KR20030076285A - 와이어 본더의 이미지 인식 시스템과 모세관 사이의 벡터거리를 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

와이어 본더의 이미지 인식 시스템과 모세관 사이의 벡터거리를 결정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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페터 헤스
마르쿠스 미힐러
니콜리노 온다
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에섹 트레이딩 에스에이
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Abstract

모세관(5)의 첨단과 와이어 본더의 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8) 사이의 벡터 거리 D 를 결정하기 위해, 빛이 공급되는 유리 섬유(10)가 기준점 및 센서로서 사용된다. 한편으로, 상기 유리 섬유(10)는 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8)의 위치가 결정될 수 있는 기준점으로서 제공된다. 다른 한편으로, 상기 유리 섬유는 상기 모세관(5)의 첨단에서 형성되는 와이어 볼(17)에 의해 반사되어 상기 유리 섬유(10)로 되돌아가는 빛의 세기가 최대가 되는 본드헤드(1)의 위치에서 결정되는 상기 모세관(5)의 첨단의 위치가 결정될 수 있는 센서로서 제공된다.

Description

와이어 본더의 이미지 인식 시스템과 모세관 사이의 벡터 거리를 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE VECTORIAL DISTANCE BETWEEN THE CAPILLARY AND THE IMAGE RECOGNITION SYSTEM OF A WIRE BONDER}
본 발명은 와이어 본더의 이미지 인식 시스템과 모세관 사이의 벡터적 거리를 결정하기 위한 방법, 그리고 상기 목적에 적합한 장치를 구비하는 와이어 본더에 관한 것이다.
와이어 본더는 반도체 칩을 장착 후 기판에 와이어 연결시키는 자동 장치이다. 상기 와이어 본더는 혼(horn)의 첨단에 클램핑되는 모세관을 갖는다. 상기 모세관은 상기 와이어를 상기 반도체 칩 상의 접속점 및 기판상의 접속점에 고정시키고, 뿐만 아니라 상기 와이어를 상기 2개의 접속점 사이로 안내하기 위해 제공된다. 상기 접속점의 위치는 상기 모세관이 상기 접속점 상의 올바른 위치에 닿도록 결합전에 이미지 인식 시스템에 의해 결정된다. 그러나, 작동간에, 상기 모세관과 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축 사이의 거리가 열적 효과 때문에 예측할 수 없게 변화될 수 있다는 문제점이 존재한다. 따라서 상기 거리는 연속적으로 교정되어야만 한다.
본 발명의 목적은 상기 모세관과 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축 사이의 거리가 간단하고 신뢰할 만한 방법으로 결정될 수 있는 측정 시스템을 안출해 내는데 있다.
도 1 은 모세관, 이미지 인식 시스템 및 상기 모세관과 이미지 인식 시스템의 광학적 축 사이의 벡터 거리를 결정하기 위한 장치를 갖는 와이어 본더의 본드헤드의 평면도, 그리고
도 2 는 상기 장치의 횡단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
1 : 본드헤드 2 : 로커
3 : 초음파 변환기 4 : 혼
5 : 모세관 7 : 카메라
8 : 광학적 축 9 : 글라이딩 플레이트
10 : 유리 섬유 11 : 광원
12 : 빔 스플리터 13 : 광수용체
14 : 렌즈 17 : 와이어 볼
상기 과제는 청구범위 제 1 항 및 제 3 항의 특징부에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 상기 모세관의 첨단과 와이어 본더의 이미지 인식 시스템의광학적 축 사이의 벡터 거리 D 의 결정을 위해, 빛이 공급되는 유리 섬유가 기준점 및 센서로서 사용된다. 한편으로, 상기 유리 섬유의 일단부는 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축의 위치가 결정될 수 있는 기준점으로서 제공된다. 다른 한편으로, 상기 유리 섬유의 단부는 상기 모세관의 첨단에서 형성된 와이어 볼로부터 상기 유리 섬유로 반사되어 돌아가는 빛의 세기가 최대가 되는 상기 본드헤드의 위치에서 확인되는 방법으로 상기 모세관의 위치가 결정될 수 있는 센서로서 제공된다. 상기 벡터적 거리 D 의 결정은 다음 공정 단계들을 포함한다:
- 상기 모세관의 첨단에 와이어 볼을 형성하는 단계;
- 상기 와이어 볼에 의해 상기 유리 섬유로 다시 반사되는 빛의 세기가 최대가 되도록 하기 위해 상기 본더헤드가 위치되어야 하는 위치에 제 1 좌표를 결정하기 위해서, 상기 모세관이 상기 유리 섬유의 일단부로 이동되도록 상기 본드헤드를 이동시키고, 유리 섬유의 타단부에는 광원으로부터 빛이 공급되는 단계;
- 상기 유리 섬유의 단부를 상기 이미지 인식 시스템의 시계(the field of vision)로 가져가도록 하기 위해 상기 본드헤드를 이동시키고, 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축이 상기 유리 섬유의 중심을 통과하여 지나도록 하기 위해 상기 본드헤드가 위치되어야 하는 위치에 제 2 좌표를 결정하는 단계; 그리고
- 상기 제 1 및 제 2 좌표로부터 벡터적 거리 D 를 결정하는 단계.
이하, 본 발명의 실시예는 도면을 기초로 더욱 상세히 설명된다.
도 1 은 와이어 본더의 본드헤드(1)의 개략적인 평면도를 도시한다. 상기 본드헤드(1)는 수평축 상에서 회전될 수 있는 로커(rocker;2)를 포함한다. 초음파 변환기(3)으로부터 초음파가 인가될 수 있는 혼(4)이 상기 로커(2)에 부착된다. 모세관(5)은 상기 혼(4)의 첨단에 클램핑된다. 상기 모세관(5)은 와이어를 반도체 칩 상의 접속점 및 기판상의 정해진 접속점에 고정시키기 위해서 뿐만 아니라, 상기 와이어를 상기 2개의 접속점 사이에 안내하기 위해 제공된다. 상기 본드헤드(1)는 2개의 좌표축 x 및 y 에 의해 결정된 평면(6) 내에서 상기 모세관(5)의 이동을 가능하게 하는 반면, 상기 로커(2)는 상기 평면(6)에 수직하게 이동하는 것을 가능케 한다. 또한, 상기 와이어 본더는 이미지 인식 시스템을 구비하는데, 이것의 시계는상기 평면(6)을 향해 있으며, 상기 이미지 인식 시스템은 상기 반도체 칩 및 기판 상의 접속점의 위치를 측정하기 위해 제공된다. 상기 이미지 인식 시스템은 카메라(7) 및 이미지 분석 시스템을 포함한다. 상기 이미지 인식 시스템은 상기 평면(6)에 수직하게 뻗어있는 광학적 축(8)을 갖는다. 제공된 실시예에서, 상기 카메라(7)는 상기 본드헤드(1)에 고정되어 있고, 그 시계는 직접적으로 상기 평면(6)을 향한다. 상기 실시예에서, 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8)은 상기 카메라(7)의 광학적 축과 일치한다. 그러나, 상기 빔 경로의 안내 및/또는 상기 이미지 인식 시스템의 시계의 크기를 변화시킬 수 있도록 하기 위해, 렌즈, 거울, 프리즘 등과 같은 추가적인 광학적 요소의 이용이 필요하거나 또는 요구될 수 있다.
상기 본드헤드(1)는 예를 들면, 글라이딩 플레이트(9) 상에 진공으로 프리로딩된(preloaded) 에어 베어링 상에 슬라이드된다. 2개의 전자기적 구동장치에 의해 x 또는 y 방향으로 이동가능한 이러한 유형의 본드헤드(1)는 유럽 특허 제 317 787 호에 공지되어 있다. 상기 모세관(5)을 상기 평면(6) 내에서 이동시키기 위한 선형및 회전형 구동장치를 갖는 이러한 유형의 또다른 본드헤드(1)는 유럽 특허 1 098 356 호에 공지되어 있다. 그러나, x-y 평면에 의해 상기 본드헤드(1)를 이동시키는 것 또한 공지되어 있다. 상기 평면(6)내 상기 본드헤드(1)의 위치는, 예를 들면, 광학 측정 시스템과 같은 측정 시스템에 의해 잘 알려진 방법으로 얻어진다.
본 발명은 데카르트식 xy 좌표의 예를 기초로 설명된다. 상기 모세관(5)이 각각의 접속점 상의 올바른 위치에 항상 위치되도록 하기 위해서, 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8)이 상기 접속점 상의 상기 모세관(5)의 요구되는 충돌점을 관통하도록 하기 위해 상기 본드헤드(1)가 위치되어야 하는 그러한 좌표 (x1,y1)가 상기 이미지 인식 시스템에 의해 먼저 결정된다. 요구되는 충돌점에서 상기 모세관(5)의 첨단이 충돌하도록 하기 위해 상기 본더헤드(1)가 위치되어야 하는 좌표 (x2,y2) 는 이러한 좌표 (x1,y1) 와 벡터 D = (dx,dY) 의 합에 의해 얻어지고, 여기서 상기 벡터 D 는 상기 모세관(5)의 첨단과 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8) 사이의 벡터적 거리를 의미한다:
(x2,y2) = (x1,y1) + (dx,dY).
제조 동안에, 벡터적 거리 D 는 예측할 수 없는 방법으로 변화된다. 따라서, 상기 벡터적 거리 D 를 반복적으로 보정하는 것이 필수적이다. 상기 모세관(5)은 상기 이미지 인식 시스템의 시계 외부에 위치하기 때문에, 상기 모세관(5)의 첨단의 위치는 상기 이미지 인식 시스템을 가지고 직접적으로 결정될 수 없다. 따라서, 본 발명에 따르면, 그것에 의해 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8)의 좌표(xA,yA) 뿐만 아니라 상기 모세관(5)의 첨단의 좌표 (xC,yC) 가 결정될 수 있는 광-안내 유리 섬유(10)를 포함하는 벡터 D = (dx,dY) 를 결정하기 위한 장치가 제공된다.
도 2 는 상기 장치의 횡단면을 도시한다. 상기 장치는 기본적으로 유리 섬유(10), 광원(11), 빔 스플리터(beam splitter;12) 및 광수용체(13)로 구성된다. 상기 유리 섬유(10)는 상기 빛을 양 방향으로 안내한다. 상기 광원(11)에 의해 방출된 빛은 적어도 1개의 렌즈(14)를 포함하는 광학 시스템에 의해 상기 유리 섬유(10)의 일단부(15) 내로 공급된다. 상기 유리 섬유(10)는 상기 유리 섬유(10)의 타단부(16)로부터 나오는 광 빔이 상기 평면(6)에 수직하게 뻗어가도록 배치된다. 상기 와이어가 볼(17), 소위 자유 에어 볼로 형성되는 모세관의 첨단에서 상기 모세관(5)이 상기 유리 섬유(10) 상부에 위치될 때, 그다음 상기 와이어 볼(17)은 상기 유리 섬유(10)으로 부터 나오는 빛의 일부를 상기 유리 섬유(10)로 되돌아 가도록 반사한다. 상기 광원(11)과 상기 유리 섬유(10)의 단부(15) 사이에 위치된 상기 빔 스플리터(12)는 상기 광원(11)로부터 공급되는 빛으로부터 반사되어 돌아온 빛을 공간적으로 분리하는데 제공되고, 따라서 상기 와이어 볼(17)에 의해 상기 유리 섬유(10)로 반사되어 돌아온 빛의 세기는 상기 광수용체(13)에 의해 측정될 수 있다. 상기 빛의 방향은 화살표로 표시된다. 상기 장치의 광학적 효율은 상기 빔 스플리터(12)가 도달하는 빛의 50% 를 통과시키고 도달하는 빛의 50% 를 반사할 때 그 최대에 도달하게된다. 상기 광원(11)으로부터의 빛과 상기 광수용체(13)의 감도가 충분히 클때, 통상의 유리판이 45°의 각도로 배열되는 상기 빔 스플리터(12)로서 제공될 수 있다. 일반적으로 알려진 바와 같이, 유리판의 경우, 통과되는 빛 대 반사되는 빛의 비는 약 4% 에 놓인다. 따라서, 통상의 유리판을 사용할때, 상기 광 효율은 50:50 빔 스플리터와 비교해서 대략 6.5 인자 만큼 단지 감소된다. 상기 측정 시스템의 효율을 증가시키기 위해, 상기 광원(11)은 바람직하게는 모듈화되거나 또는 임펄스와 함께 간헐적으로 (intermittently) 작동하고 상기 광수용체(13)는 이에 따라 동조된다(synchronised).
단일 모드 섬유가 예를 들면 상기 유리 섬유(10)로서 사용되고, 그것의 코아 직경은 단지 약 4.5㎛ 에 이른다. 상기 와이어 볼(17)의 표면이 둥글기 때문에, 상기 와이어 볼(17)의 중심이 정확하게 상기 유리 섬유(10) 상부에 위치될때 대부분의 빛은 상기 유리 섬유(10)로 반사되어 돌아간다. 이러한 이유로, 측정되는 동안, 상기 와이어 볼(17)은 상기 유리 섬유(10)에 가능한한 가깝게 이끌려 지나간다. 상기 유리 섬유(10)의 단부(16)는 상기 글라이딩 플레이트(9)의 표면과 접하는 것이 바람직하다.
벡터 D = (dx,dY) 의 결정은 다음 단계에 따라 수행된다:
1. 와이어 볼(17)은 상기 모세관(5)의 첨단에 형성된다.
2. 상기 본드헤드(1)은 상기 모세관(5)을 상기 유리 섬유(10)의 단부로 이동시킨다. 이렇게 함으로써, 상기 본드헤드(1)의 좌표 (x,y) 및 반사되어 돌아온 빛의 세기 I(x,y)는 연속적으로 측정되고 저장된다. 그다음, 상기 반사되어 돌아온빛의 세기 I 가 최대가 되도록 하기 위해 상기 본드헤드(1)가 위치되어야 하는 그러한 좌표 (xC,yC) 가 상기 세기 분포 I(x,y)로부터 결정된다.
3. 상기 본드헤드(1)는 상기 유리 섬유(10)가 상기 이미지 인식 시스템의 시계에 위치될 때 까지 이동된다. 이제 상기 유리 섬유(10)의 코아는 그것을 둘러싸는 상기 유리 섬유의 나머지 부분으로부터 그 자체를 확연하게 구별하는 원형부로서 상기 카메라(7)에 의해 제공되는 이미지로 나타난다. 상기 카메라(7)에 의해 제공되는 이미지로부터, 이제 상기 본드헤드(1)의 그러한 좌표 (xA,yA)는 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8)이 상기 유리 섬유(10)의 코아의 중심을 지나 통과하도록하기 위해 상기 본드헤드(1)가 위치되어야 하는 곳에서 결정된다.
4. 이제 상기 벡터 D 는 다음과 같이 계산될 수 있다:
D = (dX,dY) = (xC,yC)-(xA,yA), 즉, dX= xC-xA그리고 dY= yC-yA.
단계 2 에서 상기 좌표 (xC,yC)의 결정은, 예를 들면, 미리 정해진 단계 Δx 및 Δy 에서 상기 본드헤드(1)는 상기 유리 섬유(10)를 스캔하고, 이에 의해 각 단계에서, 상기 본드 헤드(1)의 좌표 및 상기 광수용체(13)의 출력 신호 I 가 얻어지고, 이에 의해 상기 좌표 (xC,yC)가 상기 최대값의 위치를 결정함에 의해 측정된 값으로부터 대체로 결정되는 방법으로 수행될 수 있다.
단계 3 에서 상기 좌표 (xA,yA)의 결정은 상기 유리 섬유(10)에 상기 광원(11)으로 부터 빛이 공급되지 않고, 즉, 상기 광원(11)이 꺼진 상태로 수행되는 것이 바람직하다.
이것은 상기 거리 D 의 보정을 규칙적인 간격으로 수행함이 권장할 만하므로, 상기 측정 시스템은 상기 와이어 본더상에 영구적으로 설치되는 것이 바람직하다.
상기 새로운 보정 방법은 x 및 y 방향에 배열된 2개의 구동수단에 의해 xy 평면내에서 이동되는 본드헤드를 위해 기술되었다. 상기 보정 방법은 회전 본드헤드에 대해서도 유사한 방법으로 사용될 수 있다. 회전 본드헤드에 있어서, 데카르트식 좌표 x 및 y 대신에 다른 좌표가 사용되고, 이에 의해, 상기 벡터 거리 D 의 계산이 다르게된다.
상기 실시예에 기술된 장치는 유리 섬유(10), 빔 스플리터(12), 렌즈(14)와 같은 통상의 광학 요소로부터 형성된다. 완전한 섬유 광학 해법은 상기 유리 섬유 및 빔 스플리터가 1개의 단일 광학 요소인 것으로 또한 가능하다. 상기 광원(11)에 대해서는, 예를 들면, 소위 피그테일 다이오드(pigtail diode)가 상기 섬유 광학 요소에 연결될 수 있고, 이에 의해 상기 렌즈(14)는 생략된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 상기 모세관과 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축 사이의 거리가 간단하고 신뢰할 만한 방법으로 결정될 수 있다.

Claims (4)

  1. 유리 섬유(10)와, 빛을 상기 유리 섬유(10)에 공급하기 위한 광원(11)과, 빔 스플리터(12) 및 광수용체(13)를 포함하고, 상기 빔 스플리터(12)는 상기 유리 섬유(10)로 공급되는 빛을 상기 유리 섬유(10)로부터 나오는 빛으로부터 공간적으로 분리하기 위해 상기 광원(11)과 상기 유리 섬유(10)의 제 1 단부(15) 사이에 위치되고, 여기서 상기 유리 섬유(10)의 제 2 단부(16)는 한편으로 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8)의 위치를 결정하기 위한 기준점으로서 제공되고, 여기서 다른 한편으로 상기 유리 섬유(10)의 제 2 단부(16)가 상기 모세관(5)의 첨단의 위치를 결정하기 위해 제공되는, 모세관(5)의 첨단과 와이어 본더의 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8) 사이의 벡터 거리를 결정하기 위한 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리 섬유(10) 및 상기 빔 스플리터(12)는 1개의 단일 섬유 광학 요소인 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
  3. 모세관(5) 및 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8)이 본드헤드(1)에 의해 평면에서 함께 이동될 수 있고, 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모세관(5)의 첨단과 와이어 본더의 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8) 사이의 벡터 거리 D를 결정하는 방법:
    - 상기 모세관(5)의 첨단에 와이어 볼(17)을 형성하는 단계;
    - 상기 와이어 볼(17)에 의해 상기 유리 섬유(10)로 다시 반사되는 빛의 세기가 최대가 되도록 하기 위해 상기 본드헤드(1)가 위치되어야 하는 위치에 제 1 좌표를 결정하기 위해서, 상기 모세관(5)이 유리 섬유(10)의 제 1 단부(16)로 이동되도록 상기 본드헤드(1)를 이동시키고, 유리 섬유의 제 2 단부(15)에는 광원(11)으로부터 빛이 공급되는 단계;
    - 상기 유리 섬유(10)의 제 1 단부(16)를 상기 이미지 인식 시스템의 시계로가져가도록 하기 위해 상기 본드헤드(1)를 이동시키고, 상기 이미지 인식 시스템의 광학적 축(8)이 상기 유리 섬유(10)의 중심을 통과하여 지나도록 하기 위해 상기 본드헤드(1)가 위치되어야 하는 위치에 제 2 좌표를 결정하는 단계; 그리고
    - 상기 제 1 및 제 2 좌표로부터 벡터 거리 D 를 결정하는 단계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원은 제 2 좌표를 결정하는 동안 차단되는 것을 특징으로 하는 모세관의 첨단과 와이어 본더의 이미지 인식 시스템의 광학적 축 사이의 벡터 거리 D 를 결정하는 방법.
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