KR101854880B1 - 실리콘 기판 직접 접합 방법, 그 장치, 및 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 검증 방법 - Google Patents

실리콘 기판 직접 접합 방법, 그 장치, 및 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 검증 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 기판을 균일한 접촉으로 접합하는 실리콘 기판 직접 접합 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 기판 직접 접합 방법은, 하부 스테이지의 평면 진공척에 하부 실리콘 기판을 로딩하고, 상기 하부 스테이지에 마주하는 상부 스테이지의 하향 볼록 곡면 진공척에 유연성을 가지는 상부 실리콘 기판을 로딩하는 제1단계, 상기 하부 스테이지를 상승시켜 상기 하부 실리콘 기판을 상기 상부 실리콘 기판의 한 지점(예, 중심)에서부터 접촉시키는 제2단계, 상기 상부 실리콘 기판을 상기 하향 볼록 곡면 진공척으로부터 분리하는 제3단계, 및 상기 하부 스테이지를 더 상승시켜 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판을 상기 한 지점에서 다른 부분(예, 외곽)까지 전체 면적을 접합하는 제4단계를 포함한다.

Description

실리콘 기판 직접 접합 방법, 그 장치, 및 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 검증 방법 {SILICON SUBSTRATE DIRECT BONDING METHOD AND APPARATUS SYSTEM THEREOF, SILICON SUBSTRATE DIRECT BONDING APPARATUS ALIGN PARTS VERIFICATION METHOD}
본 발명은 실리콘 기판을 직접 접합하는 실리콘 기판 직접 접합 방법 및 그 장치와, 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부를 검증하는 실리콘 기판 접합 장치의 정렬부 검증 방법에 관한 것이다.
일례를 들면, 실리콘 웨이퍼를 직접 접합하는 데에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 실리콘 웨이퍼 직접 접합 방법은, 하부 스테이지에 지지된 단단한 웨이퍼와 상부 스테이지에 구비되는 유연한 웨이퍼를 직접 접합하여 하나의 접합체를 형성한다.
이 실리콘 웨이퍼 직접 접합 방법은 여러 가지 어려운 점들을 가진다. 예를 들면, 웨이퍼들의 접합 계면에 에어 트랩이 형성되고, 에어 트랩에 채워지는 기포의 제거가 어렵다. 박막의 유연한 웨이퍼는 진공 홈의 흡인력에 의하여 휘어져 들어감으로써 단부가 진공척으로부터 부분적으로 분리될 수 있다. 따라서 단단한 웨이퍼와 유연한 웨이퍼가 오정렬 상태로 접합될 수 있다.
이러한 결함들은 실리콘 웨이퍼를 직접 접합하여 이루어지는 접합체를 전기 전자의 소자제조로 사용하는데, 많은 어려움을 유발할 수 있다.
본 발명은 실리콘 기판을 균일한 접촉으로 접합하는 실리콘 기판 직접 접합 방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명은 상기 방법을 구현하는 실리콘 기판 직접 접합 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 상기 실리콘 기판 직접 접합 방법에 적용되어 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부를 검증하는 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 검증 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 기판 직접 접합 방법은, 하부 스테이지의 평면 진공척에 하부 실리콘 기판을 로딩하고, 상기 하부 스테이지에 마주하는 상부 스테이지의 하향 볼록 곡면 진공척에 유연성을 가지는 상부 실리콘 기판을 로딩하는 제1단계, 상기 하부 스테이지를 상승시켜 상기 하부 실리콘 기판을 상기 상부 실리콘 기판의 한 지점(예, 중심)에서부터 접촉시키는 제2단계, 상기 상부 실리콘 기판을 상기 하향 볼록 곡면 진공척으로부터 분리하는 제3단계, 및 상기 하부 스테이지를 더 상승시켜 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판을 상기 한 지점에서 다른 부분(예, 외곽)까지 전체 면적을 접합하는 제4단계를 포함한다.
상기 제1단계는, 상기 상부 실리콘 기판을 상기 하향 볼록 곡면 진공척에 로딩한 후, 상기 상부 실리콘 기판의 외곽을 보조 고정 기구로 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제3단계는, 상기 상부 스테이지의 상기 하향 볼록 곡면 진공척의 진공을 해제하면서 상기 상부 실리콘 기판에 에어를 분출할 수 있다.
상기 제3단계는, 상기 상부 실리콘 기판의 중심에서부터 외곽으로 가면서 순차적으로 에어를 분출하여, 상기 상부 실리콘 기판의 중심에서 외곽으로 가면서 상기 상부 실리콘 기판을 상기 하부 실리콘 기판에 연속적으로 접합할 수 있다.
상기 제1단계는, 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판 사이로 수평 영상부를 투입되어 영상을 촬영하는 촬영 단계, 및 상기 촬영 단계에서 촬영된 영상을 근거로 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판을 정렬하는 정렬 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 촬영 단계는, 상기 수평 영상부로 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판의 실제 영상을 촬영하고, 상기 정렬 단계는, 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판의 실제 영상을 보면서 정렬할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치는, 승강하는 하부 스테이지, 상기 하부 스테이지에 구비되어 로딩되는 하부 실리콘 기판을 지지하는 평면 진공척, 상기 하부 스테이지에 마주하는 상부 스테이지, 및 상기 상부 스테이지에 구비되어 로딩되는 유연성을 가지는 상부 실리콘 기판을 지지하여 상기 하부 실리콘 기판을 상기 상부 실리콘 기판의 한 지점(예, 중심)에서부터 접촉시켜 다른 부분(예, 외곽)까지 전체 면적을 접합시키는 하향 볼록 곡면 진공척을 포함한다.
상기 하향 볼록 곡면 진공척은, 중심에서 가장 크게 하향 돌출되고 외곽으로 가면서 점진적으로 작게 하향 돌출되는 볼록 곡면을 가질 수 있다.
상기 상부 스테이지는, 상기 하향 볼록 곡면 진공척에 진공을 인가하는 진공홀, 및 상기 하향 볼록 곡면 진공척에 진공 해제시, 상기 상부 실리콘 기판에 에어를 분출하는 에어홀을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치는, 상기 상부 실리콘 기판을 지지하는 상기 하향 볼록 곡면 진공척의 외곽에 구비되어, 로딩된 상기 상부 실리콘 기판의 외곽을 고정하는 보조 고정 기구를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치는, 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판 사이로 투입되어 영상을 촬영하고 인출되는 수평 영상부를 더 포함할 수 있다.
상기 수평 영상부는, 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판의 실제 영상을 동시에 촬영할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치는, 상기 수평 영상부의 인출 위치에서 상기 상부 스테이지와 상기 하부 스테이지 측에 구비되어, 상기 수평 영상부를 보정하는 기준을 제공하는 수평 고정 지그를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치는, 상기 하부 스테이지의 하측에 구비되어, 상기 평면 진공척과 상기 하향 볼록 곡면 진공척에 각각 구비되는 하측 얼라인 마크와 상측 얼라인 마크의 정렬을 확인하는 수직 영상부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 검증 방법은, 하부 스테이지의 평면 진공척과 상기 하부 스테이지에 마주하는 상부 스테이지의 하향 볼록 곡면 진공척 사이로 수평 영상부를 투입하기 전에 상기 수평 영상부로 상기 하부 스테이지와 상기 상부 스테이지 측에 구비되는 수평 고정 지그를 촬영하여 상기 수평 영상부를 보정 및 상기 수평 영상부의 위치를 확인하는 수평 보정 단계, 및 상기 하부 스테이지의 하측에 구비되는 수직 영상부로 상기 평면 진공척과 상기 하향 볼록 곡면 진공척에 각각 구비되는 하측 얼라인 마크와 상측 얼라인 마크를 촬영하여 상기 수직 영상부를 보정 및 상기 수직 영상부의 위치를 확인하는 수직 보정 단계를 포함한다.
상기 수평 보정 단계는 상기 수평 고정 지그의 고정 영상을 촬영하여 제어부에 저장되어 있는 수평 기준 영상과 비교하여 상기 수평 영상부를 보정할 수 있다.
상기 수직 보정 단계는 상기 하측 얼라인 마크와 상기 상측 얼라인 마크의 고정 영상을 촬영하여 제어부에 저장되어 있는 수직 기준 영상과 비교하여 상기 수직 영상부를 보정할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 하부 스테이지를 상승시켜 로딩된 하부 실리콘 기판을 상부 스테이지에 로딩된 상부 실리콘 기판의 한 지점에서부터 접촉시켜, 한 지점에서 다른 부분까지 전체 면적을 연속적으로 접합하므로 하, 상부 실리콘 기판을 균일한 접촉으로 접합할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예는 수평 영상부로 수평 고정 지그를 촬영하여 수평 영상부를 보정 및 위치 확인하고, 수직 영상부로 하, 상측 얼라인 마크를 촬영하여 수직 영상부를 보정 및 위치 확인한 후, 정렬된 수평, 수직 영상부로 하, 상부 실리콘 기판을 정렬하여 서로 접촉 및 접합시키므로 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 중, 수평 영상부 및 수직 영상부의 신뢰도를 보증할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판 직접 접합 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치의 구성도로서, 하부 및 상부 실리콘 기판의 로딩 상태도이다.
도 3은 도 2의 로딩 상태에서 진행되어, 하부 실리콘 기판과 상부 실리콘 기판을 정렬하는 상태도이다.
도 4는 도 2의 상태에서 하부 스테이지가 상승되어 하부 실리콘 기판을 상부 실리콘 기판의 중심에 접촉시킨 상태도이다.
도 5는 도 4의 상태에서 상부 스테이지의 진공을 해제하면서 상부 실리콘 기판의 중심에서부터 외곽으로 에어를 순차적으로 분출하는 상태도이다.
도 6은 도 5의 상태에서 하부 스테이지를 더 상승시켜 하부 실리콘 기판을 상부 실리콘 기판의 전체 표면에 접합시킨 상태도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 중에서, 수평 영상부를 검증하는 상태도이다.
도 8은 도 7의 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 중에서, 수직 영상부를 검증하는 상태도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 검증 방법의 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판 직접 접합 방법의 순서도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 실리콘 기판 직접 접합 방법은 하부 실리콘 기판(S1)과 상부 실리콘 기판(S2)을 로딩하는 제1단계(ST1, 도 2참조), 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)을 접촉시키는 제2단계(ST2, 도 4 참조), 상부 실리콘 기판(S2)을 분리하는 제3단계(ST3, 도 5 참조) 및 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 전체 면적을 접합하는 제4단계(ST4, 도 6 참조)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치의 구성도로서, 하부 및 상부 실리콘 기판의 로딩 상태도이다. 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치는 도 1의 접합 방법을 구현하도록 승강하는 하부 스테이지(10)와 이에 마주하는 상부 스테이지(20)를 포함한다.
하부 스테이지(10)는 평면 진공척(11)을 구비하고, 평면 진공척(11)으로 하부 실리콘 기판(S1)을 진공 흡착하여 로딩하며, 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)을 한 지점(예를 들면, 하, 상부 실리콘 기판의 중심)에서부터 접촉시켜 전체 면적에서 직접 접합할 수 있도록 승강 작동한다. 이를 위하여, 하부 스테이지(10)는 복수의 진공홀(12)을 구비한다. 복수의 진공홀(12)은 다공의 평면 진공척(11)에 균일하게 진공을 인가하여, 하부 실리콘 기판(S1)을 안정적으로 고정할 수 있다.
상부 스테이지(20)는 하부 스테이지(10)에 상하 방향으로 대향하여 배치되며, 평면 진공척(11)의 상방에 대향하는 하향 볼록 곡면 진공척(21)을 구비하여, 하향 볼록 곡면 진공척(21)으로 상부 실리콘 기판(S2)을 진공 흡착하여 로딩한다.
이를 위하여, 상부 스테이지(20)는 복수의 진공홀(22)과 복수의 에어홀(23)을 구비한다. 복수의 진공홀(22)은 다공의 하향 볼록 곡면 진공척(21)에 균일하게 진공을 인가하여, 상부 실리콘 기판(S2)을 안정적으로 고정할 수 있다.
복수의 에어홀(23)은 하향 볼록 곡면 진공척(21)에 진공 해제시, 하향 볼록 곡면 진공척(21)을 통하여 상부 실리콘 기판(S2)에 에어를 분출하여, 하향 볼록 곡면 진공척(21)으로부터 상부 실리콘 기판(S2)을 분리되게 한다.
복수의 에어홀들(23) 중 중심에 위치하는 에어홀(23)에서 먼저 에어를 분출하고 외곽의 에어홀(23)로 가면서 순차적으로 에어를 분출하여, 상부 실리콘 기판(S2)이 중심에서부터 외곽으로 가면서 순차적으로 하향 볼록 곡면 진공척(21)으로부터 분리되게 한다(①②③).
하향 볼록 곡면 진공척(21)의 하향 볼록 곡면은 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 한 지점(예를 들면, 하, 상부 실리콘 기판의 중심)의 접촉을 시작한 후, 한 지점에서 다른 부분(예를 들면, 하, 상부 실리콘 기판의 외곽)까지 전체 면적에 대하여 연속적인 직접 접합을 가능하게 한다.
일례로써, 하향 볼록 곡면 진공척(21)은 중심에서 가장 크게 하향 돌출되고, 중심에서 외곽으로 가면서 점진적으로 작게 하향 돌출되는 볼록 곡면을 형성한다. 즉 하향 볼록 곡면 진공척(21)은 평면 진공척(11)과 중심에서부터 접촉되고, 중심에서부터 외곽으로 가면서 연속적으로 접촉될 수 있다. 예를 들면, 하향 볼록 곡면 진공척(21)에서 중심과 외곽은 20~100㎛ 높이 차이를 가질 수 있다.
평면 진공척(11) 및 하향 볼록 곡면 진공척(21)은 전면적에서 진공을 형성하여 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)을 진공 흡착한다. 따라서 다양한 크기의 기판, 액체 타입, 박막 타입 및 유연성 타입의 기판이 적용될 수 있다. 진공 홀의 크기에 맞는 기판을 사용하고 액체 타입의 기판에 적용되는 부분적인 진공 구조에 비하여, 일 실시예의 전면 진공 구조는 큰 장점을 가진다.
하향 볼록 곡면 진공척(21)은 외곽보다 중심이 20~100㎛ 더 높은 구조로 하향하여 볼록하게 형성되므로 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 직접 접합 공정에서, 하, 상부 실리콘 기판(1S, S2) 간에 중심에서 접촉된 후 외곽으로 접촉 진행되게 한다.
따라서 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2) 사이에 에어 트랩의 발생 가능성이 제거된다. 그리고 박막 타입 및 유연성 타입의 기판의 직접 접합이 가능하게 된다.
실리콘 기판 직접 접합 장치는 상부 스테이지(20)의 외곽에 외곽을 보조 고정 기구(24)를 더 구비한다. 보조 고정 기구(24)는 상부 실리콘 기판(S2)의 측면에서 점 접촉되어 지지하므로 상부 실리콘 기판(S2)의 표면 오염을 방지한다.
보조 고정 기구(24)는 상부 스테이지(20)의 외곽에 설정된 작동 간격으로 배치되어, 상부 실리콘 기판(S2)을 고정 지지하도록 전후진, 승강 또는 선회 작동될 수 있다. 또한 보조 고정 기구(24)는 복수로 구비되어, 상부 스테이지(20)의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되어 상부 실리콘 기판(S2)을 원주 방향에서 균일하게 안정적으로 고정 지지할 수 있다.
실리콘 기판 직접 접합 장치는 로딩된 하부 실리콘 기판(S1)과 상부 실리콘 기판(S2) 사이로 투입되어 영상을 촬영하고 인출되는 수평 영상부(25)를 더 포함한다.
수평 영상부(25)는 로딩된 하부 실리콘 기판(S1)과 상부 실리콘 기판(S2)의 접합될 표면의 실제 영상을 동시에 촬영한다. 수평 영상부(25)는 하부 실리콘 기판(S1)과 상부 실리콘 기판(S2)의 촬영된 실제 영상을 보면서 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 정렬을 가능하게 한다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하여, 실리콘 기판 직접 접합 방법에 대하여 설명한다. 제1단계(ST1)는 하부 스테이지(10)의 평면 진공척(11)에 하부 실리콘 기판(S1)을 진공 흡착으로 로딩하고, 상부 스테이지(20)의 하향 볼록 곡면 진공척(21)에 유연성을 가지는 상부 실리콘 기판(S2)을 진공 흡착으로 로딩한다. 상부 실리콘 기판(S2)은 하부 실리콘 기판(S1)보다 얇은 두께로 형성될 수 있다.
제1단계(ST1)는 상부 실리콘 기판(S2)을 하향 볼록 곡면 진공척(21)에 진공 흡착으로 로딩한 후, 상부 실리콘 기판(S2)의 외곽을 보조 고정 기구(24)로 더 고정한다. 즉 상부 실리콘 기판(S2)은 진공 흡인력이 부족할 수 있는 외곽 부분에서 보조 고정 기구들(24)에 의하여 보다 안정된 상태로 고정될 수 있다.
도 3은 도 2의 로딩 상태에서 진행되어, 하부 실리콘 기판과 상부 실리콘 기판을 정렬하는 상태도이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 제1단계(ST1)는 촬영 단계와 정렬 단계를 더 포함한다.
촬영 단계는 로딩된 하부 실리콘 기판(S1)과 상부 실리콘 기판(S2) 사이로 수평 영상부(25)를 투입하여 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 영상을 촬영한다. 촬영 단계는 수평 영상부(25)로 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 접합될 실제 영상을 촬영한다.
정렬 단계는 촬영 단계에서 직접 촬영된 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 영상을 근거로 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)을 정렬한다. 정렬 단계는 직접 촬영된 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 실제 영상을 보면서 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)을 정렬한다.
하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 측방에서 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)을 촬영 및 정렬하는 방법은 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)이 투명 기판 또는 불투명 기판인 경우에도 적용될 수 있다. 불투명 기판인 경우에도 상부 실리콘 기판(S2)의 뒷면에 얼라인 마크를 형성할 필요가 없어진다.
또한 실시예의 촬영 및 정렬 방법은 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 실제 영상을 보면서 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)을 정렬하므로 정렬시, 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 이동 범위를 작게 하고, 정렬의 정밀도를 높일 수 있다.
본 실시예에 비교되는 탑 다운 촬영 및 정열 방법이 있다. 탑 다운 촬영 및 정열 방법은 불투명 기판에 적용되는 경우, 불투명 기판의 뒷면에 얼라인 마크를 구비해야 한다. 따라서 실시예에 비하여 공정 비용이 추가될 수 있다.
또한 탑 다운 촬영 및 정열 방법은 캡쳐한 가상의 영상과 실제 영상을 보면서 정렬하고, 하부 얼라인 마크의 확인을 위해 상부 얼라인 마크를 이동하므로 얼라인 마크 복귀 위치값을 변동시킨다. 따라서 실시예에 비하여 정렬의 정밀도가 저하될 수 있다.
도 4는 도 2의 상태에서 하부 스테이지가 상승되어 하부 실리콘 기판을 상부 실리콘 기판의 중심에 접촉시킨 상태도이다. 도 1 및 도 4를 참조하면, 제2단계(ST2)는 하부 스테이지(10)를 상승시켜 평면 진공척(11)에 로딩된 하부 실리콘 기판(S1)을 상부 실리콘 기판(S2)의 한 지점에서부터 접촉시킨다. 하부 스테이지(10)는 상승 시, 중심과 외곽에서 균일한 압력을 제어할 수 있도록 제어된다.
즉 상승되는 하부 실리콘 기판(S1)은 상부 실리콘 기판(S2)을 로딩하고 있는 하향 볼록 곡면 진공척(21)의 형상에 따라 상부 실리콘 기판(S2)의 중심에서부터 접촉된다. 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 접촉 면적이 최소화 되므로 접촉이 시작되는 중심에서 에어 트랩이 발생되지 않는다.
도 5는 도 4의 상태에서 상부 스테이지의 진공을 해제하면서 상부 실리콘 기판의 중심에서부터 외곽으로 에어를 순차적으로 분출하는 상태도이다. 도 1 및 도 5를 참조하면, 제3단계(ST3)는 상부 실리콘 기판(S2)을 하향 볼록 곡면 진공척(21)으로부터 분리한다.
즉 제3단계(ST3)는 상부 스테이지(20)의 하향 볼록 곡면 진공척(21)의 진공을 해제하면서, 에어홀(23) 및 하향 볼록 곡면 진공척(21)을 통하여 상부 실리콘 기판(S2)에 에어를 분출한다.
제3단계(ST3)는 상부 실리콘 기판(S2)의 중심에서부터 외곽으로 가면서 순차적으로 에어를 분출하여, 상부 실리콘 기판(S2)의 중심에서 외곽으로 가면서 상부 실리콘 기판(S2)을 분리하여 하부 실리콘 기판(S1)에 연속적으로 접합한다.
이를 위하여, 상부 스테이지(20)에 구비된 복수의 에어홀들(23) 중 중심의 에어홀(23)에서 에어를 분출하고 순차적으로 외곽으로 배치되는 에어홀(23)에서 에어를 분출한다.
에어홀들(23)에서 에어 분출이 순차적으로 진행될 때, 하부 스테이지(10)는 상승되어 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)이 중심에서 외곽에 이르기까지 균일한 압력으로 접촉될 수 있게 한다.
도 6은 도 5의 상태에서 하부 스테이지를 더 상승시켜 하부 실리콘 기판을 상부 실리콘 기판의 전체 표면에 접합시킨 상태도이다. 도 1 및 도 6을 참조하면, 제4단계(ST4)는 하부 스테이지(10)를 더 상승시켜 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)을 중심에서 외곽에 이르기까지 전체 면적을 접합하여 접합체를 형성한다.
하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 외곽이 접합되기 전에, 보조 고정 기구(24)는 상부 실리콘 기판(S2)의 고정 지지를 해제하여, 상부 실리콘 기판(S2)의 분리 및 접합을 가능하게 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 중에서, 수평 영상부를 검증하는 상태도이다. 도 7을 참조하면, 일 실시예의 실리콘 기판 직접 접합 장치는 수평 고정 지그(31, 32)를 더 포함한다.
수평 고정 지그(31, 32)는 수평 영상부(25)의 인출 위치에서 상부 스테이지(20)와 하부 스테이지(10) 측에 각각 구비되어, 수평 영상부(25)를 보정 및 수평 영상부(25)의 위치를 확인하는 기준을 제공한다. 즉 수평 고정 지그(31, 32)는 동일한 수직선 상에 배치되고, 각각에 얼라인 마크(311, 321)를 구비한다.
또한, 평면 진공척(11)과 하향 볼록 곡면 진공척(21)은 서로 마주하는 위치에 각각 하측 얼라인 마크(111)와 상측 얼라인 마크(211)를 구비한다. 평면 진공척(11)은 하측 얼라인 마크(111)에 대응하여 관통구멍(112)을 구비한다.
예를 들면, 상부 스테이지(20)는 상부 베이스(30)에 고정 설치되고, 일측 수평 고정 지그(31)는 상부 베이스(30)에 고정 설치된다. 다른 측 수평 고정 지그(32)는 승강하는 하부 스테이지(10)의 이격된 위치에 고정 설치된다.
수평 영상부(25)는 동일한 수직선 상에 배치되는 수평 고정 지그(31, 32) 및 얼라인 마크(311, 321)를 촬영한다(A1). 촬영된 영상을 기준 영상과 비교하므로 수평 영상부(25)의 보정 및 수평 영상부(25)의 위치를 확인할 수 있다.
즉 수평 영상부(25)로 촬영된 영상은 수평 영상부들(25) 간의 수평 상태, 및 수평 영상부(25)와 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)의 수평 상태를 확인할 수 있게 한다.
또한 수평 영상부(25)는 평면 진공척(11)와 하향 볼록 곡면 진공척에 구비되는 하, 상측 얼라인 마크(111, 211)의 영상을 촬영한다(A2).
따라서 수평 영상부(25)에 의하여 수평 고정 지그(31, 32)에서 촬영된 영상(A1)과 하, 상측 얼라인 마크(111, 211)에서 촬영된 영상(A2)을 비교함으로써, 수평 영상부(25)가 진행하는 수평 및 직진도를 확인할 수 있게 된다.
도 8은 도 7의 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 중에서, 수직 영상부를 검증하는 상태도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 일 실시예의 실리콘 기판 직접 접합 장치는 수직 영상부(26)를 더 포함한다.
하부 스테이지(10)를 상승하여, 평면 진공척(11)과 하향 볼록 곡면 진공척(21)을 접합하여, 하측 얼라인 마크(111)와 상측 얼라인 마크(211)를 수직 방향에서 인접하게 배치한다.
수직 영상부(26)는 하부 스테이지(10)의 하측에 구비되어, 관통구멍(112)을 통하여 평면 진공척(11)과 하향 볼록 곡면 진공척(21)에 각각 구비되는 하측 얼라인 마크(111)와 상측 얼라인 마크(211)의 영상을 촬영한다(A3). 촬영된 영상을 기준 영상과 비교하므로 수직 영상부(26)의 보정 및 수직 영상부(26)의 위치를 확인할 수 있다.
즉 수직 영상부(26)로 촬영된 영상은 하, 상측 얼라인 마크(111, 211) 사이의 수직 상태, 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2) 사이의 좌우 상태, 및 서로 접착된 평면 진공척(11)과 하향 볼록 곡면 진공척(21)의 수직 상태를 확인할 수 있게 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 검증 방법의 순서도이다. 도 7 내지 도 9를 참조하면, 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 검증 방법은 수평 보정 단계(S10)와 수직 보정 단계(ST20)를 포함한다.
수평 보정 단계(S10)는 하부 스테이지(10)의 평면 진공척(11)과 하부 스테이지(10)에 마주하는 상부 스테이지(20)의 하향 볼록 곡면 진공척(21) 사이로 수평 영상부(25)를 투입하기 전에 수평 영상부(25)로 하부 스테이지(10)와 상부 스테이지(20) 측에 구비되는 수평 고정 지그(31, 32)를 촬영하여 수평 영상부(25)를 보정 및 수평 영상부(25)의 위치를 확인한다(도 7 참조).
즉 수평 보정 단계(ST10)는 수평 고정 지그(31)의 고정 영상을 촬영하여, 제어부에 저장되어 있는 수평 기준 영상과 촬영된 영상을 비교하여, 수평 영상부(25)를 보정하고 수평 영상부(25)의 위치를 확인한다.
수직 보정 단계(ST20)는 하부 스테이지(10)의 하측에 구비되는 수직 영상부(26)로 평면 진공척(11)과 하향 볼록 곡면 진공척(21)에 각각 구비되는 하측 얼라인 마크(111)와 상측 얼라인 마크(211)를 촬영하여 수직 영상부(26)를 보정하고 수직 영상부(26)의 위치를 확인한다(도 8 참조).
즉 수직 보정 단계(ST20)는 하측 얼라인 마크(111)와 상측 얼라인 마크(211)의 고정 영상을 촬영하여, 제어부에 저장되어 있는 수직 기준 영상과 촬영된 영상을 비교하여, 수직 영상부(26)를 보정하고 수직 영상부(26)의 위치를 확인한다.
수평, 수직 영상부(25, 26)는 1.5 ~ 수㎛ 범위 내의 정밀도로 정렬된다. 따라서 정렬하고자 하고자 하는, 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2)에 대하여, 수평 영상부(25)가 수평 방향으로 이동할 때, 수평 영상부(25)의 수평 정밀도 및 직진 정밀도가 수㎛ 범위 내로 검증될 수 있다.
수평, 수직 영상부(25, 26)의 정렬 후, 하, 상부 실리콘 기판(S1, S2) 접촉시, 수직 영상부(26)는 수직 영상부(26)의 수직 정밀도를 검증할 수 있다. 수평, 수직 영상부(25, 26)는 수평, 수직 방향으로 반복 테스트하여, 수평 영상부(25) 및 수직 영상부(26)의 위치 오차값을 보정할 수 있게 한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
10: 하부 스테이지 11: 평면 진공척
12, 22: 진공홀 20: 상부 스테이지
21: 하향 볼록 곡면 진공척 23: 에어홀
24: 보조 고정 기구 25, 26: 수평, 수직 영상부
31, 32: 수평 고정 지그 111: 하측 얼라인 마크
112: 관통구멍 211: 상측 얼라인 마크
311, 321: 얼라인 마크 S1, S2: 하, 상부 실리콘 기판

Claims (17)

  1. 하부 스테이지의 평면 진공척에 하부 실리콘 기판을 로딩하고, 상기 하부 스테이지에 마주하는 상부 스테이지의 하향 볼록 곡면 진공척에 유연성을 가지는 상부 실리콘 기판을 로딩하는 제1단계;
    상기 하부 스테이지를 상승시켜 상기 하부 실리콘 기판을 상기 상부 실리콘 기판의 한 지점에서부터 접촉시키는 제2단계;
    상기 상부 실리콘 기판을 상기 하향 볼록 곡면 진공척으로부터 분리하는 제3단계; 및
    상기 하부 스테이지를 더 상승시켜 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판을 상기 한 지점서 다른 부분까지 전체 면적을 접합하는 제4단계
    를 포함하며,
    상기 제1단계는
    상기 상부 실리콘 기판을 상기 하향 볼록 곡면 진공척에 로딩한 후, 상기 상부 실리콘 기판의 외곽을 보조 고정 기구로 고정하는 단계
    를 더 포함하며,
    상기 보조 고정 기구는 전후진, 승강 또는 선회 작동되어 상기 상부 실리콘 기판의 측면을 점 접촉으로 지지하고,
    상기 상부 스테이지는 복수의 진공홀과 복수의 에어홀을 구비하며,
    상기 하향 볼록 곡면 진공척은 다공으로 형성되고,
    상기 복수의 진공홀은 상기 다공을 통하여 상기 하향 볼록 곡면 진공척에 균일하게 진공을 인가하며,
    상기 제3단계에서, 상기 하향 볼록 곡면 진공척에 진공 해제시,
    상기 복수의 에어홀은
    상기 하향 볼록 곡면 진공척의 상기 다공을 통하여 상부 실리콘 기판에 에어를 분출하여,
    상기 하향 볼록 곡면 진공척으로부터 상부 실리콘 기판을 분리하는 실리콘 기판 직접 접합 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계는
    상기 상부 실리콘 기판의 중심에서부터 외곽으로 가면서 순차적으로 에어를 분출하여, 상기 상부 실리콘 기판의 중심에서 외곽으로 가면서 상기 상부 실리콘 기판을 상기 하부 실리콘 기판에 연속적으로 접합하는 실리콘 기판 직접 접합 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계는
    상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판 사이로 수평 영상부를 투입되어 영상을 촬영하는 촬영 단계, 및
    상기 촬영 단계에서 촬영된 영상을 근거로 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판을 정렬하는 정렬 단계
    를 더 포함하는 실리콘 기판 직접 접합 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 촬영 단계는
    상기 수평 영상부로 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판의 실제 영상을 촬영하고,
    상기 정렬 단계는
    상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판의 실제 영상을 보면서 정렬하는 실리콘 기판 직접 접합 방법.
  7. 승강하는 하부 스테이지;
    상기 하부 스테이지에 구비되어 로딩되는 하부 실리콘 기판을 지지하는 평면 진공척;
    상기 하부 스테이지에 마주하는 상부 스테이지; 및
    상기 상부 스테이지에 구비되어 로딩되는 유연성을 가지는 상부 실리콘 기판을 지지하여 상기 하부 실리콘 기판을 상기 상부 실리콘 기판의 한 지점에서부터 접촉시켜 다른 부분까지 전체 면적을 접합시키는 하향 볼록 곡면 진공척
    을 포함하며,
    상기 상부 스테이지는
    상기 상부 실리콘 기판을 지지하는 상기 하향 볼록 곡면 진공척의 외곽에 구비되어, 로딩된 상기 상부 실리콘 기판의 외곽을 고정하는 보조 고정 기구
    를 포함하며,
    상기 보조 고정 기구는 전후진, 승강 또는 선회 작동되어 상기 상부 실리콘 기판의 측면을 점 접촉으로 지지하고,
    상기 상부 스테이지는 복수의 진공홀과 복수의 에어홀을 구비하며,
    상기 하향 볼록 곡면 진공척은 다공으로 형성되고,
    상기 복수의 진공홀은 상기 다공을 통하여 상기 하향 볼록 곡면 진공척에 균일하게 진공을 인가하며,
    상기 하향 볼록 곡면 진공척에 진공 해제시,
    상기 복수의 에어홀은
    상기 하향 볼록 곡면 진공척의 상기 다공을 통하여 상부 실리콘 기판에 에어를 분출하여,
    상기 하향 볼록 곡면 진공척으로부터 상부 실리콘 기판을 분리하는 실리콘 기판 직접 접합 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하향 볼록 곡면 진공척은
    중심에서 가장 크게 하향 돌출되고 외곽으로 가면서 점진적으로 작게 하향 돌출되는 볼록 곡면을 가지는 실리콘 기판 직접 접합 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판 사이로 투입되어 영상을 촬영하고 인출되는 수평 영상부
    를 더 포함하는 실리콘 기판 직접 접합 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수평 영상부는
    상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 실리콘 기판의 실제 영상을 동시에 촬영하는 실리콘 기판 직접 접합 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 수평 영상부의 인출 위치에서 상기 상부 스테이지와 상기 하부 스테이지 측에 구비되어, 상기 수평 영상부를 보정하는 기준을 제공하는 수평 고정 지그
    를 더 포함하는 실리콘 기판 직접 접합 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하부 스테이지의 하측에 구비되어, 상기 평면 진공척과 상기 하향 볼록 곡면 진공척에 각각 구비되는 하측 얼라인 마크와 상측 얼라인 마크의 정렬을 확인하는 수직 영상부
    를 더 포함하는 실리콘 기판 직접 접합 장치.
  15. 제7항, 제8항, 제11항 내지 제14항 중 적어도 어느 한 항의 실리콘 기판 직접 접합 장치를 이용하며,
    하부 스테이지의 평면 진공척과 상기 하부 스테이지에 마주하는 상부 스테이지의 하향 볼록 곡면 진공척 사이로 수평 영상부를 투입하기 전에 상기 수평 영상부로 상기 하부 스테이지와 상기 상부 스테이지 측에 구비되는 수평 고정 지그를 촬영하여 상기 수평 영상부를 보정 및 상기 수평 영상부의 위치를 확인하는 수평 보정 단계; 및
    상기 하부 스테이지의 하측에 구비되는 수직 영상부로 상기 평면 진공척과 상기 하향 볼록 곡면 진공척에 각각 구비되는 하측 얼라인 마크와 상측 얼라인 마크를 촬영하여 상기 수직 영상부를 보정 및 상기 수직 영상부의 위치를 확인하는 수직 보정 단계
    를 포함하며,
    상기 수평 보정 단계는
    상기 수평 고정 지그에 구비된 얼라인 마크의 고정 영상을 촬영하여 상기 얼라인 마크의 정렬을 확인하고 제어부에 저장되어 있는 수평 기준 영상과 비교하여 상기 수평 영상부를 보정하고,
    상기 수직 보정 단계는
    상기 하측 얼라인 마크와 상기 상측 얼라인 마크의 고정 영상을 촬영하여 상기 하측 얼라인 마크와 상기 상측 얼라인 마크의 정렬을 확인하고 제어부에 저장되어 있는 수직 기준 영상과 비교하여 상기 수직 영상부를 보정하는
    실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 검증 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
KR1020160080958A 2016-06-28 2016-06-28 실리콘 기판 직접 접합 방법, 그 장치, 및 실리콘 기판 직접 접합 장치의 정렬부 검증 방법 KR101854880B1 (ko)

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