KR101005098B1 - 회동수단을 가지는 솔더볼 범핑유닛과 이를 포함하는 웨이퍼 범핑 장비 및 이를 이용한 범핑 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판에 형성된 다수의 범핑영역에 솔더볼을 부착하는 범핑유닛과 이를 포함하는 웨이퍼 범핑 장비 및 범핑 방법을 개시한다. 본 발명의 솔더볼 범핑 유닛은, 진공펌핑을 위한 흡입홀이 형성된 진공플레이트와, 상기 진공플레이트의 상부에 결합되고, 상면에 형성된 적어도 하나의 오목홈과 상기 오목홈의 내부공간과 상기 흡입홀 사이의 진공펌핑경로를 제공하는 제1관통홀을 구비하는 제1마스크와, 상기 제1마스크의 상부에 결합되고, 상기 다수의 범핑영역에 각각 대응하는 다수의 제2관통홀을 구비하는 제2마스크를 포함하는 솔더볼흡착부; 상기 솔더볼흡착부를 회전시키는 회동수단을 포함한다.

본 발명에 따르면, 솔더볼을 안착시키는 공정을 자동화함으로써 공정시간이 단축되어 장비의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다. 솔더볼을 안착시킬 때 진공흡착을 병행하기 때문에 솔더볼안착홈에 삽입된 솔더볼이 다시 빠져 나오지 않게 되어 솔더볼 안착공정의 정확도가 높아지므로 공정시간이 단축되는 장점이 있다.

또한 솔더볼을 안착시키는 과정에서 다른 솔더볼이 오염되지 않기 때문에 공정의 신뢰성을 높일 수 있고, 플럭스마스크를 사용하지 않고도 솔더볼 범핑이 가능하므로 공정속도를 높이고 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

회동수단을 가지는 솔더볼 범핑유닛과 이를 포함하는 웨이퍼 범핑 장비 및 이를 이용한 범핑 방법{Solder ball bumping unit comprising rotating means and wafer bumping apparatus comprising the same, and bumping method using the same}

본 발명은 웨이퍼 범핑 장비에 관한 것으로서, 구체적으로는 회전식의 진공흡착 마스크를 이용하여 공정시간을 단축하고 작업의 정확도를 개선시킨 솔더볼 범핑유닛과 이를 이용하는 웨이퍼 범핑 장비 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지를 제조하기 위해서는, 먼저 웨이퍼에 소정의 박막을 증착하고 증착된 박막을 포토리소그래피 및 식각 공정을 거쳐 소정의 회로패턴으로 형성해야 한다.

그리고 회로패턴이 형성된 웨이퍼를 다시 개별 다이(또는 칩)로 분할(sawing)하고, 분할된 개별 다이를 PCB기판에 부착하고 몰딩하는 패키징 공정을 수행한다. 즉, 종래에는 웨이퍼를 개별 다이로 분할한 후에 각 다이별로 패키징 공 정을 진행하는 것이 가장 일반적이었다.

그러나 최근에는 볼 범핑(ball bumping) 기술이 정교해지면서 웨이퍼를 절단하기 전에 마스크를 이용하여 웨이퍼상에 형성된 범핑영역에 다수의 솔더볼을 한꺼번에 부착하는 웨이퍼 범핑이 많이 사용되고 있다.

이하에서는 도 1a 내지 도 1f의 공정순서도를 참조하여 웨이퍼 범핑공정을 순서대로 설명한다.

먼저 회로패턴이 형성된 웨이퍼(W)를 준비하고, 웨이퍼(W)의 상부에 플럭스(flux)를 도포하기 위한 플럭스마스크(10)를 위치시킨다. 플럭스마스크(10)는 웨이퍼(W)의 각 다이별 범핑 영역에 대응하는 다수의 개구부(12)를 구비한다. (도 1a 및 도 1b)

이어서 플럭스마스크(10)의 상부 전면에 스크린 인쇄기법을 이용하여 플럭스(20)를 도포한 후 플럭스마스크(10)를 제거하면, 웨이퍼(W)의 표면에 소정의 플럭스 패턴이 형성된다. (도 1c)

다음으로 범핑을 위한 볼마스크(30)를 웨이퍼(W)의 상부에 위치시킨다. 볼마스크(30)도 웨이퍼(W)의 각 다이별 범핑 영역에 대응하는 다수의 개구부(32)를 구비한다. 볼마스크(30)는 플럭스(20)가 묻는 것을 방지하기 위하여 통상 웨이퍼(W)에 대해 소정 간격 이격되도록 설치된다. (도 1d)

이어서 작업자가 볼마스크(30)의 상부에 다수의 솔더볼(40)을 부어 놓고, 브러쉬(50)로 솔질을 하면서 볼마스크(30)의 각 개구부(32)마다 솔더볼(40)을 안착 시키는 한편 남는 솔더볼(40)을 볼마스크(30)의 외곽으로 쓸어낸다. (도 1e)

마지막으로 볼마스크(30)를 제거하면, 웨이퍼(W)의 각 범핑 영역에는 플럭스(20)에 의해 솔더볼(40)이 부착된 상태가 되며, 이후 리플로우(reflow) 공정을 거쳐 솔더볼(40)을 웨이퍼(W)에 접합시킨다. (도 1f)

도 2는 전술한 공정을 진행하는 종래의 웨이퍼 범핑 장비의 구성을 나타낸 개념도이다.

종래의 웨이퍼 범핑 장비는 대략 웨이퍼안치유닛(60), 플럭스유닛(70), 범핑유닛(80)으로 구성된다.

웨이퍼안치유닛(60)은 웨이퍼(W)를 안치하여 진공 흡착하는 척(61), 상기 척(61)을 수직 및/또는 수평방향으로 구동시키는 척구동부(62)를 포함한다. 또한 척(61)의 상부에는 웨이퍼(W)의 기준위치를 파악하기 위한 비젼카메라(63,64)가 설치되며, 상기 비젼카메라(63,64)는 웨이퍼안치유닛(60)과 함께 수평방향으로 이동한다.

플럭스유닛(70)은 플럭스마스크(10)와 플럭스마스크(10)를 지지하는 제1지그(72)를 포함한다. 범핑유닛(80)은 볼마스크(30)와 볼마스크(30)를 지지하는 제2지그(82)를 포함한다. 도시하지는 않았지만 제1지그(72) 및 제2지그(82)에는 웨이퍼(W)에 대한 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 수평방향 및/또는 수직방향의 구동수단이 설치된다.

이러한 종래 웨이퍼 범핑 장비의 작동을 구체적으로 살펴보면, 먼저 웨이퍼(W)를 척(61)에 안치하는 한편 제1지그(72)에는 플럭스마스크(10)를 장착하고 제2지그(82)에는 볼마스크(30)를 장착한다.

이어서 비젼카메라(63,64)로 웨이퍼(W)의 기준위치를 확인하고, 도 3a에 도시된 바와 같이 웨이퍼안치유닛(60)을 플럭스유닛(70)으로 수평이동시킨 후 척(61)을 상승시켜 웨이퍼(W)를 플럭스마스크(10)의 하부에 위치시킨다. 이어서 비젼카메라(63,64)와 미도시된 구동수단을 이용하여 플럭스마스크(10)를 기준위치에 정렬시키고 플럭스마스크(10)의 상부 전면에 스크린 인쇄기법으로 플럭스(20)를 도포하여 웨이퍼(W)의 상부에 플럭스 패턴을 형성한다.

플럭스(20)를 도포한 다음에는 도 3b에 도시된 바와 같이 웨이퍼안치유닛(60)을 범핑유닛(70)으로 수평 이동시킨 후 척(61)을 상승시켜 웨이퍼(W)를 볼마스크(30)의 하부에 위치시킨다. 이어서 비젼카메라(63,64)와 미도시된 구동수단을 이용하여 볼마스크(30)를 기준위치에 정렬시키고 도 1e에 도시된 바와 같이 다수의 솔더볼을 볼마스크(30)의 상부에 붓고 브러쉬를 이용하여 솔더볼(40)을 각 개구부에 안착시킨다.

이어서 척(61)을 하강시키고 웨이퍼안치유닛(60)을 원위치로 복귀 시키며, 리플로우 공정을 위해 솔더볼이 부착된 웨이퍼(W)를 반출한다.

그런데 종래의 웨이퍼 범핑 방법은 다음과 같은 몇 가지 문제점을 안고 있다.

첫째, 볼마스크(30)의 개구부(32)에 삽입되었던 솔더볼(40)이 솔질을 하는 과정에서 다시 튀어 나오는 경우가 종종 발생하며, 이로 인해 제품불량이 발생하거나 재작업으로 인해 공정시간이 길어져 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

둘째, 볼마스크(30)에 솔더볼(40)을 붓고 작업자가 솔질을 하는 수작업 공정을 거쳐야 하므로 장비전체의 생산성을 향상시키는데 일정한 한계가 있다.

셋째, 플럭스(20)를 도포하기 위해서는 반드시 플럭스마스크(10)를 이용해야 하므로 생산 및 유지비용을 줄이는데 한계가 있고, 플럭스마스크(10)의 정밀한 얼라이닝이 요구되므로 공정시간을 줄이는데도 한계가 있다.

넷째. 도 1d 및 도 1e에 도시된 바와 같이 플럭스(20)가 도포된 웨이퍼(W)의 상부에 볼마스크(30)를 근접시킨 상태에서 솔더볼(40)을 안착시키므로 이 과정에서 개구부(32)에 삽입되었던 솔더볼(40)이 솔질로 인해 회전하면서 상부에 위치한 다른 솔더볼(40)에 플럭스를 묻히는 경우가 자주 발생한다. 안착되지 않은 솔더볼(40)에 플럭스(20)가 묻으면 이물질이 부착되어 소자불량의 원인으로 작용하여 범핑 공정의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 솔더볼 안착공정의 정확도를 개선하고 공정속도를 높여 웨이퍼 범핑 장비의 생산성을 향상시키는데 그 목적이 있다. 또한 솔더볼을 안착시키는 과정에서 솔더볼이 오염되지 않도록 함으로써 공정의 신뢰성을 높이는데 그 목적이 있다. 또한 플럭스마스크를 사용하지 않고도 솔더볼 범핑이 가능하도록 함으로써 공정속도를 높이고 생산성을 높이는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 기판에 형성된 다수의 범핑영역에 솔더볼을 부착하는 범핑유닛에 있어서, 진공펌핑을 위한 흡입홀이 형성된 진공플레이트와, 상기 진공플레이트의 상부에 결합되고, 상면에 형성된 적어도 하나의 오목홈과 상기 오목홈의 내부공간과 상기 흡입홀 사이의 진공펌핑경로를 제공하는 제1관통홀을 구비하는 제1마스크와, 상기 제1마스크의 상부에 결합되고, 상기 다수의 범핑영역에 각각 대응하는 다수의 제2관통홀을 구비하는 제2마스크를 포함하는 솔더볼흡착부; 상기 솔더볼흡착부를 회전시키는 회동수단을 포함하는 솔더볼 범핑 유닛을 제공한다.

상기 제1마스크의 상기 오목홈은 다수 개가 형성되고, 상기 다수의 오목홈은 각각 상기 기판에 형성된 다수의 다이(Die) 중에서 하나 이상의 다이에 대응하는 위치에 형성된 것을 특징으로 할 수 있고, 이때 상기 다수의 오목홈은 상기 기판에 정의된 절단선(sawing line)을 따라 형성된 경계벽에 의해 구획되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명은, 웨이퍼에 형성된 다수의 범핑영역에 솔더볼을 부착하는 웨이퍼 범핑 장비에 있어서, 상기 웨이퍼를 안치하는 척을 포함하는 웨이퍼안치유닛; 플럭스를 도포하는 스크린인쇄수단을 구비하는 플럭스유닛; 상기 웨이퍼에 솔더볼을 부착하는 솔더볼 범핑 유닛을 포함하며, 상기 솔더볼 범핑유닛은, 진공펌핑을 위한 흡입홀이 형성된 진공플레이트와, 상기 진공플레이트의 상부에 결합하고, 상면에 형성된 적어도 하나의 오목홈과 상기 오목홈의 내부공간과 상기 흡입홀 사이의 진공펌핑경로를 제공하는 제1관통홀을 구비하는 제1마스크와, 상기 제1마스크의 상부에 결합하고, 상기 다수의 범핑영역에 각각 대응하는 다수의 제2관통홀을 구비하는 제2마스크를 포함하는 솔더볼흡착부; 상기 솔더볼흡착부를 회전시키는 회동수단을 포함하는 웨이퍼 범핑 장비를 제공한다.

또한 본 발명은, 상면에 다수의 솔더볼안착홈을 구비하고 내부에 상기 솔더볼안착홈의 내부공간과 연통하는 진공유로가 형성된 솔더볼흡착부를 이용하여 기판에 형성된 다수의 범핑영역에 솔더볼을 범핑하는 방법에 있어서, (a)상기 솔더볼흡착부를 수평면에 대해 경사지도록 기울이는 단계; (b) 상기 진공유로를 통해 진공펌핑을 하면서 상기 솔더볼흡착부의 상부에 다수의 솔더볼을 공급하는 단계; (c) 상기 다수의 솔더볼이 경사면을 따라 흘러내리면서 상기 다수의 솔더볼안착홈에 흡착되는 단계; (d) 흡착된 상기 솔더볼이 아래를 향하도록 상기 솔더볼흡착부를 회전시키는 단계; (e) 상기 기판의 상기 다수의 범핑영역에 상기 솔더볼을 올려놓는 단계를 포함하는 솔더볼 범핑 방법을 제공한다.

이때 상기 단계(e)의 이후에는 상기 솔더볼을 상기 웨이퍼의 상기 범핑영역에 가접합(假接合)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명은, 상면에 다수의 솔더볼안착홈을 구비하고 내부에 상기 솔더 볼안착홈의 내부공간과 연통하는 진공유로가 형성된 솔더볼흡착부를 이용하여 기판에 형성된 다수의 범핑영역에 솔더볼을 범핑하는 방법에 있어서, (a) 상기 진공유로를 통해 진공펌핑을 하면서 상기 솔더볼흡착부의 상부에 다수의 솔더볼을 공급하는 단계; (b) 상기 솔더볼흡착부를 시소(seesaw) 운동시키면서 상기 다수의 솔더볼안착홈에 솔더볼을 흡착하는 단계; (c) 흡착된 상기 솔더볼이 아래를 향하도록 상기 솔더볼흡착부를 회전시키는 단계; (d) 상기 기판의 상기 다수의 범핑영역에 상기 솔더볼을 올려놓는 단계를 포함하는 솔더볼 범핑 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 진공펌핑을 위한 흡입홀이 형성된 진공플레이트와, 상기 진공플레이트의 상부에 결합되고, 상면에 형성된 적어도 하나의 오목홈과 상기 오목홈의 내부공간과 상기 흡입홀 사이의 진공펌핑경로를 제공하는 제1관통홀을 구비하는 제1마스크와, 상기 제1마스크의 상부에 결합되고, 상기 다수의 범핑영역에 각각 대응하는 다수의 제2관통홀을 구비하는 제2마스크를 포함하는 솔더볼흡착부를 이용하여 다수의 범핑영역이 형성된 기판에 솔더볼을 범핑하는 방법에 있어서, (a) 상기 솔더볼안착부의 상기 다수의 제2관통홀에 솔더볼을 안착시키는 단계; (b) 안착된 상기 솔더볼이 아래를 향하도록 상기 솔더볼흡착부를 회전시켜서 상기 기판의 상부에 위치시키는 단계; (c) 진공흡착을 해제하여 상기 기판의 상기 다수의 범핑영역에 상기 솔더볼을 올려놓는 단계; (d) 상기 진공플레이트와 상기 제1마스크를 상기 제2마스크로부터 분리하는 단계; (e) 상기 제2마스크의 상부에 플럭스를 도포하는 단계; (f) 상기 솔더볼을 상기 기판에 융착시키는 단계를 포함하는 솔더볼 범핑 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 솔더볼을 안착시키는 공정을 자동화함으로써 공정시간이 단축되어 장비의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다. 솔더볼을 안착시킬 때 진공흡착을 병행하기 때문에 솔더볼안착홈에 삽입된 솔더볼이 다시 빠져 나오지 않게 되어 솔더볼 안착공정의 정확도가 높아지고 공정시간이 단축되는 장점이 있다.

또한 솔더볼을 안착시키는 과정에서 다른 솔더볼이 오염되지 않기 때문에 공정의 신뢰성을 높일 수 있고, 플럭스마스크를 사용하지 않고도 솔더볼 범핑이 가능하므로 공정속도를 높이고 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

1. 웨이퍼 범핑 장비

본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 범핑 장비(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 메인프레임(102)에 장착된 웨이퍼안치유닛(110), 플럭스유닛(120) 및 범핑유닛(130)을 포함한다.

메인프레임(102)은 상기 구성요소들을 지지하는 한편, 웨이퍼안치유닛(110) 및 범핑유닛(130)이 수평방향으로 이동할 수 있는 가이드레일(104)을 포함한다.

웨이퍼안치유닛(110)은 웨이퍼(W)를 올려 놓는 척(chuck)(111)과 상기 척(111)을 승강시키는 척구동부(112)를 포함한다. 척(111)에는 웨이퍼(W)를 고정하기 위한 진공흡착수단(미도시)이 설치된다. 척구동부(112)는 웨이퍼(W)의 정확한 위치제어를 위한 수평구동수단 및/또는 회전구동수단을 포함할 수 있다.

플럭스유닛(120)은 지그(121)와, 상기 지그(121)에 이동 가능하게 결합된 스크린인쇄유닛(122)과, 상기 지그(121)와 스크린인쇄유닛(122)을 지지하면서 가이드레일(104)에 이동 가능하게 결합하는 제1지지부(124)와, 제1지지부(124)를 가이드레일(104)을 따라 이동시키는 구동수단(미도시)을 포함한다. 지그(121)를 수직 및/또는 수평방향으로 이동시키는 구동수단을 포함할 수도 있다.

본 발명의 웨이퍼 범핑 장비(100)에서는 후술하는 바와 같이 솔더볼에 직접 플럭스를 도포할 수 있으므로 플럭스마스크 없이 범핑공정을 진행할 수 있다. 그러나 필요에 따라서는 플럭스유닛(120)의 지그(121)에 플러스마스크를 장착하여 웨이퍼(W) 또는 솔더볼에 플럭스를 도포할 수도 있다.

범핑유닛(130)은 가이드레일(104)에 이동 가능하게 결합하는 제2지지부(132)와, 제2지지부(132)에 회동할 수 있도록 장착된 솔더볼흡착부(140)를 포함한다. 구체적으로는 솔더볼흡착부(140)를 제2지지부(132)에 장착된 회동모터(134)의 구동축에 연결함으로써 솔더볼흡착부(140)를 회동시킬 수 있다. 회동모터(134)는 정밀한 위치제어가 가능한 스텝모터인 것이 바람직하다.

또한 범핑유닛(130)은 제2지지부(132)를 가이드레일(104)을 따라 이동시키 는 구동수단(미도시)을 포함한다.

범핑유닛(130)의 일측에는 솔더볼 안착공정을 진행한 후에 남는 솔더볼을 회수하기 위하여 깔대기 형태의 회수가이드(150)와 회수가이드(150)로 수집된 솔더볼을 저장하는 회수용기(152)를 설치한다.

웨이퍼안치유닛(110)의 상부에는 웨이퍼(W)의 기준위치, 플럭스유닛의 지그(121)에 장착된 플럭스마스크(미도시)의 기준위치, 솔더볼흡착부(140)에 장착된 마스크의 기준위치 등을 확인하기 위한 비젼카메라(160)가 설치된다. 또한 메인프레임(102)의 일측에는 작업자의 조작을 위한 제어컴퓨터(170)가 설치된다.

이하에서는 솔더볼흡착부(140)에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼흡착부(140)의 분해 사시도이고, 도 6은 그 일부분에 대한 결합단면도이다.

이를 살펴보면, 본 발명의 솔더볼흡착부(140)는 진공플레이트(141)와, 상기 진공플레이트(141)의 상부에 순차적으로 결합하는 제1마스크(144) 및 제2마스크(147)를 포함한다.

진공플레이트(141)의 상면에는 웨이퍼의 범핑영역과 대응하는 오목부(142)가 형성되고, 오목부(142)의 저면에는 진공펌핑을 위한 흡입홀(143)이 형성된다. 상기 흡입홀(143)은 외부의 진공펌프(미도시)와 연결된다. 흡입홀(143)의 위치나 개수가 도시된 것에 한정되지는 않으므로 오목부(142)의 측면에 형성될 수도 있고, 다수 개가 형성될 수도 있다.

진공플레이트(141)의 측부에는 회동모터(134)의 구동축이 연결되며, 회동모터(134)에 의해 솔더볼흡착부(140)가 회전운동을 할 수 있게 된다.

제1마스크(144)는 웨이퍼(W)의 각 다이(Die)와 대응하는 위치마다 형성된 다수의 오목홈(145)을 구비하며, 이에 따라 각 오목홈(145)의 사이에는 격자형태의 경계벽(146)이 형성된다. 도면에서 제1마스크(144)와 제2마스크(147)의 상면에 표시된 점선은 웨이퍼(W)와 웨이퍼(W)에 정의된 절단선(sawing line)을 나타낸 가상선이다. 절단선에 의해 구획된 직사각형은 웨이퍼(W)에 형성된 다이에 해당한다. 경계벽(146)은 절단선을 따라 소정 폭으로 형성되며, 따라서 각 오목홈(145)은 대응하는 다이(Die)보다 작은 면적을 가지게 된다.

각 오목홈(145)에는 진공플레이트(141)의 오목부(142)의 내부공간과 연통하는 제1관통홀(148)이 형성되며, 제1관통홀(148)을 통해 진공압력이 작용하여 상부에 안착되는 솔더볼(40)을 흡착할 수 있게 된다.

제1관통홀(148)을 오목홈(145)의 중간에 형성하면 상부에 안착된 솔더볼이 진공압력에 의해 하부로 빠질 위험이 있으므로 제1관통홀(148)은 각 오목홈(145)의 주변부에 형성하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1마스크(144)의 각 제1관통홀(148)이 인접한 2개의 오목홈(145)의 내부공간과 동시에 연통하는 모습을 나타낸 평면도이다. 즉, 제1마스크(144)의 배면으로부터 형성된 제1관통홀(148)의 상단부가 경계벽(146)을 기준으로 양쪽의 오목홈(145)과 모두 연통하도록 형성되어 있다. 구체적 으로는 제1마스크(144)의 각 오목홈(145)에는 서로 마주보는 경계벽(146)의 하단부에 제1관통홀(148)이 형성되므로 각 오목홈(145)의 내부공간은 2개의 제1관통홀(148)과 연통하게 된다.

그런데 제1관통홀(148)은 제1마스크(144)의 전체 오목홈(145)의 내부공간에 진공압력을 형성하기 위한 것이므로 이러한 기능을 수행할 수 있다면 그 위치가 도시된 형태에 한정되지 않음은 물론이다.

예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이 가로방향의 다수의 경계벽(146) 중에서 홀수번째(또는 짝수번째) 경계벽(144)의 하단부에만 인접한 2개의 오목홈(145)의 내부공간과 연통하는 제1관통홀(148)을 형성할 수도 있다.

또한 도 9에 도시된 바와 같이, 제1관통홀(148)과 연통하는 오목홈(145)을 둘러싸는 경계벽(146)에 진공유로(146-1)를 형성함으로써, 상기 진공유로(146-1)를 통해 인접한 오목홈(145)까지 진공압력이 미치도록 할 수도 있다.

한편 각 오목홈(145)과 웨이퍼(W)에 형성된 각 다이(Die)가 반드시 일대일로 대응해야 하는 것은 아니므로 하나의 오목홈(145)이 2 이상의 다이에 대응하는 크기를 가질 수도 있다. 다만 오목홈(145)의 내부공간이 너무 넓으면 제1관통홀(148)을 통한 흡입력이 약해질 수 있으므로 오목홈(145)의 크기는 인가되는 흡입력의 크기를 고려하여 정해져야 한다.

각 오목홈(145)은 경계벽(146)에 의해 구획되므로 그 면적은 대응하는 다이(Die)의 면적보다는 작아야 한다. 또한 오목홈(145)을 통한 진공흡입력은 제2마스크(147)의 모든 제2관통홀(149)에 대해 제공할 수 있어야 하므로 특정 다이에 대 응하는 제2관통홀(149)은 모두 해당 다이에 대응하는 오목홈(145)의 상부에 위치해야 한다. 결국 각 오목홈(145)의 면적은 대응하는 다이(Die)에 속하는 범핑영역의 전체면적보다는 커야 한다.

제2마스크(147)는 웨이퍼의 범핑영역에 대응하는 위치에 형성된 다수의 제2관통홀(149)을 포함한다. 제2관통홀(149)은 솔더볼(40)이 삽입되는 부분이다.

제1마스크(144)와 제2마스크(147)는 각각 그 외곽이 진공플레이트(141)의 상면 주변부 또는 측면에 결합되어 일정한 텐션을 유지하며, SUS 등의 금속재질로 제작될 수 있다. 진공플레이트(141)도 금속재질인 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제1마스크(144)의 제1관통홀(148)과 제2마스크(147)의 제2관통홀(149)은 모두 진공플레이트(141)의 오목부(142)의 상부에 위치해야 한다. 그래야만 오목부(142)의 내부공간의 진공압력이 제1관통홀(148)과 제2관통홀(149)을 통해 작용하여 상부에 안착된 솔더볼(40)을 안정적으로 흡착할 수 있기 때문이다.

제1마스크(144)와 제2마스크(147)의 규격은 안착할 솔더볼(40)의 직경에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 직경 0.3mm 의 솔더볼(40)을 안착하는 경우에는, 제1마스크(144)의 경계벽(146)의 높이(또는 오목홈(145)의 깊이)는 약 0.1mm이고, 제2마스크(147)의 두께는 약 0.2mm인 것이 바람직하다. 또한 솔더볼(40)이 삽입되는 제2마스크(147)의 제2관통홀(149)은 그 직경이 0.35~0.4mm인 것이 바람직하다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼안착부(140)에 솔더볼(40)이 안착 된 모습을 나타낸 부분 단면도이다. 이를 살펴보면, 제2마스크(147)의 제2관통홀(149)에 삽입된 솔더볼(40)은 제1마스크(144)의 오목홈(145)의 저면에 의해 지지되면서 안착된다. 결국 제1마스크(144)의 오목홈(145)의 저면과 제2마스크(147)의 제2관통홀(149)이 일종의 솔더볼 안착홈을 형성한다.

2. 웨이퍼 범핑 방법

이하에서는 도 11의 흐름도, 도 12a 내지 도 12g의 공정순서도 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 범핑 공정을 설명한다.

먼저 작업자는 범핑영역이 형성된 웨이퍼(W)를 척(111)에 안치하고 웨이퍼(W)를 기준위치로 정렬한다. 이때 비젼카메라(160)의 화상데이터를 이용하여 척(111)의 위치를 자동으로 조절할 수도 있고, 작업자가 제어컴퓨터(170)에 표시되는 비젼카메라(160)의 화상을 보면서 매뉴얼로 척(111)의 위치를 조절할 수도 있다. 그리고 솔더볼흡착부(140)의 진공플레이트(141)에는 제1마스크(144)와 제2마스크(147)를 순차적으로 장착한다. 이때 이후 공정을 위해 제1마스크(144)와 제2마스크(147)는 각각 분리 가능하게 장착될 수 있다.

이러한 준비 작업을 마친 후에는 회동모터(134)를 작동시켜 도 4에 도시된 바와 같이 솔더볼흡착부(140)를 수평면에 대하여 소정 각도로 기울어지게 한다. (ST11)

이어서 진공플레이트(141)에 연결된 진공펌프(미도시)를 작동시켜 진공펌핑 을 시작하고, 솔더볼흡착부(140)에 솔더볼(40)을 공급한다. 이때 도 12a에 도시된 바와 같이 솔더볼흡착부(140)의 경사면의 상단부(도면상 좌측상부)에서부터 충분한 양의 솔더볼(40)을 공급하면, 경사면을 따라 이동하던 솔더볼(40)이 진공흡입력에 의해 제2마스크(147)의 각 제2관통홀(149)에 안착된다. 제2관통홀(149)에 안착되지 못한 솔더볼(40)은 솔더볼흡착부(140)의 경사면의 하단부 부근에 위치하는 회수가이드(150)를 통해 회수용기(152)로 수집된다. (ST12, ST13)

이어서 제2관통홀(149)에 안착되지 못하고 회수되지도 않은 잔류솔더볼(도 12a의 40')을 제거해야 한다. 잔류솔더볼(40')은 도 12b에 도시된 바와 같이 솔더볼흡착부(140)의 상부에 설치된 에어블로우어(190)에서 고압공기를 분사함으로써 제거될 수 있다. 이와 달리 진동모터(미도시)를 이용하여 솔더볼흡착부(140)에 진동을 발생시킴으로써 제거될 수도 있고, 브러쉬(미도시)를 이용하여 제거할 수도 있다. 자동화 공정을 위해서는 에어블로우어(190)나 진동모터를 이용하는 것이 바람직하고, 브러쉬를 이용하는 경우에도 자동화 브러쉬를 이용하는 것이 바람직하다. 진동모터(미도시)는 솔더볼흡착부(140)의 진공플레이트(141)에 내장되거나 연결될 수 있다. (ST14)

이어서 회동모터(134)를 작동시켜 흡착된 솔더볼(40)이 아래를 향하도록 솔더볼흡착부(140)를 뒤집는다. 이 과정에서 솔더볼흡착부(140)의 내부에는 진공펌핑에 의한 진공압력이 계속 유지되어야 함은 물론이다. 이어서 범핑유닛(130)을 웨이퍼안치유닛(110) 쪽으로 이동시켜 도 12c에 도시된 바와 같이 뒤집어진 솔더볼흡착부(140)를 웨이퍼(W)의 상부에 위치시키고 비젼카메라(160)를 이용하여 정렬한다.

이때 제2마스크(147)가 웨이퍼(W)의 상면으로부터 미세간격 이격되도록 솔더볼흡착부(140)를 위치시키는 것이 바람직하다. 이 상태에서 진공펌핑을 중단하면 각 솔더볼(40)이 낙하하여 웨이퍼(W)의 각 범핑영역에 놓여지게 된다.

한편 이후 공정에서 정렬상태가 흐트러지지 않도록 웨이퍼안치유닛(110)에 정렬핀 또는 정렬홈(미도시)을 형성하고 솔더볼흡착부(140)에 이에 대응하는 정렬홈 또는 정렬핀(미도시)을 형성할 수도 있다. (ST15)

이어서 도 12d에 도시된 바와 같이 진공플레이트(141)와 제1마스크(144)를 제2마스크(147)로부터 분리한다. 도시되지는 않았지만 공정 자동화를 위해서는 웨이퍼안치유닛(110)의 주변에 진공플레이트(141)와 제1마스크(144)를 상부로 들어올리면서 분리할 수 있는 별도의 분리장치가 설치되는 것이 바람직하다. 이때 전술한 정렬핀과 정렬홈을 이용하면 분리과정에서 제2마스크(147)와 웨이퍼(W)의 정렬상태가 유지될 수 있다. (ST16)

이어서 플럭스유닛(120)을 가이드레일(104)을 따라 웨이퍼안치유닛(110)으로 이동시키고, 스크린인쇄유닛(122)를 이용하여 도 12e에 도시된 바와 같이 제2마스크(147)의 상부에 플럭스(20)를 도포한다. 도포된 플럭스(20)의 일부는 솔더볼(40)의 상부에 머무르고, 일부는 제2관통홀(149)과 솔더볼(40) 사이의 틈새를 따라 하부로 유입된다. 이 방법에 의하면 정밀한 얼라이닝이 요구되는 플럭스마스크를 이용할 필요가 없으므로 생산비용을 절감하고 공정속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. (ST17)

이 상태에서 도 12f에 도시된 바와 같이 고주파를 인가하거나 핫에어(hot air)를 분사하면, 솔더볼(40)의 일부가 녹으면서 웨이퍼(W)의 범핑영역에 솔더볼(40)이 가접합(假接合)된다. 이를 위해서는 고주파발생장치 또는 핫에어공급장치가 설치되어야 하는데, 이들 장치는 웨이퍼안치유닛(110)의 주변에 별도로 설치될 수도 있고, 웨이퍼(W)가 안치되는 척(111)에 설치될 수도 있다. 이러한 가접합 공정은 웨이퍼(W)를 반출하는 과정에서 솔더볼(40)이 분리되거나 정렬이 흐트러지는 것을 방지하기 위한 것이다.

이어서 제2마스크(147)를 웨이퍼(W)의 상부로 들어올리면, 도 12g에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면에는 가접합된 솔더볼(40)만이 남게 된다. 이때 들어올려진 제2마스크(147)에는 플럭스가 묻어 있을 수 있으므로, 이를 제거하기 위하여 웨이퍼 범핑 장비의 내부에 마스크클리닝장치(미도시)를 별도로 설치할 수도 있다. 마스크클리닝장치는 알코올 등의 세정용액이 묻은 세정롤러와, 세정롤러를 회전시키는 회전구동수단과, 제2마스크(147)의 표면에 대해 세정롤러를 이동시키는 수평구동수단을 포함할 수 있다. (ST18)

전술한 과정을 거쳐 솔더볼 범핑 공정이 완료되면, 웨이퍼(W)를 장비 외부로 반출하고 솔더볼(40)의 완전 접합을 위하여 리플로우 솔더링(reflow soldering) 장비로 이송한다. 리플로우 솔더링 장비에서는 적외선이나 열풍을 이용한 고온환경에서 솔더볼(40)을 웨이퍼(W)의 표면에 융착시킨다. (ST19)

한편 전술한 실시예는 솔더볼(40)을 웨이퍼(W)에 가접합하는 공정을 포함하지만, 도 13의 흐름도에 도시된 바와 같이 제2마스크(147)의 상부에 플럭스를 도 포(ST17)한 이후에 가접합 공정을 수행하지 않고 제2마스크(147)가 결합된 웨이퍼(W)를 리플로우 장비로 이송(ST18)할 수도 있다. 이 경우에는 고온의 리플로우 과정을 거치면서 제2마스크(147)에 묻은 플럭스가 제거되는 이점이 있다.

전술한 웨이퍼 범핑 공정은 솔더볼흡착부(140)가 소정 각도로 기울어진 상태에서 솔더볼(40)이 경사면을 따라 흘러내리는 과정에서 진공압력에 의해 흡착되도록 하였다.

그런데 솔더볼(40)을 안착시키는 방법이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 솔더볼흡착부(140)의 상부에 충분한 양의 솔더볼(40)을 올려 놓고 진공펌핑을 하면서 회동모터(134)를 구동하여 솔더볼흡착부(140)를 시소(seesaw) 운동시키면 솔더볼(40)이 솔더볼흡착부(140)의 상부에서 왕복운동을 하는 과정에서 제2마스크(147)의 제2관통홀(149)에 쉽게 안착될 수 있다.

다만, 이 방식을 적용하기 위해서는 솔더볼(40)이 외곽으로 유출되지 않도록 솔더볼흡착부(140)의 가장자리에 측벽(미도시)을 형성해야 한다. 또한 잔류 솔더볼(40)을 회수가이드(150)를 통해 배출하기 위해서는 측벽에 개폐가능한 배출구(미도시)를 형성하는 것이 바람직하다.

또한 이상에서는 웨이퍼 범핑 공정을 예를 들어 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 웨이퍼가 아니더라도 대형 기판에 솔더볼을 한꺼번에 부착하는 다른 형태의 솔더볼 범핑 공정에서도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.

또한 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있으나, 이와 같이 변형 또는 수정된 실시예가 후술하는 특허청구범위에 포함된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다.

도 1a 내지 도 1f는 종래 웨이퍼 범핑 공정을 나타낸 공정순서도

도 2는 종래 웨이퍼 범핑 장비의 개념도

도 3a 및 도 3b는 종래 웨이퍼 범핑 장비의 작동순서를 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 범핑 장비의 구성도

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼흡착부의 분해사시도

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼흡착부의 부분 단면도

도 7은 제1마스크의 평면도

도 8은 제1마스크의 다른 유형을 나타낸 평면도

도 9은 제1마스크의 경계벽에 진공유로가 형성된 모습을 나타낸 도면

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼흡착부에 솔더볼이 흡착된 모습을 나타낸 부분 단면도

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼 범핑 방법을 나타낸 흐름도

도 12a 내지 도 12g는 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼 범핑 방법을 나타낸 공정순서도

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더볼 범핑 방법을 나타낸 흐름도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100: 웨이퍼 범핑 장비 102: 메인프레임

104: 가이드레일 110: 웨이퍼안치유닛

111: 척 112: 척구동부

120: 플럭스유닛 121: 지그

122: 스크린인쇄유닛 124: 제1지지부

130: 범핑유닛 132: 제2지지부

134: 회동모터 140: 솔더볼흡착부

141: 진공플레이트 142: 오목부

143: 흡입홀 144: 제1마스크

145: 오목홈 146: 경계벽

147: 제2마스크 148: 제1관통홀

149: 제2관통홀 150: 회수가이드

152: 회수용기 160: 비젼카메라

170: 제어컴퓨터 190: 에어블로우어

Claims (25)

1. 기판에 형성된 다수의 범핑영역에 솔더볼을 부착하는 범핑유닛에 있어서,

   진공펌핑을 위한 흡입홀이 형성된 진공플레이트와,

   상기 진공플레이트의 상부에 결합되고, 상면에 형성된 적어도 하나의 오목홈과 상기 오목홈의 내부공간과 상기 흡입홀 사이의 진공펌핑경로를 제공하는 제1관통홀을 구비하는 제1마스크와,

   상기 제1마스크의 상부에 결합되고, 상기 다수의 범핑영역에 각각 대응하는 다수의 제2관통홀을 구비하는 제2마스크를 포함하는 솔더볼흡착부;

   상기 솔더볼흡착부를 회전시키는 회동수단;

   을 포함하는 솔더볼 범핑 유닛
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1마스크의 상기 오목홈은 다수 개가 형성되고, 상기 다수의 오목홈은 각각 상기 기판에 형성된 다수의 다이(Die) 중에서 하나 이상의 다이와 대응하는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 솔더볼 범핑 유닛
3. 제2항에 있어서,

   상기 다수의 오목홈은 상기 기판에 정의된 절단선(sawing line)을 따라 형성된 경계벽에 의해 구획되고, 상기 경계벽에는 인접한 오목홈의 내부공간을 연통시키는 진공유로가 형성된 것을 특징으로 하는 솔더볼 범핑 유닛
4. 제2항에 있어서,

   상기 제1마스크의 상기 제1관통홀은 상기 다수의 오목홈마다 적어도 하나가 형성되거나, 그 상단부가 상기 다수의 오목홈 중에서 2이상의 오목홈의 내부공간과 연통되도록 형성된 것을 특징으로 하는 솔더볼 범핑 유닛
5. 웨이퍼에 형성된 다수의 범핑영역에 솔더볼을 부착하는 장비에 있어서,

   상기 웨이퍼를 안치하는 척을 포함하는 웨이퍼안치유닛;

   플럭스를 도포하는 스크린인쇄수단을 구비하는 플럭스유닛;

   상기 웨이퍼에 솔더볼을 부착하는 솔더볼 범핑 유닛;

   을 포함하며,

   상기 솔더볼 범핑유닛은,

   진공펌핑을 위한 흡입홀이 형성된 진공플레이트와,

   상기 진공플레이트의 상부에 결합하고, 상면에 형성된 적어도 하나의 오목홈과 상기 오목홈의 내부공간과 상기 흡입홀 사이의 진공펌핑경로를 제공하는 제1관통홀을 구비하는 제1마스크와,

   상기 제1마스크의 상부에 결합하고, 상기 다수의 범핑영역에 각각 대응하는 다수의 제2관통홀을 구비하는 제2마스크를 포함하는 솔더볼흡착부;

   상기 솔더볼흡착부를 회전시키는 회동수단;

   을 포함하는 웨이퍼 범핑 장비
6. 제5항에 있어서,

   상기 솔더볼흡착부에 안착되지 못한 잔류 솔더볼을 제거하기 위한 잔류 솔더볼 제거수단;

   솔더볼을 상기 웨이퍼에 가접합시키기 위하여 고주파를 발생시키거나 핫에어(hot air)를 공급하는 솔더볼 가접합수단;

   상기 제1마스크 또는 상기 제2마스크에 묻은 플럭스를 제거하기 위한 클리닝수단;

   상기 웨이퍼의 상부에 상기 솔더볼흡착부를 위치시킨 후에 상기 진공플레이트와 상기 제1마스크를 상기 제2마스크로부터 분리하거나, 상기 진공플레이트를 상기 제1마스크로부터 분리하는 마스크분리수단;

   상기 진공플레이트 또는 상기 제1마스크를 분리하는 과정에서 정렬이 흐트러지는 것을 방지하기 위하여 상기 웨이퍼안치유닛과 상기 솔더볼흡착부에 서로 대응하도록 형성된 정렬핀과 정렬홈으로 이루어진 정렬수단;

   중에서 적어도 하나를 포함하는 웨이퍼 범핑 장비
7. 진공펌핑을 위한 흡입홀이 형성된 진공플레이트와, 상기 진공플레이트의 상부에 결합되고 상면에 형성된 적어도 하나의 오목홈과 상기 오목홈의 내부공간과 상기 흡입홀 사이의 진공펌핑경로를 제공하는 제1관통홀을 구비하는 제1마스크와, 상기 제1마스크의 상부에 결합되며 다수의 제2관통홀을 구비하는 제2마스크를 포함하는 솔더볼흡착부를 이용하여 다수의 범핑영역이 형성된 기판에 솔더볼을 범핑하는 방법에 있어서,

   (a) 상기 솔더볼흡착부의 상기 다수의 제2관통홀에 솔더볼을 안착시키는 단계;

   (b) 안착된 상기 솔더볼이 아래를 향하도록 상기 솔더볼흡착부를 회전시켜서 상기 기판의 상부에 위치시키는 단계;

   (c) 진공흡착을 해제하여 상기 기판의 상기 다수의 범핑영역에 상기 솔더볼을 올려놓는 단계;

   (d) 상기 진공플레이트와 상기 제1마스크를 상기 제2마스크로부터 분리하는 단계;

   (e) 상기 제2마스크의 상부와 상기 다수의 제2관통홀에 놓여진 상기 솔더볼의 상부에 플럭스를 도포하는 단계;

   (f) 고주파를 인가하거나 핫에어(hot air)를 분사하여 상기 솔더볼을 상기 기판의 상기 다수의 범핑영역에 가접합하는 단계;

   (g) 상기 제2마스크를 상기 기판의 상부로부터 분리한 후에 리플로우 솔더링을 통해 상기 솔더볼을 상기 기판에 융착시키는 단계;

   를 포함하는 솔더볼 범핑 방법
8. 진공펌핑을 위한 흡입홀이 형성된 진공플레이트와, 상기 진공플레이트의 상부에 결합되고 상면에 형성된 적어도 하나의 오목홈과 상기 오목홈의 내부공간과 상기 흡입홀 사이의 진공펌핑경로를 제공하는 제1관통홀을 구비하는 제1마스크와, 상기 제1마스크의 상부에 결합되며 다수의 제2관통홀을 구비하는 제2마스크를 포함하는 솔더볼흡착부를 이용하여 다수의 범핑영역이 형성된 기판에 솔더볼을 범핑하는 방법에 있어서,

   (a) 상기 솔더볼흡착부의 상기 다수의 제2관통홀에 솔더볼을 안착시키는 단계;

   (b) 안착된 상기 솔더볼이 아래를 향하도록 상기 솔더볼흡착부를 회전시켜서 상기 기판의 상부에 위치시키는 단계;

   (c) 진공흡착을 해제하여 상기 기판의 상기 다수의 범핑영역에 상기 솔더볼을 올려놓는 단계;

   (d) 상기 진공플레이트와 상기 제1마스크를 상기 제2마스크로부터 분리하는 단계;

   (e) 상기 제2마스크의 상부와 상기 다수의 제2관통홀에 놓여진 상기 솔더볼의 상부에 플럭스를 도포하는 단계;

   (f) 상기 기판에 상기 제2마스크가 결합된 상태에서 리플로우 솔더링을 수행하여 상기 솔더볼을 상기 기판에 융착시키는 단계;

   를 포함하는 솔더볼 범핑 방법
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