KR20210055451A - 기판 본딩 장치 - Google Patents

기판 본딩 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210055451A
KR20210055451A KR1020190141901A KR20190141901A KR20210055451A KR 20210055451 A KR20210055451 A KR 20210055451A KR 1020190141901 A KR1020190141901 A KR 1020190141901A KR 20190141901 A KR20190141901 A KR 20190141901A KR 20210055451 A KR20210055451 A KR 20210055451A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
bonding
process gas
air curtain
chuck
Prior art date
Application number
KR1020190141901A
Other languages
English (en)
Inventor
전형준
김태영
김회철
민준홍
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020190141901A priority Critical patent/KR20210055451A/ko
Priority to US17/014,335 priority patent/US11721562B2/en
Publication of KR20210055451A publication Critical patent/KR20210055451A/ko
Priority to US18/337,202 priority patent/US20230335415A1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/0007—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding involving treatment or provisions in order to avoid deformation or air inclusion, e.g. to improve surface quality
    • B32B37/003—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding involving treatment or provisions in order to avoid deformation or air inclusion, e.g. to improve surface quality to avoid air inclusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/0046—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by constructional aspects of the apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B41/00—Arrangements for controlling or monitoring lamination processes; Safety arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • H01L21/187—Joining of semiconductor bodies for junction formation by direct bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67276—Production flow monitoring, e.g. for increasing throughput
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/68—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6838—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping with gripping and holding devices using a vacuum; Bernoulli devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68735—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by edge profile or support profile
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/93—Batch processes
    • H01L24/94—Batch processes at wafer-level, i.e. with connecting carried out on a wafer comprising a plurality of undiced individual devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2309/00—Parameters for the laminating or treatment process; Apparatus details
    • B32B2309/02—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2309/00—Parameters for the laminating or treatment process; Apparatus details
    • B32B2309/12—Pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2309/00—Parameters for the laminating or treatment process; Apparatus details
    • B32B2309/60—In a particular environment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B32B2457/14—Semiconductor wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68742—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a lifting arrangement, e.g. lift pins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05599—Material
    • H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05638—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05647—Copper [Cu] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601—Structure
    • H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/07—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L2224/08—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0805—Shape
    • H01L2224/08057—Shape in side view
    • H01L2224/08058—Shape in side view being non uniform along the bonding area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/07—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L2224/08—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/081—Disposition
    • H01L2224/0812—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/08121—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the connected bonding areas being not aligned with respect to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/07—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L2224/08—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/081—Disposition
    • H01L2224/0812—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/08135—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/08145—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/07—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L2224/09—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0905—Shape
    • H01L2224/09051—Bonding areas having different shapes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/751—Means for controlling the bonding environment, e.g. valves, vacuum pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/7525—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/753—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/75301—Bonding head
    • H01L2224/75314—Auxiliary members on the pressing surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/7525—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/753—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/75301—Bonding head
    • H01L2224/75314—Auxiliary members on the pressing surface
    • H01L2224/75318—Shape of the auxiliary member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/80053—Bonding environment
    • H01L2224/80095—Temperature settings
    • H01L2224/80096—Transient conditions
    • H01L2224/80097—Heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/808—Bonding techniques
    • H01L2224/80894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/80895—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically conductive surfaces, e.g. copper-copper direct bonding, surface activated bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/808—Bonding techniques
    • H01L2224/80894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/80896—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically insulating surfaces, e.g. oxide or nitride layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/80909—Post-treatment of the bonding area
    • H01L2224/80948—Thermal treatments, e.g. annealing, controlled cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/93—Batch processes
    • H01L2224/94—Batch processes at wafer-level, i.e. with connecting carried out on a wafer comprising a plurality of undiced individual devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/50—Multistep manufacturing processes of assemblies consisting of devices, each device being of a type provided for in group H01L27/00 or H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/1469—Assemblies, i.e. hybrid integration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

본 개시의 기술적 사상에 따른 제1 기판과 제2 기판을 본딩하는 기판 본딩 장치는, 제1 면 상에 상기 제1 기판을 고정시키도록 구성된 제1 본딩 척; 상기 제1 면과 마주보는 제2 면 상에 상기 제2 기판을 고정시키도록 구성된 제2 본딩 척; 상기 제1 본딩 척 및 상기 제2 본딩 척 중 적어도 어느 하나를 둘러싸고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 공정 가스를 분사하도록 구성된 공정 가스 분사 장치; 및 상기 공정 가스 분사 장치의 외측에 있고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 둘러싸는 에어 커튼을 형성하기 위한 에어 커튼 형성용 가스를 분사하도록 구성된 에어 커튼 생성 장치;를 포함한다.

Description

기판 본딩 장치{SUBSTRATE BONDING APPARATUS}
본 개시의 기술적 사상은 기판 본딩 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서 2 이상의 기판들을 서로 본딩하는 기판 본딩 공정이 수행될 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 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 기판 본딩 공정에서 수증기에 의한 보이드(void) 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 기판 본딩 공정의 수율을 개선시킬 수 있는 기판 본딩 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 개시의 기술적 사상은, 제1 기판과 제2 기판을 본딩하는 기판 본딩 장치로서, 제1 면 상에 상기 제1 기판을 고정시키도록 구성된 제1 본딩 척; 상기 제1 면과 마주보는 제2 면 상에 상기 제2 기판을 고정시키도록 구성된 제2 본딩 척; 상기 제1 본딩 척 및 상기 제2 본딩 척 중 적어도 어느 하나를 둘러싸고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 공정 가스를 분사하도록 구성된 공정 가스 분사 장치; 및 상기 공정 가스 분사 장치의 외측에 있고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 둘러싸는 에어 커튼을 형성하기 위한 에어 커튼 형성용 가스를 분사하도록 구성된 에어 커튼 생성 장치;를 포함하는 기판 본딩 장치를 제공한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 개시의 기술적 사상은, 제1 기판 및 제2 기판을 본딩하는 기판 본딩 장치로서, 제1 면 상에 상기 제1 기판을 고정시키도록 구성된 제1 본딩 척; 상기 제1 면과 마주보는 제2 면 상에 상기 제2 기판을 고정시키도록 구성된 제2 본딩 척; 및 상기 제1 본딩 척 및 상기 제2 본딩 척 중 적어도 어느 하나를 둘러싸고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 제1 방향으로 공정 가스를 분사하도록 구성된 공정 가스 분사 장치;를 포함하고, 상기 제1 방향은 상기 제1 기판의 가장자리 부분에서 중심 부분을 향하는 방향인 것을 특징으로 하는 기판 본딩 장치를 제공한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 개시의 기술적 사상은, 제1 기판과 제2 기판을 본딩하는 기판 본딩 장치로서, 제1 면 상에 상기 제1 기판을 고정시키도록 구성된 제1 본딩 척; 상기 제1 면과 마주보는 제2 면 상에 상기 제2 기판을 고정시키도록 구성된 제2 본딩 척; 및 상기 제1 본딩 척 및 상기 제2 본딩 척의 외측에 있고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 가장자리를 둘러싸는 에어 커튼을 형성하도록 에어 커튼 형성용 가스를 분사하도록 구성된 에어 커튼 생성 장치;를 포함하는 기판 본딩 장치를 제공한다.
본 개시의 예시적인 실시예들에 의하면, 제1 기판과 제2 기판 사이의 본딩이 진행되는 동안, 공정 가스는 제1 기판과 제2 기판 사이에 공급될 수 있고, 에어 커튼 형성용 가스는 제1 기판과 제2 기판을 둘러싸는 에어 커튼을 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 기판 및 제2 기판을 본딩이 진행되는 동안, 제1 기판 및 제2 기판의 외곽 영역 근방에서 압력이 급격히 떨어지는 현상이 방지될 수 있고, 제1 기판 및 제2 기판 사이에서 수증기가 응결되지 않아, 보이드 결함의 생성이 억제될 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 3, 도 4, 및 도 6 내지 도 9는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 장치를 이용한 제1 기판 본딩 방법을 순서에 따라 보여주는 개념도들이다.
도 5는 도 4의 “V”로 표시된 단면을 위에서 아래로 내려다 볼 때의 단면도이다.
도 10은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제2 기판 본딩 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 11은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제3 기판 본딩 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 12는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제2 기판 본딩 장치의 단면도이다.
도 13 내지 도 18은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제2 기판 본딩 장치를 이용한 기판 본딩 방법을 순서에 따라 보여주는 개념도들이다.
도 19는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 20 및 도 21은 제1 기판 및 제2 기판이 본딩되는 과정을 순서에 따라 보여주는 개념도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 장치(10)를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1 기판 본딩 장치(10)는 챔버(11), 제1 본딩 척(100a), 제2 본딩 척(200), 공정 가스 분사 장치(300), 에어 커튼 생성 장치(400), 및 제어기(500)를 포함할 수 있다.
챔버(11)는 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200)을 둘러쌀 수 있다. 챔버(11)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 기판 본딩 공정을 수행하기 위한 내부 공간을 제공할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 챔버(11)의 상기 내부 공간에는 진공압 또는 대기압이 형성될 수 있다.
챔버(11)는 개구부(12)를 포함할 수 있다. 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)은 챔버(11)의 개구부(12)를 통해 챔버(11)의 상기 내부 공간으로 반입 또는 반출될 수 있다. 챔버(11)의 상기 내부 공간을 외부 환경으로부터 보호하기 위하여, 개구부(12)는 필요에 따라 밀폐 또는 밀봉될 수 있다.
제1 본딩 척(100a)은 제1 기판(S1)을 지지하도록 구성된 척일 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(S1)은 단결정 기판 또는 실리콘 웨이퍼(wafer)를 포함할 수 있다.
제1 본딩 척(100a)은 예를 들어, 진공압을 이용하여 제1 기판(S1)을 고정하도록 구성될 수 있다. 제1 본딩 척(100a)이 진공압으로 제1 기판(S1)을 고정하도록 구성된 경우, 제1 본딩 척(100a)은 제1 베이스(110)의 일 표면과 마주하는 제1 기판(S1)의 일 표면에 주변 압력보다 낮은 압력을 인가하도록 구성될 수 있다.
또한, 제1 본딩 척(100a)은 정전기력(electrostatic force)을 이용하여, 제1 기판(S1)을 고정하도록 구성될 수도 있다. 제1 본딩 척(100a)이 정전기력으로 제1 기판(S1)을 고정하도록 구성된 경우, 제1 본딩 척(100a)은 전원을 인가받아 제1 기판(S1)을 고정하기 위한 정전기력을 생성하는 전극을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 본딩 척(100a)은 제1 기판(S1)이 안착되는 제1 베이스(110)와, 제1 베이스(110)에 마련된 제1 진공 홈(180)에 진공압을 인가하도록 구성된 제1 진공 펌프(190)를 포함할 수 있다. 제1 진공 펌프(190)는 제1 기판(S1)이 제1 베이스(110)의 일면 상에 진공 흡착되도록 제1 진공 홈(180)에 진공압을 인가할 수 있고, 또는 제1 기판(S1)에 대한 진공 흡착이 해제되도록 제1 진공 홈(180)의 진공압을 해제(release)할 수 있다.
제1 기판(S1)의 외곽 영역이 제1 본딩 척(100a)에 고정되도록, 제1 진공 홈(180)은 적어도 제1 기판(S1)의 외곽 영역이 안착되는 부분에 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 제1 진공 홈(180)은 상기 제1 베이스(110)의 중심과 외주 사이에 복수 개로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스(110)에는 동심원 형태로 배치된 복수의 진공 홈이 형성될 수 있고, 제1 진공 펌프(190)는 제1 베이스(110)에 형성된 상기 복수의 진공 홈의 압력을 개별적으로 조절하도록 구성될 수 있다.
제2 본딩 척(200)은 제1 본딩 척(100a)과 대향하여 배치될 수 있다. 제2 본딩 척(200)은 제2 기판(S2)의 제2 본딩면이 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 마주하도록 제2 기판(S2)을 지지할 수 있다. 예를 들어, 제2 기판(S2)은 단결정 기판 또는 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다.
제2 본딩 척(200)은 예를 들어, 진공압을 이용하여 제2 기판(S2)을 고정하도록 구성될 수 있다. 제2 본딩 척(200)이 진공압으로 제2 기판(S2)을 고정하도록 구성된 경우, 제2 본딩 척(200)은 제2 베이스(210)의 일 표면과 마주하는 제2 기판(S2)의 일 표면에 주변 압력보다 낮은 압력을 인가하도록 구성될 수 있다.
또한, 제2 본딩 척(200)은 정전기력을 이용하여 제2 기판(S2)을 고정하도록 구성된 경우, 제2 본딩 척(200)은 전원을 인가받아 제2 기판(S2)을 고정하기 위한 정전기력을 생성하는 전극을 포함할 수 있다.
이 때, 제1 본딩 척(100a)은 하부 본딩 척이고, 제2 본딩 척(200)은 제1 본딩 척(100a)의 상방에 배치된 상부 본딩 척일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 제2 본딩 척(200)이 하부 본딩 척이고, 제1 본딩 척(100a)이 제2 본딩 척(200)의 상방에 배치된 상부 본딩 척일 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 제2 본딩 척(200)은 제2 기판(S2)이 안착되는 제2 베이스(210)와, 제2 베이스(210)에 마련된 제2 진공 홈(280)에 진공압을 인가하도록 구성된 제2 진공 펌프(290)를 포함할 수 있다. 제2 진공 펌프(290)는 제2 기판(S2)이 제2 베이스(210)의 일면 상에 진공 흡착되도록 제2 진공 홈(280)에 진공압을 인가할 수 있고, 또는 제2 기판(S2)에 대한 진공 흡착이 해제되도록 제2 진공 홈(280)의 진공압을 해제할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제2 본딩 척(200)은 제2 기판(S2)을 가압하기 위한 가압 장치(230)를 포함할 수 있다. 가압 장치(230)는 제2 기판(S2)의 제2 본딩면에 대하여 실질적으로 수직인 방향(예를 들어, Z 방향)으로 왕복 운동이 가능하도록 구성된 가압 핀(231) 및 상기 가압 핀(231)을 구동시키는 핀 액츄에이터(233)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 핀 액츄에이터(233)는 적층형 압전 액츄에이터(multilayer piezoelectric actuator), 보이스 코일 모터(voice coil motor), 모터와 결합된 랙 앤 피니언(lag and pinion) 등을 포함할 수 있다.
가압 핀(231)은 핀 액츄에이터(233)에 의해 구동되어, 제2 기판(S2)의 중심부를 가압할 수 있다. 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩이 진행되는 동안, 가압 핀(231)은 제2 기판(S2)의 중심의 변위가 가변되도록 제1 기판(S1)을 향하여 제2 기판(S2)의 중심을 하방으로 가압하도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200) 중 적어도 어느 하나는 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200) 사이의 거리를 조절하기 위한 척 액츄에이터(260)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 본딩 척(200)은 척 액츄에이터(260)를 포함할 수 있고, 제1 본딩 척(100a)은 척 액츄에이터를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 척 액츄에이터(260)는 제2 본딩 척(200)을 하강시켜, 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200) 사이의 거리를 조절할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200)은 모두 척 액츄에이터(260)를 포함할 수도 있다.
공정 가스 분사 장치(300)는 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200) 중 적어도 어느 하나를 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 본딩 척(100a)을 둘러쌀 수 있다. 보다 구체적으로, 공정 가스 분사 장치(300)를 평면적 관점에서 볼 때(즉, 위에서 아래로 내려다 볼 경우), 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200) 중 적어도 어느 하나를 둘러싸는 링 형상일 수 있다.
또한, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(도 3, G1)를 분사하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1)의 제1 본딩면 및 제2 기판(S2)의 제2 본딩면에 대하여 실질적으로 나란한 방향으로 공정 가스(G1)를 분사하도록 구성될 수 있다. 또한, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1)의 가장자리 부근에서 중심 부근을 향하는 방향으로 공정 가스(G1)를 분사하도록 구성될 수 있다.
공정 가스 분사 장치(300)가 분사하는 공정 가스(G1)는 제1 기판(S1), 제1 기판(S1) 상의 물질 막, 제2 기판(S2), 제2 기판(S2) 상의 물질막 등과 반응성이 거의 없는 가스일 수 있다. 예를 들어, 상기 공정 가스(G1)는 헬륨(He), 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 이들의 조합일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 공정 가스 분사 장치(300)는 기판 본딩 공정에서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이의 본딩 공간의 가장자리 부근에 실질적으로 균일한 속도 및 압력의 공정 가스(G1)를 분사시키도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 둘러싸는 링 형상의 공정 가스 분사 홀(H1)을 가진 에어 나이프(air knife)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 둘러싸는 링 형상의 노즐을 포함하는 에어 나이프일 수 있다. 또한, 상기 노즐에는 상기 노즐의 연장 방향과 실질적으로 나란한 방향으로 연장된 링 형상의 공정 가스 분사 홀(H1)이 형성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 공정 가스 분사 장치(300)는 공정 가스(G1)의 분사 각을 조절하도록 구성된 분사 각 조절기(310)를 포함할 수 있다. 분사 각 조절기(310)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 본딩 정도에 따라, 공정 가스(G1)의 분사 각을 조절하도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 본딩으로 인해 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 형상이 변형될 때, 분사 각 조절기(310)는 공정 가스(G1)의 분사 각을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 본딩으로 인해 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 곡률이 변화할 때, 분사 각 조절기(310)는 상기 제1 기판(S1) 및 상기 제2 기판(S2)의 적어도 어느 하나의 곡률 변화에 기초하여 공정 가스(G1)의 분사 각을 조절할 수 있다.
분사 각 조절기(310)가 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 본딩 정도에 따라, 공정 가스(G1)의 분사 각을 조절할 수 있어서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1) 공급의 효율이 개선될 수 있다. 또한, 공정 가스 공급 장치(300)가 분사각 조절기(310)를 포함할 수 있어서, 수증기 응결에 의한 보이드(void) 결함이 상대적으로 빈번히 발생할 수 있는 영역에 공정 가스(G1)를 집중적으로 공급할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 전술한 바와 같이, 공정 가스 분사 장치(300)를 평면적 관점에서 봤을 때, 상기 공정 가스 분사 장치(300)는 링 형상일 수 있고, 상기 공정 가스 분사 장치(300)의 형상은 링의 중심을 기준으로 대칭되는 형상일 수 있다. 또한, 공정 가스 분사 장치(300)의 제1 영역에서 공정 가스(G1)를 분사시키는 제1 분사각은 상기 제1 영역이 마주보는 제2 영역에서 공정 가스(G1)를 분사시키는 제2 분사각과 실질적으로 동일한 각을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 공정 가스 분사 장치(300)는 공정 가스 소스(330), 공정 가스 공급 라인(340)과 연결될 수 있다. 공정 가스 소스(330)는 전술한 공정 가스(G1)를 포함하는 소스일 수 있다. 또한, 공정 가스 공급 라인(340)은 공정 가스 소스(330)와 공정 가스 분사 장치(300) 사이에서 연장되고, 공정 가스(G1)가 유동하는 통로를 제공할 수 있다. 공정 가스 공급 라인(340)에는 공정 가스(G1)가 유동하는 통로를 개폐하도록 구성된 공정 가스 개폐 밸브(350)가 설치될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 공정 가스 분사 장치(300)는 기판 본딩 공정의 수행 시, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이의 본딩 공간에 공정 가스(G1)를 분사할 수 있다. 또한, 공정 가스 분사 장치(300)는 기판 본딩 공정이 완료될 시, 공정 가스(G1)의 분사를 중단할 수도 있다. 기판 본딩 공정에서 분사된 공정 가스(G1)는 챔버(11) 내의 배기 장치(미도시)에 의해 외부로 배출될 수 있다.
에어 커튼 생성 장치(400)는 공정 가스 분사 장치(300)의 외측에 설치될 수 있다. 예를 들어, 에어 커튼 생성 장치(400)는 공정 가스 분사 장치(300)의 외측에 있도록, 챔버(11)의 천장 면에 설치될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 에어 커튼 생성 장치(400)를 평면적 관점에서 봤을 때, 상기 에어 커튼 생성 장치(400)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 둘러싸는 링 형상일 수 있다. 예를 들어, 에어 커튼 생성 장치(400)는 링 형상의 노즐을 포함할 수 있고, 상기 노즐에는 상기 노즐의 연장 방향과 나란한 방향으로 연장된 에어 커튼 형성용 가스 분사 홀(미도시)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 에어 커튼 생성 장치(400)를 아래에서 위로 올려다 볼 경우, 에어 커튼 생성 장치(400)는 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200)을 둘러싸는 링 형상의 상기 에어 커튼 형성용 가스 분사 홀을 가질 수 있다.
에어 커튼 생성 장치(400)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 둘러싸는 에어 커튼(air curtain)을 형성하기 위해, 상기 에어 커튼 형성용 가스 분사 홀을 통해 에어 커튼 형성용 가스(도 3, G2)를 분사시키도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 에어 커튼 생성 장치(400)는 제1 기판(S1)의 제1 본딩면 및 제2 기판(S2)의 제2 본딩면에 대하여 실질적으로 수직한 방향으로 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하도록 구성될 수 있다. 예들 들어, 에어 커튼 생성 장치(400)가 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하는 방향은, 공정 가스 분사 장치(300)가 공정 가스(G1)를 분사하는 방향에 대하여 실질적으로 수직한 방향일 수 있다.
에어 커튼 생성 장치(400)가 기판 본딩 공정에서 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사시키는 경우, 에어 커튼 형성용 가스(G2)는 제1 본딩 척(100a), 제2 본딩 척(200), 및 공정 가스 분사 장치(300)의 측부를 둘러싸는 에어 커튼을 형성할 수 있다. 상기 에어 커튼 형성용 가스(G2)는 질소(N2), 청정 드라이 에어(clean dry air) 등을 포함할 수 있다.
에어 커튼 형성용 가스(G2)에 의해 형성된 상기 에어 커튼은 제1 본딩 척(100a), 제2 본딩 척(200), 및 공정 가스 분사 장치(300)를 둘러싸는 공정 공간을 규정할 수 있다. 상기 에어 커튼이 형성될 수 있어서, 기판 본딩 공정에서 상기 공정 공간 내의 분위기의 변화가 최소화될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 에어 커튼 생성 장치(400)는 에어 커튼 형성용 가스 소스(430), 에어 커튼 형성용 가스 공급 라인(440)과 연결될 수 있다. 에어 커튼 형성용 가스 소스(430)는 전술한 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 포함하는 소스일 수 있다. 또한, 에어 커튼 형성용 가스 공급 라인(440)은 에어 커튼 형성용 가스 소스(430)와 에어 커튼 생성 장치(400) 사이에서 연장되고, 에어 커튼 형성용 가스(G2)가 유동하는 통로를 제공할 수 있다. 에어 커튼 형성용 가스 공급 라인(440)에는 에어 커튼 형성용 가스(G2)가 유동하는 통로를 개폐하도록 구성된 에어 커튼 형성용 가스 개폐 밸브(450)가 설치될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 에어 커튼 생성 장치(400)는 기판 본딩 공정의 수행 시, 에어 커튼을 형성하기 위해 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사할 수 있다. 또한, 에어 커튼 생성 장치(400)는 기판 본딩 공정이 완료될 시, 에어 커튼 형성용 가스(G2)의 분사를 중단할 수 있다. 기판 본딩 공정의 수행 시 분사된 에어 커튼 형성용 가스(G2)는 챔버(11) 내의 배기 장치(미도시)에 의해 외부로 배출될 수 있다.
제어기(500)는 제1 기판 본딩 장치(10)를 이용한 기판 본딩 공정을 전반적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제어기(500)는 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(500)는 제1 본딩 척(100a)의 이동 및/또는 제2 본딩 척(200)의 이동을 담당하는 척 액츄에이터(260)를 제어하도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제어기(500)는 공정 가스 분사 장치(300) 및 에어 커튼 생성 장치(400)를 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기(500)는 공정 가스(G1) 및 에어 커튼 형성용 가스(G2)의 종류, 유량, 온도, 압력, 속도 중 적어도 어느 하나를 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어기(500)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 본딩 정도에 기초하여 공정 가스(G1)의 분사 각을 조절하기 위해, 공정 가스 분사 장치(300)의 분사 각 조절기(310)를 제어할 수 있다.
제어기(500)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기(500)는 워크 스테이션 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩 탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 제어기(500)는 단순 제어기, 마이크로 프로세서, CPU, GPU 등과 같은 복잡한 프로세서, 소프트웨어에 의해 구성된 프로세서, 전용 하드웨어 또는 펌웨어일 수도 있다. 제어기(500)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.
예시적인 실시예에서, 제어기(500)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(500)는 본딩 공정을 수행하기 위한 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 및 명령어들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기(500)는 피드백을 위한 데이터를 수신하며, 본딩 공정을 수행하기 위한 신호를 생성하고, 소정의 연산을 수행하는 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다.
일반적으로, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 본딩 시, 제2 기판(S2)에 외력을 가하여 제2 기판(S2)의 중심과 제1 기판(S1)을 접촉시키면, 두 기판 사이의 본딩 영역은 중심에서 외곽 영역을 향해 자발적으로 확산(propagation)될 수 있다. 다시 말해, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 본딩은 자발적인 본딩 확산에 의해 특별한 외력의 인가 없이도, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이의 최초 접촉 지점으로부터 두 기판의 외곽 영역을 향해 점진적으로 진행될 수 있다.
이 때, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이의 압력이 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역 근방에서 급격히 떨어지면서, 두 기판들(S1, S2) 사이에서 수증기가 응결되고, 이로 인해, 두 기판들(S1, S2) 사이에 보이드 결함이 생길 수 있다. 또한, 두 기판들(S1, S2) 사이의 압력 불균일로 인해, 두 기판들(S1, S2) 간의 본딩 정렬도가 열화되는 문제가 발생될 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 장치(10)는 공정 가스 분사 장치(300)를 포함하여, 기판 본딩 공정에서 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사할 수 있다. 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 분사되는 공정 가스(G1)에 의해, 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역 근방에서 압력이 급격히 떨어지는 현상이 방지될 수 있다. 이에 따라, 두 기판들(S1, S2) 사이에서 수증기가 응결되지 않을 수 있고, 보이드 결함의 생성이 억제될 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 장치(10)는 에어 커튼 생성 장치(400)를 포함하여, 기판 본딩 공정에서 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 둘러싸는 에어 커튼을 형성하기 위한 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사할 수 있다.
에어 커튼 형성용 가스(G2)에 의해 형성된 에어 커튼이 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 둘러쌀 수 있어서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 분사된 공정 가스(G1)가 상기 에어 커튼의 외부로 배출되는 현상이 억제될 수 있다. 이에 따라, 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역 근방에서 압력이 떨어지지 않을 수 있고, 두 기판들(S1, S2) 사이에서 수증기의 응결이 방지되어, 보이드 결함의 생성이 억제될 수 있다.
또한, 에어 커튼 형성용 가스(G2)에 의해 형성된 에어 커튼이 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 둘러쌀 수 있어서, 에어 커튼 내의 공정 공간의 분위기 변화가 적을 수 있다. 이에 따라, 두 기판들(S1, S2) 간의 본딩 정렬도가 개선될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 달리, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 장치(10)는 공정 가스 분사 장치(300) 및 에어 커튼 생성 장치(400) 중 어느 하나만을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 본 개시의 제1 기판 본딩 장치(10)가 공정 가스 분사 장치(300)만을 포함하는 경우, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 분사되는 공정 가스(G1)에 의해, 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역 근방에서 압력이 급격히 떨어지는 현상이 방지될 수 있다. 이에 따라, 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역 근방에서 압력이 떨어지지 않을 수 있고, 두 기판들(S1, S2) 사이에서 수증기의 응결이 방지되어, 보이드 결함의 생성이 억제될 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 장치(10)가 에어 커튼 생성 장치(400)만을 포함하는 경우, 에어 커튼 형성용 가스(G2)에 의해 형성된 에어 커튼이 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 둘러쌀 수 있어서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이의 공기가 상기 에어 커튼의 외부로 배출되는 현상이 억제될 수 있다. 이에 따라, 두 기판들(S1, S2) 사이에서 수증기의 응결이 방지되어, 보이드 결함의 생성이 억제될 수 있다.
도 2는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 방법(S1000a)을 보여주는 흐름도이다. 도 3, 도 4, 및 도 6 내지 도 9는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 장치(10)를 이용한 제1 기판 본딩 방법(S1000a)을 순서에 따라 보여주는 개념도들이다. 이하에서는, 도 2 내지 도 4, 및 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 장치(10)를 이용한 제1 기판 본딩 방법(S1000a)을 보다 자세하게 설명한다.
도 2 및 도 3을 함께 참조할 때, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 방법(S1000a)은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사하고, 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 단계(S110)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사하고, 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 단계(S110)가 수행되기 전에, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 각각 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200)에 고정시키는 단계가 수행될 수 있다.
제1 본딩 척(100a)은 제1 기판(S1)이 고정되도록 상기 제1 기판(S1)을 진공 흡착하고, 제2 본딩 척(200)은 제2 기판(S2)이 고정되도록 상기 제2 기판(S2)을 진공 흡착할 수 있다. 제1 기판(S1)은 제1 비활성면이 제1 본딩 척(100a)과 접하도록 상기 제1 본딩 척(100a) 상에 탑재될 수 있고, 제2 기판(S2)은 제2 비활성면이 제2 본딩 척(200)과 접하도록 상기 제2 본딩 척(120) 상에 탑재될 수 있다. 제2 본딩 척(120) 상에 탑재된 제2 기판(S2)의 제2 본딩면은 제1 본딩 척(100a) 상에 탑재된 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 마주할 수 있다.
제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)이 각각 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200)에 고정시키는 단계가 수행된 후, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사하고, 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 단계(S110)가 수행될 수 있다.
제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사하는 단계는 공정 가스 분사 장치(300)를 이용하여 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사하는 단계일 수 있다. 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면에 대하여 실질적으로 나란한 방향으로 공정 가스(G1)를 분사할 수 있다. 또한, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 가장자리 부근에서 중심 부근을 향하는 방향으로 공정 가스(G1)를 분사할 수 있다.
공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1), 제1 기판(S1) 상의 물질 막, 제2 기판(S2), 제2 기판(S2) 상의 물질막 등과 반응성이 거의 없는 가스를 분사할 수 있다. 예를 들어, 상기 공정 가스(G1)는 헬륨, 질소, 아르곤 또는 이들의 조합일 수 있다.
공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1)을 둘러싸는 링 형상의 공정 가스 분사 홀(H1)을 가진 에어 나이프를 포함할 수 있다. 이에 따라, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1)의 가장자리 영역에 실질적으로 균일한 속도 및 압력의 공정 가스를 분사시킬 수 있다.
에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 단계는 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사시키도록 구성된 에어 커튼 생성 장치(400)를 이용하여, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 가장자리를 둘러싸는 에어 커튼을 형성하는 단계일 수 있다.
에어 커튼 생성 장치(400)는 공정 가스(G1)가 분사되는 방향에 대하여 실질적으로 수직한 방향으로 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사할 수 있다. 에어 커튼 형성용 가스(G2)는 질소, 청정 드라이 에어 등을 포함할 수 있다.
에어 커튼 형성용 가스(G2)에 의해 형성된 에어 커튼은 제1 본딩 척(100a), 제2 본딩 척(200), 및 공정 가스 분사 장치(300)를 둘러싸는 공정 공간을 규정할 수 있다. 예를 들어, 상기 공정 공간은 에어 커튼 형성용 가스(G2)에 의해 형성된 에어 커튼의 내부 공간일 수 있다. 또한, 상기 에어 커튼은 제1 본딩 척(100a), 제2 본딩 척(200), 및 공정 가스 분사 장치(300)를 둘러싸는 원기둥 형상의 에어 커튼일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 상기 에어 커튼의 형상은 제1 본딩 척(100a), 제2 본딩 척(200), 및 공정 가스 분사 장치(300)를 둘러싸는 다각 기둥의 형상일 수도 있다.
도 2 및 도 4를 참조할 때, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 방법(S1000a)은 제1 기판(S1)이 배치된 제1 본딩 척(100a) 상에 제2 기판(S2)이 배치된 제2 본딩 척(200)을 정렬시키는 단계(S120)를 포함할 수 있다.
제1 본딩 척(100a)과 제2 본딩 척(200)은 수직 방향(예를 들어, Z 방향)으로 정렬될 수 있다. 또한, 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200)은 수평 방향(예를 들어, X 방향 및/또는 Y 방향)으로 정렬될 수 있다. 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200)의 수직 및/또는 수평 방향의 정렬을 위해, 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200) 중 적어도 어느 하나는 수평 및/또는 수직 방향으로 이동할 수 있고, 수직 방향과 나란한 축을 중심으로 회전할 수도 있다.
제1 본딩 척(100a) 상에 제2 본딩 척(200)을 정렬시키는 단계(S120)에서, 제2 본딩 척(200)은 제1 본딩 척(100a)을 향해 하강하여, 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면을 미리 정해진 적정 거리로 이격시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면 사이의 적정 거리는 약 50㎛ 내지 약 200㎛일 수 있다.
제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 이격 거리가 상대적으로 크면 후술되는 두 기판들(S1, S2) 사이의 본딩이 미흡하게 확산될 수 있다. 또한, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 이격 거리가 상대적으로 작으면, 두 기판들(S1, S2) 사이의 본딩이 과도하게 급진적으로 확산되면서 두 기판들(S1, S2) 사이에 보이드가 생성될 우려가 있다.
제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 이격 거리를 조절하기 위해, 제1 본딩 척(100a)을 상승시키거나, 제1 본딩 척(100a)의 상승 및 제2 본딩 척(200)의 하강을 동시에 수행할 수도 있다.
도 5는 도 4의"V"로 표시된 단면을 위에서 아래로 내려다 볼 때의 단면도이다.
도 5를 참조할 때, 제1 본딩 척(100a) 상에 제2 본딩 척(200)을 정렬시키는 단계에서, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면에 대하여 실질적으로 나란한 방향으로 공정 가스(G1)를 분사하는 상태일 수 있다. 또한, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 가장자리 부근에서 중심 부근을 향하는 방향으로 공정 가스(G1)를 분사하는 상태일 수 있다.
공정 가스 분사 장치(300)가 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 사이에 공정 가스(G1)를 분사할 수 있어서, 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역 근방에서 압력이 급격히 떨어지는 현상이 방지될 수 있다. 이에 따라, 두 기판들(S1, S2) 사이에서 수증기가 응결되는 현상이 방지될 수 있다.
또한, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 가장자리 부근에 실질적으로 균일한 속도 및 압력의 공정 가스(G1)를 분사시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 가장자리 부근에 실질적으로 균일한 속도 및 압력의 공정 가스(G1)를 분사시키기 위해, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 둘러싸는 링 형상의 공정 가스 분사 홀(H1)을 가진 에어 나이프를 포함할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 제1 본딩 척(100a) 상에 제2 본딩 척(200)을 정렬시키는 단계에서, 에어 커튼 생성 장치(400)는 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면에 대하여 실질적으로 수직한 방향으로 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하는 상태일 수 있다. 또한, 에어 커튼 생성 장치(400)는 공정 가스(G1)가 분사되는 방향에 대하여 실질적으로 수직한 방향으로 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하는 상태일 수 있다. 분사된 에어 커튼 형성용 가스(G2)는 제1 본딩 척(100a), 제2 본딩 척(200), 및 공정 가스 분사 장치(300)의 외측을 둘러싸는 에어 커튼을 형성할 수 있다.
에어 커튼 생성 장치(400)가 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 둘러싸는 에어 커튼을 형성할 수 있어서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 분사된 공정 가스(G1)가 상기 에어 커튼의 외부로 배출되는 현상이 억제될 수 있다. 이에 따라, 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역 근방에서 압력이 급격히 떨어지지 않을 수 있고, 두 기판들(S1, S2) 사이에서 수증기가 응결되는 현상이 방지될 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 방법(S1000a)은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 본딩시키는 단계(S130)를 포함할 수 있다. 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 본딩시키는 단계(S130)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 일 접점에서 접촉시키는 단계(S131), 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역을 확산시키는 단계(S133), 및 제1 기판(S1)의 외곽 영역과 제2 기판(S2)의 외곽 영역을 본딩시키는 단계(S135)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조할 때, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 방법(S1000a)은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 일 접점에서 접촉시키는 단계(S131)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 일 접점에서 접촉시키는 단계(S131)는 제2 본딩 척(200)의 가압 핀(231)이 제2 기판(S2)의 중심을 가압하는 단계, 가압 핀(231)에 가압된 제2 기판(S2)의 중심 영역이 볼록하게 변형되는 단계, 및 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)이 일 접점에서 접촉되는 단계들을 포함할 수 있다.
제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)이 접촉되는 일 접점은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 본딩이 시작되는 본딩 개시점(bonding initiation point, 610)으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 본딩 개시점(610)은 제1 기판(S1)의 제1 본딩면의 중심과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면의 중심이 만나는 지점일 수 있다. 또한, 본딩 개시점(610)에서 접합된 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)은 접합 구조체(PBS)로 정의될 수 있다.
도 2, 도 7 및 도 8을 참조할 때, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 방법(S1000a)은 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역을 확산(propagation)시키는 단계(S133)를 포함할 수 있다.
제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역은 상기 본딩 개시점(도 6, 610)으로부터 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역들을 향해 점진적으로 확산될 수 있다. 두 기판들(S1, S2) 사이의 본딩 영역은 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 본딩면이 서로 본딩된 부분으로 정의될 수 있고, 본딩 확산 거리(630)는 상기 본딩 영역의 지름 또는 상기 본딩 개시점(610)을 가로지르는 상기 본딩 영역의 수평 폭을 의미할 수 있다.
제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역의 확산은 다른 외력의 인가 없이도 자발적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(S1)의 제1 본딩면 및 제2 기판(S2)의 제2 본딩면은 각각 플라즈마 처리 또는 습식 처리된 표면을 가질 수 있다. 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, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역을 확산시키는 단계(S133)에서, 제2 본딩 척(200)이 제2 기판(S2)의 외곽 영역을 진공 흡착하고 있으므로, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 본딩 영역은 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역까지는 확산되지는 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 본딩 영역은 두 기판들(S1, S2)의 표면들 사이의 인력과 제2 기판(S2)의 탄성 복원력이 균형을 이루는 지점까지만 확산될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역을 확산시키는 단계(S133)에서, 공정 가스(G1)는 공정 가스 분사 장치(300)에 의해 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공급될 수 있고, 에어 커튼 형성용 가스(G2)는 에어 커튼 생성 장치(400)에 의해 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 둘러싸는 에어 커튼을 형성할 수 있다.
또한, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역이 확산됨에 따라, 제2 기판(S2)의 가장자리 부분의 경사 각이 변할 수 있다. 제어기(500)는 제2 기판(S2)의 가장자리 부분의 경사각의 변화에 기초하여, 공정 가스 분사 장치(300)의 분사 각 조절기(310)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역이 확산됨에 따라, 제어기(500)는 제2 기판(S2)의 곡률 변화에 기초하여, 공정 가스 분사 장치(300)의 분사 각 조절기(310)를 제어할 수 있다.
이에 따라, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1) 공급의 효율이 개선될 수 있다. 또한, 수증기 응결에 의한 보이드 결함이 상대적으로 빈번히 발생할 수 있는 영역에 공정 가스(G1)가 집중적으로 공급될 수 있다.
도 2 및 도 9를 참조할 때, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 방법(S1000a)은 제1 기판(S1)의 외곽 영역과 제2 기판(S2)의 외곽 영역을 본딩하는 단계(S135), 공정 가스(G1) 및 에어 커튼 형성용 가스(G2)의 분사를 중단하는 단계(S140), 및 접합 기판(BS)을 언로딩하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
제1 기판(S1)의 외곽 영역과 제2 기판(S2)의 외곽 영역을 본딩하는 단계(S140)에서, 제2 본딩 척(200)이 제2 기판(S2)의 외곽 영역에 대한 진공 흡착을 해제하면, 제2 기판(S2)의 외곽 영역이 제1 기판(S1)의 외곽 영역을 향해 자유 낙하할 수 있고, 제2 기판(S2)의 외곽 영역과 제1 기판(S1)의 외곽 영역이 서로 본딩될 수 있다. 제1 기판(S1)의 외곽 영역과 제2 기판(S2)의 외곽 영역 간의 본딩이 완료되면, 제1 기판(S1)의 본딩면과 제2 기판(S2)의 본딩면이 전체적으로 본딩된 접합 기판(bonded substrate, BS)이 형성될 수 있다.
제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 본딩이 완료되면, 공정 가스(G1) 및 에어 커튼 형성용 가스(G2)의 분사를 중단하는 단계(S140)가 수행될 수 있다.
또한, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩이 완료되면, 접합 기판(BS)을 언로딩하는 단계(S150)가 수행될 수 있다. 접합 기판(BS)을 언로딩 하기 위해, 제1 본딩 척(100a)은 접합 기판(BS)에 대한 진공 흡착을 전체적으로 해제할 수 있다. 또한, 제2 본딩 척(200)은 제1 본딩 척(100a)과 멀어지는 방향으로 이동될 수 있다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제1 기판 본딩 방법(S1000a)은 제1 본딩 척(100a) 및 제2 본딩 척(200)을 정렬시키는 단계(S120)의 수행 전에, 공정 가스(G1) 및 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사시키는 단계(S110)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 본딩시키는 단계에서, 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역 근방에서 압력이 급격히 떨어지는 현상이 방지될 수 있고, 두 기판들(S1, S2) 사이에서 수증기가 응결되지 않아 보이드 결함의 생성이 억제될 수 있다.
도 10은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제2 기판 본딩 방법(S1000b)을 보여주는 흐름도이다. 이하에서는, 제1 기판 본딩 방법(S1000a) 및 제2 기판 본딩 방법(S1000b)의 차이점을 위주로 설명한다.
도 10을 참조할 때, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사시키고, 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 단계(S210)는, 제1 본딩 척(100a) 상에 제2 본딩 척(200)을 정렬시키는 단계(S120) 이후에 수행될 수 있다.
또한, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사시키고, 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 단계(S210)는, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 본딩시키는 단계(S130) 이전에 수행될 수 있다.
도 11은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제3 기판 본딩 방법(S1000c)을 보여주는 흐름도이다.
도 11을 참조할 때, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사시키고, 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 단계(S310)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)이 적어도 부분적으로 접합된 후에 수행될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사시키고, 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 단계(S310)는, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 일 접점에서 접촉시키는 단계(S131) 및 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역을 확산시키는 단계(S133) 사이에서 수행될 수 있다.
도 12는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제2 기판 본딩 장치(20)의 단면도이다.
도 12를 참조하면, 제2 기판 본딩 장치(20)는 챔버(11), 제1 본딩 척(100b), 제2 본딩 척(200), 공정 가스 분사 장치(300), 에어 커튼 생성 장치(400), 및 제어기(500)를 포함할 수 있다. 이하에서는, 제1 기판 본딩 장치(10) 및 제2 기판 본딩 장치(20)의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
제1 본딩 척(100b)은 제1 베이스(110) 상에 장착된 변형 판(150)을 포함할 수 있다. 변형 판(150)은 진공압이 형성될 수 있는 제1 진공 홈(180)을 포함할 수 있다. 제1 진공 펌프는 제1 기판(S1)이 변형 판(150)의 일면 상에 진공 흡착되도록 제1 진공 홈(180)에 진공압을 인가할 수 있고, 또는 제1 기판(S1)에 대한 진공 흡착이 해제되도록 제1 진공 홈(180)의 진공압을 해제할 수 있다.
변형 판(150)은 제1 베이스(110)와의 거리가 가변 가능하도록 제1 베이스(110)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 변형 판(150)의 외주는 제1 베이스(110)에 고정되지만, 상기 변형 판(150)의 고정된 외주의 안쪽 부분은 외력에 의해 볼록하게 변형될 수 있다. 변형 판(150)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 변형 판(150)의 곡률에 의해 조절될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 변형 판(150)은 금속, 세라믹, 고무 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 변형 판(150)은 알루미늄 또는 실리콘 카바이드(SiC)를 포함할 수 있다.
공압 조절기(153)는 제1 베이스(110)와 변형 판(150) 사이에 형성된 캐비티(151)의 압력을 조절하여, 변형 판(150)을 변형시킬 수 있다. 공압 조절기(153)는 캐비티(151)에 공기를 주입하여 캐비티(151)의 압력을 증가시키거나, 캐비티(151)의 공기를 배기하여 캐비티(151)의 압력을 감소시킬 수 있다. 공압 조절기(153)에 의해 캐비티(151)의 압력이 증가되면, 변형 판(150)은 곡률이 증가하도록 변형되고, 변형 판(150)에 지지된 제1 기판(S1)도 곡률이 증가되도록 변형될 수 있다. 또한, 공압 조절기(153)에 의해 캐비티(151)의 압력이 감소되면, 변형 판(150)은 곡률이 감소하도록 변형되고, 변형 판(150)에 지지된 제1 기판(S1)도 곡률이 감소하도록 변형될 수 있다.
도 13 내지 도 18은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 제2 기판 본딩 장치(20)를 이용한 기판 본딩 방법을 순서에 따라 보여주는 개념도들이다.
도 13을 참조할 때, 제2 기판 본딩 장치(20)를 이용한 기판 본딩 방법은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사하는 단계 및 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면에 대하여 실질적으로 나란한 방향으로 공정 가스(G1)를 분사할 수 있다. 또한, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 가장자리 부근에서 중심 부근을 향하는 방향으로 공정 가스(G1)를 분사할 수 있다.
공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1)을 둘러싸는 링 형상의 공정 가스 분사 홀(H1)을 가진 에어 나이프를 포함할 수 있다. 이에 따라, 공정 가스 분사 장치(300)는 제1 기판(S1)의 가장자리 영역에 균일한 속도 및 압력의 공정 가스(G1)를 분사시킬 수 있다.
에어 커튼 생성 장치(400)는 에어 커튼을 형성하기 위해 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사할 수 있다. 에어 커튼 생성 장치(400)에서 분사된 에어 커튼 형성용 가스(G2)는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 가장자리를 둘러싸는 에어 커튼을 형성할 수 있다. 에어 커튼 생성 장치(400)는 공정 가스(G1)가 분사되는 방향에 대하여 실질적으로 수직한 방향으로 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사할 수 있다.
에어 커튼 생성 장치(400)가 형성하는 에어 커튼은 제1 본딩 척(100b), 제2 본딩 척(200), 및 공정 가스 분사 장치(300)를 둘러싸는 공정 공간을 규정할 수 있다.
도 14를 참조할 때, 제2 기판 본딩 장치(20)를 이용한 기판 본딩 방법은 제1 기판(S1)이 배치된 제1 본딩 척(100b) 상에 제2 기판(S2)이 배치된 제2 본딩 척(200)을 정렬시키는 단계를 포함할 수 있다. 제1 본딩 척(100b) 상에 제2 본딩 척(200)을 정렬시키는 단계에 대한 기술적 사상은 도 4를 참조하여 설명한 기술적 사상을 포함할 수 있으므로, 자세한 내용은 생략한다.
도 15를 참조할 때, 제2 기판 본딩 장치(20)를 이용한 기판 본딩 방법은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 일 접점에서 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 변형 판(150)은 제1 기판(S1)을 지지한 상태에서 변형되어, 변형 판(150)의 일면에 지지된 제1 기판(S1)을 강제 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 변형 판(150)은 제1 기판(S1)을 진공 흡착한 상태에서 상방으로 볼록하게 변형될 수 있고, 제1 기판(S1)은 변형 판(150)의 변형에 대응하여 상방으로 볼록하게 강제 변형될 수 있다.
제1 기판(S1)의 변형에 대응하여, 제2 기판(S2)은 가압 핀(231)에 가압되어 하방으로 볼록하게 변형될 수 있다. 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)이 변형됨에 따라, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)은 일 접점에서 접촉될 수 있다. 상기 일 접점은 전술한 바와 같이, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 본딩이 시작되는 본딩 개시점(610)으로 지칭될 수 있다.
도 16 및 도 17을 참조할 때, 제2 기판 본딩 장치(20)를 이용한 기판 본딩 방법은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역을 확산시키는 단계를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩 영역은 상기 본딩 개시점(610)으로부터 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역을 향해 점진적으로 확산될 수 있다. 전술한 바와 같이, 두 기판들(S1, S2) 사이의 본딩 영역은 자발적으로 확산될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩이 확산될 때, 척 액츄에이터(260)는 제1 본딩 척(100b)과 제2 본딩 척(200) 사이의 거리를 감소시켜, 변형 판(150)의 표면을 그 중심으로부터 외곽을 향해 점진적으로 평평하게 만들고, 두 기판들(S1, S2)의 본딩면들이 대체로 평평한 상태로 본딩되도록 할 수 있다. 이 때, 변형 판(150)의 표면이 평평해지는 것을 돕기 위해, 공압 조절기(153)는 캐비티(151)의 압력을 낮출 수 있다.
도 18을 참조할 때, 제2 기판 본딩 장치(20)를 이용한 기판 본딩 방법은 제1 기판(S1)의 외곽 영역과 제2 기판(S2)의 외곽 영역을 본딩하는 단계(S135), 공정 가스(G1) 및 에어 커튼 형성용 가스(G2)의 분사를 중단하는 단계(S140), 및 접합 기판(BS)을 언로딩하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
제1 본딩 척(100b) 및 제2 본딩 척(200)이 각각 제1 기판(S1)의 외곽 영역 및 제2 기판(S2)의 외곽 영역에 대한 진공 흡착을 해제하면, 제2 기판(S2)의 외곽 영역이 제1 기판(S1)의 외곽 영역이 서로 본딩될 수 있다.
제1 기판(S1)의 외곽 영역과 제2 기판(S2)의 외곽 영역 간의 본딩이 완료되면, 제1 기판(S1)의 본딩면과 제2 기판(S2)의 본딩면이 전체적으로 본딩된 접합 기판(bonded substrate, BS)이 형성될 수 있다.
제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 본딩이 완료되면, 공정 가스(G1) 및 에어 커튼 형성용 가스(G2)의 분사가 중단될 수 있다. 또한, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이의 본딩이 완료되면, 접합 기판(BS)을 언로딩 할 수 있다.
도 19는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법(S2000)을 보여주는 흐름도이다. 도 20 및 도 21은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)이 본딩되는 과정을 순서에 따라 보여주는 개념도들이다. 이하에서는. 도 19 내지 도 21을 참조하여, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명한다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법(S2000)은 본딩의 대상이 되는 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 준비하는 단계(S510)를 포함할 수 있다.
제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)은 각각 반도체 구조물이 형성되는 활성면 및 상기 활성면과 대향하는 비활성면을 가질 수 있다. 상기 활성면은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 전면(front-side surface)에 해당하고, 상기 비활성면은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 후면(back-side surface)에 해당한다.
예시적인 실시예에서, 상기 제1 기판(S1)은 상기 활성면 상에 형성된 제1 반도체 구조물(50)을 포함하고, 제2 기판(S2)은 상기 활성면 상에 형성된 제2 반도체 구조물(60)을 포함할 수 있다.
제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)은 예를 들어, 단결정 기판 또는 실리콘(silicon) 웨이퍼일 수 있다. 또는, 상기 제1 기판(S1) 및 상기 제2 기판(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 실시예에서, 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 기판(S1) 및 상기 제2 기판(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 19 및 도 20을 참조하면, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법(S2000)은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 본딩하는 단계(S520)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 본딩 척(도 1의 100a 참조) 및 제2 본딩 척(도 1의 200 참조)은 정렬 본딩(align bonding)을 수행하여, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 본딩시킬 수 있다. 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)이 본딩되면, 제1 반도체 구조물(50)의 표면(도 20의 55)과 제2 반도체 구조물(60)의 표면(도 20의 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.
예시적인 실시예에서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 본딩하는 단계(S520)에서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2) 사이에 공정 가스(G1)를 분사하는 단계가 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 공정 가스(G1)는 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면에 대하여 실질적으로 나란한 방향으로 분사될 수 있고, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 가장자리 부근에서 중심 부근을 향하는 방향으로 분사될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 본딩하는 단계(S520)에서, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)의 가장자리를 둘러싸는 에어 커튼을 형성하기 위해 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하는 단계가 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 에어 커튼 형성용 가스(G2)는 제1 기판(S1)의 제1 본딩면과 제2 기판(S2)의 제2 본딩면에 대하여 실질적으로 수직한 방향으로 분사될 수 있다. 또한, 에어 커튼 형성용 가스(G2)의 분사 방향은 공정 가스(G1)의 분사 방향에 대하여 실질적으로 수직인 방향일 수 있다.
도 19 및 도 21을 참조하면, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법(S2000)은 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 접합 강도를 향상시키기 위해, 본딩된 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)에 대한 열처리(annealing)를 진행한는 단계(S530)를 수행할 수 있다.
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.
또한, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법(S2000)은 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)이 본딩된 접합 기판(70)에 대한 후속 반도체 공정을 진행하는 단계(S540)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 후속 반도체 공정은 예를 들어, 증착 공정, 식각 공정, 이온 공정, 세정 공정 등과 같은 다양한 공정들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 증착 공정은 CVD, 스퍼터링, 스핀 코팅 등 다양한 물질층 형성 공정을 포함할 수 있다. 또한, 이온 공정은 이온 주입, 확산, 열처리 등의 공정을 포함할 수 있다.
전술한 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.
본 개시의 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법(S2000)은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 본딩하는 단계(S520)에서 공정 가스(G1)를 분사시키는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 본딩시키는 단계에서, 두 기판들(S1, S2)의 외곽 영역 근방에서 압력이 급격히 떨어지는 현상이 방지될 수 있고, 두 기판들(S1, S2) 사이에서 수증기가 응결되지 않아 보이드 결함의 생성이 억제될 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법(S2000)은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)을 본딩하는 단계(S520)에서 에어 커튼 형성용 가스(G2)를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 에어 커튼이 규정하는 공정 공간 내의 분위기 변화가 적을 수 있다. 이에 따라, 두 기판들(S1, S2) 간의 본딩 정렬도가 개선될 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.

Claims (10)

  1. 제1 기판과 제2 기판을 본딩하는 기판 본딩 장치로서,
    제1 면 상에 상기 제1 기판을 고정시키도록 구성된 제1 본딩 척;
    상기 제1 면과 마주보는 제2 면 상에 상기 제2 기판을 고정시키도록 구성된 제2 본딩 척;
    상기 제1 본딩 척 및 상기 제2 본딩 척 중 적어도 어느 하나를 둘러싸고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 공정 가스를 분사하도록 구성된 공정 가스 분사 장치; 및
    상기 공정 가스 분사 장치의 외측에 있고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 둘러싸는 에어 커튼을 형성하기 위한 에어 커튼 형성용 가스를 분사하도록 구성된 에어 커튼 생성 장치;
    를 포함하는 기판 본딩 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 공정 가스 분사 장치는,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 둘러싸는 링 형상의 공정 가스 분사 홀을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 본딩 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 공정 가스 분사 장치는,
    상기 제1 기판의 가장자리 부근에서 중심 부근을 향하는 방향인 제1 방향으로 상기 공정 가스를 분사하고,
    상기 에어 커튼 생성 장치는,
    상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 상기 에어 커튼 형성용 가스를 분사시키는 것을 특징으로 하는 기판 본딩 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 공정 가스 분사 장치 및 상기 에어 커튼 생성 장치와 연결된 제어기로서, 상기 공정 가스 및 상기 에어 커튼 형성용 가스의 종류, 유량, 온도, 압력, 속도들 중 적어도 어느 하나를 제어하도록 구성된 제어기;
    를 더 포함하고,
    상기 공정 가스 분사 장치는,
    상기 공정 가스의 분사 각을 조절하도록 구성된 분사 각 조절기;
    를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 본딩 정도에 따라, 상기 분사 각 조절기를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 본딩 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제1 본딩 척 상에 상기 제2 본딩 척이 정렬되기 전에,
    상기 공정 가스를 분사시키도록 상기 공정 가스 분사 장치를 제어하고,
    상기 에어 커튼 형성용 가스를 분사시키도록 상기 에어 커튼 생성 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 본딩 장치.
  6. 제1 기판 및 제2 기판을 본딩하는 기판 본딩 장치로서,
    제1 면 상에 상기 제1 기판을 고정시키도록 구성된 제1 본딩 척;
    상기 제1 면과 마주보는 제2 면 상에 상기 제2 기판을 고정시키도록 구성된 제2 본딩 척; 및
    상기 제1 본딩 척 및 상기 제2 본딩 척 중 적어도 어느 하나를 둘러싸고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 제1 방향으로 공정 가스를 분사하도록 구성된 공정 가스 분사 장치;
    를 포함하고,
    상기 제1 방향은 상기 제1 기판의 가장자리 부분에서 중심 부분을 향하는 방향인 것을 특징으로 하는 기판 본딩 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 공정 가스는,
    헬륨, 질소, 및 아르곤 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 본딩 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 공정 가스 분사 장치는,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 둘러싸는 링 형상의 공정 가스 분사 홀을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 본딩 장치.
  9. 제1 기판과 제2 기판을 본딩하는 기판 본딩 장치로서,
    제1 면 상에 상기 제1 기판을 고정시키도록 구성된 제1 본딩 척;
    상기 제1 면과 마주보는 제2 면 상에 상기 제2 기판을 고정시키도록 구성된 제2 본딩 척; 및
    상기 제1 본딩 척 및 상기 제2 본딩 척의 외측에 있고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 가장자리를 둘러싸는 에어 커튼을 형성하도록 에어 커튼 형성용 가스를 분사하도록 구성된 에어 커튼 생성 장치;
    를 포함하는 기판 본딩 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 기판 본딩 장치를 아래에서 위로 올려다 볼 경우,
    상기 에어 커튼 생성 장치는,
    상기 제1 본딩 척 및 상기 제2 본딩 척을 둘러싸는 링 형상의 에어 커튼 형성용 가스 분사 홀을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 본딩 장치.
KR1020190141901A 2019-11-07 2019-11-07 기판 본딩 장치 KR20210055451A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190141901A KR20210055451A (ko) 2019-11-07 2019-11-07 기판 본딩 장치
US17/014,335 US11721562B2 (en) 2019-11-07 2020-09-08 Substrate bonding apparatus
US18/337,202 US20230335415A1 (en) 2019-11-07 2023-06-19 Method of manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190141901A KR20210055451A (ko) 2019-11-07 2019-11-07 기판 본딩 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210055451A true KR20210055451A (ko) 2021-05-17

Family

ID=75847073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190141901A KR20210055451A (ko) 2019-11-07 2019-11-07 기판 본딩 장치

Country Status (2)

Country Link
US (2) US11721562B2 (ko)
KR (1) KR20210055451A (ko)

Families Citing this family (3)

* 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
JP7471862B2 (ja) * 2020-02-27 2024-04-22 キオクシア株式会社 貼合装置および貼合方法
DE102023110438A1 (de) 2023-04-24 2024-10-24 Besi Switzerland Ag Vorrichtung mit einer verbesserten Niederhaltevorrichtung

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7275577B2 (en) * 2002-11-16 2007-10-02 Lg.Philips Lcd Co., Ltd. Substrate bonding machine for liquid crystal display device
US8245751B2 (en) 2007-11-07 2012-08-21 Advanced Display Process Engineering Co., Ltd. Substrate bonding apparatus
EP2091071B1 (en) 2008-02-15 2012-12-12 Soitec Process for bonding two substrates
FR2963157B1 (fr) 2010-07-22 2013-04-26 Soitec Silicon On Insulator Procede et appareil de collage par adhesion moleculaire de deux plaques
US9048283B2 (en) 2012-06-05 2015-06-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Hybrid bonding systems and methods for semiconductor wafers
US9922851B2 (en) * 2014-05-05 2018-03-20 International Business Machines Corporation Gas-controlled bonding platform for edge defect reduction during wafer bonding
US10636661B2 (en) 2016-01-15 2020-04-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Apparatus and method for wafer bonding
US20170207191A1 (en) 2016-01-15 2017-07-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Bonding system and associated apparatus and method
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
US10410892B2 (en) * 2016-11-18 2019-09-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Method of semiconductor wafer bonding and system thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20230335415A1 (en) 2023-10-19
US20210143026A1 (en) 2021-05-13
US11721562B2 (en) 2023-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230335415A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
US11990444B2 (en) Substrate bonding apparatus and method of manufacturing semiconductor device by using the same
US11581188B2 (en) Substrate bonding apparatus
US10923452B2 (en) Substrate bonding apparatus
US8075731B2 (en) Substrate processing apparatus and a substrate processing method
US11594443B2 (en) Substrate bonding apparatus and method of manufacturing semiconductor device by using the substrate bonding apparatus
US20120258414A1 (en) Substrate support instrument, and vertical heat treatment apparatus and driving method thereof
US20150079701A1 (en) Semiconductor device manufacturing method and manufacturing apparatus
TWI720054B (zh) 提高多晶片集成工藝的產量的方法和系統
KR20160086277A (ko) 접합 장치, 접합 시스템, 접합 방법 및 컴퓨터 기억 매체
US20220102185A1 (en) Semiconductor manufacturing apparatus including bonding head
TW202422644A (zh) 基板接合裝置、基板接合系統以及基板接合方法
US11107681B2 (en) Method of fabricating semiconductor device by removing material on back side of substrate
US20220367215A1 (en) Method and system for bonding
JP7509854B2 (ja) 基板処理装置とそれを含む基板接合システム及びそれを用いた基板処理方法
US20220367249A1 (en) Bonding system and method for using the same
US20240242981A1 (en) Substrate bonding apparatus and method of manufacturing semiconductor device using the same
US20240234103A1 (en) Ring assembly and semiconductor wafer etching device
KR20110055983A (ko) 반도체 제조장치 및 이를 이용한 반도체 제조방법
TWM624482U (zh) 原子層沉積設備
TW202247322A (zh) 基板處理裝置及基板處理方法
TW202435332A (zh) 用於提供晶圓上晶片接合的接合工具及其執行方法
KR20240127890A (ko) 기판 처리 장치 및 기판 배치 방법
JP2022035863A (ja) ウェーハのプラズマエッチング方法
KR20220026545A (ko) 본딩 장치 및 본딩 스테이지

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal