KR102678261B1 - Direct bonding head between die wafers, bonding apparatus having same, system and method therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드, 이를 구비한 본딩장치 및 그 방법을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드는, 복수의 직립된 가이드 서포트를 구비한 헤드 본체, 복수의 가이드 서포트의 중앙 하부에 수평 및 상하 탄력적으로 연결되며 다이 접촉 면부가 볼록하게 배치되어 구비된 다이 접합부, 복수의 가이드 서포트에 결합되며 다이 접합부의 다이 접촉 면부를 가압하는 유연작동기구, 및 유연작동기구의 중앙 하부에 결합되어 다이 접촉 면부에 접촉되는 원형 핀을 포함한다.One embodiment of the present invention provides a direct bonding head between die wafers, a bonding device equipped therewith, and a method thereof. The direct bonding head between die wafers according to an embodiment of the present invention has a head body equipped with a plurality of upright guide supports, is elastically connected horizontally and vertically to the lower center of the plurality of guide supports, and the die contact surface is arranged convexly. It includes a die joint provided with a flexible actuating mechanism coupled to a plurality of guide supports and pressing the die contact surface of the die joint, and a circular pin coupled to the lower center of the flexible actuating mechanism and contacting the die contact surface.
Description
본 발명은 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드, 이를 구비한 본딩장치, 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다이 웨이퍼 간 다이렉트 본딩을 정밀하게 수행하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드, 이를 구비한 본딩장치, 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a direct bonding head between die wafers, a bonding device equipped therewith, a system, and a method thereof, and more specifically, to a direct bonding head between die wafers, equipped with the same, which precisely performs direct bonding between die wafers. It relates to a bonding device, system, and method.
일반적으로, 반도체 제조공정에서, 웨이퍼에서 다이싱된 다이를 기판에 접합시키는 방법은, 상부 기구물을 이용한 접합과 다이를 변형시키는 형태의 접합 방식을 사용한다.Generally, in the semiconductor manufacturing process, a method of bonding a die diced from a wafer to a substrate uses a bonding method using an upper mechanism and a bonding method that deforms the die.
다이와 기판의 접합 공정은 기판에 휨이 발생하거나 칩들 간의 높이 편차 발생 시 본딩 공정 제어가 불가능하게 된다.The bonding process between the die and the substrate becomes impossible to control when the substrate is warped or there is a height discrepancy between chips.
더욱이, 본딩 헤드에 의해 칩들에 가해지는 하중(Mechanical load)이 상이해지면 칩들을 균일한 접합력으로 접합하지 못하게 되며, 본딩 헤드에 의해 가압되는 압력이 낮은 영역에서는 솔더 범프(B)를 매개로 하는 접합력이 떨어지게 된다.Moreover, if the mechanical load applied to the chips by the bonding head is different, the chips cannot be bonded with uniform bonding force, and in areas where the pressure applied by the bonding head is low, the bonding force through the solder bump (B) It falls off.
또한, 본딩 헤드에 의해 과도한 압력이 집중되는 영역은 칩 또는 기판에 균열(Fracture)이 발생하거나 파손, 손상되는 등의 본딩 불량이 발생할 수 있다.Additionally, areas where excessive pressure is concentrated by the bonding head may cause bonding defects such as cracks, breakage, or damage to the chip or substrate.
이와 같이 기존의 방식으로는 다이 근접 시 균일한 접합력은 도출할 수 있으나 본딩 시 본딩면 내/외부 간의 압력 차로 인한 압력 구배 발생이 발생하므로, 그로 인한 접합 공백(void)이 발생을 가능성이 있었다.In this way, with the existing method, uniform bonding force can be achieved when the die is close, but during bonding, a pressure gradient occurs due to a pressure difference between the inside and outside of the bonding surface, which may result in a bonding void.
이를 해결하기 위한 관련 기술로서는, 특허출원 KR제10-2019-0116177호에 개시된 본딩 헤드 및 본딩 방법이 있으나, 콜릿 형태의 본딩헤드를 사용하여 다이를 접합하여 공백 저감이 가능하나, 접합시 압력을 변화시킬 수 없는 단점이 존재한다.As a related technology to solve this problem, there is a bonding head and bonding method disclosed in Patent Application No. KR 10-2019-0116177. Although it is possible to reduce the gap by joining the dies using a collet-type bonding head, the pressure during bonding is There are drawbacks that cannot be changed.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 접합부에 접합된 다이를 웨이퍼 위에 놓을 때, 다이의 중앙부부터 본딩이 진행되어 압력 구배 감소로 인한 보이드(void) 저감이 가능하며, 균일한 접합력과 본딩면 압력 구배 감소를 모두 구현할 수 있는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드, 이를 구비한 본딩장치, 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention to solve the above problems is to ensure that when the die bonded to the joint is placed on the wafer, bonding proceeds from the center of the die, thereby reducing voids due to a reduction in pressure gradient, and providing uniform bonding force. The present invention provides a direct bonding head between die wafers capable of reducing the pressure gradient on the bonding surface, a bonding device equipped therewith, a system, and a method therefor.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 복수의 직립된 가이드 서포트를 구비한 헤드 본체; 상기 복수의 가이드 서포트의 중앙 하부에 수평 및 상하 탄력적으로 연결되며, 다이 접촉 면부가 볼록하게 배치되어 구비된 다이 접합부; 상기 복수의 가이드 서포트에 결합되며, 상기 다이 접합부의 다이 접촉 면부를 가압하는 유연작동기구; 및 상기 유연작동기구의 중앙 하부에 결합되어 상기 다이 접촉 면부에 접촉되는 원형 핀을 포함하며, 상기 유연작동기구는 상기 원형 핀을 좌우 및 상하 중 하나 이상의 방향으로 이동시키도록 마련되며, 상기 원형 핀은 상기 유연작동기구에 의해 좌우 및 상하 중 하나 이상의 방향으로 이동되어, 상기 다이 접합부의 다이 접촉 면부를 접촉하여 가압하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object includes a head body provided with a plurality of upright guide supports; a die joint portion horizontally and vertically elastically connected to the lower central portion of the plurality of guide supports and having a die contact surface disposed convexly; A flexible actuating mechanism coupled to the plurality of guide supports and pressing a die contact surface portion of the die joint; and a circular pin coupled to the lower center of the flexible actuating mechanism and in contact with the die contact surface, wherein the flexible actuating mechanism is provided to move the circular pin in one or more directions of left and right and up and down, wherein the circular pin Provides a direct bonding head between the die wafers that is moved in one or more directions of left and right and up and down by the flexible operating mechanism to contact and pressurize the die contact surface of the die joint.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 유연작동기구는, 상기 복수의 가이드 서포트에 사이에 배치되어 위치 제한되는 한 쌍의 상하 탄성바디; 상기 한 쌍의 상하 탄성바디의 상부에 수평하게 연결되는 상부 수평유연부; 상기 한 쌍의 상하 탄성바디의 하부에 수평하게 연결되는 하부 수평유연부; 및 상기 한 쌍의 상하 탄성바디에 결합되며, 상기 상부 수평유연부와 하부 수평유연부 사이에 위치하는 피에조 액추에이터를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the flexible operating mechanism includes a pair of upper and lower elastic bodies disposed between the plurality of guide supports and limiting their positions; an upper horizontal flexible portion horizontally connected to the upper part of the pair of upper and lower elastic bodies; a lower horizontal flexible portion horizontally connected to the lower portion of the pair of upper and lower elastic bodies; And it may include a piezo actuator coupled to the pair of upper and lower elastic bodies and located between the upper horizontal flexible portion and the lower horizontal flexible portion.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 피에조 액추에이터는, 상기 상부 수평유연부에 대해 하부 수평유연부를 지렛대 작용으로 가압할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the piezo actuator may pressurize the lower horizontal flexible portion with respect to the upper horizontal flexible portion through a lever action.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 상부 수평유연부와 하부 수평유연부는, 상호 연결된 한 쌍의 수평 탄성 블록; 및 상기 한 쌍의 수평 탄성 블록에 상하 교대로 연결된 탄성판을 포함하며, 상기 상부 수평유연부의 중앙 상면부에 결합된 상부 베이스 블록을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the upper horizontal flexible portion and the lower horizontal flexible portion include a pair of interconnected horizontal elastic blocks; and elastic plates alternately connected up and down to the pair of horizontal elastic blocks, and may further include an upper base block coupled to the central upper surface of the upper horizontal flexible portion.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 원형 핀은 하단부가 둥글게 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the circular pin may have a rounded lower end.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 다이 접합부는, 상기 다이 접촉 면부가 저면부에 마련되며, 상면부에 테이퍼 홈부가 마련된 다이 접합판; 상기 다이 접합판에서 상기 다이 접촉 면부보다 높은 상부 양측에 연결되는 접합 지지판; 및 상기 접합 지지판과 가이드 서포트를 연결하는 접합 브릿지를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the die bonding portion includes a die bonding plate in which the die contact surface portion is provided on a bottom portion and a tapered groove portion is provided on an upper surface portion; a bonding support plate connected to both upper sides of the die bonding plate that is higher than the die contact surface portion; And it may include a bonding bridge connecting the bonding support plate and the guide support.
본 발명의 다른 구성은, 상기 다이렉트 본딩헤드; 및 상기 다이렉트 본딩헤드의 다이 접합부에 대응하며, 다이 웨이퍼가 배치되는 접합 홈부가 마련된 접합 다이를 포함하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드를 구비한 본딩장치를 제공한다.Another configuration of the present invention is the direct bonding head; and a direct bonding head between die wafers, including a bonding die corresponding to a die bonding portion of the direct bonding head and provided with a bonding groove in which a die wafer is disposed.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 다이렉트 본딩헤드의 유연작동기구가 고정되는 장치본체를 더 포함하며, 상기 장치본체는, 직립 설치되는 한 쌍의 직립 서포트; 및 상기 직립 서포트의 상부를 연결하며, 상기 유연작동기구가 고정되는 수평 서포트를 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the device body further includes a device body to which the flexible operating mechanism of the direct bonding head is fixed, the device body comprising: a pair of upright supports installed upright; And it may include a horizontal support that connects the upper part of the upright support and to which the flexible operating mechanism is fixed.
본 발명의 또 다른 구성은, 상기 본딩장치의 접합 다이에 웨이퍼를 배치하며, 상기 웨이퍼 상에 다이를 로딩한 후, 상기 본딩장치의 유연작동기구를 작동하여 상기 원형 핀에 의해 상기 다이 접합부를 가압함으로써 웨이퍼에 다이를 다이렉트 본딩하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩시스템를 제공한다.Another configuration of the present invention is to place a wafer on the bonding die of the bonding device, and after loading the die on the wafer, operate the flexible operation mechanism of the bonding device to press the die bonding portion by the circular pin. By doing so, it provides a direct bonding system between die wafers that directly bonds the die to the wafer.
본 발명의 또 다른 구성은, 상기 다이렉트 본딩시스템을 사용하는 방법으로서, 웨이퍼를 화학적 기계 연마하는 단계; 상기 웨이퍼를 다이싱 시트에 올려 놓고 다이싱하는 단계; 상기 웨이퍼의 다이싱된 다이를 홀더에 배치하는 단계; 상기 홀더의 다이를 클리닝하는 단계; 상기 웨이퍼에 대응하는 다른 웨이퍼를 화학적 기계 연마하는 단계; 상기 다른 웨이퍼를 플라즈마 표면 처리하고 린스하는 단계; 및 상기 다이와 다른 웨이퍼를 상기 다이렉트 본딩시스템을 사용하여 다이렉트 본딩하는 단계를 포함하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩방법을 제공한다.Another configuration of the present invention is a method using the above direct bonding system, comprising: chemically mechanically polishing a wafer; Placing the wafer on a dicing sheet and dicing it; placing the diced die of the wafer in a holder; cleaning the die of the holder; chemically mechanically polishing another wafer corresponding to the wafer; Plasma surface treating and rinsing the other wafer; and directly bonding the die to another wafer using the direct bonding system.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 유연기구를 이용하여 높이 조절이 가능하며, 원형 핀을 사용하여 다이부를 볼록한 (Convex)형태로 변형하여 접합 가능하게 하며, 접합부에 접합된 다이를 웨이퍼 위에 놓을 때, 다이의 중앙부부터 본딩이 진행되어 압력 구배 감소로 인한 보이드(void) 저감이 가능하며, 균일한 접합력과 본딩면 압력 구배의 감소를 모두 구현할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.The effect of the present invention according to the above configuration is that the height can be adjusted using a flexible mechanism, the die can be transformed into a convex shape using a circular pin to enable bonding, and the die bonded to the joint can be transferred to the wafer. When placed on top, bonding progresses from the center of the die, thereby reducing voids due to a reduction in pressure gradient, and can provide the advantage of realizing both uniform bonding force and reduction of pressure gradient on the bonding surface.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, but should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드를 구비한 본딩장치의 정면도이다.
도 2는 도 1의 본딩헤드의 확대도이다.
도 3은 도 1의 본딩장치를 사용한 본딩방법의 개념도이다.Figure 1 is a front view of a bonding device equipped with a direct bonding head between die wafers according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an enlarged view of the bonding head of Figure 1.
Figure 3 is a conceptual diagram of a bonding method using the bonding device of Figure 1.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to "include" a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드를 구비한 본딩장치의 정면도이며, 도 2는 도 1의 본딩헤드의 확대도이고, 도 3은 도 1의 본딩장치를 사용한 본딩방법의 개념도이다.Figure 1 is a front view of a bonding device equipped with a direct bonding head between die wafers according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an enlarged view of the bonding head of Figure 1, and Figure 3 is a bonding device using the bonding device of Figure 1. This is a conceptual diagram of the bonding method.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드(100)는, 복수의 직립된 가이드 서포트(111)를 구비한 헤드 본체(101), 복수의 가이드 서포트(111)의 중앙 하부에 수평 및 상하 탄력적으로 연결되며 다이 접촉 면부(122)가 볼록하게 배치되어 구비된 다이 접합부(120), 복수의 가이드 서포트(111)에 결합되며 다이 접합부(120)의 다이 접촉 면부(122)를 가압하는 유연작동기구(130), 및 유연작동기구(130)의 중앙 하부에 결합되어 다이 접촉 면부(122)에 접촉되는 원형 핀(140)을 포함한다.1 to 3, the direct bonding head 100 between die wafers according to an embodiment of the present invention includes a
본 실시 예에서는 다이 투 웨이퍼의 하이브리드 본딩 기술에 적용되는 본딩헤드(100)의 상하 이동성을 정밀하게 고정하기 위한 헤드본체(101)가 사용된다.In this embodiment, the
헤드본체(101)는 유연작동기구(130)의 좌우 움직임을 제한하는 것으로서, 유연작동기구(130)가 슬립 가능하거나 접촉 및 100마이크미터 이하로 미세하게 이격되거나, 결합 가능하게 구성된다.The
이러한 헤드본체(101)는 유연작동기구(130)를 상하 이송하도록 리니어 액추에이터를 구비할 수도 있으며, 후술되는 장치본체(150)에 좌우 이동 가능하게 설치되거나 고정 설치 될 수 있다.This
헤드본체(101)에는 다이 접합부(120)가 구비된다.The
다이 접합부(120)는, 다이 접촉 면부(122)가 저면부에 마련되며 상면부에 테이퍼 홈부(123)가 마련된 다이 접합판(121), 다이 접합판(121)에서 다이 접촉 면부(122)보다 높은 상부 양측에 연결되는 접합 지지판(124), 및 접합 지지판(124)과 가이드 서포트(111)를 연결하는 접합 브릿지(125)를 포함할 수 있다.The die
다이 접합판(121)은 양측 접합 지지판(124)에 연결되는 접합 브릿지(125)를 통해 가이드 서포트(111)에 위치 고정되며, 접합 브릿지(125)를 통해서 마이크로미터 단위의 상하 이동이 탄력적으로 허용된다.The
다이 접합판(121)은 웨이퍼 상에 배치되는 다이의 중앙부에 접촉 대응하는 평면 형상의 다이 접합판(121)을 갖는 것으로서, 다이 중앙부에 고르게 면접촉됨으로써 다이를 웨이퍼에 접합시키는 역할을 하게 된다.The die
이에 따라 다이 접합부(120)에 접합된 다이를 웨이퍼 위에 놓을 때, 다이의 중앙부부터 본딩이 진행되어 압력 구배 감소로 인해 접합 공백(void) 저감이 이루어진다.Accordingly, when the die bonded to the
유연작동기구(130)는 원형 핀(140)을 상하 방향으로 이동시키도록 마련되며, 원형 핀(140)은 유연작동기구(130)에 의해 상하의 방향으로 이동되어, 다이 접합부(120)의 다이 접촉 면부(122)를 접촉하여 가압하는 작용을 수행한다.The flexible actuating mechanism 130 is provided to move the
실질적으로, 유연작동기구(130)는 내부에 수평으로 배치되는 피에조 액추에이터(137)의 수평 변위를 수직 변위로 방향 전환 및 증가시키는 역할을 하게 된다.Substantially, the flexible actuating mechanism 130 serves to change the direction and increase the horizontal displacement of the piezo actuator 137 horizontally disposed inside into vertical displacement.
이러한 유연작동기구(130)는, 복수의 가이드 서포트(111)에 사이에 배치되어 위치 제한되는 한 쌍의 상하 탄성바디(131), 한 쌍의 상하 탄성바디(131)의 상부에 수평하게 연결되는 상부 수평유연부(132), 한 쌍의 상하 탄성바디(131)의 하부에 수평하게 연결되는 하부 수평유연부(133), 및 한 쌍의 상하 탄성바디(131)에 결합되며, 상부 수평유연부(132)와 하부 수평유연부(133) 사이에 위치하는 피에조 액추에이터(137)를 포함할 수 있다.This flexible operating mechanism 130 includes a pair of upper and lower
한 쌍의 상하 탄성바디(131)는 상부 수평유연부(132)와 하부 수평유연부(133)를 수평하게 지지하는 역할을 하며, 피에조 액추에이터(137)의 양단을 위치 고정할 수 있는 구조, 예를 들어 암수 결합이 가능한 원형 홈부를 제공한다.A pair of upper and lower
상부 수평유연부(132)와 하부 수평유연부(133)는 피에조 액추에이터(137)를 상하로 탄력적으로 지지하며, 원형 핀(140)이 상하로 이동할 수 있는 탄력적인 지지 구조를 제공한다.The upper horizontal
상부 수평유연부(132)와 하부 수평유연부(133)는, 상호 연결된 한 쌍의 수평 탄성 블록(135), 및 한 쌍의 수평 탄성 블록(135)에 상하 교대로 연결된 탄성판(136)을 포함한다.The upper horizontal
상부 수평유연부(132)의 중앙 상면부에는 유연작동기구(130)의 작동 시에 위치 고정을 위한 상부 베이스 블록(139)이 결합된다. 이러한 상부 베이스 블록(139)은 후술되는 장치본체(150)에 고정된다.An
원형 핀(140)은 피에조 액추에이터(137)의 작동 시에 다이 접합부(120)를 가압하도록 하방으로 이동될 수 있으며, 피에조 액추에이터(137)의 작동 해제 시에는 반대로 상방으로 이동될 수 있다. 이러한 원형 핀(140)은 하단부가 둥글게 형성될 수 있다.The
피에조 액추에이터(137)는, 수평으로 신축되면서 위치 고정된 상부 수평유연부(132)에 대해 하부 수평유연부(133)를 지렛대 작용으로 움직일 수 있다.The piezo actuator 137 can move the lower horizontal
이러한 피에조 액추에이터(137)가 수평 설치되는 유연작동기구(130)는 브릿지 타입으로서, 피에조 액추에이터(137)에 대한 변위 증폭(앰플리파이어, amplifier)을 수행한다.The flexible operating mechanism 130 in which the piezo actuator 137 is installed horizontally is a bridge type and performs displacement amplification (amplifier) for the piezo actuator 137.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드를 구비한 본딩장치는, 전술한 다이렉트 본딩헤드(100), 다이렉트 본딩헤드(100)의 유연작동기구(130)가 고정되는 장치본체(150), 및 다이렉트 본딩헤드(100)의 다이 접합부(120)에 대응하며 다이 웨이퍼가 배치되는 접합 홈부(155)가 마련된 접합 다이(153)를 포함한다.1 to 3, a bonding device including a direct bonding head between die wafers according to another embodiment of the present invention includes the above-described direct bonding head 100 and a flexible operating mechanism of the direct bonding head 100. It includes a device body 150 to which 130 is fixed, and a
장치본체(150)는, 직립 설치되는 한 쌍의 직립 서포트(151), 및 직립 서포트(151)의 상부를 연결하며, 유연작동기구(130)가 고정되는 수평 서포트(152)를 포함할 수 있다.The device body 150 may include a pair of upright supports 151 installed upright, and a
이러한 본 실시 예에 따른 본딩장치는, 다이렉트 본딩헤드(100)를 구비함으로써 접합 다이(153) 상에 배치되는 웨이퍼와 다이의 다이렉트 본딩을 수행할 수 있다.The bonding device according to this embodiment is provided with a direct bonding head 100 and can perform direct bonding of the wafer and die placed on the bonding die 153.
한편, 수평 서포트(152)와 접합 다이(153)에는 접합 다이(153)와 다이렉트 본딩헤드(100)의 본딩 위치 정렬을 위한 정렬기구가 적용될 수 있다. 정렬기구는 리드스크류와 리니어 가이드 및 모터 등을 포함한 XYZ 직교좌표 스테이지를 적절히 선택하여 구성할 수 있다.Meanwhile, an alignment mechanism for aligning the bonding positions of the bonding die 153 and the direct bonding head 100 may be applied to the
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩시스템은, 본딩장치의 접합 다이(153)에 웨이퍼를 배치하며, 웨이퍼 상에 다이를 로딩한 후, 본딩장치의 유연작동기구(130)를 작동하여 원형 핀(140)에 의해 다이 접합부(120)를 가압함으로써 웨이퍼에 다이를 다이렉트 본딩한다.Referring to Figures 1 to 3, the direct bonding system between die wafers according to another embodiment of the present invention places a wafer on the bonding die 153 of a bonding device, and loads the die on the wafer, The die is directly bonded to the wafer by operating the flexible actuating mechanism 130 of the bonding device to press the die joint 120 with the
이러한 다이렉트 본딩시스템은, 웨이퍼와 다이를 접합 다이(153)에 자동으로 로딩 및 언로딩하는 본딩 로딩장치(160)를 더 포함하는 것으로서, 본딩 로딩장치(160)로는 로봇 암을 이용한 공압 흡착 피커가 사용될 수 있다.This direct bonding system further includes a
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩방법은, 다이렉트 본딩시스템을 사용하는 방법으로서, 웨이퍼(10)를 화학적 기계 연마하는 단계, 웨이퍼(10)를 다이싱 시트(12)에 올려 놓고 다이싱하는 단계, 웨이퍼(10)의 다이싱된 다이(20)를 홀더(13)에 배치하는 단계, 홀더(13)의 다이(20)를 클리닝하는 단계, 웨이퍼(11)에 대응하는 다른 웨이퍼(11)를 화학적 기계 연마하는 단계, 다른 웨이퍼(11)를 플라즈마 표면 처리하고 린스하는 단계, 및 다이(20)와 다른 웨이퍼(11)를 다이렉트 본딩시스템을 사용하여 다이렉트 본딩하는 단계를 포함한다.1 to 3, the direct bonding method between die wafers according to another embodiment of the present invention is a method using a direct bonding system, and includes the steps of chemically mechanically polishing the
이러한 다이렉트 본딩시스템을 사용한 방법은, 다이 투 다이(die to die) 보다 웨이퍼(11) 상에 다이(20)를 직접 본딩하게 되므로, 생산성을 향상시키게 된다.The method using this direct bonding system improves productivity because the
이러한 다이(20) 투 웨이퍼(11, die to wafer) 하이브리드 본딩기술이 적용된 방법은, 기존의 범프(bump)가 있는 본딩이 아닌 범프리스(bumpless) 본딩 기술로서, 웨이퍼(11) 면과 다이(20) 면을 직접 본딩한다.The method in which this die 20 (die to wafer) hybrid bonding technology is applied is a bumpless bonding technology rather than the existing bonding with bumps, and is a bumpless bonding technology, where the
이를 위해서, 실리콘 웨이퍼(11) 표면의 SiO2, SiCN 등 비금속(Nonmetal) 부분과 Cu 등 금속(metal) 부분의 본딩(Bonding)을 위해서 본딩 전 플라즈마 표면 처리와 린스(Plasma surface treatment, Rinse) 공정을 먼저 진행한다.For this purpose, plasma surface treatment and rinse (Plasma surface treatment, Rinse) processes are performed before bonding for bonding of nonmetal parts such as SiO2 and SiCN and metal parts such as Cu on the surface of the
이러한 방법의 적용은, 다이(20)와 웨이퍼(11) 간 접합 정밀도를 높게 가져가므로, 집적도가 높은 디바이스에 대한 본딩을 가능하게 만든다.Application of this method increases the bonding precision between the die 20 and the
상기와 같은 본 실시 예들은, 유연기구를 이용하여 높이 조절이 가능하며, 원형 핀(140)을 사용하여 다이부를 볼록한(Convex) 형태로 변형하여 접합 가능하게 하며, 접합부에 접합된 다이를 웨이퍼 위에 놓을 때, 다이의 중앙부부터 본딩이 진행되어 압력 구배 감소로 인한 보이드(void) 저감이 가능하며, 균일한 접합력과 본딩면 압력 구배의 감소를 모두 구현할 수 있는 장점이 있다.In the present embodiments as described above, the height can be adjusted using a flexible mechanism, the die part is transformed into a convex shape using a
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
10, 11: 웨이퍼 20: 다이
100: 본딩헤드 101: 헤드 본체
111: 가이드 서포트 120: 다이 접합부
121: 다이 접합판 122: 다이 접촉 면부
123: 테이퍼 홈부 124: 접합 지지판
125: 접합 브릿지 130: 유연작동기구
131: 상하 탄성바디 132: 상부 수평유연부
133: 하부 수평유연부 135: 수평 탄성 블록
136: 탄성판 137: 피에조 액추에이터
139: 상부 베이스 블록 140: 원형 핀
150: 장치본체 151: 직립 서포트
152: 수평 서포트 153: 접합 다이
155: 접합 홈부 160: 본딩 로딩장치10, 11: wafer 20: die
100: Bonding head 101: Head body
111: Guide support 120: Die joint
121: die bonding plate 122: die contact surface portion
123: Taper groove 124: Joint support plate
125: joint bridge 130: flexible operating mechanism
131: Upper and lower elastic body 132: Upper horizontal flexible portion
133: lower horizontal flexible portion 135: horizontal elastic block
136: elastic plate 137: piezo actuator
139: upper base block 140: circular pin
150: Device body 151: Upright support
152: horizontal support 153: joint die
155: joint groove 160: bonding loading device
Claims (10)
상기 복수의 가이드 서포트의 중앙 하부에 수평 및 상하 탄력적으로 연결되며, 다이 접촉 면부가 볼록하게 배치되어 구비된 다이 접합부;
상기 복수의 가이드 서포트에 결합되며, 상기 다이 접합부의 다이 접촉 면부를 가압하는 유연작동기구; 및
상기 유연작동기구의 중앙 하부에 결합되어 상기 다이 접촉 면부에 접촉되는 원형 핀을 포함하며,
상기 유연작동기구는 상기 원형 핀을 상하 방향으로 이동시키도록 마련되며,
상기 원형 핀은 상기 유연작동기구에 의해 상하 방향으로 이동되어, 상기 다이 접합부의 다이 접촉 면부를 가압하고,
상기 유연작동기구는,
상기 복수의 가이드 서포트에 사이에 배치되어 위치 제한되는 한 쌍의 상하 탄성바디;
상기 한 쌍의 상하 탄성바디의 상부에 수평하게 연결되는 상부 수평유연부;
상기 한 쌍의 상하 탄성바디의 하부에 수평하게 연결되는 하부 수평유연부; 및
상기 한 쌍의 상하 탄성바디에 결합되며, 상기 상부 수평유연부와 하부 수평유연부 사이에 위치하는 피에조 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드.
A head body with a plurality of upright guide supports;
a die joint portion horizontally and vertically elastically connected to the lower central portion of the plurality of guide supports and having a die contact surface disposed convexly;
A flexible actuating mechanism coupled to the plurality of guide supports and pressing a die contact surface portion of the die joint; and
It includes a circular pin coupled to the lower center of the flexible actuation mechanism and in contact with the die contact surface,
The flexible operating mechanism is provided to move the circular pin in an up and down direction,
The circular pin is moved in an up and down direction by the flexible actuating mechanism to press the die contact surface of the die joint,
The flexible operating mechanism is,
a pair of upper and lower elastic bodies disposed between the plurality of guide supports to limit their positions;
an upper horizontal flexible portion horizontally connected to the upper part of the pair of upper and lower elastic bodies;
a lower horizontal flexible portion horizontally connected to the lower portion of the pair of upper and lower elastic bodies; and
A direct bonding head between die wafers, comprising a piezo actuator coupled to the pair of upper and lower elastic bodies and positioned between the upper horizontal flexible portion and the lower horizontal flexible portion.
상기 피에조 액추에이터는, 상기 상부 수평유연부에 대해 하부 수평유연부를 지렛대 작용으로 가압하는 것을 특징으로 하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드.
In claim 1,
A direct bonding head between die wafers, wherein the piezo actuator presses the lower horizontal flexible portion with respect to the upper horizontal flexible portion using a lever action.
상기 상부 수평유연부와 하부 수평유연부는,
상호 연결된 한 쌍의 수평 탄성 블록; 및
상기 한 쌍의 수평 탄성 블록에 상하 교대로 연결된 탄성판을 포함하며,
상기 상부 수평유연부의 중앙 상면부에 결합된 상부 베이스 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드.
In claim 1,
The upper horizontal flexible portion and the lower horizontal flexible portion,
A pair of interconnected horizontal elastic blocks; and
It includes elastic plates alternately connected up and down to the pair of horizontal elastic blocks,
Direct bonding head between die wafers, further comprising an upper base block coupled to the central upper surface of the upper horizontal flexible portion.
상기 원형 핀은 하단부가 둥글게 형성되는 것을 특징으로 하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드.
In claim 1,
A direct bonding head between die wafers, wherein the circular pin has a rounded lower end.
상기 다이 접합부는,
상기 다이 접촉 면부가 저면부에 마련되며, 상면부에 테이퍼 홈부가 마련된 다이 접합판;
상기 다이 접합판에서 상기 다이 접촉 면부보다 높은 상부 양측에 연결되는 접합 지지판; 및
상기 접합 지지판과 가이드 서포트를 연결하는 접합 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드.
In claim 1,
The die joint is,
a die bonding plate in which the die contact surface portion is provided on a bottom portion and a tapered groove portion is provided on an upper surface portion;
a bonding support plate connected to both upper sides of the die bonding plate that is higher than the die contact surface portion; and
A direct bonding head between die wafers, comprising a bonding bridge connecting the bonding support plate and the guide support.
상기 다이렉트 본딩헤드의 다이 접합부에 대응하며, 다이 웨이퍼가 배치되는 접합 홈부가 마련된 접합 다이를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드를 구비한 본딩장치.
Direct bonding head according to claim 1; and
A bonding device with a direct bonding head between die wafers, comprising a bonding die corresponding to a die bonding portion of the direct bonding head and provided with a bonding groove in which a die wafer is disposed.
상기 다이렉트 본딩헤드의 유연작동기구가 고정되는 장치본체를 더 포함하며,
상기 장치본체는,
직립 설치되는 한 쌍의 직립 서포트; 및
상기 직립 서포트의 상부를 연결하며, 상기 유연작동기구가 고정되는 수평 서포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩헤드를 구비한 본딩장치.
In claim 7,
It further includes a device body to which the flexible operating mechanism of the direct bonding head is fixed,
The device body is,
A pair of upright supports installed upright; and
A bonding device with a direct bonding head between die wafers, comprising a horizontal support connecting an upper part of the upright support and fixing the flexible operating mechanism.
A wafer is placed on a bonding die of the bonding device according to claim 7, and after loading the die on the wafer, a flexible actuating mechanism of the bonding device is operated to press the die bonding portion by the circular pin to attach the die to the wafer. A direct bonding system between die wafers characterized by direct bonding.
웨이퍼를 화학적 기계 연마하는 단계;
상기 웨이퍼를 다이싱 시트에 올려 놓고 다이싱하는 단계;
상기 웨이퍼의 다이싱된 다이를 홀더에 배치하는 단계;
상기 홀더의 다이를 클리닝하는 단계;
상기 웨이퍼에 대응하는 다른 웨이퍼를 화학적 기계 연마하는 단계;
상기 다른 웨이퍼를 플라즈마 표면 처리하고 린스하는 단계; 및
상기 다이와 다른 웨이퍼를 상기 다이렉트 본딩시스템을 사용하여 다이렉트 본딩하는 단계를 포함하는 다이 웨이퍼 사이의 다이렉트 본딩방법.As a method of using the direct bonding system according to claim 9,
chemically mechanically polishing the wafer;
Placing the wafer on a dicing sheet and dicing it;
placing the diced die of the wafer in a holder;
cleaning the die of the holder;
chemically mechanically polishing another wafer corresponding to the wafer;
plasma surface treating and rinsing the other wafer; and
A direct bonding method between die wafers, comprising the step of directly bonding the die to another wafer using the direct bonding system.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |