KR101930489B1 - 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치 및 이를 갖는 웨이퍼 본딩 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼를 용이하게 가열할 수 있는 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치 및 이를 갖는 웨이퍼 본딩 장치에 관한 것으로서, 전자기파를 발생시키는 전달라인을 관이 아닌 선의 형태로 개선하고, 냉매가 전도성 와이어와 간접 접촉되거나, 전도성 와이어의 외표면에 접촉되게 할 수 있다.
Description
본 발명은 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치 및 이를 갖는 웨이퍼 본딩 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼를 용이하게 가열할 수 있는 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치 및 이를 갖는 웨이퍼 본딩 장치에 관한 것이다.
오늘날, 전자 산업의 추세는 더욱 경량화, 소형화, 고속화, 다기능화, 고성능화되고 높은 신뢰성을 갖는 제품을 저렴하게 제조하는 것이다. 이를 가능하게 하는 중요한 기술 중의 하나가 바로 패키지(package) 기술이며, 이에 따라 근래에 개발된 패키지 중의 하나가 적층 칩 패키지(stack chip package)이다.
적층 칩 패키지는 패키지 기판 위에 반도체 칩들이 3차원으로 적층된 반도체 패키지로서, 고집적화를 이룰 수 있는 동시에 반도체 제품의 경박단소화에 대한 대응성도 뛰어난 장점을 갖고 있다. 이러한 적층 칩 패키지는 칩레벨(chip level) 또는 웨이퍼 레벨(wafer level)에서 제조가 이루어진다.
그런데, 칩 레벨에서 적층 칩 패키지를 제조하는 경우, 신뢰성이 검증된 노운 굳 다이(Known Good Die;KGD)를 이용하기 때문에, 제조가 완료된 적층 칩 패키지의 신뢰성이 우수한 반면에, 제조 공정에 장시간이 소요되기 때문에, 적층 칩 패키지의 생산성이 낮아진다.
한편, 웨이퍼 레벨에서 적층 칩 패키지를 제조하는 경우, 웨이퍼를 본딩하여 적층 칩 패키지를 형성하므로 제조공정에 소요되는 시간이 단축되어 적층 칩 패키지의 생산성이 향상된다. 이러한 웨이퍼 적층 패키지 기술은 반도체 칩뿐만 아니라 LED(Light Emitting Diode) 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
웨이퍼를 본딩할 때에는, 진공 챔버 내에서 높은 열과 압력으로 접착제를 녹이게 되는데, 이를 위하여 웨이퍼 본더는 웨이퍼를 가열하는 히팅 블록을 구비한다.
히팅 블록은 웨이퍼를 250℃ 내지 800℃까지 가열하며, 가열된 웨이퍼를 진공 상태에서 냉각시킨다. 히팅 블록으로 웨이퍼를 가열할 때, 히팅 블록을 먼저 가열해야 하므로 시간이 오래 걸리는 문제가 있다.
또한, 웨이퍼를 공기 중에서 냉각하면 웨이퍼가 산화되는 등의 문제가 발생하기 때문에 진공 상태에서 웨이퍼를 냉각하는 바, 냉각 시에 히팅 블록이 천천히 냉각되어 공정 시간이 지나치게 증가하는 문제가 있다. 웨이퍼를 300℃로 가열할 경우 냉각 시간만 약 3시간이 소요된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 진공 챔버 내부로 냉각된 질소 가스를 공급하는 방법이 제안되었으나, 이 경우에는 질소 가스와 히팅 블록 사이의 접촉이 크지 않아서 히팅 블록이 잘 냉각되지 않는 문제가 있으며, 고온의 웨이퍼 상면은 저온의 질소 가스와 직접 접촉하고, 웨이퍼의 아래 부분은 고온의 히팅 블록과 접촉하므로 상면의 급격한 냉각으로 인하여 웨이퍼에 균열이 발생하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하고자 종래에는 대한민국 등록특허번호 제10-1331590에 제시된 바와 같이, 전자기파를 발생시키는 전달라인은 내부 공간을 갖는 관 형상으로 이루어지고, 그 내부에 냉매가 주입되는 기술이 개발되었다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 코일 블록 장치(1)는 코일 블록(5)에 홈(H)을 형성하고, 홈에 전자기파를 발생시키는 구리재질의 관(6)을 삽입한 다음, 관의 내부에 냉매(C)를 흘려서 관을 냉각시키는 기술이 개발되었다.
그러나, 이러한 종래의 기술은 전자기파를 발생시키는 구리관 내부에 전자기파에 악영향을 주는 냉매를 주입하는 기술로서, 발생되는 전자기파가 전도성 와이어와는 달리 상대적으로 불균일하거나, 제어하기가 어려워서 히팅 효과가 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 기술은, 냉매가 구리관의 내면과 접촉되는 것으로, 냉매에 이물질이 형성되거나, 녹이 발생되거나 변형이 되는 경우, 구리관이 쉽게 막혀서 내구성이 떨어지고 구리관의 유지, 보수, 세척이 매우 어려웠었던 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 전자기파를 발생시키는 전달라인을 관이 아닌 선의 형태로 개선하여 발생되는 전자기파의 균일도를 향상시키고, 전자기파의 제어를 용이하게 하며, 냉매가 전도성 와이어와 간접 접촉되거나, 전도성 와이어의 외표면에 접촉되게 하여 히팅 및 냉각 효과를 향상시키고, 장치의 유지, 보수, 세척을 용이하게 하는 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치 및 이를 갖는 웨이퍼 본딩 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치 및 이를 갖는 웨이퍼 본딩 장치는, 전자기파를 발생시키는 전달라인을 관이 아닌 선의 형태로 개선하고, 냉매가 전도성 와이어와 간접 접촉되거나, 전도성 와이어의 외표면에 접촉되게 할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 발생되는 전자기파의 균일도를 향상시키고, 전자기파의 제어를 용이하게 하며, 히팅 및 냉각 효과를 향상시키고, 장치의 유지, 보수, 세척을 용이하게 할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 기존의 코일 블록 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치를 나타내는 개념도이다.
도 5는 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치를 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 웨이퍼 본딩 장치를 나타내는 사용 상태 사시도이다.
도 7은 도 1의 웨이퍼 본딩 장치의 부분 측단면도이다.
도 8은 도 1의 웨이퍼 본딩 장치의 기판 정렬 로딩 장치를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 1의 웨이퍼 본딩 장치의 하부 챔버를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9의 웨이퍼 본딩 장치의 스페이서 유닛 및 클램프 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 11 내지 도 19는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 웨이퍼 본딩 장치의 기판 접합 과정을 단계적으로 나타내는 개념도들이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 웨이퍼 본딩 장치의 히팅 성능 및 쿨링 성능을 나타내는 그래프들이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치를 나타내는 개념도이다.
도 5는 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치를 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 웨이퍼 본딩 장치를 나타내는 사용 상태 사시도이다.
도 7은 도 1의 웨이퍼 본딩 장치의 부분 측단면도이다.
도 8은 도 1의 웨이퍼 본딩 장치의 기판 정렬 로딩 장치를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 1의 웨이퍼 본딩 장치의 하부 챔버를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9의 웨이퍼 본딩 장치의 스페이서 유닛 및 클램프 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 11 내지 도 19는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 웨이퍼 본딩 장치의 기판 접합 과정을 단계적으로 나타내는 개념도들이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 웨이퍼 본딩 장치의 히팅 성능 및 쿨링 성능을 나타내는 그래프들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치(1)를 나타내는 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치(2)는, 크게 코일 블록(5)과, 전도성 와이어(7) 및 냉각 라인(8)을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 코일 블록(5)은 2장의 웨이퍼를 본딩하는 웨이퍼 본딩 장치(100)에서 각각의 웨이퍼, 즉 제 1 기판(W1) 및 제 2 기판(W2)을 히팅하기 위하여 웨이퍼를 가열할 수 있도록 웨이퍼와 대응되는 형상으로 형성되고, 소용돌이 형태의 홈(H)이 형성되는 세라믹 또는 금속 재질의 블록 형태인 열전도성 구조체일 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 전도성 와이어(7)는, 상기 홈(H)에 삽입되어 소용돌이 형태로 형성되고, 유도 전자기파의 양상이 일정하도록 내부에 공간이 없게 형성되는 단면이 원형인 구리나 알루미늄 등의 전도성 와이어일 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 냉각 라인(8)은, 상기 코일 블록(5) 또는 상기 전도성 와이어(7)을 냉각시킬 수 있도록 상기 전도성 와이어(7)의 외부에 설치되고, 내부에 냉매(C)가 흐를 수 있도록 형성되는 일종의 냉각 유로일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 냉각 라인(8)은, 상기 홈(H)으로부터 이격되도록 상기 코일 블록(5)의 내부에 형성되고, 상기 홈(H)의 형상과 대응되도록 소용돌이 형상 또는 지그재그 형상으로 형성되는 일정한 높이에 형성되는 평면형 유로일 수 있다.
따라서, 상기 전도성 와이어(7) 및 상기 코일 블록(5)에서 발생되는 열을 상기 냉각 라인(8)을 따라 흐르는 냉매를 이용하여 신속하고 정밀하게 일정한 속도로 냉각시킬 수 있다.
또한, 이러한 전도성 와이어(7)는 내부 공간이나 내부 공간에 냉매가 없기에 발생되는 전자기파의 양상이 매우 양호할 수 있다. 또한, 전자기파의 제어도 용이하다.
또한, 냉매는 상기 전도성 와이어(7)와 직접적으로 접촉되지 않는다. 그러므로, 부식되기 쉬운 전도성 와이어를 보호하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치(3)를 나타내는 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치(2)의 냉각 라인(8)은, 상기 홈(H)으로부터 이격되도록 상기 코일 블록(5)의 내부에 형성되고, 상기 홈(H)과 대응되는 형상으로 상하 방향으로 구불 구불하게 웨이브 형상으로 형성되는 웨이브형 유로일 수 있다.
따라서, 냉매는 상기 전도성 와이어(7)와 직접적으로 접촉되지는 않으면서, 상기 코일 블록(5)의 홈(H)과 홈(H) 사이를 충분히 냉각시켜서 부식되기 쉬운 전도성 와이어(7)를 보호하여 내구성을 향상시키는 동시에 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치(3)를 나타내는 개념도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치(4)의 냉각 라인은, 상기 홈(H)과 상기 전도성 와이어(7)의 외표면 사이에 냉매(C)가 흐를 수 있도록 상기 홈(H)을 덮는 덮개(9)를 포함할 수 있다. 도시하진 않았지만, 상기 덮개와 상기 코일 블록(5) 사이에는 실링 부재가 설치되어 냉매의 누출을 방지할 수 있다.
따라서, 냉매는 상기 전도성 와이어의 외표면과 접촉되는 것으로서, 부식이나 변형이 일어나더라도 상기 덮개(9)를 열어서 쉽게 내부를 세척하거나 청소하거나 교체할 수 있다.
즉, 전도성 와이어(7)를 충분히 냉각시키는 동시에 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치(1)를 나타내는 사진이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 코일 블록(5)은 소용돌이 형상의 홈(H)이 형성될 수 있고, 상기 전도성 와이어(7)는 소용돌이 형상으로 말려서 상기 홈(H)에 삽입될 수 있다.
이외에도 상술된 구성 요소들의 재질이나 형태는 매우 다양하게 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기판 접합 장치(100)를 나타내는 사용 상태 사시도이다. 그리고, 도 7은 도 6의 기판 접합 장치(100)의 부분 측단면도이고, 도 8은 도 6의 기판 접합 장치(100)의 기판 정렬 로딩 장치(70)를 나타내는 사시도이고, 도 9는 도 6의 기판 접합 장치(100)의 하부 챔버(30)를 나타내는 사시도이고, 도 10는 도 9의 기판 접합 장치(100)의 스페이서 유닛(40) 및 클램프 유닛(50)을 나타내는 사시도이다.
먼저, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기판 접합 장치(100)는, 크게 본체(10)와, 상부 챔버(20)와, 하부 챔버(30)와, 스페이서 유닛(40)과, 클램프 유닛(50)과, 가압 장치(60)와, 기판 정렬 로딩 장치(70) 및 코일 블록(2)(3)(4)을 포함할 수 있다.
여기서, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 본체(10)는 상술된 상기 상부 챔버(20)와, 상기 하부 챔버(30)와, 상기 스페이서 유닛(40)과, 상기 클램프 유닛(50)과, 상기 가압 장치(60) 및 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)를 지지할 수 있는 적절한 강도와 내구성을 갖는 프레임 구조체로서, 수직 부재나, 수평 부재나, 기타 블록 등으로 이루어지는 틀이나 박스나 블록 형태의 구조체일 수 있다.
또한, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 상부 챔버(20)는, 상기 본체(10)의 일측에 설치되는 것으로서, 상기 하부 챔버(30) 방향으로 승하강될 수 있고 상기 하부 챔버(30)와 대응되도록 형성되는 일종의 박스 형태의 구조체일 수 있다.
또한, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 하부 챔버(30)는, 상기 상부 챔버(20)와 대응되도록 상기 본체(10)의 타측에 설치되고, 제 1 기판(W1) 및 제 2 기판(W2)이 안착될 수 있는 스테이지(S)를 구비하는 일종의 박스 형태의 구조체일 수 있다.
그러나, 이러한 상기 상부 챔버(20)나 상기 하부 챔버(30)는, 도 6 내지 도 10에 반드시 국한되지 않고, 매우 다양한 형상으로 형성되거나 적용될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)은 웨이퍼 기판이나 실리콘 기판이나 반도체 기판 등 매우 다양한 형태의 기판일 수 있다.
예컨데, 도 6 내지 도 10에 도시된 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)은 아래 방향으로 플랫존이 형성된 원판 형태의 웨이퍼 기판을 예시하였으나, 이외에도 노치가 형성된 원판 형상의 웨이퍼 등 매우 다양한 기판이 적용될 수 있다. 이외에도 도시하지 않았지만, 제 3 기판, 제 4 기판 등 다수개의 기판이 서로 접합되는 것도 가능하다.
또한, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 스페이서 유닛(40)은, 상기 제 1 기판(W1) 위에 상기 제 2 기판(W2)이 이격 거리(D)를 두고 설치될 수 있도록 상기 제 1 기판(W1)과 상기 제 2 기판(W2) 사이에 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 예를 들면, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 스페이서 유닛(40)은 상기 제 1 기판(W1) 또는 상기 제 2 기판(W2)의 중심으로부터 방사선 방향으로 설치되는 3개의 유닛일 수 있다. 그러나, 이러한 상기 스페이서 유닛(40)의 개수는 이에 국한되지 않는다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 스페이서 유닛(40)은, 상기 하부 챔버(30)를 관통하고, 승하강 액츄에이터(A1)에 의해 승하강될 수 있으며, 회동 액츄에이터에 의해 열림 각도 또는 닫힘 각도로 회동될 수 있는 승하강 막대(41) 및 상기 승하강 막대(41)의 상단에 설치되고, 닫힘 각도로 회동한 후, 하강하면서 상기 제 1 기판(W1)을 고정시킬 수 있는 핑거 형태의 스페이서(42)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 승하강 액츄에이터(A1)나 회동 액츄에이터는, 챔버 내부의 오염을 방지할 수 있도록 상기 하부 챔버(30)의 외부에 설치되는 것으로서, 각종 유압 실린더, 공압 실린터, 리니어 모터, 내연 기관, 외연 기관, 솔레노이드 장치 등 각종 구동원 및 각종 기어 조합, 각종 링크 조합, 각종 체인 및 스프로킷휠 조합, 각종 와이어 및 풀리 조합, 각종 밸트 및 풀리 조합 등 매우 다양한 형태의 동력 전달 장치 등이 적용된, 각종 이송 장치나, 이송 로봇이나, 이송 스테이지나 기타 매우 다양한 형태의 이송 장치들이 모두 적용될 수 있는 것으로서 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 스페이서(42)는 상기 제 1 기판(W1)과 상기 제 2 기판(W2) 사이에 위치하여 상기 제 1 기판(W1)과 상기 제 2 기판(W2) 사이에 이격 거리(D)가 형성될 수 있다.
또한, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 클램프 유닛(50)은, 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)을 고정할 수 있도록 상기 본체(10)에 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 예를 들면, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 클램프 유닛(50)은 상기 제 1 기판(W1) 또는 상기 제 2 기판(W2)의 중심으로부터 좌우 방향으로 설치되는 2개의 유닛일 수 있다. 그러나, 이러한 상기 클램프 유닛(50)의 개수는 이에 국한되지 않는다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 클램프 유닛(50)은, 상기 하부 챔버(30)를 관통하고, 승하강 액츄에이터(A2)에 의해 승하강될 수 있으며, 회동 액츄에이터에 의해 열림 각도 또는 닫힘 각도로 회동될 수 있는 승하강 막대(51) 및 상기 승하강 막대(52)의 상단에 설치되고, 닫힘 각도로 회동한 후, 하강하면서 상기 제 2 기판(W2)을 고정시킬 수 있는 핑거 형태의 클램프(52)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 승하강 액츄에이터(A2)나 회동 액츄에이터는, 챔버 내부의 오염을 방지할 수 있도록 상기 하부 챔버(30)의 외부에 설치되는 것으로서, 각종 유압 실린더, 공압 실린터, 리니어 모터, 내연 기관, 외연 기관, 솔레노이드 장치 등 각종 구동원 및 각종 기어 조합, 각종 링크 조합, 각종 체인 및 스프로킷휠 조합, 각종 와이어 및 풀리 조합, 각종 밸트 및 풀리 조합 등 매우 다양한 형태의 동력 전달 장치 등이 적용된, 각종 이송 장치나, 이송 로봇이나, 이송 스테이지나 기타 매우 다양한 형태의 이송 장치들이 모두 적용될 수 있는 것으로서 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 클램프(52)는 상기 제 2 기판(W1)의 상방에 위치하여 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)을 견고하게 고정시킬 수 있다.
또한, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 가압 장치(60)는, 상기 제 1 기판(W1)과 상기 제 2 기판(W2)이 서로 접합될 수 있도록 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)을 가압하는 장치로서, 상기 스테이지(S)에 로딩된 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)의 중심부를 1차로 가압하는 포인터 장치(61) 및 상기 포인터 장치(61)의 주변에 설치되고, 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)의 테두리부를 2차로 가압하는 프레스 장치(62)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 포인터 장치(61) 및 상기 프레스 장치(62)는 각각 매우 다양한 형태의 가압 액츄에이터들이 적용될 수 있다. 여기서, 이러한 상기 가압 액츄에이터는, 각종 유압 실린더, 공압 실린터, 리니어 모터, 내연 기관, 외연 기관, 솔레노이드 장치 등 각종 구동원 및 각종 기어 조합, 각종 링크 조합, 각종 체인 및 스프로킷휠 조합, 각종 와이어 및 풀리 조합, 각종 밸트 및 풀리 조합 등 매우 다양한 형태의 동력 전달 장치 등이 적용된, 각종 이송 장치나, 이송 로봇이나, 이송 스테이지나 기타 매우 다양한 형태의 이송 장치들이 모두 적용될 수 있는 것으로서 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 로딩 장치(70)는 상기 본체(10)의 또 다른 타측에 설치되고, 상기 하부 챔버(30)의 스테이지(S)에 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)을 정렬시켜서 로딩하는 장치 또는 접합을 마친 제품을 언로딩할 수 있는 장치일 수 있다.
예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)는, 대기 장소에 위치하는 상기 제 1 기판(W1) 또는 상기 제 2 기판(W2)을 진공 흡착할 수 있는 픽커(P)와, 상기 제 1 기판(W1) 또는 상기 제 2 기판(W2)을 정위치에 정렬시키도록 상기 픽커(P)를 정렬시키는 픽커 정렬 장치(71)와, 상기 픽커 정렬 장치(71)에 의해서 정렬된 상기 제 1 기판(W1) 또는 상기 제 2 기판(W2)을 상기 스테이지로 이송시키는 픽커 이송 장치(72)와, 상기 제 1 기판(W1) 또는 상기 제 2 기판(W2)의 위치를 측정하는 비전 모듈(73) 및 상기 비전 모듈(73)로부터 위치 측정신호를 인가받아 상기 픽커 정렬 장치(71)에 기판 정렬 신호를 인가하는 제어부(74)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 픽커 정렬 장치(71)는, X축 이동대(71-1)를 이용하여 상기 픽커(P)를 X축 방향으로 정렬시키는 X축 정렬 장치와, 상기 X축 이동대(71-1)에 설치되고, Y축 이동대(71-2)를 이용하여 상기 픽커(P)를 Y 축 방향으로 정렬시키는 Y축 정렬 장치와, 상기 Y축 이동대(71-2)에 설치되고, Z축 이동대(71-3)를 이용하여 상기 픽커(P)를 Z 축 방향으로 승하강시키는 Z축 정렬 장치 및 상기 Z축 이동대(71-3)에 설치되고, 모터를 이용하여 상기 픽커(P)를 T 축 각도로 회전 정렬시키는 T축 정렬 장치를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 픽커 이송 장치(72)는, 별도의 이송 장치가 적용될 수도 있으나, 비용 절감과 부품 개수를 줄일 수 있도록 X축 레일(R)을 따라 상기 X축 이동대(71-1)를 상기 대기 장소에서 상기 스테이지(S)까지 이송시키는 상기 X축 정렬 장치를 상기 픽커 이송 장치(72)로 이용할 수 있다.
또한, 상기 비전 모듈(73)은 영상 인식이 가능한 카메라일 수 있고, 이러한 상기 비전 모듈(73)은 상기 제 1 기판(W1) 또는 상기 제 2 기판(W2)의 플랫존이나 노치나 표식 등 영상 인식이 가능한 부분을 촬영할 수 있는 장치일 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 코일 블록 장치(2)(3)(4)는, 상기 상부 챔버(20) 및 상기 하부 챔버(30)에 각각 설치되는 것으로서, 웨이퍼 본딩 이전과 이후에 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)을 각각 가열할 수 있는 일종의 인덕션 히터일 수 있다.
이러한 상기 코일 블록 장치(2)(3)(4)들의 구성 및 역할은 도 1 내지 도 5에서 설명된 본 발명의 여러 실시예들에 따른 코일 블록 장치들의 구성 및 역할과 동일 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
도 11 내지 도 19는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기판 접합 장치(100)의 기판 접합 과정을 단계적으로 나타내는 개념도들이다.
도 1 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 기판 접합 장치(100)의 기판 접합 과정을 단계적으로 설명하면, 먼저, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)의 상기 픽커(P)가 대기 장소에 위치하는 제 1 기판(W1)을 진공 흡착하여 픽업할 수 있다.
이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)가 픽업된 상기 제 1 기판(W1)을 X축, Y축 및 T축 정렬하여 본체(10)의 일측에 설치된 하부 챔버(30)의 스테이지(S)로 로딩할 수 있다.
이 때, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)에 설치된 비전 모듈(73)이 상기 제 1 기판(W1)의 위치를 측정하여 제어부(74)에 기판 위치 신호를 인가하고, 상기 제어부(74)가 상기 기판 위치 신호에 따라 상기 제 1 기판(W1)의 위치를 정렬시키는 위치 정렬 제어 신호를 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)에 인가하여 상기 제 1 기판(W1)을 정밀하게 정렬시킬 수 있다.
이어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 하부 챔버(30)에 설치된 상기 스페이서 유닛(40)의 스페이서(42)가 상기 제 1 기판(W1)의 테두리부를 물어서 고정하고, 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)의 상기 픽커(P)가 상기 대기 장소로 복귀할 수 있다.
이어서, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)가 대기 장소에 위치하는 제 2 기판(W2)을 진공으로 흡착하여 픽업할 수 있다.
이어서, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)가 픽업된 상기 제 2 기판(W2)을 X축, Y축 및 T축 정렬하여 상기 제 1 기판(W1)의 상의 상기 스페이서(42) 위로 로딩할 수 있다.
이 때, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)에 설치된 비전 모듈(73)이 상기 제 2 기판(W2)의 위치를 측정하여 제어부(74)에 기판 위치 신호를 인가하고, 상기 제어부(74)가 상기 기판 위치 신호에 따라 상기 제 2 기판(W2)의 위치를 정렬시키는 위치 정렬 제어 신호를 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)에 인가하여 상기 제 2 기판(W2)을 정밀하게 정렬시킬 수 있다.
이어서, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 하부 챔버(30)에 설치된 상기 클램프 유닛(50)의 클램프(52)가 상기 스페이서(42)를 사이에 둔 상기 제 1 기판(W1)과 상기 제 2 기판(W2)을 물어서 함께 고정할 수 있고, 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)의 상기 픽커(P)가 상기 대기 장소로 복귀할 수 있다.
이어서, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 기판(W1)과 상기 제 2 기판(W2)에 고온, 고압의 공정 환경이 조성될 수 있도록 상기 하부 챔버(30)와 상부 챔버(20)가 서로 결합되는 상기 하부 챔버(30)와 상부 챔버(20)가 서로 닫힐 수 있다.
이어서, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 기판(W1)과 상기 제 2 기판(W2)의 중심부가 1차 접합될 수 있도록 가압 장치(60)의 포인터 장치(61)가 상기 제 1 기판(W1)과 상기 제 2 기판(W2)의 중심부를 1차 가압할 수 있다.
이어서, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)으로부터 상기 스페이서(42) 및/또는 상기 클램프(52)가 이격되고, 상기 가압 장치(60)의 프레스 장치(62)가 상기 제 1 기판(W1)과 상기 제 2 기판(W2)의 테두리부를 2차 가압할 수 있다.
따라서, 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)은 상기 기판 정렬 로딩 장치(70)에 의해 상기 스페이지(S) 상에 캐리어 없이도 정밀하게 정렬될 수 있고, 상기 제 1 기판(W1) 및 상기 제 2 기판(W2)은 상기 스페이서(42)에 의해서 이격 거리(D)를 두고, 기포 발생을 방지할 수 있도록 먼저 중심부가 1차 가압되어 접합될 수 있으며, 이어서, 테두리부가 2차 가압되어 접합될 수 있다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 웨이퍼 본딩 장치(100)의 히팅 성능 및 쿨링 성능을 나타내는 그래프들이다.
그러므로, 도 20에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 웨이퍼 본딩 장치(100)의 히팅 성능은, 코일 블록 장치(2)의 전도성 와이어의 내부 공간이 없는 치밀한 형태이기 때문에 RF 파워의 세기에 비례하여 균일한 기울기를 갖는 온도 상승률을 나타내고, 이상적인 온도 상승 그래프에 정밀하게 일치시킬 수 있다.
아울러, 도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 웨이퍼 본딩 장치(100)의 히팅 성능 역시, 균일한 기울기의 온도 하강률을 나타내고, 이는 질소 가스 등 냉각 가스를 적용하는 경우에도 균일한 기울기를 갖기 때문에 원하는 온도 하강 그래프를 정확하게 만족시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1, 2, 3, 4: 코일 블록 장치
5: 코일 블록
6: 관
7: 전도성 와이어
8: 냉각 라인
9: 덮개
W1: 제 1 기판
W2: 제 2 기판
10: 본체
20: 상부 챔버
30: 하부 챔버
S: 스테이지
40: 스페이서 유닛
50: 클램프 유닛
41, 51: 승하강 막대
42: 스페이서
52: 클램프
60: 가압 장치
61: 포인터 장치
62: 프레스 장치
70: 기판 정렬 로딩 장치
P: 픽커
71: 픽커 정렬 장치
72: 픽커 이송 장치
73: 비전 모듈
74: 제어부
100: 웨이퍼 본딩 장치
5: 코일 블록
6: 관
7: 전도성 와이어
8: 냉각 라인
9: 덮개
W1: 제 1 기판
W2: 제 2 기판
10: 본체
20: 상부 챔버
30: 하부 챔버
S: 스테이지
40: 스페이서 유닛
50: 클램프 유닛
41, 51: 승하강 막대
42: 스페이서
52: 클램프
60: 가압 장치
61: 포인터 장치
62: 프레스 장치
70: 기판 정렬 로딩 장치
P: 픽커
71: 픽커 정렬 장치
72: 픽커 이송 장치
73: 비전 모듈
74: 제어부
100: 웨이퍼 본딩 장치
Claims (11)
- 웨이퍼를 가열할 수 있도록 웨이퍼와 대응되는 형상으로 형성되고, 소용돌이 형태의 홈이 형성되는 코일 블록;
상기 홈에 삽입되고, 전자기파를 발생시키며, 전자기파의 양상이 일정하도록 내부에 공간이 없게 형성되는 전도성 와이어; 및
상기 코일 블록 또는 상기 전도성 와이어를 냉각시킬 수 있도록 상기 전도성 와이어의 외부에 설치되고, 내부에 냉매가 흐를 수 있도록 형성되는 냉각 라인;
을 포함하고,
상기 전도성 와이어는 상기 웨이퍼를 가열할 수 있는 인덕션 히터이고,
상기 전도성 와이어에 교류전류가 인가되어 유도 전류가 발생되고, 상기 유도 전류로 인하여 발생되는 줄열에 의해 가열된 상기 코일 블록을 통하여 상기 웨이퍼를 가열하는, 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 냉각 라인은,
상기 홈으로부터 이격되도록 상기 코일 블록의 내부에 형성되고, 상기 홈의 형상과 대응되도록 소용돌이 형상 또는 지그재그 형상으로 형성되는 일정한 높이에 형성되는 평면형 유로를 포함하는, 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 냉각 라인은,
상기 홈으로부터 이격되도록 상기 코일 블록의 내부에 형성되고, 상기 홈과 대응되는 형상으로 상하 방향으로 구불 구불하게 웨이브 형상으로 형성되는 웨이브형 유로를 포함하는, 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 냉각 라인은,
상기 홈과 상기 전도성 와이어의 외표면 사이에 냉매가 흐를 수 있도록 상기 홈을 덮는 덮개를 포함하는, 전자기파 가열을 이용하는 코일 블록 장치. - 본체;
상기 본체의 일측에 설치되는 상부 챔버;
상기 상부 챔버와 대응되도록 상기 본체의 타측에 설치되고, 제 1 기판 및 제 2 기판이 안착될 수 있는 스테이지를 구비하는 하부 챔버;
상기 제 1 기판 위에 상기 제 2 기판이 이격 거리를 두고 설치될 수 있도록 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 설치되는 적어도 하나 이상의 스페이서 유닛;
상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 고정할 수 있도록 상기 본체에 설치되는 하나 이상의 클램프 유닛;
상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판이 서로 접합될 수 있도록 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 가압하는 가압 장치;
상기 본체의 또 다른 타측에 설치되고, 상기 하부 챔버의 스테이지에 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 정렬시켜서 로딩하는 기판 정렬 로딩 장치; 및
상기 상부 챔버 및 상기 하부 챔버에 각각 설치되고, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 각각 가열할 수 있는 코일 블록 장치;
를 포함하고,
상기 코일 블록 장치는,
상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 각각 가열할 수 있는 전도성 와이어로 형성되는 인덕션 히터;
를 포함하고,
상기 전도성 와이어는,
전자기파의 양상이 일정하도록 내부에 공간이 없게 형성되고,
상기 전도성 와이어에 교류전류가 인가되어 유도 전류가 발생되고, 상기 유도 전류로 인하여 발생되는 줄열에 의해 가열된 상기 코일 블록을 통하여 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 가열하는, 웨이퍼 본딩 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 코일 블록 장치는,
웨이퍼를 가열할 수 있도록 웨이퍼와 대응되는 형상으로 형성되고, 소용돌이 형태의 홈이 형성되는 코일 블록;
상기 홈에 삽입되고, 전자기파를 발생시키며, 전자기파의 양상이 일정하도록 내부에 공간이 없게 형성되는 전도성 와이어; 및
상기 코일 블록 또는 상기 전도성 와이어를 냉각시킬 수 있도록 상기 전도성 와이어의 외부에 설치되고, 내부에 냉매가 흐를 수 있도록 형성되는 냉각 라인;
을 포함하는, 웨이퍼 본딩 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 기판 정렬 로딩 장치는,
대기 장소에 위치하는 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판을 진공 흡착할 수 있는 픽커;
상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판을 정위치에 정렬시키도록 상기 픽커를 정렬시키는 픽커 정렬 장치;
상기 픽커 정렬 장치에 의해서 정렬된 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판을 상기 스테이지로 이송시키는 픽커 이송 장치;
상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판의 위치를 측정하는 비전 모듈; 및
상기 비전 모듈로부터 위치 측정신호를 인가받아 상기 픽커 정렬 장치에 기판 정렬 신호를 인가하는 제어부;
를 포함하는, 웨이퍼 본딩 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 픽커 정렬 장치는,
X축 이동대를 이용하여 상기 픽커를 X축 방향으로 정렬시키는 X축 정렬 장치;
상기 X축 이동대에 설치되고, Y축 이동대를 이용하여 상기 픽커를 Y 축 방향으로 정렬시키는 Y축 정렬 장치;
상기 Y축 이동대에 설치되고, Z축 이동대를 이용하여 상기 픽커를 Z 축 방향으로 승하강시키는 Z축 정렬 장치; 및
상기 Z축 이동대에 설치되고, 모터를 이용하여 상기 픽커를 T 축 각도로 회전 정렬시키는 T축 정렬 장치;
를 포함하고,
상기 픽커 이송 장치는, X축 레일을 따라 상기 X축 이동대를 상기 대기 장소에서 상기 스테이지까지 이송시키는 상기 X축 정렬 장치인, 웨이퍼 본딩 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 가압 장치는,
상기 스테이지에 로딩된 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판의 중심부를 1차로 가압하는 포인터 장치; 및
상기 포인터 장치의 주변에 설치되고, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판의 테두리부를 2차로 가압하는 프레스 장치;
를 포함하는, 웨이퍼 본딩 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 스페이서 유닛은,
상기 하부 챔버를 관통하고, 승하강 액츄에이터에 의해 승하강될 수 있으며, 회동 액츄에이터에 의해 열림 각도 또는 닫힘 각도로 회동될 수 있는 승하강 막대; 및
상기 승하강 막대의 상단에 설치되고, 닫힘 각도로 회동한 후, 하강하면서 상기 제 1 기판을 고정시킬 수 있는 스페이서;
를 포함하는, 웨이퍼 본딩 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 클램프 유닛은,
상기 하부 챔버를 관통하고, 승하강 액츄에이터에 의해 승하강될 수 있으며, 회동 액츄에이터에 의해 열림 각도 또는 닫힘 각도로 회동될 수 있는 승하강 막대; 및
상기 승하강 막대의 상단에 설치되고, 닫힘 각도로 회동한 후, 하강하면서 상기 제 2 기판을 고정시킬 수 있는 클램프;
를 포함하는, 웨이퍼 본딩 장치.
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Patent Citations (2)
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