KR102225956B1 - 다이 본딩 장치, 기판 본딩 장치, 다이 본딩 방법 및 기판 본딩 방법 - Google Patents

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Abstract

접합 필름(adhesion film)과 솔더 범프(solder bump)와 같은 접합 매개체를 이용하지 않고 기판에 다이를 접합하거나 기판들을 접합할 수 있는 다이 본딩 장치, 기판 본딩 장치, 다이 본딩 방법 및 기판 본딩 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 방법은 기판 상에 다이를 접합하는 다이 본딩 방법에 있어서, 상기 기판 상에 접합될 상기 다이의 접합면을 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 단계; 상기 다이와 접합될 상기 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 접합 영역 상에 액막을 형성하는 단계; 상기 다이를 상기 액막 상에 접촉시켜 상기 다이의 친수화된 접합면과 상기 액막 간의 접합력에 의해 상기 기판 상에 상기 다이를 가접합하는 단계; 및 상기 기판 상에 하나 이상의 다이가 가접합된 상태로 열처리하여 상기 하나 이상의 다이를 동시에 상기 기판 상에 본접합하는 단계;를 포함한다.

Description

다이 본딩 장치, 기판 본딩 장치, 다이 본딩 방법 및 기판 본딩 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BONDING DIE AND SUBSTRATE}
본 발명은 다이 본딩 장치, 기판 본딩 장치, 다이 본딩 방법 및 기판 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 다이 본딩 장치 및 방법, 기판 본딩 장치 및 방법에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명은 접합 필름(adhesion film)과 솔더 범프(solder bump)와 같은 접합 매개체를 이용하지 않고 기판에 다이를 접합하거나 기판들을 접합할 수 있는 다이 본딩 장치, 기판 본딩 장치, 다이 본딩 방법 및 기판 본딩 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 효율적으로 다이를 기판에 접합하거나 기판들을 접합할 수 있고, 다이 또는 기판의 가접합 및 본접합에 소요되는 공정 시간을 단축시킬 수 있는 다이 본딩 장치, 기판 본딩 장치, 다이 본딩 방법 및 기판 본딩 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 다이 본딩 방법은 기판 상에 다이를 접합하는 다이 본딩 방법에 있어서, 상기 기판 상에 접합될 상기 다이의 접합면을 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 단계; 상기 다이와 접합될 상기 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 접합 영역 상에 액막을 형성하는 단계; 상기 다이를 상기 액막 상에 접촉시켜 상기 다이의 친수화된 접합면과 상기 액막 간의 접합력에 의해 상기 기판 상에 상기 다이를 가접합하는 단계; 및 상기 기판 상에 하나 이상의 다이가 가접합된 상태로 열처리하여 상기 하나 이상의 다이를 동시에 상기 기판 상에 본접합하는 단계;를 포함한다.
상기 친수화하는 단계에서, 상기 다이의 접합면을 대기압 플라즈마 장치에 의해 친수화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 방법은 본딩 헤드에 의해 지지 유닛 상에 지지된 상기 다이를 픽업하여 본딩 스테이지 상에 지지된 상기 기판의 상부 영역으로 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 친수화하는 단계는, 상기 본딩 헤드에 의해 상기 다이가 상기 지지 유닛으로부터 상기 본딩 스테이지로 이송되는 동안, 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 마련된 상기 대기압 플라즈마 장치에 의해 상기 다이의 접합면을 친수화하할 수 있다.
상기 친수화하는 단계에서, 상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간에서 상기 다이를 이동시키면서 상기 다이의 접합면을 친수화할 수 있다.
상기 친수화하는 단계는, 상기 대기압 플라즈마 장치의 상부에 친수성 라디컬을 포함하는 플라즈마 영역을 형성하는 단계; 및 상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간에서 상기 다이의 접합면이 상기 플라즈마 영역을 통과하도록 상기 다이를 이송하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 친수화하는 단계는, 상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 단계; 상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하는 단계; 및 상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 방법은 상기 지지 유닛과 상기 대기압 플라즈마 장치 사이에 마련된 세정 유닛에 의해 상기 다이의 접합면을 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 액체는 순수로 이루어질 수 있다.
상기 액막을 형성하는 단계는, 상기 기판 상의 영역 중 상기 다이와 접합될 상기 접합 영역에 국부적으로 상기 액막을 형성할 수 있다.
상기 액막을 형성하는 단계는, 피에조를 적용한 젯팅 방식의 패터닝 장치에 의해 상기 액막을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 방법은 관통 전극(TSV; Through Silicon Via)을 가지는 복수개의 다이를 친수화한 후 상기 기판 상에 적층하여 가접합하되, 접합 필름과 솔더 범프를 포함하는 접합 매개체를 매개로 하는 열압착 본딩을 이용하지 않고 상기 기판 상에 상기 복수개의 다이를 가접합할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 기판 상에 제2 기판을 접합하는 기판 본딩 방법에 있어서, 본딩 헤드에 의해 지지 유닛 상에 지지된 상기 제2 기판을 픽업하여 본딩 스테이지 상에 지지된 상기 제1 기판의 상부 영역으로 이송하는 단계; 상기 본딩 헤드에 의해 상기 제2 기판이 상기 지지 유닛으로부터 상기 본딩 스테이지로 이송되는 동안, 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 마련된 대기압 플라즈마 장치에 의해 상기 제2 기판의 하면을 친수화하는 단계; 상기 제1 기판의 상면에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 제1 기판 상에 액막을 형성하는 단계; 상기 제2 기판의 하면을 상기 액막 상에 접촉시켜 상기 제2 기판의 친수화된 하면과 상기 액막 간의 접합력에 의해 상기 제1 기판 상에 상기 제2 기판을 가접합하는 단계; 및 상기 제1 기판 상에 제2 기판이 가접합된 상태로 열처리하여 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 본접합하는 단계를 포함하는 기판 본딩 방법이 제공된다.
상기 친수화하는 단계는, 상기 대기압 플라즈마 장치의 상부에 친수성 라디컬을 포함하는 플라즈마 영역을 형성하는 단계; 상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간에서 상기 제2 기판의 하면을 상기 플라즈마 영역에 통과시키는 단계; 상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 단계; 상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하는 단계; 및 상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판 상에 다이를 접합하기 위한 다이 본딩 장치에 있어서, 상기 다이를 지지하는 지지 유닛; 상기 기판을 지지하는 본딩 스테이지; 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 이동 가능하게 제공되고, 상기 다이를 픽업하여 상기 기판 상의 접합 영역으로 이송하는 본딩 헤드; 상기 기판 상에 접합될 상기 다이의 접합면을 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 플라즈마 장치; 및 상기 다이와 접합될 상기 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 접합 영역 상에 액막을 형성하는 웨팅 장치;를 포함하는 다이 본딩 장치가 제공된다.
상기 본딩 헤드는 상기 다이의 접합면을 상기 액막 상에 접촉시켜 상기 다이의 친수화된 접합면과 상기 액막 간의 접합력에 의해 상기 기판 상에 상기 다이를 가접합할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치는 상기 기판 상에 하나 이상의 다이가 가접합된 상태로 열처리하여 상기 하나 이상의 다이를 동시에 상기 기판 상에 본접합하는 열처리 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 장치는 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 마련된 대기압 플라즈마 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치는 상기 지지 유닛과 상기 대기압 플라즈마 장치 사이에 마련되고, 상기 본딩 헤드에 의해 픽업된 상기 다이의 접합면을 세정하는 세정 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 대기압 플라즈마 장치는 상부에 친수성 라디컬을 포함하는 플라즈마 영역을 형성하고, 상기 플라즈마 영역은 상기 다이의 이송 경로와 중첩될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치는 상기 다이가 상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 감지부; 및 상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하고, 상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 장치는 대기압 플라즈마 장치를 상기 다이의 이송 방향을 따라 이동시키는 이송 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 이송 장치는 상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간에서 이동하는 동안 상기 다이의 이송 속도와 같거나 상기 다이의 이송 속도보다 낮은 속도로 상기 대기압 플라즈마 장치를 이동시킬 수 있다.
상기 웨팅 장치는 상기 기판 상의 영역 중 상기 다이와 접합될 상기 접합 영역에 국부적으로 상기 액막을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 다른 다이 본딩 장치는 상기 다이의 이송 방향을 따라 배열되는 이송 레일을 더 포함하고, 상기 웨팅 장치는, 상기 이송 레일을 따라 상기 본딩 스테이지의 상부 영역과 상기 본딩 스테이지로부터 멀어지는 후퇴 영역 사이에서 이송 가능하게 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 기판 상에 제2 기판을 접합하기 위한 기판 본딩 장치에 있어서, 상기 제2 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 제1 기판을 지지하는 본딩 스테이지; 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 이동 가능하게 제공되고, 상기 제2 기판을 픽업하여 상기 제1 기판의 상부 영역으로 이송하는 본딩 헤드; 상기 제2 기판의 하면을 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 대기압 플라즈마 장치; 및 상기 제1 기판의 상면에 물을 포함하는 액체를 공급하여 액막을 형성하는 웨팅 장치;를 포함하는 기판 본딩 장치가 제공된다.
상기 본딩 헤드는 상기 제2 기판의 하면을 상기 액막 상에 접촉시켜 상기 제2 기판의 친수화된 하면과 상기 액막 간의 접합력에 의해 상기 제1 기판 상에 상기 제2 기판을 가접합할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩 장치는 상기 제1 기판 상에 제2 기판이 가접합된 상태로 열처리하여 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 본접합하는 열처리 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 대기압 플라즈마 장치는 상부에 친수성 라디컬을 포함하는 플라즈마 영역을 형성하고, 상기 플라즈마 영역은 상기 제2 기판의 이송 경로와 중첩될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩 장치는 상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 감지부; 및 상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하고, 상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩 장치는 상기 제2 기판의 이송 방향을 따라 배열되는 이송 레일을 더 포함하고, 상기 웨팅 장치는, 상기 이송 레일을 따라 상기 본딩 스테이지의 상부 영역과 상기 본딩 스테이지로부터 멀어지는 후퇴 영역 사이에서 이송 가능하게 제공될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명의 실시예에 따른 다이 본딩 방법은 본딩 헤드에 의해 다이를 본딩 스테이지로 이송하는 동안 플라잉 타입(flying type) 대기압 플라즈마 처리에 의해 다이의 하면(접합면)을 친수화하고, 본딩 스테이지 상에 지지된 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체(예를 들어, 순수)를 공급하여 액막을 형성한다. 본딩 헤드에 의해 다이의 친수화된 접합면이 기판 상의 액막과 접촉되면, 다이의 접합면과 액막 간의 접합력에 의해 다이가 기판 상에 가접합된다. 기판 상에 하나 이상의 다이가 가접합되면, 고온/고압 열처리에 의해 다이가 기판 상에 본접합된다.
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.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 다이를 본딩 스테이지로 이송하는 동안 플라잉 타입(flying type)으로 다이의 하면(접합면)을 대기압 플라즈마 처리하여 친수화할 수 있어, 다이의 가접합을 위한 친수화 처리(대기압 플라즈마)에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 또한, 기판 상에 액막을 형성하는 웨팅(wetting) 공정을 다이의 이송 중에 실시하면, 반도체 생산성을 보다 높일 수 있다.
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.
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).
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 친수성 라디컬에 의해 친수화된다. 대기압 플라즈마 장치는 예를 들어, 대기압 산소/아르곤 플라즈마 장치, 대기압 수증기 플라즈마 장치 등으로 제공될 수 있다. 플라잉 타입의 대기압 플라즈마 처리를 위하여, 대기압 플라즈마 장치는 다이의 이송 경로 중에 플라즈마 영역을 형성할 수 있다. 친수성 라디컬은 수소 또는 수산화 라디컬 등을 포함할 수 있다.
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 액막을 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.
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).
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).
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), 대기압 플라즈마 장치(170), 웨팅(wetting) 장치(180) 및 열처리 유닛(도시 생략)를 포함한다.
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.
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)와 기판(MW)이 지지된 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.
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.
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.
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 대기압 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.
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 7 내지 도 9를 참조하면, 대기압 플라즈마 장치(170)는 다이(D)의 이송 경로(DP) 상에서, 지지 유닛(110)과 본딩 스테이지(120)의 사이에 설치될 수 있다. 대기압 플라즈마 장치(170)는 본딩 헤드(140)에 의해 이송 중인 다이의 접합면을 대기압 플라즈마 처리하여 친수화한다. 대기압 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.
대기압 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.
본체(172)의 상부에는 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(170)는 감지부(178a)와 제어부(178b)에 의해 작동 상태가 제어될 수 있다.
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(D)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(170)의 작동을 중지하고, 다이(D)가 플라즈마 처리 구간(P2) 내에 위치하는 경우 대기압 플라즈마 장치(170)의 RF 전원 공급부(176b)와 가스 공급부(174)를 작동시켜 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
다이(D)가 플라즈마 처리 구간(P2)의 플라즈마 개시 위치(P21)로 진입하는 경우, 제어부(178b)에 의해 대기압 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, 대기압 플라즈마 장치(170)의 작동이 중단된다.
다이(D)의 하면(접합면)이 플라즈마 영역(P)을 통과할 수 있도록, 다이(D)와 대기압 플라즈마 장치(170) 간의 상하 간격(G)이 대기압 플라즈마 장치(170)의 상부로 노출된 플라즈마 영역(P)의 두께(T)보다 작도록, 다이(D)의 이송 높이와 대기압 플라즈마 장치(170)의 위치가 결정될 수 있다. 플라즈마 영역(P)은 수 mm 두께로 형성될 수 있으며, 이 경우 다이(D)와 대기압 플라즈마 장치(170) 간의 상하 간격(G)은 플라즈마 영역(P)의 두께보다 작은 수 mm 거리로 설계될 수 있다.
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(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, 친수화 상태가 불균일해질 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 300 ~ 350 ℃ 온도, 1.9 ~ 2.5 MPa 압력, 질소 등의 불활성 가스 분위기에서 대략 1시간 정도 수행될 수 있다.
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.
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.
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.
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. 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.
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 대기압 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.
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 대기압 플라즈마 장치(170)를 이동시킬 수 있다. 본딩 헤드(140)의 이동 속도(V1)와 대기압 플라즈마 장치(170)의 이동 속도(V2)가 같을 경우, 다이(D)와 대기압 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.
대기압 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 대기압 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 대기압 플라즈마 장치(170)에 의해 다이(D)의 접합면에 충분한 친수화 처리를 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
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.
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.
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.
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: 대기압 플라즈마 장치
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 구간

Claims (31)

  1. 기판 상에 다이를 접합하는 다이 본딩 방법에 있어서,
    상기 기판 상에 접합될 상기 다이의 접합면을 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 단계;
    상기 다이와 접합될 상기 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 접합 영역 상에 액막을 형성하는 단계;
    상기 다이를 상기 액막 상에 접촉시켜 상기 다이의 친수화된 접합면과 상기 액막 간의 접합력에 의해 상기 기판 상에 상기 다이를 가접합하는 단계; 및
    상기 기판 상에 하나 이상의 다이가 가접합된 상태로 열처리하여 상기 하나 이상의 다이를 동시에 상기 기판 상에 본접합하는 단계;를 포함하고,
    상기 친수화하는 단계에서, 상기 다이의 접합면을 대기압 플라즈마 장치에 의해 친수화하고,
    본딩 헤드에 의해 지지 유닛 상에 지지된 상기 다이를 픽업하여 본딩 스테이지 상에 지지된 상기 기판의 상부 영역으로 이송하는 단계를 더 포함하고,
    상기 친수화하는 단계는,
    상기 본딩 헤드에 의해 상기 다이가 상기 지지 유닛으로부터 상기 본딩 스테이지로 이송되는 동안, 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 마련된 상기 대기압 플라즈마 장치에 의해 상기 다이의 접합면을 친수화하는 다이 본딩 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 친수화하는 단계에서, 상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간에서 상기 다이를 이동시키면서 상기 다이의 접합면을 친수화하는 다이 본딩 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 친수화하는 단계는,
    상기 대기압 플라즈마 장치의 상부에 친수성 라디컬을 포함하는 플라즈마 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간에서 상기 다이의 접합면이 상기 플라즈마 영역을 통과하도록 상기 다이를 이송하는 단계;
    를 포함하는 다이 본딩 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 친수화하는 단계는,
    상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 단계;
    상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하는 단계; 및
    상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생하는 단계;
    를 포함하는 다이 본딩 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지 유닛과 상기 대기압 플라즈마 장치 사이에 마련된 세정 유닛에 의해 상기 다이의 접합면을 세정하는 단계를 더 포함하는 다이 본딩 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액체는 순수로 이루어지는 다이 본딩 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액막을 형성하는 단계는, 상기 기판 상의 영역 중 상기 다이와 접합될 상기 접합 영역에 국부적으로 상기 액막을 형성하는 다이 본딩 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액막을 형성하는 단계는, 피에조를 적용한 젯팅 방식의 패터닝 장치에 의해 상기 액막을 형성하는 다이 본딩 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    관통 전극을 가지는 복수개의 다이를 친수화한 후 상기 기판 상에 적층하여 가접합하되, 접합 필름과 솔더 범프를 포함하는 접합 매개체를 매개로 하는 열압착 본딩을 이용하지 않고 상기 기판 상에 상기 복수개의 다이를 가접합하는 다이 본딩 방법.
  12. 제1 기판 상에 제2 기판을 접합하는 기판 본딩 방법에 있어서,
    본딩 헤드에 의해 지지 유닛 상에 지지된 상기 제2 기판을 픽업하여 본딩 스테이지 상에 지지된 상기 제1 기판의 상부 영역으로 이송하는 단계;
    상기 본딩 헤드에 의해 상기 제2 기판이 상기 지지 유닛으로부터 상기 본딩 스테이지로 이송되는 동안, 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 마련된 대기압 플라즈마 장치에 의해 상기 제2 기판의 하면을 친수화하는 단계;
    상기 제1 기판의 상면에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 제1 기판 상에 액막을 형성하는 단계;
    상기 제2 기판의 하면을 상기 액막 상에 접촉시켜 상기 제2 기판의 친수화된 하면과 상기 액막 간의 접합력에 의해 상기 제1 기판 상에 상기 제2 기판을 가접합하는 단계; 및
    상기 제1 기판 상에 제2 기판이 가접합된 상태로 열처리하여 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 본접합하는 단계를 포함하는 기판 본딩 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 친수화하는 단계는,
    상기 대기압 플라즈마 장치의 상부에 친수성 라디컬을 포함하는 플라즈마 영역을 형성하는 단계;
    상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간에서 상기 제2 기판의 하면을 상기 플라즈마 영역에 통과시키는 단계;
    상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 단계;
    상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하는 단계; 및
    상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우, 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생하는 단계;
    를 포함하는 기판 본딩 방법.
  14. 기판 상에 다이를 접합하기 위한 다이 본딩 장치에 있어서,
    상기 다이를 지지하는 지지 유닛;
    상기 기판을 지지하는 본딩 스테이지;
    상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 이동 가능하게 제공되고, 상기 다이를 픽업하여 상기 기판 상의 접합 영역으로 이송하는 본딩 헤드;
    상기 기판 상에 접합될 상기 다이의 접합면을 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 플라즈마 장치; 및
    상기 다이와 접합될 상기 기판 상의 접합 영역에 물을 포함하는 액체를 공급하여 상기 접합 영역 상에 액막을 형성하는 웨팅 장치;
    를 포함하는 다이 본딩 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 본딩 헤드는 상기 다이의 접합면을 상기 액막 상에 접촉시켜 상기 다이의 친수화된 접합면과 상기 액막 간의 접합력에 의해 상기 기판 상에 상기 다이를 가접합하는 다이 본딩 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 기판 상에 하나 이상의 다이가 가접합된 상태로 열처리하여 상기 하나 이상의 다이를 동시에 상기 기판 상에 본접합하는 열처리 유닛을 더 포함하는 다이 본딩 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 플라즈마 장치는 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 마련된 대기압 플라즈마 장치를 포함하는 다이 본딩 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 지지 유닛과 상기 대기압 플라즈마 장치 사이에 마련되고, 상기 본딩 헤드에 의해 픽업된 상기 다이의 접합면을 세정하는 세정 유닛을 더 포함하는 다이 본딩 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 대기압 플라즈마 장치는 상부에 친수성 라디컬을 포함하는 플라즈마 영역을 형성하고, 상기 플라즈마 영역은 상기 다이의 이송 경로와 중첩되는 다이 본딩 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 다이가 상기 대기압 플라즈마 장치의 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 감지부; 및
    상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하고, 상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생시키는 제어부를 더 포함하는 다이 본딩 장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 대기압 플라즈마 장치를 상기 다이의 이송 방향을 따라 이동시키는 이송 장치를 더 포함하는 다이 본딩 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 이송 장치는 상기 다이가 상기 플라즈마 처리 구간에서 이동하는 동안 상기 다이의 이송 속도와 같거나 상기 다이의 이송 속도보다 낮은 속도로 상기 대기압 플라즈마 장치를 이동시키는 다이 본딩 장치.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 웨팅 장치는 상기 기판 상의 영역 중 상기 다이와 접합될 상기 접합 영역에 국부적으로 상기 액막을 형성하는 다이 본딩 장치.
  24. 제14항에 있어서,
    상기 다이의 이송 방향을 따라 배열되는 이송 레일을 더 포함하고,
    상기 웨팅 장치는, 상기 이송 레일을 따라 상기 본딩 스테이지의 상부 영역과 상기 본딩 스테이지로부터 멀어지는 후퇴 영역 사이에서 이송 가능한 다이 본딩 장치.
  25. 제1 기판 상에 제2 기판을 접합하기 위한 기판 본딩 장치에 있어서,
    상기 제2 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 제1 기판을 지지하는 본딩 스테이지;
    상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 이동 가능하게 제공되고, 상기 제2 기판을 픽업하여 상기 제1 기판의 상부 영역으로 이송하는 본딩 헤드;
    상기 제2 기판의 하면을 플라즈마 처리에 의해 친수화하는 대기압 플라즈마 장치; 및
    상기 제1 기판의 상면에 물을 포함하는 액체를 공급하여 액막을 형성하는 웨팅 장치;
    를 포함하는 기판 본딩 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 본딩 헤드는 상기 제2 기판의 하면을 상기 액막 상에 접촉시켜 상기 제2 기판의 친수화된 하면과 상기 액막 간의 접합력에 의해 상기 제1 기판 상에 상기 제2 기판을 가접합하는 기판 본딩 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 기판 상에 제2 기판이 가접합된 상태로 열처리하여 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 본접합하는 열처리 유닛을 더 포함하는 기판 본딩 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 플라즈마 장치는 상기 지지 유닛과 상기 본딩 스테이지 사이에 마련된 대기압 플라즈마 장치를 포함하는 기판 본딩 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 대기압 플라즈마 장치는 상부에 친수성 라디컬을 포함하는 플라즈마 영역을 형성하고, 상기 플라즈마 영역은 상기 제2 기판의 이송 경로와 중첩되는 기판 본딩 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는지 여부를 감지하는 감지부; 및
    상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하지 않은 경우 상기 대기압 플라즈마 장치의 작동을 중지하고, 상기 제2 기판이 상기 플라즈마 처리 구간 내에 위치하는 경우 상기 대기압 플라즈마 장치를 작동시켜 플라즈마를 발생시키는 제어부를 더 포함하는 기판 본딩 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 제2 기판의 이송 방향을 따라 배열되는 이송 레일을 더 포함하고,
    상기 웨팅 장치는, 상기 이송 레일을 따라 상기 본딩 스테이지의 상부 영역과 상기 본딩 스테이지로부터 멀어지는 후퇴 영역 사이에서 이송 가능한 기판 본딩 장치.
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