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KR100980045B1 - 기판 본딩방법 - Google Patents

기판 본딩방법 Download PDF

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KR100980045B1
KR100980045B1 KR1020080021513A KR20080021513A KR100980045B1 KR 100980045 B1 KR100980045 B1 KR 100980045B1 KR 1020080021513 A KR1020080021513 A KR 1020080021513A KR 20080021513 A KR20080021513 A KR 20080021513A KR 100980045 B1 KR100980045 B1 KR 100980045B1
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Abstract

본 발명은 자외선(UV)과 무화된 표면처리액을 이용하여 기판을 표면처리함으로써 본딩특성 및 공정 수율을 향상시킬 수 있는 기판 본딩방법에 관한 것이다.
본 발명의 기판 본딩방법은 제 1 공정챔버에 제 1 기판의 접합면이 상부를 향하도록 상기 제 1 기판을 장입하는 제 1 기판 장입단계; 상기 제 1 기판의 접합면에 자외선(UV)을 조사하고 무화된 표면처리액을 공급하여, 상기 제 1 기판의 접합면을 표면처리하는 제 1 기판 표면처리단계; 상기 제 1 기판을 상기 제 1 공정챔버에서 인출하여 제 2 공정챔버에 장입하는 제 1 기판 인출장입단계; 상기 제 3 공정챔버에 제 2 기판의 접합면이 상부를 향하도록 상기 제 2 기판을 장입하는 제 2 기판 장입단계; 상기 제 2 기판의 접합면에 자외선(UV)을 조사하고 무화된 표면처리액을 공급하여, 상기 제 2 기판의 접합면을 표면처리하는 제 2 기판 표면처리단계; 상기 제 2 기판을 상기 제 3 공정챔버에서 인출하여 제 2 공정챔버에 상기 제 2 기판의 접합면이 상기 제 1 기판의 접합면과 서로 대향하도록 장입하는 제 2 기판 인출장입단계; 및 상기 제 1 기판의 접합면과 제 2 기판의 접합면을 본딩하는 기판 본딩단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기판 본딩, 무화, 표면처리액, 자외선, 초음파

Description

기판 본딩방법{Substrate Bonding Method}
본 발명은 자외선(UV)과 무화된 표면처리액을 이용하여 기판을 표면처리함으로써 본딩특성 및 공정 수율을 향상시킬 수 있는 기판 본딩방법에 관한 것이다.
반도체의 고집적화를 위하여 SOI(Silicon On Insulator)를 제조하거나, P 타입 기판과 N 타입 기판을 결합시켜 P-N 정션(junction)을 형성하는 방법 등에 있어서, 유/무기 접착제를 사용하여 접착하거나, 접착제를 사용하지 않고 기판 간에 직접적인 본드가 형성되도록 하는 방법(Direct Bonding of Wafers)이 알려져 있다.
상기 유/무기 접착제를 이용하는 방법은 기판 본딩을 저온에서 형성시킬 수 있기는 하지만, 계면응력의 문제가 있고, 접착층이 열적 또는 화학적으로 불안정할 염려가 있기 때문에 널리 사용되고 있지 않다.
한편, 미국 등록특허공보 제4,939,101호에는 기판과 기판을 접촉시킨 후, 약 1,000 내지 15,000psi의 압력하에서 1,100℃ 이상의 온도로 열처리를 하여 기판과 기판 간에 직접적인 본딩이 이루어지도록 하는 방법이 개시되어 있으나, 상기 온도가 너무 높기 때문에 접합되는 물질이 상기 온도를 견디지 못하는 경우에는 사용할 수 없으며, 접착되는 재료가 서로 상이한 경우에는 열적 부정합을 일으킬 수 있는 등의 문제가 있다.
한편, 상기의 기판 본딩방법은 기판을 본딩시키기 전에 본딩 결함을 줄이기 위하여 기판 표면의 평탄화 공정을 수행하는 것이 일반적인데, 이러한 평탄화 방법으로서 통상적으로 사용되는 것이 화학적 기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Polishing:CMP)이다. 이러한 CMP 공정을 수행하려면 별개의 CMP 공정 설비에서 연마를 수행한 후에 기판 본딩공정을 수행해야 하기 때문에 공정이 별개로 진행되어야 하고 이에 따라 공정효율이 떨어지며, CMP 공정시 사용되는 슬러리에 의한 오염문제가 발생할 뿐만 아니라, 연마 완료 후에도 여전히 표면 단차가 존재하기 때문에 최종 기판 본딩시 본딩결함이 발생한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 단일 공정에서 자외선(UV)과 무화된 표면처리액을 이용하여 기판의 표면에 대한 활성화 및 세정을 포함하는 표면처리를 수행함으로써, 공정 수율, 생산성 및 본딩특성을 향상시킬 수 있는 기판 본딩방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판 표면처리 공정과 기판 본딩공정을 인시츄로 수행하여 기판 표면이 오염되는 것을 방지하여 본딩특성을 향상시킬 수 있는 기판 본딩방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 기판 본딩방법은 제 1 공정챔버에 제 1 기판의 접합면이 상부를 향하도록 상기 제 1 기판을 장입하는 제 1 기판 장입단계; 상기 제 1 기판의 접합면에 자외선(UV)을 조사하고 무화된 표면처리액을 공급하여, 상기 제 1 기판의 접합면을 표면처리하는 제 1 기판 표면처리단계; 상기 제 1 기판을 상기 제 1 공정챔버에서 인출하여 제 2 공정챔버에 장입하는 제 1 기판 인출장입단계; 상기 제 3 공정챔버에 제 2 기판의 접합면이 상부를 향하도록 상기 제 2 기판을 장입하는 제 2 기판 장입단계; 상기 제 2 기판의 접합면에 자외선(UV)을 조사하고 무화된 표면처리액을 공급하여, 상기 제 2 기판의 접합면을 표면처리하는 제 2 기판 표면처리단계; 상기 제 2 기판을 상기 제 3 공정챔 버에서 인출하여 제 2 공정챔버에 상기 제 2 기판의 접합면이 상기 제 1 기판의 접합면과 서로 대향하도록 장입하는 제 2 기판 인출장입단계; 및 상기 제 1 기판의 접합면과 제 2 기판의 접합면을 본딩하는 기판 본딩단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 공정챔버와 상기 제 3 공정챔버는 상기 자외선(UV)을 조사하고 동시에 상기 무화된 표면처리액을 공급할 수 있도록 형성되며, 상기 제2 공정챔버는 진공 챔버일 수 있다.
상기 제1 공정챔버와 제3 공정챔버는 동일한 기능을 갖는 공정챔버일 수 있다.
상기 표면처리액은 탈이온수 또는 H2O2-NH4OH-H2O(SC-1)용액일 수 있다.
상기 표면처리액의 무화는 초음파(megasonic) 또는 가열(heating)에 의해 발생될 수 있다.
상기 자외선의 조사와 상기 무화된 표면처리액의 공급은 동시에 또는 순차적으로 이루어질 수 있다.
상기 무화된 표면처리액은 노즐 분사에 의하여 공급되는 것일 수 있다.
상기 자외선(UV)은 150 내지 400 nm의 파장을 가질 수 있다.
상기 제 1 기판 표면처리 단계 또는 상기 제 2 기판 표면처리 단계는 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판을 고정시킨 상태 또는 회전시키면서 상기 자외선과 상기 무화된 표면처리액이 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판에 공급되도록 이루 어질 수 있다.
상기 제 1 기판 표면처리 단계 또는 상기 제 2 기판 표면처리 단계는 상기 상기 자외선과 상기 무화된 표면처리액이 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 일측에서 타측으로 순차적으로 공급되도록 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 기판 본딩방법은 상기 제 1 기판 표면처리 단계 또는 상기 제 2 기판 표면처리 단계 후에는 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판을 건조하는 건조 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 건조 단계는 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 본딩 효율을 위해 상기 제 1 기판의 접합면 또는 상기 제 2 기판의 접합면을 표면처리한 직후 상기 제 1 기판의 접합면 또는 상기 제 2 기판의 접합면에 다시 상기 표면처리액을 도포한 후 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판을 건조하는 것일 수 있다,
상기 건조 단계는 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판을 회전시켜 건조하는 스핀 건조 방법 또는 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 접합면에 불활성 가스를 블로잉하여 건조하는 블로잉 건조방법으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩방법은 단일 공정에서 자외선(UV)과 무화된 표면처리액을 이용하여 기판의 표면에 대한 활성화 및 세정을 포함하는 표면처리를 수행함으로써 공정 수율, 생산성 및 본딩특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩방법은 기판 표면처리 공정과 기판 본딩공정을 인시츄로 수행하여 기판 표면이 오염되는 것을 방지하여 본딩특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저 본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩방법을 위한 시스템을 개략적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩방법을 위한 시스템의 개략도이다. 다만, 이하에서 설명하는 시스템은 상기 기판 본딩방법을 설명하기 위하여 필요한 정도에서 개략적으로 설명된다.
상기 기판 본딩방법을 위한 시스템은, 도 1을 참조하면, 제 1 공정챔버(10)와 제 2 공정챔버(20) 및 제 3 공정챔버(30)를 포함하여 이루어진다. 상기 제 1 공정챔버(10)와 제 3 공정챔버(30)는 장입되는 제 1, 2 기판(1,2)의 표면, 즉 제 1, 2 접합면(1a,2a)을 표면처리하는 챔버이다. 상기 제 1 공정챔버(10)와 제 3 공정챔버(30)는 제 1, 2 기판(1,2)의 표면, 즉 제 1, 2 접합면(1a,2a)에 자외선(UV)을 조사하고 표면처리액을 공급할 수 있도록 형성된다. 즉, 상기 제 1 공정챔버(10)와 제 3 공정챔버(30)는 자외선(UV) 조사를 위한 자외선 램프와 표면처리액 공급을 위 한 노즐을 포함한 제 1, 2 표면처리장치(12,32)를 함께 구비하게 된다. 또한, 상기 제 1 공정챔버(10)와 제 3 공정챔버(30)는 제 1, 2 기판(1,2)을 고정하기 위한 제 1, 2 진공 척(14,34)을 구비한다. 한편, 상기 제 1 공정챔버(10)와 제 3 공정챔버(30)는 하나의 챔버로 구성될 수 있다.
상기 제 2 공정챔버(20)는 표면처리되어 장입되는 제 1, 2 기판(1,2)를 본딩하는 챔버이다. 상기 제 2 공정챔버(20)는 진공의 형성이 가능한 챔버이며, 가열수단을 추가로 구비할 수 있다. 또한, 상기 제 2 공정챔버(20)는 상압 챔버일 수도 있다. 또한, 상기 제 2 공정챔버는 장입된 제 1, 2 기판(1,2)을 고정하는 제 3, 4 진공 척(24a, 24b)을 구비한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 본딩방법에 대한 공정 순서도를 나타내며, 도 3은 제 1 기판의 접합면에 자외선이 조사되고 무화된 표면처리액이 공급되는 상태를 보여주는 단면도이고, 도 4는 제 1 기판의 접합면이 활성화된 상태를 보여주는 단면도이고, 도 5는 제 2 기판의 접합면에 자외선이 조사되고 무화된 표면처리액이 공급되는 상태를 보여주는 단면도이고, 도 6은 제 2 기판의 접합면이 활성화된 상태를 보여주는 단면도이고, 도 7은 제 1 기판과 제 2 기판이 본딩된 상태를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 본딩방법은, 도 2를 참조하면, 제 1 기판 장입단계(S10)와 제 1 기판 표면처리단계(S20)와, 제 1 기판 인출장입단계(S30)와, 제 2 기판 장입단계(S40)와, 제 2 기판 표면처리단계(S50)와, 제 2 기판 인출장입 단계(S60)와, 기판 본딩단계(S70)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 기판 본딩방법은 제 1 기판 표면처리단계(S20) 후에 제 1 기판 건조단계(S25)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 기판 본딩방법은 제 2 기판 표면처리단계(S50) 후에 제 2 기판 건조단계(S55)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 기판 본딩방법은 단일 공정에서 기판의 표면에 대한 활성화 및 세정을 포함하는 표면처리를 수행함으로써, 기판의 본딩과정에서 본딩 강도를 높이면서 본딩 결함을 감소시키게 된다. 즉, 상기 기판 본딩방법은 하나의 공정챔버에서 기판의 표면에 자외선의 조사와 무화된 표면처리액의 공급을 동시에 또는 순차적으로 진행하여 기판의 표면을 활성화하면서 세정하게 된다. 따라서, 상기 기판 본딩방법은 기판의 본딩공정에 대한 공정 효율과 생산성을 향상시키게 된다.
또한, 상기 기판 본딩방법은 하나의 장비에서 인시츄(in-situ)공정으로 이루어 질 수 있다. 즉, 상기 제 1 기판 표면처리단계(S20) 및 제 2 기판 표면처리단계(S50), 기판 본딩단계(S70)는 각각 하나의 장비에 구비되는 별도의 공정 챔버 내에서 이루어질 수 있다. 상기 인시츄 공정은 기판 본딩의 제반 공정이 하나의 장비에서 이루어지므로 공정이 보다 효율적으로 진행되어 생산성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 인시츄 공정은 기판 본딩과정에서 기판의 표면이 추가적으로 오염되는 것을 방지하게 되므로 기판의 본딩 불량을 최소화시키게 된다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 본딩방법의 구체적인 단계를 도 1의 구성요소를 참조하여 설명하기로 한다.
상기 제 1 기판 장입단계(S10)는 제 1 공정챔버(10)에 제 1 기판(1)의 접합면(1a)이 상부를 향하도록 상기 제 1 기판(1)을 장입하는 단계이다. 여기서, 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)은 제 1 기판(1)의 양면 중에서 다른 기판과 본딩되는 일면을 의미한다. 상기 제 1 공정챔버(10)는 본딩되는 제 1 기판(1)이 장입되어 자외선(UV)과 표면처리액이 함께 공급되는 공정챔버이다. 상기 제 1 기판(1)은 제 1 공정챔버(10)의 내부에 접합면(1a)이 상부를 향하도록 장입되며, 정전 척 또는 진공 척 등의 고정수단, 예를 들어 도 1에서는 제 1 진공 척(14)에 의하여 고정된다. 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)은 단결정 실리콘에 실리콘 산화막이 일정 두께로 형성된 상태일 수 있다. 또한, 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)은 단결정 실리콘에 SiO2의 자연산화막이 형성된 상태일 수 있다.
상기 제 1 기판 표면처리단계(S20)는, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 자외선(UV)(110)을 조사하고 표면처리액(120)을 공급하여 제 1 기판(1)의 접합면(1a)을 표면처리하는 단계이다. 한편, 도 4에서 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 도시된 다수의 직선들은 표면처리된 것을 나타낸 것이다.
상기 제 1 공정챔버(10)는 상기에서 설명한 바와 같이 자외선(UV)(110)의 조사와 표면처리액(120)의 공급을 함께할 수 있는 공정챔버이다.
상기 제 1 기판(1)이 제 1 공정챔버(10)의 내부에 장입되어 안착되면, 제 1 공정챔버(10)는 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 자외선(UV)(110)을 조사하고 표면처 리액(120)을 공급하게 된다. 따라서, 상기 자외선(UV)(110)과 표면처리액(120)은 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)을 표면처리, 즉 활성화 및 세정시키게 된다.
구체적으로, 상기 자외선(UV)(110)은 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 존재하는 실리콘 산화막에서 Si-O 결합을 끊어서 접합면(1a)의 표면에 Si이온이 노출되도록 한다. 다시 말해서, 상기 자외선(UV)(110)은 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)을 에너지적으로 불완전상태가 되도록한다. 또한, 상기 자외선(UV)(110)은 공기 중의 산소와 반응하여 오존(O3)을 발생시킨다. 이러한 오존은 에너지가 강해 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 상기 자외선(UV)(110)과 함께 공급되는 표면처리액(120)에 존재하는 수분(H2O)의 결합을 끊어서 O-H기로 분리하게 된다. 상기 O-H기는 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 존재하는 Si이온과 결합상태를 이루어 제 1 기판(1)의 접합면(1a)을 친수성화하여 활성화시킨다. 이에 따라, 활성화된 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)과 활성화된 또다른 기판의 접합면을 본딩시킬 경우, 본딩 강도가 높아질 수 있다. 또한, 상기 자외선(UV)(110)과 공기중의 산소가 반응하여 발생된 오존에 의해 상기 표면처리액(120)으로부터 분리된 O-H기는 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 존재하는 유기 오염물질과 직접 반응하여 유기 오염 물질을 휘발성 물질로 변화시켜 제거함으로써, 상기 기판(1)의 접합면(1a)을 세정한다. 이에 따라, 세정된 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)과 세정된 또다른 기판의 접합면을 본딩시킬 경우, 본딩 결함이 감소된다.
상기 자외선(UV)(110)은 150 내지 400nm의 파장을 가지며, 바람직하게는 상 기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)을 활성화하고 오존을 발생시킬 있는 정도의 파장인 170 내지 260nm의 파장을 가진다. 상기 자외선(UV)(110)은 스캔(scan) 방식에 의하여 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 조사될 수 있으며, 본 발명에서 자외선의 조사 방식을 한정하는 것은 아니다.
상기 표면처리액(120)은 탈이온수 또는 H2O2-NH4OH-H2O(SC-1)용액이 사용될 수 있다. 상기 표면처리액(120)은 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 존재하는 Si 이온과 결합되는 OH이온을 공급하게 된다. 즉, 상기 표면처리액(120)은 상술한 바와 같이 상기 자외선(UV)(110)과 공기중의 산소의 반응에 의해 발생되는 오존에 의해 O-H기로 분리되어, O-H기가 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 존재하는 Si 이온에 결합되게 한다. 이에 따라, 상기 표면처리액(120)은 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)을 친수성화하여 활성화함으로써, 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)과 다른 기판의 접합면의 본딩강도를 높일 수 있다. 또한, 상기 표면처리액(120)은 상술한 바와 같이 OH 이온을 공급함으로써, 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 존재하는 유기물, 먼지 기타 오염원을 제거하는데 사용될 수 있다. 이와 같이, 상기 표면처리액(120)은 상기 자외선(UV)(110)과 함께 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 대한 활성화뿐 아니라 세정을 하는데 사용될 수 있다.
상기 표면처리액(120)은 초음파(Megasonic) 또는 가열(heating)에 의하여 무화된 상태로 공급될 수 있다. 여기서, 무화된 상태는 수증기, 안개, 김을 포함하는 증기 상태를 의미한다. 상기 표면처리액(120)은 초음파 또는 가열에 의하여 무화된 상태로 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 공급되므로, 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 적은양의 분무량을 가지고 전체적으로 균일하게 공급될 수 있다. 상기 표면처리액(120)은 노즐 분사에 의하여 공급될 수 있다.
상기 자외선(UV)(110)과 상기 표면처리액(120)은 동시에 또는 순차적으로 공급될 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 자외선(UV)(110)과 상기 표면처리액(120)이이 동시에 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 공급될 수 있다. 또한, 상기 자외선(UV)(110)과 상기 표면처리액(120)은 교대로 공급될 수 있다. 즉, 먼저 상기 표면처리액(120)이 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 공급되고, 다시 상기 자외선(UV)(110)이 제 1 기판(1)에 공급된다. 또한, 상기 자외선(UV)(110)과 상기 표면처리액(120)은 각각 2회 이상 교대로 공급될 수 있다.
상기 제 1 기판 표면처리단계(S20)는 상기 자외선(UV)(110)과 상기 표면처리액(120)이 제 1 공정챔버(10)에서 진행되는 단일 공정에 공급되어 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 대한 활성화 공정뿐 아니라 세정 공정이 보다 효율적으로 진행될 수 있도록 한다. 또한, 상기 제 1 기판 표면처리단계(S20)는 제 1 기판(1)이 상기 자외선(UV)(110)과 상기 표면처리액(120)에 의해 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 대한 활성화 공정과 세정공정이 동시에 진행될 수 있도록 하여, 보다 효율적으로 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 대한 표면처리를 진행할 수 있도록 한다.
상기 제 1 기판 표면처리단계(S20)는 제 1 기판(1)을 고정된 상태 또는 회전시키면서 상기 표면처리액(120)을 공급하도록 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 제 1 기판 표면처리단계(S20)는 상기 제 1 기판(1)에 상기 자외선(110)과 상기 표면처 리액(120)이 균일하게 공급되도록 하여, 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 대한 활성화뿐 아니라 세정이 전체적으로 균일하게 이루어질 수 있도록 한다.
상기 제 1 기판 표면처리단계(S20)는 상기 자외선(UV)(110)과 상기 표면처리액(120)을 제 1 기판(1)의 일측에서 타측으로 순차적으로 공급되도록 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제 1 기판 표면처리단계(S20)는 상기 자외선(110)과 상기 표면처리액(120)을 공급하는 부분이 제 1 기판(1)의 일측에서 타측으로 스캔하면서 공급되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 기판 표면처리단계(S20)는 상기 제 1 기판(1)에 상기 자외선(110)과 상기 표면처리액(120)이 균일하게 공급되도록 하여, 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 대한 활성화뿐 아니라 세정이 전체적으로 균일하게 이루어질 수 있도록 한다.
상기 제 1 기판 건조단계(S25)는 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 존재하는 표면처리액(120)을 제거하여 건조하는 단계이다. 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)은 표면처리를 위하여 공급되었던 표면처리액(120)이 존재하게 된다. 따라서, 상기 제 1 기판(1)은 다른 기판과의 접합을 위하여 접합면(1a)에 존재하는 표면처리액(120)이 제거되어야 한다. 한편, 상기 제 1 기판(1)은 제 2 기판(2)과 접합된 후에 어닐링 과정을 거치게 되면서 표면처리액(120)이 제거되므로 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 존재하는 표면처리액(120)이 완벽하게 제거될 필요는 없다. 다만, 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 표면처리액(120)이 많이 존재하게 되면 접합에 방해가 되므로 제거해 주는 것이 바람직하다.
상기 제 1 기판 건조단계(S25)는 제 1 기판(1)을 회전시켜 건조하는 스핀 건조 방법 또는 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 질소와 같은 불활성 가스를 블로잉하여 건조하는 블로잉 건조방법으로 수행될 수 있다. 상기 제 1 기판(1)의 표면에 잔존하는 표면처리액(120)은 상기에서 설명한 바와 같이 완벽하게 제거할 필요가 없게 되므로 스핀 건조 방법 또는 블로잉 건조방법에 의한 건조가 가능하게 된다.
한편, 상기 제 1 건조 단계(S25)는 상기 제 1 기판(1)과 상기 제 2 기판(2)의 본딩 효율을 위해 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)을 표면처리한 직후 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 다시 표면처리액을 도포한 후 상기 제 1 기판(1)을 건조할 수 있다.
상기 제 1 기판 인출장입단계(S30)는 제 1 기판(1)을 제 1 공정챔버(10)에서 인출하여 제 2 공정챔버(20)에 장입하는 단계이다. 상기 제 1 공정챔버(10)는 상기에서 설명한 바와 같이 상기 자외선(UV)(110)과 상기 표면처리액(120)의 공급이 가능한 공정 챔버이다. 상기 제 2 공정챔버(20)는 진공의 형성이 가능한 공정 챔버이다. 또한, 상기 제 2 공정챔버(20)는 필요한 경우에 내부를 가열할 수 있는 가열수단을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 제 1 기판(1)은 활성화와 세정을 포함하는 표면처리가 완료된 후에 제 1 공정챔버(10)로부터 인출되어 다른 기판, 예를 들어 제 2 기판(2)과 본딩을 위하여 제 2 공정챔버(20)로 장입된다. 이때, 상기 제 1 기판(1)은 접합면(1a)이 상부를 향하도록 장입될 수 있다.
상기 제 2 기판 장입단계(S40)는 제3 공정챔버(30)에 제 2 기판(2)의 접합면(2a)이 상부를 향하도록 제 2 기판(2)을 장입하는 단계이다. 상기 제 2 기판 장입단계(S40)는 제 3 공정챔버(30)에 제 2 기판(2)을 장입하는 점을 제외하고는 제 1 기판 장입단계(S10)과 동일하므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
상기 제 3 공정챔버(30)는 제 1 공정챔버(10)와 동일하게 상기 자외선(110)과 상기 표면처리액(120)을 함께 공급할 수 있는 공정챔버이다. 상기 제 2 기판(2)이 제 1 공정챔버(10)와 별도의 공정챔버인 제 3 공정챔버(30)에서 활성화 및 세정되는 경우에, 기판의 본딩에 소요되는 공정시간을 줄일 수 있게 된다.
한편, 상기 제 2 기판 장입단계(S40)는 제 1 기판(1)의 표면처리가 진행되는 제 1 공정챔버(10)에서 진행될 수 있다. 즉, 상기 제 3 공정챔버(10)는 제 1 공정챔버(10)와 동일한 기능을 갖는 공정챔버일 수 있다. 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)이 동일한 공정챔버에서 표면처리되는 경우에 공정시간이 상대적으로 길어질 수 있다. 그러나, 상기 기판을 본딩하는 장비의 구조가 보다 간단해 질 수 있다.
상기 제 2 기판 표면처리단계(S50)는, 도 5 내지 도 6을 참조하면, 제 2 기판(2)의 접합면(2a)에 상기 자외선(UV)(110)과 상기 표면처리액(120)을 공급하여 제 2 기판(2)의 접합면(2a)을 표면처리하는 단계이다. 한편, 도 6에서 제 1 기판(2)의 접합면(2a)에 도시된 다수의 직선들은 표면처리된 것을 나타낸 것이다. 상기 제 2 기판 표면처리단계(S50)는 제 3 공정챔버(30)에서 제 2 기판(2)이 표면처리되는 점을 제외하고는 제 1 기판 표면처리단계(S20)와 동일 또는 유사하므로 여 기서 상세한 설명은 생략한다.
상기 제2기판 건조단계(S55)는 제 2 기판(2)의 접합면(2a)에 존재하는 표면처리액(120)을 제거하여 건조하는 단계이다. 상기 제 2 기판 건조단계(S55)는 제 3 공정챔버(30)에서 제 2 기판(2)이 건조되는 점을 제외하고는 제 1 기판 건조단계(S25)와 동일 또는 유사하므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
상기 제 2 기판 인출장입단계(S60)는 제 2 기판(2)을 제 3 공정챔버(30)에서 인출하여 제 2 공정챔버(20)에 제 2 기판(2)의 접합면(2a)이 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)과 서로 대향하도록 장입하는 단계이다. 상기 제 2 기판 인출장입단계(S60)는 제 1 기판 인출장입단계(S30)와 동일 유사하므로 여기서 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 제 2 기판(2)의 접합면(2a)은 제 2 공정챔버(20)에서 제 1 기판(1)의 접합면(1a)과 서로 대향하도록 장입된다. 또한, 상기 제 2 기판(2)의 접합면(2a)은 제 1 기판(1)의 접합면(1a)과 이격되도록 장입된다. 상기 제 2 기판(2)과 제 1 기판(1)은 외측에 설치되는 이격 플레이트에 의하여 이격될 수 있다.
상기 기판 본딩단계(S70)는 제 2 공정챔버(20)에서 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 기판(1)의 접합면(1a)과 제 2 기판(2)의 접합면(2a)을 본딩하는 단계이다. 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)과 제 2 기판(2)의 접합면(2a)이 서로 접촉된 후 상부에서 가압수단에 의하여 일정한 압력이 가해지면서 가압된다. 따라서, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)은 서로 접촉된 상태에서 접합된다. 또한, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)은 가압되어 접촉된 후에 어닐링을 통하여 표면처리액(120)이 완전히 제거되면서 완전하게 접합된다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)과 제 2 기판(2)의 접합면(2a)이 가압되어 접합되면, 제 1 기판(1)과 접합면(1a)에 존재하는 Si-O-H기와 제 2 기판(2)과 접합면(2a)에 존재하는 Si-O-H기가 결합된다. 이때, 상기 제 1 기판(1)의 접합면(1a)에 존재하는 O-H기는 제 2 기판(2)의 접합면(2a)에 존재하는 O-H기와 반데르발스 결합을 하게 된다. 한편, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 접합면 사이에 수분(H2O)이 존재하게 된다. 상기 접합된 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)은 어닐링 과정을 통하여 제 1 기판(1)의 Si-O-H기와 제 2 기판(2)의 Si-O-H기의 결합에서 H2O가 분리되면서 Si-O-Si 결합에 의하여 완전하게 접합된다. 또한, 제 1 기판(1)의 접합면(1a)과 제 2 기판(2)의 접합면(2a) 사이에 존재하는 수분은 어닐링 과정을 통하여 완전히 제거된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩방법은 단일 공정에서 자외선(UV)과 무화된 표면처리액을 이용하여 기판의 표면에 대한 활성화 및 세정을 포함하는 표면처리를 수행함으로써, 기판의 공정 수율, 생산성 및 본딩특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩방법은 기판 표면처리 공정과 기판 본딩공정을 인시츄로 수행하여 기판 표면이 오염되는 것을 방지하여 본딩특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩 방법을 위한 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 본딩방법의 순서도를 나타낸다.
도 3은 제 1 기판의 접합면에 자외선이 조사되고 무화된 표면처리액이 공급되는 상태를 보여주는 단면도이다.
도 4는 제 1 기판의 접합면이 활성화된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 5는 제 2 기판의 접합면에 자외선이 조사되고 무화된 표면처리액이 공급되는 상태를 보여주는 단면도이다.
도 6은 제 2 기판의 접합면이 활성화된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 7은 제 1 기판과 제 2 기판이 본딩된 상태를 보여주는 단면도이다.

Claims (13)

  1. 제 1 공정챔버에 제 1 기판의 접합면이 상부를 향하도록 상기 제 1 기판을 장입하는 제 1 기판 장입단계;
    상기 제 1 기판의 접합면에 자외선(UV)을 조사하고 무화된 표면처리액을 공급하여, 상기 제 1 기판의 접합면을 표면처리하는 제 1 기판 표면처리단계;
    상기 제 1 기판을 상기 제 1 공정챔버에서 인출하여 제 2 공정챔버에 장입하는 제 1 기판 인출장입단계;
    제 3 공정챔버에 제 2 기판의 접합면이 상부를 향하도록 상기 제 2 기판을 장입하는 제 2 기판 장입단계;
    상기 제 2 기판의 접합면에 자외선(UV)을 조사하고 무화된 표면처리액을 공급하여, 상기 제 2 기판의 접합면을 표면처리하는 제 2 기판 표면처리단계;
    상기 제 2 기판을 상기 제 3 공정챔버에서 인출하여 제 2 공정챔버에 상기 제 2 기판의 접합면이 상기 제 1 기판의 접합면과 서로 대향하도록 장입하는 제 2 기판 인출장입단계; 및
    상기 제 1 기판의 접합면과 제 2 기판의 접합면을 본딩하는 기판 본딩단계를 포함하며,
    상기 제 1 기판 표면처리 단계 또는 상기 제 2 기판 표면처리 단계 후에는 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판을 건조하는 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정챔버와 상기 제 3 공정챔버는 상기 자외선(UV)을 조사하고 동 시에 상기 무화된 표면처리액을 공급할 수 있도록 형성되며, 상기 제2 공정챔버는 진공 챔버 또는 상압챔버인 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정챔버와 제 3 공정챔버는 동일한 기능을 갖는 공정챔버인 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면처리액은 탈이온수 또는 H2O2-NH4OH-H2O(SC-1)용액인 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면처리액의 무화는 초음파(megasonic) 또는 가열(heating)에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선의 조사와 상기 무화된 표면처리액의 공급은 동시에 또는 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무화된 표면처리액은 노즐 분사에 의하여 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선(UV)은 150 내지 400 nm의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 표면처리 단계 또는 상기 제 2 기판 표면처리 단계는 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판을 고정시킨 상태 또는 회전시키면서 상기 자외선과 상기 무화된 표면처리액이 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판에 공급되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 표면처리 단계 또는 상기 제 2 기판 표면처리 단계는 상기 상기 자외선과 상기 무화된 표면처리액이 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 일측에서 타측으로 순차적으로 공급되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 단계는
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 본딩 효율을 위해 상기 제 1 기판의 접합면 또는 상기 제 2 기판의 접합면을 표면처리한 직후 상기 제 1 기판의 접합면 또는 상기 제 2 기판의 접합면에 다시 상기 표면처리액을 도포한 후 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판을 건조하는 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 단계는 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판을 회전시켜 건조하는 스핀 건조 방법 또는 상기 제 1 기판 또는 제 2 기판의 접합면에 불활성 가스를 블로잉하여 건조하는 블로잉 건조방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 본딩방법.
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