KR20210023298A - 기판 본딩 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법 - Google Patents

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KR20210023298A
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deformation
plate
bonding
bonding chuck
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김회철
김태영
이학준
나훈주
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 제1 기판을 지지하도록 구성된 제1 본딩 척, 및 상기 제1 본딩 척과 대향하여 배치되고, 제2 기판을 지지하도록 구성된 제2 본딩 척을 포함하고, 상기 제1 본딩 척은, 제1 베이스, 상기 제1 기판을 지지하고 상기 제1 베이스와의 거리가 가변 가능하도록 상기 제1 베이스에 장착된 제1 변형 판, 및 상기 제1 변형 판에 부착되고 인가된 전원에 따라 변형되어 상기 제1 변형 판을 변형시키는 제1 압전 시트를 포함하는 기판 본딩 장치를 제공한다.

Description

기판 본딩 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법 {SUBSTRATE BONDING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명의 기술적 사상은 기판 본딩 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서 2 이상의 기판을 서로 본딩하는 기판 본딩 공정이 진행될 수 있다. 이러한 기판 본딩 공정은 반도체 장치에서 반도체 칩의 실장 밀도를 향상시키기 위해 수행될 수 있다. 예를 들어, 반도체 칩이 적층된 구조를 가지는 반도체 모듈은 반도체 칩의 실장 밀도 향상과 함께, 반도체 칩들 상호 간의 배선 길이 단축 및 고속 신호 처리에 유리할 수 있다. 적층 반도체 칩 구조의 반도체 모듈을 제조할 경우, 반도체 칩 단위로 본딩하는 것보다 웨이퍼 단위로 본딩한 후, 적층 반도체 칩 단위로 절단하는 과정이 생산성을 높일 수 있다. 기판 본딩 공정은 별도의 매개체 없이 두 웨이퍼를 직접 본딩하는 웨이퍼 투 웨이퍼(wafer to wafer) 방식으로 수행될 수 있다. 웨이퍼 투 웨이퍼 방식은 통상적으로, 웨이퍼들을 지지하는 본딩 척과 웨이퍼를 가압하는 구성 요소를 포함하는 본딩 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 기판 본딩 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 제1 기판을 지지하도록 구성된 제1 본딩 척; 및 상기 제1 본딩 척과 대향하여 배치되고, 제2 기판을 지지하도록 구성된 제2 본딩 척을 포함하고, 상기 제1 본딩 척은, 제1 베이스; 상기 제1 기판을 지지하고, 상기 제1 베이스와의 거리가 가변 가능하도록 상기 제1 베이스에 장착된 제1 변형 판; 및 상기 제1 변형 판에 부착되고, 인가된 전원에 따라 변형되어 상기 제1 변형 판을 변형시키는 제1 압전 시트를 포함하는 기판 본딩 장치를 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 제1 기판을 지지한 상태에서 변형되어 상기 제1 기판을 변형시키도록 구성된 제1 변형 판; 및 상기 제1 변형 판의 서로 다른 부분의 변위를 감지하도록 구성된 복수의 제1 변위 센서를 포함하는 제1 본딩 척; 상기 제1 본딩 척과 대향하여 배치되고, 제2 기판을 지지하도록 구성된 제2 본딩 척; 및 상기 제1 변형 판의 변형을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고, 상기 제1 본딩 척은 상기 제1 변형 판이 볼록하게 변형되도록 상기 제1 변형 판을 1차 변형시키고, 상기 제어기는 상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 상기 제1 변형 판의 변위들을 기초로, 상기 제1 변형 판을 2차 변형시키기 위한 피드백 변형 제어 신호를 생성하도록 구성된 기판 본딩 장치를 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 제1 기판을 지지한 상태에서 변형되어 상기 제1 기판을 변형시키도록 구성된 제1 변형 판; 및 상기 제1 변형 판의 서로 다른 부분의 변위를 감지하도록 구성된 복수의 제1 변위 센서를 포함하는 제1 본딩 척; 상기 제1 본딩 척과 대향하여 배치된 제2 본딩 척으로서, 제2 기판을 지지한 상태에서 변형되어 상기 제2 기판을 변형시키도록 구성된 제2 변형 판; 및 상기 제2 변형 판의 서로 다른 부분의 변위를 감지하도록 구성된 복수의 제2 변위 센서를 포함하는 상기 제2 본딩 척; 및 상기 제1 변형 판의 변형 및 상기 제2 변형 판의 변형을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고, 상기 제1 본딩 척은 상기 제1 변형 판이 볼록하게 변형되도록 상기 제1 변형 판을 1차 변형하고, 상기 제2 본딩 척은 상기 제2 변형 판이 볼록하게 변형되도록 상기 제2 변형 판을 1차 변형하고, 상기 제어기는 상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 상기 제1 변형 판의 변위들 및 상기 복수의 제2 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 상기 제2 변형 판의 변위들을 기초로, 상기 제1 변형 판 및 상기 제2 변형 판을 각각 2차 변형시키기 위한 피드백 변형 제어 신호를 생성하도록 구성된 기판 본딩 장치를 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 제1 기판이 지지된 제1 변형 판을 포함하는 제1 본딩 척 상에, 제2 기판이 배치된 제2 본딩 척을 정렬하는 단계; 상기 제1 변형 판을 1차 변형시켜, 상기 제1 기판을 변형시키는 단계; 복수의 제1 변위 센서로 1차 변형된 상기 제1 변형 판의 서로 다른 부분의 변위들을 감지하는 단계; 상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 상기 제1 변형 판의 변위들을 기초로, 상기 제1 변형 판을 2차 변형하는 단계; 및 상기 제2 기판과 2차 변형된 상기 제1 기판을 본딩하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 복수의 제1 변위 센서를 이용하여 제1 변형 판의 변형 상태를 모니터링할 수 있고, 제1 변형 판의 변형을 피드백 제어함으로써 제1 변형 판의 변형 및 제1 변형 판에 의해 변형되는 제1 기판의 변형을 균일하게 관리할 수 있다. 제1 기판을 일정하게 변형시킨 상태에서 두 기판 간의 본딩 공정을 진행함으로써, 기판 본딩 공정의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 본딩 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 본딩 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 본딩 방법을 순서에 따라 나타내는 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 제1 변형 판을 변형하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 본딩 방법을 순서에 따라 나타내는 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 제1 변형 판 및 제2 변형 판을 변형하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 제1 본딩 척을 나타낸 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 제1 본딩 척을 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10a 및 도 10b는 제1 기판과 제2 기판이 본딩되는 과정을 순서에 따라 나타내는 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 본딩 장치(10)를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 본딩 장치(10)는 제1 본딩 척(100), 제2 본딩 척(200), 제어기(300), 및 상기 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200)을 수용하는 챔버(11)를 포함할 수 있다.
제1 본딩 척(100)은 제1 기판(S1)을 지지할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제1 본딩 척(100)은 진공압을 이용하여 제1 기판(S1)을 고정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 본딩 척(100)은 제1 기판(S1)이 안착되는 부분에 마련된 제1 진공 홈(130)에 진공압을 인가할 수 있는 제1 진공 펌프(190)를 포함할 수 있다. 제1 진공 펌프(190)에 의해 제1 진공 홈(130)에 진공압이 형성되면, 제1 기판(S1)은 제1 본딩 척(100)에 진공 흡착될 수 있다. 또는, 다른 예시적인 실시예들에서, 제1 본딩 척(100)은 정전기력(electrostatic force)을 이용하여 제1 기판(S1)을 지지하도록 구성될 수도 있다. 제1 본딩 척(100)이 정전기력으로 제1 기판(S1)을 고정하도록 구성된 경우, 제1 본딩 척(100)은 전원을 인가받아 제1 기판(S1)을 고정하기 위한 정전기력을 생성하는 전극을 포함할 수 있다.
제2 본딩 척(200)은 제1 본딩 척(100)과 대향하여 배치되고, 제2 기판(S2)을 지지할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제2 본딩 척(200)은 진공압을 이용하여 제2 기판(S2)을 고정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 본딩 척(200)은 제2 기판(S2)이 안착되는 부분에 마련된 제2 진공 홈(230)에 진공압을 인가할 수 있는 제2 진공 펌프(290)를 포함할 수 있다. 제2 진공 펌프(290)에 의해 제2 진공 홈(230)에 진공압이 형성되면, 제2 기판(S2)은 제2 본딩 척(200)에 진공 흡착될 수 있다. 또는, 다른 예시적인 실시예들에서, 제2 본딩 척(200)은 정전기력을 이용하여 제2 기판(S2)을 지지하도록 구성될 수도 있다.
이 때, 제1 본딩 척(100)은 하부 본딩 척이고, 제2 본딩 척(200)은 제1 본딩 척(100)의 상방에 배치된 상부 본딩 척일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 본딩 척(200)이 하부 본딩 척이고, 제1 본딩 척(100)이 제2 본딩 척(200)의 상방에 배치된 상부 본딩 척일 수도 있다.
예시적인 실시예들에서, 제1 본딩 척(100)은 제1 베이스(110), 제1 베이스(110) 상에 장착된 제1 변형 판(120), 제1 진공 펌프(190), 제1 공압 조절기(150), 및 복수의 제1 변위 센서(140)를 포함할 수 있다.
제1 변형 판(120)은 진공압이 형성될 수 있는 제1 진공 홈(130)을 포함할 수 있다. 제1 진공 펌프(190)는 제1 기판(S1)이 제1 변형 판(120)의 일면 상에 진공 흡착되도록 제1 진공 홈(130)에 진공압을 인가할 수 있고, 또는 제1 기판(S1)에 대한 진공 흡착이 해제되도록 제1 진공 홈(130)의 진공압을 해제(release)할 수 있다. 제1 진공 홈(130)은 제1 변형 판(120)의 중심과 외주 사이에서 배치된 복수의 진공 홈을 포함할 수 있으며, 제1 진공 펌프(190)는 상기 복수의 진공 홈에 형성되는 압력을 개별적으로 조절하도록 구성될 수 있다.
제1 변형 판(120)은 제1 베이스(110)와의 거리가 가변 가능하도록 제1 베이스(110)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 제1 변형 판(120)의 외주는 제1 베이스(110)에 고정되되, 상기 제1 변형 판(120)의 고정된 외주의 안쪽 부분은 외력에 의해 볼록하게 변형될 수 있다. 제1 변형 판(120)은 제1 기판(S1)을 지지한 상태에서 변형되어, 제1 기판(S1)을 강제 변형시킬 수 있다. 이 때, 강제 변형된 제1 기판(S1)의 곡률(curvature)은 제1 변형 판(120)의 곡률에 의해 조절될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제1 변형 판(120)은 금속, 세라믹, 고무 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 변형 판(120)은 알루미늄 또는 실리콘 카바이드(SiC)를 포함할 수 있다.
제1 공압 조절기(150)는 제1 베이스(110)와 제1 변형 판(120) 사이에 형성된 제1 캐비티(121)의 압력을 조절하여, 제1 변형 판(120)을 변형시킬 수 있다. 제1 공압 조절기(150)는 제1 캐비티(121)에 공기를 주입하여 제1 캐비티(121)의 압력을 증가시키거나, 제1 캐비티(121)의 공기를 배기하여 제1 캐비티(121)의 압력을 감소시킬 수 있다. 제1 공압 조절기(150)에 의해 제1 캐비티(121)의 압력이 증가되면, 제1 변형 판(120)은 곡률이 증가하도록 변형되고, 제1 변형 판(120)에 지지된 제1 기판(S1)도 곡률이 증가되도록 변형될 수 있다. 또한, 제1 공압 조절기(150)에 의해 제1 캐비티(121)의 압력이 감소되면, 제1 변형 판(120)은 곡률이 감소하도록 변형되고, 제1 변형 판(120)에 지지된 제1 기판(S1)도 곡률이 감소하도록 변형될 수 있다.
복수의 제1 변위 센서(140)는 제1 변형 판(120)의 변위를 감지할 수 있다. 복수의 제1 변위 센서(140)는 제1 베이스(110)에 장착될 수 있다. 복수의 제1 변위 센서(140)는 제1 변형 판(120)의 서로 다른 부분과 제1 베이스(110) 사이의 수직 방향에 따른 거리를 감지하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 변위 센서(140)는 레이저 방식의 변위 센서, 와전류(eddy current) 방식의 변위 센서, 전기용량(capacitance) 방식의 변위 센서, 초음파 방식의 변위 센서 등을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제2 본딩 척(200)은 제2 베이스(210) 및 가압 핀(215)을 포함할 수 있다.
제2 베이스(210)에는 진공압이 형성될 수 있는 제2 진공 홈(230)이 제공될 수 있다. 제2 진공 펌프(290)는 제2 기판(S2)이 제2 베이스(210)의 일면 상에 진공 흡착되도록 제2 진공 홈(230)에 진공압을 인가할 수 있고, 또는 제2 기판(S2)에 대한 진공 흡착이 해제되도록 제2 진공 홈(230)의 진공압을 해제할 수 있다. 제2 진공 홈(230)은 제2 베이스(210)의 중심으로부터 외주 사이에서 배치된 복수의 진공 홈을 포함할 수 있으며, 제2 진공 펌프(290)는 상기 복수의 진공 홈의 진공압을 개별적으로 조절하도록 구성될 수 있다.
가압 핀(215)은 제2 베이스(210)의 중심부에 수직 방향으로 이동 가능하도록 장착될 수 있다. 가압 핀(215)은 제2 기판(S2)에 대하여 실질적으로 수직된 방향(예를 들어, Z방향)으로 왕복 운동 가능하도록 구성될 수 있다. 가압 핀(215)은 상기 왕복 운동을 구현하기 위한 액츄에이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가압 핀(215)의 상기 액츄에이터는 적층형 압전 구동기(multilayer piezoelectric actuator), 보이스 코일 모터(voice coil motor), 모터와 결합된 랙 앤 피니언(lag and pinion) 등을 포함할 수 있다.
제어기(300)는 기판 본딩 장치(10)를 이용한 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 공정을 전반적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(300)는 제1 본딩 척(100)의 동작 제2 본딩 척(200)의 동작을 제어할 수 있고, 제1 본딩 척(100)의 이동 및 제2 본딩 척(200)의 이동을 담당하는 척 액츄에이터(350)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제어기(300)는 복수의 제1 변위 센서(140)에서 감지된 제1 변형 판(120)의 변위들을 기초로, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 공정을 제어하도록 구성될 수 있다.
제어기(300)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기(300)는 워크 스테이션 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩 탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 제어기(300)는 단순 제어기, 마이크로 프로세서, CPU, GPU 등과 같은 복잡한 프로세서, 소프트웨어에 의해 구성된 프로세서, 전용 하드웨어 또는 펌웨어일 수도 있다. 제어기(300)는, 예를 들어, 범용 컴퓨터 또는 DSP(Digital Signal Process), FPGA(Field Programmable Gate Array) 및 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 애플리케이션 특정 하드웨어에 의해 구현될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 제어기(300)의 동작은 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 기계 판독 가능 매체 상에 저장된 명령들로서 구현될 수 있다. 여기서, 기계 판독 가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 장치)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장 및/또는 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 판독 가능 매체는 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 장치들, 전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파 신호(예컨대, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 및 기타 임의의 신호를 포함할 수 있다.
제어기(300)는 본딩 공정을 수행하기 위한 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 및 명령어들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기(300)는 피드백을 위한 데이터를 수신하며, 본딩 공정을 수행하기 위한 신호를 생성하고, 소정의 연산을 수행하는 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다.
챔버(11)는 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200)을 둘러쌀 수 있다. 챔버(11)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 공정을 수행하기 위한 내부 공간을 제공할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 챔버(11)의 상기 내부 공간에는 진공압 또는 대기압이 형성될 수 있다.
챔버(11)는 개구부(12)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 기판(S1, S2)은 챔버(11)의 개구부(12)를 통해 챔버(11)의 내부 공간으로 반입 또는 반출될 수 있다. 챔버(11)의 내부 공간을 외부 환경으로부터 보호하기 위하여, 개구부(12)는 필요에 따라 밀폐 또는 밀봉될 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 본딩 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 본딩 방법을 순서에 따라 나타내는 단면도들이다. 이하에서는, 도 2, 및 도 3a 내지 도 3f를 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 본딩 장치를 이용한 기판 본딩 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3a를 참조하면, 제1 기판(S1)이 배치된 제1 본딩 척(100) 상에 제2 기판(S2)이 배치된 제2 본딩 척(200)을 정렬한다(S110).
S110 단계에서, 제1 기판(S1)은 제1 기판(S1)의 비활성면이 제1 본딩 척(100)과 접하도록 제1 본딩 척(100)에 탑재되고, 제2 기판(S2)은 제2 기판(S2)의 상기 비활성면이 상기 제2 본딩 척(200)에 접하도록 제2 본딩 척(200)에 탑재될 수 있다. 제2 본딩 척(200)에 탑재된 제2 기판(S2)의 제2 본딩면은 제1 본딩 척(100)에 탑재된 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 마주할 수 있다.
제1 본딩 척(100)은 제1 기판(S1)을 지지하기 위해, 제1 기판(S1)의 중심 영역을 진공 흡착하기 위한 제1 중심 진공 홈(131), 제1 기판(S1)의 중심 영역과 외곽 영역 사이의 중간 영역을 진공 흡착하기 위한 제1 중간 진공 홈(133), 및 제1 기판(S1)의 외곽 영역을 진공 흡착하기 위한 제1 외곽 진공 홈(135) 각각에 진공압을 형성할 수 있다. 또한, 제2 본딩 척(200)은 제2 기판(S2)을 지지하기 위해, 제2 기판(S2)의 중심 영역을 진공 흡착하기 위한 제2 중심 진공 홈(231), 제2 기판(S2)의 중심 영역과 외곽 영역 사이의 중간 영역을 진공 흡착하기 위한 제2 중간 진공 홈(233), 및 제2 기판(S2)의 외곽 영역을 진공 흡착하기 위한 제2 외곽 진공 홈(235) 각각에 진공압을 형성할 수 있다.
S110 단계에서, 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200)은 수직 방향(예를 들어, Z 방향)으로 정렬될 수 있다. 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200)의 정렬을 위해, 제1 본딩 척(100) 및 제2 본딩 척(200) 중 적어도 하나는 수평 방향(예를 들어, X 방향 및/또는 Y 방향)으로 이동할 수 있고, 또한 수직 방향(예를 들어, Z 방향)을 축으로 회전할 수도 있다.
도 2 및 도 3b를 참조하면, 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200)을 정렬한 이후, 제1 본딩 척(100)의 제1 변형 판(120)을 변형시킨다(S120).
S120 단계에서, 제1 변형 판(120)은 제1 기판(S1)을 지지한 상태에서 변형되어, 제1 변형 판(120)의 일면에 지지된 제1 기판(S1)을 강제 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 변형 판(120)은 제1 기판(S1)을 진공 흡착한 상태에서 상방으로 볼록하게 변형될 수 있고, 제1 기판(S1)은 제1 변형 판(120)의 변형에 대응하여 상방으로 볼록하게 강제 변형될 수 있다. 이 때, 제1 기판(S1)은 제1 변형 판(120)에 밀착된 상태로 강제 변형되므로, 강제 변형된 제1 기판(S1)은 제1 변형 판(120)의 일면의 곡률(curvature)에 상응하는 곡률을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제1 변형 판(120)의 변형은 제1 변형 판(120)을 볼록하게 1차 변형하는 것과, 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변위들을 기초로 제1 변형 판(120)을 2차 변형하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제1 변형 판(120)의 2차 변형은 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변위들을 기초로 제1 변형 판(120)의 변형량을 국부적으로 보정하는 것일 수 있다.
제1 변형 판(120)의 변형이 완료되면, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩을 진행한다(S130). 예시적인 실시예들에서, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩은, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 일 접점에서 접촉시키는 단계(S131)와, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역을 확산시키는 단계(S133)와, 제1 기판(S1)의 외곽 영역과 제2 기판(S2)의 외곽 영역을 본딩하는 단계(S135)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3c를 참조하면, S131 단계에서, 제2 본딩 척(200)은 제2 중심 진공 홈(231)에 대한 진공압을 해제하되, 제2 중간 진공 홈(233) 및 제2 외곽 진공 홈(235)에 대한 진공압은 유지할 수 있다. 제2 기판(S2)의 중심 영역에 대한 진공 흡착이 해제된 상태에서, 가압 핀(215)이 제2 기판(S2)의 중심을 가압함에 따라, 가압 핀(215)에 가압된 제2 기판(S2)의 중심 영역이 볼록하게 변형되면서 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)이 일 접점에서 접촉될 수 있다. 상기 일 접점은 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 본딩이 시작되는 본딩 개시점(bonding initiation point)으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 본딩 개시점은 제1 기판(S1)의 제1 본딩면의 중심과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면의 중심이 만나는 지점일 수 있다.
도 2 및 도 3d를 참조하면, S133 단계에서, 제2 기판(S2)에 대한 진공 흡착을 제2 기판(S2)의 중심으로부터 제2 기판(S2)의 외곽 영역을 향하는 방향으로 점진적으로 해제하여, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역의 확산을 허용할 수 있다. 제2 본딩 척(200)이 제2 중간 진공 홈(233)에 대한 진공압을 해제하게 되면, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 다른 외력의 인가 없이도 자발적으로 이루어질 수 있다. 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이 자발적인 본딩 확산에 의해, 제1 기판(S1)의 중심 영역 및 중간 영역은 제2 기판(S2)의 중심 영역 및 중간 영역에 본딩될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제1 기판(S1)의 제1 본딩면 및 제2 기판(S2)의 제2 본딩면은 각각 플라즈마 처리 또는 습식 처리된 표면을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(S1)의 제1 본딩면 및 제2 기판(S2)의 제2 본딩면 각각에는 -OH 작용기가 붙어 있어, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 본딩 시 제1 기판(S1)의 제1 본딩면의 -OH 작용기와 제2 기판(S2)의 제2 본딩면의 -OH 작용기는 수소 결합(hydrogen bond)을 통해 자발적으로 본딩될 수 있다.
한편, S133 단계에서, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩이 확산될 때, 척 액츄에이터(350)는 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200) 사이의 거리(301)를 감소시켜, 제1 중심 진공 홈(131)의 안쪽에 있는 제1 변형 판(120)의 중심 영역을 평평(flat)하게 만들고, 제1 중심 진공 홈(131)과 제1 중간 진공 홈(133) 사이의 제2 변형 판(120)의 중간 영역을 평평하게 만들 수 있다. 이 때, 제1 변형 판(120)의 중심 영역 및 중간 영역이 평평해지는 것을 돕기 위해, 제1 공압 조절기(150)는 제1 캐비티(121)의 압력을 낮출 수 있다. 제1 변형 판(120)의 중심 영역 및 중간 영역이 평평해짐에 따라, 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면이 평평하게 접합될 수 있다.
상기 제1 기판(S1)과 상기 제2 기판(S2) 사이의 본딩이 확산될 때, 제어기(300)는 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 변위들을 기초로 제1 변형 판(120)의 변형이 적절하게 수행되었는지 판단할 수 있다. 예를 들면, 제어기(300)는 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 변위들을 기초로 제1 변형 판(120)의 중심 영역 및 중간 영역이 평평한 상태로 변형되었는지 여부를 판단할 수 있다. 만약, 제1 변형 판(120)의 변형이 적절하게 수행되지 않은 것으로 판단된 경우, 제어기(300)는 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 변위들을 기초로 생성된 피드백 위치 제어 신호(FPCS)를 척 액츄에이터(350)에 인가할 수 있고, 척 액츄에이터(350)는 피드백 위치 제어 신호(FPCS)에 따라 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200) 사이의 거리(301)를 조절할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제어기(300)는 제1 서브 변위 센서(141)에서 감지된 제1 변형 판(120)의 중심의 변위가 제2 서브 변위 센서(142)에서 감지된 제1 변형 판(120)의 중간 영역의 변위와 일치하는지 여부를 판단할 수 있다. 제어기(300)는 제1 변형 판(120)의 중심의 변위가 제1 변형 판(120)의 중간 영역의 변위와 상이한 경우, 제어기(300)는 피드백 위치 제어 신호(FPCS)를 척 액츄에이터(350)에 인가할 수 있고, 척 액츄에이터(350)는 제1 변형 판(120)의 중심의 변위가 제1 변형 판(120)의 중간 영역의 변위와 일치할 때까지 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200) 사이의 거리(301)를 조절할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역이 확산되는 동안, 제어기(300)는 제1 서브 변위 센서(141)에서 감지된 제1 변형 판(120)의 중심의 변위가 미리 정해진 기준 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 감지된 상기 제1 변형 판(120)의 중심의 변위가 미리 정해진 기준 범위를 벗어난 경우, 제어기(300)는 피드백 위치 제어 신호(FPCS)를 척 액츄에이터(350)에 인가할 수 있고, 척 액츄에이터(350)는 제1 변형 판(120)의 중심의 변위가 미리 정해진 기준 범위 이내로 조절될 때까지 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200) 사이의 거리(301)를 조절할 수 있다.
도 2 및 도 3e를 참조하면, S135 단계에서, 제2 본딩 척(200)이 제2 외곽 진공 홈(235)에 대한 진공압을 해제하고 제1 본딩 척(100)이 제1 외곽 진공 홈(135)에 대한 진공압을 해제하게 되면, 제1 기판(S1)의 외곽 영역과 제2 기판(S2)의 외곽 영역 사이의 본딩은 다른 외력의 인가 없이도 자발적으로 이루어질 수 있다. 제1 기판(S1)의 외곽 영역과 제2 기판(S2)의 외곽 영역 사이의 본딩이 완료되면, 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면이 서로 본딩된 접합 기판(bonded substrate, BS)이 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3f를 참조하면, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩이 완료되면, 접합 기판(BS)을 언로딩한다(S140). 접합 기판(BS)을 언로딩 하기 위해, 제2 본딩 척(200)은 제1 본딩 척(100)과 멀어지는 방향으로 이동되고, 제1 본딩 척(100)은 접합 기판(BS)에 대한 진공 흡착을 전체적으로 해제할 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 제1 변형 판(120)을 변형하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 이하에서는, 도 3b 및 도 4를 참조하여, 도 2의 S120 단계를 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 제1 변형 판(120)이 상방으로 볼록한 형태를 가지도록, 제1 변형 판(120)을 1차 변형한다(S121). 예를 들어, 제1 본딩 척(100)은 제1 공압 조절기(150)를 이용하여 제1 캐비티(121)에 공기를 주입할 수 있다. 제1 캐비티(121)의 압력이 증가됨에 따라, 제1 변형 판(120) 및 제1 변형 판(120)에 지지된 제1 기판(S1)은 상방으로 볼록하게 변형될 수 있다.
다음으로, 복수의 제1 변위 센서를 이용하여, 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들을 감지한다(S122). 복수의 제1 변위 센서는 X-Y 평면 상에서 서로 다른 위치에 배치되어, 제1 변형 판(120)의 서로 다른 부분에 대한 Z방향 변위를 측정할 수 있다. 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 제1 변형 판(120)의 변위들을 기초로, X-Y 좌표에 따른 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들을 얻을 수 있다.
예를 들어, 복수의 제1 변위 센서는 제1 변형 판(120)의 중심의 변위를 감지하는 제1 서브 변위 센서(141), 제1 변형 판(120)의 중심과 외곽 영역 사이의 변위를 감지하는 제2 및 제3 서브 변위 센서들(142, 143), 및 제1 변형 판(120)의 외곽 영역의 변위를 감지하는 제4 및 제5 서브 변위 센서들(144, 145)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 서브 변위 센서들(141, 142, 143, 144, 145)은 제1 내지 제5 변위 신호들(DS1, DS2, DS3, DS4, DS5)을 제어기(300)에 전송하고, 제어기(300)는 상기 제1 내지 제5 변위 신호들(DS1, DS2, DS3, DS4, DS5)을 기초로 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들에 대한 데이터를 얻을 수 있다.
다음으로, 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들이 각각 미리 정해진 기준 범위들 이내인지 여부를 판단한다(S123). 즉, 제어기(300)는 복수의 제1 변위 센서(140)에서 감지된 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변위들을 전송받고, 감지된 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들이 각각 미리 정해진 기준 범위들 이내인지 여부를 판단하는 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변형량은 제1 변형 판(120)의 위치에 따라 상이하므로, 기준 범위도 제1 변형 판(120)의 위치에 따라 상이하게 설정될 수 있다.
복수의 제1 변위 센서에서 감지된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들이 각각 미리 정해진 기준 범위들 이내인 것으로 판단되면, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩을 진행하는 S130 단계가 후속하여 수행될 수 있다.
또는, 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들 적어도 하나가 미리 정해진 기준 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우, 제1 변형 판(120)의 변형을 국부적으로 보정하는 S124 단계가 후속하여 수행될 수 있다. 상기 S124 단계를 통해 제1 변형 판(120)의 변형이 국부적으로 보정되면, S122 단계 및 S123 단계가 다시 수행될 수 있다.
상기 S124 단계는, 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변위가 기준 범위를 벗어난 것으로 판별된 위치를 검출하는 단계, 검출 위치에서 제1 변형 판(120)의 변위를 기준 범위 이내로 조절하기 위해 필요한 변형량을 산출하는 단계, 및 산출된 변형량에 기초하여 검출 위치에서 제1 변형 판(120)을 국부적으로 변형하는 단계를 순차적으로 수행할 수 있다. 상기 S124 단계에 대한 자세한 내용은 도 7, 또는 도 8a 및 도 8b를 참조하여 후술될 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 복수의 제1 변위 센서를 이용하여 제1 변형 판(120)의 변형 상태를 모니터링할 수 있고, 제1 변형 판(120)의 변형을 피드백 제어함으로써 제1 변형 판(120)의 변형 및 제1 변형 판(120)에 의해 변형되는 제1 기판(S1)의 변형을 균일하게 관리할 수 있다. 제1 기판(S1)을 일정하게 변형시킨 상태에서 두 기판 간의 본딩 공정을 진행함으로써, 기판 본딩 공정의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 본딩 방법을 순서에 따라 나타내는 단면도들이다. 이하에서는, 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 기판 본딩 장치를 이용한 기판 본딩 방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 5a 내지 도 5f에 도시된 기판 본딩 장치는 제2 본딩 척(200a)의 구성을 제외하고는 도 3a 내지 도 3f에 도시된 기판 본딩 장치와 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 앞서 설명된 내용과 중복된 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 5a를 참조하면, 제1 기판(S1)이 배치된 제1 본딩 척(100) 상에 제2 기판(S2)이 배치된 제2 본딩 척(200a)을 정렬한다.
제2 본딩 척(200a)은 제2 베이스(210), 제2 베이스(210) 상에 장착된 제2 변형 판(220), 및 복수의 제2 변위 센서를 포함할 수 있다.
제2 변형 판(220)은 제2 기판(S2)을 지지할 수 있다. 제2 변형 판(220)에는 진공압이 형성될 수 있는 복수의 제2 진공 홈(230)이 제공될 수 있다. 제2 본딩 척(200a)은 제2 기판(S2)을 지지하기 위해, 제2 기판(S2)의 중심 영역에 대응된 제2 중심 진공 홈(231), 제2 기판(S2)의 중간 영역에 대응된 제2 중간 진공 홈(233), 및 제2 기판(S2)의 외곽 영역에 대응된 제2 외곽 진공 홈(235) 각각에 진공압을 형성할 수 있다.
제2 변형 판(220)의 외주는 제2 베이스(210)에 고정되되, 상기 제2 변형 판(220)의 고정된 외주의 안쪽 부분은 외력에 의해 볼록하게 변형될 수 있다. 제2 변형 판(220)은 제2 기판(S2)을 지지한 상태에서 변형되어, 제2 기판(S2)을 강제 변형시킬 수 있다. 이 때, 강제 변형된 제2 기판(S2)의 곡률은 제2 변형 판(220)의 곡률에 의해 조절될 수 있다.
제2 본딩 척(200a)은 제2 베이스(210)와 제2 변형 판(220) 사이에 형성된 제2 캐비티(221)의 압력을 조절하여, 제2 변형 판(220)을 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 본딩 척(200a)은 제2 캐비티(221)에 공기를 주입하거나 배기하도록 구성된 제2 공압 조절기(도 5b의 250)를 이용하여 제2 캐비티(221)의 압력을 조절할 수 있다.
제2 변형 판(220)과 제2 베이스(210) 사이에는 제2 캐비티(221)로 외기가 유입되는 것을 방지하기 위한 밀봉재(217)가 배치될 수 있다. 밀봉재(217)는 가압 핀(215)을 수용하는 제2 베이스(210)의 홀과 제2 캐비티(221)를 분리할 수 있다. 밀봉재(217)는 실린더 형상을 가지며, 가압 핀(215)이 통과할 수 있는 통로를 포함할 수 있다. 밀봉재(217)의 일단은 제2 베이스(210)에 고정되고, 밀봉재(217)의 타단은 제2 변형 판(220)에 고정될 수 있다. 밀봉재(217)는 제2 변형 판(220)이 변형되는 동안, 수직 방향으로 수축하거나 신장하도록 구성될 수 있다.
복수의 제2 변위 센서는 제2 변형 판(220)의 변위를 감지할 수 있다. 복수의 제2 변위 센서는 제2 베이스(210)에 장착될 수 있다. 복수의 제2 변위 센서는 제2 변형 판(220)의 서로 다른 부분과 제2 베이스(210) 사이의 수직 방향에 따른 거리를 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 변위 센서는 레이저 방식의 변위 센서, 와전류 방식의 변위 센서, 전기용량 방식의 변위 센서, 초음파 방식의 변위 센서 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 복수의 제2 변위 센서는 제1 변형 판(120)의 중심의 변위를 감지하는 제6 서브 변위 센서(미도시), 제1 변형 판(120)의 중심과 외곽 영역 사이의 변위를 감지하는 제7 및 제8 서브 변위 센서들(242, 243), 및 제1 변형 판(120)의 외곽 영역의 변위를 감지하는 제9 및 제10 서브 변위 센서들(244, 245)을 포함할 수 있다. 상기 제6 서브 변위 센서는 제1 서브 변위 센서(141)에 대응되도록 위치되고, 제7 및 제8 서브 변위 센서들(242, 243)은 각각 제2 및 제3 서브 변위 센서들(142, 143)에 대응되도록 위치되고, 제9 및 제10 서브 변위 센서들(244, 245)은 각각 제4 및 제5 서브 변위 센서들(144, 145)에 대응되도록 위치될 수 있다. 복수의 제2 변위 센서는 제6 내지 제10 변위 신호들(DS6, DS7, DS8, DS9, DS10)을 제어기(300)에 전송하고, 제어기(300)는 상기 제6 내지 제10 변위 신호들(DS6, DS7, DS8, DS9, DS10)을 기초로 제2 변형 판(220)의 위치별 변위들에 대한 데이터를 얻을 수 있다.
도 5b를 참조하면, 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200a)을 정렬한 이후, 제1 본딩 척(100)의 제1 변형 판(120) 및 제2 본딩 척(200a)의 제2 변형 판(220)을 변형시킨다. 구체적으로, 제1 변형 판(120)은 제1 기판(S1)을 지지한 상태에서 상방으로 볼록하게 변형될 수 있고, 제1 기판(S1)은 제1 변형 판(120)의 변형에 대응하여 상방으로 볼록하게 강제 변형될 수 있다. 제2 변형 판(220)은 제2 기판(S2)을 지지한 상태에서 하방으로 볼록하게 변형될 수 있고, 제2 기판(S2)은 제2 변형 판(220)의 변형에 대응하여 하방으로 볼록하게 변형될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제1 변형 판(120) 및 제2 변형 판(220)은 상호 대칭된 형상을 가지도록 변형될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제1 변형 판(120)의 변형은 제1 변형 판(120)을 볼록하게 1차 변형하는 것과, 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변위들을 기초로 제1 변형 판(120)을 2차 변형하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 제2 변형 판(220)의 변형은 제2 변형 판(220)을 볼록하게 1차 변형하는 것과, 복수의 제2 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 제2 변형 판(220)의 변위들을 기초로 제2 변형 판(220)을 2차 변형하는 것을 포함할 수 있다.
제어기(300)는 상기 제1 변형 판(120)의 2차 변형 및 제2 변형 판(220)의 2차 변형을 제어할 수 있다. 제어기(300)는 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변위들을 기초로 제1 변형 판(120)의 변형량을 보정하기 위한 피드백 변형 제어 신호(FDCS1)를 생성하고, 생성된 피드백 변형 제어 신호(FDCS1)를 제1 본딩 척(100)에 인가하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어기(300)는 복수의 제2 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 제2 변형 판(220)의 변위들을 기초로 제2 변형 판(220)의 변형량을 보정하기 위한 피드백 변형 제어 신호(FDCS2)를 생성하고, 생성된 피드백 변형 제어 신호(FDCS2)를 제2 본딩 척(200a)에 인가하도록 구성될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 제1 변형 판(120)과 제2 변형 판(220)이 변형이 완료되면, 제2 본딩 척(200a)을 일정 거리 하강시키고, 제2 본딩 척(200a)은 가압 핀(215)을 이용하여 제1 기판(S1)을 향해 제2 기판(S2)의 중심을 가압할 수 있다. 제2 기판(S2)의 중심 영역에 대한 진공 흡착이 해제된 상태에서, 가압 핀(215)이 제2 기판(S2)의 중심을 가압함에 따라, 제2 기판(S2)의 중심은 제1 기판(S1)과 일 접점에서 접촉할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)이 일 접점에서 접촉되면, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 확산을 허용한다. 예를 들어, 제2 기판(S2)에 대한 진공 흡착을 제2 기판(S2)의 중심으로부터 외곽 영역을 향하는 방향으로 점진적으로 해제하고 제1 본딩 척(100)은 제1 기판(S1)에 대한 진공 흡착을 제1 기판(S1)의 중심으로부터 외곽 영역을 향하는 방향으로 점진적으로 해제할 수 있고, 그에 따라 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역이 점진적으로 확산될 수 있다.
한편, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩이 확산될 때, 척 액츄에이터(350)는 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200a) 사이의 거리(302)를 감소시켜, 제1 변형 판(120)의 중심 영역 및 중간 영역을 평평하게 만들고, 제2 변형 판(220)의 중심 영역 및 중간 영역을 평평하게 만들 수 있다. 이 때, 제1 변형 판(120)의 중심 영역 및 중간 영역이 평평해지고 제2 변형 판(220)의 중심 영역 및 중간 영역이 평평해지는 것을 돕기 위해, 제1 공압 조절기(150) 및 제2 공압 조절기(250)는 각각 제1 캐비티(121)의 압력 및 제2 캐비티(221)의 압력을 낮출 수 있다. 제1 변형 판(120)의 중심 영역 및 중간 영역이 평평해지고 제2 변형 판(220)의 중심 영역 및 중간 영역이 평평해짐에 따라, 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면이 평평하게 접합될 수 있다.
한편, 제1 기판(S1)과 상기 제2 기판(S2) 사이의 본딩이 확산될 때, 제어기(300)는 상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 변위 신호들(DS1, DS2, DS3, DS4, DS5) 및 복수의 제2 변위 센서에서 감지된 변위 신호들(DS6, DS7, DS8, DS9, DS10)을 기초로, 제1 변형 판(120)의 변형 및 제2 변형 판(220)의 변형이 적절하게 수행되었는지 판단할 수 있다. 예를 들면, 제어기(300)는 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 변위들을 기초로 제1 변형 판(120)의 중심 영역 및 중간 영역이 평평한 상태로 변형되었는지 여부 및 제2 변형 판(220)의 중심 영역 및 중간 영역이 평평한 상태로 변형되었는지 여부를 판단할 수 있다. 만약, 제1 변형 판(120)의 변형 및 제2 변형 판(220)의 변형이 적절하게 수행되지 않은 것으로 판단된 경우, 제어기(300)는 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 제1 변형 판(120)의 변위들 및 복수의 제2 변위 센서에서 감지된 제2 변형 판(220)의 변위들을 기초로 피드백 위치 제어 신호(FPCS)를 생성하고, 생성된 피드백 위치 제어 신호(FPCS)를 척 액츄에이터(350)에 인가할 수 있다. 척 액츄에이터(350)는 피드백 위치 제어 신호(FPCS)에 따라 제1 본딩 척(100)과 제2 본딩 척(200a) 사이의 거리(302)를 조절할 수 있다.
도 5e를 참조하면, 제1 기판(S1)의 외곽 영역과 제2 기판(S2)의 외곽 영역을 서로 본딩한다. 제1 본딩 척(100)은 이미 본딩이 완료된 제1 기판(S1)의 중심 영역 및 중간 영역은 진공 흡착하고, 제1 기판(S1)의 외곽 영역에 대한 진공 흡착은 해제할 수 있다. 또한, 제2 본딩 척(200a)은 이미 본딩이 완료된 제2 기판(S2)의 중심 영역 및 중간 영역은 진공 흡착하고, 제2 기판(S2)의 외곽 영역에 대한 진공 흡착은 해제할 수 있다. 제1 기판(S1)의 외곽 영역에 대한 진공 흡착 및 제2 기판(S2)의 외곽 영역에 대한 진공 흡착이 해제되면, 제1 기판(S1)의 외곽 영역과 제2 기판(S2)의 외곽 영역은 자발적으로 본딩될 수 있다.
도 5f를 참조하면, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩이 완료되면, 접합 기판(BS)을 언로딩한다. 접합 기판(BS)을 언로딩 하기 위해, 제1 본딩 척(100) 및 제2 본딩 척(200a)은 접합 기판(BS)에 대한 진공 흡착을 전체적으로 해제할 수 있고, 제2 본딩 척(200a)은 제1 본딩 척(100)으로부터 멀어지는 방향으로 이동될 수 있다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 제1 변형 판(120) 및 제2 변형 판(220)을 변형하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 이하에서는, 도 5b와 도 6을 참조하여 제1 변형 판(120) 및 제2 변형 판(220)을 변형하는 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 제1 변형 판(120) 및 제2 변형 판(220)을 1차 변형시킨다(S221). 예를 들어, 제1 본딩 척(100)은 제1 변형 판(120)과 제1 베이스(110) 사이에 형성된 제1 캐비티(121)에 공기를 주입하여, 제1 변형 판(120)을 상방으로 볼록하게 변형시킬 수 있다. 또한, 제2 본딩 척(200a)은 제2 변형 판(220)과 제2 베이스(210) 사이에 형성된 제2 캐비티(221)에 공기를 주입하여, 제2 변형 판(220)을 하방으로 볼록하게 변형시킬 수 있다.
다음으로, 복수의 제1 변위 센서를 이용하여 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변위들을 감지하고, 복수의 제2 변위 센서를 이용하여 1차 변형된 제2 변형 판(220)의 변위들을 감지한다(S222). 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 제1 변형 판(120)의 변위들을 기초로, X-Y 좌표에 따른 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들을 얻을 수 있다. 또한, 복수의 제2 변위 센서에서 감지된 제2 변형 판(220)의 변위들을 기초로, X-Y 좌표에 따른 제2 변형 판(220)의 위치별 변위들을 얻을 수 있다.
다음으로, 제1 변형 판(120)의 위치별 변위가 대응된 위치에서의 제2 변형 판의 위치별 변위와 동일한지 여부를 판단한다(S223). 즉, 제어기(300)는 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변위들에 대한 데이터 및 복수의 제2 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 제2 변형 판(220)의 변위들에 대한 데이터를 전송받고, 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위가 대응된 위치에서의 제2 변형 판의 위치별 변위와 동일한지 여부를 판단하는 동작을 수행할 수 있다.
제1 변형 판(120)의 위치별 변위가 대응된 위치에서의 제2 변형 판의 위치별 변위와 동일한 것으로 판단되면, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩을 진행할 수 있다.
또는, 제1 변형 판(120)의 위치별 변위 중 적어도 하나가 대응된 위치에서의 제2 변형 판의 위치별 변위와 상이한 것으로 판단된 경우, 제1 변형 판(120)의 변형 및/또는 제2 변형 판(220)의 변형을 국부적으로 보정하는 S224 단계가 후속하여 수행될 수 있다. 상기 S224 단계를 통해 제1 변형 판(120)의 변형 및/또는 제2 변형 판(220)의 변형을 국부적으로 보정한 이후, S222 단계 및 S223 단계가 다시 수행될 수 있다.
상기 S224 단계는, 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변위가 1차 변형된 제2 변형 판(220)의 변위와 상이한 것으로 판별된 위치를 검출하는 단계, 검출 위치에서 제1 변형 판(120)의 변위와 제2 변형 판(220)의 변위를 동일하게 조정하기에 필요한 변형량을 산출하는 단계, 및 산출된 변형량에 기초하여 검출 위치에서 제1 변형 판(120) 및/또는 제2 변형 판(220)을 국부적으로 변형하는 단계를 순차적으로 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 제1 본딩 척(100a)을 나타낸 단면도이다. 도 7에 도시된 제1 본딩 척(100a)은 제1 압전 시트(160)를 포함한다는 점을 제외하고는 도 3a 내지 도 3f에 도시된 기판 본딩 장치의 제1 본딩 척(100)과 실질적으로 동일 또는 유사할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 앞서 설명된 내용과 중복된 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 7을 참조하면, 제1 본딩 척(100a)은 제1 변형 판(120)에 부착된 제1 압전 시트(160)를 포함할 수 있다. 제1 압전 시트(160)는 제1 기판(S1)이 지지되는 제1 변형 판(120)의 일면에 반대된 타면 상에 배치될 수 있다. 제1 압전 시트(160)에 전원이 인가되면, 압전 효과(piezoelectric effect)에 의해 전원이 인가된 부분의 제1 압전 시트(160)가 국부적으로 변형될 수 있다. 예컨대, 제1 압전 시트(160)는 외부에서 인가된 전원에 의해 국부적으로 수축 또는 팽창될 수 있다. 이러한 제1 압전 시트(160)의 국부적인 변형은 제1 변형 판(120)의 국부적인 변형을 유발할 수 있다.
제1 압전 시트(160)는 예를 들어, 복수의 압전 소자(161)를 포함할 수 있다. 이 때, 복수의 압전 소자(161) 중 일부에 전원을 인가하게 되면, 전원이 인가된 압전 소자(161) 근방에서 제1 변형 판(120)이 국부적으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 복수의 압전 소자(161) 중 일부에 제1 전원(예를 들어, + 전압)이 인가되어 제1 압전 시트(160)의 제1 부분이 국부적으로 수축되면, 제1 압전 시트(160)의 제1 부분 근방의 제1 변형 판(120)의 일부분은 곡률이 증가하도록 변형되고, 그에 따라 상기 제1 변형 판(120)의 일부분과 제1 베이스(110) 사이의 거리가 증가할 수 있다. 또한, 복수의 압전 소자(161) 중 일부에 상기 제1 전원과 반대된 제2 전원(예를 들어, - 전압)이 인가되어 제1 압전 시트(160)의 제1 부분이 국부적으로 팽창되면, 제1 압전 시트(160)의 제1 부분 근방의 제1 변형 판(120)의 일부분은 곡률이 작아지도록 변형되고, 그에 따라 상기 제1 변형 판(120)의 일부분과 제1 베이스(110) 사이의 거리가 감소할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 제1 본딩 척(100a)에서 제1 변형 판(120)의 변형을 보정하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 제1 변형 판(120) 상에 놓인 제1 기판(S1)을 진공 흡착하고, 제1 공압 조절기(150)를 이용하여 제1 캐비티(121)의 압력을 증가시켜 제1 변형 판(120)을 볼록한 형태로 1차 변형시킬 수 있다. 이후, 제어기(300)는 복수의 제1 변위 센서로부터 전송된 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들에 대한 데이터를 수신하고, 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들이 미리 정해진 기준 범위들 이내인지 여부를 판단하는 동작을 수행할 수 있다.
이 때, 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들 중 적어도 하나가 미리 정해진 기준 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 제어기(300)는 제1 변형 판(120)의 변형을 보정하기 위한 피드백 제어를 수행할 수 있다.
예를 들면, 제어기(300)는 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변위가 기준 범위를 벗어난 것으로 판별된 위치를 검출하고, 검출 위치에서 제1 변형 판(120)의 변형을 보정하는데 필요한 변형량을 산출하고, 산출된 변형량에 대응하는 피드백 변형 제어 신호(FDCSa)를 제1 본딩 척(100a)에 인가할 수 있다. 피드백 변형 제어 신호(FDCSa)는 산출된 변형량에 대응하는 전압값을 가질 수 있다. 피드백 변형 제어 신호(FDCSa)가 제1 본딩 척(100a)에 인가되면, 제1 본딩 척(100a)에 인가된 전원은 전원 라인(125)을 통해서 검출 위치에 위치된 압전 소자(161)에 인가될 수 있다. 전원이 인가된 압전 소자(161)는 수축 또는 팽창하여, 제1 변형 판(120)을 국부적으로 변형시킬 수 있다. 제1 변형 판(120)이 국부적으로 변형된 결과, 상기 검출 위치에서 제1 변형 판(120)의 변위가 미리 정해진 기준 범위 이내인 것으로 조절되면, 제1 변형 판(120)의 변형을 종료하고 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩을 진행하게 된다.
한편, 도 5a 내지 도 5f에 예시된 제2 본딩 척(200)도 상기 제1 본딩 척(100a)과 실질적으로 동일 또는 유사한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 본딩 척(200)은 제2 변형 판(220)에 부착된 제2 압전 시트를 포함할 수 있고, 제어기(300)는 상기 제2 압전 시트를 이용하여 제2 변형 판(220)의 국부적인 변형을 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 압전 시트를 이용한 제2 변형 판(220)의 변형 방법은 도 7을 참조하여 설명된 제1 압전 시트(160)를 이용한 제1 변형 판(120)의 변형 방법과 실질적으로 동일 또는 유사할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 제1 본딩 척(100b)을 나타낸 단면도이다. 도 8a는 제1 변형 판(120)이 변형되기 전의 모습을 보여주고, 도 8b는 변형된 제1 변형 판(120)의 모습을 보여준다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 제1 본딩 척(100b)은 제1 격벽(170)을 포함한다는 점을 제외하고는 도 3a 내지 도 3f에 도시된 기판 본딩 장치의 제1 본딩 척(100)과 실질적으로 동일 또는 유사할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 앞서 설명된 내용과 중복된 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제1 본딩 척(100b)은 제1 캐비티를 복수의 제1 서브 캐비티(1211, 1212, 1213, 1214, 1215)로 분리하는 제1 격벽(170)을 포함할 수 있다. 제1 격벽(170)의 하부는 제1 베이스(110)에 고정되고, 제1 격벽(170)의 상부는 제1 변형 판(120)에 고정될 수 있다. 상기 제1 격벽(170)은 제1 변형 판(120)의 변형에 따라 수직 방향(예를 들어, Z 방향)으로 수축 또는 신장 가능하도록 구성될 수 있다.
제1 공압 조절기(150)는 제1 격벽(170)에 의해 분리된 복수의 제1 서브 캐비티(1211, 1212, 1213, 1214, 1215)의 압력을 개별적으로 조절하도록 구성될 수 있다. 제1 공압 조절기(150)는 복수의 제1 서브 캐비티(1211, 1212, 1213, 1214, 1215) 중 일부의 서브 캐비티의 압력을 조절함으로써, 제1 변형 판(120)을 국부적으로 변형시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 공압 조절기(150)에 의해 복수의 제1 서브 캐비티(1211, 1212, 1213, 1214, 1215) 중 일부의 서브 캐비티에 공기가 주입되면, 공기가 주입된 상기 일부의 서브 캐비티 근방의 제1 변형 판(120)의 곡률이 증가하도록 변형되고, 그에 따라 상기 제1 변형 판(120)의 상기 일부분과 제1 베이스(110) 사이의 거리가 증가할 수 있다. 또한, 제1 공압 조절기(150)에 의해 복수의 제1 서브 캐비티(1211, 1212, 1213, 1214, 1215) 중 일부의 서브 캐비티에서 공기가 배기되면, 공기가 배기된 상기 일부의 서브 캐비티 근방의 제1 변형 판(120)의 곡률이 감소하도록 변형되고, 그에 따라 상기 제1 변형 판(120)의 상기 일부분과 제1 베이스(110) 사이의 거리가 감소할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 제1 변형 판(120)의 변형을 보정하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 제1 변형 판(120) 상에 놓인 제1 기판(S1)을 진공 흡착하고, 제1 공압 조절기(150)를 이용하여 제1 변형 판(120)을 볼록한 형태로 1차 변형시킬 수 있다. 이후, 제어기(300)는 복수의 제1 변위 센서로부터 전송된 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들에 대한 데이터를 수신하고, 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들이 각각 미리 정해진 기준 범위 이내인지 여부를 판단하는 동작을 수행할 수 있다. 이 때, 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 제1 변형 판(120)의 위치별 변위들 중 적어도 하나가 미리 정해진 기준 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 제어기(300)는 제1 변형 판(120)의 변형을 보정하기 위한 피드백 제어를 수행할 수 있다.
제어기(300)는 1차 변형된 제1 변형 판(120)의 변위가 기준 범위를 벗어난 것으로 판별된 위치를 검출하고, 검출 위치에서 제1 변형 판(120)의 변형을 보정하는데 필요한 변형량을 산출하고, 산출된 변형량에 대응하는 피드백 변형 제어 신호(FDCSb)를 제1 공압 조절기(150)에 인가할 수 있다. 피드백 변형 제어 신호(FDCSb)에 따라, 제1 공압 조절기(150)는 검출 위치에 대응된 서브 캐비티의 압력을 조절하여, 제1 변형 판(120)을 국부적으로 변형시킬 수 있다. 제1 변형 판(120)이 국부적으로 변형된 결과, 상기 검출 위치에서 제1 변형 판(120)의 변위가 미리 정해진 기준 범위 이내인 것으로 조절되면, 제1 변형 판(120)의 변형을 종료하고 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩을 진행하게 된다.
한편, 도 5a 내지 도 5f에 예시된 제2 본딩 척(200)도 상기 제1 본딩 척(100b)과 실질적으로 동일 또는 유사한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 본딩 척(200)은 제2 캐비티(221)를 복수의 제2 서브 캐비티로 분리하는 제2 격벽을 포함할 수 있고, 제어기(300)는 제2 공압 조절기를 이용하여 상기 복수의 제2 서브 캐비티의 압력을 개별적으로 조절하고, 이로써 제2 변형 판(220)을 국부적인 변형을 제어할 수 있다. 이 때, 제2 공압 조절기를 이용한 제2 변형 판(220)의 변형 방법은 도 8a 및 도 8b을 참조하여 설명된 제1 압전 시트(160)를 이용한 제1 변형 판(120)의 변형 방법과 실질적으로 동일 또는 유사할 수 있다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 10a 및 도 10b는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)이 본딩되는 과정을 순서에 따라 나타내는 단면도들이다. 이하에서는, 도 9, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 9 및 도 10a를 참조하면, 본딩의 대상이 되는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 준비한다(S210).
제1 및 제2 기판(S1, S2)은 각각 반도체 구조물이 형성되는 활성면 및 상기 활성면과 대향하는 비활성면을 가질 수 있다. 상기 활성면은 제1 및 제2 기판(S1, S2)의 전면(frontside surface)에 해당하고, 상기 비활성면은 제1 및 제2 기판(S1, S2)의 후면(backside surface)에 해당한다. 예시적인 실시예들에서, 상기 제1 기판(S1)은 그 활성면 상에 형성된 제1 반도체 구조물(50)을 포함하고, 제2 기판(S2)은 그 활성면 상에 형성된 제2 반도체 구조물(60)을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 기판(S1, S2)은 예를 들어, 단결정 기판 또는 실리콘(silicon)웨이퍼일 수 있다. 또는, 상기 제1 및 제2 기판(S1, S2)은 저머늄(germanium)과 같은 반도체 원소를 포함할 수도 있고, 또는 SiC(silicon carbide), GaAs(gallium arsenide), InAs(indium arsenide), InP(indium phosphide)와 같은 화합물 반도체를 포함할 수도 있다.
제1 반도체 구조물(50)은 제1 절연층(51) 및 제1 도전 패턴(53)을 포함하고, 제2 반도체 구조물(60)은 제2 절연층(61) 및 제2 도전 패턴(63)을 포함할 수 있다. 제1 절연층(51) 및 제2 절연층(61)은, 예를 들어 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 제1 도전 패턴(53) 및 제2 도전 패턴(63)은, 예를 들어 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 또한, 예시적인 실시예들에서, 제1 및 제2 반도체 구조물(50, 60)은 복수의 개별 소자들을 구성하는 반도체 소자층 및 상기 복수의 개별 소자들을 서로 전기적으로 연결하기 위한 배선 구조층을 포함할 수 있다.
상기 복수의 개별 소자들은 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리일 수 있다. 상기 휘발성 메모리는 예를 들어, DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static RAM) 등일 수 있고, 상기 비휘발성 메모리는 예를 들어, 플래시(flash) 메모리, MRAM(magnetic RAM), PRAM(phase change RAM) 등일 수 있다. 또는, 상기 제1 및 제2 기판(S1, S2)에는 로직(logic) 칩, SOC(system-on-chip), ASIC(application specific integrated circuit), 이미지 센서 칩 등이 포함될 수 있다. 상기 배선 구조층은 금속 배선층 및/또는 비아 플러그를 포함할 수 있다. 상기 배선 구조층은 예를 들어, 2개 이상의 금속 배선층 및/또는 2개 이상의 비아 플러그가 교번적으로 적층되는 다층 구조일 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제1 기판(S1)은 로직 칩을 포함하는 웨이퍼이고, 제2 기판(S2)은 메모리 칩을 포함하는 웨이퍼일 수 있다. 또는, 제1 기판(S1)은 로직 칩을 포함하는 웨이퍼이고, 제2 기판(S2)은 이미지 센서 칩을 포함하는 웨이퍼일 수 있다.
도 9 및 도 10b를 참조하면, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 본딩한다(S220). 제1 본딩 척(도 1의 100 참조) 및 제2 본딩 척(도 1의 200 참조)은 정렬 본딩(align bonding)을 수행하여 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 본딩한다. 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)이 본딩되면, 제1 반도체 구조물(50)의 표면(도 10a의 55)과 제2 반도체 구조물(60)의 표면(도 10a의 65)이 서로 접하게 되고, 제1 반도체 구조물(50)의 제1 도전 패턴(53)과 제2 반도체 구조물(60)의 제2 도전 패턴(63)이 서로 접하게 된다.
도 9를 참조하면, 기판 본딩 장치(10)를 이용한 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)이 본딩이 완료되면, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 접합 강도가 향상되도록, 본딩된 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)에 대한 열처리(annealing)를 진행한다(S230). 상기 열처리에 의해, 제1 반도체 구조물(50)의 제1 도전 패턴(53)과 제2 반도체 구조물(60)의 제2 도전 패턴(63)이 보다 견고하게 접합되고, 제1 반도체 구조물(50)의 제1 절연층(51)과 제2 반도체 구조물(60)의 제2 절연층(61)이 보다 견고하게 접합될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)이 본딩된 접합 기판(70)에 대한 후속 반도체 공정을 진행한다(S240). 후속 반도체 공정은 다양한 공정들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 후속 반도체 공정은 증착 공정, 식각 공정, 이온 공정, 세정 공정 등을 포함할 수 있다. 여기서, 증착 공정은 CVD, 스퍼터링, 스핀 코팅 등 다양한 물질층 형성 공정을 포함할 수 있다. 이온 공정은 이온 주입, 확산, 열처리 등의 공정을 포함할 수 있다. 이러한 후속 반도체 공정을 수행하여, 반도체 소자를 구성하는 집적 회로들 및 배선들을 형성할 수 있다. 한편, 후속 반도체 공정은 반도체 소자를 인쇄 회로 기판 상에 실장하고 몰딩층을 형성하는 패키징 공정을 포함할 수 있다. 또한, 후속 반도체 공정은 반도체 소자나 반도체 패키지에 대해 테스트를 하는 테스트 공정을 포함할 수도 있다. 이러한 후속 반도체 공정들을 수행하여 반도체 소자 또는 반도체 패키지를 완성할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 기판 본딩 장치 100: 제1 본딩 척
110: 제1 베이스 120: 제1 변형 판
140: 제1 변위 센서 200: 제2 본딩 척
210: 제2 베이스 300: 제어기

Claims (20)

  1. 제1 기판을 지지하도록 구성된 제1 본딩 척; 및
    상기 제1 본딩 척과 대향하여 배치되고, 제2 기판을 지지하도록 구성된 제2 본딩 척을 포함하고,
    상기 제1 본딩 척은,
    제1 베이스;
    상기 제1 기판을 지지하고, 상기 제1 베이스와의 거리가 가변 가능하도록 상기 제1 베이스에 장착된 제1 변형 판; 및
    상기 제1 변형 판에 부착되고, 인가된 전원에 따라 변형되어 상기 제1 변형 판을 변형시키는 제1 압전 시트를 포함하는 기판 본딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 본딩 척은 상기 제1 변형 판의 서로 다른 부분의 변위를 감지하도록 구성된 복수의 제1 변위 센서를 더 포함하고,
    상기 기판 본딩 장치는 상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 변위들을 기초로 상기 제1 압전 시트의 변형을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는 기판 본딩 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 본딩 척은 상기 제1 변형 판이 볼록하게 변형되도록 상기 제1 변형 판을 1차 변형시키고,
    상기 제어기는 상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 상기 제1 변형 판의 변위들을 기초로 상기 제1 압전 시트를 변형시키기 위한 피드백 변형 제어 신호를 생성하도록 구성되고,
    상기 제1 압전 시트는 상기 피드백 변형 제어 신호에 따라 변형되어 상기 제1 변형 판을 2차 변형시키도록 구성된 기판 본딩 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 본딩 척은 상기 제1 베이스와 상기 제1 변형 판 사이에 형성된 제1 캐비티의 압력을 조절하여 상기 제1 변형 판을 1차 변형시키도록 구성된 기판 본딩 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 변위 센서는 상기 제1 베이스에 장착된 기판 본딩 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 압전 시트의 제1 부분이 수축되면, 상기 제1 압전 시트의 상기 제1 부분 상의 상기 제1 변형 판의 일부분은 곡률이 증가하도록 변형되는 기판 본딩 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 압전 시트의 제1 부분이 팽창되면, 상기 제1 압전 시트의 상기 제1 부분 상의 상기 제1 변형 판의 일부분은 곡률이 감소하도록 변형되는 기판 본딩 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 본딩 척은 상기 제1 변형 판의 서로 다른 부분의 변위를 각각 감지하도록 구성된 복수의 제1 변위 센서를 포함하고,
    상기 기판 본딩 장치는,
    상기 제1 본딩 척 및 상기 제2 본딩 척 중 적어도 하나를 이동시키는 척 액츄에이터; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 본딩 영역이 확산되는 동안, 상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 변위들을 기초로 상기 제1 본딩 척과 상기 제2 본딩 척 사이의 거리를 조절하기 위한 피드백 위치 제어 신호를 생성하고, 상기 피드백 위치 제어 신호를 상기 척 액츄에이터에 인가하도록 구성된 제어기를 더 포함하는 기판 본딩 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 본딩 척은,
    제2 베이스;
    상기 제2 기판을 지지하고, 상기 제2 베이스와의 거리가 가변 가능하도록 상기 제2 베이스에 장착된 제2 변형 판; 및
    상기 제2 변형 판에 부착되고, 인가된 전원에 따라 변형되어 상기 제2 변형 판을 변형시키는 제2 압전 시트를 포함하는 기판 본딩 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 본딩 척은 상기 제1 변형 판의 서로 다른 부분의 변위를 감지하도록 구성된 복수의 제1 변위 센서를 더 포함하고,
    상기 제2 본딩 척은 상기 제2 변형 판의 서로 다른 부분의 변위를 감지하도록 구성된 복수의 제2 변위 센서를 더 포함하고,
    상기 기판 본딩 장치는 상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 변위들 및 상기 복수의 제2 변위 센서에서 감지된 변위들을 기초로, 상기 제1 압전 시트의 변형 및 상기 제2 압전 시트의 변형을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는 기판 본딩 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 본딩 척은 상기 제1 변형 판이 볼록하게 변형되도록 상기 제1 변형 판을 1차 변형시키고,
    상기 제2 본딩 척은 상기 제2 변형 판이 볼록하게 변형되도록 상기 제2 변형 판을 1차 변형시키고,
    상기 제어기는 상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 상기 제1 변형 판의 변위들 및 상기 복수의 제2 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 상기 제2 변형 판의 변위들을 기초로, 상기 제1 압전 시트 및 상기 제2 압전 시트를 변형시키기 위한 피드백 변형 제어 신호를 생성하도록 구성되고,
    상기 제1 압전 시트는 상기 피드백 변형 제어 신호에 따라 변형되어 상기 제1 변형 판을 2차 변형시키도록 구성되고,
    상기 제2 압전 시트는 상기 피드백 변형 제어 신호에 따라 변형되어 상기 제2 변형 판을 2차 변형시키도록 구성된 기판 본딩 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 본딩 척은 상기 제1 베이스와 상기 제1 변형 판 사이에 형성된 제1 캐비티의 압력을 조절하여 상기 제1 변형 판을 1차 변형시키도록 구성되고,
    상기 제2 본딩 척은 상기 제2 베이스와 상기 제2 변형 판 사이에 형성된 제2 캐비티의 압력을 조절하여 상기 제2 변형 판을 1차 변형시키도록 구성된 기판 본딩 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 본딩 척은 상기 제1 베이스와 상기 제1 변형 판 사이에 형성된 제1 캐비티를 복수의 서브 캐비티로 분리하는 격벽을 더 포함하고,
    상기 제1 본딩 척은 상기 복수의 서브 캐비티의 압력을 개별적으로 조절하도록 구성된 기판 본딩 장치.
  14. 제1 기판을 지지한 상태에서 변형되어 상기 제1 기판을 변형시키도록 구성된 제1 변형 판; 및 상기 제1 변형 판의 서로 다른 부분의 변위를 감지하도록 구성된 복수의 제1 변위 센서를 포함하는 제1 본딩 척;
    상기 제1 본딩 척과 대향하여 배치되고, 제2 기판을 지지하도록 구성된 제2 본딩 척; 및
    상기 제1 변형 판의 변형을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고,
    상기 제1 본딩 척은 상기 제1 변형 판이 볼록하게 변형되도록 상기 제1 변형 판을 1차 변형시키고,
    상기 제어기는 상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 상기 제1 변형 판의 변위들을 기초로, 상기 제1 변형 판을 2차 변형시키기 위한 피드백 변형 제어 신호를 생성하도록 구성된 기판 본딩 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 본딩 척은 상기 제1 변형 판의 일면 상에 부착되고 복수의 압전 소자를 포함하는 제1 압전 시트를 포함하고,
    상기 제1 본딩 척은 상기 피드백 변형 제어 신호에 따라 상기 복수의 압전 소자의 적어도 일부에 전원을 인가하여 상기 복수의 압전 소자의 상기 적어도 일부를 변형시키도록 구성된 기판 본딩 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 본딩 척은,
    상기 제1 변형 판이 장착되는 제1 베이스;
    상기 제1 변형 판과 상기 제1 베이스 사이에 형성된 제1 캐비티를 복수의 서브 캐비티로 분리하는 격벽; 및
    상기 피드백 변형 제어 신호에 따라 상기 복수의 서브 캐비티의 압력을 개별적으로 조절하도록 구성된 제1 공압 조절기를 더 포함하는 기판 본딩 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 격벽의 하부는 상기 제1 베이스에 고정되고, 상기 격벽의 상부는 상기 제1 변형 판에 고정되고,
    상기 격벽은 상기 제1 변형 판의 변형에 따라 수축 또는 신장 가능하도록 구성된 기판 본딩 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 본딩 척은 상기 제1 기판을 향하여 상기 제2 기판의 중심을 가압하도록 구성된 가압 핀을 더 포함하고,
    상기 가압 핀은 상기 제1 변형 판의 상기 2차 변형이 완료되었을 때 상기 제2 기판의 중심을 가압하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접촉시키도록 구성된 기판 본딩 장치.
  19. 제1 기판을 지지한 상태에서 변형되어 상기 제1 기판을 변형시키도록 구성된 제1 변형 판; 및 상기 제1 변형 판의 서로 다른 부분의 변위를 감지하도록 구성된 복수의 제1 변위 센서를 포함하는 제1 본딩 척;
    상기 제1 본딩 척과 대향하여 배치된 제2 본딩 척으로서, 제2 기판을 지지한 상태에서 변형되어 상기 제2 기판을 변형시키도록 구성된 제2 변형 판; 및 상기 제2 변형 판의 서로 다른 부분의 변위를 감지하도록 구성된 복수의 제2 변위 센서를 포함하는 상기 제2 본딩 척; 및
    상기 제1 변형 판의 변형 및 상기 제2 변형 판의 변형을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고,
    상기 제1 본딩 척은 상기 제1 변형 판이 볼록하게 변형되도록 상기 제1 변형 판을 1차 변형하고,
    상기 제2 본딩 척은 상기 제2 변형 판이 볼록하게 변형되도록 상기 제2 변형 판을 1차 변형하고,
    상기 제어기는 상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 상기 제1 변형 판의 변위들 및 상기 복수의 제2 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 상기 제2 변형 판의 변위들을 기초로, 상기 제1 변형 판 및 상기 제2 변형 판을 각각 2차 변형시키기 위한 피드백 변형 제어 신호를 생성하도록 구성된 기판 본딩 장치.
  20. 제1 기판이 지지된 제1 변형 판을 포함하는 제1 본딩 척 상에, 제2 기판이 배치된 제2 본딩 척을 정렬하는 단계;
    상기 제1 변형 판을 1차 변형시켜, 상기 제1 기판을 변형시키는 단계;
    복수의 제1 변위 센서로 1차 변형된 상기 제1 변형 판의 서로 다른 부분의 변위들을 감지하는 단계;
    상기 복수의 제1 변위 센서에서 감지된 1차 변형된 상기 제1 변형 판의 변위들을 기초로, 상기 제1 변형 판을 2차 변형하는 단계; 및
    상기 제2 기판과 2차 변형된 상기 제1 기판을 본딩하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210023298A (ko) * 2019-08-22 2021-03-04 삼성전자주식회사 기판 본딩 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법
JP2021180298A (ja) * 2020-05-15 2021-11-18 東京エレクトロン株式会社 接合装置および接合方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0675165A1 (en) * 1994-03-25 1995-10-04 General Electric Company Extrudable thermoplastic composition comprising a compatibilized polyphenylene ether polyamide resin blend
SG71182A1 (en) * 1997-12-26 2000-03-21 Canon Kk Substrate processing apparatus substrate support apparatus substrate processing method and substrate manufacturing method
US7612895B2 (en) 2007-05-18 2009-11-03 Suss Microtec Inc Apparatus and method for in-situ monitoring of wafer bonding time
JP6188123B2 (ja) 2012-12-28 2017-08-30 芝浦メカトロニクス株式会社 貼合装置および貼合処理方法
JP6501447B2 (ja) * 2013-03-26 2019-04-17 芝浦メカトロニクス株式会社 貼合装置および貼合基板の製造方法
US9837291B2 (en) * 2014-01-24 2017-12-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Wafer processing method and apparatus
KR101580206B1 (ko) * 2014-05-28 2015-12-24 주식회사 엘트린 기판 접합 장치
US9576827B2 (en) * 2014-06-06 2017-02-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Apparatus and method for wafer level bonding
US10580752B2 (en) 2014-10-17 2020-03-03 Bondtech Co., Ltd. Method for bonding substrates together, and substrate bonding device
US9490158B2 (en) 2015-01-08 2016-11-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Bond chuck, methods of bonding, and tool including bond chuck
JP2017059717A (ja) 2015-09-17 2017-03-23 株式会社東芝 テンプレート、インプリント装置および制御方法
JP6616181B2 (ja) * 2015-12-25 2019-12-04 東京エレクトロン株式会社 接合装置
JP6448848B2 (ja) * 2016-03-11 2019-01-09 ボンドテック株式会社 基板接合方法
WO2017168534A1 (ja) 2016-03-28 2017-10-05 株式会社ニコン 基板貼り合わせ装置および基板貼り合わせ方法
JP6727069B2 (ja) 2016-08-09 2020-07-22 東京エレクトロン株式会社 接合装置および接合システム
KR102395194B1 (ko) * 2017-06-21 2022-05-06 삼성전자주식회사 웨이퍼 본딩 장치 및 그 장치를 포함한 웨이퍼 본딩 시스템
US10872873B2 (en) 2017-11-14 2020-12-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for bonding wafers and bonding tool
JP7066559B2 (ja) * 2018-07-13 2022-05-13 東京エレクトロン株式会社 接合装置および接合方法
KR20210023298A (ko) * 2019-08-22 2021-03-04 삼성전자주식회사 기판 본딩 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법
KR20210039661A (ko) * 2019-10-02 2021-04-12 삼성전자주식회사 기판 본딩 장치
KR20210055451A (ko) * 2019-11-07 2021-05-17 삼성전자주식회사 기판 본딩 장치
JP7488062B2 (ja) * 2020-03-02 2024-05-21 東京エレクトロン株式会社 接合装置、接合システム、接合方法および記憶媒体

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