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KR102536175B1 - 다이 본딩 장치 - Google Patents

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KR102536175B1
KR102536175B1 KR1020200136980A KR20200136980A KR102536175B1 KR 102536175 B1 KR102536175 B1 KR 102536175B1 KR 1020200136980 A KR1020200136980 A KR 1020200136980A KR 20200136980 A KR20200136980 A KR 20200136980A KR 102536175 B1 KR102536175 B1 KR 102536175B1
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die bonding
wafer stage
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robot arms
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임석택
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세메스 주식회사
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Abstract

다이 본딩 장치가 개시된다. 상기 다이 본딩 장치는, 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 스테이지와, 상기 웨이퍼 스테이지 상에 상기 웨이퍼를 로드하기 위한 웨이퍼 이송 로봇과, 상기 웨이퍼 상에 다이들을 본딩하기 위한 다이 본딩 모듈을 포함하며, 상기 웨이퍼 이송 로봇은 상기 웨이퍼의 양측 부위들을 지지하기 위한 한 쌍의 로봇 암들과 상기 로봇 암들을 수직 방향으로 이동시키기 위한 수직 구동부를 포함하고, 상기 웨이퍼 스테이지의 양측 가장자리 부위들에는 상기 로봇 암들이 삽입되는 리세스들이 구비된다.

Description

다이 본딩 장치{DIE BONDING APPARATUS}
본 발명의 실시예들은 다이 본딩 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 장치의 제조를 위하여 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 다이들을 본딩하기 위한 다이 본딩 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자들은 일련의 제조 공정들을 반복적으로 수행함으로써 반도체 기판으로서 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 상기 반도체 소자들이 형성된 웨이퍼는 다이싱 공정을 통해 복수의 다이들로 분할될 수 있으며, 상기 다이싱 공정을 통해 개별화된 다이들은 다이 본딩 공정을 통해 인쇄회로기판, 리드 프레임 또는 반도체 웨이퍼 등과 같은 기판 상에 본딩될 수 있다.
최근 실리콘 관통 전극(Through Silicon Via; TSV)을 이용하는 적층 방식의 반도체 패키지들의 경우 반도체 소자들이 형성된 웨이퍼 상에 상기 복수의 다이들을 적층하거나 인쇄회로기판 상에 복수의 다이들을 적층함으로써 제조될 수 있다. 예를 들면, 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0034858호에는 적층형 반도체 패키지들의 제조를 위한 다이 본딩 장치가 개시되어 있다.
상기 다이 본딩 장치는 상기 웨이퍼가 놓여지는 웨이퍼 스테이지를 포함할 수 있으며, 아울러 상기 웨이퍼를 상기 웨이퍼 스테이지 상에 로드하고 상기 웨이퍼 스테이지로부터 상기 웨이퍼를 언로드하기 위한 리프트 핀들이 상기 웨이퍼 스테이지를 관통하여 배치될 수 있다. 또한, 상기 다이 본딩 장치는 상기 웨이퍼의 정렬을 위해 크로스 롤러 베어링을 이용하는 로터리 유닛을 이용하여 상기 웨이퍼 스테이지를 회전 가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 로터리 유닛과 상기 웨이퍼 스테이지 사이에는 상기 리프트 핀들의 구동을 위한 핀 구동부가 배치될 수 있다.
그러나, 상기 다이들을 상기 웨이퍼 상에 본딩하는 동안 상기 웨이퍼 스테이지에 인가되는 가압력에 의해 상기 웨이퍼 스테이지가 기울어질 수 있으며 이에 의해 상기 웨이퍼와 다이 또는 상기 적층된 다이들 사이의 정렬이 어긋날 수 있다. 결과적으로, 상기 웨이퍼와 상기 다이들 사이의 전기적인 연결이 정상적으로 이루어지지 않은 불량이 발생될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0034858호 (공개일자 2019년 04월 03일)
본 발명의 실시예들은 웨이퍼의 지지를 위한 구조물의 강성을 향상시키고 아울러 상기 웨이퍼의 수평도를 일정하게 유지할 수 있는 다이 본딩 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 장치는, 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 스테이지와, 상기 웨이퍼 스테이지 상에 상기 웨이퍼를 로드하기 위한 웨이퍼 이송 로봇과, 상기 웨이퍼 상에 다이들을 본딩하기 위한 다이 본딩 모듈을 포함할 수 있으며, 상기 웨이퍼 이송 로봇은 상기 웨이퍼의 양측 부위들을 지지하기 위한 한 쌍의 로봇 암들과 상기 로봇 암들을 수직 방향으로 이동시키기 위한 수직 구동부를 포함하고, 상기 웨이퍼 스테이지의 양측 가장자리 부위들에는 상기 로봇 암들이 삽입되는 리세스들이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 로봇 암들은 각각 상기 웨이퍼의 가장자리 부위들을 지지하기 위한 핑거 부재들을 포함하며, 상기 핑거 부재들에는 상기 웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 진공홀이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 핑거 부재들의 단부에는 상기 웨이퍼의 가장자리 부위들을 지지하기 위한 단차부가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 웨이퍼 이송 로봇은, 상기 로봇 암들을 서로 가까워지는 방향 및 서로 멀어지는 방향으로 이동시키기 위한 수평 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 로봇 암들 중 어느 하나에 장착되는 핑거 부재들은 상기 로봇 암들의 이동 방향과 평행한 방향으로 이동이 가능하도록 상기 하나의 로봇 암에 탄성적으로 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 핑거 부재들의 단차부들의 측면에는 상기 웨이퍼의 회전이 가능하도록 상기 웨이퍼의 측면을 지지하는 정렬 롤러가 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다이 본딩 장치는, 상기 웨이퍼 스테이지의 하부에 배치되며 상기 웨이퍼를 기 설정된 본딩 온도로 가열하기 위한 판상의 히터와, 상기 히터 아래에 배치되며 상기 히터로부터 하방으로의 열전달을 방지하기 위한 단열 플레이트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다이 본딩 장치는, 상기 웨이퍼 스테이지를 회전 가능하도록 지지하는 로터리 유닛과, 상기 웨이퍼의 정렬을 위해 상기 웨이퍼 스테이지를 회전시키는 회전 구동 유닛들 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 로터리 유닛은 평탄한 하부면을 갖는 상부 구조물과 상기 상부 구조물이 놓여지는 평탄한 상부면을 갖는 하부 구조물을 포함하며, 상기 하부 구조물은 상기 웨이퍼 스테이지의 회전을 위해 공기압을 이용하여 상기 상부 구조물을 부상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 구조물은, 상기 평탄한 하부면을 갖고 상기 하부 구조물 상에 놓여지며 디스크 형태를 갖는 로터리 부재와, 상기 로터리 부재 상에 배치되며 상기 웨이퍼 스테이지를 지지하는 서포트 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 구조물은, 상기 평탄한 상부면을 갖고 상기 로터리 부재의 하부면 상에 상기 공기압을 제공하는 부상 플레이트와, 상기 부상 플레이트 상에 배치되며 상기 상부 구조물의 회전을 가이드하기 위해 상기 로터리 부재를 감싸는 링 형태를 갖는 가이드 부재를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래 기술과 다르게 상기 웨이퍼 스테이지와 상기 로터리 유닛 사이에는 종래의 리프트 핀 설치를 위한 공간이 필요하지 않으므로 상기 웨이퍼 스테이지의 강성이 크게 향상될 수 있다. 또한, 상기 로터리 유닛을 평탄한 하부면을 갖는 상부 구조물과 평탄한 상부면을 갖는 하부 구조물을 이용하여 구성함으로써 다이 본딩 공정이 수행되는 동안 상기 웨이퍼 스테이지에 인가되는 하중을 안정적으로 지지할 수 있으며, 이를 통해 상기 다이 본딩 공정이 수행되는 동안 상기 웨이퍼 스테이지의 기울어짐을 충분히 방지할 수 있다. 결과적으로, 상기 다이 본딩 공정이 수행되는 동안 상기 웨이퍼의 수평도를 안정적으로 유지할 수 있으며 이를 통해 공정 불량을 크게 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 이송 로봇을 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 로봇 암들을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 웨이퍼 스테이지를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 로봇 암들의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 웨이퍼 스테이지를 회전 가능하도록 지지하는 로터리 유닛을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 상부 구조물이 하부 구조물로부터 부상된 상태를 설명하는 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 로터리 유닛의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 6에 도시된 상부 구조물을 하부 구조물에 고정시키기 위한 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 10은 도 1에 도시된 회전 구동 유닛을 설명하기 위한 개략적인 확대 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 장치(100)는 웨이퍼(10) 상에 다이들(20; 도 6 참조)을 본딩하기 위하여 또는 웨이퍼(10) 상에 본딩된 하부 다이 상에 상부 다이를 본딩하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 다이 본딩 장치(100)는 상기 웨이퍼(10) 상에 다이들(20)을 본딩하거나, 상기 웨이퍼(10) 상에 기 본딩된 하부 다이 상에 상부 다이를 본딩하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 다이 본딩 장치(100)는 상기 웨이퍼(10)를 지지하기 위한 스테이지 유닛(110)과, 상기 웨이퍼(10) 상에 상기 다이(20)를 본딩하기 위한 다이 본딩 모듈(140)을 포함할 수 있다. 상기 다이 본딩 모듈(140)은 상기 다이(20)를 상기 웨이퍼(10) 상에 본딩하기 위한 본딩 헤드(142)와, 상기 본딩 헤드(142)를 수직 방향 및 수평 방향으로 이동시키기 위한 헤드 구동 유닛(144)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 상기 헤드 구동 유닛(144)은 상기 다이(20)를 본딩하기 위하여 수직 방향으로 본딩 헤드(142)를 이동시킬 수 있으며, 아울러 상기 다이(20)를 정렬하기 위하여 상기 본딩 헤드(142)를 수평 방향, 예를 들면, Y축 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 다이 본딩 장치(100)는 상기 Y축 방향으로 연장하는 갠트리 구조물들(148)을 포함할 수 있으며, 상기 헤드 구동 유닛(144)은 상기 갠트리 구조물들(148) 상에서 상기 본딩 헤드(142)를 상기 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다. 한편, 상기 본딩 헤드(142)의 하부에는 상기 다이(20)를 픽업하고 상기 웨이퍼(10) 상에 가압하기 위한 본딩 툴(146; 도 6 참조)이 배치될 수 있다.
상기 스테이지 유닛(110)은 상기 웨이퍼(10)를 정렬하기 위하여 스테이지 구동 유닛(150)에 의해 상기 수평 방향에 수직하는 제2 수평 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들면, 상기 스테이지 구동 유닛(150)은 상기 스테이지 유닛(110)을 상기 제2 수평 방향, 예를 들면, X축 방향으로 이동시킬 수 있다.
한편, 상기 갠트리 구조물들(148) 중 하나에는 상기 웨이퍼(10) 상에 상기 다이들(20)이 본딩될 영역들을 검출하기 위한 카메라 유닛(152)이 상기 Y축 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있으며, 상기 갠트리 구조물들(148) 중 하나 상에는 상기 카메라 유닛(152)을 이동시키기 위한 카메라 구동부(154)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 갠트리 구조물들(148)과 평행하게 제2 갠트리 구조물(156)이 배치될 수 있으며, 상기 제2 갠트리 구조물(156)에는 상기 웨이퍼(10) 상의 오염 물질들을 제거하기 위한 클리닝 유닛(158)이 장착될 수 있다. 상기 클리닝 유닛(158)은 상기 웨이퍼(10) 상으로 에어를 분사하고 상기 오염 물질을 흡입하여 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테이지 유닛(110)은 상기 웨이퍼(10)를 지지하기 위한 웨이퍼 스테이지(112)를 포함할 수 있으며, 상기 다이 본딩 장치(100)는 상기 웨이퍼 스테이지(112) 상에 상기 웨이퍼(10)를 로드하기 위한 웨이퍼 이송 로봇(200)을 포함할 수 있다. 아울러, 도시되지는 않았으나, 상기 다이 본딩 장치(100)는 복수의 웨이퍼들(10)이 수납된 카세트(미도시)가 놓여지는 로드 포트(미도시)와 상기 카세트로부터 상기 웨이퍼(10)를 인출하여 상기 웨이퍼 이송 로봇(200)으로 전달하기 위한 제2 웨이퍼 이송 로봇(미도시)을 포함할 수 있다.
또한, 도시되지는 않았으나, 상기 다이 본딩 장치(100)는 상기 다이들(20)을 공급하기 위한 다이 공급 모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 다이 공급 모듈은 다이싱 테이프 상에 부착된 다이들을 픽업하여 다이 스테이지 또는 다이 셔틀로 이송할 수 있으며, 상기 다이 본딩 모듈(140)은 상기 다이 스테이지 또는 다이 셔틀 상의 다이(20)를 픽업하여 상기 웨이퍼(10) 상에 본딩할 수 있다. 상기와 다르게, 상기 다이 공급 모듈은 상기 다이들을 제공하기 위한 캐리어 테이프로부터 상기 다이들을 공급할 수도 있다. 그러나, 상기에서 설명한 다이 본딩 장치(100)의 구성은 다양하게 변경 가능하며, 이에 따라 상기에서 설명된 다이 본딩 장치(100)의 구성에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 이송 로봇을 설명하기 위한 개략적인 측면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 로봇 암들을 설명하기 위한 개략적인 평면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 웨이퍼 스테이지를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 웨이퍼 이송 로봇(200)은, 상기 웨이퍼(10)의 양측 부위들을 지지하기 위한 한 쌍의 로봇 암들(210)과, 상기 로봇 암들(210)을 수직 방향으로 이동시키기 위한 수직 구동부(220)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 수직 구동부(220)는 상기 스테이지 구동 유닛(150)의 상부에 배치되는 제3 갠트리 구조물(202)에 장착될 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼 이송 로봇(200)은, 상기 제2 웨이퍼 이송 로봇으로부터 상기 웨이퍼(10)를 전달받고 상기 웨이퍼(10)를 상기 웨이퍼 스테이지(112) 상에 전달하기 위해 상기 로봇 암들(210)을 서로 가까워지는 방향 및 서로 멀어지는 방향으로 이동시키기 위한 수평 구동부(230)를 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼 스테이지(112)의 양측 부위들에는 상기 로봇 암들(210)이 삽입되는 리세스들(112A)이 구비될 수 있다. 일 예로서, 상기 로봇 암들(210)은 각각 상기 웨이퍼(10)의 가장자리 부위들을 지지하기 위한 핑거 부재들(212)을 포함할 수 있으며, 상기 핑거 부재들(212)에는 상기 웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 진공홀(214)이 구비될 수 있다.
특히, 상기 핑거 부재들(212)의 단부에는 상기 웨이퍼(10)의 가장자리 부위를 지지하기 위한 단차부(216)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 웨이퍼(10)의 가장자리 부위는 상기 단차부(216)의 저면(216A) 상에 지지될 수 있으며, 상기 진공홀(214)은 상기 단차부(216)의 저면(216A) 상에 배치될 수 있다.
상기 수평 구동부(230)는 상기 웨이퍼(10)를 전달받기 위해 상기 로봇 암들(210)을 서로 가까워지는 방향으로 이동시킬 수 있으며, 이어서 상기 웨이퍼(10)가 상기 단차부들(216) 상에 놓여질 수 있다. 이때, 상기 수평 구동부(230)는 상기 웨이퍼(10)가 상기 단차부들(216) 상에 놓여진 후 다시 서로 가까워지는 방향으로 상기 로봇 암들(210)을 이동시킬 수 있으며, 이에 의해 상기 웨이퍼(10)의 측면 부위들이 상기 단차부(216)의 측면들(216B) 상에 밀착될 수 있다. 결과적으로, 상기 로봇 암들(210) 상에서 상기 웨이퍼(10)의 중심 정렬이 이루어질 수 있다.
특히, 상기 로봇 암들(210) 중 어느 하나에 장착되는 핑거 부재들(212)은 상기 로봇 암들(210)의 이동 방향과 평행한 방향으로 이동이 가능하도록 상기 하나의 로봇 암(210)에 장착될 수 있다. 예를 들면, 상기 핑거 부재들(212)과 상기 하나의 로봇 암(210) 사이에는 스프링과 같은 탄성 부재(218)가 배치될 수 있으며, 이에 의해 상기 웨이퍼(10)의 중심 정렬이 수행되는 과정에서 상기 로봇 암들(210)에 의해 상기 웨이퍼(10)가 손상되는 문제점이 해결될 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 로봇 암들의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 단차부들(216)의 측면 부위에는 상기 웨이퍼(10)의 측면에 밀착되는 정렬 롤러(240)가 각각 구비될 수 있다. 상기 정렬 롤러들(240)은 상기 웨이퍼(10)의 중심 정렬을 수행하는 동안 상기 웨이퍼(10)의 회전이 가능하도록 상기 웨이퍼(10)의 측면 부위들을 지지할 수 있다.
상기와 같이 상기 웨이퍼(10)가 상기 로봇 암들(210) 상으로 전달된 후 상기 수직 구동부(220)는 상기 로봇 암들(210)을 하강시킬 수 있으며, 이에 의해 상기 웨이퍼(10)가 상기 웨이퍼 스테이지(112) 상에 로드될 수 있다. 이때, 상기 핑거 부재들(212)의 단부들은 상기 웨이퍼 스테이지(112)의 가장자리 부위들에 형성된 상기 리세스들(112A) 내부로 삽입될 수 있으며, 상기 웨이퍼(10)가 상기 웨이퍼 스테이지(112) 상에 놓여진 후 상기 수평 구동부(230)는 상기 로봇 암들(210)을 서로 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다. 이어서, 상기 수직 구동부(220)는 상기 로봇 암들(210)을 상승시킬 수 있으며, 이에 의해 상기 웨이퍼(10)의 로드가 완료될 수 있다.
한편, 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 스테이지(112)에는 상기 웨이퍼(10)를 진공 흡착하기 위한 복수의 진공홀들(112B)이 구비될 수 있으며, 아울러 상기 웨이퍼 스테이지(112)의 상부면에는 상기 진공홀들(112B)과 연결되는 진공 채널들(112C)이 구비될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 웨이퍼 스테이지(112)의 하부에는 상기 웨이퍼(10)를 기 설정된 본딩 온도로 가열하기 위한 판상의 히터(미도시)가 배치될 수 있으며, 상기 히터의 하부에는 상기 히터로부터 하방으로의 열전달을 방지하기 위한 단열 플레이트(미도시)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 단열 플레이트는 상기 웨이퍼 스테이지(112)를 지지하기 위한 서포트 플레이트(120; 도 6 참조)로의 열전달을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다이 본딩 장치(100)는 상기 웨이퍼 스테이지(112)를 회전 가능하도록 지지하는 로터리 유닛(114; 도 6 참조)과, 상기 웨이퍼(10)의 정렬을 위해 상기 웨이퍼 스테이지(112)를 회전시키는 회전 구동 유닛(180)을 포함할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 웨이퍼 스테이지를 회전 가능하도록 지지하는 로터리 유닛을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 상부 구조물이 하부 구조물로부터 부상된 상태를 설명하는 개략적인 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 로터리 유닛(114)은, 평탄한 하부면을 갖는 상부 구조물(116)과, 상기 상부 구조물(116)이 놓여지는 평탄한 하부면을 갖는 하부 구조물(122)을 포함할 수 있으며, 상기 스테이지 구동 유닛(150)의 가동 플레이트(160) 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 하부 구조물(122)은 상기 웨이퍼 스테이지(112)의 회전을 위해 공기압을 이용하여 상기 상부 구조물(116)을 부상시킬 수 있다.
상기 상부 구조물(116)은, 상기 평탄한 하부면을 갖고 상기 하부 구조물(122) 상에 놓여지며 디스크 형태를 갖는 로터리 부재(118)와, 상기 로터리 부재(118) 상에 배치되며 상기 웨이퍼 스테이지(112)를 지지하는 서포트 플레이트(120)를 포함할 수 있다.
상기 하부 구조물(122)은, 상기 평탄한 상부면을 갖고 상기 로터리 부재(118)의 하부면 상에 상기 공기압을 제공하는 부상 플레이트(124)와, 상기 부상 플레이트(124) 상에 배치되며 상기 상부 구조물(116)의 회전을 가이드하기 위해 상기 로터리 부재(118)를 감싸는 원형 링 형태를 갖는 가이드 부재(126)를 포함할 수 있다. 상기 하부 구조물(122)은 상기 상부 구조물(116)의 하부면 즉 상기 로터리 부재(118)의 하부면 상에 공기를 분사하기 위한 다공질 블록들(128; porous blocks)을 포함할 수 있다. 상기 다공질 블록들(128)은 상기 부상 플레이트(124)의 상부 표면 부위들 내에 배치될 수 있으며, 압축 공기를 제공하기 위한 압축 공기 제공부(132)와 연결될 수 있다.
또한, 상기 가이드 부재(126)는 상기 로터리 부재(118)의 측면 상에 공기압을 제공하여 비접촉 방식으로 상기 상부 구조물(116)의 회전을 가이드할 수 있다. 예를 들면, 상기 가이드 부재(126)의 내측면 부위들에는 제2 다공질 블록들(130)이 장착될 수 있으며, 상기 제2 다공질 블록들(130)은 상기 압축 공기 제공부(132)와 연결될 수 있다. 상기 웨이퍼(10)의 정렬이 필요한 경우, 상기 상부 구조물(116)은 상기 다공질 블록들(128)과 상기 제2 다공질 블록들(130)로부터 분사되는 공기에 의해 부상될 수 있으며, 상기와 같이 부상된 상태에서 상기 회전 구동 유닛(180)은 상기 웨이퍼 스테이지(112)를 회전시켜 상기 웨이퍼(10)의 각도 정렬을 수행할 수 있다.
상기와 같이 웨이퍼(10)의 정렬이 완료된 후 상기 압축 공기의 공급이 중단될 수 있으며, 상기 다공질 블록들(128)에는 상기 상부 구조물(116)을 상기 하부 구조물(122) 상에 고정시키기 위하여 진공이 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 다공질 블록들(128)은 진공 제공부(134)와 연결될 수 있으며, 상기 스테이지 유닛(110)은 상기 다공질 블록들(128)과 상기 제2 다공질 블록들(130)에 상기 압축 공기의 제공을 단속하고 상기 다공질 블록들(128)에 상기 진공 제공을 단속하기 위한 제어 밸브들(136)을 포함할 수 있다.
도 8은 도 6에 도시된 로터리 유닛의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 로터리 유닛(114)은 상기 상부 구조물(116)을 부상시키기 위해 압축 공기를 분사하는 복수의 공기 노즐들(162)과 상기 상부 구조물(116)의 회전을 가이드하기 위해 압축 공기를 분사하는 복수의 제2 공기 노즐들(164)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 공기 노즐들(162)은 상기 부상 플레이트(124)의 상부 표면 부위들에 배치될 수 있으며 상기 압축 공기 제공부(132) 및 상기 진공 제공부(134)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 공기 노즐들(164)은 상기 가이드 부재(126)의 내측면 부위들에 배치될 수 있으며 상기 압축 공기 제공부(132)와 연결될 수 있다.
도 9는 도 6에 도시된 상부 구조물을 하부 구조물에 고정시키기 위한 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 9를 참조하면, 상기 스테이지 유닛(110)은 상기 상부 구조물(116)을 상기 하부 구조물(122)에 고정시키기 위한 고정 유닛(166)을 포함할 수 있다. 상기 고정 유닛(166)은, 상기 상부 구조물(116) 내부, 예를 들면, 상기 로터리 부재(118) 내에 배치되는 고정 헤드(168)와, 상기 고정 헤드(168)를 수직 방향으로 이동시키기 위한 제2 수직 구동부(170)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 상부 구조물(116)의 내부 즉 상기 로터리 부재(118)의 내부에는 상기 고정 헤드(168)가 수직 방향으로 이동 가능하도록 배치되는 내부 공간(172)이 구비될 수 있으며, 상기 제2 수직 구동부(170)는 상기 내부 공간 아래에 위치되는 상기 상부 구조물(116)의 하부면 부위가 상기 고정 헤드(168)에 의해 하방으로 가압되도록 상기 고정 헤드(168)를 하강시킬 수 있다. 일 예로서, 상기 제2 수직 구동부(170)는 상기 상부 구조물(116)의 하부면 부위를 관통하여 상기 고정 헤드(168)에 연결되는 공압 실린더를 포함할 수 있다. 결과적으로, 상기 로터리 부재(118)의 하부면이 상기 부상 플레이트(124)의 상부면에 밀착될 수 있으며 상기 제2 수직 구동부(170)에 의해 상기 밀착 상태가 유지될 수 있다.
도 10은 도 1에 도시된 회전 구동 유닛을 설명하기 위한 개략적인 확대 평면도이다.
도 10을 참조하면, 상기 웨이퍼 스테이지(112)의 측면 부위 또는 상기 서포트 플레이트(120)의 측면 부위에는 상기 회전 구동 유닛(180)과 연결되는 구동핀(178)이 수직 방향으로 구비될 수 있으며, 상기 회전 구동 유닛(180)은, 상기 구동핀(178)이 수평 방향으로 삽입되는 홈(184)이 형성된 구동 부재(182)와, 상기 웨이퍼 스테이지(112)가 상기 로터리 유닛(114)의 회전 중심축을 기준으로 회전 가능하도록 상기 구동 부재(182)를 접선 방향으로 이동시키는 회전 구동부(186)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 회전 구동부(186)는 모터와 볼 스크루 등을 이용하여 구성될 수 있다. 한편, 상기 구동핀(178)이 상기 구동 부재(182)의 홈(184) 내에서 수직 방향으로 이동될 수 있으므로 상기 상부 구조물(116)이 부상되는 경우에도 상기 웨이퍼 스테이지(112)의 회전이 안정적으로 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래 기술과 다르게 상기 웨이퍼 스테이지(112)와 상기 로터리 유닛(114) 사이에는 종래의 리프트 핀 설치를 위한 공간이 필요하지 않으므로 상기 웨이퍼 스테이지(112)의 강성이 크게 향상될 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼 스테이지(112) 상의 웨이퍼(10)는 상기 로터리 유닛(114)에 의해 부상된 상태에서 정렬될 수 있으며, 상기 웨이퍼(10)의 정렬 후 상기 로터리 유닛(114)의 상부 구조물(116)은 상기 하부 구조물(122) 상에 놓여질 수 있다. 이때, 상기 상부 구조물(116)이 평탄한 하부면을 갖고 상기 하부 구조물(122)이 평탄한 상부면을 가지므로 상기 웨이퍼(10)의 가장자리 부위에서 본딩 공정이 수행되는 경우에도 상기 웨이퍼 스테이지(112)의 기울어짐을 방지할 수 있다. 특히, 상기 상부 구조물(116)이 상기 진공 제공부(134) 또는 상기 고정 유닛(166)에 의해 상기 하부 구조물(122)에 견고하게 고정될 수 있으므로 상기 웨이퍼 스테이지(112)의 수평도를 매우 안정적으로 유지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 웨이퍼 20 : 다이
100 : 다이 본딩 장치 110 : 스테이지 유닛
112 : 기판 스테이지 112A : 리세스
112B : 진공홀 112C : 진공 채널
114 : 로터리 유닛 116 : 상부 구조물
118 : 로터리 부재 120 : 서포트 플레이트
122 : 하부 구조물 124 : 부상 플레이트
126 : 가이드 부재 140 : 본딩 모듈
142 : 본딩 헤드 144 : 헤드 구동부
200 : 웨이퍼 이송 로봇 210 : 로봇 암
212 : 핑거 부재 214 : 진공홀
216 : 단차부 218 : 탄성 부재
220 : 수직 구동부 230 : 수평 구동부
240 : 정렬 롤러

Claims (13)

  1. 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 스테이지;
    상기 웨이퍼 스테이지 상에 상기 웨이퍼를 로드하기 위한 웨이퍼 이송 로봇;
    상기 웨이퍼 스테이지를 회전 가능하도록 지지하는 로터리 유닛;
    상기 웨이퍼의 정렬을 위해 상기 웨이퍼 스테이지를 회전시키는 회전 구동 유닛; 및
    상기 웨이퍼 상에 다이들을 본딩하기 위한 다이 본딩 모듈을 포함하되,
    상기 웨이퍼 이송 로봇은 상기 웨이퍼의 양측 부위들을 지지하기 위한 한 쌍의 로봇 암들과 상기 로봇 암들을 수직 방향으로 이동시키기 위한 수직 구동부를 포함하며, 상기 웨이퍼 스테이지의 양측 가장자리 부위들에는 상기 로봇 암들이 삽입되는 리세스들이 구비되고,
    상기 로터리 유닛은, 평탄한 하부면을 갖는 상부 구조물과, 상기 상부 구조물이 놓여지는 평탄한 상부면을 갖는 하부 구조물을 포함하고, 상기 하부 구조물은 상기 웨이퍼 스테이지의 회전을 위해 공기압을 이용하여 상기 상부 구조물을 부상시키며,
    상기 웨이퍼의 정렬 후 상기 상부 구조물은 고정 유닛에 의해 상기 하부 구조물 상에 고정되고, 상기 고정 유닛은, 상기 상부 구조물의 내부에 배치되는 고정 헤드와, 상기 고정 헤드를 수직 방향으로 이동시키기 위한 제2 수직 구동부를 포함하며, 상기 상부 구조물의 내부에는 상기 고정 헤드가 수직 방향으로 이동 가능하도록 구성되는 내부 공간이 구비되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 로봇 암들은 각각 상기 웨이퍼의 가장자리 부위들을 지지하기 위한 핑거 부재들을 포함하며, 상기 핑거 부재들에는 상기 웨이퍼를 진공 흡착하기 위한 진공홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 핑거 부재들의 단부에는 상기 웨이퍼의 가장자리 부위들을 지지하기 위한 단차부가 구비되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 웨이퍼 이송 로봇은,
    상기 로봇 암들을 서로 가까워지는 방향 및 서로 멀어지는 방향으로 이동시키기 위한 수평 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 로봇 암들 중 어느 하나에 장착되는 핑거 부재들은 상기 로봇 암들의 이동 방향과 평행한 방향으로 이동이 가능하도록 상기 하나의 로봇 암에 탄성적으로 장착되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 핑거 부재들의 단차부들의 측면에는 상기 웨이퍼의 회전이 가능하도록 상기 웨이퍼의 측면을 지지하는 정렬 롤러가 장착되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 스테이지의 하부에 배치되며 상기 웨이퍼를 기 설정된 본딩 온도로 가열하기 위한 판상의 히터와,
    상기 히터 아래에 배치되며 상기 히터로부터 하방으로의 열전달을 방지하기 위한 단열 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 상부 구조물은,
    상기 평탄한 하부면을 갖고 상기 하부 구조물 상에 놓여지며 디스크 형태를 갖는 로터리 부재와,
    상기 로터리 부재 상에 배치되며 상기 웨이퍼 스테이지를 지지하는 서포트 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 하부 구조물은,
    상기 평탄한 상부면을 갖고 상기 로터리 부재의 하부면 상에 상기 공기압을 제공하는 부상 플레이트와,
    상기 부상 플레이트 상에 배치되며 상기 상부 구조물의 회전을 가이드하기 위해 상기 로터리 부재를 감싸는 링 형태를 갖는 가이드 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
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