KR102435062B1 - 본딩 헤드 및 이를 포함하는 본딩 장치 - Google Patents

본딩 헤드 및 이를 포함하는 본딩 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102435062B1
KR102435062B1 KR1020210182521A KR20210182521A KR102435062B1 KR 102435062 B1 KR102435062 B1 KR 102435062B1 KR 1020210182521 A KR1020210182521 A KR 1020210182521A KR 20210182521 A KR20210182521 A KR 20210182521A KR 102435062 B1 KR102435062 B1 KR 102435062B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
block
heating
antistatic
vacuum
bonding head
Prior art date
Application number
KR1020210182521A
Other languages
English (en)
Inventor
최정덕
박영규
전영곤
성지훈
Original Assignee
주식회사 미코세라믹스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 미코세라믹스 filed Critical 주식회사 미코세라믹스
Priority to KR1020210182521A priority Critical patent/KR102435062B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102435062B1 publication Critical patent/KR102435062B1/ko
Priority to CN202211540871.3A priority patent/CN116313860A/zh
Priority to TW111148636A priority patent/TWI827402B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67144—Apparatus for mounting on conductive members, e.g. leadframes or conductors on insulating substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6838—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping with gripping and holding devices using a vacuum; Bernoulli devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05F—STATIC ELECTRICITY; NATURALLY-OCCURRING ELECTRICITY
    • H05F3/00—Carrying-off electrostatic charges
    • H05F3/02—Carrying-off electrostatic charges by means of earthing connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/752—Protection means against electrical discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/7525—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/7528—Resistance welding electrodes, i.e. for ohmic heating
    • H01L2224/75282—Resistance welding electrodes, i.e. for ohmic heating in the upper part of the bonding apparatus, e.g. in the bonding head
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/7525—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/753—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/75301—Bonding head
    • H01L2224/75302—Shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/7525—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/753—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/75301—Bonding head
    • H01L2224/75312—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/75—Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors
    • H01L2224/757—Means for aligning
    • H01L2224/75743—Suction holding means
    • H01L2224/75745—Suction holding means in the upper part of the bonding apparatus, e.g. in the bonding head
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

본딩 헤드는, 베이스 블록, 상기 베이스 블록 상에 배치되며, 열을 발생시키는 가열 블록 및 상기 가열 블록 상에 칩을 흡착 가능하게 구비되고, 접지 전극과 전기적으로 연결되어 표면에 잔류하는 전자를 제거하도록 구비된 제전 블록을 포함한다. 이로써, 제전 블록의 표면에 잔류하는 전자가 효과적으로 제거될 수 있다.

Description

본딩 헤드 및 이를 포함하는 본딩 장치{BONDING HEAD AND APPARATUS OF BODING CHIPS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 본딩 헤드 및 이를 포함하는 본딩 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 칩을 픽업하여 기판 상에 본딩하는 본딩 헤드 및 상기 본딩 헤드를 포함하는 본딩 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 패키지를 비롯한 전자 부품의 소형화 요구에 대응하기 위해 복수의 전자 부품을 적층시켜 적층 칩 패키지를 형성하는 기술이 개발되었다.
상기 적층 칩 패키지는 패키지 기판 위에 칩들이 적층된 반도체 패키지로서, 상기 칩들을 기판에 컨택한 상태에서 열과 압력을 가해 형성된다. 상기 적층 칩 패키지는 본딩 장치에 의해 형성된다.
상기 본딩 장치는 상기 기판을 지지하는 척 구조물 및 상기 칩을 기판 상에 적층하여 열압착하는 본딩 헤드를 포함한다. 구체적으로, 상기 본딩 헤드는 상기 칩을 상기 기판에 밀착시킨 상태에서 상기 칩을 가열하여 범프를 녹인 후 다시 냉각시킴으로써 상기 칩을 상기 기판에 본딩한다. 이때, 상기 기판 상에 형성된 패드 및 상기 칩의 범프가 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 이로써, 본딩 공정이 수행될 수 있다.
한편, 상기 본딩 공정 전에 수행되는 여러 복수의 공정이 수행되는 동안 상기 본딩 헤드의 표면에 많은 전자들이 잔류할 수 있다.
특히, 본딩 헤드가 칩에 근접하게 될 경우, 상기 표면에 잔존해 있던 전자들로 인해 상기 본딩 헤드 및 칩 사이의 계면에 인접한 위치에서 아킹이 발생할 수 있다. 이때 발생한 고전압으로 인해 칩이 손상되어 칩 불량이 발생된다.
나아가, 본딩 헤드는 칩을 계속적으로 픽업하여 이송할 경우, 칩에 접촉되는 본딩 헤드의 표면에 전자가 비정상적으로 충진되어 아킹 현상의 원인으로 작용할 수 있다. 그러므로, 칩을 직접 이송하거나 접촉되는 본딩 헤드의 표면으로부터 전자를 제거할 필요가 있다.
본 발명은 표면에 잔류하는 전자를 효과적으로 제전할 수 있는 본딩 헤드를 제공한다.
본 발명은 표면에 잔류하는 전자를 효과적으로 제전할 수 있는 본딩 헤드를 포함하는 본딩 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 본딩 헤드는, 베이스 블록, 상기 베이스 블록 상에 배치되며, 열을 발생시키는 가열 블록 및 상기 가열 블록 상에 칩을 흡착 가능하게 구비되고, 접지 전극과 전기적으로 연결되어 표면에 잔류하는 전자를 제거하도록 구비된 제전 블록을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제전 블록은 10 ohm/sq 이하의 면저항을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제전 블록은, 상기 칩을 진공 흡착하는 제전층 및 상기 가열 블록 및 상기 제전층 사이에 개재된 시드층을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가열 블록은 알루미늄 질화물, 상기 시드층은 티타늄 질화물 및 상기 제전층은 금, 백금 및 은을 포함하는 귀금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제전층은 상기 시드층을 이용하는 진공 스퍼터링 공정을 통하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 시드층은 100 내지 500 Å 범위의 두께를 갖고, 상기 제전층은 1,000 내지 3,000 Å 범위의 두께를 가질 수 있다. 한편, 상기 제전층은 1 μm 이하의 평면도 및 1 μm 이하의 표면 거칠기를 가질 수 있다.
여기서, 상기 제전층은 상기 가열 블록의 상면 및 측벽을 덮도록 구비될 수 있다.
한편, 상기 제전층은 상하로 관통하며 진공 유로를 제공하는 관통홀 및 상기 관통홀과 연통되며 상기 제전층의 상면에 형성된 진공 홈들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열 블록은, 내부에 외부로부터 인가되는 전원에 의해 열을 발생하여 발열체가 구비된 가열 플레이트 및 상기 가열 플레이트에 하부에 배치되며, 상기 가열 플레이트를 냉각시키는 냉각핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 본딩 장치는, 웨이퍼를 지지하는 척 구조물, 및 상기 척 구조물의 상방에 이동 가능하도록 구비되며, 칩을 상기 웨이퍼에 본딩하는 본딩 헤드를 포함하며, 상기 본딩 헤드는, 베이스 블록, 상기 베이스 블록 상에 배치되며, 열을 발생시키는 가열 블록 및 상기 가열 블록의 상면에 다이를 흡착 가능하게 구비되고, 접지 전극과 전기적으로 연결되어 표면에 잔류하는 전자를 제거하도록 구비된 제전층을 갖는 제전 블록을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제전 블록은, 상기 칩을 진공 흡착하는 제전층 및 상기 가열 블록 및 상기 제전층 사이에 개재된 상에 배치된 시드층을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 가열 블록은 알루미늄 질화물, 상기 시드층은 티타늄 질화물 및 상기 제전층은 금, 백금 및 은을 포함하는 귀금속 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제전층은 상기 시드층을 이용하는 진공 스퍼터링 공정을 통하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 본딩 헤드는 제전 블록을 포함함으로써, 그 표면에 잔류하는 전자를 효과적으로 제거함으로써 본딩 공정시 발생할 수 있는 아킹 현상이 효과적으로 억제될 수 있다. 따라서, 본딩 공정시 칩에 대한 전기적인 충격이 억제될 수 있다.
한편, 가열 블록은 가열 플레이트의 하면에 형성된 냉각핀을 포함함으로써, 상기 냉각핀이 방열 공간을 통하여 외부의 냉각 공기와 접촉함으로써, 상기 가열 블록이 상대적으로 빠른 시간 내에 특정 온도로 냉각될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 헤드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 가열 블록 및 제전 블록을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2b는 도 1에 도시된 가열 블록 및 제전 블록을 체결 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2a에 도시된 가열 블록을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 2a에 도시된 제전 블록을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 6는 도 5에 도시된 척 구조물의 평면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 척 플레이트를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 척 플레이트를 설명하기 위한 저면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드 및 이를 갖는 본딩 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 헤드를 설명하기 위한 단면도이다. 도 2a는 도 1에 도시된 가열 블록 및 제전 블록을 설명하기 위한 단면도이다. 도 2b는 도 1에 도시된 가열 블록 및 제전 블록을 체결 구조를 설명하기 위한 단면도이다. 도 3은 도 2a에 도시된 가열 블록을 설명하기 위한 단면도이다. 도 4는 도 2a에 도시된 제전 블록을 설명하기 위한 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 헤드(100)는 베이스 블록(110), 가열 블록(120) 및 제전 블록(130)을 포함한다.
상기 본딩 헤드(100)는 칩(10)을 칩(10)로 흡착한 상태로 이송하여 기판(미도시)에 본딩한다. 도시되지는 않았지만, 본딩 헤드(100)는 칩(10)의 이송을 위해 수평 이동, 상하 이동, 회전, 반전 등이 가능하도록 구동부를 포함할 수 있다.
베이스 블록(110)은 그 상부에 평탄면을 가진다. 상기 베이스 블록(110)은 제1 블록(112) 및 제2 블록(114)을 포함한다.
제1 블록(112)은 금속 재질로 이루어진다. 상기 금속 재질의 예로는 스테인리스 스틸 재질일 수 있다.
제2 블록(114)은 제1 블록(112) 상에 구비된다. 제2 블록(114)은 가열 블록(120)보다 낮은 열전도성을 갖는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
상기 세라믹 재질의 예로는 산화알루미늄(Al2O3)을 들 수 있다. 이로써, 제2 블록(114)은 가열 블록(120)보다 낮은 열전도성을 갖는 재질을 가짐에 따라, 제2 블록(114)은 가열 블록(120)에서 발생한 열을 차단함으로써, 제1 블록(112)으로 열전달을 억제시킬 수 있다.
가열 블록(120)은 베이스 블록(110) 상에 구비된다. 상기 가열 블록(120)은, 구체적으로 제2 블록(114) 상에 구비된다.
다시 도 2a 및 도 3을 참조하면, 가열 블록(120)은 가열 플레이트(121) 및 상기 가열 플레이트 내에 매립된 발열체(122)를 포함한다.
상기 가열 플레이트(121)는 상대적으로 우수한 전기 절연성과 열전도성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 가열 플레이트(121)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 가열 플레이트(121)는 질화알루미늄(AlN) 재질일 수 있다.
이때, 상기 가열 플레이트(121)는 약 170 W/m·k 이상의 열전도도를 가질 수 있다. 이로써, 가열 플레이트(121)는 우수한 열전도도를 가짐에 따라, 발열체(122)에서 발생된 열을 이용하여 칩(10)을 신속하게 가열시킬 수 있다.
상기 발열체(122)는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 발열체(122)는 외부로부터 인가되는 전원에 의해 열을 발생하고, 상기 열을 이용하여 제전 블록(130)에 흡착된 칩(10)을 가열한다. 예를 들면, 상기 가열 블록(120)은 상기 열을 이용하여 칩(10)의 하면에 형성된 범프(미도시)를 용융시킬 수 있다. 예를 들면, 위해 발열체(122)는 칩(10)을 순간적으로 약 450 ℃까지 가열하여, 칩(10)의 범프를 용융시킬 수 있다.
한편, 상기 가열 블록(120)은 상기 가열 플레이트(121)의 하면에 형성된 냉각핀(123)을 더 포함할 수 있다. 상기 냉각핀(123)은 하방으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 냉각핀(123)은 복수 개로 스트라이프 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 복수의 냉각핀(123)은 상호 이격되도록 배열될 수 있다. 상기 복수의 냉각핀(123)들이 이격된 이격 공간이 방열 공간(123a)으로 정의될 수 있다.
이로써, 상기 냉각핀(123)은 우수한 방열 효과를 가질 수 있다. 즉, 상기 냉각핀(123)이 상기 방열 공간(123a)을 통하여 외부의 냉각 공기와 접촉함으로써, 상기 가열 블록(120)이 상대적으로 빠른 시간 내에 특정 온도로 냉각될 수 있다.
냉각핀은 냉각핀의 폭 대비 2/3 이상의 높이를 가질 수 있다. 한편, 상기 냉각핀들 사이의 간격은 1 mm 이하 0.5 mm으로 가질 수 있다.
가열 블록(120)은 진공력을 제공하기 위해 상부면까지 연장된 진공 라인(126)을 갖는다.
진공 라인(126)은 가열 블록(121)의 중앙 부위의 상하를 관통한다. 나아가 상기 진공 라인(126)은 베이스 블록(110)까지 연장되어 구비될 수도 있다. 상기 진공 라인은 진공 펌프(미도시)와 연통되어, 상기 제전 블록이 그 상면에 위치하는 칩을 진공 흡착할 수 있다.
한편, 제전 블록(130)은 가열 블록(120) 상에 구비된다. 상기 제전 블록(130)은 가열 블록(120)의 상부면에 형성될 수 있다. 상기 제전 블록(130)은, 백금 및 은을 포함하는 귀금속 중 적어도 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제전 블록(130)은 접지 전극(미도시)과 전기적으로 연결된다. 상기 제전 블록은 칩과 컨택시 상기 표면에 잔류하는 전자를 제거하도록 구비된다. 이로써, 상기 제전 블록(130)은 칩 컨택 발생할 수 있는 아킹 현상을 억제할 수 있다.
상기 제전 블록(130)은 제전층(135)을 포함한다. 상기 제전층(135)은 접지 전극과 전기적으로 연결되어 그 표면에 잔류하는 전자를 제거할 수 있다. 특히, 상기 제전층(135)은 칩과의 컨택시 상기 칩의 표면에 잔류하는 전자를 제거할 수 있다.
상기 제전층(135)은 금, 백금 및 은을 포함하는 귀금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제전층(135)은 10 ohm/sq 이하의 우수한 면저항을 가질 수 있다.
이로써, 상기 제전층(135)은 귀금속 재질로 이루어짐에 따라 상기 제전층(135)은 접지 전극과 연결될 경우, 상기 제전층(135)의 표면 상에 잔류하는 전자가 효과적으로 제거될 수 있다. 결과적으로, 상기 제전 블록(130)은 열 압착 공정 시 발생할 수 있는 아킹 현상을 효과적으로 억제함으로써, 아킹 현상에 따른 칩에 전기적 충격이 억제될 수 있다.
상기 제전 블록(130)은, 상기 가열 블록(120) 및 상기 제전층(135) 사이에 개재된 상에 배치된 시드층(131)을 더 포함할 수 있다.
만약, 상기 가열 블록(120)이 알루미늄 질화물 재질로 이루어질 경우, 금, 백금 및 은을 포함하는 귀금속 중 적어도 하나의 재질로 이루어진 제전층(135)이 금, 백금 및 은을 포함하는 귀금속 중 적어도 하나의 재질로 이루어질 경우, 상기 제전층(135)이 버퍼층이 매개되지 않고 가열 블록(120) 상에 직접 형성됨으로써 상기 가열 블록(120)으로부터 쉽게 박리되는 문제가 발생할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 제전 블록(130), 가열 블록(120) 및 베이스 블록(110)을 상호 체결하기 위한 체결 부재(150)가 추가적으로 구비될 수 있다.
상기 체결 부재(150)는 예를 들면, 볼트를 포함할 수 있다. 한편, 상기 체결 부재(150)는 전도성 물질, 예를 들면 금속으로 이루어짐에 따라, 상기 제전 블록(130)은, 상기 체결 부재(150)를 경유하여 접지 상태인 외부와 전기적으로 연결된 베이스 블록(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제전 블록이 전기적으로 접지된 상태를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가열 블록(120)이 알루미늄 질화물 재질로 이루어질 경우, 상기 시드층(131)은 티타늄 질화물을 이루어질 수 있다. 상기 가열 블록(120) 및 상기 시드층(131) 모두 질화물 계열 물질로 구비됨에 따라 상기 제전층(135) 및 시드층(131)으로 이루진 제전 블록(130)이 상기 가열 블록(120)에 보다 견고하게 부착될 수 있다. 따라서, 상기 제전 블록(130)이 상기 가열 블록(120)으로부터 쉽게 박리되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 시드층(131)은, 상기 가열 블록(120) 및 상기 제전층(135) 사이에 개재된다. 상기 시드층(131)은 상기 제전층(135)을 형성하기 위한 공정에서 시드막으로서 기능할 수 있다. 즉, 상기 제전층(135)이 진공 스퍼터링 공정을 통하여 형성될 때, 상기 시드층(131)이 갖는 격자 구조에 따라, 상기 제전층(135)이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 시드층(131)을 이용하여 진공 스퍼터링 공정을 통하여 형성된 제전층(135)은 우수한 평탄도를 가질 수 있다.
즉, 상기 진공 스퍼터링 공정을 통하여 상기 제전층(135)의 평탄도가 효과적으로 제어될 수 있다. 이때, 상기 제전층(135)은 1 μm 이하의 표면 거칠기를 가질 수 있다. 따라서, 상기 제전층(135)은 열 압착 공정 시 발생할 수 있는 아킹 현상을 효과적으로 억제함으로써, 아킹 현상에 따른 칩에 전기적 충격이 억제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시드층(131)은 100 내지 500 Å 범위의 두께를 갖고, 상기 제전층(135)은 1,000 내지 3,000 Å 범위의 두께를 가질 수 있다.
상기 제전층(135)이 1,000Å 미만이거나 3,000Å 초과하는 두께를 가질 경우 제전층(135)이 상대적으로 급격히 증가하는 면저항을 가짐에 따라 아킹 현상을 억제하는 효과가 급격히 저하된다.
한편, 시드층(131)이 100Å 미만의 두께를 가질 경우 버퍼층으로서의 기능이 약화됨으로써, 제전층(135) 및 가열 블록(120) 간의 접착력이 약화되어 상기 제전층(135)이 상기 가열 블록(120)으로부터 박리되는 박리 현상이 발생한다. 이와 다르게 상기 시드층(131)이 500 Å 초과하는 두께를 가질 경우 또한, 상기 제전층(135) 내부에서 박리 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제전층(135)은 상기 가열 블록(120)의 상면 및 측벽을 덮도록 구비될 수 있다.
상기 제전층(135)이 가열 블록(120)의 노출 영역을 전체적으로 커버함으로써, 상기 가열 블록(120)에 인접한 위치에 발생할 수 있는 아킹 현상이 억제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제전층(135)은 진공홀(132)을 갖는다. 진공홀(132)은 가열 블록(120)의 진공 라인(126)과 연결된다. 따라서, 상기 제전층(135)은 진공 라인(126)을 통해 제공되는 진공력으로 칩(10)을 흡착할 수 있다. 한편, 진공홀(132)는 상기 제전 블록을 상하로 관통하는 관통홀(132a) 및 제전층(135)의 상면에 형성되고 상기 관통홀(132a)과 연결된 진공 홈(132b)을 포함될 수 있다. 상기 진공 홈(132b)은 상기 관통홀(132a)을 중심으로 방사형으로 연장될 수 있다.
한편, 상기 제전 블록(130)으로 칩(10)을 고정한 상태에서 본딩 헤드(100)가 이동하여 칩(10)을 상기 웨이퍼 상에 적층할 수 있다. 또한, 제전 블록(130)으로 상기 웨이퍼를 향해 칩(10)을 가압할 수 있다.
상기 제전 블록(130)은 상기 가열 블록(120) 상에 증착 공정을 통하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 증착 공정의 예로는 시드층(131)을 버퍼층으로 이용하는 진공 스퍼터링 공정을 포함할 수 있다.
이와 다르게, 상기 제전 블록(130)은 별도로 형성되어 상기 가열 블록(120)에 체결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 본딩 헤드(100)는 냉각 라인(140)을 더 포함한다.
냉각 라인(140)은 가열 블록(120)을 냉각하여 칩(10)을 냉각시킨다. 칩(10)이 냉각됨에 따라 칩(10)의 범프가 냉각되어 솔더를 형성할 수 있다. 이때, 냉각 라인(140)을 통하여 공급된 냉각 공기는 칩(10)을 약 100℃로 냉각할 수 있다.
구체적으로, 냉각 라인(140)은 제1 냉각 라인(142)과 제2 냉각 라인(144)을 포함한다.
제1 냉각 라인(142)은 베이스 블록(110)에서 제2 블록(114)의 상부면까지 연장한다. 제1 냉각 라인(142)을 통해 냉각 유체를 가열 블록(120)으로 제공한다. 상기 냉각 유체의 예로는 공기, 가스 등을 들 수 있다. 상기 냉각 유체는 가열 블록(120)과 직접 접촉하여 가열 블록(120)을 냉각한다.
제2 냉각 라인(144)은 베이스 블록(110)에서 제1 블록(112)의 내부에 구비되며, 제1 블록(112)을 냉각한다. 제1 블록(112)이 냉각됨에 따라 열전도를 통해 제3 블록(116), 제2 블록(114) 및 가열 블록(120)이 냉각될 수 있다. 따라서, 제2 냉각 라인(144)은 보조적으로 가열 블록(120)을 냉각할 수 있다.
제1 냉각 라인(142)을 이용하여 가열 블록(120)을 주로 냉각하고, 제2 냉각 라인(144)을 이용하여 보조적으로 냉각한다. 따라서, 냉각 라인(140)을 이용하여 가열 블록(120)을 신속하게 냉각할 수 있다. 가열 블록(120)이 냉각됨에 따라 흡착판(130)에 고정된 칩(10)의 범프를 신속하게 냉각하여 상기 솔더를 형성할 수 있다
한편, 가열 블록(120)은 냉각 라인(140), 구체적으로, 제1 냉각 라인(142)을 부분적으로 노출하는 개구(127)를 갖는다. 예를 들면 개구(127)는 가열 블록(120)의 상하를 관통할 수 있다.
개구(127)는 베이스 블록(110)의 상부면까지 연장한 다수의 제1 냉각 라인(142)들 중에서 일부를 선택적으로 노출하거나, 제1 냉각 라인(142)들 각각을 부분적으로 노출할 수 있다.
특히, 개구(127)가 다수의 제1 냉각 라인(142)들 중에서 일부를 선택적으로 노출하는 경우, 개구(127)들이 가열 블록(120)의 일측에 배치되면, 가열 블록(120)과 흡착판(130)의 온도 분포가 불균일하게 된다. 따라서, 칩(10)에 형성되는 솔더의 품질이 저하될 수 있다.
그러므로, 개구(127)가 다수의 제1 냉각 라인(142)들 중에서 일부를 선택적으로 노출하는 경우, 개구(127)들은 가열 블록(120)의 중심을 기준으로 대칭되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 가열 블록(120)과 흡착판(130)의 온도 분포를 상대적으로 균일하게 함으로써 칩(10)에 형성되는 솔더의 품질이 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베이스 블록(110)은 제3 블록(116)을 더 포함한다.
제3 블록(116)은 제1 블록(112)과 제2 블록(114) 사이에 구비된다. 제3 블록(116)은 버퍼 블록으로 작용하여 제2 블록(114)의 열이 제1 블록(112)으로 전달되는 것을 감소시킨다. 제3 블록(116)은 세라믹 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 세라믹 재질의 예로는 산화알루미늄을 들 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 도 6은 도 5에 도시된 척 구조물의 평면도이다. 도 7은 도 5에 도시된 척 플레이트를 설명하기 위한 평면도이다. 도 8은 도 5에 도시된 척 플레이트를 설명하기 위한 저면도이다.
도 5 내지 도 8를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 본딩 장치(300)는 본딩 헤드(100) 및 척 구조물(200)을 포함한다.
상기 본딩 헤드(100)는 칩(10)을 척 구조물(200) 상으로 이송하여 웨이퍼(20)에 본딩하기 위한 것으로, 베이스 블록(110), 가열 블록(120) 및 상기 제전 블록(130)을 포함한다. 도시되지는 않았지만, 상기 본딩 헤드(100)는 상기 칩(10)의 이송을 위해 수평 이동, 상하 이동, 회전, 반전 등이 가능하도록 구비될 수 있다.
상기 본딩 헤드(100)에 대한 구체적인 설명은 도 1 내지 도 4에 도시된 상기 본딩 헤드(100)와 실질적으로 동일하므로 생략한다.
또한, 상기 본딩 헤드(100)는 상기 칩(10)과 웨이퍼(20)의 본딩을 위해 상기 흡착판(140)이 하방을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 척 구조물(200)은 상기 웨이퍼(20)를 지지한다. 이때, 상기 웨이퍼(20)에는 회로 패턴이 형성될 수 있다.
상기 척 구조물(200)은 가열 플레이트(210), 척 플레이트(220), 가이드 링(230), 클램프(240), 전원케이블(250) 및 온도 센서(260)를 포함한다.
상기 가열 플레이트(210)는 대략 원판 형태를 가지며, 외부로부터 인가되는 전원에 의해 열을 발생하는 발열체(212)를 내장한다.
상기 발열체(212)는 상기 가열 플레이트(210)의 내측면에 일정한 패턴을 이루도록 구비될 수 있다. 상기 발열체(212)의 예로는 전극층, 발열 코일 등을 들 수 있다.
상기 가열 플레이트(210)는 상부면까지 연장하는 제2 진공 라인(214) 및 제3 진공 라인(215)을 갖는다. 상기 제2 진공 라인(214)과 상기 제3 진공 라인(215)은 각각 상기 가열 플레이트(210)의 하부면 또는 측면에서 상기 상부면까지 연장할 수 있다. 상기 제2 진공 라인(214)과 상기 제2 진공 라인(215)은 각각 서로 연결되지 않는다. 상기 제2 진공 라인(214)은 진공 펌프(미도시)와 연결되며, 상기 웨이퍼(20)를 흡착하기 위한 진공력을 제공한다. 상기 제3 진공 라인(215)은 진공 펌프(미도시)와 연결되며, 상기 척 플레이트(220)를 흡착하기 위한 진공력을 제공한다.
상기 가열 플레이트(210)는 상부면에 정렬 핀(216)을 갖는다. 상기 정렬 핀(216)은 상기 가열 플레이트(210)의 상기 척 플레이트(220)를 정렬하기 위한 것으로, 복수 개가 구비될 수 있다. 상기 정렬 핀(216)은 상기 가열 플레이트(210)의 상부면 가장자리에 배치될 수 있다.
또한, 상기 가열 플레이트(210)는 상부면 가장자리를 따라 형성된 홈(218)을 갖는다. 상기 홈(218)은 상기 가이드 링(230)을 고정하는데 이용될 수 있다.
상기 척 플레이트(220)는 대략 원판 형태를 가지며, 상기 가열 플레이트(210) 상에 놓여진다. 상기 척 플레이트(220)는 상부면에 상기 웨이퍼(20)를 지지한다.
상기 척 플레이트(220)는 상기 웨이퍼(20)를 흡착하기 위해 상기 제2 진공 라인(214)과 연결되는 상기 제4 진공 라인(222)을 갖는다.
상기 제4 진공 라인(222)은 진공 홈(222a) 및 다수의 진공 홀(222b)들을 갖는다.
상기 진공 홈(222a)은 상기 척 플레이트(220)의 하부면에 형성된다. 예를 들면, 상기 진공 홈(222a)은 상기 척 플레이트(220)의 하부면 중심을 기준으로 동심원 형태를 갖는 홈들과 방사상으로 연장하는 홈들이 결합된 형상을 갖거나, 원형 홈 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 진공 홈(222a)은 상기 진공력의 누설을 방지하기 위해 상기 척 플레이트(220)의 하부면 가장자리까지 연장하지 않는다.
상기 척 플레이트(220)는 상기 가열 플레이트(210) 상에 놓여지면서 상기 진공 홈(222a)은 상기 가열 플레이트(210)의 상부면에 의해 한정되어 공간을 형성한다. 또한, 상기 진공 홈(222a)은 상기 제2 진공 라인(214)과 연결된다.
상기 진공 홀(222b)들은 상기 척 플레이트(220)를 관통하여 상기 진공 홈(222a)이 형성된 하부면에서 상기 척 플레이트(220)의 상부면까지 연장한다. 상기 진공 홀(222b)은 서로 이격되도록 배열된다. 예를 들면, 상기 진공 홀(222b)들은 동심원 형상 또는 방사 형상으로 배열될 수 있다.
따라서, 상기 제4 진공 라인(222)은 상기 제2 진공 라인(214)과 연결되며, 상기 제2 진공 라인(214)을 통해 제공되는 진공력으로 상기 웨이퍼(20)를 흡착할 수 있다.
한편, 상기 척 플레이트(220)에서 최외각에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들 사이의 간격은 상기 최외각보다 내측에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들의 간격보다 상대적으로 좁게 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 최외각에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들 사이의 각도는 상기 최외각보다 내측에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들 사이의 각도의 절반일 수 있다. 예를 들면, 상기 최외각에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들 사이의 각도는 약 15도이고, 상기 최외각보다 내측에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들 사이의 각도는 약 30도 일 수 있다.
따라서, 상기 척 플레이트(220)의 가장자리에서도 진공 홀(212b)을 통한 진공력이 안정적으로 제공될 수 있다. 그러므로, 상기 척 플레이트(220)의 가장자리에서도 상기 웨이퍼(20)가 상기 척 플레이트(220)에 밀착될 수 있으며, 상기 웨이퍼(20)가 들뜨는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 척 플레이트(220)는 상기 가열 플레이트(210)에 진공 흡착되도록 하부면에 상기 제3 진공 라인(215)과 연결되도록 구비되는 진공 홈(223)을 갖는다.
상기 진공 홈(223)은 상기 척 플레이트(220)의 하부면에 형성된다. 예를 들면, 상기 진공 홈(223)은 상기 척 플레이트(220)의 하부면 중심을 기준으로 동심원 형태를 갖는 홈들과 방사상으로 연장하는 홈들이 결합된 형상을 갖거나, 원형 홈 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 진공 홈(223)은 상기 진공력의 누설을 방지하기 위해 상기 척 플레이트(220)의 하부면 가장자리까지 연장하지 않는다.
상기 척 플레이트(220)는 상기 가열 플레이트(210) 상에 놓여지면서 상기 진공 홈(223)은 상기 가열 플레이트(210)의 상부면에 의해 한정되어 공간을 형성한다. 또한, 상기 진공 홈(223)은 상기 제3 진공 라인(215)과 연결된다.
상기 진공 홈(223)은 상기 제3 진공 라인(215)과 연결되며, 상기 제3 진공 라인(215)을 통해 제공되는 진공력으로 상기 척 플레이트(220)가 상기 가열 플레이트(210) 상에 밀착되어 고정될 수 있다. 그러므로, 상기 척 플레이트(220)의 뒤틀림이나 벤딩을 최소화하여 상기 척 플레이트(220) 상의 상기 웨이퍼(20)를 평탄하게 지지할 수 있다.
상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220)는 상기 제3 진공 라인(215) 및 상기 진공 홈(223)을 통해 제공되는 상기 진공력에 의해 밀착된 상태를 유지할 수 있다. 그러므로, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220)를 체결하기 위한 별도의 체결 부재가 불필요하다.
또한, 상기 제2 진공 라인(214)과 상기 제3 진공 라인(215)을 통해 제공되는 상기 진공력을 해제하여 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220)를 분리하여 교체할 수 있다. 그러므로, 상기 척 구조물(200)의 유지 보수를 신속하게 수행할 수 있다.
한편, 상기 가열 플레이트(210)의 상부면과 상기 척 플레이트(220)의 하부면은 각각 약 10 ㎛를 초과하는 평탄도를 갖는 경우, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220) 사이에 미세한 간격이 존재할 수 있다. 따라서, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220) 사이를 통해 상기 진공력이 누설될 수 있다.
상기 가열 플레이트(210)의 상부면과 상기 척 플레이트(220)의 하부면은 각각 약 10 ㎛ 이하, 바람직하게는 7 ㎛ 이하의 평탄도를 갖는다. 이 경우, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220)가 밀착될 수 있고, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220) 사이를 통해 상기 진공력이 누설되는 것을 방지할 수 있다.
상기 척 플레이트(220)는 상기 가열 플레이트(210)에서 발생한 열을 상기 웨이퍼(20)로 전달한다. 이때, 칩(미도시)과 상기 웨이퍼(20)의 본딩이 용이하게 이루어지도록 상기 웨이퍼(20)는 약 140 내지 150 ℃의 온도로 유지될 수 있다.
상기 가열 플레이트(210)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 상기 세라믹 재질의 예로는 질화알루미늄(AlN)을 들 수 있다. 상기 질화알루미늄은 높은 열전도율을 가지므로, 상기 가열 플레이트(210)는 상기 발열체(212)에서 발생한 열을 균일하게 전달될 수 있다. 또한, 상기 가열 플레이트(210)는 상기 척 플레이트(220)의 온도 분포를 균일하게 하여 상기 웨이퍼(20)를 균일하게 가열할 수 있다.
상기 척 플레이트(220)는 세라믹 재질에 티타늄이 첨가되어 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 척 플레이트(220)는 상기 산화알루미늄(Al2O3)에 티타늄이 첨가될 수 있다. 상기 산화알루미늄(Al2O3)에 티타늄이 첨가되는 경우, 상기 척 플레이트(220)의 열 전도율을 더욱 낮출 수 있다.
상기 척 플레이트(220)의 열전도율이 약 5 W/m·k 미만인 경우, 상기 척 플레이트(220)의 열전도율이 상대적으로 낮다. 따라서, 상기 가열 플레이트(210)에서 발생된 열을 상기 웨이퍼(20)로 충분히 전달하지 못하거나, 상기 가열 플레이트(210)에서 발생된 열을 상기 웨이퍼(20)로 전달하는데 많은 시간이 소요될 수 있다. 다만, 상기 칩의 본딩을 위해 본딩 헤드가 상기 웨이퍼(20)와 상기 칩을 약 450도의 고온으로 열압착하더라도 상기 척 플레이트(220)가 급속하게 가열되는 것을 막을 수 있다.
상기 척 플레이트(220)의 열전도율이 약 20 W/m·k를 초과하는 경우, 상기 척 플레이트(220)의 열전도율이 상대적으로 높다. 따라서, 상기 가열 플레이트(210)에서 발생된 열을 상기 웨이퍼(20)로 과도하게 전달되어 상기 웨이퍼(20)와 상기 칩 사이의 범프가 뭉개질 수 있다. 또한, 상기 본딩 헤드가 상기 웨이퍼(20)와 상기 칩을 약 450도의 고온으로 열압착하는 경우, 상기 척 플레이트(220)가 비교적 급속하게 가열되어 상기 웨이퍼(20)와 상기 칩 사이의 범프가 더 잘 뭉개질 수 있다.
상기 척 플레이트(220)의 열전도율은 약 5 내지 20 W/m·k 인 경우, 상기 척 플레이트(220)는 열 플레이트(210)에서 발생된 열을 상기 웨이퍼(20)로 상기 범프가 뭉개지지 않을 정도로 적절히 전달할 수 있다. 또한, 상기 칩의 본딩을 위해 본딩 헤드가 상기 웨이퍼(20)와 상기 칩을 약 450도의 고온으로 열압착하더라도 상기 척 플레이트(220)가 급속하게 가열되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 상기 웨이퍼(20)와 상기 칩 사이의 범프가 뭉개지는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 웨이퍼(20)와 상기 칩의 본딩을 위해 상기 웨이퍼(20)를 상시 예열하더라도 상기 웨이퍼(20)와 상기 칩 사이의 범프가 뭉개지는 현상을 방지할 수 있다. 그러므로, 상기 웨이퍼(20)와 상기 칩 사이에 본딩 불량을 방지할 수 있다 .
한편, 상기 척 플레이트(220)는 상기 질화알루미늄보다 열전도율이 낮은 산화알루미늄(Al2O3)으로만 이루어질 수도 있다.
상기 척 플레이트(220)는 정렬 핀(216)을 수용하기 위한 수용홈(224)을 갖는다. 수용홈(224)은 상기 가열 플레이트(210)의 정렬 핀(216)과 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면 수용홈(224)도 상기 척 플레이트(220)의 가장자리에 배치될 수 있다.
상기 척 플레이트(220)가 상기 가열 플레이트(210)의 상부면에 안착될 때, 상기 가열 플레이트(210)의 정렬 핀(216)이 상기 척 플레이트(220)의 수용홈(224)에 삽입될 수 있다. 따라서, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220)가 정확하게 정렬될 수 있다.
상기에서 상기 가열 플레이트(210)에 정렬 핀(216)이 구비되고, 상기 척 플레이트(220)에 수용홈(224)이 형성되는 것으로 설명되었지만, 상기 가열 플레이트(210)에 수용홈이 형성되고, 상기 척 플레이트(220)에 정렬 핀이 구비될 수도 있다.
또한, 상기 척 플레이트(220)는 상부면 가장자리를 따라 형성된 홈(226)을 갖는다. 홈(226)은 상기 클램프(240)가 안착되는데 이용될 수 있다.
상기 가이드 링(230)은 상기 가열 플레이트(210)의 상면 가장자리를 따라 형성된 홈(218)에 걸리며 상기 가열 플레이트(210)의 둘레를 가이드한다.
구체적으로, 상기 가이드 링(230)은 걸림턱(232)을 가지며, 걸림턱(232)이 홈(218)에 걸림으로서 상기 가이드 링(230)이 상기 가열 플레이트(210)에 장착된다.
한편, 상기 가이드 링(230)의 상면과 상기 가열 플레이트(210)의 상면은 동일한 높이에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 가열 플레이트(210)에 상기 가이드 링(230)을 장착한 상태에서 상기 척 플레이트(220)를 상기 가열 플레이트(210)의 상부면에 용이하게 안착시킬 수 있다.
또한, 상기 가이드 링(230)의 상면이 상기 가열 플레이트(210)의 상면보다 높게 위치하는 경우, 상기 척 플레이트(220)를 상기 가열 플레이트(210)의 상부면에 안착할 때 상기 가이드 링(230)을 정렬 기준으로 이용할 수 있다.
상기 클램프(240)는 상기 척 플레이트(220)의 상부면 가장자리를 덮은 상태로 가이드 링에 고정된다. 상기 클램프(240)는 체결 나사(242)에 의해 상기 가이드 링(230)에 고정될 수 있다.
일 예로, 상기 클램프(240)는 다수개가 구비되어 상기 척 플레이트(220)의 상부면 가장자리를 부분적으로 덮을 수 있다. 다른 예로, 상기 클램프(240)가 대략 링 형태를 가지며, 상기 척 플레이트(220)의 상부면 가장자리를 전체적으로 덮을 수도 있다.
상기 클램프(240)가 상기 척 플레이트(220)의 상부면 가장자리를 덮은 상태로 상기 가이드 링(230)에 고정되므로, 상기 클램프(240)가 상기 척 플레이트(220)를 하방으로 가압할 수 있다. 따라서, 상기 클램프(240)는 상기 척 플레이트(220)를 상기 가열 플레이트(210)에 밀착시킬 수 있다.
상기 클램프(240)는 걸림턱(244)을 가지며, 걸림턱(244)이 상기 척 플레이트(220)의 홈(226)에 놓여질 수 있다. 따라서, 상기 클램프(240)의 상면과 상기 척 플레이트(220)의 상면을 동일한 높이에 위치시킬 수 있다. 그러므로, 상기 클램프(240)의 방해없이 상기 웨이퍼(20)를 상기 척 플레이트(220)의 상부면으로 안정적으로 이송할 때 안착할 수 있다.
상기 가이드 링(230) 및 상기 클램프(240)는 상기 가열 플레이트(210)보다 낮은 열전도율을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 가이드 링(230) 및 상기 클램프(240)는 산화알루미늄(Al2O3) 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 가이드 링(230) 및 상기 클램프(240)는 상기 척 플레이트(220)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 가이드 링(230) 및 상기 클램프(240)의 열전도율이 상기 가열 플레이트(210)의 열전도율보다 낮으므로, 상기 가이드 링(230) 및 상기 클램프(240)는 상기 가열 플레이트(210)의 측면을 통한 열손실을 방지할 수 있다.
상기 상기 전원케이블(250)은 상기 가열 플레이트(210)의 내부까지 연장하여 상기 발열체(212)와 연결되며, 상기 발열체(212)가 열을 발생시키기 위한 전원을 제공한다.
상기 온도 센서(260)는 외부에서 상기 가열 플레이트(210)의 내부까지 연장하며, 상기 발열체(212)에 의해 가열되는 상기 가열 플레이트(210)의 온도를 측정한다. 상기 온도 센서(260)에서 측정된 온도를 이용하여 상기 발열체(212)의 온도를 제어할 수 있다. 상기 발열체(212)의 온도를 제어함으로써 상기 가열 플레이트(210)의 온도를 조절할 수 있다.
상기 온도 센서(260)의 예로는 열전대를 들 수 있다.
상기 척 구조물(200)은 상기 가열 플레이트(210)에서 발생한 열을 상기 척 플레이트(220)를 통해 상기 웨이퍼(20)로 전달한다. 상기 척 플레이트(220)가 전달하는 열에 의해 상기 웨이퍼(20)가 항상 일정한 온도로 가열될 수 있다. 따라서, 상기 칩(10)을 상기 웨이퍼(20)에 효과적으로 본딩할 수 있다.
상기 본딩 장치(300)는 상기 척 구조물(200)을 이용하여 상기 웨이퍼(20)를 고정하여 일정 온도로 가열한 상태에서 상기 본딩 헤드(100)로 상기 칩(10)의 가열과 냉각을 신속하게 수행하여 상기 칩(10)을 상기 웨이퍼(20)에 본딩한다. 따라서, 상기 칩(10)과 상기 웨이퍼(20) 사이에 우수한 품질과 양호한 형상의 솔더를 형성할 수 있다. 또한, 상기 본딩 장치(300)를 이용한 상기 칩(10)을 상기 웨이퍼(20)에 본딩하는 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 본딩 장치는 본딩 헤드의 표면에 잔류하는 전자를 효과적으로 제거함으로써 본딩 공정시 발생할 수 있는 아킹 현상이 효과적으로 억제될 수 있다. 따라서, 본딩 공정시 칩에 대한 전기적인 충격이 억제될 수 있다. 따라서, 상기 본딩 장치를 이용한 본딩 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 본딩 헤드 110 : 베이스 블록
120 : 가열 블록 130 : 제전 블록
131 : 시드층 135 : 제전층
140 : 냉각 라인 200 : 척 구조물
210 : 가열 플레이트 220 : 척 플레이트
230 : 가이드 링 240 : 클램프
300 : 본딩 장치 10 : 칩

Claims (13)

  1. 베이스 블록;
    상기 베이스 블록 상에 배치되며, 열을 발생시키는 가열 블록; 및
    상기 가열 블록 상에 칩을 흡착 가능하게 구비되고, 접지 전극과 전기적으로 연결되어 표면에 잔류하는 전자를 제거하도록 구비된 제전 블록을 포함하고,
    상기 제전 블록은, 상기 칩을 진공 흡착하는 제전층; 및
    상기 가열 블록 및 상기 제전층 사이에 개재된 시드층을 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제전 블록은 10 ohm/sq 이하의 면저항을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 가열 블록은 알루미늄 질화물, 상기 시드층은 티타늄 질화물 및 상기 제전층은 금, 백금 및 은을 포함하는 귀금속 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제전층은 상기 시드층을 이용하는 진공 스퍼터링 공정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 시드층은 100 내지 500 Å 범위의 두께를 갖고, 상기 제전층은 1,000 내지 3,000 Å 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제전층은 1 μm 이하의 평면도 및 1 μm 이하의 표면 거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제전층은 상기 가열 블록의 상면 및 측벽을 덮도록 구비된 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제전층은 상하로 관통하며 진공 유로를 제공하는 관통홀 및 상기 관통홀과 연통되며 상기 제전층의 상면에 형성된 진공 홈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 가열 블록은,
    내부에 외부로부터 인가되는 전원에 의해 열을 발생하여 발열체가 구비된 가열 플레이트; 및
    상기 가열 플레이트에 하부에 배치되며, 상기 가열 플레이트를 냉각시키는 냉각핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  11. 웨이퍼를 지지하는 척 구조물; 및
    상기 척 구조물의 상방에 이동 가능하도록 구비되며, 칩을 상기 웨이퍼에 본딩하는 본딩 헤드;를 포함하며,
    상기 본딩 헤드는,
    베이스 블록;
    상기 베이스 블록 상에 배치되며, 열을 발생시키는 가열 블록; 및
    상기 가열 블록의 상면에 다이를 흡착 가능하게 구비되고, 접지 전극과 전기적으로 연결되어 표면에 잔류하는 전자를 제거하도록 구비된 제전층을 갖는 제전 블록을 포함하고,
    상기 제전 블록은, 상기 칩을 진공 흡착하는 제전층; 및 상기 가열 블록 및 상기 제전층 사이에 개재된 상에 배치된 시드층을 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서, 상기 가열 블록은 알루미늄 질화물, 상기 시드층은 티타늄 질화물 및 상기 제전층은 금, 백금 및 은을 포함하는 귀금속 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제전층은 상기 시드층을 이용하는 진공 스퍼터링 공정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
KR1020210182521A 2021-12-20 2021-12-20 본딩 헤드 및 이를 포함하는 본딩 장치 KR102435062B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210182521A KR102435062B1 (ko) 2021-12-20 2021-12-20 본딩 헤드 및 이를 포함하는 본딩 장치
CN202211540871.3A CN116313860A (zh) 2021-12-20 2022-12-02 键合头以及包括该键合头的键合装置
TW111148636A TWI827402B (zh) 2021-12-20 2022-12-19 鍵合頭以及包括該鍵合頭的鍵合裝置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210182521A KR102435062B1 (ko) 2021-12-20 2021-12-20 본딩 헤드 및 이를 포함하는 본딩 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102435062B1 true KR102435062B1 (ko) 2022-08-22

Family

ID=83103087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210182521A KR102435062B1 (ko) 2021-12-20 2021-12-20 본딩 헤드 및 이를 포함하는 본딩 장치

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR102435062B1 (ko)
CN (1) CN116313860A (ko)
TW (1) TWI827402B (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013065733A (ja) * 2011-09-19 2013-04-11 Hitachi High-Tech Instruments Co Ltd ダイボンダ
KR20190001271A (ko) * 2017-06-27 2019-01-04 주식회사 미코 본딩 헤드 및 이를 갖는 본딩 장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006237348A (ja) * 2005-02-25 2006-09-07 Ulvac Japan Ltd 静電チャック及びこれを備えた真空処理装置
KR101385443B1 (ko) * 2013-09-13 2014-04-16 이향이 반도체 칩 픽업 이송용 콜렛
KR102592226B1 (ko) * 2018-07-17 2023-10-23 삼성전자주식회사 반도체 패키지 본딩헤드 및 본딩방법
KR20200129751A (ko) * 2019-05-10 2020-11-18 (주)포인트엔지니어링 마이크로 led 흡착체 및 이를 이용한 마이크로 led 디스플레이 제작 방법 및 마이크로 led 디스플레이

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013065733A (ja) * 2011-09-19 2013-04-11 Hitachi High-Tech Instruments Co Ltd ダイボンダ
KR20190001271A (ko) * 2017-06-27 2019-01-04 주식회사 미코 본딩 헤드 및 이를 갖는 본딩 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN116313860A (zh) 2023-06-23
TWI827402B (zh) 2023-12-21
TW202326882A (zh) 2023-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9806001B2 (en) Chip-scale packaging with protective heat spreader
TW202027177A (zh) 形成封裝結構的方法
KR102454462B1 (ko) 척 플레이트, 상기 척 플레이트를 갖는 척 구조물 및 척 구조물을 갖는 본딩 장치
JP4848153B2 (ja) 半導体装置の製造方法
US6321971B1 (en) Die collet for a semiconductor chip and apparatus for bonding semiconductor chip to a lead frame
US7528054B2 (en) Semiconductor component with a thin semiconductor chip and a stiff wiring substrate, and methods for producing and further processing of thin semiconductor chips
TWI829392B (zh) 晶片封裝方法及晶片結構
KR102439617B1 (ko) 본딩 헤드 및 이를 갖는 본딩 장치
KR20160029867A (ko) 웨이퍼에 칩을 본딩하는 방법
KR102439615B1 (ko) 본딩 헤드 및 이를 갖는 본딩 장치
US20140103522A1 (en) Semiconductor substrate, semiconductor device, and method of manfacturing semiconductor substrate
KR102498914B1 (ko) 본딩 헤드 및 이를 갖는 본딩 장치
CN109216234A (zh) 用于处理半导体衬底的设备和方法
KR102347123B1 (ko) 본딩 헤드 및 이를 갖는 본딩 장치
KR102435062B1 (ko) 본딩 헤드 및 이를 포함하는 본딩 장치
US11607741B2 (en) Semiconductor chip bonding apparatus including head having thermally conductive materials
JP2006005368A (ja) 半導体装置の製造方法
US7378616B2 (en) Heating apparatus and method for semiconductor devices
JP7319153B2 (ja) 保持装置
JP2937954B2 (ja) ワイヤボンディング装置
US11456273B2 (en) Bonding head and a bonding apparatus having the same
KR20120054758A (ko) 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치
WO2023286432A1 (ja) 半導体装置
JP3271516B2 (ja) 半導体装置の検査装置
TW202114037A (zh) 基板處理裝置

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant