KR20230103847A - 웨이퍼의 본딩 검사 장치 및 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 본딩 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 상하로 적층되어 본딩되는 웨이퍼의 본딩 검사 장치에 있어서, 상부에 배치된 웨이퍼에 수평 방향의 힘을 가하는 가압수단; 상기 가압수단의 가압에 의해 상부에 배치된 웨이퍼의 움직임을 감지하는 센싱수단; 을 포함하는 웨이퍼의 본딩 검사 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼의 본딩 검사 장치 및 검사 방법{Apparatus and Method for Diagnosing Bonding between Wafers}

본 발명은 웨이퍼의 본딩 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.

실리콘은 반도체 칩이 만들어지는데 중요한 원재료로 가장 널리 쓰이고 있다. 실리콘 웨이퍼는 반도체 원판인 기판을 만드는 기초소재로 고순도 실리콘을 전기로 내에서 단결정 실리콘으로 성장시킨 후 절단 연마 등의 공정을 거쳐 생산된다. 실리콘 기반의 반도체 집적기술은 2차원적인 집적도 증가의 한계를 극복하고 소자의 기능성 밀도(functional density)를 증가시키기 위하여 적어도 두 개 이상의 웨이퍼를 3차원으로 적층하는 3차원 적층 집적회로 (3D-stacked IC) 기술로 발전하고 있다.

웨이퍼 본딩(wafer-to-wafer (W2W) bonding)은 반도체 기기를 형성하기 위한 다양한 반도체 공정 애플리케이션에 사용된다. 웨이퍼 본딩이 적용되는 반도체 공정 애플리케이션의 예로는 기판 설계(engineering)와 집적회로의 제작, 미세전자기계시스템(MEMS, Micro-electron 공개특허 10-2015-0014827 mechanical-systems)의 포장과 캡슐화 및 여러 장의 순수 마이크로일렉트로닉스의 적층(3D-integration)을 들 수 있다.

웨이퍼 본딩 후에는 웨이퍼끼리 제대로 본딩이 되었는지에 대한 확인 절차 없이 본딩이 제대로 되었다는 가정하에 로봇 핸드(Robot Hand)를 이용하여 웨이퍼를 옮기게 되는데 이런저런 이유로 웨이퍼의 본딩에 불량이 발생하는 경우가 있는데, 제대로 본딩이 되지 않은 웨이퍼를 옮기는 과정에서 웨이퍼가 분리/파손이 되는 경우가 있다.

본 발명은 전술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 웨이퍼 본딩 장치에서 웨이퍼의 본딩 여부를 검사하여 본딩 불량으로 인한 웨이퍼의 파손을 미리 막을 수 있는 웨이퍼 본딩 검사 장치 및 검사 방법을 제공하는 것이다.

전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,

상하로 적층되어 본딩되는 웨이퍼의 본딩 검사 장치에 있어서,

상부에 배치된 웨이퍼에 수평 방향의 힘을 가하는 가압수단;

상기 가압수단의 가압에 의해 상부에 배치된 웨이퍼의 움직임을 감지하는 센싱수단; 을 포함하는 웨이퍼의 본딩 검사 장치를 제공한다.

상기 가압수단은 적층된 웨이퍼 사이의 최대 정지 마찰력보다는 크고 하부에 배치된 웨이퍼에 작용하는 흡착력에 의한 임시고정력 이하의 힘을 가하는 것이 바람직하다.

상기 센싱수단은 적외선 센서인 것이 바람직하다.

상기 센싱수단은 상기 웨이퍼의 가압수단 반대쪽 단부의 상하 또는 좌우에 설치될 수 있다.

상기 가압수단 중 상기 웨이퍼와 접하는 부분은 웨이퍼와 곡률반경이 동일한 암인 것이 바람직하다.

상기 가압수단은 액추에이터인 것이 바람직하다.

본 발명은 또한,

청구항 제1항에 기재된 웨이퍼 본딩 검사 장치를 마련하는 마련단계;

상기 가압수단을 이용하여 상부에 배치된 웨이퍼에 힘을 가하는 가압단계;

상기 가압단계에서 가압된 웨이퍼의 움직임을 감지하는 센싱단계;를 포함하는 웨이퍼의 본딩 검사 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 웨이퍼 본딩 장치에서 웨이퍼의 본딩 여부를 검사하여 본딩 불량으로 인한 웨이퍼의 파손을 미리 막을 수 있는 웨이퍼 본딩 검사 장치 및 검사 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 검사 장치의 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 본딩 검사 장치의 정면도.
도 3은 도 1에 도시된 웨이퍼 본딩 검사 장치를 이용한 웨이퍼 본딩 검사 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 검사 장치의 평면도 및 정면도.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 검사 장치의 평면도, 도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 본딩 검사 장치의 정면도, 도 3은 도 1에 도시된 웨이퍼 본딩 검사 장치를 이용한 웨이퍼 본딩 검사 방법을 설명하기 위한 도면, 도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 웨이퍼 본딩 검사 장치의 평면도 및 정면도이다.

본 실시예에 따른 웨이퍼의 본딩 검사 장치는 배경기술에서 설명한 바와 같이 두 장의 웨이퍼를 서로 본딩할 때 두 장의 웨이퍼가 제대로 본딩이 되었는지를 검사하는 장치로서 가압수단(10)과 센싱수단(20)을 포함하여 구성된다.

상기 가압수단(10)은 본딩 상태를 검사하고자 하는 한 쌍의 웨이퍼 중 상부에 배치된 웨이퍼(W1)에 수평 방향의 힘을 가하는 수단으로서 액추에이터를 이용할 수 있다. 상기 가압수단(10)이 가해야 하는 힘의 크기가 크지 않으므로 상기 액추에이터로는 공압실린더를 이용할 수도 있고, 리니어 모터를 이용할 수도 있다. 이때 상기 가압수단(10)은 반드시 상부에 위치한 웨이퍼(W1)에만 힘을 가해야 한다.

상기 가압수단(10) 중 상기 웨이퍼(W1)와 접하는 부분에는 상기 웨이퍼(W)의 곡률반경과 동일한 곡률반경을 가지는 암(11)이 형성되어 상부에 위치한 웨이퍼(W1)와 면접촉한 상태에서 가압할 수 있도록 한다.

상기 가압수단(10)에 의한 가압력은 한 쌍의 웨이퍼(W1, W2) 사이의 최대 정지 마찰력보다는 크고 하부에 배치된 웨이퍼(W2)에 작용하는 흡착력에 의한 임시고정력보다는 큰 크기의 가압력이다.

한 쌍의 웨이퍼 사이의 마찰력은 두 웨이퍼 사이의 마찰계수와 상부에 배치된 웨이퍼(W1)의 자중의 곱으로 구해질 수 있는데 마찰력보다 적은 힘을 가하면 두 장의 웨이퍼가 제대로 본딩이 되어 있지 않아도 상부에 위치한 웨이퍼(W)가 움직이지 않을 수 있기 때문에 가압력의 하한은 웨이퍼 사이의 최대 정지 마찰력이 된다.

하부에 배치된 웨이퍼(W2)는 척(C;Chuck)에서 작용하는 흡착력(진공흡입력)에 의해 고정되는데, 흡착력에 의한 임시고정력보다 더 큰 힘으로 가압수단(10)이 가압하면 두 장의 웨이퍼(W1, W2)가 제대로 본딩이 되어 있어도 함께 움직일 수 있어 제대로 된 검사가 되지 않을 수 있으므로 가압력(10)의 상한은 전술한 값 이하이다. 이때, 흡착력에 의한 임시고정력이란 흡착된 웨이퍼(W2)를 수평방향으로 이동할 수 있도록 하는 최소의 힘을 의미한다.

상기 센싱수단은 상기 가압수단(10)의 가압에 의해 상부에 배치된 웨이퍼(W1)의 움직임을 감지하는 센서이다. 도 1이나 도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W1)의 측면(20a)에 설치될 수도 있고, 도 4나 도 5에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 상하(20b)에 설치될 수도 있다.

상기 센싱수단으로는 적외선 센서, 초음파 센서, 레이저 센서 등이 사용될 수 있는데 도면에 도시된 바와 같이 발광부와 수광부로 구성된 한 쌍의 센서를 이용하여 발광부에서 배출된 빛을 수광부에서 감지하는 방식을 이용하는 것이 바람직하다.

이하에서는 전술한 웨이퍼의 본딩 검사 장치를 이용한 웨이퍼의 본딩 검사 방법에 대하여 설명하기로 한다.

우선 전술한 웨이퍼의 본딩 검사 장치를 마련하여 설치한다. 이것이 마련단계이다.

가압단계는 가압수단(10)을 이용하여 상부에 배치된 웨이퍼(W1)를 가압하는 단계이다. 가압수단(10)에 의한 가압력의 하한과 상한은 앞서 설명하였으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

센싱단계는 가압수단(10)에 의해 상부에 배치된 웨이퍼(W1)를 가압할 때 웨이퍼(W1)의 움직임을 감지하는 단계이다.

만약 두 장의 웨이퍼(W1, W2)가 제대로 본딩이 되었다면 상부에 배치된 웨이퍼(W1)가 움직이지 않는다. 이 경우 웨이퍼의 본딩 검사에 통과된 것으로 판단하고 로봇 핸드에 의해 다음 공정으로 이송하면 된다.

만약 도 3에 도시된 바와 같이 상부에 배치된 웨이퍼(W1)의 움직임이 센싱수단(20)에 의해 감지되면 웨이퍼 사이의 본딩 불량으로 판단하고 본딩 작업을 다시하거나 본딩이 제대로 이루어지지 않은 웨이퍼들을 불량품을 저장하는 공간으로 이송할 수도 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나, 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 범위 안에서 다양한 형태로 구체화될 수 있다.

10 : 가압수단 11 : 암
20 : 센싱수단

Claims (18)

1. 상하로 적층되어 본딩되는 웨이퍼의 본딩 검사 장치에 있어서,
   상부에 배치된 웨이퍼에 수평 방향의 힘을 가하는 가압수단;
   상기 가압수단의 가압에 의해 상부에 배치된 웨이퍼의 움직임을 감지하는 센싱수단;을 포함하는 웨이퍼의 본딩 검사 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가압수단은 적층된 웨이퍼 사이의 최대 정지 마찰력보다는 크고 하부에 배치된 웨이퍼에 작용하는 흡착력에 의한 임시고정력 이하의 힘을 가하는 웨이퍼의 본딩 검사 장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 센싱수단은 적외선 센서인 웨이퍼의 본딩 검사 장치.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 센싱수단은 상기 웨이퍼의 가압수단 반대쪽 단부의 상하 또는 좌우에 설치되는 웨이퍼의 본딩 검사 장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 센싱수단은 상기 웨이퍼의 가압수단 반대쪽 단부의 상하 또는 좌우에 설치되는 웨이퍼의 본딩 검사 장치.
   
6. 제1항 또는 제2항에 있어서
   상기 가압수단 중 상기 웨이퍼와 접하는 부분에 마련되며 웨이퍼와 곡률반경이 동일한 암을 포함하는 웨이퍼의 본딩 검사 장치.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 가압수단 중 상기 웨이퍼와 접하는 부분에 마련되며 웨이퍼와 곡률반경이 동일한 암을 포함하는 웨이퍼의 본딩 검사 장치.
   
8. 제4항에 있어서,
   상기 가압수단 중 상기 웨이퍼와 접하는 부분에 마련되며 웨이퍼와 곡률반경이 동일한 암을 포함하는 웨이퍼의 본딩 검사 장치.
   
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 가압수단은 액추에이터인 웨이퍼의 본딩 검사 장치.
   
10. 청구항 제1항에 기재된 웨이퍼 본딩 검사 장치를 마련하는 마련단계;
    상기 가압수단을 이용하여 상부에 배치된 웨이퍼에 힘을 가하는 가압단계;
    상기 가압단계에서 가압된 웨이퍼의 움직임을 감지하는 센싱단계;를 포함하는 웨이퍼의 본딩 검사 방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 가압수단은 적층된 웨이퍼 사이의 최대 정지 마찰력보다는 크고 하부에 배치된 웨이퍼에 작용하는 흡착력에 의한 임시고정력 이하의 힘을 가하는 웨이퍼의 본딩 검사 방법.
    
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 센싱수단은 적외선 센서인 웨이퍼의 본딩 검사 방법.
    
13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 센싱수단은 상기 웨이퍼의 가압수단 반대쪽 단부의 상하 또는 좌우에 설치되는 웨이퍼의 본딩 검사 방법.
    
14. 제12항에 있어서,
    상기 센싱수단은 상기 웨이퍼의 가압수단 반대쪽 단부의 상하 또는 좌우에 설치되는 웨이퍼의 본딩 검사 방법.
    
15. 제10항 또는 제11항에 있어서
    상기 가압수단 중 상기 웨이퍼와 접하는 부분은 웨이퍼와 곡률반경이 동일한 웨이퍼의 본딩 검사 방법.
    
16. 제12항에 있어서,
    상기 가압수단 중 상기 웨이퍼와 접하는 부분은 웨이퍼와 곡률반경이 동일한 웨이퍼의 본딩 검사 방법.
    
17. 제13항에 있어서,
    상기 가압수단 중 상기 웨이퍼와 접하는 부분은 웨이퍼와 곡률반경이 동일한 웨이퍼의 본딩 검사 방법.
    
18. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 가압수단은 액추에이터인 웨이퍼의 본딩 검사 방법.
    

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