KR20220150827A - 반도체 디바이스를 접합하기 위한 가요성 소결 도구 - Google Patents

반도체 디바이스를 접합하기 위한 가요성 소결 도구 Download PDF

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KR20220150827A
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지아페이 딩
로란 오큐아맨 캄바
텡 호크 쿠아
지안 리아오
카르 웽 얀
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에이에스엠피티 싱가포르 피티이. 엘티디.
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Abstract

강성 경질 부분들 및 경질 부분들 사이에 위치된 하나 이상의 가요성 연질 부분을 포함하는 밀봉 플레이트를 갖는 장치는 플랫폼 상에 지지되는 기판 상에 적어도 하나의 반도체 디바이스를 접합하기 위해 사용된다. 밀봉 플레이트는 기판으로부터 이격된 제1 위치와 밀봉 플레이트의 제1 측면이 기판과 접촉하도록 구성되는 제2 위치 사이에서 이동가능하다. 다이어프램은 제1 측면 반대편에 있는 밀봉 플레이트의 제2 측면을 덮는다. 유체 압력 발생기는 다이어프램에 유체 압력을 가하여 다이어프램을 작동시켜 접합 동안 적어도 하나의 반도체 디바이스에 접합력을 전달하기 위해 하나 이상의 연질 부분을 압축한다.

Description

반도체 디바이스를 접합하기 위한 가요성 소결 도구{FLEXIBLE SINTER TOOL FOR BONDING SEMICONDUCTOR DEVICES}
본 발명은 반도체 디바이스를 접합 또는 소결하기 위한 장치에 관한 것이다.
소결 도구는 전자 디바이스 제조 동안 반도체 디바이스를 소결하거나 접합하는 데 사용된다. 사용되는 소결 도구는 일반적으로 강성이고 경질인 재료이다. 소결 도구는 일반적으로 금속으로 만들어지며, 그 경질 금속 표면은 열과 압력 하에서 기판에 반도체 디바이스를 접합하기 위해 소결 동안 반도체 디바이스를 누른다.
도 1a는 반도체 디바이스를 접합하는데 사용되는 종래 기술의 경질 소결 도구를 도시한다. 각각 다른 높이와 폭을 갖는 여러 반도체 디바이스(12)가 플랫폼(16)에 지지된 기판(14) 위에 놓여진다. 복수의 경질 소결 도구(10)는 각각의 반도체 디바이스(12) 위에 배치된다. 각각의 경질 소결 도구(10)는 상이한 폭 및 두께를 가지며 그 높이에 따라 대응하는 각 반도체 디바이스(12) 위에 위치하도록 배열된다. 적절한 압력과 열을 가하면, 반도체 디바이스(12)가 기판(14)에 접합된다. 소결에서 경질 소결 도구를 사용할 때 직면하는 문제는 높이와 폭이 상이한 반도체 디바이스를 수용하기 위해 크기가 다른 도구가 필요하다는 것이다. 이는 경질의 소결 도구가 기판에 배치된 각 반도체 디바이스의 크기에 맞게 수동으로 변경되어야 하므로 전체 접합 공정을 느리게 한다.
또한, 사용되는 각 경질 소결 도구의 두께와 폭이 다르기 때문에, 각 반도체 디바이스에 균일한 압력을 가하는 것이 어렵다. 이는 반도체 디바이스의 전반적인 접합 품질에 영향을 미치며 수명이 단축되거나 고장이 날 수 있다. 또한, 경질의 소결 도구를 사용할 때, 반도체 디바이스의 바닥 에지의 외측에 위치하거나 반도체 디바이스 아래에서 압착되는 소결 재료 필렛의 특정 부분은 접합 중에 소결 압력을 받지 않을 것이다. 이는 다시 열악한 접합 품질 및/또는 접합 제품의 열악한 품질을 초래할 수 있으며, 이는 응력 하에서 고장나기 쉬울 수 있다.
또한, 사용자가 특정 영역 또는 영역들에 선택적으로 소결 압력을 가해야 하는 경우가 있다. 종래 기술의 경질 소결 도구를 사용하면 특정 영역에서 압력 선택이 불가능하다.
경질의 소결 도구를 사용할 때 직면하는 또 다른 어려움은 적층형 반도체 디바이스에 대해 단일 단계에서 소결을 수행할 수 없다는 것이다. 도 1b에 제공된 경질 소결 도구의 종래 기술 예에 도시된 바와 같이, 다이 탑 시스템(Die Top System;DTS) 칩(13)은 각 반도체 디바이스(12)의 상단에 장착된다. 접합 공정의 제1 단계는 반도체 디바이스(12)를 기판(14)에 접합함으로써 수행된다. 이어서, 접합 공정의 제2 단계는 각 DTS 칩(13)을 별도의 반도체 디바이스(12) 상에 접합함으로써 수행된다. 따라서, 이러한 적층된 반도체 디바이스를 접합하기 위해 2-단계 공정이 수행되어야 한다. 이 공정은 시간이 많이 걸린다. 더욱이, 각각의 반도체 디바이스(12)의 모서리(18)(도 1b에서 점선으로 식별됨)는 열악한 소결 품질을 겪는 경향이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 디바이스를 가로질러 소결 압력을 가하는 공정을 개선하기 위해, 특히 서로 다른 두께를 갖는 적층된 반도체 디바이스를 동시에 접합하기 위해 기판 상에 반도체 디바이스를 접합하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 플랫폼 상에 지지되는 기판 상에 적어도 하나의 반도체 디바이스를 접합하기 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는: 강성 경질 부분들 및 상기 경질 부분들 사이에 위치된 하나 이상의 가요성 연질 부분을 포함하는 밀봉 플레이트로서, 상기 밀봉 플레이트는 상기 기판으로부터 이격된 제1 위치와 상기 밀봉 플레이트의 제1 측면이 상기 기판과 접촉하도록 구성된 제2 위치 사이에서 이동가능한, 상기 밀봉 플레이트; 상기 밀봉 플레이트의 상기 제1 측면의 반대편에 있는 제2 측면을 덮는 다이어프램; 상기 다이어프램과 유체 연통하는 유체 압력 발생기로서, 상기 유체 압력 발생기는 상기 다이어프램에 유체 압력을 가하도록 작동하고, 유체 압력은 상기 다이어프램을 작동시켜 상기 하나 이상의 연질 부분을 압축하도록 추가로 작동하여, 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스를 상기 하나 이상의 연질 부분과 접촉시키고 접합 중에 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스에 접합력을 가하는 상기 유체 압력 발생기를 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 플랫폼 상에 지지되는 기판 상에 적어도 하나의 반도체 디바이스를 접합하는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 상기 기판 상에 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스를 배열하는 단계; 강성 경질 부분들 및 상기 경질 부분들 사이에 위치된 하나 이상의 가요성 연질 부분을 포함하는 밀봉 플레이트를 상기 기판으로부터 이격된 제1 위치로부터 상기 밀봉 플레이트의 제1 측면이 상기 기판과 접촉하는 제2 위치로 이동시키는 단계; 상기 제1 측면의 반대편에 있는 상기 밀봉 플레이트의 제2 측면을 덮는 다이어프램 상에 유체 압력 생성기를 사용하여 유체 압력을 생성하는 단계로서, 상기 유체 압력 생성기는 상기 다이어프램과 유체 연통하는, 상기 생성 단계를 포함하고, 상기 다이어프램에 가해진 상기 유체 압력은 상기 다이어프램을 작동시켜 상기 하나 이상의 연질 부분을 압축하여, 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스를 상기 하나 이상의 연질 부분과 접촉시키고 접합 중에 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스 상에 접합력을 인가한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 기판 상에 접합된 적어도 하나의 반도체 디바이스를 포함하는 전자 디바이스의 제조 방법이 제공되고, 상기 방법은: 상기 기판 상에 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스를 배열하는 단계; 강성 경질 부분들 및 상기 경질 부분들 사이에 위치된 하나 이상의 가요성 연질 부분을 포함하는 밀봉 플레이트를 상기 기판으로부터 이격된 제1 위치로부터 상기 밀봉 플레이트의 제1 측면이 상기 기판과 접촉하는 제2 위치로 이동시키는 단계; 상기 제1 측면의 반대편에 있는 상기 밀봉 플레이트의 제2 측면을 덮는 다이어프램 상에 유체 압력 생성기를 사용하여 유체 압력을 생성하는 단계로서, 상기 유체 압력 생성기는 상기 다이어프램과 유체 연통하는, 상기 생성 단계를 포함하고, 상기 다이어프램에 가해진 상기 유체 압력은 상기 다이어프램을 작동시켜 상기 하나 이상의 연질 부분을 압축하여, 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스를 상기 하나 이상의 연질 부분과 접촉시키고 접합 중에 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스 상에 접합력을 인가한다.
이하, 본 발명의 특정한 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하는 것이 편리할 것이다. 도면 및 관련된 설명의 특수성은 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 광범위한 식별의 일반성을 대체하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
본 발명에 따른 기판 상에 반도체 디바이스를 접합하기 위한 예시적인 장치가 이제 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1a는 종래 기술에 따른 접합 장치의 측면도이다.
도 1b는 적층된 반도체 디바이스를 접합할 때 도 1a의 접합 장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 기판에 반도체 디바이스를 접합하기 위한 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 스탬프 홀더 조립체 및 밀봉 플레이트 조립체의 분해 등각 투영도이다.
도 4a 내지 도 4c는 패널 기판 상에 다중 반도체 디바이스를 접합하기 위해 상이한 위치들 사이를 이동할 때 밀봉 플레이트 조립체의 측면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 다중 반도체 디바이스를 다중 단일화 기판 상에 접합하기 위해 상이한 위치들 사이를 이동할 때 밀봉 플레이트 조립체의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 스탬프 홀더 조립체 및 밀봉 플레이트 조립체의 분해 등각 투영도이다.
도 7a 내지 도 7c는 다중 단일화 기판 상에 다중 반도체 디바이스를 접합하기 위해 상이한 위치들 사이를 이동할 때의 밀봉 플레이트 조립체의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예의 밀봉 플레이트에 부착된 압력 센서를 포함하는 밀봉 플레이트 조립체의 측면도이다.
도 9는 반도체 디바이스를 기판에 접합하기 위한 장치의 측면도로서, 장치는 연질 도구 섹션 및 경질 도구 섹션을 갖는다.
본 명세서에 기재된 발명은 구체적으로 기재된 것 이외의 변형, 수정 및/또는 추가가 가능하며, 본 발명은 상기 설명의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 그러한 변형, 수정 및/또는 추가를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 기판에 반도체 디바이스를 접합하기 위한 장치(20)의 개략적인 측면도이다. 장치(20)는 일반적으로 스탬프 홀더 조립체(30) 및 밀봉 플레이트 조립체(40)를 포함한다.
스탬프 홀더 조립체(30)는 하나 이상의 스탬프(32)를 포함할 수 있다. 스탬프(32)는 규칙적인 매트릭스 또는 임의의 다른 적절한 패턴과 같은 임의의 적절한 방식으로 배열될 수 있다. 각각의 스탬프(32)는 압력 발생기에 의해 작동되는 상부 부분(32a) 및 상부 부분(32a) 아래의 하부 부분(32b)을 가질 수 있다. 스탬프(32)의 하부 부분(32b)은 밀봉 플레이트 조립체(40)에 근접하고 다이어프램(42)과 접촉하도록 작동한다. 바람직하게는, 상부 부분(32a)은 하부 부분(32b)보다 더 큰 표면적을 갖는다. 이는 유리하게 밀봉 플레이트 조립체(40)에 가해지는 압력의 증가를 허용한다.
스탬프 홀더 조립체(30)는 스탬프 홀더 슬리브(34) 및 스탬프 홀더 본체(36)를 추가로 포함할 수 있다. 스탬프 홀더 슬리브(34)는 각 스탬프(32)의 상부 부분(32a)을 수용하고 안내하도록 구성된 하나 이상의 슬롯(33)을 갖는다. 스탬프 홀더 본체(36)는 스탬프 홀더 슬리브(34) 아래에 장착되고 스탬프(32)의 상부 부분(32a)의 슬라이딩 이동을 허용하도록 구성된 리세스(35)를 갖는다.
칼라(37)는 스탬프(32)로부터 수평으로 연장되고 스탬프(32)의 상부 부분(32a)의 베이스를 둘러싼다. 스탬프(32)는 기판(52)을 향하여 그리고 기판으로부터 멀어지는 수직 방향으로 이동가능하도록 구성된다. 리세스(35) 내에 위치된 칼라(37)는 스탬프(32)의 운동 범위를 한정한다. 스탬프(32)가 기판(52)으로부터 수직으로 멀어지게 이동하는 동안, 칼라(37)의 상단면(37a)은 스탬프 홀더 슬리브(34)의 바닥면 또는 리세스(36)의 상단면과 접촉하므로, 스탬프(32)가 더 위쪽으로 이동하는 것을 방지한다. 스탬프(32)가 기판(52)을 향해 수직 하향으로 이동할 때, 칼라(37)의 바닥면(37b)은 베이스(39) 또는 리세스(35)의 바닥면과 접촉할 때 정지될 것이다. 따라서 칼라(37)는 기판(52)에 대해 스탬프(32)의 운동 범위를 제한한다.
밀봉 플레이트 조립체(40)는 스탬프 홀더 조립체(30)와 기판(52) 사이에 위치된다. 밀봉 플레이트 조립체(40)는 스탬프 홀더 본체(36) 아래에 장착된 밀봉 플레이트 숄더(41)를 포함한다. 밀봉 플레이트 숄더(41)는 스탬프(32)의 하부 부분(32b)을 수용하도록 배열된 관통 구멍을 갖는다. 스탬프 홀더 조립체(30)와 밀봉 플레이트 조립체(40)의 배열은 도 3에 더 상세히 도시되어 있다.
밀봉 플레이트 조립체(40)는 밀봉 플레이트 숄더(41) 아래에 위치한 밀봉 플레이트(44)를 추가로 포함한다. 밀봉 플레이트(44)는 밀봉 인서트(46)를 수용하기 위한 개구를 갖는다. 밀봉 인서트(46)는 연질 부분(48)을 수용하도록 적절하게 크기 및 형상화된 절취부(49)를 갖는다. 밀봉 플레이트(44) 및 밀봉 플레이트(44)의 강성 경질 부분들을 형성하는 밀봉 인서트(46)는 압력 하에서 변형되지 않는 임의의 적절한 강성 및 경질 재료로 제조될 수 있다. 연질 부분(48)은 연질이고 유연하며 탄성적으로 변형 가능한 임의의 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 연질 부분(48)은 내열성 재료로 만들어진다. 연질 부분(48)은 절취부(49) 내에 끼워지도록 구성되고 밀봉 인서트(46)에 의해 형성된 밀봉 플레이트(44)의 경질 부분들 사이에 위치된다. 선택적으로, 각 밀봉 인서트(46)는 절취부(49)의 바닥 단부보다 절취부(49)의 더 큰 단면적을 생성하는 밀봉 인서트(46)의 상단 단부에 단차부(45)를 포함할 수 있다. 따라서, 단차부(45)는 접합 동안 압축하기 위해 압력이 순서대로 연질 부분(48)에 가해질 때 밀봉 플레이트(44)에 연질 부분(48)을 고정한다.
다이어프램(42)은 밀봉 플레이트 숄더(41)와 밀봉 플레이트(44)의 상부 측을 덮는 밀봉 플레이트(44) 사이에 끼워질 수 있다. 다이어프램(42)은 탄성적이므로, 밀봉 플레이트(44) 및 연질 부분(48) 상으로의 압력의 효과적이고 균일한 전달을 허용한다. 다이어프램(42)에 압력이 가해질 때, 밀봉 플레이트(44)의 바닥 측에 위치된 반도체 디바이스(50)를 가로질러 연성 재료(48)에 의해 가해지는 압력은 실질적으로 균일할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 패널 기판(52) 상에 다중 반도체 디바이스(50)를 접합하기 위해 상이한 위치들 사이를 이동할 때 밀봉 플레이트 조립체(40)의 측면도이다. 유체 압력이 다이어프램(42)에 직접 작용하여 스탬프(32)를 사용하지 않고 연질 부분(48)을 압축하므로, 스탬프 홀더 조립체(30) 및 스탬프(32)는 도 4a 내지 도 4c에 도시되지 않는다. 도 4a에 도시된 예에서, 패널 기판(52) 형태의 기판은 분리되지 않는다. 패널 기판(52)은 그 길이를 따라 상이한 높이를 갖는다. 제1 위치(도 4a에 도시됨)에서, 밀봉 플레이트(44)는 기판(52)으로부터 이격된다.
도 4b는 밀봉 플레이트(44)의 바닥면이 패널 기판(52)과 접촉할 때까지 밀봉 플레이트(44)가 패널 기판(52)을 향해 수직 하향으로 이동한 제2 위치를 도시한다. 이 예에서, 패널 기판(52)과 접촉하는 밀봉 인서트(46)는 패널 기판(52)의 길이를 따라 높이가 다르다. 이 실시예의 각 밀봉 인서트(46)는 다른 밀봉 인서트(46)와 독립적으로 이동할 수 있고 패널 기판(52)과 접촉할 때 다른 밀봉 인서트(46)에 대해 변위할 수 있다. 이는 사용자가 특정 영역에 소결 압력을 가하기 위해 각 밀봉 인서트(46)를 할당할 수 있게 한다. 제2 위치에서, 연질 부분(48)은 접합을 수행하기 전에 패널 기판(52) 상에 지지된 반도체 디바이스(50)와 아직 접촉하지 않는다. 각각의 밀봉 인서트(46)는 절취부(49)를 포함하여 절취부(49) 내에 연질 부분(48)을 수용한다는 점에 추가로 주의한다.
다음으로, 유체 압력 발생기(70)는 다이어프램(42)에 양압을 가하고, 이는 차례로 다이어프램(42)에 압력을 전달한다. 그런 다음 다이어프램(42)은 압력을 밀봉 인서트(46) 및 밀봉 플레이트(44)의 연질 부분(48)에 균일하게 전달한다. 유체 압력 발생기(70)는 공압식 공기 액츄에이터 또는 유압 펌프일 수 있다. 유체 압력 발생기(70)를 사용하는 이점은 유체 압력 발생기(70)의 사용이 더 정밀하고 더 큰 압력 균일성이 가능하다는 점이다.
연질 부분(48)에 가해지는 균일한 압력은 도 4c에 도시된 바와 같이 연질 부분(48)의 바닥면이 다중 반도체 디바이스(50) 및 패널 기판(52)과 접촉할 때까지 가요성 연질 부분이 압축되게 한다. 상기 압력은 접합 동안 다중 반도체 디바이스(50) 상에 가해지는 접합력을 생성한다. 따라서, 반도체 디바이스(50)는 패널 기판(52) 상에 접합된다. 따라서, 바람직한 실시예는 유리하게도 각각의 연질 부분(48)에 걸쳐 균일한 압력이 가해지고 따라서 접합 동안 모든 반도체 디바이스(50)에 균일한 접합력이 가해지는 것을 보장하면서 접합 공정 동안 길이를 따라 가변 높이를 갖는 패널 기판(52)에 장치(20)가 사용될 수 있게 한다. 이형 필름(54)은 반도체 디바이스(50)를 연질 부분(48)로부터 그리고 밀봉 인서트(46)를 패널 기판(52)으로부터 물리적으로 분리하기 위해 밀봉 플레이트(44)의 바닥에 놓여질 수 있다. 이형 필름(54)은 접합 공정이 완료된 후 패널 기판(52)으로부터 밀봉 플레이트(44)의 분리를 돕는다.
압력 센서(도 4에 도시되지 않음)는 밀봉 플레이트(44)에 의해 가해지는 압력을 측정 및 모니터링하기 위해 밀봉 플레이트(44)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 반도체 디바이스(50)의 접합이 완료될 때까지 밀봉 플레이트(44)가 제1 위치와 제2 위치 사이를 이동함에 따라, 압력 센서는 접합 공정 전체에 걸쳐 밀봉 플레이트(44)의 압력을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 이는 밀봉 플레이트(44)에 의해 가해지는 압력이 실시간으로 모니터링되고 필요에 따라 실시간으로 조정이 이루어질 수 있도록 한다. 압력 센서는 또한 각 활성 영역에 가해지는 압력을 측정하고 모니터링하는 데 사용할 수 있다. 압력 센서는 임의의 적절한 압력 센서일 수 있지만 바람직하게는 고온을 견딜 수 있어야 한다.
제1 바람직한 실시예의 장치(20)는 또한 단일화 웨이퍼 또는 패널의 형태로 기판(52) 상에 반도체 디바이스를 접합하는데 사용될 수 있다. 도 5a 내지 도 5c는 하나 이상의 단일화 기판(52) 상에 반도체 디바이스를 접합하기 위해 상이한 위치들 사이를 이동할 때 밀봉 플레이트 조립체의 측면도이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 기판(52)은 그들은 접합 동안 캐리어 또는 플랫폼(80)에 지지되면서 분리되고 서로로부터 이격된다. 각각의 단일화 기판(52)은 적어도 하나의 반도체 디바이스(50)를 보유한다. 플랫폼(80)은 단차부(84)에 의해 정의된 바와 같이 오목 부분(82)를 가질 수 있다. 플랫폼(80)의 오목 부분(82)은 단일화 기판(52)을 수용하도록 구성된다. 제1 위치(도 5a에 도시된)에서, 밀봉 플레이트(44)는 기판(52)으로부터 이격된다.
도 5b는 밀봉 플레이트(44)의 바닥 측면이 기판(52)과 접촉할 때까지 밀봉 플레이트(44)가 수직 하향으로 이동한 제2 위치를 도시한다. 밀봉 플레이트(44)의 바닥 측면은 또한 제2 위치에서 단차부(84)와 접촉할 수 있어서, 밀봉 인서트(46)가 플랫폼(80)과 패널 기판(52) 모두와 동시에 접촉하도록 한다. 단일화 기판(52)의 상단면은 단차부(84)에서 플랫폼(80)의 상단면과 실질적으로 동일한 높이에 있어 밀봉 플레이트(44)가 단일화 기판(52) 및 플랫폼(80)과 동시에 접촉할 수 있게 한다. 예시된 예에서, 각각의 단일화 기판(52)의 높이는 거의 동일하다. 그러나, 도 4b에 예시된 이전 예에서와 같이, 당업자는 각각의 단일화된 기판(52)의 높이가 다른 경우, 밀봉 인서트(46)도 이전에 설명된 바와 같이 서로에 대해 변위 가능하다는 것을 이해할 것이다. 제2 위치에서, 연질 부분(48)은 접합을 수행하기 전에 단일화 기판(52) 상에 지지된 반도체 디바이스(50)와 아직 접촉하지 않는다.
다음으로, 유체 압력 발생기(70)는 다이어프램(42)에 양압을 가한다. 그런 다음 다이어프램(42)은 밀봉 플레이트(44) 및 연질 부분(48)에 균일한 압력을 전달한다. 연질 부분(48)에 가해지는 균일한 압력은 도 5c에 도시된 바와 같이, 연질 부분(48)이 반도체 디바이스(50) 및 단일화 기판(52)과 접촉할 때까지 가요성 연질 부분(48)을 압축한다. 상기 압력은 접합 동안 반도체 디바이스(50)에 접합력이 가해지도록 한다. 따라서, 반도체 디바이스(50)는 단일화 기판(52) 상에 접합된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 스탬프 홀더 조립체(130) 및 밀봉 플레이트 조립체(140)의 분해 사시도이다. 제2 바람직한 실시예는 제2 바람직한 실시예에서 밀봉 플레이트(144)의 단일 절취부에 끼워지는 일체형의 평평한 본체를 갖는 단일의 연질 부분(148)이 있다는 점에서 제1의 바람직한 실시예와 상이하다. 본 발명의 바람직한 제2 실시예에서, 스탬프 홀더 조립체(130)(장치의 작동을 위해 선택적임)는 단일 스탬핑 표면을 갖는 스탬프(132)를 포함한다. 스탬프(132)는 상부 부분(132a) 및 상부 부분(132a) 아래의 하부 부분(132b)을 가질 수 있다. 스탬프(132)의 하부 부분(132b)은 밀봉 플레이트 조립체(140)에 근접한다. 바람직하게는, 상부 부분(132a)은 하부 부분(132b)보다 더 큰 표면적을 갖는다. 이는 유리하게 밀봉 플레이트 조립체(140)에 가해지는 압력의 향상을 허용한다.
스탬프 홀더 조립체(130)는 스탬프 홀더 슬리브(134) 및 스탬프 홀더 본체(136)를 추가로 포함한다. 스탬프 홀더 슬리브(134)는 스탬프(132)의 상부 부분(132a)이 이동가능한 슬롯(133)을 갖는다. 스탬프 홀더 본체(136)는 스탬프 홀더 슬리브(134) 아래에 장착되고 스탬프(132)의 하부 부분(132b)에 인접한 리세스(135)를 갖는다.
칼라(137)는 스탬프(132)의 상부 부분(132a)의 베이스에 인접하여 위치된다. 스탬프(132)는 기판을 향해 또는 기판으로부터 멀어지는 수직 방향으로 이동가능하도록 구성된다. 칼라(137)는 스탬프(132)의 움직임이 리세스(135) 내에서 한정되는 것을 보장한다. 스탬프(132)가 기판으로부터 수직으로 멀어지는 움직임 동안, 칼라(137)의 상부 단부는 스탬프 홀더 슬리브(134)의 바닥면과 접촉할 것이고, 따라서 스탬프(132)가 더 위로 이동하는 것을 방지한다. 스탬프(132)가 기판을 향해 아래쪽으로 이동할 때, 칼라(137)의 하부 단부(137b)는 스탬프 홀더 본체(136)의 상단면과 접촉할 때 추가 이동이 중지된다. 이는 스탬프(132)가 기판을 향해 더 아래쪽으로 이동하는 것을 방지한다.
밀봉 플레이트 조립체(140)는 스탬프 홀더 조립체(130)와 기판 사이에 위치된다. 밀봉 플레이트 조립체(140)는 밀봉 플레이트(144)를 포함한다. 밀봉 플레이트(144)는 단일 연질 부분(148)을 수용하기에 적합하도록 크기 및 형상화된 개구(147)를 가질 수 있다. 밀봉 플레이트(144)는 압력 하에 변형되지 않는 임의의 경질 재료로 만들어진다. 연질 부분(148)은 부드럽고 유연하며 탄성적으로 변형 가능한 임의의 재료로 제조될 수 있다. 연질 부분(148)은 바람직하게는 내열성 재료로 제조된다. 연질 부분(148)은 밀봉 플레이트(144)의 개구(147) 내에 끼워지도록 구성된다. 다이어프램(142)은 스탬프 홀더 본체(136)와 밀봉 플레이트(144) 사이에 끼워진다. 다이어프램(142)은 탄성이고 다이어프램(142)의 탄성은 밀봉 플레이트(144) 및 연질 부분(148)에 균일한 압력 전달을 허용한다. 다이어프램(142)에 압력이 가해질 때, 연질 부분(148)은 모든 반도체 디바이스에 걸쳐 실질적으로 동일한 압력을 가한다.
도 7a 내지 도 7c는 다중 단일화 기판(152) 상에 지지된 반도체 디바이스(150)를 접합하기 위해 상이한 위치들 사이를 이동할 때 밀봉 플레이트 조립체의 측면도이다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 단일화 기판(152)은 분리되어 캐리어 또는 플랫폼(180) 상에 지지된다. 각각의 단일화 기판(152)은 적어도 하나의 반도체 디바이스(150)를 보유한다. 플랫폼(180)은 내부에 오목 부분(182)을 가질 수 있고 다중의 단일화 기판(152)을 수용하도록 구성된다. 밀봉 플레이트(144) 및 연질 부분(148)은 단일화 기판(152)으로부터 이격되어 있다(도 7a에 도시됨). 단일화 기판(152)은 보유 플레이트(156)에 형성된 관통 구멍을 통해 노출된 단일화 기판(152)과 함께 단일화 기판(152) 상에 부착된 보유 플레이트(156)에 의해 플랫폼(180) 상에 위치될 수 있다. 보유 플레이트(156)는 단일화 기판(152)의 상단에 플랫폼(180)의 오목 부분(182) 안으로 놓여지고 플랫폼(180) 상의 적소에 각각의 단일화된 기판(152)을 견고하게 지지하고 고정한다.
도 7b는 밀봉 플레이트(144)의 바닥 측면이 보유 플레이트(156)와 접촉할 때까지 밀봉 플레이트(144)가 수직 하방으로 이동한 제2 위치를 도시한다. 다음으로, 유체 압력 발생기(170)는 다이어프램(142)에 양압을 가한다. 그 다음, 다이어프램(142)은 밀봉 플레이트(144)의 연질 부분(148)에 압력을 균일하게 전달하며, 연질 부분(148)은 일체형 평평한 본체를 포함한다. 연질 부분(148)의 일체형 평평한 본체는 밀봉 플레이트(144)에 형성된 단일 절취부 내에 수용된다. 유체 압력 발생기(170)는 공압식 공기 액츄에이터 또는 유압 펌프일 수 있다.
연질 부분(148)에 가해지는 균일한 압력은 연질 부분(148)이 도 7c에 도시된 바와 같이 모든 반도체 디바이스(150), 단일화 기판(152) 및 보유 플레이트(156)와 접촉할 때까지 가요성 연질 부분(148)이 압축되게 한다. 상기 압력은 접합 동안 반도체 디바이스(150)에 접합력이 가해지도록 한다. 따라서 반도체 디바이스(150)는 단일화 기판(152) 상에 접합된다. 이형 필름(154)은 반도체 디바이스(150) 및 단일화 기판(152) 위의 밀봉 플레이트(144)의 바닥 및 연질 부분(148)에 놓여질 수 있다.
도 7b에 도시된 예에서, 밀봉 플레이트(144)는 제2 위치에서 단일화 기판(152) 및 보유 플레이트(156) 모두와 접촉하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 밀봉 플레이트(144)는 플랫폼(180)과만 접촉하는 도 8에 도시된 바와 같이 배열될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예의 밀봉 플레이트(144)에 부착된 압력 센서(160)를 포함하는 밀봉 플레이트 조립체의 측면도이다. 도 8에 도시된 바와 같은 제2 바람직한 실시예의 밀봉 플레이트(144)의 제2 위치에서, 밀봉 플레이트(144)의 강성 부분은 플랫폼(180)과만 접촉하지만 단일화 기판(152)과는 접촉하지 않는다. 압력 센서(160)는 밀봉 플레이트(144)에 의해 또는 밀봉 플레이트(144)에 가해지는 압력을 측정 및 모니터링하기 위해 밀봉 플레이트(144)에 통합된다. 압력 센서(160)는 반도체 디바이스(150)의 접합이 완료될 때까지 제1 위치와 제2 위치 사이를 이동하므로, 전체 접합 공정에 걸쳐 밀봉 플레이트(144) 내의 압력을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 이를 통해 사용자는 실시간으로 압력을 모니터링하고 필요에 따라 압력을 조정할 수 있다. 압력 센서(160)는 임의의 적절한 압력 센서일 수 있지만 고온을 견딜 수 있어야 한다.
도 9는 연질 도구 섹션(194) 및 경질 도구 섹션(192)을 갖는 기판(152)에 반도체 디바이스(150)를 접합하기 위한 장치의 측면도이다. 많은 접합 적용에서, 적층된 반도체 디바이스를 함께 접합하는 것이 때때로 필요할 수 있다 . 이러한 반도체 디바이스는 DTS 칩, 또는 서로의 상단에 적층된 다중 다이를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 밀봉 플레이트(144)는 제2 위치에서 기판(152) 및 플랫폼(180)과 접촉한다. 연질 부분(148)을 가로질러 가해지는 압력은 차례로 모든 반도체 디바이스(150)에 걸쳐 균일하게 가해질 것이다. 따라서 밀봉 플레이트(144)의 가요성 연질 부분(148)은 단일 단계에서 기판(152) 상에 적층된 반도체 디바이스(150)를 접합 또는 소결하는 것을 가능하게 한다.
반도체 디바이스(150)가 연질 부분(148)에 의해 신뢰성 있게 접합되거나 소결될 수 없는 두꺼운 다이(예: NTC 칩)인 경우, 경질 도구 섹션(192)의 비가요성 경질 도구(190)는 유리하게는 본 발명의 장치에 제공될 수 있다. 그러한 장치는 연질 도구 섹션(194)(밀봉 플레이트(144) 및 연질 부분(148)을 포함함) 및 경질 도구 섹션(192)(적절한 경질 도구(190)를 사용함)을 모두 포함할 것이다. 이는 상이한 유형 및 두께의 반도체 디바이스(150)를 보유하는 기판 상에서 동시에 접합 또는 소결이 수행되는 것을 허용한다.
본 발명의 설명된 실시예는 종래 기술에 비해 다수의 이점을 갖는다. 예컨대, 밀봉 인서트(144) 및 하나 이상의 연질 부분(148)의 사용을 통해, 사용자는 이제 접합 또는 소결 압력을 선택적으로 적용하기 위해 특정 영역을 할당할 수 있다. 더욱이, 밀봉 플레이트(144) 및 연질 부분(148) 위의 다이어프램에 의한 밀봉은 연질 부분(148)이 밀봉 인서트(146)에 정의된 리세스 내에 한정되는 것을 보장한다. 따라서, 연질 부분(148)은 밀봉 플레이트(144) 및 스탬프(132) 사이에 형성된 갭으로부터 블리드 아웃(bleed out)을 겪지 않는다. 동시에, 모든 반도체 디바이스(150)에 걸쳐 실질적으로 균일한 소결 압력을 달성하는 것이 가능하다. 또한, 설명된 실시예는 경질 도구 섹션(192)과 연질 도구 섹션(194)의 조합의 사용을 허용하며, 이는 두 도구를 모두 사용해야 하는 적용에 유익하다.
본 발명이 특정 실시예를 참조하여 상당히 상세하게 설명되었지만, 다른 실시예도 가능하다. 예컨대, 위에서 설명된 바와 같이 기판(52, 152)이 밀봉 플레이트(144) 아래에서 지지되는 대신에, 기판(52, 152)은 밀봉 플레이트(144)가 제1 위치에서 제2 위치로 상향 이동하여 기판(52, 152) 및/또는 플랫폼(180)과 접촉하도록 밀봉 플레이트(144) 위에도 지지될 수 있다.
따라서, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위는 본원에 포함된 실시예의 설명으로 제한되어서는 안 된다.

Claims (20)

  1. 플랫폼 상에 지지되는 기판 상에 적어도 하나의 반도체 디바이스를 접합하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
    강성 경질 부분들 및 상기 경질 부분들 사이에 위치된 하나 이상의 가요성 연질 부분을 포함하는 밀봉 플레이트로서, 상기 밀봉 플레이트는 상기 기판으로부터 이격된 제1 위치와 상기 밀봉 플레이트의 제1 측면이 상기 기판과 접촉하도록 구성된 제2 위치 사이에서 이동가능한, 상기 밀봉 플레이트;
    상기 밀봉 플레이트의 상기 제1 측면의 반대편에 있는 제2 측면을 덮는 다이어프램;
    상기 다이어프램과 유체 연통하는 유체 압력 발생기로서, 상기 유체 압력 발생기는 상기 다이어프램에 유체 압력을 가하도록 작동하고, 유체 압력은 상기 다이어프램을 작동시켜 상기 하나 이상의 연질 부분을 압축하도록 추가로 작동하여, 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스를 상기 하나 이상의 연질 부분과 접촉시키고 접합 중에 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스에 접합력을 가하는 상기 유체 압력 발생기를 포함하는, 접합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 플레이트의 제1 측면 상의 경질 부분들은 상기 제2 위치에서 상기 기판과 접촉하는, 접합 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 플레이트의 제1 측면 상의 경질 부분들은 상기 플랫폼과 접촉하고 상기 밀봉 플레이트의 제1 측면 상의 연질 부분은 상기 제2 위치에서 상기 기판과 접촉하는, 접합 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강성 경질 부분들은 복수의 밀봉 인서트들에 포함되고, 각각의 밀봉 인서트는 연질 부분을 수용하도록 크기 및 형상화된 절취부를 포함하는, 접합 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연질 부분이 접합 중에 압축될 때, 상기 절취부에서 상기 연질 부분을 고정하기 위해, 상기 절취부의 바닥 단부에서보다 상기 절취부에서 더 큰 단면적을 생성하는 상기 밀봉 인서트의 상단 단부에 단차부를 추가로 포함하는, 접합 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    각각의 밀봉 인서트는 상기 밀봉 인서트들이 상기 기판과 접촉할 때 다른 밀봉 인서트에 대해 변위 가능한, 접합 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 밀봉 인서트들은 상기 플랫폼과 상기 기판 모두와 동시에 접촉하도록 작동하는, 접합 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다이어프램과 접촉하도록 상기 밀봉 플레이트의 제2 측면에 배열된 하나 이상의 스탬프를 추가로 포함하고, 상기 또는 각각의 스탬프는 상기 유체 압력기로부터 상기 하나 이상의 연질 부분으로 압력을 전달하기 위해 상기 유체 압력 발생기와 상기 다이어프램 사이에 위치하는, 접합 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 스탬프는 적어도 상기 유체 압력 발생기에 의해 작동되는 제1 부분 및 상기 다이어프램과 접촉하도록 작동하는 제2 부분을 추가로 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분보다 더 큰 표면적을 갖는, 접합 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스탬프는 상기 스탬프로부터 연장되는 칼라를 추가로 포함하고, 상기 칼라는 상기 스탬프가 슬라이딩 가능한 슬롯 내에 위치된 리세스의 상단면 및 바닥면과 접촉하도록 구성되고, 상기 리세스는 상기 기판에 대한 상기 칼라와 상기 스탬프의 운동 범위를 추가로 한정하는, 접합 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 접합 동안 상기 플랫폼 상에서 서로 이격되어 있는 복수의 단일화(singulated) 기판들을 포함하는, 접합 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 플랫폼은 상기 단일화 기판들의 상단면들이 상기 플랫폼의 상단면들과 실질적으로 동일한 높이에 있도록 상기 단일화 기판들이 수용되는 오목 부분을 포함하고, 상기 밀봉 플레이트는 상기 단일화 기판들과 상기 플랫폼을 실질적으로 동시에 접촉하도록 구성되는, 접합 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 오목 부분에 부착된 보유 플레이트를 추가로 포함하고, 상기 보유 플레이트는 상기 오목 부분에 수용된 상기 단일화 기판들을 지지하기 위한 관통 구멍들을 포함하는, 접합 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 플레이트는 상기 기판 상의 모든 반도체 디바이스들 상에 균일한 접합력을 가하기 위한 단수의 단일 편평한 연질 부분을 수용하도록 크기 및 형상화된 단일 절취부를 갖는, 접합 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 밀봉 플레이트의 강성 경질 부분들은 접합 동안 상기 플랫폼에만 접촉하는 반면, 상기 단일 평평한 연질 부분은 상기 반도체 디바이스들 및 상기 기판과 접촉하는, 접합 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 연질 부분은 연질 도구 섹션에 포함되고, 상기 장치는 상기 기판에 장착된 추가의 하나의 이상의 반도체 디바이스에 접합 압력을 가하기 위해 비가요성 경질 도구를 포함하는 경질 도구 섹션을 추가로 포함하는, 접합 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 플레이트에 의해 가해지는 압력을 측정하기 위해 상기 밀봉 플레이트에 통합된 압력 센서를 추가로 포함하는, 접합 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반도체 디바이스와 상기 하나 이상의 연질 부분 사이에서 상기 밀봉 플레이트에 인접하게 위치된 이형 필름(release film)을 추가로 포함하는, 접합 장치.
  19. 플랫폼 상에 지지되는 기판 상에 적어도 하나의 반도체 디바이스를 접합하는 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 기판 상에 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스를 배열하는 단계;
    강성 경질 부분들 및 상기 경질 부분들 사이에 위치된 하나 이상의 가요성 연질 부분을 포함하는 밀봉 플레이트를 상기 기판으로부터 이격된 제1 위치로부터 상기 밀봉 플레이트의 제1 측면이 상기 기판과 접촉하는 제2 위치로 이동시키는 단계;
    상기 제1 측면의 반대편에 있는 상기 밀봉 플레이트의 제2 측면을 덮는 다이어프램 상에 유체 압력 생성기를 사용하여 유체 압력을 생성하는 단계로서, 상기 유체 압력 생성기는 상기 다이어프램과 유체 연통하는, 상기 생성 단계를 포함하고,
    상기 다이어프램에 가해진 상기 유체 압력은 상기 다이어프램을 작동시켜 상기 하나 이상의 연질 부분을 압축하여, 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스를 상기 하나 이상의 연질 부분과 접촉시키고 접합 중에 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스 상에 접합력을 인가하도록 구성되는, 접합 방법.
  20. 기판 상에 접합된 적어도 하나의 반도체 디바이스를 포함하는 전자 디바이스의 제조 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 기판 상에 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스를 배열하는 단계;
    강성 경질 부분들 및 상기 경질 부분들 사이에 위치된 하나 이상의 가요성 연질 부분을 포함하는 밀봉 플레이트를 상기 기판으로부터 이격된 제1 위치로부터 상기 밀봉 플레이트의 제1 측면이 상기 기판과 접촉하는 제2 위치로 이동시키는 단계;
    상기 제1 측면의 반대편에 있는 상기 밀봉 플레이트의 제2 측면을 덮는 다이어프램 상에 유체 압력 생성기를 사용하여 유체 압력을 생성하는 단계로서, 상기 유체 압력 생성기는 상기 다이어프램과 유체 연통하는, 상기 생성 단계를 포함하고,
    상기 다이어프램에 가해진 상기 유체 압력은 상기 다이어프램을 작동시켜 상기 하나 이상의 연질 부분을 압축하여, 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스를 상기 하나 이상의 연질 부분과 접촉시키고 접합 중에 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스 상에 접합력을 인가하도록 구성되는, 제조 방법.
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