KR100969532B1 - 칩 정렬 보정장치 및 이를 적용한 다이 본딩 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 X, Y, θ축을 지닌 직교형 스테이지(Stage) 구동 장치와 카메라(Camera) 장치를 이용하여, 스테이지의 웨이퍼 고정부에 장착된 웨이퍼 시트(Wafer Sheet) 상면에 배열되어 있는 전기적으로 양호한 반도체 칩(Chip)의 위치와 방향을 인식한 후, 그 결과 값을 근거로 하여 목표로 하는 칩까지 스테이지 구동 장치에 의해 X, Y방향으로 이동하고, 경우에 따라 틀어진 각도(θ)만큼 칩을 정렬(회전)하여 보정하는 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따라 고속 다이 본딩 머신의 칩 정렬 보정 장치를 개발하면, X, Y축을 기준으로 웨이퍼 시트에 배열된 칩의 틀어진 각도(θ)를 카메라 인식에 의해 얻어진 결과 값을 바탕으로 스테이지에 마련된 θ축 서보 모터(Servo Motor)의 구동에 의해 정확하게 보정함으로서 레일에 따라 공급되는 리드 프레임 패드 상에 칩을 이송하고 본딩하여 불량률을 줄이고, 제품의 정도를 향상시키는 효과가 있다.

Description

칩 정렬 보정장치 및 이를 적용한 다이 본딩 장치{Correction Device for Chip Alignment and Die Bonding Apparatus Using the Same}

본 발명은 웨이퍼에 배열된 칩 중 틀어짐이 발생한 칩을 본딩하고자 할 경우 다이 본딩 정도가 불량하여 다음 공정인 와이어 본딩 작업에서 불량을 일으킬 수 있으므로, 틀어짐이 발생한 칩을 틀어진 각 만큼 보정하는 칩 정렬 보정장치 및 이를 적용한 다이 본딩 장치에 관한 것이다.

최근 반도체 칩의 집적도는 증가 되고, 칩의 크기는 작아지며, 본딩 패드들의 피치(Pitch)는 미세화되는 등 반도체 산업의 꾸준한 발전과 수요자들의 요구에 따라 전자 기기 및 장치가 소형화, 경량화되는 추세에 있다. 이러한 시대적 흐름에 발맞추어 고속 다이 본딩 머신의 본딩 정도를 향상시키는 방안으로 칩 정렬 보정 장치는 필연적이다.

종래의 다이 본딩 머신에 사용된 칩 정렬 보정 장치의 기본적인 구조와 방식을 살펴보면, 위치 결정에 이용되는 스테이지는 X(좌,우방향), Y(전,후방향)축으로 구성된 직교 형태를 기본 구조로 서보 모터를 구동하여 제어하는 방식이 일반적이다. 그러나 X, Y축을 기준으로 틀어진 각도에 대한 칩 정렬 보정 장치는 초창기에는 없다가, 최근에는 풀리(Pulley)와 타이밍 벨트(Timing Belt)를 활용한 구조에 모터를 구동하여 제어하는 방식을 사용하고 있다. 그러나 상기와 같은 구조와 제어 방식을 사용하면, 다음과 같은 문제점이 발생될 수 있다.

칩 정렬 보정 장치가 존재하지 않는 경우에는 칩을 정렬하는 과정이 없기 때문에 리드 프레임 패드 상에 칩을 이송하여 본딩하면, 다이 본딩 정도가 나빠져 다음 공정인 와이어 본딩 작업에서 불량을 일으킬 수 있는 원인이 된다.

또한, 칩 정렬 보정 장치로 풀리와 타이밍 벨트를 활용한 구조에 모터를 구동하여 제어하는 방식을 이용하면, 모터 축에 조립된 풀리와 중간매개체로 칩이 배열되어 있는 웨이퍼 시트를 회전시키는 타이밍 벨트 사이에 백래시(Backlash), 즉 한 쌍의 기어를 맞물렸을 때 치면 사이에 생기는 틈새가 존재하기 때문에 틀어진 각도만큼을 1회에 보정하지 못하면, 보정 시간이 길어져 결국에는 생산성을 떨어뜨리는 원인이 된다.

한편, 상기와 같은 문제점들은 본딩 정도를 저해시키는 요인으로 시급히 개선되어야 한다. 이는, 반도체 칩의 소형화, 리드 프레임 패드 피치의 미세화 등이 발전하게 되면 수요자가 요구하는 본딩 정도를 더욱 만족하지 못할 뿐만 아니라, 칩 정렬 보정 장치로 틀어진 각도를 정확하게 1회에 보정하지 못하고, 3~4회 정도 보정 작업을 반복함으로 인해 작업 지연 시간이 길어지고, 설비 가동 시간이 단축됨에 따라 생산성 저하를 유발하기 때문이다.

본 발명은 상기에서 언급한 백래시, 즉 구동원과 종동원 사이에 틈새가 존재함으로 인해 순간 방향 전환 시 발생되는 공회전을 제거함으로서 보다 안정된 작업 조건하에서, 카메라 인식 장치를 이용하여 웨이퍼 시트 상면에 배열되어 있는 반도체 칩의 매핑(Mapping) 결과값을 기준 좌표계 X, Y축과 비교하여 상이한 각도만큼 θ축 모터에 값을 지령하여 정확하게 틀어진 칩을 정렬 보정하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 목적은 이젝터 핀의 중심과 일치되고, 웨이퍼 시트보다 위쪽에 설치된 카메라 장치를 이용하여, 웨이퍼 시트 상면에 배열되어 있는 대량의 칩 가운데서 취출(분리)할 칩을 인식한 후, 고정되어 있는 이젝터 핀의 중심과 목표로 하는 칩 사이의 거리 차에 대한 결과 값을 근거로 하여 X, Y방향으로 이동하는 직교형 스테이지와 경우에 따라 틀어진 각도만큼 정렬(회전) 시키는 고속 다이 본딩 머신의 칩 정렬 보정 장치를 개발하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적들은 웨이퍼의 칩 정렬 및 보정하는 장치에 있어서,

웨이퍼를 전,후방향, 또는 좌,우방향으로 이송하기 위한 제1 이송부;

상기 제1 이송부의 구동과 연동되며, 상기 웨이퍼를 제1 이송부의 구동 방향과 크로스되는 방향으로 이송하기 위한 제2 이송부;

상기 제1 이송부 및/또는 제2 이송부의 구동과 연동되는 베어링홀더와, 상기 베어링홀더의 일측에 구비되는 서보모터와, 상기 서보모터에 의해 회전되는 캠슬라이드와, 캠플로어를 이용하여 상기 캠슬라이드의 일측과 연결되어 연동되는 회전 아암과, 웨이퍼를 고정시키며 상기 회전 아암의 일측과 연결되어 회전 아암의 회전과 연동되어 웨이퍼를 회전시키도록 베어링홀더의 상부에 장착되는 링홀더로 구성되는 칩 각도 보정부;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 칩 정렬 보정장치와, 이와 같은 칩 정렬 보정장치가 구비된 다이 본딩 장치에 의해 달성된다.

본 발명에 의하면, 고속 다이 본딩 머신 공정 중에서 X(좌,우방향), Y(전,후방향), θ(회전)축을 지닌 직교형 스테이지 구동 장치(제1,2 이송부)와 카메라 장치를 이용하여, 칩 정렬 보정장치의 링홀더에 장착된 웨이퍼 시트 상면에 배열되어 있는 반도체 칩의 매핑(Mapping)을 인식한 후, 그 결과 값을 근거로 하여 목표로 하는 칩까지 구동 장치(제1,2 이송부)에 의해 X, Y방향으로 이동하고, 경우에 따라 틀어진 각도만큼 칩을 정렬하여 보정하는 장치를 고안할 수 있다.

또한, 이러한 장치는 다음과 같은 효과가 기대된다.

서보모터 축에 연결된 캠슬라이드와 웨이퍼 시트 고정용 링 홀더(Ring Holder)에 연결된 회전 아암(Rotate Arm)이 직접 접촉하여 동력을 전달하므로, 두 요소 사이에는 틈새가 존재하지 않기 때문에 칩 정렬 보정 시간을 단축하여 생산성 증대가 기대된다.

또한, 종래의 칩 정렬 보정 장치에 비해 기구적인 메커니즘(Mechanism)은 간단하고, 웨이퍼 시트 상에 배열되어 있는 틀어진 칩을 쉽고 편리하게 보정한다.

특히, 구동부과 종동부 사이에 틈새 혹은 백래시를 유발하는 중간매개체를 사용하지 않고, 직접 동력을 전달하는 방식을 적용하여 틀어진 각도를 짧은 시간 내에 보정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 칩 정렬 보정장치를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 칩 정렬 보정장치의 제1 이송부를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 칩 정렬 보정장치의 제2 이송부를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 칩 정렬 보정장치의 칩 각도 보정부를 나타낸 도면,
도 5는 칩 각도 보정부의 동작 일예를 나타낸 도면,
도 6은 제1 이송부의 구동에 의해 제2 이송부와 칩 각도 보정부가 연동되는 것을 나타낸 도면,
도 7은 제2 이송부의 구동에 의해 칩 각도 보정부가 연동되는 것을 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 칩 정렬 보정장치의 전체적인 모습을 나타낸 도면이고, 도 2 내지 도 4는 칩 정렬 보정장치를 세분화한 도면으로, 본 발명은 크게 제1 이송부(200), 제2 이송부(300), 칩 각도 보정부(100)를 포함하여 구성된다.

제1 이송부(200)는 도 2에 도시된 부속품들을 포함하여 이루어진 구성으로, 웨이퍼를 전,후방향으로 이송하기 위한 구성이다.

상기 제1 이송부(200)를 이루는 부속품들로는 LM가이드(231,232), 서포트 유닛(213,214), 상기 서포트 유닛(213,214)에 지지되고 서보모터(210) 및 커플링(211)에 의해 회전되는 볼스크류(212), 상기 볼스크류(212)의 회전에 의해 이동되는 너트 케이스(221), LM가이드(231,232)에 안내되는 LM블록(222,223), 케이블베어(271), 센서(251,252) 등이 있다.

제2 이송부(300)는 상기 제1 이송부(200)의 구동과 연동되며, 상기 웨이퍼를 제1 이송부의 구동 방향과 크로스되는 방향으로 이송하기 위한 구성으로, 도 3에 도시된 부속품들을 포함한 구성이다.

상기 제2 이송부(300)를 이루는 부속품들로는, 하부면이 상기 제1 이송부(200)의 LM블록(222,223)과 너트 케이스(221)에 결합되어 제1 이송부의 구동에 연동되는 베이스(340), 상기 베이스(340)의 측면에 고정되어 케이블베어(370)를 지지하는 받침부(352), 상기 베이스(340)의 상부에 평행하게 구비된 LM가이드(331,332), 서보모터(310), 커플링(311), 볼스크류(312), 서포트유닛(313,314), 결합편(351), LM블록(322,323,324,325), 너트 케이스(321), 센서슬릿(360) 등이 있다.

칩 각도 보정부(100)는 도 4와 같은 구성으로 하부면이 상기 제2 이송부(300)의 LM블록(322,323,324,325)과 너트 케이스(321)에 결합되어 상기 제1 이송부(200) 및/또는 제2 이송부(300)의 구동과 연동되는 베어링홀더(10)와, 상기 베어링홀더(10)의 일측에 구비되는 서보모터(20)와, 상기 서보모터(20)에 의해 회전되는 캠슬라이드(30)와, 캠플로어를 이용하여 상기 캠슬라이드(30)의 일측과 연결되어 연동되는 회전 아암(40)과, 웨이퍼를 고정시키며 상기 회전 아암(40)의 일측과 연결되어 회전 아암(40)의 회전과 연동되어 웨이퍼를 회전시키도록 베어링홀더(10)의 상부에 장착되는 링홀더(50)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 서보모터(20)는 장공(21a)이 형성된 플레이트(21)에 의해 베어링홀더(10)에 결합되는데 상기 장공(21a)은 축간 거리를 조정할 목적 및 서보모터(20)를 베어링홀더(10)에 결합하기 위해 형성된 것이다.

또한, 칩 각도 보정부(100)는 웨이퍼의 최대 회전각도와 최대 회전각도 내의 회전각도를 제어하도록 상기 서보모터(20) 제어용 센서부를 구비할 수 있는데, 이러한 센서부는 도 4에 도시한 센서(61,62)와 회전 아암(40)의 하부에 장착된 센서 슬릿(41)으로 구성된다.

한편, 본 발명은 이와 같은 구성으로 이루어진 칩 정렬 보정장치가 구비된 다이 본딩 장치를 제공한다.

이하에서는 상기와 같은 구성으로 이루어진 칩 정렬 보정장치의 동작관계를 설명한다.

고속 다이 본더 공정에서 웨이퍼 시트 상면에 배열되어 있는 칩에 대한 매핑 정보(웨이퍼 카메라(머신 비젼)로부터 획득)를 바탕으로 분리할 칩을 X(좌,우), Y(전,후)방향으로 이동하여 위치를 결정하는 장치와 칩의 틀어진 각도(θ)를 보정하는 칩 정렬 보정장치의 작용은 다음과 같다.

우선, 링홀더(50)에 칩이 배열된 웨이퍼를 안착시키고, 칩 픽업의 기준점이 되는 곳에 칩이 없으면 다른 칩을 기준점에 위치시키기 위하여 제1 이송부(200)를 구동하거나, 제2 이송부(300)를 구동하거나, 제1 이송부(200) 및 제2 이송부(300)를 구동한다.

제1,2 이송부(200,300)의 동작은 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 구동되는데, 도 6은 제1 이송부(200)만 구동된 형태이고, 도 7은 제2 이송부(300)만 구동된 형태이다.

제1 이송부(200)가 구동되면 제2 이송부(300) 및 칩 각도 보정부(100)가 연동되고, 제2 이송부(300)가 구동되면 칩 각도 보정부(100)가 연동된다.

따라서, 제1 이송부(200) 및 제2 이송부(300)의 구동으로 칩을 기준점에 위치시키는 것은 가능하나, 웨이퍼에 배열된 칩 중에서 틀어진 칩이 기준점에 위치하게 되면 틀어진 칩을 보정하기 위해서는 본 발명과 같은 칩 각도 보정부(100)가 필요하다.

칩 각도 보정부(100)의 동작관계를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 틀어진 칩이 본딩 헤드부가 픽업해가는 기준점에 위치했을 때 틀어진 각을 보정하기 위하여 서보모터(20)는 웨이퍼 카메라(미도시)의 정보를 바탕으로 정회전 또는 역회전 한다.

이때 캠슬라이드(30)와 회전 아암(40) 및 링홀더(50)는 서보모터(20)의 구동에 연동되는데, 서보모터(20)가 도 5에 도시한 바와 같이 시계방향으로 회전하면, 캠슬라이드(30)는 서보모터(20)와 같이 시계방향으로 회전되고, 회전 아암(40)과 링홀더(50)는 캠슬라이드(30)의 일측에 장착된 캠플로어에 직접 접촉되어 반시계방향으로 회전된다.

여기서, 도 5의 A는 링홀더(50)와 회전 아암(40)의 중심선이고, B는 서보모터(20)에 의해 회전된 상태에서의 링홀더(50)와 회전 아암(40)의 중심선이다.

한편, 칩 각도 보정부(100)의 최대 각도와 틀어진 각도의 제어는 서보모터(20)의 제어로도 가능하나, 베어링홀더(10)에 구비된 센서(61,62)와 센서슬릿(41)에 의해서도 이루어질 수 있다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 칩 각도 보정부 200: 제1 이송부
300: 제2 이송부 10: 베어링홀더
20: 서보모터 30: 캠슬라이드
40: 회전 아암 50: 링홀더

Claims (3)

1. 웨이퍼의 칩 정렬 및 보정하는 장치에 있어서,
   웨이퍼를 전,후방향, 또는 좌,우방향으로 이송하기 위한 제1 이송부(200);
   상기 제1 이송부(200)의 구동과 연동되며, 상기 웨이퍼를 제1 이송부의 구동 방향과 크로스되는 방향으로 이송하기 위한 제2 이송부(300);
   상기 제1 이송부(200) 및 제2 이송부(300)의 구동, 또는 상기 제1 이송부(200) 또는 제2 이송부(300)의 구동과 연동되는 베어링홀더(10)와, 상기 베어링홀더(10)의 일측에 구비되는 서보모터(20)와, 상기 서보모터(20)에 의해 회전되는 캠슬라이드(30)와, 캠플로어를 이용하여 상기 캠슬라이드(30)의 일측과 연결되어 연동되는 회전 아암(40)과, 웨이퍼를 고정시키며 상기 회전 아암(40)의 일측과 연결되어 회전 아암(40)의 회전과 연동되어 웨이퍼를 회전시키도록 베어링홀더(10)의 상부에 장착되는 링홀더(50)로 구성되는 칩 각도 보정부(100);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 칩 정렬 보정장치.
2. 제 1항의 칩 정렬 보정장치가 구비된 다이 본딩 장치.
3. 삭제

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