KR20200142135A - 다이 본딩 방법 및 다이 본딩 장치 - Google Patents

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Abstract

다이 이젝팅 방법 및 다이 본딩 장치가 개시된다. 상기 다이 본딩 장치는, 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지와, 다이를 파지하고 상기 다이를 가열하기 위한 히터를 포함하는 본딩 헤드와, 상기 본딩 헤드를 수평 및 수직 방향으로 이동시키는 구동부와, 상기 본딩 헤드에 장착된 카메라 유닛을 포함한다. 상기 구동부는 상기 기판의 전극 패드들 상에 상기 다이의 솔더 범프들이 밀착되도록 상기 본딩 헤드를 이동시키고, 상기 히터는 상기 솔더 범프들이 용융되도록 상기 다이를 가열하고, 상기 카메라 유닛은 상기 기판에 대한 상기 다이의 상대 위치를 검출하기 위해 상기 기판 상의 피두셜 마크를 촬상하며, 상기 구동부는 상기 다이를 수평 방향으로 정렬하기 위해 상기 검출된 상대 위치에 기초하여 상기 본딩 헤드의 위치를 조절한다.

Description

다이 본딩 방법 및 다이 본딩 장치{Die bonding method and die bonding apparatus}
본 발명의 실시예들은 다이 본딩 방법 및 다이 본딩 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 제조 공정에서 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 등과 같은 기판 상에 다이들을 본딩하는 방법 및 이를 수행하는데 적합한 다이 본딩 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자들은 일련의 제조 공정들을 반복적으로 수행함으로써 반도체 기판으로서 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 상기 반도체 소자들이 형성된 웨이퍼는 다이싱 공정을 통해 복수의 다이들로 분할될 수 있으며, 상기 다이싱 공정을 통해 개별화된 다이들은 다이 본딩 공정을 통해 리드 프레임, 인쇄회로기판, 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 본딩될 수 있다.
상기 다이 본딩 공정을 수행하기 위한 장치는 상기 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지와 상기 다이들을 상기 기판 상에 본딩하기 위한 본딩 헤드를 포함할 수 있다. 상기 본딩 헤드는 상기 다이들을 상기 기판 상에 가압하기 위하여 평탄한 하부면을 가질 수 있으며, 또한 상기 다이들을 본딩 온도로 가열하기 위한 히터를 내장할 수 있다. 특히, 최근 상기 다이들과 상기 기판 사이의 전기적인 연결을 위한 솔더 범프들의 크기 및 솔더 범프들 사이의 간격이 매우 작아짐에 따라 상기 다이들과 기판 사이의 오정렬이 발생될 수 있으며 이에 의해 인접하는 솔더 범프들이 서로 연결되는 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 상기 솔더 범프들이 상기 기판의 전극 패드들에 밀착되도록 상기 다이가 가압된 상태에서 상기 솔더 범프들이 용융되는 경우 상기 다이와 상기 기판 사이의 거리가 보다 가까워질 수 있으며, 이에 의해 상기 용융된 솔더 범프들의 폭이 증가될 수 있다. 이 경우에도 서로 인접하는 솔더 범프들이 서로 연결되는 문제점이 발생될 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1821958호 (등록일자 2018년 01월 19일)
본 발명의 실시예들은 다이의 솔더 범프들과 기판의 전극 패드들 사이의 오정렬을 방지할 수 있는 다이 본딩 방법 및 이를 수행하는데 적합한 다이 본딩 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 다이 본딩 방법은, 상기 기판의 전극 패드들 상에 다이의 솔더 범프들을 밀착시키는 단계와, 상기 솔더 범프들을 용융시키는 단계와, 상기 기판에 대한 상기 다이의 상대 위치를 검출하는 단계와, 상기 솔더 범프가 용융된 상태에서 상기 검출된 상대 위치에 기초하여 상기 다이를 수평 방향으로 정렬하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 다이의 상대 위치는 상기 기판 상의 피두셜 마크를 촬상하여 획득된 이미지를 분석함으로써 검출될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 다이는 본딩 헤드에 의해 파지된 상태로 상기 기판 상에 밀착되며, 상기 이미지는 상기 본딩 헤드에 장착된 카메라 유닛에 의해 획득될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 솔더 범프들을 용융시키는 단계는, 상기 다이를 상기 솔더 범프들의 리플로우 온도로 가열하는 단계와, 상기 리플로우 온도를 소정 시간 동안 유지하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 다이를 정렬하는 단계는 상기 리플로우 온도가 유지되는 동안에 수행될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 다이는 상기 솔더 범프들이 상기 전극 패드들 상에 밀착되도록 기 설정된 제1 높이로 하강되고, 상기 다이를 상기 리플로우 온도로 가열하는 동안 상기 제1 높이보다 높은 제2 높이로 상승되며, 상기 솔더 범프들이 용융된 후 상기 제2 높이보다 낮고 상기 제1 높이보다 높은 제3 위치로 하강될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 다이 본딩 장치는, 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지와, 다이를 파지하고 상기 다이를 가열하기 위한 히터를 포함하는 본딩 헤드와, 상기 본딩 헤드를 수평 및 수직 방향으로 이동시키는 구동부와, 상기 본딩 헤드에 장착된 카메라 유닛을 포함할 수 있다. 특히, 상기 구동부는 상기 기판의 전극 패드들 상에 상기 다이의 솔더 범프들이 밀착되도록 상기 본딩 헤드를 이동시키고, 상기 히터는 상기 솔더 범프들이 용융되도록 상기 다이를 가열하고, 상기 카메라 유닛은 상기 기판에 대한 상기 다이의 상대 위치를 검출하기 위해 상기 기판 상의 피두셜 마크를 촬상하며, 상기 구동부는 상기 다이를 수평 방향으로 정렬하기 위해 상기 검출된 상대 위치에 기초하여 상기 본딩 헤드의 위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 다이의 정렬은 상기 솔더 범프들이 용융된 상태에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 구동부는 상기 솔더 범프들이 상기 전극 패드들 상에 밀착되도록 기 설정된 제1 높이로 상기 다이를 하강시키고, 상기 다이를 가열하는 동안 상기 제1 높이보다 높은 제2 높이로 상기 다이를 상승시키며, 상기 솔더 범프들이 용융된 후 상기 제2 높이보다 낮고 상기 제1 높이보다 높은 제3 위치로 상기 다이를 하강시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 솔더 범프들이 용융되는 동안 상기 다이의 높이가 조절될 수 있으며, 상기 솔더 범프들이 용융된 상태에서 상기 기판에 대한 상기 다이의 상대 위치에 기초하여 상기 다이의 수평 정렬이 수행될 수 있다. 상기와 같이 상기 기판의 전극 패드들과 상기 다이의 솔더 범프들 사이의 수직 및 수평 정렬이 수행될 수 있으므로 상기 전극 패드들과 상기 솔더 범프들 사이의 오정렬에 의한 전기적인 쇼트가 충분히 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 도 1의 다이 본딩 방법을 수행하는데 적합한 다이 본딩 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 다이 본딩 방법을 설명하기 위한 개략도들이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 2는 도 1의 다이 본딩 방법을 수행하는데 적합한 다이 본딩 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 방법 및 다이 본딩 장치는 리드 프레임, 인쇄회로기판, 반도체 웨이퍼 등과 같은 기판(10) 상에 다이들(20)을 본딩하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 다이 본딩 장치(100)는 상기 기판(10)을 지지하기 위한 기판 스테이지(110)와, 상기 다이(20)를 파지하고 상기 다이(20)를 가열하기 위한 히터(122)를 포함하는 본딩 헤드(120)와, 상기 본딩 헤드(120)를 수평 및 수직 방향으로 이동시키기 위한 구동부(130)와, 상기 본딩 헤드(120)에 장착되는 카메라 유닛(140)을 포함할 수 있다.
상세히 도시되지는 않았으나, 상기 기판 스테이지(110)는 상기 기판(10)을 진공 흡착하기 위한 복수의 진공홀들(미도시)을 가질 수 있으며, 상기 기판(10)을 기 설정된 온도로 가열하기 위한 스테이지 히터(미도시)가 내장될 수 있다. 상기 히터(122)는 상기 본딩 헤드(120)의 하부에 장착될 수 있으며, 상기 히터(122)의 하부에는 상기 다이(20)를 진공 흡착하기 위한 본딩 툴(124)이 장착될 수 있다. 상기 구동부(130)는 상기 본딩 헤드(120)를 수평 방향으로 이동시키기 위한 수평 구동부(132)와, 상기 본딩 헤드(120)를 수직 방향으로 이동시키기 위한 수직 구동부(134)를 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 상기 구동부(130)는 상기 다이(20)의 본딩 각도를 조절하기 위해 상기 본딩 헤드(120)를 회전시키는 회전 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
추가적으로, 도시되지는 않았으나, 상기 다이 본딩 장치(100)는 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 스테이지와, 상기 웨이퍼로부터 다이들을 픽업하여 이송하기 위한 다이 이송 유닛과, 상기 다이 이송 유닛에 의해 이송된 다이(20)를 지지하기 위한 다이 스테이지 등을 포함할 수 있다. 상기 본딩 헤드(120)는 상기 다이 스테이지 상의 다이(20)를 픽업하여 상기 기판(10) 상에 본딩할 수 있다. 상기 웨이퍼는 다이싱 공정에 의해 개별화된 복수의 다이들을 포함할 수 있으며 다이싱 테이프에 부착된 상태로 상기 웨이퍼 스테이지 상에 공급될 수 있다. 그러나, 상기와 다르게 상기 본딩 헤드(120)는 상기 웨이퍼로부터 직접 상기 다이(20)를 픽업하여 상기 기판(10) 상에 본딩할 수도 있다. 그러나, 상기 다이들의 공급에 관한 구성은 다양하게 변경될 수 있으므로 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 다이 본딩 방법을 설명하기 위한 개략도들이다. 이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 방법을 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, S100 단계에서, 상기 기판(10)의 전극 패드들(12) 상에 상기 다이(20)의 솔더 범프들(22)이 밀착될 수 있다. 예를 들면, 상기 본딩 헤드(120)는 상기 다이 스테이지 상의 다이(20)를 픽업하여 상기 기판(10)의 상부로 이동할 수 있으며, 상기 카메라 유닛(140)은 상기 기판(10)을 촬상하여 상기 기판(10) 상의 피두셜 마크(14) 또는 상기 다이(20)가 본딩될 영역 즉 상기 전극 패드들(12)이 형성된 영역을 검출할 수 있다. 이어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 구동부(130)는 상기 본딩 헤드(120)에 파지된 상기 다이(20)를 기 설정된 제1 높이로 하강시킴으로써 상기 다이(20)의 솔더 범프들(22)을 상기 기판(10)의 전극 패드들(12) 상에 밀착시킬 수 있다.
S110 단계에서, 상기 다이(20)의 솔더 범프들(22)이 용융될 수 있다. 예를 들면, 상기 히터(122)는 상기 솔더 범프들(22)의 리플로우 온도로 상기 다이(20)를 가열할 수 있으며, 상기 솔더 범프들(22)이 충분히 용융되도록 소정 시간 동안 상기 리플로우 온도를 유지할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 구동부(130)는 상기 다이(20)를 상기 리플로우 온도로 가열하는 동안 상기 제1 높이보다 높은 제2 높이로 상기 다이(20)를 상승시킬 수 있다. 이는 상기 솔더 범프들(22)이 용융되는 동안 상기 솔더 범프들(22)의 폭이 측방으로 확장되어 인접하는 솔더 범프들(22)이 서로 연결되는 문제점 즉 상기 솔더 범프들(22) 사이의 전기적인 쇼트를 방지하기 위함이다. 상기 구동부(130)는 상기 제2 높이에서 상기 다이(20)를 소정 시간 동안 유지시킬 수 있으며, 상기 솔더 범프들(22)이 용융된 후 상기 제2 높이보다 낮고 상기 제1 높이보다 높은 제3 높이로 상기 다이(20)를 하강시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 다이(20)는 상기 다이(20)가 상기 리플로우 온도에 도달되는 시점을 기준으로 상기 제2 높이에서 상기 제3 높이로 하강될 수 있으며, 상기 리플로우 온도에서 상기 제3 높이로 소정 시간 동안 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, S120 단계에서, 상기 기판(10)에 대한 상기 다이(20)의 상대 위치를 검출할 수 있으며, S130 단계에서 상기 검출된 상대 위치에 기초하여 상기 다이(20)를 수평 방향으로 정렬할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 다이(20)의 솔더 범프들(22)과 상기 기판(10)의 전극 패드들(12) 사이에 오정렬이 발생된 경우 상기 S120 단계 및 S130 단계를 통해 상기 오정렬 상태가 해결될 수 있다.
구체적으로, 상기 카메라 유닛(140)은 상기 기판(10) 상의 피두셜 마크(14)를 촬상할 수 있으며, 상기 카메라 유닛(140)에 의해 획득된 이미지를 분석함으로써 상기 기판(10)에 대한 상기 다이(20)의 상대 위치를 검출할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 다이 본딩 장치(100)는 상기 이미지를 분석하여 상기 다이(20)의 상대 위치를 산출하기 위한 제어부(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 다이(20)의 정렬을 위한 상기 구동부(130)의 동작 또한 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다. 이때, 상기 다이(20)의 정렬 단계는 상기 솔더 범프들(22)이 용융된 상태에서 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 다이(20)가 상기 리플로우 온도로 유지되는 동안 상기 다이(20)의 수평 정렬이 수행될 수 있다. 상기 구동부(130)는 상기 솔더 범프들(22)이 용융된 상태로 유지되는 동안 수평 방향, 예를 들면, X축 및 Y축 방향들로 상기 다이(20)를 이동시켜 상기 다이(20)의 위치를 조절할 수 있으며, 아울러 상기 회전 구동부를 이용하여 상기 다이(20)의 각도(θ) 정렬을 수행할 수 있다. 상기와 같이 상기 기판(10)에 대한 상기 다이(20)의 정렬이 완료된 후 상기 다이(20)는 자연 냉각될 수 있으며, 이에 의해 상기 다이(20)가 상기 기판(10) 상에 안정적으로 본딩될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 솔더 범프들(22)이 용융되는 동안 상기 다이(20)의 높이가 조절될 수 있으며, 상기 솔더 범프들(22)이 용융된 상태에서 상기 기판(10)에 대한 상기 다이(20)의 상대 위치에 기초하여 상기 다이(20)의 수평 정렬이 수행될 수 있다. 상기와 같이 상기 기판(10)의 전극 패드들(12)과 상기 다이(20)의 솔더 범프들(22) 사이의 수직 및 수평 정렬이 수행될 수 있으므로 상기 전극 패드들(12)과 상기 솔더 범프들(22) 사이의 오정렬에 의한 전기적인 쇼트가 충분히 방지될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 기판 12 : 전극 패드
14 : 피두셜 마크 20 : 다이
22 : 솔더 범프 100 : 다이 본딩 장치
110 : 기판 스테이지 120 : 본딩 헤드
122 : 히터 124 : 본딩 툴
130 : 구동부 140 : 카메라 유닛

Claims (8)

  1. 상기 기판의 전극 패드들 상에 다이의 솔더 범프들을 밀착시키는 단계;
    상기 솔더 범프들을 용융시키는 단계;
    상기 기판에 대한 상기 다이의 상대 위치를 검출하는 단계; 및
    상기 솔더 범프가 용융된 상태에서 상기 검출된 상대 위치에 기초하여 상기 다이를 수평 방향으로 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다이의 상대 위치는 상기 기판 상의 피두셜 마크를 촬상하여 획득된 이미지를 분석함으로써 검출되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 다이는 본딩 헤드에 의해 파지된 상태로 상기 기판 상에 밀착되며,
    상기 이미지는 상기 본딩 헤드에 장착된 카메라 유닛에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 솔더 범프들을 용융시키는 단계는,
    상기 다이를 상기 솔더 범프들의 리플로우 온도로 가열하는 단계; 및
    상기 리플로우 온도를 소정 시간 동안 유지하는 단계를 포함하며,
    상기 다이를 정렬하는 단계는 상기 리플로우 온도가 유지되는 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 다이는 상기 솔더 범프들이 상기 전극 패드들 상에 밀착되도록 기 설정된 제1 높이로 하강되고, 상기 다이를 상기 리플로우 온도로 가열하는 동안 상기 제1 높이보다 높은 제2 높이로 상승되며, 상기 솔더 범프들이 용융된 후 상기 제2 높이보다 낮고 상기 제1 높이보다 높은 제3 위치로 하강되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 방법.
  6. 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지;
    다이를 파지하고 상기 다이를 가열하기 위한 히터를 포함하는 본딩 헤드;
    상기 본딩 헤드를 수평 및 수직 방향으로 이동시키는 구동부; 및
    상기 본딩 헤드에 장착된 카메라 유닛을 포함하되,
    상기 구동부는 상기 기판의 전극 패드들 상에 상기 다이의 솔더 범프들이 밀착되도록 상기 본딩 헤드를 이동시키고, 상기 히터는 상기 솔더 범프들이 용융되도록 상기 다이를 가열하고, 상기 카메라 유닛은 상기 기판에 대한 상기 다이의 상대 위치를 검출하기 위해 상기 기판 상의 피두셜 마크를 촬상하며, 상기 구동부는 상기 다이를 수평 방향으로 정렬하기 위해 상기 검출된 상대 위치에 기초하여 상기 본딩 헤드의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 다이의 정렬은 상기 솔더 범프들이 용융된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 구동부는 상기 솔더 범프들이 상기 전극 패드들 상에 밀착되도록 기 설정된 제1 높이로 상기 다이를 하강시키고, 상기 다이를 가열하는 동안 상기 제1 높이보다 높은 제2 높이로 상기 다이를 상승시키며, 상기 솔더 범프들이 용융된 후 상기 제2 높이보다 낮고 상기 제1 높이보다 높은 제3 위치로 상기 다이를 하강시키는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
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