(57)【要約】【課題】窒素雰囲気中で半導体チップの半田バンプまたは半田ボールを速く加熱して半導体チップをターゲットにボンディングすることができる窒素雰囲気レーザーボンディング装置を提供する。【解決手段】本発明に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、複数の半導体チップが配置されたターゲットが取り付けられるターゲット取付ユニットと、前記ターゲット取付ユニットに取り付けられた前記ターゲットに配置された複数の半導体チップが前記ターゲットにボンディングできるように、前記複数の半導体チップにレーザー光を照射するレーザーヘッドと、前記ターゲット取付ユニットの周囲に配置される伝達部材、及び前記ターゲット取付ユニットに取り付けられたターゲットに窒素ガスを供給するように前記伝達部材に形成される窒素排出口を備える窒素供給ユニットとを含むことを特徴とする。【選択図】図２
2020123722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体チップが配置されたターゲットが取り付けられるターゲット取付ユニットと、
前記ターゲット取付ユニットに取り付けられた前記ターゲットに配置された複数の半導体チップを前記ターゲットにボンディングできるように、前記複数の半導体チップにレーザー光を照射するレーザーヘッドと、
前記ターゲット取付ユニットの周囲に配置される伝達部材、及び前記ターゲット取付ユニットに取り付けられたターゲットに窒素ガスを供給するように前記伝達部材に形成される窒素排出口を備える窒素供給ユニットとを含む、窒素雰囲気レーザーボンディング装置。
【請求項２】
前記窒素供給ユニットの伝達部材は、
前記ターゲットを覆うことができように形成される伝達フレームと、透明材質で形成され、前記伝達フレームに設置される透明部材と、前記窒素ガスが流れるように前記伝達フレームに形成される供給流路とを含み、
前記窒素供給ユニットの窒素排出口は、前記供給流路と連結されるように前記伝達フレームに形成される、請求項１に記載の窒素雰囲気レーザーボンディング装置。
【請求項３】
前記窒素供給ユニットの伝達部材は、
前記ターゲットの上側に配置される板状の伝達プレートと、前記ターゲットに配置された複数の半導体チップに対応する位置で前記伝達プレートを貫通するように形成される複数の透過口と、前記窒素ガスが前記複数の透過口に分配されるように前記伝達プレートに形成される供給流路とを含み、
前記窒素供給ユニットの窒素排出口は、複数設けられ、前記供給流路とそれぞれ連結されて前記複数の透過口にそれぞれ形成される、請求項１に記載の窒素雰囲気レーザーボンディング装置。
【請求項４】
前記窒素供給ユニットの複数の窒素排出口は、それぞれ前記伝達部材の複数の透過口の内壁に沿って配列される、請求項３に記載の窒素雰囲気レーザーボンディング装置。
【請求項５】
前記窒素供給ユニットの伝達部材の供給流路は、
前記窒素供給ユニットの複数の窒素排出口が前記複数の半導体チップを向くように傾斜した方向に延び、前記複数の窒素排出口に連結される、請求項４に記載の窒素雰囲気レーザーボンディング装置。
【請求項６】
前記窒素供給ユニットの伝達部材は、
前記窒素ガスが流れるように管状に形成される複数の窒素管を含み、
前記窒素供給ユニットの窒素排出口は前記複数の窒素管に形成される、請求項１に記載の窒素雰囲気レーザーボンディング装置。
【請求項７】
前記窒素供給ユニットは、
前記窒素排出口へ排出される前記窒素ガスの量を調節するガス調節部をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の窒素雰囲気レーザーボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素雰囲気レーザーボンディング装置に係り、さらに詳細には、不活性ガスの一つである窒素ガスを用いて形成された窒素雰囲気中でレーザー光をチップに照射してボンディングする窒素雰囲気レーザーボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップボンディング装置は、ウェハー上に形成された半導体チップ、またはウェハー上で切断されてブルーシート（ｂｌｕｅ  ｓｈｅｅｔ）と呼ばれる粘着性フィルムに付着している半導体チップをピックアップして、次の工程に使用するためのリードフレームや基板などのターゲットに移して付着させる装置である。
【０００３】
このような半導体チップボンディング装置は、一般に、熱処理過程の一つであるリフロー工程を含む。リフロー工程は、ターゲットに移された半導体チップに熱を加えて半導体チップの接続部とターゲットの接続部とが互いにボンディングされるようにする工程である。このような一般的リフロー工程は、時間が多くかかり、半導体チップ自体の温度が過度に上昇するという問題点がある。場合によっては、リフロー工程によって半導体チップが熱損傷することもある。
【０００４】
かかる問題点を解決するために、半導体チップ自体の温度は、あまり高くなく、半導体チップの半田ポンプまたは半田ボールの温度を急速に上げてターゲットにボンディングすることができるレーザーボンディングが開発されている。
【０００５】
一方、このようなボンディングが空気中で行われると、酸化による様々な問題が発生するおそれがある。酸素雰囲気中で溶融された半田は、表面張力が低くて絶対的な接合強度が低く、結合部位に空隙（Ｖｏｉｄ）が形成されて接合不良問題を発生させる恐れがある。また、酸化は、半導体チップとＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）などの周辺構成に汚染を発生させる。このような汚染により追加のクリーニング工程が必要とされることもある。結果的に、空気中で行われるレーザーボンディングは、低いボンディング品質を持つという問題点がある。
【０００６】
かかる問題点を解決するために、真空状態でボンディングを行うことがよい。しかし、真空状態で工程を行うには、真空ポンプ及びクリーニングルームなどの追加設備が必要であるため、コストが高くかかるという問題がある。よって、不活性ガスの一つである窒素ガスを用いた窒素雰囲気の下でレーザーボンディングを行うことが効果的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、その目的は、窒素雰囲気中で半導体チップの半田バンプまたは半田ボールを速く加熱して半導体チップをターゲットにボンディングすることができる窒素雰囲気レーザーボンディング装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、複数の半導体チップが配置されたターゲットが取り付けられるターゲット取付ユニットと、前記ターゲット取付ユニットに取り付けられた前記ターゲットに配置された複数の半導体チップが前記ターゲットにボンディングできるように前記複数の半導体チップにレーザー光を照射するレーザーヘッドと、前記ターゲット取付ユニットの周囲に配置される伝達部材、及び前記ターゲット取付ユニットに取り付けられたターゲットへ窒素ガスを供給するように前記伝達部材に形成される窒素排出口を備える窒素供給ユニットとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、窒素雰囲気下でボンディングを行うことができるので、酸化により発生する問題を遮断し、高い品質と信頼性を有するボンディング工程を可能にするという利点がある。
【００１０】
また、半導体チップボンディング過程で半導体チップ自体の温度を大きく上昇させないので、半導体チップの損傷または熱膨張により発生するおそれのある問題を解決するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の斜視図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の斜視図である。
【図３】図２に示された窒素雰囲気レーザーボンディング装置のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置について説明する。
【００１３】
まず、図１を参照して、本発明に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の斜視図である。
【００１４】
図１を参照すると、本実施形態の窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、ターゲット取付ユニット１００、レーザーヘッド２００及び窒素供給ユニット３００を含んでなる。
【００１５】
ターゲット取付ユニット１００は、複数の半導体チップが配置されたターゲットを移送し固定する構成である。本実施形態のターゲットは、半導体チップがボンディングできる様々な物体をすべて含む。このようなターゲットの例として、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）などの基板を挙げることができる。半導体チップは、ターゲット上にプレボンディングなどの方式で配置できる。ここで、プレボンディングとは、半導体チップに形成された半田バンプなどの接続部とターゲットパッドなどの接続部を完全にボンディングする前に、粘着性物質を用いて半導体チップとターゲットを仮接するボンディング過程をいう。
【００１６】
ターゲット取付ユニット１００は、別途の装置で搬入されるターゲットを、本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置へ移送する。ターゲット取付ユニット１００は、移送されたターゲットをレーザーヘッド２００の下部に固定させる。ターゲット取付ユニット１００は真空吸着などの方式でターゲットを固定する。
【００１７】
レーザーヘッド２００は、ターゲットにプレボンディングされた複数の半導体チップをターゲットに接着させる。レーザーヘッド２００は、レーザー光を生成する光源を含む。レーザーヘッド２００の光源で生成されたレーザー光が半導体チップに伝達され、このレーザー光が半導体チップとターゲットをボンディングさせる。本実施形態の場合、レーザーヘッド２００は、赤外線カメラ、高さセンサー及びビジョンカメラを含む。レーザーヘッド２００の赤外線カメラは、半導体チップの温度を測定するようにレーザーヘッド２００に設置される。高さセンサーは、レーザーヘッド２００と半導体チップとの距離を測定する。ビジョンカメラは、半導体チップとレーザーヘッド２００の整列状態を検査する。
【００１８】
図１を参照すると、窒素供給ユニット３００は、伝達部材３１０、窒素排出口３２０及びガス調節部３３０を含む。
【００１９】
伝達部材３１０は、伝達フレーム３１１、透明部材３１２及び供給流路３１３を含む。
【００２０】
伝達フレーム３１１は、ターゲットを覆うことができように形成される。伝達フレーム３１１は、レーザーヘッド２００に対向する中央部分が開放された形状に形成される。伝達フレーム３１１は、ターゲットと類似する大きさに製作でき、場合によっては、ターゲットよりも大きく製作されることも可能である。図１を参照すると、本実施形態の場合は、伝達フレーム３１１がターゲットよりも大きく製作される。伝達フレーム３１１は、レーザーヘッド２００とターゲットとの間に配置される。
【００２１】
透明部材３１２は伝達フレーム３１１に設置される。透明部材３１２は、上述した伝達フレーム３１１の中央部分に設置される。透明部材３１２は、レーザーヘッド２００から照射されるレーザー光が、伝達フレーム３１１の下側に固定されたターゲットへ伝達されるように透明な材質で形成される。本実施形態の場合、透明部材３１２は石英（Ｑｕａｒｔｚ）で形成される。
【００２２】
供給流路３１３は伝達フレーム３１１に形成される。供給流路３１３は、窒素ガスが流れることができるように形成される。本実施形態の場合、供給流路３１３は伝達フレーム３１１の両側面に形成される。供給流路３１３は、窒素ガスが貯蔵された窒素タンクに連結される。
【００２３】
窒素排出口３２０は、伝達フレーム３１１に形成され、上述した供給流路３１３に連結される。本実施形態の場合、窒素排出口３２０は、スリット（ｓｌｉｔ）形状に伝達フレーム３１１の両側面に形成される。窒素排出口３２０を介して供給流路３１３の窒素ガスがターゲットへ供給される。
【００２４】
本実施形態の場合、ガス調節部３３０は供給流路３１３の前端に設置される。ガス調節部３３０は、供給流路３１３へ伝達される窒素ガスの量を調節する。ガス調節部３３０が供給流路３１３へ供給される窒素ガスの量を調節すると、窒素排出口３２０を介してターゲットに供給される窒素ガスの量も一緒に調節される。
【００２５】
以下、上述したように構成された第１実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の動作について説明する。
【００２６】
まず、ターゲット取付ユニット１００は、ターゲットをレーザーヘッド２００の下部へ移送する。ターゲット移送が完了すると、ターゲット取付ユニット１００は、ターゲットを真空吸着させてターゲットの位置を固定する。
【００２７】
次に、窒素供給ユニット３００がターゲットに窒素を供給してターゲットの周囲に窒素雰囲気を形成する過程について説明する。
【００２８】
窒素タンクに貯蔵された窒素ガスは、伝達フレーム３１１の両側面に形成された供給流路３１３へ伝達される。供給流路３１３へ伝達された窒素ガスは、窒素供給ユニット３００の窒素排出口３２０から噴射される。上述したように、窒素排出口３２０は、伝達フレーム３１１の両側面にスリット形状に形成される。窒素排出口３２０を介して噴射される窒素ガスは、ターゲットの側面方向からターゲットに向かって流れる。両側面から流入した窒素ガスは、ターゲットの中央部分に収束する。伝達フレーム３１１に設置された透明部材３１２によって、ターゲットの上側は閉鎖されるので、窒素ガスは、ターゲットが固定された方向に流れていく。これにより、ターゲットの周囲には窒素雰囲気が形成される。
【００２９】
このように、ターゲットの周囲に窒素雰囲気が形成されると、レーザーヘッド２００の光源からレーザー光が照射される。レーザー光は、伝達部材３１０の透明部材３１２を透過して、レーザーヘッド２００の下側に固定されたターゲットへ伝達される。ターゲットにプレボンディングされた半導体チップにレーザー光が伝達されると、半導体チップに形成された半田バンプなどの接続部の温度が瞬間的に上昇する。これにより、半導体チップの接続部が溶融される。レーザーヘッド２００の赤外線カメラは、半導体チップの接続部を撮影して、接続部の温度が融点まで上昇するかを確認する。接続部の温度が融点以上に上昇すると、レーザーヘッド２００はレーザー光の照射を中断する。レーザー光の照射が中断されると、半導体チップの接続部の温度が瞬間的に下降し、半導体チップの接続部は瞬間的に凝固する。これにより、半導体チップの接続部とターゲットの接続部とがボンディングされる。
【００３０】
本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、レーザー光によるレーザーボンディングを介して半導体チップをターゲットにボンディングさせる。一般的に広く使用される熱処理工程とは異なり、レーザーボンディングは、半導体チップに形成された接続部の温度のみを迅速に上昇させることができる。本実施形態の場合、レーザーボンディングを用いて半導体チップをターゲットにボンディングさせる。これにより、半導体チップ自体の過度な温度増加により発生しうる熱損傷を効果的に防止することができる。また、半導体チップの熱膨張による半導体チップとターゲットの整列不良問題を著しく減らすことができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の場合、ターゲットの周囲に窒素雰囲気を形成した後、レーザーボンディングを行うことができるように構成されている。窒素供給ユニット３００の窒素排出口３２０から窒素ガスが継続的に噴射されることにより、ターゲットは、周辺空気との遮断状態を維持する。窒素雰囲気が形成されると、酸素の濃度が低くなるので、ターゲットと半導体に形成された接続部の酸化問題を効果的に解決することができる。これにより、本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、酸化により発生する接合部位の汚染を最小限に抑えて検査の信頼性を向上させ、接合部位に発生しうる空隙などの不良率を下げてボンディング品質を向上させる。窒素雰囲気中で溶融された半田は、一般な空気環境で溶融された半田よりも高い表面張力を有するため、半導体チップとターゲットとがさらに強く結合できる。まとめると、本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、窒素雰囲気中でレーザーボンディングを行うことにより、高品質のボンディング結果物を得ることができる。
【００３２】
一方、上述したように、供給流路３１３の前端に設置されるガス調節部３３０は、供給流路３１３へ供給される窒素ガスの量を調節する。供給流路３１３へ供給される窒素ガスの量が調節されると、窒素排出口３２０を介して噴射される窒素ガスの量が調節される。その結果、ガス調節部３３０は、窒素排出口３２０から排出される窒素ガスの量を調節する。窒素ガスがターゲットに供給され始める時点で、ガス調節部３３０は窒素排出口３２０から窒素ガスが十分に噴射されるようにする。このようなガス調節部３３０の動作によって窒素ガスの濃度が急速に増加することができる。窒素ガスの濃度が十分に上昇すると、ガス調節部３３０は、窒素排出口３２０を介して噴射される窒素ガスの量が減少するように調節し、作業過程で窒素ガスの濃度が維持されるようにガス噴射量を調節する。このようなガス調節部３３０の動作によって、窒素雰囲気を迅速に形成させることができ、窒素ガスの過度な使用によるコストアップの問題を効果的に解決する。
【００３３】
次に、図２及び図３を参照して、本発明に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の第２実施形態について説明する。図２は本発明の第２実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の斜視図、図３は図２に示された窒素雰囲気レーザーボンディング装置のIII−III線に沿った断面図である。
【００３４】
図２を参照すると、本実施形態の窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、ターゲット取付ユニット１００、レーザーヘッド２００及び窒素供給ユニット４００を含んでなる。窒素供給ユニット４００を除いた残りの構成は、先立って説明した第１実施形態の構成と同様なので、その詳細な説明は省略する。窒素供給ユニット４００を除いた残りの構成は、第１実施形態と同じ部材番号を使用する。
【００３５】
本実施形態の窒素供給ユニット４００は、伝達部材４１０、窒素排出口４２０及びガス調節部４３０を含む。
【００３６】
図２及び図３を参照すると、伝達部材４１０は、伝達プレート４１１、複数の透過口４１２及び供給流路４１３を含む。
【００３７】
伝達プレート４１１は、板状に形成され、ターゲットの上側に配置される。透過口４１２は、ターゲットに配置された半導体チップと対応する位置で伝達プレート４１１に複数形成される。透過口４１２は、伝達プレート４１１を貫通するように形成される。透過口４１２を介して、レーザーヘッドから照射されるレーザー光が、伝達プレート４１１の下側に固定されたターゲットへ伝達される。
【００３８】
供給流路４１３は伝達プレート４１１の内部に形成される。供給流路４１３は、窒素ガスが透過口４１２に分配されるようにする。
【００３９】
本実施形態の場合、窒素排出口４２０は複数設けられる。窒素排出口４２０は、上述した透過口４１２の内壁に沿って配列される。窒素排出口４２０は供給流路４１３に連結される。図３を参照すると、窒素排出口４２０に連結される部分で、供給流路４１３は、窒素排出口４２０が、伝達プレート４１１の下側に固定された半導体チップを向くように傾設される。図３を参照すると、供給流路４１３は、下方に傾斜するように形成されて窒素排出口４２０と連結される。
【００４０】
本実施形態の場合、ガス調節部４３０は供給流路４１３の前端に設置される。ガス調節部４３０は、供給流路４１３へ伝達される窒素ガスの量を調節する。ガス調節部４３０が供給流路４１３へ供給される窒素ガスの量を調節すると、窒素排出口４２０を介してターゲットに供給される窒素ガスの量も一緒に調節される。
【００４１】
本実施形態の場合、ガス調節部４３０は、供給流路４１３の前端に設置される。ガス調節部４３０は、供給流路４１３へ伝達される窒素ガスの量を調節する。ガス調節部４３０が供給流路４１３へ供給される窒素ガスの量を調節すると、窒素排出口４２０を介してターゲットに供給される窒素ガスの量も一緒に調節される。
【００４２】
以下、上述したように構成された第２実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の動作について説明する。
【００４３】
第１実施形態と同様に、半導体チップがプレボンディングされたターゲットは、ターゲット取付ユニット１００によってレーザーヘッド２００の下側へ移送され、固定される。
【００４４】
このような状態で、窒素供給ユニット４００は、ターゲットに窒素雰囲気を形成する。窒素タンクに貯蔵された窒素ガスは、伝達部材４１０の供給流路４１３へ伝達される。供給流路４１３に沿って流れる窒素ガスは、分配され、伝達部材４１０の透過口４１２に形成された窒素排出口４２０を介してターゲットへ排出される。半導体チップに向かって窒素ガスを直接排出するように形成された複数の窒素排出口４２０から窒素ガスが一度に噴射される。このような窒素ガスの供給を介して、ターゲットの周囲には窒素雰囲気が急速に形成される。上述したように、窒素排出口４２０に連結された供給流路４１３は傾設されるので、窒素排出口４２０を介して排出される窒素ガスは半導体チップに直接噴射される。このように本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、複数の透過口４１２に形成された複数の窒素排出口４２０を介して窒素ガスを半導体チップに直接噴射して窒素雰囲気を迅速に形成することができる。また、窒素ガスの直噴射によって半導体チップの周辺の空気が半導体チップと効果的に遮断される。
【００４５】
このように、ターゲットの周囲に窒素雰囲気が形成されると、レーザーヘッド２００の光源からレーザー光が照射される。レーザー光は、伝達プレート４１１に形成された透過口４１２を通過して、レーザーヘッド２００の下側に固定されたターゲットへ伝達される。ターゲットにプレボンディングされた半導体チップにレーザー光が伝達されると、半導体チップに形成された半田バンプなどの接続部の温度が瞬間的に上昇する。これにより、半導体チップの接続部が溶融される。レーザーヘッド２００の赤外線カメラは、半導体チップの接続部を撮影して接続部の温度が融点まで上昇するかを確認する。接続部の温度が融点以上に上昇すると、レーザーヘッド２００はレーザー光の照射を中断する。レーザー光の照射が中断されると、半導体チップの接続部の温度が瞬間的に下降し、半導体チップの接続部は瞬間的に凝固する。これにより、半導体チップの接続部とターゲットの接続部とがボンディングされる。
【００４６】
本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、レーザー光によるレーザーボンディングを介して半導体チップをターゲットにボンディングさせる。一般的に広く使用される熱処理工程とは異なり、レーザーボンディングは、半導体チップに形成された接続部の温度のみを迅速に上昇させることができる。本実施形態の場合、レーザーボンディングを用いて半導体チップをターゲットにボンディングさせる。これにより、半導体チップ自体の過度な温度増加により発生しうる熱損傷を効果的に防止することができる。また、半導体チップの熱膨張による半導体チップとターゲットの整列不良問題を著しく減らすことができる。
【００４７】
本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の場合、ターゲットの周囲に窒素雰囲気を形成した後、レーザーボンディングを行うことができるように構成されている。窒素供給ユニット４００の窒素排出口４２０から窒素ガスが継続的に噴射されることにより、ターゲットは、周辺空気との遮断状態を維持することができる。窒素雰囲気が形成されると、酸素の濃度が低くなるので、ターゲットと半導体に形成された接続部の酸化問題を効果的に解決することができる。これにより、本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、酸化により発生する接合部位の汚染を最小限に抑えて検査の信頼性を向上させ、接合部位に発生しうる空隙などの不良率を下げてボンディング品質を向上させる。窒素雰囲気中で溶融された半田は、一般的な空気環境で溶融された半田よりも高い表面張力を有するため、半導体チップとターゲットとがさらに強く結合できる。まとめると、本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、窒素雰囲気中でレーザーボンディングを行うことにより、高品質のボンディング結果物を得ることができる。
【００４８】
一方、上述したように、窒素供給ユニット４００のガス調節部４３０は、供給流路４１３へ伝達される窒素ガスの量を調節する。供給流路４１３へ伝達される窒素ガスの量が調節されると、窒素排出口４２０から噴射される窒素ガスの量が調節される。つまり、ガス調節部４３０は、窒素排出口４２０を介して噴射される窒素ガスの量を調節する。窒素ガスがターゲットに供給される時点で、ガス調節部４３０は、窒素排出口４２０から窒素ガスが十分に噴射されるように調節する。このようなガス調節部４３０の動作によって、窒素ガスの濃度が急速に増加することができる。窒素ガスの濃度が十分に上昇すると、ガス調節部４３０は、窒素排出口４２０を介して噴射される窒素ガスの量が減少するように調節し、作業過程で窒素ガスの濃度が維持されるようにガス噴射量を調節する。このようなガス調節部４３０の動作によって、窒素雰囲気を迅速に形成させることができ、窒素ガスの過度な使用によるコストアップの問題を効果的に解決する。
【００４９】
次に、図４を参照して、本発明に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の第３実施形態について説明する。図４は本発明の第３実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の斜視図である。
【００５０】
図４を参照すると、本実施形態の窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、ターゲット取付ユニット１００、レーザーヘッド２００、及び窒素供給ユニット５００を含んでなる。窒素供給ユニット５００を除いた残りの構成は、先立って説明した第１実施形態の構成と同様であるので、その詳細な説明は省略する。窒素供給ユニット５００を除いた残りの構成は、第１実施形態と同一の部材番号を使用する。
【００５１】
本実施形態の窒素供給ユニット５００は、伝達部材５１０、窒素排出口５２０及びガス調節部５３０を含む。
【００５２】
伝達部材５１０は複数の窒素管５１１を含む。窒素管５１１は、窒素ガスが流れるように形成されたパイプ形状の管である。図４を参照すると、本実施形態の窒素管５１１は、ターゲットの４面を囲むように配置される。窒素排出口５２０は、ターゲットを向く方向に窒素管５１１に形成される。
【００５３】
ガス調節部５３０は、窒素管５１１の前端に設置され、窒素タンクから窒素管５１１へ伝達される窒素ガスの量を調節する。窒素管５１１を流れる窒素ガスの量が調節されることにより、窒素管５１１に形成された窒素排出口５２０から噴射される窒素ガスの量も一緒に調節される。
【００５４】
以下、上述したように構成された第３実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の動作について説明する。
【００５５】
第１施形態と同様に、半導体チップがプレボンディングされたターゲットは、ターゲット取付ユニット１００によってレーザーヘッド２００の下側へ移送され、固定される。
【００５６】
このような状態で、窒素供給ユニット５００は、ターゲットに窒素雰囲気を形成する。窒素タンクに貯蔵された窒素ガスは、ターゲットの周辺に配置された窒素管５１１へ移動する。窒素管５１１に沿って流れる窒素ガスは、窒素管５１１に形成された窒素排出口５２０を介して噴射される。上述したように、窒素排出口５２０は、ターゲットを向くように窒素管５１１に形成されるので、窒素排出口５２０から噴射される窒素ガスは、ターゲットにプレボンディングされた半導体チップへ直接噴射される。ターゲットの４面に配置された窒素管５１１に形成された窒素排出口５２０から窒素ガスが一度に噴射され、窒素雰囲気を迅速に形成する。このように、本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、ターゲットを囲むように配置された窒素管５１１に形成された窒素排出口５２０を介して窒素ガスを半導体チップに直接噴射して窒素雰囲気を迅速に形成することができる。また、窒素ガスの直噴射によって半導体チップの周辺の空気が半導体チップと効果的に遮断される。
【００５７】
このように、ターゲットの周囲に窒素雰囲気が形成されると、レーザーヘッド２００の光源からレーザー光が照射される。レーザー光は、レーザーヘッド２００の下側に固定されたターゲットに伝達される。ターゲットにプレボンディングされた半導体チップにレーザー光が伝達されると、半導体チップに形成された半田バンプなどの接続部の温度が瞬間的に上昇する。これにより、半導体チップの接続部が溶融される。レーザーヘッド２００の赤外線カメラは、半導体チップの接続部を撮影して、接続部の温度が融点まで上昇するかを確認する。接続部の温度が融点以上に上昇すると、レーザーヘッド２００はレーザー光の照射を中断する。レーザー光の照射が中断されると、半導体チップの接続部の温度が瞬間的に下降し、半導体チップの接続部は瞬間的に凝固する。これにより、半導体チップの接続部とターゲットの接続部とがボンディングされる。
【００５８】
本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、レーザー光によるレーザーボンディングを介して半導体チップをターゲットにボンディングさせる。一般に広く使用される熱処理工程とは異なり、レーザーボンディングは、半導体チップに形成された接続部の温度のみを迅速に上昇させることができる。本実施形態の場合、レーザーボンディングを用いて半導体チップをターゲットにボンディングさせる。これにより、半導体チップ自体の過度な温度増加により発生しうる熱損傷を効果的に防止することができる。また、半導体チップの熱膨張による半導体チップとターゲットの整列不良問題を著しく減らすことができる。
【００５９】
本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置の場合、ターゲットの周囲に窒素雰囲気を形成した後、レーザーボンディングを行うことができるように構成されている。窒素供給ユニット５００の窒素排出口５２０から窒素ガスが継続的に噴射されることにより、ターゲット周辺の空気はターゲットと遮断される。窒素雰囲気が形成されると、酸素の濃度が低くなるので、ターゲットと半導体に形成された接続部の酸化問題を効果的に解決することができる。これにより、本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、酸化により発生する接合部位の汚染を最小限に抑えて検査の信頼性を向上させ、接合部位に発生しうる空隙などの不良率を下げてボンディング品質を向上させる。窒素雰囲気中で溶融された半田は、一般な空気環境で溶融された半田よりも高い表面張力を有するため、半導体チップとターゲットとがさらに強く結合できる。まとめると、本実施形態に係る窒素雰囲気レーザーボンディング装置は、窒素雰囲気中でレーザーボンディングを行うことにより、高品質のボンディング結果物を得ることができる。
【００６０】
一方、上述したように、窒素管５１１の前端に設置される窒素供給ユニット５００のガス調節部５３０は、窒素排出口５２０を介して噴射される窒素ガスの量を調節する。窒素ガスがターゲットに供給され始める時点で、ガス調節部５３０は、窒素排出口５２０から窒素ガスが十分に噴射されるように調節する。このようなガス調節部５３０の動作によって窒素ガスの濃度が急速に増加することができる。窒素ガスの濃度が十分に上昇すると、ガス調節部５３０は、窒素排出口５２０を介して噴射される窒素ガスの量が減少するように調節し、作業過程で窒素ガスの濃度が維持されるようにガス噴射量を調節する。このようなガス調節部５３０の動作によって、窒素雰囲気を迅速に形成させることができ、窒素ガスの過度な使用によるコストアップの問題を効果的に解決する。
【００６１】
以上、本発明について好適な例を挙げて説明したが、本発明の範囲は前述した説明及び図示した形態に限定されるものではない。
【００６２】
例えば、赤外線カメラ、高さセンサー及びビジョンカメラを含むレーザーヘッド２００を説明したが、レーザーヘッドの主な役割は、レーザー光を発生させて半導体チップに照射することであるので、赤外線カメラ、高さセンサー、ビジョンカメラなどの構成はいくらでも省略可能である。
【００６３】
また、ターゲット取付ユニット１００はターゲットを真空吸着して固定させるものであると説明したが、ターゲット取付ユニットの公知の様々な構成を介して、ターゲットの位置を固定することができる。例えば、ターゲット取付ユニット１００は、ターゲットの位置を固定するクランプなどの方法でターゲットを固定することができる。
【００６４】
また、前述した窒素供給ユニット３００、４００、５００のガス調節部３３０、４３０、５３０は省略可能である。
【００６５】
また、第１実施形態の場合、レーザー光が透過されるように、レーザーヘッド２００に対向する伝達部材３１０の透明部材３１２がクォーツなどの透明な材質で形成されると説明したが、透明部材は、レーザー光を透過することができる様々な透明材質に変更できる。
【００６６】
また、第１実施形態の場合、伝達部材３１０の供給流路３１３は、伝達フレーム３１１の両側面に形成され、供給流路３１３に連結される窒素排出口３２０も伝達フレーム３１１の両側面にスリット形状に形成されると説明したが、供給流路が伝達フレームに形成される位置は多様に変更できる。これと同様に、窒素排出口の形成位置も多様に変更でき、窒素排出口の形状もスリット形状ではなく様々な形状に変更できる。
【００６７】
また、第２実施形態の伝達部材４１０の透過口４１２は、伝達プレート４１１を貫通するように形成されると説明したが、透過口４１２は透明な材質で形成できる。すなわち、第２実施形態の透過口を第１実施形態の透明部材と同様にクォーツなどの材質で構成することも可能である。
【００６８】
また、第２実施形態の窒素排出口４２０は、透過口４１２の内壁に沿って配列されると説明したが、窒素排出口を伝達プレートの下面に形成させることも可能である。この場合、窒素排出口を介して噴射される窒素ガスは、伝達プレートの下側に置かれたターゲットへ直接噴射できる。
【００６９】
また、第３実施形態の窒素管５１１は、ターゲットの４面を囲むように配置されると説明したが、窒素管５１１はターゲットに窒素ガスを供給するための構成であって、窒素管の位置は多様に変更できる。
【符号の説明】
【００７０】
１００    ターゲット取付ユニット
２００    レーザーヘッド
３００、４００、５００    窒素供給ユニット
３１０、４１０、５１０    伝達部材
３１１    伝達フレーム
３１２    透明部材
３１３    供給流路
４１１    伝達プレート
４１２    透過口
４１３    供給流路
５１１    窒素管
３２０、４２０、５２０    窒素排出口
３３０、４３０、５３０    ガス調節部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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