KR20180095874A - 칩-본딩 시스템 및 방법 - Google Patents

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용후이 첸
쉬이 탕
후이리 리
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상하이 마이크로 일렉트로닉스 이큅먼트(그룹) 컴퍼니 리미티드
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Abstract

칩-본딩 시스템 및 방법이 개시되며, 이는 칩(10)을 공급하기 위한 소스 단부에서의 제1 이동 플랫폼(100), 칩(10)의 위치를 재배열하고 이송 플레이트(20)를 지탱하기 위한 제2 이동 플랫폼(200), 및 칩(10)과 본딩될 기판(30)을 지탱하기 위한 제3 이동 플랫폼(300)을 사용한다. 2개의 이동 메커니즘(010, 020)은 칩(10)을 잡고, 3개의 이동 플랫폼 사이에 칩(10)을 배치하는데 사용된다. 이동 메커니즘(010)이 제1 이동 플랫폼(100)으로부터 칩(10)을 잡고 제2 이동 플랫폼(200)에 동일하게 위치시킬 때, 칩은 기판(30)과 마지막으로 본딩될 때 칩(10)의 상태에 따라 제2 이동 플랫폼(200)에 배치될 수 있고, 즉, 칩(10)은 기판(30)과 본딩되는 칩(10)의 상태에 따라 재배열된다. 이송 플레이트(20)가 한 번 뒤집어 진 후, 재배열된 칩은 기판과 본딩될 때 다시 배열될 필요가 없다. 전체 칩-본딩 시스템에서, 기술적인 요구 사항에 따라 하나의 단계에서 기판과 본딩될 모든 칩에 대해 한 번 전환 메커니즘(turning-over mechanism)이 뒤집어질 필요가 있다. 결과적으로, 생산 효율성이 증가하고, 시간이 절약되며, 대량 생산에 대한 요구 사항이 충족된다.

Description

칩-본딩 시스템 및 방법
본 발명은 반도체 소자의 제조에 관한 것으로, 특히, 다이 본딩 시스템 및 방법(die bonding system and method)에 관한 것이다.
플립-칩 다이 본딩 프로세스(flip-chip die bonding process)는 실리콘 또는 다른 재료의 기판일 수 있는 서브마운트(submount)에 다이(die)를 본딩하기(bonding) 위한 상호 연결 접근법이다. 경량화, 슬림화(slimness) 및 소형화(miniaturization)로 향하는 전자 제품의 개발로, 다이 본딩 기술은 사용이 점차 증가하고 있다. 다이 본딩 프로세스는, 웨이퍼-레벨 패키징 프로세스(wafer-level packaging process)와 결합할 때 더 작은 패키지를 더 높은 성능으로 제조할 수 있게 한다. 또한, TSV(through-silicon via) 프로세스와 결합된 다이 본딩 프로세스는 비용 및 성능면에서 더 경쟁력 있는 3차원 구조를 제조하는 것을 가능하게 한다.
도 1을 참조하면, 종래의 다이 플립-칩 본딩 장치에서, 본딩될 다이(dies)(2)는 전자 구성 요소들이 상측을 향하여 형성되어 있는 표면(3)을 구비한 지지 테이블(support table)(1)에 탑재된다(carried). 본딩될 다이(2)는 기계식 암(mechanical arm)에 의해 픽업되어 플립된(flipped) 다음 기판(4)에 본딩된다. 각각의 다이(2)의 피치(pitch)(L)는 다양한 프로세스의 요구 사항(requirements)에 기초하여 조정 가능하다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 기계식 암(5)이 지지 테이블(1)에서 다이(2)를 픽업하고, 다이(2)를 플립하고, 다이(2)를 다른 기계식 암(6) 상으로 보낸다. 그 다음, 기계식 암(6)은 기판(4) 위로 다이를 이동시킨다. 이미지 센서(7)를 사용하여, 본딩될 다이(2)의 표면에서의 정렬 마크(alignment mark)와 기판(4)에서의 타겟 정렬 마크(target alignment mark) 사이에서 정렬이 이루어진 후에, 다이(2)는 기판 상으로 가압되어 본딩된다. 그러나, 이 접근법은 다이가 연속적으로 하나씩 본딩되는 연속 방식으로 전체 프로세스가 수행된다는 점에서 단점이 있다. 각각의 다이의 가압 및 본딩이 비교적 오랜 시간이 걸리고 본딩될 수백 개의 다이가 있는 시나리오에서, 기계식 암(5, 6)의 각각은 사이클의 동일한 수(same number of cycles) 동안 작동을 반복해야 하며, 이는 비효율적이며, 시간 및 전력 소비적이고, 대량 생산을 위한 요구 사항을 충족 불가능하게 한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 다이 본딩 효율성이 향상되고 대량 생산에 적합한 다이 본딩 시스템 및 방법이 필요하다.
상술한 문제를 극복하기 위하여, 다이를 공급하기 위한 소스(source)로서 각각 구성된 3개의 모션 스테이지들 사이에서 2개의 모션 메커니즘(motion mechanisms)에 의해 다이가 이송되는(transferred), 다이 본딩 장치 및 다이 본딩 방법이 본 발명에서 제안된다. 상기 장치 및 방법으로, 다수의 다이는 한번의 패스(pass)로 동시에 기판에 재배열(re-arranged), 플립(flipped) 및 본딩(bonded) 될 수 있으며, 이는 다이를 플립하기 위한 기계적 메커니즘의 필요한 이동(movement)을 감소시키고, 생산 효율성을 향상시키며, 대량 생산을 위한 요구 사항을 해결한다.
이를 위해, 본 발명은 다음을 포함하는 다이 본딩 시스템을 제공한다: 순차적으로 배열되는(that are arranged in sequence), 다이를 공급하기 위한 제1 모션 스테이지(motion stage), 이송 트레이(transfer tray)를 탑재하기 위한 제2 모션 스테이지, 및 상기 다이가 본딩 될 기판을 지지하기 위한 제3 모션 스테이지; 상기 제1 모션 스테이지로부터 상기 다이를 픽업하고(picking up) 상기 제2 모션 스테이지에 상기 다이를 배치하기 위한 제1 모션 메커니즘(motion mechanism); 상기 제2 모션 스테이지로부터 상기 이송 트레이를 픽업하고 상기 제3 모션 스테이지에 상기 이송 트레이를 배치하기 위한 제2 모션 메커니즘; 및 상기 다이 본딩 시스템을 제어하기 위한 호스트 시스템(host system)을 포함하고, 상기 이송 트레이는 상기 다이를 유지할 수 있고; 상기 제2 모션 메커니즘은 상기 이송 트레이를 플립할 수 있고; 상기 다이는 궁극적으로 기판에 본딩됨.
바람직하게는, 상기 다이 본딩 시스템은 상기 제1, 제2 및 제3 모션 스테이지들 중 대응하는 하나에 대상물의 위치를 검출하도록 각각 구성된 검출 시스템(detection systems)을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 검출 시스템은 상기 제1 모션 메커니즘을 상기 다이와 정렬시키기 위한 제1 정렬 서브-시스템(alignment sub-system), 상기 제1 모션 메커니즘이 상기 다이를 상기 이송 트레이와 정렬시키도록 유발하는 제2 정렬 서브-시스템, 및 상기 제2 모션 메커니즘이 상기 이송 트레이를 상기 기판과 정렬시키도록 유발하는 제3 정렬 서브-시스템을 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 정렬 서브-시스템의 각각은 상기 호스트 시스템에 신호-연결된다(signal-connected).
바람직하게는, 상기 다이 본딩 시스템은 상기 제1 모션 스테이지의 이동을 제어하기 위한 제1 모션 스테이지 제어 서브-시스템(motion stage control sub-system), 상기 제2 모션 스테이지의 이동을 제어하기 위한 제2 모션 스테이지 제어 서브-시스템 및 상기 제3 모션 스테이지의 이동을 제어하기 위한 제3 모션 스테이지 제어 서브-시스템을 더 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 모션 스테이지 제어 서브-시스템은 상기 호스트 시스템에 각각 신호-연결된다.
바람직하게는, 상기 다이 본딩 시스템은 상기 제1 모션 메커니즘을 제어하기 위한 제1 모션 제어 서브-시스템(motion control sub-system) 및 상기 제2 모션 메커니즘을 제어하기 위한 제2 모션 제어 서브-시스템을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 모션 제어 서브-시스템 모두는 상기 호스트 시스템에 신호-연결된다.
바람직하게는, 상기 다이는 상기 제1 모션 스테이지에 접착식으로(adhesively) 유지된다(retained).
바람직하게는, 상기 다이는 정전 흡착(electrostatic suction), 진공 흡착(vacuum suction) 또는 유기 접착제(organic adhesive)에 의해 상기 이송 트레이에 유지된다.
바람직하게는, 상기 기판은 금속 재료, 반도체 재료 또는 유기 재료로 제조된다.
바람직하게는, 상기 다이는 접착식으로 또는 열-압력 본딩(thermal-press bonding)에 의해 상기 기판에 본딩된다.
바람직하게는, 상기 이송 트레이는 상기 다이의 재배열을 위한 기준으로서 작용하는 정렬 마크(alignment marks)가 제공된다.
바람직하게는, 상기 기판은 상기 이송 트레이의 정렬 마크에 대응하는 배열 마크(arrangement marks)가 제공되고, 상기 기판에 상기 이송 트레이에서의 상기 다이를 본딩하는 동안, 상기 이송 트레이의 정렬 마크 및 상기 기판의 배열 마크는 상기 기판과 상기 다이의 정렬을 용이하게 한다.
또한, 본 발명은 상기 정의된 바와 같은 상기 다이 본딩 시스템을 사용하는 다이 본딩 방법을 제공하며, 다음 단계를 포함한다:
1) 상기 제1 모션 스테이지에서의 다이의 유지 및 상기 제1 모션 스테이지로부터의 상기 제1 모션 메커니즘에 의한 상기 다이의 픽업 단계;
2) 상기 제1 모션 메커니즘에 의한 상기 제2 모션 스테이지에서의 상기 이송 트레이에서의 상기 다이의 배치 및 재배열 단계;
3) 상기 제2 모션 메커니즘에 의한 상기 제2 모션 스테이지로부터의 상기 이송 트레이의 픽업 단계;
4) 상기 제2 모션 메커니즘에 의한 상기 이송 트레이의 플립 및 상기 기판에 상기 이송 트레이에서의 상기 재배열된 다이의 본딩 단계; 및
5) 상기 제2 모션 메커니즘에 의해 상기 이송 트레이를 제거하여, 상기 이송 트레이로부터의 상기 다이의 분리를 하는 단계.
바람직하게는, 상기 이송 트레이에서의 상기 다이의 재배열 단계는 상기 제1 모션 메커니즘이 상기 제1 모션 스테이지로부터 상기 다이들 중 하나를 픽업 할 때마다 상기 호스트 시스템의 제어 하에 상기 제2 모션 스테이지에 의해 상기 이송 트레이를 회전 또는 이동시킴으로써, 상기 제1 모션 메커니즘에 의해 상기 다이에 대응하는 상기 이송 트레이의 위치에서 상기 픽업된 다이의 배치가 달성된다.
종래 기술과 비교하여, 본 발명은 다음과 같은 이점을 갖는다: 그것은 다음을 포함하는 다이 본딩 시스템을 제공한다: 순차적으로 배열되는, 다이를 공급하기 위한 제1 모션 스테이지, 이송 트레이를 탑재하기 위한 제2 모션 스테이지, 및 상기 다이가 본딩 될 기판을 지지하기 위한 제3 모션 스테이지; 상기 제1 모션 스테이지로부터 상기 다이를 픽업하고 상기 제2 모션 스테이지에 그것들을 배치하기 위한 제1 모션 메커니즘; 상기 제2 모션 스테이지로부터 상기 이송 트레이를 픽업하고 상기 제3 모션 스테이지에 그것을 배치하기 위한 제2 모션 메커니즘; 및 상기 다이 본딩 시스템을 제어하기 위한 호스트 시스템, 상기 이송 트레이는 상기 다이를 유지할 수 있고; 상기 제2 모션 메커니즘은 상기 이송 트레이를 플립할 수 있고; 상기 다이는 궁극적으로 기판에 본딩됨.
또한, 본 발명은 상기 정의된 바와 같은 상기 다이 본딩 시스템을 사용하는 다이 본딩 방법을 제공하며, 다음 단계를 포함한다:
1) 상기 제1 모션 스테이지에서의 다이의 유지 및 상기 제1 모션 스테이지로부터의 상기 제1 모션 메커니즘에 의한 상기 다이의 픽업 단계;
2) 상기 제1 모션 메커니즘에 의한 상기 제2 모션 스테이지에서의 상기 이송 트레이에서의 상기 다이의 배치 및 재배열 단계;
3) 상기 제2 모션 메커니즘에 의한 상기 제2 모션 스테이지로부터의 상기 이송 트레이의 픽업 단계;
4) 상기 제2 모션 메커니즘에 의한 상기 이송 트레이의 플립 및 상기 기판에 상기 이송 트레이에서의 상기 재배열된 다이의 본딩 단계; 및
5) 상기 제2 모션 메커니즘에 의해 상기 이송 트레이를 제거하여, 상기 이송 트레이로부터의 상기 다이의 분리를 하는 단계.
본 발명에서 제공되는 다이 본딩 시스템 및 방법에서, 다이 소스(die source)로서 역할을 하는 제1 모션 스테이지로부터 공급된 다이는 제2 모션 스테이지에 탑재된 이송 트레이에 재배열되고 제3 모션 스테이지에 탑재된 기판에 본딩된다. 3개의 모션 스테이지들 사이에서 다이의 픽업 및 이송은, 제1 모션 스테이지로부터 픽업된 다이가 기판에서의 그것들의 요구된 최종 배열에 기초한 배열로 제2 모션 스테이지에 배치되는 방식으로 2개의 모션 메커니즘에 의해 달성된다. 다시 말해, 다이는 기판에서의 요구된 배열에 따라 재배열된다. 이러한 방식으로, 이송 트레이가 플립되고 그것들이 기판에 본딩되기 전에 다이를 재배열 할 필요성이 제거된다. 따라서, 다이 본딩 시스템을 사용하면, 다수의 다이는 다이를 플립하기 위한 메커니즘을 한번만 플립함으로써 프로세스 요구 사항에 따라 기판으로 동시에 이송되도록 허용될 수 있으며, 이는 생산 효율성과 시간 절약을 향상시키고 대량 생산을 위한 요구 사항을 해결한다.
도 1 및 도 2는 종래의 플립-칩 다이 본딩 프로세스의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 제공되는 다이 본딩 시스템의 구조 개략도이다.
도 4는 본 발명에 제공되는 이송 트레이의 구조 개략도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따라 어떻게 이송 트레이에서의 다이가 기판에 이송되는지를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 기판의 구조 개략도이다.
종래 프로세스를 도시하는 도면들에서: 1-지지 테이블; 2-본딩 다이; 3-전자 구성 요소가 형성된 표면; 4-기판; 5-다이를 플립하기 위한 기계식 암; 6-다이를 이송하기 위한 기계식 암; 7-이미지 센서.
본 발명을 나타내는 도면들에서: 000-호스트 시스템; 001-제1 모션 스테이지 제어 서브-시스템; 002-제2 모션 스테이지 제어 서브-시스템; 003-제3 모션 스테이지 제어 서브-시스템; 010-제1 모션 메커니즘; 011-제1 모션 제어 서브-시스템; 020-제2 모션 메커니즘; 021-제2 모션 제어 서브-시스템; 100-제1 모션 스테이지; 101-제1 정렬 서브-시스템; 200-제2 모션 스테이지; 201-제2 정렬 서브-시스템; 300-제3 모션 스테이지; 301-제3 정렬 서브-시스템; 10-다이; 20-이송 트레이; 21-정렬 마크; 22-정렬 영역; 23-임시 본딩을 위한 사이트; 30-기판; 31-본딩 영역.
본 발명의 상기 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면들과 함께 특정 실시예의 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 더 명백해지고 더 쉽게 이해될 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에서 제공된 다이 본딩 시스템은: 순차적으로 배열되는, 다이(10)를 공급하기 위한 제1 모션 스테이지(100), 이송 트레이(20)를 탑재하기 위한 제2 모션 스테이지(200) 및 상기 다이(10)가 본딩 될 기판(30)을 지지하기 위한 제3 모션 스테이지(300); 제1 모션 스테이지(100)로부터 다이(10)를 픽업하고 제2 모션 스테이지(200)에 의해 탑재되는 이송 트레이(20)에 그것을 배치하기 위한 제1 모션 메커니즘(010); 제2 모션 스테이지(200)로부터 이송 트레이(20)를 픽업하고 제3 모션 스테이지(300)에 의해 지지되는 기판(30)에 그것을 배치하기 위한 제2 모션 메커니즘(020); 제1 모션 메커니즘(010)을 제어하기 위한 제 1 모션 제어 서브-시스템(011); 제2 모션 메커니즘(020)을 제어하기 위한 제2 모션 제어 서브-시스템(021); 및 전체 다이 본딩 시스템을 제어하기 위한 호스트 시스템(000)을 포함한다. 호스트 시스템(000)은 제1 모션 스테이지(100)를 제어할 수 있는 제1 모션 스테이지 제어 서브-시스템(001), 제2 모션 스테이지(200)를 제어할 수 있는 제2 모션 스테이지 제어 서브-시스템(002) 및 제3 모션 스테이지(300)를 제어할 수 있는 제3 모션 스테이지 제어 서브-시스템(003)에 신호-연결된다.
다이 본딩 시스템은 제1 모션 스테이지(100)에서의 다이(10)의 위치 검출을 위한 제1 정렬 서브-시스템(101), 제2 모션 스테이지(200)에서의 이송 트레이(20)의 위치 검출을 위한 제2 정렬 서브-시스템(201) 및 제3 모션 스테이지(300)에서의 기판(30)에서의 다이(10)의 위치 검출을 위한 제3 정렬 서브-시스템(301)을 더 포함할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 정렬 서브-시스템(101, 201, 301)은 모두 호스트 시스템(000)의 직접 제어 하에 있다. 위치 검출에 더하여, 제1, 제2 및 제3 정렬 서브-시스템(101, 201, 301)은 각각의 모션 스테이지의 온도, 압력 등에 관한 정보를 검출하도록 또한 구성된다.
제1, 제2 및 제3 이동 스테이지(100, 200, 300)는 이들 모션 스테이지의 전치(displacement) 또는 회전을 위한 충분한 공간(rooms)을 남기면서 제1 및 제2 모션 메커니즘(010, 020)의 이동을 용이하게 할 수 있는 이러한 순서로(in such a sequence) 배치될 수 있다.
제1 모션 스테이지(100)는 다이(10)를 공급하도록 구성되고, 제1 모션 스테이지(100)는 제1 모션 스테이지 제어 서브-시스템(001)의 제어 하에서 다중 자유도로(in multiple degrees of freedom) 이동할 수 있다. 일반적으로, 다이(10)는 제1 모션 스테이지(100)에서 적용된 플렉서블 유기 접착제 재료(flexible organic adhesive material)에 본딩될 수 있다. 예를 들어, 다이(10)는 유기 막(organic film)에 본딩될 수 있다. 대안적으로, 다이(10)는 다이-제한 능력(die-limiting capabilities)을 구비한 강성 재료(rigid material)에 유지될 수 있으며, 이는 제1 모션 스테이지(100)에 탑재된다.
제1 모션 스테이지(100)에서의 다이(10)의 위치 검출이 완료된 후, 제1 모션 스테이지(100)에 배치된, 제1 정렬 서브-시스템(101)은, 검출된 위치 정보를 호스트 시스템(000)으로 전송할 수 있으며, 이에 기초하여, 호스트 시스템(000)은 제1 모션 제어 서브-시스템(011)을 통해 제1 모션 메커니즘(010)을 제어하여 제1 모션 스테이지(100)에서의 다이(10)의 정확한 픽업이 가능해 질 수 있다. 예를 들어, 픽업될 다이(10)의 유형에 기초하여, 제1 정렬 서브-시스템(101)은 제1 모션 스테이지(100)에서의 모든 다이(10)의 위치 및 수를 확인할 수 있으며, 이에 기초하여, 제1 모션 메커니즘(010)은 제1 모션 제어 서브-시스템(011)의 제어 하에, 다이들(10) 중 원하는 하나의 위치로 이동하여 픽업할 수 있다.
제1 모션 메커니즘(010)에 의한 다이(10)의 픽업은 정전 또는 진공 흡착 등에 의해 달성될 수 있다. 다이(10)의 픽업 동안, 다이(10)에 대한 흡착력은 다이(10)가 제1 모션 스테이지(100)에 보유되는 힘보다 더 커서 다이(10)의 부드러운 픽업이 가능하다.
이송 트레이(20)는 제2 모션 스테이지(200)에 탑재되고, 제2 모션 스테이지(200)는 제2 모션 스테이지 제어 서브-시스템(002)의 제어 하에 다중 자유도로 이동할 수 있다. 제1 모션 스테이지(100)로부터 제1 모션 메커니즘(010)에 의해 픽업 된 다이(10)는 이송 트레이(20)에 배치될 수 있다. 도 4를 참조하면, 이송 트레이(20)에서의 다이(10)의 분포는 제1 모션 스테이지(100)에서의 것과 다르다. 다이(10)를 지탱하기(bearing) 위한 이송 트레이(20)의 영역은 기판(30)의 전체 또는 부분의 거울 이미지에 대응할 수 있다. 이와 같이, 이송 트레이(20)에서의 다이(10)는 180°로 플립될 수 있고 플립된 다이(10)의 분포는 기판(30)에서의 원하는 분포와 동일할 수 있다.
다이(10)가 제1 모션 메커니즘(010)에 의해 제1 모션 스테이지(100)로부터 픽업된 후, 제2 모션 스테이지(200)는 이송 트레이(20)에서의 다이(10)의 분포에 따라 회전 또는 전치될(displaced) 수 있다. 제2 모션 스테이지(200)의 회전 또는 전치 동안, 다이(10)의 배치를 위한 제2 모션 스테이지(200)에서의 이송 트레이(20)의 타겟 위치는 제2 정렬 서브-시스템(201)에 의해 검출된다. 그 후, 제1 모션 메커니즘(010)은 호스트 시스템(000)의 제어 하에 이송 트레이(20)에서의 픽업된 다이(10)를 배치할 수 있다.
다이(10)는 정전 흡착, 진공 흡착 또는 유기 접착제에 의해 임시로 이송 트레이(20)의 타겟 위치에 유지될 수 있다. 제1 모션 메커니즘(010)이 다이(10)를 이송 트레이(20)의 타겟 위치에 배치시킬 때, 제1 모션 메커니즘(010)이 다이(10)를 유지하는 힘은 순간적으로 해제되어 다이(10)가 이송 트레이(20)에 이송 및 유지된다.
이송 트레이(20)는 이송 트레이(20)에서의 제1 모션 메커니즘(010)에 의해 다이(10)의 순차적 배치를 위한 기준점 역할을 하는 정렬 마크(21)가 있는 정렬 영역(22)을 가질 수 있다. 이를 위해, 제2 정렬 서브-시스템(201)은 제1 메커니즘(010)이 호스트 시스템(000)의 제어 하에서 이송 트레이(20) 상에 다이(10)를 위치시킬 수 있는 것에 기초하여, 정렬 마크(21)에 대한 다이(10)의 타겟 위치를 호스트 시스템(000)에 알릴 수 있다.
제2 모션 메커니즘(020)은 진공 흡착, 정전 흡착 또는 기계적으로 이송 트레이(20)의 대향하는 가장자리에 선택적으로 이송 트레이(20)를 홀드(hold)할 수 있다. 제2 모션 메커니즘(020)은 이송 트레이(20)를 180°로 플립할 수 있어 이송 트레이(20)에서의 다이(10)가 기판(30)에 본딩될 수 있다.
바람직하게는, 기판(30)은 금속 재료, 반도체 재료 또는 유기 재료로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(30)은 정렬 마크(21)와 각각 대응하여 배열 마크(도시하지 않음)가 제공될 수 있다. 이송 트레이(20)이 모션 메커니즘(020)에 의해 플립된 후, 제3 정렬 서브-시스템(301)은 이송 트레이(20)에서의 정렬 마크(21) 및 기판(30)에서의 배열 마크의 위치 검출을 수행할 수 있다. 그 다음, 제3 모션 스테이지(300)는 제3 모션 스테이지 제어 서브-시스템(003)에 의해 제어되고 제2 모션 메커니즘(020)은 제2 모션 제어 서브-시스템(021)에 의해 제어되어, 이송 트레이(20)는 제2 모션 메커니즘(020)으로 인해 전치 및 회전되고, 제3 모션 스테이지(300)는 제3 모션 스테이지 제어 서브-시스템(003)에 의해 전치 및 이동되어, 정렬 마크(21)와 배열 마크 사이에 정렬을 달성하도록 한다. 그 후, 이송 트레이(20)에서의 다이는 기판(30)과 본딩될 수 있다. 결과적으로, 다이(10)는 기판(30)에서의 다이(10)에 대한 각각의 타겟 사이트(respective target sites)에 본딩될 수 있다.
계속해서 도 7을 참조하면, 기판(30)은 다수의 본딩 영역(31)으로 구분될 수 있다. 다이(10)를 지탱하기 위한 이송 트레이(20)의 영역은 다이(10)를 지탱하기 위한 본딩 영역(31)과 동일한 크기를 가질 수 있다. 제2 모션 메커니즘(020)이 이송 트레이(20)를 기판(30)에 수송할 때마다, 본딩 영역(31) 중 타겟이 되는 하나의 다이 본딩이 달성될 것이다.
바람직하게는, 다이(10)는 제3 모션 스테이지(300)에 의해 기판(30)을 가열하면서 제2 모션 메커니즘(020)에 의해 기판(30) 상에 접착제에 의해 또는 압력에 의해 기판(30)에 본딩될 수 이어, 다이(10)는 기판(30)에 열-압력 본딩될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 정의된 바와 같은 다이 본딩 시스템을 이용하는 다이 본딩 방법을 제공하며, 이는 구체적으로 하기 설명되는 바와 같은 단계들을 포함한다.
단계(1)에서, 다수의 다이(10)가 제1 모션 스테이지(100)에 접착식으로 본딩된다. 다이(10)는 선택적으로 상이한 유형을 가질 수 있고, 유형 및 그의 수는 최종적으로 기판(30)에 본딩될 다이(10)에서의 요구 사항에 기초할 수 있다.
단계(2)에서, 제1 모션 메커니즘(010)은 호스트 시스템(000)에 의해 지시된 제1 모션 제어 서브-시스템(011)의 제어 하에서 제1 모션 스테이지(100)의 부근으로 이동한다. 그러면, 제1 정렬 서브-시스템(101)은 제1 모션 스테이지(100)로부터 픽업될 타겟 다이(10)의 위치를 검출하고 호스트 시스템(000)으로 위치에 관한 정보를 이송한다. 제1 정렬 서브-시스템(101)에 의해 검출된 위치 정보에 기초하여, 호스트 시스템(000)은 제1 모션 제어 서브-시스템(011)으로 신호를 발부하며(issues), 이는 제1 모션 제어 서브-시스템(011)을 지시하여 제1 모션 메커니즘(010)이 제1 모션 스테이지(100)로부터 타겟 다이(10)를 후자 픽업하는 것(that the latter picks up the target die 10 from the first motion stage 100)을 제어한다. 이 프로세스에서, 달성될 다이(10)가 픽업되는 방식에서의 조정을 위해, 제1 모션 스테이지(100)는 제1 모션 스테이지 제어 서브-시스템(001)의 제어 하에서 전치 및 회전될 수 있거나 제1 모션 메커니즘(010)은 강제로 이동될 수 있다.
단계(3)에서, 제2 모션 스테이지(200)에서의 이송 트레이(20)로부터 다이가 이송될 기판(30)의 본딩 영역들(31) 중 타겟 하나는 먼저 결정된다. 그 다음, 본딩 영역(31)에서 다이의 원하는 배열 패턴(desired arrangement pattern)의 거울 이미지(mirror image)에 대응하는 이송 트레이(20)에서의 배열 패턴이 결정된다. 그 후, 임시로 본딩될 다이(10)의 위치 및 배열이 결정된다. 제1 모션 메커니즘(010)이 제1 모션 스테이지(100)로부터 다이(10)를 픽업할 때, 다이(10)는 제2 모션 스테이지(200)의 부근으로 이동한다. 제2 정렬 서브-시스템(201)은 다이(10)가 임시로 본딩될 이송 트레이(20)의 타겟 사이트(23)를 검출하고, 검출된 타겟 사이트를 호스트 시스템(000)에 알려, 이에 기초하여, 호스트 시스템(000)은 제2 모션 제어 서브-시스템(021)이 제2 모션 메커니즘(020)의 이동을 유발하도록 지시하고, 호스트 시스템(000)은 제2 모션 스테이지 제어 서브-시스템(002)이 제2 모션 스테이지(200)의 전치 또는 회전을 유발하도록 지시한다. 바람직하게는, 제1 모션 메커니즘(010)의 이동은 이송 트레이(20)의 정렬 영역(22)에서의 정렬 마크(21)에 기초하고, 제2 모션 스테이지(200)의 전치 또는 회전은 다이(10)가 이송 트레이(20)에 임시로 본딩될 방식(the way the die 10 to be temporarily bonded to the transfer tray 20)에 기초한다. 제2 모션 스테이지(200)의 전치 또는 회전의 완료 후에, 호스트 시스템(000)은 제1 모션 제어 서브-시스템(011)이 제1 모션 메커니즘(010)이 다이(10)가 임시로 본딩 될 이송 트레이(20)의 타겟 사이트 상에 다이(10)를 배치하도록 유발하도록 지시한다. 배치 중에, 이송 트레이(20)는 다이(10)가 제1 모션 메커니즘(010)에 유지되는 힘보다 더 큰 다이(10)에서의 일시적 본딩 힘을 가할 수 있고, 제2 정렬 서브-시스템은 배치의 위치 정확성을 보장하는 검출 프로세스를 수행할 수 있다.
단계(4)에서, 원하는 수의 다이(10)가 이송 트레이(20)에 임시로 본딩된 후, 호스트 시스템(000)은 제2 모션 제어 서브-시스템(021)이 제2 모션 제어 메커니즘(020)이 이송 트레이(20)의 반대편 가장자리에 클램프(clamp)하고 제3 모션 스테이지(300)의 부근으로 그것을 이동시키도록 유발하도록 지시한다. 그 다음, 제3 정렬 서브-시스템(301)은 다이가 본딩 될 기판(30)의 타겟 본딩 영역(31)의 위치를 검출하고, 제2 모션 메커니즘(020)은 본딩 영역(31)의 부근으로 이송 트레이(20)를 이동시킨다. 대안적으로, 제3 모션 스테이지(300)는 제2 모션 메커니즘(020)과 함께 이동할 수 있어, 제2 모션 메커니즘(020)에 탑재된 이송 트레이(20)가 타겟 본딩 영역(31) 위에 위치될 수 있다. 다이(10)가 본딩 영역(31)에 의해 원하는 방식으로 본딩되는 이송 트레이(20)는 180°로 플립되고 제2 모션 메커니즘(020)에 의해 아래로 이동되어 본딩 영역(31)에 접근한다. 이송 트레이(20)에서의 다이(10)가 기판(30)과 접촉하게 되면, 다이(10)가 이송 트레이(20)에 유지되는 힘이 순간적으로 해제되거나, 기판(30)은 이송 트레이(20)로부터 다이(10)에 대한 유지력보다 더 큰 다이(10)에 흡착력(attractive force)을 제공하여 다이(10)가 기판(30)에 이송되고 유지되도록 한다. 이 때, 이송 트레이(20)는 다이를 기판(30)에 본딩된 상태로 남겨두면서, 프로세스에 의해 요구되는 바와 같이 다이(10)로부터 멀어지게 이동하도록 유발될 수 있다. 대안적으로, 다이(10)를 기판(30)에 열-압력 본딩하는 것이 더 요구된다면, 이송 트레이(20)는 다이(10)가 기판(30)에 열-압력 본딩되도록 기판(30)을 가열하는 제3 모션 스테이지(300)와 동시에, 다이(10)에 하향 압력을 가할 수 있다.
본 발명에 따르면, 먼저 기판(30)의 타겟 본딩 영역(31)에 대한 모든 다이(10)를 이송 트레이(20)에 임시로 본딩한 다음, 이송 트레이(20)로부터 본딩 영역(31)으로 한번에 이송하거나 또는 일시적 운반(transit)으로서 역할을 하는 이송 트레이(20)와 하나씩 본딩 영역(31)으로 이송하는 것이 가능하다. 전자의 경우, 이송 트레이(20)에 임시로 본딩된 모든 다이(10)를 그 상부 표면에서 동일하도록 하여, 180°로 플립된 후 이송 트레이(20)의 하향 이동 중에 다이(10)의 각각이 기판(30)과 접촉할 수 있도록 보장할 필요가 있다.
본 발명에 제공된 다이 본딩 시스템 및 방법은 제2 모션 메커니즘(020)을 한 번만 플립시킴으로써 프로세스 요구 사항에 기초하여 다수의 다이(10)가 동시에 기판(30)으로 이송되게 하며, 이는 결과적으로 생산 효율성 및 시간 절약을 향상시키고, 대량 생산에 대한 요구 사항을 해결한다.
당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 대한 다양한 변경 및 변형을 행할 수 있음이 명백하다. 따라서, 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 모든 그러한 수정 및 변형이 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (13)

  1. 다이 본딩 시스템에 있어서,
    순차적으로 배열되는, 다이를 공급하기 위한 제1 모션 스테이지, 이송 트레이를 탑재하기 위한 제2 모션 스테이지, 및 상기 다이가 본딩 될 기판을 지지하기 위한 제3 모션 스테이지; 상기 제1 모션 스테이지로부터 상기 다이를 픽업하고 상기 제2 모션 스테이지에 상기 다이를 배치하기 위한 제1 모션 메커니즘; 상기 제2 모션 스테이지로부터 상기 이송 트레이를 픽업하고 상기 제3 모션 스테이지에 상기 이송 트레이를 배치하기 위한 제2 모션 메커니즘; 및 상기 다이 본딩 시스템을 제어하기 위한 호스트 시스템을 포함하고, 상기 이송 트레이는 상기 다이를 유지할 수 있고; 상기 제2 모션 메커니즘은 상기 이송 트레이를 플립할 수 있고; 상기 다이는 궁극적으로 기판에 본딩되는
    다이 본딩 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 모션 스테이지들 중 대응하는 하나에 대상물의 위치를 검출하도록 각각 구성된 검출 시스템
    을 더 포함하는 다이 본딩 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 검출 시스템은 상기 제1 모션 메커니즘을 상기 다이와 정렬시키기 위한 제1 정렬 서브-시스템, 상기 제1 모션 메커니즘이 상기 다이를 상기 이송 트레이와 정렬시키도록 유발하는 제2 정렬 서브-시스템, 및 상기 제2 모션 메커니즘이 상기 이송 트레이를 상기 기판과 정렬시키도록 유발하는 제3 정렬 서브-시스템을 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 정렬 서브-시스템의 각각은 상기 호스트 시스템에 신호-연결되는
    다이 본딩 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모션 스테이지의 이동을 제어하기 위한 제1 모션 스테이지 제어 서브-시스템, 상기 제2 모션 스테이지의 이동을 제어하기 위한 제2 모션 스테이지 제어 서브-시스템 및 상기 제3 모션 스테이지의 이동을 제어하기 위한 제3 모션 스테이지 제어 서브-시스템을 더 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 모션 스테이지 제어 서브-시스템은 상기 호스트 시스템에 각각 신호-연결되는
    다이 본딩 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모션 메커니즘을 제어하기 위한 제1 모션 제어 서브-시스템 및 상기 제2 모션 메커니즘을 제어하기 위한 제2 모션 제어 서브-시스템을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 모션 제어 서브-시스템 모두는 상기 호스트 시스템에 신호-연결되는
    다이 본딩 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다이는 상기 제1 모션 스테이지에 접착식으로 유지되는
    다이 본딩 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다이는 정전 흡착, 진공 흡착 또는 유기 접착제에 의해 상기 이송 트레이에 유지되는
    다이 본딩 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 금속 재료, 반도체 재료 또는 유기 재료로 제조되는
    다이 본딩 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다이는 접착식으로 또는 열-압력 본딩에 의해 상기 기판에 본딩되는
    다이 본딩 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이송 트레이는 상기 다이의 재배열을 위한 기준으로서 작용하는 정렬 마크가 제공되는
    다이 본딩 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판은 상기 이송 트레이의 정렬 마크에 대응하는 배열 마크가 제공되고, 상기 기판에 상기 이송 트레이에서의 상기 다이를 본딩하는 동안, 상기 이송 트레이의 정렬 마크 및 상기 기판의 배열 마크는 상기 기판과 상기 다이의 정렬을 용이하게 하는
    다이 본딩 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 정의된 상기 다이 본딩 시스템을 사용하는 다이 본딩 방법에 있어서,
    1) 상기 제1 모션 스테이지에서의 다이의 유지 및 상기 제1 모션 스테이지로부터의 상기 제1 모션 메커니즘에 의한 상기 다이의 픽업 단계;
    2) 상기 제1 모션 메커니즘에 의한 상기 제2 모션 스테이지에서의 상기 이송 트레이에서의 상기 다이의 배치 및 재배열 단계;
    3) 상기 제2 모션 메커니즘에 의한 상기 제2 모션 스테이지로부터의 상기 이송 트레이의 픽업 단계;
    4) 상기 제2 모션 메커니즘에 의한 상기 이송 트레이의 플립 및 상기 기판에 상기 이송 트레이에서의 상기 재배열된 다이의 본딩 단계; 및
    5) 상기 제2 모션 메커니즘에 의해 상기 이송 트레이를 제거하여, 상기 이송 트레이로부터의 상기 다이의 분리를 하는 단계
    를 포함하는 다이 본딩 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이송 트레이에서의 상기 다이의 재배열 단계는 상기 제1 모션 메커니즘이 상기 제1 모션 스테이지로부터 상기 다이들 중 하나를 픽업 할 때마다 상기 호스트 시스템의 제어 하에 상기 제2 모션 스테이지에 의해 상기 이송 트레이를 회전 또는 이동시킴으로써, 상기 제1 모션 메커니즘에 의해 상기 다이에 대응하는 상기 이송 트레이의 위치에서 상기 픽업된 다이의 배치가 달성되는
    다이 본딩 방법.
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