KR20190100777A - Flip chip bonding apparatus and method - Google Patents

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KR20190100777A KR1020180020748A KR20180020748A KR20190100777A KR 20190100777 A KR20190100777 A KR 20190100777A KR 1020180020748 A KR1020180020748 A KR 1020180020748A KR 20180020748 A KR20180020748 A KR 20180020748A KR 20190100777 A KR20190100777 A KR 20190100777A
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Abstract

Disclosed are an apparatus and a method for bonding a flip chip. The disclosed apparatus for bonding a flip chip irradiates laser beams on solder provided between a substrate and at least one semiconductor chip and bonds the at least one semiconductor chip onto the substrate. The apparatus for boding a flip chip includes: a laser light source radiating the laser beams and irradiating the same onto the substrate having the at least one semiconductor chip; a substrate support board on which the substrate is loaded; a transparent window provided between the laser light source and the substrate support board and transmitting the laser beams; and a lifting unit vertically moving the substrate support board in a direction toward the transparent window.

Description

플립칩 본딩 장치 및 방법{Flip chip bonding apparatus and method}Flip chip bonding apparatus and method

본 발명은 플립칩 본딩에 관한 것으로, 상세하게는 레이저를 이용한 플립칩 본딩 공정에서 반도체 칩을 기판 상에 보다 정확하게 정렬시켜 접합할 수 있는 플립칩 본딩 장치 및 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to flip chip bonding, and more particularly, to a flip chip bonding apparatus and method capable of more accurately aligning and bonding semiconductor chips onto a substrate in a flip chip bonding process using a laser.

플립칩 본딩 기술은 반도체 패키징 공정에서 반도체 칩의 뒷면을 기판이나 다른 반도체 칩에 접합시켜 이들 사이를 전기적, 기계적으로 연결시켜 주는 인터커넥션(interconnection) 기술의 일종이다. 이러한 플립칩 본딩 기술은 와이어 본딩(wire bonding) 등과 같은 다른 인터커넥션 기술에 비해 연결 길이를 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다. Flip chip bonding technology is a kind of interconnection technology in which a backside of a semiconductor chip is bonded to a substrate or another semiconductor chip in a semiconductor packaging process and electrically and mechanically connected therebetween. This flip chip bonding technology has an advantage of minimizing the connection length compared to other interconnection technologies such as wire bonding.

플립칩 본딩 기술은 입출력 모듈(I/O module)의 수를 증가시킬 수 있으며, 보다 많은 신호, 전력, 접지 등을 기판의 작은 면적에 구현할 수 있다. 또한 짧은 연결 길이로 인해 인덕턴스(inductance), 저항(resistance), 커패시턴스(capacitance) 등을 낮출 수 있으며, 전기적 지연(delay)을 줄일 수 있고, 고주파 특성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 반도체 칩의 뒷면으로의 열전달을 향상시킬 수 있으므로 반도체 칩을 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 플립칩 본딩 기술은 공정의 단순화에 따른 가격 경쟁력이 있고, 가볍고 얇으며 작은 부품을 구현할 수 있으며, 뛰어난 전기적 특성을 발휘할 수 있다는 점에서 지속적으로 성장하고 있는 기술 분야이다.Flip chip bonding technology can increase the number of input / output modules (I / O modules), and more signals, power, ground, etc. can be implemented in a small area of the substrate. In addition, the short connection length can reduce inductance, resistance, capacitance, etc., reduce electrical delay, and improve high frequency characteristics. And since heat transfer to the back surface of a semiconductor chip can be improved, a semiconductor chip can be cooled efficiently. Flip chip bonding technology is a technology field that is continuously growing in that it is cost-competitive due to the simplification of the process, light, thin and small parts can be realized, and excellent electrical characteristics can be achieved.

기존에는 접착제를 이용한 플립칩 본딩 기술, 초음파를 이용한 플립칩 본딩 기술 등이 사용되었으나, 이러한 플립칩 본딩 기술은 반도체 패키지의 특정 영역에 손상이 발생될 염려가 있다. 이에 따라 최근에는 레이저를 이용한 플립칩 본딩 기술이 각광을 받고 있다.Conventionally, a flip chip bonding technique using an adhesive and a flip chip bonding technique using ultrasonic waves have been used. However, such a flip chip bonding technique may cause damage to a specific region of a semiconductor package. Accordingly, in recent years, flip chip bonding technology using a laser has been in the spotlight.

본 발명의 예시적인 실시예는 레이저를 이용한 플립칩 본딩 공정에서 반도체 칩을 기판 상에 보다 정확하게 정렬시켜 접합할 수 있는 플립칩 본딩 장치 및 방법을 제공한다.Exemplary embodiments of the present invention provide a flip chip bonding apparatus and method capable of more accurately aligning and bonding semiconductor chips onto a substrate in a flip chip bonding process using a laser.

본 발명의 일 측면에 있어서, In one aspect of the invention,

기판과 적어도 하나의 반도체 칩 사이에 마련된 솔더에 레이저 빔을 조사하여 상기 기판에 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 접합시키는 플립칩 본딩 장치에 있어서,In the flip chip bonding apparatus for bonding the at least one semiconductor chip to the substrate by irradiating a laser beam to the solder provided between the substrate and the at least one semiconductor chip,

상기 레이저 빔을 방출하여 상기 적어도 하나의 반도체 칩이 마련된 상기 기판에 조사하는 레이저 광원;A laser light source emitting the laser beam and irradiating the substrate on which the at least one semiconductor chip is provided;

상기 기판이 적재되는 기판 지지대;A substrate support on which the substrate is loaded;

상기 레이저 광원과 상기 기판 지지대 사이에 마련되어 상기 레이저 빔을 투과시키는 투명 윈도우; 및A transparent window provided between the laser light source and the substrate support to transmit the laser beam; And

상기 기판 지지대를 상기 투명 윈도우 쪽 방향을 따라 상하로 이동시키는 승강 유닛;을 포함하는 플립칩 본딩 장치가 제공된다.And a lifting unit for moving the substrate support upward and downward in the direction of the transparent window.

상기 레이저 빔이 상기 기판에 조사되는 동안 상기 승강 유닛은 상기 기판 지지대를 상승시켜 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 상기 투명 윈도우에 접촉시킬 수 있다. The lifting unit may raise the substrate support while contacting the at least one semiconductor chip with the transparent window while the laser beam is irradiated onto the substrate.

상기 적어도 하나의 반도체 칩과 상기 투명 윈도우가 접촉함에 따라 상기 적어도 하나의 반도체 칩은 상기 기판에 정렬되어 접합될 수 있다. As the at least one semiconductor chip is in contact with the transparent window, the at least one semiconductor chip may be aligned and bonded to the substrate.

상기 레이저 광원으로부터 방출되는 상기 레이저 빔은 디포커싱되어 상기 기판에 조사될 수 있다. The laser beam emitted from the laser light source may be defocused and irradiated onto the substrate.

상기 레이저 광원은 상기 레이저 빔을 생성하는 레이저 발생기, 상기 레이저 빔의 주사 경로를 제어하는 스캐너(scanner), 및 상기 레이저 빔을 상기 기판 쪽으로 방출하는 레이저 헤드(laser head)를 포함할 수 있다. 상기 레이저 발생기는 예를 들면, 915nm 파장의 상기 레이저 빔을 생성하는 파이버 레이저를 포함할 수 있다.The laser light source may include a laser generator for generating the laser beam, a scanner for controlling a scanning path of the laser beam, and a laser head for emitting the laser beam toward the substrate. The laser generator may include, for example, a fiber laser that generates the laser beam of 915 nm wavelength.

상기 플립칩 본딩 장치는 상기 레이저 빔이 조사되는 상기 기판의 가공 영역의 온도를 실시간으로 측정하는 온도 측정 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 온도 측정 유닛은 예를 들면, 열 화상 카메라를 포함할 수 있다. The flip chip bonding apparatus may further include a temperature measuring unit measuring a temperature of a processing region of the substrate to which the laser beam is irradiated in real time. The temperature measuring unit may comprise a thermal imaging camera, for example.

상기 플립칩 본딩 장치는 상기 레이저 광원을 제어하는 제어부를 더 포함할수 있다. 상기 제어부는 상기 온도 측정 유닛으로부터 측정되는 온도에 따라 상기 레이저 광원의 출력을 제어함으로써 상기 가공 영역의 시간에 따른 온도 프로파일(temperature profile)을 조절할 수 있다. The flip chip bonding apparatus may further include a controller for controlling the laser light source. The controller may adjust a temperature profile over time of the processing area by controlling the output of the laser light source according to the temperature measured from the temperature measuring unit.

상기 투명 윈도우는 예를 들면, 석영(Quartz) 또는 ZnSe 를 포함할 수 있다. The transparent window may include, for example, quartz or ZnSe.

본 발명의 다른 측면에 있어서,In another aspect of the invention,

기판과 적어도 하나의 반도체 칩 사이에 마련된 솔더에 레이저 빔을 조사하여 상기 기판에 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 접합시키는 플립칩 본딩 방법에 있어서,A flip chip bonding method in which a laser beam is applied to a solder provided between a substrate and at least one semiconductor chip to bond the at least one semiconductor chip to the substrate.

레이저 광원으로부터 방출되는 상기 레이저 빔을 상기 적어도 하나의 반도체 칩이 마련된 상기 기판에 조사하는 단계: Irradiating the laser beam emitted from a laser light source to the substrate provided with the at least one semiconductor chip:

상기 기판이 적재된 기판 지지대를 상승시켜 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 상기 레이저광원과 상기 기판 지지대 사이에 마련된 투명 윈도우에 접촉시키는 단계; 및Raising the substrate support on which the substrate is loaded to contact the at least one semiconductor chip with a transparent window provided between the laser light source and the substrate support; And

상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 기판과 상기 적어도 하나의 반도체 칩 사이에 마련된 상기 솔더를 용융시켜 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 상기 기판에 접합시키는 단계;를 포함하는 플립칩 본딩 방법이 제공된다.Melting the solder provided between the substrate and the at least one semiconductor chip by the irradiation of the laser beam to bond the at least one semiconductor chip to the substrate; a flip chip bonding method is provided.

상기 적어도 하나의 반도체 칩과 상기 투명 윈도우가 접촉함에 따라 상기 적어도 하나의 반도체 칩은 상기 기판 상에 정렬되어 접합될 수 있다. As the at least one semiconductor chip is in contact with the transparent window, the at least one semiconductor chip may be aligned and bonded to the substrate.

상기 레이저 광원으로부터 방출되는 상기 레이저 빔은 디포커싱되어 상기 기판에 조사될 수 있다. The laser beam emitted from the laser light source may be defocused and irradiated onto the substrate.

상기 플립칩 본딩 방법은 상기 레이저 빔이 조사되는 상기 기판의 가공 영역의 온도를 실시간으로 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. The flip chip bonding method may further include measuring a temperature of a processing region of the substrate to which the laser beam is irradiated in real time.

상기 플립칩 본딩 방법은 상기 기판의 가공 영역의 측정된 온도를 이용하여 상기 레이저 광원의 출력을 제어하면서 상기 가공 영역의 시간에 따른 온도 프로파일을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. The flip chip bonding method may further include adjusting a temperature profile over time of the processing region while controlling the output of the laser light source using the measured temperature of the processing region of the substrate.

본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 기판이 적재된 기판 지지대가 승강 유닛에 의해 상승하여 기판에 마련된 적어도 하나의 반도체 칩이 투명 윈도우에 접촉함으로써 적어도 하나의 반도체 칩은 기판의 원하는 위치에 정확하게 정렬된 상태를 유지할 수 있다. 이와 같이, 적어도 하나의 반도체 칩이 투명 윈도우에 접촉하여 정렬된 상태에서 기판과 적어도 하나의 반도체 칩 사이에 형성된 솔더에 레이저 빔이 조사되어 솔더가 융용됨으로써 적어도 하나의 반도체 칩은 기판의 원하는 위치에 정확하게 접합될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the substrate support on which the substrate is loaded is lifted by the elevating unit so that at least one semiconductor chip provided on the substrate contacts the transparent window so that the at least one semiconductor chip is exactly aligned at a desired position of the substrate. It can keep the state. As such, the laser beam is irradiated onto the solder formed between the substrate and the at least one semiconductor chip while the at least one semiconductor chip is aligned with the transparent window so that the solder is melted so that the at least one semiconductor chip is positioned at a desired position on the substrate. Can be bonded precisely.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플립칩 본딩 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 플립칩 본딩 장치(100)에서 투명 윈도우 및 기판을 투명 윈도우 쪽으로 이동시키는 승강 유닛을 도시한 사시도이다.
도 3a는 도 1에 도시된 플립칩 본딩 장치에서 기판에 마련된 적어도 하나의반도체 칩이 투명 윈도우로부터 이격된 모습을 도시한 것이다.
도 3b는 도 1에 도시된 플립칩 본딩 장치에서 기판이 상승하여 기판에 마련된 적어도 하나의 반도체 칩이 투명 윈도우에 접촉된 모습을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플립칩 본딩 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트(flow chart)를 도시한 것이다. 1 schematically illustrates a flip chip bonding apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a lifting unit for moving the transparent window and the substrate toward the transparent window in the flip chip bonding apparatus 100 shown in FIG. 1.
FIG. 3A illustrates a state in which at least one semiconductor chip provided on a substrate is spaced apart from a transparent window in the flip chip bonding apparatus illustrated in FIG. 1.
FIG. 3B illustrates a state in which the substrate is raised and the at least one semiconductor chip provided on the substrate is in contact with the transparent window in the flip chip bonding apparatus illustrated in FIG. 1.
4 is a flow chart illustrating a flip chip bonding method according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. Meanwhile, the embodiments described below are merely exemplary, and various modifications are possible from these embodiments.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, what is described as "upper" or "upper" may include not only directly over and in contact but also overlying. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.

“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다. The use of the term “above” and similar terminology may be used in the singular and the plural. If the steps constituting the method are not explicitly stated or contrary to the steps, the steps may be performed in a suitable order. It is not necessarily limited to the order of description of the above steps. The use of all examples or exemplary terms (eg, etc.) is for the purpose of describing the technical idea in detail and is not to be limited in scope by the examples or exemplary terms unless defined by the claims.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플립칩 본딩 장치(100)를 개략적으로 도시한 것이다. 그리고, 도 2는 도 1에 도시된 플립칩 본딩 장치(100)에서 투명 윈도우(140) 및 기판(W)을 투명 윈도우(140) 쪽으로 이동시키는 승강 유닛(150)을 도시한 사시도이다.1 schematically illustrates a flip chip bonding apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. 2 is a perspective view illustrating a lifting unit 150 for moving the transparent window 140 and the substrate W toward the transparent window 140 in the flip chip bonding apparatus 100 shown in FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(W) 상에는 접합하고자 하는 적어도 하나의 반도체 칩(C)이 마련될 수 있다. 기판(W)으로는 예를 들면, 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)이 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에는 기판(W) 상에 복수의 반도체 칩(C)이 마련되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 기판(W)에 하나의 반도체 칩(C)이 마련될 수도 있다. 1 and 2, at least one semiconductor chip C to be bonded may be provided on the substrate W. Referring to FIG. As the substrate W, for example, a printed circuit board (PCB) may be used. But it is not limited thereto. 1 illustrates a case in which a plurality of semiconductor chips C are provided on a substrate W, but one semiconductor chip C may be provided on the substrate W without being limited thereto.

기판(W)과 적어도 하나의 반도체 칩(C) 사이에는 솔더(145)가 마련될 수 있다. 이러한 솔더(145)는 기판(W)과 그 위에 마련되는 반도체 칩(C)과의 접합을 위한 것으로, 볼 형태로 마련될 수 있다. 솔더(145)는 예를 들면 납, 주석 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 기판(W) 상에 플럭스가 도포될 수 있으며, 이러한 플럭스는 그 위에 마련되는 솔더(145)가 레이저 빔(L)의 조사에 의해 가열되어 용융된 경우에 산화되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. A solder 145 may be provided between the substrate W and the at least one semiconductor chip C. The solder 145 is for bonding the substrate W and the semiconductor chip C provided thereon, and may be provided in a ball shape. The solder 145 may include, but is not limited to, for example, lead, tin, or the like. On the other hand, although not shown in the drawings, a flux may be applied onto the substrate W, and the flux is oxidized when the solder 145 provided thereon is heated and melted by irradiation of the laser beam L. It can play a role in preventing it.

본 실시예에 따른 플립칩 본딩 장치(100)는 기판(W)과 적어도 하나의 반도체 칩(C) 사이에 마련된 솔더(145)에 레이저 빔(L)을 조사함으로써 기판(W)의 원하는 위치에 적어도 하나의 반도체 칩(C)을 정확하게 정렬하여 접합시킬 수 있다. 이를 위해 플립칩 본딩 장치(100)는 레이저 광원(110), 기판 지지대(S), 투명 윈도우(140) 및 승강 유닛(150)을 포함할 수 있다. In the flip chip bonding apparatus 100 according to the present exemplary embodiment, the laser beam L is irradiated to the solder 145 provided between the substrate W and the at least one semiconductor chip C to a desired position of the substrate W. FIG. At least one semiconductor chip C may be accurately aligned and bonded. To this end, the flip chip bonding apparatus 100 may include a laser light source 110, a substrate support S, a transparent window 140, and a lifting unit 150.

레이저 광원(110)은 레이저빔(L)을 방출하여 기판(W)에 조사하는 역할을 한다. 레이저 광원(110)은 레이저 빔(L)을 생성하는 레이저 발생기(111), 레이저 발생기(111)로부터 생성된 레이저 빔(L)의 주사 경로를 제어하는 스캐너(scanner, 114) 및 레이저 빔(L)을 기판(W) 쪽으로 방출하는 레이저 헤드(laser head, 115)을 포함할 수 있다. The laser light source 110 emits a laser beam L and serves to irradiate the substrate W. The laser light source 110 includes a laser generator 111 for generating a laser beam L, a scanner 114 for controlling a scanning path of the laser beam L generated from the laser generator 111, and a laser beam L. ) May include a laser head 115 that emits toward the substrate (W).

레이저 발생기(111)는 예를 들면 적외선 또는 근적외선 범위의 파장을 가지는 레이저 빔(L)을 생성할 수 있다. 이러한 적외선 또는 근적외선 범위의 파장을 가지는 레이저 빔(L)은 열적인 작용이 강해서 단시간에 온도 상승과 제어가 필요한 플립칩 본딩에 효과적으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 레이저 발생기(111)는 대략 800nm ~ 1050nm 파장(보다 구체적인 예로서는 915nm 파장)의 레이저 빔(L)을 생성하는 100W ~ 200W 정도의 출력을 가지는 파이버 레이저를 포함할 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 레이저 발생기(111)는 예를 들면 레이저 다이오드를 포함할 수도 있다. 이상에서 설명된 레이저 발생기(111)에 의해 생성되는 레이저 빔(L)의 파장 범위는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 레이저 발생기(111)는 다른 다양한 범위의 파장을 가지는 레이저 빔(L)을 생성할 수 있다. The laser generator 111 may generate a laser beam L having a wavelength in the infrared or near infrared range, for example. The laser beam L having a wavelength in the infrared or near infrared range can be effectively used for flip chip bonding, which requires a temperature rise and control in a short time due to strong thermal action. For example, the laser generator 111 may include a fiber laser having an output of about 100 W to 200 W, which generates a laser beam L having a wavelength of approximately 800 nm to 1050 nm (more specifically, a 915 nm wavelength). However, this is merely exemplary, and in addition, the laser generator 111 may include, for example, a laser diode. The wavelength range of the laser beam L generated by the laser generator 111 described above is merely exemplary, and in addition, the laser generator 111 may generate the laser beam L having other various ranges of wavelengths. have.

레이저 발생기(111)와 스캐너(114) 사이에는 레이저 발생기(111)로부터 생성된 레이저 빔(L)의 직경을 확대시킬 수 있는 빔 확대기(BET; Beam Expanding Telescope, 113)가 더 마련될 수 있다. 또한, 레이저 발생기(111)와 빔 확대기(113) 사이에는 레이저 발생기(111)로부터 생성된 레이저 빔(L)의 경로를 바꾸어 주는 반사 미러(112)가 더 마련될 수도 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 레이저 광원(110)은 필요에 따라 전술한 광학 요소들 외에도 다른 광학 요소들을 더 포함할 수도 있다. Between the laser generator 111 and the scanner 114, a beam expander telescope 113 may be further provided to enlarge the diameter of the laser beam L generated from the laser generator 111. In addition, a reflection mirror 112 for changing the path of the laser beam L generated from the laser generator 111 may be further provided between the laser generator 111 and the beam expander 113. Although not shown in the drawings, the laser light source 110 may further include other optical elements in addition to the above-described optical elements as necessary.

레이저 헤드(115)로부터 방출되는 레이저 빔(L)은 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 디포커싱(defocusing)된 상태로 기판(W)의 가공 영역에 조사될 수 있다. The laser beam L emitted from the laser head 115 may be irradiated to the processing region of the substrate W in a defocused state, for example, as shown in FIG. 1.

적어도 하나의 반도체 칩(C)이 마련되는 기판(W)은 기판 지지대(S)에 적재될 수 있다. 이러한 기판 지지대(S)는 후술하는 승강 유닛(150)에 의해 상하로 이동할 수 있도록 마련되어 있다. The substrate W on which the at least one semiconductor chip C is provided may be mounted on the substrate support S. Such a substrate support S is provided so that it can move up and down by the lifting unit 150 mentioned later.

레이저 광원(110)(구체적으로는 레이저 헤드(111))와 기판 지지대(S) 사이에는 투명 윈도우(140)가 마련될 수 있다. 이러한 투명 윈도우(140)는 레이저 가공에 의해 발생되어 분산되는 오염 물질로부터 레이저 광원(110)을 보호하는 역할을 할 수 있다.A transparent window 140 may be provided between the laser light source 110 (specifically, the laser head 111) and the substrate support S. The transparent window 140 may serve to protect the laser light source 110 from contaminants generated and dispersed by laser processing.

투명 윈도우(140)는 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 레이저 빔(L)에 대해 투과성이 있는 물질을 포함할 수 있다. 레이저 빔(L)이 적외선 또는 가시광선 파장 범위를 가지는 경우에는 투명 윈도우(140)는 예를 들면, 석영(Quartz) 또는 ZnSe 등을 포함할 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로 이외에도 투명 윈도우(140)는 레이저 빔(L)의 파장에 따라 다양한 재질을 포함할 수 있다. The transparent window 140 may include a material that is transparent to the laser beam L emitted from the laser light source 110. When the laser beam L has an infrared or visible light wavelength range, the transparent window 140 may include, for example, quartz or ZnSe. However, this is merely exemplary and the transparent window 140 may include various materials according to the wavelength of the laser beam L. FIG.

승강 유닛(150)은 적어도 하나의 반도체 칩(C)이 마련된 기판(W)을 상하로 이동시키는 역할을 한다. 구체적으로, 승강 유닛(150)은 기판(W)이 적재된 기판 지지대(S)를 투명 윈도우(140) 쪽 방향을 따라 상승 또는 하강시킬 수 있다. 도 1 및 도 2에는 승강 유닛(150)이 “X” 형태의 승강 부재를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 승강 유닛(150)은 이외에도 다양한 형태를 가지는 승강 부재를 포함할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 승강 유닛(150)의 주위에는 승강 유닛(150)에 구동력을 제공하는 구동 장치가 마련될 수 있다. The lifting unit 150 serves to move the substrate W provided with at least one semiconductor chip C up and down. In detail, the elevating unit 150 may raise or lower the substrate support S on which the substrate W is loaded along the transparent window 140. 1 and 2 exemplarily illustrate a case in which the lifting unit 150 includes a lifting member having an “X” shape. However, the present invention is not limited thereto, and the lifting unit 150 may further include lifting members having various shapes. On the other hand, although not shown in the figure, a driving device for providing a driving force to the lifting unit 150 around the lifting unit 150 may be provided.

도 3a 및 도 3b에는 승강 유닛(150)에 의해 기판(W)이 하강된 모습 및 상승한 모습이 각각 도시되어 있다. 구체적으로, 도 3a에는 승강 유닛(150)에 의해 기판(W)이 하강하여 기판(W)에 마련된 적어도 하나의 반도체 칩(C)이 투명 윈도우(140)로부터 이격된 모습이 도시되어 있다. 그리고, 도 3b에는 승강 유닛(150)에 의해 기판(W)이 상승하여 기판(W)에 마련된 적어도 하나의 반도체 칩(C)이 투명 윈도우(140)에 접촉된 모습이 도시되어 있다.3A and 3B illustrate a state in which the substrate W is lowered and elevated by the elevating unit 150, respectively. Specifically, FIG. 3A illustrates a state in which the substrate W is lowered by the lifting unit 150 so that at least one semiconductor chip C provided on the substrate W is spaced apart from the transparent window 140. 3B illustrates a state in which the substrate W is raised by the lifting unit 150 so that at least one semiconductor chip C provided on the substrate W contacts the transparent window 140.

이러한 승강 유닛(150)은 후술하는 바와 같이 기판(W)을 투명 윈도우(140) 쪽으로 상승시켜 적어도 하나의 반도체 칩(C)을 투명 윈도우(140)에 접촉시킴으로써 적어도 하나의 반도체 칩(C)을 기판(W) 상의 원하는 위치에 정확히 정렬할 수 있다. As described later, the lifting unit 150 lifts the substrate W toward the transparent window 140 to contact the at least one semiconductor chip C with the transparent window 140 so as to contact the at least one semiconductor chip C. It can be aligned exactly to the desired position on the substrate (W).

플립칩 본딩 장치(100)는 온도 측정 유닛(120)을 더 포함할 수 있다. 온도 측정 유닛(120)은 레이저 빔(L)이 기판(W)의 가공 영역에 조사되는 동안 기판(W)의 가공 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 이러한 온도 측정 유닛(120)은 예를 들면 열 화상 카메라를 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되지는 않는다.The flip chip bonding apparatus 100 may further include a temperature measuring unit 120. The temperature measuring unit 120 may measure the temperature of the processing region of the substrate W in real time while the laser beam L is irradiated onto the processing region of the substrate W. FIG. Such temperature measuring unit 120 may comprise a thermal imaging camera, for example. But it is not limited thereto.

또한, 플립칩 본딩 장치(100)는 제어부(130)를 더 포함할 수 있다. 제어부(130)는 레이저 빔(L)이 기판(W)의 가공 영역에 조사되는 동안 온도 측정 유닛(120)으로부터 측정된 온도를 이용하여 레이저 광원(110)을 제어하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 온도 측정 유닛(120)이 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W)의 가공 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정한 다음, 이 측정된 온도를 제어부(130)로 전송한다. 그리고, 제어부(130)는 기판(W)의 가공 영역에 대해 측정된 온도에 따라 레이저 광원(110)(구체적으로는 레이저 발생기(111))의 출력을 제어하게 된다. 이와 같이, 제어부(130)에 의해 레이저 광원(110)의 출력을 시간에 따라 제어함으로써 기판(W)의 가공 영역에 대한 시간에 따른 온도 프로파일(temperature profile)을 조절할 수 있다. In addition, the flip chip bonding apparatus 100 may further include a controller 130. The controller 130 may serve to control the laser light source 110 by using the temperature measured by the temperature measuring unit 120 while the laser beam L is irradiated onto the processing region of the substrate W. Specifically, the temperature measuring unit 120 measures the temperature of the processing area of the substrate W to which the laser beam L is irradiated in real time, and then transmits the measured temperature to the controller 130. In addition, the controller 130 controls the output of the laser light source 110 (specifically, the laser generator 111) according to the temperature measured for the processing region of the substrate W. FIG. As such, by controlling the output of the laser light source 110 with time by the controller 130, a temperature profile with respect to the processing area of the substrate W may be adjusted over time.

본 실시예에 따른 플립칩 본딩 장치(100)에서는 기판(W)이 적재된 기판 지지대(S)가 승강 유닛(150)에 의해 상승하여 기판(W)에 마련된 적어도 하나의 반도체 칩 적어도 하나의 반도체 칩(C)을 기판(W) 상의 원하는 위치에 정확히 정렬하여 이 투명 윈도우(140)에 접촉함으로써 적어도 하나의 반도체 칩(C)은 기판(W)의 원하는 위치에 정확하게 정렬된 상태를 유지할 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 반도체 칩(C)이 투명 윈도우(140)와의 접촉에 의해 기판(W)의 원하는 위치에 정렬된 상태에서, 기판(W)과 적어도 하나의 반도체 칩(C) 사이에 형성된 솔더(145)에 레이저 빔(L)이 조사되어 솔더(245)가 융용됨으로써 적어도 하나의 반도체 칩(C)은 기판(W)의 원하는 위치에 정확하게 접합될 수 있다.In the flip chip bonding apparatus 100 according to the present exemplary embodiment, the substrate support S on which the substrate W is mounted is lifted by the lifting unit 150 so that at least one semiconductor chip is provided on the substrate W. At least one semiconductor chip By aligning the chip C precisely at a desired position on the substrate W and contacting the transparent window 140, the at least one semiconductor chip C may be kept exactly aligned at the desired position of the substrate W. . The solder formed between the substrate W and the at least one semiconductor chip C while the at least one semiconductor chip C is aligned at a desired position of the substrate W by contact with the transparent window 140. As the laser beam L is irradiated to the 145 to fuse the solder 245, the at least one semiconductor chip C may be accurately bonded to a desired position of the substrate W. FIG.

도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플립칩 본딩 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트(flow chart)를 도시한 것이다.4 is a flow chart illustrating a flip chip bonding method according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 먼저 레이저 발생기(111)에서 레이저 빔(L)을 생성한다(201). 여기서, 레이저 발생기(111)는 예를 들면 915nm 파장의 레이저 빔(L)을 생성할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 그리고, 이러한 레이저 발생기(111)로부터 생성된 레이저 빔(L)은 소정의 광학계를 거처 디포커싱된 다음(202), 레이저 헤드(115)를 통해 출사된다. 이에 따라, 레이저 빔(L)은 투명 윈도우(140)를 통해 적어도 하나의 반도체 칩(C)이 마련된 기판(W)의 가공 영역에 조사된다.Referring to FIG. 4, first, a laser beam L is generated by the laser generator 111 (201). Here, the laser generator 111 may generate, for example, a laser beam L having a wavelength of 915 nm, but is not limited thereto. Then, the laser beam L generated from the laser generator 111 is defocused through a predetermined optical system (202), and then emitted through the laser head 115. Accordingly, the laser beam L is irradiated to the processing region of the substrate W on which the at least one semiconductor chip C is provided through the transparent window 140.

이어서, 기판(W)을 투명 윈도우(140) 쪽으로 이동시켜 적어도 하나의 반도체 칩(C)을 투명 윈도우(140)와 접촉시킨다(203). 구체적으로, 구동 장치(미도시)에 의해 승강 유닛(150)을 구동하게 되면 승강 유닛(150)의 상부에 마련된 기판 지지대(S)가 투명 윈도우(140) 쪽으로 상승하게 된다. 이에 따라, 기판 지지대(S)에 적재된 적어도 하나의 반도체 칩(C)이 마련된 기판(W)도 투명 윈도우(140) 쪽으로 상승하게 된다. 이어서, 적어도 하나의 반도체 칩(C)이 투명 윈도우(140)에 접촉한 다음에는 기판 지지대(S)가 상승하는 것을 멈추게 된다. 이와 같이 적어도 하나의 반도체 칩(C)이 투명 윈도우(140)에 접촉함에 따라 적어도 하나의 반도체 칩(C)은 기판(W)의 원하는 위치에 정확하게 정렬된 상태를 유지할 수 있다.Subsequently, the substrate W is moved toward the transparent window 140 to contact the at least one semiconductor chip C with the transparent window 140 (203). In detail, when the elevating unit 150 is driven by a driving device (not shown), the substrate support S provided on the upper portion of the elevating unit 150 is raised toward the transparent window 140. Accordingly, the substrate W on which the at least one semiconductor chip C mounted on the substrate support S is provided also rises toward the transparent window 140. Subsequently, after the at least one semiconductor chip C contacts the transparent window 140, the substrate support S stops from rising. As described above, as the at least one semiconductor chip C contacts the transparent window 140, the at least one semiconductor chip C may be accurately aligned at a desired position of the substrate W. FIG.

다음으로, 레이저 빔(L)을 기판(W)의 가공 영역에 조사한다(204). 구체적으로, 레이저 헤드(115)로부터 방출되는 디포커싱된 빔은 투명 윈도우(140)를 통해 기판(W)의 가공 영역에 조사된다. 이에 따라, 기판(W)과 적어도 하나의 반도체 칩(C) 사이에 마련되는 솔더(145)에 레이저 빔이 조사될 수 있다.Next, the laser beam L is irradiated to the processing region of the substrate W (204). In detail, the defocused beam emitted from the laser head 115 is irradiated to the processing region of the substrate W through the transparent window 140. Accordingly, the laser beam may be irradiated onto the solder 145 provided between the substrate W and the at least one semiconductor chip C.

이어서, 제어부(130)가 온도 측정 유닛(120)에 의해 측정된 온도를 이용하여 온도 프로파일을 조절하면서 본딩 공정을 수행한다(205). 구체적으로, 레이저 빔(L)이 기판(W)의 가공 영역에 조사되면 온도 측정 유닛(120)은 기판(W)의 가공 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정한다. 그리고, 이렇게 측정된 온도는 제어부(130)에 입력되고, 제어부(130)는 입력된 측정 온도에 따라 레이저 광원(110)(구체적으로는 레이저 발생기(111))의 출력을 시간에 따라 제어하면서 기판(W)의 가공 영역에 대한 시간에 따른 온도 프로파일을 조절하게 된다. 그리고, 이렇게 조절된 온도 프로파일에 따라 기판(W)과 적어도 하나의 반도체 칩(C) 사이에 마련된 솔더(145)가 용융됨으로써 적어도 하나의 반도체 칩(C)은 기판(W)의 원하는 위치에 정확하게 접합될 수 있다. Subsequently, the controller 130 performs a bonding process while adjusting the temperature profile using the temperature measured by the temperature measuring unit 120 (205). Specifically, when the laser beam L is irradiated to the processing region of the substrate W, the temperature measuring unit 120 measures the temperature of the processing region of the substrate W in real time. In addition, the measured temperature is input to the controller 130, and the controller 130 controls the output of the laser light source 110 (specifically, the laser generator 111) according to the input temperature according to time. The temperature profile over time for the processing zone of (W) is adjusted. Then, the solder 145 provided between the substrate W and the at least one semiconductor chip C is melted according to the adjusted temperature profile so that the at least one semiconductor chip C is accurately positioned at a desired position of the substrate W. Can be bonded.

이상과 같은 예시적인 실시예에 의하면, 기판(W)이 적재된 기판 지지대(S)가 승강 유닛(150)에 의해 상승하여 기판(W)에 마련된 적어도 하나의 반도체 칩(C)이 투명 윈도우(145)에 접촉함으로써 적어도 하나의 반도체 칩(C)은 기판(W)의 원하는 위치에 정확하게 정렬된 상태를 유지할 수 있다. 이와 같이, 적어도 하나의 반도체 칩(C)이 투명 윈도우(145)에 접촉하여 정렬된 상태에서 기판(W)과 적어도 하나의 반도체 칩(C) 사이에 형성된 솔더(145)에 레이저 빔이 조사되면 솔더(145)가 융용됨으로써 적어도 하나의 반도체 칩(C)은 기판(W)의 원하는 위치에 정확하게 접합될 수 있다.According to the exemplary embodiment described above, the substrate support S on which the substrate W is loaded is lifted by the lifting unit 150 so that at least one semiconductor chip C provided on the substrate W is transparent window ( By contacting 145, at least one semiconductor chip C may be maintained in a precisely aligned state at a desired position of the substrate W. FIG. As such, when the laser beam is irradiated to the solder 145 formed between the substrate W and the at least one semiconductor chip C while the at least one semiconductor chip C is aligned in contact with the transparent window 145. By melting the solder 145, the at least one semiconductor chip C may be accurately bonded to a desired position of the substrate W. FIG.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although embodiments of the present invention have been described above, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.

100.. 플립칩 본딩 장치
110.. 레이저 광원
111.. 레이저 발생기
112.. 반사 미러
113.. 빔 확대기
114.. 스캐너
115.. 레이저 헤드
120.. 온도 측정 유닛
130.. 제어부
140. 투명 윈도우
150.. 승강 유닛
W.. 기판
C.. 반도체 칩
S.. 기판 지지대100 .. Flip Chip Bonding Device
110 .. laser light source
111 .. Laser generator
112 .. Reflective mirror
113 .. Beam expander
114. Scanner
115 .. Laser Head
120 .. Temperature measuring unit
130 .. Controls
140. Transparent window
150 .. Lifting Unit
W .. Substrate
C .. Semiconductor Chip
S .. Board Support

Claims (16)

기판과 적어도 하나의 반도체 칩 사이에 마련된 솔더에 레이저 빔을 조사하여 상기 기판에 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 접합시키는 플립칩 본딩 장치에 있어서,
상기 레이저 빔을 방출하여 상기 적어도 하나의 반도체 칩이 마련된 상기 기판에 조사하는 레이저 광원;
상기 기판이 적재되는 기판 지지대;
상기 레이저 광원과 상기 기판 지지대 사이에 마련되어 상기 레이저 빔을 투과시키는 투명 윈도우; 및
상기 기판 지지대를 상기 투명 윈도우 쪽 방향을 따라 상하로 이동시키는 승강 유닛;을 포함하는 플립칩 본딩 장치.In the flip chip bonding apparatus for bonding the at least one semiconductor chip to the substrate by irradiating a laser beam to the solder provided between the substrate and the at least one semiconductor chip,
A laser light source emitting the laser beam and irradiating the substrate on which the at least one semiconductor chip is provided;
A substrate support on which the substrate is loaded;
A transparent window provided between the laser light source and the substrate support to transmit the laser beam; And
And a lift unit configured to move the substrate support upward and downward in a direction toward the transparent window. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 빔이 상기 기판에 조사되는 동안 상기 승강 유닛은 상기 기판 지지대를 상승시켜 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 상기 투명 윈도우에 접촉시키는 플립칩 본딩 장치. The method of claim 1,
And the lifting unit raises the substrate support while the laser beam is irradiated onto the substrate to contact the at least one semiconductor chip with the transparent window. 제 2 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 반도체 칩과 상기 투명 윈도우가 접촉함에 따라 상기 적어도 하나의 반도체 칩은 상기 기판에 정렬되어 접합되는 플립칩 본딩 장치.The method of claim 2,
And the at least one semiconductor chip is aligned with and bonded to the substrate as the at least one semiconductor chip contacts the transparent window. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 광원으로부터 방출되는 상기 레이저 빔은 디포커싱(defocusing)되어 상기 기판에 조사되는 플립칩 본딩 장치.The method of claim 1,
And a laser beam emitted from the laser light source is defocused and irradiated onto the substrate. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 광원은 상기 레이저 빔을 생성하는 레이저 발생기, 상기 레이저 빔의 주사 경로를 제어하는 스캐너(scanner), 및 상기 레이저 빔을 상기 기판 쪽으로 방출하는 레이저 헤드(laser head)를 포함하는 플립칩 본딩 장치. The method of claim 1,
The laser light source includes a laser generator for generating the laser beam, a scanner for controlling a scanning path of the laser beam, and a laser head for emitting the laser beam toward the substrate. . 제 5 항에 있어서,
상기 레이저 발생기는 915nm 파장의 상기 레이저 빔을 생성하는 파이버 레이저를 포함하는 플립칩 본딩 장치.The method of claim 5,
And the laser generator comprises a fiber laser to generate the laser beam at a wavelength of 915 nm. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 빔이 조사되는 상기 기판의 가공 영역의 온도를 실시간으로 측정하는 온도 측정 유닛을 더 포함하는 플립칩 본딩 장치.The method of claim 1,
And a temperature measuring unit measuring a temperature of a processing region of the substrate to which the laser beam is irradiated in real time. 제 7 항에 있어서,
상기 온도 측정 유닛은 열 화상 카메라를 포함하는 플립칩 본딩 장치.The method of claim 7, wherein
And said temperature measuring unit comprises a thermal imaging camera. 제 7 항에 있어서,
상기 레이저 광원을 제어하는 제어부를 더 포함하는 플립칩 본딩 장치.The method of claim 7, wherein
And a control unit for controlling the laser light source. 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 온도 측정 유닛으로부터 측정되는 온도에 따라 상기 레이저 광원의 출력을 제어함으로써 상기 가공 영역의 시간에 따른 온도 프로파일(temperature profile)을 조절하는 플립칩 본딩 장치.The method of claim 9,
And the control unit adjusts a temperature profile over time of the processing region by controlling the output of the laser light source in accordance with a temperature measured from the temperature measuring unit. 제 1 항에 있어서,
상기 투명 윈도우는 석영(Quartz) 또는 ZnSe 를 포함하는 플립칩 본딩 장치.The method of claim 1,
And the transparent window comprises quartz or znse. 기판과 적어도 하나의 반도체 칩 사이에 마련된 솔더에 레이저 빔을 조사하여 상기 기판에 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 접합시키는 플립칩 본딩 방법에 있어서,
레이저 광원으로부터 방출되는 상기 레이저 빔을 상기 적어도 하나의 반도체 칩이 마련된 상기 기판에 조사하는 단계:
상기 기판이 적재된 기판 지지대를 상승시켜 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 상기 레이저광원과 상기 기판 지지대 사이에 마련된 투명 윈도우에 접촉시키는 단계; 및
상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 기판과 상기 적어도 하나의 반도체 칩 사이에 마련된 상기 솔더를 용융시켜 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 상기 기판에 접합시키는 단계;를 포함하는 플립칩 본딩 방법.A flip chip bonding method in which a laser beam is applied to a solder provided between a substrate and at least one semiconductor chip to bond the at least one semiconductor chip to the substrate.
Irradiating the laser beam emitted from a laser light source to the substrate provided with the at least one semiconductor chip:
Raising the substrate support on which the substrate is loaded to contact the at least one semiconductor chip with a transparent window provided between the laser light source and the substrate support; And
Fusing the solder provided between the substrate and the at least one semiconductor chip by irradiation of the laser beam to bond the at least one semiconductor chip to the substrate. 제 12 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 반도체 칩과 상기 투명 윈도우가 접촉함에 따라 상기 적어도 하나의 반도체 칩은 상기 기판 상에 정렬되어 접합되는 플립칩 본딩 방법.The method of claim 12,
And the at least one semiconductor chip is aligned and bonded on the substrate as the at least one semiconductor chip contacts the transparent window. 제 12 항에 있어서,
상기 레이저 광원으로부터 방출되는 상기 레이저 빔은 디포커싱되어 상기 기판에 조사되는 플립칩 본딩 방법.The method of claim 12,
And the laser beam emitted from the laser light source is defocused and irradiated onto the substrate. 제 12 항에 있어서,
상기 레이저 빔이 조사되는 상기 기판의 가공 영역의 온도를 실시간으로 측정하는 단계를 더 포함하는 플립칩 본딩 방법.The method of claim 12,
And real-time measuring a temperature of a processing region of the substrate to which the laser beam is irradiated. 제 15 항에 있어서,
상기 기판의 가공 영역의 측정된 온도를 이용하여 상기 레이저 광원의 출력을 제어하면서 상기 가공 영역의 시간에 따른 온도 프로파일을 조절하는 단계를 더 포함하는 플립칩 본딩 방법.The method of claim 15,
And adjusting a temperature profile over time of the processing area while controlling the output of the laser light source using the measured temperature of the processing area of the substrate.
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