KR101621025B1 - 열압축 본더들을 위한 본드 헤드들, 열압축 본더들 및 그 동작 방법들 - Google Patents

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매튜 비. 와써맨
마이클 피. 슈미트-랑게
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쿨리케 앤드 소파 인더스트리즈, 인코포레이티드
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Abstract

열압축 본더를 위한 본드 헤드가 제공된다. 상기 본드 헤드는 접합되는 워크피스를 지지하도록 구성되는 툴, 상기 접합되는 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터, 그리고 상기 히터에 근접하는 챔버를 포함한다. 상기 챔버는 상기 히터를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 수용하도록 구성된다.

Description

열압축 본더들을 위한 본드 헤드들, 열압축 본더들 및 그 동작 방법들{BOND HEADS FOR THERMOCOMPRESSION BONDERS, THERMOCOMPRESSION BONDERS, AND METHODS OF OPERATING THE SAME}
본 발명은 반도체 본딩 기계들에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 전기적 상호 접속들을 형성하기 위한 본딩 기계들을 위한 개선된 본드 헤드 어셈블리들에 관한 것이다.
본 출원은 그 내용이 여기에 참조로 포함되는 2013년 7월 2일에 출원된 미국 임시 출원 제61/842,081호를 우선권으로 수반한다.
본 발명은 본딩 기계들에 관련되며, 열압착(thermocompression bonding) 기계들 및 이를 통한 본딩에 대해 특히 유용성을 가진다.
열압착 기계들은 하나의 기판 상의 복수의 도전성 영역들을 다른 기판 상의 복수의 도전성 영역들에 접합시키는 데 사용된다. 예를 들면, 이러한 본딩 기계들은 반도체 다이(예를 들면, 상기 다이 상의 범프들 또는 필라들과 같은 도전성 영역들을 포함하는)를 다른 기판(예를 들면, 상기 다른 기판이 다른 다이, 웨이퍼, 리드 프레임, 또는 패키징에 사용되는 임의의 다른 기판이 될 수 있는 경우)에 접합시키는 데 사용될 수 있다. 어떤 예시적인 열압착 기계들에 있어서, 플레이서 툴(플레이스 툴, 플레이싱 툴, 본딩 툴 또는 간단히 워크피스를 지지하거나 접합하는 툴로도 언급되는)이 상기 하나의 기판(예를 들면, 다이, 워크피스로도 언급되는)을 다른 기판에 접합시키는 데 사용된다. 상기 다이/워크피스의 접합과 관련하여, 상기 다이/워크피스를 가열, 예를 들면, 상기 다이/워크피스 상의 상기 도전성 영역들을 가열하는 것이 요구될 수 있다.
본 발명에 따르면, 본딩 툴(다이와 같은 워크피스를 이송하는)의 가열이 하부에 놓인 기판에 대한 상기 워크피스의 접합을 가능하게 하고, 이후에 상기 본딩 툴 상으로 다른 워크피스를 이송하기 전에 사이클을 다시 반복하도록 상기 히터( 및 이에 따른 상기 본딩 툴)의 조절되고 신속한 냉각을 가능하게 하는 새로운 구조들 및 방법들이 제공된다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 열압축 본더(thermocompression bonder)를 위한 본드 헤드(bond head)는 접합되는 워크피스(workpiece)를 지지하도록 구성되는 툴(tool), 접합되는 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터, 그리고 상기 히터에 근접하는 챔버를 포함하며, 상기 챔버는 상기 히터를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 수용하도록 구성된다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 열압축 본더는, 복수의 워크피스들을 포함하는 워크피스 공급 스테이션, 본딩 스테이션, 상기 워크피스 공급 스테이션으로부터 워크피스를 수용하고 상기 본딩 스테이션에서 기판에 상기 워크피스를 접합하는 플레이서 툴(placer tool), 그리고 상기 기판에 대한 상기 워크피스의 접합 후에 상기 플레이서 툴을 냉각시키기 위한 냉각 스테이션을 포함한다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 열압축 본더는, (a) 접합되는 워크피스를 지지하도록 구성되는 툴, (b) 상기 접합되는 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터, 그리고 (c) 상기 히터에 근접하는 챔버를 포함하는 본드 헤드를 구비하며, 상기 챔버는 상기 히터를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 수용하도록 구성된다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 열압축 본더는, (a) 접합되는 워크피스를 지지하도록 구성되는 툴, (b) 상기 접합되는 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터, 그리고 (c) 상기 히터에 근접하는 챔버를 포함하는 본드 헤드를 구비하며, 상기 챔버는 상기 히터를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 수용하도록 구성되고, 상기 챔버는 상기 히터에 접촉되는 제1 위치와 상기 히터와의 접촉에서 벗어나는 제2 위치 사이에서 이동하도록 구성된다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 열압축 본더는, (a) 접합되는 워크피스를 지지하도록 구성되는 툴, (b) 상기 접합되는 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터, 그리고 (c) 상기 히터에 근접하는 챔버를 포함하는 본드 헤드를 구비하며, 상기 챔버는 제1 동작 상태 동안에 냉각 유체를 수용하고 제2 동작 상태 동안에 제2 냉각 유체를 수용하도록 구성된다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 열압축 본더는, (a) 접합되는 워크피스를 지지하도록 구성되는 툴, (b) 상기 접합되는 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터, (c) 상기 히터에 근접하고, 상기 히터를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 수용하도록 구성되는 챔버, (d) 상기 히터 상부의 지지 구조, 그리고 (e) 상기 지지 구조와 상기 히터 사이에 배치되는 적어도 두 개의 플렉셔들(flexures)을 포함하는 본드 헤드를 구비한다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 기판에 워크피스를 열압착하는 방법은, (1) 열압축 본더의 히터를 포함하는 본드 헤드를 이용하여 기판에 워크피스를 접합하는 단계, 그리고 (2) 상기 단계 (1) 후에 상기 히터의 온도를 감소시키도록 상기 히터에 근접하는 상기 본드 헤드의 챔버 내로 냉각 유체를 제공하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 개시되거나 특허청구범위에 청구되는 본드 헤드들 또는 본딩 기계들의 임의의 것을 동작시키는 방법들과 같은 추가적인 예시적 방법들도 여기에 개시된다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 본딩 툴의 가열이 하부에 놓인 기판에 대한 워크피스의 접합을 가능하게 하고, 상기 본딩 툴 상으로 다른 워크피스를 이송하기 전에 사이클을 다시 반복하도록 히터의 조절되고 신속한 냉각이 가능하게 된다.
본 발명은 첨부된 도면들과 관련되어 이해될 경우에 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다. 공통적인 실시에 따르면 도면들의 다양한 특성들이 일정한 비율은 아닌 점을 강조한다. 이와는 달리, 다양한 특성들의 치수들은 명료성을 위해 임의로 변형되거나 감소된다. 첨부된 도면들에 있어서,
도 1은 종래의 열압축 본더의 요소들의 측면 블록도이고,
도 2a 내지 도 2d는 하부 기판 상의 본딩 구조들, 상부 기판 상의 본딩 구조들 및 상부 기판을 하부 기판에 접합하는 종래의 방법의 블록도들이며,
도 3a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 본드 헤드 어셈블리의 측면 블록도이고,
도 3b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 도 3a의 본드 헤드 어셈블리를 위한 제1의 예시적인 하부 본드 헤드의 상세한 도면이며,
도 3c는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 도 3a의 본드 헤드 어셈블리를 위한 제2의 예시적인 하부 본드 헤드의 상세한 도면이고,
도 3d 및 도 3e는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 내부에 유체를 갖는 본드 헤드 어셈블리의 챔버를 예시하는 블록도들이며,
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 본드 헤드 어셈블리의 챔버를 통한 냉각 액체 유체의 재순환을 예시하는 블록도이고,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 본드 헤드 어셈블리의 히터에 접촉하고 접촉으로부터 벗어나게 이동되는 챔버를 예시하는 도면들이며,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에 따른 플랙셔들을 포함하는 본드 헤드 어셈블리들을 예시하는 도면들이고,
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 본딩 기계의 요소들의 동작들을 예시하는 블록도이다.
본 발명의 특정한 예시적인 실시예들에 따르면, 열압축 본더(thermocompression bonder)(예를 들면, 다이 부착 본더)를 위한 본드 헤드(bond head)가 제공되며, 예를 들면, 로컬 리플로우 솔더(local reflow solder) 부착 공정을 수행한다. 상기 본드 헤드의 본딩 툴(bonding tool)이 배치되고, 배치되는 워크피스(workpiece)(예를 들면, 다이(die)) 상의 솔더 범프들의 용융 및 재고화(re-solidifying)에 의해 제1의 워크피스(예를 들면, 다이, 인터포저(interposer) 등)를 제2의 워크피스(예를 들면, 기판, 칩, 웨이퍼 등)에 접합시킨다. 통상적으로, 상기 본딩 툴은 전체 가열 사이클(및 가능하게는 냉각 사이클) 동안에 상기 놓여지는 워크피스에 접촉되어, 기계 처리량(예를 들면, 시간 당 단위들(UPH))에 영향을 미치는 시리얼 프로세스를 이용하여 온도를 상승시키고 하강시킨다. 이에 따라, 가능한 가장 짧은 시간 내에 상기 온도의 상승 및 하강을 구현하는 것이 통상적으로 바람직하다. 가열 상태(상기 본딩 툴로부터의 최소의 열 손실이 통상적으로 요구되는)로부터 냉각 상태(상기 본딩 툴로부터의 최대의 열 손실이 통상적으로 요구되는)까지 신속하게 전환시키는 것이 관건이 된다. 본 발명에 따르면, 상대적으로 낮은 냉각 속도로부터 매우 높은 냉각 속도까지 빠르게 전환하기 위한 본드 헤드 구조들/어셈블리들(예를 들면, 솔더 다이 부착을 위해)아 제공된다. 예를 들면, 냉각 히트 싱크(heat sink)(예를 들면, 냉각 챔버)가 가열 동안에 가열된 툴 홀더로부터 기계적으로 분리되며, 이후에 냉각 동안에 접촉하게 된다. 이는 가열 동안에 상기 히트 싱크 내로의 매우 낮은 열전달과 냉각 동안에 상기 히트 싱크 내로의 매우 높은 열 손실을 결합시켜, 본딩 공정이 수행될 수 있는 속도를 효과적으로 증가시킨다. 본딩 시간들이 통상적으로 몇 초이기 때문에, 어떠한 시간의 절약은 전체적인 기계 UPH에 직접적으로 유익하게 된다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예들에 있어서, 냉각 히트 싱크(예를 들면, 낮은 열용량, 높은 열전달 구조가 될 수 있는 냉각 챔버)가 상기 히터의 처리되지 않는 측부(상기 위치되는 워크피스를 지지하는 상기 툴로부터 멀어지는 측부)에 직접 부착된다. 이러한 구조는 상기 공정의 현재 부분에 따라 다른 유체들로 채워질 수 있다. 예를 들면, 냉각이 요구될 때에 냉각 유체가 상기 히터로부터 열을 제거하도록 상기 냉각 히트 싱크를 통해 순환될 것이다. 상기 온도가 상기 공정의 부분을 상승시키는 동안에 상기 냉각 히트 싱크는 상기 온도가 상기 공정의 부분을 상승시키는 동안에 가열되어야 하는 상기 히트 싱크의 유효 열용량을 최소화하도록 퍼지(예를 들면, 공기를 사용하여)될 수 있다. 이러한 예시적인 구성은 가열 동안에 상기 히트 싱크로부터의 매우 낮은 열전달과 냉각 동안에 상기 히트 싱크로부터의 매우 높은 열 손상을 결합시켜, 상기 본딩 공정이 수행될 수 있는 속도를 효과적으로 증가시킨다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예들에 있어서, 놓여지는 상기 워크피스의 정밀 위치 결정의 바람직한 정도(예를 들면, 한 자리 마이크론 또는 보다 작은 레벨들까지의 다이 배치)를 유지하면서, 상기 본딩 툴이 신속하게 가열되고 냉각되게(온도 이동이 섭씨 수백 도가 될 수 있을 경우) 하는 본드 헤드 구조가 제공된다. 예를 들면, 상기 히터, 상기 툴(상기 워크피스를 지지하는), 그리고 상기 워크피스 자체(예를 들면, 다이)는 그 주요 컴플라이언스(compliance)가 상기 워크피스의 중심으로부터 방사상으로 대칭되게 설계되는 플렉셔 시스템(flexure system) 상에 지지된다. 예를 들면, 플로팅 스크류들(floating screws)이 상기 히터의 일부들을 관통할 수 있고, 가열 및 냉각 동안에 상기 히터와 플렉셔들의 이동을 용이하게 할 수 있다. 이러한 구성은 상기 워크피스의 중심에 대해 방사상으로 대칭되는 상기 히터, 상기 툴 및 상기 워크피스의 이동을 제한하는 데 이용될 수 있다. 이는 바람직하고 예측 가능한 유형으로 차동 팽창이 일어나게 하는 컴플라이언스를 제공한다.
열압착(thermocompression bonding)에 있어서, 접합되는 상기 워크피스를 유지하는 동안에(예를 들면, 비냉각 상태로 간주될 수 있는 상기 본딩 공정 동안에) 플레이서(placer)의 툴의 가열하는 것이 종종 바람직하지만, (1) 워크피스 공급(예를 들면, 웨이퍼)으로부터 다른 워크피스를 상기 툴에 집거나(또는 이송) 및/또는 고온 본딩 전의 상기 워크피스의 초기 배치 동안에 상기 공정의 다른 동작 상태들(예를 들면, 냉각 상태) 동안에 상기 플레이서의 툴을 낮은 온도에 있게 하는 것도 바람직하다. 본 발명의 다양한 예시적인 실시예들에 따르면, 챔버들은 상기 본드 헤드(본드 헤드 어셈블리로도 언급되는)의 일부로서 제공되며, 여기서 상기 냉각 유체는 상기 챔버 내에 제공될 수 있다. 특정한 실시예들에 있어서, 두 다른 유체들이 이러한 챔버 내에 사용될 수 있다(예를 들면, 상기 냉각 상태 동안의 액체 냉각 유체 및 비냉각 상태 동안의 공기와 같은 유체). 다른 실시예들에 있어서, 상기 챔버(원하는 바에 따라 하나 또는 그 이상의 유체들을 이용할 수 있는)는 상기 히터와 접촉되게 및 상기 히터와의 접촉으로부터 벗어나게 이동될 수 있거나, 상기 챔버와 상기 히터 사이의 힘이 변화될 수 있다.
도 1은 열압축 본더(100)의 요소들의 측면 블록도이다. 다이(102)는 도 1에 도시한 바와 같이 플레이서(106)(본드 툴을 포함하는)를 이용하여 기판(104)에 접합되게 된다. 플레이서(106)는 다이(102)를 지지하며, 기판(104)은 본드 스테이지(bond stage)(110)에 의해 지지된다. 카메라(114)는 플레이서(106)와 본드 스테이지(110) 사이에 개재되어 도시되며(그러나 다른 위치들에 있을 수 있다), 다이(102)를 향해 상방으로 및 기판(104)을 향해 하방으로 모두 상정되는 스플릿 필드 비전(split field vision)을 가진다. 물론, 카메라의 다른 위치들 및 구성들이 이용될 수 있다. 카메라(114)에 의해 제공되는 적절한 메커니즘들과 시각적 정보를 이용하여, 플레이서(106)(및/또는 본드 스테이지(110))가 필요에 따라 다이(102) 상의 본딩 구조들을 기판(104) 상의 대응되는 본딩 구조들에 정렬하도록 재배치된다(하기 참조). 카메라(114)는 다이(102)에 대해 정렬된 플레이서(106)가 기판(104)에 대해 낮아질 수 있고 다이(102)가 기판(104)에 접합되도록 이동한다. 상기 접합된 다이(102)/기판(104) 구조는 색인을 달거나 도시되지는 않지만 이중 머리의 화살표(118)로 표시되는 중간 요소들로 출력 인덱서(indexer)(112)로 이동된다. 이후에, 다른 기판(104)이 도시되지는 않지만 이중 머리의 화살표(116)로 표시되는 중간 요소들로 입력 인덱서(108)로부터 취해지고, 본드 스테이지(110) 상에 놓여지며, 플레이서(106)가, 예를 들면, 색인화된 다이(102)를 갖는 반도체 웨이퍼 또는 다른 구조로부터 다른 다이(102)를 취한다. 다른 다이(102)는 재배치되고 개재되는 카메라(114)로부터의 정보를 이용하여 다른 기판(104)에 정렬되며, 상기 공정이 반복된다. 물론, 많은 다르거나 추가적인 요소들이 열압축 본더(100) 내에 포함될 수 있으며, 이오 같이 본 발명이 도 1에 도시된 예시적인 구성과의 통합에 한정되지는 않는 점이 이해될 것이다.
본 발명은 다른 워크피스에 대한 제1의 워크피스의 접합과 관련된다. "기판"이라는 용어는 "워크피스"라는 용어와 상호 교환적으로 사용된다. 여기서 기술되는 상기 워크피스들/기판들은, 예를 들면, 다른 것들 중에서 반도체 다이들, 웨이퍼들, 리드 프레임 장치들, 인터포저들(예를 들면, 실리콘, 유리 등)이 될 수 있다. 여기에 예시한 특정 실시예에 있어서, 상기 본드 헤드에 의해 접합되는 상기 워크피스는 반도체 다이이고, 상기 반도체 다이가 접합되는 기판이 상기 기판이 된다. 각 워크피스 상의 상기 도전성 영역들(본당 구조들로도 언급되는)은, 예를 들면, 다른 것들 중에서 도전성 필라들(pillars)(예를 들면, 구리(Cu) 필라들), 금속화된 패드들이 될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 하부 기판(204) 상의 본딩 구조들, 상부 기판(202) 상의 본딩 구조들(예를 들면, 다이(202)), 그리고 다이(202)를 기판(204)에 접합하는 방법을 상세하게 예시한다. 구체적으로는, 도 2a에 예시한 바와 같이, 기판(204)은, 예를 들면, 타겟 도전 영역을 총괄적으로 형성하는 기판(204) 상에 성장되는 구리 필라들 또는 금속화된 패드들과 같은 구리(Cu) 구조들(228)이 될 수 있는 본딩 구조들(228)을 가진다. 도시된 바와 같이, 선택적인 도금층(220)이 접합을 용이하게 하도록 Cu 구조들(228)을 커버할 수 있다. 도금층(220)은, 예를 들면, 솔더(예를 들면, 주석(Sn)계 솔더) 또는 접합을 용이하게 하는 다른 물질들을 포함할 수 있다. 도 2b는 비전도성 페이스트(NCP) 층(222)으로 덮인 Cu 구조들(228)과 기판(204)을 예시한다. 예를 들면, NCP 층(222)은 헨켈(Henkel) AG & Co로부터 구입되는 봉합 물질이 될 수 있다. 비전도성 필름(NCF)(도시되지 않음)이 상부 기판(202) 상부, 즉 필라들(224)과 상부에 놓인 층(226) 상부에 제공될 수 있다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 바와 같이, 필라들(224)은 대응되는 구조들(228)에 대한 필라들(224)의 접합 동안에 이러한 NCF(도시되지 않음)를 통과하는 경향이 있다.
NCP 층(222)은 예시한 바와 같이 실질적으로 평탄할 수 있는 접착형 봉합 물질이 될 수 있다. 도 2c에 예시한 바와 같이, 다이/기판(202)은, 예를 들면, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au) 등으로 구성되는 일련의 필라들(224)(하나만이 도시됨)을 포함한다. Cu 필라들(224)은 하부 기판 Cu 구조들(228)로 다이 Cu 필라들(224) 사이의 접합을 용이하게 하도록, 예를 들면 주석계 솔더와 같은 솔더의 상부에 놓인 층(226)을 포함할 수 있다. 도 2c에는 대응되는 Cu 구조(228)와 정렬되는 하나의 Cu 필라(224)만이 예시되지만, 다이(202)는 하부 Cu 구조(228)에 각기 정렬되는 많은 Cu 필라들(224)을 포함할 수 있다. 하부 기판(204) 상의 Cu 구조들(228)이 연장된 구조들이 될 수 있고, 이들은 도 2c의 용지 내로 및 그로부터 벗어나 진행하는 Y-축을 따라 연장될 수 있는 점에 유의한다. 이에 관계없이, 다이(202)는 솔더 팁의 Cu 필라(들)(224)가 NCP 층(222)에 접촉되고 가압하도록 하강한다. 솔더 팁 Cu 필라(들)(224)가 대응되는 도금된 Cu 구조들(228)을 체결할 때, 압력과 열이 도 2d에 예시한 바와 같이 Cu 필라(들)(224)가 Cu 구조(들)(228)에 접합되도록 인가된다. 효과적으로, Cu 필라(224)와 Cu 구조(228) 사이에 계면(229)을 형성하도록 Cu 필라 솔더층(226)이 기판 Cu 구조 도금층(220)에 통합/결합된다. NCP 층(222)과 상부 기판(202) 상의 임의의 NCF 필름은 온도로 큐어(cure)되는 열 세팅(thermal setting) 물질로 구성될 수 있으며, 이에 따라 이들은 Cu 필라들(224)이 NCP 층(222)을 통과할 경우에 임계 온도 아래, 예를 들면 180℃ 아래에서 유지된다. NCP 및 NCF는 접합된 다이(202) 및 기판(204)의 접합 또는 고정을 보조하도록 기능할 수 있다. Cu 필라들(224)을 갖는 다이(202)는 도면들과 다음에 설명되는 바와 같이 접합 전에/동안에 가열된다.
도 3a는 본드 헤드(306a)(후술하는 본 발명의 측면들을 구비하는 본드 헤드(306a)를 제외하면, 도 1에 도시한 플레이서(106)와 유사한 플레이서 시스템 내에 포함되는)를 예시한다. 본드 헤드(306a)는 Z-모터(332), 세타(theta) Z-드라이브(334), 틸트 헤드 컨트롤 메커니즘(tilt head control mechanism)(336), 그리고 하부 본드 헤드(330)를 포함한다. 본드 헤드(306a)(Z-모터(332), 세타 Z-드라이브(334) 및 틸트 헤드 컨트롤 메커니즘(336)을 포함하는)의 특정 측면들은 쿨릭케(Kulicke) & 소파(Soffa) Pte사에서 판매되는 아이스택(iStack)PS TM 다이 본더 상에 찾아볼 수 있다. 틸트 헤드 컨트롤 메커니즘(336)은 X-축 및 Y-축의 하나 또는 모두로 하부 본드 헤드(330)의 틸팅을 허여할 수 있다(Z-축 업/다운, 우측/좌측에 대한 상기 X-축 및 도 3a의 용지 내로 및 외부로 진행하는 Y-축을 가지는 XYZ 범례(338) 참조).
도 3b는 도 3a의 하부 본드 헤드(330)를 보다 상세하게 예시하며, 계면 틸트 하부 본드 헤드(340), 지지 구조(예를 들면, 분산 및 절연 블록)(342), 챔버(344), 히터(348), 툴(350) 및 툴(350)에 의해 지지되는 다이(302)를 포함한다. 계면 틸트 하부 본드 헤드(340)는 Z-축 힘(하방, 접합력)을 측정하는 로드 셀(load cell)을 포함할 수 있으며, 선택적으로는 다이(302)에 인가되는 힘의 접합 동안에 직접적인 Z-힘 측정 및 피드백을 제공할 수 있다. 지지 구조(342)는, 예를 들면, 전기적 커넥션들(connections), 공기 커넥션들, 물 커넥션들 그리고 하부 히터(348)를 분리하는 절연을 대표할 수 있고 포함할 수 있다. 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 히터(348)는 본딩 전에 및/또는 동안에 다이(302)를 가열하는 툴(350)을 가열한다(예를 들면, 도 2c 및 도 2d 참조). 챔버(344)는 상기 본딩 사이클의 소정의 지점들에서 접합 동안에 및/또는 후에 히터(348)의 온도 또는 열의 양을 조절한다(예를 들면, 도 2b 내지 도 2d에 도시된 NCP 층(222)이 다이(302)/툴(350)의 너무 높은 온도로부터 너무 이르게 큐어되지 않는 점의 보장을 보조한다). 냉각 유체는 유입 파이프인 파이프(346a) 및 유출 파이프인 파이프(346b)를 갖는 파이핑(piping)이나 튜빙(tubing)(346a, 346b)을 이용하여 챔버(344)로 들어온다. 냉각 유체는 냉각 상태(예를 들면, 워크피스의 접합 후) 동안에 히터(348)를 하나의 온도로부터 보다 낮은 소정의 온도(예를 들면, 소정의 온도)까지 냉각시키기 위해 챔버(344)로 들어올 수 있다. 상기 냉각 유체는 히터(348)로부터 열을 흡수하며, 히터(348)를 냉각시키고 상기 냉각 유체의 온도가 상승되며, 보다 높은 온도의 냉각 유체가 유출구(346b)를 통해 챔버(344)를 떠난다. 도 3c는 챔버, 히터 및 툴이 단일 구조인 챔버/히터/툴 구조(352)로 통합되고 기능들이 실질적으로 동일한 다른 실시예를 예시한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 히터와 툴은 별도의 챔버(상기 챔버는 여기에 개시되거나 청구범위에 기재된 형태들의 임의의 것을 가질 수 있다)를 가지는 단일 구조로 통합된다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 챔버와 히터는 별개의 툴을 갖는 단일 구조 내로 통합된다.
도 3d는 공기("유체 2")와 같은 기체로 채워진 챔버(344)를 예시하며, 도 3e는 유체 1이 히터(348)를 냉각시키는 냉각 유체인 경우에 유체 2 보다 큰 열용량을 갖는 다른 유체(예를 들면, 액체 냉각 유체)("유체 1")로 채워진 챔버(344)를 예시한다. 양 관점에 있어서, 유체 1은 전도(상기 냉각 유체 챔버/챔버(344)와 히터(348) 사이의 직접 접촉 (또는 도 3c의 통합된 히터)), 대류(직접적인 접촉이 없는 상기 냉각 유체 챔버/챔버(344)와 히터(348) 사이의 임의의 공기 또는 기체를 통해), 또는 열전달 메커니즘들에 의해 히터(348)로부터 열을 제거할 수 있다. 기체(예를 들면, 공기)와 같은 유체 2는 유체 1(보다 큰 열용량을 갖는 액체와 같은) 보다 낮은 열용량을 가질 수 있다. 즉, 냉각 액체 유체는, 예를 들면 냉각 기체 유체의 동등한 부피를 위한 것 보다 통상적으로 냉각 유체의 설정된 부피의 온도를 상승시키도록 더 큰 에너지를 요구할 수 있다. 그 열용량을 증가시키거나 변화시키도록 유체 2 기체가 충분하게 냉각되거나, 과냉각되는 등과 같은 점들이 고려된다.
기체 형태로의 유체 2의 예들은 0.01㎛까지 여과된 공기, 공장 공급 라인들로부터의 직접적인 공기 등을 포함한다. 액체 형태로의 유체 1의 예들은 물, 증류수, 첨가된 부식 억제제(corrosive inhibitor)를 가지는 증류수, 에틸렌글리콜(ethylene glycol)(즉, 자동차의 부동액), 불소화 액체들(fluorinated liquids)과 같은 비전도성 유체들 등을 포함한다. 상기 부식 억제제들의 예들은(예를 들면, 증류수에 첨가될 수 있는) 잘만(Zalman)TM G200 블루(BLUE)TM(어코스틱(Acoustic) PC(www.acousticpc.com)로부터 입수 가능한), 캘리포니아의 베네치아에 있는 레드라인 신세틱 오일 코포레이션(Redline Synthetic Oil Corporation)으로부터 입수 가능한 레드 라인 워터 웨터(Red Line Water Wetter)®; 그리고 켄터키의 코빙톤에 있는 아슬랜드(Ashland)사로부터 입수 가능한 발볼린(Valvoline)®; 제렉스(Zerex)®; 냉각제이다. 불소화 액체들의 예들은 미네소타의 세인트루이스 폴에 있는 3M 캄퍼니에서 판매되는 3M®; 플루오리너트(Fluorinert) 전자 액체들, 그리고 솔베이 플라스틱스(Solvay Plastics)(www.solvayplastics.com)에서 판매되는 갈덴(Galden)®; PFPE 고성능 비활성 불소화 액체들이다.
도 4는 도 3a 내지 도 3e의 구조와 관련되어 사용될 수 있는 챔버(444)를 통한 냉각 액체 유체(예를 들면, 유체 1)의 재순환을 나타내는 블록도이며, 여기서 챔버(444)는 챔버(344/352)(또는 여기에 예시 및/또는 기술되는 본 발명의 다른 예시적인 실시예들)를 대체한다. 도시한 바와 같이, 냉각 액체 유체는 밸브(474)가 개방되는 때에 유체 탱크(460)에 의해 챔버(444)로 공급될 수 있다. 상기 냉각 액체는 챔버(444)로 들어가며, 챔버(444)를 통해 진행하고(히터 또는 이와 유사한 것(도시되지 않음) 냉각할 수 있거나 냉각하지 않을 수 있다) 배출된다. 상기 (데워진/가열된)냉각 액체는 체크 밸브(462)(다음에 보다 상세하게 설명되는)를 통과하고 냉각 유체 저장소(464)로 들어간다. 유체 펌프(466)는 상기 시스템을 통해 상기 유체 1을 펌프하고, 냉각 유체 저장소(464)로부터 라디에이터(radiator)(468)로 가열된 냉각 액체를 펌프한다. 라디에이터(468)는, 상기 냉각 액체의 온도가 허용 가능한 레벨이 되도록 예를 들면 라디에이터 동작에 의해 가열된 냉각 액체 유체로부터 열/과잉의 열이 제거되게 한다. 상기 냉각된 액체 유체는 이후에 화살표(478)로 나타낸 바와 같이 파이프(472)를 통해 액체 탱크(460)로 돌아가며, 상기 시스템들 통해 재순환될 수 있다. 유체 2(예를 들면, 공기)는 탱크(470)로부터 제공되며, 챔버(444)로부터 냉각 액체 유체를 대체하거나, 제거하거나 배출하는 데 이용될 수 있다. 이러한 공정 동안, 액체 밸브(474)가 닫히고 공기/기체 밸브(476)가 개방된다. 상기 공기는 챔버(444) 내로 펌프되고 체크 밸브(462)를 통해 챔버(444)를 나가는 상기 냉각 유체를 상기 냉각 액체 유체로 대체한다. 상기 공기가 챔버(444) 내의 충분한 양의 상기 냉각 유체를 대체할 때, 상기 공기가 챔버(444)를 나가고 체크 밸브(462)로 들어간다. 공기 배출 밸브(예를 들면, 블리더(bleeder) 밸브)가 상기 시스템 내에 남아있는 어떤 공기를 제거하거나 빼내도록 상기 시스템의 임의의 위치(예를 들면, 요소들(462, 464, 466, 468) 사이 또는 이들에 근접하는 임의의 위치)에 제공될 수 있다. 도 4에 도시된 상기 요소들과 구성은 본질적으로 예시적인 것이며, 상이하거나 추가적인 요소들로 대체될 수 있는 점(예를 들면, 다른 냉각 구조가 라디에이터(468)에 대향하여 사용될 수 있다)에 유의한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 선택적인 예시적 실시예에 따른 본드 헤드(530)를 나타낸다. 구체적으로는, 캐비티(cavity)(580)가 지지 구조(542)에 의해 정의되며, 챔버(544)가 캐비티(580) 내에서 상방으로 및 하방으로 이동하게 하는 충분한 여지를 가지고 내부에 챔버(544)를 수용하도록 크기가 조절되고 위치한다. Z-액츄에이터(actuator)(582)는 히터(548)의 냉각을 용이하게 하도록 챔버(544)를 히터(548)에 접촉되게 하거나 접촉으로부터 벗어나게 하기 위하여 Z-축을 따라 챔버(544)를 이동시킨다. 예시한 바와 같이, 계면 틸트(interface tilt) 하부 본드 헤드(540)는 지지 구조(542) 상부에 있다. 지지 구조(542)는 그 내부에서 챔버(544)(그리고 유입 및 유출 파이프들(546a, 546b))가 하부에 놓인 히터(548)로부터 멀어지게 상방으로 이동될 수 있고 히터(548)에 접촉되게 하방으로 이동될 수 있는 캐비티(580)를 포함한다. 유입 파이프(546a)는 냉각 유체를 챔버(544) 내로 가져오고, 유출 파이프(546b)는 챔버(544)로부터 (가열된)냉각 유체가 제거되게 한다. 툴(500)은 히터(548) 아래에 있고 다이(502)를 지지한다. 동작 시에(예를 들면, 도 5b 참조), 히터(548)가 냉각되는 때, 챔버(544)는 챔버(544)를 통해 재순환될 수 있는 냉각 유체로(예를 들면, 도 4 참조) Z-액츄에이터(582)를 이용하여, 예를 들면 전도를 통해 히터(548)로부터 열을 흡수하도록 히터(548)에 접촉되게 낮아진다. 냉각된 재순환하는 냉각 유체는 유입 파이프(546a)를 통해 챔버(544)로 들어가고, 히터(548)로부터 열을 흡수하며, 가열된 냉각 유체는 냉각되고 재순환되도록 유출 파이프(546b)를 통해 챔버(544)를 떠난다(예를 들면, 도 4 참조).
도 5a 및 도 5b는 히터(548)로 및 이와의 접촉으로부터 벗어나게 이동되는 챔버(544)를 예시한다. 선택적인 실시예에 있어서, 상기 요소들(예를 들면, 챔버(544) 및 히터(548))이 접촉되게 남아 있을 경우, 챔버(544)와 히터(548) 사이의 접촉력(contact force)이 이들 사이의 열전달을 변화시키기 위하여 변화될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 플렉셔들을 갖는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 본드 헤드들(630, 630a, 630b)을 나타낸다. 도 6a에 있어서, 계면 구조(640)는 지지 구조(642) 상부에 있다. 연결 장치(linkage)(690)와 플렉셔들(692a, 692b)은 지지 구조(642)와 히터(648) 사이에 개재된다. 히터(648)는 결과적으로 다이(602)를 이송하는 툴(600)을 유지시킨다. 열압착 동안에, 상기 장치 지지 다이(602), 예를 들면, 툴(600)은 허용 가능한 스루풋, 즉 타겟 도전성 영역들(예를 들면, 도 2a 내지 도 2d 참조)에 대한 복수의 다이(602)의 접합 속도를 가능하게 하는 최소한의 시간 내에 약 130-150℃로부터 약 250-300℃까지 신속하게 가열되어야 한다. 접합 동안, 상기 본더는, 예를 들면, 임의의 방향으로 5㎛ 이내의 위치에 다이(602)를 유지하도록 요구된다. 그러나, 히터(648)를 포함하는 물질의 열팽창 계수가 고려되어야 한다. 예를 들면, 알루미늄 질화물(히터(648)가 그로부터 만들어 질 수 있는)은 약 4.3㎛/m의 팽창 계수를 가진다. 10㎜ㅧ 10㎜의 크기의 통상적인 다이를 위하여, 알루미늄 질화물 히터는 170℃의 온도 상승(130℃부터 300℃까지) 동안에 7㎛로 상방으로 팽창될 수 있으며, 이는 허용되는 공차 범위의 바깥으로 다이의 이동을 야기할 수 있고 불량품을 생산할 수 있다. 이러한 현상을 완화시키기 위하여, 플렉셔들(692a, 692b)이 상기 다이 본더의 히터(648)와 지지 구조(642) 사이에 개재된다. 플렉셔들은 상기 Z-축을 따라 팽창되는 스프링 부재들로 도시되지만, 이는 단순화된 예시이다.
구체적으로는, 플렉셔들(692a, 692b)은 이방성으로 플렉서블히다. 즉 플렉셔들(692a, 692b)은 상기 툴의 지지 표면에 대해 실질적으로 평행한 라인을 따라(그리고 가능하게는 벡터를 따라) 그리고 상기 툴의 지지 표면의 중심으로부터 외측으로 상기 플렉셔들을 향하는 방향으로 가장 잘 순응한다. 달리 말하면, 플렉셔들(692a, 692b)은 상기 X-축 및 Y-축(예를 들면, 도 6a의 범례 참조)을 따라 상기 툴의 지지 표면의 중심으로부터 외측으로 상기 플렉셔들을 향하는 방향으로 순응된다.
플렉셔들(692a, 692b)은 바람직하게는 지지 구조(642)와 히터(648) 사이에 방사형 패턴으로 위치할 수 있으며, 여기서 임의의 수의 플렉셔들이 사용될 수 있다(단순화를 위해 도 6a 내지 도 6c에는 두 개의 플렉셔들만이 예시된다). 최소 강도의 라인/벡터가 상기 툴의 중심으로부터 상기 각 플렉셔까지의 방향으로 향하도록 상기 플렉셔들이 구성되는 것이 바람직하다. 각 플렉셔는 서로의 플렉셔들과 같이 히터(548)의 열 성장에 저항하는 동일한 기여를 가지도록 설계되는 것이 바람직할 수 있다. 열 성장을 겪는 동안, 이는 평면 내의 운동을 겪는 상기 툴의 중심에서 가상적인 지점을 야기할 것이다.
실제로, 플렉셔들(692a, 692b)은 플로팅 스크류들 또는 이와 유사한 것들(도시되지 않음)을 이용하여 히터(648)를 관통할 수 있다. 이는 임의의 Y-Y 평면 내의 운동으로부터 상기 히터의 가장석인 중심 내의 지점을 유지하면서 가열 사이클 동안에 팽창을 안내하는 플렉셔들(692a, 692b)로 히터(648)가 측방으로(즉, 상기 히터의 가상적인 중심 지점에 대해 방사상으로) 팽창되게 한다. 냉각 사이클 동안에, 플렉셔들(692a, 692b)은 상기 히터의 수축 동안에, 예를 들면 상기 툴을 중심으로 하는 이의/이들의 초기 위치로 복귀하도록 히터(648)/툴(600)을 안내하거나 돕는다. 이러한 새로운 구성은 상기 툴의 성장 지점을 한정하며, 상기 성장 지점이 예측 가능하게 되는 점을 보장하게 된다.
도 6a는 또한 히터(648)와 지지 구조(642) 사이에 배치되는 연결 장치(690)를 포함하는 예시적인 실시예를 나타낸다. 연결 장치(690)는, 예를 들면, 상술한 바와 같이 히터(648)를 냉각시키는 임의의 냉각의 형태를 포함할 수 있으며, 또한 전기적 커넥션들, 공기 커넥션들, 물 커넥션들, 냉각 유체 커넥션들 그리고 상기 본드 헤드의 다른 부분들로부터 히터(648)를 분리시키는 절연(예를 들면, 지지 구조(642) 참조)을 포함할 수 있다. 이와 관계없이, 연결 장치(690)는 본딩 사이클의 소정의 부분들 동안에 히터를 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다. 플렉셔들(692a, 692b)은 또한 접합 동안의 히터(648)의 신속한 가열 동안에 히터(648)의 측방 팽창(열 성장)에 대항하여 지지 구조(642)와 히터(648) 사이에 개재되고, 다이(602)를 소정의 공차 위치 내에 유지하며, 플렉셔들(692a, 692b)이 다이(602)를 안내하여 그 중심이 되는 위치로 복귀시킨다(상기 참조).
도 6b는 도 6a의 경우와 유사하지만, 연결 장치(690) 내로 냉각 유체를 공급하고 연결 장치(690)로부터 가열된 냉각 유체를 제거하는 외부의 유입 및 유출 파이프들/라인들(646a, 646b)을 가지는 다른 예시적인 실시예를 나타낸다. 연결 장치(690)는 또한 전기 커넥션들, 공기 커넥션들 및 물 커넥션들을 포함할 수 있다. 플렉셔들(692a, 692b)은 위치와 기능적인 면에서 도 6a에 예시된 것들과 유사하다.
도 6c는 도 6b의 경우와 유사하지만, 지지 구조(642) 내에 형성되는 캐비티(680) 내부에 위치하는 챔버(694)(예를 들면, 도 5a 및 도 5b 참조) 가지는 다른 예시적인 플렉셔 실시예를 나타낸다. 연결 장치(690)와 플렉셔들(692a, 692b)은 지지 구조(642)와 히터(648) 사이에 개재된다. 외부 유입 및 유출 파이프들/튜빙(646a, 646b)은 각기 냉각된 냉각 유체를 냉각 챔버(694) 내로 도입하고, 가열된 냉각 유체를 냉각 챔버(694)로부터 제거하는 기능을 한다. 냉각 챔버(694)는 Z-액츄에이터(682)를 이용하여 적어도 Z-축을 따라 캐비티(680) 내에서 이동하도록 구성된다. 예를 들면, 다이(602)를 아래에 놓인 기판에 접합한 후, 냉각 챔버가 하방으로 이동될 수 있고, 연결 장치(690)와 직접 접촉하게 될 수 있다. 상기 (냉각된)냉각 유체는 연결 장치(690)의 온도를 냉각시키거나 낮추도록 연결 장치(690)로부터 열을 제거한다. 결과적으로, 히터(648)가 냉각시키는/냉각된 연결 장치(690)와의 접촉에 의해 냉각되며, 이후에 툴(600)이 냉각시키는/냉각된 히터(648)와의 접촉에 의해 냉각된다. 상기 냉각 공정이 완료되는 때, 냉각 챔버는 Z-액츄에이터(692)를 이용하여 상방으로 이동되고, 냉각 유체는 냉각 챔버(694)를 통해 여전히 순환할 수 있다.
예를 들면, 이들 예시적인 플렉셔 실시예들에 있어서, 플렉셔들(692a, 692b)은 연결 장치(690)에 대해 방사상의 패턴으로 균등하게 위치할 수 있고, 지지 구조(642)와 히터(648)에 배치될 수 있다. 이러한 이격이 히터(648)의 중심점이 평면 내의 운동 없이 연결 장치(690)에 대해 고정되어 남게 되는 점을 확보할 수 있으므로, 다이(602)는 히터(648)의 열팽창으로 인한 최소의 운동을 가지거나 운동하지 않는다(예를 들면, 도 6a 내지 도 6c를 위한 상술한 논의 참조). 두 개의 플렉셔들(692a, 692b)이 도 6a 내지 도 6c에 예시되지만, 바람직하게는 방사상의 패턴으로 예를 들면, 3, 4, 5, 6, 등과 같이 임의의 수가 사용될 수 있다. 상기 플렉셔들이 단일의 이방성으로 플렉서블한 고리형 플렉셔 구조(도시되지 않음), 또는 그렇지 않으면 이방성으로 플렉서블한 고리형 플렉셔 구조의 일부들의 형태를 취할 수 있는 점 또한 고려된다. 이러한 고리형 플렉셔 구조는 또한 냉각 유체의 온도를 유지/이의 온도를 감소 및/또는 히터(648)의 온도를 감소시키도록 재순환하는 냉각 유체를 포함할 수 있다. 플렉셔들은 마찰에 의해 상기 히터 상에서 이들의 위치들을 유지할 수 있다. 또한, 상기 플렉셔들은 이들이 상기 다이(워크피스)를 상기 기판에 접합하는 데 이용되는 본딩 툴의 지지 표면에 대한 라인/벡터(또는 상기 본딩 툴의 길이를 따른 종축에 직교하게) 실질적으로 플렉서블한 방식으로 이방성으로 플렉서블하다.
상술한 본 발명의 특정한 실시예들에 따르면, 냉각 챔버는 히터에 접촉되고 그로부터 열을 제거하도록 기술된다(예를 들면, 도 3a 내지 도 3e, 도 5a 및 도 5b 등 참조). 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상기 툴(예를 들면, 도 3b의 툴(350))은 워크피스(예를 들면, 다이)를 접합한 후 및 접합되는 다른 이러한 워크피스를 집기 전에 중간 냉각 스테이지로 이동될 수 있다. 이러한 배치에 있어서(도 7 참조), 상기 툴은 상기 툴로부터 열을 제거하도록 냉각 스테이지에 접촉(또는 적어도 근접)하게 될 수 있다. 이러한 냉각 배치는 여기서 기술하는 다양한 냉각 구성들(예를 들면, 냉각 유체를 갖는 챔버를 포함하는)을 대체하기 위해 또는 추가적으로서 제공될 수 있다.
도 7은 워크피스(702)(예를 들면, 다이(702))를 지지하고 본드 스테이지(710)에 의해 지지되는 아래에 놓인 기판(704)에 접합하기 위한 플레이서(706)(도시되지 않은 툴을 포함하는)를 예시한다. 도 7에 있어서, 다이(702)는 이미 기판(704)에 접합되어 있다. 플레이서(706)는 이후에 본드 스테이지(710)로부터 상기 열압축 본더의 일부(또는 이에 근접하여 제공되는)로서 포함되는 냉각 스테이지(754)까지 이동된다. 플레이서(706)는 냉각 스테이지(754)와 접촉(또는 적어도 근접)하게 되고, 여기서 플레이서(706)로부터 열이 흡수되거나 그렇지 않으면 제거된다. 예를 들면, 플레이서(706)의 툴(도시되지 않음)이 냉각 스테이지(754)의 냉각 패드에 접촉할 수 있게 됨에 따라, 플레이서(706)의 온도를 감소시킨다(즉, 도시되지 않지만 상기 툴 및 히터와 같은 플레이서(706)의 관련된 부분의 온도를 감소시킨다). 냉각된 플레이서(706)는 이후에 냉각 스테이지(754)로부터 제거되고, 다른 워크피스를 얻도록(예를 들면, 웨이퍼로부터 다른 다이를 집도록) 워크피스 공급(756)(예를 들면, 웨이퍼)으로 이동된다.
상술한 바와 같이, 중간 냉각 스테이지(도 7에 도시한 스테이지(754)와 같은)는 앞서 다양한 실시예들에서 기술한 바와 같이 챔버로부터의 냉각에 대해 선택적으로 또는 추가적으로 제공될 수 있다. 도 7은 또한 2개의 시간에 대한 온도 곡선들을 예시한다. 곡선 1은 통합된 냉각 챔버가 없는 중간 냉각 스테이지의 사용에 관한 것인 반면, 곡선 2는 통합된 냉각 챔버(예를 들면, 도 3a 내지 도 3e에서와 같이)를 포함하고 중간 냉각 스테이지의 사용이 더해진 배치에 관련한 것이다. 곡선 1을 참조하면, 본드 스테이지(710)를 떠난 후에 상기 온도 곡선은 의도적인 냉각이 없으므로 실질적으로 평탄해진다(면적 A1 참조). 플레이서(706)가 냉각 스테이지(754)에 도달할 때, 상기 온도가 면적 C1에서 정상화될 때까지 상기 온도는 면적 B1에 도시된 바와 같이 빠르게 하강한다. 곡선 2를 참조하면, 본드 스테이지(710)를 떠난 후에 상기 온도는 상기 챔버 냉각으로 인해 지속적으로 하강하게 된다(면적 A2 참조). 플레이서(706)가 냉각 스테이지(754)에 도달할 때, 상기 온도가 면적 C2에서 정상화될 때까지 상기 온도는 면적 B2에 도시한 바와 같이 빠르게 하강한다. 상기 정상화된 온도(면적들 C1 및 C2에서)는 NCP 및/또는 NCF 층들(예를 들면, 도 2c 참조)의 임계 온도 아래에 있을 수 있다.
특정한 예시적인 장치들이 여기에 예시되고 기술되었지만, 다른 냉각 챔버들이 다른 구조들, 수단들 및 냉각 방법들을 가질 수 있는 점도 고려된다. 예를 들면, 냉각 챔버는 직접 접촉되거나 직접 접촉이 없이 접합 후 히터를 빠르게 냉각시키는 급속 냉동 냉장고로서 작용하는 냉각 챔버와 함께 적어도 히터를 수용하도록 충분히 크게 제공될 수 있다.
상기 히터와 여기서 설명하는 챔버들의 임의의 것 사이의 열전달을 변화시키는 데 사용될 수 있는 다른 선택 사항들도 고려된다. 예를 들면, 냉각 유체의 유량(예를 들면, 여기서 기술하는 상기 액체 냉각 유체들과 같은)은 원하는 열전달에 따라 및/또는 상기 본딩 공정의 부분(또는 비접합 동안의 다른 동작 상태)에 따라 변화될 수 있다.
비록 본 발명을 위에서 예시하고 특정 실시예들을 참조하여 기술하였지만, 본 발명이 상술한 바에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 다양한 변형들이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 특허청구범위의 균등물들의 범주와 범위 내에서 상세하게 구현될 수 있을 것이다.
100：열압축 본더 102：다이
104：기판 106：플레이서
110：본드 스테이지 112：인덱서
114：카메라 202：다이(상부 기판)
204：기판(하부 기판) 220：도금층
222：NCP 층 224：필라
226：솔더 층 228：본딩 구조(Cu 구조)
302：다이 306a：본드 헤드
330：하부 본드 헤드 332：Z-모터
334：세타 Z-드라이브 336：틸트 헤드 컨트롤 메커니즘
342：지지 구조 344：챔버
346a：파이프 346b：파이프
348：히터 350：툴
444：챔버 460：유체 탱크
462：체크 밸브 464：유체 저장소
466：유체 펌프 468：라디에이터
474：밸브 530：본드 헤드
540：하부 본드 헤드 542：지지 구조
544：챔버 546a：유입 파이프
546b：유출 파이프 548：히터
580：캐비티 582：Z-액추에이터
600：툴 602：다이
630：본드 헤드 640：계면 구조
642：지지 구조 646a：유입 파이프(라인)
646b：유출 파이프(라인) 648：히터
690：연결 장치 692a：플렉셔
692b：플렉셔 694：냉각 챔버
702：워크피스(다이) 704：기판
706：플레이서 710：본드 스테이지
754：냉각 스테이지 756：워크피스 공급

Claims (33)

  1. 열압축 본더(thermocompression bonder)를 위한 본드 헤드(bond head)에 있어서,
    접합되는 워크피스(workpiece)를 지지하도록 구성되는 툴(tool);
    상기 접합되는 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터; 및
    상기 히터에 근접하며, 상기 히터를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 수용하도록 구성되는 챔버를 포함하는 본드 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는 상기 히터와 상기 챔버 사이의 열교환을 조절하기 위해 가변적인 접촉력으로 상기 히터에 접촉하는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는 상기 히터에 접촉되고 상기 히터와의 접촉으로부터 벗어나도록 상기 히터에 대해 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 유체는 상기 챔버와 상기 히터 사이의 접촉 동안에 상기 히터로부터 열을 흡수하는 열용량을 가지는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 유체는 물, 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 및 불소화 액체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 유체가 제1 동작 상태 동안에 상기 챔버 내에 수용되고, 제2의 유체가 제2 동작 상태 동안에 상기 챔버 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제1 동작 상태는 냉각 상태이고, 상기 제1 동작 상태는 비냉각 상태인 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제2 유체는 공기인 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 유체는 부식 억제제를 포함하는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 본드 헤드의 지지 구조와 상기 히터 사이에 배치되는 적어도 두 개의 플렉셔들(flexures)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 툴, 상기 히터 및 상기 챔버는 단일 구조로 통합되는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는 상기 히터 상부의 상기 본드 헤드의 지지 구조의 캐비티 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
  13. 복수의 워크피스들을 포함하는 워크피스 공급 스테이션;
    본딩 스테이션;
    상기 워크피스 공급 스테이션으로부터 상기 워크피스를 수용하며, 상기 본딩 스테이션에서 상기 워크피스를 기판에 접합하는 플레이서 툴(placer tool); 및
    상기 기판에 대한 상기 워크피스의 접합 후에 상기 플레이서 툴을 냉각시키는 냉각 스테이션을 포함하는 열압축 본더.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 플레이서 툴은 상기 열압축 본더의 본드 헤드에 의해 이송되고, 상기 본드 헤드는 상기 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터 및 상기 히터에 근접하는 챔버를 포함하며, 상기 챔버는 상기 히터를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열압축 본더.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 플레이서 툴은 상기 열압축 본더의 본드 헤드에 의해 이송되고, 상기 본드 헤드는 상기 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터 및 상기 히터에 근접하는 챔버를 포함하며, 상기 챔버는 상기 히터를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 수용하도록 구성되고, 상기 챔버가 상기 히터에 접촉되는 제1 위치와 상기 히터와의 접촉으로부터 벗어나는 제2 위치 사이에서 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열압축 본더.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 플레이서 툴은 상기 열압축 본더의 본드 헤드에 의해 이송되고, 상기 본드 헤드는 상기 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터 및 상기 히터에 근접하는 챔버를 포함하며, 상기 챔버는 제1 동작 상태 동안에 냉각 유체를 수용하고, 제1 동작 상태 동안에 제2의 유체를 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열압축 본더.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 플레이서 툴은 상기 열압축 본더의 본드 헤드에 의해 이송되고, 상기 본드 헤드는 상기 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터 및 상기 히터에 근접하는 챔버를 포함하며, 상기 챔버는 상기 히터를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 수용하도록 구성되고, 상기 본드 헤드는 상기 히터 상부의 지지 구조 및 상기 지지 구조와 상기 히터 사이에 배치되는 적어도 두 개의 플렉셔들을 포함하는 것을 특징으로 하는 열압축 본더.
  18. (a) 접합되는 워크피스를 지지하도록 구성되는 툴, (b) 상기 접합되는 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터, 그리고 (c) 상기 히터에 근접하며, 상기 히터를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 수용하도록 구성되는 챔버를 포함하는 본드 헤드를 구비하는 열압축 본더.
  19. (a) 접합되는 워크피스를 지지하도록 구성되는 툴, (b) 상기 접합되는 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터, 그리고 (c) 상기 히터에 근접하고, 상기 히터를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 수용하도록 구성되며, 상기 히터에 접촉되는 제1 위치와 상기 히터와의 접촉으로부터 벗어나는 제2 위치 사이에서 이동하도록 구성되는 챔버를 포함하는 본드 헤드를 구비하는 열압축 본더.
  20. (a) 접합되는 워크피스를 지지하도록 구성되는 툴, (b) 상기 접합되는 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터, 그리고 (c) 상기 히터에 근접하며, 제1 동작 상태 동안에 냉각 유체를 수용하고, 제2 동작 상태 동안에 제2의 유체를 수용하도록 구성되는 챔버를 포함하는 본드 헤드를 구비하는 열압축 본더.
  21. (a) 접합되는 워크피스를 지지하도록 구성되는 툴, (b) 상기 접합되는 워크피스를 가열하도록 구성되는 히터, (c) 상기 히터에 근접하며, 상기 히터를 냉각시키기 위한 유체를 수용하도록 구성되는 챔버, (d) 상기 히터 상부의 지지 구조, 그리고 (e) 상기 지지 구조와 상기 히터 사이에 배치되는 적어도 두 개의 플렉셔들을 포함하는 본드 헤드를 구비하는 열압축 본더.
  22. 기판에 워크피스를 열압착하는 방법에 있어서,
    (1) 열압축 본더의 히터를 포함하는 본드 헤드를 이용하여 상기 기판에 상기 워크피스를 접합시키는 단계; 및
    (2) 상기 단계 (1) 후에 상기 히터의 온도를 감소시키도록 상기 히터에 근접하는 상기 본드 헤드의 챔버 내로 냉각 유체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 단계 (1) 동안에 상기 챔버를 상기 히터에 접촉되게 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 단계들 (1) 및 (2) 동안에 상기 챔버와 상기 히터 사이에 힘을 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 단계 (2) 동안에 인가되는 힘은 상기 단계 (1) 동안에 인가되는 힘과 다른 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 단계 (2) 동안에 상기 히터와 상기 챔버 사이에 열 교환이 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 냉각 유체가 상기 단계 (2)에서 상기 챔버 내로 제공되고, 제2의 유체가 상기 단계 (2) 후에 상기 챔버 내로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 단계 (2)에서 상기 냉각 유체로서 액체가 상기 챔버 내로 제공되며, 상기 단계 (2) 후에 기체가 상기 챔버 내로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 22 항에 있어서, 상기 본드 헤드의 지지 구조와 상기 히터 사이에 적어도 두 개의 플렉셔들을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 플렉셔들은 각기 이방성으로 플렉서블한 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 본드 헤드는 접합되는 상기 워크피스를 지지하도록 구성되는 툴을 포함하고, 각각의 상기 2개의 플렉셔들은 각각의 상기 플렉셔들이 상기 툴의 지지 표면에 평행한 라인을 따르며, 상기 툴의 지지 표면의 중심으로부터 외측으로 상기 각 플렉셔를 향하는 방향을 따르도록 이방성으로 플렉서블한 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 29 항에 있어서, 각각의 상기 2개의 플렉셔들은 상기 히터의 중심 내에 생성되고 상기 각 플렉셔를 향해 연장되는 각 라인을 따라 플렉서블한 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 22 항에 있어서, 상기 챔버는 상기 히터에 접촉되는 제1 위치와 상기 히터와의 접촉으로부터 벗어나는 제2 위치 사이에서 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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