KR100779771B1 - 반도체 칩을 장착하는 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 칩을 장착하는 장치는 반도체 칩(7)을 잡고 운반하는데 진공이 적용될 수 있는 세로 드릴 구멍(9)을 갖는 픽업 툴(6)을 사용하는 결합 헤드(5)를 포함한다. 픽업 툴(6)이 반도체 칩(7)을 잡는지를 감지하기 위해, 반사면을 갖는 몸체(15)는 픽업 툴(6)의 세로 드릴 구멍(9)에 배치되며, 이것은 광원(10)에 걸쳐 통과될 때 반도체 칩(7)이 없을 경우에 하부로부터 수평면(17)에서의 픽업 툴(6)의 세로 드릴 구멍(9) 내로 빛나는 광을 편향시킨다. 픽업 툴(6)은 광원(10)의 편향된 광이 통과되는 배치를 갖는다. 적어도 1개의 광학 요소(19; 19.1, 19.2)는 결합 헤드(5)에 배치되며, 이것은 픽업 툴(6)로부터 측면에서 나오는 편향된 광의 적어도 일부를 포토센서(18) 상으로 집중시킨다.

Description

반도체 칩을 장착하는 장치{APPARATUS FOR MOUNTING OF SEMICONDUCTOR CHIPS}
도 1은 픽업 툴을 갖는 결합 헤드를 사용하여 반도체 칩을 장착하는 장치이며,
도 2는 본 발명에 따른 측정 시스템을 사용하는 결합 헤드의 단면도이며,
도 3은 측정 시스템의 제 1 실시예에 대한 평면도이며,
도 4는 픽업 툴의 상세도이며,
도 5는 측정 시스템의 제 2 실시예이고,
도 6은 평행한 빔을 발생시키는 광원이다.
본 발명은 청구항 1의 전제부에 지정된 형태의 반도체 칩을 장착하는 장치에 관한 것이다.
반도체 칩의 장착을 위해, 소위 다이 본더는 자동 조립 기계로 사용되며, 이것과 함께 결합 헤드는 반도체 칩이 제 1 위치에 배치되도록 집어올려서 반도체 칩을 제 2 위치의 기판 상에 배치시킨다. 결합 헤드는 반도체 칩이 운반되는 동안 지 지되는 진공 노즐을 사용하는 픽업 툴을 갖는다. 다른 측정 시스템은 반도체 칩이 성공적으로 집어올려지는 것을 검사하기 개발되었다. 제 1 측정 시스템에 있어서, 포토센서는 진공 노즐의 상단부에 있는 결합 헤드에 배치된다. 제 1 위치에서 기판까지 진행하여, 픽업 툴이 광원을 통과하며, 이것은 어떠한 반도체 칩도 픽업 툴에 배치되지 않을 때 포토센서에서 광 유도 펄스를 이 때 발생시킨다. 공간의 이유 때문에, 측정 시스템의 최적 개발은 결합 헤드가 가능한 가장 적은 질량을 갖는 다양한 기능을 수행해야 하므로 가능하지 않다.
다른 공지된 측정 시스템에 있어서, 반도체 칩은 운반되는 동안 광 장벽을 통하여 보내진다. 이러한 시스템이 갖는 단점은 광 장벽이 운반 높이에서 정확하게 조정되어야 하는 것이다.
진공 노즐에서 진공의 강도 측정은 반도체 칩이 집어올려질 때 더 커야 하고, 밀봉된 노즐은 반도체 칩에 의한 밀봉이 다이 콜릿(die collet) 픽업 툴로는 매우 종종 불충분하므로 단지 부분적으로 적당해진다.
본 발명의 목적은 반도체 칩이 픽업 툴에 배치되는 것을 확실히 감지하고 조정되지 않아도 되는 측정 시스템을 개발하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따른 청구항 1의 특징부에 의해 해결된다.
상기 목적의 해결방안은 반도체 칩이 없을 경우에 픽업 툴의 세로 드릴 구멍에 접근하는 광원으로부터 방출되는 광이 세로 드릴 구멍에 직각 방사상인 광학 편향 요소에 의해 편향되고 편향을 위한 포토센서로 유도되는 측정 시스템으로 달성 된다. 또한, 측정 시스템은 포토센서 상에서 가능한 한 측면에서 나오는 광의 부분을 넓게 반사시키기 위해 반사기로 구성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예는 도면을 기초로 하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 예를 들면 유럽 특허 출원 EP 923 111에 공지되어 있는 바와 같이 반도체 칩을 장착하는 본 발명의 장치를 이해하는데 필요한 부분을 도시한다.
상기 장치는 결합 헤드(5)를 갖는 2개의 데카르트 좌표 방향(2, 3)으로 이동가능한 소위 픽 앤 플레이스 시스템(Pick and Place system)(1)을 포함하며, 이것은 제 1 위치(A)에서 제 2 위치(B)까지 반도체 칩(7)을 운반하는 픽업 툴(6)을 사용하여 수직 방향(4)으로 상승될 수 있고 하강될 수 있으며, 여기에서 반도체 칩(7)은 기판(8) 상에 배치된다.
픽업 툴(6)은 반도체 칩(7)을 잡기 위해 진공이 적용될 수 있는 세로 드릴 구멍(9)을 갖는다. 위치(A)에서 위치(B)까지 진행하여, 결합 헤드(5)는 단단히 배치된 광원(10)을 통과한다. 반도체 칩(7)이 픽업 툴(6)에 부착될 때, 광원(10)으로부터 나오는 어떠한 광도 광원(10)을 통과할 경우 세로 드릴 구멍(9)에 접근하지 못한다. 어떠한 반도체 칩(7)도 픽업 툴(6)에 제공되지 않으면, 이 때 광원(10)으로부터 나오는 어떠한 광도 세로 드릴 구멍(9)에 접근하지 못한다.
도 2는 픽업 툴(6) 및 광원(10)으로부터 나오는 광을 감지하는 측정 시스템을 갖는 결합 헤드(5)의 단면을 도시하며, 이것은 반도체 칩(7)이 없을 경우에 세로 드릴 구멍(9)에 접근한다. 픽업 툴(6)은 결합 헤드(5)에 관하여 수직 방향(4)으 로 이동될 수 있고 이의 세로축에서 회전가능하다. 픽업 툴(6)은 상부(11) 및 하부(12)를 포함하며, 이것은 둘 다 광이 통과되지 않는다. 상부(11) 및 하부(12)는 커플링 피스(coupling piece)(13)에 의해 연결되며, 이것은 광원(10)의 광이 통과된다. 커플링 피스(13)는 상부(11)에서의 세로 드릴 구멍(9) 및 하부(12)에서의 세로 드릴 구멍(9)에 삽입된다. 커플링 피스(13)는 세로 드릴 구멍(9)의 대칭축(14) 상의 중심에 반사 팁(16)을 구비한 몸체(15)를 갖는다. 팁(16)은 세로 드릴 구멍(9)의 대칭축(14)에 관하여 회전가능하게 대칭적이다. 팁(16)을 형성하는 표면은 형태에 있어서 원뿔이고 수직 방향(4)에서 45 °의 각을 가지므로 하부로부터 세로 드릴 구멍(9) 내로 광원(10)에서 비추어지는 광은 수평면(17) 내의 팁(16)에서 편향되어 픽업 툴(6)의 측면으로 나온다. 측면에서 나오는 광을 측정하는 포토센서(18) 및 포토센서(18) 상에서 수평면(17)으로 나오는 광을 편향시키고 또는 집중시키는 적어도 1개의 광학 요소(19)는 결합 헤드(5)에 배치된다. 설명의 명확함 때문에, 광학 요소(19)는 단지 개략적으로 도시된다. 이의 위치와 관련이 있는 상세도 및 부연 설명은 다음 도면(도 3 및 도 5)에서 고려된다. 포토센서(18)는 에를 들면 광 다이오드 또는 광 트랜지스터이다.
제 1 실시예에 있어서, 광학 요소(19)는 타원형을 갖는 반사기이며, 이것에 의해 반사 팁(16)은 타원의 한쪽 초점(20)(도 3)에 배치되고 포토센서(18)는 타원의 다른 한쪽 초점(21)(도 3)에 배치된다. 이러한 방법으로, 수평면(17)에서 나오는 광은 방향에 관계없이 포토센서(18) 상에서 편향되고 이것은 수평면(17)에서 처리된다.
도 3은 수평면(17)을 통한 단면에서의 타원 반사기(19'), 반사 팁(16) 및 포토센서(18)를 도시한다. 또한, 타원의 두 초점(20, 21)은 팁(16)에서 편향되는 광의 다른 빔 경로(22)와 마찬가지로 도시된다. 타원 반사기(19')는 이것에서 반사되는 광은 정면에서 포토센서(18)로 향하기 때문에 완전히 밀폐되지 않는다. 타원 반사기(19')에 있어서, 측면에서 나오는 광의 약 80 %는 포토센서(18) 상에 집중될 수 있다.
도 4는 2개의 광학 요소(19.1 및 19.2)가 포토센서(18) 상에서 수평면(17)으로 편향되는 광을 유도하기 위해 제공되는 제 2 실시예를 도시한다. 제 1 광학 요소(19.1)는 렌즈이며, 이것은 팁(16)에서 포토센서(18) 상으로 편향되는 광의 일부에 초점이 맞추어진다. 렌즈의 개구수는 될 수 있는 대로 크게 한다. 0.5의 개구수에 있어서, 개구각은 60 °에 달하므로 수평면(17)에서 나오는 광의 약 17 %는 포토센서(18)에 유도된다. 대칭축(14)은 렌즈의 초점(20)을 통과한다. 포토센서(18)는 렌즈의 초점(21)에 배치된다. 제 2 광학 요소(19.2)는 거의 원통형 및 원주에서 또한 약 60 °의 각을 갖는 반사기이며, 반사기는 이의 배면으로 향하는 광을 반사시키므로 이것은 렌즈를 지나 포토센서(18)에 또한 도달한다. 반사기는 광을 반사시켜야 하므로 이것은 몸체(15)의 팁을 통과하여 렌즈에 도달한다. 몸체(15)의 팁(16)에 의해 생기는 그림자 때문에, 약 10 내지 40 %에 달하는 어떠한 손실도 고려되지 않는다. 렌즈를 위해, 예를 들면, 반사 방지 코팅을 갖는 바이 비구면(bi-aspherical) 플라스틱 렌즈가 사용된다.
제 3 실시예에 있어서, 측정 시스템은 단지 제 1 광학 요소(19.1) 즉 렌즈를 포함하지만, 제 2 광학 요소(19.2) 즉 제 2 실시예의 반사기를 포함하지는 않는다. 그러나, 이것은 팁(16)에서 편향되는 광의 단지 작은 부분이 포토센서(18)에 초점이 맞추어지는 것을 허용한다.
광원(10)으로부터 방출되어 세로 드릴 구멍(9)에 접근하는 광은 임의의 빔 폭을 갖는다. 따라서, 포토센서(18)에 대한 광의 민감한 영역은 가능하다면 광원(10)으로부터 생기는 광의 모든 것을 얻기 위해 수직 방향으로 충분히 연장되어야 한다. 그러나, 수직 방향(4)으로 포토센서(18)의 연장은 몸체(15)의 광 반사 팁(16) 및/또는 반사기가 광원(10)으로부터 방출되는 광 빔(23)(도 5)의 특성에 적합해질 때 감소될 수 있다.
예를 들면 추가적인 광학 요소없이 상업용 발광 다이오드가 광원으로 사용된다면, 이 때 이것으로부터 방출되는 광 빔은 평행하게 진행하는 것이 아니라 발산된다.
따라서, 몸체(15)의 팁(16)을 형성하는 표면은 도 5에 도시된 바와 같이 몸체(15)에 반사되는 광 빔(23)을 수직 방향에서 포토센서(18)에 초점을 맞추기 위해 형태에 있어서 곡선이 되는 것이 바람직하다. 제 1 실시예에 있어서, 곡선은 한편으로 광 빔(23)의 발산에 적합해져야 하고, 다른 한편으로 몸체(15)에서 포토센서(18)까지의 빔 경로(22)(도 3)에 적합해져야 한다. 제 2 실시예에 있어서, 곡선은 한편으로 광 빔(23)의 발산에 적합해져야 하고, 다른 한편으로 포토센서(18)에 직접 도달하는 광 빔의 경로 길이에 적합해져야 하거나 또는 포토센서(18)에서 간접적으로 반사기를 지나 도달하는 광 빔의 경로 길이에 적합해져야 한다. 이러한 실시예에 있어서, 몸체(15)의 팁(16)을 형성하는 표면은 곡선이므로 반사된 빔은 평행한 빔(26)처럼 몸체(15)의 팁을 통과하는 것이 바람직하다. 이것을 사용하는 장점은 몸체(15)에서 반사된 후 포토센서(18)에 직접 도달하는 광 빔 및 반사기에 반사된 후 포토센서(18)에 단지 도달하는 광 빔 사이의 변화하는 경로 길이는 차이가 없다는 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 다른 가능성은 거의 평행한 빔(23)의 광을 방출하는 광원(10)을 사용하는데 있다. 이러한 광원(10)은 예를 들면 발광 다이오드(24) 및 렌즈(25)를 포함하며, 이것에 의해 발광 다이오드(24)는 렌즈(25)의 초점에 배치된다. 그 다음, 몸체(15)의 반사면은 뾰족한 끝으로 형성되는 것이 바람직하므로 평행한 입사 빔으로 되어 있는 광(23)은 평행한 빔(26)의 광으로서 몸체(15)를 통과한다. 그러나, 몸체(15)의 반사면은 수직에 관하여 광을 포토센서(18)에 초점을 맞추기 위해 또한 곡선일 수 있다.
설명된 실시예에 있어서, 반사기는 예를 들면 미러-피니쉬트(mirror-finished) 알루미늄으로 되어 있다.
외부 광으로 발생되는 에러를 피하기 위해, 광학 요소 또는 요소(19) 및 포토센서(18)는 광이 통하지 않는 하우징에 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 광원(10)으로부터 나오는 광이 변조되는 공지된 로크인(lock-in) 기술이 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 광원은 펄스 모드에서 동작되는 것이 바람직하며, 즉 이것은 픽업 툴(6)이 광원(10)을 통과할 때 짧은 주기동안 단지 스위치된다. 펄스 모드에서, 높은 전류는 측정 감도를 증가시키는 연속적인 동작에서 보다 광원(10)에 적 용될 수 있다.
팁(16)의 회전가능한 대칭 때문에, 측정 결과는 픽업 툴(6)의 실제 회전가능한 위치에 독립적이다.
본 발명의 실시예 및 적용이 도시되고 설명되는 동안, 이것은 이러한 공개로 유익해지는 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백해질 것이며, 상술한 것보다 더 많은 변형은 여기에서 본 발명의 개념을 일탈함이 없이 가능하다. 따라서, 본 발명은 부가된 청구항의 정신 이외에도 제한되지 않는다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 칩을 장착하는 장치는 반도체 칩이 픽업 툴에 배치되는 것을 확실히 감지하고 조정되지 않아도 되는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 반도체 칩(7)을 잡고 운반하기 위해 진공압이 인가될 수 있는 세로 드릴 구멍(9)을 구비한 픽업 툴(6)을 구비하는 결합 헤드(5)와, 광원(10)과, 픽업 툴(6)이 반도체 칩(7)을 잡았는지를 감지하는 포토센서(18)를 구비하며, 반도체 칩(7)이 없을 때 광원(10)으로부터 발광된 광이 픽업 툴(6)의 세로 드릴 구멍(9) 내에 또한 포토센서(18)에 도달하는, 반도체 칩을 장착하는 장치에 있어서,
    픽업 툴(6)의 세로 드릴 구멍(9)에 반사면으로 형성된 몸체(15)가 배치되며, 상기 몸체는 하부로부터 픽업 툴(6)의 세로 드릴 구멍(9) 내로 발광되는 광을 수평면(17)으로 편향시키고, 상기 픽업 툴(6)은 광원(10)의 광을 투과시키는 지점들을 구비하며, 상기 결합 헤드(5)에 적어도 1개의 광학 요소(19, 19.1, 19.2)가 배치되고, 상기 광학 요소는 픽업 툴(6)로부터 측방향으로 방출되는 편향된 광의 적어도 일부를 포토센서(18) 상으로 집중시키는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 장착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    광학 요소(19)는 타원 형태의 반사기이며, 몸체(15)의 반사면은 타원의 제1 초점(20)에 배치되고, 포토센서(18)는 타원의 제2 초점(21)에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 장착 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    광학 요소(19.1)는 렌즈이며, 포토센서(18)는 상기 렌즈의 초점(21)에 배치되고, 입사하는 광을 반사시켜 상기 렌즈를 통해 포토센서(18)에 도달시키는 반사기 형태의 제2 광학 요소(19.2)가 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 장착 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    광학 요소(19.1)는 렌즈이며, 포토센서(18)가 상기 렌즈의 초점(21)에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 장착 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    광학 요소 또는 광학 요소(19)들과 포토센서(18)는 광을 투과시키지 않는 하우징에 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 장착 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    거의 평행한 광 빔(23)들의 광 빔을 발생시키기 위해 또 다른 렌즈(25)가 설치되며, 상기 렌즈(25)의 초점에 광원(24)이 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 장착 장치.
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