KR100877150B1 - 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 가공 시스템이 개시된다. 본 발명의 레이저 가공 시스템은, 가공 대상의 웨이퍼(Wafer)에 대한 예비 정렬 및 코팅(Coating)을 수행하여 웨이퍼를 공급하는 공급유닛; 공급유닛에서 예비정렬 및 코팅이 완료된 웨이퍼를 이송하는 이송유닛; 및 이송유닛으로부터 웨이퍼를 전달받아 레이저(Laser)를 이용하여 웨이퍼에 절단선을 형성하며, 공급유닛 또는 이송유닛에 의해 발생된 진동이 전달되는 것을 차단하도록 공급유닛 또는 이송유닛과 기구적으로 분리된 가공유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 다른 구성요소로부터 스테이지에 전달되는 진동을 최소화함으로써 웨이퍼 상에 연속적으로 레이저를 조사하는 경우에도 웨이퍼 상에 절단선을 매끄럽게 형성할 수 있다.
웨이퍼, 레이저, 가공, 절단, 스테이지, 재진대, 스캐너

Description

레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법{System for laser cutting and method for laser cutting}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템의 평면도이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공 시스템에 구비된 카세트 엘리베이터부의 사시도이다.
도 3은 도 1의 레이저 가공 시스템에 구비된 이송유닛의 평면도이다.
도 4는 도 1의 레이저 가공 시스템에 구비된 스테이지부의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 공급유닛 110 : 카세트 엘리베이터부
120 : 예비 정렬부 124 : 베이스 플레이트
140 : 공급유닛 프레임 200 : 이송유닛
210 : 헤드부 210 : 제1 헤드부
220 : 제2 헤드부 250 : 지지구동부
300 : 가공유닛 310 : 스테이지부
311 : 스테이지 312 : 정반
313 : 자바라 314 : 재진대
320 : 레이저부 321 : 레이저 소스
322 : 스캐너 330 : 가공유닛 커버
본 발명은, 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 웨이퍼 상에 연속적으로 레이저를 조사하는 경우에도 웨이퍼 상에 절단선을 매끄럽게 형성할 수 있는 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 회로 패턴이 완성된 웨이퍼(Wafer)는 절단 공정을 거쳐 개별 칩(Chip) 단위로 분리된다. 웨이퍼 절단 공정에서 핵심이 되는 공정은 웨이퍼에 절단선을 형성하는 것이며, 웨이퍼 상에 절단선을 형성하는 방법으로 접촉식과 비접촉식을 들 수 있다. 여기서 접촉식이란 절단 날을 회전시켜 가공 대상의 웨이퍼에 접촉시킴으로써 웨이퍼에 절단선을 형성하는 방식을 뜻하며, 비접촉식이란 레이저(Laser)를 이용함으로써 웨이퍼에 절단 날과 같은 기구를 접촉하지 않고 웨이퍼에 절단선을 형성하는 방식을 뜻한다.
접촉식의 경우, 절단선 형성 과정에서 상대적으로 많은 부산물이 발생되고 절단 속도가 느릴 뿐만 아니라 넓은 절단 폭으로 인하여 비교적 작은 크기의 칩을 생산에 사용되는 웨이퍼에 적용하기 어려운 점이 있다. 이에, 최근에는 레이저를 이용하는 비접촉식 절단 방식에 대한 연구와 이용이 활발하게 이루어지고 있다.
레이저를 이용하여 웨이퍼 상에 절단선을 형성하는 경우, 본격적인 절단선의 형성에 앞서 웨이퍼를 예비정렬시키고 코팅 물질을 입히는 것과 같은 사전준비 작업이 행해진다. 이러한 예비정렬, 코팅, 절단 등의 일련의 과정들은, 웨이퍼에 대한 사전준비를 행하여 웨이퍼를 공급하는 공급유닛, 웨이퍼 전달을 수행하는 이송유닛 및 웨이퍼에 절단선을 형성하는 가공유닛을 구비하는 레이저 가공 시스템에 의해 이루어질 수 있다.
이때 가공유닛에는, 레이저 빔의 조사각을 일정범위에서 반복되도록 조절하여 웨이퍼가 정지하고 있더라도 웨이퍼 상에 소폭의 절단선이 형성될 수 있도록 하는 이른바 빔 스캐너(Beam scanner)가 구비될 수 있다. 그리하여 빔 스캐너를 통하여 소폭의 절단선이 형성되면 레이저의 조사를 일시적으로 멈추고 웨이퍼가 지지된 스테이지를 소폭 이동한 후 다시 빔 스캐너를 통하여 소폭의 절단선을 형성하는 과정을 반복하게 된다. 이와 같은 절단선의 형성 방식에 의하면 절단선이 불연속적으로 형성됨으로 인하여 절단선이 요구되는 수준으로 매끄럽게 형성되기 어려울 뿐 아니라 시간적인 면에서 공정의 효율성이 저하되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 하나의 절단선에 대해 빔 스캐너를 통해 레이저를 조사함과 동시에 웨이퍼를 지지하는 스테이지를 이동시키는 방안을 제안될 수 있다. 하지만, 이러한 방식에서는 공급유닛 또는 이송유닛에서 발생되는 진동이 문제된다. 즉, 공급유닛과 이송유닛에는 구동수단으로서 다수의 모터들이 구비되며, 이러한 모터들에서 발생된 진동은 다양한 경로로 웨이퍼가 지지되는 스테이지에 전달될 수 있다. 이러한 진동을 차단하지 않은 채로 스테이지를 이동시킬 경우, 스테이지 상에 지지된 웨이퍼에는 매끄러운 절단선이 형성되기 어렵다.
이에 웨이퍼에 레이저를 조사함과 동시에 웨이퍼를 지지하는 스테이지를 이동시키는 레이저 가공 시스템에서는 다른 구성요소로부터 스테이지에 전달되는 진동을 억제할 방안이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 다른 구성요소로부터 스테이지에 전달되는 진동을 최소화함으로써 웨이퍼 상에 연속적으로 레이저를 조사하는 경우에도 웨이퍼 상에 절단선을 매끄럽게 형성할 수 있는 레이저 가공 시스템 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 가공 대상의 웨이퍼(Wafer)에 대한 예비 정렬 및 코팅(Coating)을 수행하여 웨이퍼를 공급하는 공급유닛; 공급유닛에서 예비정렬 및 코팅이 완료된 웨이퍼를 이송하는 이송유닛; 및 이송유닛으로부터 웨이퍼를 전달받아 레이저(Laser)를 이용하여 웨이퍼에 절단선을 형성하며, 공급유닛 또는 이송유닛에 의해 발생된 진동이 전달되는 것을 차단하도록 공급유닛 또는 이송유닛과 기구적으로 분리된 가공유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템에 의해 달성된다.
여기서, 가공유닛은, 이송유닛으로부터 웨이퍼를 전달받아 지지하는 스테이지부; 및 스테이지부가 지지하는 웨이퍼에 레이저를 조사하여 웨이퍼에 절단선을 형성하는 레이저부를 포함할 수 있다.
그리고, 스테이지부는, 웨이퍼를 지지하는 스테이지; 상측에 스테이지가 설 치되는 정반; 및 정반에 설치되며, 스테이지를 수평구동하는 수평구동수단을 포함할 수 있다.
또한, 정반의 하면에는, 공급유닛 또는 이송유닛으로부터 발생된 진동이 바닥을 통하여 스테이지로 전달되는 것을 저지하는 적어도 하나의 재진대(Isolator)가 결합될 수 있다.
그리고, 재진대는, 압축공기가 주입되는 압축공기 주입형으로 4개 마련되어 사각구도로 배치될 수 있다.
또한, 정반의 상측에는, 정반의 내부로 분진이 침투하는 것을 저지하는 자바라가 설치될 수 있다.
그리고, 수평구동수단은, 레이저부가 웨이퍼에 레이저를 조사하면서 스테이지를 수평구동할 수 있다.
또한, 수평구동수단은, 수평 방향을 따르는 일축인 X축을 따라 스테이지를 구동하는 X축 리니어 모터(Linear motor); 및 수평 방향을 따르며 X축에 직교하는 Y축을 따라 스테이지를 구동하는 Y축 리니어 모터를 포함할 수 있다.
그리고, 레이저부는, 레이저를 발생시키는 레이저 소스(Laser source); 및 레이저가 웨이퍼에 조사되는 각을 일정각도 범위에서 변화시키는 빔 스캐너(Beam scanner)를 포함할 수 있다.
또한, 공급유닛은, 웨이퍼의 공급을 위한 카세트 엘리베이터부; 카세트 엘리베이터부에 인접하게 마련되며, 카세트 엘리베이터부로부터 이송된 웨이퍼에 대한 예비 정렬을 수행하는 예비 정렬부; 예비 정렬부의 하방에 마련되며, 웨이퍼의 표 면에 코팅물질을 코팅하는 스피너부; 및 카세트 엘리베이터부, 예비 정렬부 및 스피너부가 설치되는 공급유닛 프레임을 포함하며, 스피너부는, 웨이퍼 상에 세정액을 분사하는 분사노즐; 분사노즐에 결합되며, 세정액이 예비 정렬부 측으로 비산하는 것을 방지하는 비산방지커버; 공급유닛 프레임에 결합되어 웨이퍼의 주변으로 비산하는 세정액을 흡수하는 흡수부재; 및 공급유닛 프레임에 마련되어 세정액의 예비 정렬부 측으로의 비산경로를 차단하는 프레임커버를 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적은, 웨이퍼(Wafer)를 공급하는 공급유닛으로부터 웨이퍼를 이송하는 단계; 및 공급유닛 또는 웨이퍼를 이송하는 이송유닛에 의해 발생된 진동이 전달되는 것을 차단하도록 공급유닛 또는 이송유닛과 기구적으로 분리된 가공유닛에서 웨이퍼에 대하여 절단선이 형성될 영역에 레이저를 조사하면서 웨이퍼를 절단선이 형성될 방향에 대하여 이동시켜 웨이퍼에 절단선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법에 의해서도 달성된다.
여기서, 가공유닛은, 공급유닛 또는 이송유닛으로부터 발생된 진동이 바닥을 통하여 전달되는 것을 저지하는 적어도 하나의 재진대를 포함할 수 있다.
그리고, 공급유닛에서 웨이퍼에 대한 예비정렬 및 코팅을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 웨이퍼의 이동 폭은 절단선의 길이가 되도록 웨이퍼를 절단선이 형성될 방향에 대하여 이동시킬 수 있다.
그리고, 웨이퍼를 절단선이 형성될 방향에 대하여 왕복하도록 이동시킬 수 있다.
또한, 웨이퍼에 조사되는 레이저는 빔 스캐너(Beam scanner)를 통하여 조사될 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템의 평면도이고, 도 2는 도 1의 레이저 가공 시스템에 구비된 카세트 엘리베이터부의 사시도이며, 도 3은 도 1의 레이저 가공 시스템에 구비된 이송유닛의 평면도이고, 도 4는 도 1의 레이저 가공 시스템에 구비된 스테이지부의 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은, 가공 대상의 웨이퍼에 절단선을 형성하기에 앞서 웨이퍼에 대한 사전준비를 수행하는 공급유닛(100)과, 절단선 형성을 위한 사전준비가 완료된 웨이퍼를 이송하는 이송유닛(200)과, 이송유닛(200)을 통하여 공급유닛(100)으로부터 웨이퍼를 이송받아 웨이퍼 상에 절단선을 형성하는 가공유닛(300)을 구비한다.
여기서 공급유닛(100)은, 이전 공정을 통하여 회로 패턴이 형성된 웨이퍼들을 제공받고 이러한 웨이퍼들을 대상으로 절단선을 형성하기에 앞서 수행해야 할 일정 작업들을 진행한다. 이에 공급유닛(100)은, 레이저 가공 시스템의 내외로 웨이퍼가 신속하게 인출될 수 있도록 하는 카세트 엘리베이터부(110, Cassette elevator part)와, 웨이퍼에 대한 예비 정렬을 수행하는 예비 정렬부(120)와, 웨이퍼의 표면에 일정한 코팅 물질을 코팅하는 스피너부(미도시, Spinner part)와, 이들 구성들이 설치 지지되는 공급유닛 프레임(140)을 구비한다.
카세트 엘리베이터부(110)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 웨이퍼를 로딩하는 카세트(111)와, 카세트(111)를 탑재하여 승강시키는 엘리베이터(115)를 구비한다.
카세트(111, Cassette)는, 웨이퍼를 로딩할 수 있도록 한 쌍의 웨이퍼 로딩판(112a, 112b)을 구비하며, 각각의 웨이퍼 로딩판(112a, 112b, Wafer loading plate)의 내측면에는 수평의 웨이퍼 슬롯(113, Wafer slot)들이 형성되어 있다. 웨이퍼의 측면부가 슬라이딩 방식으로 웨이퍼 슬롯(113)에 삽입됨으로써 웨이퍼는 카세트(111)에 로딩될 수 있다.
이러한 카세트(111)는 엘리베이터(115)에 고정결합되지 않고 탈착될 수 있도록 마련된다. 그리하여, 절단선을 형성하고자 하는 다수의 웨이퍼들을 카세트(111)에 로딩시키는 작업이 마쳐진 후 비로소 카세트(111)는 엘리베이터(115)에 탑재된다. 그리고, 카세트(111)에 로딩된 웨이퍼들은 후술하게 될 가공유닛(300)에 의해 절단선이 형성되게 되고, 이후 카세트(111)로 이송되어 로딩된다. 그리고, 절단선 형성이 완료된 웨이퍼들로 카세트(111)가 채워지면, 카세트(111)는 엘리베이터(115)로부터 분리되어 취출된다.
엘리베이터(115)는, 카세트(111)를 단계적으로 상승 또는 하강시킨다. 이와 같이 카세트(111)를 단계적으로 상승 또는 하강시키는 것은, 카세트(111)에 형성된 여러 웨이퍼 슬롯(113)들 간의 높이차가 있어서, 웨이퍼가 로딩 또는 언로딩될 대상 웨이퍼 슬롯(113)의 높이를 일정하게 조절하기 위함이다. 즉, 엘리베이터(115)에 의해 카세트(111)가 승강할 수 있고, 이에 의해 웨이퍼가 로딩 또는 언로딩될 웨이퍼 슬롯(113)의 높이는 일정하게 유지될 수 있다.
예비 정렬부(120)는, 카세트(111)로부터 절단선을 형성하고자 하는 웨이퍼를 전달받아 예비 정렬한다. 이에 예비 정렬부(120)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 로딩되는 한 쌍의 로딩바(121a, 121b, Loading bar)와, 로딩바(121a, 121b)의 X축 이동을 안내하는 X축 가이드레일(122)과, 로딩바(121a, 121b)의 Y축 이동을 안내하는 Y축 가이드레일(123)과, 이들 구성들이 장착되는 베이스 플레이트(124, Base plate)를 구비한다.
한 쌍의 로딩바(121a, 121b)에는 카세트(111)로부터 전달된 웨이퍼가 로딩되며, 이러한 로딩바(121a, 121b)가 베이스 플레이트(124) 상에서 수평이동함으로써 로딩바(121a, 121b)에 로딩된 웨이퍼의 예비 정렬이 이루어지게 된다.
이러한 로딩바(121a, 121b)의 수평이동은 베이스 플레이트(124)에 설치된 X 및 Y축 가이드레일(122, 123)에 의해 안내된다. 즉, 로딩바(121a, 121b)의 X축 이동이 필요한 경우 로딩바(121a, 121b)는 X축 가이드레일(122)을 따라 수평이동되며, 로딩바(121a, 121b)의 Y축 이동이 필요한 경우 로딩바(121a, 121b)는 Y축 가이드레일(123)을 따라 수평이동된다. 도시되지 않았지만, 예비 정렬부에는 이러한 로딩바(121a, 121b)를 X축 및 Y축 방향으로 이동시키기 위한 모터들(미도시)이 구비되며, 이러한 모터들은 마이크로 스텝 모터(Micro step motor)일 수 있다.
베이스 플레이트(124)는, 예비 정렬부(120)의 다른 구성들이 설치되는 장소이다. 이러한 베이스 플레이트(124)의 중앙부에는, 예비 정렬이 완료된 웨이퍼가 빠져나가는 관통홀(124a, 도 1 참조)이 형성되어 있다. 도시되어 있지는 않지만, 예비 정렬부(120)의 하측에는 스피너부(미도시)가 마련되는데, 예비 정렬이 완료된 웨이퍼는 이러한 관통홀(124a)을 통하여 스피너부로 이동된 후 스피너부가 제공하는 작업을 제공받게 된다. 참고로 웨이퍼가 예비 정렬부(120)로부터 스피너부로 전달될 때에는, 한 쌍의 로딩바(121a, 121b) 간의 거리가 소폭 증가하고 스피너부의 업/다운(up/down) 실린더(미도시)에 의해 웨이퍼가 관통홀(124a)을 통하여 스피너부에 로딩될 수 있게 된다.
스피너부(미도시)는, 예비 정렬부로부터 웨이퍼를 전달받아 절단선 형성 작업의 수준을 높이기 위해 웨이퍼를 소정의 코팅물질로 코팅하며, 또한 웨이퍼에 대한 절단선 형성이 완료된 이후 웨이퍼를 다시 전달받아 웨이퍼에 코팅된 코팅물질을 제거한다.
이처럼 웨이퍼에 대한 코팅물질의 코팅 및 제거가 수행될 때 웨이퍼는 스피너부에 구비된 드럼(미도시, Drum)의 상면에 흡착 지지된다. 여기서 드럼은 고속으로 회전될 수 있을 뿐 아니라, 스피너부에 구비된 업/다운(up/down) 실린더(미도시)에 의해 구동되어 상하로 승강될 수 있다.
코팅물질로는 폴리비닐알콜(PolyVinyl Alchol, PVA)이 사용된다. 이러한 폴리비닐알콜과 같은 코팅물질로 웨이퍼를 코팅함으로써 절단선 형성 과정에서 발생하는 파티클(Particle)의 양이 현저히 줄어들게 되며, 웨이퍼 상에 형성되는 절단 선이 보다 나은 수준으로 형성될 수 있다.
코팅물질인 폴리비닐알콜을 웨이퍼로부터 제거하기 위해 본 실시예에서는 고속회전하는 웨이퍼 상에 분사노즐(미도시)을 통해 세정액(DI Water)을 분사하여 코팅 물질을 세정한다. 이때 세정액으로는 DI Water를 사용할 수 있다. 이러한 세정액을 드럼에 지지된 웨이퍼 상에 분사노즐을 통하여 분사한 후 드럼을 고속 회전시켜 웨이퍼 상에 코팅된 폴리비닐알콜을 제거하게 된다.
그런데 웨이퍼 상에 세정액을 분사하는 과정에서 스피너부의 상방에 위치한 예비 정렬부(120) 측으로 세정액이 비산되는 문제점이 발생할 수 있다. 이를 방지할 수 있도록 본 실시예에서는 우선적으로, 분사노즐 상에 비산방지커버(미도시)를 마련하여 분사된 세정액이 상방으로 비산되는 것을 저지한다. 뿐만 아니라, 웨이퍼를 지지하는 드럼의 주변부의 공급유닛 프레임에는 비산하는 세정액을 흡수할 수 있는 흡수부재(미도시)를 마련하는 한편, 예비 정렬부(120)와 드럼 사이에는 공급유닛 프레임(140)에 결합되며 세정액의 상방향의 비산을 차단하는 프레임커버(미도시)를 마련한다.
한편, 세정이 완료되면 웨이퍼 상에 노즐(미도시)을 통해 기체 질소(N2)를 불어줌으로써 세정액을 건조한다.
공급유닛 프레임(140, 도 1 참조)은, 대략 육면체 형상으로 마련되며 공급유닛(100)에 구비하는 다른 구성들이 설치되는 틀이 된다. 즉, 전술한 카세트 엘리베이터부(110), 예비 정렬부(120) 및 스피너부는 공급유닛 프레임(140)에 결합 설치 됨으로써 적절한 위치에 배치될 수 있다.
이송유닛(200)은, 공급유닛(100)에서 예비정렬 및 코팅이 완료된 웨이퍼를 가공유닛(300)으로 이송한다. 이러한 이송유닛(200)은, 웨이퍼를 흡착하여 수평 또는 상하로 이동시키도록 마련된 헤드부(210)와, 헤드부(210)의 일단이 결합되며 헤드부(210)를 지지함과 동시에 수평구동하는 지지구동부(250)를 구비한다.
헤드부(210)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 헤드부(220)와 제2 헤드부(230)를 구비한다. 제1 헤드부(220)는, 제1 헤드(221)와, 제1 실린더(222)와, 제1 결합판(223)을 구비한다. 그리고 제2 헤드부(230)는, 제2 헤드(231)와, 제2 실린더(232)와, 제2 결합판(233)을 구비한다.
여기서 제1 및 제2 헤드(221, 231)는, 웨이퍼를 진공흡착 방식으로 웨이퍼를 흡착할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 실린더(222, 232)는 각각, 제1 및 제2 헤드(221, 231)를 상하로 동작할 수 있도록 한다. 또한, 제1 및 제2 결합판(223, 233)은 각각 제1 및 제2 헤드(221, 221)를 지지구동부(220)에 연결시키며, 제1 및 제2 결합판(223, 233)이 지지구동부에 대해 수평으로 슬라이딩 함에 따라 제1 및 제2 헤드(221, 231)도 함께 수평으로 슬라이딩할 수 있게 된다. 한편, 제1 실린더(222)의 스트로크(stroke)는 제2 실린더(232)의 스트로크에 비해 더 길게 마련되며, 이는 제1 헤드(221)를 지지구동부(220)에 연결시키는 제1 결합판(223)의 결합위치가 제2 헤드(231)를 지지구동부(220)에 결합시키는 제2 결합판(233)의 결합위치보다 더 상위이기 때문이다.
이들 결합판들(223, 233)이 슬라이딩 가능하도록 결합되는 지지구동부(250) 는 사각의 지지판(251)을 구비하며, 지지판(251)에는 겹합판(223, 233)에 연결된 볼스크류(미도시, Ball screw) 및 결합판(223, 233)의 수평이동을 가이드하는 가이드레일(미도시)이 설치된다. 이때 볼스크류는 스텝 모터(Step motor, 미도시)에 의해 구동될 수 있고, 볼스크류가 스텝 모터에 의해 구동됨에 따라 제1 및 제2 헤드부(220, 230)은 수평으로 왕복운동 할 수 있다.
이처럼 본 실시예의 이송유닛(200)은 수평 및 상하로 구동되는 2개의 헤드(221, 231)를 구비함으로써, 헤드가 1개 마련된 경우에 비해 공급유닛(100)과 가공유닛(300) 사이에서 웨이퍼를 전달하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있게 된다. 예를 들어, 가공유닛(300)에서 하나의 웨이퍼에 대한 가공이 마쳐지면, 제1 및 제2 헤드부(220, 230) 중 하나가 가공이 마쳐진 웨이퍼를 흡착하여 공급유닛(100) 측으로 이송함과 동시에 나머지 다른 헤드부가 가공 대상의 웨이퍼를 가공유닛(300)에 제공할 수 있다.
가공유닛(300)은, 이송유닛(200)으로부터 웨이퍼를 전달받아 절단선 형성을 위한 가공을 수행한다. 이러한 가공유닛(300)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 지지하는 스테이지부(310)와, 스테이지부(310)에 지지된 웨이퍼에 레이저를 조사하여 웨이퍼에 절단선을 형성하는 레이저부(320)와, 스테이지부(310)의 측면부를 커버하는 가공유닛 커버(330)를 구비한다.
스테이지부(310)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 지지하는 스테이지(311)와, 스테이지가 설치되어 지지되는 정반(312)과, 스테이지(311)를 수평구동하는 수평구동수단(미도시)과, 정반의 내부로 분진이 침투하는 것을 저지하는 자바 라(313)와, 정반의 하면에 결합되어 공급유닛(100) 또는 이송유닛(200)으로부터 발생된 진동이 바닥을 통하여 스테이지(311)로 전달되는 것을 저지하는 재진대(314)를 구비한다.
스테이지(311)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 진공흡착 방식으로 흡착하여 레이저에 의해 가공되는 동안 웨이퍼를 지지한다. 이러한 스테이지(311)는 정반의 상면부에서 X축 또는 Y축을 따라 직선운동 가능하도록 마련된다.
그리고 도시되진 않았지만, 정반(312)의 상측에는 스테이지(311)를 수평구동하는 수평구동수단(미도시)이 설치되며, 수평구동수단에 의해 스테이지(311)는 X축 또는 Y축으로 직선운동 할 수 있다. 이러한 수평구동수단은, 스테이지(311)를 X축으로 구동하는 X축 리니어 모터(미도시) 및 스테이지(311)를 Y축으로 구동하는 Y축 리니어 모터(미도시)를 구비한다.
웨이퍼 상에 절단선을 형성하고자 하는 경우, 웨이퍼 상에 레이저를 조사함과 동시에 스테이지(311)를 절단선의 길이에 해당하는 변위만큼 절단선이 형성될 방향으로 왕복운동시키게 된다. 참고로, X축 방향으로 절단선을 형성한 후 Y축 방향으로 절단선을 형성하기 위해서는 스테이지(311)가 90도 회전하게 된다. 이처럼 본 실시예에서는, 레이저의 조사와 스테이지(311)의 왕복운동을 동시에 수행함으로써 웨이퍼 상에 절단선을 형성하는 데 소요되는 시간을 줄일 수 있게 된다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 정반(312)의 상면부에는 자바라(313)를 설치하여, 정반(312)에 설치된 수평구동수단 등의 구성들에 분진이 침투할 수 없도록 방지한다. 이러한 자바라(313)는, 정반(312) 상에서의 스테이지(311)이 이동영역을 커버할 수 있도록 마련된다. 이에 자바라(313)는, 스테이지(311)의 이동방향에 대응하여 X축 자바라(313a)와, Y축 자바라(313b)를 구비한다. 그리하여, X축 자바라(313a)는 스테이지(311)가 X축으로 이동할 때 함께 X축 방향으로 접히거나 펼쳐지게 되고, Y축 자바라(313b)는 스테이지(311)가 Y축으로 이동할 때 Y축 방향으로 접혀지거나 펼쳐지게 된다.
정반(312)의 하면부에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 모서리 부근에 스테이지(311)로 외부 진동이 전달되는 것을 저지하기 위해 재진대(314)가 마련된다. 이들 4개의 재진대(314)는, 압축공기 주입형이 선택되어 사용되며, 압축공기의 탄성에 의해 재진대(314)의 바닥에 외부 진동이 전달되더라도 재진대(314)를 통하여 스테이지(311)에 전달되는 진동의 양은 현저하게 감소될 수 있다.
레이저부(320)는, 스테이지부(310)에 지지된 웨이퍼에 레이저를 조사하여 웨이퍼에 절단선을 형성한다. 이에 레이저부(320)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저를 발생시키는 레이저 소스(321, Laser source)와, 레이저 소스(321)에 의해 발생된 레이저를 웨이퍼 상에 조사하는 빔 스캐너(322, Beam scanner)를 구비한다.
이때 빔 스캐너(322)는, 웨이퍼 상에 레이저를 정하방으로 일정하게 조사하지 않고, 레이저가 조사되는 각을 일정각도 범위에서 변화될 수 있도록 한다. 그리하여, 만약 가공 대상의 웨이퍼를 지지한 스테이지(311)가 정지하였다 하더라도, 웨이퍼 상에는 절단선의 일부분이 형성될 수 있다. 따라서, 빔 스캐너(322)를 사용하는 경우, 스테이지(311)를 정지시킨 상태에서 웨이퍼 상에 일정시간 레이저를 조사한 다음 레이저 조사를 일시 멈추고 스테이지(311)를 소폭 이동시키고 다시 레이 저를 조사하는 과정을 반복함으로써 하나의 절단선 형성을 완성할 수 있게 된다. 하지만, 본 실시예에서는 절단선 형성에 소요되는 시간을 줄이는 한편 절단선이 매끄럽게 형성될 수 있도록, 빔 스캐너(322)를 통하여 웨이퍼 상에 레이저를 조사함과 동시에 웨이퍼가 지지된 스테이지(311)를 절단선을 형성하고자 하는 방향에 대해 왕복운동시킨다.
또한 스테이지(311)의 둘레에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스테이지(311)의 측면부를 커버하는 가공유닛 커버(330)가 마련된다. 이러한 가공유닛 커버(330)는 전술한 공급유닛(100)이 구비하는 공급유닛 프레임(140)과 상호 결합된다. 하지만, 가공유닛 커버(330)는 도 2의 A에 도시된 바와 같이, 스테이지(311)와는 결합되지 않고 일정거리 이격되도록 마련된다. 즉, 스테이지(311)와 가공유닛 커버(330)는 기구적으로 완전히 분리되도록 마련된다. 이에 의해, 공급유닛(100) 또는 이송유닛(200)으로부터 발생된 진동은 가공유닛 커버(330)를 통하여 스테이지(311)로 전달될 수 없게 된다.
이처럼 본 실시예에서는, 스테이지(311)의 하면에 재진대(314)를 마련하는 한편 가공유닛 커버(330)를 스테이지(311)와 분리되게 마련함으로써 바닥을 통하여 또는 가공유닛 커버(330)를 통하여 공급유닛(100) 또는 이송유닛(200)으로부터 발생된 진동이 스테이지(311)로 전달될 수 없거나 전달되더라도 그 전달량이 현저히 감소될 수 있도록 한다. 이와 같이, 스테이지(311)에 전달되는 진동을 줄임으로써, 웨이퍼에 레이저를 조사함과 동시에 스테이지(311)를수평구동하더라도 웨이퍼에 형성되는 절단선이 매끄럽게 형성될 수 있다.
이상 설명한 구성들을 갖는 레이저 가공 시스템을 통하여 웨이퍼에 절단선을 형성하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
우선, 절단선을 형성하고자 하는 다수의 웨이퍼들을 카세트(111)에 로딩시키고 카세트(111)를 엘리베이터(115)에 탑재시킨다. 그러면, 카세트(111)에 로딩된 웨이퍼는 한 장씩 예비 정렬부(120)로 그립핑(gripping)되어 이송된다. 이때, 엘리베이터(115)는 카세트(111)로부터 웨이퍼가 한 장 빠져나갈 때마다 상하로 이웃한 웨이퍼 슬롯(113) 간의 높이차 만큼 카세트(111)를 단계적으로 상승시켜, 웨이퍼 슬롯(113)을 빠져나가는 웨이퍼의 높이가 예비 정렬부(120)에서 웨이퍼가 로딩되는 로딩바(121a, 121b)의 높이에 일치하도록 한다.
예비 정렬부(120)로 이송된 웨이퍼는, 한 쌍의 로딩바(121a, 121b)에 로딩된다. 그리고, 로딩바(121a, 121b)에 웨이퍼가 로딩되면, 로딩바(121a, 121b)에 연결된 모터(미도시)가 구동하여 로딩바(121a, 121b)를 X축 또는 Y축으로 이동시킴으로써 로딩바(121a, 121b)에 로딩된 웨이퍼에 대한 예비 정렬을 수행한다.
예비 정렬부(120)에서 예비 정렬이 마쳐지면, 한 쌍의 로딩바(121a, 121b)는 모터 구동에 의해 상호 간의 이격 거리가 증가하는 방향으로 이동되며, 이때 로딩바(121a, 121b)에 로딩되었던 웨이퍼는 베이스 플레이트(124)의 중앙에 형성된 관통홀(124a)을 통하여 하방에 위치한 스피너부 측으로 로딩된다. 그리고, 웨이퍼는 스피너부에 구비된 드럼의 상면에 진공흡착된다.
드럼에 웨이퍼가 흡착되면, 분사노즐을 통하여 웨이퍼 상에 폴리비닐알콜(PVA)이 분사되며, 이후 드럼이 일정한 각속도를 가지고 고속으로 회전함에 따라 웨이퍼 상에 폴리비닐알콜(PVA)이 고르게 코팅된다. 웨이퍼에 대한 코팅이 마쳐지면, 이송유닛(200)에 구비된 제1 헤드(221) 및 제2 헤드(231) 중 어느 하나가 일정 스트로크(stroke)만큼 하강하여 드럼에 로딩되어 있던 웨이퍼를 진공흡착하고 하강된 스트로크만큼 다시 상승한 후 가공유닛(300) 측으로 수평이동된다.
그리고 가공유닛(300) 측으로 수평이동된 웨이퍼는 먼저 스테이지(311)에 진공흡착된다. 그리고, 웨이퍼가 흡착된 후 스테이지(311)는 X축 및 Y축 리니어 모터(미도시)에 의해 구동되어 수평이동함으로써 웨이퍼에 대한 최종 정렬이 수행된다.
웨이퍼에 대한 최종 정렬이 마쳐지면 비로소 웨이퍼에 대한 절단선 가공이 개시된다. 이때, 웨이퍼 상에 X축 방향의 절단선을 형성하고자 하는 경우를 예로 설명하면, 스테이지(311)는 X축 리니어 모터에 의해 대략 절단선의 길이만큼의 변위를 가지고 X축 방향으로 왕복운동된다. 이와 동시에 빔 스캐너(322)를 통하여 레이저가 일정 범위의 조사각을 가지고 웨이퍼 상에서 절단선이 형성될 위치에 조사된다. 즉, 웨이퍼 상에 레이저가 조사됨과 동시에 웨이퍼가 지지된 스테이지(311)가 이동하며, 이에 의해 웨이퍼 상에 레이저가 간헐적으로 조사되는 경우에 비해 웨이퍼에 절단선을 형성하는 속도가 현저하게 증가하게 된다.
이처럼 웨이퍼 상에 절단선을 형성하는 과정에서, 웨이퍼 상에는 스피너부에서 폴리비닐알콜이 코팅되어 있어 파티클은 발생되더라도 매우 미미하게 발생될 뿐만 아니라 웨이퍼에 형성되는 절단선이 가공도가 향상될 수 있다.
또한 하나의 웨이퍼에 절단선을 형성하는 동안, 공급유닛(100) 및 이송유 닛(200)에서는 다른 웨이퍼들에 대한 예비 정렬, 폴리비닐알콜 코팅 및 웨이퍼 이송 등의 작업들이 함께 이루어지며, 이러한 작업과정에서 사용되는 다수의 모터 및 실린더에 의해 진동이 발생된다. 이러한 공급유닛(100) 및 이송유닛(200)에 발생되는 진동이 가공유닛(300)에 설치된 스테이지(311)에 그대로 전달되면, 스테이지(311)에 지지된 웨이퍼에 절단선이 매끄럽게 형성되기 어렵다. 특히, 스피너부의 드럼의 회전이 진동의 주요 발생원인이 된다.
이에 본 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 스테이지(311)의 하부면에 재진대(314)를 결합시켜 바닥을 통하여 공급유닛(100) 및 이송유닛(200)에 의해 발생된 진동이 스테이지(311)로 전달되는 양을 최소화한다. 그리고, 다른 한편으로는 스테이지(311)의 둘레를 커버하는 가공유닛 커버(330)가 스테이지(311)와 상호 분리되도록 마련하여, 공급유닛(100) 및 이송유닛(200)에 의해 발생된 진동이 가공유닛 커버(330)를 통하여 스테이지(311)로 전달될 수 없도록 차단한다.
이처럼 스테이지(311)로 전달되는 진동을 최소화함으로써 웨이퍼를 지지한 스테이지(311)가 빠른 속도로 주행하더라도 웨이퍼 상에는 절단선이 매끄럽게 형성될 수 있게 된다.
절단선 형성이 완료된 웨이퍼는 다시 이송유닛(200)에 의해 스피너부로 이송되어 다시 드럼에 진공흡착된다. 그리고, 드럼이 고속으로 회전하면서 웨이퍼 상에 세정액(DI Water)이 분사되어, 웨이퍼 상에 코팅된 폴리비닐알콜이 세정된다. 세정이 끝나면, 기체 질소(N2)가 웨이퍼 상에 분사되어 세정액(DI Water)이 건조된다.
스피너부에서 세정 작업이 마쳐진 웨이퍼는 이송유닛(200)에 의해 예비 정렬부(120)에 로딩된 후 카세트(111)의 웨이퍼 슬롯(113)에 다시 로딩되며, 절단선 형성이 완료된 웨이퍼들로 채워진 카세트(111)는 취출되고 아직 절단선이 형성되지 않은 웨이퍼들로 채워진 카세트(111)가 엘리베이터(115)에 새로이 탑재된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 의하면, 스테이지(311)의 하부면에 재진대(314)를 마련하여 바닥을 통하여 공급유닛(100) 및 이송유닛(200)에 의해 발생된 진동이 스테이지(311)로 전달되는 양을 최소화할 수 있다. 또한, 스테이지(311)가 가공유닛 커버(330)에 대해 분리되도록 마련하여, 공급유닛(100) 및 이송유닛(200)에 의해 발생된 진동이 가공유닛 커버(330)를 통하여 스테이지(311)로 전달될 수 없도록 차단한다. 이처럼 스테이지(311)로의 진동전달을 줄임으로써 웨이퍼에 레이저를 조사함과 동시에 스테이지(311)를 주행시키더라도 웨이퍼 상에 형성되는 절단선은 매끄럽게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템에 의하면, 스테이지(311)가 설치되는 정반(312)의 상면부를 자바라(313)를 통하여 커버함으로써, 정반(312)의 상측에 설치되어 스테이지(311)를 수평구동하는 X축 및 Y축 리니어 모터(미도시) 등의 구성들에 분진이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 상기와 같은 특정 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 특허청구범위에 기재된 내용의 범주에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다른 구성요소로부터 스테이지에 전달되는 진동을 최소화함으로써 웨이퍼 상에 연속적으로 레이저를 조사하는 경우에도 웨이퍼 상에 절단선을 매끄럽게 형성할 수 있다.

Claims (16)

  1. 가공 대상의 웨이퍼(Wafer)에 대한 예비 정렬 및 코팅(Coating)을 수행하여 상기 웨이퍼를 공급하는 공급유닛;
    상기 공급유닛에서 상기 예비정렬 및 상기 코팅이 완료된 상기 웨이퍼를 이송하는 이송유닛; 및
    상기 이송유닛으로부터 상기 웨이퍼를 전달받아 레이저(Laser)를 이용하여 상기 웨이퍼에 절단선을 형성하며, 상기 공급유닛 또는 상기 이송유닛에 의해 발생된 진동이 전달되는 것을 차단하도록 상기 공급유닛 또는 상기 이송유닛과 기구적으로 분리된 가공유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가공유닛은,
    상기 이송유닛으로부터 상기 웨이퍼를 전달받아 지지하는 스테이지부; 및
    상기 스테이지부가 지지하는 상기 웨이퍼에 레이저를 조사하여 상기 웨이퍼에 절단선을 형성하는 레이저부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스테이지부는,
    상기 웨이퍼를 지지하는 스테이지;
    상측에 상기 스테이지가 설치되는 정반; 및
    상기 정반에 설치되며, 상기 스테이지를 수평구동하는 수평구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 정반의 하면에는, 상기 공급유닛 또는 상기 이송유닛으로부터 발생된 진동이 바닥을 통하여 상기 스테이지로 전달되는 것을 저지하는 적어도 하나의 재진대(Isolator)가 결합된 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 재진대는, 압축공기가 주입되는 압축공기 주입형으로 4개 마련되어 사각구도로 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 정반의 상측에는, 상기 정반의 내부로 분진이 침투하는 것을 저지하는 자바라가 설치된 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 수평구동수단은, 상기 레이저부가 상기 웨이퍼에 상기 레이저를 조사하 면서 상기 스테이지를 수평구동하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수평구동수단은,
    수평 방향을 따르는 일축인 X축을 따라 상기 스테이지를 구동하는 X축 리니어 모터(Linear motor); 및
    수평 방향을 따르며 상기 X축에 직교하는 Y축을 따라 상기 스테이지를 구동하는 Y축 리니어 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 레이저부는,
    상기 레이저를 발생시키는 레이저 소스(Laser source); 및
    상기 레이저가 상기 웨이퍼에 조사되는 각을 일정각도 범위에서 변화시키는 빔 스캐너(Beam scanner)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 공급유닛은,
    상기 웨이퍼의 공급을 위한 카세트 엘리베이터부;
    상기 카세트 엘리베이터부에 인접하게 마련되며, 상기 카세트 엘리베이터부로부터 이송된 웨이퍼에 대한 예비 정렬을 수행하는 예비 정렬부;
    상기 예비 정렬부의 하방에 마련되며, 상기 웨이퍼의 표면에 코팅물질을 코팅하는 스피너부; 및
    상기 카세트 엘리베이터부, 상기 예비 정렬부 및 상기 스피너부가 설치되는 공급유닛 프레임을 포함하며,
    상기 스피너부는,
    상기 웨이퍼 상에 세정액을 분사하는 분사노즐;
    상기 분사노즐에 결합되며, 상기 세정액이 상기 예비 정렬부 측으로 비산하는 것을 방지하는 비산방지커버;
    상기 공급유닛 프레임에 결합되어 상기 웨이퍼의 주변으로 비산하는 상기 세정액을 흡수하는 흡수부재; 및
    상기 공급유닛 프레임에 마련되어 상기 세정액의 상기 예비 정렬부 측으로의 비산경로를 차단하는 프레임커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 시스템.
  11. 웨이퍼(Wafer)를 공급하는 공급유닛으로부터 상기 웨이퍼를 이송하는 단계; 및
    상기 공급유닛 또는 상기 웨이퍼를 이송하는 이송유닛에 의해 발생된 진동이 전달되는 것을 차단하도록 상기 공급유닛 또는 상기 이송유닛과 기구적으로 분리된 가공유닛에서 상기 웨이퍼에 대하여 절단선이 형성될 영역에 레이저를 조사하면서 상기 웨이퍼를 상기 절단선이 형성될 방향에 대하여 이동시켜 상기 웨이퍼에 절단 선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가공유닛은,
    상기 공급유닛 또는 상기 이송유닛으로부터 발생된 진동이 바닥을 통하여 전달되는 것을 저지하는 적어도 하나의 재진대를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 공급유닛에서 상기 웨이퍼에 대한 예비정렬 및 코팅을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 이동 폭은 상기 절단선의 길이가 되도록 상기 웨이퍼를 상기 절단선이 형성될 방향에 대하여 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 상기 절단선이 형성될 방향에 대하여 왕복하도록 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 웨이퍼에 조사되는 상기 레이저는 빔 스캐너(Beam scanner)를 통하여 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
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