KR101261266B1

KR101261266B1 - 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법

Info

Publication number: KR101261266B1
Application number: KR1020100108527A
Authority: KR
Inventors: 유병소; 김학용; 이병식; 장현삼; 곽종호
Original assignee: 유병소; (주)큐엠씨
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2013-05-09
Also published as: KR20120046957A; CN102468120A

Abstract

레이저를 사용하여 소재를 가공하는 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공 방법에 있어서, 피더가 카세트 리프터에 장착된 웨이퍼 카세트에서 웨이퍼를 인출하여 웨이퍼 얼라이너로 이송하는 웨이퍼 인출단계; 웨이퍼 얼라이너가 웨이퍼의 양측면을 가압하여 웨이퍼를 정렬시키고, 에지 디텍터가 작동하여 웨이퍼에 고정된 웨이퍼의 외곽 형상 이미지를 검출하는 웨이퍼 정렬 및 에지 디텍팅 단계; 트랜스퍼 암이 작동하여 에지 디텍팅이 완료된 웨이퍼를 워크스테이지로 이송하는 웨이퍼 로딩 단계; 및 워크스테이지와 레이저 가공부가 동작하여 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼 가공 단계;를 포함하는 레이저 가공 방법을 제공한다.

Description

레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법{LASER PROCESSING DEVICE AND LASER PROCESSING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 레이저를 사용하여 소재를 가공하는 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

고체 레이저(solid state laser)는 레이저 절단(cutting) 및 스크라이빙(scribing)을 포함하는 다양한 물질 가공을 위한 용도로 사용되어 왔다. 최근에는 자외선(UV : Ultra Violet) 영역 고체 레이저의 개발로 인하여 반도체 물질을 가공하는 공정, 특히 칩 분할(chip separation)을 하기 위해 웨이퍼 기판(wafer substrates)을 레이저로 절단하는 공정에서 레이저의 용도는 더 넓어지고 있다. 칩 분할을 필요로 하는 기판의 형태는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer), 화합물 반도체 웨이퍼, 세라믹 기판, 금속 기판 및 유리 기판 등과 같이 매우 다양하다.

본 발명의 목적은 웨이퍼 카세트에 적재된 복수개의 웨이퍼를 순차적으로 가공할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 가공이 이루어지는 시간 동안, 가공이 완료된 웨이퍼의 반출과, 후 순위 가공 웨이퍼의 반입이 이루어질 수 있는 레이저 가공 장치를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 웨이퍼 카세트를 장착하고 승하강하는 카세트 리프터(Cassette lifter); 상기 카세트 리프터의 출구측에 형성되는 웨이퍼 얼라이너(Wafer aligner); 상기 웨이퍼 얼라이너에 위치한 웨이퍼의 외곽 형상을 검출하는 에지 디텍터(Edge detecter); 상기 카세트 리프터와 상기 웨이퍼 얼라이너 사이를 왕복하며 웨이퍼를 이송시키는 피더(feeder); 3축(x축, y축, z축) 방향 이송과 z축 방향 회전이 가능하게 형성되는 워크 스테이지(Work stage); 상기 웨이퍼 얼라이너와 상기 워크 스테이지 사이를 이동하며, 각각에 놓여진 웨이퍼를 교환하는 트랜스퍼 암(Transfer arm); 및 상기 워크 스테이지에 가공용 레이저를 조사하는 레이저 가공부;를 포함하는 레이저 가공장치를 제공한다.

그리고 본 발명은 상술한 바와 같은 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공 방법에 있어서,

상기 피더가 상기 카세트 리프터에 장착된 웨이퍼 카세트에서 웨이퍼를 인출하여 상기 웨이퍼 얼라이너로 이송하는 웨이퍼 인출단계;

상기 웨이퍼 얼라이너가 상기 웨이퍼의 양측면을 가압하여 웨이퍼를 정렬시키고, 상기 에지 디텍터가 작동하여 상기 웨이퍼에 고정된 웨이퍼의 외곽 형상 이미지를 검출하는 웨이퍼 정렬 및 에지 디텍팅 단계;

상기 트랜스퍼 암이 작동하여 에지 디텍팅이 완료된 웨이퍼를 워크스테이지로 이송하는 웨이퍼 로딩 단계; 및

상기 워크스테이지와 상기 레이저 가공부가 동작하여 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼 가공 단계;를 포함하는 레이저 가공 방법을 제공한다.

이 때, 상기 웨이퍼 가공 단계를 마친 웨이퍼는 상기 트랜스퍼 암에 의하여 웨이퍼 얼라이너로 반송된후, 다시 상기 피더에 의하여 상기 웨이퍼 카세트로 인입되는 웨이퍼 인입단계를 거치는 것이 바람직하다.

또한, 상기 웨이퍼 로딩 단계는, 상기 웨이퍼 정렬 및 에지 디텍팅 단계를 거친 웨이퍼 얼라이너 상의 웨이퍼와, 상기 웨이퍼 가공 단계를 거친 워크 스테이지 상의 웨이퍼를 트랜스퍼 암으로 자리 바꿈 시키는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 웨이퍼 가공 단계가 진행됨과 동시에, 상기 웨이퍼 가공 단계를 마친 웨이퍼에 대한 웨이퍼 인입단계가 이루어지고, 다음 순위 웨이퍼에 대하여 웨이퍼 인출 단계와, 웨이퍼 정렬 및 에지 디텍팅 단계가 수행되도록 하면 더욱 바람직하다.

본 발명은 웨이퍼 카세트에 적재된 복수개의 웨이퍼를 순차적으로 가공할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명은 웨이퍼 가공이 이루어지는 시간 동안, 가공이 완료된 웨이퍼의 반출과, 후 순위 가공 웨이퍼의 반입이 이루어질 수 있도록 함으로써 공정 시간을 단축하고 생산성을 향상시키는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치의 일부를 나타낸 사시도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치의 웨이퍼 얼라이너를 나타낸 사시도 및 분리 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 면광원의 내부 구조를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치의 트랜스퍼 암 부분을 나타낸 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치의 트랜스퍼 암을 나타낸 정면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 진공암부를 나타낸 사시도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 진공암부의 일부 절개 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 워크 스테이지를 나타낸 사시도,
도 11은 본 발명에 따른 워크 스테이지 상부에 배치되는 레이저 가공부를 나타낸 확대 사시도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 나타낸 공정 순서도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 방법의 웨이퍼 가공 단계와 동시에 이루어지는 공정을 나타낸 공정 순서도임.

이하, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 웨이퍼 카세트와 트랜스퍼 암을 생략한 레이저 가공 장치를 나타낸 일부 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)는, 웨이퍼 카세트(10)를 장착하고 승하강하는 카세트 리프터(110)와, 상기 카세트 리프터(110)의 출구측에 형성되는 웨이퍼 얼라이너(120)와, 상기 웨이퍼 얼라이너(120)에 위치한 웨이퍼의 외곽 형상을 검출하는 에지 디텍터(130)와, 상기 카세트 리프터(110)와 상기 웨이퍼 얼라이너(120) 사이를 왕복하며 웨이퍼를 이송시키는 피더(미도시)와, 3축(x축, y축, z축) 방향 이송과 z축 방향 회전이 가능하게 형성되는 워크 스테이지(140)와, 상기 웨이퍼 얼라이너(120)와 상기 워크 스테이지(140) 사이를 이동하며, 각각에 놓여진 웨이퍼를 교환하는 트랜스퍼 암(150)과, 상기 워크 스테이지에 가공용 레이저를 조사하는 레이저 가공부(160)를 포함한다.

웨이퍼 카세트(10)에는 웨이퍼홀더웨이퍼가 복층으로 적층되어 있다. 웨이퍼의 구조에 관한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.웨이퍼홀더) 웨이퍼 카세트(10)는 출구측이 웨이퍼 얼라이너(120)를 향하도록 카세트 리프터(110)에 장착된다.

또한, 카세트 리프터(110)의 웨이퍼 카세트(10) 출구측에 바코드 리더를 구비하여 인출되는 웨이퍼의 바코드를 인식할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

카세트 리프터(110)는 웨이퍼 카세트(10)를 승하강 시킴으로써, 각층에 배치된 웨이퍼를 웨이퍼 얼라이너(120)와 동일한 높이가 되도록 정렬시키는 역할을 한다.

미도시한 피더(feeder)는 웨이퍼 얼라이너(120)와 동일한 높이로 정렬된 웨이퍼를 클램핑(clamping)하고 인출한다.

피더는 웨이퍼 얼라이너(120)와 웨이퍼 카세트(10) 사이를 왕복하며, 웨이퍼 카세트(10)에 장착된 웨이퍼를 웨이퍼 얼라이너(120)로 인출하거나, 웨이퍼 얼라이너(120)에 놓여진 웨이퍼를 다시 웨이퍼 카세트(10)로 인입시키는 역할을 수행한다.

도 1을 살펴보면, 카세트 리프터(110)와, 웨이퍼 얼라이너(120)와 워크 스테이지(140)가 대략 ㄱ자 형태로 배열되어 있는 것을 알 수 있다. 이는 설비의 내부 공간을 효율적으로 활용하여 설비의 전체 크기를 축소시키기 위한 것이다.

이러한 배열로 인하여 피더의 이송 방향과, 트랜스퍼 암(150)의 이송방향이 서로 교차하게 된다. 도시된 실시예의 경우에는 피더의 이송 방향과 트랜스퍼 암(150)의 이송 방향이 직교하는 상태이다.

피더의 이송 방향과 트랜스퍼 암(150)의 이송 방향이 서로 직교하고, 피더는 웨이퍼의 측면을 고정하는 형태로 형성하고, 트랜스퍼 암(150)이 웨이퍼의 상면을 흡착 고정하는 형태로 형성함으로써, 피더와 트랜스퍼 암(150) 상호 간의 간섭을 방지할 수 있다.

도 2를 참조하면, 웨이퍼 얼라이너(120)의 상부 중앙에는 에지 디텍터(130)의 촬상장치가 배치된다.

그리고, 워크 스테이지(140)의 상부에 레이저 가공부(160)가 배치된다.

레이저 가공부(160)는 가용용 레이저를 웨이퍼에 조사한다. 이때,레이저 가공부(160)는 고정된 상태를 유지하고, 워크 스테이지(140)가 이동하며 웨이퍼의 가공위치를 변경하도록 구성된다.

워크 스테이지(140)는 3축(x축, y축, z축) 방향의 수평이동과 z축 방향의 회전이 가능하게 형성된다.

카세트 리프터(110)와 웨이퍼 얼라이너(120) 사이에서 웨이퍼의 이송은 상술한 피더에 의하여 이루어지고, 웨이퍼 얼라이너(120)와 워크 스테이지(140) 사이에서 웨이퍼의 이송은 트랜스퍼 암(150)을 통해서 이루어진다.

트랜스퍼 암(150)은 한 쌍이 구비된다. 한 쌍의 트랜스퍼 암(150) 중 하나의 트랜스퍼 암은 웨이퍼 얼라이너(120)에 놓여진 웨이퍼를 이송하게 되고, 다른 하나의 트랜스퍼 암은 워크 스테이지(140)에 놓여진 웨이퍼를 이송하게 된다. 즉 두개의 트랜스퍼 암이 웨이퍼 얼라이너(120)에 올려진 웨이퍼(가공전)와 워크 스테이지(140) 놓여진 웨이퍼(가공후)를 맞바꾸는 형태로 이송하는 것을 특징으로 한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치의 웨이퍼 얼라이너를 나타낸 사시도 및 분리 사시도이다.

웨이퍼(12)는 복수개의 칩이 배열되어 있는 웨이퍼기판(12c)과, 금속박판 재질의 웨이퍼홀더(12a)와, 웨이퍼기판(12c)을 웨이퍼홀더(12a)에 고정하는 블루 테입(12b)을 포함한다. 웨이퍼홀더(12a)는 양측에 직선부를 구비하고, 양측에 직선부는 서로 평행하게 이루어진다. 웨이퍼 얼라이너(120)에서 이러한 직선부의 양측을 밀착함으로써 웨이퍼(12)가 일정한 형태가 되도록 정렬한다.

웨이퍼 얼라이너(120)는 한 쌍의 가이드(122)를 포함하며, 한 쌍의 가이드(122)는 폭 방향의 중심을 향하여 서로 대칭되는 형태로 이동하게 형성된다. 즉, 중심을 향하여 동일한 거리만큼 접근하거나, 중심에서 동일한 거리만큼 멀어지는 방식으로 이동하여, 정렬되는 웨이퍼(12)의 폭방향 중심선이 웨이퍼 얼라이너(120)의 폭방향 중심선과 일치하도록 정렬하는 것이다.

가이드(122)의 작동구조에 관하여 살펴보면, 회전력을 발생시키는 구동모터(125)와, 구동모터(125)의 회전력에 의하여 회전되는 회전부재(126)와, 회전부재(126)와 연결되어 구동모터(125)의 구동력을 한 쌍의 가이드(122)에 전달하는 전달부재(127)를 포함한다.

구동모터(125)는 스테핑모터가 적용될 수 있고, 전달부재(127)는 회전부재(126)에 감겨지는 벨트로 구성될 수 있다.

예를 들어, 구동모터(125)의 구동에 의하여 회전부재(126)가 제1방향으로 회전되면 전달부재(127)가 회전부재(126)에 감기면서 한 쌍의 가이드(122)가 서로 인접하는 방향으로 이동한다., 회전부재(126)가 제1방향과 반대방향인 제2방향으로 회전되면 회전부재(126)에 감겨진 전달부재(127)가 풀리면서 한 쌍의 가이드(122)가 서로 이격되는 방향으로 이동하도록 할 수 있다.

가이드(122)의 작동구조는 상기한 바와 같은 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 한 쌍의 가이드(122)를 서로 인접하는 방향 또는 서로 이격되는 방향으로 이동시키기 위해 각 가이드(122)와 연결되는 유압식 또는 공압식 실린더, 볼스크류장치 또는 리니어모터가 적용될 수 있으며, 그 이외에도 다양한 직선이동기구가 적용될 수 있다.

웨이퍼(12)가 웨이퍼 얼라이너(120) 에 로딩 된 후, 상기 가이드(122)가 웨이퍼 얼라이너(120)의 폭방향 중심을 향해서 이동하게 되면, 웨이퍼 얼라이너(120)의 폭방향 중심과 웨이퍼(12)의 폭방향 중심이 정렬된다.

이렇게 웨이퍼(12)가 정렬된 후에는 웨이퍼기판(12c)의 외곽 형상 이미지를 검출하는 에지 디텍팅이 수행된다.

에지 디텍팅은 카메라와 같은 촬상장치를 이용하여 웨이퍼기판(12c)의 이미지를 취득하여, 그 외곽선을 데이터화하는 것이다. 보다 정확한 에지 디텍팅을 수행하기 위해서는 웨이퍼기판(12c)의 배면에서 균일한 면광(plane light)이 조사되는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 웨이퍼 얼라이너(120)의 바닥면에 면광원(132)을 구비한다.

면광원(132)은 균일한 색상과 밝기를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 촬상장치가 CCD 소자를 사용하는 경우, 면광원(132)은 붉은색 계열의 파장을 나타내는 것이 바람직하다. 이는 CCD 소자의 감도가 붉은색 파장 영역에서 우수하기 때문이다.

도 5는 면광원의 내부 구조를 나타낸 단면도이다.

면광원(132)은 복수의 발광다이오드(133)가 격자형으로 배치되는 조명플레이트(134)와, 조명플레이트의 상부에 구비되는 광확산판(135)을 포함하여 구성될 수 있다.

발광다이오드(133)로는 촬상장치에서의 광의 감도가 비교적 큰 붉은색 파장대를 가지는 광을 발광하는 소자로 이루어지는 것이 바람직하다.

광확산판(135)은 복수의 발광다이오드들(133)에서 발광되는 광을 웨이퍼(12)를 향하여 균일하게 확산시키는 역할을 수행한다.

광확산판(135)은 투명재질의 패널에 확산입자를 포함시키거나, 투명재질의 패널에 필름이 부착된 형태, 투명재질의 패널의 일면에 복수의 요철이 형성된 형태로 이루어질 수 있으나, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치의 트랜스퍼 암 부분을 나타낸 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치의 트랜스퍼 암을 나타낸 정면도이다.

트랜스퍼 암(150)은 워크 스테이지(도 1의 140)에 놓여진 웨이퍼와, 웨이퍼 얼라이너(120)에 놓여진 웨이퍼(12)를 맞교환 하는 방식으로 이송시킨다.

본 발명에 따른 트랜스퍼 암(150)은 몸체부(152)와, 몸체부(152)에 상호 마주하여 연결되며 웨이퍼(12)를 로딩 및 언로딩 할 수 있는 진공암부(154)와, 몸체부(152)와 진공암부(154)를 상호 연결시키며 진공암부(154)가 웨이퍼의 이송 및 아이들링시 간섭이 발생되지 않는 이동 경로를 가지도록 진공암부(154)를 상하/좌우로 이동시키는 이송구동부(156)를 포함한다.

몸체부(152)는 대략 직육면체의 형태로 마련되는데, 이러한 형태에 한정되지는 않으나 몸체부(152)에 진공암부(154)와 이송구동부(156)가 장착되는 것을 감안하여 충분한 크기와 강도를 가지도록 하는 것이 바람직하다.

도 7을 참조하면, 이송구동부(156)는 2개가 구비되며, 몸체부(152)의 양측에 길이 방향을 따라 결합된다.각각의 이송구동부(156)는 수평이동부(157), 승하강부(158) 및 진공암부(154)를 포함한다.

몸체부(152)에 진공암부(154)를 좌우 방향으로 이동시키는 수평이동부(157)가 결합되고, 진공암부(154)는 승하강부(158)에 결합되며, 승하강부(158)는 다시 수평이동부(157)에 결합되도록 구성된다. 따라서, 수평이동부(157)에 의하여 승하강부(158)과 진공암부(154)가 함께 좌우 방향으로 이동하게 되며, 승하강부(158)에 의하여 진공암부(154)가 상하 방향으로 이동하게 된다.

수평이동부(157)는 다양한 형태로 구비될 수 있다. 예를 들어, 수평이동부(157)는 랙앤 피니언 기어를 이용할 수 있으며, 그 외에도 몸체부(152)의 길이방향으로 레일을 설치하고 레일을 따라 좌우로 슬라이딩 이동되는 구성으로 구비될 수 있다.

승하강부(158)는 진공암부(154)를 상하로 이동시키는 구동력을 제공하는 모터(158a)와, 모터(158a)의 구동력에 의하여 상하 왕복 이동하는 업다운 실린더(158b)와, 모터(158a)와 업다운 실린더(158b)가 장착되어 있으며, 모터(158a)와 업다운 실린더(158b)를 수평이동부(157)와 연결시키는 브래킷(158c)을 포함한다.

모터(158a)는 브레이크 모터를 사용하는 것이 바람직하다. 브레이크 모터는 전원 오프(off)시 모터의 회전이 제동되는 것으로, 진공암부(154)가 비정상적인 전원 차단으로 인하여 멈추게 되었을 때, 자중에 의하여 하강하지 않고 전원이 차단된 시점의 위치에 정지하게 되므로 웨이퍼와 장비의 손상을 방지할 수 있다.

모터(158a)와 업다운 실린더(158b)는 상술한 바와 같이 브래킷(158c)에 장착되어 있고, 브래킷(158c)이 수평이동부(157)에 연동 가능하게 결합되어 있어 승하강부(158)가 수평이동부(157)를 따라 좌우로 왕복이동 할 수 있게 된다.

진공암부(154)는 몸체부(152)에 직접 연결되지 않고, 이송구동부(156) 중 수평이동부(157)에 결합되어 몸체부(152)와 연결되어 있다.

진공암부(154)는 몸체부(152)에 상호 마주하게 구비되기 때문에 2개의 진공암부(154)가 마련된다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 진공암부를 나타낸 사시도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 진공암부의 일부 절개 사시도이다.

진공암부(154)의 구조를 살펴보면, 진공암부(154)는 웨이퍼(12)의 웨이퍼홀더(12a)에 흡착되는 진공패드(154a)와, 진공패드(154a)와 정렬되어 있으며 진공패드(154a)를 웨이퍼홀더(12a)에 흡착시키는 진공챔버(154b)와, 진공챔버(154b)와 승하강부(158)를 연결하는 무빙플레이트(154c)를 포함한다.

무빙플레이트(154c)는 일측이 승하강부(158)의 업다운 실린더(158b)에 결합되어 있고, 타측에는 진공챔버(154b)가 연결된다. 무빙플레이트(154c)와 진공챔버(154b)는 직접 결합되지 않고 진공챔버(154b)가 무빙플레이트(154c)와 이격될 수 있게 서포트 블록(154d)과 샤프트(154e)에 의해 연결되어 있다.

웨이퍼(12)의 웨이퍼홀더(12a)에 흡착되는 진공패드(154a)는 복수개 구비되는 것이 바람직하다. 도시된 실시예의 경우 4개의 진공패드(154a)가 마련되어 있으며 이보다 더 적은 개수로 구비되거나 더 많이 구비될 수도 있으나, 웨이퍼(12)의 크기와 중량을 고려하여 안정적으로 고정할 수 있도록 배치하여야 한다.

4개의 진공패드(154a)는 2개의 진공패드(154a)가 한 쌍으로 상호 마주하며 배치되어 있고, 한 쌍의 진공패드(154a)는 상측에 구비된 진공패드 블록(155a)에 연결되어 있고, 진공패드 블록(155a)과 진공챔버(154b)가 진공 샤프트(155b)로 연결되어 있다.

한편, 진공챔버(154b)에는 각각의 진공패드(154a)가 웨이퍼홀더(12a)에 흡착될 수 있도록 진공을 형성하는 진공유입라인(155c)이 형성되어 있다. 이 진공유입라인(155c)을 통해 진공이 형성되면 진공패드(154a)는 웨이퍼홀더(12a)를 흡착하여 웨이퍼(12)를 들어 올릴 수 있게 된다.

이를 위하여 트램스퍼 암(150)은 서로 독립적으로 승하강 하며, 수평이동 하는 진공암(152a, 152b)을 구비한다.

진공암(152a, 152b)은 각각 진공장치에 연결되어, 진공의 흡착력을 이용하여 웨이퍼(12)의 웨이퍼홀더(12a)를 흡착 고정한다.

진공암(152a, 152b)은 수평 방향 이동 시 도 7에 도시된 바와 같이, 서로 다른 높이에서 이송되도록 하는 것이 바람직하다. 서로 다른 높이를 가지도록 함으로써 동시에 2개의 웨이퍼를 맞교환 하는 방식으로 이송할 수 있는 것이다.

도 10은 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 워크 스테이지를 나타낸 사시도이다.

도 10을 참조하여, 워크 스테이지(140)는 상부에 흡착테이블(142)이 형성되고, 흡착테이블(142)은 그 하부의 횡방향(x축 방향) 프레임(144)에 대하여 슬라이딩 이동가능하게 형성되고, 횡방향 프레임(144)은 다시 종방향(y축 방향) 프레임(146)에 대하여 슬라이딩 이동가능하게 형성된다.

또한, 흡착테이블(142)은 높낮이(z축 방향)가 조절가능하도록 형성되며, 제자리에서 회전가능하도록 형성된다.

따라서, 흡착테이블(142)에 웨이퍼가 고정되면 3축 방향의 평행이동과, z축 방향의 회전이동이 가능하다.

도 11은 워크 스테이지 상부에 배치되는 레이저 가공부를 나타낸 확대 사시도이다.

레이저 가공부(160)에는 가공용 레이저를 조사하는 대물렌즈(162)가 구비되며, 그 주변에 변위센서(164)와 인스펙션 카메라(166)가 구비된다.

레이저 가공부(160)는 고정된 상태를 유지하며, 워크 스테이지(140)가 이동하며 레이저로 가공 되는 영역이 조절된다.

상기 변위센서(164)는 측정용 레이저를 조사하는 발광부와, 상기 발광부에서 조사된 측정용 레이저가 피 측정부재에 반사되어 돌아오는 것을 감지하는 수광부를 구비하는 형태가 될 수 있으나, 반드시 이러한 타입에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치는 워크 스테이지를 3축 방향으로 평행이동 할 수 있으며, 웨이퍼의 중심에 대하여 제자리에서 회전할 수 있도록 함으로써, 로딩된 웨이퍼를 정렬하고 정밀하게 가공할 수 있도록 해주는 효과를 가져온다.

이하, 상술한 바와 같은 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공 방법을 살펴본다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

본 발명에 따른 레이저 가공 방법은 상기 피더가 상기 카세트 리프터에 장착된 웨이퍼 카세트에서 웨이퍼를 인출하여 상기 웨이퍼 얼라이너로 이송하는 웨이퍼 인출단계(S-11)와,

상기 웨이퍼 얼라이너가 상기 웨이퍼의 양측면을 가압하여 웨이퍼를 정렬시키고, 상기 에지 디텍터가 작동하여 상기 웨이퍼에 고정된 웨이퍼의 외곽 형상 이미지를 검출하는 웨이퍼 정렬 및 에지 디텍팅 단계(S-12)와,

상기 트랜스퍼 암이 작동하여 에지 디텍팅이 완료된 웨이퍼를 워크스테이지로 이송하는 웨이퍼 로딩 단계(S-13)과,

상기 워크 스테이지와 상기 레이저 가공부가 동작하여 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼 가공 단계(S-14)를 포함한다.

상기 웨이퍼 가공 단계(S-14)는 상기 에지 디텍팅 단계에서 감지된 웨이퍼 영역 내부에만 레이저를 조사하게 된다.

상기 가공 단계를 마친 웨이퍼는 상기 트랜스퍼 암에 의하여 웨이퍼 얼라이너로 반송된후, 다시 상기 피더에 의하여 상기 웨이퍼 카세트로 인입되는 웨이퍼 인입 단계(S-15)를 거치게 된다.

본 발명은 레이저 가공 장치의 가공 시간을 단축하여 생산성을 향상시키기 위하여, 트랜스퍼암(150)이 워크 스테이지(140)에 놓여진 웨이퍼와, 웨이퍼 얼라이너(120)에 놓여진 웨이퍼를 맞교환(또는 자리바꿈) 하는 방식으로 이송시키는 것을 특징으로 한다.

따라서, 워크 스테이지 위에 새로운 가공 대상 웨이퍼가 놓여짐과 동시에, 웨이퍼 얼라이너에는 가공이 완료된 웨이퍼가 놓여지게 된다.

워크 스테이지에서 웨이퍼의 가공이 이루어지는 동안, 가공이 완료된 웨이퍼는 다시 웨이퍼 카세트로 보내지고, 다음번 가공 대상 웨이퍼에 대하여 웨이퍼 인출 단계(S-11)와, 웨이퍼 정렬 및 에지 디텍팅 단계(S-12)를 수행하도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 경우, 실제로 1싸이클에 소요되는 시간은 웨이퍼 로딩 단계(S-13)과 웨이퍼 가공단계(S-14)에 소요되는 시간의 합에 불과하게 된다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 방법의 웨이퍼 가공 단계와 동시에 이루어지는 공정을 나타낸 공정 순서도이다.

도시된 바와 같이, 웨이퍼 로딩(S-13) 단계에서는 가공이 완료된 웨이퍼와 가공 대기 웨이퍼가 자리 바꿈된다.

즉, 가공이 완료된 웨이퍼는 워크 스테이지에서 웨이퍼 얼라이너로 반송되고, 가공 대기 웨이퍼는 웨이퍼 얼라이너에서 워크 스테이지로 로딩되는 것이다.

가공 대기 웨이퍼는 워크 스테이지에서 웨이퍼 가공 단계(S-14)를 거치게 되고, 가공이 완료된 웨이퍼는 다시 웨이퍼 카세트로 보내지는 웨이퍼 인입 단계(S-15)를 거치게 된다.

즉, 본 발명에 따른 레이저 가공 장치는 웨이퍼 가공 단계가 진행되는 동안 가공이 완료된 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로 인입시키고, 다음 가공 대상 웨이퍼를 인출한 후 에지 디텍팅 단계까지 수행할 수 있는 구조를 제공한다.

워크 스테이지에서 이루어지는 작업은 웨이퍼 가공, 웨이퍼 로딩, 웨이퍼 가공 순으로 반복되고, 나머지 단계들은 웨이퍼 가공시에 이루어지도록 함으로써 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 공정 시간을 대폭 단축하고 생산성을 향상시키는 효과를 가져온다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 웨이퍼 카세트
100 : 레이저 가공 장치
110 : 카세트 리프터
120 : 웨이퍼 얼라이너
130 : 에지 디텍터
140 : 워크 스테이지
150 : 트랜스퍼 암
160 : 레이저 가공부
S-11 : 웨이퍼 인출 단계
S-12 : 웨이퍼 정렬 / 에지 디텍팅 단계
S-13 : 웨이퍼 로딩 단계
S-14 : 웨이퍼 가공 단계
S-15 : 웨이퍼 인입 단계

Claims

웨이퍼 카세트를 장착하고 승하강하는 카세트 리프터;
상기 카세트 리프터의 출구측에 형성되는 웨이퍼 얼라이너;
상기 웨이퍼 얼라이너의 바닥면에 배치되는 면광원과, 상기 면광원의 상부 중심에 배치되는 촬상장치를 포함하여, 상기 웨이퍼 얼라이너에 위치한 웨이퍼에 부착된 웨이퍼 기판의 외곽 형상을 검출하는 에지 디텍터;
상기 카세트 리프터와 상기 웨이퍼 얼라이너 사이를 왕복하며 웨이퍼를 이송시키는 피더;
3축(x축, y축, z축) 방향 이송과 z축 방향 회전이 가능하게 형성되는 워크 스테이지;
상기 웨이퍼 얼라이너와 상기 워크 스테이지 사이를 이동하며, 각각에 놓여진 웨이퍼를 교환하는 트랜스퍼 암; 및
상기 워크 스테이지에 가공용 레이저를 조사하는 레이저 가공부;를 포함하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 카세트 리프터와, 상기 웨이퍼 얼라이너와, 상기 워크 스테이지는 ㄱ자 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 피더의 이송 방향과 상기 트랜스퍼 암의 이송 방향이 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 3 항에 있어서,
상기 피더와 상기 트랜스퍼 암의 이송 방향이 직교하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 면광원은 붉은색 계열의 광원을 사용하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 트랜스퍼 암은,
몸체부와,
상기 몸체부와 연결되어 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는 한 쌍의 진공암부와,
상기 몸체부와 상기 진공암부를 연결하며, 상기 한 쌍의 진공암부를 각각 승하강 및 수평이동 시키는 이송구동부를 포함하며,
상기 한 쌍의 진공암부는 상기 웨이퍼의 이송시 간섭이 발생하지 않는 이동 경로를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 7 항에 있어서,
상기 이송구동부는,
상기 몸체의 양측에 구비되며 상기 진공암부를 수평이동시키는 수평이동부; 및
상기 수평이동부와 연동 가능하게 결합되어 상기 진공암부를 승하강시키는 승하강부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 8 항에 있어서,
상기 승하강부는,
구동력을 제공하는 모터;
상기 모터에 의해 승하강하는 업다운 실린더; 및
상기 모터와 상기 업다운 실린더가 결합되며, 상기 모터와 상기 업다운 실린더를 상기 수평이동부와 연결시키는 브래킷;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 9 항에 있어서,
상기 모터는 브레이크 모터인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 8 항에 있어서,
상기 진공암부는,
상기 웨이퍼에 흡착되는 진공패드;
상기 진공패드와 연결되어 상기 진공패드에 흡착력을 제공하는 진공챔버; 및
상기 진공패드 및 상기 진공챔버를 상기 승하강부와 연결시키는 무빙플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 7 항에 있어서,
상기 한 쌍의 진공암부는,
수평이동시 서로 다른 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 카세트 리프터의 출구측에 바코드 리더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
웨이퍼 카세트를 장착하고 승하강하는 카세트 리프터; 상기 카세트 리프터의 출구측에 형성되는 웨이퍼 얼라이너; 상기 웨이퍼 얼라이너의 바닥면에 배치되는 면광원과, 상기 면광원의 상부 중심에 배치되는 촬상장치를 포함하여, 상기 웨이퍼 얼라이너에 위치한 웨이퍼에 부착된 웨이퍼 기판의 외곽 형상을 검출하는 에지 디텍터; 상기 카세트 리프터와 상기 웨이퍼 얼라이너 사이를 왕복하며 웨이퍼를 이송시키는 피더; 이송 가능하게 형성되는 워크 스테이지; 상기 웨이퍼 얼라이너와 상기 워크 스테이지 사이를 이동하며, 각각에 놓여진 웨이퍼를 교환하는 트랜스퍼 암; 및 상기 워크 스테이지에 가공용 레이저를 조사하는 레이저 가공부;를 포함하는 레이저 가공장치를 이용한 레이저 가공 방법에 있어서,
상기 피더가 상기 카세트 리프터에 장착된 웨이퍼 카세트에서 웨이퍼를 인출하여 상기 웨이퍼 얼라이너로 이송하는 웨이퍼 인출단계;
상기 웨이퍼 얼라이너가 상기 웨이퍼의 양측면을 가압하여 웨이퍼를 정렬시키고, 상기 에지 디텍터가 작동하여 상기 웨이퍼에 구비된 웨이퍼 기판의 외곽 형상 이미지를 검출하는 웨이퍼 정렬 및 에지 디텍팅 단계;
상기 트랜스퍼 암이 작동하여 에지 디텍팅이 완료된 웨이퍼를 워크스테이지로 이송하는 웨이퍼 로딩 단계;
상기 워크스테이지와 상기 레이저 가공부가 동작하여 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼 가공 단계;를 포함하는 레이저 가공 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 웨이퍼 가공 단계를 마친 웨이퍼는 상기 트랜스퍼 암에 의하여 웨이퍼 얼라이너로 반송된후, 상기 피더에 의하여 다시 상기 웨이퍼 카세트로 인입되는 웨이퍼 인입단계를 거치는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 웨이퍼 로딩 단계는,
상기 웨이퍼 정렬 및 에지 디텍팅 단계를 거친 웨이퍼 얼라이너 상의 웨이퍼와,
상기 웨이퍼 가공 단계를 거친 워크 스테이지 상의 웨이퍼를 트랜스퍼 암으로 자리 바꿈 시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 웨이퍼 가공 단계가 진행됨과 동시에,
상기 웨이퍼 가공 단계를 마친 웨이퍼에 대한 웨이퍼 인입단계가 이루어지고,
다음 순위 웨이퍼에 대하여 웨이퍼 인출 단계와, 웨이퍼 정렬 및 에지 디텍팅 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 웨이퍼 가공 단계는
상기 에지 디텍팅 단계에서 감지된 웨이퍼 영역 내부에만 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.