KR102088377B1 - 칩 결합 장치 및 방법 - Google Patents

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빈 위
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Abstract

칩 결합 장치는 제 1동작 스테이지(110), 제 2동작 스테이지(200), 칩 픽업 요소(160), 이송 운반체(170), 칩 조정 시스템(1000), 결합 스테이지(420) 및 제어 시스템(500)을 포함하여 개시된다. 칩 결합 방법은 또한 개시되며, 이는 칩들의 세트가 이송 운반체(170) 상에 일시적으로 유지되고 이송 운반체(170) 상에 그들의 위치들이 칩 조정 시스템(1000)을 사용함으로써 정확하게 조정된 다음, 이송 운반체(170) 상의 칩들을 기판(430) 상으로 동시에 결합하는 것이다. 이 배치 결합(batch bonding) 방식으로, 플립 칩들은 크게 향상된 효율로 결합될 수 있다. 또한, 배치들 내의 칩들을 집어 올리고 결합하는 것은 칩을 들어 올리고, 칩 위치를 미세 조정하고 칩을 결합하는 시간의 균형을 맞출 수 있어, 이에 따라 높은 결합 정확도를 보장함과 동시에 처리량의 증가시킨다.

Description

칩 결합 장치 및 방법
본 발명은 칩 패키징(chip packaging) 기술의 분야에 관한 것으로, 특히 칩 결합 장치(chip bonding device) 및 방법(method)에 관한 것이다.
과학 및 기술의 발달로, 전자 제품들은 점차 가볍고, 얇고 컴팩트(compact)해지고 있다. 플립 칩(flip-chip) 결합 기술은 작은 패키지 면적(package footprint) 및 단축된 신호 전송 경로와 같은 넓은 범위의 이점들 때문에 칩 패키징 애플리케이션들에 널리 사용된다.
도 1은 종래의 플립 칩 결합 장치에 의해 수행되는 칩 결합 공정을 개략적으로 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 공정은 기판(4) 및 기판에 결합될 칩(2)을 제공하며, 칩(2)은 부품 측면(3)을 가지는 단계; 부품 측면(3)을 위로 향한 상태로, 칩(2)를 지지 스테이지(1) 상에 놓는 단계; 제 1로봇 팔(robotic arm)(5)에 의해 칩(2)을 집어 올리고 뒤집는 단계; 칩(2)을 제 1로봇 팔(5)로부터 제 2로봇 팔(6)로 넘겨 주는 단계; 제 2로봇 팔(6)에 의해 칩(2)를 기판(4) 위로 이동시키고 칩(2) 상의 정렬 마크와 기판(4) 상의 정렬 마크를 CCD 이미지 센서(7)의 도움으로 정렬하는 단계; 칩(2)을 제 2로봇 팔(6)에 의해 기판 위로 가압하고 기판에 결합하는 단계를 필수적으로 포함한다.
상기 플립 칩 결합 공정에서, 칩(2)은 먼저 뒤집어진 다음에 칩(2)은 플립 칩 결합 장치에 의해 기판(4) 위로 직접 결합되어 칩(2) 및 기판(4) 사이에 상호 접속을 형성한다. 그러나, 공정이 종래의 플립 칩 결합 장치는 각 프레스 주기(약 30초) 당 단 하나의 칩을 결합할 수 있는 직렬 방식으로 수행되기 때문에, 처리량은 매우 낮고 대량 생산을 처리할 수 없다.
따라서, 이 기술 분야에서 대량 생산을 허용하지 않는 종래의 플립 칩 결합 장치의 낮은 처리량의 문제에 대한 해결책이 절실히 필요하다.
본 명세서에 개시되어 있음.
본 발명은 칩 결합 장치를 제시함으로써 상기 설명된 종래 기술의 문제점을 해결하고, 이는 제 1동작 스테이지(motion stage), 제 2동작 스테이지, 칩 픽업 요소(chip pickup element), 이송 운반체(transfer carrier), 칩 조정 시스템(chip adjustment system), 결합 스테이지(bonding stage) 및 제어 시스템(control system)을 포함한다.
제 1동작 스테이지는 칩들의 세트를 지지하고 칩들의 세트를 칩 픽업 요소로 운반하도록 구성된다.
이송 운반체는 제 1동작 스테이지로부터 칩 픽업 요소에 의해 집어 올려진 칩들의 일시적인 보유를 위해 구성된다.
칩 조정 시스템은 이송 운반체 상의 칩들의 위치들을 조정하도록 구성된다.
결합 스테이지는 기판을 지지하도록 구성된다.
제 2동작 스테이지는 이송 운반체를 칩 픽업 요소로 운반하고, 일시적으로 그 위에 유지되는 칩들을 가지는 칩 픽업 요소를 칩 조정 시스템으로 더 운반하고, 그 위에 유지되는 위치 조정된 칩들을 가지는 칩 픽업 요소를 기판으로 더 운반하여, 최종적으로 기판을 이송 운반체 상의 칩들에 결합하도록 구성되며; 여기서 각각의 제 1동작 스테이지, 제 2 동작스테이지, 칩 조정 시스템 및 결합 스테이지는 제어 시스템에 의해 제어되고 다중 자유도로 이동 가능하다.
선택적으로, 칩 결합 장치는 교정 시스템(calibration system)을 더 포함할 수 있으며, 여기서 칩들은 칩 마크들 및 기판 마크들을 갖는 기판과 함께 제공되며, 여기서 교정 시스템은 칩 마크들 및 기판 마크들을 감지하도록 구성되고, 여기서 제어 시스템은 교정 시스템에 의한 감지를 기반으로 결합 스테이지의 위치를 조정하여 칩 마트가 기판 마크들과 함께 정렬되도록 구성된다.
선택적으로, 칩 픽업 요소는 제 1동작 스테이지로부터 칩들을 집어 올리고, 칩들을 뒤집고 이송 운반체 상의 칩들의 일시적인 보유를 달성하도록 구성된 플립핑 팔(flipping arm)을 포함할 수 있다.
선택적으로, 플립핑 팔은 제 1동작 메커니즘(motion mechanism); 칩들을 뒤집도록 제 1동작 메커니즘을 구동하기 위한 모터; 모터를 제 1동작 메커니즘에 연결하는 연결 부재; 및 제 1동작 메커니즘에 연결되고 흡착에 의해 타겟(target) 칩을 유지하도록 구성된 제 1흡착 컵을 포함할 수 있다.
선택적으로, 결합 스테이지는 기판 아래에 배치될 수 있고 기판을 위로 이동시켜 기판을 이송 운반체 상의 칩들에 결합하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 칩 조정 시스템은 정렬 시스템 및 미세 조정 시스템(fine tuning system)을 포함할 수 있으며, 이는 이송 운반체 상의 칩들의 위치들을 측정하고 조정하도록 구성된다.
선택적으로, 미세 조정 시스템은 제 2동작 메커니즘; 제 2동작 메커니즘에 연결되고 흡착에 의해 타겟 칩을 유지하도록 구성된 제 2흡착 컵; 및 제 2동작 메커니즘을 지지하도록 구성된 지지 메커니즘을 포함하며, 여기서 칩 조정 시스템에 의한 이송 운반체 상의 타겟 칩의 위치의 조정 동안, 이송 운반체 상의 타겟 칩은 제 2 흡착 컵에 의해 흡착되고, 이송 운반체가 정렬 시스템에 의해 수행된 측정을 기반으로 제 2동작 스테이지에 의해 타겟 칩의 일시적인 보유에 적합한 위치로 이동된 후, 타겟 칩은 제 2흡착 컵에 의해 이송 운반체로 다시 이송된다.
선택적으로, 타겟 칩이 제 2 흡착 컵에 의해 이송 운반체로 다시 이송된 후, 제 2동작 스테이지는 이송 운반체를 위치 검증을 위해 정렬 시스템을 위한 정렬 측정 영역 내로 전달하고, 정렬 시스템이 타겟 칩이 예정된 위치에 위치되지 않는다는 것을 결정하면, 이송 운반체 상의 타겟 칩의 위치는 타겟 칩이 예정된 위치에 위치될 때까지 반복적으로 조정된다.
선택적으로, 정렬 시스템은 광대역 광원(broadband light source), 조명 렌즈 그룹(illumination lens group), 빔 분리 프리즘(beam splitting prism), 전방 이미징 렌즈 그룹(front imaging lens group), 후방 이미징 렌즈 그룹(rear imaging lens group) 및 이미지 센서(image sensor)를 포함할 수 있으며, 여기서 광대역 광원으로부터의 측정 광속(measuring light beam)은 조명 렌즈 그룹, 빔 분리 프리즘 및 전방 이미징 렌즈 그룹을 통해 연속적으로 전파하고 타겟 칩의 칩 마크 상으로 입사하며, 칩 마크로부터 반사된 빔은 전방 이미징 렌즈 그룹, 빔 분리 프리즘 및 후방 이미징 렌즈 그룹을 통해 연속적으로 전파하고 이미지 센서 상에 칩 마크의 이미지를 형성한 다음, 이미지 센서에 의해 이미지를 출력하고, 이는 이송 운반체 상의 타겟 칩의 위치를 결정하도록 처리된다.
선택적으로, 칩 결합 장치는 제 1동작 스테이지에 연결되고 칩들을 들어 올려 칩 픽업 요소가 제 1동작 스테이지로부터 칩들을 집어 올릴 수 있도록 구성된 잭 메커니즘(jack mechanism)를 더 포함할 수 있다.
선택적으로, 잭 메커니즘은 핀(pin); 흡착 유지기(suction retainer); 및 흡착 유지기의 바닥에 부착된 수평 동작 메커니즘(horizontal motion mechanism)를 포함할 수 있으며, 흡착 유지기는 흡착에 의한 칩의 보유를 위해 구성되고, 핀은 칩들을 들어 올리도록 구성되고, 수평 동작 메커니즘은 예정된 위치로 핀을 움직이기 위해 핀 및 흡착 유지기를 수평으로 운반하도록 구성된다.
선택적으로, 칩 결합 장치는 운반체 카세트(carrier cassette) 및 제 1로봇 팔을 더 포함할 수 있으며, 운반체 카세트는 제 1동작 스테이지의 근방에 배치되고 칩들의 세트를 운반하는 지지 운반체(support carrier)를 유지하도록 구성되며, 제 1로봇 팔은 제어 시스템의 제어 하에, 지지 운반체를 집어 올리고 지지 운반체를 제 1동작 스테이지로 운반하도록 구성된다.
선택적으로, 칩 결합 장치는 기판 카세트(substrate cassette) 및 제 2로봇 팔을 더 포함할 수 있으며, 기판 카세트는 결합 스테이지의 근방에 배치되고 칩 결합을 거친 기판을 보관하도록 구성되며, 제 2로봇 팔은 제어 시스템의 제어 하에, 기판을 집어 올리고 기판 카세트 내로 기판을 놓도록 구성된다.
본 발명은 또한 칩 결합 방법을 제공하며,
제 1동작 스테이지에 의해 칩들의 세트를 칩 픽업 요소로 운반하고 제 2동작 스테이지에 의해 이송 운반체를 칩 픽업 요소로 이동시키는 단계;
제 1동작 스테이지로부터 칩들을 집어 올리고 칩 픽업 요소에 의해 이송 운반체 상의 칩들을 일시적으로 유지하는 단계;
제 2동작 스테이지에 의해 칩들이 일시적으로 유지되는 이송 운반체를 칩 조정 시스템으로 운반하는 단계;
칩 조정 시스템에 의해 이송 운반체 상의 칩들의 위치를 조정하는 단계;
제 2동작 스테이지에 의해 위치 조정된 칩들을 유지하는 이송 운반체를 기판으로 운반하는 단계; 및
최종적으로 기판을 지지하는 결합 스테이지에 의해 기판을 이송 운반체 상의 칩들에 결합하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 칩 결합 방법은 제 1동작 스테이지에 의해 칩들의 세트를 칩 픽업 요소로 운반하기 전에, 칩들의 세트가 운반체 카세트로부터 운반되는 지지 운반체를 집어 올리고 제 1로봇팔에 의해 제 1동작 스테이지 상에 지지 운반체를 놓는 것을 더 포함할 수 있다.
선택적으로, 칩 결합 방법은 지지 운반체 상의 모든 칩들이 기판에 결합될 때까지 단계들을 반복하는 것을 더 포함할 수 있다.
선택적으로, 칩 결합 방법은 이송 운반체 상의 칩들에 대한 기판의 최종 결합에 이어, 칩들이 결합된 기판을 집어 올리고 제 2로봇 팔에 의해 기판 카세트 내로 기판을 놓는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 칩 결합 장치 및 방법은 칩들의 일시적인 보유가 가능한 이송 운반체 및 이송 운반체를 위해 정확한 칩 위치 조정이 가능한 칩 조정 시스템을 사용하는 기판 상으로 배치들(batches) 내의 칩들을 결합시킴으로써 크게 개선된 플립 칩 결합 효율을 허용한다. 본 발명에 따른 배치들 내의 칩들을 집어 올리고 결합하는 것은 칩 들어 올림, 미세 칩 위치 조정 및 칩 결합을 위해 각각 요구되는 시간의 균형을 유지하며, 이에 따라 결합 장치의 높은 결합 정확성을 보장함과 동시에 처리량을 증가시킨다.
도 1은 종래의 플립 칩 결합 장치에 의해 수행된 칩 결합 공정을 개략적으로 도시한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 칩 결합 방법의 상이한 단계들에서의 구성들을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 칩 결합 장치에서의 플립핑 팔의 구조 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 칩 결합 장치에서의 잭 메커니즘의 구조 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 칩 결합 장치에서의 미세 조정 시스템의 구조 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 칩 결합 장치에서의 정렬 시스템의 구조 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 칩 결합 방법을 도면으로 도시하는 흐름도이다.
본 발명은 첨부된 도면들 및 몇몇 특정 실시예들을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다. 본 발명의 특징들 및 이점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 청구항들로부터 보다 명백해질 것이다. 도면들은 본 발명의 일부 실시예들을 설명할 때 편의성 및 명확성을 용이하게 하기 위한 의도로, 반드시 축척하도록 제시되지 않은 매우 단순화된 형태로 제공된다.
도 2는 본 발명에 따른 칩 결합 장치를 도시하며, 이는 제 1동작 스테이지(110), 제 2동작 스테이지(200), 칩 픽업 요소(160), 이송 운반체(170), 칩 조정 시스템(1000), 결합 스테이지(420) 및 제어 시스템(500)을 포함한다.
제 1동작 스테이지(110)는 칩들의 세트(140a 내지 140n)를 지지하고 칩들을 칩 픽업 요소(160)로 운반하도록 구성된다.
이송 운반체(170)는 제 1동작 스테이지(110)로부터 칩 픽업 요소(160)에 의해 집어 올려진 칩들의 일시적인 보유를 위해 구성된다.
칩 조정 시스템(1000)은 이송 운반체(170) 상의 칩들의 위치들을 조정하도록 구성된다.
결합 스테이지(420)는 기판(430)을 지지하고 이송 운반체(170) 상의 칩들에 최종적으로 결합되는 기판(430)을 야기하도록 구성된다.
제 2동작 스테이지(200)는 칩들의 일시적인 보유를 위해 칩 픽업 요소(160)에 이송 운반체(170)를 이동시킨 다음, 칩들의 위치 조정을 위해 칩 조정 시스템(1000)으로 이송 운반체(170)를 이동시키고, 기판(430)으로 이송 운반체(170)를 최종적으로 이동시키도록 구성된다.
제 1동작 스테이지(110), 제 2동작 스테이지(200), 칩 조정 시스템(1000) 및 결합 스테이지(420)는 제어 시스템(500)의 통합 제어 하에 있고 다중 자유도로 이동 가능하다.
도 2를 계속 참조하여, 이 실시예에서, 칩 결합 장치는 운반체 카세트(000) 및 제 1로봇 팔(010)을 더 포함할 수 있다. 운반체 카세트(000)는 제 1동작 스테이지(110)의 근방에 배치되고 결합되는 칩들의 세트를 각각 운반하는 지지 운반체(130)들을 유지하도록 구성된다. 제 1로봇 팔(010)은 제어 시스템(500)의 제어 하에, 지지 운반체(130)를 집어 올리고 제 1동작 스테이지(110) 상에 그것을 놓도록 구성된다. 칩 결합 장치는 기판 카세트(030) 및 제 2로봇 팔(040)을 더 포함할 수 있다. 기판 카세트(030)는 결합 스테이지(420)의 근방에 배치되고 칩 결합을 거친 기판들을 보관하도록 구성된다. 제 2로봇 팔(040)은 제어 시스템(500)의 제어 하에, 기판(430)을 집어 올리고 기판 카세트(030) 내로 그것을 놓도록 구성된다. 이 실시예는 예시로써 타겟 칩들의 세트(140a 내지 140n)와 함께 설명되고, 그의 각각은 그 위에 배치된 마크(150a 내지 150n)와 관련된다. 이 실시예에 따르면, 결합 스테이지(420)는 기판(430) 아래에 배치되고 결합 스테이지(420)는 기판(430)을 위로 이동시켜 그것이 이송 운반체(170) 상의 칩들에 결합되는 것을 허용하도록 구성된다.
이 실시예에서, 칩 픽업 요소는 제 1동작 스테이지(110)로부터 칩을 집어 올리고, 그것을 뒤집은 다음 이송 운반체(170) 상에 뒤집어진 칩의 일시적인 보유를 야기하도록 구성된 플립핑 팔(160)로써 구현될 수 있다.
도 5에 자세하게 도시된 바와 같이, 플립핑 팔(160)은 제 1동작 메커니즘(163); 칩을 뒤집도록 제 1동작 메커니즘을 구동하기 위한 모터(161); 모터(161)를 제 1동작 메커니즘(163)에 연결하는 연결 부재(162); 및 제 1동작 메커니즘(163)에 연결되는 제 1흡착 컵(164)을 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 제 1동작 메커니즘(163)은 Z-방향으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 흡착 컵(164)은 동작 메커니즘(163)의 바닥에 장착될 수 있다. 제어 시스템(500)은 제 1동작 메커니즘(163)이 타겟 칩 위의 예정된 위치로 이동한 다음에 잭 메커니즘(120)에 의해 타겟 칩을 들어 올려, 흡착 컵(164)이 타겟 칩을 들어 올리도록 지시할 수 있다. 제 1동작 메커니즘(163)은 그런 다음 모터(161)가 흡착 컵(164)을 따라, 180° 회전하도록 제 1동작 메커니즘(163)을 구동시키는 예정된 위치로 상향 이동할 수 있다. 이 시점에서, 이전 타겟 칩 위의 마크는 이제 타겟 칩 아래에 있다. 바람직한 실시예에서, 흡착 컵(164)은 고무 흡착 컵, 세라믹 흡착 컵 또는 흡착에 의해 타겟 칩을 집어 올리고 유지할 수 있는 임의의 다른 흡착 컵일 수 있다.
이 실시예에서, 칩 결합 장치는 잭 메커니즘(120)을 더 포함할 수 있다. 잭 메커니즘(120)은 제 1동작 스테이지(110)에 연결되고 칩을 들어 올려 칩 픽업 요소(160)가 제 1동작 스테이지(110)로부터 그것을 들어 올릴 수 있도록 구성된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 잭 메커니즘(120)은 핀(111), 흡착 유지기(112) 및 흡착 유지기의 바닥에 부착된 수평 동작 메커니즘을 포함할 수 있다. 흡착 유지기(112)는 흡착에 의한 칩의 보유를 위해 구성되고, 핀(111)은 칩들을 들어 올리도록 구성된다. 수평 동작 메커니즘(113)은 수평으로 이동 가능하여 타겟 칩의 취급에 적합한 위치에 핀(111)을 놓는다. 이 실시예에서, 핀(111) 및 흡착 유지기(112)는 모두 수평 동작 메커니즘(113) 상에 고정되고 따라서 Y-방향으로 수평 동작 메커니즘(113)과 동시에 이동할 수 있다. 흡착 유지기(112)는 진공에 의해 지지 운반체를 유지할 수 있고, 핀(111)은 타겟 칩을 들어 올릴 수 있어 플립핑 팔(160)은 칩을 집어 올릴 수 있다. 수평 동작 메커니즘(113)은 Y-방향으로 이동하여 또 다른 타겟 칩의 취급에 적합한 위치에 핀(111)을 놓도록 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 칩 조정 시스템(1000)은 정렬 시스템(210) 및 미세 조정 시스템(220)을 포함할 수 있으며, 이는 이송 운반체(170) 상에서 칩의 위치를 측정하고 조정하도록 구성된다.
특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 미세 조정 시스템(220)은 제 2동작 메커니즘(222), 제 2동작 메커니즘(222)에 연결되고 흡착에 의해 타겟 칩을 유지하도록 구성된 제 2흡착 컵(223) 및 제 2동작 메커니즘(222)을 지지하기 위한 지지 메커니즘(221)을 포함할 수 있다. 칩 조정 시스템(1000)에 의해 이송 운반체(170) 상에서 칩의 위치를 조정하기 위한 공정은 제 2흡착 컵(223)에 의해 이송 운반체(170) 상의 타겟 칩을 흡착함으로써 집어 올리는 단계; 정렬 시스템(210)의 측정을 기반으로 제 2동작 스테이지(200)에 의해 타겟 칩의 일시적인 보유에 적합한 위치로 이송 운반체(170)를 옮겨 놓는 단계; 및 제 2흡착 컵(223)에 의해 이송 운반체(170) 상으로 타겟 칩을 다시 놓는 단계를 포함할 수 있다. 그 후, 제 2동작 스테이지(200)는 위치 검증을 위해 정렬 시스템(210)을 위한 정렬 측정 영역으로 이송 운반체(170)를 전달한다. 정렬 시스템(210)이 타겟 칩이 의도된 위치에 위치되지 않는다는 것을 결정하면, 이송 운반체(170) 상의 타겟 칩의 위치를 조정하는 공정은 타겟 칩이 의도된 위치로 조정될 때까지 반복된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 정렬 시스템(210)은 광대역 광원(211), 조명 렌즈 그룹(212), 빔 분리 프리즘(213), 전방 이미징 렌즈 그룹(214), 후방 이미징 렌즈 그룹(215) 및 이미지 센서(216)를 포함할 수 있다.
광대역 광원(211)으로부터의 측정 광속은 조명 렌즈 그룹(212), 빔 분리 프리즘(213) 및 전방 이미징 렌즈 그룹(214)을 통해 연속적으로 전파하고 타겟 칩의 칩 마크(150a) 상으로 입사한다. 타겟 칩(170)의 마크(150a)로부터 반사된 빔은 전방 이미징 렌즈 그룹(214), 빔 분리 프리즘(213) 및 후방 이미징 렌즈 그룹(215)을 통해 연속적으로 전파하고 이미지 센서(216) 상에 마크(150a)의 이미지를 형성한다. 이미지 센서(216)로부터의 이미지 출력은 이송 운반체(170) 상에 칩(170)의 위치, 즉, 마크(150a)에 대한 정렬된 위치를 결정하도록 처리된다. 본 발명에 따르면, 정렬 시스템(210)은 전형적인 머신 비전(machine vision) 기반의 정렬 측정 기술을 사용할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 칩 결합 장치는 교정 시스템을 더 포함할 수 있다. 각각의 칩은 각각의 칩 마크와 함께 제공될 수 있고, 각각의 기판(430)은 기판 마크들과 함께 제공될 수 있다. 교정 시스템은 결합 스테이지(420)의 위치를 조정하여 결합 전에 기판 마크들과 칩 마크들을 정렬하도록 제어 시스템을 안내하기 위해 칩 및 기판 마크들을 감지하도록 구성된다. 특히, 교정 시스템은 이송 운반체(170)의 위치를 측정하기 위한 제 1교정 시스템(410) 및 기판(430)의 위치를 측정하기 위한 제 2교정 시스템(411)을 포함할 수 있다. 교정 시스템들(410 및 411)은 모두 도 8의 정렬 시스템으로써 구현될 수 있고 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.
바람직하게는, 일시적인 보유를 위한 이송 운반체(170)는 개선된 공정 적응성을 달성하기 위해 기판(430)의 것보다 작은 크기를 가질 수 있고, 이송 운반체(170)의 크기는 실제 칩 크기에 따라 조정될 수 있다. 기능적으로, 칩 결합 장치는 분리 섹션(100), 정렬/미세 조정 섹션(300) 및 결합 섹션(400)으로 나누어질 수 있다. 분리 섹션(100)은 배치들 내의 타겟 칩들을 분리하도록 구성되고 동작 스테이지(110), 잭 메커니즘(120) 및 플립핑 팔(160)을 포함할 수 있다. 정렬/미세 조정 섹션(300)은 타겟 칩들의 측정 정렬 및 미세 조정 정렬을 위해 구성되고 정렬 시스템(210) 및 미세 조정 메커니즘(220)을 포함할 수 있다. 결합 섹션(400)은 기판(430)에 대한 타겟 칩들의 결합을 위해 구성되고 교정 시스템들(410, 411) 및 결합 스테이지(420)를 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 정렬 시스템(210)은 이송 운반체(170) 아래에 배치되고, 교정 시스템(410)은 이송 운반체(170) 아래에 배치되고, 교정 시스템(411)은 기판(430) 위에 배치된다. 즉, 정렬 시스템(210) 및 교정 시스템(410)은 그 위의 마크들의 위치들을 측정하고, 교정 시스템(411)은 그 아래의 마크들의 위치들을 측정한다. 본 발명에 따르면, 기판(430)은 정렬 및 측정을 위한 마크들과 함께 제공된다.
본 발명에 따르면, 제어 시스템(500)은 제 1동작 스테이지(110), 제 2동작 스테이지(200), 칩 픽업 요소(플립핑 팔)(160) 및 결합 스테이지(420)의 다중 자유도로 이동을 중앙에서 제어할 수 있다. 정렬을 위한 마크(150n)는 타겟 칩(140n) 위에 위치된다. 제어 시스템(500)의 제어 하에, 제 2로봇 팔(040)은 지지 운반체(430)를 집어 올리고 이송할 수 있다. 제어 시스템(500)의 제어 하에, 타겟 칩들을 지지하기 위한 제 1동작 스테이지(110)는 X- 및 Y-방향으로 이동 가능하다. 제어 시스템(500)의 제어 하에, 플립핑 팔(160)은 Z-방향으로 이동 가능하고, 제 2동작 스테이지(200)는 X-방향으로 이동 가능하다. 제어 시스템(500)의 제어 하에, 정렬 시스템(210)은 위치 측정을 수행할 수 있다. 제어 시스템(500)의 제어 하에, 교정 시스템(410)은 이송 운반체(170)의 위치를 측정할 수 있다. 제어 시스템(500)의 제어 하에, 결합 스테이지(420)는 X-, Y-, Z- 및 Rz-방향으로 이동 가능하다. 제어 시스템의 제어 하에, 제 2로봇 팔(040)은 기판을 집어 올리고 이송할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 기판(430)은 금속, 반도체 또는 유기 물질로 만들어진다.
본 발명은 또한 칩 결합 방법을 제공하고, 이는 도 9에 도시된 바와 같이,
칩 픽업 요소로 칩들의 세트를 이송하는 제 1동작 스테이지 및 칩 픽업 요소로 이송 운반체를 운반하는 제 2동작 스테이지의 단계;
제 1동작 스테이지로부터 칩들을 집어 올리고 이송 운반체 상의 칩들의 일시적인 보유를 야기하는 칩 픽업 요소의 단계;
칩들이 칩 조정 시스템에 일시적으로 유지되는 이송 운반체를 이동시키는 제 2동작 스테이지의 단계;
이송 운반체 상의 칩들의 위치들을 조정하는 칩 조정 시스템의 단계;
기판으로 위치 조정된 칩들을 유지하는 이송 운반체를 운반하는 제 2동작 스테이지의 단계; 및
이송 운반체 상의 칩들에 대한 기판의 최종 결합을 야기하는 시판을 지지하는 결합 스테이지의 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 칩 결합 방법은 특정 실시예를 참조하여 아래에 설명될 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어 시스템(500)의 제어 하에, 제 1로봇 팔(010)은 운반체 카세트(000)로부터 지지 운반체(130)를 집어 올리고 제 1동작 스테이지(100)에 그것을 놓는다. 제 1동작 스테이지(110)는 타겟 칩(140n)이 플립핑 팔(160) 바로 아래에 있도록 이동한다. 타겟 칩(140n)은 잭 메커니즘(120)에 의해 들어 올려지고 타겟 칩(140n)은 그런 다음 플립핑 팔(160)에 의해 집어 올려지고 180도 회전된다. 그 후, 플립핑 팔(160)은 타겟 칩(140n)을 Z-방향으로 운반하고 일시적인 보유를 위해 이송 운반체(170) 상으로 흡착에 의해 이송되는 위치로 이동시킨다. 타겟 칩(140n)은 진공 흡착 또는 정전 흡착과 같은 임의의 적절한 형태로 흡착에 의해 이송되거나 유지될 수 있다. 이 시점에서, 마크(150n)는 타겟 칩(140n) 아래에 있다.
이 공정은 도 3에 도시된 바와 같이, 지지 운반체 상의 모든 칩들이 이송 운반체(170) 상으로 이송될 때까지 반복된다. 제 2동작 스테이지(200)는 이송 운반체(170)를 정렬 시스템(210)을 위한 정렬 측정 영역 내로 운반하며, 여기서 정렬 시스템(210)은 이송 운반체(170) 상의 타겟 칩들의 위치들을 측정하고, 이 측정에 기반하여, 동작 스테이지(200)는 미세 조정 메커니즘(220) 위로 이송 운반체(170)를 이동시킨 다음에, 타겟 칩 상의 위치 조정이 제어 시스템(500)의 제어 하에 그리고 미세 조정 메커니즘(220) 및 제 2동작 스테이지(200)의 협력 하에 수행된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이송 운반체(170) 상에서 타겟 칩들 상의 위치 조정의 완료 다음에, 제 2동작 스테이지(200)는 이송 운반체(170)를 기판(430) 바로 위로 운반하고 결합 스테이지(420)는 교정 시스템(410 및 411)으로부터의 측정 데이터를 기반으로, 이송 운반체(170)를 기판(430)과 정렬하도록 다중 자유도로 이동한다. 그 뒤, 이송 운반체(170) 상의 칩들은 벗겨질 수 있는 유기 접착제에 의해 기판(430)에 결합된다. 이 시점에서, 마크(150n)는 타겟 칩(140n) 및 기판 사이에 위치된다.
그 후에, 제 2동작 스테이지(200)는 이송 운반체(170)를 다시 분리 섹션(100)으로 운반하고, 상기 단계들은 모든 타겟 칩들이 지지 운반체(130)로부터 기판(430) 상으로 이송될 때까지 반복된다. 이것이 완료되면, 제 2로봇 팔(040)은 기판(430)을 집어 올리고 그것을 기판 카세트(030) 내에 놓는다.
공정 요구 사항들에 기반하여, 이송 운반체 상의 타겟 칩들의 레이아웃은 칩들의 크기, 피치 및 개수 및 이송 운반체의 마진(margins)을 기반으로 적절하게 설계될 수 있다. 본 발명에 따르면, 정렬 시스템(210)의 다수의 동일한 예시들 및 미세 조정 메커니즘(220)의 다수의 동일한 예시들을 포함하는 것을 통하여 포괄적인 최적화 및 구성은 처리량 및 비용에 따라 가능하고, 이는 동시에 병렬로 이송 운반체 상의 다수의 타겟 칩들의 위치들을 측정하고 조정할 수 있다.
요약하면, 본 발명의 칩 결합 장치 및 방법은 칩들의 일시적인 보유가 가능한 이송 운반체 및 이송 운반체를 위해 정확한 칩 위치 조정이 가능한 칩 조정 시스템을 사용하는 기판 상으로 배치들 내의 칩들을 결합시킴으로써 크게 개선된 플립 칩 결합 효율을 허용한다. 본 발명에 따른 배치들 내의 칩들을 집어 올리고 결합하는 것은 칩 들어 올림, 미세 칩 위치 조정 및 칩 결합을 위해 각각 요구되는 시간의 균형을 유지하며, 이에 따라 결합 장치의 높은 결합 정확성을 보장함과 동시에 처리량을 증가시킨다.
상기 제시된 설명은 단지 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예들의 설명이고 어떠한 의미로도 그의 범위를 한정하지 않는다. 상기 교시들을 기반으로 당업자들에 의해 만들어지는 임의의 및 모든 변경들 및 수정들은 첨부된 청구항들에서 정의된 바와 같은 범위 내에 있다.
당업자들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 대한 다양한 변경들 및 변형들을 만들 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들 및 그와 동등한 범위 내에 있다면 그러한 변경들 및 변형들을 포함하도록 의도된다.
000: 운반체 카세트
010: 제 1로봇 팔
030: 기판 카세트
040: 제 2로봇 팔
100: 분리 섹션
1000: 칩 조정 시스템
110: 제 1동작 스테이지
120: 잭 메커니즘
130: 지지 운반체
140a: 칩 세트
150a: 마크
160: 칩 픽업 요소
170: 이송 운반체
200: 제 2동작 스테이지
210: 정렬 시스템
220: 미세 조정 시스템
300: 정렬/미세 조정 섹션
400: 결합 섹션
410: 제 1교정 시스템
411: 제 2교정 시스템
420: 결합 스테이지
430: 기판
500: 제어 시스템

Claims (17)

  1. 제 1동작 스테이지, 제 2동작 스테이지, 칩 픽업 요소, 이송 운반체, 칩 조정 시스템, 결합 스테이지 및 제어 시스템을 포함하며,
    상기 제 1동작 스테이지는 칩들의 세트를 지지하고 상기 칩들의 세트를 상기 칩 픽업 요소로 운반하도록 구성되고;
    상기 이송 운반체는 상기 제 1동작 스테이지로부터 상기 칩 픽업 요소에 의해 집어 올려진 칩들의 일시적인 보유를 위해 구성되고;
    상기 칩 조정 시스템은 상기 이송 운반체 상의 칩들의 위치들을 조정하도록 구성되고;
    상기 결합 스테이지는 기판을 지지하도록 구성되고;
    상기 제 2동작 스테이지는 상기 칩 픽업 요소에 이송 운반체를 이동시키며, 이송 운반체 위에 일시적으로 유지되는 칩들을 가지는 이송 운반체를 상기 칩 조정 시스템으로 더 운반하고, 이송 운반체 위에 유지되는 위치 조정된 칩들을 가지는 이송 운반체를 기판으로 운반하여, 상기 기판을 상기 이송 운반체 상의 칩들에 최종적으로 결합하고;
    여기서 각각의 상기 제 1동작 스테이지, 상기 제 2동작 스테이지, 상기 칩 조정 시스템 및 상기 결합 스테이지는 상기 제어 시스템에 의해 제어되고 다중 자유도로 이동 가능하며,
    상기 결합 스테이지는 상기 기판 아래에 배치되고 상기 기판을 위로 이동시켜 상기 기판을 상기 이송 운반체 상의 칩들에 결합하도록 구성되는,
    칩 결합 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    교정 시스템을 더 포함하며,
    여기서 칩은 칩 마크들과 함께 제공되고 기판은 기판 마크들과 함께 제공되며,
    여기서 상기 교정 시스템은 상기 칩 마크들 및 상기 기판 마크들을 감지하도록 구성되고,
    여기서 상기 제어 시스템은 상기 교정 시스템에 의한 감지를 기반으로 상기 결합 스테이지의 위치를 조정하여 상기 칩 마크들이 상기 기판 마크들과 정렬되도록 구성되는 칩 결합 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    여기서 상기 칩 픽업 요소는,
    상기 칩들을 상기 제 1동작 스테이지로부터 집어 올리며, 상기 칩들을 뒤집고 상기 이송 운반체 상의 칩들의 일시적인 보유를 달성하도록 구성되는 플립핑 팔을 포함하는,
    칩 결합 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    여기서 상기 플립핑 팔은
    제 1동작 메커니즘;
    상기 칩들을 뒤집도록 상기 제 1동작 메커니즘을 구동하기 위한 모터;
    상기 모터를 상기 제 1동작 메커니즘에 연결하는 연결 부재; 및
    상기 제 1동작 메커니즘에 연결되고 흡착에 의해 타겟 칩을 유지하도록 구성된 제 1흡착 컵을 포함하는 칩 결합 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서
    여기서 상기 칩 조정 시스템은 정렬 시스템 및 미세 조정 시스템을 포함하며,
    이는 상기 이송 운반체 상의 칩들의 위치들을 측정하고 조정하도록 구성되는 칩 결합 장치.

  7. 제 6항에 있어서,
    여기서 상기 미세 조정 시스템은
    제 2동작 메커니즘;
    상기 제 2동작 메커니즘에 연결되고 흡착에 의해 타겟 칩을 유지하도록 구성된 제 2흡착 컵; 및
    상기 제 2동작 메커니즘을 지지하도록 구성된 지지 메커니즘을 포함하며,
    여기서 상기 칩 조정 시스템에 의한 상기 이송 운반체 상의 타겟 칩의 위치의 조정 동안, 상기 이송 운반체 상의 상기 타겟 칩은 상기 제 2 흡착 컵에 의해 흡착되고, 상기 이송 운반체가 상기 정렬 시스템에 의해 수행된 측정을 기반으로 상기 제 2동작 스테이지에 의해 상기 타겟 칩의 일시적인 보유를 위한 위치로 이동된 후, 상기 타겟 칩은 상기 제 2흡착 컵에 의해 상기 이송 운반체로 다시 이송되는 칩 결합 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    여기서 상기 타겟 칩이 상기 제 2 흡착 컵에 의해 상기 이송 운반체로 다시 이송된 후, 상기 제 2동작 스테이지는 상기 이송 운반체를 위치 검증을 위해 상기 정렬 시스템을 위한 정렬 측정 영역 내로 전달하고, 상기 정렬 시스템이 상기 타겟 칩이 예정된 위치에 위치되지 않는다는 것을 결정하면, 상기 이송 운반체 상의 타겟 칩의 위치는 상기 타겟 칩이 예정된 위치에 위치될 때까지 반복적으로 조정되는 칩 결합 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    여기서 상기 정렬 시스템은 광대역 광원, 조명 렌즈 그룹, 빔 분리 프리즘, 전방 이미징 렌즈 그룹, 후방 이미징 렌즈 그룹 및 이미지 센서를 포함하며,
    여기서 상기 광대역 광원으로부터의 측정 광속은 상기 조명 렌즈 그룹, 상기 빔 분리 프리즘 및 상기 전방 이미징 렌즈 그룹을 통해 연속적으로 전파하고 타겟 칩의 칩 마크 상으로 입사하며, 상기 칩 마크로부터 반사된 빔은 상기 전방 이미징 렌즈 그룹, 상기 빔 분리 프리즘 및 상기 후방 이미징 렌즈 그룹을 통해 연속적으로 전파하고 상기 이미지 센서 상에 상기 칩 마크의 이미지를 형성한 다음, 상기 이미지 센서에 의해 이미지를 출력하고, 이는 상기 이송 운반체 상의 상기 타겟 칩의 위치를 결정하도록 처리되는 칩 결합 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1동작 스테이지에 연결되고 상기 칩들을 들어 올려 상기 칩 픽업 요소가 상기 제 1동작 스테이지로부터 상기 칩들을 집어 올릴 수 있도록 구성된 잭 메커니즘을 더 포함하는 칩 결합 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    여기서 상기 잭 메커니즘은
    핀;
    흡착 유지기; 및
    상기 흡착 유지기의 바닥에 부착된 수평 동작 메커니즘을 포함하며,
    상기 흡착 유지기는 흡착에 의한 상기 칩들의 보유를 위해 구성되고,
    상기 핀은 상기 칩들을 들어 올리도록 구성되고,
    상기 수평 동작 메커니즘은 예정된 위치로 상기 핀을 움직이기 위해 상기 핀 및 상기 흡착 유지기를 수평으로 운반하도록 구성되는 칩 결합 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    운반체 카세트 및 제 1로봇 팔을 더 포함하며,
    상기 운반체 카세트는 상기 제 1동작 스테이지의 근방에 배치되고 상기 칩들의 세트를 운반하는 지지 운반체를 유지하도록 구성되고,
    상기 제 1로봇 팔은 상기 제어 시스템의 제어 하에, 상기 지지 운반체를 집어 올리고 상기 지지 운반체를 상기 제 1동작 스테이지로 운반하도록 구성되는 칩 결합 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    기판 카세트 및 제 2로봇 팔을 더 포함하며,
    상기 기판 카세트는 상기 결합 스테이지의 근방에 배치되고 칩 결합을 거친 상기 기판을 보관하도록 구성되고,
    상기 제 2로봇 팔은 상기 제어 시스템의 제어 하에, 상기 기판을 집어 올리고 상기 기판 카세트 내로 상기 기판을 놓도록 구성되는 칩 결합 장치.
  14. 제 1동작 스테이지에 의해 칩들의 세트를 칩 픽업 요소로 운반하고 제 2동작 스테이지에 의해 이송 운반체를 칩 픽업 요소로 이동시키는 단계;
    상기 제 1동작 스테이지로부터 상기 칩들을 집어 올리고 상기 칩 픽업 요소에 의해 상기 이송 운반체 상의 상기 칩들을 일시적으로 유지하는 단계;
    상기 제 2동작 스테이지에 의해 상기 칩들이 일시적으로 유지되는 상기 이송 운반체를 칩 조정 시스템으로 운반하는 단계;
    상기 칩 조정 시스템에 의해 상기 이송 운반체 상의 상기 칩들의 위치를 조정하는 단계;
    상기 제 2동작 스테이지에 의해 위치 조정된 칩들을 유지하는 상기 이송 운반체를 기판으로 운반하는 단계; 및
    상기 기판을 지지하는 결합 스테이지에 의해 상기 기판을 상기 이송 운반체 상의 상기 칩들에 최종적으로 결합하는 단계를 포함하고,
    상기 결합 스테이지는 상기 기판 아래에 배치되고 상기 기판을 위로 이동시켜 상기 기판을 상기 이송 운반체 상의 칩들에 결합하도록 구성되는, 칩 결합 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1동작 스테이지에 의해 상기 칩들의 세트를 상기 칩 픽업 요소로 운반하기 전에, 상기 칩들의 세트가 운반체 카세트로부터 운반되는 지지 운반체를 집어 올리고 제 1로봇팔에 의해 상기 제 1동작 스테이지 상에 상기 지지 운반체를 놓는 것을 더 포함하는 칩 결합 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 지지 운반체 상의 모든 칩들이 상기 기판에 결합될 때까지 단계들을 반복하는 것을 더 포함하는 칩 결합 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 이송 운반체 상의 칩들에 대한 상기 기판의 최종 결합에 이어, 상기 칩들이 결합된 상기 기판을 집어 올리고 제 2로봇 팔에 의해 기판 카세트 내로 상기 기판을 놓는 것을 더 포함하는 칩 결합 방법.
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