를 참조하여 보면, 우선 직경이 큰 웨이퍼를 A라 하고, 직경이 작은 웨이퍼를 B라 하며, X축 선상에서 지지받침대 단부 또는 정렬대 단부가 A 또는 B와 만나는 점을 P2 및 P3라 하고, P2와 P3가 만나는 두 점 사이의 간격 즉 A와 B의 반지름 차이를 C라 하며, X축을 기준으로 C를 1/2로 분할한 것을 D라 하고, P2와 P3의 사이 간격에서 수직분선을 연결하여 지지받침대와 정렬대가 설치된 기구물들의 간섭을 피하면서 크기가 다른 웨이퍼에 대해 대응되는 위치에서 회전할 수 있는 지점을 회전중심 P1이라 할 때 상기 P1을 선정해야 한다.

이때 P1은 회피지름 E 상에 존재해야 하므로 원의 방정식에 의해 정의될 수 있으며, 아래의 식에 의해 결정된다.

여기서 상기 식에서 얻어지는 값들 중 (+)는 Y축의 상부에 해당되고, (-)는 Y축의 하부에 해당된다.

이와 같이 지지받침대 또는 정렬대의 회전축이 설치되는 회전중심 P1을 설정할 경우 웨이퍼가 진입한 후 지지받침대 또는 정렬대가 지지와 정렬을 위해 회전하면서 주변에 설치된 기구들과 간섭되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 진입되는 웨이퍼의 크기를 다르게 하여도 지지와 정렬이 가능하게 된다.

예를 들어 직경이 상대적으로 작은 웨이퍼인 4인치 내지 6인치까지 이용할 수 있게 하고, 상대적으로 직경이 큰 8인치 내지 12인치를 서로 병행하여 이용할 수 있게 함으로써 다양한 크기의 웨이퍼에 대해 상대적으로 적은 장비로 대처할 수 있어 장비 설치 및 제작 비용에 따른 비용을 절감할 수 있게 된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 본딩 방법에 따르면, 1) 외부로부터 제1웨이퍼를 로딩하여 가압판 상부에 위치시킨 후 제1웨이퍼 하부에 위치되도록 지지받침대를 회전 이동시키는 단계; 2) 지지받침대 측에 웨이퍼를 안착시킨 후 정렬대가 제1웨이퍼의 외측을 회전 가압하여 정렬시키는 단계; 3) 가압판을 상승시킴과 동시에 지지받침대를 제1웨이퍼로부터 이탈시켜 제1웨이퍼를 흡착하고 흡착과 동시에 가압판을 원위치로 복원시키는 단계; 4) 외부로부터 제2웨이퍼를 로딩하여 가압판 상부에 위치시킨 후 제2웨이퍼 하부에 위치되도록 지지받침대를 회전 이동시키는 단계; 5) 지지받침대 측에 웨이퍼를 안착시킨 후 정렬대가 제2웨이퍼의 외측을 회전 가압하여 정렬시키는 단계; 6) 가압판을 상승시킴과 동시에 지지받침대를 제2웨이퍼로부터 이탈시켜 제2웨이퍼가 제1웨이퍼 상면에 위치되게 하는 단계; 7) 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 정렬된 상태로 누름대를 통해 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 가압 정렬하여 밀착되게 하는 단계; 및 8) 가압판을 상승시켜 상부의 가압판와 밀착시켜 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 2차 가압 밀착되게 하는 단계;를 포함하여 구성된다.

상기 6)단계)와 7)단계 사이에는 진공배기하며 지지받침대와 정렬대를 이용해 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 정렬하는 과정이 더 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 대한 동작 상태 및 본딩 방법을 구체적으로 설명한다.

도 6을 참조하면, 먼저 제1웨이퍼(W1)를 외부로부터 로딩수단(미도시)을 이용해 가압판(120) 상부에 위치시킨 후 지지받침대(130)의 구동수단을 동작시켜 회전축을 회전시키면 지지블록(134)이 제1웨이퍼(W1) 측으로 회전 이동하게 되고, 지지블록(134) 단부에 형성된 지지편(133)의 상면이 제1웨이퍼(W1)의 하부에 위치하게 된다.

이 후 정렬대(140)의 구동수단을 동작시켜 회전축을 회전시키면 회전축에 연결된 정렬블록(144)이 제1웨이퍼(W1)의 측으로 회전 이동하며 제1웨이퍼를 가압하여 지지받침대에 정렬시키게 된다.

여기서, 도 6에는 이를 위해 하나의 지지블록과 정렬블록이 도시되어 있지만 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 가압판을 기준으로 3개가 등간격 배치되어 있어 제1웨이퍼의 사방에서 지지와 더불어 정렬시킬 수 있게 된다.

이어서, 도 7에 도시된 바와 같이 지지블록(134)에 의해 지지된 상태로 정렬블록(144)을 이용해 정렬된 제1웨이퍼(W1) 하부를 향에 가압판(120)을 상승시키면 가압판(120) 상부면에 제1웨이퍼가 밀착하게 된다. 이때 가압판 테두리 측에는 홈(미도시)이 형성되어 있어서 지지블록과 정렬블록의 단부가 간섭되는 것을 방지할 수 있다.

이 후 상기 지지블록(134)과 정렬블록(144)을 회전시켜 제1웨이퍼로부터 이탈시킴과 동시에 가압판(120)을 하강시키고, 같은 방식으로 제2웨이퍼를 제1웨이퍼 상부에 로딩시키고 정렬시킨다.

이 상태에서 가압판(120)을 다시 상승시켜 제2웨이퍼(W2) 측으로 이동시킨 후 챔버 내부를 일정하게 진공 배기하여 1차적으로 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 밀착될 수 있게 한다.

다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이 1차 밀착이 끝나면 정렬블록(144)은 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 가압한 상태에서 지지블록(134)을 회전 동작시켜 제1웨이퍼와 제2웨이퍼로부터 이탈시킨다. 이때 정렬블록을 유지시키는 것은 지지블록이 이탈하는 과정에 정렬된 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 어긋나는 것을 방지하기 위함이다. 이때 상기 누름대에는 제1웨이퍼 상부면을 가압시 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있도록 탄성이 있는 소재를 배치하는 것이 바람직하다.

다음으로 가압판 상부에 위치한 누름대(150)를 하강시켜 겹쳐진 제2웨이퍼 상부를 가압하여 2차적으로 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 밀착될 수 있게 하여 어느 정도의 외부 충격에 의해 상호 어긋나는 것을 방지하게 한 후 누름대(150) 및 정렬블록(144)을 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼로부터 회전 이탈시킨다.

다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 안착된 가압판(120)을 상부에 위치한 상부 가압판(121) 측으로 상승시켜 가압판을 통해 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 압착시킨 후 가압판(120)을 하강시킨다.

이때 가압판(120)의 하강 위치는 측면에 위치된 지지블록(134)과 정렬블록(144)에 수평 상태가 되도록 하여 지지블록(134)과 정렬블록(144)이 회전 이동하여 합착된 웨이퍼(W)를 지지하고 정렬하게 한 후 가압판(120)을 하강시켜 다음 동작을 준비하게 한다.

또한 가압판을 통한 웨이퍼의 합착시 가압판에 설치된 압력센서에 의해 가압되는 압력을 단위면적당(웨이퍼의 소자단위와 대응되는 면적)으로 측정하게 되는데, 측정된 압력은 데이터화하여 향 후 웨이퍼 합착 과정에 발생할 수 있는 웨이퍼 소자 불량을 판별하는데 이용할 수 있고, 가압판의 가압력이 가압판 전체면에 대해 균일하게 이루어지고 있는지에 대한 판단을 통해 웨이퍼를 가압하는 압력을 분석할 수 있게 함으로써 분석된 데이터를 이용해 웨이퍼의 전체면에 대한 균일한 압력이 이루어지게 하여 좀 더 균일한 웨이퍼 합착을 가능케 하고 합착시 발생하는 압력 불균형에 쉽게 대응할 수 있어 불량률을 대폭 절감할 수 있게 된다.

이 후 언로딩수단(미도시)을 이용해 합착된 웨이퍼를 외부로 반출시키고 다음 동작을 반복해서 수행하게 한다.

여기서 상기 합착되는 웨이퍼는 동일한 크기의 웨이퍼로 설명하였지만 서로 다른 크기의 웨이퍼를 합착하는데도 이용하는 것이 가능하다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 지지받침대와 정렬대가 회전 이동시 단부의 위치가 안착되는 웨이퍼의 크기와 상관없이 동작할 수 있기 때문이다.

한편 본 발명에서는 웨이퍼에 대해서 한정하여 구성 및 동작 관계를 설명하고 있지만 LCD, OLED, LED 등 기판 형태에서도 이를 이용할 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 제2실시예를 설명한다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따르면 웨이퍼 본딩 장치(200)는 베이스플레이트(210), 노치정렬핀(220), 가이드핀(230), 스페이서핀(240) 및 정렬수단(250)으로 구성되어 있다.

상기 베이스플레이트(210)는 상부면이 일정한 평면을 가지고 하부에 승강할 수 있도록 구동수단(미도시)이 설치된 것으로 챔버 내부에 배치되어 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼가 안착되는 구성이다. 또한 상기 베이스플레이트에는 도시하고 있지는 않지만 히터와 웨이퍼를 흡착할 수 있게 하는 흡착수단이 구성되어 있다.

상기 노치정렬핀(220)은 도 12에 도시된 바와 같이 내부에 수용공간(221a)이 형성된 하우징(221)과, 상기 수용공간(221a) 내에 삽입되는 탄성체(224)와, 상기 탄성체(224)의 지지를 받으며 외력에 의해 승강 동작하는 지지핀(222)과, 상기 지지핀 하부에 배치되어 탄성체와 접촉하여 탄성력을 지지핀에 전달하는 걸림턱(223)으로 구성되어 있다.

또한 상기 노치정렬핀(220)은 베이스플레이트(210)의 상면 일측에 배치되어 안착되는 웨이퍼 테두리에 형성된 노치에 삽입되도록 설치된다. 이때 상기 노치정렬핀은 베이스플레이트의 홈(미도시)에 삽입되는 방식으로 배치되기 때문에 홈으로부터 필요에 따라 제거하는 것이 가능하며, 베이스플레이트 상면에 상에 안착되는 웨이퍼의 외경에 대응되는 위치에 설치될 수 있게 탈착된다. 예를 들어 8인치 웨이퍼가 안착될 경우 그에 대응되는 가상의 원을 따라 등간격 형성된 홈에 설치하고, 6인치 웨이퍼가 안착될 경우 그에 대응되는 가상의 원을 따라 등간격 형성된 홈에 설치하는 것이다.

상기 가이드핀(230)은 상기 노치정렬핀(220)과 동일한 구성을 하고 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.

여기서 상기 가이드핀(230)은 상기 베이스플레이트(210)의 중심 부분을 기준으로 상기 노치정렬핀(220)이 설치된 위치에 대해 직교하는 위치에 두개가 대향되게 설치되어 안착되는 웨이퍼의 테두리를 지지하게 된다.

상기 스페이서핀(240)은 도 12에 도시된 바와 같이 하부는 덮개(244)에 의해 차단되고, 상부는 개방된 수용공간(242)이 형성된 하우징(241)과, 상기 수용공간(242) 내에 배치되어 탄성을 부여하는 탄성체(243)와, 상기 탄성체(243)의 지지를 받으며 승강 동작하는 탄성체 지지대(245)와, 상기 탄성체 지지대(245) 상부에 배치되며 상부로 개방된 동작공간(247a)이 형성되고 동작공간(247a)의 하측에 수용홈(247b)이 형성된 승강핀(247)과, 상기 동작공간(247a) 내에 배치되어 하부에 마련된 회전축(248a)이 수용홈(247b) 내에서 회전하며 동작공간(247a) 내에서 회동하는 걸림돌기(248)와, 상기 걸림돌기(248)의 회전 반경을 제한하도록 걸림돌기 전면에 배치된 스토퍼(246)로 구성되어 있다.

여기서 상기 걸림돌기(248)는 회전축(248a)을 기준으로 스토퍼 방향의 무게가 더 크게 형성되게 하여 걸림돌기(248)가 자중에 의해 항상 스토퍼 방향으로 위치될 수 있게 한다.

또한 상기 스페이서핀(240)은 베이스플레이트(210) 상면상에서 노치정렬핀(220)과 가이드핀(230) 사이에 등간격 배치된다.

즉 상기 노치정렬핀(220), 가이드핀(230) 및 스페이서핀(240)은 베이스플레이트(210)의 중심을 기준으로 방사 형태로 배치되어 안착되는 웨이퍼의 테두리를 지지하도록 하는 것이다.

여기서 상기 스페이서핀(240)은 두개의 웨이퍼를 높이 방향으로 서로 이격되게 배치할 수 있게 함으로써 두개의 웨이퍼가 정렬과정에 상호 마찰에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있게 하는 구성이다.

상기 정렬수단(250)은 도 13에 도시된 바와 같이 상기 베이스플레이트(210) 일측에 고정되는 고정브라켓(251)과, 상기 고정브라켓(251) 하부에 배치되며 내부에 홈(미도시)이 형성된 상태로 베이스플레이트(210)의 중심 방향으로 동작하는 지지대브라켓(254)과, 일측은 고정브라켓(251)에 삽입 고정되고, 타측은 상기 지지대브라켓(254)에 삽입되어 지지대브라켓(254)을 안내하는 가이드바(252)와, 상기 가이드바(252)의 외주면을 감싸도록 삽입되어 고정브라켓(251)과 지지대브라켓(254) 사이에서 탄성을 부여하는 탄성체(253)와, 상기 지지대브라켓(254) 단부에 배치되어 지지대브라켓의 수평 이동에 의해 베이스플레이트에 안착되는 웨이퍼의 테두리를 가압하는 가압핀(255)과, 상기 가압핀(255)을 지지대브라켓(254)에 고정시키는 고정대(256)로 구성되어 있다.

즉, 상기 정렬수단(250)은 탄성체(253)에 의해 지지된 상태로 가이드바(252)를 따라 동작하는 지지대브라켓(254)이 지지대브라켓(254)에 연결된 가압핀(255)을 베이스플레이트(210) 중심 방향으로 동작시키며 안착되는 웨이퍼의 테두리를 가압하게 함으로써 설치된 노치정렬핀(220), 가이드핀(230) 및 스페이서핀(240) 사이에서 웨이퍼를 정렬시킬 수 있게 하는 구성이다.

한편 본 발명에는 도 14에 도시된 바와 같이 스페이서핀 상부에 배치되어 스페이서핀을 가압하는 가압수단(260)이 더 구성되어 있다.

상기 가압수단(260)은 유압 또는 공압에 의해 동작하는 실린더로서 단부에 가압대(미도시)가 배치되어 있고, 가압수단은 스페이서핀의 갯수와 대응되는 갯수로 배치되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 제2실시예의 동작 상태를 설명한다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 먼저 제1웨이퍼(W1)를 이송하기에 앞서 가압수단(260)을 이용해 스페이서핀(240) 상부를 가압하여 걸림돌기(248)가 수용된 승강핀(247)이 하우징(241) 내부로 인입되게 한다. 이때 인입되는 과정에 걸림돌기(248)는 승강핀(247)의 하강에 따라 단부가 하우징(241)의 외측에 걸리며 회전축(248a)을 기준으로 동작공간(247a) 내부로 회전하게 되어 동작공간 내부로 완전히 수용되게 한다. 이때 상기 걸림돌기(248) 상단의 회전 반경은 승강핀(247)의 동작공간(247a) 상단 내에서 존재하는 것이 바람직하다. 이는 걸림돌기(248)가 회전축(248a)을 기준으로 회전시 동작공간(247a) 상단을 벗어날 경우 승강핀(247) 상면을 가압하는 가압수단(260) 하면과 걸림돌기(248)가 간섭되기 때문에 이를 방지하기 위함이다.

다음으로 외부로부터 로딩수단(미도시)을 이용해 제1웨이퍼(W1)을 베이스플레이트(210) 상부에 진입시켜 안착시킨 후 가압된 상태의 스페이서핀(240)의 가압력을 해지하여 승강핀(247)을 상승시키면 동작공간(247a)에 수용된 상태의 걸림돌기(248)가 자중에 의해 스토퍼(246) 방향으로 회전하며 복귀하여 걸림돌기 하부에 제1웨이퍼(W1)가 위치되는 형태를 취하게 한다.

다음으로 로딩수단을 이용해 제2웨이퍼(W2)를 베이스플레이트(210) 상부로 로딩시킨 후 복귀된 걸림돌기(248) 상부면에 안착시켜 제1웨이퍼(W1)와 제2웨이퍼(W2)가 높이 방향으로 서로 이격되게 배치한다.

여기서 상기 제1웨이퍼 및 제2웨이퍼 테두리 일측에는 노치홈(미도시)이 형성된 상태이기 때문에 안착시 상기 노치홈이 베이스플레이트 일측의 노치정렬핀(220)에 정렬되게 한다.

다음으로, 도 16에 도시된 바와 같이 상기 제1웨이퍼(W1)와 제2웨이퍼(W2)가 걸림돌기(248)를 사이에 두고 배치된 상태에서 측면에 위치된 정렬수단(250)의 가압핀(255)을 지지대브라켓(254)의 안내를 받으며 베이스플레이트(210)의 중심 방향으로 수평 이동시킨다. 이때 상기 지지대브라켓(254)의 이동 방식은 가압핀(255)을 수작업에 의해 동작시킬 수도 있지만 통상적으로 베이스플레이트(210)가 챔버 내에 존재하기 때문에 구동수단(실린더, 모터 등)을 이용해 수평 동작하게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 가압핀의 동작에 의해 적층된 제1웨이퍼(W1)와 제2웨이퍼(W2)의 측면을 가압하면 가압력에 의해 노치정렬핀(220)을 기준으로 하여 제1웨이퍼(W1)와 제2웨이퍼(W2)가 정렬되게 된다. 정렬된 제1웨이퍼(W1)와 제2웨이퍼(W2)는 가이드핀에 의해 유동하는 것을 방지할 수 있게 된다.

이 후 정렬된 제1웨이퍼(W1)와 제2웨이퍼(W2)를 본딩하기 위해서는 다음과 같은 과정을 거치게 된다.

도 17을 참조하면, 제1웨이퍼(W1)와 제2웨이퍼(W2)가 걸림돌기(248)를 사이에 두고 상,하에 정렬된 상태로, 도 14에서와 같이 가압수단(260)을 이용해 승강핀(247)을 가압하면 가압력에 의해 승강핀(247)이 하강하게 되고 이와 동시에 걸림돌기(248)가 동작공간(247a) 내부로 회전 진입하며 걸림돌기(248) 상면에 걸쳐진 제2웨이퍼(W2)가 제1웨이퍼(W1) 상면으로 낙하게 된다.

이때 낙하된 제2웨이퍼(W2)는 테두리를 지지하고 있는 노치정렬핀(220)과 가이드핀(230)에 의해 정렬 상태를 유지할 수 있게 된다.

이 후 가압수단(260)을 상승시키면 승강핀(247)을 가압하고 있던 가압력이 해지되며 승강핀(247)이 상승하게 되고, 이와 동시에 동작공간(247a)에 수용되어 있던 걸림돌기(248)가 자중에 의해 회전 돌출하며 원위치로 복귀하게 된다.

다음으로, 도 18에 도시된 바와 같이 제1웨이퍼(W1)와 제2웨이퍼(W2)가 겹쳐진 상태로 안착된 베이스플레이트(210)를 상부에 위치된 가압대(P) 측으로 상승시켜 가압대 하부면과 밀착되게 하여 제1웨이퍼와 제2웨이퍼에 일정한 압력이 발생되게 하여 압력을 통해 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 본딩되게 한다.

이때 제1웨이퍼의 상부면과 제2웨이퍼의 하부면에는 상호 본딩을 위한 점착성 물질이 도포되어 있으며, 상기 베이스플레이트 내에는 제1실시예에서와 같이 센서가 추가로 구성되어 가해지는 압력을 측정하게 하는 것이 가능하다.

또한 베이스플레이트(210)가 상승하며 가압대(P)와 밀착될 때에는 상부로 돌출되어 있던 노치정렬핀(220), 가이드핀(230 및 스페이서핀(240)이 가압과 동시에 하강하여 가압대와의 간섭을 방지하게 된다.

이와 같이 스페이서핀을 이용해 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 일정한 간격으로 이격된 상태에서 정렬될 수 있게 함으로써 정렬과정에 두개의 웨이퍼가 서로 마찰 등으로 인해 손상되는 것을 방지하면서 본딩시킬 수 있게 된다.

한편 본 발명에 도시된 도면들은 8인치 크기의 웨이퍼를 통해 정렬되는 것을 설명하였지만 웨이퍼 크기가 4인치인 경우에도 베이스플레이트에 4인치 웨이퍼에 해당하는 부분을 따라 노치정렬핀, 가이드핀 및 스페이서핀을 배치하여 사용하는 것이 가능하다.

즉, 노치정렬핀, 가이드핀 및 스페이서핀을 베이스플레이트로부터 탈착 가능한 방식으로 설치하고 있기 때문에 사용되는 웨이퍼의 크기에 대응되는 위치에 탈착하여 이용할 수 있게 되는 것이다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나, 이는 본 발명의 기술적 내용에 대한 이해를 돕고자 하는 것일 뿐 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 함이 아니다.

즉, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.

Claims (18)

1. 한쌍의 웨이퍼를 서로 본딩하기 위한 웨이퍼 본딩 장치에 있어서,
   상기 웨이퍼 본딩 장치는,
   베이스에 고정되어 베이스의 중심 부분에서 승강하며 안착된 웨이퍼를 합착하게 하는 가압판;
   상기 가압판의 외측에 배치되어 가압판의 중심 방향으로 회전하며 가압판에 안착될 웨이퍼를 고정 지지하는 다수개의 지지받침대; 및
   상기 지지받침대에 안착되는 웨이퍼를 중심 방향으로 회전하며 가압 정렬하는 다수개의 정렬대;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지받침대는 단부에 단차진 지지편이 형성되어 웨이퍼의 테두리 하부를 지지하는 지지블록과, 상기 지지블록을 회전축에 고정시키는 브라켓과, 상기 회전축과 연결되어 지지블록을 웨이퍼의 외측 방향으로 회전시키는 구동수단으로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 정렬대는 단부에 가압편이 형성되어 웨이퍼의 테두리 외측을 가압하게 하는 정렬블록과, 상기 정렬블록을 회전축에 고정하는 브라켓과, 상기 회전축과 연결되어 정렬블록을 웨이퍼 측으로 회전시키는 구동수단으로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 지지받침대는 웨이퍼와 간섭되지 않으면서 크기가 다른 웨이퍼를 안착할 수 있도록 회전축의 위치가 가압판의 외측에 위치되며, 회전축의 위치는 아래의 식에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 장치.
   

   
5. 제3항에 있어서,
   상기 정렬대는 웨이퍼와 간섭되지 않으면서 크기가 다른 웨이퍼를 가압 정렬할 수 있도록 회전축의 위치가 가압판의 외측에 위치되며, 회전축의 위치는 아래의 식에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 장치.
   

   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 웨이퍼 본딩 장치에는 누름대;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 가압판에는 웨이퍼를 누르는 압력을 측정하기 위한 압력센서;를 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 압력센서는 가압판의 단위면적당 가해지는 압력을 개별적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 압력센서는 웨이퍼의 소자에 해당하는 면적에 대한 압력을 개별적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 1) 외부로부터 제1웨이퍼를 로딩하여 가압판 상부에 위치시킨 후 제1웨이퍼 하부에 위치되도록 지지받침대를 회전 이동시키는 단계;
    2) 지지받침대 측에 웨이퍼를 안착시킨 후 정렬대가 제1웨이퍼의 외측을 회전 가압하여 정렬시키는 단계;
    3) 가압판을 상승시킴과 동시에 지지받침대를 제1웨이퍼로부터 이탈시켜 제1웨이퍼를 흡착하고 흡착과 동시에 가압판을 원위치로 복원시키는 단계;
    4) 외부로부터 제2웨이퍼를 로딩하여 가압판 상부에 위치시킨 후 제2웨이퍼 하부에 위치되도록 지지받침대를 회전 이동시키는 단계;
    5) 지지받침대 측에 웨이퍼를 안착시킨 후 정렬대가 제2웨이퍼의 외측을 회전 가압하여 정렬시키는 단계;
    6) 가압판을 상승시킴과 동시에 지지받침대를 제2웨이퍼로부터 이탈시켜 제2웨이퍼가 제1웨이퍼 상면에 위치되게 하는 단계;
    7) 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 정렬된 상태로 누름대를 통해 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 가압 정렬하여 밀착되게 하는 단계; 및
    8) 가압판을 상승시켜 상부의 가압판과 밀착시켜 제1웨이퍼와 제2웨이퍼가 2차 가압 밀착되게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 6)단계)와 7)단계 사이에는 진공배기하며 지지받침대와 정렬대를 이용해 제1웨이퍼와 제2웨이퍼를 정렬하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 본딩 방법.

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