KR20200010360A - 본딩 장치 및 본딩 방법 - Google Patents

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테츠야 오타니
오사무 와타나베
토모노리 나카무라
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

본딩 장치(1)는 범프 전극(106)이 설치된 제1 주면(102a)을 갖는 반도체 다이(102)를 기판(101)에 열압착 필름(103)을 통하여 열압착한다. 본딩 장치(1)는 제1 주면(102a)과 대면하도록 반도체 다이(102)가 재치되는 다이 재치면(3a)을 갖는 중간 스테이지(3)와, 중간 스테이지(3)에 재치된 반도체 다이(102)의 제1 주면(102a)과는 반대측의 제2 주면(102b)을 착탈 가능하게 유지하는 본딩 툴(12)을 구비한다. 중간 스테이지(3)는 다이 재치면(3a)의 법선 방향(Z축 방향)을 따라 반도체 다이(102)를 이간시키는 힘을 반도체 다이(102)의 제1 주면(102a)에 제공하는 밀어올림 기구(33)를 갖는다.

Description

본딩 장치 및 본딩 방법
본 발명의 하나의 형태는 본딩 장치 및 본딩 방법에 관한 것이다.
반도체 다이 등의 전자 부품을 기판에 본딩하는 기술이 알려져 있다. 전자 부품을 기판에 본딩할 때에는, 우선, 스테이지에 재치된 전자 부품을 툴에 의해 유지한다. 그 후, 전자 부품을 접착재가 도포된 기판 위로 이동시킨다. 그리고, 툴은 전자 부품을 기판에 내리누르면서 전자 부품을 통하여 접착재를 가열한다. 전자 부품은 이 가압과 가열에 의하여, 기판에 대하여 기계적 및 전기적으로 접속된다.
일본 특개 2012-174861호 공보
본딩 동작에 있어서, 툴은 전자 부품을 유지하는 공정과 가압 및 가열하는 공정을 반복한다. 그 결과, 고온의 툴에 의해, 전자 부품을 유지하는 공정이 행해지는 경우가 있다. 한편, 전자 부품은 스테이지에서 유연성을 갖는 필름에 재치된다. 고온의 툴이 스테이지에 재치된 전자 부품에 접촉하면, 전자 부품을 통하여 툴의 열이 필름에 전해진다. 필름은 열의 영향을 받기 쉬우므로, 고온의 툴에 의하면 스테이지로부터 툴로의 전자 부품의 전달에 영향을 미친다. 구체적으로는, 툴의 열에 의해 필름이 열에 녹는다. 그 결과, 필름이 스테이지에 달라붙으므로, 전자 부품의 전달에 영향을 준다.
예를 들면, 특허문헌 1은 반도체칩을 적합하게 전달하는 기술을 개시한다. 이 기술에서는, 반도체칩에 툴인 흡착 수단을 근접시킨다. 이때, 흡착 수단은 반도체칩에 접촉하지 않는다. 그리고, 흡착 수단에 설치된 흡인 구멍으로부터 공기를 흡인함으로써, 반도체칩을 빨아올린다.
그러나, 흡착 수단에 의해 반도체칩을 빨아올리려고 하면, 빨아올림 시에 반도체칩의 회전 및 위치 벗어남이 발생한다. 예를 들면, 툴을 반도체 다이에 근접시킨 상태에서 흡착함으로써, 반도체칩의 회전 및 위치 벗어남을 억제할 수 있다. 그러나, 툴을 반도체칩에 근접시킴으로써 툴의 열이 반도체칩, 필름 및 전달부에 전해 진다. 그 결과, 필름이 전달부에 달라붙는다. 한편, 필름과 전달부의 달라붙음을 억제하기 위해, 툴과 반도체 다이의 간격을 넓히면, 반도체칩의 회전 및 위치 벗어남이 커진다. 따라서, 반도체 다이를 정확하게 전달할 수 없다.
본 발명은 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 전자 부품을 정확하게 전달함과 아울러, 툴의 열의 영향을 저감하는 것이 가능한 본딩 장치 및 본딩 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 하나의 예는 복수의 전극부가 설치된 전극면을 갖는 전자 부품을 기판 또는 다른 전자 부품에 열압착 필름을 통하여 열압착하는 본딩 장치로서, 전극면과 대면하도록 전자 부품이 재치되는 재치면을 갖는 스테이지와, 스테이지에 재치된 전자 부품의 전극면과는 반대측의 주면을 착탈 가능하게 유지하는 본딩 툴을 구비하고, 스테이지는 재치면의 법선 방향을 따라 전자 부품을 이간시키는 힘을 전자 부품의 전극면에 제공하는 밀어올림부를 갖는다.
본딩 장치는 스테이지에 재치된 전자 부품을 본딩 툴에 건네 줄 때, 밀어올림부에 의해 전자 부품을 스테이지로부터 밀어올린다. 이 밀어올림부는 전자 부품을 본딩 툴을 향하여 이동시키는 힘을 전자 부품에 대하여 제공한다. 이러한 힘에 기초하는 전자 부품의 이동에 의하면, 전자 부품의 자세를 유지하면서, 본딩 툴을 향하여 전자 부품을 이동시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 전자 부품의 회전 및 위치 벗어남이 억제되므로, 전자 부품을 정확하게 전달할 수 있다. 또한, 전자 부품이 스테이지로부터 떨어지는 타이밍에서는, 본딩 툴과 전자 부품 사이에는 간극이 생기고 있다. 이 간극은 본딩 툴로부터 전자 부품으로의 열 이동에 대하여 열 저항이 된다. 따라서, 전자 부품에 대하여 본딩 툴이 미칠 수 있는 열의 영향을 저감할 수 있다.
본 발명의 하나의 형태에 따른 본딩 장치에 의하면, 반도체칩을 정확하게 전달함과 아울러, 툴로부터의 열의 영향을 저감할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 본딩 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1의 본딩 장치에 의해 조립되는 반도체 장치의 단면을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타내는 본딩 툴과 중간 스테이지를 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 본딩 장치를 사용한 본딩 방법의 주요 공정을 도시하는 도면이다.
도 5는 도 4에 나타내는 하나의 공정을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5에 나타내는 공정에 계속되는 다른 공정을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 6에 나타내는 공정에 계속되는 또 다른 공정을 도시하는 도면이다.
도 8은 제1 실시형태에 따른 본딩 장치의 작용효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 제2 실시형태에 따른 본딩 툴과 중간 스테이지를 도시하는 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 실시하기 위한 형태를 상세하게 설명한다. 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
<제1 실시형태>
도 1에 도시하는 바와 같이, 본딩 장치(1)는 기판(101)의 본딩 영역에 전자 부품의 일례인 반도체 다이(102)를 실장한다. 이 실장에 의해, 기판(101)과 반도체 다이(102)를 구비하는 반도체 장치(100)가 얻어진다. 이하의 설명에서는, 서로 직교하는 X축 및 Y축을 반도체 다이(102)의 주면(또는 어느 쪽인가의 스테이지의 주면)에 평행하다. Z축은 X축 및 Y축의 쌍방에 수직하다.
본딩 장치(1)에 의해 조립되는 반도체 장치(100)에 대하여 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 반도체 장치(100)는 기판(101)과, 반도체 다이(102)를 갖는다.
기판(101)은 낱개의 판 형상을 나타내고, 제1 주면(101a)과 제2 주면(101b)을 갖는다. 제1 주면(101a)에는, 반도체 다이(102)가 탑재되는 적어도 1개소의 탑재 영역이 형성된다. 따라서, 반도체 다이(102)는 기판(101)의 제1 주면(101a)에 본딩된다. 제2 주면(101b)은 제1 주면(101a)의 이면이다. 기판(101)의 재질은, 예를 들면, 유기 재료(예를 들면, 에폭시 기판 또는 폴리이미드 기판), 무기 재료(예를 들면, 유리 기판) 또는 그것들의 복합 재료(예를 들면, 유리 에폭시 기판)이다. 기판(101)은 소위 인터포저이다.
또한, 탑재 영역은 한 장의 기판에 복수 개소 설치되어도 된다. 이 경우, 기판의 탑재 영역마다 반도체 다이(102)가 본딩된다. 그 후, 탑재 영역마다 기판을 낱개로 함으로써, 복수의 반도체 장치(100)를 얻는다. 또한 반도체 장치(100)는 복수의 반도체 다이(102)가 적층된 스택 구조를 가져도 된다. 스택형의 반도체 장치에서는, 2개 이상의 반도체 다이(102) 전체가 모두 동일한 방향을 향해도 된다. 또한, 스택형의 반도체 장치에서는, 2개 이상의 반도체 다이(102)가 서로 다른 방향을 향하고 있어도 된다. 또한, 반도체 장치(100)는 1개소의 탑재 영역에 2개 이상의 반도체 다이(102)가 본딩되어도 된다.
반도체 다이(102)는 열압착 필름(103)을 사용하여 기판(101)에 고정된다. 열압착 필름(103)은 반도체 다이(102)에 접착된 다이 접착면(103a)와, 기판(101)에 대하여 접촉하는 기판 접착면(103b)을 갖는다. 열압착 필름(103)은, 예를 들면, 열경화성의 수지이며, 반도체 다이(102)의 복수의 범프 전극(106) 사이를 절연하는 절연성 필름(NCF: Non-Conductive Film)이다.
반도체 다이(102)는 평면으로 보아 기판(101)보다도 작은 낱개의 판 형상을 나타낸다. 반도체 다이(102)는 제1 주면(102a)(전극면)과 제2 주면(102b)(주면)을 갖는다. 제1 주면(102a)에는, 소정의 회로 패턴이 설치된다. 제1 주면(102a)에는, 또한 복수의 전극 패드(104)와, 복수의 범프 전극(106)(복수의 전극부)과, 보호막(108)이 설치된다. 그리고, 제1 주면(102a)은 기판(101)의 제1 주면(101a)과 대면한다. 이러한 본딩 태양은 페이스 다운 본딩이다. 제2 주면(102b)은 제1 주면(102a)과는 반대의 이면이다. 반도체 다이(102)는 실리콘과 같은 반도체 재료에 의해 구성된다.
전극 패드(104)는 기판(101)의 제1 주면(101a)에 형성된 전극 패드(107)와 전기적으로 접속된다. 범프 전극(106)은 전극 패드(104) 위에 설치된다. 보호막(108)은 복수의 범프 전극(106)의 주위에 설치된다. 바꾸어 말하면, 전극 패드(104)의 외주 단부는 보호막(108)에 의해 피복된다. 한편, 전극 패드(104)의 중앙부는 보호막(108)으로부터 노출된다. 이 노출된 부분은 범프 전극(106)과의 전기적인 접속부이다. 전극 패드(104) 및 범프 전극(106)의 재질로서 도전성을 갖는 재료가 예시된다. 예를 들면, 전극 패드(104)는 알루미늄 또는 구리 등에 의해 구성되어도 된다. 또한, 예를 들면, 범프 전극(106)은 금 등에 의해 구성되어도 된다.
다음에, 본딩 장치(1)에 대해 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본딩 장치(1)는 웨이퍼 스테이지(2)와, 중간 스테이지(3)와, 본딩 스테이지(4)와, 본딩 유닛(6)과, XY 스테이지(7)와, 본딩 제어부(이하, 단지 「제어부(8)」라고 칭함)와, 촬상부(9)를 갖는다.
웨이퍼 스테이지(2)에는, 웨이퍼(110)가 일시적으로 재치된다. 웨이퍼 스테이지(2)의 탑재면(2a)에는, 웨이퍼(110)가 고정된다. 이 웨이퍼(110)는 낱개화된 복수의 반도체 다이(102)를 포함한다. 웨이퍼(110)는 제1 주면(110a)과 제2 주면(110b)을 갖는다. 제1 주면(110a)은 소정의 회로 패턴을 갖는다. 제1 주면(110a)은 반도체 다이(102)의 제1 주면(102a)이다. 제2 주면(110b)은 제1 주면(110a)과는 반대의 이면이다. 제2 주면(110b)은 반도체 다이(102)의 제2 주면(102b)이다.
중간 스테이지(3)에는, 열압착 필름(103)(도 2 참조)이 붙여진 반도체 다이(102)가 일시적으로 재치된다. 중간 스테이지(3)는 웨이퍼 스테이지(2)와 본딩 스테이지(4) 사이에 배치된다. 중간 스테이지(3)는 도시하지 않은 리니어 모터 등의 구동 기구에 의해, X축 방향 및 Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된 로터리 헤드 콜릿의 일부이어도 된다.
또한, 중간 스테이지(3)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 중간 스테이지(3)는 베이스(31)와, 밀어올림 기구(33)를 갖는다. 베이스(31)는 중간 스테이지(3)의 기체이다. 이 베이스(31)의 주면은 중간 스테이지(3)의 다이 재치면(3a)이다. 다이 재치면(3a)은 열압착 필름(103)의 기판 접착면(103b)과 대면한다.
밀어올림 기구(33)는 반도체 다이(102)를 법선 방향(정의 Z축 방향)으로 밀어올린다. 바꾸어 말하면, 도 3에 도시하는 바와 같이, 밀어올림 기구(33)는 열압착 필름(103)의 기판 접착면(103b)과 베이스(31)의 다이 재치면(3a)의 사이에 간극(D)을 형성한다. 밀어올림 기구(33)는 밀어올림 프레임(34)(쳐올림 부재)과, 구동부(36)를 갖는다. 밀어올림 프레임(34)은 관통구멍을 갖는 직방체 형상을 나타낸다. 밀어올림 프레임(34)은 베이스(31)가 배치되는 관통구멍인 베이스 배치부(34a)와, 열압착 필름(103)의 바깥 둘레에 맞닿는 맞닿음면(34b)(맞닿음부)을 갖는다. 맞닿음면(34b)은 열압착 필름(103)의 기판 접착면(103b)에 대면한다. 또한, 맞닿음면(34b)은 기판 접착면(103b)의 외주 가장자리부에 맞닿는다. 이와 같이, 밀어올림 프레임(34)이 면접촉하는 구성에 의하면, 단위면적당의 가압력을 작게 할 수 있다. 밀어올림 프레임(34)에는, 구동부(36)가 연결된다. 구동부(36)는 밀어올림 프레임(34)을 법선 방향(Z축 방향)을 따라 왕복 이동시킨다. 구동부(36)로서, 예를 들면, 에어 실린더가 예시된다.
밀어올림 기구(33)는 밀어올림 프레임(34)이 제1 위치에 있는 상태와, 밀어올림 프레임(34)이 제2 위치에 있는 상태를 서로 전환한다. 이 상태의 전환은 제어부(8)(도 1 참조)로부터 제공되는 제어 신호에 기초하는 구동부(36)의 동작에 의해 이루어진다.
밀어올림 프레임(34)이 제1 위치에 있는 상태란 밀어올림 프레임(34)의 맞닿음면(34b)이 베이스(31)의 다이 재치면(3a)보다도 하방에 위치하는 상태(도 5의 (a)부 참조), 또는 맞닿음면(34b)이 베이스(31)의 다이 재치면(3a)에 대하여 면 일치인 상태를 말한다. 밀어올림 프레임(34)이 제1 위치에 있는 상태에 의하면, 반도체 다이(102)는 다이 재치면(3a)에 재치된 상태를 유지한다.
밀어올림 프레임(34)가 제2 위치에 있는 상태란 밀어올림 프레임(34)의 맞닿음면(34b)이 베이스(31)의 다이 재치면(3a)보다도 상방에 위치하는 상태를 말한다(도 5의 (b)부 참조). 이 상태에서는, 밀어올림 프레임(34)의 맞닿음면(34b)이 열압착 필름(103)의 기판 접착면(103b)에 접하고 있다. 즉, 열압착 필름(103)의 기판 접착면(103b)과 베이스(31)의 다이 재치면(3a) 사이에는, 간극(D)이 형성된다. 이 간극(D)은 중간 스테이지(3)와 본딩 툴(12)과의 간격에 기초하여 설정된다. 예를 들면, 반도체 다이(102)의 제2 주면(102b)이 본딩 툴(12)의 본딩면(24)에 접촉하도록, 기판 접착면(103b)과 다이 재치면(3a) 사이의 간극(D)을 설정해도 된다. 예를 들면, 간극(D)은 중간 스테이지(3)로부터 본딩 툴(12)에 반도체 다이(102)를 전달할 때, 반도체 다이(102)의 회전 및 위치 벗어남이 발생하지 않는 범위로 설정해도 된다. 또한, 여기에서 말하는 위치 벗어남이 발생하지 않는다는 것은 중간 스테이지(3)로부터 본딩 툴(12)에 반도체 다이(102)를 전달할 때 발생한 반도체 다이(102)의 회전 및 위치 벗어남이 허용 범위에 들어가 있다는 것을 의미한다.
반도체 다이(102)를 웨이퍼 스테이지(2)로부터 본딩 스테이지(4)로 이동시키는 공정에 있어서, 반도체 다이(102)는 우선 웨이퍼 스테이지(2)로부터 픽업된다. 다음에 반도체 다이(102)는 상하가 반전된다. 즉, 당초는 제1 주면(102a)이 상측이며, 제2 주면(102b)이 하측이었다. 상하가 반전됨으로써, 제2 주면(102b)이 상측이며, 제1 주면(102a)이 하측이 된다. 이 상태에서, 반도체 다이(102)는 중간 스테이지(3)에 재치된다. 따라서, 중간 스테이지(3)에 재치된 반도체 다이(102)는 제1 주면(102a)이 중간 스테이지(3)의 다이 재치면(3a)과 대면한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본딩 스테이지(4)에는, 본딩 중의 기판(101)이 일시적으로 재치된다. 본딩 스테이지(4)의 탑재면(4a)에는, 진공 흡착에 의해 기판(101)이 고정된다. 이때, 기판(101)의 제1 주면(101a)은 본딩 스테이지(4)의 탑재면(4a)과 대면한다. 본딩 스테이지(4)는, 가이드 레일을 포함하는 구동 기구(도시하지 않음)에 의해, 기판(101)을 X축 방향으로 이동 가능하다. 또한, 본딩 스테이지(4)는 기판(101)을 가열하기 위한 히터를 갖는다.
본딩 유닛(6)은 본딩 헤드(11)와, 본딩 툴(12)과, Z축 구동 기구(13)와, 촬상부(14)를 갖는다. 본딩 헤드(11)는 XY 스테이지(7)에 부착된다. 본딩 헤드(11)는 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동 가능하다. 본딩 툴(12)은 Z축 구동 기구(13)를 통하여 본딩 헤드(11)에 부착된다. 또한 촬상부(14)도 본딩 헤드(11)에 부착된다. 즉, XY 스테이지(7)에 의해 본딩 헤드(11)가 이동하면, 본딩 헤드(11)에 부착된 본딩 툴(12) 및 촬상부(14)도 마찬가지로 이동한다.
촬상부(14)는 본딩 툴(12)로부터 Y축 방향으로 소정 거리만큼 이간한다. 촬상부(14)는 중간 스테이지(3)에 재치된 반도체 다이(102)의 제2 주면(102b)을 촬상한다. 또한 촬상부(14)는 본딩 스테이지(4)에 재치된 반도체 다이(102)의 제2 주면(102b)을 촬상한다. 또한, 촬상부(14)는 본딩 헤드(11)에 고정되지 않아도 된다. 촬상부(14)는 본딩 툴(12)과는 별개로 이동 가능해도 된다.
본딩 툴(12)은 본딩 선단부(16)를 갖는다. 본딩 선단부(16)는 반도체 다이(102)를 착탈 가능하게 유지한다. 본딩 선단부(16)는 Z축 방향을 따라 뻗어 있는 본딩 툴(12) 중 본딩 스테이지(4)측의 단부이다. 또한 본딩 툴(12)은 에어 배큐엄 기능 및/또는 에어 블로우 기능을 갖는다. 이들 기능에 의해, 본딩 툴(12)은 반도체 다이(102)를 흡착 및/또는 이탈할 수 있다.
제어부(8)는 본딩 장치(1)의 구성 부품의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 제어부(8)는 본딩 유닛(6), XY 스테이지(7), 촬상부(9, 14) 등의 각 구성과의 사이에서 신호의 송수신이 가능하게 접속된다. 제어부(8)는, 이 접속 구성에 의해, 각 구성 부품의 동작을 제어한다. 예를 들면, 제어부(8)는 CPU 및 메모리 등을 구비하는 컴퓨터 장치이다. 메모리에는 미리 본딩에 필요한 처리를 행하기 위한 본딩 프로그램 등이 저장된다. 제어부(8)는 후술하는 본 실시형태에 따른 반도체 다이의 본딩 방법에 관계되는 각 공정을 실행 가능하게 구성된다. 제어부(8)에는, 제어 정보를 입력하기 위한 조작부(8a)와, 제어 정보를 출력하기 위한 표시부(8b)가 접속된다.
제어부(8)는 본딩 유닛(6)의 위치 제어(XYZ축), 본딩 툴(12)의 위치 제어(Z축), 본딩 툴(12)의 Z축 주위의 위치 제어(θ), 본딩 툴(12)의 틸트 제어(Z축에 대한 경사)를 행한다. 또한, 제어부(8)는 에어 배큐엄 기능 및/또는 에어 블로우 기능의 온/오프 제어, 반도체 다이(102)를 기판(101)에 실장할 때의 하중 제어, 본딩 스테이지(4) 및 본딩 툴(12)의 열공급 제어, 및 밀어올림 기구(33)(도 3 참조)의 동작 제어 등을 행한다.
<본딩 방법>
다음에 도 4, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면서, 본딩 장치(1)를 이용한 본딩 방법에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 본딩 방법은 도 1에 도시하는 본딩 장치(1)를 사용하여 행한다. 본 실시형태의 본딩 방법에 의해 반도체 장치(100)(도 2 참조)를 제조한다.
우선, 웨이퍼 스테이지(2) 위에, 낱개로 된 복수의 반도체 다이(102)를 준비한다(S10). 구체적으로는, 웨이퍼 스테이지(2) 위에, 열압착 필름(103)이 붙여진 복수의 반도체 다이(102)로 이루어지는 웨이퍼(110)를 준비한다. 웨이퍼(110)는 웨이퍼 스테이지(2) 위에 배치된다. 이때, 복수의 반도체 다이(102)의 각각은 제1 주면(102a)이 상방을 향하고, 제2 주면(102b)이 웨이퍼 스테이지(2)에 대면한다.
다음에, 반도체 다이(102)를 웨이퍼 스테이지(2)로부터 중간 스테이지(3)로 이동시킨다(S11). 예를 들면, 흡착 툴 및 픽업 유닛(모두 도시하지 않음)과의 협조 동작에 의해, 웨이퍼 스테이지(2) 위의 복수의 반도체 다이(102)를 한 개씩 중간 스테이지(3)로 이동시킨다. 그리고, 제어부(8)는 XY 스테이지(7)를 제어하여, 본딩 툴(12)을 중간 스테이지(3) 위로 이동시킨다.
다음에 본딩 툴(12)에 의해 중간 스테이지(3)에 재치된 반도체 다이(102)를 유지한다(S12). 도 5의 (a)부에 도시하는 바와 같이, 제어부(8)는 Z축 구동 기구(13)를 제어하여, 본딩 툴(12)을 부의 Z축 방향으로 이동시킨다. 제어부(8)는 본딩면(24)과 반도체 다이(102)의 제2 주면(102b) 사이의 간극이 소정의 거리(예를 들면, 1mm)까지 근접했을 때, 이동을 정지한다. 다음에 도 5의 (b)부에 도시하는 바와 같이, 제어부(8)는 밀어올림 기구(33)를 제어하여 반도체 다이(102)를 밀어올린다. 이 동작에 의해, 반도체 다이(102)가 이간된다(S12a). 제어부(8)는 반도체 다이(102)의 제2 주면(102b)이 본딩면(24)에 접촉했을 때, 밀어올림 동작을 정지한다. 그리고, 제어부(8)는 공기압계(도시하지 않음)를 제어하여, 흡인 구멍(28)을 사용한 흡인을 개시한다(공정 S12b). 이 흡인에 의해, 반도체 다이(102)가 본딩 툴(12)에 유지된다. 그리고, 제어부(8)는, Z축 구동 기구(13)를 제어하여, 본딩 툴(12)을 정의 Z축 방향으로 이동시킨다. 또한 제어부(8)는, 도 6의 (a)부에 도시하는 바와 같이, 밀어올림 기구(33)를 제어하여, 밀어올림 프레임(34)을 부의 Z축 방향으로 이동시킨다. 즉, 열압착 필름(103)의 기판 접착면(103b)으로부터 맞닿음면(34b)을 이간시킨다.
다음에 본딩 툴(12)에 의해 열압착 필름(103)을 통하여 반도체 다이(102)를 기판(101)에 열압착한다(S13).
구체적으로는, 우선, 도 6의 (b)부에 도시하는 바와 같이, 제어부(8)는 XY 스테이지(7)(도 1 참조)를 제어하고, 반도체 다이(102)를 흡착한 본딩 툴(12)을 본딩 스테이지(4) 위로 이동시킨다. 본딩 스테이지(4) 위에는 기판(101)이 배치되어 있다.
도 7의 (a)부에 도시하는 바와 같이, 제어부(8)는 Z축 구동 기구(13)에 제어 신호를 송신함으로써, 본딩 툴(12)을 본딩 스테이지(4)를 향하여 하강시킨다. 이 하강 동작은 범프 전극(106)이 기판(101)의 제1 주면(101a)에 접촉할 때까지 계속한다. 제어부(8)는, 기판(101)에의 범프 전극(106)의 접촉을 검지하면, 본딩 툴(12)의 하강 동작을 하중 제어로 전환하여 소정의 하중을 범프 전극(106) 및 열압착 필름(103)에 인가한다. 또한, 제어부(8)는 히터(18)에 제어 신호를 송신함으로써, 가열을 개시한다. 이 가열 동작은 하강 동작이 행해지는 동안에 개시되어도 되고, 하강 동작이 종료된 후에 개시되어도 된다. 이 하강 동작과 가열 동작에 의하면, 반도체 다이(102)를 통하여, 열압착 필름(103)에 열이 전해진다. 이 열 및 하중에 의해, 열압착 필름(103)이 열경화되어 반도체 다이(102)가 기판(101)에 접착됨과 아울러, 범프 전극(106)이 기판(101)의 전극에 접합된다.
이렇게 하여, 반도체 다이(102)의 범프 전극(106)과 기판(101)의 배선(도시하지 않음)과의 전기적인 접합을 도모함과 동시에, 반도체 다이(102)와 기판(101) 사이를 수지 밀봉할 수 있다.
반도체 다이(102)의 기판(101)에의 열압착이 종료된 후, 도 7의 (b)부에 도시하는 바와 같이, 본딩면(24)으로부터 반도체 다이(102)를 이탈시킨다(S14). 구체적으로는, 우선, 흡인 구멍(28)의 흡인 동작을 오프 상태로 한다. 그 후, 제어부(8)는, Z축 구동 기구(13)을 제어하여, 본딩 툴(12)을 정의 Z축 방향으로 이동시킨다. 이들 동작에 의하면, 본딩면(24)으로부터 반도체 다이(102)를 이탈시킬 수 있다.
이하, 본 실시형태에 따른 본딩 장치(1)와 본딩 방법의 작용효과에 대하여 설명한다.
본딩 장치(1)는 중간 스테이지(3)에 재치된 반도체 다이(102)를 본딩 툴(12)에 건네 줄 때, 밀어올림 기구(33)에 의해 반도체 다이(102)를 중간 스테이지(3)로부터 밀어올린다. 이 밀어올림 기구(33)는, 반도체 다이(102)를 본딩 툴(12)을 향하여 이동시키는 힘을 반도체 다이(102)에 대하여 제공한다. 이러한 힘에 기초하는 반도체 다이(102)의 이동에 의하면, 반도체 다이(102)의 자세를 유지하면서, 반도체 다이(102)를 본딩 툴(12)을 향하여 이동시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 반도체 다이(102)의 회전 및 위치 벗어남이 억제되므로, 반도체 다이(102)를 정확하게 전달할 수 있다. 또한, 반도체 다이(102)가 중간 스테이지(3)로부터 벗어나는 타이밍에서는, 본딩 툴(12)과 반도체 다이(102) 사이에는 간극(D)이 생기고 있다. 이 간극(D)은 본딩 툴(12)로부터 반도체 다이(102)로의 열 이동에 대하여 열 저항이 된다. 따라서, 반도체 다이(102)에 대하여 본딩 툴(12)이 미치는 열의 영향을 저감할 수 있다.
바꾸어 말하면, 본딩 장치(1)에서는, 반도체 다이(102)가 본딩 툴(12)에 유지되었을 때, 본딩 툴(12)의 열이 반도체 다이(102)를 통하여 열압착 필름(103)으로 전해진다. 그 결과, 열압착 필름(103)의 점착성이 상승한다. 그러나, 이때, 반도체 다이(102)는 중간 스테이지(3)로부터 이미 이간되어 있다. 그 결과, 반도체 다이(102)가 중간 스테이지(3)에 달라붙지 않는다. 따라서, 본딩 툴(12)이 고온이어도, 중간 스테이지(3) 위의 반도체 다이(102)를 본딩 툴(12)로 유지하는 작업을 행하는 것이 가능하게 된다. 그렇다면, 본딩 툴(12)을 냉각하기 위한 시간이 단축되므로, 본딩 작업에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 나아가서는, 본딩 장치(1)와 본딩 방법에 의하면, 반도체 장치(100)의 생산성을 높일 수 있다.
도 8의 (a)부는 본딩면(24)의 온도 이력을 나타낸다. 도 8의 (a)부의 그래프(G1) 중, 가로축은 경과 시간을 나타내고, 세로축은 본딩면(24)의 온도를 나타낸다. 또한, 그래프(G1)에 나타내는 온도 이력은 예시이다. 본 실시형태에 따른 본딩 장치(1)의 동작은 그래프(G1)에 나타내는 온도 이력에 한정되지 않는다. 이 그래프(G1)는 반도체 다이(102)를 기판(101)에 다이 본딩하는 공정(S13)의 전후를 포함하는 기간에 있어서의 본딩면(24)의 온도 이력이다. 구체적으로는, 0초에서는, 본딩 툴(12)은 반도체 다이(102)를 유지하고 있다(S12). 다음에 0부터 1초까지의 동안에, 반도체 다이(102)가 기판(101)에 가압됨과 아울러 가열된다(S13). 다음에 1부터 3초까지의 동안에, 본딩면(24)을 소정 온도로 유지한다(S13). 이 기간에, 반도체 다이(102)가 기판(101)에 접합된다. 다음에 3초 이후의 기간에 있어서, 본딩 툴(12)로부터 반도체 다이(102)를 떼어 냄과(S14) 아울러, 가열을 정지한다. 즉, 3초 이후의 기간에서는, 본딩면(24)에 반도체 다이(102)는 유지되고 있지 않다. 또한 가열을 정지하고 있으므로, 본딩면(24)의 온도는 서서히 저하된다. 그리고, 본딩 툴(12)은 다음 반도체 다이(102)를 유지하는 공정(S12)을 실시한다.
여기에서, 중간 스테이지(3)에는, 도시하지 않은 반송 기구에 의해, 제1 주면(102a)에 열압착 필름(103)이 붙여진 반도체 다이(102)가 반송된다. 이 반도체 다이(102)는, 반도체 다이(102)를 기판(101)에 접합한 후, 충분히 냉각되지 않은 본딩 툴(12)에 의해 흡착 유지된다.
그 때문에 본딩 툴(12)로 반도체 다이(102)를 유지하기 위해, 반도체 다이(102)에 본딩면(24)을 접촉시키면, 본딩 툴(12)의 열이 반도체 다이(102)를 통하여 열압착 필름(103)에 전해져 버린다. 이 열 이동에 의해, 열압착 필름(103)의 점착성이 상승한다. 따라서, 열압착 필름(103)이 베이스(31)에 달라붙는다. 그 결과, 열압착 필름(103)을 베이스(31)로부터 벗기기 어려워진다. 따라서, 열압착 필름(103)이 붙여진 반도체 다이(102)를 유지하기 위해서는, 열압착 필름(103)의 점착성에 영향을 주지 않을 정도까지 본딩 툴(12)의 온도를 저하시키는 것을 생각할 수 있다. 예를 들면, 히터(18)의 가열을 정지하면 본딩 툴(12)은 자연히 냉각된다. 그래서, 공정 S14와 공정 S12의 사이에, 본딩 툴(12)의 냉각 기간을 두는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 냉각 기간은 본딩 작업에 요하는 시간을 길어지게 해버린다.
본딩 작업에 요하는 시간을 단축하기 위해서는, 본딩 툴(12)이 고온이어도 반도체 다이(102)를 유지할 수 있도록 하면 된다. 예를 들면, 열압착 필름(103)의 점착성을 고려한 경우에, 반도체 다이(102)를 유지하기 위한 온도 조건이 50℃라고 하자. 그러면, 그래프(G1)에 의하면 가열을 정지하고 나서 적어도 3초 동안만큼 대기할 필요가 있다. 한편, 온도 조건이 50℃보다도 높은 100℃라고 하면, 가열을 정지하고 나서 1초만큼 대기하면 된다. 즉, 대기 시간은 2초만큼 단축된다.
도 8의 (b)부는 본딩면(24)으로부터 반도체 다이(102)까지의 거리와, 반도체 다이(102)의 온도와의 관계의 1 예를 도시한다. 본딩면(24)의 온도는 200℃로 설정되어 있다. 그래프(G2)로부터 알 수 있는 바와 같이, 본딩면(24)으로부터 반도체 다이(102)까지의 거리가 제로(즉 접촉 상태)인 경우에는, 반도체 다이(102)의 온도는 본딩면(24)의 온도(200℃)와 동일하다. 한편, 본딩면(24)으로부터 반도체 다이(102)까지의 거리가 1mm 이상이 되면, 반도체 다이(102)의 온도는 50℃ 이하로까지 저하된다. 즉, 밀어올림 기구(33)가 반도체 다이(102)를 밀어올리는 높이(즉 간극(D))를 제어함으로써, 본딩면(24)을 반도체 다이(102)에 근접시켰을 때의 반도체 다이(102) 및 열압착 필름(103)의 온도를 제어할 수 있다.
따라서, 본딩면(24)과 반도체 다이(102)의 간격이 1mm 이상인 구성에 있어서, 반도체 다이(102)를 중간 스테이지(3)로부터 이간시키면, 점착성의 향상에 기인하는 달라붙음 문제는 생기지 않는다. 그러면, 반도체 다이(102)를 1mm 이상 들어올리는 구성으로 하면, 본딩면(24)이 200℃이어도 반도체 다이(102)를 본딩 툴(12)에 유지할 수 있다.
또한, 도 8의 (a)부에 나타내는 그래프(G1) 및 도 8의 (b)부에 나타내는 그래프(G2)는 예시이다. 본 실시형태에 따른 본딩 장치(1)는 그래프(G1, G2) 및 상술한 수치에 한정되지 않는다.
<제2 실시형태>
도 9에 도시하는 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 본딩 장치(1A)는, 예를 들면, 제1 주면에 열압착 필름(103)이 설치된 반도체 다이(102)의 전달에 사용한다. 본딩 장치(1A)는 중간 스테이지(3A)를 구비한다. 중간 스테이지(3A)는 밀어올림부(33A)를 갖는다. 제1 실시형태의 밀어올림 기구(33)는 반도체 다이(102)에 직접적으로 접촉하여 물리적으로 밀어올리는 것이었다. 제2 실시형태의 밀어올림부(33A)는 반도체 다이(102)에 직접적으로 접촉하지 않고, 가스(GS)(기체)를 반도체 다이(102)에 내뿜음으로써, 반도체 다이(102)를 밀어올린다.
구체적으로는, 중간 스테이지(3A)는 다이 재치면(3a)에 개구를 갖는 복수의 가스 구멍(3b)(분사부)을 갖는다. 가스 구멍(3b)의 타단측에는 가스(GS)인 압축 공기 등을 제공하는 컴프레서(5)가 접속된다. 컴프레서(5)는 제어부(8)로부터 제공되는 제어 신호에 기초하여 가스 구멍(3b)에 소정의 압력과 유속을 갖는 압축 공기를 제공한다. 압축 공기는 반도체 다이(102)에 설치된 열압착 필름(103)에 부딪치고, 반도체 다이(102)를 본딩면(24)을 향하여 밀어올린다. 반도체 다이(102)가 본딩면(24)에 접촉하면, 제어부(8)는 본딩 툴(12)의 흡인 동작을 개시하고, 반도체 다이(102)가 본딩면(24)에 유지된다.
이 경우에는, 열압착 필름(103)이 반도체 다이(102)에 설치되어 있기 때문에, 본딩 툴(12)의 열은 열압착 필름(103)에 전해진다. 그러나, 열이 전해지는 상태에서는, 열압착 필름(103)은 중간 스테이지(3)로부터 이미 이간되어 있다. 따라서, 열의 영향을 받아 점착성이 상승한 열압착 필름(103)의 중간 스테이지(3)에의 달라붙음이 억제된다.
이상, 본 발명을 그 실시형태에 기초하여 상세하게 설명했다. 그러나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 변형이 가능하다.
예를 들면, 반도체 다이(102)에 직접적으로 접촉하여 밀어올리는 경우에는, 프레임 형상의 쳐올림 부재에 한정되지 않는다. 예를 들면, 쳐올림 부재는 반도체 다이(102)의 네 코너에 각각 맞닿는 4개의 쳐올림 봉이이어도 된다.
1, 1A…본딩 장치, 2…웨이퍼 스테이지, 2a…탑재면, 3, 3A…중간 스테이지(스테이지), 3a…다이 재치면, 3b…가스 구멍, 4…본딩 스테이지, 4a…탑재면, 5…컴프레서, 6…본딩 유닛, 7…XY 스테이지, 8…제어부, 8a…조작부, 8b…표시부, 9…촬상부, 11…본딩 헤드, 12…본딩 툴, 13…Z축 구동 기구, 14…촬상부, 16…본딩 선단부, 18…히터, 24…본딩면, 28…흡인 구멍, 31…베이스, 33…밀어올림 기구, 33A…밀어올림부, 34…밀어올림 프레임, 34b…맞닿음면, 34a…베이스 배치부, 36…구동부, 100…반도체 장치(전자 부품), 101…기판, 101a…제1 주면, 101b…제2 주면, 102…반도체 다이, 102a…제1 주면, 102b…제2 주면, 103…열압착 필름, 104…전극 패드, 106…범프 전극(전극부), 107…전극 패드, 108…보호막, 110…웨이퍼, 110a…제1 주면, 110b…제2 주면.

Claims (4)

  1. 복수의 전극부가 설치된 전극면을 갖는 전자 부품을 기판 또는 그 밖의 전자 부품에, 상기 전극면에 첩착된 열압착 필름을 통하여 열압착하는 본딩 장치로서,
    상기 열압착 필름을 통하여 상기 전자 부품이 재치되는 재치면을 갖는 스테이지와,
    상기 스테이지에 재치된 상기 전자 부품의 상기 전극면과는 반대측의 주면을 착탈 가능하게 유지하는 본딩 툴을 구비하고,
    상기 스테이지는 상기 재치면의 법선 방향을 따라 상기 전자 부품을 이간시키는 힘을 상기 전자 부품의 상기 전극면에 제공하는 밀어올림부를 갖는 본딩 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀어올림부는 상기 전극면에 맞닿는 맞닿음부를 포함하는 쳐올림 부재를 갖고, 상기 쳐올림 부재가 상기 법선 방향을 따라 왕복 이동함으로써, 상기 맞닿음부가 상기 재치면에 재치된 상기 전극면에 맞닿지 않는 제1 위치와, 상기 맞닿음부가 상기 전극면에 맞닿아 상기 전자 부품을 상기 법선 방향을 따라 상기 재치면으로부터 이간시키는 제2 위치가 서로 전환되는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밀어올림부는 상기 전극면에 기체를 내뿜는 분사부를 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  4. 복수의 전극부가 설치된 전극면을 갖는 전자 부품을 기판 또는 그 밖의 전자 부품에, 상기 전극면에 첩착된 열압착 필름을 통하여 열압착하는 본딩 방법으로서,
    상기 열압착 필름을 통하여 상기 전자 부품이 재치되는 재치면을 갖는 스테이지에, 상기 전자 부품을 재치하는 공정과,
    상기 스테이지에 재치된 상기 전자 부품의 상기 전극면과는 반대측의 주면을 착탈 가능하게 유지하는 본딩 툴을 사용하여, 상기 전자 부품을 유지하는 공정을 갖고,
    상기 전자 부품을 유지하는 공정은
    상기 재치면의 법선 방향을 따른 힘을 상기 전극면에 제공하여 상기 스테이지로부터 상기 전자 부품을 이간시키는 공정과,
    상기 스테이지로부터 이간된 상기 전자 부품을 상기 본딩 툴에 의해 유지하는 공정을 포함하는 본딩 방법.
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