KR20040025608A - 다이 본더 - Google Patents

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KR20040025608A
KR20040025608A KR1020030064402A KR20030064402A KR20040025608A KR 20040025608 A KR20040025608 A KR 20040025608A KR 1020030064402 A KR1020030064402 A KR 1020030064402A KR 20030064402 A KR20030064402 A KR 20030064402A KR 20040025608 A KR20040025608 A KR 20040025608A
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구보유이치
오사다마사테루
아즈마마사유키
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가부시키가이샤 도교 세이미쓰
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Abstract

다이를 1개씩 베이스(Q)에 장착하는 다이 본더(10)에, 웨이퍼(W)의 표면에서 레이저광(L)을 입사시키고, 웨이퍼(W)내부에 수정 영역(P)을 형성하는 레이저 가공부(100)를 설치했다. 이와 같이 하여 다이 본더(10) 자신에 웨이퍼(W)를 개개의 다이로 분할하는 기능을 가진다. 따라서, 다이 본딩 공정 전의 다이싱 공정을 생략할 수 있다.

Description

다이 본더{DIE BONDER}
본 발명은 반도체 장치나 전자 부품 등의 다이를 1개씩 베이스에 장착하는 다이 본더에 관한 것이다.
종래, 반도체 장치나 전자 부품 등의 조립 공정에서는, 반도체 장치나 전자 부품 등의 다이(칩이라고도 함)를 1개씩 베이스에 본딩하는 다이 본더가 사용되고 있다. 이 다이 본더는 표면에 다수의 반도체 장치나 전자 부품 등이 형성된 웨이퍼를 개개의 다이로 분할하는 기능을 갖고 있지 않기 때문에, 다이 본딩 공정의 앞에 웨이퍼를 개개의 다이로 분할하는 다이싱 공정이 필요했다.
웨이퍼를 개개의 다이로 분할하는 다이싱 공정에는 다이싱 블레이드로 불리는 박형 그라인딩 휠로 웨이퍼에 연삭홈을 넣어 웨이퍼를 컷하는 다이싱 장치가 사용되고 있었다. 다이싱 블레이드는 미세한 다이아몬드 연마용 입자를 니켈로 전기 증착한 것으로서, 두께30㎛정도의 매우 얇은 것이 사용된다.
이 다이싱 블레이드를 30,000∼60,000rpm으로 고속 회전시켜 웨이퍼에 칼집을 내고, 웨이퍼를 완전 절단(풀컷) 또는 불완전 절단(하프컷 혹은 세미풀컷)하고 있었다. 하프컷은 웨이퍼에 두께의 반쯤 자르기 방법이고, 세미풀컷은 1O㎛정도의 두께를 남겨 연삭홈을 형성하는 경우의 것이다.
그러나, 이 다이싱 블레이드에 의한 연삭 가공의 경우, 웨이퍼가 고취약성재료(highly brittle material)이므로 취약성 모드(brittle mode) 가공으로 되어, 웨이퍼의 표면 및/또는 이면에 치핑(chipping)이 발생한다. 이 치핑이 분할된 다이의 성능을 저하시키는 요인이 되고 있었다. 또, 다이싱 장치에서는 연삭수나 세정수 등 대량의 물을 사용하기 때문에, 폐수 정화 비용도 포함하여 런닝 코스트가 증대되는 요인이 되고 있었다.
다이싱 공정에서의 이 치핑의 문제를 해결하는 수단으로서, 종래의 다이싱 블레이드에 의한 절단 대신에, 레이저 다이싱 장치가 제안되고 있다. 레이저 다이싱 장치는 웨이퍼의 내부에 집광점을 맞춘 레이저광을 입사하고, 웨이퍼 내부에 다광자 흡수에 의한 수정 영역을 형성해 개개의 칩으로 분할한다(예를 들면, 일본 특개2002-192367호 공보, 특개2002-192368호 공보, 특개2002-192369호 공보, 특개2002-192370호 공보, 특개2002-192371호 공보, 특개2002-205180호 공보 참조).
제안된 레이저 다이싱 장치는 레이저광을 사용한 절단 기술에 의한 것이다. 이 레이저 다이싱 장치에서는 웨이퍼의 표면에서 레이저광을 입사시키고, 웨이퍼 내부에 수정 영역을 형성함으로써 이 수정 영역을 기점으로 상기 웨이퍼가 절단되는 것이다.
그러나, 상기의 특허 문헌으로 제안되고 있는 레이저 다이싱 장치는 다이싱 블레이드를 사용한 다이싱 장치와는 다이싱 메커니즘이 다를 뿐이고, 여전히 다이싱 장치이므로, 다이 본딩 공정 앞에는 여전히 다이싱 공정이 필요했다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안해 된 것으로서, 다이 본딩 공정 전의 다이싱 공정을 생략할 수 있는 다이 본더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도1은 본 발명의 실시예에 관한 다이 본더의 개략 구성을 나타내는 블록도.
도2는 본 발명의 실시예에 관한 다이 본더의 각 부의 배치를 나타내는 개념도.
도3은 레이저 가공부의 구성을 나타내는 개념도.
도4는 프레임에 장착된 웨이퍼를 나타내는 사시도
도5(a) 및 도5(b)는 웨이퍼 내부에 형성된 수정 영역을 설명하는 개념도
도6은 익스팬딩부와 픽업부의 동작을 설명하는 개념도
*도의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10···다이 본더
11··· 웨이퍼 이동부
12···XYZθ테이블
13···흡착 스테이지
20··· 레이저 광학부
21··· 레이저 헤드
22, 32···콜리메이트 렌즈
23, 33···하프(반투명) 미러
24, 34···콘덴서 렌즈
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 표면에 반도체 장치 등이 형성된 다이를 1개씩 베이스에 장착하는 다이 본더에 있어서, 상기 다이 본더에는 개개의 다이로 분할되기 전의 웨이퍼의 표면에서 레이저광을 입사시키고, 상기 웨이퍼의 내부에 수정 영역을 형성하는 레이저 가공부가 설치되고, 상기 레이저 가공부에서 상기 웨이퍼를 개개의 다이로 분할하는 다이 본더인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 다이를 1개씩 베이스에 장착하는 다이 본더에 레이저 가공부가 설치되어 있으므로, 다이 본더 자신에 웨이퍼를 개개의 다이로 분할하는 기능이 갖춰져, 다이 본딩 공정 전의 다이싱 공정을 생략할 수 있다. 이 때문에, 조립 공정 전체가 단순화되고, 바닥 면적(floor space)과, 전력 소모를 줄일 수 있다.
상기 레이저 가공부에 의해서, 상기 웨이퍼상의 전체 다이를 개개의 다이로 분할하여도 좋다. 본 발명에 의하면, 웨이퍼상의 전체 다이에 대해 레이저광을 입사시키므로 웨이퍼의 레이저광에 대한 상대적 이동 제어가 단순해진다.
상기 레이저 가공부에 의해서, 상기 웨이퍼상의 우량품 다이(conforming die)만을 개개의 다이로 분할할 수 있다. 본 발명에 의하면, 우량품 다이에만 레이저광을 입사시키므로 효율적이다. 웨이퍼상의 우량품 다이가 적을 때에는 쓸데없는 레이저광 조사를 하지 않기 때문에 특히 효율이 상승된다.
상기 레이저 가공부에 의해서, 상기 다이의 표면에 품종(product type) 마킹을 실시할 수 있다. 본 발명에 의하면, 다이 분할용의 레이저 가공부를 사용해 다이의 표면에 품종 마킹을 실시하므로, 마킹 전용의 장치를 사용한 품종 마킹 공정을 생략할 수 있다. 또 우량품 다이에만 마킹을 실시하면 보다 효율적으로 품종 마킹을 할 수 있다.
첨부 도면에 따라서 본 발명의 특징 및 다른 목적과 이점을 이하에 설명하며, 각 도면에서 동일 부재에는 동일한 번호 또는 기호를 붙인다.
본 발명에 의한 다이 본더의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 기초로 이하에 설명한다.
도1은 본 발명에 관한 다이 본더의 개략 구성도이다. 다이 본더(10)는 도1에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 이동부(11), 레이저 가공부(100), 익스팬딩부(40), 푸시업(pushup) 장치(45), 본딩부(60), 웨이퍼 반송부(70), 베이스 반송부(80), 전체 제어부(90) 등으로 구성되어 있다.
웨이퍼 이동부(11)는 웨이퍼의 레이저 가공시 및 다이의 푸시업과 픽업시에 웨이퍼를 이동시킨다. 레이저 가공부(100)는 웨이퍼를 개개의 다이로 분할하기 위한 가공을 수행한다. 익스팬딩부(40)는 웨이퍼가 접착된 웨이퍼 테이프를 잡아늘이고, 개개의 다이 간의 간격을 넓힌다. 푸시업 장치(45)는 신장된 웨이퍼 테이프측으로부터 다이를 밀어올려 픽업하기 쉽게 한다.
본딩부(60)는 픽업된 다이를 베이스에 장착한다. 웨이퍼 반송부(70)는 웨이퍼를 각 부에 반송하고, 베이스 반송부(80)는 본딩 전과 본딩 후의 베이스를 반송한다. 전체 제어부(90)는 입출력 회로부, 연산 처리부(CPU), 기억부 등을 갖고, 다이 본더(10)의 각 부를 제어한다.
도2는 다이 본더(10)의 각 부의 배치를 나타내는 개념도이다. 도2에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 이동부(11)는 다이 본더(10)의 본체 베이스(16)에 설치된 XYZθ테이블(12), XYZθ테이블(12) 위에 놓여져 다이싱 테이프(T)를 통하여 웨이퍼(W)를 흡착 유지하는 흡착 스테이지(13) 등으로 이루어지고 있다. 이 웨이퍼 이동부(11)에 의해서, 웨이퍼(W)가 도면의 XYZθ 방향으로 정밀하게 이동된다.
흡착 스테이지(13)는 레이저 가공시에 웨이퍼(W)를 유지하는 것으로, 그 흡착면에는 다공질 부재(13A)가 합체되어, 진공력(vacuum force)으로 웨이퍼(W)를 균일하게 흡착 유지한다. 또, 레이저 가공시 이외에는 구동 수단(도시 생략)에 의해 퇴피 위치로 이동하도록 되어 있다.
익스팬딩부(40)는 XYZθ테이블(12) 위에 놓여진 익스팬딩 스테이지(41), 프레임 푸셔(pusher)(42)로 이루어지고, 프레임 푸셔(42)는 도시하지 않은 구동 수단에 의해 Z방향으로 이동되고, 웨이퍼 테이프(T)를 통하여 웨이퍼(W)가 장착된 프레임(F)을 하방으로 내리 누른다. 이에 의해 웨이퍼 테이프(T)는 방사상으로 익스팬딩되고, 다이와 다이의 간격이 넓혀진다.
푸시업 장치(45)는 선단에 설치된 1개 또는 복수의 니들(45A)로 익스팬딩된 웨이퍼 테이프(T)측으로부터 다이를 들어올린다.
본딩부(60)는 밀어올려진 다이를 흡착하는 콜렛(62), 선단에 콜렛(62)을 갖는 콜렛 홀더(61), 베이스(Q)를 재치하는 베이스 스테이지(63), 베이스 스테이지(63)를 재치해 베이스(Q)를 XY방향으로 이동시키는 베이스 이동테이블(64), 콜렛(62)으로 픽업하는 다이를 인식하는 다이 인식 카메라(65) 등으로 이루어지고 있다.
도3은 레이저 가공부(100)의 구성을 나타내는 개략 구성도이다. 레이저 가공부(100)는 도3에 나타내는 바와 같이, 레이저 광학부(optical part)(20), 관찰 광학부(30), 제어부(50) 등으로 구성되어 있다.
레이저 광학부(20)는 레이저 헤드(21), 콜리메이트 렌즈(collimating lens)(22), 하프 미러(semitransparent mirror)(23), 콘덴서 렌즈(24) 등으로 구성되어 있다. 또, 관찰 광학부(30)는 관찰용 광원(31), 콜리메이트 렌즈(32), 하프 미러(33), 콘덴서 렌즈(34), 관찰 수단으로서의 CCD카메라(35), 텔레비전 모니터(36) 등으로 구성되어 있다.
레이저 광학부(20)에서는, 레이저 헤드(21)로부터 발진된 레이저광은 콜리메이트 렌즈(22), 하프 미러(23), 콘덴서 렌즈(24) 등의 광학계를 거쳐 웨이퍼(W)의 내부에 집광된다. 여기서는, 집광점에서의 피크 파워 밀도가 1×1O8(W/cm2)이상이고 또한 펄스폭이 1 μs이하의 조건으로서, 다이싱 테이프에 대해 투과성을 갖는 레이저광이 사용된다. 집광점의 Z방향 위치는 XYZθ테이블(12)의 Z방향 미동에 의해 조정된다.
관찰 광학부(30)에서는, 관찰용 광원(31)으로부터 출사된 조명광이 콜리메이트 렌즈(32), 하프 미러(33), 콘덴서 렌즈(24) 등의 광학계를 거쳐 웨이퍼(W)의 표면을 조사한다. 웨이퍼(W)의 표면에서의 반사광은 콘덴서 렌즈(24), 하프 미러(23및 33), 콘덴서 렌즈(34)를 경유해 관찰 수단으로서의 CCD카메라(35)에 입사하고, 웨이퍼(W)의 표면 화상이 촬상된다. 이 촬상 데이터는 제어부(50)를 거쳐 텔레비전 모니터(36)에 디스플레이된다.
제어부(50)는 CPU, 메모리, 입출력 회로부 등으로 이루어지고, 레이저 가공부(machining part)(100)의 각 부의 동작을 제어한다.
다음에, 본 발명의 다이 본더(10)의 작용에 대해서 설명한다. 최초로 다이 본딩 공정 전의 공정에서 프로빙(probing) 장치에 의해 전기적 시험이 행하여진 웨이퍼(W)는 도4에 나타내는 바와 같이, 다른 한쪽의 면에 접착제를 갖는 웨이퍼 테이프(T)를 통하여 링 형상의 프레임(F)에 장착되고, 다이 본더(10)에 반송되어 온다.
웨이퍼(W)는 이 상태로 흡착 스테이지(holding stage)(13)에 흡착 유지되어 있다. 웨이퍼(W)는 최초에 CCD카메라(35)로 표면에 형성된 회로 패턴이 촬상되고, 화상 처리 장치(도시 생략)와 얼라인먼트 수단에 의해 θ방향의 얼라인먼트와 XYZ방향의 위치 결정이 된다.
얼라인먼트가 종료하면, XYZθ테이블(12)가 XY 방향으로 이동해 웨이퍼(W)의 다이싱 스트리트(street)를 따라 레이저광(L)이 입사된다. 이 때, 프로빙 장치로 작성된 우량품 다이맵에 기초하여, 우량품 다이만의 다이싱 스트리트에 레이저광(L)을 입사시켜도 좋고 혹은 전체수의 다이에 대해 입사시켜도 좋다.
웨이퍼(W)의 표면에서 입사한 레이저광의 집광점이 웨이퍼(W)의 두께 방향의 내부에 설정되어 있으므로, 웨이퍼의 표면을 투과한 레이저광(L)은 웨이퍼 내부의집광점에서 에너지가 집중되고, 웨이퍼(W)의 내부의 집광점 근방에 다광자 흡수(multiphoton absorption)에 의한 크랙 영역, 용융 영역, 굴절율 변화 영역 등의 수정 영역이 형성된다. 이에 의해 웨이퍼는 분자간의 힘의 밸런스가 무너지고, 수정 영역을 기점으로 자연스럽게 절단되거나 혹은 미약한 외력을 가함으로써 절단되게 된다.
도5(a) 및 도5(b)는 웨이퍼 내부의 집광점(light focusing point) 근방에 형성되는 수정 영역을 설명하는 개념도이다. 도5(a)는 웨이퍼(W)의 내부에 입사된 레이저광(L)이 집광점에 수정 영역(P)을 형성한 상태를 나타낸다. 도5(b)는 단속적인 펄스상의 레이저광(L) 하에서 웨이퍼(W)가 수평 방향으로 이동되고, 불연속인 수정 영역(P, P··)이 나란히 형성된 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서 웨이퍼(W)는 수정 영역(P)을 기점으로 자연스럽게 절단되거나, 혹은 미약한 외력을 가함으로써 절단된다. 이 경우, 웨이퍼(W)는 표면이나 이면에는 치핑(chipping)이 발생하지 않고 용이하게 칩으로 분할된다.
두께가 두꺼운 웨이퍼(W)의 경우에는 수정 영역(P)의 층이 1층이라면 절단하기 어렵다. 따라서 웨이퍼(W)의 두께 방향으로 레이저광(L)의 집광점을 이동시켜, 수정 영역(P)을 다층으로 형성하여 절단한다.
또한, 도5(b)에서는 단속적인 펄스상의 레이저광(L)으로 불연속인 수정 영역(P, P‥·)을 형성한 상태를 나타냈지만, 레이저광(L)의 연속파 하에서 연속적인 수정 영역(P)을 형성해도 좋다.
또, 상술한 실시예에서는 레이저 가공을 웨이퍼(W)의 표면측으로부터 행하고있지만, 이에 한정하지 않고, 웨이퍼(W)의 이면측으로부터 레이저광(L)을 입사시켜도 좋다. 이 경우 레이저광(L)은 웨이퍼 테이프(T)를 투과해 웨이퍼(W)에 입사하거나, 혹은 웨이퍼(W)가 표면측을 하향으로 하여 웨이퍼 테이프(T)에 접착된다. 또, 이면측으로부터 적외광(赤外光) 등의 웨이퍼(W)를 투과하는 광을 사용하여, 웨이퍼 표면의 회로 패턴을 관찰해 얼라인먼트할 필요가 있다.
또, 필요에 따라서, 레이저광(L)의 집광점을 우량품 다이의 상면에 맞추어, 다이의 상면에 품종 마크를 프린트시킨다.
웨이퍼(W)의 레이저 가공이 종료하면, 흡착 스테이지(13)는 하강함과 동시에 X방향으로 퇴피하고, 다음에 웨이퍼 테이프(T)의 익스팬딩이 행하여진다. 도6은 이 상태를 나타내고 있다. 도6에 나타내는 바와 같이, 흡착 스테이지(13)가 퇴피하면 프레임 푸셔(42)가 하강해 프레임(F)을 내리 누른다.
이 때 웨이퍼 테이프(T)가 접촉되고 있는 익스팬딩 스테이지(41)의 상부 가장자리는 원호상으로 모따기(chamfer)되고 있으므로, 웨이퍼 테이프(T)는 용이하게 방사상으로 익스팬딩되고, 레이저 가공으로 절단된 개개의 다이간의 간격이 넓혀진다. 또, 레이저 가공으로 완전하게 절단되지 않았던 경우에서도, 이 익스팬딩 공정에 의해 개개의 다이로 완전하게 절단된다.
또한, 얇은 웨이퍼(W)에 다이의 푸시업시나 픽업시에 인접하는 다이와 접촉할 우려가 없고, 개개의 다이간의 간격을 넓힐 필요가 없는 경우에는 이 익스팬딩 공정을 생략할 수 있다.
다음에 푸시업 장치(45)가 X방향과 Z방향으로 이동되고, 도6에 나타내는 바와 같이 익스팬딩 스테이지(41)의 내부에 위치가 잡혀진다. 여기서 우량품 다이가 위치 결정되고, 다이 인식 카메라(65)로 화상을 확인하면서 푸시업 장치(45)의 니들(45A)로 목적의 다이를 밀어 올리고, 위쪽에서 콜렛(62)으로 픽업한다.
또한, 이 다이의 푸시업도, 얇은 웨이퍼(W)로 픽업시에 인접하는 다이와 접촉할 우려가 없고, 또 용이하게 픽업할 수 있는 경우에는 익스팬딩 공정과 동일하게 생략할 수 있다.
픽업된 다이는 베이스 이동 테이블에 의해 위치 결정된 베이스의 본딩 위치에 다이 본딩된다. 베이스로서는 리드 프레임이 많이 사용된다. 또, 다이 본딩할 때는 땜납, 금, 수지 등의 접합재에 의해 다이를 베이스에 결합시킨다.
이와 같이 하여, 웨이퍼 테이프(T)에 접착된 웨이퍼(W)의 모든 우량품 다이가 리드 프레임 등의 베이스에 장착된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 다이 본더에는 웨이퍼의 표면에서 레이저광을 입사시키고, 웨이퍼 내부에 수정 영역을 형성하는 레이저 가공부가 설치되어 있으므로, 다이 본더 자신에 웨이퍼를 개개의 다이로 분할하는 기능이 갖춰지고, 다이 본딩 공정 전의 다이싱 공정을 생략할 수 있다. 이 때문에, 조립 공정 전체가 단순화되고, 바닥 면적을 줄일 수 있고, 사용 전력도 줄일 수 있다. 동시에, 조립 공정 전체의 처리 능력을 현저하게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기 설명에 한정되지 않고, 이하에 첨부된 청구 범위의 정신과 범주 내에서 가능한 모든 변경과 변형례를 포괄하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 표면에 반도체 장치가 형성된 다이를 1개씩 베이스에 장착하는 다이 본더(die bonder)에 있어서,
    개개의 다이로 분할되기 전의 웨이퍼의 표면으로부터 레이저광을 입사시켜, 상기 웨이퍼의 내부에 수정 영역을 형성하는 레이저 가공부를 구비하고,
    상기 레이저 가공부에서 상기 웨이퍼를 개개의 다이로 분할하는 것을 특징으로 하는 다이 본더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 가공부에 의해서, 상기 웨이퍼상의 전체 다이를 개개의 다이로 분할하는 것을 특징으로 하는 다이 본더.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 가공부에 의해서, 상기 웨이퍼상의 우량품 다이(conforming die)만을 개개의 다이로 분할하는 것을 특징으로 하는 다이 본더.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 1항에 있어서,
    상기 레이저 가공부에 의해서, 상기 다이의 표면에 품종(product type) 마킹을 실시하는 것을 특징으로 하는 다이 본더.
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