KR20030043479A - Sequential pressing and potential applying apparatus for wafer bonding and packaging - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨이퍼간 접합시 균일하게 접합되도록 압력 및 전압을 인가하는 웨이퍼 접합장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼 접합시 중심으로부터 바깥쪽으로 순차적으로 압력을 인가함과 아울러, 정전열접합시에도 중심으로부터 바깥쪽으로 시간차이를 주면서 개별적으로 전압을 인가하여 비접합영역 없이 웨이퍼 접합 영역의 확산을 유도할 수 있도록 하는 웨이퍼간 접합 및 패키징을 위한 순차적 압력 및 전압 인가 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wafer bonding apparatus that applies pressure and voltage so as to bond uniformly during wafer-to-wafer bonding. A device for sequential pressure and voltage application for inter-wafer bonding and packaging that can be applied separately with a time difference from the outside to induce diffusion of the wafer bonding region without a non-bonding region.
일반적으로 웨이퍼 접합장치는 웨이퍼(1)에 압력을 인가할 때 평평한 면으로 한번에 누르거나, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 것과 같이 정전열접합시에도 전극으로서 한 점 또는 평평한 면으로 전압을 인가하는 방법을 사용하고 있다.In general, a wafer bonding apparatus is a method of pressing a flat surface at a time when applying pressure to the wafer 1, or applying a voltage to one point or a flat surface as an electrode even during electrostatic thermal bonding as shown in FIGS. 1A and 1B. I'm using.
그러나 이와 같은 장치에 의해 접합되는 공정에서는 압력 인가시 웨이퍼 사이의 기체가 미쳐 빠져나갈 시간을 주지 못하거나 순간적으로 바깥쪽부터 접촉이 일어나 접합면에 기체가 포획되는 결과를 나타내거나, 정전열접합의 공정에서 전압인가시에도 도 1a에서와 같이 가운데에만 접촉하는 단일 전극(2)일 경우는 접합영역(3)이 충분히 웨이퍼의 바깥쪽까지 확산되지 못하여 가장자리에 비접합영역(4)이 발생되거나, 도 1b와 같이 여러 부분에 접촉하는 다중 전극(3)일 경우 서로 다르게 출발하는 확산영역에 의해 내측에 기체가 포획되어 비접합영역(4)이 발생될 수 있는 문제점이 있었다.However, in the process of bonding by such a device, when the pressure is applied, the gas between the wafers does not give time to escape, or the contact occurs from the outside instantaneously, resulting in the trapping of gas on the bonding surface, In the case of a single electrode 2 which contacts only the center even when voltage is applied in the process, as shown in FIG. 1A, the junction region 3 is not sufficiently diffused to the outside of the wafer so that the non-junction region 4 is formed at the edge. In the case of the multi-electrode 3 in contact with various parts as shown in FIG. 1B, there is a problem that the non-bonded region 4 may be generated due to gas being trapped inside by different diffusion regions.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명한 것으로, 서로 직경이 다른 복수의 환형 압력 및 전압인가장치를 이용하여 중심으로부터 바깥쪽으로 시간차를 두어 누르거나 전압을 인가함으로써 웨이퍼 전체에 걸쳐 비접합영역이 없이 안정적으로 균일하게 접합할 수 있도록 된 웨이퍼간 접합 및 패키징을 위한 순차적 압력 및 전압인가장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.The present invention is invented to solve the above problems, by using a plurality of annular pressure and voltage application device having a different diameter from each other by pressing the time difference from the center to the outside or applying a voltage to the non-bonded region throughout the wafer It is an object of the present invention to provide a sequential pressure and voltage application device for wafer-to-wafer bonding and packaging that can be stably and uniformly bonded.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중앙에는 점접촉을 하는 점푸싱전극을 구비하고, 상기 점푸싱전극의 외측으로는 점푸싱전극과 동심원을 이루면서 직경이 점푸싱전극보다 점차적으로 증가하는 다수의 환형푸싱전극을 구비하여, 접합시 웨이퍼의 중심으로부터 외측 방향으로 순차적으로 압력을 인가하여 웨이퍼를 접합함과 아울러 정전열접합시 최종적으로 상기와 같은 방법으로 웨이퍼와 접합장치가 접촉된 후 전압을 중심부터 인가한 후 접합영역의 확산을 확인하면서 점점 더 큰 영역으로 전압을 인가하도록 이루어져 있다.In order to achieve the above object, the present invention includes a point pushing electrode having a point contact at the center, and a plurality of diameters gradually increasing than the point pushing electrode while forming a concentric circle with the point pushing electrode on the outside of the point pushing electrode. It is provided with an annular pushing electrode of which the pressure is sequentially applied from the center of the wafer to the outside in order to bond the wafers. After applying from the center it is made to apply a voltage to a larger area while checking the diffusion of the junction region.
도 1a는 종래 단일 전극에 의한 웨이퍼 접합시 비접합영역을 나타내는 도면,1A is a view showing a non-bonded region during wafer bonding by a conventional single electrode;
도 1b는 종래 다중 전극에 의한 웨이퍼 접합시 비접합영역을 나타내는 도면,FIG. 1B is a view illustrating a non-bonded region during wafer bonding by a conventional multi-electrode; FIG.
도 2a는 본 발명에 따른 압력 및 전압 인가 장치의 측면도,2a is a side view of a pressure and voltage applying device according to the present invention;
도 2b는 본 발명에 따른 압력 및 전압 인가장치의 원형푸싱전극 배치상태를 설명하기 위한 개요도,Figure 2b is a schematic diagram for explaining the arrangement of the circular pushing electrode of the pressure and voltage applying apparatus according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 압력 및 전압 인가 장치를 통해 웨이퍼의 접합영역의 확산을 나타낸 도면,3 is a view showing diffusion of a junction region of a wafer through a pressure and voltage applying device according to the present invention;
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 정전열접합시 압력 및 전압 인가 장치에 의해 웨이퍼의 접합영역의 확산을 나타낸 도면이다.4A to 4D are diagrams illustrating diffusion of a junction region of a wafer by a pressure and voltage application device during electrostatic thermal bonding according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1 -- 웨이퍼,2 -- 단일전극,1-wafer, 2-single electrode,
3 -- 접합영역,4 -- 비접합영역,3-junction area, 4-non-junction area,
5 -- 다중전극,10 -- 점푸싱전극,5-multiple electrodes, 10-point pushing electrode,
20,30,40 -- 환형푸싱전극,11,21,31,41 -- 스프링로드,20,30,40-annular pushing electrode, 11,21,31,41-spring loaded,
12,22,32,42 -- 푸싱로드,13,23,33,43 -- 세라믹 탭,12,22,32,42-Pushing rod, 13,23,33,43-Ceramic tap,
50 -- 전원장치.50-Power Supply.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.
본 발명은 중앙에는 점접촉을 하는 점푸싱전극(10)이 설치되고, 상기 점푸싱전극(10)의 외측으로는 점푸싱전극(10)과 동심원을 이루면서 직경이 점푸싱전극(10)으로부터 단계적으로 증가하는 다수의 환형푸싱전극(20,30,40)이 설치되며, 상기 점푸싱전극(10)에는 스프링로드(11)를 통해 푸싱로드(12)가 설치됨과 아울러 상기 각 환형푸싱전극(20,30,40)에는 동일간격으로 배치되어 상기 환형푸싱전극(20,30,40)에 균일한 압력을 인가하는 푸싱로드(22,32,42)가 스프링로드(21,31,4)들을 통해 각 환형푸싱전극(20,30,40)별로 설치되는 한편, 상기 각 푸싱로드(12,22,32,42)에는 중앙의 푸싱로드(12)로부터 외측방향의 푸싱로드로 순차적으로 정전열접합용 전원을 인가하는 전원장치(50)가 연결된 구조로 되어 있다.According to the present invention, a point pushing electrode 10 having a point contact is provided at the center thereof, and a diameter is gradually formed from the point pushing electrode 10 while forming a concentric circle with the point pushing electrode 10 on the outside of the point pushing electrode 10. A plurality of annular pushing electrodes 20, 30, and 40 increasing in number are installed, and the pushing rods 12 are installed on the point pushing electrodes 10 through spring rods 11, and each of the annular pushing electrodes 20 is formed. The pushing rods 22, 32, and 42 are disposed at the same intervals at the same intervals as the spring rods 21, 31, and 4 to apply uniform pressure to the annular pushing electrodes 20, 30, and 40. Each of the annular pushing electrodes 20, 30, and 40 is provided, while each of the pushing rods 12, 22, 32, and 42 is sequentially used for electrostatic thermal bonding from a central pushing rod 12 to a pushing rod in an outward direction. The power supply device 50 for supplying power is connected.
도 2a는 본 발명에 따른 압력 및 전압 인가 장치의 측면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 압력 및 전압 인가장치의 환형푸싱전극 배치상태를 설명하기 위한 개요도이다.Figure 2a is a side view of the pressure and voltage applying device according to the present invention, Figure 2b is a schematic diagram for explaining the arrangement state of the annular pushing electrode of the pressure and voltage applying device according to the present invention.
푸싱전극은 중앙에 점푸싱전극(10)이 설치되고, 그 외측으로는 일정간격으로 이격된 고리형의 환형푸싱전극(20)(30)(40)이 설치된다. 이러한 점푸싱전극(10)이나 환형푸싱전극(20)(30)(40)은 접합하고자 하는 두장의 웨이퍼에 압력 및 전기를 인가하여 정전열접합에 의하여 접합시키는 작용을 하기 위한 것이다.In the pushing electrode, a point pushing electrode 10 is installed at the center thereof, and an annular annular pushing electrode 20, 30, 40 is spaced apart from each other at a predetermined interval. The point pushing electrode 10 or the annular pushing electrodes 20 and 30 and 40 are used to bond the two wafers to be bonded by electrostatic thermal bonding by applying pressure and electricity.
이를 위해, 상기 점푸싱전극(10)이나 환형푸싱전극(20)(30)(40)의 상측으로는 하부에 스프링로드(11∼41)가 설치되어 있는 푸싱로드(12∼42)가 위치하고 있다. 그리하여, 푸싱로드(11)가 하방으로 이동되어 스프링로드(11)의 점푸싱전극(10)이 웨이퍼(1)에 접촉되면서 계속 하방으로 압력이 인가될 때 스프링로드(11)는 푸싱로드(12) 내로 인입되면서 내측의 스프링에 의한 탄발력으로 계속 웨이퍼(1)에 하방으로 압력을 가하게 되고, 이어 환형푸싱전극(20)이 웨이퍼(1)에 접촉되면서 푸싱로드(22)의 작용에 스프링로드(21)가 푸싱로드(22)내로 인입되면서 내측의 스프링에 의한 탄발력으로 계속 웨이퍼(1)에 하방으로 압력을 가하게 되며, 이와 같은 작용이 순차적으로 이루어져 환형푸싱전극(30)과 환형푸싱전극(40)도 차례로 웨이퍼(1)에 하방으로 압력을 가할 수 있도록 이루어져 있다.To this end, above the point pushing electrode 10 or the annular pushing electrodes 20, 30 and 40, the pushing rods 12 to 42 having spring rods 11 to 41 are disposed below. . Thus, when the pushing rod 11 is moved downward so that the pressure pushing electrode 10 of the spring rod 11 is in contact with the wafer 1 and the pressure is continuously applied downward, the spring rod 11 is the pushing rod 12. The pressure is downwardly applied to the wafer 1 by the elastic force of the inner spring while being introduced into the wafer. Then, as the annular pushing electrode 20 contacts the wafer 1, the spring load is applied to the action of the pushing rod 22. As the 21 is drawn into the pushing rod 22, the pressure is continuously applied downward to the wafer 1 due to the spring force of the inner spring. Such an action is sequentially performed to form the annular pushing electrode 30 and the annular pushing electrode. 40 is also formed so that pressure may be applied downward to the wafer 1 in turn.
한편, 상기 푸싱로드(12∼42)의 각 상단에는 정전열접합시 접합장치와의 전기적 절연을 위해 세라믹 탭(13∼43)이 부착되어 있다.On the other hand, ceramic tabs 13 to 43 are attached to upper ends of the pushing rods 12 to 42 to electrically insulate the bonding device during electrostatic thermal bonding.
또한, 상기 점푸싱전극(10) 및 환형푸싱전극(20,30,40)에 전원을 인가할 수 있도록 각각의 상기 세라믹 탭(13∼43)을 통해 각 푸싱로드(12∼42)에 전원장치(50)가 연결되어 있다.In addition, a power supply device for each of the pushing rods 12 to 42 through the ceramic tabs 13 to 43 so as to apply power to the point pushing electrode 10 and the annular pushing electrodes 20, 30, and 40. 50 are connected.
도 3은 본 발명에 따른 압력 및 전압 인가 장치를 통해 웨이퍼의 접합영역이확산되는 공정을 나타낸 도면이다.3 is a view illustrating a process in which a junction region of a wafer is diffused through a pressure and voltage applying device according to the present invention.
먼저, 푸싱로드(12)가 작동되어 점푸싱전극(10)이 하강되면서 접합할 두 웨이퍼(1)의 중앙을 누르게 됨에 따라 점푸싱전극(10)과 인접된 웨이퍼(1)의 중앙부위에서 접촉이 이루어지기 시작하게 된다. 이때, 접합할 웨이퍼(1)는 실리콘 웨이퍼와 실리콘 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼와 유리웨이퍼 또는 이외의 다른 반도체, 금속, 비금속 웨이퍼 등으로 이루어진 것이다. 그리고 도면에는 도시되어 있지 않으나 접합할 두 웨이퍼의 가장자리에는 예컨대, 통상 3 내지 5개의 스페이서가 삽입되어 두 웨이퍼가 일정 간격으로 유지되어 있으며, 상기 스페이서는 두 웨이퍼간의 접합이 이루어지면서 점차 외측으로 이동되어 두 웨이퍼가 완전히 접합될 수 있도록 하는 작용을 하는 것인데, 이에 괸해서는 본 발명의 기술요지의 혼동을 방지하고자 더 이상의 자세한 설명은 생략되었다.First, as the pushing rod 12 is operated to push the center of the two wafers 1 to be joined as the point pushing electrode 10 is lowered, contact at the center portion of the wafer 1 adjacent to the point pushing electrode 10 is adjacent. It will begin to come true. At this time, the wafer 1 to be bonded is made of a silicon wafer and a silicon wafer, a silicon wafer and a glass wafer, or other semiconductor, metal, non-metal wafer, or the like. Although not shown in the drawing, the edges of the two wafers to be bonded are, for example, three to five spacers are inserted to maintain the two wafers at a predetermined interval, and the spacers are gradually moved outward as the bonding between the two wafers is performed. In order to prevent the two wafers from being completely bonded together, further detailed description is omitted to avoid confusion of the technical spirit of the present invention.
푸싱로드(12)의 작동에 이어, 푸싱로드(22)의 작동에 따라 환형푸싱전극(20)이 하강되어 웨이퍼(1)를 누름으로써 웨이퍼(1)에서는 상기 점푸싱전극(10)에 의하여 접합된 부위에 연하여 환형푸싱전극(20)보다 다소 넓은 부위까지 접합이 이루어지게 된다.Following operation of the pushing rod 12, the annular pushing electrode 20 is lowered in accordance with the operation of the pushing rod 22 to press the wafer 1 so that the wafer 1 is bonded by the point pushing electrode 10. The connection is made to a portion which is slightly wider than the annular pushing electrode 20 by connecting to the portion.
이와 마찬가지로, 푸싱로드(32) 및 푸싱로드(42)가 순차적으로 작동됨에 따라 환형푸싱전극(30)과 환형푸싱전극(40)이 각각 하강되어 웨이퍼(1)를 누름으로써 웨이퍼(1)에서는 상기 환형푸싱전극(20)에 의하여 접합된 부위에 연하여 가장자리까지 완전히 접합이 이루어지게 된다.Similarly, as the pushing rod 32 and the pushing rod 42 are sequentially operated, the annular pushing electrode 30 and the annular pushing electrode 40 are lowered, respectively, to press the wafer 1 to thereby press the wafer 1. The edge is joined to the edge joined by the annular pushing electrode 20.
상기와 같이 웨이퍼(1)를 접합시킬 때 각 푸싱로드와 스프링로드 사이에 있는 스프링에 의한 힘으로 웨이퍼(1)를 누르게 되다가 마지막으로 환형푸싱전극(40)이 눌린 후에는 모든 푸싱전극에 대하여 원하는 만큼의 압력을 인가하여 웨이퍼(1)를 누르게 할 수 있다. 이는 모든 환형푸싱전극이 눌려지기 전까지는 웨이퍼(1)간의 가장자리에 스페이서가 위치하고 있는 상태여서 웨이퍼(1)가 휘어져 있는 상태에 있기 때문에 스프링의 힘으로 완충시켜 웨이퍼(1)의 파손을 방지하기 위함이다.When the wafer 1 is bonded as described above, the wafer 1 is pressed by the force of the spring between each pushing rod and the spring rod, and finally, after the annular pushing electrode 40 is pressed, all the pushing electrodes are desired. As much pressure may be applied to press the wafer 1 as possible. This is because the spacer is located at the edge between the wafers 1 until all the annular pushing electrodes are pressed, and thus the wafer 1 is bent, so as to be buffered by the spring force to prevent the wafer 1 from being damaged. to be.
이와 같이 하여, 웨이퍼(1)의 가장자리에 있는 스페이서에 의해 이격되어 있는 웨이퍼(1)가 압력인가장치에 의해 중심부터 바깥쪽의 방향으로 접합되도록 함으로써, 접합할 두 웨이퍼(1)의 사이에 있는 기체를 중심으로부터 바깥쪽으로 밀어냄으로써 기체가 두 웨이퍼(1) 사이에서 포획되는 것을 방지할 수 있게 된다.In this way, the wafers 1 spaced apart by the spacers at the edges of the wafers 1 are bonded by the pressure applying device in the direction from the center to the outward direction, thereby allowing the wafers 1 to be joined between the two wafers 1 to be bonded. By pushing the gas out from the center it is possible to prevent the gas from being trapped between the two wafers 1.
도 4a 내지 도 4d는 압력인가에 따른 접합공정 이후 정전열접합 공정에 있어서 전원장치(50)에 의해 점푸싱전극(10)과 환형푸싱전극(20∼40)에 전압을 중심부터 바깥쪽으로 시간차이를 두어 인가했을 경우 접합영역의 확산을 나타낸 도면이다.4A to 4D show the time difference from the center to the outside of the point pushing electrode 10 and the annular pushing electrodes 20 to 40 by the power supply device 50 in the electrostatic heat bonding process after the bonding process according to the application of pressure. Is a diagram showing the diffusion of the junction region when applied.
도 4a에서는 점전극으로 전압을 인가하여 중심부로부터의 접합을 유도하고, 도 4b, 도 4c의 순서로 전압인가영역을 넓힘으로써 이에 따라 접합영역을 확산시키며, 최종적으로 도 4d와 같이 비접합영역이 없는 웨이퍼 레벨 접합을 이룰 수 있게 된다. 이와 같은 방법은 도 1a 및 도 1b에서 설명한 것과 같은 비접합영역의 발생을 제거할 수 있다. 여기서 참조부호 3은 접합영역을 나타낸다.In FIG. 4A, a junction is applied from the center by applying a voltage to the point electrode, and the junction region is diffused accordingly by expanding the voltage application region in the order of FIGS. 4B and 4C. Wafer level junctions can be achieved. Such a method can eliminate the occurrence of the non-junction region as described in FIGS. 1A and 1B. Reference numeral 3 denotes a junction region.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 두장의 웨이퍼 접합시 중앙으로부터 순차적으로 압력 및 전압을 인가하여 두장의 웨이퍼사이에 있는 기체를 중심으로부터 바깥쪽으로 밀어내어 순간적인 압착을 할 때나 점 전극, 또는 다중전극에서 발생할 수 있는 비접합영역의 생성을 제거함으로써 웨이퍼 접합에서 가장 큰 문제가 되고 있는 낮은 생산성을 해소하여 수율의 향상과 전면의 균일한 접합을 통한 안정적인 공정으로써 해결하여 마이크로 센서 및 액튜에이터를 중심으로 하는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 소자의 패키징과 구조물 형성공정에서의 이용 및 반도체 소자용 SOI(Silicon-On-Insulator) 기판 제작공정에서의 이용을 저 비용으로 안정적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.As described above, in the present invention, when the two wafers are bonded, pressure and a voltage are sequentially applied from the center to push out the gas between the two wafers from the center to the outside to perform instant compression or point electrode, or multiple By eliminating the generation of non-bonded regions that can occur at the electrodes, the low productivity, which is the biggest problem in wafer bonding, is eliminated, and the solution is solved with a stable process through improved yield and uniform bonding on the entire surface. The MEMS (Micro Electro Mechanical System) device packaging and structure forming process and the use of silicon-on-insulator (SOI) substrate manufacturing process for semiconductor devices can be performed at low cost and stable.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101033976B1 (en) * | 2009-12-29 | 2011-05-11 | 김경철 | A pollutant exhaust duct |
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2001
- 2001-11-28 KR KR10-2001-0074680A patent/KR100446900B1/en not_active IP Right Cessation
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| KR101033976B1 (en) * | 2009-12-29 | 2011-05-11 | 김경철 | A pollutant exhaust duct |
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| KR100446900B1 (en) | 2004-09-01 |
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