KR100864855B1 - 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리장치 - Google Patents
반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치에 관한 것으로서, 반도체 소자가 장착될 기판의 플라즈마 세정장치와 함께 소자의 초음파 본딩장치가 동일 라인의 설비로 구성이 된다.
본 발명은 기판 세정공정과 소자 본딩공정을 동일 라인에서 일괄하여 연속적으로 처리하는 하나의 설비로 구성되므로 비용이 절감되는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 동일 라인의 단일 설비로 구성됨에 따라 레이아웃 측면에서 매우 유리할 뿐만 아니라, 공정 수행의 소요 시간이 단축되므로 생산성이 크게 향상되는 효과를 볼 수 있다.
반도체 소자, 실장, 플라즈마 세정, 초음파 본딩, 인라인(in-line)
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 기판 언로딩부 측에서 바라본 도면이다.
도 3은 본 발명을 구성하는 플라즈마 세정부의 실시예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 플라즈마 세정부에 대한 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명을 구성하는 초음파 본딩부의 스테이지 유닛을 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명을 구성하는 초음파 본딩부의 실시예에서 이루어지는 본딩 과정을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 로딩부 200 : 소자 로딩부
300 : 플라즈마 세정부 310 : 접지극
320 : 전원극 330 : 유전체
340 : 기판이송경로 350 : 방전간극
360 : 가스유입경로 361 : 함몰부
362 : 오리피스 363 : 실링바
370 : 고주파 전원 380 : 프레임
390 : 절연재 400 : 초음파 본딩부
410 : 스테이지 유닛 411 : 스테이지
411a,412a : 볼 수용홈 412 : 스테이지 베이스
413 : 조절볼트 414 : 스테이지 볼
420 : 초음파 발진유닛 421 : 혼
422 : 진공흡착수단 430 : 가압수단
440 : x축 슬라이더 450 : y축 슬라이더
500 : 소자 반송부 510 : x축 반송기
520 : y축 반송기 530 : z축 반송기
600 : 기판 언로딩부 700 : 기판 이송부
810 : 제1카메라 820 : 제2카메라
830 : 제3카메라
본 발명은 반도체 소자를 기판에 장착하는 실장기술에 관한 것으로서, 특히 소자가 장착될 기판에 대한 세정처리에 이어서 소자의 본딩처리를 동일 라인에서 일괄하여 연속적으로 처리하는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치에 관한 것이다.
전자기기산업에 있어서 칩 또는 패키지 형태의 반도체 소자를 인쇄회로기판이나 디스플레이 기판 등에 장착하는 실장기술(mounting technology)은 반도체 패키지 및 부품의 미소화(微小化) 경향에 따라 매우 중요한 공정기술이 되고 있다.
현재 일반적으로 행해지고 있는 반도체 소자의 실장공정은, 소자가 장착될 기판(substrate)의 표면을 세정처리하는 세정공정과, 세정된 기판 위에 소자를 고착시키는 본딩공정을 핵심으로 하고 있다. 특히, 기판의 세정공정에서는 진공 플라즈마 세정기술이 널리 사용되고 있으며, 본딩공정에서는 리플로우 오븐(reflow oven)에 의한 본딩기술이 일반적으로 사용되고 있다. 즉, 기판에 대한 진공 플라즈마 세정기술은, 진공 체임버 내로 반응가스를 도입하면서 고주파 전력을 인가함에 따라, 진공 체임버 내에 발생하는 전계에 의해 생성된 플라즈마로 기판의 표면을 세정처리하는 것이다. 그리고, 리플로우 오븐에 의한 소자의 본딩기술은, 체임버 내에서 가열된 솔더 페이스트(solder paste)를 이용하여 기판 위에 반도체 소자를 접착시키는 기술로서, 최근에는 이를 대체하는 본딩기술도 개발 중에 있다.
그런데, 이와 같이 소자의 실장을 위해 기존에 수행되고 있는 기판의 플라즈 마 세정공정과 소자의 본딩공정은 각각 개별 장치에서 별도로 이루어지고 있기 때문에, 고가의 설비인 세정장치와 본딩장치를 별도로 구입하는 데 따르는 소요 비용이 증가하는 문제가 있다. 또한, 이들 공정의 설비들을 독립적인 라인으로 레이아웃해야 하므로 공간 확보 측면에서 불리하고, 공정 수행의 소요 시간도 길어져 생산성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 기판에 대한 반도체 소자의 실장을 위해 수행되는 기판의 세정공정과 소자의 본딩공정을 동일 라인에서 일괄하여 연속적으로 처리할 수 있는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치를 제공하는 데에 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 소자가 실장될 기판을 로딩하는 기판 로딩부와, 상기 기판에 실장될 소자를 로딩하는 소자 로딩부와, 상기 로딩된 기판을 플라즈마로 세정하는 플라즈마 세정부와, 상기 플라즈마 세정부와 인라인으로 배치되어 상기 세정된 기판에 상기 소자를 초음파로 본딩하는 초음파 본딩부와, 상기 소자 로딩부로부터 초음파 본딩부로 상기 소자를 반송하는 소자 반송부와, 상기 소자가 본딩된 기판이 언로딩되는 기판 언로딩부와, 상기 기판 로딩부로부터 플라즈마 세정부와 초음파 본딩부를 경유하여 기판 언로딩부까지 인라 인으로 연결하면서 상기 기판을 이송시키는 기판 이송부를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 플라즈마 세정부는 대기압 대면적 글로우 플라즈마 발생장치로 이루어질 수 있다. 특히, 이 대기압 대면적 글로우 플라즈마 발생장치는, 접지된 접지극 및 고주파 전원에 연결된 전원극과, 상기 접지극과 전원극 사이에 설치된 유전체와, 상기 유전체와 접지극 사이에 오목한 구조로 좌우 밀폐된 통로를 형성하는 기판이송경로와, 상기 기판이송경로의 적어도 일측에 기판이송경로보다 좁은 간격으로 상기 유전체와 이격된 상태로 형성된 방전간극과, 상기 방전간극에 연통되도록 형성된 가스유입경로를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 방전간극과 가스유입경로 사이의 연통부위에는 방전간극 보다 넓은 간격으로 상기 유전체와 이격된 함몰부가 형성되고, 이 함몰부에는 함몰부를 부분적으로 밀폐하는 실링바가 착탈가능하게 설치될 수도 있다.
상기 초음파 본딩부는, 상기 기판 이송부의 중간에 설치되어 상기 기판이 로딩되는 스테이지 유닛과, 상기 소자 반송부에 의해 반송된 소자를 상기 스테이지 유닛 상의 기판에 가압 접촉시킨 상태에서 초음파를 발진하는 초음파 발진유닛과, 상기 초음파 발진유닛이 상기 소자를 기판에 가압할 수 있도록 작동하는 가압수단을 포함하여 이루어질 수 있다. 특히, 상기 스테이지 유닛은, 기판이 놓여지는 스테이지와, 이 스테이지의 하측에서 간격을 두고 스테이지를 지지하는 스테이지 베이스, 그리고 스테이지와 베이스를 상하 방향으로 관통 결합하는 조절볼트를 포함하여 이루어질 수 있다. 또, 상기 스테이지와 스테이지 베이스의 대향면 중 적어도 어느 일측에 볼 수용홈이 형성되고, 스테이지와 스테이지 베이스의 대향면 사이에 서 상기 볼 수용홈에 스테이지 볼이 개재될 수도 있다. 또한, 상기 초음파 본딩부에는, 상기 초음파 발진유닛을 상기 스테이지를 상대로 x축 및 y축 방향으로 각각 이동시키는 x축 슬라이더와 y축 슬라이더가 구비될 수도 있다. 그리고 상기 가압수단은, 상기 초음파 발진유닛의 자체 하중 일부에 의해 상기 소자를 기판에 가압시키는 예비가압을 수행한 다음, 본딩에 필요한 설정 하중을 가하는 본가압을 수행한 뒤, 상기 본가압단계의 하중을 유지시키는 가압유지를 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 소자 반송부는, 상기 초음파 본딩부로 반송될 소자를 정확한 위치에서 픽업할 수 있도록, x축과 y축 및 z축을 따라 제어되는 x축 반송기와 y축 반송기 및 z축 반송기를 포함하여 이루어질 수 있다.
위의 구성에 부가하여, 상기 소자 로딩부에서 상기 소자 반송부가 픽업할 반송 대상 소자를 검출하는 제1카메라와, 상기 초음파 본딩부에서 상기 소자와 기판이 정확하게 배치되어 본딩될 수 있도록 상기 소자와 기판의 위치를 각각 검출하는 제2카메라 및 제3카메라가 더 구비될 수도 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 평면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예를 기판 언로딩부 측에서 바라본 도면이다.
도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 장치는 기판 로딩부(100), 소자 로딩부(200), 플라즈마 세정부(300), 초음파 본딩부(400), 소자 반송부(500), 기판 언로딩부(600), 기판 이송부(700)를 포함하여 이루어지며, 구체적인 구성은 다음과 같다.
먼저, 기판 로딩부(100)와 소자 로딩부(200)는 각각 기판(S)과 이 기판(S)에 실장될 소자(D)의 공급이 이루어지는 구성 요소이다. 즉, 기판(S)은 처리 순서에 따라 기판 로딩부(100)로부터 플라즈마 세정부(300)로 공급되고, 소자(D) 역시 처리 순서에 따라 소자 로딩부(200)로부터 초음파 본딩부(400)로 공급된다. 특히, 기판(S)이 연성회로기판(FPCB:Flexible Printed Circuit Board)일 경우에는 기판 로딩부(100)와 기판 언로딩부(600)는 롤투롤(roll to roll) 방식이 적용될 수도 있다.
플라즈마 세정부(300)는 기판 이송부(700)를 통해 기판 로딩부(100)로부터 이송된 기판(S)을 플라즈마로 세정처리한다. 플라즈마 세정부(300)는 통상적인 고주파 방식의 대기압 플라즈마 세정장치로 개시될 수도 있지만, 본 실시예는 대면적의 글로우 플라즈마(glow plasma)를 안정적으로 유지하여 세정속도와 에너지 효율의 향상을 꾀할 수 있는 대기압 대면적 글로우 플라즈마 발생장치로 구현하고 있다. 이 대기압 대면적 글로우 플라즈마 발생장치는 도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이, 접지극(310)과 전원극(320), 유전체(330), 기판이송경로(340), 방전간극(350), 그리고 가스유입경로(360)로 구성되어 있다. 즉, 접지된 접지극(310)과 고주파 전원(370)에 연결된 전원극(320)의 사이에 유전체(330)가 설치되고, 이 유전체(330)와 접지극(310) 사이에 기판이송경로(340)가 오목한 구조의 좌우 밀폐된 통로로 형성되어 있다. 그리고, 기판이송경로(340)의 일측 또는 양측에는 기판이송경로(340)보다 좁은 간격으로 유전체(330)와 이격된 상태로 방전간극(350)이 형성되어 있고, 이 방전간극(350)에 연통되도록 가스유입경로(360)가 형성되어 있다. 이에 따라, 플라즈마 형성 가스가 가스유입경로(360)로부터 방전간극(350)으로 공급되어 높은 에너지 상태의 글로우 플라즈마를 형성한 상태에서, 기판이송경로(340)를 통해 기판(S)이 공급되면 기판(S)의 세정이 이루어지게 된다. 이러한 대기압 대면적 글로우 플라즈마 발생장치에 대한 보다 상세한 구성에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
다음으로, 초음파 본딩부(400)는 위와 같이 플라즈마 세정부(300)에 의해 세정된 기판(S)에 반도체 소자(D)를 즉시 본딩시킬 수 있도록 플라즈마 세정부(300)와 인라인(in-line)으로 배치되어 있다. 초음파 본딩부(400)는 스테이지 유닛(410)과 초음파 발진유닛(420) 및 가압수단(430)을 포함한 구성으로 이루어져 있으며, 구체적으로는 다음과 같다. 먼저, 스테이지 유닛(430)은 기판 이송부(700)의 중간에 설치되어 기판(S)이 로딩되는 구성 요소로서, 이 스테이지 유닛(410) 위에서 기판(S)에 소자(D)가 본딩된다. 스테이지 유닛(410)은 기판(S)과 소자(D)의 치수공차 등에 따른 미세위치보정이 가능한 구조로 구성될 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 스테이지 유닛(410)은, 기판(S)이 놓여지는 스테이지(411)와, 이 스 테이지(411)의 하측에서 간격을 두고 스테이지(411)를 지지하는 스테이지 베이스(412), 그리고 스테이지(411)와 스테이지 베이스(412)를 상하 방향으로 관통 결합하는 조절볼트(413)를 포함하여 이루어진다. 이에 따라, 조절볼트(413)를 조절함으로써 스테이지(411)의 미세위치보정을 할 수가 있다. 또, 스테이지(411)와 스테이지 베이스(412)의 대향면에는 적어도 일측에 볼 수용홈(411a,412a)이 형성되고, 이 볼 수용홈(411a,412a)에 스테이지 볼(414)이 개재될 수 있다. 이 스테이지 볼(414) 위에서 스테이지(411)가 지지됨으로써 스테이지(411)의 미세위치보정이 안정적으로 이루어진다. 한편, 초음파 발진유닛(420)은 소자 반송부(500)에 의해 반송된 소자(D)를 스테이지 유닛(410) 상의 기판(S)에 가압 접촉시킨 상태에서 초음파를 발진하여 본딩하는 수단으로서, 초음파 제너레이터(generator)와 컨버터(converter) 및 부스터(booster), 그리고 혼(horn : 421) 등을 구비한 통상적인 초음파 발진유닛으로 구현될 수 있다. 이러한 초음파 발진유닛(420)은 스테이지 유닛(410)을 상대로 x축 및 y축 방향으로 이동할 수 있게 되는데, 이는 일반적인 유/공압 실린더 또는 유압모터에 의해 구동되는 x축 슬라이더(440)와 y축 슬라이더(450)에 의해 이루어진다. 또한, 상기 혼(421)에는 도 6 내지 도 8에서 볼 수 있는 것과 같이 반도체 소자(D)를 진공 흡착하기 위한 진공압을 제공하는 통상적인 진공흡착수단(422)이 구비될 수도 있다. 상기 가압수단(430)은 초음파 발진유닛(420)이 소정의 하중에 의해 소자(D)를 기판(S)에 가압할 수 있도록 스테이지 유닛(410)을 상대로 초음파 발진유닛(420)을 z축 방향으로 하강 작동시키는데, 이 가압수단(430) 역시 일반적인 유/공압 실린더 또는 유압모터와 같은 것이 적용될 수 있다. 전술한 x축 슬라이더(440) 및 y축 슬라이더(450)와 더불어 가압수단(430)은 하나의 로봇장치로 구현될 수도 있다. 특히, 가압수단(430)은, 초음파 발진유닛(420)이 소자(D)를 가압할 때 발생할 수 있는 소자(D)의 손상을 최소화할 수 있도록, 몇 개의 단계로 하중 부여가 순차적으로 이루어지도록 작동한다. 즉, 초음파 발진유닛(420)의 자체 하중 일부에 의해 소자(D)를 기판(S)에 가압하는 예비가압단계와, 본딩에 필요한 설정 하중을 증가시키는 본가압단계, 그리고 본가압단계의 하중을 유지시키는 가압유지단계가 순차적으로 수행되도록 가압수단(430)의 작동이 제어되는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 소자 반송부(500)는 소자 로딩부(200)로부터 소자(D)를 픽업하여 초음파 본딩부(400)로 반송하는 수단으로서, 소자(D)를 진공흡착하는 흡착수단(도시되지 않음)을 구비하고 있다. 특히, 소자 반송부(500)는 초음파 본딩부(400)로 반송될 소자(D)를 정확한 위치에서 픽업할 수 있도록 x축과 y축 및 z축을 따라 제어되는 x축 반송기(510)와 y축 반송기(520) 및 z축 반송기(530)로 구성되어 있으며, 이 반송기(510,520,530)들은 예를 들어 감속모터 등에 의해 구동이 이루어진다.
한편, 초음파 본딩부(400)로의 소자(D) 반송이 정확하게 이루어지도록 하기 위해 픽업될 소자(D)의 위치를 확인하는 수단이 구비될 수 있는데, 이 수단은 본 실시예에서 소자 로딩부(200)와 초음파 본딩부(400)에 각각 설치되는 카메라로 구현된다. 즉, 소자 로딩부(200)에는 여기에 로딩된 소자(D)들 중 픽업될 소자(D)의 위치를 검출하는 제1카메라(810)가 설치되고, 초음파 본딩부(400)에는 스테이지 유닛(410)으로 공급된 소자(D)와 기판(S)의 위치를 각각 검출하는 제2카메라(820)와 제3카메라(830)가 설치된다. 이들 카메라(810,820,830)에 의해 검출된 소자(D)와 기판(S)의 위치 정보는 제어부(도시되지 않음)에서 감지하여, 소자 반송부(500)가 반송 대상 소자(D)를 정확하게 픽업하여 스테이지 유닛(410)으로 반송할 수 있도록 소자 반송부(500)의 작동을 제어함과 아울러, 소자(D)와 기판(S)이 정확하게 배치된 상태에서 본딩이 이루어질 수 있도록 초음파 본딩부(400)의 x축 슬라이더(440)와 y축 슬라이더(450) 및 가압수단(430)의 작동을 제어한다.
앞서 설명한 바와 같이 플라즈마 세정 및 소자의 초음파 본딩이 완료된 기판(S)은 기판 언로딩부(600)를 통해 언로딩되어 다음 공정으로 반출된다. 이때, 기판(S)이 연성회로기판(FPCB)일 경우에는 기판 로딩부(100)로부터 기판 언로딩부(600)까지 롤투롤(roll to roll) 방식에 의해 기판(S)이 이송된다.
기판 이송부(700)는 기판 로딩부(100)로부터 플라즈마 세정부(300)와 초음파 본딩부(400)를 경유하여 기판 언로딩부(600)까지 인라인으로 연결하면서 기판(S)을 이송시키는데, 이 기판 이송부(700)는 통상적인 컨베이어로 구성될 수 있다.
한편, 전술한 대기압 대면적 글로우 플라즈마 발생장치의 상세한 구성에 대해 도 3과 도 4를 다시 참조하면서 살펴보면 다음과 같다.
전원극(320)과 접지극(310) 사이로 밀폐된 기판이송경로(340)가 형성되어 있고, 이 기판이송경로(340)의 적어도 일측에는 방전간극(350)이 형성되어 있다. 그리고, 이 방전간극(350)을 통과하면서 높은 에너지 상태로 활성화된 가스가 외부로 누설됨이 없이 전량 기판이송경로(340)로 공급되어 대면적의 글로우 플라즈마를 형성하게 된다. 따라서, 기판을 보다 안정적이고 신속하게 처리함은 물론, 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
상기 접지극(310)은 알루미늄합금이나 스테인레스 스틸 등의 금속 블록으로서, 그 상면 중앙부에는 전후로 관통되도록 오목하게 평면 가공된 기판이송경로(340)가 형성되어 있다. 접지극(310)의 둘레부 상면에는 사각의 프레임(380)이 구비됨으로써, 이 프레임(380)의 내측에 전원극(320)이 삽입 설치되도록 구성될 수도 있다.
기판이송경로(340)의 양측에는 내부의 가스유입경로(360)와 연통되는 한 쌍의 함몰부(361)가 형성되어 있으며, 이 함몰부(361)와 기판이송경로(340) 사이에는 유전체(330)와 소정 갭 이격되도록 평면 가공된 방전간극(350)이 연통 형성되어 있다. 특히, 함몰부(361)와 방전간극(350)은 접지극(310)의 전후단 인접부위까지만 연장 형성됨으로써, 공급되는 가스가 접지극(310)의 전후방으로 유출되지 않고 기판이송경로(340)로만 공급될 수 있게 된다.
방전간극(350)은 접지극(310)의 외곽부 표면보다 1~20㎜ 낮게 평면 가공됨으로써, 이 간격으로 유전체(330)와 이격된다. 또, 기판이송경로(340)는 방전간극(350)에 비해 상대적으로 더 낮게 평면 가공되어서, 기판은 원활하게 통과되지만 방전간극(350)에서 발생된 플라즈마는 안정적으로 유지된다. 특히, 방전간극(350)을 1~20㎜의 좁은 갭으로 형성한 이유는 플라즈마의 초기 점화를 원활하게 하기 위함이다. 또한, 방전간극(350)은 기판이송경로(340)를 향한 폭이 0.1㎜~50㎜로 형성 되는 것이 안정된 글로우플라즈마를 유지하는 데에 바람직하다. 만일, 0.1㎜보다 작을 경우에는 플라즈마의 초기점화가 어렵고, 50㎜이상일 경우에는 방전간극(350)에서 소모되는 전력 소모량이 커져서 기판이송경로(340)에서 글로우 플라즈마를 유지하기가 어렵게 된다.
가스유입경로(360)는 접지극(310)의 양측 내부에 함몰부(361)와 연통되도록 형성되는데, 함몰부(361)와 연통되는 부분에는 다수개의 오리피스(362)가 형성되어 있다. 따라서, 가스가 이 오리피스(362)를 통해 함몰부(361) 전체구간에 고르게 공급될 수가 있다. 특히, 가스유입경로(360)로는 아르곤 또는 헬륨 가스만을 공급할 수도 있지만, 이들 가스에 미량의 산소 또는 질소를 혼합한 가스를 공급하면 활성 라디칼의 양을 극대화시킬 수 있다. 한편, 가스유입경로(360)와 연통되는 가스공급로(도시되지 않음)에는 가스를 예열하여 공급하기 위한 히터가 장착될 수도 있다.
전원극(320)은 고주파 전원(370)이 접속되는 알루미늄합금이나 스테인레스 스틸로 이루어지는 금속 블록으로서, 프레임(380)의 내측으로 삽입 설치된다. 이러한 전원극(320)과 프레임(380)의 사이에는 절연재(390)가 개재된다. 전원극(320)으로 공급되는 고주파 전원(370)으로는 2㎒ ~ 60㎒의 주파수를 갖는 전원이 이용되며, 바람직하기로는 13.56㎒ 대역의 고주파 전원이 사용된다.
유전체(330)는 접지극(310)과 전원극(320) 사이에 설치되어 고주파 전원(25)의 인가시 아크가 발생되지 않고 글로우 플라즈마가 형성되도록 하기 위한 것이다. 이러한 유전체(330)로는 알루미나 또는 석영 등이 사용되며, 가스의 증대를 위하여 산화마그네슘 박막을 1~20㎜코팅한 것이 사용된다.
접지극(310)의 함몰부(361)에는 실링바(363)가 착탈가능하게 삽입되어 함몰부(361)를 부분적으로 밀폐한다. 이에 따라, 공급되는 가스의 공급량과 공급위치가 조절되어, 가스를 소량으로 공급하면서 기판을 처리할 경우에도 이 가스의 밀도를 일정하게 유지할 수 있게 된다.
이상의 설명에서 살펴본 바와 같이, 전원극(320)과 접지극(310) 사이에서 밀폐된 구조로 기판이송경로(340)가 형성되고, 이 기판이송경로(340)의 양측에는 방전간극(350)이 형성되어 있다. 따라서, 방전간극(350)을 통과하면서 높은 에너지 상태로 활성화된 가스가 외부로 누설됨이 없이 전량 전원극(320)과 접지극(310) 사이의 기판이송경로(340)로 공급됨으로써, 대면적의 글로우 플라즈마가 안정적으로 유지된다. 따라서, 기판의 처리속도를 높일 수 있음은 물론, 에너지 효율의 향상을 기할 수가 있다. 특히, 기판이송경로(340)의 글로우 플라즈마가 외부가스와의 매칭상태 불안정 등으로 혹시 꺼지게 되더라도 방전간극(350)으로부터 발생된 플라즈마에 의해 자동적으로 글로우 플라즈마가 다시 켜지게 되어 안정적인 글로우 플라즈마를 유지할 수가 있다. 또한, 기판이 전원극(320)과 접지극(310) 사이로 통과되면서 처리되기 때문에, 기판을 별도로 접지시키지 않더라도 전원극(320)과 접지극(310) 사이에서 발생되는 글로우 플라즈마에 자동으로 노출되어서 표면처리나, 세정, 살균 작업 등이 안정적으로 균일하게 이루어지게 된다.
다음에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에서 이루어지는 반도체 소자의 실장 과정에 대해 설명한다.
먼저, 기판 로딩부(100)로부터 공급된 기판(S)은 기판 이송부(700)에 의해 플라즈마 세정부(300)로 이송이 된다. 플라즈마 세정부(300)에서는 앞서 설명한 바와 같이 대기압 대면적 글로우 플라즈마 발생장치에 의해 기판(S)의 표면을 세정하고, 세정된 기판(S)은 기판 이송부(700)에 의해 초음파 본딩부(400)로 보내어진다.
소자 로딩부(200)에서는 기판(S)에 실장될 반도체 소자(D)가 소자 반송부(500)에 의해 픽업되어 초음파 본딩부(400)로 반송이 되는데, 소자 로딩부(200)에서 제1카메라(810)에 의해 반송 대상 소자(D)가 검출됨으로써 해당 소자(D)를 소자 반송부(500)가 픽업할 수 있게 된다. 즉, 소자 반송부(500)는 제1카메라(810)의 검출 신호 정보를 바탕으로 x축 반송기(510)과 y축 반송기(520) 및 z축 반송기(530)에 의해 반송 대상 소자(S)를 정확하게 픽업하여 초음파 본딩부(400)로 반송한다.
한편, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 초음파 본딩부(400)로 이송된 기판(S)은 스테이지 유닛(410)에 배치됨과 아울러, 소자(D) 역시 초음파 본딩부(400)의 초음파 발진유닛(420)에 구비된 진공흡착수단(422)에 의해 초음파 발진유닛(420)의 혼(421)에 흡착이 되어 기판(S)을 향하게 된다. 이때, 제2카메라(820)와 제3카메라(830)가 스테이지 유닛(410)으로 공급되는 소자(D)와 기판(S)의 위치를 각각 검출하고, 해당 위치 정보에 따라 x축 슬라이더(440)와 y축 슬라이더(450) 및 가압수단(430)의 작동에 의해 기판(S)을 상대로 소자(D)의 정확한 위치가 설정된다. 그리고, 소자(D)의 위치 설정이 완료되면 초음파 발진유닛(420)에 초음파 발진이 인가됨으로써 기판(S)에 소자(D)가 본딩된다. 특히, 소자(D)의 기판(S) 대향면 에 구비된 패드(P)에 범프(B)가 형성되어 있어서, 혼(421)으로부터 소자(D)로 전달되는 초음파 에너지와 함께 가해지는 가압수단(430)의 압력에 의해 도 7과 같이 소자(D)가 기판(S) 상에서 가압이 되면 범프(P)가 용융되어 소자(D)가 기판(S) 상에 본딩된다. 더욱이, 기판(S)에 대한 소자(D)의 가압은 제어부(도시되지 않음)의 가압수단(430) 제어에 따라, 초음파 발진유닛(420)의 자체 하중 일부에 의해 소자(D)를 기판(S)에 가압하는 예비가압단계, 본딩에 필요한 설정 하중을 증가시키는 본가압단계, 그리고 본가압단계의 하중을 유지시키는 가압유지단계가 순차적으로 진행됨으로써, 소자(D)를 가압할 때 발생할 수 있는 소자(D)의 손상을 최소화할 수 있게 된다. 본딩이 완료되면 가압수단(430)이 상승함으로써 도 8과 같이 초음파 발진유닛(420)이 원위치하게 된다.
위의 과정을 거쳐 소자(D)가 본딩된 기판(S)은 다시 기판 이송부(700)에 의해 기판 언로딩부(600)로 이송되고, 기판 언로딩부(600)로부터 다음 공정으로 반출된다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반도체 소자(D)를 기판(S)에 실장하기 위해 필요한 공정들 즉, 기판(S)의 플라즈마 세정공정과 기판(S)에 대한 반도체 소자(D)의 초음파 본딩공정이 하나의 라인에서 일괄하여 연속적으로 처리가 된다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기 술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
전술한 바와 같이, 종래에는 고가의 기판 세정장치와 소자 본딩장치가 별도의 장치로 구비되므로 비용이 증가하는 문제가 있다. 그리고, 이러한 개별 장치들을 독립적인 라인으로 배치해야 하므로 설치 공간 확보와 레이아웃 측면에서 불리하고, 공정 수행의 소요 시간도 길어지는 문제가 있다.
이에 비하여, 본 발명은 기판 세정공정과 소자 본딩공정을 동일 라인에서 일괄하여 연속적으로 처리하는 하나의 설비로 구성되므로 비용이 절감되는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 동일 라인의 단일 설비로 구성됨에 따라, 설치 공간 확보와 레이아웃 측면에서 매우 유리할 뿐만 아니라, 공정 수행의 소요 시간이 단축되므로 생산성이 크게 향상되는 효과를 볼 수 있다.
Claims (11)
- 반도체 소자가 실장될 기판을 로딩하는 기판 로딩부;상기 기판에 실장될 소자를 로딩하는 소자 로딩부;상기 로딩된 기판을 플라즈마로 세정하는 플라즈마 세정부;상기 플라즈마 세정부와 인라인으로 배치되어 상기 세정된 기판에 상기 소자를 초음파로 본딩하는 초음파 본딩부;상기 소자 로딩부로부터 초음파 본딩부로 상기 소자를 반송하는 소자 반송부;상기 소자가 본딩된 기판이 언로딩되는 기판 언로딩부; 및상기 기판 로딩부로부터 플라즈마 세정부와 초음파 본딩부를 경유하여 기판 언로딩부까지 인라인으로 연결하면서 상기 기판을 이송시키는 기판 이송부를 포함하며,상기 소자 반송부는 상기 초음파 본딩부로 반송될 소자를 정확한 위치에서 픽업할 수 있도록, x축과 y축 및 z축을 따라 제어되는 x축 반송기와 y축 반송기 및 z축 반송기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 플라즈마 세정부는 대기압 대면적 글로우 플라즈마 발생장치인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치.
- 제2항에 있어서,상기 대기압 대면적 글로우 플라즈마 발생장치는,접지된 접지극 및 고주파 전원에 연결된 전원극;상기 접지극과 전원극 사이에 설치된 유전체;상기 유전체와 접지극 사이에 오목한 구조로 좌우 밀폐된 통로를 형성하는 기판이송경로;상기 기판이송경로의 적어도 일측에 기판이송경로보다 좁은 간격으로 상기 유전체와 이격된 상태로 형성된 방전간극; 및상기 방전간극에 연통되도록 형성된 가스유입경로를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치.
- 제3항에 있어서,상기 방전간극과 가스유입경로 사이의 연통부위에는 방전간극 보다 넓은 간격으로 상기 유전체와 이격된 함몰부가 형성되고, 이 함몰부에는 함몰부를 부분적으로 밀폐하는 실링바가 착탈가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 초음파 본딩부는,상기 기판 이송부의 중간에 설치되어 상기 기판이 로딩되는 스테이지 유닛;상기 소자 반송부에 의해 반송된 소자를 상기 스테이지 상의 기판에 가압 접촉시킨 상태에서 초음파를 발진하는 초음파 발진유닛; 및상기 초음파 발진유닛이 상기 소자를 기판에 가압할 수 있도록 작동하는 가압수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치.
- 제5항에 있어서,상기 스테이지 유닛은,상기 기판이 놓여지는 스테이지;상기 스테이지의 하측에서 간격을 두고 스테이지를 지지하는 스테이지 베이스; 및상기 스테이지와 상기 베이스를 상하 방향으로 관통 결합하는 조절볼트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치.
- 제6항에 있어서,상기 스테이지와 상기 스테이지 베이스의 대향면 중 적어도 어느 일측에 볼 수용홈이 형성되고, 상기 스테이지와 상기 스테이지 베이스의 대향면 사이에서 상기 볼 수용홈에 스테이지 볼이 개재된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치.
- 제5항에 있어서,상기 초음파 본딩부에는, 상기 초음파 발진유닛을 상기 스테이지 유닛을 상대로 x축 및 y축 방향으로 각각 이동시키는 x축 슬라이더와 y축 슬라이더가 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치.
- 제5항에 있어서,상기 가압수단은,상기 초음파 발진유닛의 자체 하중 일부에 의해 상기 소자를 기판에 가압하는 예비가압을 수행한 다음, 본딩에 필요한 설정 하중을 증가시키는 본가압을 수행한 뒤, 상기 본가압단계의 하중을 유지시키는 가압유지를 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 소자 로딩부에서 상기 소자 반송부가 픽업할 반송 대상 소자를 검출하는 제1카메라와,상기 초음파 본딩부에서 상기 소자와 기판이 정확하게 배치되어 본딩될 수 있도록 상기 소자와 기판의 위치를 각각 검출하는 제2카메라 및 제3카메라가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 실장을 위한 세정 및 본딩의 인라인 처리 장치.
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