KR101421574B1 - 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체 - Google Patents

웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체 Download PDF

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wafer chuck
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문인호
이철휴
최광열
임정호
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Abstract

본 발명의 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체는, 웨이퍼가 안착된 웨이퍼 척을 냉각하는 쿨러 유닛; 및 냉각된 웨이퍼 척에서 웨이퍼를 분리하는 언클램핑 유닛;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 쿨러 유닛과 언클램핑 유닛에 의해 본딩을 마친 웨이퍼와 웨이퍼 척의 냉각 및 웨이퍼를 웨이퍼 척에서 분리하는 효과가 있다.

Description

웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체{Wafer bonding system for wafer cooler unclamping assembly}
본 발명은 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본딩을 마친 웨이퍼와 웨이퍼 척의 냉각 및 웨이퍼를 웨이퍼 척에서 분리하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체에 관한 것이다.
가속도계, 자이로스코프, 광부품, 자외선 센서, 적외선 센서, 화학 센서, 잉크젯 헤드를 포함한 멤스(MEMS) 부품, LED, 다층 메모리 등은 소형화, 집적화, 저전력, 저가격을 구현할 수 있는 장점이 있으며 웨이퍼 접합 공정을 이용하여 제조된다.
웨이퍼 접합 공정은 다음과 같이 진행된다. 먼저 통상의 반도체 공정에 의하여 한 조를 구성하는 2 매의 웨이퍼에 별도로 회로와 정렬 마크를 새긴다. 그런 다음, 정렬 공정에서 정렬 마크를 이용하여 그 2매의 웨이퍼를 정렬시킨 후 고정한다.
마지막으로 웨이퍼 접합 공정에서 정렬된 2매의 웨이퍼를 고압, 고전압, 고진공, 고온의 조건으로 접합시킨다.
이와 같은 웨이퍼 접합 공정에서 접합 대상인 2매의 웨이퍼는 극히 정밀하게 정렬되어야 하며, 정밀한 정렬을 위해 보통 웨이퍼 정렬장치가 이용된다.
즉, 웨이퍼 정렬장치(Wafer Aligner)는 2매의 웨이퍼를 정확히 일치시켜 웨이퍼의 손실 양을 최소화함으로써 생산량을 증가시킴과 동시에, 일치되지 않았을 경우 발생할 수 있는 문제점, 예를 들어 공정 진행 중 웨이퍼의 계면에 도포되어 있는 물질들의 기화로 인한 오염 등을 차단함으로써, 최종 생산품의 수율을 향상시키는데 그 목적이 있다.
따라서, 웨이퍼 정렬장치의 경우, 기구적으로 높은 위치 반복 정밀도 및 위치 분해능을 갖도록 설계되어야 하며 동시에 적합한 제어기 및 알고리즘을 필요로 한다.
또한, 웨이퍼 정렬장치에는 웨이퍼의 정렬, 본딩 및 냉각시에 웨이퍼를 클램핑하는 웨이퍼 척이 더 구비된다.
그리고, 웨이퍼 정렬장치에는 본더에서 본딩 공정을 끝낸 웨이퍼 척과 웨이퍼는 고온이기 때문에 이를 냉각하는 쿨러 및 웨이퍼와 웨이퍼 척을 디척킹(분리)하는 언클램핑 유닛이 더 구비된다.
이와 같은 웨이퍼 언클램핑 유닛과 동일 범주의 기술인 웨이퍼 리프팅장치가 하기 특허문헌 1(이하, '종래기술'이라 한다)에 개시되어 있다.
그러나, 종래기술의 웨이퍼 리프팅장치는 정전척에 고정된 웨이퍼를 분리하도록 용도가 한정되며 하드웨어적인 구조물로 웨이퍼를 고정하는 웨이퍼 척에는 적용이 안되는 문제점이 있었다.
특히, 종래기술의 웨이퍼 리프팅장치는 본 출원인이 출원한 특허출원번호 제10-2013-0097799호(도 2 내지 도 4)의 "웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 척"에서 웨이퍼를 분리하는 용도로는 사용할 수 없다.
또한, 종래기술의 웨이퍼 리프팅장치에는 본딩 이후에 가열된 웨이퍼와 웨이퍼 척의 쿨링을 실현시키는 구성이 개시된 바 없다.
따라서, 전술한 문제점을 개선한 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
한국공개특허 제2009-0064113호(2009.06.18. 특허공개)
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 본딩을 마친 웨이퍼와 웨이퍼 척의 냉각 및 웨이퍼를 웨이퍼 척에서 분리하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체는, 웨이퍼가 안착된 웨이퍼 척을 냉각하는 쿨러 유닛; 및 냉각된 웨이퍼 척에서 웨이퍼를 분리하는 언클램핑 유닛;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 언클램핑 유닛은, 언클램핑 본체와, 상기 언클램핑 본체에 설치되며 웨이퍼 척에서 웨이퍼를 분리하는 언클램핑부 및 웨이퍼가 분리된 웨이퍼 척을 보관하는 버퍼부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 언클램핑부는, 상하로 승강이 이루어지는 바디와, 상기 바디 상부에 부착되며 웨이퍼 척을 고정하는 진공 흡입공과, 웨이퍼 척의 클램프를 상승시켜 회전시키는 클램프 언락킹부와, 웨이퍼를 상승시키는 언로더로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 클램프 언락킹부는, 웨이퍼 척의 클램프를 상승시키는 푸셔 및 상기 클램프를 회전시키는 회전부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전부재의 상단에는 웨이퍼 척의 회전체의 '十'자 형 체결홈에 삽입되도록 '十'자 형 체결돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바디에는 웨이퍼 척의 락킹홈에 대응되는 제1가이드 핀이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바디는 제1액츄에이터에 의해 승강이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 언로더는 제2액츄에이터에 의해 승강이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 버퍼부에는 웨이퍼 척의 락킹홈에 대응되는 제2가이드 핀이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 쿨러 유닛은, 쿨러 본체 및 상기 쿨러 본체에 설치되며 내부에 냉각수 순환라인이 구비된 쿨링 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체에 따르면, 쿨러 유닛과 언클램핑 유닛에 의해 본딩을 마친 웨이퍼와 웨이퍼 척의 냉각 및 웨이퍼를 웨이퍼 척에서 분리하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2 내지 도 4은 본 발명에 따른 웨이퍼 척을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 언클램핑부를 분해 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 시스템을 도시한 사시도이고, 도 2 내지 도 4은 본 발명에 따른 웨이퍼 척을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 언클램핑부를 분해 도시한 사시도이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체를 설명하기에 앞서, 먼저 본 발명에 대한 이해에 도움이 될 수 있도록 웨이퍼 접합 시스템과 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 척을 설명하고자 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 시스템(S)은, 2매의 웨이퍼를 정렬시키는 웨이퍼 정렬장치(100)와, 정렬된 2매의 웨이퍼를 고압, 고전압, 고진공, 고온의 조건으로 접합시키는 웨이퍼 본더(200)와, 본딩을 마친 웨이퍼와 웨이퍼 척의 냉각 및 웨이퍼를 웨이퍼 척에서 분리하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체(A) 및 웨이퍼를 각 공정 간으로 이송시키는 로봇(R)으로 구성된다.
또한, 웨이퍼 접합 시스템(S)에는 웨이퍼의 정렬, 본딩 및 냉각시에 웨이퍼를 클램핑하는 웨이퍼 척이 더 구비된다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 척(500)은, 원형의 본체(510)와, 상기 본체(510)에 관통형성되어 웨이퍼를 흡착시키는 진공 흡입공(511) 및 상기 본체(510)에 구비되어 물리적으로 웨이퍼를 구속하는 클램프(520)로 구성된다.
먼저, 상기 본체(510)는 림(rim) 형태로 형성되며 상기 클램프 조립체(520)가 설치되는 제1본체(510a) 및 상기 제1본체(510a)의 내측에 고정되며 상기 진공 흡입공(511)이 형성되는 제2본체(510b)로 구성된다.
또한, 상기 제1본체(510a)와 제2본체(510b)는 체결구(512) 및 볼트(513)에 의해 상호 결합된다.
이와 같이 상기 본체(510)를 제1본체(510a) 및 제2본체(520b)로 구분하여 조립하는 이유는 각 부위별로 요구되는 조건(강성, 경량화)이 다름으로 이종의 재질인 경우가 대표적이며, 또한 가공의 용이성을 높이기 위함이기도 하다.
그리고, 상기 클램프 조립체(520)는 상기 본체(510)에 형성되는 제1관통공(521)과, 상기 제1관통공(521)에 삽입되어 승강과 회전이 이루어지는 회전체(522) 및 상기 회전체(522)의 상부에 결합되는 클램프(523)로 구성된다.
따라서, 상기 클램프(523)는 상승, 회전, 하강 순으로 웨이퍼의 상측을 고정하게 된다.
한편, 상기 회전체(522)의 하면에는 '十'자 형 체결홈(522a)이 형성되어 '十'자 돌기를 가지는 구동원(미도시)과 연결되어 회전이 이루어지게 된다. 더욱이, '十'자 형 체결홈(522a)에 의해 구동원의 회전력이 손실없이 전달된다.
또한, 상기 클램프 조립체(520)에는 상기 제1관통공(521)에서 연장되도록 상기 본체(510)에 형성된 스프링 안착홈(524)과, 상기 스프링 안착홈(524)에 설치되며 상기 회전체(522)와 클램프(523)의 체결부위에 결합되는 판스프링(525) 및 상기 판스프링(525)을 승강시키는 푸셔(526)가 더 포함된다.
이때, 상기 판스프링(525)과 스프링 안착홈(524) 및 클램프(523), 판스프링(525), 회전체(522)는 볼트에 의해 조립이 이루어진다.
따라서, 상기 푸셔(526)에 의해 상승한 클램프(523)는 회전체(522)의 회전에 의해 웨이퍼의 상측으로 회전하며, 상기 푸셔(526)가 하강하면 클램프(523)는 판스프링(525)의 탄성복원력에 의해 웨이퍼의 상측을 견고하게 고정하게 된다.
그리고, 상기 본체(510)에는 푸셔(526)가 설치되는 제2관통공(527)이 형성되며, 상기 푸셔(526)와 제2관통공(527)에는 각각 걸림턱(526a,527a)이 형성되어 상기 푸셔(526)가 본체(510)에서 이탈되는 것을 방지하게 된다.
한편, 상기 본체(510)에는 가이드 홈(528)이 형성되고, 상기 클램프(522)에는 상기 가이드 홈(528)에 대응되는 가이드 핀(829)이 구비된다.
또한, 상기 가이드 홈(528)은 호형으로 형성되며, 상기 가이드 홈(528)의 양측 끝단은 90°의 회전반경을 가지도록 형성된다.
이에 따라, 상기 클램프(522)의 회전반경을 가이드 홈(528)과 가이드 핀(829)에 의해 물리적으로 제한하게 된다.
그리고, 상기 본체(510)에는 안착부(501)가 형성되며, 상기 안착부(501)에는 상기 본체(510)와 이종의 재질인 고정구(502)가 설치되며, 상기 고정구(502)에는 테이퍼진 락킹홈(503)이 형성된다. 상기 안착부(501)와 고정구(502)는 볼트(504)에 의해 체결된다.
이하, 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체를 설명한다.
도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체(A)는, 웨이퍼가 안착된 웨이퍼 척(500)을 냉각하는 쿨러 유닛(300) 및 냉각된 웨이퍼 척(500)에서 웨이퍼를 분리하는 언클램핑 유닛(400)으로 구성된다.
또한, 상기 언클램핑 유닛(400)은 언클램핑 본체(410)와, 상기 언클램핑 본체(410)에 설치되며 웨이퍼 척(500)에서 웨이퍼를 분리하는 언클램핑부(420) 및 웨이퍼가 분리된 웨이퍼 척(500)을 보관하는 버퍼부(430)로 구성된다.
그리고, 상기 언클램핑부(420)는 상하로 승강이 이루어지는 바디(421)와, 상기 바디(421)의 상부에 부착되며 웨이퍼 척(500)을 고정하는 진공 흡입공(422)과, 웨이퍼 척(500)의 클램프(523)를 상승시켜 회전시키는 클램프 언락킹부(423)와, 웨이퍼를 상승시키는 언로더(424)로 구성된다.
더욱이, 상기 언클램핑부(420)에는 언클램핑 본체(410)와 결합되는 엔드 플레이트(429)가 더 구비된다.
한편, 상기 클램프 언락킹부(423)는 웨이퍼 척(500)의 클램프(523)를 상승시키는 푸셔(423a) 및 상기 클램프(523)를 회전시키는 회전부재(423b)로 구성된다.
또한, 상기 회전부재(423b)의 상단에는 웨이퍼 척(500)의 회전체(522)의 '十'자 형 체결홈(522a)에 삽입되도록 '十'자 형 체결돌기(423c)가 형성된다.
그리고, 상기 바디(421)에는 웨이퍼 척(500)의 락킹홈(503)에 대응되는 제1가이드 핀(425)이 더 구비된다.
한편, 상기 바디(421)는 제1액츄에이터(426)에 의해 승강이 이루어지도록 구성된다.
또한, 상기 언로더(424)는 제2액츄에이터(427)에 의해 승강이 이루어지도록 구성된다.
전술한 제1,2액츄에이터(426,427)는 공압 실린더 유압 실린더 리니어 모터 등이 적용될 수 있다.
그리고, 상기 버퍼부(430)에는 웨이퍼 척(500)의 락킹홈(503)에 대응되는 제2가이드 핀(431)이 구비된다.
한편, 상기 쿨러 유닛(300)은 쿨러 본체(310) 및 상기 쿨러 본체(310)에 설치되며 내부에 냉각수 순환라인이 구비된 쿨링 플레이트(320)로 구성된다.
본 발명에 따르면, 쿨러 유닛(300)과 언클램핑 유닛(400)에 의해 본딩을 마친 웨이퍼와 웨이퍼 척(500)의 냉각 및 웨이퍼를 웨이퍼 척(500)에서 분리하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체의 동작을 설명한다.
먼저, 웨이퍼 본더(200)에서 공정을 끝낸 웨이퍼 척(500)과 접합된 웨이퍼는 고온이기 때문에 쿨러 유닛(300)에서 냉각한다.
이 경우, 로봇(R)을 이용하여 웨이퍼 척(500)을 쿨러 유닛(300)의 위에 안착시키며, 쿨러 내부는 냉각수 순환 구조로 되어 있으며, 화이버 센서로 척의 유무를 판단하여 쿨링을 실시하게 된다.
다음, 쿨링된 웨이퍼 척(500)은 로봇(R)을 이용하여 언클램핑 유닛(400)에 안착시킨다.
이때, 이때 바디(421)는 상부로 올려진 상태이다.
그리고, 웨이퍼 척(500)이 바디(421)에 안착되면 진공흡입공(422)의 진공을 이용해 웨이퍼 척(500)을 고정하며, 바디(421)는 하강한다.
다음, 바디(421)가 하강하면 웨이퍼 척(500)의 클램프(523)는 클램프 언락킹부(423)와 결합된다.
이때, 클램프 언락킹부(423)의 푸셔(423a)는 웨이퍼 척(500)의 클램프(523)를 상승시키고 회전부재(423b)는 클램프(523)를 회전시킨다. 이후, 클램프(523)는 하강하여 웨이퍼가 웨이퍼 척(500)에서 락킹이 해제된다.
그리고, 언로더(424)는 웨이퍼 척의 흡입공(511)을 가로질러 상승하며 웨이퍼를 상승시킨다.
다음, 상승된 웨이퍼는 로봇(R)이 반출한다.
마지막으로, 웨이퍼와 분리된 웨이퍼 척(500)은 로봇(R)에 의해 버퍼부(430)로 이동한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.
S - 웨이퍼 접합 시스템
100 - 웨이퍼 정렬장치 200 - 웨이퍼 본더
A - 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체
300 - 쿨러 유닛 400 - 언클램핑 유닛
500 - 웨이퍼 척

Claims (10)

  1. 웨이퍼가 안착된 웨이퍼 척을 냉각하는 쿨러 유닛; 및
    언클램핑 본체와, 상기 언클램핑 본체에 설치되며 웨이퍼 척에서 웨이퍼를 분리하는 언클램핑부 및 웨이퍼가 분리된 웨이퍼 척을 보관하는 버퍼부로 구성된 언클램핑 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 언클램핑부는,
    상하로 승강이 이루어지는 바디와, 상기 바디 상부에 부착되며 웨이퍼 척을 고정하는 진공 흡입공과, 웨이퍼 척의 클램프를 상승시켜 회전시키는 클램프 언락킹부와, 웨이퍼를 상승시키는 언로더로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 클램프 언락킹부는,
    웨이퍼 척의 클램프를 상승시키는 푸셔 및 상기 클램프를 회전시키는 회전부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 회전부재의 상단에는 웨이퍼 척의 회전체의 '十'자 형 체결홈에 삽입되도록 '十'자 형 체결돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 바디에는 웨이퍼 척의 락킹홈에 대응되는 제1가이드 핀이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 바디는 제1액츄에이터에 의해 승강이 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 언로더는 제2액츄에이터에 의해 승강이 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 버퍼부에는 웨이퍼 척의 락킹홈에 대응되는 제2가이드 핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 쿨러 유닛은,
    쿨러 본체 및 상기 쿨러 본체에 설치되며 내부에 냉각수 순환라인이 구비된 쿨링 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접합 시스템용 웨이퍼 쿨러 언클램핑 조립체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100594642B1 (ko) * 2005-07-25 2006-06-30 한국기계연구원 웨이퍼 접합 장치, 시스템, 그리고, 방법
JP2009260036A (ja) * 2008-04-16 2009-11-05 Sokudo Co Ltd 基板処理装置および基板処理システム
KR20110128578A (ko) * 2010-05-24 2011-11-30 주식회사 에스에프에이 Ｏｌｅｄ 제조용 박막 증착 장치

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