KR102588869B1 - 다이 본딩 방법 - Google Patents

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Abstract

다이 본딩 방법에 있어서, 캐리어 웨이퍼 상에, 복수의 제1 패드들이 형성된 제1 기판을 부착하고, 상기 캐리어 웨이퍼 상에서 상기 제1 기판을 복수개로 제1 다이로 개별화한다. 이어서, 상기 제1 다이들의 상부 표면을 활성화 하고, 상기 캐리어 웨이퍼로부터 상기 활성화된 표면을 갖는 다이들 중 일부를 분리시킨다. 이어서, 상기 분리된 일부 다이를, 상기 제1 패드에 대응되는 제2 패드를 갖고 활성화 처리된 제2 기판 상에 정렬한 후, 상기 정렬된 제1 다이들을 상기 제2 기판 상에 본딩하여 본딩체를 형성한다.

Description

다이 본딩 방법{DIE BONDING METHOD}
본 발명의 실시예들은 다이 본딩 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시예들은 복수의 다이들을 베이스 기판에 부착할 수 있는 다이 본딩 방법에 관한 것이다.
전자 소자는, 반도체 제품, 광통신 및 디스플레이 등 다양한 분야에서 사용된다. 상기 전자 소자들은 제조 공정에서 양품 및 불량으로 분류되어 상기 불량을 제외하고 상기 양품으로 판정된 전자 소자들이 베이스 기판 상에 본딩될 수 있다.
상기 전자 소자들, 예를 들면 다이들을 베이스 기판 상에 본딩하는 다이 본딩 방법에 있어서, 캐리어 웨이퍼 상에 부착된 다이들 중 양품으로 판정된 정상 다이만을 선택하여, 상기 양품 다이들을 캐리어 웨이퍼로부터 디본딩하여, 상기 양품 다이들을 어태치 필름에 부착한다. 이어서, 상기 어태치 필름으로부터 양품 다이를 픽업하여 상기 베이스 기판 상에 본딩할 수 있다. 이때, 상기 양품 다이들을 상기 베이스 기판 상에 본딩하기 위한 본딩 공정은 예를 들면 열압착 공정을 포함할 수 있다.
상기 열압착 공정에는 복수의 양품 다이를 픽업하여 상기 베이스 기판의 상면을 향하여 열가압함으로써 상기 양품 다이가 베이스 기판 상에 부착될 수 있다.
하지만, 상기 열압착 공정은 다이 단위로 픽업하고, 이송하여 열압착함으로써 상당한 오랜 시간이 소요될 수 있다. 한편, 웨이퍼 들을 상호 수직으로 적층하여 본딩하는 웨이퍼 투 웨이퍼(wafer to Wafer) 본딩 방식의 경우, 그 내부에 하나의 불량 다이가 있는 경우 제품 전체가 불량으로 판정되어, 제품 생산성을 지극히 악화시키는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 본딩 효율 및 제품 생산성을 개선할 수 있는 다이 본딩 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 다이 본딩 방법에 있어서, 캐리어 웨이퍼 상에, 복수의 제1 패드들이 형성된 제1 기판을 부착하고, 상기 캐리어 웨이퍼 상에서 상기 제1 기판을 복수개로 제1 다이로 개별화한다. 이어서, 상기 제1 다이들의 상부 표면을 활성화 하고, 상기 캐리어 웨이퍼로부터 상기 활성화된 표면을 갖는 다이들 중 일부를 분리시킨다. 이어서, 상기 분리된 일부 다이를, 상기 제1 패드에 대응되는 제2 패드를 갖고 활성화 처리된 제2 기판 상에 정렬한 후, 상기 정렬된 제1 다이들을 상기 제2 기판 상에 본딩하여 본딩체를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상기 캐리어 웨이퍼로부터 상기 활성화된 표면을 갖는 다이들 중 일부를 분리시키는 단계는, 상기 다이들 일부에 선택적으로 레이저 또는 자외선을 조사하는 디본딩 공정을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 다이들중 양품 다이 또는 특정 위치의 다이에 대하여 선택적으로 상기 자외선 또는 상기 레이저를 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정렬된 제1 다이들을 상기 제2 기판 상에 본딩하기 위하여, 진공 상태에서 상온에서 수행되는 퍼머넌트 본딩 공정 및 복수의 본딩체들이 수용된 배치 내에서 상기 본딩체에 대하여 어닐링 공정을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 퍼머넌트 본딩 공정은, 상기 제2 기판에 대하여 상기 제1 다이들 각각의 중심부로부터 외곽부로 순차적으로 부착시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 캐리어 웨이퍼로부터 상기 활성화된 표면을 갖는 다이들 중 일부를 분리시킨 후, 상기 일부 다이를 상기 캐리어 웨이퍼로부터 픽업하고, 상기 픽업된 일부 다이를 반전시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 캐리어 웨이퍼로부터 활성화된 표면을 갖는 다이들 중 일부를 분리시키고, 상기 분리된 일부 다이를, 제1 패드에 대응되는 제2 패드를 갖고 활성화 처리된 제2 기판 상에 정렬한 후, 상기 정렬된 제1 다이들을 상기 제2 기판 상에 본딩하여 본딩체를 형성한다. 이로써, 열압착 공정 대신에 퍼머넌트 본딩 공정을 통하여 일부 다이만이 선택적으로 상기 제2 기판 상에 본딩될 수 있다.
나아가, 양품 다이 또는 특정 색으로 발광하는 엘이디 다이가 제2 기판에 선택적으로 본딩될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 도 1의 퍼먼넌트 본딩 공정의 일 예를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 방법에 있어서, 캐리어 웨이퍼 상에, 복수의 제1 패드들(115)이 형성된 제1 기판(110)를 부착한다(S110).
보다 상세하게는, 상기 제1 기판(110)는 실리콘 기판 상에 리세스를 포함한다. 상기 리세스는 후속하는 형성될 제1 패드(115)의 위치에 형성될 수 있다.
이어서, 상기 리세스를 구리와 같은 금속 물질로 매립하여 금속층(미도시)을 형성한다. 상기 금속층은 스퍼터링 공정과 같은 물리적 기상 증착 공정을 통하여 형성될 수 있다.
이후, 상기 금속층에 대하여 평탄화 공정을 수행하여 상기 실리콘 기판의 상면을 노출시킨다. 이로써, 상기 리세스 내에 제1 패드들(115)을 형성한다. 상기 평탄화 공정은 예를 들면, 슬러리를 이용하는 기계적 화학적 폴리싱(CMP) 공정을 포함할 수 있다.
상기 제1 패드들(115)이 형성된 제1 기판(110)를 캐리어 웨이퍼(10) 상에 부착하기 위하여, 캐리어 웨이퍼(10) 및 제1 기판(110) 사이에는, 광경화성 수지 물질 또는 열경화성 수지 물질과 같은 점착 물질로 이루어진 점착 테이프(미도시)가 개재될 수 있다.
상기 점착 물질은 열 또는 자외선 또는 레이저 광에 의하여 가변적인 점착력을 가질 수 있다.
도 1 및 도 3를 참조하면, 상기 캐리어 웨이퍼(10) 상에서 상기 제1 기판(110)를 복수개로 제1 다이들(112)로 개별화한다(S130).
이를 위하여 상기 제1 기판(110)를 절단하는 다이싱 공정이 수행될 수 있다. 상기 다이싱 공정은 블레이드 또는 레이저 등을 이용하는 제1 기판(110)를 수직 방향으로 절단할 수 있다. 상기 다이싱 공정은 공지되어 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 복수개의 다이들(112)로 개별화된 제1 기판(110)의 상부 표면을 활성화 공정을 통하여 활성화 한다(S150). 상기 활성화된 상부 표면은 활성화된 제2 기판 사이에는 수소 원자 및 불소 원자간의 반데르발스 힘으로 상온에서 결합할 수 있다. 상온의 예로는 섭씨 15 내지 25도 사이일 수 있다.
상기 활성화 공정에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 플라즈마 또는 HF/NH4F 등을 이용하여 상기 제1 기판(110)를 이루는 실리콘 원자를 SiF 분자로 변화시킨다. 이어서, 물 분자(H2O)를 이용하여 상기 제1 기판(110)의 상부 표면에 OH기가 부착될 수 있다. 이로써, 상기 제1 기판(110)의 상부 표면이 활성화 될 수 있다.
상기 캐리어 웨이퍼(10)로부터 상기 활성화된 표면을 갖는 다이들(112) 중 일부를 분리시킨다. 예를 들면, 상기 다이들(112) 중 양품 판정을 받은 양품 다이만을 선택적으로 분리시킬 수 있다.
상기 캐리어 웨이퍼(10)로부터 상기 다이들(112) 중 일부를 분리히기 위하여, 레이저 디본딩 공정 또는 자외선 디본딩 공정이 수행될 수 있다. 상기 레이저 또는 자외선을 발생시키는 광원이 상기 다이들 중 일부, 예를 들면 양품 다이들에만 선택적으로 조사할 수 있다. 이로써, 상기 점착 테이프의 점착력이 감소됨으로써, 상기 양품 다이만이 상기 캐리어 웨이퍼(10)로부터 분리될 수 있다.
상기 레이저 조사 공정에 있어서, 상기 양품 다이에 레이저 광원(미도시)을 이용하여 레이저를 조사할 수 있다. 이때, 상기 점착 테이프의 점착력이 감소될 수 있다.
예를 들면, 상기 레이저 조사 공정에 있어서, 200 내지 500 nm 의 파장, 0.5 내지 2 J/cm2 의 에너지 밀도 및 3μm x 5cm의 빔 형상을 갖는 레이저를 출력하는 레이저 광원이 이용될 수 있다. 상기 레이저 광원은 이동하면서 양품 다이들에 대하여 선택적으로 레이저를 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다이들이 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나만의 색을 발광시키는 LED 소자에 해당할 수 있다. 이 경우, 상기 다이들이 매트릭스 형태를 배열될 수 있다.
이때, 상기 다이들은 일정 간격으로 이격된 상태로 분리될 수 있다. 예를 들면, 상기 적색 발광 LED 다이들은 1*1, 1*4, 1*7 등의 제1행 및 4*1, 4*4, 4*7 등의 제4행과 같은 위치 좌표(l*m; 이때, l 및 m은 3*n+1, n은 0을 포함하는 자연수임)에 해당한다. 후속하여 상기 다이들은 제2 기판 상에 부착될 수 있다.
이어서, 다른 색, 예를 들면 녹색을 발생하는 녹색 LED 소자를 갖는 다른 제1 기판으로부터 동일한 방법으로 일정 간격으로 이격된 상태로 분리될 수 있다. 예를 들면, 상기 일부 다이들은 1*1, 1*4, 1*7 등의 제1행 및 4*1, 4*4, 4*7 등의 제4행과 같은 위치 좌표(l*m; 이때, l 및 m은 3*n+1, n은 0을 포함하는 자연수임)에 해당한다. 후속하여 상기 다이들은 제2 기판 상에 부착될 수 있다.
이어서, 또 다른 색, 청색을 발생하는 청색 LED 소자를 갖는 제1 기판으로부터 동일한 방법으로 일정 간격으로 이격된 상태로 분리될 수 있다. 예를 들면, 상기 일부 다이들은 1*1, 1*4, 1*7 등의 제1행 및 4*1, 4*4, 4*7 등의 제4행과 같은 위치 좌표(l*m; 이때, l 및 m은 3*n+1, n은 0을 포함하는 자연수임)에 해당한다. 후속하여 상기 다이들은 제2 기판 상에 부착될 수 있다.
이로써, 제2 기판(120) 상에 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나만을 발생시키는 LED 소자들을 포함하는 각각 포함하는 복수의 픽셀을 구현할 수 있다.
이어서, 상기 분리된 일부 다이(112)를, 상기 제1 패드(115)에 대응되는 제2 패드(125)를 갖고 활성화 처리된 제2 기판(120) 상에 정렬한다. 상기 제2 기판(120)에 대한 활성화 공정은 상술한 플라즈마 또는 불소를 이용할 수 있다. 즉, 상기 활성화된 제2 기판(120) 상에는 상기 활성화된 다이(112)의 상부 표면이 부착될 수 있다. 이때, 상기 제2 기판(120)의 상부 표면 및 다이(112)의 상부 표면 사이에는 수소 원자 및 불소 원자 간의 반데르발스 힘으로 상온에서 결합할 수 있다.
상기 정렬된 제1 다이(112)를 상기 제2 기판(120) 상에 본딩하여 본딩체를 형성한다. 즉, 상기 제1 다이들(112) 중 다른 일부들이 상기 제2 기판(120)에 본딩하는 본딩 공정이 반복됨으로써, 제2 기판(120) 상에 복수의 제1 다이들(112)이 본딩된 본딩체를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정렬된 제1 다이들(112)을 상기 제2 기판(120) 상에 본딩하는 본딩 공정에 있어서, 상온에서 수행되는 퍼머넌트 본딩 공정을 수행한다. 즉, 상기 제2 기판(120)의 상부 표면 및 다이(112)의 상부 표면 사이에는 수소 원자 및 불소 원자간의 반데르발스 힘으로 상온에서 결합할 수 있다.이로써, 상온에서 퍼머넌트 본딩 공정이 수행됨에 따라 금속으로 이루어진 제1 패드(115) 및 제2 패드(125)에 대한 열산화 반응이 억제될 수 있다.
이이서, 복수의 본딩체들이 수용된 배치 내에서 상기 본딩체에 대하여 어닐링 공정이 수행된다. 상기 배치내에 수용된 복수의 본딩체들이 동시에 처리됨에 따라 어닐링 공정의 생산효율이 증대될 수 있다. 또한, 상기 퍼머넌트 본딩 공정을 통하여 상기 제2 기판(120)의 상부 표면 및 다이(112)의 상부 표면이 프리 본딩되어 상기 제1 및 제2 패드들(115, 125)이 밀봉됨에 따라 상기 어닐링 공정 중 상기 제1 및 제2 패드들(115, 125)에 대한 열산화 반응이 억제될 수 있다.
상기 어닐링 공정은 예를 들면, 섭씨 150 내지 300 도의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 이로써, 상기 프리 본딩된 제1 다이들(120)이 상기 제2 기판(120) 상에 견고하게 본딩될 수 있다.
도 6은 도 1의 본딩 공정의 일 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 퍼머넌트 본딩 공정에 있어서, 상기 제2 기판(120)에 대하여 상기 각 다이(112)의 중심부로부터 외곽부로 순차적으로 부착시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 다이(112)를 벤딩하거나 상기 다이(112)의 중심부를 가압함으로서 상기 다이(112)의 중심부가 상기 제2 기판(120)과 먼저 컨택한다. 이때 반데르발스 힘에 의하여 상기 다이(112)의 중심부가 제2 기판(120)에 부착될 수 있다. 이어서, 상기 중심부를 기준으로 방사 방향을 따라 외곽부가 순차적으로 부착될 수 있다. 이로써, 상기 다이(112)가 제2 기판(120)에 본딩될 때 그 계면에 보이드 또는 기포 등의 발생이 억제될 수 있다.
다시 도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 캐리어 웨이퍼(10)로부터 상기 활성화된 표면을 갖는 다이들(112) 중 일부를 분리시킨 후, 상기 일부 다이(112)를 상기 캐리어 웨이퍼(10)로부터 픽업한다. 이때, 진공력 또는 점착력을 이용하여 상기 일부 다이(112)를 픽업할 수 있는 픽업 툴(미도시)이 이용될 수 있다.
이어서, 상기 픽업된 일부 다이(112)를 반전시켜, 상기 활성된 표면을 갖는 다이(112)가 하방으로 상기 제2 기판(120)을 향할 수 있도록 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 캐리어 웨이퍼 110: 제1 기판
112 : 제1 다이 115 : 제1 패드
120 : 제2 기판 125 : 제2 패드

Claims (6)

  1. 캐리어 웨이퍼 상에, 복수의 제1 패드들이 형성된 제1 기판을 부착하는 단계;
    상기 캐리어 웨이퍼 상에서 상기 제1 기판을 복수개의 다이들로 개별화하는 단계;
    상기 다이들의 상부 표면을 활성화 하는 단계;
    상기 캐리어 웨이퍼로부터 상기 활성화된 표면을 갖는 다이들 중 복수의 일부를 분리시키는 단계;
    상기 분리된 일부 다이를, 상기 제1 패드에 대응되는 제2 패드를 갖고 활성화 처리된 제2 기판 상에 정렬하는 단계; 및
    상기 정렬된 다이들을 상기 제2 기판 상에 본딩하여 본딩체를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 정렬된 다이들을 상기 제2 기판 상에 본딩하는 단계는,
    진공 상태에서 상온에서 수행되는 퍼머넌트 본딩 공정 및 상기 제2 기판의 상부 표면 및 다이들의 상부 표면이 상기 제1 및 제2 패드들을 밀봉한 상태에서 복수의 본딩체들이 수용된 배치 내에서 상기 본딩체들에 대하여 어닐링 공정을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상기 캐리어 웨이퍼로부터 상기 활성화된 표면을 갖는 다이들 중 일부를 분리시키는 단계는, 상기 다이들 일부에 선택적으로 레이저 또는 자외선을 조사하는 디본딩 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 다이들중 양품 다이 또는 특정 위치의 다이에 대하여 선택적으로 상기 자외선 또는 상기 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 퍼머넌트 본딩 공정은,
    상기 제2 기판에 대하여 상기 다이들 각각의 중심부로부터 외곽부로 순차적으로 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 캐리어 웨이퍼로부터 상기 활성화된 표면을 갖는 다이들 중 일부를 분리시킨 후,
    상기 일부 다이를 상기 캐리어 웨이퍼로부터 픽업하는 단계; 및
    상기 픽업된 일부 다이를 반전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 방법.
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