KR101074053B1

KR101074053B1 - 진공 리플로우 장치

Info

Publication number: KR101074053B1
Application number: KR1020100020167A
Authority: KR
Inventors: 지원호; 김성옥; 정성종
Original assignee: (주)나노솔루션테크
Priority date: 2010-03-06
Filing date: 2010-03-06
Publication date: 2011-10-17
Also published as: KR20110101265A

Abstract

여기에서는 진공에서 웨이퍼를 리플로우 솔더링하기 위한 진공 리플로우 장치가 개시된다. 개시된 진공 리플로우 장치는, 챔버하우징 및 상기 챔버하우징 내부의 히터를 갖는 챔버유닛과, 웨이퍼를 지지한 채로 상기 챔버하우징 내로 위치 가능한 웨이퍼 척을 구비한 척유닛과, 포믹산 가스를 생성하여 상기 챔버하우징 내로 공급하는 포믹산 가스 공급유닛과, 상기 챔버하우징 내부에 진공을 형성하기 위한 진공형성유닛을 포함한다.

Description

진공 리플로우 장치{VACUUM REFLOW APPARATUS}

본 발명은, 리플로우 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 진공 조건 하에서 리플로우 공정이 수행되는 진공 리플로우 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 웨이퍼 레벨 패키지 공정은 반도체칩을 PCB 대신에 웨이퍼에 직접 솔더링하는 것을 포함한다. 웨이퍼 레벨 패키지 공정으로 제작되는 것으로는, 예를 들면, 카메라 또는 카메라폰 등에 사용되는 이미지센서가 있다.

이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor), CIS(Contact Image Sensor) 등이 알려져 있으며, 통상은 이물질 부착 방지를 위해서 반도체칩에 글래스를 부착한다. 그러나, 하나의 반도체칩에 작은 글래스를 부착하는 대신, 글래스 웨이퍼에 다수의 반도체칩을 부착한 후 웨이퍼 글래스를 여러 조각으로 절단하는 것이 생산성면에서 유리하다.

종래에 채택되어 온 웨이퍼 레벨 패키지 공정은 아래와 같은 순서를 따른다.

먼저, PCB 공정을 응용하여, 웨이퍼에 솔더 라인을 스크린 프린팅하거나 솔더볼을 웨이퍼에 접합한다. 다음, 다수의 반도체칩을 웨이퍼에 올린 후, 그것을 컨베이어형 리플로우 장치를 통과시켜, 웨이퍼에 반도체칩을 접합한다. 이때, 컨베이어형 리플로우 장치에서는, 솔더 라인 또는 솔더볼을 용융시키기 위하여, 웨이퍼 및 그 위의 반도체칩을 약 240도 이상으로 가열된 공기 혹은 N2 분위기 내로 통과시킨다. 마지막으로 다이아몬드휠 스크라이빙 장비 혹은 레이저 스크라이빙 장비를 이용해, 웨이퍼를 다수의 조각으로 절단함으로써 글래스가 접합된 다수의 반도체칩을 얻는다.

컨베이어형 리플로우 장치를 이용하는 종래 기술에서는, 반도체칩 접합부의 고온 산화를 방지하기 위해 산화 방지용 플럭스를 솔더에 포함시키거나, 그러한 플럭스를 웨이퍼에 도포한다. 그러함에도 불구하고, 웨이퍼 또는 반도체칩 주변으로의 산소 유입을 완벽하게 차단하기 어려우므로 상당한 접합 불량이 발생된다. 또한, 질소 분위기가 유지되어야 하며, 공기 중으로 배기되는 질소의 양도 매우 많아 비경제적이다.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는 가열 전 산소 유입을 완벽히 차단하는 진공챔버에서 포믹산 가스를 이용해 리플로우 공정을 수행할 수 있는 진공 리플로우 장치를 제공하는데에 있다.

본 발명의 일측면에 따라, 진공에서 웨이퍼를 리플로우 솔더링하기 위한 진공 리플로우 장치가 제공된다. 상기 진공 리플로우 장치는, 챔버하우징 및 상기 챔버하우징 내부의 히터를 갖는 챔버유닛과; 웨이퍼를 지지한 채로 상기 챔버하우징 내로 위치 가능한 웨이퍼 척을 구비한 척유닛과; 포믹산 가스를 생성하여 상기 챔버하우징 내로 공급하는 포믹산 가스 공급유닛과; 상기 챔버하우징 내부에 진공을 형성하기 위한 진공형성유닛을 포함한다.

바람직하게는, 상기 포믹산 가스 공급유닛은, 내부에 포믹산을 수용하며, 상기 포믹산을 N2 가스에 의해 버블링하여 포믹산 가스를 생성하는 포믹산 용기와, 상기 포믹산 가스를 적정 온도로 가열하기 위한 포믹산 히터와, 상기 포믹산 가스를 상기 챔버하우징 내로 공급하도록 배치된 포믹산 가스 공급라인을 포함한다. 상기 포믹산 가스 공급라인은 튜브, MFC(매스 플로우 제어기) 및 밸브를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 진공 리플로우 장치는 상기 포믹산 용기 내로 공급될 포믹산을 저장하는 포믹산 탱크와, 상기 포믹산 용기 내의 오래된 포믹산을 버리기 위한 드레인 탱크를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 척유닛은 상기 웨이퍼 척을 지지하는 쿼츠 바(quartz bar)와 상기 웨이퍼 척의 온도를 측정하는 써모커플을 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 챔버하우징의 측벽에는 차폐 벽에 의해 개폐 가능한 개구부가 형성되고, 상기 차폐 벽은 상기 웨이퍼 척이 상기 챔버에 들어가 위치할 때 상기 개구부를 막도록 상기 웨이퍼 척 또는 그 웨이퍼 척을 지지하는 부분과 연결될 수 있다.

본 발명에 따르면, 리플로우 솔더링을 위한 웨이퍼 가열 전 산소 유입을 완벽히 차단하는 진공챔버에서 버블링에 의해 생성된 포믹산 가스를 이용해 리플로우 공정을 보다 신뢰성 있게 수행할 수 있는 진공 리플로우 장치를 제공하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 리플로우 장치를 전반적으로 도시한 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 척유닛을 설명하기 위한 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 척유닛을 설명하기 위한 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버유닛을 설명하기 위한 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보트를 설명하기 위한 평면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보트 분리유닛을 설명하기 위한 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇유닛의 보트 핑거를 설명하기 위한 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공형성유닛 및 포믹산-질소 공급유닛과 그들을 이용하는 리플로우 공정을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 리플로우 장치를 전반적으로 도시한 평면도.
도 10은 웨이퍼 보관소의 웨이퍼 분리 기능 및 보트의 상승 유지 기능을 하는 요소들을 보여주는 도면.
도 11은 도 8에 도시된 포믹산 가스 가열 히터를 설명하기 위한 도면.
도 12는 도 8에 도시된 포믹산 용기 및 그와 관련된 구성을 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 리플로우 장치를 전반적으로 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 리플로우 장치(1)는 서로 연동식으로 연결된 챔버유닛(100)과 척유닛(200)을 기본적으로 포함한다. 또한, 상기 진공 리플로우 장치(1)는 챔버유닛(100)의 챔버하우징 내 챔버(이하, '진공챔버'라 함)에 진공을 형성하기 위한 진공형성유닛(300; 도 8 참조)과, 진공챔버에 포믹산 가스를 공급하기 위한 포믹산 가스 공급유닛(400; 도 8 참조)을 포함한다. 도 1에는 포믹산-질소 공급유닛의 일부인 버블링 용기(450)가 보인다.

또한, 본 실시예의 진공 리플로우 장치(1)는, 웨이퍼, 특히, 글래스 웨이퍼와 그 위에 올려진 반도체칩을 리플로우 솔더링에 의해 접합하는 용도로 이용된다. 이하에서는 반도체칩이 올려진 웨이퍼가 간단히'웨이퍼'로 명명된다. 또한, 본 실시예의 진공 리플로우 장치(1)는, 웨이퍼(2)의 용이한 핸들링을 위해, 웨이퍼(2)가 올려지는 보트(3)를 이용한다. 상기 보트(3)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(2)가 안착되는 대략 원형인 단차 구조의 안착부(31)와, 상하 구동되는 핀에 의한 웨이퍼(2)와 보트(3)의 분리를 허용하도록 상기 안착부(31)의 안쪽에 형성된 대략 원형인 분리 구멍(32)을 포함한다. 상기 안착부(31)에는 복수의 파지홈(312)이 외측방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

다시 도 1을 참조하면, 본 실시예의 진공 리플로우 장치(1)는 웨이퍼(2)가 올려진 보트(3)를 잡아 이동시키기에 적합한 보트 핑거(510)를 갖춘 로봇유닛(500)을 포함한다. 보트(3) 및 그에 어울리는 보트 핑거(510)의 구성에 의해, 본 실시예의 진공 리플로우 장치(1)는 웨이퍼(2)가 놓인 보트(3)의 보관, 이동, 그리고 보트(3)와 웨이퍼(2)의 분리를 자동으로 행할 수 있다. 설명의 편의를 위해, 이하에서는, 웨이퍼(2)가 놓인 보트(3)와 보트(3) 상의 웨이퍼(2)를 총괄하여 '보트 온 웨이퍼'로 명명한다.

또한, 본 실시예의 진공 리플로우 장치(1)는, 리플로우 공정 전 대기 중인 보트 온 웨이퍼들을 보관하는 보트 카세트(610)와, 웨이퍼(2)를 보관하는 웨이퍼 카세트(620)와, 리플로우 공정 후 웨이퍼(2)와 분리된 보트(3)를 보관하는 보트 보관소(630)를 포함한다. 이때, 보트 카세트(610)와 보트 보관소(630)는 상하층으로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 보트 카세트(610)에는 보트 온 웨이퍼가 수납되는 복수의 슬롯(미도시됨)이 마련되고, 상기 웨이퍼 카세트(620)에는 웨이퍼가 수납되는 복수의 슬롯(미도시됨)이 마련된다. 한편, 상기 리플로우 장치(1)는, 보트 온 웨이퍼가 웨이퍼(2)와 보트(3)로 분리되는 보트 분리 유닛(700)을 포함한다.

상기 로봇유닛(500)은, 장치의 베드(5) 중앙에 위치한 채, 자체 구비된 보트 핑거(510)와 웨이퍼 암(520)을 이용하여, 보트 온 웨이퍼, 보트, 또는 웨이퍼를 리플로우 솔더링 처리, 보관, 웨이퍼-보트 분리가 필요한 해당 적소에 자동으로 이송하여 주는 역할을 한다. 또한, 상기 로봇유닛(500)은 매핑센서(530)를 구비한다. 이 매핑 센서(530)는 보트 카세트(610)의 해당 슬롯에 보트 온 웨이퍼가 있는지 여부와, 웨이퍼 카세트(620)의 해당 슬롯에 웨이퍼가 있는지 여부를 감지한다.

한편, 상기 챔버유닛(100)은 측면에 개구부(121)를 구비한 챔버하우징(120)을 구비하며, 그 챔버하우징(120)의 개구부(121)는 척유닛(200)과 연동하여 닫히도록 되어 있다. 상기 척유닛(200)은 웨이퍼, 더 구체적으로는, 보트 온 웨이퍼가 탑재되는 웨이퍼 척(210)과, 상기 웨이퍼 척(210)의 후방에 결합된 차폐벽(220)과, 차폐벽(220)을 전진 또는 후퇴시키는 액츄에이터(230; 도 2 및 도 3 참조)를 포함한다.

상기 차폐벽(220)의 전진 또는 후퇴에 의해, 웨이퍼 척(210)이 상기 개구부(121) 내외로 출입할 수 있고, 상기 차폐벽(220)으로 상기 개구부(121)를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 도 1의 좌측에는 챔버하우징(120)의 개구부(121)가 개방된 채 웨이퍼 척(210)이 챔버하우징(120) 밖으로 나와 있는 상태의 척유닛(200)이 보여지며, 도 1의 우측에는 챔버하우징(120)의 개구부(121)가 폐쇄된 채 웨이퍼 척(210)이 보트 온 웨이퍼를 싣고 상기 챔버하우징(120) 내에 들어가 위치하는 척유닛(200)이 보여진다.

도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 척유닛을 설명하기 위한 도면들이다.

도 2 및 도 3과, 도 1을 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 척유닛(200)은 보트 온 웨이퍼(2-3)가 탑재되는 웨이퍼 척(210)과, 상기 웨이퍼 척(210)을 그것의 하부에서 지지하는 액자형의 쿼츠바(quartz bar; 212, 도 3에만 도시함)를 구비한다. 이하 설명될 챔버유닛(100)의 히터가 할로겐램프를 이용하는 것인 바, 상기 웨이퍼 척(210)은 할로겐램프로부터의 열을 상부의 보트 온 웨이퍼(2-3)에 잘 전달할 수 있는 예를 들면, 그라파이트로 형성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 웨이퍼 척(210)에는 로봇유닛(500)의 보트 핑거(510)를 이용해 보트 온 웨이퍼(2-3)를 용이하게 탑재 및/또는 분리할 수 있도록 해주는 다수의 리프트 핀이 구비될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 상기 척유닛(200)은 상기 웨이퍼 척(210)의 후방에 일체로 결합된 차폐벽(220)을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 차폐벽(220)은, 자신의 전진에 의해 챔버하우징(120; 도 1 및 도 4 참조)의 개구부(121; 도 1 및 도 4 참조)를 폐쇄하고, 자신의 후퇴에 의해 챔버하우징(120)의 개구부(121)를 개방할 수 있다. 상기 차폐벽(220)이 상기 개구부(121)를 폐쇄할 때, 그 전방에 결합된 웨이퍼 척(210)은 보트-온 웨이퍼(2-3)를 싣고 챔버하우징(120)의 내부, 즉, 진공챔버로 들어간다.

상기 차폐벽(220) 및 그와 연결된 웨이퍼 척은(210)의 전후진 구동을 위해, 상기 차폐벽(220)의 후방에 설치된 액츄에이터(230)가 이용된다. 이때, 상기 액츄에이터(230)는 공압 또는 유압 실린더일 수 있으며, 대안적으로, 전동 모터를 이용하는 이송 스크류 기구 또는 래크 피니언 기구 또는 기타 다른 전동기구일 수 있다. 본 실시예에서, 상기 액츄에이터(230)는 베드(5; 도 1 참조)의 절개부를 통해 베드 하측으로 연장된 차폐벽(220)의 일부에 결합된 채 상기 베드(5; 도 1 참조)의 상면 아래에 위치할 수 있다.

한편, 상기 베드(5)의 상면에는 가이드(51; 도 1과 도 3에 도시됨)가 설치되며, 상기 차폐벽(220)에는 상기 가이드(51)에 슬라이딩 가능하게 결합된 슬라이딩 블록(222)이 일체로 결합되어 있다. 따라서, 상기 차폐벽(220)과, 지지 프레임(212)을 매개로 상기 차폐벽(220)에 결합된 웨이퍼 척(210)은, 상기 액츄에이터(230)의 구동과, 상기 슬라이딩 블록(222)이 상기 가이드(51)를 따라 슬라이딩 되는 것에 의해, 상기 챔버하우징(120; 도 1 참조)의 외부로부터 상기 챔버하우징(120)의 내부까지 또는 그것의 역방향으로 적절히 안내될 수 있다.

이에 더하여, 상기 척유닛(200)은 상기 웨이퍼 척(210)의 온도를 측정하기 위한 서모커플(240)을 상기 웨이퍼 척(210)의 하부에 포함한다. 또한, 냉각수단이 상기 웨이퍼 척(21)을 냉각하기 위해 배치될 수 있는데, 이 냉각수단은 예를 들면 다수의 분사홀(미도시됨)을 통해 질소 가스와 같은 냉각 물질을 분사하는 냉각관(470)을 이용할 수 있다. 또한, 이 냉각관은 상기 차폐벽(220)에 관통 결합되어, 상기 웨이퍼 척(210)의 아래에 인접해 위치할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버유닛(100)을 설명하기 위한 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 챔버유닛(100)은 측면에 개구부(121)를 구비한 챔버하우징(120)을 포함한다. 앞서 언급된 바와 같이, 상기 개구부(121)를 통해, 상기 척유닛(200)의 웨이퍼 척(210)이 챔버하우징(120) 내부, 특히, 진공챔버의 내외로 출입할 수 있다. 그리고, 상기 개구부(121)는 상기 척유닛(200)의 차폐벽(220)에 의해 폐쇄될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 챔버하우징(120)에는 진공챔버 내부를 관찰하기 위한 투시창이 설치될 수 있다.

상기 챔버하우징(120)은 상판부(122)와 그 상판부(122) 바로 아래에 위치하는 샤워헤드 또는 확산 플레이트(127)를 구비한다. 그리고, 상기 확산 플레이트(127)의 중앙이 오목하게 형성되고, 그곳에는 다수의 확산홀(1272)들이 형성될 수 있다. 또한, 상기 상판부(122)를 관통하여 연장된 공급관로 말단에 포믹산 가스 공급유닛(400; 도 8 참조)의 일부인 포믹산 가스 공급 노즐(490)을 포함한다. 상기 공급 노즐(490)을 통해 상기 확산 플레이트(127)에 공급된 포믹산 가스는 상기 확산홀(1272)들을 통해 리플로우 솔더링 공정이 실질적으로 수행되는 진공챔버(1202) 내에 넓게 확산된다. 상기 진공챔버(1202)의 바닥 부근에는 히터(128)가 설치된다. 상기 히터(128)는 진공챔버(1202) 내로 들어온 웨이퍼 척(210; 도 1 내지 도 3 참조)의 직하에서, 그 웨이퍼 척(210) 상의 보트 온 웨이퍼를 가열하다. 이에 의해, 웨이퍼 상의 솔더 라인 또는 솔더볼이 용융되면서, 웨이퍼와 그 위에 올려진 반도체 칩이 접합된다. 상기 히터(128)는 할로겐램프인 것이 바람직하다.

리플로우 공정, 또는 리플로우 솔더링 공정을 거친, 보트 온 웨이퍼(2-3)는 로봇유닛(500), 특히, 로봇유닛(500)의 보트 핑거(510)에 의해, 보트 분리 유닛(700)으로 이송된다(도 1 및 도 6 참조).

도 6은 발명의 일 실시예에 따른 보트 분리 유닛(700)을 도시한 평면도이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 보트 분리 유닛(700)은, 보트 온 웨이퍼(2-3)를 받치는 받침 블록(710)을 포함한다. 또한, 상기 받침 블록(710)의 중앙에는 임의의 구동수단에 의해 상하로 구동되는 중앙핀(720)들이 마련된다. 상기 중앙핀(720)들은, 보트(3)의 분리 구멍(32) 위까지 상승하여, 상기 보트(3)의 안착부(31)에 안착된 웨이퍼(2)를 보트(3)로부터 이격 분리한다. 이격 분리된 웨이퍼(2)는 로봇유닛(500)의 웨이퍼 암(520)에 흡착된 채 웨이퍼 카세트(620)로 운반되어 보관된다(도 1 참조). 상기 웨이퍼 암(520)은, 예를 들면, 진공척과 같은 흡착수단을 구비하여, 그 흡착수단을 이용해 웨이퍼(2)를 흡착한다.

한편, 웨이퍼로부터 분리된 보트(3)는 로봇유닛(500)의 보트 핑거(510)에 의해 보트 보관소(630; 도 1 참조)로 운반되어 그곳에 보관된다.

도 7은 로봇 유닛(500; 도 1 참조)의 보트 핑거(510)를 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 상기 보트 핑거(510)는 핑거대(512)와, 서로 이격되게 상기 핑거대(512)에 설치된 고정 핑거부(513)와 구동 핑거부(514)를 포함한다. 고정 핑거부(513)가 고정된 상태로 구동 핑거부(514)가 핑거대(512)의 가이드를 따라 이동하여, 그들 사이에, 상기 보트(3)를 파지할 수 있다. 이때, 핑거대(512)에 설치된 두개의 핑거부 모두를 구동 핑거부로 할 수도 있을 것이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 리플로우 장치의 진공형성유닛 및 포믹산 가스 공급유닛과 그들을 이용하는 리플로우 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 진공형성유닛(300)은 챔버 하우징(120)의 진공챔버(1202)와 흡기 관로(302)에 의해 연결된 진공펌프(310)를 포함한다. 이때, 상기 진공펌프(310)는 로터리 펌프인 것이 바람직하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 흡기 관로(302)는 유로 면적을 가변하여 진공챔버 내 진공도를 조절하는 스로틀 밸브(303)가 설치된다. 상기 진공펌프(310)는 흡입된 공기를 외부로 배기시키기 위해 배기관로(304)와 연결된다. 척유닛의 차폐벽(220)에 의해 챔버하우징(120)의 진공챔버(1202)가 밀폐된 상태에서, 상기 진공펌프(310)가 구동되어, 상기 진공챔버(1202)를 진공 분위기로 만든다.

한편, 포믹산 가스 공급유닛(400)은 포믹산을 질소(N2)로 버블링하여 포믹산 가스를 생성하고, 그 포믹산 가스를 밀폐된 챔버하우징(120)의 내부로 공급하도록 구성된다. 포믹산 가스는 앞에서 설명한 확산 플레이트 또는 샤워헤드(127)에 의해 상기 챔버하우징(120) 내로 넓게 확산되어 공급될 수 있다.

상기 포믹산 가스 공급유닛(400)은 제1 및 제 2 밸브(412, 422)에 의해 각각 개폐되는 주 공급관(410)과 버블링 질소 공급관(420)을 포함한다. 상기 주 공급관(410)은 상기 진공챔버(1202)에 통해 있으며, 상기 제1 밸브(412)의 개방에 의해서만 캐리어 질소가 내부에 흐른다. 또한, 상기 버블링 가스 공급관(420)은 밀폐형 버블링 용기(450)의 내부로 연장되어, 그 말단의 버블링 노즐(425)이 액상의 포믹산에 잠긴다. 이때, 상기 버블링 용기(450) 내의 포믹산은 포믹산 탱크(460)로부터 관로를 통해 공급받아 채워진 것이다. 상기 포믹산 탱크(460)는 줄어드는 버블링 용기(450) 내의 포믹산을 보충하는 역할을 한다.

또한, 제2 밸브(422)가 열린 상기 버블링 질소 공급관(420)을 통해 상기 버블링 용기(450) 내로 버블링 질소가 공급된다. 버블링 노즐(425)에는 다수의 버블링 홀이 형성되어, 그 홀을 통해 나오는 질소가 포믹산을 버블링시키고, 이에 의해, 포믹산 가스가 상기 버블링 용기(450) 내에 생성된다. 포믹산 가스는 버블링 용기(450)에 다량 발생하여, 상기 포믹산 가스 튜브(430) 및 그와 합치된 주 공급관(410)을 통해 진공챔버(1202) 내로 공급된다. 진공챔버(1202)에 공급되는 포믹산 가스는 제1 밸브(412)의 개방에 의해 선택적으로 주 공급관(410)을 흐르는 캐리어 질소와 혼합되어 그 농도가 조절된다. 진공챔버(1202) 내로의 포믹산 가스의 공급은 주 공급관(410) 말단 부근의 메인 밸브(411)가 개방된 상태에서 이루어진다. 상기 메인 밸브(411)로 MFC(Mass Flow Controller)가 이용될 수 있다.

상기 주 공급관(410)의 말단 부근에는 포믹산 가스를 가열하기 위한 포믹산 히터(413)가 설치된다. 도시하지는 않았지만, 버블링 용기 내 액체 또는 가스를 가열하기 위한 다른 히터가 더 설치될 수 있다. 상기 주 공급관 및/또는 버블링 용기에 설치되는 히터는 포믹산 가스의 공급으로 인하여 진공챔버 내 온도가 원치 않게 낮아지는 것을 방지한다. 도 11은 포믹산 히터(413)의 바람직한 예를 도시한 부분절개 사시도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 포믹산 히터(413)는, 포믹산 가스가 흐르는 다수의 장공(4132a)들이 넓게 분포되어 형성된 원형의 다공 블록(4132)과, 상기 다공 블록(4132)의 외표면을 감싸도록 설치된 밴드히터(4134)를 포함한다. 상기 다공 블록(4132)은 열전도성이 좋은 금속 재료로 형성되는 것이 좋다.

도 12는 도 8에 도시된 버블링 용기(450)를 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 12를 참조하면, 버블링 용기(450) 내에 위치한 버블링 노즐(425)은 버블링 질소 공급관(420)의 말단에 결합된 채 상기 버블링 용기(450) 내 바닥면에 가까이 인접해 있다. 상기 버블링 노즐(425)에는 다수의 버블링 홀들(4252)이 형성되어, 그 버블링 홀들(4252)을 통해 방출되는 질소로 버블링 용기(450) 내 포믹산을 버블링한다. 또한, 상기 버블링 용기(450)에는 포믹산의 액위를 측정하기 위한 액위 센서(457)가 하나 이상 설치된다. 상기 액위 센서(457)는 가이드에 의해 높이 조절 가능하며, 체결구에 의해 높이 조절된 상태로 고정된다.

다시 도 8을 참조하면, 상기 챔버하우징(120)의 내부 바닥에는 히터(128)가 설치된다. 본 실시예에서, 상기 히터(128)는 할로겐램프로 이루어진다. 상기 히터(128)의 위쪽에는 웨이퍼 척(210)이 위치하는데, 이 웨이퍼 척(210)은 앞서 언급된 바와 같이 척유닛의 차폐벽(220)이 상기 진공챔버(1202)를 밀폐할 때 상기 진공챔버(1202) 내로 들어온 것이다. 이때, 상기 웨이퍼 척(210)에는 보트 온 웨이퍼(2-3)가 놓여진다. 히터(128)는 웨이퍼 척(210) 위의 보트 온 웨이퍼(2-3)를 가열하며, 이에 따라, 웨이퍼 상의 솔더 라인 또는 솔더볼이 용융되고, 그 용융된 솔더 라인 또는 솔더볼에 의해 웨이퍼와 그 위의 반도체칩은 접합된다. 리플로우 공정 중에, 상기 포믹산 가스 공급유닛(400)은 샤워헤드 또는 확산 플레이트(127; 도 4 참조)를 통해 포믹산 또는 포믹산 가스를 상기 진공챔버(1202) 내에 공급한다.

리플로우 공정 후에는, 상기 웨이퍼 척(210) 하부측에 배치된 냉각관(470)을 통해 질소가 분사되며, 상기 분사된 질소에 의해 상기 웨이퍼 척(210)이 냉각된다. 상기 냉각관(170)에는 MFC(Mass Flow Controller) 또는 밸브(472)가 설치되어 질소의 공급 여부 및 질소 공급량이 제어될 수 있다.

또한, 포믹산 가스 공급유닛(400)은, 포믹산의 공급을 배재한 채 샤워헤드(127)를 통해 보트 온 웨이퍼(2-3) 위로 질소를 분사한다. 이에 의해, 상기 보트 온 웨이퍼(2-3)는 냉각될 수 있다.

본 실시예에 따른 진공 리플로우 장치는, 버블링 용기(450) 내의 오래된 포믹산을 버리기 위해 드레인 배관(491)과 드레인 탱크(492)를 더 포함한다. 오래된 포믹산이 드레인 배관(491)을 통해 드레인 탱크(492)로 버려지면, 포믹산 탱크 460)으로부터 깨끗한 포믹산이 버블링 용기(450) 내로 다시 채워진다. 이는 항상 양질의 포믹산 가스를 챔버하우징(120) 내에 공급하는 것을 가능하게 해준다.

도 1 내지 도 8을 참조하여, 전술한 진공 리플로우 장치를 이용한 진공 리플로우 솔더링 공정을 차례대로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 보트 온 웨이퍼(2-3), 즉, 보트(3) 위에 탑재된 웨이퍼(2)가 보트 카세트(610)에 공급된다. 이때, 웨이퍼(2) 상에는 도시하지 않은 솔더 라인 또는 솔더볼이 형성되고 반도체칩이 올려져 있다. 이하 공정에서, 로봇유닛(500)은 매핑센서(530)를 이용해 보트 카세트(610)와 웨이퍼 카세트(620)를 매핑한다. 다음, 로봇유닛(500)은 보트 핑거(510)를 이용하여 보트 카세트(610)로부터 보트 온 웨이퍼(2-3)를 꺼내어 진공챔버(1202)로부터 나와 있는 척유닛(200)의 웨이퍼 척(210) 상에 상기 보트 온 웨이퍼(2-3)를 올린다. 다음, 척유닛(200)의 차폐벽(220)이 전진하여 진공챔버(1202)의 개구부(121)를 닫음과 동시에 그 전방에 결합된 웨이퍼 척(210)이 상기 진공챔버(1202)에 들어간다. 진공형성유닛(300)의 진공펌프(310)를 구동하여, 진공챔버(1202)의 압력을 진공 수준까지 감압한다. 챔버하우징(120)의 내부, 즉, 진공챔버에 있는 히터(128)를 동작시켜, 웨이퍼 척(210)을 가열하고, 웨이퍼 척(210)의 복사열로 웨이퍼(2)를 가열한다. 웨이퍼(2)를 가열하는 동안, 즉, 리플로우 솔더링이 이루어지는 동안, 포믹산을 단독 또는 질소가스와 혼합하여 상기 진공챔버(1202) 상측에 균일하게 분사한다. 웨이퍼(2)와 반도체칩의 솔더링 접합이 완료될 때가지 진공챔버(1202) 내 온도를 균일하게 유지한다. 온도 유지에는 냉각수단들, 즉, 웨이퍼 척(210) 하부에 배치된 냉각관(470) 및 포믹산 가스 공급유닛(400)에 의한 질소 분사에 의해 이루어질 수 있다. 진공펌프(310)의 구동을 중지하고, 포믹산 가스 공급유닛(400)을 이용해 진공챔버(1202)에 질소를 적당량 공급하여 진공챔버 압력을 대기압 수준으로 유지한다. 위의 공정들은 미리 제공된 레시피를 따라 수행될 수 있다. 다음, 차폐벽(220)이 진공챔버(1202)를 개방하고, 그와 동시에, 웨이퍼 척(210)이 진공챔버(1202)로부터 나오면, 로봇유닛(500)은 보트 핑거(510)를 이용해 보트 온 웨이퍼(2-3)를 웨이퍼 척(210)으로부터 보트 분리유닛(700)으로 운반한다. 다음, 보트 분리유닛(700)의 중앙핀(720)을 이용해 웨이퍼(2)를 보트(3)로부터 들어올리며, 그 들어올려진 웨이퍼(2)는 로봇유닛(500)의 웨이퍼암(520)에 흡착된 채 웨이퍼 카세트(620)로 운반되어 그곳에서 보관된다 그 다음, 상기 분리된 보트는 로봇유닛(500)의 보트 핑거(510)에 의해 보트 보관소(630)로 운반되어 그곳에서 보관된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 챔버유닛(100, 100) 및 복수의 척유닛(200, 200)을 이용할 수 있으며, 이 경우, 로봇유닛(500)은 하나의 챔버유닛(100)에 대하여 공정을 수행하다고, 그 중간에, 챔버유닛(100)에 대하여 공정을 수행한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 리플로우 장치를 전반적으로 도시한 평면도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예의 진공 리플로우 장치는, 앞선 실시예에 있던 보트 분리 유닛(700; 도 1참조)이 생략되어 있음을 알 수 있다. 대신, 본 실시예의 보트 보관소(630)에는 챔버로부터 나온 보트 온 웨이퍼에서 웨이퍼를 이격 상승시켜 분리하는 요소들을 포함하고 있다. 분리된 웨이퍼는 로봇유닛의 웨이퍼 암(520)에 흡착된 채 그 웨이퍼 암(520)에 의해 웨이퍼 카세트(620)로 운반되어 그곳에서 보관된다.

도 10은 웨이퍼 보관소(630)의 웨이퍼 분리 기능 및 보트의 상승 유지 기능을 하는 요소들을 보여준다.

도 10에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 보관소(630)는, 바닥 플레이트(632)와, 상기 바닥 플레이트(632)의 중앙에서 상기 보트(30)의 분리 구멍(32) 위까지 상승하여 상기 웨이퍼(2)를 보트(30)로부터 이격 분리시키는 중앙핀(634)들을 포함한다. 이에 더하여, 상기 웨이퍼 보관소(63)는 보트(30)를 상승 유지시키기 위한 에지핀(636)을 추가로 더 포함할 수 있다.

100: 챔버유닛 110: 챔버하우징
210: 척유닛 210: 웨이퍼 척
220; 차폐벽 300: 진공형성유닛
400: 포믹산 가스 공급유닛 450: 버블링 용기

Claims

진공에서 웨이퍼를 리플로우 솔더링하기 위한 진공 리플로우 장치로서,
챔버하우징 및 상기 챔버하우징 내부의 히터를 갖는 챔버유닛;
웨이퍼를 지지한 채로 상기 챔버하우징 내로 위치 가능한 웨이퍼 척을 구비한 척유닛;
포믹산 가스를 생성하여 상기 챔버하우징 내로 공급하는 포믹산 가스 공급유닛; 및
상기 챔버하우징 내부에 진공을 형성하기 위한 진공형성유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 리플로우 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 포믹산 가스 공급유닛은,
내부에 포믹산을 수용하며, 상기 포믹산을 N2 가스에 의해 버블링하여 포믹산 가스를 생성하는 포믹산 용기;
상기 포믹산 가스를 적정 온도로 가열하기 위한 포믹산 히터;
상기 포믹산 가스를 상기 챔버하우징 내로 공급하도록 배치된 포믹산 가스 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 리플로우 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 포믹산 가스 공급라인은 튜브, MFC(매스 플로우 제어기) 또는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 리플로우 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 포믹산 용기 내로 공급될 포믹산을 저장하는 포믹산 탱크와, 상기 포믹산 용기 내의 오래된 포믹산을 버리기 위한 드레인 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 리플로우 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 척유닛은 상기 웨이퍼 척을 지지하는 쿼츠 바(quartz bar)와 상기 웨이퍼 척의 온도를 측정하는 써모커플을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 리플로우 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 챔버하우징의 측벽에는 차폐벽에 의해 개폐 가능한 개구부가 형성되고, 상기 차폐벽은 상기 웨이퍼 척이 상기 챔버에 들어가 위치할 때 상기 개구부를 막도록 상기 웨이퍼 척 또는 상기 웨이퍼 척을 지지하는 부분과 연결된 것을 특징으로 하는 진공 리플로우 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 포믹산 가스 공급라인에는 포믹산 가스를 가열하기 위한 히터가 설치되며, 상기 히터는 다수의 장공이 형성된 다공 블록과 상기 다공 블록의 외부를 감싸는 밴드 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 리플로우 장치.