KR102201889B1 - Bonding apparatus and bonding method - Google Patents

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Abstract

접합 필름(adhesion film)과 솔더 범프(solder bump)와 같은 접합 매개체를 이용하지 않고 기판 상이 접합 대상을 접합할 수 있는 본딩 장치 및 본딩 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은 기판 상에 접합 대상을 접합하는 본딩 방법에 있어서, 상기 기판 상에 접합될 상기 접합 대상의 접합면을 대기압 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 단계; 상기 접합 대상과 접합될 상기 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 접합 영역 상에 수막을 형성하는 단계; 및 상기 접합 대상을 상기 수막 상에 접촉시켜 상기 접합 대상의 친수화된 접합면과 상기 수막 간의 접합력에 의해 상기 기판 상에 상기 접합 대상을 가접합하는 단계를 포함한다. 상기 친수화하는 단계는 대기압 플라즈마 처리에 의해 공정 가스와 수증기가 혼합된 혼합 유체로부터 친수기를 생성한다.A bonding apparatus and a bonding method capable of bonding an object to be bonded onto a substrate without using a bonding medium such as an adhesion film and a solder bump are disclosed. A bonding method according to an embodiment of the present invention is a bonding method of bonding an object to be bonded onto a substrate, comprising: hydrophilizing a bonding surface of the object to be bonded onto the substrate by atmospheric pressure plasma treatment; Forming a water film on the bonding area by supplying a liquid containing water to a bonding area on the substrate to be bonded to the bonding object; And temporarily bonding the bonding object on the substrate by contacting the bonding object on the water film and bonding force between the hydrophilized bonding surface of the bonding object and the water film. In the step of hydrophilizing, a hydrophilic group is generated from a mixed fluid in which a process gas and water vapor are mixed by atmospheric pressure plasma treatment.

Description

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

본 발명은 기판 상에 접합 대상을 본딩하는 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.The present invention relates to a bonding apparatus and a bonding method for bonding an object to be bonded onto a substrate, and more particularly, a die is attached to a substrate without using a bonding medium including an adhesion film and a solder bump. It relates to a bonding apparatus and a bonding method capable of bonding or bonding substrates.

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, a 3D package technology in which semiconductor devices are three-dimensionally stacked is drawing attention. Typically, a technology for commercializing a 3D integrated circuit using a through silicon via (TSV) is being studied. The 3D semiconductor can be manufactured through a die bonding process in which TSV dies are stacked and bonded.

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 are diagrams showing a conventional die bonding process. Referring to FIG. 1, in order to bond the TSV die 3 onto the master wafer 1, the lower bonding surface of the TSV chip 3a is an adhesion film (adhesion film) ( 3b) and a solder bump 3c are provided. The TSV die 3 with the bonding film 3b and the solder bump 3c is transferred to the top of the master wafer 1 by the bonding head 4 and aligned to the bonding position, and then the top surface of the master wafer 1 Alternatively, it is placed 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, through a temporary bonding process in which the TSV die 3 is pressed and heated on the master wafer 1 by the bonding head 4, the TSV die 3 is 1 on the master wafer 1 The car is spliced. For the temporary bonding of the TSV die 3, the bonding head 4 has means for pressing and heating the TSV die 3 onto the master wafer 1. When the TSV die 3 is temporarily bonded onto the master wafer 1, a main bonding process of curing the bonding film 3b and the solder bump 3c by heat-treating and pressing the TSV die 3 at a high temperature is performed, The TSV die 3 is completely bonded onto the master wafer 1 by thermocompression bonding via the bonding film 3b and the solder bump 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 laminated one by one on the master wafer 1 by going through stacking, temporary bonding, and main bonding processes. In the conventional die bonding method, each time the dies are bonded one by one, the die is pressed and heated using the bonding head 4, and the die is thermally fused by high-temperature heat treatment. Accordingly, 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, which is the distance between TSVs, gradually becomes finer, when high-temperature/high-load bonding is performed to completely bond the stacked TSV dies, the solder bumps are swept and connected to the surrounding solder bumps. A defect causing a short circuit may occur. Accordingly, it is becoming difficult to use a bonding medium. In order to prevent this, the size of the solder bump must be gradually made smaller, which has a physical limitation and cannot be a complete countermeasure. In addition, in the conventional die bonding method, as the master wafer and the TSV chip become thinner, damage such as cracks may occur on the TSV chip and the master wafer during a high-temperature/high-load main bonding process.

본 발명은 접합 필름(adhesion film)과 솔더 범프(solder bump)와 같은 접합 매개체를 이용하지 않고 기판 상에 접합 대상을 접합할 수 있는 본딩 장치 및 본딩 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a bonding apparatus and bonding method capable of bonding an object to be bonded onto a substrate without using a bonding medium such as an adhesion film and a solder bump.

또한, 본 발명은 효율적으로 다이를 기판에 접합하거나 기판들을 접합할 수 있고, 다이 또는 기판의 가접합 및 본접합에 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 bonding method capable of efficiently bonding a die to a substrate or bonding substrates, and shortening a process time required for temporary bonding and main bonding of a die or substrate.

본 발명의 일 측면에 따른 본딩 방법은 기판 상에 접합 대상을 접합하는 본딩 방법에 있어서, 상기 기판 상에 접합될 상기 접합 대상의 접합면을 대기압 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 단계; 상기 접합 대상과 접합될 상기 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 접합 영역 상에 수막을 형성하는 단계; 및 상기 접합 대상을 상기 수막 상에 접촉시켜 상기 접합 대상의 친수화된 접합면과 상기 수막 간의 접합력에 의해 상기 기판 상에 상기 접합 대상을 가접합하는 단계를 포함한다. 상기 친수화하는 단계는 대기압 플라즈마 처리에 의해 공정 가스와 수증기가 혼합된 혼합 유체로부터 친수기를 생성한다.A bonding method according to an aspect of the present invention is a bonding method for bonding an object to be bonded onto a substrate, the method comprising: hydrophilizing a bonding surface of the object to be bonded onto the substrate by atmospheric pressure plasma treatment; Forming a water film on the bonding area by supplying a liquid containing water to a bonding area on the substrate to be bonded to the bonding object; And temporarily bonding the bonding object on the substrate by contacting the bonding object on the water film and bonding force between the hydrophilized bonding surface of the bonding object and the water film. In the step of hydrophilizing, a hydrophilic group is generated from a mixed fluid in which a process gas and water vapor are mixed by atmospheric pressure plasma treatment.

상기 친수화하는 단계는, 상기 공정 가스를 공급하는 단계와; 캐리어 가스의 버블링에 의해 물을 기포화시켜 상기 수증기를 생성하는 단계와; 상기 공정 가스와 상기 수증기를 혼합하여 상기 혼합 유체를 생성하는 단계와; 상기 혼합 유체를 대기압 플라즈마 장치에 주입하여 수산화기를 포함하는 상기 친수기를 생성하는 단계; 및 상기 접합 대상의 접합면에 상기 친수기를 부착시키는 단계를 포함할 수 있다.The step of hydrophilizing may include supplying the process gas; Generating the water vapor by bubbling the carrier gas to bubble water; Mixing the process gas and the water vapor to generate the mixed fluid; Injecting the mixed fluid into an atmospheric pressure plasma device to generate the hydrophilic group including a hydroxyl group; And attaching the hydrophilic group to the bonding surface of the bonding object.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은 본딩 헤드에 의해 지지 유닛 상에 지지된 상기 접합 대상을 픽업하여 본딩 스테이지 상에 지지된 상기 기판의 상부 영역으로 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 친수화하는 단계는, 상기 본딩 헤드에 의해 상기 접합 대상이 상기 지지 유닛으로부터 상기 본딩 스테이지로 이송되는 동안, 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 마련된 상기 대기압 플라즈마 장치에 의해 상기 접합 대상의 접합면을 친수화할 수 있다.The bonding method according to an embodiment of the present invention may further include the step of picking up the bonding object supported on the support unit by the bonding head and transferring it to the upper region of the substrate supported on the bonding stage. The step of hydrophilizing may include a bonding surface of the bonding object by the atmospheric pressure plasma device provided between the supporting unit and the bonding stage while the bonding object is transferred from the supporting unit to the bonding stage by the bonding head. Can be hydrophilic.

상기 접합 대상의 접합면에 상기 친수기를 부착시키는 단계는, 상기 대기압 플라즈마 장치의 상부에 상기 친수기를 포함하는 플라즈마 영역을 형성하는 단계; 및 상기 플라즈마 영역에 상기 접합 대상을 통과시켜 상기 접합 대상을 이동시키면서 상기 친수기를 상기 접합면에 부착시키는 단계를 포함할 수 있다.The step of attaching the hydrophilic group to the bonding surface of the bonding target may include: forming a plasma region including the hydrophilic group on the atmospheric pressure plasma device; And attaching the hydrophilic group to the bonding surface while moving the bonding target by passing the bonding target through the plasma region.

상기 접합 대상의 접합면에 상기 친수기를 부착시키는 단계는, 상기 접합 대상이 상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 단계; 상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하는 단계; 및 상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생하는 단계를 포함할 수 있다.Attaching the hydrophilic group to the bonding surface of the bonding target may include: detecting whether the bonding target is located within a plasma processing section of the atmospheric pressure plasma device; Stopping the operation of the atmospheric pressure plasma device when the bonding object is not located within the plasma processing section; And generating plasma by operating the atmospheric pressure plasma device when the bonding object is located within the plasma processing section.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은 상기 대기압 플라즈마 장치를 상기 접합 대상의 이송 방향을 따라 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 이동시키는 단계는, 상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간에서 이동하는 동안 상기 접합 대상의 이송 속도와 같거나 상기 접합 대상의 이송 속도보다 낮은 속도로 상기 대기압 플라즈마 장치를 이동시킬 수 있다.The bonding method according to an embodiment of the present invention may further include moving the atmospheric pressure plasma device along a transport direction of the bonding object. The moving may include moving the atmospheric pressure plasma device at a speed equal to or lower than a transfer speed of the bonding object while the bonding object is moving in the plasma treatment section.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은 상기 기판 상에 상기 접합 대상이 가접합된 상태로 열처리하여 상기 접합 대상을 상기 기판 상에 접합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The bonding method according to an embodiment of the present invention may further include the step of bonding the bonding target on the substrate by heat treatment in a state in which the bonding target is temporarily bonded on the substrate.

본 발명의 다른 측면에 따른 본딩 장치는 기판 상에 접합 대상을 접합하기 위한 본딩 장치에 있어서, 상기 기판 상에 접합될 상기 접합 대상의 접합면을 대기압 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 플라즈마 처리부; 상기 접합 대상과 접합될 상기 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 접합 영역 상에 수막을 형성하는 웨팅 장치; 및 상기 플라즈마 처리부에 의해 친수화된 접합 대상을 이송하여 상기 접합 대상을 상기 기판 상에 형성된 상기 수막 위에 가접합하는 본딩 헤드를 포함한다. 상기 플라즈마 처리부는 대기압 플라즈마 처리에 의해 공정 가스와 수증기가 혼합된 혼합 유체로부터 친수기를 생성한다.A bonding apparatus according to another aspect of the present invention is a bonding apparatus for bonding a bonding object onto a substrate, comprising: a plasma processing unit that hydrophilizes a bonding surface of the bonding object to be bonded on the substrate by atmospheric pressure plasma treatment; A wetting device for forming a water film on the bonding area by supplying a liquid containing water to a bonding area on the substrate to be bonded to the bonding object; And a bonding head for transferring the bonding object hydrophilized by the plasma processing unit to temporarily bond the bonding object onto the water film formed on the substrate. The plasma processing unit generates a hydrophilic group from a mixed fluid in which process gas and water vapor are mixed by atmospheric pressure plasma processing.

상기 플라즈마 처리부는, 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부; 캐리어 가스를 물을 포함하는 용액에 통과시켜 기포화에 의해 수증기를 발생시키는 수증기 공급부; 상기 공정 가스와 상기 수증기를 혼합하여 상기 혼합 유체를 생성하는 혼합부; 및 상기 혼합 유체를 공급받아 대기압 플라즈마 처리에 의해 수산화기를 포함하는 상기 친수기를 생성하는 대기압 플라즈마 장치를 포함할 수 있다.The plasma processing unit may include a process gas supply unit for supplying a process gas; A water vapor supply unit for generating water vapor by bubbling by passing a carrier gas through a solution containing water; A mixing unit configured to generate the mixed fluid by mixing the process gas and the steam; And an atmospheric pressure plasma device receiving the mixed fluid and generating the hydrophilic group including a hydroxyl group by atmospheric pressure plasma treatment.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 장치는 상기 접합 대상을 지지하는 지지 유닛과, 상기 기판을 지지하는 본딩 스테이지를 더 포함할 수 있다. 상기 본딩 헤드는 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 이동 가능하게 제공될 수 있다. 상기 대기압 플라즈마 장치는 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이의 상기 본딩 헤드의 직선 상의 이동 경로 상에 배치될 수 있다.A bonding apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a support unit supporting the bonding object and a bonding stage supporting the substrate. The bonding head may be provided to be movable between the support unit and the bonding stage. The atmospheric pressure plasma device may be disposed on a linear movement path of the bonding head between the support unit and the bonding stage.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 장치는 상기 접합 대상이 상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 감지부; 및 상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하고, 상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.A bonding apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a sensing unit that detects whether the bonding object is located within a plasma processing section of the atmospheric pressure plasma apparatus; And a control unit configured to stop the operation of the atmospheric pressure plasma device when the bonding target is not located within the plasma processing section, and operate the atmospheric pressure plasma device when the bonding target is located within the plasma processing section to generate plasma. Can include.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 장치는 상기 대기압 플라즈마 장치를 상기 접합 대상의 이송 방향을 따라 이동시키는 이송 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 이송 장치는 상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간에서 이동하는 동안 상기 접합 대상의 이송 속도와 같거나 상기 접합 대상의 이송 속도보다 낮은 속도로 상기 대기압 플라즈마 장치를 이동시킬 수 있다.The bonding apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a transfer apparatus for moving the atmospheric pressure plasma apparatus along a transfer direction of the bonding object. The transfer device may move the atmospheric pressure plasma device at a speed equal to or lower than a transfer speed of the bonding target while the bonding target moves in the plasma treatment section.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 장치는 상기 기판 상에 상기 접합 대상이 가접합된 상태로 열처리하여 상기 접합 대상을 상기 기판 상에 접합시키는 열처리 유닛을 더 포함할 수 있다.The bonding apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a heat treatment unit for bonding the bonding target to the substrate by heat treatment in a state in which the bonding target is temporarily bonded on the substrate.

본 발명의 실시예에 의하면, 접합 필름(adhesion film)과 솔더 범프(solder bump)와 같은 접합 매개체를 이용하지 않고 기판 상에 접합 대상을 접합할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an object to be bonded can be bonded to a substrate without using a bonding medium such as an adhesion film and a solder bump.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 효율적으로 다이를 기판에 접합하거나 기판들을 접합할 수 있고, 다이 또는 기판의 가접합 및 본접합에 소요되는 공정 시간을 단축시킬 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, it is possible to efficiently bond a die to a substrate or bond substrates, and shorten a process time required for temporary bonding and main bonding of the die or substrate.

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 effect of the present invention is not limited to the above-described effects. Effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill 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 9a는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 플라즈마 처리부를 보여주는 도면이다.
도 9b는 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.1 to 3 are diagrams showing 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 schematic side view of a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic plan view of a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a plan view schematically showing an arrangement of a support unit, an atmospheric pressure plasma device, and a bonding stage constituting 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.
9A is a view showing a plasma processing unit constituting a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
9B is a cross-sectional view schematically showing 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 apparatus constituting the die bonding apparatus according to the embodiment of the present invention.
14 is a diagram illustrating a temporary bonding of a plurality of dies on a substrate according to an embodiment of the present invention.
15 to 19 are conceptual diagrams 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.

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. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Therefore, the shape of the element in the drawings has been exaggerated to emphasize a clearer description.

본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은 공정 가스와 수증기의 혼합 유체를 대기압 플라즈마 장치로 주입시켜 대기압 플라즈마 처리에 의해 접합 대상의 접합면을 친수화하는 단계와, 본딩 스테이지 상에 지지된 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체(예를 들어, 순수)를 공급하여 수막(액막)을 형성하는 단계와, 본딩 헤드에 의해 접합 대상의 친수화된 접합면을 기판 상의 수막에 접촉시켜 접합 대상의 접합면과 수막 간의 접합력에 의해 접합 대상을 기판 상에 가접합하는 단계와, 기판 상에 접합 대상이 가접합된 상태로 열처리하여 접합 대상을 기판 상에 본접합하는 단계를 포함한다. 기판(제1 기판) 상에 접합되는 접합 대상은 예를 들어, 다이 또는 제2 기판일 수 있다.The bonding method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of injecting a mixed fluid of process gas and water vapor into an atmospheric pressure plasma device to hydrophilize the bonding surface of the bonding object by atmospheric pressure plasma treatment, and bonding on a substrate supported on the bonding stage. A step of forming a water film (liquid film) by supplying a liquid containing water (for example, pure water) to the region, and bonding the object to be joined by contacting the water film on the substrate with the hydrophilized joint surface of the object to be joined by the bonding head Temporarily bonding the object to be bonded onto the substrate by the bonding force between the surface and the water film, and subjecting the object to be bonded to the substrate by performing heat treatment in a state in which the object to be bonded is temporarily bonded on the substrate. The bonding object to be bonded onto the substrate (first substrate) may be, for example, a die or a second substrate.

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 an embodiment of the present invention, it is possible to bond a substrate to a die (eg, TSV die), or between substrates without using a bonding medium such as an adhesion film and a solder bump. . Accordingly, defects such as a sweep of a solder bump and a short circuit can be prevented when manufacturing a semiconductor having a fine I/O pitch. In addition, it is possible to reduce the time required for the bonding process since the main bonding process can be performed in units of the substrate without going through the main bonding process every time the dies are bonded.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 공정 가스와 수증기의 혼합 유체를 대기압 플라즈마 장치로 주입시켜 수산화기를 포함하는 친수기를 생성함으로써, 친수기의 발생량을 증대시켜 접합 대상의 접합면을 효율적으로 친수화할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 접합 대상을 본딩 스테이지로 이송하는 동안 플라잉 타입(flying type)으로 접합 대상의 하면(접합면)을 대기압 플라즈마 처리하여 친수화할 수 있어, 접합 대상의 가접합을 위한 친수화 처리(대기압 플라즈마)에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 또한, 기판 상에 수막을 형성하는 웨팅(wetting) 공정을 접합 대상의 이송 중에 실시하면, 반도체 생산성을 보다 높일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by injecting a mixed fluid of a process gas and water vapor into an atmospheric pressure plasma device to generate a hydrophilic group containing a hydroxyl group, the amount of hydrophilic groups is increased, thereby effectively hydrophilizing the bonding surface of the bonding object. I can. In addition, according to an embodiment of the present invention, while the object to be joined is transferred to the bonding stage, the lower surface (the joint surface) of the object to be joined can be treated with atmospheric pressure plasma in a flying type to make it hydrophilic. It is possible to reduce the time required for hydrophilization treatment (atmospheric pressure plasma). In addition, if a wetting process of forming a water film on the substrate is performed during the transfer of the bonding object, semiconductor productivity can be further increased.

본 발명의 명세서에서 '기판 상'에 다이를 접합하는 것은, 기판의 상면에 직접 다이를 접합하는 것 뿐 아니라, 기판에 가접합되어 있는 하나의 다이의 상면에 다이를 접합하거나, 또는 기판에 복수층으로 적층되어 가접합된 다이들 중 가장 상층에 적층된 다이의 상면에 다이를 접합하는 것을 포함한다. 또한, '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.In the specification of the present invention, bonding the die to the'on the substrate' is not only directly bonding the die to the upper surface of the substrate, but also bonding the die to the upper surface of one die temporarily bonded to the substrate, or It includes bonding the die to the upper surface of the die stacked on the top layer among the die stacked in layers and temporarily bonded. In addition, forming a liquid film by spraying a liquid such as pure water on the'substrate' includes 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. do.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 방법의 흐름도이다. 도 4를 참조하여 설명하면, 반도체 웨이퍼 상에 제작된 다이들을 분리하는 다이싱(dicing) 공정이 수행되고, 본딩 헤드(bonding head)에 의해 다이를 픽업하여 기판(마스터 웨이퍼)이 지지된 본딩 스테이지(bonding stage) 측으로 이송한다(S10).4 is a flowchart of a die bonding method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, a dicing process for separating dies fabricated on a semiconductor wafer is performed, and a bonding stage in which a substrate (master wafer) is supported by picking up the die by a bonding head. Transfer to the (bonding stage) side (S10).

본딩 헤드에 의해 다이를 본딩 스테이지 측으로 이송하는 중에 다이의 접합면(하면)을 대기압 플라즈마에 의해 친수화한다(S20). 다이의 접합면은 본딩 스테이지 측으로 이송하는 동안 대기압 플라즈마 장치에 의해 형성되는 친수기(수산화기 등의 친수성 라디컬)에 의해 친수화된다. 대기압 플라즈마 장치는 대기압 플라즈마 처리에 의해 공정 가스와 수증기의 혼합 유체로부터 친수기를 발생시킬 수 있다. 플라잉 타입의 대기압 플라즈마 처리를 위하여, 대기압 플라즈마 장치는 다이의 이송 경로 중에 플라즈마 영역을 형성할 수 있다.While the die is transferred to the bonding stage side by the bonding head, the bonding surface (lower surface) of the die is made hydrophilic by atmospheric plasma (S20). The bonding surface of the die is hydrophilized by hydrophilic groups (hydrophilic radicals such as hydroxyl groups) formed by the atmospheric pressure plasma device while being transferred to the bonding stage side. The atmospheric pressure plasma device can generate a hydrophilic group from a mixed fluid of process gas and water vapor by atmospheric pressure plasma treatment. For the flying type atmospheric pressure plasma treatment, the atmospheric pressure plasma device may form a plasma region in the transfer path of the die.

다이가 본딩 스테이지로 이송되는 동안, 웨팅 장치는 본딩 스테이지의 상부 영역으로 이동하여 본딩 스테이지 상에 지지된 기판 상의 다이가 접합될 접합 영역에 물을 포함하는 액체를 공급하여 기판 상의 접합 영역에 수막(액막)을 형성한다(S30). 기판 상의 접합 영역에 공급되는 액체는 예를 들어 순수(DIW; Deionized Water)일 수 있다. 기판 상의 접합 영역에 액막이 공급되면, 본딩 헤드가 다이를 기판 상의 접합 영역으로 진입할 수 있도록, 웨팅 장치는 본딩 스테이지의 상부 영역으로부터 이동하여 대기 위치로 후퇴한다.While the die is being transferred to the bonding stage, the wetting device moves to the upper area of the bonding stage and supplies a liquid containing water to the bonding area where the die on the substrate supported on the bonding stage is to be bonded to the bonding area on the substrate. A liquid film) is formed (S30). The liquid supplied to the bonding area on the substrate may be, for example, deionized water (DIW). When the liquid film is supplied to the bonding area on the substrate, the wetting device moves from the upper area of the bonding stage and retracts to the standby position so that the bonding head can enter the bonding area on the substrate.

기판 상의 접합 영역에 액막이 형성되면, 본딩 헤드는 본딩 스테이지의 상부 영역으로 이동한 후, 다이의 접합면이 기판 상의 액막에 접촉되도록 다이를 하강시킨다. 다이의 접합면이 기판 상의 액막에 접촉되면, 다이를 가압하거나 승온하지 않더라도, 다이의 친수화된 접합면과 액막 간의 접합력(수소 결합력)에 의해 다이가 기판 상에 가접합(pre bonding)된다(S40).When the liquid film is formed in the bonding region on the substrate, the bonding head moves to the upper region of the bonding stage and lowers the die so that the bonding surface of the die contacts the liquid film on the substrate. When the bonding surface of the die contacts the liquid film on the substrate, even if the die is not pressed or heated, the die is pre-bonded on the substrate due to the bonding force (hydrogen bonding force) between the hydrophilized bonding surface of the die and the liquid film ( S40).

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 열처리 챔버로 이송하여 고온 열처리(annealing)하여 기판 단위로 다이들을 동시에 본접합(post bonding)한다(S50).The bonding head returns to the side of the diced semiconductor wafer again, picks up a new die to be subsequently bonded, and repeats the above process. When the dies are temporarily bonded on the substrate, the substrate to which the dies are temporarily bonded is transferred to a heat treatment chamber and subjected to high-temperature heat treatment (annealing) to simultaneously post bond the dies in a substrate unit (S50).

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 처리부(170), 웨팅(wetting) 장치(180) 및 열처리 유닛(도시 생략)를 포함한다.5 is a schematic side view of a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 6 is a schematic plan view of a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 5 and 6, the die bonding apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a support unit 110, a bonding stage 120, a bonding head 140, a plasma processing unit 170, and wetting. ) Device 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)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 in which dies are diced. The bonding stage 120 supports the substrate MW. The support unit 110 and the bonding stage 120 may include a chuck for supporting the semiconductor wafer W and the substrate MW. The bonding head 140 is provided to pick up the 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 on the frame 130 supported by the support parts 134. Hereinafter, the direction from the support unit 110 toward the bonding stage 120 is referred to as a first direction (X), and perpendicular to the first direction (Y) on a plane parallel to the semiconductor wafer (W) and the substrate (MW). The direction is referred to as the second direction (Y), and the vertical direction perpendicular to both the first direction (X) and the second direction (Y) is referred to as the third direction (Z).

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 transfer rail 132 is 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. A passage 136 for transferring the bonding head 140 is formed in the frame 130. The bonding head 140 is supported by a pair of transfer rails 132 provided on both sides of the passage 136 formed in the frame 130 and can be 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 upward and downward in the third direction Z by the lifting unit 140a mounted on the carriage 142. The bonding head 140 includes a ground plate 144 at the lower end. The bonding head 140 may pick up the die on the semiconductor wafer W by a method such as vacuum suction. When the bonding head 140 picks up the die, the inspection unit 150 installed in the frame 130 performs a position inspection on the die picked up by the bonding head 140. All. The inspection unit 150 may inspect the position of the die based on a 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 처리부(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 installed 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 processing unit 170. The cleaning unit 160 may be a cleaning device in which an air injection unit, a vacuum suction unit, and an ionizer are combined. In order to improve the process speed, the cleaning unit 160 performs a cleaning process while the die picked up by the bonding head 140 is moving.

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 9a는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 플라즈마 처리부를 보여주는 도면이다. 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 대기압 플라즈마 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.7 is a plan view schematically showing an arrangement of a support unit, an atmospheric pressure plasma device, and a bonding stage constituting 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. 9A is a view showing a plasma processing unit constituting a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 9B is a cross-sectional view schematically showing an atmospheric pressure plasma apparatus constituting a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7 내지 도 9b를 참조하면, 플라즈마 처리부(170)는 다이(D)의 이송 경로(DP) 상에서, 지지 유닛(110)과 본딩 스테이지(120)의 사이에 설치될 수 있다. 플라즈마 처리부(170)는 본딩 헤드(140)에 의해 이송 중인 다이(D)의 접합면을 대기압 플라즈마 처리하여 친수화한다. 플라즈마 처리부(170)는 상부에 친수성 라디컬(친수기)을 포함하는 플라즈마 영역(P)을 형성한다. 플라즈마 영역(P)은 다이(D)의 이송 경로(DP)와 중첩되게 형성될 수 있다.7 to 9B, the plasma processing unit 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 processing unit 170 performs atmospheric pressure plasma treatment on the bonding surface of the die D being transferred by the bonding head 140 to make it hydrophilic. The plasma processing unit 170 forms a plasma region P including a hydrophilic radical (hydrophilic group) thereon. The plasma region P may be formed to overlap the transfer path DP of the die D.

플라즈마 처리부(170)는 대기압 플라즈마 장치(172), 공정 가스 공급부(173), 수증기 공급부(174) 및 혼합부(175)를 포함할 수 있다. 대기압 플라즈마 장치(172), 공정 가스 공급부(173), 수증기 공급부(174) 및 혼합부(175)는 지지대(171) 상에 지지될 수 있다.The plasma processing unit 170 may include an atmospheric pressure plasma device 172, a process gas supply unit 173, a steam supply unit 174, and a mixing unit 175. The atmospheric pressure plasma device 172, the process gas supply unit 173, the steam supply unit 174 and the mixing unit 175 may be supported on the support 171.

공정 가스 공급부(173)는 공정 가스를 혼합부(175)로 공급한다. 공정 가스는 예를 들어, 아르곤, 산소, 질소 등의 가스일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 공정 가스 공급부(173)는 가스 저장부(173a)에 저장된 공정 가스를 공정가스 공급라인(173b)을 통해 혼합부(175)로 공급할 수 있다. 혼합부(175)로 공급되는 공정 가스의 유량은 공정가스 유량 제어부(173c)에 의해 제어될 수 있다.The process gas supply unit 173 supplies the process gas to the mixing unit 175. The process gas may be, for example, argon, oxygen, nitrogen, or the like, but is not limited thereto. The process gas supply unit 173 may supply the process gas stored in the gas storage unit 173a to the mixing unit 175 through the process gas supply line 173b. The flow rate of the process gas supplied to the mixing unit 175 may be controlled by the process gas flow rate control unit 173c.

수증기 공급부(174)는 캐리어 가스(carrier gas)를 물을 포함하는 용액에 통과시켜 기포화에 의해 수증기를 발생시킨다. 캐리어 가스는 예를 들어, 아르곤, 산소, 질소 등의 가스일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 수증기 공급부(174)는 캐리어 가스 저장부(174a)에 저장된 캐리어 가스를 캐리어 가스 공급라인(174b)을 통해 액체 용기(174d) 내의 용액(174e)으로 주입한다. 액체 용기(174d) 내에 공급되는 캐리어 가스의 유량은 캐리어가스 유량 제어부(174c)에 의해 제어될 수 있다. 캐리어 가스의 버블링에 의해 액체 용기(174d) 내의 물이 기포화되어 수증기가 발생하고, 수증기는 수증기 공급라인(174f)을 통해 혼합부(175)로 공급된다.The water vapor supply unit 174 passes a carrier gas through a solution containing water to generate water vapor by bubbling. The carrier gas may be, for example, argon, oxygen, nitrogen, or the like, but is not limited thereto. The water vapor supply unit 174 injects the carrier gas stored in the carrier gas storage unit 174a into the solution 174e in the liquid container 174d through the carrier gas supply line 174b. The flow rate of the carrier gas supplied into the liquid container 174d may be controlled by the carrier gas flow rate control unit 174c. By bubbling of the carrier gas, water in the liquid container 174d is bubbled to generate water vapor, and the water vapor is supplied to the mixing unit 175 through the water vapor supply line 174f.

혼합부(175)는 공정가스 공급라인(173b)을 통해 공급되는 공정 가스와, 수증기 공급라인(174f)을 통해 공급되는 수증기를 혼합하여 공정가스/수증기 혼합 유체를 생성하고, 혼합 유체를 대기압 플라즈마 장치(172) 내에 주입한다. 대기압 플라즈마 장치(172)는 혼합부(175)로부터 혼합 유체를 공급받아 대기압 플라즈마 처리에 의해 수산화기를 포함하는 친수기를 생성한다.The mixing unit 175 generates a process gas/steam mixed fluid by mixing the process gas supplied through the process gas supply line 173b and the steam supplied through the steam supply line 174f, and converts the mixed fluid into atmospheric plasma. Inject into device 172. The atmospheric pressure plasma device 172 receives the mixed fluid from the mixing unit 175 and generates a hydrophilic group including a hydroxyl group by atmospheric pressure plasma treatment.

대기압 플라즈마 장치(172)의 본체 내에는 혼합부(175)로부터 공급된 공정가스/수증기 혼합 유체를 상부 공간으로 이송하기 위한 이송 통로(172a)가 형성된다. 대기압 플라즈마 장치(172)는 이의 본체 내에 공급된 공정가스/수증기 혼합 유체를 RF 전원에 의해 여기시켜 플라즈마를 형성할 수 있다. 대기압 플라즈마 장치(172)의 RF 전원 공급부(176b)에서 공급되는 RF 전원은 절연체(178)에 의해 절연된 전극(176a)으로 인가된다.A transfer passage 172a for transferring the mixed process gas/steam fluid supplied from the mixing unit 175 to the upper space is formed in the body of the atmospheric pressure plasma device 172. The atmospheric pressure plasma device 172 may generate plasma by exciting the process gas/water vapor mixture fluid supplied in its main body by RF power. The RF power supplied from the RF power supply unit 176b of the atmospheric pressure plasma device 172 is applied to the insulated electrode 176a by the insulator 178.

대기압 플라즈마 장치(172)의 상부측 공간에는 RF 전원에 의해 여기된 플라즈마 가스를 플라즈마 영역(P)에 형성하기 위한 개구(172b)가 형성된다. 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. 대기압 플라즈마 장치(172)는 감지부(178a)와 제어부(178b)에 의해 작동 상태가 제어될 수 있다.An opening 172b for forming a plasma gas excited by an RF power source in the plasma region P is formed in an upper space of the atmospheric pressure plasma device 172. 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. It can be formed to have. The atmospheric pressure plasma device 172 may be operated in a controlled state by the sensing unit 178a and the control unit 178b.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 대기압 플라즈마 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 7 내지 도 10을 참조하면, 감지부(178a)는 다이(D)가 대기압 플라즈마 장치(172)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 대기압 플라즈마 장치(172)의 작동을 중지하고, 다이(D)가 플라즈마 처리 구간(P2) 내에 위치하는 경우 대기압 플라즈마 장치(172)의 RF 전원 공급부(176b)를 작동시켜 플라즈마를 발생시킬 수 있다.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. 7 to 10, the sensing unit 178a detects whether the die D is located within the plasma processing section P2 of the atmospheric pressure plasma apparatus 172. 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, the atmospheric pressure plasma device 172 is operated. When the die D is stopped and the die D is positioned within the plasma processing section P2, plasma may be generated by operating the RF power supply unit 176b of the atmospheric pressure plasma apparatus 172.

다이(D)가 플라즈마 처리 구간(P2)의 플라즈마 개시 위치(P21)로 진입하는 경우, 제어부(178b)에 의해 대기압 플라즈마 장치(172)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, 대기압 플라즈마 장치(172)의 작동이 중단된다.When the die (D) enters the plasma start position (P21) of the plasma processing section (P2), the operation of the atmospheric pressure plasma device 172 is started by the control unit (178b) and plasma is placed on the transfer path of the die (D). A region P may be formed. When the die D passes the plasma end position P22 of the plasma processing section P2, the atmospheric pressure plasma apparatus 172 is stopped.

다이(D)의 하면(접합면)이 플라즈마 영역(P)을 통과할 수 있도록, 다이(D)와 대기압 플라즈마 장치(172) 간의 상하 간격(G)이 대기압 플라즈마 장치(172)의 상부로 노출된 플라즈마 영역(P)의 두께(T)보다 작도록, 다이(D)의 이송 높이와 대기압 플라즈마 장치(172)의 위치가 결정될 수 있다. 플라즈마 영역(P)은 수 mm 두께로 형성될 수 있으며, 이 경우 다이(D)와 대기압 플라즈마 장치(172) 간의 상하 간격(G)은 플라즈마 영역(P)의 두께보다 작은 수 mm 거리로 설계될 수 있다.The vertical gap (G) between the die (D) and the atmospheric pressure plasma device 172 is exposed to the top of the atmospheric pressure plasma device 172 so that the lower surface (bonding surface) of the die (D) can pass through the plasma region (P). The transfer height of the die D and the position of the atmospheric pressure plasma device 172 may be determined to be smaller than the thickness T of the plasma region P. The plasma region P may be formed to have a thickness of several mm, and in this case, the vertical gap G between the die D and the atmospheric pressure plasma device 172 may be designed to be a distance of several mm smaller than the thickness of the plasma region P. I can.

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, 대기압 플라즈마 장치(172)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, 친수화 상태가 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 plasma, and the bonding surface of the die D is entirely hydrophilic. 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 atmospheric pressure plasma device 172 is longer than necessary, thereby increasing the process cost. In addition, when the plasma processing section P2 is set excessively narrow, the edges of the front and rear ends of the bonding surface of the die D may not be partially hydrophilized or the hydrophilic state may become 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 can be set to a position starting to deviate from (P). The transfer speed of the die D in the plasma treatment section P2 may be set equal to or slower than the transfer speed of the die D before and after the plasma treatment 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.In the case where the bonding surface of the die (D) can be sufficiently hydrophilized even without slowing the transfer speed of the die (D) in the plasma processing section (P2), the die (D) without a change in speed in the plasma processing section (P2) is ) Can be transferred. If the transfer speed of the die (D) is not slowed in the plasma processing section (P2), the bonding head 140 moves in the plasma processing section (P2) when a sufficient hydrophilic effect cannot be obtained on the bonding surface of the die (D). You can slow down the speed. In the case of slowing the transfer speed of the die (D), it is possible to control the moving speed of the bonding head 140 in synchronization with the plasma processing section (P2), and before the die (D) enters the plasma processing section (P2). It is also possible to decelerate the feed speed of the bonding head 140 in advance by a set distance.

본 발명의 실시예에 의하면, 공정 가스와 수증기의 혼합 유체를 대기압 플라즈마 처리에 의해 여기시켜 친수기를 형성하므로, 플라즈마 처리를 위한 별도의 진공 챔버로 이송할 필요가 없어 공정 속도를 향상시킬 수 있으며, 공정 가스만을 여기시켜 친수화 라디컬을 생성하는 경우에 비해 수산화기 발생량을 증대시켜 다이의 접합면을 효율적으로 친수화할 수 있다. 또한, 다이에 수분을 직접 분사하지 않고, 대기압 플라즈마 장치를 이용하여 수산화기를 다이에 부착시키는 방식이므로, 설비 또는 피처리물에 수분으로 인한 영향이 생기는 것도 방지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since the mixed fluid of the process gas and water vapor is excited by atmospheric pressure plasma treatment to form a hydrophilic group, it is not necessary to transfer it to a separate vacuum chamber for plasma treatment, thereby improving the process speed. Compared to the case in which only the process gas is excited to generate hydrophilic radicals, the amount of hydroxyl group generated can be increased, and the bonding surface of the die can be efficiently hydrophilized. In addition, since moisture is not directly sprayed onto the die, but a hydroxyl group is attached to the die using an atmospheric pressure plasma device, it is possible to prevent the effect of moisture on the equipment or the object to be processed.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 구성하는 웨팅 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 웨팅 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. 도 5, 도 6, 도 11 내지 도 13을 참조하면, 웨팅 장치(180)는 다이(D)와 접합될 기판(MW) 상의 접합 영역(BA)에 물을 포함하는 액체(DIW)를 공급하여 접합 영역(BA) 상에 액막(수막)을 형성한다. 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 액막을 형성하는 웨팅 처리를 할 수 있다.11 to 13 are views for explaining the operation of the wetting apparatus constituting the die bonding apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 11 shows a state in which the wetting device 180 is located in the retracted area, and FIG. 12 is an upper area of the bonding area BA for the wetting device 180 to perform a wetting treatment on the bonding area BA on the substrate MW. Indicates the state located at. 5, 6, and 11 to 13, the wetting device 180 supplies a liquid DIW containing water to the bonding area BA on the substrate MW to be bonded to the die D. A liquid film (water film) is formed on the bonding area BA. In an embodiment, the wetting device 180 may be provided as a jetting type patterning device in which a piezo is applied to form a liquid film on the bonding area BA by spraying pure water. While the die D is transferred from the support unit 110 to the bonding stage 120, the wetting device 180 may perform a wetting process to form a liquid film locally on the bonding area BA on the substrate MW. .

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 transferred between the upper area of the bonding stage 120 along the transfer rail 132 and the retracted area away from the bonding stage 120. The wetting device 180 may be moved along the first direction X by a 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 on the moving unit 182.

웨팅 장치(180)에 의해 기판(MW) 상의 접합 영역에 액막(DL)이 형성되면, 도 13에 도시된 바와 같이, 웨팅 장치(180)가 기판(MW) 상의 접합 영역(BA)에 웨팅 처리한 후 후퇴 영역으로 이동하고, 본딩 헤드(140)가 다이(D)를 기판(MW) 상의 접합 영역(BA)으로 이동시킨다. 다이(D)가 접합 영역(BA) 상에 접촉된 상태에서 본딩 헤드(140)가 다이(D)의 픽업을 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 liquid film DL is formed in the bonding region on the substrate MW by the wetting device 180, as shown in FIG. 13, the wetting apparatus 180 is subjected to a wetting treatment on the bonding region BA on the substrate MW. After doing so, it moves to the retraction area, and the bonding head 140 moves the die D to the bonding area BA on the substrate MW. When the bonding head 140 releases the pickup of the die D while the die D is in contact with the bonding area BA, the die D is stacked on the substrate MW and the die D The die (D) is temporarily bonded by the bonding force (hydrogen bonding force) between the hydrophilic bonding surface of and the liquid film DL.

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.Referring back to FIGS. 5 and 6, the alignment inspection unit 190 recognizes the positions of the die D and the substrate MW based on a vision for aligning the die D and the substrate MW, The bonding 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 on the frame 130. Based on the positions of the die D and the substrate MW, the pure application position of the wetting apparatus 180 and the alignment position of the die D and the substrate MW may be controlled. The bonding stage 120 may be provided to be movable along the guide rail 122 arranged along the second direction Y. The position of the substrate MW can be adjusted 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 반송 장치(도시 생략)에 의해 열처리 유닛(도시 생략)으로 이송된다. 열처리 유닛은 다수의 다이(D)가 가접합된 기판(MW)을 고온, 고압 분위기에서 열처리하여 다수의 다이(D)를 동시에 기판(MW) 상에 본접합한다. 실시예에서, 기판(MW)과 다이(D)간 또는 다이들 간의 접합 계면을 효과적으로 경화시켜 본접합하기 위하여, 열처리 유닛에서의 열처리는 예를 들어, 300 ~ 350 ℃ 온도, 1.9 ~ 2.5 MPa 압력, 질소 등의 불활성 가스 분위기에서 대략 1시간 정도 수행될 수 있다.14 is a diagram illustrating a temporary bonding of a plurality of dies on a substrate according to an embodiment of the present invention. When a plurality of dies D are temporarily bonded onto a substrate MW by sequentially repeating the process as described above for a plurality of dies D, a substrate MW to which a plurality of dies D are temporarily bonded Silver is transferred to a heat treatment unit (not shown) by a conveying device (not shown). The heat treatment unit performs a heat treatment on the substrate MW to which the plurality of dies D are temporarily bonded in a high temperature and high pressure atmosphere to simultaneously bond the plurality of dies D onto the substrate MW. In the embodiment, in order to effectively harden and bond the bonding interface between the substrate MW and the die D or between the dies, the heat treatment in the heat treatment unit may be performed at a temperature of 300 to 350 °C and a pressure of 1.9 to 2.5 MPa. , May be performed for about 1 hour in an inert gas atmosphere such as nitrogen.

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 반송 유닛(도시 생략)에 의해 본딩 스테이지로 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 diagrams illustrating a die bonding method according to an embodiment of the present invention. First, referring to FIG. 15, a plasma region P is formed on the upper surface of the substrate MW to form the upper surface of the substrate MW as a hydrophilic surface PS1. The substrate MW having a hydrophilic surface PS by plasma treatment may be transferred to the bonding stage by a transfer unit (not shown). In an embodiment, the substrate MW may be a TSV substrate having a through electrode 16 formed on a silicon substrate 14 and having an upper surface excluding the through electrode 16 and insulating films 12 and 18 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, 대기압 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 liquid film DL is formed by performing a wetting treatment for supplying a liquid such as pure water on the bonding region of the substrate MW treated by plasma hydrophilization. Referring to FIG. 17, a die D having a lower surface formed of a hydrophilic surface PS2 by an atmospheric pressure plasma device is stacked on a bonding 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 the insulating films 22 and 28 on the lower surface of the upper surface excluding the through electrode 26.

도 15 내지 도 18을 참조하면, 기판(MW) 위에 다이(D)를 가접합한 후 고온, 고압 분위기로 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. 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, 기판(MW)과 다수의 다이(D)를 한번에 본접합하여 3차원 반도체를 제조할 수 있다.15 to 18, the hydrophilic surface PS1 formed at the interface between the substrate MW and the die D by temporary bonding of the die D on the substrate MW and heat treatment in a high temperature and high pressure atmosphere. , The liquid film DL and the hydrophilic surface PS2 are heated and cured to completely bond the die D onto the substrate MW through the bonding interface BL. 19 is a diagram illustrating that a plurality of dies are stacked and bonded on a substrate according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 19, after sequentially stacking and temporary bonding a plurality of dies D on a substrate MW, a three-dimensional semiconductor is manufactured by main bonding the substrate MW and the plurality of dies D at once. I can.

본 발명의 실시예에 의하면, 대기압 플라즈마 및 순수 분무 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.According to an embodiment of the present invention, TSV dies can be bonded without using a separate bonding medium such as a bonding film or a solder bump through atmospheric plasma and pure spray processes. Therefore, there are no problems such as sweep due to solder bumps, short circuits due to connection with surrounding solder bumps, poor current, etc., and the quality of the semiconductor can be improved, and TSV dies can be joined regardless of the finer I/O pitch. have.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 공정 가스와 수증기의 혼합 유체를 대기압 플라즈마 장치로 주입시켜 수산화기를 포함하는 친수기를 생성함으로써, 친수기의 발생량을 증대시켜 접합 대상의 접합면을 효율적으로 친수화할 수 있다. 또한, 다이의 이송을 중단하지 않은 채로 다이의 접합면을 대기압 플라즈마에 의해 친수화할 수 있고, 동시에 다이의 이송 중에 기판 상의 접합 영역에 순수를 적하하는 웨팅 처리를 행할 수 있어, 다이들의 가접합 공정 또한 매우 빠르게 처리할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by injecting a mixed fluid of a process gas and water vapor into an atmospheric pressure plasma device to generate a hydrophilic group containing a hydroxyl group, the amount of hydrophilic groups is increased, thereby effectively hydrophilizing the bonding surface of the bonding object. I can. In addition, it is possible to hydrophilize the bonding surface of the die by atmospheric pressure plasma without stopping the transfer of the die, and at the same time perform a wetting treatment in which pure water is dropped into the bonding area on the substrate during the transfer of the die. The process can also be processed very 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 처리부(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. Referring to FIGS. 20 and 21, the die bonding apparatus 100 moves the plasma processing unit 170 along the rail 200 arranged in the 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 처리부(170)를 이동시킬 수 있다. 본딩 헤드(140)의 이동 속도(V1)와 플라즈마 처리부(170)의 이동 속도(V2)가 같을 경우, 다이(D)와 플라즈마 처리부(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 transfer device 210 is the same as the transfer speed of the die D (or the moving speed of the bonding head) while the die D is moving in the plasma treatment section, or a speed lower than the transfer speed V1 of the die D The plasma processing unit 170 may be moved. When the moving speed V1 of the bonding head 140 and the moving speed V2 of the plasma processing unit 170 are the same, the relative speed between the die D and the plasma processing unit 170 is 0, and the die D is It is possible to obtain a high hydrophilic effect such as plasma treatment while the die D is stopped while moving toward the bonding stage 120.

플라즈마 처리부(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 처리부(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 처리부(170)에 의해 다이(D)의 접합면에 충분한 친수화 처리를 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In the case of moving the plasma processing unit 170 at a speed lower than the feed rate V1 of the die D, the die D is transferred at a faster rate than the actual feed rate V1 (V1- As V2), it is possible to obtain a hydrophilic effect such as passing through the plasma region P of the plasma processing unit 170. Accordingly, according to the embodiments of FIGS. 20 and 21, it is possible to obtain an effect of sufficiently hydrophilizing the bonding surface of the die D by the plasma processing unit 170 while transferring the die D at high speed. .

도 20 및 도 21에는 플라즈마 처리부(170)가 전체적으로 다이(D)의 이송 방향으로 이송되는 것으로 도시되어 있으나, 공정 가스와 수증기의 공급라인을 유연성 재질로 형성하면, 플라즈마 처리부(170)의 일부, 예를 들어 대기압 플라즈마 장치(172)만 이송시키거나, 대기압 플라즈마 장치(172)와 혼합부(175)만 이송시키는 등의 변형도 가능하다.20 and 21 show that the plasma processing unit 170 as a whole is conveyed in the conveying direction of the die D. However, when the supply line of the process gas and water vapor is formed of a flexible material, a part of the plasma processing unit 170, For example, it is also possible to transfer only the atmospheric pressure plasma device 172 or transfer only the atmospheric pressure plasma device 172 and the mixing unit 175.

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 for the bonding stage 120, the bonding head 140, the wetting device 180, the alignment inspection unit 190, and the conveying device 210, for example, various driving means such as a driving motor, a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder, etc. Can be used. In addition, the driving method is not limited by the illustrated bar, and various driving mechanisms such as a transfer belt, a rack/pinion gear, and a screw gear may be used.

이상에서는 다이를 기판 상에 접합하는 예를 들어 다이 본딩 장치에 대해 설명하였으나, 다이 본딩 장치는 기판과 기판을 접합하는 기판 본딩 장치로도 활용될 수 있다. 기판과 기판을 접합하는 기판 본딩 장치에 있어서는 본딩 헤드에 의해 상부 기판이 지지 유닛으로부터 본딩 스테이지 상에 지지된 하부 기판의 상부 영역으로 이송될 수 있다. 상부 기판의 하면은 지지 유닛에서 본딩 스테이지로 이송되는 동안 플라잉 타입의 대기압 플라즈마 장치에 의해 친수화될 수 있다. 대기압 플라즈마 장치에 의해 형성되는 플라즈마 영역은 제2 방향으로의 길이가 상부 기판의 직경과 같거나 그보다 큰 것이 바람직하다.In the above, for example, a die bonding apparatus for bonding a die onto a substrate has been described, but the die bonding apparatus may also be used as a substrate bonding apparatus for bonding a substrate and a substrate. In a substrate bonding apparatus for bonding a substrate to a substrate, an upper substrate may be transferred from a support unit to an upper region of a lower substrate supported on a bonding stage by a bonding head. The lower surface of the upper substrate may be hydrophilized by a flying type atmospheric pressure plasma device while being transferred from the support unit to the bonding stage. It is preferable that the plasma region formed by the atmospheric pressure plasma device has a length in the second direction equal to or greater than the diameter of the upper substrate.

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 detailed description above is illustrative of the present invention. In addition, the above description shows and describes 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 may be made within the scope of the concept of the invention disclosed in the present specification, the scope equivalent to the disclosed contents, and/or the skill or knowledge of the art. The above-described embodiments describe the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required in the specific application fields and uses of the present invention are possible. Therefore, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiment. In addition, the appended claims should be construed as including other embodiments.

100: 다이 본딩 장치 110: 지지 유닛
120: 본딩 스테이지 130: 프레임
132: 이송 레일 134: 지지부
136: 통로 140: 본딩 헤드
140a: 승강 유닛 142: 캐리지
144: 접지판 150: 검사부
160: 세정 유닛 170: 플라즈마 처리부
171: 지지대 172: 대기압 플라즈마 장치
173: 공정가스 공급부 173a: 가스 저장부
173b: 공정가스 공급라인 173c: 공정가스 유량 제어부
174: 수증기 공급부 174a: 캐리어 가스 저장부
174b: 캐리어 가스 공급라인 174c: 캐리어가스 유량 제어부
174d: 액체 용기 174e: 용액
174f: 수증기 공급라인 175: 혼합부
180: 웨팅 장치 190: 정렬 검사부
200: 레일 210: 이송 장치
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
140a: elevating unit 142: carriage
144: ground plate 150: inspection unit
160: cleaning unit 170: plasma processing unit
171: support 172: atmospheric pressure plasma device
173: process gas supply unit 173a: gas storage unit
173b: process gas supply line 173c: process gas flow control unit
174: steam supply unit 174a: carrier gas storage unit
174b: carrier gas supply line 174c: carrier gas flow control unit
174d: liquid container 174e: solution
174f: steam supply line 175: mixing section
180: wetting device 190: alignment inspection unit
200: rail 210: conveying device
W: semiconductor wafer D: die
MW: Substrate BA: Bonding area
P: plasma region P2: plasma treatment section

Claims (15)

기판 상에 접합 대상을 접합하는 본딩 방법에 있어서,
본딩 헤드에 의해 지지 유닛 상에 지지된 상기 접합 대상을 픽업하여 본딩 스테이지 상에 지지된 상기 기판의 상부 영역으로 이송하는 단계;
상기 기판 상에 접합될 상기 접합 대상의 접합면을 대기압 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 단계;
상기 접합 대상과 접합될 상기 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 접합 영역 상에 수막을 형성하는 단계; 및
상기 접합 대상을 상기 수막 상에 접촉시켜 상기 접합 대상의 친수화된 접합면과 상기 수막 간의 접합력에 의해 상기 기판 상에 상기 접합 대상을 가접합하는 단계를 포함하고,
상기 친수화하는 단계는 대기압 플라즈마 처리에 의해 공정 가스와 수증기가 혼합된 혼합 유체로부터 친수기를 생성하고,
상기 친수화하는 단계는,
상기 본딩 헤드에 의해 상기 접합 대상이 상기 지지 유닛으로부터 상기 본딩 스테이지로 이송되는 동안, 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 마련된 상기 대기압 플라즈마 장치에 의해 상기 접합 대상의 접합면을 친수화하고,
상기 대기압 플라즈마 장치를 상기 접합 대상의 이송 방향을 따라 이동시키는 단계를 더 포함하고,
상기 이동시키는 단계는, 상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간에서 이동하는 동안 상기 접합 대상의 이송 속도와 같거나 상기 접합 대상의 이송 속도보다 낮은 속도로 상기 대기압 플라즈마 장치를 이동시키는 본딩 방법.In a bonding method for bonding a bonding object on a substrate,
Picking up the bonding object supported on the support unit by a bonding head and transferring it to an upper region of the substrate supported on the bonding stage;
Hydrophilizing the bonding surface of the bonding object to be bonded on the substrate by atmospheric pressure plasma treatment;
Forming a water film on the bonding area by supplying a liquid containing water to a bonding area on the substrate to be bonded to the bonding object; And
A step of temporarily bonding the bonding object on the substrate by contacting the bonding object on the water film by a bonding force between the hydrophilized bonding surface of the bonding object and the water film,
In the step of hydrophilizing, a hydrophilic group is generated from a mixed fluid in which process gas and water vapor are mixed by atmospheric pressure plasma treatment,
The step of hydrophilizing,
While the bonding object is transferred from the supporting unit to the bonding stage by the bonding head, the bonding surface of the bonding object is made hydrophilic by the atmospheric pressure plasma device provided between the supporting unit and the bonding stage,
Further comprising the step of moving the atmospheric pressure plasma device along the transport direction of the bonding object,
The moving step includes moving the atmospheric pressure plasma device at a speed equal to or lower than a transport speed of the object to be joined while the object to be joined is moving in the plasma treatment section. 제1항에 있어서,
상기 친수화하는 단계는,
상기 공정 가스를 공급하는 단계와; 캐리어 가스의 버블링에 의해 물을 기포화시켜 상기 수증기를 생성하는 단계와; 상기 공정 가스와 상기 수증기를 혼합하여 상기 혼합 유체를 생성하는 단계와; 상기 혼합 유체를 상기 대기압 플라즈마 장치에 주입하여 수산화기를 포함하는 상기 친수기를 생성하는 단계; 및 상기 접합 대상의 접합면에 상기 친수기를 부착시키는 단계를 포함하는 본딩 방법.The method of claim 1,
The step of hydrophilizing,
Supplying the process gas; Generating the water vapor by bubbling the carrier gas to bubble water; Mixing the process gas and the water vapor to generate the mixed fluid; Injecting the mixed fluid into the atmospheric pressure plasma device to generate the hydrophilic group including a hydroxyl group; And attaching the hydrophilic group to the bonding surface of the bonding object. 삭제delete 제2항에 있어서,
상기 접합 대상의 접합면에 상기 친수기를 부착시키는 단계는,
상기 대기압 플라즈마 장치의 상부에 상기 친수기를 포함하는 플라즈마 영역을 형성하는 단계; 및
상기 플라즈마 영역에 상기 접합 대상을 통과시켜 상기 접합 대상을 이동시키면서 상기 친수기를 상기 접합면에 부착시키는 단계를 포함하는 본딩 방법.The method of claim 2,
Attaching the hydrophilic group to the bonding surface of the bonding object,
Forming a plasma region including the hydrophilic group on the atmospheric pressure plasma device; And
And attaching the hydrophilic group to the bonding surface while moving the bonding object by passing the bonding object through the plasma region. 제2항에 있어서,
상기 접합 대상의 접합면에 상기 친수기를 부착시키는 단계는,
상기 접합 대상이 상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 단계;
상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하는 단계; 및
상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생하는 단계를 포함하는 본딩 방법.The method of claim 2,
Attaching the hydrophilic group to the bonding surface of the bonding object,
Detecting whether the bonding object is located within a plasma processing section of the atmospheric pressure plasma device;
Stopping the operation of the atmospheric pressure plasma device when the bonding object is not located within the plasma processing section; And
And generating plasma by operating the atmospheric pressure plasma device when the bonding object is located within the plasma processing section. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 접합 대상이 가접합된 상태로 열처리하여 상기 접합 대상을 상기 기판 상에 접합시키는 단계를 더 포함하는 본딩 방법.The method of claim 1,
The bonding method further comprising the step of bonding the bonding target on the substrate by heat treatment in a state in which the bonding target is temporarily bonded on the substrate. 기판 상에 접합 대상을 접합하기 위한 본딩 장치에 있어서,
상기 접합 대상을 지지하는 지지 유닛;
상기 기판을 지지하는 본딩 스테이지;
상기 기판 상에 접합될 상기 접합 대상의 접합면을 대기압 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 플라즈마 처리부;
상기 접합 대상과 접합될 상기 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 접합 영역 상에 수막을 형성하는 웨팅 장치; 및
상기 플라즈마 처리부에 의해 친수화된 접합 대상을 이송하여 상기 접합 대상을 상기 기판 상에 형성된 상기 수막 위에 가접합하는 본딩 헤드를 포함하고,
상기 플라즈마 처리부는 대기압 플라즈마 처리에 의해 공정 가스와 수증기가 혼합된 혼합 유체로부터 친수기를 생성하고,
상기 본딩 헤드는, 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 이동 가능하게 제공되고,
상기 플라즈마 처리부는,
상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 위치되어, 상기 본딩 헤드에 의해 상기 접합 대상이 상기 지지 유닛으로부터 상기 본딩 스테이지로 이송되는 동안 상기 접합 대상의 접합면을 친수화하고,
상기 플라즈마 처리부는,
공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급부;
캐리어 가스를 물을 포함하는 용액에 통과시켜 기포화에 의해 수증기를 발생시키는 수증기 공급부;
상기 공정 가스와 상기 수증기를 혼합하여 상기 혼합 유체를 생성하는 혼합부; 및
상기 혼합 유체를 공급받아 대기압 플라즈마 처리에 의해 수산화기를 포함하는 상기 친수기를 생성하는 대기압 플라즈마 장치를 포함하고,
상기 대기압 플라즈마 장치를 상기 접합 대상의 이송 방향을 따라 이동시키는 이송 장치를 더 포함하고,
상기 이송 장치는 상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간에서 이동하는 동안 상기 접합 대상의 이송 속도와 같거나 상기 접합 대상의 이송 속도보다 낮은 속도로 상기 대기압 플라즈마 장치를 이동시키는 본딩 장치.In a bonding apparatus for bonding a bonding object on a substrate,
A support unit supporting the bonding object;
A bonding stage supporting the substrate;
A plasma processing unit that hydrophilizes the bonding surface of the bonding object to be bonded on the substrate by atmospheric pressure plasma treatment;
A wetting device for forming a water film on the bonding area by supplying a liquid containing water to a bonding area on the substrate to be bonded to the bonding object; And
And a bonding head for transferring the bonding object hydrophilized by the plasma processing unit to temporarily bond the bonding object onto the water film formed on the substrate,
The plasma processing unit generates a hydrophilic group from a mixed fluid in which process gas and water vapor are mixed by atmospheric pressure plasma processing,
The bonding head is provided to be movable between the support unit and the bonding stage,
The plasma processing unit,
It is positioned between the support unit and the bonding stage to hydrophilize the bonding surface of the bonding object while the bonding object is transferred from the support unit to the bonding stage by the bonding head,
The plasma processing unit,
A process gas supply unit for supplying a process gas;
A water vapor supply unit for generating water vapor by bubbling by passing a carrier gas through a solution containing water;
A mixing unit configured to generate the mixed fluid by mixing the process gas and the steam; And
An atmospheric pressure plasma device receiving the mixed fluid and generating the hydrophilic group including a hydroxyl group by atmospheric pressure plasma treatment,
Further comprising a transfer device for moving the atmospheric pressure plasma device along the transfer direction of the bonding object,
The transfer device is a bonding device for moving the atmospheric pressure plasma device at a speed equal to or lower than a transfer speed of the bonding object while the bonding object moves in the plasma processing section. 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 접합 대상이 상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 감지부; 및
상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하고, 상기 접합 대상이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생시키는 제어부를 더 포함하는 본딩 장치.The method of claim 9,
A sensing unit that detects whether the bonding object is located within a plasma processing section of the atmospheric pressure plasma device; And
Further comprising a control unit for generating plasma by stopping the operation of the atmospheric pressure plasma device when the bonding object is not located within the plasma processing section, and operating the atmospheric pressure plasma device when the bonding object is located within the plasma processing section Bonding device. 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 접합 대상이 가접합된 상태로 열처리하여 상기 접합 대상을 상기 기판 상에 접합시키는 열처리 유닛을 더 포함하는 본딩 장치.The method of claim 9,
A bonding apparatus further comprising a heat treatment unit for bonding the bonding target onto the substrate by heat treatment in a state in which the bonding target is temporarily bonded on the substrate.
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