KR101475953B1

KR101475953B1 - 본딩 장치

Info

Publication number: KR101475953B1
Application number: KR1020080089885A
Authority: KR
Inventors: 도루 데라다; 에이지 다나카; 야스히사 마츠모토; 게이이치 야마오카
Original assignee: 시부야 코교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2014-12-23
Also published as: US20090071945A1; TW200911437A; KR20090027179A; US8168920B2; TWI403378B

Abstract

본 발명은, 집광 수단에 의한 레이저광의 집광점을 본딩 헤드 내부에 설정함으로써, 본딩 툴이 전자부품을 흡착 유지하지 않은 상태에서 레이저광이 발진된 경우나, 전자부품을 투과한 레이저광에 의해 스테이지나 기판 등이 조사된 경우라도, 스테이지나 기판 등에 손상이나 가열 팽창을 일으키게 하는 위험이 없는 본딩 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 전자부품을 흡착 유지하는 본딩 툴을 갖는 본딩 헤드와, 본딩 툴에 유지된 전자부품에 본딩 헤드의 내측으로부터 레이저광을 조사함으로써 상기 전자부품을 가열하는 레이저 가열 수단을 구비한 본 발명의 본딩 장치는, 레이저 가열 수단이 광원으로부터의 레이저광을 집속하는 집광 수단을 갖고, 집광 수단에 의한 레이저광의 집광점을 본딩 헤드 내부에 설정한 것을 특징으로 한다.

Description

본딩 장치{BONDING DEVICE}

본 발명은 본딩 장치의 개량에 관한 것으로, 상세하게는 전자부품에 본딩 헤드의 내측으로부터 레이저광을 조사(照射)함으로써 가열하고 접합시키는 본딩 장치의 개량에 관한 것이다.

종래부터, 전자부품에 본딩 헤드의 내측으로부터 레이저광을 조사함으로써 가열하고 접합시키는 본딩 장치로서, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같이, 본딩 툴을 레이저가 투과 가능한 것으로 하여, 전자부품에 대하여 직접 레이저를 조사하고, 전자부품을 가열하여 접합시키는 방식이 알려져 있다.

이러한 종류의 본딩 장치의 레이저 가열 장치에서는, 레이저 발진기에 공급하는 전류의 온·오프에 의해 레이저의 발진·정지를 제어할 수 있고, 또한 전류값을 증감시킴으로써 레이저의 에너지 강도를 제어할 수 있게 되었다.

또한, 이러한 종류의 본딩 장치에서는, 레이저가 직접 전자부품에 조사되기 때문에, 소정의 전류를 공급함으로써 전자부품의 급속 가열이 가능하고, 또한 레이저를 정지시키는 것만으로 급속 냉각이 가능하여 특별한 냉각 수단을 필요로 하지 않는다고 하는 메리트를 가지며, 본딩 시간을 단축시킬 수 있다고 하는 메리트를 갖고 있었다.

도 8은 상기 종래의 본딩 장치의 가열 원리를 도시한 단면 설명도로서, 도시된 바와 같이 광원이 되는 레이저 발진기(14)와 접속된 광파이버(9)를 통과해 온 레이저광(20)은 광파이버로부터 출사(出射)되면 확산되기 때문에, 직접 전자부품인 반도체 칩(1)에 레이저광(20)을 조사하여 가열하는 방식이더라도, 출사된 레이저광(20)을 광로 상에 설치한 집광 렌즈(11)에 의해 투과 집속하고, 조사 영역이 반도체 칩(1)의 크기와 거의 일치하도록 하여 에너지가 효율적으로 가열에 사용되도록 하고 있었다.

그러나, 본딩 장치에서는, 조립 조정시 등에 본딩 툴이 전자부품을 흡착 유지하지 않은 상태에서 레이저광(20)을 발진하는 경우가 있지만, 레이저광(20)의 집광점(12)(광 직경이 가장 작아지는 점)은 매우 강력한 에너지를 갖는 점이 되기 때문에, 잘못해서 집광점(12)이나 그 근방에 적재 스테이지나 기판 등이 있게 되면, 이들을 손상 파괴시켜 버리게 될 위험이 있었다.

또한, 본딩 장치에서의 생산시라도, 반도체 칩(1)의 재료로 많이 사용되는 실리콘은 레이저광(20)인 적외광을 잘 흡수하지만, 흡수율은 약 6∼7할이며, 나머지 레이저광(20)은 반도체 칩(1)을 투과하기 때문에, 반도체 칩(1)을 투과한 레이저광(20)은 기판 등에 조사되게 되고, 반도체 칩(1)을 투과하여 약해졌다고 하더라도, 집광점(12)에서는 기판을 손상시키거나, 가열시키거나 하는 에너지를 갖고 있는 경우도 있다. 게다가, 기판이 가열되어 팽창된 상태에서 본딩하면 범프와 전극의 위치가 어긋나 본딩된 제품이 불량품이 되는 경우가 있었다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 레이저의 조사는 설정된 전류값 i 및 설정된 시간 t만의 제어이기 때문에, 레이저 발진기에 대하여 급격한 전류의 온·오프를 반복하게 되어 레이저 발진기의 내구성이 문제가 되고 있었다. 또한, 급격한 냉각을 싫어하는 전자부품도 존재하였다. 예컨대, 전자부품을 급속 냉각시키면, 땜납이 굳어질 때에 불균일하게 되어 변형되거나, 내부 응력이 발생하거나 하는 것이다. 이에 따라 본딩의 안정성이나 위치 정밀도는 나빠지고 있었다.

본딩 장치의 가열 수단으로는, 전자부품을 흡착 유지하고 있는 본딩 툴에 레이저를 조사하여 가열하고, 본딩 툴을 통해 전자부품을 가열하는 방식(줄 열 히터 가열 방식)도 존재하였다. 이 방식에서는, 전자부품을 유지하고 있는 본딩 툴에 열전대를 형성하여 실제의 온도를 검출하고, 설정된 온도 프로파일을 따르도록 전류값을 피드백 제어할 수 있었다.

그러나, 레이저를 전자부품에 조사하여 가열하는 방식에서는, 레이저가 전자부품에 직접 조사되어 가열되고 있기 때문에, 본딩 툴의 온도를 설정하여도 제어에는 도움이 되지 않고, 또한 전자부품의 온도를 직접 측정할 수는 없기 때문에, 전류값을 피드팩 제어할 수 있는 것은 아니었다. 즉, 직접 전자부품에 레이저를 조사하여 가열하는 종래의 레이저 가열 방식으로는, 급격한 냉각을 싫어하는 전자부품에는 대응할 수 없었던 것이다.

또한, 특허 문헌 1의 장치에서는, 광파이버에 의해 레이저를 도광(導光)하는 구성으로 되어 있지만, 이 광파이버는 파단, 파손되어 단선되는 경우가 있었다. 이와 같은 상태에서는, 전자부품을 적정하게 가열하여 접합시킬 수 없을 뿐만 아니 라, 레이저가 외부로 샌다고 하는 위험도 있었다.

그래서 특허 문헌 2에 나타내고 있는 바와 같은 파이버 이상을 가공 이전에 검출하는 수단이 개시되어 있었다. 또한, 접합시(가공시)에 파이버 이상을 검출하는 방법에서는, 전자부품이나 기판이 가열 가압된 후의 검출이 이루어지고, 범프나 접합 개재물(수지 등)이 변형되어 이들의 재이용이 불가능하게 되므로, 유효한 검사 수단이 아니다.

그러나, 특허 문헌 2에 나타내는 검사 수단은, 레이저 가공(공업 제품의 가공 혹은 의료 분야의 치료)에 이용되는 레이저 장치에 있어서의 검사 수단으로서, 레이저 가공에 기여하지 않는 검사광을 가공 레이저광과는 다른 검사용 광원으로부터 출력하고, 가공 레이저광용 광파이버의 타단으로부터 출사되는 검사광을 검출함으로써 파이버 이상을 검출하는 것이었다.

그러나, 이러한 종류의 검사 수단은, 주된 가공용 광원 이외에 별개의 광원을 가져야만 하는 등 장치의 대형화나 복잡화를 초래하여 바람직한 것이 아니었다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 제3195970호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제2-258185호 공보

또한, 본 발명은, 레이저 가열 수단에, 본딩시 레이저 발진기에 인가하는 전류 프로파일을 설정하는 프로파일 설정 수단과, 설정된 프로파일에 따라 레이저 발진기에 인가하는 전류값을 제어하는 제어 수단을 구비함으로써, 레이저 가열 수단이, 본딩하는 전자부품에 적합하도록 전류의 상승에서 하강까지를 제어 가능하게 되고, 본딩의 안정성 및 위치 정밀도를 향상시킬 수 있으며 레이저 발진기의 수명을 연장하는 것을 가능하게 한 본딩 장치로 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 레이저 발진 수단으로부터 출사되는 레이저의 출력을 가변 가능하게 하는 제어 수단을 채용하고, 접합시보다 낮은 레이저 출력으로 파이버로부터 레이저를 출사시켜 검사를 행함으로써, 본딩(접합)시 이전에 전자부품이나 접합 대상물에 악영향을 주지 않고 파이버 이상을 검출할 수 있는 본딩 장치로 하는 것을 목적으로 한다.

제1 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 전자부품을 흡착 유지하는 본딩 툴을 갖는 본딩 헤드와, 본딩 툴에 유지된 전자부품에 본딩 헤드의 내측으로부터 레이저광을 조사하여 가열하는 레이저 가열 수단을 구비한 본딩 장치에 다음 수단을 채용한다.

첫 번째로, 레이저 가열 수단은 광원으로부터의 레이저광을 집속하는 집광 수단을 갖는 것으로 한다.

두 번째로, 집광 수단에 의한 레이저광의 집광점을 본딩 헤드 내부에 설정한다.

제2 발명은, 제1 발명에 다음 구성을 부가한다.

첫 번째로, 선단에 전자부품을 흡착 유지하는 본딩 툴을 갖는 본딩 헤드와, 전류를 인가함으로써 레이저를 발진하는 레이저 발진기를 가지며 레이저 발진기로부터 발진된 레이저를 본딩 툴에 유지된 전자부품에 조사하여 가열하는 레이저 가열 수단을 구비한 본딩 장치로 한다.

두 번째로, 레이저 가열 수단은, 본딩시 레이저 발진기에 인가하는 전류 프로파일을 설정하는 프로파일 설정 수단과, 설정된 전류 프로파일에 따라 레이저 발진기에 인가하는 전류값을 제어하는 제어 수단을 구비한다,

제3 발명은, 제2 발명에 다음 구성을 부가한다.

프로파일 설정 수단이 온도 프로파일에 기초하여 전류 프로파일을 설정하는 본딩 장치이다.

제4 발명은, 제1 발명에 다음 구성을 부가한다.

레이저 발진 수단과, 이 레이저 발진 수단으로부터 레이저를 도광하고 상기 본딩 헤드 내에 출사하는 파이버와, 전자부품의 접합 대상물을 지지하는 본딩 스테이지를 구비하며, 상기 본딩 스테이지 상에서 상기 본딩 헤드로부터 레이저 조사하여 상기 전자부품을 가열하고 접합시키는 본딩 장치에 다음 수단을 채용한다.

첫 번째로, 상기 레이저 발진 수단으로부터 출사되는 레이저의 출력을 가변 가능하게 하는 제어 수단과, 상기 파이버로부터 출사된 레이저를 수광하는 수광 수단과, 상기 본딩 스테이지에 대하여 상기 본딩 헤드를 상대적으로 이동시키는 이동 기구와, 상기 수광 수단의 수광량에 기초하여 상기 파이버의 도광 상태의 양부(良否)를 검사하는 검사 수단을 구비한다.

두 번째로, 상기 수광 수단의 수광부를 상기 본딩 헤드 내에 설치하고, 상기 본딩 헤드의 하부에 전자부품을 유지한 상태에서 접합시보다 낮은 레이저 출력으로 상기 파이버로부터 레이저를 출사시키며, 상기 검사 수단에 의해, 상기 수광 수단에 수광되는 전자부품으로부터의 반사광의 양을 포함하는 수광량에 기초하여 상기 파이버의 도광 상태의 양부를 검사한다.

제5 발명은, 제1 발명에 다음 구성을 부가한다.

첫 번째로, 상기 레이저 발진 수단으로부터 출사되는 레이저의 출력을 가변 가능하게 하는 제어 수단과, 상기 파이버로부터 출사된 레이저를 수광하는 수광 수 단과, 상기 본딩 스테이지에 대하여 상기 본딩 헤드를 상대적으로 이동시키는 이동 기구와, 상기 수광 수단의 수광량에 기초하여 상기 파이버의 도광 상태의 양부를 검사하는 검사 수단을 구비한다.

두 번째로, 상기 수광 수단의 수광부를 상기 본딩 헤드에 대하여, 상대적으로 이동 가능하게 위쪽을 향해 설치하고, 상기 본딩 헤드의 하부에 전자부품을 유지하지 않은 상태에서 상기 수광 수단의 수광부를 본딩 헤드의 아래쪽에 위치시켜, 접합시보다 낮은 레이저 출력으로 상기 파이버로부터 레이저를 출사시키며, 상기 검사 수단에 의해, 상기 수광 수단에 수광되는 수광량에 기초하여 상기 파이버의 도광 상태의 양부를 검사한다.

제6 발명은, 제4 발명 또는 제5 발명에 다음 구성을 부가한다.

상기 파이버가, 복수 라인의 파이버로 이루어지고, 소정 개수씩 파이버에 레이저를 도광시키며, 복수 회로 분할하여 파이버로부터 레이저를 출사시키고, 상기 검사 수단에 의해 파이버의 도광 상태의 양부를 검사하는 본딩 장치이다.

제1 발명에서는, 집광 수단에 의한 레이저광의 집광점을 본딩 헤드 내부에 설정함으로써, 조립 조정시 레이저 발진이나 반도체 칩의 투과광이 있어도, 기판이나 적재 스테이지에 손상이나 가열 팽창을 일으키게 할 위험이 없는 본딩 장치가 되었다.

제2 발명에서는, 레이저 가열 수단이, 본딩시 레이저 발진기에 인가하는 전류 프로파일을 설정하는 프로파일 설정 수단과, 설정된 전류 프로파일에 따라 레이 저 발진기에 인가하는 전류값을 제어하는 제어 수단을 구비한 것이기 때문에, 전류의 상승에서 하강까지의 제어가 가능해져서 본딩의 안정성 및 위치 정밀도를 향상시킬 수 있고 레이저 발진기의 수명을 연장시키는 것을 가능하게 하였다.

제4 발명에서는, 본딩 헤드의 하부에 전자부품을 유지한 상태에서 접합시보다 낮은 레이저 출력으로 상기 파이버로부터 레이저를 출사시키고, 상기 검사 수단에 의해, 상기 수광 수단에 수광되는 전자부품으로부터의 반사광의 양을 포함하는 수광량에 기초하여 상기 파이버의 수광 상태의 양부를 검사하는 것이기 때문에, 검사를 위한 레이저에 의해 전자부품이나 접합 대상물 등에 악영향을 주지 않고, 또한 검사용으로 별개의 광원을 구비하는 것을 필요로 하지 않아, 전자부품의 접합 전에 파이버의 도광 상태의 양부를 검사할 수 있다.

제5 발명에서는, 수광 수단의 수광부를 상기 본딩 헤드에 대하여 상대적으로 이동 가능하게 위쪽을 향해 설치하고, 상기 본딩 헤드의 하부에 전자부품을 유지하지 않은 상태에서, 상기 수광 수단의 수광부를 본딩 헤드의 아래쪽에 위치시켜 접합시보다 낮은 레이저 출력으로 상기 파이버로부터 레이저를 출사시키며, 상기 검사 수단에 의해, 상기 수광 수단에 수광되는 수광량에 기초하여 상기 파이버의 도광 상태의 양부를 검사하는 것이기 때문에, 전자부품이나 접합 대상물 등에 레이저가 조사되는 일도 없고, 또한 저출력이기 때문에 주위나 수광부를 구성하는 수광 소자에의 악영향도 발생시키지 않아 전자부품의 접합 전에 파이버의 도광 상태의 양부를 검사할 수 있다.

이하, 도면에 따라 실시예와 함께 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 실시예에 있어서의 본딩 장치(100)는, 전자부품인 반도체 칩(1)을 접합 대상물로서의 기판(2)에 본딩하는 장치이다. 도 1은 본딩 장치의 위치 실시예를 나타내는 전체 개략 설명도로서, 본딩 장치는 반도체 칩(1)을 기판(2)에 접합시키는 본딩 헤드(4)와, 칩 트레이(20) 및 기판 적재 스테이지(21)가 배치된 테이블(22)을 구비하고 있다. 또한, 칩 트레이(20)는 칩 공급을 위한 것이기 때문에 트레이라는 형태에 한정되지 않고, 웨이퍼 자체라도 좋다. 또한, 기판 적재 스테이지(21)는 본딩을 실행하기 위한 본딩 스테이지를 구성하고 있다.

본딩 헤드(4)는 반도체 칩(1)을 흡착 유지하는 본딩 툴(3)을 선단부(하단부)에 가지며, 승강 기구(31) 및 수평 이동 기구(32)에 의해 이동 가능하게 되어 있다. 즉, 본딩 헤드(4)는 칩 공급 위치인 칩 트레이(20)에서, 본딩 툴(3)에 의해 반도체 칩(1)을 흡착 유지하고, 본딩 위치인 기판 적재 스테이지(21)로 이동시키며, 하강하여 기판(2)에 반도체 칩(1)을 탑재하고, 가열하여 접합시키며, 냉각시킨 후 고정하여 본딩을 완성하고, 상승하여 다시 칩 공급 위치로 되돌리는 동작을 반복한다.

또한, 실시예에서는 본딩 헤드(4)에, 승강 기구(31)와 수평 이동 기구(32)를 설치하여 본딩 헤드(4)를 이동 가능하게 하고 있지만, 본딩 헤드(4)와 칩 트레이(20)나 기판 적재 스테이지(21)는 상대 이동하여도 좋기 때문에, 칩 트레이(20)나 기판 적재 스테이지(21)가 배치되어 있는 테이블(22)에, 구동 기구를 설치하고, 테이블(22)을 이동시킴으로써 본딩 헤드(4)와의 상대 이동을 행하거나, 테이블(22) 및 본딩 헤드(4) 양자 모두를 이동시킴으로써 양자의 상대 이동을 행하거나 하여도 좋다.

본딩 헤드(4)의 내부는 공동부(5)가 되고, 이 공동부(5)에는, 본딩 툴(3)에 유지된 반도체 칩(1)을 본딩 헤드(4)의 내측으로부터 레이저(17)를 조사하여 가열하는 레이저 가열 장치(6)가 배치되어 있다.

본딩 헤드(4)의 하단부에는 본딩 툴(3)이 장착되어 있다. 본딩 툴(3)은, 실시예에서는 열팽창이 작고 레이저(17)의 투과성이 좋은 석영 유리가 이용되고 있지만, 레이저(17)를 투과하는 소재이면 좋으며, 사파이어 등도 이용할 수 있다. 본딩 툴(3)의 중앙부에는 반도체 칩(1)을 흡착 유지하기 위한 흡착 구멍(18)이 형성되어 있다. 또한, 본딩 툴(3)의 본딩 헤드(4) 내부측에 위치하는 표면(도 2 중에서는 상면)에는 반사 방지막이 형성되어 있다.

본딩 헤드(4)에는 흡인 통로(7)가 형성되어 있고, 공동부(5)는 이 흡인 통로(7)와 본딩 헤드(4)의 하단에 장착된 본딩 툴(3)의 흡착 구멍(18) 이외에는 밀폐되어 있다. 또한, 흡인 통로(7)는 흡인 장치(8)와 접속되어 있기 때문에, 흡인 장치(8)에 의해 진공 흡인됨으로써, 본딩 헤드(4) 내의 공동부(5)에는 부압(負壓)이 인가되어 본딩 툴(3)의 흡착 구멍(18)에 반도체 칩(1)을 흡착시킬 수 있게 된다.

레이저 가열 장치(6)는 광원이 되는 레이저 발진기(14)와, 레이저 발진기(14)에 인가하는 전류 프로파일을 결정하고 또한 그것에 따라 레이저 발진기(14)에 인가하는 전류값을 제어함으로써 레이저 발진기(14)로부터 출사되는 레이저(17)의 출력을 가변 가능하게 하는 제어 장치(16)와, 레이저 발진기(14)와 접속되며 레 이저(17)를 도광하고 하부로부터 레이저(17)를 출사할 수 있도록 본딩 헤드(4) 내에 레이저 출사구(10)를 위치시킨 광파이버(9)와, 이 출사구(10)로부터 출사된 레이저(17)를 집속하는 집광 수단인 집광 렌즈(11)와, 레이저(17)의 조사 범위를 한정하기 위한 차폐판(15)을 갖는다.

또한, 광파이버(9)로부터 출사된 레이저(17)는, 확산되어 집광 렌즈(11)에 입사되기 때문에, 레이저(17)의 집광점은 집광 렌즈(11)의 집점 위치보다 아래쪽에 설정되어 있다.

집광 렌즈(11)는, 실시예에서는 1장의 볼록 렌즈를 이용하고 있지만, 복수 장의 렌즈를 이용하여도 좋다. 집광 렌즈(11)는 본딩 헤드(4) 내의 홀더에 지지되어 있다. 집광 렌즈(11)에 의한 레이저의 집광점(A)은 본딩 헤드(4)의 내부인 공동부(5) 내에 설정되어 있다. 또한, 집광 렌즈(11)의 표리면은 반사 방지막이 형성되어 있다. 또한, 집광 수단으로서, 오목거울을 사용하여도 좋다.

차폐판(15)은 집광 렌즈(11)를 통과한 레이저(17)가, 조사되어야 할 반도체 칩(1)으로부터 새어나가지 않도록 하기 위한 것이다. 차폐판(15)은, 실시예에서는 존재하지만, 집광 렌즈(11)만으로 조사 범위를 반도체 칩(1)에 한정시키는 조정이 가능한 경우는 설치하지 않아도 좋다.

레이저(17)가, 반도체 칩(1)으로부터 새어나가고 있으면 기판(2)에 조사됨으로써 기판(2)이 가열되어 팽창되게 될 위험을 갖고 있다. 기판(2)이 수지로 이루어진 경우에는 실리콘으로 이루어진 기판(2)에 비하여 크게 팽창되어 버린다. 기판(2)이 가열되어 팽창된 상태에서 본딩하면, 범프와 전극의 위치가 어긋나는데다 가, 냉각되어 원래 상태로 되돌아간 경우라도 반도체 칩(1)이 구부러지거나 하여 불량품이 되는 경우가 있었다. 차폐판(15)은 이러한 위험을 막기 위해서 설치되어 있다.

본딩 헤드(4) 내의 본딩 툴(3)의 경사 상방에는, 본딩 툴(3)에 흡착된 반도체 칩(1)에 조사된 레이저(17)의 반사광 등의 산란광을 검출하기 위한 반사광 검출용 광센서(12)가 설치되어 있다. 이 광센서(12)가, 본 발명에 있어서의 수광 수단이 된다. 이 수광 수단인 광센서(12)의 수광부(13)는 본딩 헤드(4) 내에서 하부, 즉 반도체 칩(1)의 표면으로부터 반사광을 수광할 수 있도록 하부에 유지한 반도체 칩(1)을 향해 설치되어 있다. 광센서(12)의 수광부(13)로부터의 신호는 파이버를 통해 제어 장치(16)에 입력된다. 또한, 광센서(12)는, 광파이버에 의해 본딩 헤드(4) 내부를 향해 도광되는 광을 수광하도록 제어 장치(16) 내에 설치되어도 좋다. 이 경우, 본딩 헤드(4) 내부를 향해 있는 광파이버의 선단이 수광부(13)가 된다.

제어 장치(16)는, CPU(23)와, 전원 및 전압 제한기를 구비한 정전류 회로(24)와, 광센서(12)에 접속된 조도 판독 회로(25)와, 테스트 칩(28)에 부착된 열전대(27)에 접속된 온도 판독 회로(26)를 갖고 있다.

제어 장치(16)에 의한 전류 프로파일의 설정은 다음과 같은 수순으로 행해진다.

첫 번째로, 설정 준비로서 본딩시의 칩 위치에 열전대(27) 부착 테스트 칩(28)을 장착한다.

두 번째로, 제어 장치(16)의 모니터 화면에 온도 프로파일의 설정 화면을 표시시켜 생산시에 있어서의 온도 프로파일을 입력한다.

세 번째로, 입력된 온도 프로파일에 따른 전류 프로파일을 제어 장치(16)에 의해 구한다.

전류 프로파일을 구체적으로 구하는 방법은 다음과 같이 행해진다.

입력된 온도 프로파일을 따른다고 고려되는 전류를 인가하여 실제로 열전대(27) 부착 테스트 칩(28)을 레이저(17)에 의해 가열하고, 입력한 온도 프로파일의 설정 온도까지의 테스트 칩(28)의 실제 상승 시간이, 설정한 상승 시간이 되도록 인가 전류값을 시행착오에 의해 구하여 기억시킨다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 설정 전류값(i1), 이 값까지의 상승 시간(t1), 설정 전류값(i1)에서의 조사 시간(t2), 설정 전류값(i2), 이 값까지의 변경 시간(t3), 설정 전류값(i2)에서의 조사 시간(t4), 하강 시간(t5)을 구하는 것이다.

상기 방법은 온도 프로파일로부터 전류 프로파일을 구하고 있지만, 직접 전류 프로파일을 설정하도록 하여도 좋다.

또한, 다음과 같이 하여 전류 프로파일을 구할 수도 있다.

첫 번째로, 설정 준비로서 칩 위치에 열전대(27) 부착 테스트 칩(28)을 장착한다.

두 번째로, 전류값과 온도의 관계나 상승이나 하강 시간의 관계의 데이터를 많이 축적해 둔다.

세 번째로, 화면에 온도 프로파일의 설정 화면을 표시시켜 생산시에 있어서 의 온도 프로파일을 입력한다.

네 번째로, 그 온도 프로파일에 따른 전류 프로파일을 미리 기억해둔 데이터로부터 적정한 전류 프로파일을 구하는 것이다.

생산시에 제어 장치(16)는, 기억해둔 전류 프로파일로 전류를 제어하고, 레이저 발진기(14)에, 전원 및 전압 제한기를 구비한 정전류 회로(24)를 통해 전류를 인가한다. 이에 따라 레이저 발진기(14)는 레이저(17)를 발진한다. 실시예에서의 레이저 발진기(14)는, 본딩 헤드(4)와는 별개의 부재로 장비되고, 광파이버(9)를 통해 본딩 헤드(4)까지 레이저를 도광하도록 하고 있지만, 본딩 헤드(4)에 레이저 발진기(14)를 일체적으로 마련한 것이어도 좋다. 광파이버(9)의 레이저 출사구(10)는 도 2의 실시예에서는, 본딩 툴(3)에 대향하여 하향으로 설치되어 있다. 물론, 반사경 등을 설치하면, 출사구의 방향은 한정되지 않는다.

또한, 제어 장치(16)는, 수광부(13)의 수광량이 소정량 이상인지 여부를 미리 설정해둔 기준값과 비교하여 검사하고 있다. 이 수광량이 소정량을 만족시키고 있으면, 제어 장치(16)는 본딩 헤드(4)를 기판(2)의 위쪽으로 이동시켜 하강시키고, 흡착 유지하고 있었던 반도체 칩(1)을, 기판(2)에 접합시키는 취지의 지시를 내린다. 수광량이 소정량을 만족시키고 있지 않으면, 본딩 헤드(4)의 이동을 정지시키고, 파이버 이상을 경보 출력하는 취지의 지시를 내린다.

수광량이 소정량 이상인지 여부를 검사하는 것은, 본딩 헤드(4)가, 칩 공급 위치와 본딩 위치 사이에서 왕복 이동하는 것으로 인해, 광파이버(9)가 반복하여 바싹 당겨져 단선되는 경우가 있기 때문에, 그러한 사태를 검출하고자 하기 위함이 다.

이하, 본딩의 동작에 대해서 설명하면, 우선 본딩 위치에서는, 기판 적재 스테이지(21) 상에 기판(2)이 공급된다. 한편, 칩 공급 위치에서는, 본딩 헤드(4)가 칩 트레이(20)로부터 반도체 칩(1)을 본딩 툴(3)에 흡착 유지하여 상승시킨다. 그 후, 본딩 헤드(4)는 수평 이동 기구(32)에 의해 본딩 위치인 기판 적재 스테이지(21)로 이동한다.

이 이동 공정 사이에, 검사를 위해 레이저 발진기(14)가 동작하고, 광파이버(9)의 레이저 출사구(10)로부터, 접합시보다 출력이 낮은 레이저 출력으로 레이저(17)가 출사된다. 이때 광센서(12)의 수광부는, 반도체 칩(1)의 상면으로부터 반사광을 포함하는 산란광을 수광한다. 이 수광량이 소정량 이상인지 여부를 검사한다. 이 수광량이 소정량을 만족시키고 있으면, 본딩 헤드(4)는 기판(2) 상의 본딩 위치로 이동하여 하강하고, 흡착 유지하고 있었던 반도체 칩(1)을 기판(2)에 접합시킨다. 수광량이 소정량을 만족시키고 있지 않으면, 본딩 헤드(4)의 이동을 정지시키고, 파이버 이상을 경보 출력한다. 또한, 접합시에는, 유지한 반도체 칩(1)을 기판(2)에 압박시키면서 레이저 조사 가열 압착하여도 좋고, 반도체 칩(1)을 기판(2)에 올려놓은 상태에서 압박시키지 않고 레이저 조사하여 가열하기만 하여도 좋다.

제1 실시예에서는, 광파이버(9)는 단일 레이저 발진기(14)와 접속되는 단일 코어인 것이 이용되고 있고, 단일 레이저 출사구(10)로부터 레이저(17)를 출사하는 것으로 하고 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 개별적으로 제어 가능한 복수의 레 이저 발진기(14)와 접속되는 복수의 가는 광파이버(9)를 결속한 파이버 다발(19)로 하고, 복수의 레이저 출사구(10)로부터 각각 레이저(17)를 출사시키는 것으로 하는 제2 실시예도 고려할 수 있다.

이러한 파이버 다발(19)의 복수의 레이저 출사구(10)로부터 레이저(17)가 출사되는 경우, 제1 실시예에서 나타낸 검출 수단으로, 파이버 이상을 검출했다고 해도, 어느 광파이버(9)에 이상이 있는지를 특정할 수 없다. 그래서, 도 3과 같은 파이버 다발(19)의 복수의 레이저 출사구(10)로부터 레이저(17)가 출사되는 경우에는, 하나의 레이저 발진기(14)를 동작시키고, 이것과 접속되어 있는 1가닥의 광파이버(9)의 레이저 출사구(10)로부터 레이저(17)를 출사시키며, 수광부(13)로부터 입사되는 수광량이 소정량 이상인지 아닌지 1가닥씩 레이저를 도광시켜 복수 회로 분할하여 순차 검사하고, 파이버 다발(19) 중 어느 광파이버(9)에 이상이 있는지를 검사한다.

또한, 이때, 1가닥씩 낮은 레이저 출력으로 레이저(17)를 출사시켜도 좋지만, 파이버 다발(19) 중 하나의 광파이버(9)의 레이저 출사구로부터만 레이저(17)가 출사되고 있는 것에 불과하므로, 전체 파이버 다발(19)의 접합시의 레이저 출력보다는 저출력으로 되어 있기 때문에, 검사하는 각각의 광파이버(9)의 출력을 접합시보다 저출력으로 할 필요는 없고, 1가닥마다의 출력은 접합시의 출력과 동일하여도 좋다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 군(群)별로 제어 가능한 복수의 레이저 발진기(14)와 접속되는 복수의 가는 광파이버(9)를 결속한 파이버 다발(19)로 하고, 복 수의 레이저 출사구(10)로부터 레이저(17)를 출사하는 것으로 하는 제3 실시예도 고려할 수 있다.

이러한 파이버 다발(19)의 복수의 레이저 출사구(10)로부터 레이저(17)가 출사되는 경우, 제1 실시예에서 나타낸 검출 수단으로, 파이버 이상을 검출했다고 해도, 어느 광파이버(9)군에 이상이 있는지를 특정할 수 없다.

그래서, 도 4와 같은 파이버 다발(19)의 복수의 레이저 출사구(10)로부터 레이저(17)가 출사되는 경우에는, 1군의 레이저 발진기(14)를 동작시키고, 이것과 접속되어 있는 1군의 광파이버(9)의 출사구(10)로부터 레이저(17)를 출사시키며, 수광부(13)로부터 입사되는 수광량이 소정 이상인지 아닌지를, 소정 복수 라인수로 이루어진 1군씩 레이저를 도광시켜 복수 회로 분할하여 순차 검사하고, 파이버 다발(19) 중 어느 광파이버(9)군에 이상이 있는지를 검사하는 것이다.

이 경우에도, 1군씩 낮은 레이저 출력으로 레이저(17)를 출사시켜도 좋지만, 파이버 다발(19) 중 1군의 광파이버(9)의 레이저 출사구(10)로부터만 레이저(17)가 출사되고 있는 것에 불과하기 때문에, 전체 파이버 다발(19)의 접합시의 레이저 출력보다는 저출력으로 되어 있다. 이 때문에, 검사하는 각각의 파이버(9)군의 출력을 접합시보다 저출력으로 할 필요는 없고, 1군마다의 출력은 접합시의 출력과 동일하여도 좋다. 또한, 이러한 제3 실시예에 있어서, 각 레이저 발진기(14)에 스위치 회로를 설치하여 각 파이버(9)군 내에서 개별적으로 레이저 발진기(14)를 동작 가능하게 구성함으로써, 각 파이버(9)군마다 상기 제2 실시예와 동일하게 1가닥씩 검사하도록 하여도 좋다.

제1 내지 제3 실시예에서는, 수광 수단인 광센서(12)의 수광부(13)는, 본딩 헤드(4) 내에서 하부를 향해 설치되어 있지만, 수광 수단인 광센서(12)의 수광부(13)를 본딩 헤드(4)의 외부, 도 5와 같이 테이블(22)에 위쪽을 향해 설치하는 것이어도 좋다. 이 제4 실시예에 있어서의 외부에 설치된 수광부(13)에서 본딩 헤드(4)의 하단을 관찰하는 것이다.

이러한 구성을 채용했을 경우에는, 다음과 같이 동작한다.

우선, 생산 운전을 시작하기 전의 본딩 장치의 기동시, 또는 기판(2)에 반도체 칩(1)을 접합시켜 본딩 헤드(4)가 상승하고 나서 칩 트레이(20)에 도달하기 전에, 즉 본딩 헤드(4)가 반도체 칩(1)을 유지하지 않은 상태에서, 본딩 헤드(4)가 수평 이동하고, 본딩 헤드(4)를 수광부(13)의 위쪽에 위치시킨다.

이 위치에서 접합시의 출력보다 낮은 레이저 출력으로 레이저(17)를 조사한다. 이때 수광부(13)로부터 입사되는 수광량이 소정량 이상인지를 검사한다. 검사 결과, 소정량을 만족시키고 있으면, 반도체 칩(1)을 유지하여 접합 동작을 실행하고, 만족시키고 있지 않으면 정지시켜 광파이버(9)의 이상을 경보 출력한다.

또한, 이 예에서는, 본딩 헤드(4)가 이동하는 것이었지만, 본딩 헤드(4)와 수광부(13)의 이동은 상대 이동이면 좋기 때문에, 수광부(13)가 설치되어 있는 테이블(22)의 이동에 의해서도 좋고, 양자 모두의 이동에 의해서도 좋으며, 수광부(13)가 단독으로 이동하는 것이어도 좋다. 이상과 같이 수광부(13)가, 본딩 헤드(4)의 외부에 설치되어 있는 경우라도, 복수의 레이저 출사구(10)로부터 레이저(17)를 출사시키는 것이 있을 수 있다.

첫 번째가, 개별적으로 제어 가능한 복수의 레이저 발진기(14)와 접속되는 복수의 가는 광파이버(9)를 결속한 파이버 다발(19)로 하고, 복수의 레이저 출사구(10)로부터 레이저(17)를 출사하는 것으로 하는 제5 실시예이다. 도 3에 도시되는 레이저 출사구(10)와 동일한 레이저 출사구(10)를 갖는 것이다.

두 번째가, 군별로 제어 가능한 복수의 레이저 발진기(14)와 접속되는 복수의 가는 광파이버(9)를 결속한 파이버 다발(19)로 하고, 복수의 레이저 출사구(10)로부터 레이저(17)를 출사하는 것으로 하는 제6 실시예이다. 도 4에 도시되는 레이저 출사구(10)와 동일한 레이저 출사구(10)를 갖는 것이다.

이들의 경우라도, 검사 방법 및 출력 레벨은 제2 및 제3 실시예의 경우와 동일하다.

도 1은 수광 수단을 본딩 헤드 내에 설치한 경우의 본딩 장치의 전체 개략 설명도.

도 2는 본딩 헤드 내부를 도시한 설명도로서, (A)는 검사시, (B)는 접합시를 나타낸 도면.

도 3은 각각의 광파이버 단위로 검사하는 경우의 본딩 장치의 설명도로서, (A)는 검사시, (B)는 접합시를 나타낸 도면.

도 4는 광파이버군 단위로 검사하는 경우의 본딩 장치의 설명도로서, (A)는 검사시, (B)는 접합시를 나타낸 도면.

도 5는 수광 수단을 본딩 헤드 밖에 설치한 경우의 본딩 장치의 전체 설명도.

도 6은 제어 장치와 본딩 헤드의 관계를 나타낸 블록도.

도 7은 전류 프로파일에 따른 전류 제어의 그래프.

도 8은 종래의 본딩 장치에 있어서의 가열 원리를 나타낸 단면 설명도.

도 9는 종래의 전기 제어의 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 반도체 칩

2 : 기판

3 : 본딩 툴

4 : 본딩 헤드

5 : 공동부

6 : 레이저 가열 장치

7 : 흡인 통로

8 : 흡인 장치

9 : 광파이버

10 : 레이저 출사구

11 : 집광 렌즈

12 : 광센서

13 : 수광부

14 : 레이저 발진기

15 : 차폐판

16 : 제어 장치

17 : 레이저

18 : 흡착 구멍

19 : 파이버 다발

20 : 칩 트레이

21 : 기판 적재 스테이지

22 : 테이블

23 : CPU

24 : 정전류 회로

25 : 조도 판독 회로

26 : 온도 판독 회로

27 : 열전대

28 : 테스트 칩

Claims

전자부품을 흡착 유지하는 본딩 툴을 갖는 본딩 헤드와, 본딩 툴에 유지된 전자부품에 본딩 헤드의 내측으로부터 레이저광을 조사함으로써 상기 전자부품을 가열하는 레이저 가열 수단을 구비한 본딩 장치에 있어서,

레이저 가열 수단은 광원으로부터의 레이저광을 집속하는 집광 수단을 갖고,

집광 수단에 의한 레이저광의 집광점을 본딩 헤드 내부의 부압이 인가되는 공동부에 설정한 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 가열 수단은, 전류를 인가함으로써 레이저를 발진하는 레이저 발진 수단을 가지며, 본딩시 레이저 발진 수단에 인가하는 전류 프로파일을 설정하는 프로파일 설정 수단과, 설정된 전류 프로파일에 따라 레이저 발진 수단에 인가하는 전류값을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
제2항에 있어서, 상기 프로파일 설정 수단은, 온도 프로파일에 기초하여 전류 프로파일을 설정하는 것인 본딩 장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 가열 수단은,

레이저를 발진하는 레이저 발진 수단과,

이 레이저 발진 수단으로부터 레이저를 도광(導光)하고 상기 본딩 헤드 내에 출사하는 파이버와,

전자부품의 접합 대상물을 지지하는 본딩 스테이지와,

상기 레이저 가열 수단으로부터 출사되는 레이저의 출력을 가변 가능하게 하는 제어 수단과,

상기 파이버로부터 출사된 레이저를 수광하는 수광 수단과,

상기 본딩 스테이지에 대하여 상기 본딩 헤드를 상대적으로 이동시키는 이동 기구와,

상기 수광 수단의 수광량에 기초하여 상기 파이버의 도광 상태의 양부(良否)를 검사하는 검사 수단을 구비하고,

상기 수광 수단의 수광부를 상기 본딩 헤드 내에 설치하며,

상기 본딩 헤드의 하부에 전자부품을 유지한 상태에서, 접합시보다 낮은 레이저 출력으로 상기 파이버로부터 레이저를 출사시키고,

상기 검사 수단에 의해, 상기 수광 수단에 수광되는 전자부품으로부터의 반사광의 양을 포함하는 수광량에 기초하여 상기 파이버의 도광 상태의 양부를 검사하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 가열 수단은,

레이저를 발진하는 레이저 발진 수단과,

이 레이저 발진 수단으로부터 레이저를 도광하고 상기 본딩 헤드 내에 출사하는 파이버와,

전자부품의 접합 대상물을 지지하는 본딩 스테이지와,

상기 레이저 가열 수단으로부터 출사되는 레이저의 출력을 가변 가능하게 하는 제어 수단과,

상기 파이버로부터 출사된 레이저를 수광하는 수광 수단과,

상기 본딩 스테이지에 대하여 상기 본딩 헤드를 상대적으로 이동시키는 이동 기구와,

상기 수광 수단의 수광량에 기초하여 상기 파이버의 도광 상태의 양부를 검사하는 검사 수단을 구비하고,

상기 수광 수단의 수광부를 상기 본딩 헤드에 대하여, 상대적으로 이동 가능하게 위쪽을 향해 설치하며, 상기 본딩 헤드의 하부에 전자부품을 유지하지 않은 상태에서, 상기 수광 수단의 수광부를 본딩 헤드의 아래쪽에 위치시켜, 접합시보다 낮은 레이저 출력으로 상기 파이버로부터 레이저를 출사시키고,

상기 검사 수단에 의해, 상기 수광 수단에 수광되는 수광량에 기초하여 상기 파이버의 도광 상태의 양부를 검사하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 파이버는 복수개의 파이버로 이루어지며,

정해진 개수씩의 파이버에 레이저를 도광시킴으로써 복수 회로 분할하여 파이버로부터 레이저를 출사시키고, 상기 검사 수단에 의해 파이버의 도광 상태의 양부를 검사하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.