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KR101873602B1 - 칩 다이의 피킹 및 배치를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

칩 다이의 피킹 및 배치를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101873602B1
KR101873602B1 KR1020127020602A KR20127020602A KR101873602B1 KR 101873602 B1 KR101873602 B1 KR 101873602B1 KR 1020127020602 A KR1020127020602 A KR 1020127020602A KR 20127020602 A KR20127020602 A KR 20127020602A KR 101873602 B1 KR101873602 B1 KR 101873602B1
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츠벳 어윈 존 반
도렌 레옹 반
아드리아누스 요한네스 페트루스 마리아 베르메르
케스 모데마이예르
Original Assignee
네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
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Publication date
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Abstract

본 발명의 일 태양에 따르면, 칩 제조 공정에서 칩 다이(2)를 피킹 및 배치하도록 배열된 칩 다이(2) 조작 장치가 제공되며, 여기서 결상 시스템(11)은 제2 축외 위치(B)에 배열되고, 배치 위치(5)에 대해 중심설정되는 아치형 볼록 구면 거울(13); 상기 볼록 구면 거울(13)과 상기 배치 위치(5) 사이의 광로에 배열되어, 상기 광로를 제3 축외 위치(C)로 꺾는 폴딩 거울(14); 및 상기 제3 축외 위치(C)에 배열되고, 상기 영상 검지 시스템(9) 상에 상기 배치 위치(5) 및 구성요소(2) 중 적어도 하나로부터의 결상을 위한 곡률을 갖는 아치형 오목 구면 거울(15)을 포함한다. 결상 시스템(11)은 배치 위치(5)의 비스듬한 영상 검지를 보정한다.

Description

칩 다이의 피킹 및 배치를 위한 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR PICKING AND PLACEMENT OF CHIP DIES}
본 발명은 구성요소 조립 공정 시, 구성요소를 피킹(picking) 및 배치하도록 배열된 조작 장치에 관한 것이다.
다이 배치 분야에 구성요소 배치의 일 예가 있다. 기판 상에 다이를 신속(다이/초 단위)하고, 정밀(10 마이크로미터 단위)하게 배치하도록 설계된 최근의 다이-본드(die-bond) 장비에 있어서, 정밀도는 많은 기계 매개변수에 의존한다. 정밀 배치를 이루기 위한 전략은 일반적으로 다음과 같다.
1. 본드 헤드(bond head)는 (기판을 관찰하기 위해) 하방을 향하는 카메라 및 픽업 공구로 구성된다.
2. 도너 기판(예를 들어, 웨이퍼)으로부터 다이를 피킹함.
3. 픽업 공구에 대한 다이의 방향(orientation)을 측정하여, 임의의 오정렬을 보정하기 위해, 상방을 향하는 카메라로 다이를 이동시킴.
4. 기판 상의 배치 위치로 본드 헤드를 이동시킴. 카메라의 영상을 이용하여, 본드 헤드의 위치 정보를 취득함.
5. 본드 헤드를 이동시켜 배치 위치 위에 다이를 위치시킴.
6. 다이를 배치함.
공구와 카메라가 본드 헤드 상의 동일 위치에 있을 수 없기 때문에, 단계 5가 요구된다. 그래서, 배치 위치를 측정한 후에, 도중 및 이후에 상기 위치의 어떠한 확인도 불가능한 단계가 요구된다. 이러한 "블라인드(blind)" 단계는 공구 및 카메라 유닛의 크기에 기초하여, 길이가 약 5 내지 10 cm이다. 이러한 블라인드 단계의 정밀도는 베어링 및 도량형의 정밀도에 의존하며, 복잡한 교정 체계를 요구한다. 그래서, 실제로, 전체 배치 정밀도는 여전히 매우 낮을 수 있다. 배치 오류를 추가로 감소시키는 것에 대한 요구가 대두된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 구성요소 조립 공정에서 구성요소를 피킹 및 배치하도록 배열되는 조작 장치가 제공되는데, 이 조작 장치는 기판 상의 배치 위치에 대해 Z-축을 따라 구성요소를 배치하도록 배열된 Z-스트로크와, 상기 배치 위치에 대해 상기 구성요소를 정렬하도록 배열된 작동 시스템과, 구성요소를 집어 이를 상기 배치 위치에 배치시키기 위해, 상기 Z-스트로크 상에 배열된 픽업 헤드와, 상기 작동 시스템에 결합된 정렬 시스템을 포함하고, 상기 정렬 시스템은 제1 축외(off-axis) 위치(A, 도 2)에 배열되고, 상기 구성요소로부터의 광을 수광하도록 배열된 영상 검지 시스템을 포함한다. 정렬 시스템은, 제2 축외 위치(B)에 배열되는 아치형 오목 구면 거울; 광을 제3 축외 위치(C)로 꺾기 위해 광로에 배열된 폴딩 거울; 및 상기 제3 축외 위치(C)에 배열되고 상기 영상 검지 시스템 상에 상기 구성요소를 결상시키기 위해 곡률을 갖는 아치형 볼록 구면 거울을 포함하는 결상 시스템을 더 포함한다. 결상 시스템은 치우친 영상 검지를 보정한다. 결과적으로, 영상 검지 시스템 상에 초점이 맞춰져 구성요소의 완벽한 시야가 확보될 것이다.
구성요소를 결상하는데 사용되는 광학은 카메라를 광원으로 교체함으로써, 또는 광에 빔 스플리터를 결합함으로써, 구성요소를 조명하는데 사용될 수도 있다.
도 1은 기계 셋업에 있어서의 영상 검지 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1에 표시된 결상 시스템의 일 실시예의 상세도를 도시한다.
도 3은 다른 태양에 따른 일 실시예를 도시한다.
도 1로 돌아가면, 구성요소(2)[예를 들어, 다이(2)]와 기판(6)의 공동 시야(collocated vision)를 제공하기 위한 광학 시스템을 구비한, "본드 헤드"로 동업계에 공지되어 있는 칩 다이 조작 장치(1), 및 동일한 위치에의 배치가 제시된다. 이 시스템에서, 배치 위치(5)는 이미 요구되는 배치 위치에 있는 다이(2)로 측정될 수 있다. 다이 아래를 볼 수 있는 광학 시스템이 있는 경우, 전술한 블라인드 단계 5는 생략될 수 있다. 검지 후, 작동 시스템(3)[예를 들어, 액추에이터(3)]에 의한 추가의 XY 이동이 불필요한 '조준 및 발사(aim and shoot)' 원리라 할 수 있다. 남아 있는 유일한 이동은 Z-스트로크(4)를 사용한 실제 배치를 위한 것뿐이다. 이 이동은 기계적 반복성으로 행해질 수 있다. 따라서, 배치 정밀도는 더 이상 기구의 정밀도에 의존하지 않는다. CN1738526호에는, 반투명 거울을 통해, 일정한 각도를 두고 기판 상의 배치 위치와 다이를 동시에 결상하는 고정식 카메라 배열이 개시되어 있음에 주목한다. 그러나, 비스듬히 배치된 카메라 위치는 쉽게 해결될 수 없는 초점 심도 요건을 수반한다. 또한, 다이와 배치 위치에 대해 상기 공보에 개시된 동시 카메라 레지스트레이션은 여전히 너무 높은 것으로 간주되는 배치 오류를 유발한다.
따라서, 기계 정밀도는 시스템이 보다 정밀한 시야 센서를 선택함으로써, 보다 높은 정밀도로 조정될 수 있도록, 배치 정밀도로부터 제거될 수 있다. 또한, 교정에 드는 수고가 비 공동 측정 시스템(non collocated measurement system)에 비해 감소된다. 도 1은 동축 시야 시스템의 하나의 구성을 도시한다. 영상 검지 시스템(9)은 공구에 의해 일정 각도로 위치된다. 반 투명 거울(10) 또는 빔 스플리터 큐브를 사용함으로써, 1대의 카메라가 다이의 바닥부와 기판(6)의 상부 양자 모두를 보는데 사용될 수 있다. 2개의 시야 사이의 혼선(cross talk)을 줄이기 위해, 기판과 다이 시야 사이를 전환시키도록 셔터가 추가될 수 있다. 그러나, 별도의 정렬 시스템을 사용하여, 배치 위치(5) 및 다이(2)를 결상하는 것도 가능하다. 또한, 다이 크기가 카메라의 시야(field of view)보다 훨씬 클 때, 수직 Z-축 주위의 회전 측정의 정밀도를 증가시키도록 제2 카메라(90)가 추가될 수 있다. 따라서, 구성요소 조립 공정에서 구성요소의 피킹 및 배치를 위해 배열되는 조작 장치(1)가 개시되어 있고, 이 조작 장치는 기판(6) 상의 배치 위치(5)에 대해 Z-축에 따른 배치를 위해 배열된 Z-스트로크(4)와; 배치 위치(5)에 대한 구성요소(2)를 정렬하기 위해 배열된 작동 시스템(3)과; 구성요소(2)를 픽업하여 이를 배치 위치(5)에 두도록, Z-스트로크(4) 상에 배열되는 픽업 헤드(7)와; 작동 시스템(3)에 결합된 정렬 시스템(8)을 포함하고, 정렬 시스템(8)은 제1 축외 위치(A)에 배열되고 배치 위치(5)로부터의 광을 수광하는 영상 검지 시스템(9)을 포함한다. 작동 시스템은 원칙적으로 모든 좌표 참조를 사용할 수 있고, 일반적으로 Z-축의 법선 평면에서의 이동을 위해 설계된다. 일 예로서, 선형 Z-스트로크가 Z-방향을 규정하는 기준계에서의 XY 및 R(XYZ) 이동을 제어하는 XY 액추에이터가 있다.
셋업(setup)은 배치 거동 동안 기판(6) 평면에서의 추가 이동에 대한 필요성 없이, 기판(6)과 다이의 정렬을 가능하게 한다. 기판(6) 상에서의 다이의 배치 시 요구되는 유일한 이동은 Z-이동이다. 이러한 Z-이동은 예를 들어, 투명 기판(6) 위에 모조 배치를 행함으로써, 교정될 수 있다. 기준 표지를 갖는 이러한 투명 기판(6)은 하부의 카메라를 사용함으로써 실제 배치의 확인을 가능하게 한다. 투명 기판은 기계 내의 전용 위치에 배치될 수 있으며, 이로써 규칙적인 다이 배치 사이에서 확인 측정을 할 수 있게 된다. 이러한 교정에 기초하여, 실제 기판(6) 위의 정확한 위치가 계산될 수 있다. 제2 Z-스트로크를 사용함으로써, 배치 거동의 Z-위치가, Z-스트로크(4)의 배치 스트로크의 기계적인 Z-위치 변경 없이, 제2 Z 액추에이터로 기판(6)의 국부적 높이에 대해 변경될 수 있다. 또한, 이들 Z-액추에이터 중 어느 하나가 영상 검지기 상의 영상을 포커싱하는데 사용될 수 있다.
도 2는 도 1에 표시된 정렬 시스템(8)의 추가 상세를 나타낸다. 시스템(8)은 일정한 각도로 객체 평면을 결상하도록 개조된 슈바르츠실트(Schwarzschild) 확대 대물렌즈를 수반하는 결상 시스템(11)을 포함한다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 결상 시스템(11)은 제2 축외 위치(B)에 배열되는 아치형 오목 구면 거울(13)과 제3 축외 위치(C)로 광로를 꺾기 위한 폴딩 거울(14); 및 영상 검지 시스템(9)에 배치 위치(5)를 결상시키기 위한 곡률을 갖는, 제3 축외 위치(C)에 배열된 아치형 볼록 구면 거울(15)을 포함한다.
일정한 각도하에서의 검사는 초점 거리의 함수로서 영상의 이동을 야기한다. 따라서, 초점 거리의 반복성이 중요하다. 초점 반복성은 여러 방식으로 달성할 수 있다.
1. 작은 초점 심도(고 NA)를 필요로 하는 영상 콘트라스트에 초점을 맞춤
2. 다이 및 기판 상에 하나 이상의 (레이저) 스폿, 라인 또는 다른 패턴의 투영에 의한 삼각 측량
3. 다이 및 기판 상의 동일 영역을 2대 이상의 카메라로 관찰하는 것에 의한 삼각 측량
4. 동공 마스킹(pupil masking)
5. 간섭 측정 기술(interferometric techniques)
6. 공초점 기술(confocal techniques)
전술된 바와 같이, 제2 카메라(90)는 다이의 크기가 카메라의 시야보다 큰 경우에 회전 정밀도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 실제로 1대의 카메라만이 동일한 초점 거리에서 고 반복성을 갖고 배치될 수 있다. 제2 카메라(90)의 초점 거리의 변동은 일 방향에서의 측정 오류 증가를 야기한다. 그렇다 하더라도, 이 방향에 직교하는 정밀 위치 측정은 여전히 가능하다. 결국, 2대의 카메라가 함께, 수직 축을 중심으로 한 회전 및 측방 위치를 측정하기에만 충분한, 3개의 매개변수를 측정한다.
원칙적으로, 아치형은 Z-축을 중심으로 완전히 연장될 수 있지만, 칩 다이(2) 조작 장치(1)의 컴팩트한 설계는 반-원 세그먼트의 아치형에 의해 얻어진다.
도 3은 설계를 컴팩트하게 하는 제2 폴딩 거울(17)을 갖는 일 실시예를 도시한다. 또한, 반-투명 거울(10)이 영상 검지 시스템(9)과 배치 위치(5) 사이의 광로에 배열되어, 배치 위치(5)와 구성요소(2)가 영상 검지 시스템(9)과 실질적으로 일치하여 결상된다. 편리하게, 구성요소(2)는 Z-스트로크(4)의 Z-작동에 의해 초점이 맞춰진다. 또한, 시스템의 성능을 추가로 향상시키기 위해, 다이 및 기판 위치는 바람직하게는 별도로 결상된다. 이를 위해, 배치 위치(5)로의 광로에 셔터(16)가 제공될 수 있고, 다이로의 광로에 셔터(16)가 제공될 수 있다.
사용 시, 조작 장치의 동작은 다음과 같을 수 있다.
1. 도너 기판(예를 들어, 웨이퍼)으로부터 다이를 피킹함.
2. 교정이 필요하지 않다면, 단계 11로 계속됨.
3. 재현성에 대해서만 사용될 Z 스트로크로 다이의 초점을 맞춤.
4. 영상 검지 시스템으로 다이의 위치 및 방향을 측정함.
5. 교정 기판을 향해 다이를 이동.
6. 다른 Z 스트로크로 기판의 초점을 맞춤.
7. 영상 검지 시스템으로 교정 기판의 위치 및 방향을 측정함.
8. 재현성에 대해서만 사용될 Z 스트로크로 교정 기판에 다이를 배치함.
9. 교정 기판 아래의 카메라로 배치 결과를 측정하고, 이후의 배치를 위해 요구되는 보정값을 계산함.
10. 교정 기판으로부터 다이를 들어 올림.
11. 영상 검지 시스템으로 다이의 위치 및 방향을 측정함.
12. 기판 상의 배치 위치를 향해 다이를 이동시킴.
13. 다른 Z 스트로크로 기판의 초점을 맞춤.
14. 영상 검지 시스템으로 기판의 위치 및 방향을 측정함.
15. 필요한 경우, X, Y, 및 회전 액추에이터에 의해, 다이의 위치 또는 방향을 조정함.
16. 재현성에 대해서만 사용될 Z 스트로크로 기판에 다이를 배치함.
본 발명은 도면 및 전술한 설명에서 상세하게 예시 및 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 예시적이거나 모범적인 것으로 간주될 뿐 제한적인 것은 아니다. 본 발명은 개시된 실시예로 한정되지 않는다. 특히, 개시된 실시예들이 광출력을 갖지 않는 폴딩 거울을 나타내고 있지만, 광출력을 갖는 폴딩 거울을 포함하는 실시예들도 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 간주된다. 또한, 개시된 예들의 구성요소는 다이 배치 공정의 다이이며, 표면 장착 장치, MEMS 장치 등과 같은 고정 밀도를 요하는 다른 배치 시스템도 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 적용될 수 있다. 도면, 발명의 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터, 첨부된 청구범위의 실행 시 당업자에 의해, 개시된 실시예에 대한 다른 변형예들이 이해될 수 있다. 청구범위에 있어서, "포함하는"이란 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하는 것이 아니며, 단수로 표현된 용어는 복수를 배제하는 것이 아니다. 단일 유닛이 청구범위에 인용된 다수의 항목의 기능을 수행할 수 있다. 어떠한 대책이 서로 상이한 종속항에 인용되고 있다는 사실만으로 개선을 위해 이들 대책의 조합이 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다. 청구범위 내의 모든 참조부호는 그 범주를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

Claims (5)

  1. 구성요소(2)의 조립 공정에서 구성요소를 피킹 및 배치하도록 배열되는 구성요소(2) 조작 장치(1)이며,
    - 기판(6) 상의 배치 위치(5)에 대해 Z-축을 따라 구성요소를 배치하도록 배열된 Z-스트로크(4)와,
    - 상기 배치 위치(5)에 대해 상기 구성요소(2)를 정렬하도록 배열된 작동 시스템(3)과,
    - 구성요소(2)를 픽업하여 이를 상기 배치 위치(5)에 배치시키도록, 상기 Z-스트로크(4) 상에 배열된 픽업 헤드(7)와,
    - 상기 작동 시스템(3)에 결합된 정렬 시스템(8)을 포함하고,
    - 상기 정렬 시스템(8)은,
    ○ 제1 축외 위치(A)에 배열되고, 상기 구성요소(2)와 상기 배치 위치(5)로부터의 광을 수광하도록 배열된 영상 검지 시스템(9)과,
    ○ 제2 축외 위치(B)에 배열되고, 상기 배치 위치(5)에 대해 중심설정되는 아치형 오목 구면 거울(13); 상기 오목 구면 거울(13)과 상기 배치 위치(5) 사이의 광로에 배열되어, 상기 광로를 제3 축외 위치(C)로 꺾는 폴딩 거울(14); 및 상기 제3 축외 위치(C)에 배열되고, 상기 영상 검지 시스템(9) 상에 상기 배치 위치(5) 및 상기 구성요소(2)를 결상시키기 위한 곡률을 갖는 아치형 볼록 구면 거울(15)을 포함하는 결상 시스템(11)을 포함하는
    구성요소(2) 조작 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아치형은 반-원형인
    구성요소(2) 조작 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배치 위치(5) 및 상기 구성요소(2)가 상기 영상 검지 시스템(9)에 실질적으로 동시에 결상되도록, 상기 영상 검지 시스템(9)과 상기 배치 위치(5) 사이의 광로에 배열된 반-투명 거울 또는 빔 스플리터 큐브(10)를 더 포함하는
    구성요소(2) 조작 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    배치 위치(5)로의 광로에, 셔터(16)가 제공되는
    구성요소(2) 조작 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    다이로의 광로에, 셔터(16)가 제공되는
    구성요소(2) 조작 장치.
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