KR102081703B1 - Bonding apparatus and bonding method - Google Patents

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이항림
김민영
박지훈
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Abstract

Disclosed are a bonding apparatus capable of bonding a die to a substrate or bonding substrates without using a bonding medium such as an adhesive film and a solder bump and a bonding method thereof. According to embodiments of the present invention, the bonding method for bonding an adhesive object including a die or a second substrate to a first substrate comprises the steps of: generating plasma from each plasma tip of one or more plasma devices to a bonding region on the first substrate to which the adhesive object is bonded to make the bonding region hydrophilic; placing the adhesive object on a hydrophilized bonding region on the first substrate and bringing the plasma tip into contact with the top surface of the adhesive object; and bonding the adhesive object onto the first substrate by an anodic bonding heat treatment which applies a voltage between a first electrode in contact with the bottom surface of the first substrate and a second electrode installed on the plasma tip.

Description

본딩 장치 및 본딩 방법{BONDING APPARATUS AND BONDING METHOD}Bonding device and bonding method {BONDING APPARATUS AND BONDING METHOD}

본 발명은 본딩 장치 및 본딩 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접합 필름(adhesion film)과 솔더 범프(solder bump)를 포함하는 접합 매개체를 이용하지 않고 기판에 다이를 접합하거나 기판들을 접합할 수 있는 본딩 장치 및 본딩 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bonding apparatus and a bonding method, and more particularly, to die or bond dies to a substrate without using a bonding medium including an adhesion film and a solder bump. A bonding apparatus and a bonding method.

최근 반도체 소자들의 집적도 향상이 한계에 도달함에 따라 반도체 소자들을 3차원적으로 적층하는 3D 패키지 기술이 주목받고 있다. 대표적으로, 실리콘 관통 전극(TSV; Through Silicon Via)을 이용하여 3차원 집적회로를 상용화하는 기술이 연구되고 있다. 3차원 반도체는 TSV 다이들을 적층하여 접합하는 다이 본딩 공정을 통해 제조될 수 있다.Recently, as the degree of integration of semiconductor devices has reached its limit, 3D package technology that stacks semiconductor devices in three dimensions has been attracting attention. Representatively, a technology for commercializing a 3D integrated circuit using a through silicon via (TSV) has been studied. The 3D semiconductor may be manufactured through a die bonding process of stacking and bonding TSV dies.

도 1 내지 도 3은 종래의 다이 본딩 공정을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, TSV 다이(die)(3)를 마스터 웨이퍼(master wafer)(1) 상에 접합하기 위하여, TSV 칩(3a)의 하부 접합면에는 접합 매개체인 접합 필름(adhesion film)(3b)과 솔더 범프(solder bump)(3c)가 마련된다. 접합 필름(3b)과 솔더 범프(3c)가 마련된 TSV 다이(3)는 본딩 헤드(4)에 의해 마스터 웨이퍼(1)의 상부로 이송되어 접합 위치에 정렬된 후, 마스터 웨이퍼(1)의 상면 또는 마스터 웨이퍼(1) 상에 접합된 TSV 다이(2)의 상면에 놓여진다.1 to 3 illustrate a conventional die bonding process. Referring to FIG. 1, in order to bond the TSV die 3 onto the master wafer 1, an adhesive film, which is a bonding medium, is formed on the lower bonding surface of the TSV chip 3a. 3b) and a solder bump 3c are provided. The TSV die 3 provided with the bonding film 3b and the solder bumps 3c is transferred to the upper portion of the master wafer 1 by the bonding head 4 and aligned at the bonding position, and then the upper surface of the master wafer 1 Or on the upper surface of the TSV die 2 bonded on the master wafer 1.

TSV 다이(3)의 접합 공정은 가접합(pre bonding) 공정과, 본접합(post bonding) 공정을 포함한다. 도 2를 참조하면, 본딩 헤드(4)에 의해 TSV 다이(3)를 마스터 웨이퍼(1) 상에 가압 및 승온하는 가접합 공정을 통해, TSV 다이(3)는 마스터 웨이퍼(1) 상에 1차 접합된다. TSV 다이(3)의 가접합을 위해, 본딩 헤드(4)는 TSV 다이(3)를 마스터 웨이퍼(1) 상에 가압 및 승온하기 위한 수단을 구비한다. TSV 다이(3)가 마스터 웨이퍼(1) 상에 가접합되면, TSV 다이(3)를 고온으로 열처리하고 가압하여 접합 필름(3b)과 솔더 범프(3c)을 경화시키는 본접합 공정이 수행되고, 접합 필름(3b)과 솔더 범프(3c)를 매개로 하는 열압착에 의해 TSV 다이(3)는 마스터 웨이퍼(1) 상에 완전히 접합된다.The bonding process of the TSV die 3 includes a pre bonding process and a post bonding process. Referring to FIG. 2, the TSV die 3 is placed on the master wafer 1 by a temporary bonding process of pressing and raising the TSV die 3 onto the master wafer 1 by the bonding head 4. Car is spliced. For provisional bonding of the TSV die 3, the bonding head 4 is provided with means for pressurizing and raising the TSV die 3 on the master wafer 1. When the TSV die 3 is temporarily bonded on the master wafer 1, a main bonding process is performed in which the TSV die 3 is heat-treated at high temperature and pressed to cure the bonding film 3b and the solder bumps 3c, The TSV die 3 is completely bonded onto the master wafer 1 by thermocompression bonding through the bonding film 3b and the solder bumps 3c.

도 3을 참조하면, TSV 다이들(2, 3, 4)은 하나씩 순차적으로 적층, 가접합 및 본접합 과정을 거침으로써, 마스터 웨이퍼(1) 상에 하나씩 접합된다. 종래의 다이 본딩 방법은 다이들을 하나씩 접합할 때마다 본딩 헤드(4)를 이용하여 다이를 가압 및 가열하고, 고온 열처리에 의해 다이를 열융착시키는 본접합 공정을 거쳐야 한다. 따라서, 마스터 웨이퍼(1)에 접합되는 다이들의 개수에 비례하여 본접합 공정에 소요되는 시간이 증가하게 된다.Referring to FIG. 3, TSV dies 2, 3, and 4 are sequentially bonded one by one on the master wafer 1 by sequentially stacking, provisional bonding, and main bonding one by one. The conventional die bonding method has to go through a main bonding process in which the die is pressurized and heated using the bonding head 4 every time the dies are joined one by one, and the dies are heat-sealed by high temperature heat treatment. Therefore, the time required for the main bonding process increases in proportion to the number of dies bonded to the master wafer 1.

또한, TSV들 간의 간격인 I/O 피치(pitch)가 점차 미세화되면서, 적층된 TSV 다이들을 완전 접합시키기 위해 고온/고하중 본딩을 하면 솔더 범프가 스윕(sweep)되고 주변의 솔더 범프와 연결되어 합선을 일으키는 불량이 발생할 수 있다. 이에 따라 접합 매개체를 사용하기 어려워지고 있다. 이를 방지하기 위해 솔더 범프의 크기를 점차 작게 제작해야 하는데, 이는 물리적인 한계가 있어 완전한 대응방안이될 수 없다. 또한, 종래의 다이 본딩 방법은 마스터 웨이퍼와 TSV 칩이 박막화될수록, 고온/고하중의 본접합 공정 과정에서 TSV 칩과 마스터 웨이퍼에 크랙 등의 손상이 발생할 수 있다.In addition, as the I / O pitch, the spacing between TSVs, becomes finer, high temperature / high load bonding to fully bond the stacked TSV dies causes the solder bumps to be swept and connected to the surrounding solder bumps. Defects can cause short circuits. This makes it difficult to use conjugation media. To prevent this, solder bumps must be made smaller in size, which has physical limitations and cannot be a complete response. In addition, in the conventional die bonding method, as the master wafer and the TSV chip become thinner, damages such as cracks may occur in the TSV chip and the master wafer during the high temperature / high load main bonding process.

본 발명은 접합 필름(adhesion film)과 솔더 범프(solder bump)와 같은 접합 매개체를 이용하지 않고 기판에 다이를 접합하거나 기판들을 접합할 수 있는 본딩 장치 및 본딩 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a bonding apparatus and a bonding method capable of bonding dies or bonding substrates to a substrate without using bonding media such as an adhesion film and solder bumps.

또한, 본 발명은 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 플라즈마 처리 및 표면 활성화(Surface Activation) 플라즈마 처리 순으로 수행되는 순차적 플라즈마 처리 및 양극 본딩(Anodic bonding) 열처리에 의해 기판과 다이 또는 기판들 간의 접합력을 향상시킬 수 있는 본딩 장치 및 본딩 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention improves the bonding force between the substrate and the die or the substrates by a sequential plasma treatment and an anodic bonding heat treatment performed in the order of reactive ion etching plasma treatment and surface activation plasma treatment. It is to provide a bonding apparatus and a bonding method which can be improved.

또한, 본 발명은 기판과 다이 또는 기판들 간의 접합 공정에 소요되는 공정 시간을 단축시킬 수 있는 본딩 장치 및 본딩 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a bonding apparatus and a bonding method that can reduce the process time required for the bonding process between the substrate and the die or substrates.

본 발명의 일 측면에 따른 본딩 방법은 제1 기판 상에 다이 또는 제2 기판을 포함하는 접합 대상을 접합하는 본딩 방법에 있어서, 플라즈마 장치의 플라즈마 팁으로부터 상기 접합 대상이 접합될 상기 제1 기판 상의 접합 영역에 플라즈마를 발생시켜 상기 접합 영역을 친수화하는 단계; 상기 제1 기판 상의 친수화된 접합 영역 상에 상기 접합 대상을 배치하고, 상기 접합 대상의 상면에 상기 플라즈마 팁을 접촉시키는 단계; 및 상기 제1 기판의 하면에 접촉된 제1 전극과, 상기 플라즈마 팁에 구비된 제2 전극 사이에 전압을 인가하는 양극 본딩 열처리에 의해, 상기 제1 기판 상에 상기 접합 대상을 접합하는 단계를 포함한다.A bonding method according to an aspect of the present invention is a bonding method for bonding a bonding object comprising a die or a second substrate on a first substrate, the bonding object on the first substrate to be bonded from the plasma tip of the plasma apparatus Generating a plasma in the junction region to hydrophilize the junction region; Disposing the bonding object on a hydrophilic bonding region on the first substrate, and contacting the plasma tip with an upper surface of the bonding object; And bonding the bonding object on the first substrate by an anode bonding heat treatment applying a voltage between a first electrode in contact with a bottom surface of the first substrate and a second electrode provided in the plasma tip. Include.

상기 접합 영역을 친수화하는 단계는, 상기 제1 기판 상의 접합 영역을 반응성 이온 식각 플라즈마 처리한 후, 상기 제1 기판 상의 접합 영역을 표면 활성화 플라즈마 처리하여 친수화하는 순차적 플라즈마 처리 단계를 포함할 수 있다.The hydrophilizing of the junction region may include a sequential plasma treatment step of subjecting the junction region on the first substrate to reactive ion etching plasma, and then hydrophilizing the junction region on the first substrate by surface-activated plasma treatment. have.

상기 접합하는 단계에서, 상기 양극 본딩 열처리는 상온 ~ 300℃ 온도로 수행되고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 인가되는 전압은 1 kV 이상일 수 있다.In the bonding step, the anode bonding heat treatment is performed at room temperature ~ 300 ℃ temperature, the voltage applied between the first substrate and the second substrate may be 1 kV or more.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은, 상기 제1 기판 상의 접합 영역에 접합될 상기 접합 대상의 접합면을 플라즈마 처리하여 상기 접합면을 친수화하는 단계를 더 포함할 수 있다.The bonding method according to the embodiment of the present invention may further include hydrophilizing the bonding surface by performing a plasma treatment on the bonding surface of the bonding object to be bonded to the bonding region on the first substrate.

상기 접합면을 친수화하는 단계는, 상기 접합 대상의 접합면을 반응성 이온 식각 플라즈마 처리한 후, 상기 접합 대상의 접합면을 표면 활성화 플라즈마 처리하여 친수화하는 순차적 플라즈마 처리 단계를 포함할 수 있다.The hydrophilizing of the bonding surface may include a sequential plasma treatment step of subjecting the bonding surface of the bonding target to reactive ion etching plasma and hydrophilizing the bonding surface of the bonding target by surface-activating plasma treatment.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은, 지지 유닛 상에 지지된 상기 접합 대상을 본딩 헤드에 의해 픽업하여 본딩 스테이지 상에 지지된 상기 제1 기판의 상부 영역으로 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 접합면을 친수화하는 단계는, 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이의 상기 접합 대상의 이송 경로에 설치된 플라즈마 처리부의 플라즈마 처리 구간에서 상기 접합 대상을 이동시키면서 상기 접합면을 친수화할 수 있다.The bonding method according to the embodiment of the present invention may further include picking up the bonding object supported on the support unit by a bonding head and transferring the bonding object to the upper region of the first substrate supported on the bonding stage. . In the step of making the bonding surface hydrophilic, the bonding surface may be hydrophilized while moving the bonding target in the plasma processing section of the plasma processing unit provided in the transport path of the bonding target between the support unit and the bonding stage.

상기 접합면을 친수화하는 단계는, 상기 제1 기판의 친수화 처리에 사용된 상기 플라즈마 장치의 상기 플라즈마 팁으로부터 상기 접합 대상의 접합면에 플라즈마를 발생시켜 상기 접합면을 친수화하는 단계를 포함할 수 있다.Hydrophilizing the bonding surface includes generating a plasma from the plasma tip of the plasma apparatus used in the hydrophilization treatment of the first substrate to generate a plasma on the bonding surface of the bonding object to hydrophilize the bonding surface. can do.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은, 상기 플라즈마 팁을 상기 제1 기판과 상기 접합 대상 간의 접합면과 평행한 X축 및 Y축 방향으로 이동시키면서 상기 양극 본딩 열처리를 수행하여, 대면적 기판으로 제공되는 상기 접합 대상을 상기 제1 기판 상에 접합하거나, 대면적 기판으로 제공되는 상기 제1 기판 상에 하나 이상의 상기 접합 대상을 접합할 수 있다.Bonding method according to an embodiment of the present invention, by performing the anode bonding heat treatment while moving the plasma tip in the X-axis and Y-axis direction parallel to the bonding surface between the first substrate and the bonding target, to a large area substrate The bonding object provided may be bonded onto the first substrate, or one or more bonding objects may be bonded onto the first substrate provided as a large area substrate.

본 발명의 다른 측면에 따른 본딩 장치는, 제1 기판 상에 다이 또는 제2 기판을 포함하는 접합 대상을 접합하기 위한 본딩 장치에 있어서, 상기 제1 기판을 지지하는 본딩 스테이지; 하나 또는 복수개의 플라즈마 장치를 포함하고, 상기 플라즈마 장치의 플라즈마 팁으로부터 상기 접합 대상이 접합될 상기 제1 기판 상의 접합 영역에 플라즈마를 발생시켜 상기 접합 영역을 친수화하는 플라즈마 처리부; 상기 플라즈마 장치를 수평 방향 및 상하 방향으로 이동시키고, 상기 제1 기판 상에 상기 접합 대상을 접합하기 위하여 상기 접합 대상의 상면에 상기 플라즈마 팁을 접촉시키는 구동부; 및 상기 제1 기판의 하면에 접촉된 제1 전극과, 상기 플라즈마 팁에 구비된 제2 전극 사이에 양극 본딩 열처리를 위한 전압을 인가하는 전압 공급부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a bonding apparatus includes: a bonding apparatus for bonding a bonding object including a die or a second substrate on a first substrate, the bonding apparatus supporting a first substrate; A plasma processing unit including one or a plurality of plasma apparatuses, and generating a plasma from a plasma tip of the plasma apparatus to generate a plasma in a bonding region on the first substrate to be bonded; A driving unit which moves the plasma apparatus in a horizontal direction and in a vertical direction, and contacts the plasma tip to an upper surface of the bonding target to bond the bonding target on the first substrate; And a voltage supply unit configured to apply a voltage for anodic bonding heat treatment between the first electrode in contact with the bottom surface of the first substrate and the second electrode provided in the plasma tip.

상기 플라즈마 처리부는, 상기 제1 기판 상의 접합 영역을 반응성 이온 식각 플라즈마 처리하는 제1 플라즈마 장치; 및 상기 제1 기판 상의 접합 영역을 표면 활성화 플라즈마 처리하는 제2 플라즈마 장치를 포함할 수 있다.The plasma processing unit may include: a first plasma apparatus configured to perform reactive ion etching plasma processing on a junction region on the first substrate; And a second plasma apparatus for performing surface activation plasma treatment on the junction region on the first substrate.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 장치는, 지지 유닛 상에 지지된 상기 접합 대상을 픽업하여 본딩 스테이지 상에 지지된 상기 제1 기판의 상부 영역으로 이송하는 본딩 헤드; 및 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이의 상기 접합 대상의 이송 경로에 설치되고, 상기 본딩 헤드에 픽업된 상기 접합 대상의 접합면을 플라즈마 처리하여 친수화하는 하나 또는 복수개의 대기압 또는 저압 플라즈마 장치를 더 포함할 수 있다.A bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, the bonding head for picking up the bonding target supported on the support unit and transported to the upper region of the first substrate supported on the bonding stage; And one or a plurality of atmospheric or low pressure plasma apparatuses installed in the transport path of the bonding object between the support unit and the bonding stage and performing hydrophilization by plasma treating the bonding surface of the bonding object picked up by the bonding head. It may include.

상기 대기압 또는 저압 플라즈마 장치는 플라즈마 처리 구간에서 상기 접합 대상을 이동시키면서 상기 접합면을 친수화할 수 있다.The atmospheric pressure or low pressure plasma apparatus may hydrophilize the bonding surface while moving the bonding object in the plasma treatment section.

상기 대기압 또는 저압 플라즈마 장치는, 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이의 상기 접합 대상의 이송 경로를 따라 순차적으로 배치되는 제1 플라즈마 장치 및 제2 플라즈마 장치를 포함할 수 있다. 상기 제1 플라즈마 장치는 상기 접합 대상의 접합면을 반응성 이온 식각 플라즈마 처리하는 플라즈마 장치이고, 상기 제2 플라즈마 장치는 상기 접합 대상의 접합면을 표면 활성화 플라즈마 처리하여 친수화하는 플라즈마 장치일 수 있다.The atmospheric pressure or low pressure plasma apparatus may include a first plasma apparatus and a second plasma apparatus that are sequentially disposed along a transfer path of the bonding target between the support unit and the bonding stage. The first plasma apparatus may be a plasma apparatus that performs a reactive ion etching plasma treatment on the bonding surface of the bonding target, and the second plasma apparatus may be a plasma apparatus that hydrophilizes the bonding surface of the bonding target by performing surface activation plasma treatment.

상기 플라즈마 장치는, 상기 제1 기판에 대한 친수화 처리 및 상기 접합 대상에 대한 친수화 처리에 공유되고, 상기 제1 기판 상의 접합 영역에 대한 친수화 처리 후 상기 플라즈마 팁으로부터 상기 접합 대상의 접합면에 플라즈마를 발생시켜 상기 접합면을 친수화할 수 있다.The said plasma apparatus is shared by the hydrophilization process with respect to the said 1st board | substrate, and the hydrophilization process with respect to the said bonding object, and the bonding surface of the said bonding object from the said plasma tip after the hydrophilization process with respect to the bonding area | region on the said 1st board | substrate. The bonding surface can be made hydrophilic by generating a plasma.

상기 플라즈마 장치는, 상기 플라즈마 팁을 상기 제1 기판의 접합 영역을 향하는 방향과, 상기 접합 대상의 접합면을 향하는 방향 간에 회동시키는 회동부를 더 포함할 수 있다.The plasma apparatus may further include a rotating part for rotating the plasma tip between a direction toward the bonding region of the first substrate and a direction toward the bonding surface of the bonding target.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 장치는, 상기 구동부에 의해 상기 플라즈마 팁을 상기 제1 기판과 상기 접합 대상 간의 접합면에 평행한 X축 및 Y축 방향으로 이동시키면서 상기 양극 본딩 열처리를 수행하여, 대면적 기판으로 제공되는 상기 접합 대상을 상기 제1 기판 상에 접합하거나, 대면적 기판으로 제공되는 상기 제1 기판 상에 상기 접합 대상을 접합할 수 있다.Bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, by performing the anode bonding heat treatment while moving the plasma tip in the X-axis and Y-axis direction parallel to the bonding surface between the first substrate and the bonding object by the drive unit, The bonding object provided as the large area substrate may be bonded onto the first substrate, or the bonding object may be bonded to the first substrate provided as the large area substrate.

본 발명의 실시예에 의하면, 접합 필름(adhesion film)과 솔더 범프(solder bump)와 같은 접합 매개체를 이용하지 않고 기판에 다이를 접합하거나 기판들을 접합할 수 있다.According to embodiments of the present invention, dies may be bonded to substrates or substrates may be bonded without using a bonding medium such as an adhesion film and solder bumps.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 플라즈마 처리 및 표면 활성화(Surface Activation) 플라즈마 처리 순으로 수행되는 순차적 플라즈마 처리 및 양극 본딩(Anodic bonding) 열처리에 의해 기판과 다이 또는 기판들 간의 접합력을 향상시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the substrate and the die or the substrate by a sequential plasma treatment and annodic bonding heat treatment performed in the order of reactive ion etching plasma treatment and surface activation plasma treatment It is possible to improve the bonding force between the substrates.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 기판과 다이 또는 기판들 간의 가접합 및 본접합에 소요되는 공정 시간을 단축시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to shorten the process time required for provisional bonding and main bonding between the substrate and the die or substrates.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above. Effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings.

도 1 내지 도 3은 종래의 다이 본딩 공정을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 지지 유닛과 대기압 플라즈마 장치 및 본딩 스테이지의 배열을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 대기압 플라즈마 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 대기압 플라즈마 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 대기압 플라즈마 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 웨팅 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 기판 상에 다수의 다이가 가접합된 것을 예시한 도면이다.
도 15 내지 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이 본딩 장치의 개략적인 측면도이다.
도 21은 도 20의 실시예에 따른 다이 본딩 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다이 본딩 장치의 개략적인 측면도이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 플라즈마 장치를 보여주는 도면이다.
도 24는 도 23에 도시된 플라즈마 장치의 동작을 보여주는 도면이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 열처리 유닛을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 26은 도 25에 도시된 열처리 유닛의 동작을 보여주는 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법의 접합력을 보여주는 그래프이다.
도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 플라즈마 처리부의 측면도이다.
도 29 및 도 30은 도 28의 실시예에 따른 플라즈마 처리부의 동작을 보여주는 도면이다.
도 31은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 플라즈마 처리부의 측면도이다.
도 32는 도 29의 실시예에 따른 플라즈마 처리부의 동작을 보여주는 도면이다.
도 33은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 본딩 방법의 흐름도이다.
도 34는 본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 35는 도 34에 도시된 플라즈마 처리부의 예시도이다.
도 36은 본 발명의 다른 실시예에 따른 본딩 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 37은 도 36에 도시된 플라즈마 처리부를 구성하는 제2 플라즈마 장치의 예시도이다.1 to 3 illustrate a conventional die bonding process.
4 is a flowchart of a die bonding method according to an embodiment of the present invention.
5 is a side view schematically showing a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a plan view schematically showing a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view schematically illustrating an arrangement of a supporting unit, an atmospheric pressure plasma apparatus, and a bonding stage that constitute a die bonding apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a perspective view schematically showing an atmospheric pressure plasma apparatus constituting a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
9 is a schematic cross-sectional view of an atmospheric pressure plasma apparatus constituting a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining the operation of the atmospheric pressure plasma apparatus constituting the die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
11 to 13 are views for explaining the operation of the wetting device constituting the die bonding device according to the embodiment of the present invention.
14 is a diagram illustrating a plurality of die bonded to a substrate in accordance with an embodiment of the present invention.
15 to 19 are conceptual views illustrating a die bonding method according to an embodiment of the present invention.
20 is a schematic side view of a die bonding apparatus according to another embodiment of the present invention.
21 is a diagram for describing an operation of the die bonding apparatus according to the embodiment of FIG. 20.
22 is a schematic side view of a die bonding apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a diagram illustrating a plasma apparatus configuring a die bonding apparatus according to another embodiment of the present invention.
24 is a view illustrating an operation of the plasma apparatus shown in FIG. 23.
25 is a view schematically showing a heat treatment unit constituting a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a view illustrating an operation of the heat treatment unit illustrated in FIG. 25.
27 is a graph showing the bonding force of the bonding method according to an embodiment of the present invention.
28 is a side view of a plasma processing unit constituting a die bonding apparatus according to another embodiment of the present invention.
29 and 30 are diagrams illustrating operations of the plasma processor according to the embodiment of FIG. 28.
31 is a side view of a plasma processing unit constituting a die bonding apparatus according to another embodiment of the present invention.
32 is a view illustrating an operation of a plasma processing unit according to the embodiment of FIG. 29.
33 is a flowchart of a bonding method according to another embodiment of the present invention.
34 is a conceptual diagram illustrating a bonding method according to an embodiment of the present invention.
35 is an exemplary view of the plasma processing unit shown in FIG. 34.
36 is a conceptual diagram illustrating a bonding method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 37 is an exemplary view of a second plasma apparatus configuring the plasma processing unit illustrated in FIG. 36.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiment of the present invention can be modified in various forms, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of elements in the figures has been exaggerated to emphasize clearer explanations.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은 제1 기판 상에 접합 대상(다이 또는 제2 기판)을 접합하는 방법으로서, 하나 또는 복수개의 플라즈마 장치의 플라즈마 팁으로부터 접합 대상이 접합될 제1 기판 상의 접합 영역에 플라즈마를 발생시켜 접합 영역을 친수화하고, 제1 기판 상에 배치된 접합 대상의 상면에 플라즈마 팁을 접촉시킨 상태에서, 제1 기판의 하면에 접촉된 제1 전극과 플라즈마 팁에 구비된 제2 전극 사이에 전압을 인가하는 양극 본딩 열처리에 의해 제1 기판 상에 접합 대상을 접합한다.A bonding method according to an embodiment of the present invention is a method of bonding a bonding target (die or second substrate) onto a first substrate, wherein the bonding target is to be bonded from the plasma tips of one or a plurality of plasma apparatuses. Plasma is generated in the region to make the bonding region hydrophilic, and the plasma tip is in contact with the upper surface of the bonding object disposed on the first substrate, and the first electrode and the plasma tip contacting the lower surface of the first substrate are provided. The object to be bonded is bonded on the first substrate by an anode bonding heat treatment in which a voltage is applied between the second electrodes.

본 발명의 실시예에 의하면, 접합 필름(adhesion film)과 솔더 범프(solder bump)와 같은 접합 매개체를 이용하지 않고 기판과 다이(예를 들어, TSV 다이), 또는 기판들 간을 접합할 수 있다. 따라서, 미세 I/O 피치의 반도체 제작시 솔더 범프의 스윕(sweep), 합선 등의 불량을 방지할 수 있다. 또한, 다이들을 접합할 때마다 본접합 공정을 거치지 않고, 기판 단위로 본접합 공정을 수행할 수 있어 본딩 공정 소요 시간을 줄일 수 있다.According to embodiments of the present invention, a substrate and a die (for example, a TSV die) or substrates may be bonded without using a bonding medium such as an adhesion film and solder bumps. . Therefore, defects such as sweeping and shorting of solder bumps can be prevented when fabricating a semiconductor having a fine I / O pitch. In addition, since the main bonding process may be performed on a substrate unit without performing the main bonding process every time the dies are bonded, the time required for the bonding process may be reduced.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 플라즈마 장치의 플라즈마 팁에 의해 반응성 이온 식각 플라즈마 처리 및 표면 활성화 플라즈마 처리를 순차적으로 수행하는 순차적 플라즈마 처리 후, 플라즈마 팁의 전극을 양극 본딩 열처리에 활용함으로써, 기판과 접합 대상의 접합력을 극대화화는 동시에, 플라즈마 장치의 활용도를 높일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, after the sequential plasma treatment to sequentially perform the reactive ion etching plasma treatment and the surface activated plasma treatment by the plasma tip of the plasma apparatus, by using the electrode of the plasma tip in the anode bonding heat treatment, And while maximizing the bonding force of the object to be bonded, it is possible to increase the utilization of the plasma apparatus.

이하에서 기판(예를 들어, 반도체 기판 또는 유리 기판 등) 상에 다이(예를 들어, 반도체 칩 등)를 접합하는 다이 본딩 방법 및 다이 본딩 장치를 예로 들어 본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법 및 본딩 장치를 설명하지만, 본 발명의 본딩 장치 및 본딩 방법은 기판(제1 기판) 상에 다이를 접합하는 것으로 제한되지 않고, 기판들(제1 기판과 제2 기판)을 접합하는 것도 포함하는 것임을 미리 밝혀둔다.Hereinafter, a bonding method according to an embodiment of the present invention, taking a die bonding method and a die bonding apparatus for bonding a die (for example, a semiconductor chip, etc.) onto a substrate (for example, a semiconductor substrate or a glass substrate). Although the bonding apparatus is described, the bonding apparatus and the bonding method of the present invention are not limited to bonding the die on the substrate (first substrate), but also include bonding the substrates (the first substrate and the second substrate). Find out in advance.

본 발명의 명세서에서 '기판 상'에 접합 대상을 접합하는 것은, 기판의 상면에 직접 접합 대상을 접합하는 것 뿐 아니라, 기판에 가접합되어 있는 접합 대상의 상면에 다른 접합 대상을 접합하거나, 또는 기판에 복수층으로 적층되어 가접합된 접합 대상들 중 가장 상층부에 적층된 접합 대상의 상면에 새로운 접합 대상을 접합하는 것을 포함한다.In the specification of the present invention, bonding the bonding target to the 'substrate on' means not only bonding the bonding target directly to the upper surface of the substrate, but also bonding another bonding target to the upper surface of the bonding target that is temporarily bonded to the substrate, or Bonding a new bonding object to the upper surface of the bonding object laminated in the uppermost part of the bonding objects laminated in a plurality of layers and temporarily bonded to the substrate.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 방법의 흐름도이다. 도 4를 참조하여 설명하면, 먼저 기판과 다이를 각각 플라즈마 처리하여 친수화하는 단계(S10, S20)가 수행된다. 즉, 다이가 접합될 기판 상의 접합 영역을 플라즈마 처리하여 친수화하고(S10), 기판 상의 접합 영역에 접합될 다이의 접합면을 플라즈마 처리하여 친수화한다(S20).4 is a flowchart of a die bonding method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, first, steps S10 and S20 of performing plasma treatment on the substrate and the die are performed. That is, the bonding region on the substrate to which the die is bonded is made hydrophilic by plasma treatment (S10), and the bonding surface of the die to be bonded to the bonding region on the substrate is hydrophilized (S20).

지지 유닛 상에 지지된 반도체 웨이퍼 상에 제작된 다이들을 분리하는 다이싱(dicing) 공정이 완료되면, 다이들은 순차적으로 본딩 헤드(bonding head)에 의해 픽업되어 기판(마스터 웨이퍼)이 지지된 본딩 스테이지(bonding stage) 측으로 이송된다. 실시예에서, 다이에 대한 플라즈마 처리는 다이가 본딩 헤드에 의해 본딩 스테이지를 향해 이동하는 중에 수행될 수 있다. 다른 실시예로, 별도의 플라즈마 처리 챔버로 다이를 이송하여 플라즈마 처리를 할 수도 있다.When the dicing process of separating the dies fabricated on the semiconductor wafer supported on the support unit is completed, the dies are sequentially picked up by a bonding head so that the bonding stage on which the substrate (master wafer) is supported It is transported to the bonding stage side. In an embodiment, plasma processing on the die may be performed while the die is moving towards the bonding stage by the bonding head. In another embodiment, the die may be transferred to a separate plasma processing chamber for plasma processing.

기판에 대한 플라즈마 처리는 본딩 스테이지 상에 기판이 지지된 상태에서 수행될 수도 있고, 별도의 플라즈마 처리 챔버에서 플라즈마 처리를 한 후 기판 반송 장치에 의해 본딩 스테이지 상으로 이동될 수도 있다. 기판에 대한 플라즈마 처리와, 다이에 대한 플라즈마 처리는 복수개의 플라즈마 장치에 의해 동시에 병렬적으로 수행될 수도 있고, 하나의 플라즈마 장치에 의해 순차적으로 수행될 수도 있다.Plasma processing for the substrate may be performed while the substrate is supported on the bonding stage, or may be moved onto the bonding stage by the substrate transfer device after the plasma treatment in a separate plasma processing chamber. Plasma processing on the substrate and plasma processing on the die may be simultaneously performed in parallel by a plurality of plasma apparatuses, or may be sequentially performed by one plasma apparatus.

기판 및/또는 다이에 대한 플라즈마 처리는 진공(저압) 플라즈마 장치 또는 대기압(상압) 플라즈마 장치에 의해 수행될 수 있다. 기판 및/또는 다이는 단일 플라즈마 처리에 의해 친수화될 수도 있고, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 플라즈마 처리 후 표면 활성화(Surface Activation) 플라즈마 처리하는 순차적 플라즈마 처리에 친수화될 수도 있다.Plasma processing on the substrate and / or die may be performed by a vacuum (low pressure) plasma apparatus or an atmospheric (atmospheric) plasma apparatus. The substrate and / or die may be hydrophilized by a single plasma treatment, or may be hydrophilized by a sequential plasma treatment followed by a surface activation plasma treatment after a reactive ion etching plasma treatment.

기판 및 다이에 대한 플라즈마 처리 후, 필요에 따라 기판 및/또는 다이는 린스 처리될 수 있다(S30). 즉, 기판(제1 기판) 상의 친수화된 접합 영역 및/또는 다이의 친수화된 접합면에 물을 포함하는 액체를 분무하여 수막(액막)을 형성할 수 있다. 수막 형성을 위해 기판 또는 다이로 공급되는 액체는 예를 들어 순수(DIW; Deionized Water)일 수 있다. 제1 기판 및 접합 대상(다이 또는 제2 기판)의 접합 계면 물질(반도체, 금속, 유리 등), 플라즈마 처리 유형, 본접합 공정 방법 등에 따라, 플라즈마 처리만으로도 충분한 접합력을 얻을 수 있는 경우 또는 플라즈마 처리와 플라즈마 팁을 이용한 양극 본딩 열처리에 의해 원하는 접합력을 얻을 수 있는 경우에는 린스 처리는 생략될 수도 있다.After plasma processing on the substrate and the die, the substrate and / or the die may be rinsed as necessary (S30). That is, a water film (liquid film) can be formed by spraying a liquid containing water onto the hydrophilized bonding region on the substrate (first substrate) and / or the hydrophilized bonding surface of the die. The liquid supplied to the substrate or die for water film formation can be, for example, Deionized Water (DIW). In the case where sufficient bonding force can be obtained by plasma treatment alone or plasma treatment, depending on the bonding interface material (semiconductor, metal, glass, etc.), plasma treatment type, main bonding process method, etc. of the first substrate and the bonding target (die or second substrate) And rinse treatment may be omitted when the desired bonding force can be obtained by anodization heat treatment using a plasma tip.

다이를 픽업한 본딩 헤드는 본딩 스테이지의 상부 영역으로 이동한 후, 다이의 접합면이 기판 상의 접합 영역에 접촉되도록 다이를 하강시킨다. 다이의 접합면이 기판 상의 접합 영역에 접촉되면, 다이를 가압하거나 승온하지 않더라도, 다이의 친수화된 접합면과 액막 간의 접합력(수소 결합력)에 의해 다이가 기판 상에 가접합(pre bonding)된다(S40). 필요에 따라 다이를 적정 압력(예를 들어, 1 ~ 2 bar)으로 기판 상에 가압하고 가열할 수 있다.The bonding head picking up the die moves to the upper region of the bonding stage and then lowers the die so that the bonding surface of the die contacts the bonding region on the substrate. When the bonding surface of the die is in contact with the bonding region on the substrate, the die is prebonded on the substrate by the bonding force (hydrogen bonding force) between the die's hydrophilized bonding surface and the liquid film even if the die is not pressurized or heated up. (S40). If desired, the die may be pressurized and heated onto the substrate at an appropriate pressure (eg, 1-2 bar).

본딩 헤드는 다시 다이싱된 반도체 웨이퍼 측으로 복귀하여 후속으로 접합할 새로운 다이를 픽업하여 상기와 같은 과정을 반복하게 된다. 기판 상에 다이들이 가접합되면, 다이들이 가접합된 기판을 양극 본딩 열처리(Anodic bonding annealing)하여 기판 단위로 다이들을 동시에 본접합(post bonding)한다(S50).The bonding head returns to the diced semiconductor wafer side, picks up a new die to be subsequently bonded, and repeats the above process. When the dies are temporarily bonded on the substrate, anodizing annealing of the substrates to which the dies are temporarily bonded is performed to simultaneously bond the dies on a substrate basis (S50).

양극 본딩 열처리는 상온 ~ 200℃ 온도로 수행될 수 있다. 양극 본딩 열처리를 위해, 기판과 다이 사이에는 1 kV 이상의 전압이 인가될 수 있다. 본접합을 위한 양극 본딩 열처리는 기판을 지지하고 있는 본딩 스테이지 상에서 열처리 유닛에 의해 수행될 수도 있고, 별도의 열처리 챔버에 마련된 열처리 유닛에 의해 수행될 수도 있다.The anode bonding heat treatment may be performed at room temperature to 200 ° C. For the anode bonding heat treatment, a voltage of 1 kV or more may be applied between the substrate and the die. The anode bonding heat treatment for the bonding may be performed by a heat treatment unit on a bonding stage supporting the substrate, or may be performed by a heat treatment unit provided in a separate heat treatment chamber.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 개략적으로 나타낸 측면도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치(100)는 지지 유닛(110), 본딩 스테이지(120), 본딩 헤드(140), 플라즈마 장치(170), 웨팅 장치(180) 및 열처리 유닛(도시 생략)를 포함한다.5 is a side view schematically showing a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 6 is a plan view schematically showing a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 5 and 6, the die bonding apparatus 100 according to the embodiment of the present invention may include a support unit 110, a bonding stage 120, a bonding head 140, a plasma apparatus 170, and a wetting apparatus ( 180) and a heat treatment unit (not shown).

지지 유닛(110)은 다이들이 다이싱된 반도체 웨이퍼(W)를 지지한다. 본딩 스테이지(120)는 기판(MW)을 지지한다. 지지 유닛(110)과 본딩 스테이지(120)는 반도체 웨이퍼(W)와 기판(MW)을 지지하기 위한 척(chuck)(예를 들어, 정전척)을 구비할 수 있다. 본딩 헤드(140)는 지지 유닛(110) 상에 지지된 다이를 픽업하여 기판(MW) 상의 접합 영역으로 이송하기 위해 제공된다.The support unit 110 supports the semiconductor wafer W on which the dies are diced. The bonding stage 120 supports the substrate MW. The support unit 110 and the bonding stage 120 may include a chuck (eg, an electrostatic chuck) for supporting the semiconductor wafer W and the substrate MW. The bonding head 140 is provided to pick up a die supported on the support unit 110 and transfer it to the bonding area on the substrate MW.

본딩 헤드(140)는 이송 레일(132)을 따라 지지 유닛(110)의 상부 영역과 본딩 스테이지(120)의 상부 영역 사이를 왕복 이동할 수 있다. 이송 레일(132)은 지지부(134)들에 의해 지지된 프레임(130)에 마련될 수 있다. 이하에서, 지지 유닛(110)으로부터 본딩 스테이지(120)를 향하는 방향을 제1 방향(X)이라 하고, 반도체 웨이퍼(W) 및 기판(MW)과 나란한 평면 상에서 제1 방향(Y)과 수직인 방향을 제2 방향(Y)이라 하고, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)에 모두 수직인 상하 방향을 제3 방향(Z)이라 하여 설명한다.The bonding head 140 may reciprocate between the upper region of the support unit 110 and the upper region of the bonding stage 120 along the transfer rail 132. The transfer rail 132 may be provided in the frame 130 supported by the support parts 134. Hereinafter, a direction from the support unit 110 toward the bonding stage 120 is referred to as a first direction X, and is perpendicular to the first direction Y on a plane parallel to the semiconductor wafer W and the substrate MW. The direction is called a 2nd direction Y, and the up-down direction perpendicular | vertical to both the 1st direction X and the 2nd direction Y is demonstrated as 3rd direction Z. FIG.

이송 레일(132)은 제1 방향(X)을 따라 배열된다. 본딩 헤드(140)는 이송 레일(132)에 이동 가능하게 결합된 캐리지(142)에 의해 제1 방향(X)으로 이동될 수 있다. 프레임(130)에는 본딩 헤드(140)의 이송을 위한 통로(136)가 형성되어 있다. 본딩 헤드(140)는 프레임(130)에 형성된 통로(136)의 양측에 마련된 한 쌍의 이송 레일(132)에 의해 지지되어 안정적으로 제1 방향(X)을 따라 이동될 수 있다.The conveying rails 132 are arranged along the first direction X. The bonding head 140 may be moved in the first direction X by the carriage 142 movably coupled to the transfer rail 132. The frame 130 is formed with a passage 136 for transferring the bonding head 140. The bonding head 140 may be supported by a pair of transfer rails 132 provided at both sides of the passage 136 formed in the frame 130 and stably moved along the first direction X.

본딩 헤드(140)는 캐리지(142)에 장착된 승강 유닛(140a)에 의해 제3 방향(Z)으로 승강 구동될 수 있다. 본딩 헤드(140)는 하단부에 접지판(144)을 구비한다. 본딩 헤드(140)는 진공 석션 등의 방식으로 반도체 웨이퍼(W) 상에서 다이를 픽업할 수 있다. 본딩 헤드(140)가 다이를 픽업하면, 프레임(130)에 설치된 검사부(150)는 본딩 헤드(140)에 의해 픽업된 다이에 대하여 위치 검사를 수행한다. 다. 검사부(150)는 비젼(vision) 기반으로 다이의 위치를 검사할 수 있다.The bonding head 140 may be driven up and down in the third direction Z by the lifting unit 140a mounted on the carriage 142. The bonding head 140 has a ground plate 144 at a lower end thereof. The bonding head 140 may pick up the die on the semiconductor wafer W by a vacuum suction method or the like. When the bonding head 140 picks up the die, the inspection unit 150 installed in the frame 130 performs a position check on the die picked up by the bonding head 140. All. The inspection unit 150 may inspect the position of the die based on the vision.

프레임(130)에 설치된 세정 유닛(160)은 본딩 헤드(140)에 의해 픽업된 다이의 하면(접합면)을 세정한다. 세정 유닛(160)은 지지 유닛(110)과 플라즈마 장치(170)의 사이에 설치될 수 있다. 세정 유닛(160)은 에어분사 유닛, 진공석션 유닛 및 이오나이져(ionizer)가 복합된 세정 장치일 수 있다. 공정 속도를 향상시키기 위하여, 세정 유닛(160)은 본딩 헤드(140)에 의해 픽업된 다이가 이동 중인 상태에서 세정 처리를 진행한다.The cleaning unit 160 provided in the frame 130 cleans the lower surface (bonding surface) of the die picked up by the bonding head 140. The cleaning unit 160 may be installed between the support unit 110 and the plasma apparatus 170. The cleaning unit 160 may be a cleaning device in which an air spray unit, a vacuum suction unit, and an ionizer are combined. In order to improve the process speed, the cleaning unit 160 performs the cleaning process while the die picked up by the bonding head 140 is in motion.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 지지 유닛과 플라즈마 장치 및 본딩 스테이지의 배열을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 대기압 플라즈마 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 대기압 플라즈마 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.7 is a plan view schematically illustrating an arrangement of a support unit, a plasma apparatus, and a bonding stage that constitute a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 8 is a perspective view schematically showing an atmospheric pressure plasma apparatus constituting a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 9 is a schematic cross-sectional view of an atmospheric pressure plasma apparatus constituting a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 플라즈마 장치(170)는 다이(D)의 이송 경로(DP) 상에서, 지지 유닛(110)과 본딩 스테이지(120)의 사이에 설치될 수 있다. 플라즈마 장치(170)는 다이를 플라즈마 처리하여 친수화하기 위한 플라즈마 처리부에 해당하는 것으로, 본딩 헤드(140)에 의해 이송 중인 다이의 접합면을 플라즈마 처리하여 친수화할 수 있다.7 to 9, the plasma apparatus 170 may be installed between the support unit 110 and the bonding stage 120 on the transfer path DP of the die D. The plasma apparatus 170 corresponds to a plasma processing unit for plasma-processing a die and hydrophilizing the plasma. The plasma apparatus 170 may hydrophilize a bonding surface of the die being transferred by the bonding head 140 by plasma processing.

본 실시예에 의하면, 본딩 헤드(140)에 의해 다이(D)를 본딩 스테이지(120)로 이송하는 동안 플라잉 타입(flying type)으로 다이(D)의 하면(접합면)을 대기압 플라즈마 처리하여 친수화할 수 있고, 다이(D)를 친수화하기 위해 다이(D)의 이송 속도를 늦출 필요가 없어 가접합 공정 시간을 단축할 수 있다.According to the present embodiment, while the die D is transferred to the bonding stage 120 by the bonding head 140, the lower surface (bonding surface) of the die D may be subjected to atmospheric pressure plasma treatment in a flying type. It can be hydrated and it is not necessary to slow down the feed rate of the die D in order to make the die D hydrophilic, and the provisional bonding process time can be shortened.

실시예에서, 플라즈마 장치(170)는 대기압(상압) 플라즈마 장치로 제공될 수 있다. 또는, 플라즈마 장치(170)는 진공 플라즈마 장치로 제공될 수도 있다. 플라즈마 장치(170)는 상부에 친수성 라디컬을 포함하는 플라즈마 영역(P)을 형성한다. 플라즈마 영역(P)은 다이(D)의 이송 경로(DP)와 중첩되게 형성될 수 있다.In an embodiment, the plasma apparatus 170 may be provided as an atmospheric (atmospheric) plasma apparatus. Alternatively, the plasma apparatus 170 may be provided as a vacuum plasma apparatus. The plasma apparatus 170 forms a plasma region P including hydrophilic radicals thereon. The plasma region P may be formed to overlap the transfer path DP of the die D.

다이(D)의 접합면은 본딩 스테이지(120) 측으로 이송하는 동안 플라즈마 장치(170)에 의해 형성되는 친수성 라디컬에 의해 친수화될 수 있다. 친수성 라디컬은 수소 또는 수산화 라디컬 등을 포함할 수 있다. 플라즈마 장치(170)는 예를 들어, 대기압 산소/아르곤 플라즈마 장치, 대기압 수증기 플라즈마 장치 등으로 제공될 수 있다.The bonding surface of the die D may be hydrophilized by hydrophilic radicals formed by the plasma apparatus 170 during transfer to the bonding stage 120 side. Hydrophilic radicals may include hydrogen or hydroxide radicals, and the like. The plasma apparatus 170 may be provided as, for example, an atmospheric oxygen / argon plasma apparatus, an atmospheric steam plasma apparatus, or the like.

플라즈마 장치(170)는 본체(172)와, 본체(172) 내에 공정 가스를 도입하기 위한 가스 공급부(174)와, 공정 가스를 여기시켜 플라즈마를 형성하기 위한 RF 전원 인가부(176)를 포함할 수 있다. 본체(172) 내에는 가스 공급부(174)로부터 공급된 공정 가스를 상부로 이송하기 위한 이송 통로(172a)가 형성된다. RF 전원 공급부(176b)에서 공급되는 RF 전원은 RF 전원 인가부(176)를 통해, 절연체(178)에 의해 절연된 전극(176a)으로 인가된다.The plasma apparatus 170 includes a main body 172, a gas supply unit 174 for introducing a process gas into the main body 172, and an RF power applying unit 176 for exciting the process gas to form a plasma. Can be. In the main body 172, a transfer passage 172a for transferring the process gas supplied from the gas supply unit 174 to the top is formed. RF power supplied from the RF power supply unit 176b is applied to the electrode 176a insulated by the insulator 178 through the RF power supply unit 176.

본체(172)의 상부에는 RF 전원에 의해 여기된 플라즈마 가스를 플라즈마 영역(P)에 형성하기 위한 개구(172b)가 형성된다. 본체(172)의 상부에 형성된 개구(172b)는 플라즈마 팁(plasma tip)에 해당한다. 다이(D)의 제2 방향(Y)으로의 전체 너비에 걸쳐서 친수화 처리가 행해지도록, 개구(172b)는 다이(D)의 제2 방향(Y)으로의 너비와 같거나 그보다 큰 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 플라즈마 장치(170)는 감지부(178a)와 제어부(178b)에 의해 작동 상태가 제어될 수 있다.An opening 172b is formed in the upper portion of the main body 172 to form the plasma gas excited by the RF power supply in the plasma region P. FIG. The opening 172b formed in the upper portion of the main body 172 corresponds to a plasma tip. The opening 172b has a length equal to or greater than the width of the die D in the second direction Y so that the hydrophilization treatment is performed over the entire width of the die D in the second direction Y. FIG. It can be formed to have. The plasma apparatus 170 may be operated by the detector 178a and the controller 178b.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 플라즈마 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 7 내지 도 10을 참조하면, 감지부(178a)는 다이(D)가 플라즈마 장치(170)의 플라즈마 처리 구간(P2) 내에 위치하는지 여부를 감지한다. 제어부(178b)는 다이(D)가 플라즈마 처리 구간(P2)에 진입하기 전의 구간(P1) 또는 플라즈마 처리 구간(P2)을 지난 구간(P3)에 위치해 있는 경우 플라즈마 장치(170)의 작동을 중지하고, 다이(D)가 플라즈마 처리 구간(P2) 내에 위치하는 경우 플라즈마 장치(170)의 RF 전원 공급부(176b)와 가스 공급부(174)를 작동시켜 플라즈마를 발생시킬 수 있다.10 is a view for explaining the operation of the plasma apparatus constituting the die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 7 to 10, the detector 178a detects whether the die D is located within the plasma processing section P2 of the plasma apparatus 170. The controller 178b stops the operation of the plasma apparatus 170 when the die D is located in the section P1 before entering the plasma processing section P2 or in the section P3 past the plasma processing section P2. In addition, when the die D is located within the plasma processing section P2, the plasma may be generated by operating the RF power supply unit 176b and the gas supply unit 174 of the plasma apparatus 170.

다이(D)가 플라즈마 처리 구간(P2)의 플라즈마 개시 위치(P21)로 진입하는 경우, 제어부(178b)에 의해 플라즈마 장치(170)의 작동이 개시되어 다이(D)의 이송 경로 상에 플라즈마 영역(P)이 형성될 수 있다. 다이(D)가 플라즈마 처리 구간(P2)의 플라즈마 종료 위치(P22)를 지나게 되면, 플라즈마 장치(170)의 작동이 중단된다.When the die D enters the plasma start position P21 of the plasma processing section P2, the operation of the plasma apparatus 170 is started by the control unit 178b and the plasma region on the transfer path of the die D is started. (P) can be formed. When the die D passes the plasma end position P22 of the plasma processing section P2, the operation of the plasma apparatus 170 is stopped.

다이(D)의 하면(접합면)이 플라즈마 영역(P)을 통과하도록 하기 위해, 다이(D)와 플라즈마 장치(170) 간의 상하 간격(G)이 플라즈마 장치(170)의 상부로 노출된 플라즈마 영역(P)의 두께(T)보다 작도록, 다이(D)의 이송 높이와 플라즈마 장치(170)의 위치(상면 높이)가 결정될 수 있다. 플라즈마 영역(P)은 수 mm 두께로 형성될 수 있으며, 이 경우 다이(D)와 플라즈마 장치(170) 간의 상하 간격(G)은 플라즈마 영역(P)의 두께보다 작은 수 mm 거리로 설계될 수 있다.In order for the lower surface (bonding surface) of the die D to pass through the plasma region P, the vertical gap G between the die D and the plasma apparatus 170 is exposed to the upper portion of the plasma apparatus 170. In order to be smaller than the thickness T of the region P, the transfer height of the die D and the position (top height) of the plasma apparatus 170 may be determined. The plasma region P may be formed to be several mm thick, and in this case, the vertical gap G between the die D and the plasma apparatus 170 may be designed to be several mm smaller than the thickness of the plasma region P. have.

플라즈마 개시 위치(P21)와 플라즈마 종료 위치(P22)는 플라즈마에 의해 본딩 헤드(140)에 아크 방전이 일어나지 않으며, 다이(D)의 접합면이 전체적으로 친수화될 수 있도록 설정될 수 있다. 플라즈마 처리 구간(P2)이 지나치게 넓게 설정되면, 본딩 헤드(140)에 아크 방전이 발생할 위험이 커지고, 플라즈마 장치(170)의 작동 시간이 필요 이상으로 길어져 공정 비용이 증가하게 된다. 또한, 플라즈마 처리 구간(P2)이 과도하게 좁게 설정되면, 다이(D)의 접합면의 전,후단 모서리부가 부분적으로 친수화되지 않거나, 다이(D)의 접합면 친수화 상태가 제1 방향(X)으로 불균일해질 수 있다.The plasma start position P21 and the plasma end position P22 may be set such that arc discharge does not occur in the bonding head 140 by the plasma, and the bonding surface of the die D may be hydrophilized as a whole. If the plasma processing section P2 is set too wide, the risk of arc discharge occurring in the bonding head 140 increases, and the operating time of the plasma apparatus 170 is longer than necessary, thereby increasing the process cost. In addition, when the plasma treatment section P2 is set to be excessively narrow, the front and rear edges of the bonding surface of the die D are not partially hydrophilized, or the bonding surface hydrophilization state of the die D is in the first direction ( X) can be non-uniform.

실시예에서, 플라즈마 개시 위치(P21)와 플라즈마 종료 위치(P22)는 각각 접지판(144)의 전단부가 플라즈마 영역(P)으로 진입하기 시작하는 위치와, 접지판(144)의 후단부가 플라즈마 영역(P)으로부터 벗어나기 시작하는 위치로 설정될 수 있다. 플라즈마 처리 구간(P2)에서의 다이(D)의 이송 속도는 플라즈마 처리 구간(P2) 전, 후에서의 다이(D)의 이송 속도와 같거나 그보다 느리게 설정될 수 있다.In the embodiment, the plasma start position P21 and the plasma end position P22 are respectively a position where the front end of the ground plate 144 starts to enter the plasma region P, and the rear end of the ground plate 144 is the plasma region. It may be set to a position where it starts to deviate from (P). The feed speed of the die D in the plasma processing section P2 may be set to be equal to or slower than the feed speed of the die D before and after the plasma processing section P2.

플라즈마 처리 구간(P2)에서 다이(D)의 이송 속도를 늦추지 않더라도 다이(D)의 접합면을 충분히 친수화할 수 있는 경우에는 생산성 향상을 위해 플라즈마 처리 구간(P2)에서 속도 변화 없이 다이(D)를 이송할 수 있다. 플라즈마 처리 구간(P2)에서 다이(D)의 이송 속도를 늦추지 않을 경우 다이(D)의 접합면에 충분한 친수화 효과를 얻을 수 없는 경우에는 플라즈마 처리 구간(P2)에서 본딩 헤드(140)의 이동 속도를 감속할 수 있다. 다이(D)의 이송 속도를 늦추는 경우에는, 플라즈마 처리 구간(P2)과 동기화하여 본딩 헤드(140)의 이동 속도를 제어할 수도 있고, 다이(D)가 플라즈마 처리 구간(P2)에 진입하기 이전에 설정 거리만큼 미리 본딩 헤드(140)의 이송 속도를 감속하는 것도 가능하다.If the bonding surface of the die D can be sufficiently hydrophilic even without slowing down the feed speed of the die D in the plasma processing section P2, the die D without changing the speed in the plasma processing section P2 to improve productivity. ) Can be transferred. If the transfer speed of the die D is not slowed down in the plasma treatment section P2, the bonding head 140 may move in the plasma treatment section P2 when sufficient hydrophilic effect cannot be obtained at the bonding surface of the die D. You can slow down the speed. In the case of slowing the feeding speed of the die D, the moving speed of the bonding head 140 may be controlled in synchronization with the plasma processing section P2, and before the die D enters the plasma processing section P2. It is also possible to reduce the feed rate of the bonding head 140 in advance by the set distance.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 웨팅 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 웨팅(wetting) 장치(180)가 후퇴 영역에 위치한 상태를 나타내고, 도 12는 웨팅 장치(180)가 기판(MW) 상의 접합 영역(BA)에 웨팅 처리를 하기 위해 접합 영역(BA)의 상부 영역에 위치한 상태를 나타낸다.11 to 13 are views for explaining the operation of the wetting device constituting the die bonding device according to the embodiment of the present invention. FIG. 11 shows a state in which the wetting device 180 is located in the retracted region, and FIG. 12 shows the bonding area BA for the wetting device 180 to wet the bonding area BA on the substrate MW. The state is located in the upper region of the.

도 5, 도 6, 도 11 내지 도 13을 참조하면, 웨팅 장치(180)는 후퇴 위치로부터 본딩 스테이지(120)의 상부 영역으로 이동하여 본딩 스테이지(120) 상에 지지된 기판(MW) 상의 다이(D)와 접합될 접합 영역(BA)에 물을 포함하는 액체(DIW)를 공급하여 접합 영역(BA) 상에 액막(수막)을 형성한다. 본 명세서에서 '기판 상'에 순수 등의 액체를 분사하여 액막을 형성하는 것은, 기판의 상면에 직접 액막을 형성하거나, 기판에 적층되어 있는 하나 또는 복수층의 다이의 상면에 액막을 형성하는 것을 포함한다.5, 6, 11-13, the wetting device 180 moves from the retracted position to the upper region of the bonding stage 120 and die on the substrate MW supported on the bonding stage 120. FIG. The liquid DIW containing water is supplied to the bonding region BA to be bonded with (D) to form a liquid film (water film) on the bonding region BA. In the present specification, forming a liquid film by spraying a liquid such as pure water on a 'substrate' means forming a liquid film directly on the upper surface of the substrate, or forming a liquid film on the upper surface of one or more layers of die stacked on the substrate. Include.

웨팅 장치(180)는 이송 레일(132)을 따라 본딩 스테이지(120)의 상부 영역과 본딩 스테이지(120)로부터 멀어지는 후퇴 영역 사이에서 이송될 수 있다. 웨팅 장치(180)는 이송 레일(132)에 이동 가능하게 결합된 이동 유닛(182)에 의해 제1 방향(X)을 따라 이동될 수 있다. 웨팅 장치(180)는 이동 유닛(182)에 장착된 승강부(180a)에 의해 제3 방향(Z)으로 승강 구동될 수 있다.The wetting device 180 may be transported along the transfer rail 132 between an upper region of the bonding stage 120 and a retracted region away from the bonding stage 120. The wetting device 180 may be moved along the first direction X by the moving unit 182 movably coupled to the transfer rail 132. The wetting device 180 may be driven up and down in the third direction Z by the lifting unit 180a mounted to the mobile unit 182.

실시예에서, 웨팅 장치(180)는 순수를 분무하여 접합 영역(BA)에 액막을 형성하는 피에조(piezo)를 적용한 젯팅(jetting) 방식의 패터닝(patterning) 장치로 제공될 수 있다. 웨팅 장치(180)는 다이(D)가 지지 유닛(110)으로부터 본딩 스테이지(120)로 이송되는 동안, 기판(MW) 상의 접합 영역(BA)에 국부적으로 수막을 형성하는 웨팅 처리를 할 수 있다.In an embodiment, the wetting device 180 may be provided as a jetting patterning device in which a piezo is applied to spray pure water to form a liquid film in the bonding area BA. The wetting device 180 may perform a wetting process for locally forming a water film in the bonding area BA on the substrate MW while the die D is transferred from the support unit 110 to the bonding stage 120. .

다이(D)가 본딩 스테이지(120)로 이송되는 동안 웨팅 장치(180)에 의해 기판(MW) 상의 접합 영역에 액막(DL)이 형성되면, 도 13에 도시된 바와 같이, 본딩 헤드(140)가 기판(MW) 상의 접합 영역으로 진입할 수 있도록, 웨팅 장치(180)는 본딩 스테이지(120)의 상부 영역으로부터 이동하여 대기 위치(후퇴 위치)로 후퇴한다.When the liquid film DL is formed in the bonding region on the substrate MW by the wetting device 180 while the die D is transferred to the bonding stage 120, the bonding head 140 is shown in FIG. 13. The wetting device 180 moves out of the upper region of the bonding stage 120 and retracts to the standby position (retracted position) so that can enter the junction region on the substrate MW.

웨팅 장치(180)가 후퇴 영역으로 이동하면, 본딩 헤드(140)는 기판(MW)의 상부로 이동한 후 다이(D)를 하강시켜 기판(MW) 상의 접합 영역(BA)에 접촉시킨다. 다이(D)의 접합면이 접합 영역(BA) 상에 접촉된 상태에서 본딩 헤드(140)가 다이(D)의 픽업 상태를 해제하면, 기판(MW) 상에 다이(D)가 적층되고, 다이(D)의 친수화된 접합면과 액막(DL) 간의 접합력(수소 결합력)에 의해 다이(D)가 가접합된다.When the wetting device 180 moves to the retraction region, the bonding head 140 moves to the upper portion of the substrate MW, and then lowers the die D to contact the bonding area BA on the substrate MW. When the bonding head 140 releases the pickup state of the die D while the bonding surface of the die D is in contact with the bonding area BA, the die D is stacked on the substrate MW. The die D is temporarily bonded by the bonding force (hydrogen bonding force) between the hydrophilized bonding surface of the die D and the liquid film DL.

다른 실시예로, 웨팅 장치(180)는 다이(D)의 접합면에 순수를 분사할 수도 있다. 예를 들어, 웨팅 장치(180)는 상부를 향하도록 설치된 분사 노즐을 통해 상방으로 순수를 분사할 수 있다. 다이(D)의 접합면은 플라즈마 처리에 의해 친수화되어 있기 때문에, 다이(D)의 친수화된 접합면에 순수가 맺혀 수막이 형성될 수 있다. 또한, 하나 또는 복수개의 웨팅 장치(180)를 이용하여, 기판(MW) 상의 접합 영역과 다이(D)의 접합면에 각각 수막을 형성할 수도 있다.In another embodiment, the wetting device 180 may spray pure water on the bonding surface of the die D. For example, the wetting device 180 may spray pure water upward through an injection nozzle installed to face upward. Since the bonding surface of the die D is hydrophilized by the plasma treatment, pure water may form on the hydrophilized bonding surface of the die D to form a water film. In addition, by using one or a plurality of wetting devices 180, a water film may be formed on the bonding area of the substrate MW and the bonding surface of the die D, respectively.

기판(MW) 및 다이(D)의 플라즈마 처리만으로도 충분한 가접합력을 얻을 수 있는 경우 린스 공정은 생략될 수 있다. 린스 공정이 생략되는 경우, 다이(D)의 친수화된 접합면과 기판(MW) 상의 친수화된 접합 영역 간의 접합력에 의해 기판(MW) 상에 다이(D)가 가접합된다.The rinse process may be omitted when sufficient provisional bonding force can be obtained only by plasma treatment of the substrates MW and the die D. FIG. When the rinse process is omitted, the die D is temporarily bonded on the substrate MW by the bonding force between the hydrophilized bonding surface of the die D and the hydrophilized bonding region on the substrate MW.

다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 정렬 검사부(190)는 다이(D)와 기판(MW)의 정렬을 위해 비젼(vision) 기반으로 다이(D)와 기판(MW)의 위치를 인식하고, 기판(MW) 상의 접합 영역을 결정한다. 정렬 검사부(190)는 이송 레일(132)을 따라 제1 방향(X)으로 이동 가능하게 제공될 수도 있고, 프레임(130)에 고정적으로 설치될 수도 있다. 다이(D)와 기판(MW)의 위치를 기반으로, 웨팅 장치(180)의 순수 도포 위치와 다이(D) 및 기판(MW)의 정렬 위치가 제어될 수 있다. 본딩 스테이지(120)는 제2 방향(Y)을 따라 배열되는 가이드레일(122)을 따라 이동 가능하게 제공될 수 있다. 기판(MW)의 위치는 본딩 스테이지(120)에 의해 좌우 방향(제2 방향)으로 조절가능하다.5 and 6 again, the alignment checker 190 recognizes the position of the die D and the substrate MW based on a vision for aligning the die D and the substrate MW. The junction area on the substrate MW is determined. The alignment inspection unit 190 may be provided to be movable in the first direction X along the transfer rail 132, or may be fixedly installed to the frame 130. Based on the position of the die (D) and the substrate (MW), the pure coating position of the wetting device 180 and the alignment position of the die (D) and the substrate (MW) can be controlled. The bonding stage 120 may be provided to be movable along the guide rail 122 arranged along the second direction Y. FIG. The position of the substrate MW is adjustable in the left-right direction (second direction) by the bonding stage 120.

도 14는 본 발명의 실시예에 따라 기판 상에 다수의 다이가 가접합된 것을 예시한 도면이다. 상술한 바와 같은 과정을 다수의 다이(D)에 대해 순차적으로 반복 수행하여 기판(MW) 상에 다수의 다이(D)가 가접합되면, 다수의 다이(D)가 가접합된 기판(MW)은 기판 반송 장치(도시 생략)에 의해 열처리 유닛(도시 생략)으로 이송된다. 열처리 유닛은 기판(MW)과 다이(D) 간에 전압을 인가하여, 다이(D)가 가접합된 기판(MW)을 양극 본딩 열처리하여 다수의 다이(D)를 동시에 기판(MW) 상에 본접합할 수 있다.14 is a diagram illustrating a plurality of die bonded to a substrate in accordance with an embodiment of the present invention. When the plurality of dies D are temporarily bonded to the substrate MW by sequentially repeating the processes described above with respect to the plurality of dies D, the plurality of dies D are temporarily bonded to the substrate MW. Is transferred to a heat treatment unit (not shown) by a substrate transfer device (not shown). The heat treatment unit applies a voltage between the substrate MW and the die D to anodic-bond heat treatment the substrate MW to which the die D is temporarily bonded to view the plurality of dies D simultaneously on the substrate MW. Can be bonded.

도 15 내지 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 먼저 도 15를 참조하면, 기판(MW)의 상면에 플라즈마 영역(P)을 형성하여 기판(MW)의 상면을 친수면(PS1)으로 형성한다. 플라즈마 처리에 의해 친수면(PS)을 가지는 기판(MW)은 기판 반송 유닛(도시 생략)에 의해 본딩 스테이지(120)로 이송될 수 있다. 실시예에서, 기판(MW)은 실리콘 기재(14)에 관통 전극(16)이 형성되고, 관통 전극(16)을 제외한 상면과, 하면에 절연막(12, 18)을 가지는 TSV 기판일 수 있다.15 to 19 are conceptual views illustrating a die bonding method according to an embodiment of the present invention. First, referring to FIG. 15, the plasma region P is formed on the top surface of the substrate MW to form the top surface of the substrate MW as the hydrophilic surface PS1. The substrate MW having the hydrophilic surface PS may be transferred to the bonding stage 120 by a substrate transfer unit (not shown) by the plasma treatment. In an exemplary embodiment, the substrate MW may be a TSV substrate having a through electrode 16 formed on the silicon substrate 14, an upper surface excluding the through electrode 16, and insulating layers 12 and 18 formed on the lower surface thereof.

도 16을 참조하면, 플라즈마에 의해 친수화 처리된 기판(MW)의 접합 영역 위에 순수 등의 액체를 공급하는 웨팅 처리를 행하여 액막(DL)을 형성한다. 도 17을 참조하면, 플라즈마 장치에 의해 하면이 친수표면(PS2)으로 형성된 다이(D)를 기판(MW)의 접합 영역 상에 적층한다. 다이(D)는 실리콘 기재(24)에 관통 전극(26)이 형성되고, 관통 전극(26)을 제외한 상면에 하면에 절연막(22, 28)을 가지는 TSV 다이일 수 있다.Referring to FIG. 16, a wet process of supplying a liquid such as pure water is performed on a junction region of a substrate MW hydrophilized by plasma to form a liquid film DL. Referring to FIG. 17, a die D having a lower surface formed of a hydrophilic surface PS2 by a plasma apparatus is laminated on a junction region of a substrate MW. The die D may be a TSV die having the through electrode 26 formed on the silicon substrate 24 and having insulating layers 22 and 28 formed on the lower surface of the silicon substrate 24 except for the through electrode 26.

도 15 내지 도 18을 참조하면, 기판(MW) 위에 다이(D)를 가접합한 후 양극 본딩 열처리함에 따라, 기판(MW)과 다이(D)의 계면에 형성된 친수면(PS1), 액막(DL), 친수표면(PS2)이 가열, 경화되어 접합 계면(BL)을 통해 기판(MW) 상에 다이(D)가 완전히 접합된다.Referring to FIGS. 15 to 18, the hydrophilic surface PS1 and the liquid film formed at the interface between the substrate MW and the die D may be formed by temporarily bonding the die D onto the substrate MW and then performing anodization heat treatment. DL and the hydrophilic surface PS2 are heated and cured so that the die D is completely bonded onto the substrate MW through the bonding interface BL.

도 19는 본 발명의 실시예에 따라 기판 상에 다수의 다이가 적층되어 접합된 것을 예시한 도면이다. 도 19를 참조하면, 기판(MW) 상에 다수의 다이(D)를 순차적으로 적층 및 가접합한 후, 양극 본딩 열처리에 의해 기판(MW)과 다이(D)간 또는 다이들 간의 접합 계면을 효과적으로 경화시켜 기판(MW)과 다수의 다이(D)를 한번에 본접합하여 3차원 반도체를 제조할 수 있다.19 illustrates a plurality of dies stacked and bonded on a substrate according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 19, after sequentially stacking and temporarily bonding a plurality of dies D onto a substrate MW, a bonding interface between the substrates MW and the dies D or between the dies may be formed by anodic bonding heat treatment. By hardening effectively, the substrate MW and the plurality of dies D may be bonded to each other at one time to manufacture a three-dimensional semiconductor.

본 발명의 실시예에 의하면, 플라즈마 처리에 의한 가접합 공정 및 양극 본딩 열처리에 의한 본접합 공정을 통해, TSV 다이들을 접합 필름이나 솔더 범프와 같은 별도의 접합 매개체를 사용하지 않고 접합할 수 있다. 따라서, 솔더 범프에 의한 스윕이나, 주변 솔더 범프와 연결로 인한 합선, 통전 불량 등의 문제가 없어 반도체의 품질을 향상시킬 수 있으며, I/O 피치가 미세화되는 것과 관계없이 TSV 다이를 접합할 수 있다. 또한, 다이의 이송을 중단하지 않은 채로 다이의 접합면을 플라즈마 처리하여 친수화할 수 있고, 동시에 다이의 이송 중에 기판 상의 접합 영역에 순수를 적하하는 웨팅 처리를 행할 수 있어, 가접합 공정을 매우 빠르게 처리할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, TSV dies may be bonded without using a bonding film or a solder bumper, such as a bonding film, through a temporary bonding process by a plasma treatment and a main bonding process by an anode bonding heat treatment. This eliminates problems such as sweeping by solder bumps, short circuits due to connection with surrounding solder bumps, poor conduction, etc., and improves the quality of semiconductors. TSV dies can be bonded regardless of I / O pitch miniaturization. have. Further, the bonding surface of the die can be hydrophilized by plasma treatment without interrupting the transfer of the die, and at the same time, a wetting process of dropping pure water into the bonding region on the substrate during the transfer of the die can be performed, thereby making the temporary bonding process extremely. Can be processed quickly

도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이 본딩 장치의 개략적인 측면도이다. 도 21은 도 20의 실시예에 따른 다이 본딩 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 20 및 도 21을 참조하면, 다이 본딩 장치(100)는 플라즈마 장치(170)를 다이(D)의 이송 방향(제1 방향, X)으로 배열된 레일(200)을 따라 이동시키는 이송 장치(210)를 더 포함할 수 있다.20 is a schematic side view of a die bonding apparatus according to another embodiment of the present invention. 21 is a diagram for describing an operation of the die bonding apparatus according to the embodiment of FIG. 20. 20 and 21, the die bonding apparatus 100 moves a plasma apparatus 170 along a rail 200 arranged in a transfer direction (first direction, X) of the die D ( 210 may be further included.

이송 장치(210)는 다이(D)가 플라즈마 처리 구간에서 이동하는 동안 다이(D)의 이송 속도(또는 본딩 헤드의 이동 속도)와 같거나, 다이(D)의 이송 속도(V1)보다 낮은 속도로 플라즈마 장치(170)를 이동시킬 수 있다. 본딩 헤드(140)의 이동 속도(V1)와 플라즈마 장치(170)의 이동 속도(V2)가 같을 경우, 다이(D)와 플라즈마 장치(170)의 상대 속도는 0이 되고, 다이(D)가 본딩 스테이지(120) 측으로 이동 중이면서도 다이(D)가 정지된 상태에서 플라즈마 처리를 하는 것과 같은 높은 친수화 효과를 얻을 수 있다.The conveying device 210 has a speed equal to or lower than the conveying speed V1 of the die D while the die D moves in the plasma treatment section. The plasma apparatus 170 may be moved. When the moving speed V1 of the bonding head 140 and the moving speed V2 of the plasma apparatus 170 are the same, the relative speed between the die D and the plasma apparatus 170 becomes 0, and the die D becomes A high hydrophilic effect, such as performing plasma treatment while the die D is stationary while moving toward the bonding stage 120, can be obtained.

플라즈마 장치(170)를 다이(D)의 이송 속도(V1)보다 낮은 속도로 이동시키는 경우에는 다이(D)를 빠르게 이송시키면서도, 다이(D)가 실제 이송 속도(V1)보다 느린 속도(V1-V2)로 플라즈마 장치(170)의 플라즈마 영역(P)을 통과하는 것과 같은 친수화 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 도 20 및 도 21의 실시예에 의하면, 다이(D)를 고속으로 이송하면서도 플라즈마 장치(170)에 의해 다이(D)의 접합면에 충분한 친수화 처리를 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.When the plasma apparatus 170 is moved at a speed lower than the feed speed V1 of the die D, the speed D1- is slower than the actual feed speed V1 while the die D is fed quickly. It is possible to obtain a hydrophilic effect such as passing through the plasma region P of the plasma apparatus 170 with V2). Therefore, according to the embodiment of Fig. 20 and Fig. 21, while the die (D) is transferred at a high speed, the effect that the hydrophilization treatment can be sufficiently performed on the bonding surface of the die (D) by the plasma apparatus 170 can be obtained. .

본딩 스테이지(120), 본딩 헤드(140), 웨팅 장치(180), 정렬 검사부(190), 이송 장치(210) 등의 구동원으로는 예를 들어 구동 모터, 유압 실린더, 공압 실린더 등의 다양한 구동 수단이 사용될 수 있다. 또한, 구동 방식에 있어서도 도시된 바에 의해 제한되지 않고, 이송 벨트, 랙/피니언 기어, 스크류 기어 등의 다양한 구동 매커니즘이 사용될 수 있다.As a driving source of the bonding stage 120, the bonding head 140, the wetting device 180, the alignment inspection unit 190, the transfer device 210, and the like, for example, various driving means such as a driving motor, a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder, and the like. This can be used. In addition, the driving scheme is not limited to the illustrated, and various driving mechanisms such as a transfer belt, a rack / pinion gear, a screw gear, and the like may be used.

도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다이 본딩 장치의 개략적인 측면도이다. 도 22를 참조하면, 플라즈마 처리부는 제1 플라즈마 장치(170a)와, 제2 플라즈마 장치(170b)를 포함하는 복수개의 플라즈마 장치(170)로 제공될 수 있다. 제1 플라즈마 장치(170a)는 다이(D)의 접합면을 반응성 이온 식각(RIE; Reactive Ion Etching) 플라즈마 처리하는 RIE 플라즈마 장치일 수 있다. 제2 플라즈마 장치(170b)는 다이(D)의 접합면을 표면 활성화(Surface Activation) 플라즈마 처리하는 친수화 플라즈마 장치일 수 있다.22 is a schematic side view of a die bonding apparatus according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 22, a plasma processor may be provided to a plurality of plasma apparatuses 170 including a first plasma apparatus 170a and a second plasma apparatus 170b. The first plasma apparatus 170a may be a RIE plasma apparatus that performs a reactive ion etching (RIE) plasma treatment on the bonding surface of the die D. The second plasma apparatus 170b may be a hydrophilic plasma apparatus that performs surface activation plasma treatment on the bonding surface of the die D.

다이(D)의 이송 중에 다이(D)의 접합면에 반응성 이온 식각 플라즈마 처리 및 표면 활성화 플라즈마 처리를 순차적으로 수행하기 위하여, 제1 플라즈마 장치(170a) 및 제2 플라즈마 장치(170b)는 지지 유닛(110)과 본딩 스테이지(120) 사이의 다이(D)의 직선 상의 이송 경로를 따라 순차적으로 배치될 수 있다.In order to sequentially perform the reactive ion etching plasma treatment and the surface activated plasma treatment on the bonding surface of the die D during the transfer of the die D, the first plasma apparatus 170a and the second plasma apparatus 170b are supported by the support unit. It may be arranged sequentially along the transfer path on the straight line of the die (D) between the 110 and the bonding stage 120.

다이(D)는 본딩 헤드(140)에 의해 제1 플라즈마 장치(170a)의 상부를 통과하면서 반응성 이온 식각 처리된 후, 제2 플라즈마 장치(170b)의 상부를 통과하면서 표면 활성화 플라즈마 처리에 의해 친수화된다. 제1 플라즈마 장치(170a)는 고주파(RF) RIE 플라즈마 처리에 의해 다이(D)의 접합면을 식각하여 평활화하고, 오염물을 제거하고 표면을 산화시킬 수 있다. 제2 플라즈마 장치(170b)는 친수성 라디칼을 다이(D)의 접합면에 부착시켜 화학 반응성 및 가접합력을 높일 수 있다.The die D is reactive ion etched by the bonding head 140 while passing through the upper portion of the first plasma apparatus 170a, and then subjected to surface activation plasma treatment while passing through the upper portion of the second plasma apparatus 170b. Hydrated. The first plasma apparatus 170a may etch and smooth the bonding surface of the die D by high frequency (RF) RIE plasma treatment, remove contaminants, and oxidize the surface. The second plasma apparatus 170b may attach hydrophilic radicals to the bonding surface of the die D to increase chemical reactivity and provisional bonding strength.

실시예에서, 제1 플라즈마 장치(170a)는 저온 및 저압(예컨대, 상온, 60 ~ 100 Pa)에서 50 ~ 300 W 전력으로 작동하는 산소 RIE 플라즈마 장치일 수 있다. 제2 플라즈마 장치(170b)는 저온 및 저압(예컨대, 상온, 60 ~ 100 Pa)에서 2000 ~ 300 W 전력으로 작동하는 질소 라디칼 플라즈마 장치일 수 있다.In an embodiment, the first plasma apparatus 170a may be an oxygen RIE plasma apparatus that operates at 50-300 W power at low temperature and low pressure (eg, room temperature, 60-100 Pa). The second plasma apparatus 170b may be a nitrogen radical plasma apparatus operating at 2000 to 300 W power at low temperature and low pressure (eg, room temperature, 60 to 100 Pa).

본 발명의 실시예에 의하면, 순차적 플라즈마 처리에 의해 다이(D)의 접합면을 친수화하여, 기판(MW)과 다이(D)의 가접합시 기판(MW)과 다이(D) 간의 계면에 공동(cavity)이 형성되는 것을 방지할 수 있으며, 공동에 형성된 가스로 인한 접합력 저하, 반도체 특성 변화 및 구조 변형 등을 방지할 수 있다. 또한, 다이와 기판을 순차적 플라즈마 처리 후 본접합 공정에서 양극 본딩 열처리함으로써, 다이와 기판의 종류(반도체, 유리, 부도체 등)나, 접합 계면 물질의 종류(Si, Ge, C, 유리, 고분자 물질 등)에 관계 없이 높은 접합력을 얻을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the junction surface of the die D is made hydrophilic by sequential plasma treatment, and thus, at the interface between the substrate MW and the die D during temporary bonding of the substrate MW and the die D. FIG. It is possible to prevent the formation of a cavity and to prevent a decrease in bonding force, a change in semiconductor characteristics, and structural deformation due to a gas formed in the cavity. Further, the die and the substrate are subjected to an anode bonding heat treatment in the main bonding step after the sequential plasma treatment, so that the type of the die and the substrate (semiconductor, glass, non-conductor, etc.) or the type of the bonding interface material (Si, Ge, C, glass, polymer material, etc.) High bonding strength can be obtained regardless.

도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 플라즈마 장치를 보여주는 도면이다. 도 24는 도 23에 도시된 플라즈마 장치의 동작을 보여주는 도면이다. 도 23 및 도 24를 참조하면, 플라즈마 장치(220)는 기판(MW)의 접합 영역을 순차적 플라즈마 처리하여 친수화할 수 있다. 플라즈마 장치(220)는 제1 플라즈마 장치(221), 제2 플라즈마 장치(222)를 포함할 수 있다.FIG. 23 is a diagram illustrating a plasma apparatus configuring a die bonding apparatus according to another embodiment of the present invention. 24 is a view illustrating an operation of the plasma apparatus shown in FIG. 23. Referring to FIGS. 23 and 24, the plasma apparatus 220 may hydrophilize the sequential plasma treatment of the junction region of the substrate MW. The plasma apparatus 220 may include a first plasma apparatus 221 and a second plasma apparatus 222.

제1 플라즈마 장치(221)는 반응성 이온 식각 플라즈마 장치일 수 있다. 제1 플라즈마 장치(221)는 플라즈마 팁(221a)으로 플라즈마를 발생시켜 고주파(RF) RIE 플라즈마 처리에 의해 기판(MW)의 접합 영역을 식각하여 평활화하고, 오염물을 제거하고 표면을 산화시킬 수 있다. 제2 플라즈마 장치(222)는 친수성 라디칼을 기판(MW)의 접합 영역에 부착시켜 화학 반응성 및 가접합력을 높이는 표면 활성화 플라즈마 장치일 수 있다.The first plasma apparatus 221 may be a reactive ion etching plasma apparatus. The first plasma apparatus 221 may generate plasma with the plasma tip 221a to etch and smooth the junction region of the substrate MW by high frequency (RF) RIE plasma treatment, remove contaminants, and oxidize the surface. . The second plasma apparatus 222 may be a surface activated plasma apparatus that attaches hydrophilic radicals to the junction region of the substrate MW to increase chemical reactivity and temporary bonding force.

제1 플라즈마 장치(221)와 제2 플라즈마 장치(222)는 구동부(223 ~ 228)에 의해 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)으로 이동될 수 있다. 실시예에서, 제1 플라즈마 장치(221)와 제2 플라즈마 장치(222)는 이송레일(228)에 결합된 이동몸체(227)에 의해 제1 방향(X)으로 이동될 수 있고, 이동몸체(227)의 제1 구동부(226)에 의해 구동되는 상부몸체(225)와 결합되어 제2 방향(X)으로 이동 가능하다. 또한, 제1 플라즈마 장치(221)와 제2 플라즈마 장치(222)는 상부몸체(225)의 제2 구동부(224)에 의해 구동되는 하부몸체(223)에 결합되어 제3 방향(X)으로 승강될 수 있다.The first plasma device 221 and the second plasma device 222 may be moved in the first direction X, the second direction Y, and the third direction Z by the driving units 223 ˜ 228. In an embodiment, the first plasma device 221 and the second plasma device 222 may be moved in the first direction X by the moving body 227 coupled to the transfer rail 228, and the moving body ( It is coupled to the upper body 225 driven by the first drive unit 226 of 227 is movable in the second direction (X). In addition, the first plasma device 221 and the second plasma device 222 are coupled to the lower body 223 driven by the second driving unit 224 of the upper body 225 to be elevated in the third direction X. Can be.

제1 플라즈마 장치(221)와 제2 플라즈마 장치(222)는 하부몸체(223)의 하부에 나란하게 배열될 수 있다. 제1 플라즈마 장치(221)와 제2 플라즈마 장치(222)는 도 24에 도시된 바와 같이 기판(MW)의 평면 방향으로 이동하면서 기판(MW)의 상면을 순차적으로 플라즈마 처리할 수 있다. 기판(MW)은 먼저 제1 플라즈마 장치(221)에 의해 RIE 플라즈마 처리된 후, 이어서 제2 플라즈마 장치(222)에 의해 표면 활성화 플라즈마 처리될 수 있다.The first plasma device 221 and the second plasma device 222 may be arranged side by side under the lower body 223. As illustrated in FIG. 24, the first plasma apparatus 221 and the second plasma apparatus 222 may sequentially process the upper surface of the substrate MW while moving in the planar direction of the substrate MW. The substrate MW may be first subjected to RIE plasma treatment by the first plasma apparatus 221 and then to surface activated plasma treatment by the second plasma apparatus 222.

도 25는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 열처리 유닛을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 26은 도 25에 도시된 열처리 유닛의 동작을 보여주는 도면이다. 도 25 및 도 26을 참조하면, 열처리 유닛(230)은 열처리 챔버(231), 열처리 챔버(231) 내에 설치되는 제1 및 제2 전극(232, 233), 전압 공급부(234) 및 승강부(235)를 포함할 수 있다.25 is a view schematically showing a heat treatment unit constituting a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 26 is a view illustrating an operation of the heat treatment unit illustrated in FIG. 25. 25 and 26, the heat treatment unit 230 includes a heat treatment chamber 231, first and second electrodes 232 and 233 installed in the heat treatment chamber 231, a voltage supply unit 234, and a lifting unit ( 235).

다이(D)가 가접합된 기판(MW)은 기판 반송 장치에 의해 열처리 챔버(231)로 이송되고, 열처리 챔버(231) 내의 제1 전극(232) 상에 지지된다. 이에 따라, 기판(MW)의 하면은 제1 전극(232)에 접촉된다. 제2 전극(233)은 제1 전극(232)의 상부에 설치되고, 승강부(235)에 의해 높이(위치)가 조절된다. 기판(MW)이 제1 전극(232)으로 진입하는 동안, 제2 전극(233)은 승강부(235)에 의해 상부 영역에 위치한다.The substrate MW to which the die D is temporarily bonded is transferred to the heat treatment chamber 231 by the substrate transfer device, and supported on the first electrode 232 in the heat treatment chamber 231. Accordingly, the bottom surface of the substrate MW is in contact with the first electrode 232. The second electrode 233 is installed above the first electrode 232, and the height (position) is adjusted by the lifting unit 235. While the substrate MW enters the first electrode 232, the second electrode 233 is positioned in the upper region by the lifter 235.

기판(MW)이 제1 전극(232) 위에 배치되면, 승강부(235)에 의해 제2 전극(233)이 하강하여 도 26에 도시된 바와 같이 제2 전극(233)이 다이(D)의 상면에 접촉하게 된다. 기판(MW)의 하면이 제1 전극(232)에 접촉되고, 다이(D) 상면이 제2 전극(233)에 접촉된 상태에서, 전압 공급부(234)는 제1 전극(232) 및 제2 전극(233) 간에 양극 본딩 열처리를 위한 전압을 형성한다.When the substrate MW is disposed on the first electrode 232, the second electrode 233 is lowered by the lifting unit 235 so that the second electrode 233 is connected to the die D. As shown in FIG. It comes in contact with the top surface. In a state where the lower surface of the substrate MW is in contact with the first electrode 232 and the upper surface of the die D is in contact with the second electrode 233, the voltage supply unit 234 is provided with the first electrode 232 and the second electrode. A voltage for the anodic bonding heat treatment is formed between the electrodes 233.

본 실시예에 따른 본딩 장치는 구동부에 의해 플라즈마 팁(221a, 222a)을 기판(MW)과 접합 대상(다이 또는 기판) 간의 접합면과 평행한 X축 및 Y축 방향으로 이동시키면서 양극 본딩 열처리를 수행하여, 플라즈마 팁(221a, 222a) 보다 훨씬 넓은 면적을 가지는 대면적 기판으로 제공되는 기판(MW) 또는 대면적 기판으로 제공되는 접합 대상(대면적 다이 또는 기판)에 대해서도 적용이 가능하다.In the bonding apparatus according to the present embodiment, an anode bonding heat treatment is performed while the plasma tips 221a and 222a are moved in the X-axis and Y-axis directions parallel to the bonding surface between the substrate MW and the bonding target (die or substrate) by a driving unit. In addition, it is also applicable to a substrate MW provided as a large area substrate having a much larger area than the plasma tips 221a and 222a, or to a bonding object (a large area die or a substrate) provided as a large area substrate.

양극 본딩 열처리에 의해 기판(MW)과 다이(D) 간의 접합 계면이 가열 및 경화되어, 기판(MW) 상에 다이(D)가 본접합된다. 양극 본딩 열처리는 상온 ~ 300℃ 온도로 수행될 수 있다. 양극 본딩 열처리를 위해, 제1 전극(232) 및 제2 전극(233) 간에는 1 kV 이상의 전압이 인가될 수 있다.By anodic bonding heat treatment, the bonding interface between the substrate MW and the die D is heated and cured, and the die D is main bonded on the substrate MW. The anode bonding heat treatment may be performed at room temperature to 300 ° C. For the anode bonding heat treatment, a voltage of 1 kV or more may be applied between the first electrode 232 and the second electrode 233.

도 27은 본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법의 접합력을 보여주는 그래프이다. 도 27에서 세로축은 기판과 접합 대상 간의 접합력을 나타낸다. 도 27을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 기판과 접합 대상을 각각 순차적 플라즈마 처리하여 가접합한 후 양극 본딩 열처리에 의해 본접합한 경우(순차적 플라즈마 + 양극결합), 플라즈마 처리 없이 양극 본딩 열처리를 한 경우(양극 결합), RIE 플라즈마 처리만을 한 경우(RIE Activated Bonding), RIE 플라즈마 처리 후 양극 본딩 열처리를 한 경우(RIE Activated + 양극 결합), 순차적 플라즈마 처리만을 한 경우(순차적 플라즈마 결합) 보다, 훨씬 높은 접합력을 얻을 수 있음을 알 수 있다.27 is a graph showing the bonding force of the bonding method according to an embodiment of the present invention. In FIG. 27, the vertical axis represents the bonding force between the substrate and the bonding object. Referring to FIG. 27, when the substrate and the object to be bonded are temporarily bonded by sequential plasma treatment, respectively, and then bonded by an anode bonding heat treatment (sequential plasma + anodic bonding), the anode bonding heat treatment without plasma treatment is performed. More than RIE plasma treatment (RIE Activated Bonding), anodic bonding heat treatment after RIE plasma treatment (RIE Activated + Anode bonding), and sequential plasma treatment only (sequential plasma bonding). It can be seen that much higher bonding strength can be obtained.

도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 플라즈마 처리부의 측면도이다. 도 29 및 도 30은 도 28의 실시예에 따른 플라즈마 처리부의 동작을 보여주는 도면이다. 도 28 내지 도 30을 참조하면, 플라즈마 처리부(240)는 플라즈마 장치(241), 본체(242), 승강구동부(243), 이동몸체(244) 및 이송레일(245)을 포함한다. 플라즈마 장치(241)는 플라즈마 팁(241a)을 통해 플라즈마를 발생하여 기판(MW)을 친수화한다.28 is a side view of a plasma processing unit constituting a die bonding apparatus according to another embodiment of the present invention. 29 and 30 are diagrams illustrating operations of the plasma processor according to the embodiment of FIG. 28. 28 to 30, the plasma processor 240 includes a plasma apparatus 241, a main body 242, a lift driver 243, a moving body 244, and a transfer rail 245. The plasma apparatus 241 generates plasma through the plasma tip 241a to hydrophilize the substrate MW.

플라즈마 장치(241)는 이동몸체(244)의 승강구동부(243)에 의해 구동되는 본체(242)와 결합되어 승강구동부(243)에 의해 제3 방향(X)으로 이동 가능하고, 이동몸체(244)에 의해 제1 방향(X)으로 이동 가능하다. 또한, 플라즈마 장치(241)는 제2 방향(Y)으로도 이동할 수 있게 제공될 수 있다. 도 28 내지 도 30의 실시예에 의하면, 하나의 플라즈마 장치(241)로 기판(MW)과 다이(D)를 순차적으로 플라즈마 처리하여 친수화할 수 있다.The plasma apparatus 241 is coupled to the main body 242 driven by the lifting driver 243 of the moving body 244, and is movable in the third direction X by the lifting driver 243, and the moving body 244. It is possible to move in the first direction X by). In addition, the plasma apparatus 241 may be provided to be movable in the second direction (Y). 28 through 30, one plasma apparatus 241 may sequentially hydrophilize the substrate MW and the die D by plasma processing.

먼저, 플라즈마 장치(241)는 도 28에 도시된 바와 같이 기판(MW) 측으로 하강한 상태에서, 기판(MW) 상의 접합 영역에 플라즈마를 발생시켜 접합 영역을 친수화한다. 플라즈마 팁(241a)을 통해 기판(MW) 상의 접합 영역에 플라즈마를 집중시킬 수 있으며, 플라즈마 처리를 효율적으로 하는 동시에, 플라즈마 처리 비용을 절감할 수 있다. 기판(MW)에 대한 플라즈마 처리는 다이(D)가 본딩 스테이지(120)로 이동하는 동안 수행될 수 있다.First, as shown in FIG. 28, in the state where the plasma apparatus 241 is lowered toward the substrate MW, plasma is generated in the junction region on the substrate MW to hydrophilize the junction region. The plasma tip 241a may concentrate the plasma in the junction region on the substrate MW, and the plasma treatment cost may be reduced while the plasma treatment may be efficiently performed. Plasma processing on the substrate MW may be performed while the die D moves to the bonding stage 120.

기판(MW)에 대해 플라즈마 처리가 완료되면, 플라즈마 장치(241)를 상부로 이동시킨 다음, 도 29에 도시된 바와 같이, 플라즈마 장치(241)를 본딩 헤드(140)를 향해 이동시킨다. 이와 동시에, 본딩 헤드(140)가 캐리지(142)를 중심으로 180° 회전하면, 다이(D)의 접합면이 플라즈마 장치(241)의 플라즈마 팁(241a) 하부에 위치하게 된다.When the plasma processing is completed for the substrate MW, the plasma apparatus 241 is moved upward, and then the plasma apparatus 241 is moved toward the bonding head 140 as shown in FIG. 29. At the same time, when the bonding head 140 is rotated 180 ° about the carriage 142, the bonding surface of the die D is positioned below the plasma tip 241a of the plasma apparatus 241.

플라즈마 장치(241)는 플라즈마 팁(241a)을 통해 다이(D)의 접합면에 플라즈마를 발생시켜 다이(D)의 접합면을 친수화할 수 있다. 이때에도 플라즈마 팁(241a)을 통해 다이(D)의 접합면에 플라즈마를 집중시킬 수 있어, 플라즈마 처리를 효율적으로 할 수 있으며, 플라즈마 처리 비용을 절감할 수 있다. 플라즈마 장치(241)에 의한 플라즈마 처리는 본딩 헤드(140)의 이동 중에 수행될 수 있다. 이때, 플라즈마 팁(241a)에서 발생하는 플라즈마의 접촉 시간을 증가시키기 위해, 플라즈마 장치(241)를 본딩 헤드(140)의 이동 방향으로 이동시키면서, 다이(D)의 접합면을 플라즈마 처리하는 것도 가능하다.The plasma apparatus 241 may generate a plasma on the bonding surface of the die D through the plasma tip 241a to hydrophilize the bonding surface of the die D. At this time, the plasma can be concentrated on the bonding surface of the die D through the plasma tip 241a, so that the plasma processing can be efficiently performed and the plasma processing cost can be reduced. Plasma processing by the plasma apparatus 241 may be performed during the movement of the bonding head 140. At this time, in order to increase the contact time of the plasma generated from the plasma tip 241a, it is also possible to perform plasma treatment on the bonding surface of the die D while moving the plasma apparatus 241 in the moving direction of the bonding head 140. Do.

플라즈마 장치(241)에 의해 다이(D)의 접합면을 플라즈마 처리하는 동안, 웨팅 장치(180)에 의해 기판(MW) 상의 접합 영역에 린스 처리(수막 형성)를 하면, 가접합 공정 시간을 보다 단축시킬 수 있다. 다이(D)의 접합면에 대한 플라즈마 처리가 끝나면, 도 30에 도시된 바와 같이 웨팅 장치(180)를 후퇴시키고, 본딩 헤드(140)를 다시 180° 아래로 회전시킨 후, 본딩 헤드(140)를 하강시켜 다이(D)를 기판(MW) 위에 가접합한다.During the plasma treatment of the bonding surface of the die D by the plasma apparatus 241, when the rinsing treatment (water film formation) is performed on the bonding region on the substrate MW by the wetting apparatus 180, the temporary joining process time is further considered. It can be shortened. After the plasma treatment of the bonding surface of the die D is finished, the wetting device 180 is retracted as shown in FIG. 30, the bonding head 140 is rotated back 180 °, and then the bonding head 140 is rotated. The die D is temporarily bonded onto the substrate MW by lowering.

플라즈마 장치(241)는 대기압(상압) 플라즈마 장치로 제공될 수도 있고, 순차적 플라즈마 장치로 제공될 수도 있다. 본 실시예에 의하면, 플라즈마 장치(241)를 이용하여 기판(MW)과 다이(D)의 플라즈마 처리를 순차적으로 행하여 플라즈마 처리를 위한 공정 비용을 줄일 수 있으며, 가접합 공정 시간도 단축할 수 있다.The plasma apparatus 241 may be provided as an atmospheric pressure (atmospheric) plasma apparatus, or may be provided as a sequential plasma apparatus. According to the present exemplary embodiment, plasma processing of the substrate MW and the die D may be sequentially performed using the plasma apparatus 241 to reduce the process cost for the plasma processing, and the provisional bonding process time may also be shortened. .

도 31은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 플라즈마 처리부의 측면도이다. 도 32는 도 29의 실시예에 따른 플라즈마 처리부의 동작을 보여주는 도면이다. 도 31 및 도 32를 참조하면, 플라즈마 처리부(250)는 플라즈마 장치(251), 본체(252), 승강구동부(253), 이동몸체(254) 및 이송레일(255)을 포함한다.31 is a side view of a plasma processing unit constituting a die bonding apparatus according to another embodiment of the present invention. 32 is a view illustrating an operation of a plasma processing unit according to the embodiment of FIG. 29. 31 and 32, the plasma processor 250 includes a plasma apparatus 251, a main body 252, a lift driver 253, a moving body 254, and a transfer rail 255.

플라즈마 장치(251)는 플라즈마 팁(251a)을 통해 플라즈마를 발생하여 기판(MW)을 친수화한다. 플라즈마 장치(251)는 이동몸체(254)의 승강구동부(253)에 의해 구동되는 본체(252)와 결합되어 승강구동부(253)에 의해 제3 방향(X)으로 이동 가능하고, 이동몸체(254)에 의해 제1 방향(X)으로 이동 가능하다. 또한, 플라즈마 장치(251)는 제2 방향(Y)으로도 이동할 수 있게 제공될 수 있다.The plasma apparatus 251 generates plasma through the plasma tip 251a to hydrophilize the substrate MW. The plasma apparatus 251 is coupled to the main body 252 driven by the lifting driver 253 of the moving body 254 to be movable in the third direction X by the lifting driver 253, and the moving body 254. It is possible to move in the first direction X by). In addition, the plasma apparatus 251 may be provided to be movable in the second direction (Y).

플라즈마 장치(251)는 본체(252)에 구비된 회동부(도시생략)에 의해 상하 방향으로 회동 가능하게 제공될 수 있다. 도 31 및 도 32의 실시예에 의하면, 하나의 플라즈마 장치(251)로 기판(MW)과 다이(D)를 순차적으로 플라즈마 처리하여 친수화할 수 있다.The plasma apparatus 251 may be provided to be rotatable in the vertical direction by a rotating part (not shown) provided in the main body 252. 31 and 32, the substrate MW and the die D may be sequentially hydrophilized by one plasma apparatus 251.

먼저, 플라즈마 장치(251)는 도 31에 도시된 바와 같이 기판(MW) 상의 접합 영역에 플라즈마를 발생시켜 접합 영역을 친수화한다. 플라즈마 장치(251)는 플라즈마 팁(251a)을 통해 기판(MW) 상의 접합 영역에 플라즈마를 집중시킬 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리를 효율적으로 할 수 있고, 플라즈마 처리 비용을 절감할 수 있다. 기판(MW)에 대한 플라즈마 처리는 다이(D)가 본딩 스테이지(120)로 이동하는 동안 수행될 수 있다.First, as shown in FIG. 31, the plasma apparatus 251 generates plasma in the junction region on the substrate MW to hydrophilize the junction region. The plasma apparatus 251 may concentrate the plasma in the junction region on the substrate MW through the plasma tip 251a. Therefore, plasma processing can be performed efficiently, and plasma processing cost can be reduced. Plasma processing on the substrate MW may be performed while the die D moves to the bonding stage 120.

기판(MW)에 대해 플라즈마 처리가 완료되면, 도 32에 도시된 바와 같이, 플라즈마 장치(251)를 본딩 헤드(140)를 향해 이동시키고, 본체(252)를 하부로 이동시킨 다음, 플라즈마 장치(251)를 본체(252)를 중심으로 180° 상부로 회전시켜, 플라즈마 장치(251)의 플라즈마 팁(251a)을 다이(D)의 접합면 하부에 위치시킨다. 플라즈마 장치(251)는 플라즈마 팁(251a)을 통해 다이(D)의 접합면에 플라즈마를 발생시켜 다이(D)의 접합면을 친수화할 수 있다.When the plasma processing is completed for the substrate MW, as shown in FIG. 32, the plasma apparatus 251 is moved toward the bonding head 140, the main body 252 is moved downward, and then the plasma apparatus ( The 251 is rotated upward by 180 ° about the main body 252 to place the plasma tip 251a of the plasma apparatus 251 under the bonding surface of the die D. The plasma apparatus 251 may generate a plasma on the bonding surface of the die D through the plasma tip 251a to hydrophilize the bonding surface of the die D.

플라즈마 장치(251)에 의한 플라즈마 처리는 본딩 헤드(140)의 이동 중에 수행될 수 있다. 이때, 플라즈마 팁(251a)에서 발생하는 플라즈마의 접촉 시간을 증가시키기 위해, 플라즈마 장치(251)를 본딩 헤드(140)의 이동 방향으로 이동시키면서, 다이(D)의 접합면을 플라즈마 처리하는 것도 가능하다. 다이(D)의 접합면에 대한 플라즈마 처리가 끝나면, 본딩 헤드(140)에 의해 다이(D)를 기판(MW) 상에 배치시켜 가접합한다. 플라즈마 장치(251)는 대기압(상압) 플라즈마 장치로 제공될 수도 있고, 순차적 플라즈마 장치로 제공될 수도 있다. 본 실시예에 의하면, 플라즈마 장치(251)를 이용하여 기판(MW)과 다이(D)의 플라즈마 처리를 순차적으로 행하여 플라즈마 처리를 위한 공정 비용을 줄일 수 있으며, 가접합 공정 시간도 단축할 수 있다.Plasma processing by the plasma apparatus 251 may be performed during the movement of the bonding head 140. At this time, in order to increase the contact time of the plasma generated from the plasma tip 251a, it is also possible to plasma-treat the bonding surface of the die D while moving the plasma apparatus 251 in the moving direction of the bonding head 140. Do. After the plasma treatment of the bonding surface of the die D is completed, the die D is placed on the substrate MW by the bonding head 140 to be temporarily bonded. The plasma apparatus 251 may be provided as an atmospheric pressure (atmospheric) plasma apparatus, or may be provided as a sequential plasma apparatus. According to the present exemplary embodiment, plasma processing of the substrate MW and the die D may be sequentially performed using the plasma apparatus 251 to reduce the process cost for the plasma processing, and the provisional bonding process time may also be shortened. .

도 33은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 본딩 방법의 흐름도이다. 도 33을 참조하면, 본딩 방법은 기판(제1 기판)으로 접합 대상(다이 또는 제2 기판)을 이송하는 단계(S100), 플라즈마 팁(plasma tip)을 이용하여 기판 및 접합 대상을 순차적 플라즈마 처리하는 단계(S200), 기판 및 접합 대상 중 적어도 하나를 린스 처리하는 단계(S300), 기판 상에 접합 대상을 가압/가열하는 단계(S500) 및 플라즈마 팁에 전압을 가하여 기판 및 접합 대상을 양극 본딩 처리하는 단계(S600)를 포함할 수 있다. 앞서 설명드린 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 33의 실시예에 따른 본딩 방법은 본접합 공정시, 플라즈마 팁에 전압을 가하여 양극 본딩 열처리를 하는 점에서, 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.33 is a flowchart of a bonding method according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 33, in the bonding method, a bonding target (die or second substrate) is transferred to a substrate (a first substrate) (S100), and a plasma treatment is performed on the substrate and the bonding target using a plasma tip. Step (S200), rinsing at least one of the substrate and the bonding target (S300), pressing / heating the bonding target on the substrate (S500), and applying a voltage to the plasma tip to bond the anode and the bonding target to the substrate. Processing may include the step (S600). Duplicate descriptions with the above-described embodiments will be omitted. The bonding method according to the embodiment of FIG. 33 is different from the above-described embodiment in that the bonding process is performed by applying a voltage to the plasma tip during the bonding process.

도 34는 본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 35는 도 34에 도시된 플라즈마 처리부의 예시도이다. 도 34 및 도 35를 참조하면, 플라즈마 처리부는 하나의 플라즈마 장치(260)에 의해 순차적 플라즈마 처리를 하도록 구성된다.34 is a conceptual diagram illustrating a bonding method according to an embodiment of the present invention. 35 is an exemplary view of the plasma processing unit shown in FIG. 34. 34 and 35, the plasma processing unit is configured to perform sequential plasma processing by one plasma apparatus 260.

플라즈마 장치(260)는 본체(261)와, 본체(261) 내에 형성된 플라즈마를 기판의 접합 영역 및/또는 접합 대상의 접합면에 국부적으로 인가하기 위한 플라즈마 팁(262)과, 본체(261) 내에 공정 가스들(예를 들어, 질소/아르곤 가스)을 도입하기 위한 가스 공급부들(263, 264)와, 공정 가스들을 여기시켜 플라즈마를 형성하기 위한 수 GHz의 RF 전원을 인가하는 RF 전원 인가부(265)를 포함할 수 있다. 미설명부호 124, 266, 267은 각각 기판 온도 제어를 위한 히터, RF 전원의 분포 제어를 위한 유리판, 균일한 플라즈마 형성을 위한 이온 트랩판이다.The plasma apparatus 260 includes a main body 261, a plasma tip 262 for locally applying a plasma formed in the main body 261 to a joining region of a substrate and / or a joining surface of a joining object, and a main body 261. Gas supply parts 263 and 264 for introducing process gases (eg, nitrogen / argon gas), and an RF power applying unit for applying RF power of several GHz to excite the process gases to form a plasma ( 265). Reference numerals 124, 266, and 267 denote heaters for substrate temperature control, glass plates for RF power distribution control, and ion trap plates for uniform plasma formation.

본접합 공정에서 양극 본딩 열처리를 위한 제1 전극(양전극)(270)은 본딩 스테이지(120) 상에 마련될 수 있다. 플라즈마 장치(260)는 플라즈마 팁(262)의 하부 둘레 부분에 양극 본딩 열처리를 위한 제2 전극(음전극)(280)이 형성된다. 전압 공급부(282)는 제2 전극(280)으로 양극 본딩 열처리를 위한 전압을 인가한다. 기판(MW)은 제1 전극(270) 상에 배치되고, 접합 대상(W)은 기판(MW) 상에 배치된다.In the bonding process, a first electrode (positive electrode) 270 for anode bonding heat treatment may be provided on the bonding stage 120. In the plasma apparatus 260, a second electrode (negative electrode) 280 for anode bonding heat treatment is formed on a lower circumferential portion of the plasma tip 262. The voltage supply unit 282 applies a voltage for the anode bonding heat treatment to the second electrode 280. The substrate MW is disposed on the first electrode 270, and the bonding object W is disposed on the substrate MW.

플라즈마 장치(260)는 구동부(도시 생략)에 의해 상하, 전/후/좌우 방향(수평 방향)으로 이동 가능하게 제공될 수 있다. 본접합 공정시, 플라즈마 장치(260)는 구동부에 의해 기판(MW)과 접합 대상(W) 측으로 하강한다. 플라즈마 장치(260)의 하강에 의해, 플라즈마 팁(262)의 하부 둘레 부분에 형성된 제2 전극(280)이 접합 대상(W)의 상면에 접촉되면, 전압 공급부(282)는 제1 전극(270)과 제2 전극(280) 간에 양극 본딩 열처리를 위한 전압을 형성한다. 본접합 공정 시에, 기판 및 접합 대상의 전체 면적에 대해 양극 본딩 열처리를 하기 위하여, 플라즈마 장치(260)를 수평 방향으로 이동시켜 플라즈마 팁(262)이 접촉되는 접합 대상(W)의 위치를 변화시키면서 양극 본딩 열처리를 할 수 있다.The plasma apparatus 260 may be provided to be movable in the vertical, front, rear, left and right directions (horizontal direction) by a driver (not shown). In the main bonding step, the plasma apparatus 260 is lowered to the substrate MW and the bonding target W by the driving unit. When the second electrode 280 formed at the lower circumferential portion of the plasma tip 262 contacts the upper surface of the bonding target W by the falling of the plasma apparatus 260, the voltage supply unit 282 may move the first electrode 270. ) And a voltage for the anode bonding heat treatment is formed between the second electrode 280. In the main bonding process, in order to perform the anode bonding heat treatment on the entire area of the substrate and the bonding target, the plasma apparatus 260 is moved in the horizontal direction to change the position of the bonding target W to which the plasma tip 262 contacts. Anodic bonding heat treatment can be carried out while.

본 발명의 실시예에 의하면, 플라즈마 장치(260)로 공급되는 RF 전력, 공정 가스의 종류 등을 순차적으로 제어하여, 하나의 플라즈마 장치(260)에 의해 RIE 플라즈마 처리, 표면 활성화 플라즈마 처리를 순차적으로 수행할 수 있다. 또한, 플라즈마 장치(260)에 마련된 제2 전극(280)을 본접합 공정에서 양극 본딩 열처리를 위한 음전극으로 활용함으로써, 플라즈마 장치(260)를 본접합 공정에도 활용하여 접합 공정 비용을 절감할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention, the RF power supplied to the plasma apparatus 260, the type of the process gas, and the like are sequentially controlled, and one plasma apparatus 260 sequentially performs the RIE plasma treatment and the surface activated plasma treatment. Can be done. In addition, by using the second electrode 280 provided in the plasma apparatus 260 as a negative electrode for the anode bonding heat treatment in the main bonding process, the plasma process 260 may also be utilized in the main bonding process to reduce the bonding process cost. .

도 36은 본 발명의 다른 실시예에 따른 본딩 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 37은 도 36에 도시된 플라즈마 처리부를 구성하는 제2 플라즈마 장치의 예시도이다. 도 36 및 도 37을 참조하면, 플라즈마 처리부는 두 개 이상의 플라즈마 장치(260, 290)에 의해 순차적 플라즈마 처리를 하도록 구성된다.36 is a conceptual diagram illustrating a bonding method according to another embodiment of the present invention. FIG. 37 is an exemplary view of a second plasma apparatus configuring the plasma processing unit illustrated in FIG. 36. 36 and 37, the plasma processing unit is configured to perform sequential plasma processing by two or more plasma devices 260 and 290.

제1 플라즈마 장치(260)는 도 35에 도시된 구조로 제공될 수 있다. 제2 플라즈마 장치(290)는 본체(291)와, 본체(291) 내에 형성된 플라즈마를 기판의 접합 영역 및/또는 접합 대상의 접합면에 국부적으로 인가하기 위한 플라즈마 팁(292)과, 본체(291) 내에 공정 가스들(예를 들어, 산소/아르곤 가스)을 도입하기 위한 가스 공급부들(293, 294)을 포함할 수 있다. 미설명부호 297은 이온 트랩판이다.The first plasma apparatus 260 may be provided in the structure shown in FIG. 35. The second plasma apparatus 290 includes a main body 291, a plasma tip 292 for locally applying a plasma formed in the main body 291 to a bonding region of a substrate and / or a bonding surface of a bonding target, and a main body 291. May include gas supplies 293 and 294 for introducing process gases (eg, oxygen / argon gas). Reference numeral 297 denotes an ion trap plate.

제1 및 제2 플라즈마 장치(260, 290)는 본접합 공정에 활용될 수 있다. 제2 플라즈마 장치(290)는 플라즈마 팁(292)의 하부 둘레 부분에 양극 본딩 열처리를 위한 제2 전극(음전극)(300)이 형성된다. 전압 공급부(302)는 제2 전극(300)으로 양극 본딩 열처리를 위한 전압을 인가한다. The first and second plasma apparatuses 260 and 290 may be utilized in the main bonding process. In the second plasma apparatus 290, a second electrode (negative electrode) 300 for anode bonding heat treatment is formed on a lower circumferential portion of the plasma tip 292. The voltage supply unit 302 applies a voltage for the anode bonding heat treatment to the second electrode 300.

제1 플라즈마 장치(260)와 마찬가지로, 제2 플라즈마 장치(290)는 구동부(도시 생략)에 의해 상하, 전/후/좌우 방향(수평 방향)으로 이동 가능하게 제공될 수 있다. 본접합 공정시, 제1 플라즈마 장치(260)와 마찬가지로, 제2 플라즈마 장치(290)는 구동부에 의해 기판(MW)과 접합 대상(W) 측으로 하강한다. 제2 플라즈마 장치(290)의 하강에 의해, 플라즈마 팁(292)의 하부 둘레 부분에 형성된 제2 전극(300)이 접합 대상(W)의 상면에 접촉되면, 전압 공급부(302)는 제1 전극(270)과 제2 전극(300) 간에 양극 본딩 열처리를 위한 전압을 형성한다.Like the first plasma apparatus 260, the second plasma apparatus 290 may be provided to be movable in the vertical, front, rear, left, and right directions (horizontal direction) by a driver (not shown). In the main bonding step, similarly to the first plasma device 260, the second plasma device 290 is lowered to the substrate MW and the bonding target W by the driving unit. When the second electrode 300 formed on the lower circumferential portion of the plasma tip 292 is in contact with the upper surface of the bonding target W by the lowering of the second plasma apparatus 290, the voltage supply unit 302 is connected to the first electrode. A voltage for the anodic bonding heat treatment is formed between 270 and the second electrode 300.

본 발명의 실시예에 의하면, 순차적 플라즈마 처리를 위한 제1 및 제2 플라즈마 장치(260, 290)의 플라즈마 팁(262, 292) 부분에 양극 본딩 열처리를 위한 제2 전극(음전극)(280)을 형성하여, 제1 및 제2 플라즈마 장치(260, 290)의 플라즈마 팁(262, 292) 부분을 본접합 공정에서 양극 본딩 열처리를 위한 음전극으로 활용함으로써, 기판 및 접합 대상의 다양한 물질 종류, 계면 특성, 접합 계면 크기 변화에 대응하여 강한 결합력을 확보할 수 있으며, 플라즈마 장치(260, 290)를 본접합 공정에도 활용하여 접합 공정 비용을 절감할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a second electrode (negative electrode) 280 for anode bonding heat treatment is formed on portions of the plasma tips 262 and 292 of the first and second plasma apparatuses 260 and 290 for sequential plasma processing. And by using the plasma tips 262 and 292 of the first and second plasma apparatuses 260 and 290 as negative electrodes for the anode bonding heat treatment in the main bonding process, various material types and interface characteristics of the substrate and the target to be bonded. In addition, a strong bonding force may be secured in response to a change in the bonding interface size, and the bonding process cost may be reduced by using the plasma apparatus 260 and 290 in the main bonding process.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The foregoing detailed description illustrates the present invention. In addition, the above-mentioned content shows preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications can be made within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, the scope equivalent to the disclosures described above, and / or the skill or knowledge in the art. The described embodiments illustrate the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various modifications required in the specific application field and use of the present invention are possible. Thus, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other embodiments.

100: 다이 본딩 장치 110: 지지 유닛
120: 본딩 스테이지 130: 프레임
132: 이송 레일 134: 지지부
136: 통로 140: 본딩 헤드
142: 캐리지 144: 접지판
150: 검사부 160: 세정 유닛
170: 플라즈마 장치 170a: 제1 플라즈마 장치
170b: 제2 플라즈마 장치 180: 웨팅 장치
190: 정렬 검사부 200: 레일
210: 이송 장치 220, 241, 251: 플라즈마 장치
221, 260: 제1 플라즈마 장치 221a, 222a: 플라즈마 팁
222, 290: 제2 플라즈마 장치 230: 열처리 유닛
231: 열처리 챔버 232, 270: 제1 전극
233, 280, 300: 제2 전극 234, 282, 302: 전압 공급부
235: 승강부 240, 250: 플라즈마 처리부
241a, 251a, 262, 292: 플라즈마 팁 W: 반도체 웨이퍼
D: 다이 MW: 기판
BA: 접합 영역 P: 플라즈마 영역
P2: 플라즈마 처리 구간100: die bonding device 110: support unit
120: bonding stage 130: frame
132: transfer rail 134: support
136: passage 140: bonding head
142: carriage 144: ground plane
150: inspection unit 160: cleaning unit
170: plasma apparatus 170a: first plasma apparatus
170b: second plasma apparatus 180: wetting apparatus
190: alignment inspection unit 200: rail
210: transfer apparatus 220, 241, 251: plasma apparatus
221 and 260: first plasma apparatus 221a and 222a: plasma tip
222 and 290: second plasma apparatus 230: heat treatment unit
231: heat treatment chamber 232, 270: first electrode
233, 280, 300: second electrode 234, 282, 302: voltage supply
235: lifting unit 240, 250: plasma processing unit
241a, 251a, 262, 292: plasma tip W: semiconductor wafer
D: Die MW: Substrate
BA: junction region P: plasma region
P2: plasma treatment section

Claims (16)

제1 기판 상에 다이 또는 제2 기판을 포함하는 접합 대상을 접합하는 본딩 방법에 있어서,
플라즈마 장치의 플라즈마 팁으로부터 상기 접합 대상이 접합될 상기 제1 기판 상의 접합 영역에 플라즈마를 발생시켜 상기 접합 영역을 친수화하는 단계;
상기 제1 기판 상의 친수화된 접합 영역 상에 상기 접합 대상을 배치하고, 상기 접합 대상의 상면에 상기 플라즈마 팁을 접촉시키는 단계; 및
상기 제1 기판의 하면에 접촉된 제1 전극과, 상기 플라즈마 팁에 구비된 제2 전극 사이에 전압을 인가하는 양극 본딩 열처리에 의해, 상기 제1 기판 상에 상기 접합 대상을 접합하는 단계를 포함하는 본딩 방법.A bonding method for bonding a bonding object including a die or a second substrate on a first substrate,
Hydrophilizing the junction region by generating a plasma from a plasma tip of a plasma device to a junction region on the first substrate to be bonded;
Disposing the bonding object on a hydrophilic bonding region on the first substrate, and contacting the plasma tip with an upper surface of the bonding object; And
Bonding the object to be bonded on the first substrate by an anode bonding heat treatment applying a voltage between a first electrode in contact with a bottom surface of the first substrate and a second electrode provided at the plasma tip; Bonding method. 제1항에 있어서,
상기 접합 영역을 친수화하는 단계는, 상기 제1 기판 상의 접합 영역을 반응성 이온 식각 플라즈마 처리한 후, 상기 제1 기판 상의 접합 영역을 표면 활성화 플라즈마 처리하여 친수화하는 순차적 플라즈마 처리 단계를 포함하는 본딩 방법.The method of claim 1,
The hydrophilizing of the junction region may include a sequential plasma treatment step of performing a reactive ion etching plasma treatment on the junction region on the first substrate and then hydrophilizing the junction region on the first substrate by surface activation plasma treatment. Way. 제1항에 있어서,
상기 접합하는 단계에서, 상기 양극 본딩 열처리는 상온 ~ 300℃ 온도로 수행되고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 인가되는 전압은 1 kV 이상인 본딩 방법.The method of claim 1,
In the bonding step, the anode bonding heat treatment is performed at room temperature ~ 300 ℃ temperature, the voltage applied between the first substrate and the second substrate is more than 1 kV bonding method. 제1항에 있어서,
상기 제1 기판 상의 접합 영역에 접합될 상기 접합 대상의 접합면을 플라즈마 처리하여 상기 접합면을 친수화하는 단계를 더 포함하는 본딩 방법.The method of claim 1,
Bonding the bonding surface of the bonding object to be bonded to the bonding region on the first substrate to hydrophilize the bonding surface. 제4항에 있어서,
상기 접합면을 친수화하는 단계는, 상기 접합 대상의 접합면을 반응성 이온 식각 플라즈마 처리한 후, 상기 접합 대상의 접합면을 표면 활성화 플라즈마 처리하여 친수화하는 순차적 플라즈마 처리 단계를 포함하는 본딩 방법.The method of claim 4, wherein
The step of hydrophilizing the bonding surface comprises a sequential plasma treatment step of performing a reactive ion etching plasma treatment on the bonding surface of the bonding object, and then hydrophilizing the surface of the bonding surface by the surface activation plasma treatment. 제4항에 있어서,
지지 유닛 상에 지지된 상기 접합 대상을 본딩 헤드에 의해 픽업하여 본딩 스테이지 상에 지지된 상기 제1 기판의 상부 영역으로 이송하는 단계를 더 포함하고,
상기 접합면을 친수화하는 단계는, 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이의 상기 접합 대상의 이송 경로에 설치된 플라즈마 처리부의 플라즈마 처리 구간에서 상기 접합 대상을 이동시키면서 상기 접합면을 친수화하는 본딩 방법.The method of claim 4, wherein
Picking up the bonding object supported on the support unit by a bonding head and transferring it to an upper region of the first substrate supported on the bonding stage,
The step of hydrophilizing the bonding surface, the bonding method of hydrophilizing the bonding surface while moving the bonding target in the plasma processing section of the plasma processing unit provided in the transfer path of the bonding target between the support unit and the bonding stage. 제4항에 있어서,
상기 접합면을 친수화하는 단계는, 상기 제1 기판의 친수화 처리에 사용된 상기 플라즈마 장치의 상기 플라즈마 팁으로부터 상기 접합 대상의 접합면에 플라즈마를 발생시켜 상기 접합면을 친수화하는 단계를 포함하는 본딩 방법.The method of claim 4, wherein
Hydrophilizing the bonding surface includes generating a plasma from the plasma tip of the plasma apparatus used in the hydrophilization treatment of the first substrate to generate a plasma on the bonding surface of the bonding object to hydrophilize the bonding surface. Bonding method. 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 팁을 상기 제1 기판과 상기 접합 대상 간의 접합면과 평행한 X축 및 Y축 방향으로 이동시키면서 상기 양극 본딩 열처리를 수행하여, 대면적 기판으로 제공되는 상기 접합 대상을 상기 제1 기판 상에 접합하거나, 대면적 기판으로 제공되는 상기 제1 기판 상에 하나 이상의 상기 접합 대상을 접합하는 본딩 방법.The method of claim 1,
The anodic bonding heat treatment is performed while moving the plasma tip in the X-axis and Y-axis directions parallel to the bonding surface between the first substrate and the bonding target, thereby forming the bonding target provided as a large area substrate on the first substrate. Bonding to at least one of the bonding objects on the first substrate provided as a large area substrate. 제1 기판 상에 다이 또는 제2 기판을 포함하는 접합 대상을 접합하기 위한 본딩 장치에 있어서,
상기 제1 기판을 지지하는 본딩 스테이지;
하나 또는 복수개의 플라즈마 장치를 포함하고, 상기 플라즈마 장치의 플라즈마 팁으로부터 상기 접합 대상이 접합될 상기 제1 기판 상의 접합 영역에 플라즈마를 발생시켜 상기 접합 영역을 친수화하는 플라즈마 처리부;
상기 플라즈마 장치를 수평 방향 및 상하 방향으로 이동시키고, 상기 제1 기판 상에 상기 접합 대상을 접합하기 위하여 상기 접합 대상의 상면에 상기 플라즈마 팁을 접촉시키는 구동부; 및
상기 제1 기판의 하면에 접촉된 제1 전극과, 상기 플라즈마 팁에 구비된 제2 전극 사이에 양극 본딩 열처리를 위한 전압을 인가하는 전압 공급부를 포함하는 본딩 장치.In the bonding apparatus for bonding the bonding object containing a die or a 2nd board | substrate on a 1st board | substrate,
A bonding stage supporting the first substrate;
A plasma processing unit including one or a plurality of plasma apparatuses, and generating a plasma from a plasma tip of the plasma apparatus to generate a plasma in a bonding region on the first substrate to be bonded;
A driving unit which moves the plasma apparatus in a horizontal direction and in a vertical direction, and contacts the plasma tip to an upper surface of the bonding target to bond the bonding target on the first substrate; And
And a voltage supply unit configured to apply a voltage for anodic bonding heat treatment between a first electrode in contact with a bottom surface of the first substrate and a second electrode provided at the plasma tip. 제9항에 있어서,
상기 플라즈마 처리부는,
상기 제1 기판 상의 접합 영역을 반응성 이온 식각 플라즈마 처리하는 제1 플라즈마 장치; 및
상기 제1 기판 상의 접합 영역을 표면 활성화 플라즈마 처리하는 제2 플라즈마 장치를 포함하는 본딩 장치.The method of claim 9,
The plasma processing unit,
A first plasma apparatus for performing reactive ion etching plasma treatment on the junction region on the first substrate; And
And a second plasma apparatus for surface activated plasma treatment of the junction region on the first substrate. 제9항에 있어서,
지지 유닛 상에 지지된 상기 접합 대상을 픽업하여 본딩 스테이지 상에 지지된 상기 제1 기판의 상부 영역으로 이송하는 본딩 헤드; 및
상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이의 상기 접합 대상의 이송 경로에 설치되고, 상기 본딩 헤드에 픽업된 상기 접합 대상의 접합면을 플라즈마 처리하여 친수화하는 하나 또는 복수개의 대기압 또는 저압 플라즈마 장치를 더 포함하는 본딩 장치.The method of claim 9,
A bonding head which picks up the bonding object supported on the support unit and transfers it to the upper region of the first substrate supported on the bonding stage; And
And one or more atmospheric or low pressure plasma devices, which are installed in a transport path of the bonding object between the support unit and the bonding stage, and hydrophilize the plasma by bonding the bonding surface of the bonding object picked up by the bonding head. Bonding device. 제11항에 있어서,
상기 대기압 또는 저압 플라즈마 장치는 플라즈마 처리 구간에서 상기 접합 대상을 이동시키면서 상기 접합면을 친수화하는 본딩 장치.The method of claim 11,
And the atmospheric pressure or low pressure plasma apparatus hydrophilizes the bonding surface while moving the bonding object in the plasma treatment section. 제11항에 있어서,
상기 대기압 또는 저압 플라즈마 장치는, 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이의 상기 접합 대상의 이송 경로를 따라 순차적으로 배치되는 제1 플라즈마 장치 및 제2 플라즈마 장치를 포함하고,
상기 제1 플라즈마 장치는 상기 접합 대상의 접합면을 반응성 이온 식각 플라즈마 처리하는 플라즈마 장치이고, 상기 제2 플라즈마 장치는 상기 접합 대상의 접합면을 표면 활성화 플라즈마 처리하여 친수화하는 플라즈마 장치인 본딩 장치.The method of claim 11,
The atmospheric pressure or low pressure plasma apparatus includes a first plasma apparatus and a second plasma apparatus that are sequentially disposed along a transfer path of the bonding target between the support unit and the bonding stage,
The first plasma apparatus is a plasma apparatus for performing reactive ion etching plasma treatment on the bonding surface of the bonding target, and the second plasma apparatus is a plasma apparatus for hydrophilizing a surface of the bonding surface by bonding the bonding surface. 제9항에 있어서,
상기 플라즈마 장치는, 상기 제1 기판에 대한 친수화 처리 및 상기 접합 대상에 대한 친수화 처리에 공유되고, 상기 제1 기판 상의 접합 영역에 대한 친수화 처리 후 상기 플라즈마 팁으로부터 상기 접합 대상의 접합면에 플라즈마를 발생시켜 상기 접합면을 친수화하는 본딩 장치.The method of claim 9,
The said plasma apparatus is shared by the hydrophilization process with respect to the said 1st board | substrate, and the hydrophilization process with respect to the said bonding object, and the bonding surface of the said bonding object from the said plasma tip after the hydrophilization process with respect to the bonding area | region on the said 1st substrate Bonding apparatus which hydrophilizes the said joining surface by generating a plasma in it. 제14항에 있어서,
상기 플라즈마 장치는, 상기 플라즈마 팁을 상기 제1 기판의 접합 영역을 향하는 방향과, 상기 접합 대상의 접합면을 향하는 방향 간에 회동시키는 회동부를 더 포함하는 본딩 장치.The method of claim 14,
The plasma apparatus further comprises a rotating part for rotating the plasma tip between a direction toward the bonding region of the first substrate and a direction toward the bonding surface of the bonding target. 제9항에 있어서,
상기 구동부에 의해 상기 플라즈마 팁을 상기 제1 기판과 상기 접합 대상 간의 접합면과 평행한 X축 및 Y축 방향으로 이동시키면서 상기 양극 본딩 열처리를 수행하여, 대면적 기판으로 제공되는 상기 접합 대상을 상기 제1 기판 상에 접합하거나, 대면적 기판으로 제공되는 상기 제1 기판 상에 상기 접합 대상을 접합하는 본딩 장치.The method of claim 9,
The anodic bonding heat treatment is performed by moving the plasma tip in the X-axis and Y-axis directions parallel to the bonding surface between the first substrate and the bonding object, so that the bonding object provided as the large-area substrate is formed. Bonding apparatus which bonds on a 1st board | substrate or bonds the said bonding object on the said 1st board | substrate provided as a large area board | substrate.
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