KR100910695B1 - 반도체 자재 크리닝 시스템과 그 방법 - Google Patents

반도체 자재 크리닝 시스템과 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소잉공정을 거친 반도체 자재를 세척하기 위하여 초음파 세척부(100)와 분사챔버(200), 다수에어 노즐로 이루어지는 에어노즐부(300) 및 자재(1) 흡착이송용 지그(10, 400)로 이루어져서 초음파 패드(130)에 의한 진동으로 초음파에 의한 1차 세척과, 상기 분사챔버(200)내의 회전노즐부(210)에 의한 2차 세척, 에어노즐(300)에 의한 3착 세척 및 히팅블럭에 의한 건조과정이 이루어지도록 한 반도체 자재 크리닝 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
Figure R1020070126335
반도체, 유니트, 파티클, 크리닝, 초음파, 에어노즐

Description

반도체 자재 크리닝 시스템과 그 방법 {A system and the method for cleaning semiconductor units}
본 발명은 반도체 칩을 만들기 위한 공정중에서 스트립(Strip)형태로 공급되어져 소잉(Sawing)공정을 거친 자재(Unit)들에 대해 그 표면과 절단면에 붙어있는 이물질을 초음파와 압축공기 및 물분사로 제거함으로써 다음 공정에서 유니트들의 불량여부가 정확히 판별되도록 하기 위한 반도체 유니트 크리닝 시스템과 그 방법에 관한 것이다.
집적회로를 갖춘 반도체 칩을 만들기 위해서는 많은 공정과 복잡하고 까다로운 조건의 여러 공정을 거쳐야 하는데, 그 크기가 작은 반도체 칩들을 처음부터 개별로 절단하여 반도체 칩을 완성하는 것이 아니라, 스트립(Stip)이라고 하는 기판상에 소정크기의 유니트(Unit, 자재)를 구분 형성시킨 후 몰딩면(Molding Surface)만 몰딩한 채 소잉공정을 통해 자재별로 절단하여 불량여부를 가린다음, 양품의 자재들만 다음공정으로 옮겨서 반도체칩을 완성하게 된다.
이를 위해 많은 스트립을 각 크기별로 절단하는 다이싱 소오 (Dicing Saw)장 비가 필요하게 되고, 여기에 →세척 및 건조가 이루어지는 크리닝 공정→불량여부검사의 비전(Vision)공정→양품과 불량품을 구분하여 분리하는 소팅(Sorting)공정→구분된 자재별을 적재하는 트레이 로딩공정을 갖춘 싱귤레이션(Singulation)장비를 통해 소정의 제조공정을 마무리하게 되므로 이들 장비를 전체로 소오 싱귤레이션(Saw Singulation)장비로 칭하고 있다. 본 발명은 이러한 여러 공정을 갖춘 소오 싱귤레이션(Saw Singulation)에 있어서 다이싱 소오로 부터 이송되어온 개별의 유니트들을 세척하는 공정의 반도체 유니트 크리닝 시스템을 고안의 대상으로 하고 있다.
반도체 칩 제조공정에서 중요한 것은 불량품이 없어야 하는 것이며, 이와 더불어 생산속도UPH(Unit Per Hour)도 빨라야 한다. 소잉 공정을 거친 자재들이 세척공정을 거치는 이유는 자재간 절단면에서 발생하는 파티클(Particle, 혹은 Sludge)이나 스트립의 파편들이 자재표면에 붙어있는 것을 제거하기 위한 것으로, 이는 자재들의 외적불량(Dimension 불량; 인쇄불량이나 흠집 또는 미인쇄된 형태 등)을 판독(Visioning)함에 있어서 이러한 파편들에 의해 불량으로 판별되는 오류를 피하기 위한 것이기도 하다.
한편, 소잉공정에서 자재들은 스트립형태에서 개별로 절단에 의해 만들어지므로 흐트러지기 쉽다. 따라서 자재들이 놓이는 지그(이른바, 척 테이블)에 부압을 형성시켜놓고 이 위에 스트립을 옮겨놓은 후 그 하부면을 흡착한 상태로 절단하게 되며, 소잉공정이 끝나면 다른 이송지그로 상기 자재들 상면을 흡착하면서 하부면의 흡착상태를 해제시켜서 지그와 함께 세척공정으로 이송하게 된다.
이와 같이 소잉 공정후의 자재들을 세척하는 종래의 기술은 이송지그에 자재들이 흡착된 상태로 상기 자재들을 장비내에 마련된 물이나 세정용액에 일시 담갔다가 연질의 브러시 위로 이동시키면서 절단시의 파티클을 털어내는 것이었다.
그러나, 상기와 같은 종래의 자재세척장치는 자재 절단시에 절단면에 점착된 가루형태로 붙어있게 되는 파티클의 완벽한 제거가 어렵고, 이들을 강제로 분리시키기 위하여 브러시를 사용할 경우에 브러시가 자재들을 훑고 지나가게 되므로 지그면에서 흐트러지기 쉬워서 형식적으로 브러싱할 수 밖에 없는 한계가 있었다. 또한, 세척공정에서는 물이나 세척용액이 사용되므로 상기한 파티클 뿐 만 아니라 이들 파티클이 포함된 물방울도 모두 제거해야 자재의 표면에 얼룩이 남지 않게 되어 자재표면의 불량여부 판단시 오류가 없게되지만 종래에는 이에 대한 기술이 마련되어 있지 않았다.
상기한 바와 같이, 종래의 자재세척공정에 사용되는 크리닝 시스템은 자재에 묻어있는 파티클의 완벽한 제거가 어렵고, 자재들에 묻어있는 수분의 빠른 제거수단이 마련되어 있지 않으며, 이 때문에 양품의 자재가 불량품으로 분리되어 자재의 낭비가 되거나, 불량률이 증가함에 따른 생산효율의 저하 등 여러 부수 문제가 발생 하여왔다.
본 발명은 소잉공정에서 이송되어온 자재들을 먼저 초음파세척기를 이용하여 파티클을 자재표면으로 부터 분리시키는 과정을 거치게 한 것이다. 이때 파티클은 비중이 무거우면 초음파 세척기의 수조내에 침전되어져 정기적으로 수조의 용액이 재공급 혹은 순환될때에 함께 배출되며, 비중이 가벼운 파티클은 물 위로 뜨면서 이른바 오버 플로우(Over Flow)에 의해 수조를 넘치는 용액을 따라 배출 되어진다. 또한 수조내에서 용액내에 떠다니는 파티클은 오버플로우 되는 용액과 함께 배출되므로 결국 초음파 세척기의 수조내에는 자재 세척후 일정시간이 지나면 파티클이 없는 깨끗한 상태의 수조용액이 유지되는 것이다.
초음파 세척기를 거친 자재들을 다시 분사챔버상에 놓여진채 공압과 수압에 의해 그 저면이 세척되어서 미처 초음파 세척기에서 분리되지 아니한 파티클이 제거되어 완벽한 파티클의 제거가 이루어지게 된다.
초음파세척기와 분사챔버를 거친 자재들은 자재표면에 남은 수분제거를 위해 다수의 에어노즐곁을 지나게 되며, 지그에 흡착된 자재가 흐트러지거나 떨어져 나가지 아니할 정도의 에어분사가 한번으로 끝나는 것은 아니며 자재의 크기에 따라 그 반복되는 회수가 정해지게 된다.
이렇게 자재들의 저면(몰딩면)에 대한 크리닝이 끝나면 그 상면(SIP 면)에 남아있는 물기도 제거해야 하므로 몰딩면이 노출되도록 이송지그에 흡착된 상태의 자재들은 다른 지그상에 놓여져 흡착되어져 몰딩면이 흡착된 상태가 되고, 이송지그는 원상태로 이송되어져서 결국 자재들은 상면이 노출된 상태로 다른 지그상에 놓여져 흡착된 상태로 이송된다. 이때도 역시 이송중에 공압노즐곁을 지나면서 자재상면의 미세한 수분들이 공중으로 날려보내지며, 지그 면을 따라 남아있는 더 미세한 수분들을 완벽히 제거하기 위하여 상기 지그에는 히팅블럭을 갖추어서 자재들이 지그에 놓이면 열에 의해 수분이 증발되도록 하여 얼룩에 의한 판독불량원인도 제거하게 되는 것이다.
상기한 구성에 따른 본 발명을 사용함에 따라 반도체 자재의 표면에 파티클이 묻어있거나 물기에 의한 얼룩현상이 없게되며, 따라서 반도체자재의 외적 요인에 의한 불량여부검색이 정확하고 신속해져서 반도체 제품(자재)의 신뢰성이 증대됨은 물론, 생산성이 향상에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부도면을 본 발명의 1실시예로하여 그 구성과 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 초음파 세척부(100)와 분사챔버(200), 다수의 에어 노즐로 이루어지는 에어노즐부(300) 및 히팅블럭을 갖춘 지그(400)로 이루어지는 반도체 자재 크리닝 시스템이다.
도1은 본 발명을 정면에서 도시한 도면이고, 도2는 도1을 입체적으로 도시한 사시도이다.
이들 도면을 참고하면, 초음파세척부(100)는 수조(110)와, 이 수조(110)저면의 중앙에 관통되게 설치되어 용액이나 정수된 물을 공급하거나 배수하는 호스(120), 수조(110)저면의 소정 위치에 다수개가 설치되는 초음파 패드(130), 상기 호스(120)로의 수량조절과 초음파 패드(130)의 주파수 및 초음파의 강약을 조절하는 조절구(140), 상기 수조(110)의 상부에 설치되면서 지그(10)가 출몰하도록 관통구가 마련된 덮개 (150)가 갖추어진다. 도면중 미설명부호 160은 세척용액 혹은 정수된 물이 흘러넘쳐서 배수되도록 형성시킨 상부 배수구이고, 170은 호스(120)가 수조(110)바닥면에 관통되어진 부분을 일정높이에서 덮어 측면으로 급수와 배수가 되도록 연통된 중앙커버, 180은 금속재질의 메쉬(Mesh) 이다.
한편, 상기 분사챔버(200)는 챔버 내에서 길이방향으로 설치된 두줄의 노즐들이 일축상에서 일정 각도만큼 정역회전되도록 고정설치되는 회전노즐부(210)와, 이 회전노즐부(210)를 소정의 각도내에서 정역회전시키도록 모터축과 연결하는 벨 트(220), 분사챔버(200)내에서 사용된 물과 공기를 배출시키는 배출구(230)가 갖추어지며, 분사챔버(200)의 상부둘레에는 고무재질의 패킹(240)이 고정설치되어서 지그(10)둘레가 이패킹(240)에 접촉된 상태에서 밀폐되어서 분사챔버(200)내의 분사되는 압축공기나 분사된 물이 외부로 분출되는 것을 막아주게 된다. 도면 중 미설명부호 250,252는 각각 공압(空壓)공급구, 수압(水壓)공급구로, 이들은 상기 회전노즐부(210)의 노즐들과 연결되어있어서 후술하는 작동과정에서와 같이 자재(1)들에 물과 공기를 번갈아 분사시켜 세척하게 되지만, 그 설치순서가 도면으로 한정되는 것은 아니다.
다음으로 본 발명의 작용과정을 설명하면서 에어노즐(300)의 배치구성과 미설명된 부분의 구성을 살펴보기로 한다.
도1에서 보면 좌측으로부터 우측으로 로보트(R)가 이동이게 되므로 이 로보트하단에 연결된 지그(10)가 소잉장비(S)로 부터 소잉된 자재(1)들을 흡착하여 이동하게 되며 모든 과정은 S/W에 의해 제어되지만 본 발명은 기구적 구성만을 안출대상으로 하므로 제어방식의 상세한 설명은 생략 한다.
이동되어온 지그(10)는 초음파세척부(100)상에 위치하여 하강하게 되며, 하강깊이는 지그(10)저면에 흡착된 자재(1)들이 수조(110)내의 물(혹은 용액, 이하 같다)에 담궈지는 만큼 미리 설정된 깊이가 된다. 자재(1)들이 물에 담궈지면 초음파패드(130)를 통해 물에 초음파 진동이 발생하며, 따라서 자재(1)들 주변의 이물질이 떨어져 나간다. 이때 메쉬(180)는 진동이 고르게 작용하도록 초음파진동을 분산시켜 자재(1)들 모두에 일정한 진동이 작용하도록 해주며, 물은 배수구(160)에 의해 배수호스(165)로 배수되므로 수면은 언제나 일정 높이가 유지된다. 여기서 수조(110)내로의 물공급은 호스(120)를 통해 수조(110)하부에서 상부로 공급되며, 긴급 배수역시 호스(120)를 통해 후술하는 매니폴드(167)로 신속배출되도록 설계되어 있다. 여기서 도면부호 167은 수조(110)의 물이 배수되어 모여지는 매니폴드로, 도면에서 연결된 부위를 생략하였으나 예컨대 배수호스(165)는 매니폴드(167)에 연결된 구조가 된다.
수조(110)내의 물은 일정량이 배수구(160)를 통해 흘러넘치는 구조를 갖지만, 필요시(물공급에 이상이 생기거나 이물질이 많은 경우)에는 호스(120)를 통해 수조(110)내의 물을 신속히 배출시키도록 설계되어서 수조(110)내에는 항상 맑고 일정한 양의 물이 보관되며, 물의 과공급으로 인한 피해는 없게 된다. 소정의 시간동안 물에 담궈진채 초음파진동이 자재(1)들에 부여되면 일차 이물질 작업이 끝나게 되고, 지그(10)는 상승하여 수조(110)에서 꺼내진다.
초음파 세척을 거친 자재(1)들은 지그(10)에 그대로 흡착된 상태이므로 로보트(R)에 의해 분사챔버(200)위치로 이동되고, 지그(10)가 하강하여 패킹(240)상에 안착된다. 패킹(240)은 지그(10)의 저면 즉, 자재(1)들이 흡착된 면이 노출되도록 중심부가 개방된 'ㅁ' 자형의 고무재질이므로 지그(10)가 패킹(240)에 안착되면 분사챔버 (200) 내의 물이나 공기는 외부로 분출 될 수 없도록 밀폐된다.
지그(10)가 패킹(240)에 안착되면 모터가 소정의 각도(θ)내에서 도1의 화살표와 같이 정역회전을 반복하게 된다. 이와동시에 회전노즐부(210)의 노즐들로 부터 물과 공기가 분사되어 지그(10)의 저면 즉, 자재(1)들이 흡착된 면을 세척하 게 된다. 여기서 물과 공기는 동시에 공급될 수 도 있지만 먼저 물로 일정시간 세척하고 공기로 일정시간 세척해도 무방하며 이러한 조절은 도시되지 아니한 소프트웨어에 의해 가능하다. 여기서 각 노즐은 공압공급구(250)와 수압공급구(252)가 번갈아가며 연결설치된 구조가 크리닝에 매우 효과적이며, 이들은 한열에 설치되는 공압노즐(212)들과, 다른 열의 수압노즐(214)과 연결된다.
분사챔버(200)에서 물과 압축공기로 분사세척이 끝난 자재(1)들은 지그(10)의 상승후 도면상 우측으로 이동하면서 에어노즐부(300)를 지나게 된다. 에어노즐부(300)는 한 쌍의 에어노즐(310)과 이차 에어노즐(320)로 이루어지며, 지그(10)가 에어노즐 (310)위를 지나게 되면 에어노즐 (310)로 부터의 압축공기가 분사되면서 지그(10)의 저면은 물론 자재(1)들의 주변에 남아있는 물기나 이물질을 분리시킨다. 이때 물기 등은 초음파세척부(100)상으로 분사되도록 하여 다른 부품에 영향을 미치지 않게 해야 하며, 따라서 에어노즐(310)의 에어 분사방향이 지그(10)저면에서 반사되어 수조(110)로 향하도록 조절해주는 것이 필요하게 된다.
지그(10)는 에어노즐(310)을 한번에 지나기도 하지만 소프트웨어에 의한 반복진행이 가능하므로 수차례 왕복하며 에어분사가 되도록 할 수 있다. 에어분사에 의해 자재(1)들의 저면에 대한 물기등의 제거가 끝나면 지그(10)가 오른쪽을 이동함과 동시에 다른 지그(400)가 자재(1)들이 흡착되어있는 지그(10)밑으로 로보트에 의해 이동해오게 되고, 이들 지그(400,10)가 소정위치에서 포개진 상태로 만나게 되면 상부지그(10)의 흡착력, 즉 부압을 제거하고 동시에 하부 지그(400)에 부압을 형성시켜서 자재(1)들이 모두 하부 지그(400)로 옮겨지게 한다. 그러나, 자재(1)들 은 그 상부면이 노출된 상태가 되어 있으므로 이번에는 이차에어노즐(320) 밑을 지날때 압축공기가 분사되어서 자재(1)상부면에 남은 미세한 수분까지 공중으로 분사시키게 된다(여기서도 하부 지그(400)는 에어노즐(320)밑을 수차례 왕복할 수 있도록 조절가능하다). 한편, 하부지그(400)에는 히팅블럭(20)이 내장되어서 에어분사와 함께 자재(1)면에 남아 있는 미세물기를 완전히 증발시켜주므로 물기에 포함되어 있던 이물질이 말라서 얼룩이 지는 일은 없게 되며, 따라서 얼룩에 의해 불량으로 판별하게 되는 다음 공정에서의 오류를 사전에 방지할 수 있게 된다.
상기한 본발명의 반도체 자재 크리닝 수단을 정리해 보면, 소잉공정을 거친 자재를 지그를 이용하여 흡착이송시키는 과정, 지그에 흡착된 자재의 일면을 초음파 수조의 물에 담가서 초음파 세척하는 과정, 지그를 분사챔버에 이송시키고 회전노즐부를 소정의 각도만큼 반복회동시키면서 공압노즐과 수압노즐로 공기와 물을 분사하여 자재를 세척하는 과정, 자재의 분사세척후 지그를 이동시켜 에어노즐위를 왕복하면서 수분과 이물질을 분사시키는 과정, 다른 지그를 이동시켜 자재를 흡착시켜 전달받은 후 이차 에어노즐을 지나면서 자재의 타면의 물기를 분사시켜 제거함과 동시에 내장된 히팅블럭에 의해 가열된 흡착면에서 남은 수분이 증발되도록 하는 과정의 순서로 이루어지는 것을 알 수 있다.
도1은 본 발명의 정면 구성도,
도2는 본 발명의 사시설명도이다.

Claims (4)

  1. 초음파 세척부(100)와 분사챔버(200), 다수에어 노즐로 이루어지는 에어노즐부 (300) 및 자재(1) 흡착이송용 지그(10)와 히팅블럭(20)을 갖춘 지그(400)로 이루어 지되,
    상기 초음파세척부(100)는 수조(110)와, 이 수조(110)저면의 중앙에 관통되게 설치되어 용액이나 정수된 물을 공급하거나 배수하는 호스(120), 수조(110)저면의 소정 위치에 다수개가 설치되는 초음파 패드(130), 상기 호스(120)로의 수량조절과 초음파 패드(130)의 주파수 및 초음파의 강약을 조절하는 조절구(140), 상기 수조(110)의 상부에 설치되면서 지그(10)가 출몰하도록 관통구가 마련된 덮개(150)와 더불어 배수구 (160) 및 중앙커버(170)가 형성되어 이루어지고,
    상기 분사챔버(200)는 챔버내에 길이방향으로 두열의 노즐(212,214)들이 일정각도(θ)만큼 정역회전되도록 고정설치되는 회전노즐부(210)와, 이 회전노즐부(210)를 소정의 각도내에서 정역회전시키도록 모터축과 연결하는 벨트(220), 분사챔버(200)내에서 사용된 물과 공기를 배출시키는 배출구(230), 분사챔버(200)의 상부둘레에는 고무재질의 패킹(240), 상기 노즐(212,214)중 공압노즐(212)과 연결되는 공압공급구(250)및 수압노즐(214)과 연결되는 수압공급구(252)가 갖추어지며,
    상기 에어노즐부(300)는 분사챔버(200)의 상부면 전후에 설치되는 한쌍의 에어노즐(310)과 다른지그(400)가 지나는 경로상에 설치되는 2차에어노즐(320)로 구 성되는 것을 특징으로 하는 반도체 자재 크리닝 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 수조(110)내에는 초음파패드(130)로 부터 소정의 거리를 두고 금속재 메쉬(180)가 수평으로 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 자재 크리닝 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 에어노즐부(300)는 한 쌍의 에어노즐(310)과 이차 에어노즐(320)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 자재 크리닝 시스템.
  4. 소잉공정을 거친 자재를 지그를 이용하여 흡착이송시키는 과정,
    지그에 흡착된 자재의 일면을 초음파 수조의 물에 담가서 초음파 세척하는 과정,
    지그를 분사챔버에 이송시키고 회전노즐부를 소정의 각도만큼 반복회동시키면서 공압노즐과 수압노즐로 공기와 물을 분사하여 자재를 세척하는 과정,
    자재의 분사세척후 지그를 이동시켜 에어노즐위를 왕복하면서 수분과 이물질을 분사시키는 과정,
    다른 지그를 이동시켜 자재를 흡착시켜 전달받은 후 이차 에어노즐을 지나면 서 자재의 타면의 물기를 분사시켜 제거함과 동시에 내장된 히팅블럭에 의해 가열된 흡착면에서 남은 수분이 증발되도록 하는 과정으로 이루어지는 반도체 자재 크리닝 방법.
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