KR20230006011A - 반도체 장치의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

반도체 장치의 제조장치 및 제조방법 Download PDF

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다이스케 타니
타카히로 시미즈
마사후미 미야모토
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

반도체 장치의 제조장치(10)는 스테이지(12)와, 실장 툴(20)과, 상기 실장 툴(20)을 연직방향으로 이동시켜 칩(100)에 하중을 부여하는 가압기구(22)와, 컨트롤러(16)를 구비하고, 상기 컨트롤러(16)는, 상기 칩(100)이 착지한 후, 범프(104)가 용융될 때까지, 상기 실장 툴(20)로 상기 칩(100)을 가열하는 동시에, 위치 편차(Δ가 일정해지도록 상기 가압기구(22)의 지령 위치(P*)를 수시로 갱신하는 제 1 처리와, 가압 하중의 감소에 기초하여 상기 범프의 용융을 검출하는 검출 처리를 수행하도록 구성되어 있다.

Description

반도체 장치의 제조장치 및 제조방법
본 명세서에서는 실장 툴로 홀딩한 칩을 기판에 본딩함으로써 반도체 장치를 제조하는 제조장치 및 제조방법을 개시한다.
종래, 기판에 칩을 실장하는 기술로서, 플립칩 본더가 알려져 있다. 플립칩 본더에서는, 칩의 저면에 범프라고 불리는 돌기 전극이 형성되어 있다. 그리고, 실장 툴에 의해, 이 칩을 기판에 가압하는 동시에, 칩을 가열하여 범프를 용융시키고, 기판의 전극에 칩의 범프를 접합한다. 근래, 이러한 본딩 처리에 있어서, 범프의 용융 타이밍을 검출하기 위한 기술이 몇 가지 제안되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 열 압착 툴(실장 툴에 대응)에 마련된 하중 검출 수단에 의한 하중 검출값이 소정값 이하로 감소한다면, 범프가 용융되었다고 판단하여, 열 압착 툴을 상승시키는 기술이 개시되어 있다. 이러한 기술에 따르면, 범프의 용융을 감지할 수 있으면, 즉시 다음 동작, 즉 열 압착 툴의 상승으로 천이할 수 있다. 그 결과, 용융까지의 시간을 미리 상정하고, 그 상정 시간이 경과할 때까지 계속해서 가열하는 기술에 비하여, 열 압착 시간을 단축할 수 있으며 생산성을 향상시킬 수 있다.
특허문헌 1 : 일본특허공개 평11-145197호 공보
그러나, 특허문헌 1의 기술에서는, 칩을 가열 가압할 때, 실장 툴의 위치를 일정하게 유지하고 있다. 그러나, 실장 도구는 범프가 용융될 때까지 동안에 열팽창에 의해 축 방향으로 연장된다. 실장 툴의 위치를 일정하게 유지한 경우, 이 실장 툴의 신장에 의해, 칩에 부여되는 하중이 서서히 증가한다. 그리고, 이로 인해 범프가 필요 이상으로 눌려 찌부러질 우려가 있었다. 범프가 눌려 찌부러지면, 칩과 기판 사이의 간극인 갭을 적절한 값으로 유지할 수 없다. 또한, 범프가 눌려 찌부러져 면방향으로 퍼지면, 인접한 범프와의 사이에서 쇼트 불량을 발생시킬 우려도 있었다.
즉, 종래 기술에서는 범프의 품질을 적절하게 유지할 수 없었다. 따라서, 본 명세서에서는 범프의 용융 타이밍을 감지하면서 범프의 품질을 적절하게 유지할 수 있는 반도체 장치의 제조장치 및 제조방법을 개시한다.
본 명세서에서 개시하는 반도체 장치의 제조장치는, 기판을 지지하는 스테이지와, 저면에 범프를 갖는 칩을 가열 가능하게 홀딩하는 실장 툴과, 상기 실장 툴을 연직방향으로 이동시켜 상기 칩에 하중을 부여하는 가압기구와, 상기 실장 툴 및 상기 가압기구의 구동을 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 칩을 상기 기판에 착지시킨 후, 상기 범프가 용융될 때까지, 상기 실장 툴로 상기 칩을 가열하는 동시에, 상기 가압기구의 지령 위치와 현재 위치의 차인 위치 편차가 일정해지도록, 상기 가압기구의 연직방향의 지령 위치를 수시로 갱신하는 제 1 처리와, 상기 제 1 처리와 병행하여, 상기 가압기구에 의한 상기 칩의 가압 하중을 감시하고, 상기 가압 하중의 감소에 기초하여 상기 범프의 용융을 검출하는 검출 처리를 수행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 컨트롤러는, 상기 검출 처리에서 상기 범프의 용융을 검출한 시점으로부터 뒤에, 상기 칩의 저면과 상기 기판의 간극량인 갭량이 목표값을 유지하도록, 상기 가압기구의 지령 위치를 수시로 갱신하는 제 2 처리를 더 수행할 수도 있다.
이 경우, 상기 가압기구는 상기 실장 툴을 연직방향으로 이동시키는 구동 모터를 가지고 있으며, 상기 컨트롤러는 상기 검출 처리에서 상기 구동 모터의 전류값을, 상기 가압 하중을 나타내는 파라미터로서 감시할 수도 있다.
또한, 상기 컨트롤러는 상기 제 1 처리에서, 상기 실장 툴의 현재 위치로부터 위치 편차의 목표값을 감산한 값을 상기 가압기구의 지령 위치로서 산출할 수도 있다.
본 명세서에서 개시하는 반도체 장치의 제조방법은, 실장 툴로 홀딩된 칩을 스테이지로 지지된 기판에 접지시킨 후, 상기 칩의 저면에 마련된 범프가 용융될 때까지, 상기 실장 툴로 상기 칩을 가열하는 동시에, 상기 실장 툴을 연직방향으로 이동시키는 가압기구의 지령 위치와 현재 위치의 차인 위치 편차가 일정해지도록, 상기 가압기구의 연직방향의 지령 위치를 수시로 갱신하는 제 1 단계와, 상기 제 1 단계와 병행하여, 상기 가압기구에 의한 상기 칩의 가압 하중을 감시하고, 상기 가압 하중의 감소에 기초하여 상기 범프의 용융을 검출하는 검출 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 추가로, 상기 검출 단계에서 상기 범프의 용융을 검출한 시점으로부터 뒤에, 상기 칩의 저면과 상기 기판 사이의 간극량인 갭량이 목표값을 유지하도록, 상기 가압기구의 지령 위치 수시로 갱신하는 제 2 단계를 구비할 수도 있다.
본 명세서에서 개시되는 기술에 따르면, 범프의 용융 타이밍을 감지하면서 범프의 품질을 적절하게 유지할 수 있다.
도 1은 반도체 장치의 제조장치의 구성을 나타내는 이미지도.
도 2는 반도체 칩의 실장 모습을 나타내는 이미지도.
도 3은 반도체 칩 실장시의 각종 파라미터의 시간경과에 따른 변화를 나타내는 그래프.
도 4는 반도체 장치의 제조방법의 흐름을 나타내는 흐름도.
도 5는 반도체 장치의 제조방법의 흐름을 나타내는 흐름도.
이하, 도면을 참조하여 반도체 장치의 제조장치(10)에 대하여 설명한다. 도 1은 반도체 장치의 제조장치(10)의 구성을 나타내는 이미지도이다. 제조장치(10)는 전자 부품인 반도체 칩(100)을 페이스 다운 상태로 기판(110)상에 실장함으로써 반도체 장치를 제조하는 장치이다. 제조장치(10)는 실장 툴(20)을 가진 본딩 헤드(14), 반도체 칩(100)을 실장 툴(20)에 공급하는 칩 공급 수단(미도시), 기판(110)을 지지하는 스테이지(12), 스테이지(12)를 XY 방향(수평방향)으로 이동시키는 XY 스테이지(18), 및 이들 구동을 제어하는 컨트롤러(16) 등을 구비하고 있다.
기판(110)은 스테이지(12)에 흡인 홀딩되어 있으며, 스테이지(12)에 마련된 스테이지 히터(미도시)에 의해 가열된다. 또한, 반도체 칩(100)은 칩 공급 수단에 의해 실장 툴(20)에 공급된다. 칩 공급 수단의 구성으로서는 여러 가지를 생각해 볼 수 있는데, 예를 들면, 웨이퍼 스테이지에 탑재된 웨이퍼로부터, 반도체 칩을 중계 암으로 픽업하여, 중계 스테이지로 이송하는 구성을 생각할 수 있다. 이 경우, XY 스테이지(18)는 중계 스테이지를 실장 툴(20)의 바로 아래로 이송하며, 실장 툴(20)은 바로 아래에 위치하는 중계 스테이지로부터 반도체 칩을 픽업한다.
실장 툴(20)로 반도체 칩이 픽업되면, 이어서, XY 스테이지(18)에 의해 기판(110)이 실장 툴(20)의 바로 아래로 이송된다. 이 상태가 되면, 실장 툴(20)은 기판(110)을 향해 하강하여, 말단에 흡인 홀딩한 반도체 칩(100)을 기판(110)에 압착하여 실장한다.
실장 툴(20)은, 반도체 칩(100)을 흡인 홀딩하는 동시에, 이 반도체 칩(100)을 가열한다. 그 때문에, 실장 툴(20)에는, 진공원에 연통된 흡인공이나, 반도체 칩(100)을 가열하기 위한 툴 히터(모두 미도시) 등이 마련되어 있다. 본딩 헤드(14)에는 이러한 실장 툴(20) 이외에, 추가로 가압기구(22) 및 승강기구(24)가 마련되어 있다.
가압기구(22)는 실장 툴(20)을 Z축 방향(즉, 연직방향)으로 이동시킴으로써 반도체 칩(100)을 기판(110)에 밀어붙이고, 해당 반도체 칩(100)에 가압 하중을 부가한다. 가압기구(22)는 구동 모터(30), 슬라이드 축(32), 판 스프링(34) 및 가이드 부재(36)를 가지고 있다. 구동 모터(30)는 가압기구(22)의 구동원이며, 예를 들면 보이스 코일 모터이다. 이 구동 모터(30)는 이동체(46)에 고착된 고정자(30a)와, 해당 고정자(30a)에 대하여 Z축 방향으로 움직이는 것이 가능한 가동자(30b)를 가지고 있다. 가동자(30b)는 슬라이드 축(32)을 통해 실장 툴(20)에 기계적으로 연결되어 있다. 또한, 슬라이드축(32)은 Z축 방향으로 휘어질 수 있는 판스프링(34)을 통해 이동체(46)에 장착되어 있다. 또한, 이동체(46)에는 가이드 부재(36)가 고착되어 있다. 슬라이드 축(32)은 이 가이드 부재(36)에 형성된 관통공에 삽입 관통되어 있으며, 관통공을 따라 슬라이딩 가능하게 되어 있다.
구동 모터(30)에 전류를 인가하면, 가동자(30b)는 이동체(46)에 대하여 Z축 방향으로 이동한다. 이 때, 슬라이드축(32) 및 슬라이드축(32)에 고착된 실장 툴(20)은 판 스프링(34)을 탄성 변형시키면서, 가동자(30b)와 함께 Z축 방향으로 이동한다. 이 슬라이드 축(32)의 고정자(30a)에 대한 변위량은 가이드 부재(36)에 고착된 리니어 스케일(50) 등의 위치 센서에 의해 감지되어 컨트롤러(16)로 보내진다.
승강기구(24)는 실장 툴(20) 및 가압기구(22)를 베이스 부재(38)에 대하여 Z축 방향으로 승강시킨다. 이러한 승강기구(24)는 구동원으로서 승강 모터(40)를 가지고 있다. 이 승강 모터(40)에는 축방향으로 연장되는 리드 스크류(42)가 커플링을 통해 연결되어 있으며, 승강 모터(40)의 구동에 따라, 리드 스크류(42)가 자전한다. 리드 스크류(42)에는 이동 블록(44)이 나사 결합되어 있으며, 이 이동 블록(44)은 구동 모터(30)의 고정자(30a)의 상면에 고착되어 있다. 또한, 고정자(30a)의 측면에는 이동체(46)가 고착되어 있다. 이 이동체(46)는 베이스에 고착된 가이드 레일(48)을 따라 슬라이딩 가능하게 되어 있다. 승강 모터(40)에 전류를 인가하면, 리드 스크류(42)가 자전하고, 이에 따라 이동 블록(44)이 Z축 방향으로 승강한다. 그리고, 이동 블록(44)이 승강함으로써, 해당 이동 블록(44)에 고착된 가압기구(22) 및 실장 툴(20)도 승강한다. 승강기구(24)에 의한 가압기구(22)의 승강량도 센서(예를 들면, 승강 모터(40)에 장착된 엔코더 등)로 감지되어 컨트롤러(16)로 보내진다.
컨트롤러(16)는 실장 툴(20), 가압기구(22), 승강기구(24), 스테이지(12) 및 XY 스테이지(18)의 구동을 제어한다. 이 컨트롤러(16)는 물리적으로는 프로세서(16a) 및 메모리(16b)를 가진 컴퓨터이다. 이 "컴퓨터"에는 컴퓨터 시스템을 하나의 집적회로에 내장한 마이크로 컨트롤러도 포함된다. 또한, 프로세서(16a)란, 광의의 프로세서를 가리키며, 범용 프로세서(예를 들어, CPU : Central Processing Unit 등)나, 전용 프로세서(예를 들어, GPU : Graphics Processing Unit, ASIC : Application Specific Integrated Circuit, FPGA : Field Programmable Gate Array, 프로그래머블 논리 디바이스 등)를 포함하는 것이다. 또한, 이하에 설명하는 프로세서(16a)의 동작은, 하나의 프로세서에 의해 이루어질 뿐만 아니라, 물리적으로 멀리 떨어진 위치에 존재하는 복수의 프로세서가 협동하여 이루어지는 것일 수도 있다. 마찬가지로, 메모리(16b)도 물리적으로 하나의 요소일 필요는 없으며, 물리적으로 멀리 떨어진 위치에 존재하는 복수의 메모리로 구성될 수도 있다. 또한, 메모리(16b)는 반도체 메모리(예를 들어, RAM, ROM, 솔리드 스테이트 드라이브 등) 및 자기 디스크(예를 들어, 하드 디스크 드라이브 등) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
여기서, 컨트롤러(16)에 의한 구동 모터(30)의 구동 제어에 대하여 간단히 설명한다. 구동 모터(30)를 구동할 때, 컨트롤러(16)는 우선 리니어 스케일(50)의 검출값을, 실장 툴(20)의 Z축 방향의 검출위치(Pd)로서 취득하고, 리니어 스케일(50)의 검출값의 미분값을 속도 검출값으로서 취득한다. 그리고, 컨트롤러(16)는 실장 툴(20)의 Z축 방향의 검출위치와 지령위치의 편차인 위치 편차에 기초하여 속도 지령값을 산출하고, 이 속도 지령값과 속도 검출값의 편차에 기초하여 토크 지령값을 산출하며, 토크 지령값에 따른 전류를 구동 모터(30)에 인가한다. 여기서, 본 예에서, 구동 모터(30)는 보이스 코일 모터이며, 인가된 전류에 비례한 토크를 출력한다. 따라서, 구동 모터(30)에 인가된 전류값은, 반도체 칩(100)에 부가되는 가압 하중에 대략 비례한다. 따라서, 본 예에서, 컨트롤러(16)는 이 구동 모터(30)의 전류값을, 가압 하중을 나타내는 파라미터로서 취득한다. 또한, 컨트롤러(16)는 실장 처리의 흐름에 따라, 구동 모터(30)의 제어에 이용하는 지령 위치를 순차적으로 갱신하는데, 이에 대해서는 후술한다.
이어, 이러한 제조장치(10)에 의한 반도체 칩(100)의 실장방법에 대하여 설명한다. 도 2는 반도체 칩(100)의 실장 모습을 나타내는 이미지도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(110)의 상면에는 복수의 전극(112)이 형성되어 있다. 또한, 반도체 칩(100)은 칩 본체(102)의 저면으로부터 돌출하고, 땜납 등의 도전 금속으로 이루어지는 범프(104)를 복수개 가지고 있다. 반도체 칩(100)을 실장할 때에는 이 범프(104)를 기판(110)의 전극(112)에 접촉시킨 상태에서 반도체 칩(100)을 가열하여 범프(104)를 용융시킨다. 그리고, 범프(104)가 용융됨으로써, 범프(104)와 전극(112)이 결합된다. 또한, 도 2에서는 도시하지 않았지만, 칩 본체(102)의 저면에는 추가로 열경화성 수지층, 예를 들면 비도전성 필름의 층 등이 마련되어 있을 수도 있다.
여기서, 이 실장시에, 범프(104)가 용융된 후에도 반도체 칩(100)을 계속 가압하면, 용융된 범프가 변형되어 찌부러져 버리는 일이 있었다. 이 경우, 찌부러져 옆으로 퍼진 범프(104)가, 인접한 다른 범프(104)와의 사이에서 쇼트 불량을 초래할 우려가 있었다.
따라서, 종래부터, 실장 툴(20)로 반도체 칩(100)에 하중을 계속 부가하여, 실장 툴(20)에 일정 이상의 침하가 발생한 타이밍을 범프(104)의 용융 타이밍으로서 감지하고, 이후는 반도체 칩(100)에 부가하는 하중을 줄이는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이러한 실장 툴(20)의 침하를 검출하는 기술의 경우, 해당 침하가 범프(104)의 용융에 기인하는 것인지 용융 전의 범프(104)의 파괴에 기인하는 것인지를 정확하게 판별할 수 없었다. 또한, 이 종래 기술에서는, 실장 툴(20)이 일시적으로 크게 침하하기 때문에, 용융된 범프(104)가 찌부러져 옆으로 퍼질 우려가 있었다.
따라서, 특허문헌 1에서는, 실장 툴(20)의 침하량이 아니라, 실장 툴(20)에 마련된 하중 검출 수단에 의한 하중 검출값이 소정 위치 이하로 감소하면, 범프(104)가 용융했다고 판단하고 있다. 이러한 기술에 따르면, 실장 툴(20)의 침하를 어느 정도 억제할 수 있다. 그러나, 특허문헌 1에서는, 가열을 개시하고 나서 범프(104)가 용융할 때까지 동안에, 실장 툴(20)의 Z축 방향 위치를 일정하게 유지하기 위해 실장 툴(20)을 승강시키지 않았으며, 가열에 수반되는 실장 툴(20)의 열팽창에 대해 고려되지 않았다.
즉, 반도체 칩(100)을 실장할 때, 실장 툴(20)은 반도체 칩(100)을 가열하기 위해, 내장된 툴 히터가 승온한다. 이 가열에 따라, 실장 툴(20)은 도 2의 이점 쇄선으로 나타낸 바와 같이 그 장축 방향으로 열팽창한다. 그 때문에, 실장 툴(20)을 승강시키지 않고 정지시켰다고 하더라도, 실장 툴(20)의 말단면은 열팽창에 의해 하방으로 변위되어 가압 하중이 증가해간다. 그 결과, 특허문헌 1에서는, 열팽창이 진행됨에 따라 가압 하중이 증가하여, 용융 전의 범프(104)가 파괴되거나 용융된 범프(104)가 과잉으로 찌부러지거나 할 우려가 있었다. 또한, 특허문헌 1의 기술에서는, 열팽창의 영향을 고려하고 있지 않기 때문에, 칩 본체(102)의 저면과 기판(110)의 상면 사이의 간격인 갭량(G)을 원하는 값으로 할 수 없을 우려가 있다.
본 명세서에서는, 범프(104)의 용융을 적절히 검출하기 위해서, 반도체 칩(100)에 부가되는 가압 하중을 감시하고, 가압 하중이 급감한 타이밍을 범프(104)의 용융 타이밍으로서 검출한다. 또한, 용융 전의 범프(104)의 파괴를 방지하기 위해, 범프(104)가 용융될 때까지 동안에, 실장 툴(20)이 열팽창하여도, 실장 툴(20)의 현재 위치와 지령 위치의 편차인 위치 편차가 일정하게 되도록, 지령 위치를 순차적으로 갱신한다. 이하, 반도체 칩(100) 실장의 흐름에 대해 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 3은 반도체 칩(100) 실장시의 각종 파라미터의 시간경과에 따른 변화를 나타내는 그래프로, 상단은 리니어 스케일(50)의 검출값을, 중단은 구동 모터(30)의 전류값을, 하단은 툴 히터의 구동 상태를 각각 나타내고 있다. 도 4 및 도 5는 반도체 장치의 제조방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
반도체 칩(100)을 기판(110)에 실장할 때에는, 반도체 칩(100)의 범프(104)가 기판(110)의 전극(112) 바로 위에 위치하도록, 스테이지(12)가 실장 툴(20)에 대해 수평방향으로 정렬된다. 도 4의 흐름도는 이 상태에서부터 시작하고 있다. 그 후, 컨트롤러(16)는 승강 모터(40)를 구동하고, 가압기구(22)와 함께 실장 툴(20)을 고속으로 하강시킨다(S10). 반도체 칩(100)과 기판(110) 사이에 약간의 간극이 남는 상태까지 반도체 칩(100)이 기판(110)에 근접하면(S12에서 Yes), 컨트롤러(16)는 승강 모터(40)의 구동을 정지한다. 도 3에서의 시각 t1은, 이 반도체 칩(100)이 기판(110)에 근접한 타이밍을 나타내고 있다.
반도체 칩(100)이 기판(110)에 근접하면, 컨트롤러(16)는 구동 모터(30)를 구동하고, 범프(104)가 전극(112)에 접지할 때까지 실장 툴(20)을 저속으로 하강시킨다(S14). 구체적으로는, 컨트롤러(16)는 접지가 검출될 때까지, 실장 툴(20)이 서서히 기판(110)에 가까워지도록, 구동 모터(30)에 입력하는 지령 위치(P*)를 서서히 갱신한다. 범프(104)의 접지 타이밍은 검출 위치에 기초하여 판단할 수도 있으며, 구동 모터(30)의 전류값에 기초하여 판단할 수도 있다. 즉, 범프(104)가 전극(112)에 접지하면, 지령 위치(P*)를 갱신하여도 검출 위치(Pd)는 변화하지 않게 된다. 따라서, 검출 위치(Pd)의 변화가 제시한 타이밍을 접지 타이밍으로 판단할 수도 있다. 또한, 범프(104)가 전극(112)에 접하면, 반도체 칩(100) 및 실장 툴(20)은 기판(110)으로부터 반력을 받는다. 구동 모터(30)는 이 반력에 따른 토크를 출력하려고 하기 때문에 구동 모터(30)의 전류값이 급증한다. 이 전류값의 급증 타이밍을 접지 타이밍으로 판단할 수도 있다. 도 3에서는 시각 t2에서 접지가 검출되고 있다.
범프(104)의 접지가 검출되면(S16에서 Yes), 툴 히터로 반도체 칩(100)의 가열을 개시하는 동시에, 위치 편차(Δ가 일정해지도록 구동 모터(30)의 지령 위치(P*)를 수시로 갱신하는 제 1 처리(S18, S20)를 실행한다. 즉, 컨트롤러(16)는 접지가 검출된 시각(t2)에서, 실장 툴(20)에 탑재된 툴 히터를 ON하여, 반도체 칩(100)의 가열을 시작한다(S18). 또한, 컨트롤러(16)는 구동 모터(30)의 지령 위치(P*)를 P*=Pd+σa-Δ의 식에 따라 수시로 갱신한다. 여기서, Pd는 실장 툴(20)의 검출 위치이다. σa는 1샘플링당 발생하는 실장 툴(20)의 열팽창량이다. 1샘플링당 열팽창량(σa)은 미리 실험 등에 의해 취득해 둔다. 또한, 이 1샘플링당 열팽창량(σa)은 고정값이어도 되지만, 시간의 경과나 툴 히터의 온도 변화에 따라 변화하는 가변값이어도 좋다. Pd+σa는 실장 툴(20)의 현재 위치가 된다. Δ는 위치 편차(Δ의 목표값이며, 값이 일정한 고정값이다. 도 3에서의 점선은 제 1 처리 중에 사용하는 지령 위치(P*)를 나타내고 있다.
이와 같이, P*=Pd+σa-Δ의 식에 기초하여, 지령 위치(P*)를 수시로 갱신함으로써, 실장 툴(20)이나 반도체 칩(100)이 열팽창했다고 하더라도, 위치 편차(Δ를 항상 일정하게 유지할 수 있다. 그리고, 위치 편차(Δ를 일정하게 유지함으로써, 구동 모터(30)로부터의 출력 토크, 나아가서는 반도체 칩(100)의 가압 하중을 거의 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 용융 전의 범프(104)를 파괴하여 찌부러뜨리는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
제 1 처리와 병행하여, 컨트롤러(16)는 반도체 칩(100)에 부가되는 가압 하중도 감시한다(S22). 가압 하중은 구동 모터(30)의 전류값(Id)에 거의 비례하기 때문에, 컨트롤러(16)는 구동 모터(30)의 전류값(Id)을, 가압 하중을 나타내는 파라미터로서 감시한다. 가열을 계속한 결과, 범프(104)가 용융되면, 실장 툴(20)이 반도체 칩(100)으로부터 받는 반력이 급격히 저하되고, 가압 하중, 나아가서는 전류값(Id)이 급격히 저하된다. 컨트롤러(16)는 이 전류값(Id)의 급격한 저하가 발생하면, 범프(104)의 용융이 발생했다고 판단한다.
구체적으로는, 컨트롤러(16)는 N샘플링 전의 전류값(Id[i-N])과 현재 전류값(Id[i])의 차분(Δ을 산출한다. 그리고, 컨트롤러(16)는 이 차분(Δ과 규정된 기준값(Δ을 비교하여, ΔΔId_def 이상이 되면, 범프(104)가 용융되었다고 판단한다. 또한, N은 1 이상의 정수이다. 도 3에서는, 시각 t3에서 용융되었다고 판단된다.
또한, 본 예에서는, 실장 툴(20)의 지령 위치(P*)를 현재 위치(Pd+σa)보다도 하방으로 설정하고 있기 때문에, 범프(104)의 용융이 발생하며, 반도체 칩(100)으로부터의 반력이 저하된 경우, 실장 툴(20)은 지령 위치(P*)에 도달하도록, 현재 위치(Pd+σa)로부터 위치 편차의 목표값(Δ분만큼 하방으로 변위하는 일이 있다. 이 범프(104) 용융시의 변위에서, 범프(104)를 크게 찌부러뜨리지 않도록, 위치 편차의 목표값(Δ은 충분히 작은 값이 설정된다.
범프(104)가 용융되었다고 판단한 경우(S22에서 Yes), 컨트롤러(16)는 갭량(G)이 원하는 값이 되도록 실장 툴(20)의 위치를 제어하는 제 2 처리를 실행한다(S24). 즉, 컨트롤러(16)는 구동 모터(30)의 지령 위치(P*)를 P*=Pg+σg로 하여 수시로 갱신한다. 여기서, Pg는 상온 상태 및 갭량(G)이 원하는 값이 된 반도체 칩(100)에 실장 툴(20)을 접지했을 때의, 실장 툴(20)의 위치이다. 이하에서는, 이 Pg를 “표준 위치”라고 부른다. 이 표준 위치(Pg)는 갭량(G)의 값이나 반도체 칩(100)의 치수값 등으로부터 미리 산출되는 고정값이다. 또한, σg는 실장 툴(20) 및 반도체 칩(100)의 열팽창량이다. 이 σg는 시간이나 히터의 온도에 따라 변동하는 가변값이다. 이러한 지령 위치(P*=Pg+σg)에서 실장 툴(20)의 위치를 제어함으로써, 갭량(G)을 원하는 값으로 유지할 수 있다. 또한, 컨트롤러(16)는 적당한 타이밍으로 툴 히터를 OFF한다(S26). 그 후, 범프(104)를 경화시키기에 충분한 냉각 시간이 경과하면(S28에서 Yes), 컨트롤러(16)는 반도체 칩(100)의 흡인을 해제한 후에, 가압기구(22) 및 승강기구(24)를 구동하여 실장 툴(20)을 상승시킨다(S30).
이상의 설명으로 명백한 바와 같이, 본 예에서는 구동 모터(30)의 전류값, 나아가서는 가압 하중이 급격히 저하된 타이밍을, 범프(104)의 용융 타이밍으로서 검출하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 용융된 범프(104)를 눌러 찌부러뜨리지 않고, 범프(104)의 용융 타이밍을 정확하게 검출할 수 있다. 또한, 제 1 처리에 있어서, 위치 편차(Δ가 일정해지도록 지령 위치(P*)를 수시로 갱신하고 있기 때문에, 열팽창이 발생하여도, 가압 하중을 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 용융 전의 범프(104)에 과잉의 하중이 걸려, 범프(104)가 파괴되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 지금까지 설명한 구성은 일례이며, 접지 후, 범프(104)가 용융될 때까지, 위치 편차(Δ가 일정하게 되도록 가압기구(22)의 연직방향의 지령 위치(P*)를 수시로 갱신하는 제 1 처리와, 가압 하중이 급감한 타이밍을 범프(104)의 용융 타이밍으로서 검출하는 검출 처리를 수행하는 것이면, 기타 구성은 적절히 변경될 수도 있다. 예를 들면, 이제까지의 설명에서는, 구동 모터(30)의 전류값을, 가압 하중을 나타내는 파라미터로서 감시하고 있었지만, 가압기구(22)에 하중 센서를 마련하고, 이 하중 센서의 검출값을 감시하는 것일 수도 있다. 또한, 상술한 설명에서는, 실장 툴(20)의 검출 위치(Pd)에 1샘플링당 열팽창량(σa)를 가산한 값을, 실장 툴(20)과 현재 위치로서 취급하고 있는데, 열팽창이 고려되는 것이면, 다른 값을 현재 위치로서 사용할 수도 있다. 예를 들면, 열팽창에 수반하는 실장 툴(20)의 변위 프로파일을 미리 실험 등으로 취득해 두고, 이 프로파일로부터 실장 툴(20)의 현재 위치를 구하도록 할 수도 있다. 또한, 상술한 설명에서는 가압기구(22)의 구동원으로서 구동 모터(30)를 사용하고 있는데, 다른 구동원, 예를 들면 전지 실린더나 유압 실린더 등을 사용할 수도 있다.
10 : 제조장치 12 : 스테이지
14 : 본딩 헤드 16 : 컨트롤러
18 : XY 스테이지 20 : 실장 툴
22 : 가압기구 24 : 승강기구
30 : 구동 모터 30a : 고정자
30b : 가동자 32 : 슬라이드 축
34 : 판 스프링 36 : 가이드 부재
38 : 베이스 부재 40 : 승강 모터
42 : 리드 스크류 44 : 이동 블록
46 : 이동체 48 : 가이드 레일
50 : 리니어 스케일 100 : 반도체 칩
102 : 칩 본체 104 : 범프
110 : 기판 112 : 전극

Claims (6)

  1. 기판을 지지하는 스테이지와,
    저면에 범프를 갖는 칩을 가열 가능하게 홀딩하는 실장 툴과,
    상기 실장 툴을 연직방향으로 이동시켜 상기 칩에 하중을 부여하는 가압기구와,
    상기 실장 툴 및 상기 가압기구의 구동을 제어하는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 칩을 상기 기판에 착지시킨 후, 상기 범프가 용융될 때까지, 상기 실장 툴로 상기 칩을 가열하는 동시에, 상기 가압기구의 지령 위치와 현재 위치의 차인 위치 편차가 일정해지도록 상기 가압기구의 연직방향의 지령 위치를 수시로 갱신하는 제 1 처리와,
    상기 제 1 처리와 병행하여, 상기 가압기구에 의한 상기 칩의 가압 하중을 감시하고, 상기 가압 하중의 감소에 기초하여 상기 범프의 용융을 검출하는 검출 처리를 수행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 검출 처리에서 상기 범프의 용융을 검출한 시점으로부터 뒤에, 상기 칩의 저면과 상기 기판의 간극량인 갭량이 목표값을 유지하도록, 상기 가압기구의 지령 위치를 수시로 갱신하는 제 2 처리를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가압기구는 상기 실장 툴을 연직방향으로 이동시키는 구동 모터를 가지고 있으며,
    상기 컨트롤러는 상기 검출 처리에서 상기 구동 모터의 전류값을, 상기 가압 하중을 나타내는 파라미터로서 감시하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조장치.
  4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 제 1 처리에서, 상기 실장 툴의 현재 위치로부터 위치 편차의 목표값을 감산한 값을 상기 가압기구의 지령 위치로서 산출하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조장치.
  5. 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
    실장 툴로 홀딩된 칩을 스테이지로 지지된 기판에 접지시킨 후, 상기 칩의 저면에 마련된 범프가 용융될 때까지, 상기 실장 툴로 상기 칩을 가열하는 동시에, 상기 실장 툴을 연직방향으로 이동시키는 가압기구의 지령 위치와 현재 위치의 차인 위치 편차가 일정해지도록 상기 가압기구의 연직방향의 지령 위치를 수시로 갱신하는 제 1 단계와,
    상기 제 1 단계와 병행하여, 상기 가압기구에 의한 상기 칩의 가압 하중을 감시하고, 상기 가압 하중의 감소에 기초하여 상기 범프의 용융을 검출하는 검출 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    추가로, 상기 검출 단계에서 상기 범프의 용융을 검출한 시점으로부터 뒤에, 상기 칩의 저면과 상기 기판 사이의 간극량인 갭량이 목표값을 유지하도록 상기 가압기구의 지령 위치를 수시로 갱신하는 제 2 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
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