KR20200008246A - 기판 본딩용 진공척, 이를 포함하는 기판 본딩 장치 및 이를 이용한 기판 본딩 방법 - Google Patents

기판 본딩용 진공척, 이를 포함하는 기판 본딩 장치 및 이를 이용한 기판 본딩 방법 Download PDF

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Abstract

기판 본딩용진공척은 척킹 플레이트, 복수개의 격벽들 및 온도 조절 부재를포함할 수 있다. 상기 척킹 플레이트는 기판을 흡착하는 복수개의 진공홀들을 가질 수 있다. 상기 격벽들은 상기 척킹 플레이트 내에 배치되어, 상기 척킹 플레이트를 복수개의 영역들로 구획할수 있다. 상기 온도 조절 부재는 상기 격벽들에 의해 구획된 상기 영역들 내에 각각 배치되어, 상기 영역들의 온도들을 독립적으로 제어하여 상기 영역들에 맞대어진 상기 기판의 부위들을 선택적으로 팽창 또는 수축시킬 수 있다.

Description

기판 본딩용 진공척, 이를 포함하는 기판 본딩 장치 및 이를 이용한 기판 본딩 방법{VACUUM CHUCK FOR BONDING SUBSTRATES, APPARATUS FOR BONDING SUBSTRATES INCLUDING THE SAME, AND METHOD OF BONDING SUBSTRATES USING THE SAME}
본 발명은 기판 본딩용 진공척, 이를 포함하는 기판 본딩 장치 및 이를 이용한 기판 본딩 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 기판들을 본딩하는데 사용되는 진공척, 이러한 진공척을 포함하는 기판 본딩 장치, 및 이러한 진공척을 이용해서 기판을 본딩하는 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 집적도를 높이기 위해서, 복수개의 반도체 칩들이 형성된 상하부 반도체 기판들을 본딩 장치를 이용해서 적층시킬 수 있다. 적층된 상하부 반도체 기판들의 접합 컨택들이 전기적으로 연결될 수 있다. 본딩 장치는 하부 반도체 기판을 진공으로 흡착하는 하부 진공척, 상부 반도체 기판을 진공을 흡착하는 상부 진공척, 및 상부 반도체 기판을 하부 반도체 기판을 향해서 가압하는 본딩 핀을 포함할 수 있다.
관련 기술들에 따르면, 상하부 반도체 기판들을 본딩하게 되면, 상하부 반도체 기판들에 변형이 발생될 수 있다. 또한, 상하부 반도체 기판들을 본딩한 이후, 하부 반도체 기판의 배면을 부분적으로 제거하는 그라인딩 공정, 및 본딩된 상하부 반도체 기판들을 어닐링하는 공정이 수행될 수 있다. 이러한 그라인딩 공정과 어닐링 공정으로 인해서, 상하부 반도체 기판들에 변형이 추가적으로 발생될 수 있다. 이러한 변형은 접합 컨택들이 연결되지 못하게 되는 현상을 초래할 수 있다.
본 발명은 기판들의 변형을 보정하여 접합 컨택들의 정확한 연결을 보장하는 기판 본딩용 진공척을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기된 진공척을 포함하는 기판 본딩 장치도 제공한다.
아울러, 본 발명은 상기된 진공척을 이용해서 기판을 본딩하는 방법도 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 기판 본딩용 진공척은 척킹 플레이트, 복수개의 격벽들 및 온도 조절 부재를 포함할 수 있다. 상기 척킹 플레이트는 기판을흡착하는 복수개의 진공홀들을 가질 수 있다. 상기 격벽들은 상기 척킹 플레이트 내에 배치되어, 상기 척킹 플레이트를 복수개의 영역들로 구획할 수 있다. 상기 온도 조절 부재는 상기 격벽들에 의해 구획된 상기 영역들 내에 각각 배치되어, 상기 영역들의 온도들을 독립적으로 제어하여 상기 영역들에 맞대어진 상기 기판의 부위들을 선택적으로 팽창 또는 수축시킬 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따른 기판 본딩 장치는 상부 진공척, 하부 진공척 및 본딩 핀을 포함할 수 있다. 상기 상부 진공척은 상부 기판을 흡착하는 상부 진공홀을 가질 수 있다. 상기 하부 진공척은 상기 상부 진공척의 하부에 배치되고 상기 상부 기판과 본딩되는 하부 기판을 흡착하는 복수개의 하부 진공홀들을 갖는 척킹 플레이트, 상기 척킹 플레이트 내에 배치되어 상기 척킹 플레이트를 복수개의 영역들로 구획하는 격벽들, 및 상기 격벽들에 의해 구획된 상기 영역들 내에 각각 배치되어 상기 영역들의 온도들을 독립적으로 제어하여 상기 영역들에 맞대어진 상기 하부 기판의 부위들을 선택적으로 팽창 또는 수축시키는 온도 조절 부재를 포함할 수 있다. 상기 본딩 핀은 상기 상부 진공척의 상부에 배치되어, 상기 상부 기판을 상기 하부 기판을 향해서 가압할 수 있다.
본 발명의 또 다른 견지에 따른 기판 본딩 방법에 따르면, 상하부 진공척들을 이용해서 상하부 기준 기판들을 본딩할 수 있다. 상기 상부 기준 기판 내의 상부 기준 접합 컨택들과 상기 하부 기준 기판 내의 하부 기준 접합 컨택들 사이의 기준 오버레이들을 측정할 수 있다. 상부 기판을 상기 상부 진공척에 흡착시킬 수 있다. 하부 기판을 상기 하부 진공척에 흡착시킬 수 있다. 상기 기준 오버레이들에 따라 상기 하부 진공척에 구획된 영역들을 선택적으로 가열 또는 냉각하여, 상기 상부 기판 내의 상부 접합 컨택들과 상기 하부 기판 내의 하부 접합 컨택들이 정렬되도록 상기 영역들과 대응하는 상기 하부 기판의 부위들을 선택적으로 팽창 또는 수축시킬 수 있다. 상기 상하부 기판들을 본딩할 수 있다.
상기된 본 발명에 따르면, 척킹 플레이트에 구획된 복수개의 영역들 내에 배치된 온도 조절 부재가 기준 오버레이들에 따라 영역들을 독립적으로 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 따라서, 영역들에 맞대어진 기판의 부위들이 선택적으로 팽창 또는 냉각되어, 변형된 기판의 형상이 보정될 수 있다. 결과적으로, 접합 컨택들이 정확하게 연결될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 본딩 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 본딩 장치의 상부 진공척을 나타낸 저면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 기판 본딩 장치의 하부 진공척을 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 하부 진공척의 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본딩된 상하부 기판들의 접합 컨택들을 확대해서 나타낸 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 본딩 장치의 하부 진공척을 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 하부 진공척 내에 배치된 펠티어 소자를 나타낸 블럭도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 본딩 장치의 하부 진공척을 나타낸 단면도이다.
도 10 내지 도 19는 도 1에 도시된 장치를 이용해서 기판을 본딩하는 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 본딩 장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 기판 본딩 장치의 상부 진공척을 나타낸 저면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 기판 본딩 장치의 하부 진공척을 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 하부 진공척의 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 본딩 장치는 상부 기판(US)과 하부 기판(LS)을 본딩할 수 있다. 본 실시예에서, 상부 기판(US)과 하부 기판(LS)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 상부 기판(US)과 하부 기판(LS)은 유리 기판을 포함할 수도 있다.
복수개의 상부 접합 컨택(USC)들이 상부 기판(US)에 내장될 수 있다. 상부 접합 컨택(USC)들 각각은 상부 기판(US) 내에 형성된 반도체 칩들 각각에 전기적으로 연결될 수 있다. 상부 접합 컨택(USC)들은 상부 기판(US)의 하부면을 통해 노출될 수 있다.
복수개의 하부 접합 컨택(LSC)들이 하부 기판(LS)에 내장될 수 있다. 하부 접합 컨택(LSC)들 각각은 하부 기판(LS) 내에 형성된 반도체 칩들 각각에 전기적으로 연결될 수 있다. 하부 접합 컨택(LSC)들은 하부 기판(LS)의 상부면을 통해 노출될 수 있다.
기판 본딩 장치는 상부 기판(US)의 하부면과 하부 기판(LS)의 상부면을 본딩시켜서, 상부 접합 컨택(USC)들과 하부 접합 컨택(LSC)들이 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 상부 접합 컨택(USC)들과 하부 접합 컨택(LSC)들이 전기적으로 연결되는 것에 의해서 상부 기판(US)과 하부 기판(LS) 내에 형성된 반도체 칩들이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상부 기판(US)과 하부 기판(LS)의 본딩 불량은 상부 접합 컨택(USC)들과 하부 접합 컨택(LSC)들 사이의 전기적 접촉 여부로 결정될 수 있다.
기판 본딩 장치는 본딩 유닛, 그라인딩 유닛(400), 어닐링 유닛(500) 및 오버레이 측정 유닛(600)을 포함할 수 있다. 본딩 유닛은 상부 진공척(100), 하부 진공척(200) 및 본딩 핀(300)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상부 진공척(100)은 상부 기판(US)을 진공을 이용해서 흡착할 수 있다. 상부 진공척(100)은 진공이 공급되는 상부 진공홀(110)을 가질 수 있다. 상부 진공홀(110)은 상부 진공척(100)의 하부면을 통해 노출되어, 상부 기판(US)의 상부면으로 진공을 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 상부 진공홀(110)은 상부 진공척(100)의 가장자리에 배열될 수 있다. 따라서, 상부 진공척(100)은 상부 기판(US)의 가장자리만을 고정시킬 수 있다. 반면에, 진공이 제공되지 않는 상부 기판(US)의 중앙부는 상부 진공척(100)에 고정되지 않을 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 본딩 핀(300)은 상부 진공척(100)의 상부에 배치될 수 있다. 본딩 핀(300)은 상부 진공척(100)을 통해서 하강하여, 상부 기판(US)을 하부 기판(LS)을 향해서 가압할 수 있다. 상부 진공척(100)의 중앙부에는 본딩 핀(300)의 통과를 허용하는 통로(120)가 형성될 수 있다. 본딩 핀(300)은 엑튜에이터에 의해서 승강될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상부 진공척(100)은 상부 기판(US)의 가장자리만을 고정하고 있으므로, 본딩 핀(300)에 의해 눌려진 상부 기판(US)의 중앙부는 아래로 휘어질 수 있다. 본딩 핀(300)에 의해서 상부 기판(US)에 국부적인 변형이 발생될 수 있다.
하부 진공척(200)은 상부 진공척(100)의 하부에 배치될 수 있다. 하부 진공척(200)은 하부 기판(LS)을 진공을 이용해서 흡착할 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 하부 진공척(200)은 척킹 플레이트(210), 복수개의 격벽(220)들 및 복수개의 온도 조절 부재들을 포함할 수 있다.
척킹 플레이트(210)는 하부 기판(LS)의 하부면으로 진공을 제공하는 복수개의 하부 진공홀(212)들을 가질 수 있다. 하부 진공홀(212)들은 척킹 플레이트(210)의 상부면을 통해 노출될 수 있다. 하부 진공홀(212)들은 균일한 간격을 두고 배열되어, 하부 기판(LS)의 하부면 전체에 균일한 진공을 제공할 수 있다. 즉, 하부 기판(LS)의 하부면 전체가 척킹 플레이트(210)의 상부면에 밀착될 수 있다. 본 실시예에서, 하부 진공홀(212)들은 척킹 플레이트(210)에 동심원 형태로 배열될 수 있다.
격벽(220)들은 척킹 플레이트(210)에 내장되어, 척킹 플레이트(210)를 복수개의 영역들로 구획할 수 있다. 격벽(220)들에 의해 구획된 척킹 플레이트(210)의 영역들은 온도 조절 부재들에 의해 독립적으로 온도 제어를 받을 수 있다.
본 실시예에서, 격벽(220)들은 척킹 플레이트(210)의 중심점으로부터 방사 형태로 연장될 수 있다. 격벽(220)들은 동일한 각도를 두고 배열될 수 있다. 또한, 격벽(220)들은 8개일 수 있다. 따라서, 격벽(220)들에 의해서 척킹 플레이트(210)는 동일한 크기의 원호 형상을 갖는 8개의 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)들로 구획될 수 있다. 그러나, 격벽(220)들의 수는 특정 숫자로 국한되지 않을 수 있다. 또한, 격벽(220)들 사이의 각도도 동일하지 않을 수 있다.
이러한 격벽(220)들에 의해 구획된 8개의 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)들은 (100) 결정 평면(crystalline plane)을 갖는 실리콘 기판에 유용하게 적용될 수 있다. (100) 결정 평면을 갖는 실리콘 기판은 <110> 방향, <010> 방향 및 <100> 방향을 따라 서로 다른 열팽창 수축 차이를 가질 수 있다. 격벽(220)들은 <110> 방향, <010> 방향 및 <100> 방향을 따라 연장되어 있으므로, 8개의 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)들은 실리콘 기판의 <110> 방향, <010> 방향 및 <100> 방향을 따라 독립적인 온도 제어를 받을 수가 있다.
격벽(220)들은 인접한 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)들 사이에서 열교환을 차단할 수 있는 단열 물질을 포함할 수 있다. 단열 물질의 종류는 특정 물질로 국한되지 않을 수 있다. 다른 실시예로서, 격벽(220)들은 반도체 제조 공정에서 많이 사용되는 절연 물질을 포함할 수도 있다.
온도 조절 부재들은 척킹 플레이트(210)의 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)들 각각의 내부에 배치될 수 있다. 온도 조절 부재는 척킹 플레이트(210)의 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)들의 온도들을 독립적으로 제어할 수 있다.
본 실시예에서, 온도 조절 부재는 히트 파이프(230)를 포함할 수 있다. 히트 파이프(230)는 작동 유체의 증발을 통해서 열을 전달할 수 있다. 히트 파이프(230)의 발열부에서 발생된 열은 방열판을 통해서 이동되어, 히트 파이프(230)는 우수한 냉각 성능을 가질 수 있다.
예를 들어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 본딩 공정 이후 상부 기판(US) 및/또는 하부 기판(LS)의 국부적인 변형으로 인해서 상부 접합 컨택(USC)이 하부 접합 컨택(LSC)의 좌측에 위치한 경우, 후속 본딩 공정 전에 후속 하부 기판(LS)의 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)들 중에서 하부 접합 컨택(LSC)과 접하는 어느 한 영역 내에 배치된 히트 파이프(230)를 이용해서 해당 영역을 냉각할 수 있다. 냉각된 해당 영역은 하부 기판(LS)의 해당 부위를 방사형 방향을 따라 수축시키게 되므로, 하부 접합 컨택(LSC)이 상부 접합 컨택(USC)보다 좌측으로 이동될 수 있다. 따라서, 후속 본딩 공정 중에 하부 접합 컨택(LSC)은 상부 접합 컨택(USC)을 향해서 좌측으로 이동되어 상부 접합 컨택(USC)의 하부에 위치할 수가 있게 된다. 결과적으로, 상하부 접합 컨택(USC, LSC)들이 정확하게 연결될 수 있다.
반면에, 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 기판(US) 및/또는 하부 기판(LS)의 국부적인 변형으로 인해서 상부 접합 컨택(USC)이 하부 접합 컨택(LSC)의 우측에 위치한 경우, 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)들 중에서 하부 접합 컨택(LSC)과 접하는 어느 한 영역 내에 배치된 히트 파이프(230)를 이용해서 해당 영역을 가열할 수 있다. 가열된 해당 영역은 하부 기판(LS)의 해당 부위를 방사형 방향을 따라 팽창시키게 되므로, 하부 접합 컨택(LSC)이 상부 접합 컨택(USC)보다 우측으로 이동될 수 있다. 따라서, 후속 본딩 공정 중에 하부 접합 컨택(LSC)은 상부 접합 컨택(USC)을 향해서 우측으로 이동되어 상부 접합 컨택(USC)의 하부에 위치할 수가 있게 된다. 결과적으로, 상하부 접합 컨택(USC, LSC)들이 정확하게 연결될 수 있다.
이러한 히트 파이프(230)의 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)별 독립적인 온도 제어에 의해서, 상부 접합 컨택(USC)들과 하부 접합 컨택(LSC)들 간의 정렬이 구현될 수 있다. 결과적으로, 상부 접합 컨택(USC)들과 하부 접합 컨택(LSC)들 간의 정확한 연결이 보장될 수 있다.
그라인딩 유닛(400)은 상부 기판(US) 및/또는 하부 기판(LS)의 배면을 부분적으로 제거할 수 있다. 그라인딩 유닛(400)은 그라인더(410)를 이용해서 상부 기판(US) 및/또는 하부 기판(LS)의 배면을 부분적으로 제거할 수 있다. 그라인딩 유닛(400)에 의해서 본딩된 상하부 기판(US, LS)의 두께가 줄어들 수 있다. 이러한 그라인딩 유닛(400)에 의해 수행되는 그라인딩 공정에 의해서 상하부 기판(US, LS)들에 변형이 발생될 수 있다.
어닐링 유닛(500)은 그라인딩 유닛(400)에 의한 그라인딩 공정이 완료된 상하부 기판(US, LS)들을 어닐링할 수 있다. 어닐링 유닛(500)은 상하부 기판(US, LS)들을 가열하는 히터(510)를 포함할 수 있다. 히터(510)에 의해 가열된 상하부 기판(US, LS)들은 서서히 냉각되어, 상하부 기판(US, LS)들 사이의 본딩력이 강화될 수 있다. 이러한 어닐링 유닛(500)에 의해 수행된 어닐링 공정에 의해서 상하부 기판(US, LS)들에 변형이 발생될 수 있다.
오버레이 측정 유닛(600)은 본딩 공정, 그라인딩 공정 및 어닐링 공정이 수행된 상하부 기판(US, LS)들 사이의 오버레이들을 측정할 수 있다. 즉, 오버레이 측정 유닛(600)은 상부 기판(US)의 상부 접합 컨택(USC)들과 하부 기판(LS)의 하부 접합 컨택(LSC)들 사이의 오버레이들을 측정할 수 있다. 오버레이 측정 유닛(600)은 상부 접합 컨택(USC)과 하부 접합 컨택(LSC)들 사이의 상대적 위치 차이를 측정하는 위치 센서(610)를 포함할 수 있다.
오버레이 측정 유닛(600)에 의해 측정된 상하부 접합 컨택(USC, LSC)들 간의 오버레이들은 후속 상하부 기판(US, LS)들의 본딩 공정에 적용될 수 있다. 구체적으로, 히트 파이프(230)들이 척킹 플레이트(210)의 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)들의 온도들을 선택적으로 제어할 수 있다. 히트 파이프(230)에 의해서 후속 하부 기판(LS)의 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)들이 선택적으로 가열되거나 냉각되므로, 본딩 공정 전에 후속 하부 기판(LS)이 국부적으로 팽창하거나 수축될 수 있다. 이에 따라, 후속 상하부 기판(US, LS)들에 대한 본딩 공정, 그라인딩 공정 및 어닐링 공정을 수행한 이후, 상부 접합 컨택(USC)들과 하부 접합 컨택(LSC)들이 정확하게 정렬될 수 있다. 결과적으로, 후속 상하부 기판(US, LS)들의 상부 접합 컨택(USC)들과 하부 접합 컨택(LSC)들이 정확하게 연결될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 본딩 장치의 하부 진공척을 나타낸 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 하부 진공척 내에 배치된 펠티어 소자를 나타낸 블럭도이다.
본 실시예에 따른 기판 본딩 장치는 하부 진공척의 온도 조절 부재를 제외하고는 도 1에 도시된 기판 본딩 장치의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 하부 진공척(200a)의 온도 조절 부재는 펠티어 소자(240)를 포함할 수 있다. 펠티어 소자(240)들은 척킹 플레이트(210)의 영역(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)들 각각의 내부에 배치될 수 있다.
펠티어 소자(240)는 제 1 및 제 2 발열판(242), 제 1 내지 제 2 발열판(242)과 대향 배치된 흡열판(244), 및 흡열판(244)과 제 1 및 제 2 발열판(242) 사이에 개재된 n형 및 p형 반도체 소자(245, 246)를 포함할 수 있다. 배터리와 같은 전원(248)이 제 1 및 제 2 발열판(242)에 전기적으로 연결될 수 있다.
전원(248)으로부터 제 1 발열판(242)으로 전류가 공급될 수 있다. 전류는 n형 반도체 소자(245), 흡열판(244), p형 반도체 소자(246)를 통해서 제 2 발열판(242)으로 공급될 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 발열판(242)에서는 열이 발산되는 반면에 흡열판(244)에서는 열이 흡수될 수 있다.
이러한 펠티어 효과는 이상기체의 등엔트로피 팽창에 의한 냉각의 원리로 설명할 수 있다. 전자농도가 높은 반도체로부터 전자농도가 낮은 반도체로 전자가 이동할 때, 전자기체는 팽창하여 화학적 포텐셜이 같은 두 물체 사이의 포텐셜 장벽에 대하여 일을 하게 되는데, 그 결과 나타나는 전기적 냉각 현상이 바로 펠티어 효과이다. 이러한 펠티어 효과를 이용하여 대상물을 보통 195K까지 냉각이 가능하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 본딩 장치의 하부 진공척을 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 기판 본딩 장치는 하부 진공척을 제외하고는 도 1에 도시된 기판 본딩 장치의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
도 9를 참조하면, 하부 진공척(200b)은 척킹 플레이트(210), 복수개의 격벽(222)들 및 온도 조절 부재(250)들을 포함할 수 있다. 척킹 플레이트(210)는 도 1에 도시된 척킹 플레이트(210)의 구조와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 척킹 플레이트(210)에 대한 반복 설명은 생략할 수 있다.
격벽(222)들은 척킹 플레이트(210)에 내장될 수 있다. 격벽(222)들은 대략 링 형상을 가질 수 있다. 링 형상의 격벽(222)들은 동일한 간격을 두고 배열될 수 있다. 따라서, 격벽(222)들에 의해서 척킹 플레이트(210)는 원 형상을 갖는 복수개의 영역들로 구획될 수 있다. 격벽(222)들은 단열 물질을 포함할 수 있다.
격벽(222)들의 위치는 하부 기판(LS)의 하부 접합 컨택(LSC)들의 위치와 대응될 수 있다. 하부 기판(LS)이 하부 진공척(200b)의 상부면에 배치되면, 격벽(222)들 각각은 하부 접합 컨택(LSC)들 각각을 둘러싸는 형상이 될 수 있다.
온도 조절 부재(250)들 각각은 격벽(222)들에 의해 구획된 척킹 플레이트(210)의 각 영역들 내에 배치될 수 있다. 온도 조절 부재(250)는 도 4에 도시된 히트 파이프(230) 또는 도 7에 도시된 펠티어 소자(240)를 포함할 수 있다. 따라서, 원형 영역들의 온도들을 독립적으로 조절하는 온도 조절 부재(250)에 대한 설명은 생략할 수 있다.
기판 본딩 방법
도 10 내지 도 19는 도 1에 도시된 장치를 이용해서 기판을 본딩하는 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.
도 10을 참조하면, 상부 기준 기판(URS)을 상부 진공척(100)에 흡착시킬 수 있다. 하부 기준 기판(LRS)을 하부 진공척(200)에 흡착시킬 수 있다. 상부 기준 기판(URS)은 실제 본딩할 상부 기판(US)이 갖는 상부 접합 컨택(USC)들의 배열과 실질적으로 동일한 배열을 갖는 상부 기준 접합 컨택(URSC)들을 포함할 수 있다. 하부 기준 기판(LRS)은 실제 본딩할 하부 기판(LS)이 갖는 하부 접합 컨택(LSC)들의 배열과 실질적으로 동일한 배열을 갖는 하부 기준 접합 컨택(LRSC)들을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본딩 핀(300)으로 상부 기준 기판(URS)을 하부 기준 기판(LRS)을 향해서 눌러서, 상하부 기준 기판(URS, LRS)들을 본딩시킬 수 있다. 이러한 본딩 핀(300)의 압력에 의해서 상부 기준 기판(URS)에 변형이 발생될 수 있다.
도 12를 참조하면, 본딩된 상하부 기준 기판(URS, LRS)들은 그라인딩 유닛(400)으로 이송될 수 있다. 그라인딩 유닛(400)이 상부 기준 기판(URS) 및/또는 하부 기준 기판(LRS)의 배면을 부분적으로 제거할 수 있다. 그라인딩 유닛(400)에 의해 수행된 그라인딩 공정에 의해서 본딩된 상하부 기준 기판(URS, LRS)에 추가적인 변형이 발생될 수 있다.
도 13을 참조하면, 그라인딩 공정이 수행된 상하부 기준 기판(URS, LRS)들은 어닐링 유닛(500)으로 이송될 수 있다. 어닐링 유닛(500)이 상하부 기준 기판(URS, LRS)들에 대한 어닐링 공정을 수행할 수 있다. 어닐링 유닛(500)에 의해 수행된 어닐링 공정에 의해서 본딩된 상하부 기준 기판(URS, LRS)들에 추가적인 변형이 발생될 수 있다.
도 14를 참조하면, 어닐링 공정이 수행된 상하부 기준 기판(URS, LRS)들은 오버레이 측정 유닛(600)으로 이송될 수 있다. 오버레이 측정 유닛(600)이 본딩된 상하부 기준 기판(URS, LRS)들 간의 기준 오버레이들을 측정할 수 있다. 오버레이 측정 유닛(600)은 상하부 기준 접합 컨택(URSC, LRSC)들 사이의 수평 거리들을 측정할 수 있다.
측정된 상하부 기준 접합 컨택(URSC, LRSC)들 사이의 수평 거리들 중에서 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우가 발생될 수 있다. 허용 범위는 상하부 기준 접합 컨택(URSC, LRSC)들 간의 접촉이 보장될 수 있는 수평 거리를 의미할 수 있다. 이러한 기준 오버레이들을 실제 상하부 기판(US, LS)들의 본딩에 반영할 수 있다.
도 15를 참조하면, 상부 기판(US)을 상부 진공척(100)에 흡착시킬 수 있다. 하부 기판(LS)을 하부 진공척(200)에 흡착시킬 수 있다.
기준 오버레이가 허용 범위 이내라면, 해당 영역 내에 위치한 온도 조절 부재는 작동하지 않을 수 있다. 기준 오버레이가 허용 범위를 벗어나면, 온도 조절 부재가 척킹 플레이트(210)의 해당 영역을 가열하거나 냉각시킬 수 있다. 가열 또는 냉각된 해당 영역과 맞대어진 하부 기판(LS) 부위는 팽창 또는 수축될 수 있다.
예를 들어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상하부 기준 기판(URS, LRS)들에 대한 어닐링 공정 이후 상부 기준 접합 컨택(URSC)이 허용 범위를 벗어나서 하부 기준 접합 컨택(LRSC)의 좌측으로 이동된 경우, 해당 영역 내에 위치한 온도 조절 부재는 척킹 플레이트(210)의 해당 영역을 냉각할 수 있다. 냉각된 해당 영역은 하부 접합 컨택(LSC)이 위치한 하부 기판(LS) 부분을 방사형 방향을 따라 수축시키게 되므로, 하부 접합 컨택(LSC)이 측정된 기준 오버레이만큼 상부 접합 컨택(USC)보다 좌측으로 이동될 수 있다.
반면에, 도 6에 도시된 바와 같이, 상하부 기준 기판(URS, LRS)들에 대한 어닐링 공정 이후 상부 기준 접합 컨택(URSC)이 허용 범위를 벗어나서 하부 기준 접합 컨택(LRSC)의 우측으로 이동된 경우, 해당 영역 내에 위치한 온도 조절 부재는 척킹 플레이트(210)의 해당 영역을 가열할 수 있다. 가열된 해당 영역은 하부 접합 컨택(LSC)이 위치한 하부 기판(LS) 부분을 방사형 방향을 따라 팽창시키게 되므로, 하부 접합 컨택(LSC)이 측정된 기준 오버레이만큼 상부 접합 컨택(USC)보다 우측으로 이동될 수 있다.
이와 같이, 기준 상하부 기판(URS, LRS)들을 이용해서 측정된 기준 오버레이들을 실제 상하부 기판(US, LS)의 본딩 공정 전에 미리 반영하여, 하부 기판(LS)의 하부 접합 컨택(LSC)들의 위치를 기준 오버레이들에 따라 이동시킬 수 있다.
도 16을 참조하면, 본딩 핀(300)으로 상부 기판(US)을 하부 기판(LS)을 향해서 눌러서, 상하부 기판(US, LS)들을 본딩시킬 수 있다. 상하부 기판(US, LS)들에 인가된 본딩 핀(300)의 압력은 상하부 기준 기판(URS, LRS)들에 인가된 본딩 핀(300)의 압력과 실질적으로 동일할 것이다. 그러므로, 이러한 본딩 핀(300)의 압력에 의해서 상부 기준 기판(URS)에 발생된 변형과 실질적으로 동일한 변형이 상부 기판(US)에 발생될 수 있다.
도 17을 참조하면, 본딩된 상하부 기판(US, LS)들은 그라인딩 유닛(400)으로 이송될 수 있다. 그라인딩 유닛(400)이 상부 기판(US) 및/또는 하부 기판(LRS)의 배면을 부분적으로 제거할 수 있다. 그라인딩 유닛(400)에 의해 상하부 기판(US, LS)에 발생된 변형은 그라인딩 유닛(400)에 의해 상하부 기준 기판(URS, LRS)에 발생된 변형과 실질적으로 동일할 것이다.
도 18을 참조하면, 그라인딩 공정이 수행된 상하부 기판(US, LS)들은 어닐링 유닛(500)으로 이송될 수 있다. 어닐링 유닛(500)이 상하부 기판(US, LS)들에 대한 어닐링 공정을 수행할 수 있다. 어닐링 유닛(500)에 의해 상하부 기판(US, LS)에 발생된 변형은 어닐링 유닛(500)에 의해 상하부 기준 기판(URS, LRS)에 발생된 변형과 실질적으로 동일할 것이다.
상하부 기판(US, LS)들에서 발생된 3번의 변형들은 상하부 기판(US, LS)들에 대한 본딩 공정이 수행되기 전에 전술한 바와 같은 온도 조절 부재들의 동작에 의해서 하부 기판(LS)에 미리 반영되었을 것이다. 따라서, 상하부 기판(US, LS)들에서 발생된 3번의 변형들에 의해서 하부 접합 컨택(LSC)들은 상부 접합 컨택(USC)들의 하부에 정확하게 위치하게 될 것이다. 결과적으로, 어닐링 공정 이후, 상하부 접합 컨택(USC, LSC)들은 정확하게 연결될 수 있을 것이다.
부가적으로, 도 19를 참조하면, 상하부 접합 컨택(USC, LSC)들 사이의 정확한 연결을 확인하게 위해서, 어닐링 공정이 수행된 상하부 기판(US, LS)들은 오버레이 측정 유닛 유닛(600)으로 이송될 수 있다. 오버레이 측정 유닛(600)이 본딩된 상하부 기판(US, LS)들 간의 오버레이를 측정할 수도 있다.
상기된 본 실시예들에 따르면, 척킹 플레이트에 구획된 복수개의 영역들 내에 배치된 온도 조절 부재가 기준 오버레이들에 따라 영역들을 독립적으로 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 따라서, 영역들에 맞대어진 기판의 부위들이 선택적으로 팽창 또는 냉각되어, 변형된 기판의 형상이 보정될 수 있다. 결과적으로, 접합 컨택들이 정확하게 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 ; 상부 진공척 110 ; 상부 진공홀
120 ; 통로 200 ; 하부 진공척
210 ; 척킹 플레이트 220 ; 격벽
230 ; 히트 파이프 240 ; 펠티어 소자
300 ; 본딩 핀 400 ; 그라인딩 유닛
410 ; 그라인더 500 ; 어닐링 유닛
510 ; 히터 600 ; 오버레이 측정유닛
610 ; 위치 센서

Claims (20)

  1. 기판을 흡착하는 복수개의 진공홀들을 갖는 척킹 플레이트
    상기 척킹 플레이트 내에 배치되어, 상기 척킹 플레이트를 복수개의 영역들로 구획하는 격벽들 및
    상기 격벽들에 의해 구획된 상기 영역들 내에 각각 배치되어, 상기 영역들의 온도들을 독립적으로 제어하여 상기 영역들에 맞대어진 상기 기판의 부위들을 선택적으로 팽창 또는 수축시키는 온도 조절 부재를 포함하는 기판 본딩용 진공척.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 격벽들은 상기 척킹 플레이트의 중심점으로부터 방사형으로 연장된 기판 본딩용 진공척.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 방사형 격벽들 사이의 각도들은 동일한 기판 본딩용 진공척.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 격벽들은 상기 영역들 사이의 열교환을 차단하는 단열 물질을 포함하는 기판 본딩용 진공척.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 상기 영역들 각각의 내부에 배치된 히트 파이프를 포함하는 기판 본딩용 진공척.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 상기 영역들 각각의 내부에 배치된 펠티어 소자를 포함하는 기판 본딩용 진공척.
  7. 상부 기판을 흡착하는 상부 진공홀을 갖는 상부 진공척
    상기 상부 진공척의 하부에 배치되고 상기 상부 기판과 본딩되는 하부 기판을 흡착하는 복수개의 하부 진공홀들을 갖는 척킹 플레이트, 상기 척킹 플레이트 내에 배치되어 상기 척킹 플레이트를 복수개의 영역들로 구획하는 격벽들, 및 상기 격벽들에 의해 구획된 상기 영역들 내에 각각 배치되어 상기 영역들의 온도들을 독립적으로 제어하여 상기 영역들에 맞대어진 상기 하부 기판의 부위들을 선택적으로 팽창 또는 수축시키는 온도 조절 부재를 포함하는 하부 진공척 및
    상기 상부 진공척의 상부에 배치되어, 상기 상부 기판을 상기 하부 기판을 향해서 가압하는 본딩 핀을 포함하는 기판 본딩 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,상기 격벽들은 상기 척킹 플레이트의 중심점으로부터 방사형으로 연장되고, 상기 방사형 격벽들 사이의 각도들은 동일한 기판 본딩 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,상기 격벽들은 상기 영역들 사이의 열교환을 차단하는 단열 물질을 포함하는 기판 본딩 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 상부 진공홀은 상기 상부 진공척의 가장자리에 배치된 기판 본딩 장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 상부 진공척은 상기 본딩 핀이 통과하는 통로를 갖는 기판 본딩 장치.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 상부 기판 내에 형성된 상부 접합 컨택들과 상기 하부 기판 내에 형성된 하부 접합 컨택들 사이의 오버레이들을 측정하는 오버레이 측정 유닛을 더 포함하는 기판 본딩 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 오버레이들에 따라 상기 온도 조절 부재가 상기 영역들을 개별적으로 냉각 또는 가열하여, 상기 상부 접합 컨택들과 상기 하부 접합 컨택들을 정렬시키는 기판 본딩 장치.
  14. 제 6 항에 있어서,상기 상부 기판에 본딩된 상기 상부 기판 및/또는 상기 하부 기판의 배면을 부분적으로 제거하는 그라인딩 유닛을 더 포함하는 기판 본딩 장치.
  15. 제 7 항에 있어서,상기 본딩된 상하부 기판들을 어닐링하는 어닐링 유닛을 더 포함하는 기판 본딩 장치.
  16. 상하부 진공척들을 이용해서 상하부 기준 기판들을 본딩하고
    상기 상부 기준 기판 내의 상부 기준 접합 컨택들과 상기 하부 기준 기판 내의 하부 기준 접합 컨택들 사이의 기준 오버레이들을 측정하고
    상부 기판을 상기 상부 진공척에 흡착시키고
    하부 기판을 상기 하부 진공척에 흡착시키고
    상기 기준 오버레이들에 따라 상기 하부 진공척에 구획된 영역들을 선택적으로 가열 또는 냉각하여, 상기 상부 기판 내의 상부 접합 컨택들과 상기 하부 기판 내의 하부 접합 컨택들이 정렬되도록 상기 영역들과 대응하는 상기 하부 기판의 부위들을 선택적으로 팽창 또는 수축시키고 그리고
    상기 상하부 기판들을 본딩하는 것을 포함하는 기판 본딩 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 기준 오버레이들을 측정하기 전에,
    상기 상부 기준 기판 및/또는 상기 하부 기준 기판의 배면을 부분적으로 제거하고 그리고
    상기 본딩된 상하부 기준 기판들을 어닐링하는 것을 더 포함하는 기판 본딩 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 상하부 기판들은 실리콘 재질의 반도체 기판을 포함하고, 상기 하부 진공척의 상기 영역들을 가열 또는 냉각시키는 것은 상기 하부 기판의 부위들을 상기 실리콘의 결정 방향에 따라 팽창 또는 수축시키는 것을 포함하는 기판 본딩 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 본딩된 상하부 기판들의 상기 상하부 접합 컨택들 사이의 오버레이들을 측정하는 것을 더 포함하는 기판 본딩 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 오버레이들을 측정하기 전에,
    상기 상부 기판 및/또는 상기 하부 기판의 배면을 부분적으로 제거하고 그리고
    상기 본딩된 상하부 기판들을 어닐링하는 것을 더 포함하는 기판 본딩 방법.

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