KR20220030454A - 기판 정렬 장치 및 이를 구비하는 기판 본딩 설비 - Google Patents

기판 정렬 장치 및 이를 구비하는 기판 본딩 설비 Download PDF

Info

Publication number
KR20220030454A
KR20220030454A KR1020200111052A KR20200111052A KR20220030454A KR 20220030454 A KR20220030454 A KR 20220030454A KR 1020200111052 A KR1020200111052 A KR 1020200111052A KR 20200111052 A KR20200111052 A KR 20200111052A KR 20220030454 A KR20220030454 A KR 20220030454A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
alignment
substrates
chuck
alignment error
Prior art date
Application number
KR1020200111052A
Other languages
English (en)
Inventor
조광희
문동주
우시웅
김선정
심동길
김희재
석승대
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 KR1020200111052A priority Critical patent/KR20220030454A/ko
Priority to US17/203,036 priority patent/US20220068688A1/en
Publication of KR20220030454A publication Critical patent/KR20220030454A/ko

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
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70775—Position control, e.g. interferometers or encoders for determining the stage position
    • 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
    • H01L21/67259—Position monitoring, e.g. misposition detection or presence detection
    • 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
    • H01L21/681—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 using optical controlling means
    • 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
    • H01L21/68785—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 the mechanical construction of the susceptor, stage or support
    • 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
    • H01L21/677—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 conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67739—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 conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber
    • H01L21/67742—Mechanical parts of transfer 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
    • H01L21/68—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
    • 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
    • H01L2224/757—Means for aligning
    • H01L2224/75701—Means for aligning in the lower part of the bonding apparatus, e.g. in the apparatus chuck
    • 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
    • H01L2224/757—Means for aligning
    • H01L2224/75703—Mechanical holding means
    • 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
    • H01L2224/757—Means for aligning
    • H01L2224/75743—Suction holding means
    • H01L2224/75744—Suction holding means in the lower part of the bonding apparatus, e.g. in the apparatus chuck
    • 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
    • H01L2224/757—Means for aligning
    • H01L2224/75743—Suction holding means
    • H01L2224/75745—Suction holding means in the upper part of the bonding apparatus, e.g. in the bonding head
    • 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
    • H01L2224/757—Means for aligning
    • H01L2224/75753—Means for optical alignment, e.g. sensors

Abstract

본 개시의 일 실시예는, 상면에 제1 얼라인 키(align key)가 배치된 제1 기판을 하방에서 지지하며, 하부 척 구동부에 접속되어 상기 제1 기판의 정렬위치를 조정하는 하부 척(chuck); 상기 하부 척의 상부에 중첩하여 배치되고, 하면에 상기 제1 얼라인 키와 쌍을 이루는 제2 얼라인 키가 배치된 제2 기판을 홀딩하며, 상기 제2 기판의 상면이 노출되는 제1 및 제2 관찰창을 갖는 상부 척; 상기 제1 및 제2 관찰창에 각각 배치되어 상기 제1 및 제2 관찰창을 통해 투과광을 조사하고 상기 투과광이 반사된 측정광을 검출하여 이미지를 획득하는 제1 및 제2 촬상부; 상기 하부 척의 가장자리와 상부 척의 가장자리 사이의 거리를 감지하는 거리 센서; 및 상기 제1 및 제2 기판이 중첩한 상태에서 획득된 상기 제1 및 제2 기판의 이미지에서 상기 제1 및 제2 얼라인 키를 식별하고, 상기 제1 및 제2 기판의 정렬 오차값을 산출하고, 상기 하부 척 구동부를 구동하여 상기 정렬 오차값을 보상하는 제어부;를 포함하는 기판 정렬 장치를 제공한다.

Description

기판 정렬 장치 및 이를 구비하는 기판 본딩 설비{SEMICONDUCTOR SUBSTRATE ALIGNMENT DEVICE AND SEMICONDUCTOR SUBSTRATE BONDING SYSTEM USING THE SAME}
본 개시는 기판 정렬 장치 및 이를 구비하는 기판 본딩 설비에 관한 것이다.
3차원 연결 구조를 갖는 반도체의 개발에서 두 개의 반도체 웨이퍼를 정밀하게 본딩할 것이 요구되고 있다. 두 개의 반도체 웨이퍼를 극히 정밀하게 본딩할 수 있다면 보다 우수한 성능을 가지면서 보다 작은 크기를 갖는 반도체 장치를 보다 높은 신뢰도로 제조할 수 있다. 두 개의 반도체 웨이퍼를 본딩할 수 있는 다양한 방법들이 개발되고 있지만 정밀도 측면에서 더 개선할 여지가 있다.
본 개시에서 해결하려는 과제는, 서로 본딩되는 기판의 정렬 정확도가 향상된 기판 정렬 장치 및 이를 이용한 기판 본딩 설비를 제공하는데 있다.
본 개시의 일 실시예는, 상면에 제1 얼라인 키(align key)가 배치된 제1 기판을 하방에서 지지하며, 하부 척 구동부에 접속되어 상기 제1 기판의 정렬위치를 조정하는 하부 척(chuck); 상기 하부 척의 상부에 중첩하여 배치되고, 하면에 상기 제1 얼라인 키와 쌍을 이루는 제2 얼라인 키가 배치된 제2 기판을 홀딩하며, 상기 제2 기판의 상면이 노출되는 제1 및 제2 관찰창을 갖는 상부 척; 상기 제1 및 제2 관찰창에 각각 배치되어 상기 제1 및 제2 관찰창을 통해 투과광을 조사하고 상기 투과광이 반사된 측정광을 검출하여 이미지를 획득하는 제1 및 제2 촬상부; 상기 하부 척의 가장자리와 상부 척의 가장자리 사이의 거리를 감지하는 거리 센서; 및 상기 제1 및 제2 기판이 중첩한 상태에서 획득된 상기 제1 및 제2 기판의 이미지에서 상기 제1 및 제2 얼라인 키를 식별하고, 상기 제1 및 제2 기판의 정렬 오차값을 산출하고, 상기 하부 척 구동부를 구동하여 상기 정렬 오차값을 보상하는 제어부;를 포함하는 기판 정렬 장치를 제공한다.
본 개시의 일 실시예는, 제1 얼라인 키(align key)를 갖는 제1 기판이 로딩되며, 제1 구동부에 접속되어 상기 제1 기판의 정렬 위치를 조정하는 제1 척(chuck); 상기 제1 기판과 대향하며 제2 얼라인 키를 갖는 제2 기판이 로딩되며, 상기 제2 기판과 중첩하는 영역에 복수의 관찰창이 배치된 제2 척; 상기 복수의 관찰창에 각각 배치되고, 상기 제2 기판을 향하여 투과광을 조사하여 상기 투과광이 상기 제1 및 제2 기판에서 반사된 측정광을 검출하여 이미지를 획득하는 복수의 촬상부; 상기 제1 척의 가장자리와 상기 제2 척의 가장자리 사이의 거리를 감지하는 거리 센서; 및 상기 제1 및 제2 기판이 중첩한 상태에서 획득된 상기 제1 및 제2 기판의 이미지에서 상기 제1 및 제2 얼라인 키를 식별하고, 상기 제1 및 제2 기판의 정렬 오차값을 산출하고, 상기 제1 구동부를 구동하여 상기 정렬 오차값을 보상하는 제어부;를 포함하는 기판 정렬 장치를 제공한다.
본 개시의 일 실시예는, 제1 얼라인 키(align key)를 갖는 제1 기판이 로딩되며, 제1 구동부에 접속되어 상기 제1 기판의 정렬 위치를 조정하는 제1 척(chuck); 상기 제1 기판과 대향하며 제2 얼라인 키를 갖는 제2 기판이 로딩되며, 상기 제2 기판과 중첩하는 영역에 복수의 관찰창이 배치된 제2 척; 상기 복수의 관찰창에 각각 배치되고, 상기 제2 기판을 향하여 투과광을 조사하여 상기 투과광이 상기 제1 및 제2 기판에서 반사된 측정광을 검출하여 이미지를 획득하는 복수의 촬상부; 상기 제1 척의 가장자리와 상기 제2 척의 가장자리 사이의 거리를 감지하는 거리 센서; 상기 제1 및 제2 척의 중심에 대응되는 위치에 배치되며 상기 제1 및 제2 기판이 접촉하도록 각각 상기 제1 및 제2 기판을 중심을 가압하여 상기 제1 및 제2 기판 사이의 자발적 본딩 전개(bonding propagation)를 진행시키는 제1 및 제2 가압부; 및 상기 제1 및 제2 기판이 중첩한 상태에서 획득된 상기 제1 및 제2 기판의 이미지에서 상기 제1 및 제2 얼라인 키를 식별하고, 상기 제1 및 제2 기판의 정렬 오차값을 산출하고, 상기 제1 구동부를 구동하여 상기 정렬 오차값을 보상하고, 상기 제1 및 제2 기판을 본딩하는 제어부;를 포함하는 기판 본딩 설비를 제공한다.
정렬되는 제1 및 제2 기판을 중첩하여 이미지를 촬영하고 촬영된 이미지를 기초로 정렬하므로, 제1 및 제2 기판의 이동이 최소화되어 서로 본딩되는 기판의 정렬 정확도가 향상된 기판 정렬 장치를 제공할 수 있다.
본딩되는 제1 및 제2 기판을 정렬하는 과정에서, 제1 및 제2 기판을 중첩하여 이미지를 촬영하고 기판을 정렬하므로, 제1 및 제2 기판의 이동이 최소화되어 서로 본딩되는 기판의 정렬 정확도가 향상된 기판 본딩 설비를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 기판 본딩 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 측단면도이다.
도 3은 도 2의 제1 및 제2 기판의 제1 및 제2 얼라인 키를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 A부분의 확대도이다.
도 5는 도 4의 촬상부의 변형예이다.
도 6은 촬상부를 통해 제1 및 제2 기판을 촬영하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예의 기판 본딩 설비에 의해 정렬된 제1 및 제2 얼라인 키의 정렬 산포를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 의한 기판 본딩 설비의 본딩 방법을 개략적으로 설명한 흐름도이다.
도 9 내지 도 20은 본 개시의 일 실시예에 의한 기판 본딩 설비의 본딩 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 다양한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 의한 기판 정렬 장치 및 기판 본딩 설비에 대해 설명한다. 도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 기판 본딩 설비를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 측단면도이다. 도 3은 도 2의 제1 및 제2 기판의 제1 및 제2 얼라인 키를 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 A부분의 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 기판 본딩 설비(1)는 기판 정렬 장치(10)와 가압부(700)를 포함할 수 있다. 기판 정렬 장치(10)는 하부 척(chuck)(100), 하부 척(100)의 상부에 배치된 상부 척(200), 상부 척(200)의 상부에 배치되어 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 이미지를 획득하는 촬상부(300), 기판 본딩 설비(1)의 각 구성을 제어하는 제어부(400), 하부 척(100) 및 상부 척(200) 사이의 거리를 측정하는 거리 센서(500)를 포함할 수 있다. 기판 정렬 장치(10)는 기판 본딩 설비(1) 중 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 본딩하기 위한 가압부(700)를 제외한 구성을 의미한다. 이하에서는, 기판 본딩 설비(1)에 대해 설명하며, 기판 정렬 장치(10)에 대해서는 별도의 설명을 생략한다. 일 실시예는 촬상부(300)가 상부 척(200)에 배치된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 하부 척(100)에 촬상부(300)가 배치되도록 변형될 수도 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하부 척(100)의 상면(101)에는 제1 기판(W1)이 배치될 수 있다. 하부 척(100)은 진공에 의해 제1 기판(W1)을 흡착하는 진공 척(vacuum chuck)일 수 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니며, 제1 기판(W1)을 안착시킬 수 있는 다양한 종류의 척이 채용될 수 있다. 하부 척(100)은 제1 기판(W1)이 안착되기에 충분하도록 제1 기판(W1)보다 넓은 상면(101)을 가질 수 있다. 하부 척(100)에 배치되는 제1 기판(W1)은 반도체 기판으로 원형의 웨이퍼(wafer)일 수 있다. 일 실시예의 경우, 제1 기판(W1)은 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 제1 기판(W1)의 상면(W1A)은 제2 기판(W2)과 접합되는 접합면으로, 제1 얼라인 키(AK1)가 배치될 수 있다.
하부 척(100)의 상면(101) 중 촬상부(300)에 하부에 대응되는 위치에는 제1 기판(W1)에 광을 조사하기 위한 제1 및 제2 광원부(110A, 110B)가 배치될 수 있다. 제1 및 제2 광원부(110A, 110B)는 촬상부(300)의 광축 상에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 광원부(110A, 110B)는 촬상부(300)에서 조사되는 광의 광량이 부족한 경우에 광량을 보충하기 위한 것으로 실시예에 따라서는 생략될 수도 있다.
하부 척(100)의 하면(102)에는 구동부(600)가 배치될 수 있다. 구동부(600)는 6축 스테이지를 포함하여, 하부 척(100)을 X축, Y축, Z축으로 이동시키거나, X축, Y축, Z축으로 회동시킬 수 있다. 따라서, 구동부(600)는 제1 기판(W1)이 배치된 하부 척(100)을 이동 시켜 제1 기판(W1)과 제2 기판(W2)을 정렬 시킬 수 있다.
상부 척(200)은 하부 척(100)의 상부에, 하부 척(100)의 상면(101)과 마주보도록 배치될 수 있다. 상부 척(200)의 하면(201)에는, 제1 기판(W1)과 본딩되는 제2 기판(W2)이 배치될 수 있다. 상부 척(200)은 진공에 의해 제2 기판(W2)을 흡착하는 진공 척일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 제2 기판(W2)을 안착시킬 수 있는 다양한 종류의 척이 채용될 수 있다. 상부 척(200)의 둘레에는 상부 척(200)과 하부 척(100) 사이의 거리를 측정하기 위한 거리 센서(500)가 배치될 수 있다.
상부 척(200)은 제2 기판(W2)이 안착되기에 충분하도록 제2 기판(W2) 보다 넓은 하면(201)을 가질 수 있다. 상부 척(200)은 둘레 배치된 거리 센서(500)가 하부 척(100)의 상면(101)을 인식할 수 있도록 하부 척(100) 보다 좁은 면적을 가질 수 있다. 상부 척(200)에 배치되는 제2 기판(W2)은 반도체 기판으로 원형의 웨이퍼일 수 있다. 일 실시예의 경우, 제2 기판(W2)은 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 제2 기판(W2)의 하면(W2B)은 제1 기판(W1)과 접합되는 접합면으로, 제2 얼라인 키(AK2)가 배치될 수 있다.
상부 척(200)의 적어도 두 부분에는 상부 척(200)의 하면(201)과 상면(202)을 관통하는 관찰창(210)이 배치될 수 있다. 관찰창(210)은 촬상부(300)가 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 이미지를 촬영하기 위한 영역이다. 관찰창(210)은 상부 척(200)을 관통하는 통공으로 형성되어 저면에 제2 기판(W2)의 상면(W2A)이 노출될 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 실시예에 따라서는 관찰창(210)은 통공에 투광성 재질의 커버가 배치된 구조로 변형될 수도 있다.
도 3(a)를 참조하면, 제2 기판(W2)의 하면(W2B)에는 제2 얼라인 키(AK2)가 배치될 수 있다. 도 3(b)를 참조하면, 제1 기판(W1)의 상면(W1A)에는 제1 얼라인 키(AK1)가 배치될 수 있다. 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)는 단위 소자(CP1, CP2) 마다 배치될 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니며, 실시예에 따라서는 일부 단위 소자에만 제한적으로 배치될 수도 있다. 제1 얼라인 키(AK1)와 제2 얼라인 키(AK2)는 한쌍을 이루도록 제1 및 제2 기판(W1, W2)에 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 대응되는 제1 얼라인 키(AK1)와 제2 얼라인 키(AK2)가 쌍을 이루어 정렬되면, 제1 기판(W1)과 제2 기판(W2)이 정렬될 수 있다. 각각의 제1 얼라인 키(AK1)는 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 공정 상에서 허용하는 범위 내에서 형상의 차이를 가질 수도 있다. 마찬가지로, 각각의 제2 얼라인 키(AK2)도 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 공정 상에서 허용하는 범위 내에서 형상의 차이를 가질 수도 있다. 촬상부(300)는 제1 기판(W1)의 엣지(W1E)와 근접하며 서로 이격된 적어도 2개의 영역을 촬영하여, 제어부(400)로 제1 얼라인 키들(AK1A, AK1B)이 촬영된 이미지를 전송할 수 있다. 또한, 촬상부(300)는 제2 기판(W2)의 엣지(W2E)와 근접하며 서로 이격된 적어도 2개의 영역을 촬영하여, 제어부(400)로 제2 얼라인 키들(AK2A, AK2B)이 촬영된 이미지를 전송할 수 있다.
거리 센서(500)는 상부 척(200)의 둘레에 배치되어, 하부 척(100)의 상면(101)과 상부 척(200)의 하면(201) 사이의 거리를 감지할 수 있다. 실시예에 따라서, 거리 센서(500)는 상부 척(200)에 전자기파를 조사한 후 그로부터 반사되는 전자기파를 분석함으로써 상부 척(200)과 하부 척(100) 사이의 거리를 측정할 수 있다. 거리 센서(500)는 상부 척(200)의 둘레에 3개 이상 배치될 수 있다. 따라서, 제어부(400)는 거리 센서(500)의 측정값을 기초로 상부 척(200)과 하부 척(100)의 평행도를 측정할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 상부 척(200)과 하부 척(100) 사이의 거리를 측정하고, 미리 저장된 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 두께(T1, T2)를 감산하여, 제1 및 제2 기판(W1, W2) 사이의 간격(G)을 산출할 수 있다.
도 2를 참조하면, 촬상부(300)는 상부 척(200)의 제1 및 제2 관찰창(210)에 각각 배치되는 제1 촬상부(300A)와 제2 촬상부(300B)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 촬상부(300A, 300B)는 상부 척(200)의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 제1 및 제2 촬상부(300A, 300B)는 동일한 구조를 가지므로, 이하에서는 제1 촬상부(300A)에 대해서만 설명한다.
도 4를 참조하면, 제1 촬상부(300A)는 외형을 이루는 몸체부(330), 투과광(L1)을 방출하는 광원(310), 대물 렌즈(340), 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 이미지를 촬영하는 카메라(320) 및 제1 및 제2 무빙 스테이지(moving stage)(350, 360)를 포함할 수 있다.
몸체부(330)의 전단, 즉 투과광(L1)이 조사되는 방향에는 대물 렌즈(340)가 배치될 수 있으며, 몸체부(330)의 후단에는 투과광(L1)이 방출되는 광원(310)과, 방출된 투과광(L1)이 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 표면에서 반사된 측정광(L2)을 촬영하는 카메라(320)가 배치될 수 있다. 몸체부(330)는 상부 척(200)의 상면(202)에 고정된 제1 무빙 스테이지(350)와 접속되어 X축 및 Y축으로 이동될 수 있다. 또한, 몸체부(330)의 전단에는 제2 무빙 스테이지(360)가 배치되어 제1 관찰창(210A) 내에서 대물 렌즈(340)를 투과광(L1)의 광축(Z축)을 따라 상하로 이동하여 카메라(320)에 촬상되는 이미지의 초점을 정밀하게 맞출 수 있다. 제2 무빙 스테이지(360)는 제1 무빙 스테이지(350)에 비해 작은 변위에 대해 빠른 응답성을 갖는 구동 장치가 채용될 수 있다. 예를 들어, 제2 무빙 스테이지(360)는 피에조 모터(Piezo Motor) 및 스텝 모터(Step Motor) 중 적어도 하나를 포함하여, 대물 렌즈(340)를 측정광(L2)이 입사되는 광축 방향을 따라 매우 빠른 속도로 미세 이동 시킬 수 있다. 따라서, 제1 촬상부(300A)는 제1 관찰창(210) 내에서 상하좌우로 이동하며 초점을 달리한 이미지를 촬영할 수 있다.
광원(310)은 균일한 광량의 투과광(L1)을 방출할 수 있다. 일 실시예의 경우, 투과광(L1)은 근적외선 파장 대역의 광일 수 있다. 카메라(320)는 투과광(L1) 및 측정광(L2)을 촬영할 수 있는 적외선 카메라일 수 있다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 제1 촬상부(300A)에서 방출된 투과광(L1)은 제2 기판(W2)을 투과하여 제1 기판(W1)에 조사될 수 있다. 또한, 제1 기판(W1)에서 반사된 측정광(L2)은 제2 기판(W2)을 투과하여 제1 촬상부(300A)로 집광될 수 있다. 따라서, 제1 촬상부(300A)와 제1 기판(W1)의 사이에 제2 기판(W2)이 배치되어 있더라도, 제1 촬상부(300A)는 제1 기판(W1)의 이미지를 촬영할 수 있다. 제1 촬상부(300A)는 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 복수회에 걸쳐 촬영하고 획득된 이미지(IA1, IA3)을 제어부(400)로 전송할 수 있다. 동일하게 제2 촬상부(300B)는 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 복수회에 걸쳐 촬영하고 획득된 이미지(IA2, IA4)을 제어부(400)로 전송할 수 있다.
일 실시예는, 제1 촬상부(300A)에 하나의 카메라(320)가 채용된 경우이나, 실시예에 따라서는 제1 촬상부(300A)에 복수의 카메라가 채용될 수 있다.
도 5는 도 4의 제1 촬상부(300A)의 변형예이다. 도 5는 제1 촬상부(1300A)에 복수의 카메라(1320)가 채용된 경우이다. 복수의 카메라(1320) 중 제1 카메라(1321)는 저배율 적외선 카메라일 수 있으며, 제2 카메라(1322)는 고배율 적외선 카메라일 수 있다. 제1 카메라(1321)는 후술하는 개략 정렬(rough alignment)에 사용될 수 있는 저해상도 이미지를 촬영할 수 있다. 제2 카메라(1322)는 후술하는 정밀 정렬(fine alignment)에 사용되는 고해상도 이미지를 촬영할 수 있다.
제어부(400)는 기판 본딩 설비(1)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 것으로, 예를 들어, 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등의 프로세서로 구현될 수 있으며, 기판 본딩 설비(1)의 동작에 필요한 각종 데이터를 저장하기 위한 메모리를 구비할 수 있다.
제어부(400)는 제1 촬영부(300A)를 제어하여 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 이미지를 촬영하고, 촬영된 이미지를 기초로 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 정렬 오차값을 산출하고, 구동부(600)를 구동하여 정렬 오차값을 보정할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 정렬 오차값이 보상된 제1 및 제2 기판(W1, W2)를 본딩할 수 있다.
제어부(400)는 최초의 촬영(이하 '제1 촬영' 이라 함)에서 획득된 제1 기판(W1)의 이미지(이하 '제1 이미지'라 함)와 제2 기판(W2)의 이미지(이하 '제2 이미지'라 함)을 기초로, 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 제1 정렬 오차값을 산출하고, 제1 및 제2 기판(W1, W2)를 개략 정렬할 수 있다. 또한 제어부(400)는 제1 촬영 이후에 제1 기판(W1)을 제2 기판(W2)에 근접시키고 촬영(이하 '제2 촬영'이라 함)하여 획득한, 제2 기판(W2)의 이미지(이하 '제3 이미지'라 함)와 제1 기판(W1)의 이미지(이하 '제4 이미지'라 함)을 기초로, 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 제2 정렬 오차값을 산출하고, 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 정밀 정렬할 수 있다. 이에 대해서 구체적으로 설명한다.
개략 정렬은 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 정밀하게 정렬하기에 앞서, 개략적이지만 빠르게 가(假) 정렬하는 과정이다. 개략 정렬에 사용되는 제1 촬영은 미리 제공되는 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 규격값을 기초로 이루어질 수 있다. 규격값에는 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 두께, 직경 및 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)가 배치된 맵(map)의 오프셋(offset) 값 등이 포함될 수 있다. 제어부(400)는 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 규격값을 기초로, 제1 촬상부(300A)의 현재의 위치와 가장 가까운 위치에 배치된 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)를 추정하고, 제1 촬상부(300A)를 해당 위치로 이동시켜, 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)가 포함된 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 이미지를 촬영할 수 있다.
제1 촬영의 제1 이미지는 상부 척(200)과 하부 척(100)이 중첩하여 배치된 상태에서, 하부 척(100)에만 제1 기판(W1)을 로딩하고 촬영될 수 있다. 제2 이미지는 하부 척(100)과 상부 척(200)에 각각 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 로딩하고 촬영될 수 있다. 제1 촬영은 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)의 실제 위치를 고려한 것이 아닌, 미리 알려진 규격값을 기초로 촬영한 것이므로, 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)를 정밀하게 정렬할 정도의 이미지가 촬영되지는 않는다, 그러나, 제1 촬영의 제1 및 제2 이미지는 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)의 개략적인 중심 위치를 확인하고, 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 개략적으로 정렬하여, 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)가 제1 촬상부(300A)의 한 화각(field of view, FOV) 내에 위치하도록 배치하는 데에 활용될 수 있다. 따라서, 제1 촬영을 통해 제1 얼라인 키(AK1)의 중심과 제2 얼라인 키(AK2)의 중심을 개략적으로 파악하고, 제1 기판(W1)이 배치된 하부 척(100)을 이동시켜, 개략적이기는 하나 빠른 속도로 제1 얼라인 키(AK1)의 중심과 제2 얼라인 키(AK2)의 중심을 서로 가깝게 위치하게 할 수 있다.
정밀 정렬은 개략 정렬을 통해 가 정렬된 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)의 위치를 보정하여 정밀하게 정렬시키는 과정이다. 정밀 정렬에 사용되는 제2 촬영은 제1 기판(W1)이 제2 기판(W2)의 하부에 근접하는 제1 거리에 위치하도록 하부 척(100)을 상승시킨 후 수행될 수 있다. 제1 및 제2 기판(W1, W2) 사이의 간격(G)이 제1 거리인지 여부는 거리 센서(500)를 통해 확인될 수 있다. 제1 거리는 제1 기판(W1)과 제2 기판(W2)의 중심을 접근시키면 제1 및 제2 기판(W1, W2) 사이에서 자발적 본딩 전개(bonding propagation)가 발생할 수 있는 거리를 의미한다. 제1 거리는 약 10 ㎛ 내지 약 200 ㎛일 수 있다. 제1 거리가 200 ㎛를 초과하는 경우에는, 본딩 전개가 미흡하게 이루어질 수 있다. 반대로 제1 거리가 10 ㎛ 미만인 경우에는 본딩 전개가 과도하게 이루어져 본딩 전개된 부분에 보이드가 발생할 수 있다.
제2 촬영은 촬상부(300)의 제2 무빙 스테이지(360)를 이용하여 제1 기판(W1)의 상면과 제2 기판(W2)의 하면에 각각 초점을 맞추고 촬영되므로, 제2 촬영에서 촬영된 제3 및 제4 이미지는 제1 촬영에서 촬영된 제1 및 제2 이미지에 비하여 더욱 정밀한 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)의 이미지를 얻을 수 있다. 따라서, 정밀 정렬에서는 제1 및 제2 얼라인 키를 정밀하게 정렬할 수 있다. 다만, 정밀 정렬도 하부 척(100)을 이동시켜 제1 얼라인 키(AK1)를 제2 얼라인 키(AK2)에 정렬하는 과정을 통해 이루어지며, 하부 척(100)의 이동은 구동부(600)에 의해 이루어진다. 이때, 구동부(600)의 한계로 인해 한번의 이동으로 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)가 목표값 이내로 한번에 정렬되지 않을 수도 있다. 이 경우에는, 이미지를 촬영하고 이를 보정하는 과정을 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)가 목표값 내로 정렬될 때까지 반복할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 및 제2 가압부(700A, 700B)는 각각 하부 척(100) 및 상부 척(200)의 중앙에 배치되며, 하부 척(100)의 상면(101)과 상부 척(200)의 하면(201)에 돌출된 가압 핀(710)이 각각 하부 척(100)의 상면(101)과 상부 척(200)의 하면(201)에 돌출되도록 이동시킬 수 있다. 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 제1 거리까지 근접시켜 정밀 정렬한 후, 가압 핀(710)으로 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 중앙영역을 가압하면, 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 중앙영역에서 자발적 본딩 전개가 시작되어 둘레 방향을 향해 순차적으로 본딩이 이루어질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 의한 기판 본딩 설비는 상술한 구성을 포함함으로써, 본딩되는 기판의 정렬 정확도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예의 기판 본딩 설비(1)는 하부 척(100)과 상부 척(200)이 중첩하도록 배치된 상태에서, 제1 및 제2 기판(W1, W2)에 배치된 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)를 식별하여 개략 정렬하고 하부 척(100)을 상승시켜 정밀 정렬 한 후, 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 본딩할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)를 식별하기 위한 이미지의 촬영과 제1 및 제2 기판(W1, W2)이 본딩이 동일한 장소에서 이루어질 수 있다. 그 결과, 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 본딩하는 과정에서 하부 척(100)의 움직임이 최소화될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 본딩 정확도가 향상될 수 있다. 하부 척(100)을 이동시키는 구동부(600)는 하부 척(100)의 무게로 인해, 긴 스트로크(stroke)로 이동할수록 이동의 정밀도가 낮아지는 경향이 있다. 일 실시예는 구동부(600)가 이동하는 거리를 최소화함으로써, 본딩되는 기판의 정렬 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예의 기판 본딩 설비에 의해 정렬된 제1 및 제2 얼라인 키를 측정하고, 측정된 제1 및 제2 얼라인 키의 정렬 오차를 도시한 그래프이다.
도 7의 D1은 제1 촬상부(300A)에서 촬영된 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)의 정렬 오차를 의미하며, D2는 제2 촬상부(300B)에서 촬영된 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)의 정렬 오차를 의미한다.
측정은 50회 진행되었으며, D1은 X축에 대하여 ±24nm 이하의 산포를 가지며, Y축에 대해서는 ±22.5nm 이하의 산포를 가지는 것으로 측정되었다. D2는 X축에 대하여 ±12.5nm 이하의 산포를 가지며, Y축에 대해서는 ±12.5nm 이하의 산포를 가지는 것으로 측정되었다. 따라서, D1 및 D2 모두 ±25nm 미만의 산포를 갖는 매우 높은 정렬 정확도로 정렬된 것을 볼 수 있다.
다음으로, 도 8 내지 도 21을 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 기판 본딩 장치를 이용하여 기판을 본딩하는 방법의 예를 설명하기로 한다. 도 8은 본 개시의 일 실시예에 의한 기판 본딩 설비의 본딩 방법을 개략적으로 설명한 흐름도이고, 도 9 내지 도 20은 본 개시의 일 실시예에 의한 기판 본딩 설비의 본딩 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 제1 및 제2 촬상부(300A, 300B)에서는 동일한 동작이 수행되므로, 이하에서는 제1 촬상부(300A)의 동작에 대해서만 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 하부 척(100)의 상면(101)에 제1 기판(W1)을 로딩할 수 있다 (S10).
도 8, 도 10 및 도 11을 참조하면, 제어부(400)는 제1 기판(W1)의 이미지를 촬영하고, 제1 얼라인 키(AK1)의 개략적인 상대위치 정보를 획득할 수 있다(S20). 제어부(400)는 제1 기판(W1)의 규격값을 기초로 제1 촬상부(300A)와 가장 가까운 제1 얼라인 키(AK1)가 위치할 것으로 추정된 제1 예측지점(C1)으로 제1 촬상부(300A)를 이동시켜, 제1 기판(W1)을 촬영한 제1 이미지(IMG1)를 획득할 수 있다. 제어부(400)는 제1 이미지(IMG1)에서 제1 얼라인 키(AK1)의 식별하고, 제1 얼라인 키(AK1)의 개략적인 중심(P1)을 산출함으로써, 제1 예측지점(C1)을 기준으로 한 제1 얼라인 키(AK1)의 개략적인 상대위치(ΔX1, ΔY1)을 산출할 수 있다. 제1 이미지(IMG1)는 제1 얼라인 키(AK1)의 개략적인 위치를 식별하기 위한 것이므로, 고해상도 이미지일 필요는 없으며 저해상도 이미지로 가능하다. 저해상도 이미지를 사용하면, 제1 얼라인 키(AK1)를 식별하는 속도를 향상시키고, 정확도를 높일 수 있다.
도 8 및 도 12를 참조하면, 상부 척(200)의 하면(201)에 제2 기판(W2)을 로딩할 수 있다 (S30)
도 8, 도 13 및 도 14를 참조하면, 제어부(400)는 제2 기판(W2)의 이미지를 촬영하고, 제2 얼라인 키(AK2)의 개략적인 상대위치 정보를 획득할 수 있다(S40). 제어부(400)는 제2 기판(W2)의 규격값을 기초로 제1 촬상부(300A)와 가장 가까운 제2 얼라인 키(AK2)가 위치할 것으로 예측된 제2 예측지점(C2)으로 제1 촬상부(300A)를 이동시켜, 제2 기판(W2)을 촬영하고 제2 이미지(IMG2)를 획득할 수 있다. 제어부(400)는 제2 이미지(IMG2)에서 제2 얼라인 키(AK2)를 식별하고, 제2 얼라인 키(AK2)의 개략적인 중심(P2)을 산출함으로써, 제2 예측지점(C2)을 기준으로 한 제2 얼라인 키(AK2)의 개략적인 상대위치(ΔX2, ΔY2)을 산출할 수 있다. 제2 이미지(IMG2)는 제2 얼라인 키(AK2)의 개략적인 위치를 식별하기 위한 것이므로, 고해상도 이미지일 필요는 없으며 저해상도 이미지로 가능하다. 저해상도 이미지를 사용하면, 제2 얼라인 키를 식별하는 속도를 향상시키고, 정확도를 높일 수 있다.
도 8 및 도 15를 참조하면, 제어부(400)는 앞서 산출된 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)의 상대위치와 제1 및 제2 예측지점으로부터 제1 정렬 오차값을 산출하고, 1차 정렬을 수행할 수 있다(S50). 1차 정렬은 앞서 설명한 개략 정렬로서 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 정밀하게 정렬하기에 앞서, 개략적이지만 빠르게 가 정렬하는 과정이다. 제어부(400)는 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)의 상대적인 위치와 제1 및 제2 예측지점(C1, C2)으로부터, 제1 얼라인 키(AK1)와 제2 얼라인 키(AK2)의 제1 정렬 오차값을 산출하고, 제1 정렬 오차값을 보정하도록 하부 척(100)을 이동시켜, 빠른 속도로 제1 얼라인 키(AK1)의 중심(P1)과 제2 얼라인 키(AK2)의 중심(P2)을 가 정렬할 수 있다. 제1 정렬을 통해, 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)의 중심(P1, P2)이 정밀하게 정렬되지는 않으나, 제1 촬상부(300A)의 한 화각 내에 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)가 모두 위치하도록 배치될 수 있다.
도 8 및 도 16을 참조하면, 제어부(400)는 하부 척(100)을 상승시켜 제1 기판(W1)과 제2 기판(W2) 사이에 자발적인 본딩 전개가 발생할 수 있는 간격(G)인 제1 거리까지 상승시켜, 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 근접시킬 수 있다(S60). 제1 기판(W1)과 제2 기판(W2) 사이이의 간격(G)은 거리 센서(500)에 의해 검출될 수 있다.
도 8, 도 16, 도 17(a) 및 도 17(b)를 참조하면, 제어부(400)는 제2 얼라인 키(AK2)에 초점을 맞추고, 제2 기판(W2)을 촬영한 제3 이미지(IMG3)를 획득할 수 있다(S70). 또한, 제어부(400)는 제1 얼라인 키(AK1)에 초점을 맞추고, 제1 기판(W1)을 촬영한 제4 이미지(IMG4)를 획득할 수 있다(S80). 제3 및 제 4 이미지(IMG3, IMG4)는 고해상도 이미지일 수 있다. 제1 및 제2 기판(W1, W2)은 매우 근접한 위치에 배치되므로, 제어부(400)는 제2 기판(W2)에 투영된 제1 기판(W1)의 고해상도 이미지를 촬영할 수 있다. 이를 통해, 제어부(400)는 한 화각 내에서 촬영된 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)의 이미지를 획득할 수 있다. 제어부(400)는 제2 얼라인 키(AK2)의 중심(P2)을 기준값으로 한 제1 얼라인 키(AK1)의 중심(P3)의 상대위치(ΔX3, ΔY3)을 산출할 수 있다.
도 8, 도 18 및 도 19를 참조하면, 제어부(400)는 산출된 제1 얼라인 키(AK1)의 중심(P3)의 상대위치(ΔX3, ΔY3)로부터 제2 정렬 오차값을 산출하고, 제2 정렬 오차값이 목표값 이내인지 판별하고(S90), 제2 정렬 오차값이 목표값 이내이면 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 본딩한다(S110). 제2 정렬 오차값이 목표값을 벗어나는 경우, 제어부(400)는 하부 척(100)을 이동시켜, 제1 얼라인 키(AK1)와 제2 얼라인 키(AK2)를 2차 정렬할 수 있다(S100). 2차 정렬은 앞서 설명한 정밀 정렬이다. 도 19의 제5 이미지(IMG5)는 2차 정렬 후, 제1 얼라인 키(AK1)의 중심(P3)이 제2 얼라인 키의 중심(P2)과 일치되도록 정렬된 모습을 도시한 것이다.
제어부(400) 2차 정렬 후, 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 이미지를 촬영하여 제3 정렬 오차값을 재산출하고, 제3 정렬 오차값이 목표값 이내인지 판별할 수 있다(S90). 제3 정렬 오차값이 목표값을 벗어난 경우에는 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 정렬 오차값을 재산출하고, 산출된 정렬 오차값을 보상하도록 하부 척(100)을 재정렬할 수 있다(S100). 제3 정렬 오차값이 목표값 이내이면 제1 및 제2 기판(W1, W2)을 본딩하는 후속공정을 수행할 수 있다(S110). 이와 같이, 정렬 오차값을 산출하고, 산출된 정렬 오차값을 보상하도록 하부 척(100)을 이동하는 피드백(feedback)과정을 반복함으로써, 제어부(400)는 제1 및 제2 얼라인 키(AK1, AK2)의 중심(P2, P3)을 목표값 이내의 정렬 오차값으로 정렬할 수 있다.
도 8 및 도 20을 참조하면, 제어부(400)는 제1 및 제2 가압부(700A, 700B)를 구동시켜 상부 척(200) 및 하부 척(100)의 중앙에 배치된 가압 핀(710)이 각각 하부 척(100)의 상면(101)과 상부 척(200)의 하면(201)에 돌출되도록 이동시킬 수 있다. 이를 통해, 제1 및 제2 기판(W1, W2)의 중앙영역에서 자발적 본딩 전개가 시작되어 둘레 방향을 향해 순차적으로 본딩이 이루어질 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 기판 본딩 설비
10: 기판 정렬 장치
100: 하부 척
200: 상부 척
300: 촬상부
400: 제어부
500: 거리 센서
W1: 제1 기판
W2: 제2 기판

Claims (20)

  1. 상면에 제1 얼라인 키(align key)가 배치된 제1 기판을 하방에서 지지하며, 하부 척 구동부에 접속되어 상기 제1 기판의 정렬위치를 조정하는 하부 척(chuck);
    상기 하부 척의 상부에 중첩하여 배치되고, 하면에 상기 제1 얼라인 키와 쌍을 이루는 제2 얼라인 키가 배치된 제2 기판을 홀딩하며, 상기 제2 기판의 상면이 노출되는 제1 및 제2 관찰창을 갖는 상부 척;
    상기 제1 및 제2 관찰창에 각각 배치되어 상기 제1 및 제2 관찰창을 통해 투과광을 조사하고 상기 투과광이 반사된 측정광을 검출하여 이미지를 획득하는 제1 및 제2 촬상부;
    상기 하부 척의 가장자리와 상부 척의 가장자리 사이의 거리를 감지하는 거리 센서; 및
    상기 제1 및 제2 기판이 중첩한 상태에서 획득된 상기 제1 및 제2 기판의 이미지에서 상기 제1 및 제2 얼라인 키를 식별하고, 상기 제1 및 제2 기판의 정렬 오차값을 산출하고, 상기 하부 척 구동부를 구동하여 상기 정렬 오차값을 보상하는 제어부;를 포함하는 기판 정렬 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정렬 오차값은 제1 정렬 오차값 및 제2 정렬 오차값을 포함하며,
    상기 제어부는,
    미리 저장된 상기 제1 및 제2 기판의 규격값을 기초로 상기 제1 및 제2 기판을 촬영한 제1 및 제2 이미지를 각각 획득하고,
    상기 제1 및 제2 이미지로부터 상기 제1 및 제2 얼라인 키의 개략 위치값을 산출하고,
    산출된 상기 제1 및 제2 얼라인 키의 개략 위치값을 기초로, 상기 제1 및 제2 기판의 상기 제1 정렬 오차값을 산출하고 상기 제1 정렬 오차값을 보상하도록 상기 제1 및 제2 기판을 개략 정렬(rough alignment)하고,
    상기 거리 센서에서 측정된 거리값을 기초로, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 자발적 본딩 전개(bonding propagation)가 진행될 수 있는 제1 거리까지 상기 하부 척을 근접시키고,
    상기 제1 기판의 상기 상면과 상기 제2 기판의 상기 하면에 초점을 맞추어 촬영된 제3 및 제4 이미지를 획득하고,
    상기 제3 및 제4 이미지로부터 상기 제1 및 제2 얼라인 키의 정밀 위치값을 산출하고,
    상기 제1 및 제2 얼라인 키의 정밀 위치값을 기초로 상기 제1 및 제2 기판의 상기 제2 정렬 오차값을 산출하고,
    상기 제2 정렬 오차값을 보상하도록 상기 하부 척을 이동시켜 상기 제1 기판을 상기 제2 기판과 미세 정렬(fine alignment)하는 기판 정렬 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 촬상부는 각각,
    몸체부;
    상기 몸체부의 전방에 배치된 대물렌즈;
    상기 대물렌즈를 통해 상기 투과광을 방출하는 근적외선 광원;
    상기 몸체부의 타방에 배치되어 상기 대물렌즈로 입사된 측정광을 촬상하는 적외선 카메라; 및
    상기 적외선 카메라를 X축, Y축 및 Z축으로 구동시키는 카메라 구동부;를 포함하는 기판 정렬 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 카메라 구동부는,
    상기 적외선 카메라를 상기 X축 및 Y축으로 구동시키는 제1 무빙 스테이지(moving stage); 및
    상기 적외선 카메라를 상기 Z축으로 구동시키는 제2 무빙 스테이지;를 포함하며,
    상기 Z축은 상기 측정광의 광축 방향인 기판 정렬 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 무빙 스테이지는 피에조 모터(Piezo Motor) 및 스텝 모터(Step Motor) 중 적어도 하나를 포함하는 기판 정렬 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기판은 실리콘 웨이퍼인 기판 정렬 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 거리는 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 중 어느 하나의 값인 기판 정렬 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하부 척의 상기 상면에, 상기 제1 및 제2 적외선 촬상부의 광축 상에 위치하도록 각각 배치된 제1 및 제2 광원부를 더 포함하는 기판 정렬 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광원부는 근적외선 광을 조사하는 기판 정렬 장치.
  10. 제1 얼라인 키(align key)를 갖는 제1 기판이 로딩되며, 제1 구동부에 접속되어 상기 제1 기판의 정렬 위치를 조정하는 제1 척(chuck);
    상기 제1 기판과 대향하며 제2 얼라인 키를 갖는 제2 기판이 로딩되며, 상기 제2 기판과 중첩하는 영역에 복수의 관찰창이 배치된 제2 척;
    상기 복수의 관찰창에 각각 배치되고, 상기 제2 기판을 향하여 투과광을 조사하여 상기 투과광이 상기 제1 및 제2 기판에서 반사된 측정광을 검출하여 이미지를 획득하는 복수의 촬상부;
    상기 제1 척의 가장자리와 상기 제2 척의 가장자리 사이의 거리를 감지하는 거리 센서; 및
    상기 제1 및 제2 기판이 중첩한 상태에서 획득된 상기 제1 및 제2 기판의 이미지에서 상기 제1 및 제2 얼라인 키를 식별하고, 상기 제1 및 제2 기판의 정렬 오차값을 산출하고, 상기 제1 구동부를 구동하여 상기 정렬 오차값을 보상하는 제어부;를 포함하는 기판 정렬 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 정렬 오차값은 제1 정렬 오차값 및 제2 정렬 오차값을 포함하며,
    상기 제어부는,
    미리 저장된 상기 제1 및 제2 기판의 규격값을 기초로, 상기 제1 및 제2 기판을 각각 촬영한 제1 및 제2 이미지를 획득하고,
    상기 제1 및 제2 이미지에서 상기 제1 및 제2 얼라인 키의 제1 위치값을 산출하고,
    상기 제1 및 제2 얼라인 키의 제1 위치값을 기초로, 상기 제1 및 제2 기판의 상기 제1 정렬 오차값을 산출하고 상기 제1 정렬 오차값을 보상하도록 상기 제1 척을 이동시켜 상기 제1 기판을 개략 정렬(rough alignment)하고,
    상기 거리 센서에서 측정된 상기 제1 및 제2 척의 거리 값을 기초로 상기 제1 척을 상기 제1 및 제2 기판 사이의 자발적 본딩 전개(bonding propagation)가 가능한 제1 거리까지 근접시키고,
    상기 제1 및 제2 얼라인 키의 에 초점을 맞추어 촬영된 제3 및 제4 이미지를 획득하고,
    상기 제3 및 제4 이미지로부터 상기 제1 및 제2 얼라인 키의 제2 위치값을 산출하고,
    상기 제1 및 제2 얼라인 키의 제2 위치값을 기초로 상기 제1 및 제2 기판의 상기 제2 정렬 오차값을 산출하고,
    상기 제2 정렬 오차값을 보상하도록 상기 제1 척을 이동시켜 상기 제1 기판을 상기 제2 기판과 미세 정렬(fine alignment)하는 기판 정렬 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 촬상부는 각각,
    몸체부;
    상기 몸체부의 전방에 배치된 대물렌즈;
    상기 대물렌즈를 통해 상기 투과광을 방출하는 근적외선 광원;
    상기 몸체부의 타방에 배치되어 상기 대물렌즈로 입사된 측정광을 촬상하는 적외선 카메라; 및
    상기 적외선 카메라를 X축, Y축 및 Z축으로 구동시키는 제2 구동부;를 포함하는 기판 정렬 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적외선 카메라는 복수의 카메라를 포함하며,
    상기 복수의 카메라는 저배율 적외선 카메라 및 고배율 적외선 카메라를 포함하며,
    상기 저배율 적외선 카메라는 상기 제1 및 제2 이미지를 촬영하고,
    상기 고배율 적외선 카메라는 상기 제3 및 제4 이미지를 촬영하는 기판 정렬 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 거리 센서는 제1 내지 제3 거리 센서를 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 거리 센서는 상기 제2 척의 가장자리에 서로 이격되어 배치된 기판 정렬 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 투과광은 근적외선 광인 기판 정렬 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    복수의 촬상부는 제1 및 제2 촬상부는 포함하며,
    상기 제1 및 제2 촬상부는 상기 제2 척의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치된 기판 정렬 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1 거리는 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 중 어느 하나의 값인 기판 정렬 장치.
  18. 제1 얼라인 키(align key)를 갖는 제1 기판이 로딩되며, 제1 구동부에 접속되어 상기 제1 기판의 정렬 위치를 조정하는 제1 척(chuck);
    상기 제1 기판과 대향하며 제2 얼라인 키를 갖는 제2 기판이 로딩되며, 상기 제2 기판과 중첩하는 영역에 복수의 관찰창이 배치된 제2 척;
    상기 복수의 관찰창에 각각 배치되고, 상기 제2 기판을 향하여 투과광을 조사하여 상기 투과광이 상기 제1 및 제2 기판에서 반사된 측정광을 검출하여 이미지를 획득하는 복수의 촬상부;
    상기 제1 척의 가장자리와 상기 제2 척의 가장자리 사이의 거리를 감지하는 거리 센서;
    상기 제1 및 제2 척의 중심에 대응되는 위치에 배치되며 상기 제1 및 제2 기판이 접촉하도록 각각 상기 제1 및 제2 기판을 중심을 가압하여 상기 제1 및 제2 기판 사이의 자발적 본딩 전개(bonding propagation)를 진행시키는 제1 및 제2 가압부; 및
    상기 제1 및 제2 기판이 중첩한 상태에서 획득된 상기 제1 및 제2 기판의 이미지에서 상기 제1 및 제2 얼라인 키를 식별하고, 상기 제1 및 제2 기판의 정렬 오차값을 산출하고, 상기 제1 구동부를 구동하여 상기 정렬 오차값을 보상하고, 상기 제1 및 제2 기판을 본딩하는 제어부;를 포함하는 기판 본딩 설비.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 정렬 오차값은 제1 정렬 오차값 및 제2 정렬 오차값을 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제1 기판을 상기 제1 척에 로딩하고 미리 저장된 상기 제1 기판의 규격값을 기초로 상기 제1 기판을 촬영한 제1 이미지를 획득하고 상기 제1 이미지로부터 상기 제1 얼라인 키의 개략 위치값을 산출하고,
    상기 제2 기판을 상기 제2 척에 로딩하고 미리 저장된 제2 기판의 규격값을 기초로 상기 제2 기판을 촬영한 제2 이미지를 획득하고 상기 제2 이미지로부터 상기 제2 얼라인 키의 개략 위치값을 산출하고,
    산출된 상기 제1 및 제2 얼라인 키의 개략 위치값을 기초로 상기 제1 및 제2 기판의 제1 정렬 오차값을 산출하고,
    상기 제1 정렬 오차값을 보상하도록 상기 제1 척을 이동시켜 상기 제1 기판을 상기 제2 기판과 개략 정렬(rough alignment)하고,
    상기 거리 센서에서 측정된 거리 값을 기초로, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 자발적 본딩 전개(bonding propagation)가 진행될 수 있는 제1 거리까지 상기 제1 척을 근접시키고,
    상기 제1 및 제2 기판의 표면에 초점을 맞추어 촬영된 제3 및 제4 이미지를 획득하고,
    상기 제3 및 제4 이미지로부터 상기 제1 및 제2 얼라인 키의 정밀 위치값을 산출하고,
    상기 제1 및 제2 얼라인 키의 정밀 위치값을 기초로 상기 제1 및 제2 기판의 제2 정렬 오차값을 산출하고,
    상기 제2 정렬 오차값을 보상하도록 상기 제1 척을 이동시켜 상기 제1 기판을 상기 제2 기판과 미세 정렬(fine alignment)하는 기판 본딩 설비.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 기판은 실리콘 웨이퍼이고,
    상기 투과광은 근적외선광인 기판 본딩 설비.


KR1020200111052A 2020-09-01 2020-09-01 기판 정렬 장치 및 이를 구비하는 기판 본딩 설비 KR20220030454A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200111052A KR20220030454A (ko) 2020-09-01 2020-09-01 기판 정렬 장치 및 이를 구비하는 기판 본딩 설비
US17/203,036 US20220068688A1 (en) 2020-09-01 2021-03-16 Semiconductor substrate alignment device and a semiconductor substrate bonding system using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200111052A KR20220030454A (ko) 2020-09-01 2020-09-01 기판 정렬 장치 및 이를 구비하는 기판 본딩 설비

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220030454A true KR20220030454A (ko) 2022-03-11

Family

ID=80357003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200111052A KR20220030454A (ko) 2020-09-01 2020-09-01 기판 정렬 장치 및 이를 구비하는 기판 본딩 설비

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20220068688A1 (ko)
KR (1) KR20220030454A (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116782738B (zh) * 2023-08-23 2023-10-20 青禾晶元(晋城)半导体材料有限公司 键合片的分离装置及其分离方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009139190A1 (ja) * 2008-05-15 2009-11-19 株式会社ニコン 位置検出装置、基板重ね合わせ装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20220068688A1 (en) 2022-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9354047B2 (en) Rotational misalignment measuring device of bonded substrate, rotational misalignment measuring method of bonded substrate, and method of manufacturing bonded substrate
KR100832165B1 (ko) 프로브 방법 및 프로브 장치
JP5342210B2 (ja) アライメント装置制御装置およびアライメント方法
JP4128540B2 (ja) ボンディング装置
TWI655406B (zh) 接合裝置以及被攝體的高度檢測方法
JP2002310929A (ja) 欠陥検査装置
WO2020153203A1 (ja) 実装装置および実装方法
JPWO2009069577A1 (ja) モールド除去方法
JP2018004378A (ja) 自動撮像装置
CN112185870A (zh) 高精度键合头定位方法及设备
US11823938B2 (en) Mounting device and mounting method
KR20220030454A (ko) 기판 정렬 장치 및 이를 구비하는 기판 본딩 설비
JP5096852B2 (ja) 線幅測定装置および線幅測定装置の検査方法
CN107709923B (zh) 形状测定装置及搭载有形状测定装置的涂布装置
JP6190168B2 (ja) 合焦方法、合焦装置、露光方法、およびデバイス製造方法
KR20170043821A (ko) 자동 초점 조정 장치 및 반도체 소자의 제조 방법
JP2000164680A (ja) ウェハ位置調整装置
US20240077304A1 (en) Alignment method, shape measuring method and shape measuring apparatus
JP3721713B2 (ja) 位置合わせ精度測定方法及び位置合わせ精度測定装置
JP2001041897A (ja) バンプ接合部検査装置及び方法
KR102615980B1 (ko) 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 방법
US20230409018A1 (en) Processing apparatus
JP7013400B2 (ja) 実装装置および実装方法
JP7218909B2 (ja) プローブピン位置合せ装置及びプローブピン位置合せ装置を使用した電子デバイスの製造方法
KR101999210B1 (ko) 3차원 적층형 반도체장치의 칩 적층 공정을 위한 중간단계 검사 방법