기판들의 접합, 서로 붙이기
웨이퍼, 혹은 기판 접합 기술은 미리 가공된 실리콘 기판이나 유리 기판 등을 서로 접합하여 물리적, 그리고 전기적으로 연결시키는 것을 말합니다. 이러한 기판 접합 기술은 두 종류로 구분이 되죠. 즉, 접합되는 기판들 사이에 아무런 접착제나 접합용 매개물이 없이 정전력이나 화학적 결합과 용융 과정을 통하여 접합이 일어나는 직접 접합(direct bonding)과 솔더나 프릿, 혹은 에폭시와 같은 접착 매개물을 이용하는 중간층을 사용하는 접합(bonding with intermediated layers)로 분류할 수 있습니다. 직접 접합에서는 정전기력으로 절연체와 (반)도체, 두 기판이 결합되는 정전 열 접합(electrostatic bonding), 혹은 양극 접합(anodic bonding)과 초기의 약한 결합 후에 열처리 과정을 통하여 두 기판 간에 실제적인 용융이 일어나면서 접합이 완성되는 용융 접합(fusion bonding)이 대표적입니다. 반면에 중간층을 사용하는 접합에는 실리콘과 금의 혼합물과 같은 솔더를 사용하는 접합, 유리 프릿이나 저융점 유리, 고분자, 즉, 에폭시 등을 사용하는 접합, 이런 재료들에 열 압착 방법을 적용하는 접합 등이 있죠.
MEMS와 같은 초청정 고내구성 접합이 요구되는 경우에는 주로 접착제를 필요로 하지 않는 직접 접합 공정을 많이 이용하게 됩니다. 이렇게 함으로써 청정하고, 접합될 기판들 간에 정렬이 잘 되는 접합이 가능하고 집적 회로 공정과 친화성이 있으며, 완전한 고체 상태에서의 접합, 대면적 접합, 웨이퍼 레벨의 접합, 그리고 강하며 안정적인 접합 등을 이룰 수 있죠.
접합 공정은 비단 밀봉(sealing)이나 패키징에만 사용되지는 않습니다. 이에 더하여 보다 복잡한 3차원 MEMS 구조물을 만드는 데에도 효과적으로 이용할 수 있죠. 예를 들어 두 기판을 각각 임의의 형태로 가공을 하고, 둘을 접합한 다음에 패터닝과 식각 공정을 추가하면 다소 복잡한 3차원 구조물을 좀 더 쉽게 만들 수 있습니다. 그리고, 접합 후, 공정을 마친 후에 한 쪽 기판을 완전히 제거하면, 공정 온도나 식각 등에서 함께 만들어질 수 있는 구조물이나 소자들이 하나의 기판 위에 놓일 수도 있습니다. 이와 같이 함께 만들기 어려운 소자를 각각 별도의 기판 위에 만들어서 다른 기판으로 이동하는 기술을 전사(transfer)라고 하죠. 기판 접합 공정을 활용하면, 접합, 전사, 3차원 구조물 제작, 패키징 과정이 웨이퍼 레벨에서 이루어지고, 최종 공정이 마무리되어 소자가 완성된 뒤 개별 칩으로 나누는 것이 가능합니다. 이러한 웨이퍼 레벨 가공과 패키징 공정은 개별 칩들로 나눈 다음에 후속 공정을 진행하는 다이 레벨 공정에 비해 생산에 걸리는 시간이 줄어들고 단위 시간에 생산할 수 있는 수량이 훨씬 증가하여 비약적인 생산성 향상을 이룰 수 있습니다.
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