KR20110033456A - 기판의 결합장치 및 결합방법 - Google Patents

기판의 결합장치 및 결합방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1기판의 상부면과 제2기판의 하부면을 결합하는 기판 결합장치에 관한 것으로서, 제1기판의 하부에 설치되고, 제1기판의 하부면을 지지할 수 있는 하부지지판과, 제2기판의 상부에 설치되고, 제2기판의 상부면에 소정의 압력을 가할 수 있는 누름판과, 제1기판 및 제2기판의 일측에 형성되고, 제2기판을 지지하여 제1기판과 제2기판 사이에 소정의 간격을 형성할 수 있는 스페이서와, 상기 제1기판과 제2기판의 측면부에 압력을 가해 제1기판과 제2기판을 정렬시키는 얼라이너를 포함한다.
본 발명의 기판 결합장치는 누름판이 분리되어 별도의 압력을 가할 수 있으므로, 기판의 뒤틀림으로 인하여 부위별로 다른 압력이 가해지는 문제를 해결하여 균일한 결합이 이루어지도록 하고, 기판의 뒤틀림이나 파티클에 의한 오염으로 접착제층에 보이드가 형성되는 것을 방지하며, 스페이서 및 얼라이너의 제거 시에 고정핀이 임시로 기판들을 고정하고 있으므로 기판의 오정렬이 발생하는 것도 방지한다. 또한 스페이서는 기판의 중심부로 갈수록 두께가 얇아지도록 구성되므로 하부기판의 상부면에 형성된 접착제가 묻어나오지 않는 효과를 가지고, 기판의 하부 모서리와 접촉하여 기판을 지지하므로 스페이서의 제거과정에서 기판에 결함이 발생하지 않는 효과를 가진다.

Description

기판의 결합장치 및 결합방법{Apparatus and method for substrate bonding}
본 발명은 기판의 결합장치 및 결합방법으로서, 더욱 상세하게는 결합되는 기판의 뒤틀림에 의한 결합의 불균일성 및 오정렬을 방지하여 공정 불량률을 감소시킬 수 있는 기판의 결합장치 및 결합방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조에는 경우에 따라 2가지 이상의 소자를 접합하는 공정이 요구된다. SOI(silicon On Insulator) 기판을 제조하거나, P 타입 반도체와 N 타입 반도체를 결합시켜 P-N 정션(junction)을 형성하는 경우 등이 그것이다. 이를 위하여 2개의 기판을 결합하는 공정이 요구되는데, 접착제를 사용하여 기판의 양면을 결합하거나, 접착제의 사용없이 기판 간에 직접적인 결합을 형성하는 방법(Direct Bonding of Wafers) 등이 사용된다. 접착제를 사용하여 기판을 결합하는 방법은 유기계 또는 무기계의 접착제층을 기판의 일면에 형성한 후 접착제의 접착력에 의하여 양 기판을 접합하는 것이고, 직접적인 결합방법은 1000℃ 이상의 고온에서 기판에 압력을 가하여 양 기판을 접합하는 것이다.
도 1은 접착제를 이용하여 양 기판을 결합시키는 방법을 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 상부면에 접착제층(102)이 형성된 하부기판(101)과 상부기판(103)을 대향한 상태에서 상부기판(103)의 상부면에 압력을 가하여 상부기판(103)과 하부기판(101)을 결합시킨다. 이때, 접착체층(102)의 접착력이 발현되게 하기 위하여 기판의 온도를 상승시키게 되고, 접착제층의 유기용매 등을 아웃게싱(out-gassing)시키기 위한 예비 가열 고정이 진공 분위기에서 수행되기도 한다.
도 2는 종래의 기판 결합장치를 도시한 것이다. 도 2의 (a)를 참조하면, 기판 결합장치(100)는 상부블록 어셈블리(upper block assembly, 101), 하부블록 어셈블리(lower block assembly, 102), 상부 척(upper chuck, 103), 하부 척(lower chuch, 104), 상부 플레이트(105), 하부 플레이트(106) 및 포스트부(107)를 포함한다. 상부블록 어셈블리(101)와 하부블록 어셈블리(102)는 기판을 가열할 수 있는 가열수단을 구비하고 있고, 상부 척(103)과 하부 척(104)은 블록 어셈블리에 결합되어 기판을 고정하는 역할을 한다. 상부 척(103)과 하부 척(104)에 기판이 고정되면 상부 플레이트(105) 또는 하부 플레이트(106)가 수직 방향으로 이동하며 기판에 일정한 압력을 가하게 된다. 블록 어셈블리와 척의 구조를 좀 더 자세하게 살펴보면 다음과 같다. 도 2의 (b)를 참조하면, 상부블록 어셈블리는 상부 서포트 플렌지(support flange, 101a), 상부 히터(heater, 101c) 및 그 사이에 게재된 진공 분리 시스템(vacuum isolation system, 101b)으로 이루어지고, 하부블록 어셈블리는 하부 서포트 플렌지(support flange, 102a), 하부 히터(heater, 102c) 및 그 사이에 게재된 진공 분리 시스템(vacuum isolation system, 102b)으로 이루어지며, 상부 히터(101c) 및 하부 히터(102c)의 하부와 상부에는 각각 상부 척(103) 및 하부 척(104)이 결합되어 있다. 상부블록 어셈블리 및 하부블록 어셈블리의 중앙부에는 기판에 압력을 가하기 위한 수단인 압축 핀(108)이 설치되어 있다.
기판은 결합공정이 진행되기 전에 열팽창율이 서로 다른 층들이 패턴을 이루며 형성되고, 수백도의 열공정을 거치기 때문에 뒤틀림(warpage)이 발생할 수 있다. 기판에 뒤틀림이 발생하면 기판의 결합을 위하여 기판에 가해지는 압력이 부위별로 상이할 수 있으므로 균일한 결합이 이루어지기 어려운 문제점을 가진다. 결합공정에서 발생할 수 있는 또 다른 문제는 결합층에 보이드(void)가 형성되는 것인데, 이러한 보이드의 형성은 주로 기판의 뒤틀림이나 기판을 오염시킨 파티클(particle)에 의한 것이다. 종래의 기판 결합 장치들은 기판에 압력을 가하는 과정에서 기판의 부위별로 서로 다른 압력을 가할 수 없으므로 이러한 문제점을 해결할 수 없었다. 그리고, 압력이 대상이 되는 기판 사이에 일정한 간격을 유지하기 위해 기판되던 종래의 스페이서는 접착제가 스페이서에 묻어나오는 문제점을 가지고 있었으며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 스페이서를 사용하지 않는 경우에는 기판의 정렬이 제대로 이루어 질 수 없는 새로운 문제점을 야기하기도 하였다.
기판을 결합하는 공정에서는 결합되는 기판의 정렬(alignment)이 유지되는 것이 중요하다. 기판의 결합시에 오정렬이 발생하면, 후공정인 그라인딩 공정에서 기판이 파손되기도 하고, 기판간의 전기적 결합이 어긋나 불량이 발생하기 때문이다. 기판의 결합공정에서 발생하는 기판의 오정렬(mis-alignment)은 주로 기판을 로딩하고 스페이서를 제거하여 양 면을 접촉시키는 과정에서 기판의 이동이 발생하는 것이 기인한다. 이러한 기판의 오정렬을 방지하기 위해서 기판에 별도의 얼라인 키(align key)를 형성하고 이 얼라인 키를 이용하여 정렬시키는 방법도 생각할 수 있으나, 이를 위해서는 기판에 추가적인 패턴을 형성하여야 하므로 네트 다이(net die)의 감소를 가져올 수 있고, 얼라인 공정의 추가로 생산성이 낮아질 수 있는 문제점도 가지고 있다. 따라서, 기판의 결합과정에서 기판의 뒤틀림에 의한 결합의 불균일성, 스페이서에 접착제가 묻어나오는 문제, 접착제층에 보이드가 형성되는 문제 및 기판의 오정렬 문제를 해결하면서도 생산성을 유지할 수 있는 새로운 기술에 대한 필요성이 커지고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 기판의 뒤틀림에 의한 결합의 불균일성, 스페이서에 접착제가 묻어나오는 문제, 접착제층에 보이드가 형성되는 문제 및 기판의 오정렬 문제를 해결할 수 있는 기판의 결합장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기의 기판 결합장치를 이용하여 기판을 결합하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 제1기판의 하부에 설치되고, 제1기판의 하부면을 지지할 수 있는 하부지지판과, 제2기판의 상부에 설치되고, 제2기판의 상부면에 소정의 압력을 가할 수 있는 누름판과, 제1기판 및 제2기판의 일측에 형성되고, 제2기판을 지지하여 제1기판과 제2기판 사이에 소정의 간격을 형성할 수 있는 스페이서와, 상기 제1기판과 제2기판의 측면부에 압력을 가해 제1기판과 제2기판을 정렬시키는 얼라이너를 포함하는 기판 결합장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부지지판과 누름판은 가열장치가 구비되어 제1기판과 제2기판을 가열할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 하부지지판과 누름판에 구비된 가열장치는 제1기판을 가열하여 상부면에 형성된 결합제층을 아웃게싱시킬 수 있고, 상기 제1기판의 가열은 하부지지판의 복사열에 의하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 하부지지판과 누름판에 구비된 가열장치는 제1기판의 상부면에 형성된 접착제층을 열경화시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 누름판은 복수개의 분리된 블록 누름판으로 이루어지고, 상기 블록 누름판들은 별도의 압력으로 제2기판의 상부면에 압력을 가할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 블록 누름판은 중앙부에 형성된 내측 누름판과 외각부에 형성된 외측 누름판으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 스페이서는 제2기판의 하부 모서리와 접촉하여 제2기판을 지지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 스페이서는 제1기판 및 제2기판의 중심부로 갈수록 두께가 얇아질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판 결합장치는 상기 누름판을 관통하며 제2기판의 상부면에 소정의 압력을 가해 제2기판의 위치를 고정시키는 고정핀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 고정핀은 제1기판 및 제2기판을 이격시키고 정렬시키는 스페이서와 얼라이너가 제거되는 과정에서 제1기판과 제2기판의 정렬을 유지할 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, (a) 하부지지판의 상부에 제1기판을 로딩하는 단계와, (b) 제1기판과 소정의 간격으로 이격되도록 스페이서 위에 제2기판을 로딩하고, 제1기판과 제2기판을 정렬시키는 단계와, (c) 제1기판을 가열하여 제1기판의 상부에 형성된 접착제층을 아웃게싱시키는 단계와, (d) 제1기판 및 제2기판을 가열하고, 하부지지판, 제1기판 및 제2기판을 접촉시킨 상태에서 누름판으로 제2기판의 상부면에 압력을 가해 제1기판과 제2기판을 결합시키는 단계를 포함하는 기판의 결합방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (d) 단계는 고정핀으로 제1기판과 제2기판의 정렬을 임시로 고정하고, 누름판으로 압력을 가해 제1기판과 제2기판을 결합시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 누름판은 복수개의 분리된 블록 누름판으로 이루어지고, 상기 (d) 단계는 각각의 블록 누름판으로 별도의 압력을 가해서 제1기판과 제2기판에 균일한 압력이 전달되도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 접착제층은 열경화성 수지로 이루어지고, 상기 (d) 단계는 하부지지판과 누름판의 온도를 상기 열경화성 수지의 용융온도까지 가열하고 누름판으로 압력을 가하는 단계, 하부지지판과 누름판의 온도를 열경화성 수지의 열경화가 일어날 수 있는 온도까지 가열하는 단계 및 열경화성 수지의 열경화가 일어나도록 온도를 유지하는 단계로 이루어질 수 있다.
본 발명의 기판 결합장치는 누름판이 분리되어 별도의 압력을 가할 수 있으므로, 기판의 뒤틀림으로 기판의 부위별로 다른 압력이 가해지는 문제를 해결하여 균일한 결합이 이루어지도록 하고, 기판의 뒤틀림이나 파티클에 의한 오염으로 접착제층에 보이드가 형성되는 것을 방지하며, 스페이서 및 얼라이너의 제거 시에 고정핀이 임시로 기판들을 고정하고 있으므로 기판의 오정렬이 발생하는 것도 방지한다. 또한 스페이서는 기판의 중심부로 갈수록 두께가 얇아지도록 구성되므로 하부기판의 상부면에 형성된 접착제가 묻어나오지 않는 효과를 가지고, 기판의 하부 모서리와 접촉하여 기판을 지지하므로 스페이서의 제거과정에서 기판에 결함이 발생하지 않는 효과를 가진다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 기판 결합장치는 제1기판의 하부에 설치되고, 제1기판의 하부면을 지지할 수 있는 하부지지판과, 제2기판의 상부에 설치되고, 제2기판의 상부면에 소정의 압력을 가할 수 있는 누름판과, 제1기판 및 제2기판의 일측에 형성되고, 제2기판을 지지하여 제1기판과 제2기판 사이에 소정의 간격을 형성할 수 있는 스페이서와, 상기 제1기판과 제2기판의 측면부에 압력을 가해 제1기판과 제2기판을 정렬시키는 얼라이너를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 3은 본 발명의 기판 결합장치의 단면을 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 기판 결합장치(300)는 하부지지판(301), 누름판(302), 고정핀(305), 스페이서(303) 및 얼라이너(304)를 포함한다. 하부지지판(301)은 제1기판(306a)의 하부에 설치되어 기판의 결합시에 제1기판(306a)의 하부면을 지지하게 되고, 누름판(302)은 제2기판(306b)의 상부에 설치되어 기판의 결합시에 제2기판(306b)의 상부면에 압력을 가하게 된다. 제2기판(306b)은 스페이서(303)에 모서리 부분이 지지되어 제1기판(306a)과 소정의 간격으로 이격되어 로딩되고, 얼라이너(304)는 제1기판(306a)과 제2기판(306b)의 측면부에 접촉하여 기판의 정렬을 유지하도록 한다. 도면에서는 스페이서(303)와 얼라이너(304)를 중첩되게 표시하였지만, 스페이서(303)와 얼라이너(304)는 기판의 원주상의 다른 위치에 형성되어 서로 간섭이 일어나지 않는다. 고정핀(305)은 누름판을 관통하여 제2기판(306b)의 상부면에 압력을 가하는 수단으로, 스페이서(303) 및 얼라이너(304)를 바깥쪽으로 이동시킬 때 제1기판(306a) 및 제2기판(306b) 간의 정렬이 틀어지는 것을 방지한다.
본 발명의 기판 결합장치가 가지는 특징 중 하나는 누름판이 복수개의 분리된 블록 누름판으로 이루어졌다는 것이다. 이러한 특징은 기판의 결합시에 기판에 가해지는 압력의 분포를 용이하게 조절할 수 있다는 것이다. 결합의 대상이 되는 기판은 결합공정이 진행되기 전에 열팽창율이 서로 다른 층들이 패턴을 이루며 형성되고, 수백도의 열공정을 거치기 때문에 뒤틀림(warpage)이 발생할 수 있다. 기판에 뒤틀림이 발생하면 기판에 결합을 위하여 기판에 가해지는 압력이 부위별로 상이할 수 있으므로 균일한 결합이 이루어지기 어려운 문제점을 가진다. 또한 기판의 뒤틀림이나 기판을 오염시킨 파티클(particle)에 의하여 기판 사이의 결합층에 보이드(void)가 형성될 수 있다. 본 발명에서는 누름판을 복수개의 블록 누름판으로 구성하고, 각각의 블록 누름판에 독립된 압력을 가할 수 있으므로 기판에 가해지는 압력을 부위별로 조절할 수 있다. 따라서, 기판의 뒤틀림을 고려하여 압력을 가함으로써 기판의 결합상태를 균일하게 유지할 수 있고, 기판의 뒤틀림이나 파티클 문제로 인한 보이드의 생성도 방지할 수 있다. 이와 같이 블록 누름판으로 구성된 누름판은 기판의 오정렬 발생도 방지한다. 누름판의 면적이 커지면 누름판 내에서 압력의 편차가 발생할 수 있고, 이는 결합되는 기판의 오정렬을 유발할 수 있다. 또한 결합의 대상이 되는 기판은 일정 정도의 뒤틀림을 가지고 있고 패턴의 형성에 의한 단차가 존재할 수도 있는데, 이러한 뒤틀림과 단차는 기판의 오정렬이 발생하는 원인이 될 수 있다. 본 발명에서는 누름판을 분리된 복수개의 블록 누름판으로 형성하여 기판에 가해지는 압력을 기판의 부위 별로 조절할 수 있도록 하여 기판의 오정렬 발생을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 누름판이 작동하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 제1기판(306a)과 제2기판(306b)이 서로 접촉하여 있고, 제1기판(306a)의 하부면은 하부지지판(301)이 지지하고 있고, 누름판(302a, 302b)이 제2기판(306b)의 상부면에 압력을 가하고 있다. 도면에는 표시되지 않았지만, 제1기판과 제2기판 사이에는 접착제층이 형성되어 있고, 하부지지판과 누름판에 구비된 가열수단에 의하여 기판들이 가열된 상태이다. 이때, 누름판은 서로 분리된 형태인 내측 누름판(302a)과 외측 누름판(302b)으로 이루어지고, 각각 별도의 압력(내부가 채워진 화살표, 내부가 빈 화살표)으로 제2기판(306b)의 상부면을 누를 수 있다. 내측 누름판은 각각 고정핀의 관통홀이 형성된 원의 형태로 이루어지고, 외측 누름판은 도우넛(dougnut) 형태로 이루어질 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 누름판이 분리된 형태로 이루어지고 별도의 압력을 가할 수 있는 구조라면 어떠한 형태로든 변형이 가능하다. 본 발명에서는 상기와 같이 기판의 다른 부위에 독립된 블록 누름판으로 압력을 가하므로 기판 전체에 가해지는 압력을 조절할 수 있다. 기판에 가해지는 조절된 압력어지죠체적으로 균일하게 설정될 수도 있지만, 결합되는 기판의 뒤틀림이나 단차 등을 고려하여 의도적으로 불균일하게 설정할 수도 있다. 즉, 뒤틀림이나 단차로 인하여 압력을 많이 받아야 할 부위에 해당하는 블록 누름판에는 상대적으로 높은 압력을 가할 수 있고, 이러한 효과에 의하여 기판의 결합층에 보이드가 생성되는 것도 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 기판 결합장치가 가지는 또 다른 특징은 고정핀을 이용하여 기판이 결합 전에 기판의 위치를 임시적으로 고정할 수 있다는 것이다. 기판의 오정렬은 기판에 압력을 가하는 과정에서 발생할 수도 있지만, 스페이서로 이격되었던 두 기판이 서로 접촉하는 과정에서도 발생할 수 있기 때문에 임시적으로 기판의 위치를 고정하면 오정렬의 발생을 방지할 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 기판 결합장치에서 고정핀을 이용하여 기판을 결합시키는 방법을 도시한 것이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 스페이서(303)에 의하여 이격되고 얼라이너(304)에 의하여 정렬된 제1기판(306a)과 제2기판(306b)이 하부지지대(301)와 접촉하여 있고, 그 위에 고정핀(305)과 누름판(302)이 이격되어 설치되어 있다. 다음 단계에서 도 5b에 도시된 바와 같이, 고정핀(305)이 하부로 이동하고 일정한 압력으로 제2기판(306b)의 상부면에 접촉한다. 고정핀(305)의 끝단은 마찰력이 큰 재료로 이루어질 수 있고, 제2기판(306b)의 상부면에 접촉하여 제2기판(306b)이 이동하는 것을 방지한다. 다음 단계에서 도 5c에 도시된 바와 같이, 제2기판(306b)의 모서리를 지지하던 스페이서(303)가 외측으로 빠지며 제1기판(306a)과 제2기판(306b)이 접촉한다. 이때, 고정핀(303)은 일정한 압력으로 제2기판(306b)을 누르며 제2기판(306b)과의 접촉을 유지할 수 있다. 다음 단계에서 도 5d에 도시된 바와 같이, 제1기판(306a)과 제2기판(306b)의 정렬을 유지하기 위하여 기판의 측면에 일정 압력을 가하던 얼라이너(304)가 외측으로 빠진다. 마지막 단계에서 도 5e에 도시된 바와 같이, 제2기판(306b)의 상부에 있던 누름판(302)이 아래 방향으로 이동하여 제2기판(306b)의 상부면에 일정 압력을 가하여 기판을 결합시킨다. 이와 같이, 고정핀, 얼라이너 및 분리된 누름판이 각각의 역할을 수행하여 결합되는 기판에 오정렬이 방생하는 것을 방지한다.
본 발명의 기판 결합장치가 가지는 또 다른 특징은 스페이서의 구조에 있다. 본 발명의 스페이서는 기판의 중심부로 갈수록 두께가 얇아지도록 이루어져 있으므로, 제1기판의 상부면에 형성된 접착제층의 접착제가 스페이서에 묻어나오는 것을 방지할 수 있다. 스페이서는 상기와 같이 기판의 중심부로 갈수록 두께가 얇아지는 구조라면, 원뿔 형태스페다각뿔 형태와 같이 다양에 묻구성이 가능하다. 또한 본 발명의 스페이서는 경사진 상부면을 가지는 것이 바람직한데에 묻 경우 스페이서의 상부면과 제2기판의 모서리갈수분이 접촉하여 스페이서와 기판의 접촉면적을 최소화할 수 있고, 스페이서의 이동시에 기판과의 마찰을 최소화 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 기판 결합장치에 적용되는 스페이서의 구조와 작동을 도시한 것이다. 도 6의 (a)를 참조하면, 스페이서(303)는 상부면이 기울어진 형태를 가지고 있으며, 스페이서(303)의 상부면에 제2기판(306b)의 모서리 부분이 접촉한 채로 제1기판(미도시)과 제2기판(306b)을 소정의 간격으로 이격시키며 지지한다. 이때 소정의 간격이란 제1기판의 상부면 또는 제2기판의 하부면에 형성된 접착제층에서 용매 등을 아웃게싱시킬 수 있을 정도의 간격을 의미한다. 도 6의 (b)를 참조하면, 스페이서(303)가 외측으로 이동하며 제2기판(306b)이 중력에 의하여 아래쪽으로 이동하고, 이때 스페이서와 접촉하는 제2기판의 부위는 여전히 모서리 부분이 된다. 이와 같이 스페이서의 상부면과 제2기판의 모서리 부분이 접촉하게 되면, 스페이서의 이동시에 스페이서의 상부면과 제2기판 간의 마찰력이 작아져서 오정렬이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 스페이서가 제2기판의 하부면과 접촉하는 구조라면 스페이서의 이동시에 기판의 하부면에 스크래치와 같은 결함이 발생할 수 있으나, 본 발명과 같이 스페이서와 기판의 모서리가 접촉하는 경우에는 이러한 현상이 발생하지 않는다. 기판에 미세한 결함이 발생한 경우에는 이후의 그라인딩 공정이나 열공정에서 기판의 파손될 가능성이 커질 수 있는데, 본 발명은 이러한 현상을 방지하여 공정 수율을 향상시키는 효과를 가진다.
본 발명에 적용되는 하부지지판과 누름판은 가열장치를 구비하고 있다. 가열장치가 사용되는 용도는 크게 2가지이다. 첫 번째 용도는 기판 위에 형성된 접착제층의 용매 등을 아웃게싱시키기 위한 것인데, 이 경우는 하부지지판과 누름판이 아웃게싱에 필요한 정도의 온도인 80 내지 120℃의 온도로 가열되는 것이 바람직하 다. 열의 전달 방식은 크게 복사, 전도 및 대류로 나눌 수 있는데, 진공 분위기에서는 대류가 불가능하므로 복사 또는 전도에 의하여 기판을 가열할 수 있다. 본 발명에서는 기판의 접착제층을 아웃게싱시키기 위하여 하부지지판에 구비된 가열장치 온도를 높이고, 가열장치에서 복사된 열에 의하여 기판을 가열한다. 복사에 의하여 기판을 가열하는 방법은 전도에 의하여 가열하는 방법보다 기판에 발생하는 온도 편차가 적은 장점을 가지고 있다. 가열장치의 두 번째 용도는 기판에 형성된 접착제층을 가열하여 기판 간에 결합이 일어나게 하는 것이다. 접착제층에 의한 결합방식이 단순한 접착제의 용융에 의하여 이루어지는 경우라면 기판의 온도를 용융점 이상으로 가열하면 되지만, 열경화성 수지를 이용한 접착제의 경우라면 열경화가 일어날 수 있는 온도까지 기판의 온도를 증가시키고 일정시간 동안 유지하여 열경화가 일어날 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명의 기판 결합장치를 이용하여 기판을 결합하는 방법에 대하여 설명한다. 도 7a 내지 도 7m은 본 발명에 따른 기판의 결합방법을 설명하기 위한 도면이다. 도면에 표시된 온도는 본 발명의 일 실시예에 불과하고 이에 의하여 발명의 범위가 제한되지는 않는다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 진공 체임버(vacuum chamber) 안에 하부지지판, 누름판, 스페이서 및 얼라이너가 구비되어 있고, 제1기판이 누름판 상부에 이격된 채로 로딩된다. 제1기판은 상부면에 기판의 결합을 위해 필요한 접착제층이 형성되어 있는 상태로 로딩된다. 이때, 진공 체임버는 상압을 유지하고, 하부지지판 및 누름판은 가열되지 않은 상태로 상온을 유지한다.
이어서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제1기판의 외측에서 스페이서가 제1기판의 안쪽 방향으로 이동한다. 이동된 스페이서는 제1기판의 끝단과 일부가 중첩되는 위치에 수직방향으로 이격되어 위치한다. 진공 체임버는 상압을 유지하고, 하부지지판과 누름판은 상온을 유지한다.
이어서, 도 7c에 도시된 바와 같이, 제1기판의 상부에 이격된 채로 제2기판이 로딩된다. 제2기판은 스페이서의 상부면에 제2기판의 모서리가 접촉하도록 로딩되어 제1기판과 소정의 간격으로 이격된 상태로 위치하고, 진공 체임버와 하부지지판 및 누름판은 상압, 상온을 유지한다.
이어서, 도 7d에 도시된 바와 같이, 제1기판과 제2기판의 외측에 위치하던 얼라이너가 기판의 안쪽으로 이동하며 기판의 측면을 눌러 기판들을 정렬시킨다. 얼라이너가 기판과 접촉하는 위치는 특별히 웨이퍼(wafer)의 플랫 존(flat zone) 부분이나 노치(notch) 부분을 포함하는 것이 바람직하다. 상기의 단계가 끝나면 제1기판과 제2기판은 정렬된 상태로 진공 체임버 안에 위치하게 된다. 진공 체임버와 하부지지판 및 누름판은 상압, 상온을 유지한다.
이어서, 도 7e에 도시된 바와 같이, 진공 체임버의 상압을 유지한 상태에서 하부지지판 및 누름판을 100℃의 온도로 가열한다. 가열된 하부지지판과 누름판에 의하여 그 사이의 기판들이 가열된다.
이어서, 도 7f에 도시된 바와 같이, 하부지지판 및 누름판의 온도를 100℃로 유지한 채로 진공 체임버 내부의 기체를 배기하여 진공을 형성한다. 이 과정에서 제1기판 위에 형성된 접착제층에서 용매 등이 아웃게싱된다.
이어서, 도 7g에 도시된 바와 같이, 하부지지판이 상승하여 제1기판의 하부면과 접촉하고, 스페이서와 얼라이너가 차례로 기판의 외측으로 빠지며 제1기판과 제2기판이 접촉된 상태로 하부지지판 위에 위치하고, 이 과정에서 하부지지판과 누름판의 온도가 120℃로 높아진다. 이때, 도면에는 표시하지 않았지만 하부지지판의 상승과 스페이서의 이동과정 사이에 고정핀이 하강하여 제2기판의 상부면과 접촉할 수 있다.
이어서, 도 7h에 도시된 바와 같이, 진공 체임버를 벤팅(venting)하여 상압으로 만든다. 이 단계가 끝나면 제1기판 위에 형성된 접착제층은 아웃게싱된 상태이고, 제1기판과 제2기판이 정렬된 상태로 가열에 의한 접착을 기다리게 된다.
이어서, 도 7i에 도시된 바와 같이, 누름판에 의하여 기판에 일정 압력이 가해진다. 도면에는 표시되지 않았지만, 누름판은 서로 분리된 복수개의 블록 누름판으로 이루어지고, 각각의 블록 누름판에 서로 다른 압력이 가해지는 것이 가능하다.
이어서, 도 7j에 도시된 바와 같이, 하부지지판과 누름판을 185℃로 가열하고, 일정 시간 동안 유지한다. 가열된 하부지지판과 누름판에 의하여 기판의 온도가 상승하고 이 온도에서 열경화가 일어나며, 일정 시간동안 그 상태를 유지하여 열경화가 완료될 수 있도록 한다.
이어서, 도 7k 및 도 7l에 도시된 바와 같이 결합된 제1기판과 제2기판을 진공 체임버 밖으로 언로딩하고, 하부지지판과 누름판의 가열을 중지하여 냉각한다.
도 1은 접착제를 이용하여 양 기판을 결합시키는 방법을 도시한 것이다.
도 2는 종래의 기판 결합장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 기판 결합장치의 단면을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 누름판이 작동하는 원리는 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 기판 결합장치에서 고정핀을 이용하여 기판을 결합시키는 방법을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 기판 결합장치에 적용되는 스페이서의 구조와 작동을 도시한 것이다.
도 7a 내지 도 7l은 본 발명에 따른 기판의 결합방법을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (14)

  1. 제1기판의 상부면과 제2기판의 하부면을 결합하는 장치에 있어서,
    제1기판의 하부에 설치되고, 제1기판의 하부면을 지지할 수 있는 하부지지판;
    제2기판의 상부에 설치되고, 제2기판의 상부면에 소정의 압력을 가할 수 있는 누름판;
    제1기판 및 제2기판의 일측에 형성되고, 제2기판을 지지하여 제1기판과 제2기판 사이에 소정의 간격을 형성할 수 있는 스페이서; 및
    상기 제1기판과 제2기판의 측면부에 압력을 가해 제1기판과 제2기판을 정렬시키는 얼라이너;를 포함하는 기판 결합장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부지지판과 누름판은 가열장치가 구비되어 제1기판과 제2기판을 가열할 수 있는 것을 특징으로 하는 기판 결합장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부지지판과 누름판에 구비된 가열장치는 제1기판을 가열하여 상부면에 형성된 결합제층을 아웃게싱시킬 수 있고, 상기 제1기판의 가열은 하부지지판의 복사열에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 결합장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하부지지판과 누름판에 구비된 가열장치는 제1기판의 상부면에 형성된 접착제층을 열경화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 기판 결합장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 누름판은 복수개의 분리된 블록 누름판으로 이루어지고, 상기 블록 누름판들은 별도의 압력으로 제2기판의 상부면에 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 기판 결합장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 블록 누름판은 중앙부에 형성된 내측 누름판과 외각부에 형성된 외측 누름판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 결합장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 제2기판의 하부 모서리와 접촉하여 제2기판을 지지하는 것을 특징으로 하는 기판 결합장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 제1기판 및 제2기판의 중심부로 갈수록 두께가 얇아지는 것 을 특징으로 하는 기판 결합장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 누름판을 관통하며 제2기판의 상부면에 소정의 압력을 가해 제2기판의 위치를 고정시키는 고정핀을 더 포함하는 기판 결합장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고정핀은 제1기판 및 제2기판을 이격시키고 정렬시키는 스페이서와 얼라이너가 제거되는 과정에서 제1기판과 제2기판의 정렬을 유지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 결합장치.
  11. (a) 하부지지판의 상부에 제1기판을 로딩하는 단계;
    (b) 제1기판과 소정의 간격으로 이격되도록 스페이서 위에 제2기판을 로딩하고, 제1기판과 제2기판을 정렬시키는 단계;
    (c) 제1기판을 가열하여 제1기판의 상부에 형성된 접착제층을 아웃게싱시키는 단계; 및
    (d) 제1기판 및 제2기판을 가열하고, 하부지지판, 제1기판 및 제2기판을 접촉시킨 상태에서 누름판으로 제2기판의 상부면에 압력을 가해 제1기판과 제2기판을 결합시키는 단계;를 포함하는 기판의 결합방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 고정핀으로 제1기판과 제2기판의 정렬을 임시로 고정하고, 누름판으로 압력을 가해 제1기판과 제2기판을 결합시키는 것을 특징으로 하는 기판의 결합방법.
  13. 제11항에 있어서,
    누름판은 복수개의 분리된 블록 누름판으로 이루어지고, 상기 (d) 단계는 각각의 블록 누름판으로 별도의 압력을 가해서 제1기판과 제2기판에 균일한 압력이 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 기판의 결합방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 접착제층은 열경화성 수지로 이루어지고, 상기 (d) 단계는 하부지지판과 누름판의 온도를 상기 열경화성 수지의 용융온도까지 가열하고 누름판으로 압력을 가하는 단계, 하부지지판과 누름판의 온도를 열경화성 수지의 열경화가 일어날 수 있는 온도까지 가열하는 단계 및 열경화성 수지의 열경화가 일어나도록 온도를 유지하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판의 결합방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160064789A (ko) * 2014-11-28 2016-06-08 코스텍시스템(주) 웨이퍼 본딩 장치 및 본딩 방법
KR20180035476A (ko) * 2016-09-29 2018-04-06 코스텍시스템(주) 임시접합장치 및 방법
AT520028A3 (de) * 2017-06-06 2021-07-15 Suss Microtec Lithography Gmbh System und zugehörige Techniken zur Handhabung aufeinander ausgerichteter Substratpaare

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101991236B1 (ko) * 2018-07-27 2019-06-20 이규근 고주파수대역의 안테나 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020032042A (ko) * 2000-10-25 2002-05-03 최우범 기판 접합장치의 조절형 원뿔탐침 스페이서
JP2004118073A (ja) * 2002-09-27 2004-04-15 Shibaura Mechatronics Corp 基板の貼合わせ装置
JP2006119286A (ja) * 2004-10-20 2006-05-11 Ran Technical Service Kk 基板の貼り合わせ装置及び貼り合わせ方法
KR100891384B1 (ko) * 2007-06-14 2009-04-02 삼성모바일디스플레이주식회사 플렉서블 기판 접합 및 탈착장치

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160064789A (ko) * 2014-11-28 2016-06-08 코스텍시스템(주) 웨이퍼 본딩 장치 및 본딩 방법
US11183401B2 (en) 2015-05-15 2021-11-23 Suss Microtec Lithography Gmbh System and related techniques for handling aligned substrate pairs
KR20180035476A (ko) * 2016-09-29 2018-04-06 코스텍시스템(주) 임시접합장치 및 방법
AT520028A3 (de) * 2017-06-06 2021-07-15 Suss Microtec Lithography Gmbh System und zugehörige Techniken zur Handhabung aufeinander ausgerichteter Substratpaare
AT520028B1 (de) * 2017-06-06 2023-07-15 Suss Microtec Lithography Gmbh System und zugehörige Techniken zur Handhabung aufeinander ausgerichteter Substratpaare

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