KR102573040B1 - 시료 표면의 범프 결합 강도 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 표면과 접촉이 가능한 팁(1); 상기 팁(1)의 상부에 위치하는 제1 전극(3a); 상기 제1 전극(3a)의 상부에 위치하는 변형 센서(4); 및 상기 제1 변형 센서(4)의 상부에 위치하는 제2 전극(3b)를 포함하고, 상기 팁(1)이 시료 표면에 접촉하는 경우, 상기 변형 센서(4)에 전하가 발생하여 상기 제1 및 제2 전극(3a, 3b)에 전류가 흐르는 것을 특징으로 하는 시료 표면의 범프 결합 강도 측정 장치에 관한 것이다.

Description

시료 표면의 범프 결합 강도 측정 장치 {Apparatus for Measuring Bump Bonding Strength of Specimen Surface}
본 발명은 시료 표면의 범프 결합 강도를 측정하고자 하는 장치에 관한 것으로 특히 장치의 팁이 시료 표면을 감지한 후 이 점을 기준으로 일정한 높이로 상승시키고자 하는 장치에 관한 것이다.
패키징 공정은 1)반도체 칩(IC)을 기판(20)에 연결하기 위해 금을 재료로 칩의 전극부위에 연결하기 위한 작은 돌기를 기판(20)에 형성하는 골드범프 공정 2) 골드 범프 이후 웨이퍼 상태의 개별 반도체 칩 성능과 동작여부를 검사하는 웨이퍼 테스트 공정 3) 웨이퍼 테스트 후 기판에 개별 칩을 패키지하는 어셈블리 공정 및 최종 테스트로 구분된다
범핑이란 웨이퍼 상의 Al 혹은 Cu pad 상에 Au 또는 솔더 등의 금속 소재로 수십 ㎛ 크기의 외부 접속 단자를 형성하여 연결하는 공정으로, 반도체 패키징 중 가장 작은 형태로 구현이 가능한 기술이며 고성능이 요구되는 분야나 칩사이즈를 최소화하기 위하여 최소 배선폭이 요구되는 분야에서 주로 적용된다.
반도체 웨이퍼 범프용으로 사용되는 도금 공정으로는 Au 범프, Ni 범프, Cu 범프 및 Sn 혹은 Sn-Ag 솔더 범프 등이 있다.
이중 Au 범프는 LCD 구동칩, RF card 등에 사용되고 있으며, Memory나 LSI에는 솔더 범프가 현재 실용화 되고 있다. Cu 범프나 Ni 범프는 UMB(under bump metallurgy)로 사용되고 있다.
주변 단자형 반도체의 경우 와이어 본딩 방식에 비해 높은 interconnection 밀도의 실현이 가능하다. 이 방식에는 Au 범프가 사용된다.
이와 같이 웨이퍼 기판(20)에 반도체 칩을 연결하기 위하여 사용되는 범프(21)는 기판상에 정확한 위치와 적절한 강도 및 크기로 제작이 되어 있는지 검사하는 것이 필요하다.
공개 특허 제10-2019-0019017호 (2019.02.26)
본 발명에서는 팁(1)이 시료 표면에 접촉하는 경우 이를 감지하여 시료 표면으로부터 일정한 높이로 떠오른 후 범프(21)를 밀며 이때 발생하는 전단력을 측정하여 범프의 접착 강도를 측정하고자 한다.
또한, 팁(1)이 부착된 팁 모듈(12)과 쉬어툴 프레임(5)이 자기력에 의하여 탈부착하도록 하여 팁 모듈의 교체 편의성을 증가시키고자 한다.
또한, 본 발명에서는 팁(1)에 붙는 잔여물을 제거하기 위하여 피에조 일렉트릭 재질의 변형 센서를 팁 모듈(12)의 고유 진동수에 맞추어 진동시키도록 하고자 한다.
본 발명은 시료 표면과 접촉이 가능한 팁(1); 상기 팁(1)의 상부에 위치하는 제1 전극(3a); 상기 제1 전극(3a)의 상부에 위치하는 피에조 일렉트릭 물질인 변형 센서(4); 및 상기 변형 센서(4)의 상부에 위치하는 제2 전극(3b); 상기 제1 및 제2 전극(3a, 3b)에 연결된 제1 증폭기(8a);를 포함하고, 상기 팁(1)이 시료 표면에 접촉하는 경우, 상기 변형 센서(4)에 스트레스가 전달되고, 피에조 일렉트릭 효과에 의해 양쪽에 위치하는 상기 제1 및 제2 전극(3a, 3b)에 전하가 모이고 상기 모인 전하는 제1 증폭기(8a)에 의해 전기 신호로 공급되는 것을 특징으로 하는 시료 표면의 범프 결합 강도 측정 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 팁(1)과 상기 제1 전극(3a) 사이에 위치하는 제1 절연체(2a); 상기 제2 전극(3b) 상부에 위치하는 제2 절연체(2b); 및
상기 제1 증폭기(8a)의 전기적 신호를 분석하는 제어부(7a)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 표면의 범프 결합 강도 측정 장치.
또한, 본 발명에서 상기 제2 절연체(2b)의 상부에 위치하는 로드 셀(6); 및
상기 로드 셀(6) 상부에 연결되는 제2 증폭기(8b)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 팁(1)이 시료 표면에 위치하는 범프(21)를 미는 경우, 상기 로드 셀(6)은 범프(21)를 미는 전단력에 대응되는 전기적 신호를 제2 증폭기(8b)에 보내고, 상기 제어부(7a)는 상기 제2 증폭기(8b)의 전기적 신호를 분석할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 제어부(7a) 및 상기 제1 및 제2 증폭기(8a, 8b)가 설치되는 회로기판(7); 상기 회로 기판(7) 및 상기 로드 셀(6)이 설치되는 프레임(10); 및 상기 프레임(10)을 이동시키는 이동 모듈(9)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 내부에 제1 절연체(2a), 제 1전극(3a), 변형 센서(4), 제2 전극(3b) 및 제2 절연체(2b)가 삽입가능한 팁 모듈(12), 상기 팁 모듈(12)의 상부에 부착되는 자성체 레이어(13), 상기 자성체 레이어(13)의 상부이고 상기 로드셀(6)의 하부에 위치하는 쉬어 툴 프레임(5), 및 상기 쉬어 툴 프레임(5) 내부에 장착되는 자석(11)을 추가로 포함하고, 상기 팁(1)은 상기 팁 모듈(12) 하부에 부착될 수 있다.
또한, 상기 변형 센서(4)를 상기 팁 모듈(12)의 고유 진동수에 맞추어 동작 시킬수 있다.
본 발명에서는 팁(1)이 시료 표면에 접촉하는 경우 팁(1) 상부에 위치하는 피에조 일렉트릭 재질의 변형 센서(4)에 전하가 발생하게 하여 팁(1)이 시료 표면에 접촉하였다는 것을 감지한 후 상기 팁(1)을 상승시켜서 시료 표면으로 부터 본 발명 장치를 이격되도록 한 후 시료 표면의 범프의 전단력을 측정할 수 있게 하였다.
또한, 본 발명에서는 팁(1)이 부착된 팁 모듈(12)과 쉬어툴 프레임(5)이 자기력에 의하여 탈부착하도록 하여 팁 모듈의 교체 편의성을 증가시켰다.
또한, 본 발명에서는 피에조 일렉트릭 재질의 변형 센서(4)를 팁 모듈(12)의 고유 진동수에 맞추어 진동시키도록 하여 팁 모듈(12)의 진동을 유발하고 이로 인하여팁(1)에 붙는 잔여물을 제거하도록 하였다.
도 1은 본 발명이 적용되는 범프의 예시도이다.
도 2는 본 발명 측정 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명 측정 장치의 또 다른 실시예이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3 발명의 사시도이다.
도 3은 본 발명 측정 장치가 설치된 장비의 사시도이다.
본원에서 언급된 '실시예'는, 실시예에 기술된 특정된 특징, 구조 또는 특성을 결합하여 본 출원의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서 중의 각 위치에 나타난 실시예는 모두 같은 실시예가 아니며, 기타 실시예와 서로 배제하는 독립적인 또는 대안적인 실시예도 아니다. 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 본원에 기술된 실시예는 기타 실시예에 결합될 수 있음은 자명한 것이다.
본 발명의 측정 장치는 구동 모듈(9)에 의하여 상하 좌우로 이동이 가능한 프레임(10), 상기 프레임(10)에 설치되는 회로 기판(7) 및 상기 프레임(10)에 하부로 연장되도록 설치되는 로드 셀(6)을 포함한다.
상기 로드 셀(6)의 하부에는 제2 절연체(2b), 제 2전극(3b), 변형 센서(4, 피에조 일렉트릭 물질), 제1 전극(3a) 및 제1 절연체(2a)가 순차적으로 설치되어 있다.
제1 절연체(2a), 제 1전극(3a), 변형 센서(4, 피에조 일렉트릭 물질), 제2 전극(3b) 및 제2 절연체(2b)는 쉬어 툴 프레임(5)에 의하여 감싸져 있으며 상기 쉬어 툴 프레임(5)은 상기 로드 셀(6)에 연결되어 있다.
상기 쉬어 툴 프레임(5) 하부에는 팁(1)이 설치되어 있으며, 제1 및 제2 전극은 제1 증폭기(8a)에 연결되어 있다.
상기 팁(1)이 시료 표면에 접촉하는 경우, 피에조 일렉트릭 물질인 변형 센서(4)에 스트레스가 전달되고, 피에조 일렉트릭 효과에 의해 양쪽에 놓여지는 제1 및 제2 전극(3a, 3b)에 모인 표면 전하가 제1 증폭기(8a)에 전기 신호로 공급된다.
제1 증폭기(8a)에 공급된 전기적 신호를 감지하여 본 발명의 측정 장치는 팁(1)이 시료 표면에 접촉하였다는 것을 감지하고 이 점을 기준으로 팁(1)을 시료 표면으로부터 일정 높이 상승 시킨다.
또한, 상기 로드 셀(6)의 상부에 제2 증폭기(8b)가 연결되고, 상기 팁(1)이 시료 표면으로 부터 일정 높이 상승한 후 범프(21)를 밀게 되는 경우 로드 셀(6)에 전단력이 발생하고 이로 인하여 로드 셀(6) 상부에 연결된 제2 증폭기(8b)에 전기적 신호가 공급된다.
회로 기판(7)에는 상기 제1 증폭기(8a)와 제2 증폭기(8b)의 전기적 신호를 분석하는 제어부(7a)가 설치되어 있어서, 제1 증폭기(8a) 신호로 부터 팁(1)이 시료 표면에 접촉하였는지를 감지하고, 제2 증폭기(8b) 신호를 처리하여 범프의 전단 강도를 측정하게 된다.
상기 프레임(10)은 구동 모듈(9)에 연결되어 상하 좌우 이동이 가능하며 회로 기판(7)이 부착되는 기판 부착부(10a)를 포함한다.
도 3, 4a 및 4b는 본 발명의 또다른 변형예로서, 팁(1)이 부착된 팁 모듈(12), 상기 팁 모듈(12) 상부에 위치하는 자성체 레이어(13) 및 쉬어 툴 프레임(5)의 내부에 장착되는 자석(11)을 추가로 포함한다.
상기 팁 모듈(12)은 내부에 제1 절연체(2a), 제 1전극(3a), 변형 센서(4), 제2 전극(3b) 및 제2 절연체(2b)가 삽입가능한 구조이고 상부에는 자성체 레이어(13)가 부착된다.
또한, 쉬어 툴 프레임(5)에는 구형 또는 원통형 자석(11)이 삽입되어 있어서, 팁 모듈(12)과 자성체 레이어(13)의 조립체가 상기 쉬어 툴 프레임(5)이 자기력에 의한 탈 부착이 가능하다.
따라서, 사용자는 팁 모듈(12)을 상기 쉬어 툴 프레임(5)에 용이하게 탈부착을 할 수 있다.
또한, 범프에 전단력을 제공하는 과정에서 팁 모듈(12)과 로드 셀(6)간의 미세한 각도 변화가 생길 수 있는데, 상기 자기력에 의한 결합으로 접착 정도와 힘 전달 과정이 향상된다.
또한, 팁 모듈(12)의 고유 진동수에 맞추어 피에조 일렉트릭 변형 센서(4)를 진동시켜서 팁 모듈(12)의 진동을 유발시키고 이로 인하여 팁 모듈에 붙은 잔여물을 제거할 수 있게 하였다.
도 5은 본 발명 측정 장치가 적용되는 장비에 대한 사시도로서, 비젼 스테이션(250)에 검사 대상이 되는 기판(20)이 놓여지고 비젼 스테이션 X 축(230)과 비젼 스테이션 Y축(240)에 의하여 기판(20)은 X 축 및 Y축 이동이 가능하다.
또한, 비젼 스테이션 상부에 카메라(210)와 광학계(220)가 설치되어 있어서, 기판(20) 위의 범프(21)를 관찰할 수 있다.
상기 서술된 내용은 본 출원의 실시형태일 뿐, 이에 의해 본 출원의 특허범위가 한정되는 것은 아니며, 본 출원의 명세서 및 도면 내용을 이용하여 진행한 등가적 구조 또는 등가적 공정의 변환은, 직접적이거나 또는 간접적으로 기타 관련 기술분야에 응용되는 것으로서, 모두 같은 이유로 본 출원의 특허보호범위 내에 포함된다.

Claims (6)

  1. 시료 표면과 접촉이 가능한 팁(1);
    상기 팁(1)의 상부에 위치하는 제1 전극(3a);
    상기 제1 전극(3a)의 상부에 위치하는 피에조 일렉트릭 물질인 변형 센서(4);
    상기 변형 센서(4)의 상부에 위치하는 제2 전극(3b);
    상기 제1 및 제2 전극(3a, 3b)에 연결된 제1 증폭기(8a);
    상기 팁(1)과 상기 제1 전극(3a) 사이에 위치하는 제1 절연체(2a);
    상기 제2 전극(3b) 상부에 위치하는 제2 절연체(2b);
    상기 제1 증폭기(8a)의 전기적 신호를 분석하는 제어부(7a);
    상기 제2 절연체(2b)의 상부에 위치하는 로드 셀(6);
    상기 로드 셀(6) 상부에 연결되는 제2 증폭기(8b);
    내부에 상기 제1 절연체(2a), 상기 제 1전극(3a), 상기 변형 센서(4), 상기 제2 전극(3b) 및 상기 제2 절연체(2b)가 삽입가능한 팁 모듈(12);
    상기 팁 모듈(12)의 상부에 부착되는 자성체 레이어(13);
    상기 자성체 레이어(13)의 상부이고 상기 로드셀(6)의 하부에 위치하는 쉬어 툴 프레임(5); 및
    상기 쉬어 툴 프레임(5) 내부에 장착되는 자석(11)을 포함하고,
    상기 팁(1)은 상기 팁 모듈(12) 하부에 부착되고,
    상기 팁(1)이 시료 표면에 접촉하는 경우, 상기 변형 센서(4)에 스트레스가 전달되고, 피에조 일렉트릭 효과에 의해 양쪽에 위치하는 상기 제1 및 제2 전극(3a, 3b)에 전하가 모이고 상기 모인 전하는 제1 증폭기(8a)에 의해 전기 신호로 변환되어 상기 팁과 상기 시료 표면의 접촉을 감지하는 것을 특징으로 하는 시료 표면의 범프 결합 강도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팁(1)이 시료 표면에 위치하는 범프(21)를 미는 경우, 상기 로드 셀(6)은 범프(21)를 미는 전단력에 대응되는 전기적 신호를 상기 제2 증폭기(8b)에 보내고,
    상기 제어부(7a)는 상기 제2 증폭기(8b)의 전기적 신호를 분석하는 것을 특징으로 하는 시료 표면의 범프 결합 강도 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부(7a) 및 상기 제1 및 제2 증폭기(8a, 8b)가 설치되는 회로기판(7);
    상기 회로 기판(7) 및 상기 로드 셀(6)이 설치되는 프레임(10); 및
    상기 프레임(10)을 이동시키는 이동 모듈(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 표면의 범프 결합 강도 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서 있어서.
    상기 변형 센서(4)를 상기 팁 모듈(12)의 고유 진동수에 맞추어 진동시키는 것을 특징으로 하는 시료 표면의 범프 결합 강도 측정 장치.

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