KR20210078947A - 다이 픽업 모듈 및 이를 포함하는 다이 본딩 장치 - Google Patents

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Abstract

다이 본딩 장치가 개시된다. 상기 다이 본딩 장치는, 다이싱 테이프 상에 부착된 다이들을 포함하는 웨이퍼로부터 픽업하고자 하는 다이를 픽업하고 상기 픽업된 다이를 반전시키는 다이 픽업 모듈과, 상기 다이 픽업 모듈에 의해 반전된 다이를 기판 상에 본딩하기 위한 다이 본딩 모듈을 포함한다. 상기 다이 픽업 모듈은, 상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 스테이지와, 상기 다이싱 테이프 아래에 배치되며 상기 픽업하고자 하는 다이를 상기 다이싱 테이프로부터 분리시키는 다이 이젝터와, 상기 다이의 전면과 접촉되지 않도록 상기 다이를 비접촉 방식으로 픽업하기 위한 비접촉 피커와, 상기 다이의 픽업을 위해 상기 비접촉 피커를 수직 방향으로 이동시키는 수직 구동부와, 상기 비접촉 피커와 상기 다이 사이의 접촉 여부를 검출하기 위한 센서를 포함한다.

Description

다이 픽업 모듈 및 이를 포함하는 다이 본딩 장치{Die pickup module and die bonding apparatus including the same}
본 발명의 실시예들은 다이 픽업 모듈과 이를 포함하는 다이 본딩 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 장치의 제조 공정에서 다이싱 테이프 상에 부착된 다이를 픽업하기 위한 다이 픽업 모듈과 상기 다이 픽업 모듈에 의해 픽업된 다이를 기판 상에 본딩하기 위한 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 개별화될 수 있으며, 상기 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 다이들로 분할된 웨이퍼로부터 상기 다이들을 픽업하기 위한 다이 픽업 모듈과 상기 픽업된 다이를 기판 상에 부착시키기 위한 다이 본딩 모듈을 포함할 수 있다. 상기 다이 픽업 모듈은 상기 웨이퍼를 지지하는 스테이지 유닛과 상기 스테이지 유닛에 지지된 웨이퍼로부터 선택적으로 다이를 분리시키기 위한 다이 이젝터와 상기 웨이퍼로부터 상기 다이를 픽업하여 상기 다이 본딩 모듈로 전달하기 위한 진공 피커를 포함할 수 있다. 상기 다이 본딩 모듈은 상기 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지와 상기 다이를 진공 흡착하고 상기 기판 상에 본딩하기 위한 본딩 헤드를 포함할 수 있다.
한편, 반도체 소자들의 집적도가 증가함에 따라 상기 다이 상에 배치되는 전극 패드들의 피치가 점차 감소되고 있으며, 이에 따라 상기 다이 본딩 공정에서 상기 기판 상에 본딩되는 상기 다이의 전면 부위가 오염되는 문제가 해결되어야 할 과제로서 부각되고 있다. 특히, 적층형 반도체 소자의 제조를 위한 TSV(Through Silicon Via) 본딩 공정의 경우 상기 다이의 전면 상에는 복수의 전극 패드들이 배치될 수 있으며, 상기 진공 피커에 의해 상기 웨이퍼로부터 픽업되는 과정에서 상기 진공 피커와의 접촉에 의한 오염 문제가 발생될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0034858호 (공개일자 2019년 04월 03일)
본 발명의 실시예들은 다이 픽업 과정에서 다이의 오염을 방지할 수 있는 다이 픽업 모듈 및 이를 포함하는 다이 본딩 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 다이 픽업 모듈은, 다이싱 테이프 상에 부착된 다이들을 포함하는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 스테이지와, 상기 다이싱 테이프 아래에 배치되며 픽업하고자 하는 다이를 상기 다이싱 테이프로부터 분리시키는 다이 이젝터와, 상기 다이의 전면과 접촉되지 않도록 상기 다이를 비접촉 방식으로 픽업하기 위한 비접촉 피커와, 상기 다이의 픽업을 위해 상기 비접촉 피커를 수직 방향으로 이동시키는 수직 구동부와, 상기 비접촉 피커와 상기 다이 사이의 접촉 여부를 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 비접촉 피커는, 초음파 진동을 이용하여 상기 다이를 밀어내는 척력을 제공하는 초음파 진동 유닛과, 상기 다이가 비접촉 상태로 유지되도록 진공압을 이용하여 상기 다이에 흡인력을 제공하는 진공 척을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 센서는, 상기 비접촉 피커의 일측에 부착되며 상기 초음파 진동 유닛에 의한 진동을 측정하는 진동 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 센서는, 상기 비접촉 피커의 일측에 배치되며 상기 초음파 진동 유닛에 의해 발생되는 소리를 측정하기 위한 음향 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 진공 척은 상기 초음파 진동 유닛의 단부에 결합되고 상기 흡인력을 형성하기 위한 진공홀들을 가지며, 상기 진공홀들은 상기 초음파 진동 유닛을 관통하는 진공 라인을 통해 진공 제공부와 연결될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 초음파 진동 유닛은, 상기 초음파 진동을 발생시키기 위한 초음파 진동자와, 상기 초음파 진동을 전달하기 위한 혼과, 상기 혼과 연결되며 상기 초음파 진동에 의해 진동하는 진동판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 진공 척은 상기 진동판 주위를 감싸도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 다이 픽업 모듈은, 상기 다이를 비접촉 방식으로 픽업하는 동안 상기 비접촉 피커와 상기 다이 사이의 접촉 여부를 검출하기 위하여 상기 진공 척의 상기 진공압을 측정하는 진공 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 다이 픽업 모듈은, 상기 다이가 상기 비접촉 피커에 의해 픽업된 상태를 촬상하기 위한 카메라 유닛과, 상기 카메라 유닛과 마주하도록 배치되며 상기 카메라 유닛을 향하여 백라이트 조명을 제공하는 조명 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 다이 픽업 모듈은, 상기 비접촉 피커에 의해 픽업된 상기 다이를 반전시키기 위해 상기 비접촉 피커를 반전시키는 반전 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 다이 픽업 모듈은, 상기 비접촉 피커에 의해 픽업된 상기 다이의 후면을 부분적으로 진공 흡착하기 위한 진공 그리퍼와, 상기 진공 그리퍼에 의해 진공 흡착된 상기 다이를 반전시키기 위해 상기 진공 그리퍼를 반전시키는 반전 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 진공 그리퍼는, 상기 다이의 후면 가장자리 부위들을 진공 흡착하기 위한 진공홀을 갖는 핑거 부재들을 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 다이 본딩 장치는, 다이싱 테이프 상에 부착된 다이들을 포함하는 웨이퍼로부터 픽업하고자 하는 다이를 픽업하고 상기 픽업된 다이를 반전시키는 다이 픽업 모듈과, 상기 다이 픽업 모듈에 의해 반전된 다이를 기판 상에 본딩하기 위한 다이 본딩 모듈을 포함할 수 있다. 이때, 상기 다이 픽업 모듈은, 상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 스테이지와, 상기 다이싱 테이프 아래에 배치되며 상기 픽업하고자 하는 다이를 상기 다이싱 테이프로부터 분리시키는 다이 이젝터와, 상기 다이의 전면과 접촉되지 않도록 상기 다이를 비접촉 방식으로 픽업하기 위한 비접촉 피커와, 상기 다이의 픽업을 위해 상기 비접촉 피커를 수직 방향으로 이동시키는 수직 구동부와, 상기 비접촉 피커와 상기 다이 사이의 접촉 여부를 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 비접촉 피커는 상기 초음파 진동 유닛에 의해 제공되는 척력과 상기 진공 척에 의해 제공되는 흡인력을 이용하여 상기 다이를 비접촉 방식으로 픽업할 수 있으며, 이어서 상기 반전 구동부는 상기 픽업된 다이를 반전시킬 수 있다. 상기 다이 본딩 모듈은 상기 반전된 다이의 후면을 진공 흡착하여 픽업할 수 있으며, 상기 다이의 전면이 상기 기판 상에 부착되도록 본딩 단계를 수행할 수 있다. 상기와 같이 비접촉 방식으로 상기 다이를 픽업함으로써 상기 다이의 전면 부위 오염을 방지할 수 있으며, 이에 따라 상기 다이의 전면 부위 오염에 의한 본딩 불량 또는 오염에 의한 전극 패드들 사이의 전기적인 결함이 충분히 방지될 수 있다.
추가적으로, 상기 다이가 상기 비접촉 피커에 의해 픽업되고 이송되는 동안 상기 다이가 상기 비접촉 피커에 접촉되는지 여부는 상기 진동 센서 및/또는 상기 음향 센서에 의해 확인될 수 있다. 또한, 상기 진공 척의 진공압 측정을 통해서도 상기 다이가 상기 비접촉 피커에 접촉되는지 여부를 확인할 수 있으며, 상기 다이가 상기 비접촉 피커에 의해 픽업된 상태는 상기 카메라 유닛에 의해 확인될 수 있다. 상기 다이가 상기 비접촉 피커에 접촉되는 경우 상기 다이의 전면 부위 오염이 발생될 수 있으므로, 상기 다이가 상기 비접촉 피커에 접촉된 것으로 판단되는 경우 상기 다이를 제거함으로써 오염된 다이가 상기 기판 상에 본딩되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 픽업 모듈 및 이를 포함하는 다이 본딩 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 다이 픽업 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 비접촉 피커의 일 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 비접촉 피커에 의한 다이의 픽업 상태를 확인하기 위한 카메라 유닛과 조명 유닛을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 도 3에 도시된 비접촉 피커의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이 픽업 모듈과 이를 포함하는 다이 본딩 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 도 6에 도시된 다이 픽업 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 도 7에 도시된 비접촉 피커와 진공 그리퍼를 설명하기 위한 개략도이다.
도 9는 도 8에 도시된 그리퍼 암들을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 10 내지 도 12는 도 7에 도시된 비접촉 피커와 진공 그리퍼의 동작을 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 픽업 모듈 및 이를 포함하는 다이 본딩 장치를 설명하기 위한 개략도이며, 도 2는 도 1에 도시된 다이 픽업 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 픽업 모듈(100)과 이를 포함하는 다이 본딩 장치(10)는 반도체 장치의 제조 공정에서 다이싱 공정에 의해 개별화된 다이들(22)을 픽업하여 리드 프레임, 인쇄회로기판, 반도체 웨이퍼 등과 같은 기판(30) 상에 본딩하기 위해 사용될 수 있다.
상기 다이 본딩 장치(10)는, 상기 다이들(22)을 포함하는 웨이퍼(20)로부터 픽업하고자 하는 다이(22)를 픽업하고 상기 픽업된 다이(22)를 반전시키는 다이 픽업 모듈(100)과, 상기 다이 픽업 모듈(100)에 의해 픽업되고 반전된 다이(22)를 기판(30) 상에 본딩하기 위한 다이 본딩 모듈(500)을 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼(20)는 다이싱 공정에 의해 개별화된 다이들(22)을 포함할 수 있으며, 상기 다이들(22)은 다이싱 테이프(24)에 부착된 상태로 제공될 수 있다. 특히, 상기 다이들(22)은 전면이 위를 향하도록 상기 다이들(22)의 후면이 상기 다이싱 테이프(24) 상에 부착될 수 있으며, 상기 다이싱 테이프(24)는 대략 원형 링 형태의 마운트 프레임(26)에 장착될 수 있다.
상기 다이 픽업 모듈(100)은 상기 웨이퍼(20)를 지지하는 웨이퍼 스테이지(110)와, 상기 다이싱 테이프(24) 아래에 배치되며 상기 다이(22)를 상기 다이싱 테이프(24)로부터 분리시키는 다이 이젝터(200)와, 상기 다이(22)의 전면 부위 오염을 방지하기 위하여 상기 다이(22)의 전면과 접촉되지 않도록 상기 다이(22)를 비접촉 방식으로 픽업하기 위한 비접촉 피커(300)와, 상기 다이(22)의 픽업을 위해 상기 비접촉 피커(300)를 수직 방향으로 이동시키는 수직 구동부(400)를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다이 픽업 모듈(100)은 상기 비접촉 피커(300)에 의해 상기 다이(22)가 비접촉 방식으로 픽업되어 이송되는 동안 상기 비접촉 피커(300)와 상기 다이(22) 사이의 접촉 여부를 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 상기 접촉 여부의 검출을 위한 센서에 대하여는 후술하기로 한다. 또한, 상기 다이 픽업 모듈(100)은 상기 비접촉 피커(300)에 의해 픽업된 다이(22)의 후면이 위를 향하도록 상기 다이(22)를 반전시키기 위해 상기 비접촉 피커(300)를 반전시키는 반전 구동부(410)를 포함할 수 있다.
상기 다이 본딩 모듈(500)은 상기 기판(30)을 지지하기 위한 기판 스테이지(510)와, 상기 반전된 다이(22)를 상기 비접촉 피커(300)로부터 픽업하여 상기 기판(30) 상에 본딩하기 위한 본딩 헤드(520)와, 상기 다이(22)를 픽업하고 상기 다이(22)를 상기 기판(30) 상에 본딩하기 위하여 본딩 헤드(520)를 수직 및 수평 방향으로 이동시키기 위한 헤드 구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 다이 픽업 모듈(100)은 상기 다이(22)를 상기 다이 본딩 모듈(500)에 인접하는 위치로 이동시키기 위한 수평 구동부(420)를 더 포함할 수 있으며, 상기 헤드 구동부는 상기 본딩 헤드(520)를 수직 방향으로 이동시키기 위한 제2 수직 구동부와 상기 본딩 헤드(520)를 수평 방향으로 이동시키기 위한 제2 수평 구동부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 반전 구동부(410)에 의해 반전된 상기 다이(22)의 후면은 위를 향하고 전면은 아래를 향하며, 상기 비접촉 피커(300)는 상기 다이(22)의 전면과 접촉되지 않도록 상기 반전된 다이(22)를 비접촉 상태로 지지할 수 있다. 상세히 도시되지는 않았으나, 상기 본딩 헤드(520)는 상기 반전된 다이(22)의 후면을 진공 흡착하기 위한 본딩 툴(미도시)을 구비할 수 있으며, 상기 본딩 툴은 상기 반전된 다이(22)의 후면을 진공 흡착하기 위한 진공홀을 구비할 수 있다. 상기와 같이 다이(22)의 전면이 비접촉 상태로 픽업되어 반전될 수 있으므로, 상기 기판(30) 상에 본딩되는 상기 다이(22)의 전면 오염이 충분히 방지될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 웨이퍼 스테이지(110) 상에는 상기 다이싱 테이프(24)를 지지하기 위한 서포트 링(112)이 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 서포트 링(112)은 상기 다이들(22)과 상기 마운트 프레임(26) 사이에서 상기 다이싱 테이프(24)를 지지할 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼 스테이지(110) 상에는 상기 마운트 프레임(26)을 파지하기 위한 클램프들(114)이 배치될 수 있다. 상기 클램프들(114)은 클램프 구동부(미도시)에 의해 하방으로 이동될 수 있으며, 이에 의해 상기 다이들(22)의 픽업이 용이하도록 상기 다이싱 테이프(24)가 충분히 확장될 수 있다.
상기 웨이퍼 스테이지(110) 상에 지지된 상기 다이싱 테이프(24)의 아래에는 상기 다이들(22)을 상기 다이싱 테이프(24)로부터 분리시키기 위한 다이 이젝터(200)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 다이 이젝터(200)는 이젝터 핀들(미도시)을 이용하여 픽업하고자 하는 다이(22)를 상승시킴으로써 상기 다이(22)를 상기 다이싱 테이프(24)로부터 분리시킬 수 있으며, 상기 다이(22)가 상승된 후 상기 비접촉 피커(300)가 하강하여 상기 다이(22)를 비접촉 방식으로 지지할 수 있다. 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)에 의해 비접촉 방식으로 지지된 후 상기 이젝터 핀들(210)이 하강할 수 있으며, 이에 의해 상기 다이(22)가 상기 다이싱 테이프(24)로부터 완전히 분리될 수 있다.
한편, 상기에서는 이젝터 핀들을 이용하여 상기 다이(22)를 상기 다이싱 테이프(24)로부터 분리시키고 있으나, 상기 다이 이젝터(200)는 상기 이젝터 핀들을 대신하여 다양한 형태의 이젝터 부재들을 구비할 수도 있다. 예를 들면, 대한민국 특허출원 제10-2019-0105301호(출원일자 2019년 08월 27일) 및 제10-2019-0105310호(출원일자 2019년 08월 27일)에는 텔레스코프(telescope) 형태로 구성되는 복수의 이젝터 부재들을 포함하는 다이 이젝터가 개시되어 있다. 상기와 같이 상기 다이 이젝터(200)의 세부 구성이 다양한 형태로 변경될 수 있으므로 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 비접촉 피커의 일 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 비접촉 피커(300)는 초음파 진동을 이용하여 픽업하고자 하는 다이(22)를 비접촉 상태로 유지하기 위한 초음파 진동 유닛(310)과 진공 척(320)을 포함할 수 있다. 상기 진공 척(320)은 상기 초음파 진동 유닛(310)의 일 단부에 장착될 수 있으며 진공압을 이용하여 상기 다이(22)에 흡인력을 제공할 수 있다. 상기 초음파 진동 유닛(310)은 초음파 진동의 주기적인 공기 압축 효과를 이용하여 상기 다이(22)를 상기 진공 척(320)의 다이 지지면(322; 도시된 바에 따르면, 진공 척(320)의 하부면)으로부터 밀어내는 척력을 제공할 수 있다. 일 예로서, 상기 진공 척(320)은 상기 초음파 진동 유닛(310)에 의해 초음파 진동될 수 있으며, 상기 초음파 진동에 의해 발생되는 척력과 상기 진공압에 의한 흡인력에 의해 상기 다이(22)가 상기 진공 척(320)에 비접촉 상태 즉 다이 지지면(322)으로부터 소정 간격 이격된 상태로 지지될 수 있다.
일 예로서, 상세히 도시되지는 않았으나, 상기 초음파 진동 유닛(310)은 한 쌍의 압전 소자들을 포함할 수 있으며, 초음파 진동 발생을 위해 상기 압전 소자들에 교번 전압이 인가될 수 있다. 상기 초음파 진동 유닛(310)에 의해 발생된 초음파 진동은 상기 진공 척(320)에 전달될 수 있으며, 이 경우 상기 진공 척(320)이 진동판으로서 기능할 수 있다. 상기 진공 척(320)은 상기 흡인력을 발생시키기 위한 복수의 진공홀들(324)을 구비할 수 있으며, 상기 교번 전압의 크기와 주파수 그리고 상기 진공홀들(324)에 인가되는 진공압은 상기 다이(22)가 비접촉 상태로 유지되도록 상기 다이(22)의 중량을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초음파 진동 유닛(310)은 상기 진공 척(320)의 중앙 부위에 장착될 수 있으며, 도시된 바와 같이 상기 진공홀들(324)은 상기 초음파 진동 유닛(310)을 관통하는 진공 라인(326)을 통해 진공 펌프 또는 진공 이젝터 등과 같은 진공 제공부(330)와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비접촉 피커(300)의 일측에는 상기 초음파 진동 유닛(310)에 의한 진동을 측정하기 위한 진동 센서(340)가 장착될 수 있다. 일 예로서, 상기 진공 척(320)의 일측면에는 상기 진동을 측정하기 위한 가속도 센서(340)가 장착될 수 있으며, 상기 가속도 센서(340)에 의해 상기 다이(22)가 비접촉 방식으로 픽업되어 이송되는 동안 상기 비접촉 피커(300)의 진동을 측정함으로써 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)의 하부면 즉 상기 진공 척(320)의 하부면과 접촉되는지 여부를 검출할 수 있다. 즉, 상기 다이(22)가 상기 진공 척(320)의 하부면에 접촉된 경우와 상기 진공 척(320)의 하부면으로부터 이격된 경우의 측정 신호가 다르게 측정될 수 있으므로 이에 기초하여 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)와 접촉되었는지 여부를 확인할 수 있다.
또한, 상기 비접촉 피커(300)의 일측에는 상기 초음파 진동 유닛(310)에 의해 발생되는 소리를 측정하기 위한 음향 센서(342)가 상기 비접촉 피커(300)와 소정 간격 이격되도록 배치될 수 있다. 상기 초음파 진동 유닛(310)에 의해 발생되는 소리는 상기 다이(22)가 상기 진공 척(320)의 하부면에 접촉된 경우와 상기 진공 척(320)의 하부면으로부터 이격된 경우가 서로 다르게 측정될 수 있으며, 이에 따라 상기 소리의 변화로부터 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)와 접촉되었는지 여부를 확인할 수 있다. 일 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 음향 센서(342)는 별도의 브래킷(344)에 의해 상기 반전 구동부(410) 또는 상기 수직 구동부(400)에 장착될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 상기 진동 센서(340)의 신호와 상기 음향 센서(342)의 신호는 제어 유닛(미도시)으로 전송될 수 있으며, 상기 제어 유닛은 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT) 변환 등의 방법을 통해 상기 신호들로부터 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 필터와 딥 러닝(Deep Learning) 알고리즘과 SVM(Support Vector Machine) 알고리즘 등의 인공지능 알고리즘 등을 이용하여 상기 다이(22)의 접촉 여부를 확인할 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛은 상기 진동 신호와 음향 신호에 의해 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)에 접촉된 것으로 판단되는 경우 상기 다이(22)를 상기 비접촉 피커(300)로부터 제거할 수 있다. 예를 들면, 상기 다이 픽업 모듈(100)은 상기 비접촉 피커(300)에 접촉된 것으로 판단된 다이(22)를 회수하기 위한 용기(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기 제어 유닛은 상기 다이(22)가 상기 용기 내에 수납되도록 상기 수직 구동부(400)와 반전 구동부(410) 그리고 상기 수평 구동부(420)와 비접촉 피커(300) 등의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 상기에서는 상기 다이 픽업 모듈(100)이 상기 진동 센서(340)와 상기 음향 센서(342) 모두를 구비하는 것으로 설명되었으나, 상기 진동 센서(340)와 상기 음향 센서(342)는 선택적으로 사용될 수도 있다. 즉, 상기 다이 픽업 모듈(100)은 상기 진동 센서(340)와 상기 음향 센서(342) 중에서 어느 하나만을 포함할 수도 있다. 상기와 다르게, 상기 다이 픽업 모듈(100)은 복수의 진공 센서들(340)과 복수의 음향 센서들(342)을 구비할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다이 픽업 모듈(100)은 상기 다이(22)를 비접촉 방식으로 픽업하고 이송하는 동안 상기 비접촉 피커(300)와 상기 다이(22) 사이의 접촉 여부를 검출하기 위하여 상기 진공 척(320)의 진공압을 측정하는 진공 센서(332)를 포함할 수 있다. 상기 진공 척(320)의 상기 진공압은 상기 다이(22)가 상기 진공 척(320)의 하부면에 접촉된 경우와 상기 진공 척(320)으로부터 소정 간격 이격된 경우에 서로 다르게 측정될 수 있으므로 이를 통해 상기 다이(22)의 접촉 여부를 판단할 수 있다. 일 예로서, 상기 진공 센서(332)는 상기 진공 척(320)과 상기 진공 제공부(330) 사이를 연결하는 진공 라인(334)에 설치될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 비접촉 피커에 의한 다이의 픽업 상태를 확인하기 위한 카메라 유닛과 조명 유닛을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4를 참조하면, 상기 다이 픽업 모듈(100)은, 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)에 의해 비접촉 방식으로 픽업된 상태를 촬상하기 위한 카메라 유닛(350)과, 상기 카메라 유닛(350)과 마주하도록 배치되며 상기 카메라 유닛(350)을 향하여 백라이트 조명을 제공하는 조명 유닛(352)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 카메라 유닛(350)과 상기 조명 유닛(352)은 상기 다이(22)의 픽업 및 이송 경로 양측에 각각 배치될 수 있으며, 상기 비접촉 피커(300)와 상기 다이(22)가 상기 카메라 유닛(350)과 상기 조명 유닛(352) 사이에 위치된 후 상기 카메라 유닛(350)은 상기 비접촉 피커(300)와 상기 다이(22)에 대한 이미지를 획득할 수 있다. 이때, 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)에 의해 정상적으로 픽업된 경우라면 상기 비접촉 피커(300)와 상기 다이(22) 사이의 간격이 상기 이미지로부터 확인될 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 비접촉 피커의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 비접촉 피커(300)는 초음파 진동 유닛(360)과 진공 척(370)을 포함할 수 있다. 상기 초음파 진동 유닛(360)은, 초음파 진동을 발생시키기 위한 초음파 진동자(362)와, 상기 초음파 진동을 증폭하여 전달하기 위한 혼(364)과, 상기 혼(364)과 연결되며 상기 초음파 진동에 의해 진동하는 진동판(366)을 포함할 수 있다. 상기 혼(364)은 초음파 진동의 증폭을 위해 대략 원추형으로 구성될 수 있으며, 상기 혼(364)의 단부에 상기 진동판(366)이 장착될 수 있다.
상기 진공 척(370)은 상기 초음파 진동 유닛(360)과 결합될 수 있으며 상기 진동판(366) 주위를 감싸도록 구성될 수 있다. 상기 진공 척(370)은 흡인력을 제공하기 위한 복수의 진공홀들(372)을 구비할 수 있으며, 상기 진공홀들(372)은 상기 진동판(366)의 주위에 배치될 수 있다. 이 경우, 다이 지지면은 픽업되기 전의 상기 다이(22)와 마주하는 상기 진동판(366)의 하부면 및 상기 진공 척(370)의 하부면으로 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이 픽업 모듈과 이를 포함하는 다이 본딩 장치를 설명하기 위한 개략도이며, 도 7은 도 6에 도시된 다이 픽업 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 다이 픽업 모듈(100)은, 상기 비접촉 피커(300)에 의해 픽업된 상기 다이(22)의 후면을 부분적으로 진공 흡착하기 위한 진공 그리퍼(380)와, 상기 진공 그리퍼(380)에 의해 진공 흡착된 상기 다이(22)를 반전시키기 위해 상기 진공 그리퍼(380)를 반전시키는 반전 구동부(412)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 진공 그리퍼(380)에 의해 진공 흡착된 후 상기 반전 구동부(412)에 의해 반전된 상기 다이(22)는 후면이 위를 향하고 전면이 아래를 향할 수 있으며, 상기 다이 본딩 모듈(500)은 상기 다이(22)의 후면을 진공 흡착하여 픽업한 후 상기 기판(30) 상에 본딩할 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 비접촉 피커와 진공 그리퍼를 설명하기 위한 개략도이고, 도 9는 도 8에 도시된 그리퍼 암들을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 진공 그리퍼(380)는 포크 형태로 구성되는 그리퍼 핸드(382)를 포함할 수 있으며, 상기 그리퍼 핸드(382)는 상기 다이(22)의 후면 가장자리 부위들을 진공 흡착하기 위한 진공홀(386)을 갖는 핑거 부재들(384)을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 진공 그리퍼(380)는 상기 다이(22)의 후면 가장자리 부위들을 진공 흡착하기 위한 한 쌍의 그리퍼 핸드들(382)과, 상기 그리퍼 핸드들(382)을 서로 가까워지는 방향 그리고 서로 멀어지는 방향으로 이동시키기 위한 그리퍼 구동부(390)를 포함할 수 있다. 상세히 도시되지는 않았으나, 상기 그리퍼 구동부(390)는 회전력을 제공하는 모터와, 랙과 피니언 등의 동력 전달 기구 또는 공압 실린더 등을 이용하여 구성될 수 있으며, 상기 그리퍼 핸드들(382)과 상기 그리퍼 구동부(390) 사이는 그리퍼 암들(388)에 의해 연결될 수 있다. 그러나, 상기 그리퍼 구동부(390)의 세부 구성은 다양하게 변경 가능하므로 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
또한, 일 예로서, 상기 그리퍼 핸드(382)는 상기 다이(22)의 후면 가장자리 부위들을 진공 흡착하기 위한 한 쌍의 핑거 부재들(384)을 구비할 수 있으며, 각각의 핑거 부재들(384)은 상기 다이(22)의 후면 가장자리 부위를 파지하기 위한 진공홀(386)을 구비할 수 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 상기 비접촉 피커(300)의 일측에는 상기 진동 센서(340)가 장착될 수 있으며, 상기 음향 센서(342)는 상기 비접촉 피커(300)의 일측으로부터 소정 간격 이격되도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 음향 센서(342)는 별도의 브래킷(미도시)을 통해 상기 그리퍼 구동부(390)에 장착될 수 있다.
도 10 내지 도 12는 도 7에 도시된 비접촉 피커와 진공 그리퍼의 동작을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 10을 참조하면, 상기 비접촉 피커(300)는 상기 그리퍼 구동부(390) 아래에 배치될 수 있으며, 상기 그리퍼 핸드들(382)은 상기 비접촉 피커(300)의 양측에 각각 배치될 수 있다. 특히, 상기 다이 픽업 모듈(100)은 상기 다이(22)를 픽업하기 위하여 상기 비접촉 피커(300)를 수직 방향으로 이동시키는 수직 구동부(402)를 포함할 수 있으며, 상기 수직 구동부(402)는 상기 그리퍼 구동부(390)의 하부에 장착될 수 있다.
상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)에 의해 비접촉 상태로 지지된 후 상기 수직 구동부(402)는 상기 비접촉 피커(300)를 상승시킬 수 있으며, 이어서 도 11에 도시된 바와 같이 상기 그리퍼 구동부(390)는 상기 그리퍼 핸드들(382)을 서로 가까워지는 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라 상기 그리퍼 핸드들(382)의 핑거 부재들(384)이 상기 다이(22) 아래에 위치될 수 있으며, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 수직 구동부(402)는 상기 다이(22)를 상기 핑거 부재들(384) 상에 내려놓기 위해 상기 비접촉 피커(300)를 하강시킬 수 있다. 상기 다이(22)가 상기 핑거 부재들(384) 상에 놓여진 후 상기 핑거 부재들(384)은 상기 진공홀들(386)을 이용하여 상기 다이(22)의 후면 가장자리 부위들을 진공 흡착할 수 있다.
한편, 상기 다이 픽업 모듈(100)은 도 7에 도시된 바와 같이 상기 비접촉 피커(300)와 상기 진공 그리퍼(380)를 수직 방향으로 이동시키기 위한 제2 수직 구동부(404)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 비접촉 피커(300)와 상기 진공 그리퍼(380)는 상기 제2 수직 구동부(404)에 의해 기 설정된 위치로 하강될 수 있으며, 이어서 상기 수직 구동부(402)는 상기 다이(22)를 픽업하기 위해 상기 비접촉 피커(300)를 기 설정된 픽업 위치로 하강시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 수직 구동부(404)는 상기 다이(22)가 픽업된 후 상기 비접촉 피커(300)와 상기 진공 그리퍼(380)를 상승시킬 수 있으며, 상기 다이(22)의 후면 부위들이 상기 핑거 부재들(384)에 의해 진공 흡착된 후 상기 반전 구동부(412)는 상기 비접촉 피커(300)와 상기 진공 그리퍼(380)를 반전시킬 수 있다. 상기 수평 구동부(420)는 상기 반전된 다이(22)를 상기 다이 본딩 모듈(500)에 전달하기 위해 상기 비접촉 피커(300)와 상기 진공 그리퍼(380)를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 본딩 헤드(520)는 상기 다이(22)를 픽업하기 위해 상기 수평 구동부(420)에 의해 이송된 상기 다이(22)의 후면을 진공 흡착할 수 있다. 이어서, 상기 핑거 부재들(384)에 의한 상기 다이(22)의 진공 흡착 상태가 해제될 수 있으며, 상기 그리퍼 구동부(390)가 상기 그리퍼 핸드들(382)이 서로 멀어지는 방향으로 상기 그리퍼 핸드들(382)을 이동시킴으로써 상기 다이(22)의 전달이 완료될 수 있다. 상기와 같이 다이(22)가 전달된 후 상기 본딩 헤드(520)는 상기 다이(22)의 전면이 상기 기판(30) 상에 부착되도록 상기 다이(22)를 본딩할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 비접촉 피커(300)는 상기 초음파 진동 유닛(310)에 의해 제공되는 척력과 상기 진공 척(320)에 의해 제공되는 흡인력을 이용하여 상기 다이(22)를 비접촉 방식으로 픽업할 수 있으며, 이어서 상기 반전 구동부(410)는 상기 픽업된 다이(22)를 반전시킬 수 있다. 상기 본딩 헤드(520)는 상기 반전된 다이(22)의 후면을 진공 흡착하여 픽업할 수 있으며, 상기 다이(22)의 전면이 상기 기판(30) 상에 부착되도록 본딩 단계를 수행할 수 있다. 상기와 같이 비접촉 방식으로 상기 다이(22)를 픽업함으로써 상기 다이(22)의 전면 부위 오염을 방지할 수 있으며, 이에 따라 상기 다이(22)의 전면 부위 오염에 의한 본딩 불량 또는 오염에 의한 전극 패드들 사이의 전기적인 결함이 충분히 방지될 수 있다.
상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)에 의해 픽업되고 이송되는 동안 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)에 접촉되는지 여부는 상기 진동 센서(340) 및/또는 상기 음향 센서(342)에 의해 확인될 수 있다. 또한, 상기 진공 척(320)의 진공압 측정을 통해서도 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)에 접촉되는지 여부를 확인할 수 있으며, 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)에 의해 픽업된 상태는 상기 카메라 유닛(350)에 의해 확인될 수 있다. 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)에 접촉되는 경우 상기 다이(22)의 전면 부위 오염이 발생될 수 있으므로, 상기 다이(22)가 상기 비접촉 피커(300)에 접촉된 것으로 판단되는 경우 상기 다이(22)를 제거함으로써 오염된 다이(22)가 상기 기판(30) 상에 본딩되는 것을 방지할 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 : 다이 본딩 장치 20 : 웨이퍼
22 : 다이 24 : 다이싱 테이프
100 : 다이 픽업 모듈 110 : 웨이퍼 스테이지
200 : 다이 이젝터 300 : 비접촉 피커
310 : 초음파 진동 유닛 320 : 진공 척
330 : 진공 제공부 332 : 진공 센서
340 : 진동 센서 342 : 음향 센서
350 : 카메라 유닛 352 : 조명 유닛
400 : 수직 구동부 410 : 반전 구동부
500 : 다이 본딩 모듈 510 : 기판 스테이지
520 : 본딩 헤드

Claims (13)

  1. 다이싱 테이프 상에 부착된 다이들을 포함하는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 스테이지;
    상기 다이싱 테이프 아래에 배치되며 픽업하고자 하는 다이를 상기 다이싱 테이프로부터 분리시키는 다이 이젝터;
    상기 다이의 전면과 접촉되지 않도록 상기 다이를 비접촉 방식으로 픽업하기 위한 비접촉 피커;
    상기 다이의 픽업을 위해 상기 비접촉 피커를 수직 방향으로 이동시키는 수직 구동부; 및
    상기 비접촉 피커와 상기 다이 사이의 접촉 여부를 검출하기 위한 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비접촉 피커는,
    초음파 진동을 이용하여 상기 다이를 밀어내는 척력을 제공하는 초음파 진동 유닛과,
    상기 다이가 비접촉 상태로 유지되도록 진공압을 이용하여 상기 다이에 흡인력을 제공하는 진공 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 센서는, 상기 비접촉 피커의 일측에 부착되며 상기 초음파 진동 유닛에 의한 진동을 측정하는 진동 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  4. 제2항에 있어서, 상기 센서는, 상기 비접촉 피커의 일측에 배치되며 상기 초음파 진동 유닛에 의해 발생되는 소리를 측정하기 위한 음향 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  5. 제2항에 있어서, 상기 진공 척은 상기 초음파 진동 유닛의 단부에 결합되고 상기 흡인력을 형성하기 위한 진공홀들을 가지며,
    상기 진공홀들은 상기 초음파 진동 유닛을 관통하는 진공 라인을 통해 진공 제공부와 연결되는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  6. 제2항에 있어서, 상기 초음파 진동 유닛은,
    상기 초음파 진동을 발생시키기 위한 초음파 진동자와,
    상기 초음파 진동을 전달하기 위한 혼과,
    상기 혼과 연결되며 상기 초음파 진동에 의해 진동하는 진동판을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 진공 척은 상기 진동판 주위를 감싸도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  8. 제2항에 있어서, 상기 다이를 비접촉 방식으로 픽업하는 동안 상기 비접촉 피커와 상기 다이 사이의 접촉 여부를 검출하기 위하여 상기 진공 척의 상기 진공압을 측정하는 진공 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 다이가 상기 비접촉 피커에 의해 픽업된 상태를 촬상하기 위한 카메라 유닛과,
    상기 카메라 유닛과 마주하도록 배치되며 상기 카메라 유닛을 향하여 백라이트 조명을 제공하는 조명 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 비접촉 피커에 의해 픽업된 상기 다이를 반전시키기 위해 상기 비접촉 피커를 반전시키는 반전 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  11. 제1항에 있어서, 상기 비접촉 피커에 의해 픽업된 상기 다이의 후면을 부분적으로 진공 흡착하기 위한 진공 그리퍼와,
    상기 진공 그리퍼에 의해 진공 흡착된 상기 다이를 반전시키기 위해 상기 진공 그리퍼를 반전시키는 반전 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 진공 그리퍼는, 상기 다이의 후면 가장자리 부위들을 진공 흡착하기 위한 진공홀을 갖는 핑거 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 픽업 모듈.
  13. 다이싱 테이프 상에 부착된 다이들을 포함하는 웨이퍼로부터 픽업하고자 하는 다이를 픽업하고 상기 픽업된 다이를 반전시키는 다이 픽업 모듈; 및
    상기 다이 픽업 모듈에 의해 반전된 다이를 기판 상에 본딩하기 위한 다이 본딩 모듈을 포함하되,
    상기 다이 픽업 모듈은,
    상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 스테이지와,
    상기 다이싱 테이프 아래에 배치되며 상기 픽업하고자 하는 다이를 상기 다이싱 테이프로부터 분리시키는 다이 이젝터와,
    상기 다이의 전면과 접촉되지 않도록 상기 다이를 비접촉 방식으로 픽업하기 위한 비접촉 피커와,
    상기 다이의 픽업을 위해 상기 비접촉 피커를 수직 방향으로 이동시키는 수직 구동부와,
    상기 비접촉 피커와 상기 다이 사이의 접촉 여부를 검출하기 위한 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
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