KR20110050547A - 픽앤드플레이스 장치 - Google Patents

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아드리아누스 요하네스 페트루스 마리아 베르미어
약퀴스 코르 요한 반 데르 동크
클레멘스 마리아 베르나르두스 반 데르 존
에르빈 존 반 츠베츠
로베르트 스넬
피터 빌렘 헤르만 데 야거
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네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
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Abstract

픽앤드플레이스 장치는, 픽 스테이션; 플레이스 스테이션; 상기 픽 스테이션에서부터 상기 플레이스 스테이션으로 이송 경로를 따라 다이를 이송하기 위한 픽/플레이스 헤드;를 포함하고, 상기 장치는 상기 이송 경로 상의 상기 다이의 표면을 처리하도록 작동 가능한 검사 유닛 및/또는 세정 유닛을 구비한 다이 표면 처리 수단을 더 포함한다.

Description

픽앤드플레이스 장치 {PICK-AND-PLACE MACHINE}
본 발명은 특히3차원 집적 회로(three dimensional integrated circuits, 3D ICs)의 제조에 적용하는 픽앤드플레이스 장치에 관한 것이다.
픽앤드플레이스 장치가 인쇄회로기판과 같은 기판 상에 광범위한 종류의 전자 부품을 배치하도록 사용되는 것으로 잘 알려져 있다. 전통적인 백엔드 제조 환경(back-end manufacturing setting)에서, 파티클(particle) 오염은 거의 문제가 없다. 단지 오염 파티클이 본드 패드(bond pad) 주위를 막는 극단적인 경우에서 본드 와이어(bond wire)의 용접 또는 플립칩 연결부(flip chip interconnect)의 납땜이 손상될 수 있었다.
3D ICs 의 출현과 함께, 픽앤드플레이스 장치에 관한 성능바(performance bar)는 상당히 높아지게 되었다. 다이-투-웨이퍼(die-to-wafer) 및 다이-투-다이(die-to-die) 종류들의 3D ICs를 제조함에 있어서, 관통 실리콘 비아(Through Silicon Vias, TSVs)에 의해 스택 내(stack)에서 다이들 사이에 전기적인 상호 연결을 허락하도록 충분히 정밀하게 위치된 다이들의 스택을 생성하는 것이 필요하다. 상기 TSVs는 1-2 미크론(micron)의 사이즈를 갖는 범프(bump)들을 통해서 연결한다. 결과적으로, 약 1미크론 이내에서 다이들 사이의 스텐드오프 거리(stand-off distance)가 요구된다. 만약 다이 표면이 상기 스텐드오프 거리보다 더 큰 파티클로 오염되면, 상기 다이는 위치될 수 없으며, 그로 인하여 상기 TSVs는 전기적 접촉 및 무기능 스택(non-functioning stack)의 결과를 초래한다. 상기 스택 내에서 어느 하나의 다이 오염은 무기능 스택을 초래할 수 있으므로, 그와 같은 오염은 기능 스택(functioning stack)의 생산에 과도한 영향을 갖는다.
본 발명의 목적은 상업적으로 실행 가능한 높은 생산량으로 3D IC를 제조하기 위하여 오염을 다루는 픽앤드플레이스 장치를 제공하는 것이다.
이것을 고려하여, 제1 측면에 따르면, 본 발명은,
픽 스테이션(pick station);
플레이스 스테이션(place station);
상기 픽 스테이션에서부터 상기 플레이스 스테이션으로 이송 경로(transport path)를 따라 다이(die)를 이송하기 위한 픽/플레이스 헤드(pick/place head);를 포함하는 픽앤드플레이스 장치를 제공할 수 있으며,
상기 장치는 상기 이송 경로 상의 상기 다이의 표면을 처리하도록 작동 가능한 검사 유닛(inspection unit) 및/또는 세정 유닛(cleaning unit)을 구비한 다이 표면 처리 수단(die-face processing means)을 더 포함한다.
상기 다이가 잡힌 이후 및 배치되기 이전에, 상기 이송 경로 상에 다이 표면의 검사 및/또는 세정을 준비함으로써, 본 발명은 개별의 다이가 성공적으로 배치될 수 있는 개연성(probability)을 증가시키고, 그로 인해서 기능 스택 생산량(functioning stack yield)을 증가시킬 수 있다.
일실시예에서, 상기 다이 표면 처리 수단은 상기 검사 유닛만을 구비한다. 다른 실시예에서, 상기 다이 표면 처리 수단은 상기 세정 유닛만을 구비한다. 바람직한 실시예에서, 상기 다이 표면 처리 수단은 상기 검사 유닛과 상기 세정 유닛 모두를 유리하게 구비한다. 상기 바람직한 실시예에서, 상기 다이는 상기 세정 유닛에 의해 세정될 수 있고, 그런 다음에 상기 검사 유닛에 의해 현존하는 오염이 검사될 수 있다. 만약 현존하는 오염이 어느 정도 존재하면, 상기 다이는 폐기되거나, 또는 그렇지 않으면 다시 세정되고 검사될 수 있다.
제2 측면에 따르면, 본 발명은 픽앤드플레이스 장치를 이용하여 3차원 직접 회로(three dimensional integrated circuit)의 제조에서 다이들의 스택을 생성하기 위한 방법을 포함할 수 있으며, 그 방법은,
픽앤드플레이스 사이클(pick-and-place cycle)을 시작하도록 픽 스테이션으로부터 다이를 집는 단계;
상기 픽앤드플레이스 사이클을 끝내도록 목적 스택(destination stack) 상의 배치를 위하여 플레이스 스테이션에 제1 다이를 이송하는 단계;
상기 픽앤드플레이스 사이클 동안에 상기 다이의 표면을 검사 및/또는 세정하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 집는 작업 동안에 또는 상기 픽앤드플레이스 사이클 동안에, 상기 목적 스택 내에서 가장 위쪽에 있는 추가적인 다이의 표면을 검사 및/또는 세정하는 단계를 포함한다.
상기 다이의 적절한 표면 및 상기 추가적인 다이를 스택하기 이전에 검사 및/또는 세정하는 단계는, 상기 배치가 성공하는 것을 보장하도록 돕는다.
본 발명의 다른 측면 및 추가적으로 바람직한 특징들은, 다음의 상세한 설명에서 설명되고, 첨부된 청구범위에서 정의된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 설명된다.
본문에 포함되어 있음
도 1은 제1 픽앤드플레이스 장치의 배치(layout)를 도시한다;
도 2는 제2 픽앤드플레이스 장치의 배치를 도시한다;
도 3(a), (b), (c), (d)는 처리 공정에서의 다양한 단계에서 작동 중인 상기 제2 픽앤드플레이스 장치를 도시한다;
도 4는 제3 픽앤드플레이스 장치의 배치를 도시한다.
일반적으로 10으로 지정된 제1 픽앤드플레이스 장치가 도 1에 도시된다.
상기 장치(10)은 픽업 웨이퍼(pick-up wafer)(14)의 형태로 기판을 구비한 픽 스테이션(12)를 포함한다. 픽업 웨이퍼(14)는 3D IC의 제조시 사용되기 위한 다이(5)들의 집합체를 포함한다. 픽 스테이션(12)은 픽업 웨이퍼(14)를 유지하도록 되어 있어서 다이들(5)은 집기 쉬운 수평 방향으로 되어 있다. 상기 장치(10)은 타겟 웨이퍼(target wafer)(22)의 형태로 기판을 구비한 플레이스 스테이션(20)을 더 포함한다. 플레이스 스테이션(20)은 타겟 웨이퍼(22)를 수평 방향으로 유지한다. 타겟 웨이퍼(22)는 생성되는 것과 같은 다이들의 스택(7)들을 주최한다.
상기 장치(10)는 레이저를 구비한 제1 세정 유닛(30) 및 카메라 유닛을 구비한 제1 검사 유닛(32)을 더 포함하며, 양쪽의 유닛(30,32)은 픽 스테이션(12)에 근접하게 위치되고 픽 스테이션(12)와 플레이스 스테이션(14)의 사이에 들어간다. 상기 장치(10)는 레이저를 구비한 제2 세정 유닛(34) 및 카메라 유닛을 구비한 제2 검사 유닛(36)을 더 포함하며, 양쪽의 유닛(34,36)은 타겟 웨이퍼(22)의 상측에 위치된다.
상기 장치(10)은 픽 스테이션(12)와 플레이스 스테이션(14)의 사이에서 이동 가능한 이송 로봇(40)를 더 포함한다. 로봇(40)은 다이(5)를 집고 배치하기 위하여 콜릿(collet)(44)을 구비한 픽/플레이스 헤드(42)를 포함한다.
작동시, 로봇(40)은 픽업 웨이퍼(14)의 상측에 배치된다. 현재 픽앤드플레이스 사이클이 시작되면, 8로 지시된 특정 다이는 상기 픽/플레이스 헤드(42)에 의해 상면을 매개로 픽업된다. 그 다음으로, 로봇(40)이 타겟 웨이퍼(22)에 9로 지시된 목적 스택을 향해 이송 경로를 따라 다이(8)를 이동시키도록 구동한다. 전형적인 이송 경로(100)가 도 1에 도시된다. 이송 경로를 따라 이동되는 도중에, 로봇(40)이 정지하고, 다이의 배치 상에서 목적 스택(9) 내에서 가장 위쪽에 있는 다이의 상면에 인접하도록 의도된 다이(8)의 하면이, 다음의 처리 단계까지 그 배치가 준비된다. 우선, 제1 세정 유닛(30)은, 레이저로부터의 빔(beam)(미도시)에 의하여 다이(8)의 하면의 직접적인 세정 작동을 수행한다. 세정 작동은 적어도 500nm 및 500nm 보다 더 큰, 바람직하게는 100nm 및 100nm 보다 더 큰 파티클들의 제거를 달성하도록 의도된다.
다음으로, 제1 검사 유닛(32)는, 미리 언급된 것과 같이 기능 스택의 형성을 적어도 방해하는 정도의 표면 오염으로부터 다이(8)의 하면이 자유로워지는 것을 검증하거나 또는 칩핑(chipping), 미싱 볼(missing ball) 및 크랙(crack)과 같은 제품(artifact)을 손상시키는 다른 특성(quality)을 확인하기 위해서, 명시야 및 암시야 이미지 기술(bright and dark field imaging technique)을 이용하여 다이(8) 하면의 광학 검사(optical inspection)를 수행한다. 검사가 현존하는 오염을 나타내면, 세정 단계는 반복될 수 있다. 검사가 다수의 경우에서 실패되면, 다이(8)은 폐기될 수 있고, 교체물이 픽업 웨이퍼(14)로부터 가지고 오게 된다. 검사를 통과한 다이(8)은 플레이스 스테이션(20)으로 이송된다.
픽앤드플레이스 사이클 동안에, 다이(8)가 플레이스 스테이션(20)에 도달하기 이전의 임의 시점에서, 목적 스택(9) 내의 가장 위쪽에 있는 다이의 상면은, 제2 세정 유닛(34) 및 제2 검사 유닛(36)에 의해 수행되는 처리 단계에 의해서 다이(8)를 받아들이도록 준비된다. 제2 세정 유닛(34) 및 제2 검사 유닛(36)에 의해 수행되는 처리 단계는, 제1 세정 유닛(30) 및 제1 검사 유닛(32)에 의해 수행되는 처리 단계와 동일 유사할 수 있다.
이송된 다이(8)의 하면 및 목적 스택(9) 내에서 가장 위쪽에 있는 다이의 상면이 함께 설명된 방식으로 전처리(pre-process)되면, 다이(8)이 성공적으로 배치될 개연성이 높아진다. 스택 내에서 각각의 다이가 동일한 방식으로 배치되므로, 기능 스택의 생산량도 높아지는 것으로 기대될 수 있다.
도 1에 도시된 제1 픽앤드플레이스 장치에 관해서 설명된 부품들과 동일한 부품들이 결과적으로 참조되면, 동일한 참조 번호를 사용한다.
제2 픽앤드플레이스 장치(10)은 도 2에 도시된다. 제2 픽앤드플레이스 장치는, 조절 가능한 광학 어셈블리(50)가 제1 세정 유닛(30)과 제1 검사 유닛(32)으로 이송되는 다이의 하면 및 목적 스택 내에서 가장 위쪽에 있는 다이의 상면에 대한 처리 공정을 모두 취급할 수 있다는 점에서 제1 픽앤드플레이스 장치와 다르며, 그것에 의해 제2 세정 유닛(34)와 제2 검사 유닛(36)은 생략될 수 있다. 광한 어셈블리(50)은 복수개의 조절 가능한 거울(50a, 50b, 50c)을 포함한다.
제2 픽앤드플레이스 장치(10)의 작동은 도 3(a), (b), (c), (d)를 참조하여 지금부터 설명된다. 도 3(a)에서, 픽/플레이스 헤드(42)는 다이(8)를 픽업한다. 집어 올리는 동작의 실행과 동시에, 광학 어셈블리(50)는 제1 세정 유닛(30)으로부터의 레이저 빔(30a)이 목적 스택(9) 내에서 가장 위쪽에 있는 다이로 유도하도록 조절된다. 목적 스택(9) 내에서 가장 위쪽에 있는 다이의 상면을 세정한 이후에, 광학 어셈블리(50)는 도 3(b)에 도시된 것과 같이 제1 검사 유닛(32)이 상기의 표면의 광학 검사를 수행할 수 있도록 조절된다. 다음으로, 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 로봇(40)이 다이(8)의 하면이 세정된 위치에서 이송 경로(100)를 따라 다이(8)를 이동시킨다. 다음으로, 도 3(d)에 도시된 바와 같이, 세정 작동의 결과가 제1 검사 유닛(32)를 이용하여 시각적 검사(visual inspection)에 의해서 증명된다. 그런 다음에, 스택(9) 상에서의 다이(8)의 배치가 수행된다.
제2 픽앤드플레이스 장치(10)의 변형 예에 있어서, 제1 세정 유닛(30) 및 제1 검사 유닛(32)는 서로 다른 빛의 경로(light path)를 사용한다. 이와 같은 경우에서, 각각의 유닛(30, 32)는 개별적으로 광학 어셈블리가 구비될 수 있다.
제3 픽앤드플레이스 장치(10)가 도 4에 도시된다. 제3 픽앤드플레이스 장치(10)는, 세정 유닛(30)이 충격파 세정(shockwave cleaning)에 의해 세정 작동을 수행하도록 형성된다는 점에서 제2 픽앤드플레이스 장치와 다르다.
다른 실시예에 있어서, 세정 유닛(30, 34)은 나노 스프레이(nano spray)/오션 스프레이(ocean spray), 메가소닉 세정(megasonic cleaning), 고전압 세정(high voltage cleaning), 습식 레이저 세정(wet laser cleaning)/ 스팀 레이저 세정(steam laser cleaning), 액체 제트(liquid jet), 및 초음파 노즐(ultrasonic nozzle), 브러싱(brushing), 레이저 제거(laser ablation), 스크러빙(scrubbing)(PVA+UPW), 이산화탄소 스노우(CO2 snow), 에어 나이프(air knife)/ 에어 제트(air jet), 또는 그것들의 조합에 의한 세정에 의해서 세정할 수 있다. 만약 습식 세정 기술이 사용되면, 다이(8)은 배치되기 이전에 건조되어야만 한다. 적절한 건조 기술은 빛(적외선의 가시적인(visible of IR)), 레이저(적외선의 가시적인), 마이크로웨이브 기술(microwave technology), 에어 나이프, 고온의 에어(hot air) 또는 그것들의 조합을 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 검사 유닛(32, 36)은, 명시야 및 암시야 이미징(bright and dark field imaging) 대신에, 다른 광학 검사 및 계측 기술을 사용할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 로봇(40) 대신에, 픽/플레이스 헤드(42)는 회전 터릿(rotating turret)에 의해 이동될 수 있다.
5: 다이
7: 스택
9: 목적 스택
10: 제1 픽앤드플레이스 장치, 제2 픽앤드플레이스 장치
12: 픽 스테이션
14: 픽업 웨이퍼
20: 플레이스 스테이션
22: 타켓 웨이퍼
30: 제1 세정 유닛
32: 제1 검사 유닛
34: 제2 세정 유닛
36: 제2 검사 유닛
40: 이송 로봇
42: 픽/플레이스 헤드
50: 광학 어셈블리

Claims (15)

  1. 픽앤드플레이스 장치에 있어서,
    픽 스테이션;
    플레이스 스테이션; 및
    상기 픽 스테이션에서부터 상기 플레이스 스테이션으로 이송 경로를 따라 다이를 이송하기 위한 픽/플레이스 헤드;를 포함하고,
    상기 장치는 상기 이송 경로 상의 상기 다이의 표면을 처리하도록 작동 가능한 검사 유닛 및/또는 세정 유닛을 구비한 다이 표면 처리 수단을 더 포함하는, 픽앤드플레이스 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이 표면 처리 수단은 상기 검사 유닛만을 구비하는, 픽앤드플레이스 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이 표면 처리 수단은 상기 세정 유닛만을 구비하는, 픽앤드플레이스 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다이 표면 처리 수단은 상기 검사 유닛과 상기 세정 유닛을 구비하는, 픽앤드플레이스 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이 표면 처리 수단은 상기 플레이스 스테이션에 위치된 추가적인 다이의 표면을 처리하도록 추가적으로 작동 가능한 것을 특징으로 하는, 픽앤드플레이스 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 추가적인 다이의 표면이 상기 다이 표면 처리 수단에 의해 처리되도록 매개하는 조절 가능한 광학 어셈블리를 더 포함하는, 픽앤드플레이스 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 픽/플레이스 헤드가 상기 이송 경로 상에 있거나 또는 집는 동작을 수행하는 동안에 상기 플레이스 스테이션에 위치된 추가적인 다이의 표면을 처리하도록 작동 가능하고, 검사 유닛 및/또는 세정 유닛을 구비한 다이 표면 처리 수단을 더 포함하는, 픽앤드플레이스 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이의 처리된 표면이 상기 추가적인 다이의 처리된 표면 상에 배치되도록 마련되는 것을 특징으로 하는, 픽앤드플레이스 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송 경로를 따라 상기 픽/플레이스 헤드를 이동시키기 위한 로봇을 더 포함하는, 픽앤드플레이스 장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송 경로를 따라 상기 픽/플레이스 헤드를 이동시키기 위해 설치된 회전 터릿을 더 포함하는, 픽앤드플레이스 장치.
  11. 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정 유닛은 레이저 세정 또는 레이저 충격파 세정(laser shockwave cleaning)을 직접적으로 수행하도록 작동 가능한 레이저를 더 포함하는, 픽앤드플레이스 장치.
  12. 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정 유닛은 광학적 또는 비광학적 습식 세정 작동(wet cleaning operation)을 수행하기 위한 수단을 더 포함하는, 픽앤드플레이스 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 장치는 배치 이전에 세정된 다이 표면을 건조하기 위한 건조 수단을 더 포함하는, 픽앤드플레이스 장치.
  14. 픽앤드플레이스 사이클을 시작하도록 픽 스테이션으로부터 다이를 집는 단계;
    상기 픽앤드플레이스 사이클을 끝내도록 목적 스택 상의 배치를 위하여 플레이스 스테이션에 제1 다이를 이송하는 단계; 및
    상기 픽앤드플레이스 사이클 동안에 상기 다이의 표면을 검사 및/또는 세정하는 단계;
    를 포함하는, 픽앤드플레이스 장치를 이용하여 3차원 직접 회로의 제조에서 다이들의 스택을 생성하기 위한 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 집는 작업 동안에 또는 상기 픽앤드플레이스 사이클 동안에, 상기 목적 스택 내에서 가장 위쪽에 있는 추가적인 다이의 표면을 검사 및/또는 세정하는 단계를 포함하는, 픽앤드플레이스 장치를 이용하여 3차원 직접 회로의 제조에서 다이들의 스택을 생성하기 위한 방법.
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