KR100558066B1 - 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치 및 방법 - Google Patents

적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수 개의 반도체 칩(Chip) 또는 반도체 패키지(Package)가 메탈 범프(Metal Bump)에 의해 적층된 적층형 반도체 디바이스(Stack Type Semiconductor Devices)의 메탈 범프 리페어(Repair) 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치는 적층형 반도체 디바이스가 고정되는 스테이지부와, 레이저 빔(Laser Beam)을 조사하는 레이저 빔 조사부와, 레이저 빔 조사부를 이동시키는 구동부와, 및 레이저 빔 조사부와 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 방법은 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프가 검사되는 제 1 단계와, 불량 메탈 범프에 순차적으로 레이저 빔이 조사됨에 따라 불량 메탈 범프가 리페어되는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 적층된 반도체 칩 또는 반도체 패키지의 분리없이 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 투과하는 레이저 빔에 의해 불량 메탈 범프가 국부적으로 리페어되고, 이로 인해 제품 수율이 향상되며, 제조 공정비의 손실이 줄어든다.
적층형 반도체 디바이스, 메탈 범프, 리페어(Repair) 장치, 웨이퍼 레벨 적층 칩 패키지, 볼 그리드 어레이(BGA), 투과 레이저 빔, X-ray

Description

적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치 및 방법{Apparatus and Method for Repairing a Metal Bump of Stack Type Semiconductor Devices}
도 1은 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치와 X-ray 검사 장치가 연결된 상태를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 방법을 나타낸 순서도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
101: 메탈 범프 리페어 장치 102: 적층형 반도체 디바이스
102a: 반도체 칩 103: 레이저 빔
104: 레이저 빔 조사부 105: 스테이지부
106: 구동부 107: 제어부
108: 광원부 109: 광학부
109a: 집광 렌즈 109b: 미러
110: X-ray 검사장치 111: X-ray
112: 수직 연결 금속층 113: 메탈 범프
114: 빔 스플리터 115: 파장감지센서
본 발명은 반도체 디바이스(Stack Type Semiconductor Devices)의 불량 메탈 범프(Metal Bump) 리페어(Repair) 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메탈 범프에 의해 다수 개의 반도체 칩(Chip) 또는 반도체 패키지(Package)가 적층된 적층형 반도체 디바이스의 불량 메탈 범프를 리페어하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 디바이스는 전자기기의 기능 증대와 크기 감소 추세에 따라 다기능화, 대용량화 및 소형화되고 있다. 이에 따라 개발된 반도체 디바이스로서 메탈 범프 본딩(Bonding) 기술을 적용하여 다수 개의 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 적층시킨 적층형 반도체 디바이스가 알려져 있다. 그 대표적인 적층형 반도체 디바이스로는 다수 개의 반도체 칩을 기판 상에 적층시키고 외부접속단자로서 볼을 사용하는 적층형 볼 그리드 어레이 패키지(Stack Type Ball Grid Array Package)와 웨이퍼 레벨(Wafer Level)에서 제조되는 웨이퍼 레벨 적층 칩 패키지(Wafer Level Stack Chip Package)가 있다.
이와 같이 메탈 범프 본딩에 의한 적층 구조를 갖는 적층형 반도체 디바이스는 다수 개의 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 적층시킨 후 그 적층물을 기판에 실장시키거나, 또는 기판에 차례로 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 실장시키는 과정 을 거쳐 제조된다.
일반적으로 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프는 표면에 산화막이 형성되는 것을 방지하기 위해 플럭스(Flux)막이 코팅된다. 그러나, 적층형 반도체 디바이스 제조 과정에서 가해지는 열과 압력에 의해 플럭스 막이 손상되어 메탈 범프 표면에 산화막이 형성될 수 있다. 또한, 메탈 범프와 범프 패드 사이의 열팽창 계수 차이로 인하여 메탈 범프가 손상되어 다수 개의 반도체 칩 또는 반도체 패키지 사이에 본딩 불량이 발생될 수 있다. 이로 인해 적층형 반도체 디바이스의 전기적 손실이 발생되어 적층형 반도체 디바이스의 동작에 대한 신뢰성이 감소될 수 있다.
이러한 적층형 반도체 디바이스에서 메탈 범프의 손상 문제를 해결하기 위한 방법으로서, 적층형 반도체 디바이스 전체에 열을 가해 적층된 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 분리시킨 후에 불량 메탈 범프를 리페어하거나 정상적인 메탈 범프로 교체한 후 다시 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 적층시키는 메탈 범프 리페어 방법이 제안되었다. 그러나, 이와 같은 메탈 범프 리페어 방법은 적층형 반도체 디바이스의 열적 스트레스(Thermal Stress)로 인한 많은 문제들을 발생시킬 뿐만 아니라, 불량 메탈 범프가 제거된 범프 패드 부분에 메탈 범프의 찌꺼기가 남지 않도록 깨끗하게 제거하는 데에도 어려움을 가지고 있어서 그 적용이 어려웠다.
특히, 웨이퍼 레벨 적층 칩 패키지의 경우 웨이퍼 상태에서 적층이 이루어지기 때문에 적층 후에는 특정 적층형 반도체 디바이스에 대한 리페어 작업을 수행하는 것이 거의 불가능하였다.
따라서, 종래에는 메탈 범프에 의해 반도체 칩 또는 반도체 패키지가 적층된 적층형 반도체 디바이스 제조 과정에서 메탈 범프의 손상이 발생된 경우 리페어 작업을 거치지 않고 적층형 반도체 디바이스 자체를 폐기시키고 있으며, 그로 인해 제품의 수율이 저하되고 제조 비용의 막대한 손실이 발생되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 다수 개의 반도체 칩 또는 반도체 패키지가 메탈 범프에 의해 적층된 구조를 갖는 적층형 반도체 디바이스의 제조 과정에서 메탈 범프의 불량 발생 시 적층된 다수 개의 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 분리시키지 않고 불량 메탈 범프를 손쉽게 리페어할 수 있는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치 및 방법을 제시하고자 한다.
본 발명은 메탈 범프에 의해 다수 개의 반도체 칩 또는 반도체 패키지가 적층된 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치로서, 적층형 반도체 디바이스가 고정되는 스테이지부와, 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사부와, 레이저 빔 조사부와 연결되어 레이저 빔 조사부를 이동시키는 구동부, 및 레이저 빔 조사부 및 구동부와 연결되어 레이저 빔 조사부에서 조사된 레이저 빔이 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 투과하여 리페어하고자 하는 불량 메탈 범프에 초점이 놓여지도록 하고 불량 메탈 범프를 용융시키는 소정의 파워를 갖도록 레이저 빔 조사부를 제어하고, 레이저 빔 조사부에서 발생된 레이저 빔이 불량 메탈 범프에 조사되도록 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치는 레이저 빔 조사부가 소정의 파장과 파워를 가진 레이저 빔을 방출시키는 광원부와, 레이저 빔이 불량 메탈 범프에 소정의 방향 및 소정의 스폿(Spot) 크기로 조사되도록 레이저 빔을 유도하는 광학부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치는 광학부가 광원부에서 방출되는 레이저 빔의 조사 경로를 변경시키는 미러(Mirror)와, 그 미러를 통해 조사 경로가 변경된 레이저 빔의 초점이 리페어하고자 하는 불량 메탈 범프에 놓이도록 레이저 빔을 모으는 집광 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치는 제어부가 미러를 제어하여 레이저 빔 반사각도를 변경시키고, 집광 렌즈가 변경된 레이저 빔의 조사 경로 상에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치는 레이저 빔 조사부가 불량 메탈 범프에 조사되는 레이저 빔의 초점심도(Depth of Focus)를 파악하도록 레이저 빔의 파장을 감지하는 파장감지센서를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치는 불량 메탈 범프에 조사되는 레이저 빔의 스폿 직경이 20㎛ 이상 150㎛ 이하인 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스 메탈 범프 리페어 방법은 메탈 범프에 의해 다수 개의 반도체 칩 또는 반도체 패키지가 적층된 반도체 디바이스의 불량 메탈 범프를 리페어하는 적층형 반도체 디바 이스의 메탈 범프 리페어 방법으로서, 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프가 검사되는 제 1 단계, 및 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 투과하는 레이저 빔이 적층형 반도체 디바이스의 불량 메탈 범프에 순차적으로 조사됨에 따라 발생되는 고온의 열에 의해 불량 메탈 범프가 재용융되어 리페어되는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스 메탈 범프 리페어 방법은 메탈 범프 검사가 X-ray 검사인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스 메탈 범프 리페어 방법은 레이저 빔이 CO2 레이저 빔, 또는 Nd:YAG 레이저 빔인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스 메탈 범프 리페어 방법은 레이저 빔이 반도체 칩 투과 파장 영역인 근적외 파장 영역을 갖는 레이저 빔인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스 메탈 범프 리페어 방법은 불량 메탈 범프에 조사되는 레이저 빔의 파워(Power)가 20W(Watts) 이상 70W(Watts) 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스 메탈 범프 리페어 방법은 반도체 칩 투과 파장 영역이 0.7㎛ 이상 1.2㎛ 이하인 것이 바람직하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치와 X-ray 검사 장치가 연결된 상태를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스(102)의 메탈 범프 리페어 장치(101)는 적층형 반도체 디바이스(102)가 고정되는 스테이지부(105)와, 적층형 반도체 디바이스(102)에 레이저 빔(103)을 조사하는 레이저 빔 조사부(104)와, 적층형 반도체 디바이스(102)를 투과한 레이저 빔(103)이 불량 메탈 범프(113')에 조사되도록 레이저 빔 조사부(104)를 구동시키는 구동부(106), 및 레이저 빔 조사부(104)와 구동부(106)를 제어하는 제어부(107)를 포함한다.
여기서, 적층형 반도체 디바이스(102)는 상부면 양측 가장자리에 상부면에서 하부면으로 관통된 수직 연결 금속층(112)들이 형성된 반도체 칩(102a)이 다수 개 적층된 구조로서, 봉지되지 않은 상태이다. 또한, 반도체 칩(102a)은 수직 연결 금속층(112)들이 메탈 범프(113)로 본딩되어 전기적인 연결을 이루며 적층되어 있다.
레이저 빔 조사부(104)는 원형의 레이저 빔(103)을 발생시켜 방출하는 광원부(108)와, 광원부(108)에서 방출된 레이저 빔(103)을 소정의 영역으로 조사되도록 레이저 빔(103)의 조사 경로를 조정하는 광학부(109)를 포함한다.
광원부(108)는 CO2 레이저 빔 또는 Nd:YAG(Neodymium:Yttrium Aluminum Garnet) 레이저 빔(103)을 발생시켜 방출시키고, 방출되는 레이저 빔(103)이 평행 광이 되도록 콜리메이트 렌즈(Collimate Lens)(도시 되지 않음)를 포함한다.
광학부(109)는 광원부(108)에서 방출된 레이저 빔(103)의 조사 경로를 변경하기 위한 미러(109b)와, 미러(109b)를 통해 반사된 레이저 빔(103) 중 약 반 정도를 투과시켜 반도체 디바이스(102)에 조사되도록 하고 나머지를 반사시키는 빔 스플리터(114)와, 빔 스플리터(Beam Splitter)(114)를 통해 투과된 레이저 빔(103)이 소정 크기의 단면을 갖는 스폿(Spot) 크기를 갖도록 집광 렌즈(109a)를 포함한다. 여기서, 불량 메탈 범프(113')에 조사되는 레이저 빔(103)의 스폿 직경은 20㎛ 이상 150㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 광학부(109)에는 레이저 빔(103)의 조사 경로를 유도하기 위해 다수 개의 미러, 렌즈, 및 거울 등이 포함될 수 있으며, 집광 렌즈(109a)는 불량 메탈 범프(113') 상에 조사되는 레이저 빔(103)의 초점거리를 변화시키기 위해 미러(109b) 방향 또는 적층형 반도체 디바이스(102) 방향으로 이동될 수 있다.
그리고, 레이저 빔 조사부(104)에는 적층형 반도체 디바이스(102)의 불량 메탈 범프(113')에 조사되는 레이저 빔(103)의 초점심도를 파악하기 위해 빔 스플리터(114)에서 반사된 레이저 빔(103)의 파장을 감지하기 위한 파장감지센서(115)가 부착된다.
초점심도란 초점이 정확히 맺히는 범위를 나타낸 것으로, 적층형 반도체 디바이스(102) 내부에 존재하는 불량 메탈 범프(113')에 조사되는 레이저 빔(103)의 초점심도가 너무 크게 되면, 해상도가 낮아져 레이저 빔(103) 파워가 예상했던 것보다 적어지게 되어 불량 메탈 범프(113')의 용융이 제대로 되지 않게 되거나, 적 층형 반도체 디바이스(102) 내에서 불량 메탈 범프(113') 주위에 형성된 물질에 소정 온도의 열이 가해져 특성이 변하게 되는 등의 영향을 주게 된다. 따라서, 레이저 빔(103)의 초점심도를 측정하는 것은 매우 중요하다.
여기서, 레이저 빔의 초점심도(DOF : Deepth Of Focus)를 구하는 식은 다음과 같다.
DOF =λ/(NA2)
여기서, λ는 파장, NA(Numerical Aperture)는 개구수를 나타낸다. 따라서, 집광 렌즈의 개구수 및, 파장감지센서(115)에 의해 검출된 레이저 빔(103)의 파장을 통하여 레이저 빔(103)의 초점심도를 파악할 수 있다.
스테이지부(105)는 적층형 반도체 디바이스(102)를 탑재 후 고정시키는 장치로, 편의에 따라 구동 시스템이 구비되어 상하·좌우로 구동될 수 있다.
구동부(106)는 스테이지부(105)에 고정된 적층형 반도체 디바이스(102) 사이에 형성된 메탈 범프(113) 중 조사하고자 하는 불량 메탈 범프(113')에 정확하게 레이저 빔(103)의 초점이 놓여지도록 레이저 빔 조사부(104)를 구동시키는 장치이다.
제어부(107)는 구동부(106) 및 레이저 빔 조사부(104)와 연결되어, 프로그램 된 프로세스에 따라 그들을 제어한다. 즉, 제어부(107)는 레이저 빔 조사부(104)가 프로그램 된 이동 경로를 따라 정확하고 정밀하게 이동되도록 구동부(106)를 제어하여 레이저 빔(103)의 초점이 리페어하려는 불량 메탈 범프(113') 위치에 정확하게 놓여지도록 하고, 레이저 빔 조사부(104)를 제어하여 레이저 빔 조사부(104)에서 소정의 파장 및 소정의 파워를 가진 레이저 빔(103)이 방출되도록 한다.
또한, 제어부(107)는 레이저 빔 조사부(104)의 미러(109b)를 제어하여 미러(109b)의 반사면 각도를 회전시켜 레이저 빔(103) 반사 각도를 변경시킴으로써 레이저 빔(103) 조사 경로가 변경되고, 변경된 레이저 빔(103) 조사 경로에 집광 렌즈(109a)를 구동시켜 위치시킴으로써 집광 렌즈(109a)에 의해 레이저 빔(103)이 20㎛ 이상 150㎛ 이하의 직경을 갖는 스폿으로 조사되도록 한다.
그리고, 제어부(107)는 X-ray 검사장치(110)와 연결되어 불량 메탈 범프 (113')의 위치정보를 전달받아 리페어 공정을 위한 레이저 빔(103) 파워 등의 공정 조건 및 공정 프로세스가 설정된다.
여기서, X-ray 검사 장치(110)는 분석하고자 하는 적층형 반도체 디바이스(102)에 X-ray(111)를 조사하여 적층형 반도체 디바이스(102)에 입사시킨 후, 회절되어 나오는 X-ray(111)의 각도를 검출하여 적층형 반도체 디바이스(102) 내부의 구조 및 특성 등을 분석하는 검사장치로서, X-ray(111)를 발생시키는 제너레이터(Generator)와, 반도체 디바이스(102)로의 X-ray(111)의 입사각도를 조절해 주는 고니오미터(Goniometer)와, 회절된 X-ray(111)를 검출하는 검출기(Detector)를 포함하여 구성된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치를 이용하는 경우를 예로하여 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 방법을 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3을 더 참조하면, 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스(102)의 메탈 범프(113) 리페어 방법은 적층형 반도체 디바이스(102)의 메탈 범프(113)가 검사되는 제 1 단계(201)와, 불량 메탈 범프(113')에 순차적으로 레이저 빔(103)이 조사됨에 따라 발생되는 고온의 열에 의해 불량 메탈 범프(113')가 재용융되어 리페어되는 제 2 단계(202)를 포함한다.
제 1 단계(201)는 X-ray 검사장치(110)를 통해 적층형 반도체 디바이스(102)의 메탈 범프(113)가 검사되는 단계로서, X-ray 검사장치(110)는 적층형 반도체 디바이스(102)에 X-ray(111)를 조사하여 회절되어 나오는 X-ray(111)를 검출기(도시 되지 않음)를 통해 검출함으로써, 적층형 반도체 디바이스(102) 내에 존재하는 불량 메탈 범프(113')에 대한 위치 정보가 획득되는 단계이다.
여기서, 적층형 반도체 디바이스(102)는 상부면 양측 가장자리에 상부면에서 하부면으로 관통된 수직 연결 금속층(112)들이 형성된 반도체 칩(102a)이 다수 개 적층된 구조로서, 봉지(Encapsulation)되기 전 상태이다. 또한, 반도체 칩(102a)은 수직 연결 금속층(112)들이 메탈 범프(113)로 본딩되어 전기적인 연결을 이루며 적층되어 있다.
제 2 단계(203)는 레이저 빔 조사부(104)에서 조사된 레이저 빔(103)이 적층형 반도체 디바이스(102)의 반도체 칩(102a)을 투과하여 불량 메탈 범프(113')에 초점이 놓여짐에 따라 발생되는 고온의 열에 의해 불량 메탈 범프(113')가 재용융 및 수직 연결 금속층(112)에 재본딩되어 리페어되는 단계이다. 여기서, 제 2 단계(202)는 아르곤(Ar), 또는 질소(N2) 등의 불활성 가스 분위기 속에서 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 제어부(107)에서 X-ray 검사장치(110)를 통해 전달받은 불량 메탈 범프(113')의 위치정보에 따른 레이저 빔 조사부(104)의 이동 경로 설정이 이루어지고, X-ray 검사를 마친 적층형 반도체 디바이스(102)가 스테이지부(105)로 이동되어 탑재된다.
이 후, 제어부(107)에 의해 구동부(106)가 구동되어 레이저 빔 조사부(104)를 리페어하고자 하는 불량 메탈 범프(113')에 레이저 빔(103)이 조사될 수 있는 위치로 이동시킨다.
이에 따라 레이저 빔 조사부(104)의 광원부(108)에서는 레이저 빔(103)을 발생시켜 방출시키고, 방출된 레이저 빔(103)은 광학부(109)를 통해 적층형 반도체 디바이스(102)의 불량 메탈 범프(113') 위치로 유도되어 불량 메탈 범프(113')에 초점이 놓이게 되며, 따라서 불량 메탈 범프(113')가 재용융 및 수직 연결 금속층(112)에 재본딩됨으로써 리페어된다.
이 후, 레이저 빔 조사부(104)가 제어부(107)에 프로그램 된 레이저 빔(103) 의 조사 경로를 따라 이동되고, 이에 따라 적층형 반도체 디바이스(102)의 모든 불량 메탈 범프(113')에 레이저 빔(103)이 순차적으로 조사됨으로써 모든 불량 메탈 범프(113')가 재용융 및 재본딩되어 리페어된다. 이 때, 적층형 반도체 디바이스(102)로 조사된 레이저 빔(103)은 반도체 칩(102a) 투과 파장 영역인 근적외 파장 영역 0.7㎛ 이상 1.2㎛ 이하의 파장을 갖고, 불량 메탈 범프(113')에 조사되는 레이저 빔(103)의 파워(Power)는 20W(Watts) 이상 70W(Watts) 이하이다.
여기서, 불량 메탈 범프(113')의 재용융 및 재본딩 시 불량 메탈 범프(113')는 온도가 급격히 증가되어 내부의 산소 고용 농도 또한 급격히 증가되고, 이에, 표면에 형성되어 있던 산화막에 포함된 산소가 불량 메탈 범프(113') 내부로 급격히 고용됨에 따라 표면에 존재하는 산소가 제거된다. 이 때, 불량 메탈 범프(113')의 재용융 및 재본딩은 불활성 가스 분위기에서 이뤄짐으로써 불량 메탈 범프(113') 표면에 다시 산화막이 형성되는 것이 방지된다.
또한, X-ray 검사장치(110)에서 획득된 불량 메탈 범프(113')의 위치 정보가 제어부(107)에 전달되는 방법은 검출기(도시 되지 않음)를 통해 직접 전달되거나, X-ray 검사장치(110)에 디스플레이 장치가 더 포함되어 검출된 위치 정보가 디스플레이 장치로 이동되고, 이를 통해 디스플레이 장치의 화면에 나타내짐으로써, 작업자가 디스플레이 장치의 화면을 통해 불량 메탈 범프(113')의 위치 정보를 파악하여 제어부(107)에 전달할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페 어 장치 및 방법은 적층형 반도체 디바이스 전체에 열을 가해 적층된 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 분리시키지 않고 적층형 반도체 디바이스를 투과한 레이저 빔에 의해 국부적으로 불량 메탈 범프를 재용융시켜 리페어함으로써, 열처리로 인한 문제가 발생되지 않고, 리페어 공정 시간 및 공정 비용이 줄어든다.
또한, 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치 및 방법은 종래에 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 불량 발생 시 적층형 반도체 디바이스 자체를 폐기시키는 것을 방지하는 것으로서, 이에 따라 반도체 디바이스의 제품 수율이 향상되고, 반도체 디바이스 제조 공정비의 손실이 감소된다.
그리고, 본 발명에 따른 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치 및 방법은 특히, 웨이퍼 레벨 적층 칩 패키지 구조와 같이 두께를 감소시키기 위해 적층된 반도체 칩 사이의 내부에 메탈 범프가 형성된 경우에도 국부적으로 불량 메탈을 리페어 할 수 있다는 장점을 가진다.

Claims (12)

  1. 메탈 범프에 의해 다수 개의 반도체 칩 또는 반도체 패키지가 적층된 적층형 반도체 디바이스의 불량 메탈 범프를 리페어(Repair) 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치로서,
    상기 반도체 디바이스가 고정되는 스테이지부;
    상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사부;
    상기 레이저 빔 조사부와 연결되어 상기 레이저 빔 조사부를 이동시키는 구동부; 및
    상기 레이저 빔 조사부 및 상기 구동부와 연결되어 상기 레이저 빔 조사부에서 조사된 상기 레이저 빔이 상기 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 투과하여 리페어하고자 하는 상기 불량 메탈 범프에 초점이 놓여지도록 하고 상기 불량 메탈 범프를 용융시키는 소정의 파워를 갖도록 상기 레이저 빔 조사부를 제어하고, 상기 레이저 빔 조사부에서 발생된 상기 레이저 빔이 상기 불량 메탈 범프에 조사되도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 빔 조사부는 소정의 파장과 파워를 가진 상기 레이저 빔을 방출시키는 광원부와, 상기 레이저 빔이 상기 불량 메탈 범프에 소정의 방향 및 소정의 스폿(Spot) 크기로 조사되도록 상기 레이저 빔을 유도하는 광학 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 광학부는 상기 광원부에서 방출되는 상기 레이저 빔의 조사 경로를 변경시키는 하나 이상의 미러(Mirror)와, 상기 미러를 통해 조사 경로가 변경된 상기 레이저 빔의 초점이 리페어 하고자 하는 상기 불량 메탈 범프에 놓이도록 상기 레이저 빔을 모으는 집광 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제어부는 상기 미러를 제어하여 상기 레이저 빔 반사각도를 변경시키고, 상기 집광 렌즈는 변경된 상기 레이저 빔의 조사 경로 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 빔 조사부는 상기 불량 메탈 범프에 조사되는 상기 레이저 빔의 초점심도(Depth of Focus)를 파악하도록 상기 레이저 빔의 파장을 감지하는 파장감지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 불량 메탈 범프에 조사되는 상기 레이저 빔의 상기 스폿 직경은 20㎛ 이상 150㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 장치.
  7. 메탈 범프에 의해 다수 개의 반도체 칩 또는 반도체 패키지가 적층된 적층형 반도체 디바이스의 불량 메탈 범프를 리페어(Repair)하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 방법으로서,
    상기 적층형 반도체 디바이스의 상기 메탈 범프가 검사되는 제 1 단계; 및
    상기 반도체 칩 또는 반도체 패키지를 투과하는 상기 레이저 빔이 상기 적층형 반도체 디바이스의 상기 불량 메탈 범프에 순차적으로 조사됨에 따라 발생되는 고온의 열에 의해 상기 불량 메탈 범프가 재용융되어 리페어되는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 메탈 범프 검사는 X-ray 검사인 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 레이저 빔은 CO2 레이저 빔, 또는 Nd:YAG 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 레이저 빔은 상기 반도체 칩 투과 파장 영역인 근적 외 파장 영역을 갖는 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 방법.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 불량 메탈 범프에 조사되는 상기 레이저 빔의 파워(Power)는 20W(Watts) 이상 70W(Watts) 이하인 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 반도체 칩 투과 파장 영역은 0.7㎛ 이상 1.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 적층형 반도체 디바이스의 메탈 범프 리페어 방법.
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