KR101579094B1

KR101579094B1 - 본딩 스테이지 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101579094B1
Application number: KR1020147033312A
Authority: KR
Inventors: 쇼지 와다
Original assignee: 가부시키가이샤 신가와
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2015-12-21
Also published as: WO2015004950A1; KR20150035552A; CN105612609B; JP5665158B1; TW201503270A; JPWO2015004950A1; CN105612609A; SG11201600124PA; TWI512856B; US9679866B2; US20160118363A1

Abstract

상면이 평탄한 복수의 돌기(11)가 그 표면(16)에 설치된 강체 블록(10)과, 돌기(11) 위의 지지면(18)에 고정된 평판(20)과, 평판(20) 위에 흡착 고정된 세라믹판(30)과, 평판(20)의 강체 블록(10)측에 배치된 판 형상의 히터(40)와, 히터(40)와 강체 블록(10) 사이에 설치되고, 히터(40)를 평판(20)의 강체 블록(10)측의 면에 밀착시키는 코일 스프링(50)을 구비하는 본딩 스테이지.

Description

본딩 스테이지 및 그 제조 방법{BONDING STAGE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 본딩 스테이지의 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 칩의 전극 상의 필러의 선단에 땜납의 피막을 형성한 후, 반도체 칩을 반전시켜, 필러의 선단에 형성한 땜납의 피막을 기판의 전극에 눌러 대고, 가열하여 땜납을 용융시켜 반도체 칩을 기판 위에 실장하는 플립칩 본딩 방법이 많이 사용되고 있다. 이와 같이, 반도체 칩을 반전시켜 기판 상에 실장하는 장치는 플립칩 본더라고 불리고 있다.

플립칩 본딩 방법에서는 반도체 칩의 복수의 전극과 기판 상의 복수의 전극을 동시에 접속하는 점에서, 반도체 칩의 전극 상의 필러의 선단에 형성한 땜납 피막의 면이 동시에 기판의 전극에 접촉하도록, 기판과 반도체 칩을 평행하게 유지하는 것이 중요하게 된다. 이 때문에, 플립칩 본더의 본딩 스테이지 표면에는 높은 평면도가 요구된다. 또, 다수의 필러의 선단에 형성한 땜납의 피막을 기판의 전극에 눌러 대고, 균등하게 가열하여 동시에 땜납을 용융시키는 것이 요구되므로, 본딩 스테이지 표면이 균일하게 가열되어 있는 것도 동시에 요구된다. 또한, 본딩시에 반도체 칩을 본딩 스테이지에 누르는 힘은 본딩하는 반도체 칩의 크기가 커질수록 커지는 점에서, 본딩 스테이지에는 높은 강성도 동시에 요구되고 있다.

그래서, 기판을 흡착 유지하는 본딩 스테이지를 상하 방향으로 이동 가능한 3개의 지지 기구에 의해 지지하고, 본딩 스테이지와 본딩 툴과의 평행도를 유지하도록 본딩 스테이지 표면의 경사를 조정하여, 본딩 스테이지의 평면도를 담보하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조).

또, 반도체를 제조할 때의 반도체 박막의 성막 처리, 에칭 처리, 레지스트막의 소부(燒付) 처리에 있어서 반도체 웨이퍼를 가열하기 위해서 웨이퍼 가열 장치가 사용된다. 이 웨이퍼 가열 장치는 표면에 재치된 웨이퍼를 균일하게 가열하는 것이 요구되므로, 웨이퍼를 재치하는 세라믹판의 하면에 히터를 구성하여 세라믹판을 균일하게 가열하는 방법을 취하고 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).

일본 공개특허공보 2010-114102호 일본 공개특허공보 2010-114103호 국제 공개 팜플렛 WO01/091166

그러나, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 본딩 스테이지에서는, 본딩 스테이지 표면의 평면도를 유지하는 것은 가능하게 되어도, 본딩 스테이지를 균등하게 가열하는 것은 어려웠다. 한편, 특허문헌 3에 기재된 웨이퍼 가열 장치에서는, 표면에 재치된 웨이퍼 등을 균일하게 가열할 수는 있어도, 세라믹판은 원통형의 지지 용기에 끼워넣어져 그 주위가 지지될 뿐이므로, 전체적인 강성이 부족하여, 본딩 스테이지의 구조에 적용하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

또, 특허문헌 3에 기재된 바와 같은 구조 대신에, 예를 들면, 마이카판에 저항선을 패터닝한 본딩 스테이지와 대략 동일한 형상의 박형 히터를 본딩 스테이지의 중간에 끼워넣는 구조로 하는 방법도 생각되는데, 이 방법으로는 박형 히터를 끼워넣음으로써 본딩 스테이지 표면의 평면도가 변화되어버려, 양호한 평면도를 확보할 수 없다는 문제점이 있다.

그래서, 본 발명은 간편한 구조로, 고강성, 고평면도, 또한 균일한 가열이 가능하며 높은 메인터넌스성을 가지는 본딩 스테이지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 본딩 스테이지는, 상면이 평탄한 복수의 돌기가 그 표면에 설치된 기체부(基體部)와, 돌기의 상면에 고정된 평판과, 평판 위에 흡착 고정된 표면판과, 평판의 기체부측에 배치된 판 형상의 히터와, 히터와 기체부 사이에 설치되고, 히터를 평판의 기체부측의 면에 밀착시키는 탄성 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 본딩 스테이지에 있어서, 기체부는 복수의 바닥이 있는 구멍을 구비하고, 탄성 부재는 바닥이 있는 구멍 안에 배치되고, 그 초기 높이는 바닥이 있는 구멍의 깊이보다 높고, 히터는 돌기가 관통하는 복수의 구멍을 구비하고, 돌기를 따라 기체부의 두께 방향으로 이동 가능하며, 탄성 부재는 평판을 기체부의 돌기의 상면에 고정했을 때에 압축되고, 히터를 평판에 눌러, 밀착시키는 것으로 해도 적합하다.

본 발명의 본딩 스테이지의 제조 방법은, 상면이 평탄한 복수의 돌기가 그 표면에 설치된 기체부와, 돌기의 상면에 고정되는 평판을 준비하는 공정과, 돌기의 상면에 평판을 고정하는 평판 고정 공정과, 기체부와 평판을 일체로 하여 평판의 표면을 평면 가공하는 평면 가공 공정과, 평면 가공 공정 후, 평판을 기체부로부터 분리하는 평판 분리 공정과, 히터와 기체부 사이에 판 형상의 히터와 탄성 부재를 배치하는 히터 배치 공정과, 평판을 돌기의 상면에 고정하고, 히터가 평판의 기체부측의 면에 밀착하도록, 기체부에 평판을 재고정하는 평판 재고정 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 간편한 구조로, 고강성, 고평면도, 또한 균일한 가열이 가능하며 높은 메인터넌스성을 가지는 본딩 스테이지를 제공할 수 있다는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 본딩 스테이지의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 본딩 스테이지의 기체부를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 있어서의 본딩 스테이지의 히터를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서의 본딩 스테이지의 가조립 상태의 단면을 나타내는 모식도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 본딩 스테이지(100)의 단면을 나타내는 모식도이며, 설명을 위해서 각 부품의 크기의 비율을 변경하여 도시한 것이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 본딩 스테이지(100)는 기체부인 금속제의 강체 블록(10)과, 강체 블록(10) 위에 부착된 금속제의 평판(20)과, 평판(20) 위에 중첩된 표면판인 세라믹판(30)과, 평판(20)의 강체 블록(10)의 측에 배치된 판 형상의 히터(40)와, 히터(40)의 하측(강체 블록(10)측)에 배치된 히터 누름판(45)과, 히터 누름판(45)과 강체 블록(10) 사이에 배치된 탄성체인 코일 스프링(50)을 구비하고 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 강체 블록(10)은 원반 상에서, 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 평면 형상의 표면(16)에는 복수의 돌기(11)와, 복수의 바닥이 있는 구멍(17)(도 2에 있어서 해칭이 들어간 원으로 표시)이 배치되어 있다. 돌기(11)는 선단(상면)이 평탄한 원기둥 형상이며, 중앙에 구멍(14)(도 2에 있어서 검은 동그라미로 표시)이 뚫려 있고, 돌기(11)의 상면의 구멍(14)의 주위는 원환 형상의 지지면(18)으로 되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 강체 블록(10)의 하측의 면의 구멍(14)의 위치에는 바닥이 있는 구멍(13)이 배치되어 있고, 돌기(11)의 구멍(14)은 바닥이 있는 구멍(13)의 상단면까지 관통하고 있다. 따라서, 구멍(14)은 바닥이 있는 구멍(13)과 연통하여 강체 블록(10)의 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍으로 되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 돌기(11)의 각 지지면(18)은 그 위에 평판(20)의 하면(26)을 평탄하게 지지할 수 있도록, 동일 평면으로 기계 가공되어 있다. 그리고, 각 구멍(14) 및 바닥이 있는 구멍(13)에는 강체 블록(10)의 하측으로부터 강체 블록(10)과 평판(20)을 체결하는 볼트(15)가 관통하고 있으며, 볼트(15)의 선단의 나사부착부는 평판(20)에 설치된 나사 구멍(21)에 비틀어넣어져, 평판(20)을 강체 블록(10)에 고정한다. 또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 강체 블록(10)의 표면(16)에 설치된 각 바닥이 있는 구멍(17)에는 각각 탄성체인 코일 스프링(50)이 배치되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 히터(40)는 도 1에 나타내는 강체 블록(10)과 동일한 크기의 원판 형상의 마이카판(41)의 표면에 저항선(42)을 되접어 배치한 것이다. 마이카판(41)에는 마이카판(41)을 관통하는 복수의 구멍(43)이 설치되어 있다. 이 구멍(43)은 도 1, 도 2에 나타내는 강체 블록(10)의 돌기(11)와 동일한 위치에 배치되어 있고, 돌기(11)가 관통하는 것이다. 또, 도 1에 나타내는 히터 누름판(45)은 히터(40)와 동일한 원판이며, 동일한 위치에 돌기(11)가 관통하는 구멍(43)이 설치되어 있는 것이다. 따라서, 히터(40)와 히터 누름판(45)은 돌기(11)를 따라 강체 블록(10)의 두께 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또, 히터(40)의 저항선(42)에는 전기 입력 단자(44)가 설치되어 있다.

평판(20)은 강체 블록(10)과 동일한 원판 형상이며, 앞서 설명한 강체 블록(10)의 돌기(11) 상면의 지지면(18)에 접하는 하면(26)은 평판(20)이 지지면(18)에 의해 평탄하게 지지되도록 기계 가공에 의해 평면도를 확보하고 있다. 또, 평판(20)의 상면(25)은 하면(26)과의 평행도를 확보하도록 기계 가공되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 평판(20)의 상면(25)에는 세라믹판(30)의 하면(31)을 흡착 고정하는 흡착 홈(22)이 설치되어 있고, 세라믹판(30)의 상면(32)에는 도시하지 않는 웨이퍼를 흡착 고정하는 흡착 홈(33)이 설치되어 있다. 또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 평판(20)의 둘레 가장자리에는 원환 형상의 누름 링(60)이 배치되어 있다. 누름 링(60)은 볼트(61)를 강체 블록(10)에 비틀어넣음으로써 그 사이에 평판(20)의 둘레 가장자리를 끼워넣어 고정한다.

도 1에 나타내는 본딩 스테이지(100)의 조립은 우선 강체 블록(10)을 예를 들면 정반 위 등에 재치하고, 코일 스프링(50)을 강체 블록(10)의 바닥이 있는 구멍(17) 안에 넣고, 다음에 히터 누름판(45), 히터(40)의 구멍(43)을 강체 블록(10)의 돌기(11)에 넣어 히터 누름판(45)의 하면에 코일 스프링(50)을 접촉시킨다. 그 후, 평판(20)의 나사 구멍(21)의 위치를 강체 블록(10)의 구멍(14)의 위치에 맞추고, 평판(20)을 강체 블록(10)의 돌기(11) 상면의 지지면(18)에 지지시킨 후, 강체 블록(10)의 하면으로부터 볼트(15)를 바닥이 있는 구멍(13), 구멍(14)에 집어넣고, 볼트(15)를 조여, 강체 블록(10)과 평판(20)을 고정한다. 코일 스프링(50)의 초기 높이는 강체 블록(10)에 배치된 바닥이 있는 구멍(17)의 깊이보다 높으므로, 평판(20)을 강체 블록(10)에 고정할 때에 코일 스프링(50)이 압축되면, 그 반발력에 의해 코일 스프링(50)은 히터 누름판(45)과 히터(40)를 밀어올려(강체 블록(10)의 두께 방향으로 이동시켜), 히터(40)를 평판(20)의 하면(26)(강체 블록(10)측의 면)에 눌러, 밀착시킨다. 이 때, 히터 누름판(45)과 강체 블록(10)의 표면(16) 사이에는 약간의 간극이 생기므로, 히터(40), 히터 누름판(45)은 강체 블록(10)의 표면(16)에 밀착하지 않게 된다. 그리고, 평판(20)의 상면(25)의 둘레 가장자리에 누름 링(60)을 재치하여 볼트(61)로 고정한다. 또, 히터의 전기 입력 단자(44)를 도시하지 않는 전원에 접속하고, 마지막으로 본딩 스테이지(100)를 진공 장치에 접속하고, 평판(20)의 상면(25)에 세라믹판(30)의 하면(31)을 흡착시킨다. 본딩 스테이지(100)를 사용하는 경우에는, 진공 장치에 의해 세라믹판(30)의 상면에 배치된 흡착 홈(33)을 진공으로 하고, 그 위에 웨이퍼를 흡착하고, 전원으로부터 히터(40)에 통전하여 평판(20)을 가열한다.

이상 서술한 바와 같이, 강체 블록(10)의 돌기(11)의 각 지지면(18)은 동일면이 되도록 기계 가공되어 있고, 평판(20)의 하면(26)도 기계 가공에 의해 평면도를 확보하고 있으므로, 평판(20)의 하면(26)은 각 지지면(18)에 의해 동일 평면에 평탄하게 지지된다. 또, 평판(20)의 상면(25)은 하면(26)과의 평행도를 확보하도록 기계 가공되어 있으므로, 평판(20)의 상면(25)은 양호한 평면도를 가짐과 아울러, 강체 블록(10)에 의해 고강성이 부여된다. 그리고, 코일 스프링(50)에 의해 평판(20)의 하면(26)에 히터(40)가 눌려 있으므로, 평판(20)의 하면(26)을 균일하게 가열할 수 있다. 이들에 의해 본 실시형태의 본딩 스테이지(100)는 고강성, 고평면도를 가지고, 또한 균일한 가열이 가능하게 된다. 또, 본 실시형태의 본딩 스테이지(100)에서는 웨이퍼를 흡착하는 세라믹판(30)에 히터(40)가 부착되어 있지 않을 뿐만 아니라, 세라믹판(30)은 진공 흡착에 의해 평판(20)의 상면(22)에 고정되므로, 본딩의 도중에 세라믹판(30)의 상면(32)이 오손된 경우에도, 간단히 세라믹판(30)의 교환을 할 수 있고, 메인터넌스 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 본 실시형태의 본딩 스테이지(100)에서는 히터(40)는 강체 블록(10), 또는 평판(20)에 고정되어 있지 않으므로, 히터(40)가 고장난 경우에도 히터(40)를 간단히 교환할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 본딩 스테이지(100)는 높은 메인터넌스성을 가지는 것이다. 또한, 본 실시형태의 본딩 스테이지(100)에서는 히터(40), 히터 누름판(45)과 강체 블록(10)의 표면(16)이 밀착하지 않고, 약간의 간극이 비어 있으므로, 히터(40)의 열이 강체 블록(10)의 표면(16)에 전해지기 어렵고, 강체 블록(10)의 표면(16)보다 아래 부분의 온도를 낮게 유지할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 탄성체로서 코일 스프링(50)을 사용하는 것으로서 설명했지만, 탄성체는 코일 스프링(50)에 한정되지 않고, 예를 들면, 판스프링 등을 사용하도록 해도 된다.

다음에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 평판(20)과 강체 블록(10)을 볼트(15)에 의해 고정(평판 고정 공정)한 가조립의 상태에서 평판(20)의 상면(25)의 기계 가공(평면 가공)을 행하는 실시형태에 대해서 설명한다. 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 실시형태와 마찬가지로, 강체 블록(10)의 돌기(11)의 각 지지면(18)은 동일면이 되도록 기계 가공되어 있고, 평판(20)의 하면(26)도 기계 가공에 의해 평면도를 확보하고 있으므로, 평판(20)의 하면(26)은 각 지지면(18)에 의해 동일 평면에 평탄하게 지지된다. 이 상태에서 도 4에 나타내는 바와 같이 평판(20)의 상면(25)의 기계 가공을 행함으로써(평면 가공 공정), 강체 블록(10)에 대한 평판(20)의 상면(25)의 평면도를 더욱 높게 확보할 수 있다. 또, 가조립의 상태에서 평면도를 가공함으로써, 각 부품이 미소한 뒤틀림이 겹쳐지는 것에 의한 조립 후의 평면도 악화를 막아, 더욱 높은 평면도를 확보하고 있다.

그리고, 평판(20)의 상면(25)의 기계 가공이 종료되면, 볼트(15)를 풀어 강체 블록(10)과 평판(20)을 분해하고(평판 분리 공정), 강체 블록(10)의 바닥이 있는 구멍(17)에 코일 스프링(50)을 넣고, 히터 누름판(45), 히터(40)의 구멍(43)을 강체 블록(10)의 돌기(11)에 통과시키고(히터 배치 공정), 다시 볼트(15)에 의해 평판(20)을 강체 블록(10)에 고정하고, 코일 스프링(50)의 가압력에 의해 히터(40)를 평판(20)의 하면(26)에 눌러, 밀착시킨다(평판 재고정 공정).

본 실시형태의 본딩 스테이지도 앞서 설명한 실시형태와 마찬가지로, 간편한 구성으로 고강성, 고평면도를 가지고, 또한 균일한 가열이 가능하며 높은 메인터넌스성을 가지는 것이다.

본 발명은 이상 설명한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 청구의 범위에 의해 규정되어 있는 본 발명의 기술적 범위 내지 본질로부터 일탈하지 않는 모든 변경 및 수정을 포함하는 것이다.

10…강체 블록
11…돌기
13, 17…바닥이 있는 구멍
15…볼트
16…표면
18…지지면
20…평판
21…나사 구멍
22, 33…흡착 홈
25, 32…상면
26, 31…하면
30…세라믹판
40…히터
41…마이카판
42…저항선
43…구멍
44…전기 입력 단자
45…히터 누름판
50…코일 스프링
60…누름 링
61…볼트
100…본딩 스테이지

Claims

상면이 평탄한 복수의 돌기가 그 표면에 설치된 기체부(基體部);
상기 돌기의 상면에 고정된 평판;
상기 평판 위에 흡착 고정된 표면판;
상기 평판의 상기 기체부측에 배치된 판 형상의 히터; 및
상기 히터와 상기 기체부 사이에 설치되고, 상기 히터를 상기 평판의 상기 기체부측의 면에 밀착시키는 탄성 부재;
를 구비하는 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제 1 항에 있어서,
상기 기체부는 복수의 바닥이 있는 구멍을 구비하고,
상기 탄성 부재는 상기 바닥이 있는 구멍 안에 배치되고, 그 초기 높이는 상기 바닥이 있는 구멍의 깊이보다 높고,
상기 히터는 상기 돌기가 관통하는 복수의 구멍을 구비하고, 상기 돌기를 따라 기체부의 두께 방향으로 이동 가능하며,
상기 탄성 부재는 상기 평판을 상기 기체부의 돌기의 상면에 고정했을 때에 압축되고, 상기 히터를 상기 평판에 눌러, 밀착시키는 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
본딩 스테이지의 제조 방법으로서,
상면이 평탄한 복수의 돌기가 그 표면에 설치된 기체부와, 상기 돌기의 상면에 고정되는 평판을 준비하는 공정;
상기 돌기의 상면에 평판을 고정하는 평판 고정 공정;
상기 기체부와 상기 평판을 일체로 하여 상기 평판의 표면을 평면 가공하는 평면 가공 공정;
평면 가공 공정 후, 상기 평판을 상기 기체부로부터 분리하는 평판 분리 공정;
히터와 상기 기체부 사이에 판 형상의 상기 히터와 탄성 부재를 배치하는 히터 배치 공정; 및
상기 평판을 상기 돌기의 상면에 고정하고, 상기 히터가 상기 평판의 상기 기체부측의 면에 밀착하도록, 상기 기체부에 평판을 재고정하는 평판 재고정 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지의 제조 방법.