KR102208069B1 - 질소 분위기 레이저 본딩 장치 - Google Patents

질소 분위기 레이저 본딩 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질소 분위기 레이저 본딩 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비활성가스 중 하나인 질소 가스를 이용하여 형성한 질소 분위기에서 레이저 광을 칩에 조사하여 본딩하는 질소 분위기 레이저 본딩 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 질소 분위기 레이저 본딩 장치는, 질소 분위기 하에서 본딩을 수행할 수 있으므로, 산화로 인해 발생하는 문제를 차단하고 높은 품질과 신뢰성을 갖는 본딩 공정을 가능하게 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 질소 분위기 레이저 본딩 장치는, 반도체 칩 본딩 과정에서 반도체 칩 자체의 온도를 크게 상승시키지 않으므로 반도체 칩의 손상이나 열팽창에 의해 발생할 수 있는 문제를 해결하는 효과가 있다.

Description

질소 분위기 레이저 본딩 장치{Laser Bonding Apparatus for Semi-conductor Chip in Nitrogen Atmosphere}
본 발명은 질소 분위기 레이저 본딩 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비활성가스 중 하나인 질소 가스를 이용하여 형성된 질소 분위기에서 레이저 광을 칩에 조사하여 본딩하는 질소 분위기 레이저 본딩 장치에 관한 것이다.
반도체 칩 본딩 장치는 웨이퍼 상에 형성된 반도체 칩이나, 웨이퍼 상에서 절단되어 블루 시트(blue sheet)라고 불리는 점착성 필름에 부착되어 있는 반도체 칩을 픽업하여 다음 공정에 사용하기 위한 리드 프레임이나 기판 등의 타겟에 옮겨 부착하는 장치이다.
이와 같은 반도체 칩 본딩 장치는 일반적으로 열 처리 과정 중 하나인 리플로우 공정을 포함한다. 리플로우 공정은 타겟에 옮겨진 반도체 칩에 열을 가해 반도체 칩의 접속부와 타겟의 접속부가 서로 본딩되도록 하는 공정이다. 이러한 일반적인 리플로우 공정은 시간이 많이 소요되고, 반도체 칩 자체의 온도가 과도하게 상승하는 문제점이 있다. 경우에 따라서는, 리플로우 공정에 의해 반도체 칩이 열 손상되기도 한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 반도체 칩 자체의 온도는 크게 높이지 않으면서 반도체 칩의 솔더 펌프 또는 솔더 볼의 온도를 빠르게 높여서 타겟에 본딩할 수 있는 레이저 본딩이 개발되고 있다.
한편, 이와 같은 본딩이 공기 중에서 이루어지면 산화로 인한 다양한 문제가 발생할 수 있다. 산소 분위기에서 용융된 솔더는 표면 장력이 낮아 절대적인 접합 강도가 낮으며 결합 부위에 공극(Void)가 형성되어 접합 불량 문제를 발생시킬 수 있다. 또한, 산화는 반도체 칩과 PCB(Printed Circuit Board)와 같은 주변 구성에 오염을 발생시킨다. 이러한 오염으로 인해 추가적인 클리닝 공정이 요구되기도 한다. 결과적으로 공기 중에서 이루어지는 레이저 본딩은 낮은 본딩 품질을 갖게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 진공 상태에서 본딩을 수행하는 것이 좋다. 그러나, 진공 상태에서 공정을 수행하기 위해서는 진공 펌프 및 클리닝 룸과 같은 추가 설비가 필요하기 때문에 큰 비용이 드는 문제가 있다. 따라서, 비활성가스 중 하나인 질소 가스를 이용한 질소 분위기 하에서 레이저 본딩을 수행하는 것이 효과적이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 위하여 안출된 것으로, 질소 분위기에서 반도체 칩의 솔더 범프 또는 솔더 볼을 빠르게 가열하여 반도체 칩을 타겟에 본딩할 수 있는 질소 분위기 레이저 본딩 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는,복수의 반도체 칩이 배치된 타겟이 거치되는 타겟 거치 유닛; 상기 타겟 거치 유닛에 거치된 상기 타겟에 배치된 복수의 반도체 칩이 상기 타겟에 본딩될 수 있도록 상기 복수의 반도체 칩에 레이저 광을 조사하는 레이저 헤드; 및 상기 타겟 거치 유닛의 주위에 배치되는 전달 부재와 상기 타겟 거치 유닛에 거치된 타겟에 질소 가스를 공급하도록 상기 전달 부재에 형성되는 질소 배출구를 구비하는 질소 공급 유닛;을 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명에 의한 질소 분위기 레이저 본딩 장치는, 질소 분위기 하에서 본딩을 수행할 수 있으므로, 산화로 인해 발생하는 문제를 차단하고 높은 품질과 신뢰성을 갖는 본딩 공정을 가능하게 하는 장점이 있다.
또한, 반도체 칩 본딩 과정에서 반도체 칩 자체의 온도를 크게 상승시키지 않으므로 반도체 칩의 손상이나 열팽창에 의해 발생할 수 있는 문제를 해결하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치에 대해 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 제1실시예에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1실시에에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 타겟 거치 유닛(100)과 레이저 헤드(200)와 질소 공급 유닛(300)을 포함하여 이루어진다.
타겟 거치 유닛(100)은 복수의 반도체 칩이 배치된 타겟을 이송하고 고정하는 구성이다. 본 실시예의 타겟은 반도체 칩이 본딩될 수 있는 다양한 물체를 모두 포함한다. 이러한 타겟의 예로 PCB(Printed Circuit Board)와 같은 기판을 들 수 있다. 반도체 칩은 타겟 상에 프리 본딩과 같은 방식으로 배치될 수 있다. 여기서 프리 본딩이란, 반도체 칩에 형성된 솔더 범프와 같은 접속부와 타겟의 패드와 같은 접속부를 완전히 본딩하기 전에 점착성 물질을 이용하여 반도체 칩과 타겟을 가접하는 본딩 과정을 말한다.
타겟 거치 유닛(100)은 별도의 장치에서 로드되는 타겟을 본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치로 이송한다. 타겟 거치 유닛(100)은 이송된 타겟을 레이저 헤드(200) 하부에 고정시킨다. 타겟 거치 유닛(100)은 진공 흡착과 같은 방식으로 타겟을 고정시킨다.
레이저 헤드(200)는 타겟에 프리 본딩된 복수의 반도체 칩을 타겟에 접착시킨다. 레이저 헤드(200)는 레이저 광을 생성하는 광원을 포함한다. 레이저 헤드(200)의 광원에서 생성된 레이저 광이 반도체 칩에 전달되고, 이 레이저 광이 반도체 칩과 타겟을 본딩시킨다. 본 실시예의 경우, 레이저 헤드(200)는 적외선 카메라와 높이 센서와 비전 카메라를 포함한다. 레이저 헤드(200)의 적외선 카메라는 반도체 칩의 온도를 측정하도록 레이저 헤드(200)에 설치된다. 높이 센서는 레이저 헤드(200)와 반도체 칩 사이의 거리를 측정한다. 비전 카메라는 반도체 칩과 레이저 헤드(200)의 정렬 상태를 검사한다.
도 1을 참조하면, 질소 공급 유닛(300)은 전달 부재(310)와 질소 배출구(320)와 가스 조절부(330)를 포함한다.
전달 부재(310)는 전달 프레임(311)과 투명 부재(312)와 공급 유로(313)를 포함한다.
전달 프레임(311)은 타겟을 덮을 수 있도록 형성된다. 전달 프레임(311)은 레이저 헤드(200)와 마주하는 중앙 부분이 개방된 형태로 형성된다. 전달 프레임(311)은 타겟과 비슷한 크기로 제작될 수 있고 경우에 따라서는 타겟 보다 크게 제작될 수도 있다. 도 1을 참조하면, 본 실시예의 경우는 전달 프레임(311)이 타겟 보다 크게 제작된다. 전달 프레임(311)은 레이저 헤드(200)와 타겟 사이에 배치된다.
투명 부재(312)는 전달 프레임(311)에 설치된다. 투명 부재(312)는 상술한 전달 프레임(311)의 중앙 부분에 설치된다. 투명 부재(312)는 레이저 헤드(200)로부터 조사되는 레이저 광이 전달 프레임(311) 하측에 고정된 타겟으로 전달되도록 투명한 재질로 형성된다. 본 실시예의 경우 투명 부재(312)는 쿼츠(Quartz)로 형성된다.
공급 유로(313)는 전달 프레임(311)에 형성된다. 공급 유로(313)는 질소 가스가 흐를 수 있도록 형성된다. 본 실시예의 경우, 공급 유로(313)는 전달 프레임(311)의 양측면에 형성된다. 공급 유로(313)는 질소 가스가 저장된 질소 탱크와 연결된다.
질소 배출구(320)는 전달 프레임(311)에 형성되어 상술한 공급 유로(313)에 연결된다. 본 실시예의 경우, 질소 배출구(320)는 슬릿(slit) 형태로 전달 프레임(311)의 양측면에 형성된다. 질소 배출구(320)를 통해 공급 유로(313)의 질소 가스가 타겟으로 공급된다.
본 실시예의 경우, 가스 조절부(330)는 공급 유로(313)의 전단에 설치된다. 가스 조절부(330)는 공급 유로(313)로 전달되는 질소 가스의 양을 조절한다. 가스 조절부(330)가 공급 유로(313)로 공급되는 질소 가스의 양을 조절하면, 질소 배출구(320)를 통해 타겟에 공급되는 질소 가스의 양도 함께 조절된다.
이하 상술한 바와 같이 구성된 제1실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 작동에 대해 설명한다.
먼저, 타겟 거치 유닛(100)은 타겟을 레이저 헤드(200) 하부로 이송한다. 타겟 이송이 완료되면, 타겟 거치 유닛(100)은 타겟을 진공 흡착시켜 타겟의 위치를 고정한다.
다음으로, 질소 공급 유닛(300)이 타겟에 질소를 공급하여 타겟 주위에 질소 분위기를 형성하는 과정에 대해 설명한다.
질소 탱크에 저장된 질소 가스는 전달 프레임(311)에 양측면에 형성된 공급 유로(313)로 전달된다. 공급 유로(313)로 전달된 질소 가스는 질소 공급 유닛(300)의 질소 배출구(320)에서 분사된다. 상술한 바와 같이, 질소 배출구(320)는 전달 프레임(311)의 양측면에 슬릿 형태로 형성된다. 질소 배출구(320)를 통해 분사되는 질소 가스는 타겟의 측면 방향에서 타겟을 향해 흐른다. 양측면에서 유입된 질소 가스는 타겟의 중앙 부분으로 수렴한다. 전달 프레임(311)에 설치된 투명 부재(312)에 의해 타겟의 상측은 폐쇄되므로 질소 가스는 타겟이 고정된 방향으로 흘러나간다. 이로써, 타겟 주위는 질소 분위기가 형성된다.
이와 같이, 타겟 주위에 질소 분위기가 형성되면 레이저 헤드(200)의 광원에서 레이저 광이 조사된다. 레이저 광은 전달 부재(310)의 투명 부재(312)를 투과하여 레이저 헤드(200)의 하측에 고정된 타겟에 전달된다. 타겟에 프리 본딩된 반도체 칩에 레이저 광이 전달되면, 반도체 칩에 형성된 솔더 범프와 같은 접속부의 온도가 순간적으로 상승한다. 이로 인해, 반도체 칩의 접속부가 용융된다. 레이저 헤드(200)의 적외선 카메라는 반도체 칩의 접속부를 촬영하여 접속부의 온도가 녹는점만큼 상승하는지 확인한다. 접속부의 온도가 녹는점 이상으로 상승하면, 레이저 헤드(200)는 레이저 광 조사를 중단한다. 레이저 광의 조사가 중단되면 반도체 칩의 접속부 온도가 순간적으로 하락하고 반도체 칩의 접속부는 순간적으로 응고된다. 이로써, 반도체 칩의 접속부와 타겟의 접속부가 본딩된다.
본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 레이저 광을 통한 레이저 본딩을 통해 반도체 칩을 타겟에 본딩시킨다. 일반적으로 널리 사용되는 열 처리 공정과 다르게 레이저 본딩은 반도체 칩에 형성된 접속부의 온도 만을 빠르게 상승시킬 수 있다. 본 실시예의 경우, 레이저 본딩을 이용하여 반도체 칩을 타겟에 본딩시킨다. 이로 인해, 반도체 칩 자체의 과도한 온도 증가로 발생할 수 있는 열 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 반도체 칩의 열 팽창으로 인한 반도체 칩과 타겟의 정렬 불량 문제를 현저히 줄일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 경우 타겟 주위에 질소 분위기를 형성한 뒤 레이저 본딩을 실시할 수 있도록 구성되어 있다. 질소 공급 유닛(300)의 질소 배출구(320)에서 질소 가스가 계속적으로 분사됨으로써, 타겟은 주변 공기와 차단 상태를 유지한다. 질소 분위기가 형성되면, 산소의 농도가 낮아지므로 타겟과 반도체에 형성된 접속부의 산화 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 이를 통해 본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 산화로 인해 발생하는 접합 부위의 오염을 최소화시켜 검사 신뢰성을 향상시키고, 접합 부위에 발생할 수 있는 공극과 같은 불량률을 낮춰 본딩 품질을 향샹시킨다. 질소 분위기에서 용융된 솔더는 일반적인 공기 환경에서 용융된 솔더 보다 높은 표면 장력을 갖기 때문에 반도체 칩과 타겟이 더욱 강하게 결합될 수 있다. 정리하면, 본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 질소 분위기에서 레이저 본딩을 실시함으로써, 고품질의 본딩 결과물을 얻을 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 공급 유로(313)의 전단에 설치되는 가스 조절부(330)는 공급 유로(313)로 공급되는 질소 가스의 양을 조절한다. 공급 유로(313)로 공급되는 질소 가스의 양이 조절되면 질소 배출구(320)를 통해 분사되는 질소 가스의 양이 조절된다. 결과적으로 가스 조절부(330)는 질소 배출구(320)에서 배출되는 질소 가스의 양을 조절한다. 질소 가스가 타겟에 공급되기 시작하는 시점에서 가스 조절부(330)는 질소 배출구(320)에서 질소 가스가 충분히 분사되도록 한다. 이러한 가스 조절부(330)의 작동을 통해 질소 가스의 농도가 빠르게 증가할 수 있다. 질소 가스의 농도가 충분히 상승하면 가스 조절부(330)는 질소 배출구(320)를 통해 분사되는 질소 가스의 양이 감소하도록 조절하고 작업 과정에서 질소 가스의 농도가 유지되도록 가스 분사량을 조절한다. 이러한 가스 조절부(330)의 작동을 통해, 질소 분위기를 빠르게 형성시킬 수 있고, 질소 가스의 과도한 사용으로 인한 비용 증가 문제를 효과적으로 해결한다.
다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 제2실시예에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 제2실시에에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 타겟 거치유닛(100)과 레이저 헤드(200)와 질소 공급 유닛(400)을 포함하여 이루어진다. 질소 공급 유닛(400)을 제외한 나머지 구성들은 앞서 설명한 제1실시예의 구성들과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 질소 공급 유닛(400)을 제외한 나머지 구성들은 제1실시예와 동일한 부재 번호를 사용한다.
본 실시예의 질소 공급 유닛(400)은 전달 부재(410)와 질소 배출구(420)와 가스 조절부(430)를 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전달 부재(410)는 전달 플레이트(411)와 복수의 투과구(412)와 공급 유로(413)를 포함한다.
전달 플레이트(411)는 판상으로 형성되고 타겟의 상측에 배치된다. 투과구(412)는 타겟에 배치된 반도체 칩들과 대응하는 위치에서 전달 플레이트(411)에 복수개 형성된다. 투과구(412)는 전달 플레이트(411)를 관통하도록 형성된다. 투과구(412)를 통해 레이저 헤드에서 조사되는 레이저 광이 전달 플레이트(411) 하측에 고정된 타겟으로 전달된다.
공급 유로(413)는 전달 플레이트(411) 내부에 형성된다. 공급 유로(413)는 질소 가스가 투과구(412)로 분배되도록 한다.
본 실시예의 경우, 질소 배출구(420)는 복수개 마련된다. 질소 배출구(420)는 상술한 투과구(412)의 내벽을 따라 배열된다. 질소 배출구(420)는 공급 유로(413)와 연결된다. 도 3을 참조하면, 질소 배출구(420)와 연결되는 부분에서 공급 유로(413)는 질소 배출구(420)가 전달 플레이트(411) 하측에 고정된 반도체 칩을 향하도록 경사지게 형성된다. 도 3을 참조하면, 공급 유로(413)는 하측 방향으로 경사지게 형성되어 질소 배출구(420)와 연결된다.
본 실시예의 경우, 가스 조절부(430)는 공급 유로(413)의 전단에 설치된다. 가스 조절부(430)는 공급 유로(413)로 전달되는 질소 가스의 양을 조절한다. 가스 조절부(430)가 공급 유로(413)로 공급되는 질소 가스의 양을 조절하면, 질소 배출구(420)를 통해 타겟에 공급되는 질소 가스의 양도 함께 조절된다.
삭제
이하 상술한 바와 같이 구성된 제2실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 작동에 대해 설명한다.
제1실시예와 같이, 반도체 칩들이 프리 본딩된 타겟은 타겟 거치 유닛(100)에 의해 레이저 헤드(200) 하측으로 이송되고, 고정된다.
이와 같은 상태에서 질소 공급 유닛(400)은 타겟에 질소 분위기를 형성한다. 질소 탱크에 저장된 질소 가스는 전달 부재(410)의 공급 유로(413)로 전달된다. 공급 유로(413)를 따라 흐르는 질소 가스는 분배되어 전달 부재(410)의 투과구(412)에 형성된 질소 배출구(420)를 통해 타겟으로 배출된다. 반도체 칩을 향해 질소 가스를 직접 배출하도록 형성된 복수의 질소 배출구(420)에서 질소 가스가 한꺼번에 분사된다. 이러한 질소 가스의 공급을 통해 타겟 주위에는 질소 분위기가 빠르게 형성된다. 상술한 바와 같이, 질소 배출구(420)와 연결된 공급 유로(413)는 경사지게 형성되므로 질소 배출구(420)를 통해 배출되는 질소 가스는 반도체 칩으로 직접 분사된다. 이처럼 본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 복수의 투과구(412)에 형성된 복수의 질소 배출구(420)를 통해 질소 가스를 반도체 칩에 직접 분사하여 질소 분위기를 빠르게 형성할 수 있다. 또한, 질소 가스의 직분사에 의해 반도체 칩 주변의 공기가 반도체 칩과 효과적으로 차단된다.
이와 같이, 타겟 주위에 질소 분위기가 형성되면 레이저 헤드(200)의 광원에서 레이저 광이 조사된다. 레이저 광은 전달 플레이트(411)에 형성된 투과구(412)를 통과하여 레이저 헤드(200) 하측에 고정된 타겟에 전달된다. 타겟에 프리 본딩된 반도체 칩에 레이저 광이 전달되면, 반도체 칩에 형성된 솔더 범프와 같은 접속부의 온도가 순간적으로 상승한다. 이로 인해, 반도체 칩의 접속부가 용융된다. 레이저 헤드(200)의 적외선 카메라는 반도체 칩의 접속부를 촬영하여 접속부의 온도가 녹는점만큼 상승하는지 확인한다. 접속부의 온도가 녹는점 이상으로 상승하면, 레이저 헤드(200)는 레이저 광 조사를 중단한다. 레이저 광의 조사가 중단되면 반도체 칩의 접속부 온도가 순간적으로 하락하고 반도체 칩의 접속부는 순간적으로 응고된다. 이로써, 반도체 칩의 접속부와 타겟의 접속부가 본딩된다.
본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 레이저 광을 통한 레이저 본딩을 통해 반도체 칩을 타겟에 본딩시킨다. 일반적으로 널리 사용되는 열 처리 공정과 다르게 레이저 본딩은 반도체 칩에 형성된 접속부의 온도 만을 빠르게 상승시킬 수 있다. 본 실시예의 경우, 레이저 본딩을 이용하여 반도체 칩을 타겟에 본딩시킨다. 이로 인해, 반도체 칩 자체의 과도한 온도 증가로 발생할 수 있는 열 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 반도체 칩의 열 팽창으로 인한 반도체 칩과 타겟의 정렬 불량 문제를 현저히 줄일 수 있다.
본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 경우 타겟 주위에 질소 분위기를 형성한 뒤 레이저 본딩을 실시할 수 있도록 구성되어 있다. 질소 공급 유닛(400)의 질소 배출구(420)에서 질소 가스가 계속적으로 분사됨으로써, 타겟은 주변 공기와 차단된 상태를 유지할 수 있다. 질소 분위기가 형성되면, 산소의 농도가 낮아지므로 타겟과 반도체에 형성된 접속부의 산화 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 이를 통해 본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 산화로 인해 발생하는 접합 부위의 오염을 최소화시켜 검사 신뢰성을 향상시키고, 접합 부위에 발생할 수 있는 공극과 같은 불량률을 낮춰 본딩 품질을 향샹시킨다. 질소 분위기에서 용융된 솔더는 일반적인 공기 환경에서 용융된 솔더 보다 높은 표면 장력을 갖기 때문에 반도체 칩과 타겟이 더욱 강하게 결합될 수 있다. 정리하면, 본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 질소 분위기에서 레이저 본딩을 실시함으로써, 고품질의 본딩 결과물을 얻을 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 질소 공급 유닛(400)의 가스 조절부(430)는 공급 유로(413)로 전달되는 질소 가스의 양을 조절한다. 공급 유로(413)로 전달되는 질소 가스의 양이 조절되면, 질소 배출구(420)에서 분사되는 질소 가스의 양이 조절된다. 즉, 가스 조절부(430)는 질소 배출구(420)를 통해 분사되는 질소 가스의 양을 조절한다. 질소 가스가 타겟으로 공급되는 시점에서 가스 조절부(430)는 질소 배출구(420)에서 질소 가스가 충분히 분사되도록 조절한다. 이러한 가스 조절부(430)의 작동을 통해 질소 가스의 농도가 빠르게 증가할 수 있다. 질소 가스의 농도가 충분히 상승하면 가스 조절부(430)는 질소 배출구(420)를 통해 분사되는 질소 가스의 양이 감소하도록 조절하고 작업 과정에서 질소 가스의 농도가 유지되도록 가스 분사량을 조절한다. 이러한 가스 조절부(430)의 작동을 통해, 질소 분위기를 빠르게 형성시킬 수 있고, 질소 가스의 과도한 사용으로 인한 비용 증가 문제를 효과적으로 해결한다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 제3실시예에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 제3실시에에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 타겟 거치유닛(100)과 레이저 헤드(200)와 질소 공급 유닛(500)을 포함하여 이루어진다. 질소 공급 유닛(500)을 제외한 나머지 구성들은 앞서 설명한 제1실시예의 구성들과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 질소 공급 유닛(500)을 제외한 나머지 구성들은 제1실시예와 동일한 부재 번호를 사용한다.
본 실시예의 질소 공급 유닛(500)은 전달 부재(510)와 질소 배출구(520)와 가스 조절부(530)를 포함한다.
전달 부재(510)는 복수의 질소관(511)을 포함한다. 질소관(511)은 질소 가스가 흐를 수 있도록 형성된 파이프 형태의 관이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예의 질소관(511)은 타겟의 4면을 둘러싸도록 배치된다. 질소 배출구(520)는 타겟을 향하는 방향으로 질소관(511)에 형성된다.
가스 조절부(530)는 질소관(511)의 전단에 설치되어 질소 탱크에서 질소관(511)으로 전달되는 질소 가스의 양을 조절한다. 질소관(511)을 흐르는 질소 가스의 양이 조절됨으로써, 질소관(511)에 형성된 질소 배출구(520)에서 분사되는 질소 가스의 양도 함께 조절된다.
이하 상술한 바와 같이 구성된 제3실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 작동에 대해 설명한다.
제1실시예와 같이, 반도체 칩들이 프리 본딩된 타겟은 타겟 거치 유닛(100)에 의해 레이저 헤드(200) 하측으로 이송되고, 고정된다.
이와 같은 상태에서 질소 공급 유닛(500)은 타겟에 질소 분위기를 형성한다. 질소 탱크에 저장된 질소 가스는 타겟 주변에 배치된 질소관(511)으로 이동한다. 질소관(511)을 따라 흐르는 질소 가스는 질소관(511)에 형성된 질소 배출구(520)를 통해 분사된다. 상술한 바와 같이, 질소 배출구(520)는 타겟을 향하도록 질소관(511)에 형성되므로 질소 배출구(520)에서 분사되는 질소 가스는 타겟에 프리 본딩된 반도체 칩으로 직접 분사된다. 타겟의 4면에 배치된 질소관(511)에 형성된 질소 배출구(520)에서 질소 가스가 한꺼번에 분사되며 질소 분위기를 빠르게 형성한다. 이처럼 본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 타겟을 둘러싸도록 배치된 질소관(511)에 형성된 질소 배출구(520)를 통해 질소 가스를 반도체 칩에 직접 분사하여 질소 분위기를 빠르게 형성할 수 있다. 또한, 질소 가스의 직분사에 의해 반도체 칩 주변의 공기가 반도체 칩과 효과적으로 차단된다.
이와 같이, 타겟 주위에 질소 분위기가 형성되면 레이저 헤드(200)의 광원에서 레이저 광이 조사된다. 레이저 광은 레이저 헤드(200)의 하측에 고정된 타겟에 전달된다. 타겟에 프리 본딩된 반도체 칩에 레이저 광이 전달되면, 반도체 칩에 형성된 솔더 범프와 같은 접속부의 온도가 순간적으로 상승한다. 이로 인해, 반도체 칩의 접속부가 용융된다. 레이저 헤드(200)의 적외선 카메라는 반도체 칩의 접속부를 촬영하여 접속부의 온도가 녹는점만큼 상승하는지 확인한다. 접속부의 온도가 녹는점 이상으로 상승하면, 레이저 헤드(200)는 레이저 광 조사를 중단한다. 레이저 광의 조사가 중단되면 반도체 칩의 접속부 온도가 순간적으로 하락하고 반도체 칩의 접속부는 순간적으로 응고된다. 이로써, 반도체 칩의 접속부와 타겟의 접속부가 본딩된다.
본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 레이저 광을 통한 레이저 본딩을 통해 반도체 칩을 타겟에 본딩시킨다. 일반적으로 널리 사용되는 열 처리 공정과 다르게 레이저 본딩은 반도체 칩에 형성된 접속부의 온도 만을 빠르게 상승시킬 수 있다. 본 실시예의 경우, 레이저 본딩을 이용하여 반도체 칩을 타겟에 본딩시킨다. 이로 인해, 반도체 칩 자체의 과도한 온도 증가로 발생할 수 있는 열 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 반도체 칩의 열 팽창으로 인한 반도체 칩과 타겟의 정렬 불량 문제를 현저히 줄일 수 있다.
본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치의 경우 타겟 주위에 질소 분위기를 형성한 뒤 레이저 본딩을 실시할 수 있도록 구성되어 있다. 질소 공급 유닛(500)의 질소 배출구(520)에서 질소 가스가 계속적으로 분사됨으로써, 타겟 주변의 공기는 타겟과 차단된다. 질소 분위기가 형성되면, 산소의 농도가 낮아지므로 타겟과 반도체에 형성된 접속부의 산화 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 이를 통해 본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 산화로 인해 발생하는 접합 부위의 오염을 최소화시켜 검사 신뢰성을 향상시키고, 접합 부위에 발생할 수 있는 공극과 같은 불량률을 낮춰 본딩 품질을 향샹시킨다. 질소 분위기에서 용융된 솔더는 일반적인 공기 환경에서 용융된 솔더 보다 높은 표면 장력을 갖기 때문에 반도체 칩과 타겟이 더욱 강하게 결합될 수 있다. 정리하면, 본 실시예에 따른 질소 분위기 레이저 본딩 장치는 질소 분위기에서 레이저 본딩을 실시함으로써, 고품질의 본딩 결과물을 얻을 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 질소관(511)의 전단에 설치되는 질소 공급 유닛(500)의 가스 조절부(530)는 질소 배출구(520)를 통해 분사되는 질소 가스의 양을 조절한다. 질소 가스가 타겟에 공급되기 시작하는 시점에서 가스 조절부(530)는 질소 배출구(520)에서 질소 가스가 충분히 분사되도록 조절한다. 이러한 가스 조절부(530)의 작동을 통해 질소 가스의 농도가 빠르게 증가할 수 있다. 질소 가스의 농도가 충분히 상승하면 가스 조절부(530)는 질소 배출구(520)를 통해 분사되는 질소 가스의 양이 감소하도록 조절하고 작업 과정에서 질소 가스의 농도가 유지되도록 가스 분사량을 조절한다. 이러한 가스 조절부(530)의 작동을 통해, 질소 분위기를 빠르게 형성시킬 수 있고, 질소 가스의 과도한 사용으로 인한 비용 증가 문제를 효과적으로 해결한다.
이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서는 적외선 카메라와 높이 센서와 비전 카메라를 포함하는 레이저 헤드(200)를 설명하였으나, 레이저 헤드의 주 역할은 레이저 광을 발생시켜 반도체 칩에 조사하는 것이므로 적외선 카메라, 높이 센서, 비전 카메라와 같은 구성들은 얼마든지 생략 가능하다.
또한, 앞에서 타겟 거치 유닛(100)은 타겟을 진공 흡착하여 고정시키는 것으로 설명하였으나, 타겟 거치 유닛 공지된 다양한 구성을 통해 타겟의 위치를 고정할 수 있다. 예를 들어, 타겟 거치 유닛(100)은 타겟의 위치를 고정하는 클램프와 같은 방법으로 타겟을 고정할 수 있다.
또한, 앞에서 설명한 질소 공급 유닛(300, 400, 500)의 가스 조절부(330, 430, 530)는 생략 가능하다.
또한, 앞에서 제1실시예의 경우, 레이저 광이 투과되도록 레이저 헤드(200)와 마주하는 전달 부재(310)의 투명 부재(312)가 쿼츠와 같은 투명한 재질로 형성되는 것으로 설명하였으나 투명 부재는 레이저 광을 투과할 수 있는 다양한 투명 재질로 변경될 수 있다.
또한, 앞에서 제1실시예의 경우, 전달 부재(310)의 공급 유로(313)는 전달 프레임(311)의 양측면에 형성되고 공급 유로(313)와 연결되는 질소 배출구(320)도 전달 프레임(311)의 양측면에 슬릿 형태로 형성되는 것으로 설명하였으나, 공급 유로가 전달 프레임에 형성되는 위치는 다양하게 변경될 수 있다. 이와 마찬가지로 질소 배출구의 형성 위치도 다양하게 변경될 수 있으며 질소 배출구의 형태도 슬릿 형태가 아닌 다양한 형태로 변경될 수 있다.
또한, 앞에서 제2실시예의 전달 부재(410)의 투과구(412)는 전달 플레이트(411)를 관통하도록 형성되는 것으로 설명하였으나, 투과구(412)는 투명한 재질로 형성될 수 있다. 즉, 제2실시예의 투과구를 제1실시예의 투명 부재와 동일하게 쿼츠와 같은 재질로 구성하는 것도 가능하다.
또한, 앞에서 제2실시예의 질소 배출구(420)는 투과구(412)의 내벽을 따라 배열되는 것으로 설명하였으나, 질소 배출구를 전달 플레이트의 하면에 형성시키는 것도 가능하다. 이 경우, 질소 배출구를 통해 분사되는 질소 가스는 전달 플레이트의 하측에 놓인 타겟으로 직접 분사될 수 있다.
또한, 앞에서 제3실시예의 질소관(511)은 타겟의 4면을 둘러싸도록 배치되는 것으로 설명하였으나, 질소관(511)은 타겟에 질소 가스를 공급하기 위한 구성으로써, 질소관의 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
100: 타겟 거치 유닛 200: 레이저 헤드
300, 400, 500: 질소 공급 유닛 310, 410, 510: 전달 부재
311: 전달 프레임 312: 투명 부재
313: 공급 유로 411: 전달 플레이트
412: 투과구 413: 공급 유로
511: 질소관 320, 420, 520: 질소 배출구
330, 430, 530: 가스 조절부

Claims (7)

  1. 복수의 반도체 칩이 배치된 타겟이 거치되는 타겟 거치 유닛;
    상기 타겟 거치 유닛에 거치된 상기 타겟에 배치된 복수의 반도체 칩이 상기 타겟에 본딩될 수 있도록 상기 복수의 반도체 칩에 레이저 광을 조사하는 레이저 헤드; 및
    상기 타겟 거치 유닛의 주위에 배치되는 전달 부재와 상기 타겟 거치 유닛에 거치된 타겟에 질소 가스를 공급하도록 상기 전달 부재에 형성되는 질소 배출구를 구비하는 질소 공급 유닛;을 포함하고,
    상기 질소 공급 유닛의 전달 부재는,
    상기 타겟의 상측에 배치되는 판상의 전달 플레이트와, 상기 타겟에 배치된 복수의 반도체 칩에 대응하는 위치에서 상기 전달 플레이트를 관통하도록 형성되는 복수의 투과구와, 상기 질소 가스가 상기 복수의 투과구로 분배되도록 상기 전달 플레이트에 형성되는 공급 유로를 포함하고,
    상기 질소 공급 유닛의 질소 배출구는 복수개 마련되고 상기 공급 유로와 각각 연결되어 상기 복수의 투과구에 각각 형성되는 질소 분위기 레이저 본딩 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 질소 공급 유닛의 복수의 질소 배출구는, 각각 상기 전달 부재의 복수의 투과구 내벽을 따라 배열되는 질소 분위기 레이저 본딩 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 질소 공급 유닛의 전달 부재의 공급 유로는,
    상기 질소 공급 유닛의 복수의 질소 배출구가 상기 복수의 반도체 칩을 향하도록 경사진 방향으로 연장되어 상기 복수의 질소 배출구 연결되는 질소 분위기 레이저 본딩 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 질소 공급 유닛의 전달 부재는,
    상기 질소 가스가 흐르도록 관 형태로 형성되는 복수의 질소관을 포함하고,
    상기 질소 공급 유닛의 질소 배출구는 상기 복수의 질소관에 형성되는 질소 분위기 레이저 본딩 장치.
  7. 제1항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질소 공급 유닛은,
    상기 질소 배출구로 배출되는 상기 질소 가스의 양을 조절하는 가스 조절부를 더 포함하는 질소 분위기 레이저 본딩 장치.
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