KR20220058354A - 반도체 제조장치 및 칩 핸들링 방법 - Google Patents

반도체 제조장치 및 칩 핸들링 방법 Download PDF

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마사토 카지나미
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Abstract

반도체 제조장치는, 기체를 분출하는 복수의 가압용 홀과 기체를 흡인하는 복수의 흡인용 홀을 갖고，기체를 통해 반도체 칩을 핸들링하는 흡착부를 포함하고, 흡인용 홀은 상기 흡착부의 꼭짓점 및 모서리 중 적어도 하나에 인접하는 위치에 배치된다.

Description

반도체 제조장치 및 칩 핸들링 방법 {SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS AND CHIP HANDLING METHOD}
본 발명은 반도체 제조장치 및 칩 핸들링 방법에 관한 것이다.
종래의 반도체 실장공정에서는 칩과 웨이퍼의 사이에 봉지재료를 넣음으로써 범프의 높이분을 허용하고 있었으나, 보다 고밀도 실장이 요구됨에 따라 범프를 사용하지 않는 다이렉트(Direct) 본딩의 공정이 요구되고 있다.
이 기술에서는 플라즈마 등을 이용한 표면의 활성화에 의해 작용기를 노출시키고 서로의 작용기를 결합시킴으로써, 보다 견고하며 빈틈이 없으며, 높이도 필요로 하지 않아, 보다 고밀도의 구현이 가능하다. 그러나 활성화를 행한 면은 매우 정밀한 평면도를 가지며, 높은 청정도를 필요로 하므로 사전에 Toray로 나누어 플라즈마 처리하고, 일괄적으로 WoW로 처리하는 등 다양한 공법이 검토되고 있다.
그러나 이들 공법은 기존의 본딩 공법과 크게 달라 생산에 시간이 많이 소요되고 있었다.
이에 다이싱한 칩을 픽업하여 본딩헤드로 전달하는 종래의 플립 칩 본딩 방법이 가능하게 하기 위해, 활성화된 칩을 비접촉으로 흡착하는 방법이 검토되고 있다.
특허문헌 1에서는，다공성(Porous)에 의한 가압과 흡인에 의한 비접촉 반송 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는，초음파와 흡인에 의한 비접촉 반송 방법이 기재되어 있다.
　그러나 비접촉으로 칩을 잡는 것은 가능하나, 수평 방향으로 유지하기가 곤란하여, 핀(Pin)이나 손톱을 세우고 수평 방향으로 움직여도 스톱퍼(Stopper)로 기능하는 부품을 배치하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.
　한편，상술한 바와 같이 높은 청정도가 요구되므로, 핀(Pin)이나 손톱을 사용하는 경우 칩의 다이싱된 단부에 접촉하여 파티클 발생의 원인이 된다.
　　[특허문헌 1] 특개 2016-121015호 공보 　　[특허문헌 2] 국제공개 제2018/099615호
이와 같이, 수평 방향으로의 유지 및 높은 청정도 모두를 충족시키는 칩 핸들링이 요구되고 있다.
일 실시예의 반도체 제조장치는, 기체를 분출하는 복수의 가압용 홀과 상기 기체를 흡인하는 복수의 흡인용 홀을 갖고, 상기 기체를 통해 반도체 칩을 핸들링하는 흡착부를 포함하고, 상기 흡인용 홀은 상기 흡착부의 꼭짓점 및 모서리 중 적어도 하나에 인접하는 위치에 배치될 수 있다..
일 실시예의 반도체 제조장치에 의하면，수평 방향으로의 유지 및 높은 청정도 모두를 충족시킬 수 있다.
일 실시예의 반도체 제조장치는, 상기 가압용 홀과 접속되어 기체를 송출하는 가압부 및 상기 흡인용 홀과 접속되어 기체를 흡인하는 흡인부를 포함할 수 있다.
　일 실시예의 반도체 제조장치에 의하면，외부의 송출수단 및 흡인수단을 접속하지 않고, 장치 단체(單體)로 기체의 송출과 흡인을 할 수 있다.
일 실시예의 반도체 제조장치는, 상기 복수의 흡인용 홀의 단면적의 합계는, 상기 복수의 가압용 홀의 단면적의 합계보다 클수 있다.
일 실시예의 반도체 제조장치에 의하면，홀의 형상만으로，항상 흡인압이 높고, 또한 부상을 위해 기체를 계속 배출하고 있으므로, 외부로부터의 파티클이 들어가지 않도록 할 수 있다.
　일 실시예의 반도체 제조장치는, 상기 흡착부는 상기 흡착부는 제1 흡착 영역 및 상기 제1 흡착 영역보다 외측에 배치되는 제2 흡착 영역을 포함하고, 상기 흡인용 홀은 상기 제1 흡착 영역에 포함되고 상기 제1 흡착 영역의 모서리에 인접하여 배치되는 제1 흡인용 홀 및 상기 제2 흡착 영역에 포함되고 상기 제2 흡착 영역의 모서리에 인접하여 배치되는 제2 흡인용 홀을 포함할 수 있다.
　일 실시예의 반도체 제조장치에 의하면, 복수의 칩 사이즈에 대응하여 핸들링할 수 있다.
　일 실시예의 칩 핸들링 방법은, 기체를 분출하는 복수의 가압용 홀과 상기 기체를 흡인하는 복수의 흡인홀을 갖고, 상기 기체를 통해 반도체 칩을 핸들링하는 흡착부를 이용하여, 상기 가압용 홀로부터 기체를 분출함과 동시에 상기 흡인용 홀로부터 기체를 흡인하고，상기 흡인용 홀은 상기 흡착부의 꼭짓점 및 모서리 중 적어도 하나에 인접하는 위치에 배치될 수 있다.
실시예의 칩 핸들링 방법에 의하면，수평 방향으로의 유지 및 높은 청정도를 모두 충족시킬 수 있다.
본 발명의 반도체 제조장치 및 칩 핸들링 방법에 의하면，수평 방향으로의 유지 및 높은 청정도 모두를 충족시킬 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 반도체 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예 1에 따른 반도체 장치가 칩을 흡착하고 있는 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시예 1에 따른 반도체 장치가 칩을 흡착하고 있는 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예 1에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 1에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 1에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 1에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 2에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예 2에 따른 반도체 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 기타 실시예에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다.
　(실시예 1)
　이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태에 대해서 설명한다. 도 1은, 실시예 1에 따른 반도체 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 반도체 제조장치(100)는 흡착부(101), 가압부(102), 및 흡인부(103)를 포함할 수 있다.
　흡착부(101)는 칩(200)을 핸들링하기 위해 적어도 1개의 평면을 가질 수 있다. 그리고, 흡착부(101)는 핸들링하는 칩(200)의 형상에 대응할 수 있다. 또한, 흡착부(101)는 상기 평면에 복수의 가압용 홀(112)과, 복수의 흡인용 홀(113)을 포함할 수 있다.
　가압용 홀(112)은, 흡착부(101)가 칩(200)을 핸들링하는 표면쪽으로 기체를 분출하는 홀일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 가압용 홀(112)은 흡인용 홀(113) 부근에 배치될 수 있다.. 가압용 홀(112)의 사이즈는 50㎛ 이하일 수 있다.
　흡인용 홀(113)은, 흡착부(101)가 칩(200)을 핸들링하는 표면으로부터 기체를 흡인하는 홀일 수 있다. 흡인용 홀(113)은, 흡착부(101)의 표면의 모서리에 인접하는 위치에 배치될 수 있으며，예를 들어, 흡착부(101)의 표면의 꼭짓점에 배치될 수 있다. 바꾸어 말하면, 비접촉으로 흡착하는 칩(200)에 대하여, 흡인용 홀(113)의 위치는 칩(200)의 외측, 즉 칩(200) 사이즈로부터 외측에 배치되지 않을 수 있다. 또한, 흡인용 홀(113)은 상술한 것 이외의 위치에 제공될 수 있다. 예를 들어, 흡착부(101)의 표면의 중앙에 배치될 수도 있다. 흡인용 홀(113)의 사이즈는, 예를 들어 0.5mm가 바람직하다. 흡인용 홀(113)의 상세한 위치에 대해서는 후술한다. 예시적인 실시예에서, 복수의 흡인용 홀(131)의 단면적의 합계는, 복수의 가압용 홀(112)의 단면적의 합계보다 클 수 있다.
　가압부(102)는 가압용 홀(112)에 접속되어 기체를 송출할 수 있다. 가압부(102)는, 예를 들어，질소 등의 불활성 가스를 충전한 린더，레귤레이터，유량 조절 밸브 및 배관으로 구성될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 가압부(102)는 펌프 및 배관으로 구성될 수도 있다. 가압부(102)의 압력설정 가압은, 예를 들어，0.2MPa 내지 0.6MPa 범위 일 수 있다.
　흡인부(103)는, 흡인용 홀(113)에 접속되어 기체를 흡인할 수 있다. 예를 들어， 흡인부(103)는 펌프 및 배관으로 구성될 수도 있다. 흡인부(103)의 흡인은 83kPa 내지 70kPa의 범위가 바람직하다.
　
　이상의 구성에 의해 반도체 제조장치(100)는, 흡착부(101) 상에 배치된 흡인용 홀(113)의 홀로부터 진공 흡착을 실시하는 흡착력과, 진공 흡착을 실시하는 홀의 주변에 균등하게 배치된 가압용 홀(112) 로부터의 가압에 의해, 칩(200)을 흡착부(101)로부터 일정한 거리로 부상시킬 수 있다.
　다음으로, 칩(200)을 비접촉으로 흡착부(101)에 흡착하면서 칩(200)의 위치를 유지하는 원리에 대해서 설명한다. 도 2는, 실시예 1에 따른 반도체 장치가 칩을 흡착하고 있는 예를 나타내는 도면이다.
　도 2에 나타내는 바와 같이, 칩(200)이 흡착부(101)의 중심을 따라 위치하는 경우, 가압용 홀(112)로부터 분출된 기체가 흡인용 홀(113)에 흡인될 수 있다. 또한, 칩(200)의 측면 가장자리에서 주위의 기체가 흡인용 홀(113)에 흡인될 수 있다. 이들 흡인되는 기체의 흐름은 가장자리끼리 균형을 이루므로, 칩(200)은 흡착부(101)에 흡착되어 위치가 어긋나지 않을 수 있다.
　다음에 칩(200)이 흡착부(101)로부터 어긋난 경우에 대해서 설명한다. 도 3은, 실시예 1에 따른 반도체 장치가 칩을 흡착하고 있는 예를 나타내는 도면이다.
　도 3에 나타내는 바와 같이, 칩(200)이 흡착부(101)로부터 어긋난 경우, 흡인용 홀(113)의 일부가 칩(200)에 의해 덮이지 않고, 칩으로부터 노출될 수 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 흡인용 홀(113-1)이 노출되면, 흡인용 홀(113-1) 근방의 기체가 흡인되게 될 수 있다. 이 결과, 흡인용 홀(113-1) 근방에서는 기체의 흐름이 빠르고，압력이 주위보다 낮아질 수 있다. 따라서, 칩(200)은 압력이 낮아지는 쪽으로 이동할 수 있다. 즉, 칩(200)은, 노출되어 있던 흡인용 홀(113-1)의 상면을 덮는 방향으로 이동할 수 있다.
　이상의 원리에 의해, 칩(200)의 위치가 유지될 수 있다. 다음으로, 흡착부(101)의 형상의 예에 대해서 설명한다. 도 4는, 실시예 1에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4에서는, 흡착부(101)가 칩(200)을 핸들링하는 표면 형상이 사각형인 예를 나타내고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 흡인용 홀(113)은, 흡착부(101)의 표면의 모서리에 인접하는 위치，특히 흡착부(101)의 표면의 꼭짓점에 배치될 수 있다. 또한, 흡인용 홀(113)은 정점 이외에, 사각형의 중심에도 제공될 수 있다. 가압용 홀(112)은, 흡착부(101)의 임의의 장소에 다수 마련될 수 있다.
　한편, 흡인용 홀(113)은，표면의 모서리에 인접하는 위치，예를 들어, 흡착부(101)의 표면의 꼭짓점 이외의 영역에 배치될 수 있다. 도 5는, 실시예 1에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5에서는, 흡인용 홀(113)이 도 4의 위치에 더하여, 꼭짓점 이외의 모서리의 위치에도 마련되어 있다.
　또한, 흡착부(101)의 형상은 삼각형일 수 있다. 도 6은, 실시예 1에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6에서는, 칩(200)을 핸들링하는 표면 형상이 삼각형인 예를 나타내고 있다.
　또한, 흡착부(101)의 형상은 오각형일 수 있다. 도 7은, 실시예 1에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다. 도 7에서는, 칩(200)을 핸들링하는 표면 형상이 오각형인 예를 나타내고 있다.
　한편, 도 4 내지 도 7에서는, 설명의 편의상, 정다각형의 예로서 나타내고 있으나，변의 길이가 동일하지 않을 수도 있다. 또한, 비대칭의 다각형으로 적용할 수도 있다.
　이상과 같이 칩(200)은 다양한 칩(200)의 형상으로 대응하는 흡착부(101)에 적용할 수 있다.
　다음에, 반도체 제조장치(100)를 이용한 핸들링 동작의 예에 대해서 설명한다.
　다이싱된 웨이퍼로부터 플립 칩 헤드로 픽업을 실시할 때, 흡착부(101)를 갖는 플립 칩 헤드를 웨이퍼에 근접시키고, 웨이퍼 하측으로부터 이젝터 핀 등에 의해 칩의 조각을 들어올릴 수 있다. 가압부(102) 및 흡인부(103)를 함께 동작시킴으로써, 칩이 플립 칩 헤드에 의해 가압과 흡인이 동시에 행해지며, 흡착부(101)로부터, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 200㎛ 떨어져 흡착될 수 있다.
　흡착 후, 플립 동작을 위해 헤드를 반전시키면서 본딩헤드의 흡착위치까지 이동할 수 있다.
　다음으로，본딩헤드측에서 칩을 흡착하면, 플립 칩 헤드측의 가압과 흡인을 정지할 수 있다.
　이와 같이 실시예 1의 반도체 제조장치에 의하면, 비접촉 흡착을 행하면서 수평 방향으로의 위치 어긋남을 자동적으로 억제할 수 있다. 또한, 실시예 1의 반도체 제조장치에 의하면, 비접촉 흡착을 행하면서 회전 방향으로의 어긋남을 자동적으로 보정할 수 있다. 나아가, 실시예 1의 반도체 제조장치에 의하면, 흡인용 홀, 가압용 홀의 레이아웃을 바꿈으로써, 유지하는 칩의 형상을 변형시킬 수 있다. 또한, 실시예 1의 반도체 제조장치에 의하면，항상 흡인압이 높고 부상을 위해 압축공기를 계속 배출하고 있으므로, 외부로부터의 파티클이 들어가지 않을 수 있다.
　(실시예2)
　실시예 2에서는, 복수의 칩 사이즈에 대응하여 핸들링할 수 있는 반도체 제조장치에 대해서 설명한다. 도 8은, 실시예 2에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다.
　도 8에 나타내는 바와 같이, 흡착부(801)는, 제1 흡착 영역(801-1)과 제2 흡착 영역(801-2)을 포함할 수 있다. 제2 흡착 영역(801-2)은, 제1 흡착 영역(801-1)보다 외측에 배치되는 영역일 수 있다.
　제1 흡착 영역(801-1)은, 복수의 제1 가압용 홀(812)과 복수의 제1 흡인용 홀(813)을 포함할 수 있다. 제2 흡착 영역(801-2)은, 복수의 제2 가압용 홀(822)과 복수의 제2 흡인용 홀(823)을 포함할 수 있다. 제1 흡인용 홀(813)은 제1 흡착 영역(801-1)의 모서리에 인접하여 배치될 수 있다. 제2 흡인용 홀(823)은 제2 흡착 영역(801-2)의 모서리에 인접하여 배치될 수 있다.
　칩 사이즈가 제1 흡착 영역(801-1)과 대응되는 칩을 핸들링하는 경우, 복수의 제1 가압용 홀(812)로부터 기체를 분출함과 동시에, 복수의 제1 흡인용 홀(813)로부터 기체를 흡인할 수 있다.
　또한, 칩 사이즈가 제2 흡착 영역(801-2)에 대응하는 칩을 핸들링하는 경우, 복수의 가압용 홀(812 및 822)으로부터 기체를 분출함과 동시에, 복수의 흡인용 홀(813 및 823)으로부터 기체를 흡인할 수 있다.
　도 9는, 실시예 2에 따른 반도체 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 9에 있어서, 반도체 제조장치(800)는, 흡착부(801), 제1 및 제2 가압부(102-1 및 102-2), 및 제1 및 제2 흡인부(103-1 및 103-2)를 포함할 수 있다.
　흡착부(801)는 도 8에서 설명한 흡착부다. 제1 및 제2 가압부(102-1 및 102-2)는 실시예 1의 가압부(102)와 동일한 구성이다. 또한, 제1 및 제2 흡인부(103-1 및 103-2)는, 실시예1의 흡인부(103)와 동일한 구성이다.
　
　칩 사이즈가 제1 흡착 영역(801-1)에 대응하는 칩을 핸들링하는 경우, 제1 가압부(102-1)와 제1 흡인부(103-1)를 동작시키고, 제2 가압부(102-2)와 제2 흡인부(103-2)를 동작시키지 않을 수 있다.
　칩 사이즈가 제2 흡착 영역(801-2)에 대응하는 칩을 핸들링하는 경우, 제1 및 제2 가압부(102-1 및 102-2)와 제1 및 제2 흡인부(103-1 및 103-2)를 동작시킬 수 있다.
　이들 동작은 도시하지 않은 컨트롤러에 의해 제어할 수 있다.
　이와 같이 실시예 2의 반도체 제조장치에 의하면, 복수의 칩 사이즈에 대응하여 핸들링할 수 있다.
　한편, 상기 실시예 2에서는, 가압부와 흡인부가 복수로 제공되는 형태로 설명했으나，하나의 가압부와 흡인부에，하나의 가압부에 밸브를 개재하여 복수의 가압용 홀(812 및 822)을 접속시키고，하나의 감압부에 밸브를 개재하여 복수의 흡인용 홀(813 및 823)에 접속하도록 할 수도 있다. 그리고，밸브의 개폐에 따라, 기체를 분출하는 가압용 홀 및 기체를 흡인하는 흡인용 홀을 선택하도록 할 수도 있다.
　한편, 본 발명은 상기 실시의 형태로 한정된 것은 아니며, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적당히 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시예에 있어서, 기체는 공기뿐만 아니라，질소 등 단일성분의 기체, 또는 혼합기체일 수도 있다. 예를 들어 기체는 불활성 가스가 바람직하다.
　또한, 흡인홀 및 가압용의 홀의 단면 형상은, 상기 실시의 형태에 나타내는 원으로만 한정되는 것은 아니며，타원，다각형 등일 수 있다.
　또한, 가압용 홀(112) 및 흡인용 홀(113)은 핸들링하는 칩에 대응하는 위치에 배치되어, 흡착부(101)의 사이즈의 위치보다 내측에 있을 수도 있다. 도 10은, 기타 실시예에 따른 반도체 제조장치의 흡착부의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 흡착부(101)는, 핸들링하는 칩(1001)보다 작을 수 있다. 그리고, 가압용 홀(112) 및 흡인용 홀(113)은 핸들링하는 칩(1001)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
100 : 반도체 제조장치
101, 801 : 흡착부
102 : 가압부
103 : 흡인부
112, 812, 822 : 가압용 홀
113, 813, 823 : 흡인용 홀
200 : 칩
801-1, 801-2 : 제1 및 제2 흡착 영역

Claims (5)

  1. 　기체를 분출하는 복수의 가압용 홀과 상기 기체를 흡인하는 복수의 흡인용 홀을 갖고, 상기 기체를 통해 반도체 칩을 핸들링하는 흡착부를 포함하고,
    　상기 흡인용 홀은 상기 흡착부의 꼭짓점 및 모서리 중 적어도 하나에 인접하는 위치에 배치되는 반도체 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압용 홀과 접속되어, 기체를 송출하는 가압부와,
    상기 흡인용 홀과 접속되어, 기체를 흡인하는 흡인부를 구비하는 반도체 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 흡인용 홀의 단면적의 합계는 상기 복수의 가압용 홀의 단면적의 합계보다 큰 반도체 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡착부는 제1 흡착 영역 및 상기 제1 흡착 영역보다 외측에 배치되는 제2 흡착 영역을 포함하고,
    상기 흡인용 홀은, 상기 제1 흡착 영역에 포함되고 상기 제1 흡착 영역의 모서리에 인접하여 배치되는 제1 흡인용 홀 및 상기 제2 흡착 영역에 포함되고 상기 제2 흡착 영역의 모서리에 인접하여 배치되는 제2 흡인용 홀을 포함하는 반도체 제조장치.
  5. 　기체를 분출하는 복수의 가압용 홀과 상기 기체를 흡인하는 복수의 흡인용 홀을 갖고, 상기 기체를 통해 반도체 칩을 핸들링하는 흡착부를 이용하여, 상기 가압용 홀로부터 기체를 분출함과 동시에 상기 흡인용 홀로부터 기체를 흡인하고，
    　상기 흡인용 홀은 상기 흡착부의 꼭짓점 및 모서리 중 적어도 하나에 인접하는 위치에 배치되는 칩 핸들링 방법.

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