KR102189277B1 - 스테이지 모듈 및 이를 포함하는 다이 본딩 장치 - Google Patents

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Abstract

다이 본딩 장치가 개시된다. 상기 다이 본딩 장치는, 기판을 지지하기 위한 스테이지 모듈과, 상기 기판 상에 다이를 본딩하기 위한 본딩 모듈을 포함한다. 상기 스테이지 모듈은, 상기 기판을 지지하기 위한 서포트 플레이트와, 상기 서포트 플레이트 아래에 배치되며 상기 서포트 플레이트를 지지하는 기판 스테이지와, 상기 기판의 정렬을 위해 상기 서포트 플레이트를 회전시키는 회전 구동부를 포함하고, 상기 기판 스테이지는 상기 서포트 플레이트의 하부면 상으로 에어를 분사하여 상기 기판 스테이지와 상기 서포트 플레이트 사이에서 상기 서포트 플레이트를 부상시키기 위한 복수의 양압 영역들을 형성하는 복수의 에어 분사홀들 및 상기 에어를 흡입하여 복수의 음압 영역들을 형성하는 복수의 에어 흡입홀들을 구비하고, 상기 서포트 플레이트는 상기 기판을 진공 흡착하기 위해 상기 음압 영역들과 연결되는 복수의 관통홀들을 구비하며, 상기 회전 구동부는 상기 서포트 플레이트가 부상된 상태에서 상기 서포트 플레이트를 회전시킨다.

Description

스테이지 모듈 및 이를 포함하는 다이 본딩 장치{Stage module and die bonding apparatus including the same}
본 발명의 실시예들은 스테이지 모듈 및 이를 포함하는 다이 본딩 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 장치의 제조를 위한 다이 본딩 공정에서 기판을 지지하고 상기 기판의 정렬을 위해 상기 기판을 회전시키는 스테이지 모듈 및 이를 포함하는 다이 본딩 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자들은 일련의 제조 공정들을 반복적으로 수행함으로써 반도체 기판으로서 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 상기 반도체 소자들이 형성된 웨이퍼는 다이싱 공정을 통해 복수의 다이들로 분할될 수 있으며, 상기 다이싱 공정을 통해 개별화된 다이들은 다이 본딩 공정을 통해 인쇄회로기판, 리드 프레임 또는 반도체 웨이퍼 등과 같은 기판 상에 본딩될 수 있다.
최근 실리콘 관통 전극(Through Silicon Via; TSV)을 이용하는 적층 방식의 반도체 패키지들의 경우 반도체 소자들이 형성된 웨이퍼 상에 상기 복수의 다이들을 적층하거나 인쇄회로기판 상에 복수의 다이들을 적층함으로써 제조될 수 있다. 예를 들면, 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0034858호 및 제10-2019-0043731호 등에는 적층형 반도체 패키지들의 제조를 위한 다이 본딩 장치들이 개시되어 있다.
상기와 같이 복수의 다이들을 적층하는 경우 기판과 다이 사이 또는 하부 다이와 상부 다이 사이의 정렬이 매우 중요하며, 상기 기판 또는 다이들의 정렬을 위해 상기 다이 본딩 장치들은 정렬을 위한 회전 구동부를 구비하는 본딩 스테이지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 본딩 스테이지는, 기판을 지지하기 위한 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지를 회전 가능하게 지지하는 로터리 유닛과, 상기 기판 스테이지를 회전시키기 위한 회전 구동부 등을 포함할 수 있다.
일반적으로, 상기 로터리 유닛은 크로스 롤러 베어링을 이용하여 구성될 수 있다. 그러나, 상기 기판 스테이지 상의 상기 기판 가장자리 부위 상에서 본딩 공정을 수행하는 경우 상기 본딩 모듈에 의한 가압력에 의해 상기 기판 스테이지가 기울어질 수 있으며, 이에 따라 상기 기판과 다이 또는 상기 다이들 사이의 정렬이 어긋날 수 있다. 결과적으로, 상하 본딩 패드들 사이의 전기적인 연결이 정상적으로 이루어지지 않는 불량이 발생될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0034858호 (공개일자 2019년 04월 03일) 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0043731호 (공개일자 2019년 04월 29일)
본 발명의 실시예들은 다이 본딩 공정에서 기판의 수평도를 안정적으로 유지할 수 있는 스테이지 모듈과 이를 포함하는 다이 본딩 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 스테이지 모듈은, 기판을 지지하기 위한 서포트 플레이트와, 상기 서포트 플레이트 아래에 배치되며 상기 서포트 플레이트를 지지하는 기판 스테이지와, 상기 기판의 정렬을 위해 상기 서포트 플레이트를 회전시키는 회전 구동부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 기판 스테이지는 상기 서포트 플레이트의 하부면 상으로 에어를 분사하여 상기 기판 스테이지와 상기 서포트 플레이트 사이에서 상기 서포트 플레이트를 부상시키기 위한 복수의 양압 영역들을 형성하는 복수의 에어 분사홀들 및 상기 에어를 흡입하여 복수의 음압 영역들을 형성하는 복수의 에어 흡입홀들을 구비하고, 상기 서포트 플레이트는 상기 기판을 진공 흡착하기 위해 상기 음압 영역들과 연결되는 복수의 관통홀들을 구비하며, 상기 회전 구동부는 상기 서포트 플레이트가 부상된 상태에서 상기 서포트 플레이트를 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 서포트 플레이트는 상기 기판을 지지하는 서포트 영역과 상기 서포트 영역을 감싸는 주변 영역을 포함하며, 상기 관통홀들은 상기 서포트 영역을 관통하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 에어 흡입홀들은 상기 서포트 영역에 대응하는 제1 에어 흡입홀들과 상기 주변 영역에 대응하는 제2 에어 흡입홀들을 포함하고, 상기 기판이 상기 회전 구동부에 의해 정렬된 후 상기 서포트 플레이트는 상기 제2 에어 흡입홀들에 의해 상기 기판 스테이지 상에 진공 흡착될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 기판이 상기 회전 구동부에 의해 정렬된 후 상기 서포트 플레이트는 상기 에어 흡입홀들에 의해 상기 기판 스테이지 상에 진공 흡착되며, 상기 서포트 플레이트의 하부면 또는 상기 기판 스테이지의 상부면에는 상기 관통홀들과 상기 에어 흡입홀들 중 일부를 서로 연결하기 위한 복수의 리세스들이 구비될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 기판이 상기 회전 구동부에 의해 정렬된 후 상기 서포트 플레이트는 상기 에어 흡입홀들에 의해 상기 기판 스테이지 상에 진공 흡착되며, 상기 서포트 플레이트의 하부면 또는 상기 기판 스테이지의 상부면에는 상기 관통홀들과 상기 에어 흡입홀들 중 일부를 서로 연결하기 위한 리세스가 구비될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 기판이 상기 회전 구동부에 의해 정렬된 후 상기 서포트 플레이트는 상기 에어 흡입홀들에 의해 상기 기판 스테이지 상에 진공 흡착되며, 상기 서포트 플레이트의 하부면에는 상기 관통홀들을 서로 연결하기 위한 적어도 하나의 채널이 구비되고, 상기 관통홀들은 상기 적어도 하나의 채널을 통해 상기 에어 흡입홀들 중 일부와 연결될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 관통홀들은 동심원의 형태로 배열되며, 상기 서포트 플레이트의 하부면에는 상기 관통홀들을 서로 연결하기 위하여 동심원의 형태를 갖도록 형성된 복수의 채널들이 구비될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 에어 흡입홀들 중 일부는 상기 채널들과 연결되도록 동심원의 형태로 배열될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 스테이지 모듈은, 상기 서포트 플레이트와 상기 기판 스테이지 사이에 배치되며 회전 중심축으로서 기능하는 정렬핀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 정렬핀은 상기 서포트 플레이트의 하부면 상에 구비되며, 상기 기판 스테이지의 상부면에는 상기 정렬핀이 삽입되는 정렬홈이 구비될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 정렬핀은 상기 기판 스테이지의 상부면 상에 구비되며, 상기 서포트 플레이트의 하부면에는 상기 정렬핀이 삽입되는 정렬홈이 구비될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 서포트 플레이트의 하부면 및 상기 기판 스테이지의 상부면에는 상기 정렬핀이 삽입되는 정렬홈이 각각 구비될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 서포트 플레이트의 측면 부위에는 상기 회전 구동부와 연결되는 구동핀이 수직 방향으로 구비되고, 상기 회전 구동부는, 상기 구동핀이 수평 방향으로 삽입되는 홈이 형성된 구동 부재와, 상기 서포트 플레이트가 상기 정렬핀을 기준으로 회전 가능하도록 상기 구동 부재를 접선 방향으로 이동시키는 구동 유닛을 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 다이 본딩 장치는, 기판을 지지하기 위한 스테이지 모듈과, 상기 기판 상에 다이를 본딩하기 위한 본딩 모듈을 포함할 수 있으며, 상기 스테이지 모듈은, 상기 기판을 지지하기 위한 서포트 플레이트와, 상기 서포트 플레이트 아래에 배치되며 상기 서포트 플레이트를 지지하는 기판 스테이지와, 상기 기판의 정렬을 위해 상기 서포트 플레이트를 회전시키는 회전 구동부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 기판 스테이지는 상기 서포트 플레이트의 하부면 상으로 에어를 분사하여 상기 기판 스테이지와 상기 서포트 플레이트 사이에서 상기 서포트 플레이트를 부상시키기 위한 복수의 양압 영역들을 형성하는 복수의 에어 분사홀들 및 상기 에어를 흡입하여 복수의 음압 영역들을 형성하는 복수의 에어 흡입홀들을 구비하고, 상기 서포트 플레이트는 상기 기판을 진공 흡착하기 위해 상기 음압 영역들과 연결되는 복수의 관통홀들을 구비하며, 상기 회전 구동부는 상기 서포트 플레이트가 부상된 상태에서 상기 서포트 플레이트를 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 본딩 모듈은, 상기 기판 상에 상기 다이를 본딩하기 위한 본딩 헤드와, 상기 본딩 헤드를 수직 방향 및 수평 방향으로 이동시키기 위한 헤드 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 스테이지 모듈은, 상기 기판 스테이지를 상기 수평 방향에 대하여 수직하는 제2 수평 방향으로 이동시키기 위한 스테이지 구동부를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기판은 상기 기판 스테이지 상에 배치되는 서포트 플레이트 상으로 로드될 수 있다. 이때, 상기 서포트 플레이트가 평탄한 상부면과 하부면을 갖고 상기 기판 스테이지가 평탄한 상부면을 가질 수 있으므로 상기 기판의 수평도가 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 종래 기술에서 사용되었던 크로스 롤러 베어링이 사용되지 않으므로 상기 기판의 가장자리 부위에 대한 본딩 공정이 수행되더라도 상기 기판의 수평도가 안정적으로 유지될 수 있다.
특히, 상기 서포트 플레이트는 상기 에어 분사홀들에 의해 형성되는 상기 양압 영역들에 의해 부상될 수 있으며, 이어서 상기 회전 구동부에 의한 상기 기판의 정렬이 수행될 수 있다. 이때, 상기 서포트 플레이트의 관통홀들은 상기 제1 에어 흡입홀들에 의해 형성되는 상기 음압 영역들과 연결될 수 있으며, 이에 의해 상기 서포트 플레이트가 부상된 상태에서도 상기 기판이 상기 서포트 플레이트 상에 진공 흡착된 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 상기 서포트 플레이트에 별도의 진공홀들을 형성할 필요가 없으며 아울러 상기 진공홀들과 연결되는 배관들 또한 불필요하므로 상기 스테이지 모듈의 구조를 크게 단순화시킬 수 있고 또한 상기 스테이지 모듈의 제조 비용을 크게 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 기판의 정렬 후 상기 서포트 플레이트가 상기 기판 스테이지 상에 진공 흡착되는 경우 상기 기판의 정렬을 위해 상기 서포트 플레이트의 각도가 변화되더라도 상기 리세스들과 상기 리세스 또는 상기 채널들을 통해 상기 관통홀들과 상기 제1 에어 흡입홀들 사이의 연결 상태가 안정적으로 유지될 수 있으므로, 상기 기판의 진공 흡착 상태 또한 안정적으로 유지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스테이지 모듈을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 서포트 플레이트가 기판 스테이지로부터 부상된 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 서포트 플레이트를 설명하기 위한 개략적인 저면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 기판 스테이지를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 회전 구동부를 설명하기 위한 개략적인 확대 평면도이다.
도 7 및 도 8은 도 4에 도시된 서포트 플레이트의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 9는 도 4에 도시된 서포트 플레이트의 또 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 저면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 장치(100)는 기판(10) 상에 다이들(20; 도 2 참조)을 본딩하기 위하여 또는 기판(10) 상에 본딩된 하부 다이 상에 상부 다이를 본딩하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 다이 본딩 장치(100)는 인쇄회로기판, 리드 프레임 또는 반도체 웨이퍼와 같은 기판(10) 상에 다이들(20)을 본딩하거나, 상기 기판(10) 상에 기 본딩된 하부 다이 상에 상부 다이를 본딩하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 다이 본딩 장치(100)는 상기 기판(10)을 지지하기 위한 스테이지 모듈(102)과, 상기 기판(10) 상에 상기 다이(20)를 본딩하기 위한 본딩 모듈(110)을 포함할 수 있다. 상기 본딩 모듈(110)은 상기 다이(20)를 상기 기판(10) 상에 본딩하기 위한 본딩 헤드(112)와, 상기 본딩 헤드(112)를 수직 방향 및 수평 방향으로 이동시키기 위한 헤드 구동부(114)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 상기 헤드 구동부(114)는 상기 다이(20)를 본딩하기 위하여 수직 방향으로 본딩 헤드(112)를 이동시킬 수 있으며, 아울러 상기 다이(20)를 정렬하기 위하여 상기 본딩 헤드(112)를 수평 방향, 예를 들면, Y축 방향으로 이동시킬 수 있다.
일 예로서, 상기 다이 본딩 장치(100)는 상기 Y축 방향으로 연장하는 갠트리 구조물들(118)을 포함할 수 있으며, 상기 헤드 구동부(114)는 상기 갠트리 구조물들(118) 상에서 상기 본딩 헤드(112)를 상기 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다. 한편, 상기 본딩 헤드(112)의 하부에는 상기 다이(20)를 픽업하고 상기 기판(10) 상에 가압하기 위한 본딩 툴(116; 도 2 참조)이 배치될 수 있다.
상기 스테이지 모듈(102)은, 상기 기판(10)을 지지하기 위한 서포트 플레이트(130; 도 2 참조)와, 상기 서포트 플레이트(130) 아래에 배치되며 상기 서포트 플레이트(130)를 지지하는 기판 스테이지(140; 도 2 참조)와, 상기 기판(10)의 정렬을 위해 상기 서포트 플레이트(130)를 회전시키는 회전 구동부(160)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 스테이지 모듈(102)은, 상기 기판(10)을 정렬하기 위하여 스테이지 구동부(170)에 의해 상기 수평 방향에 수직하는 제2 수평 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들면, 상기 스테이지 구동부(170)는 상기 기판 스테이지(140)를 상기 제2 수평 방향, 예를 들면, X축 방향으로 이동시킬 수 있으며, 상기 기판 스테이지(140)를 지지하고 이동시키기 위한 가동 플레이트(172)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 갠트리 구조물들(118) 중 하나에는 상기 기판(10) 상에 상기 다이들(20)이 본딩될 영역들을 검출하기 위한 카메라 유닛(120)이 상기 Y축 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있으며, 상기 갠트리 구조물들(118) 중 하나 상에는 상기 카메라 유닛(120)을 이동시키기 위한 카메라 구동부(122)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 갠트리 구조물들(118)과 평행하게 제2 갠트리 구조물(124)이 배치될 수 있으며, 상기 제2 갠트리 구조물(124)에는 상기 기판(10) 상의 오염 물질들을 제거하기 위한 클리닝 유닛(126)이 장착될 수 있다. 상기 클리닝 유닛(126)은 상기 기판(10) 상으로 에어를 분사하여 상기 기판(10)으로부터 오염 물질을 분리시킬 수 있으며, 또한 상기 에어와 함께 상기 오염 물질을 흡입하여 제거할 수 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 다이 본딩 장치(100)는 상기 다이들(20)을 공급하기 위한 다이 공급 모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 다이 공급 모듈은 다이싱 테이프 상에 부착된 다이들을 픽업하여 다이 스테이지 또는 다이 셔틀로 이송할 수 있으며, 상기 본딩 모듈(110)은 상기 다이 스테이지 또는 다이 셔틀 상의 다이(20)를 픽업하여 상기 기판(10) 상에 본딩할 수 있다. 상기와 다르게, 상기 다이 공급 모듈은 상기 다이들을 제공하기 위한 캐리어 테이프로부터 상기 다이들을 공급할 수도 있다. 그러나, 상기에서 설명한 다이 본딩 장치(100)의 구성은 다양하게 변경 가능하며, 이에 따라 상기에서 설명된 다이 본딩 장치(100)의 구성에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 스테이지 모듈을 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 서포트 플레이트가 기판 스테이지로부터 부상된 상태를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 스테이지 모듈(102)은, 상기 기판(10)을 지지하기 위한 서포트 플레이트(130)와, 상기 서포트 플레이트(130)를 지지하기 위한 기판 스테이지(140)와, 상기 기판(10)의 정렬 특히 상기 기판(10)의 각도 정렬을 위해 상기 서포트 플레이트(130)를 회전시키는 회전 구동부(160)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 회전 구동부(160)는 기 설정된 각도 범위 내에서 상기 서포트 플레이트(130)를 회전시킬 수 있다.
상기 기판 스테이지(140)는 상기 서포트 플레이트(130)의 하부면 상으로 에어를 분사하여 상기 서포트 플레이트(130)와 상기 기판 스테이지(140) 사이에서 상기 서포트 플레이트(130)를 부상시키기 위한 복수의 양압 영역들(144)을 형성하는 복수의 에어 분사홀들(142) 및 상기 분사된 에어를 흡입하여 상기 서포트 플레이트(130)와 상기 기판 스테이지(140) 사이에서 복수의 음압 영역들(148)을 형성하는 복수의 에어 흡입홀들(146)을 구비할 수 있다. 상기 에어 분사홀들(142)은 상기 에어를 제공하기 위한 에어 소스(150)와 연결될 수 있으며, 상기 에어 흡입홀들(146)은 진공 제공을 위한 진공 소스(152)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 에어 분사홀들(142)과 상기 에어 소스(150) 사이 그리고 상기 에어 흡입홀들(146)과 상기 진공 소스(152) 사이에는 각각 제1 밸브(154)와 제2 밸브(156)가 배치될 수 있다.
상기 서포트 플레이트(130)는 상기 기판(10)을 진공 흡착하기 위하여 상기 음압 영역들(148)과 연결되는 복수의 관통홀들(132)을 구비할 수 있다. 상기 관통홀들(132)은 상기 에어 흡입홀들(146)의 일부와 대응하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 서포트 플레이트(130)가 초기 상태 즉 상기 서포트 플레이트(130)의 회전 각도가 0°인 경우 상기 관통홀들(132)은 상기 에어 흡입홀들(146)의 일부와 서로 연결될 수 있다. 상기 기판(10)은 상기 서포트 플레이트(130)의 초기 상태에서 상기 서포트 플레이트(130) 상에 로드될 수 있으며, 상기 에어 흡입홀들(146) 중 일부와 연결된 관통홀들(132)에 의해 상기 서포트 플레이트(130) 상에 진공 흡착될 수 있다. 이때, 상기 서포트 플레이트(130)는 수평 방향으로 평탄한 상부면과 하부면을 가질 수 있으며, 상기 기판 스테이지(140)는 수평 방향으로 평탄한 상부면을 가질 수 있다. 따라서, 상기 서포트 플레이트(130) 상에 로드되는 상기 기판(10)의 수평도가 안정적으로 유지될 수 있다.
상기와 같이 기판(10)이 상기 서포트 플레이트(130) 상에 진공 흡착된 상태에서 상기 서포트 플레이트(130)의 부상을 위해 상기 에어 분사홀들(142)을 통해 에어가 분사될 수 있으며, 이에 의해 상기 서포트 플레이트(130)와 상기 기판 스테이지(140) 사이에서 복수의 양압 영역들(144)이 형성될 수 있다. 상기 서포트 플레이트(130)는 상기 양압 영역들(144)에 의해 상기 기판 스테이지(140)로부터 부상될 수 있다. 이때, 상기 분사된 에어는 상기 에어 흡입홀들(146)을 통해 흡입될 수 있으며, 이에 의해 상기 서포트 플레이트(130)와 상기 기판 스테이지(140) 사이에는 복수의 음압 영역들(148)이 형성될 수 있다. 상기 관통홀들(132)은 상기 음압 영역들(148)과 연결될 수 있으며, 상기 음압 영역들(148)은 상기 관통홀들(132) 내부로 확장될 수 있다. 결과적으로, 상기 서포트 플레이트(130)가 부상되는 경우에도 상기 음압 영역들(148)에 의해 상기 기판(10)이 상기 서포트 플레이트(130) 상에 진공 흡착된 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
상기 회전 구동부(160)는 상기 서포트 플레이트(130)가 부상된 상태에서 상기 기판(10)의 각도 정렬을 위해 상기 서포트 플레이트(130)를 회전시킬 수 있다. 이때, 도시되지는 않았으나, 상기 서포트 플레이트(130)의 상부에는 상기 기판(10)의 정렬을 위한 카메라 유닛(미도시)이 배치될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 서포트 플레이트를 설명하기 위한 개략적인 저면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 기판 스테이지를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 서포트 플레이트(130)는 상기 기판(10)을 지지하는 서포트 영역(130A)과 상기 서포트 영역(130A)을 감싸는 주변 영역(130B)을 포함할 수 있다. 도시된 바에 의하면, 상기 서포트 영역(130A)이 반도체 웨이퍼의 형상에 대응하도록 원형으로 이루어지고 있으나, 상기 기판(10)으로서 인쇄회로기판 또는 리드 프레임이 사용되는 경우 상기 서포트 영역(130A)은 직사각 형태를 가질 수도 있다.
상기 관통홀들(132)은 상기 서포트 영역(130A)을 관통하도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 에어 흡입홀들(146)은 상기 서포트 영역(130A)에 대응하는 제1 에어 흡입홀들(146A)과 상기 주변 영역(130B)에 대응하는 제2 에어 흡입홀들(146B)로 구성될 수 있다. 상기 제1 에어 흡입홀들(146A)은 상기 서포트 플레이트(130)의 관통홀들(132)에 대응하도록 배치될 수 있으며, 상기 제2 에어 흡입홀들(146B)은 상기 서포트 플레이트(130)의 주변 영역(130B)에 대응하도록 배치될 수 있다. 상기 에어 분사홀들(142)은 상기 제1 및 제2 에어 흡입홀들(146A, 146B) 사이에서 균일하게 배치될 수 있다.
상기 회전 구동부(160)에 의해 상기 기판(10)의 각도 정렬이 완료된 후 상기 에어 분사홀들(142)을 통한 에어 분사는 상기 제1 밸브(154)에 의해 차단될 수 있으며, 상기 서포트 플레이트(130)는 상기 제1 및 제2 에어 흡입홀들(146A, 146B)에 의해 상기 기판 스테이지(140) 상에 진공 흡착될 수 있다. 이때, 상기 제1 에어 흡입홀들(146A)과 상기 관통홀들(132) 사이가 다소 어긋날 수도 있으나, 상기 회전 구동부(160)에 의한 상기 서포트 플레이트(130)의 회전각이 약 ±1.5° 범위 이내일 수 있으므로 상기 제1 에어 흡입홀들(146A)과 상기 관통홀들(132) 사이의 연결 상태가 정렬 후에도 안정적으로 유지될 수 있다. 결과적으로, 상기 기판(10)은 상기 제1 에어 흡입홀들(146A)과 상기 관통홀들(132)에 의해 상기 서포트 플레이트(130) 상에 진공 흡착될 수 있으며, 상기 서포트 플레이트(132)는 상기 제2 에어 흡입홀들(146B)에 의해 상기 기판 스테이지(140) 상에 진공 흡착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 서포트 플레이트(130)와 상기 기판 스테이지(140) 사이에는 회전 중심축으로서 기능하는 정렬핀(158)이 구비될 수 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 상기 기판 스테이지(140)의 상부면 중심 부위 상에 정렬핀(158)이 구비될 수 있으며, 상기 서포트 플레이트(130)의 하부면 중심 부위에는 상기 정렬핀(158)이 삽입되는 정렬홈(134)이 구비될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기와 다르게, 상기 서포트 플레이트(130)의 하부면 중심 부위 상에 정렬핀이 구비되고 상기 기판 스테이지(140)의 상부면 중심 부위에 상기 정렬핀이 삽입되는 정렬홈이 구비될 수 있으며, 상기 서포트 플레이트(130)의 하부면 중심 부위와 상기 기판 스테이지(140)의 상부면 중심 부위에 상기 정렬핀이 삽입되는 정렬홈이 각각 구비될 수도 있다.
도 6은 도 1에 도시된 회전 구동부를 설명하기 위한 개략적인 확대 평면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 서포트 플레이트(130)의 측면 부위에는 상기 회전 구동부(160)와 연결되는 구동핀(136)이 수직 방향으로 구비될 수 있으며, 상기 회전 구동부(160)는, 상기 구동핀(136)이 수평 방향으로 삽입되는 홈(164)이 형성된 구동 부재(162)와, 상기 서포트 플레이트(130)가 상기 정렬핀(158)을 기준으로 회전 가능하도록 상기 구동 부재(162)를 접선 방향으로 이동시키는 구동 유닛(166)을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 구동 유닛(166)은 모터와 볼 스크루 등을 이용하여 구성될 수 있다. 한편, 상기 정렬핀(158)과 상기 구동핀(136)은 상기 서포트 플레이트(130)가 상기 기판 스테이지(140)로부터 부상하는 동안 그리고 정렬 후 상기 기판 스테이지(140)에 진공 흡착되는 동안 상기 서포트 플레이트(130)를 수직 방향으로 안내하는 가이드 핀들로서 기능할 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 4에 도시된 서포트 플레이트의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 상기 기판(10)이 상기 회전 구동부(160)에 의해 정렬된 후 상기 서포트 플레이트(130)가 상기 기판 스테이지(140) 상에 진공 흡착되는 경우, 상기 서포트 플레이트(130)의 하부면에는 상기 관통홀들(132)과 상기 제1 에어 흡입홀들(146A) 사이를 안정적으로 연결하기 위하여 복수의 리세스들(138A)이 상기 관통홀들(132)과 연결되도록 형성될 수 있다. 일 예로서, 상기 서포트 플레이트(130)의 하부면에는 상기 관통홀들(132)보다 넓은 내경을 갖는 복수의 리세스들(138A)이 상기 관통홀들(132)과 동축으로 형성될 수 있다.
상기와 다르게, 도 8을 참조하면, 상기 서포트 플레이트(130)의 하부면에는 상기 서포트 영역(130A)보다 작은 리세스(138B)가 구비될 수 있으며 상기 관통홀들(132)은 상기 리세스(138B) 내에 형성될 수 있다. 이때, 상기 서포트 플레이트(130)의 부상 과정에서 상기 서포트 플레이트(130)와 상기 기판 스테이지(140) 사이에서 와류가 형성되는 것을 방지하기 위해 상기 리세스들(138A) 및 상기 리세스(138B)의 깊이는 약 0.1 내지 3 mm 정도의 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다. 일 예로서, 상기 리세스들(138A) 및 상기 리세스(138B)는 약 0.5 내지 1 mm 정도의 깊이를 가질 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 상기한 바와 다르게, 상기 기판 스테이지(140)의 상부면에 상기 제1 에어 흡입홀들(146A)과 연결되는 복수의 리세스들이 구비될 수도 있으며, 또한, 상기 기판 스테이지(140)의 상부면에 상기 제1 에어 흡입홀들(146A)과 연결되는 하나의 리세스가 구비될 수도 있다.
도 9는 도 4에 도시된 서포트 플레이트의 또 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 저면도이다.
도 9를 참조하면, 상기 서포트 플레이트(130)의 하부면에는 상기 관통홀들(132)을 서로 연결하기 위한 채널(138C)이 구비될 수 있으며, 상기 관통홀들(132)은 상기 채널(138C)을 통해 상기 제1 에어 흡입홀들(146A)과 연결될 수 있다. 일 예로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀들(132)은 동심원의 형태로 배열될 수 있으며, 상기 서포트 플레이트(130)의 하부면에는 상기 관통홀들(132)을 서로 연결하기 위해 동심원의 형태를 갖도록 복수의 원형 채널들(138C)이 형성될 수 있다. 이때, 도시되지는 않았으나, 상기 제1 에어 흡입홀들(146A)은 상기 채널들(138C)을 통해 상기 관통홀들(132)과 연결되도록 동심원의 형태로 배열될 수 있다. 이때, 상기 채널들(138C)은 상기 리세스들(138A) 및 상기 리세스(138B)와 동일한 깊이로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 기판(10)은 상기 기판 스테이지(140) 상에 배치되는 서포트 플레이트(130) 상으로 로드될 수 있다. 이때, 상기 서포트 플레이트(130)가 평탄한 상부면과 하부면을 갖고 상기 기판 스테이지(140)가 평탄한 상부면을 가질 수 있으므로 상기 기판(10)의 수평도가 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 종래 기술에서 사용되었던 크로스 롤러 베어링이 사용되지 않으므로 상기 기판(10)의 가장자리 부위에 대한 본딩 공정이 수행되더라도 상기 기판(10)의 수평도가 안정적으로 유지될 수 있다.
특히, 상기 서포트 플레이트(130)는 상기 에어 분사홀들(142)에 의해 형성되는 상기 양압 영역들(144)에 의해 부상될 수 있으며, 이어서 상기 회전 구동부(160)에 의한 상기 기판(10)의 정렬이 수행될 수 있다. 이때, 상기 서포트 플레이트(130)의 관통홀들(132)은 상기 제1 에어 흡입홀들(146A)에 의해 형성되는 상기 음압 영역들(148)과 연결될 수 있으며, 이에 의해 상기 서포트 플레이트(130)가 부상된 상태에서도 상기 기판(10)이 상기 서포트 플레이트(130) 상에 진공 흡착된 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 상기 서포트 플레이트(130)에 별도의 진공홀들을 형성할 필요가 없으며 아울러 상기 진공홀들과 연결되는 배관들 또한 불필요하므로 상기 스테이지 모듈(102)의 구조를 크게 단순화시킬 수 있고 또한 상기 스테이지 모듈(102)의 제조 비용을 크게 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 기판(10)의 정렬 후 상기 서포트 플레이트(130)가 상기 기판 스테이지(140) 상에 진공 흡착되는 경우 상기 기판(10)의 정렬을 위해 상기 서포트 플레이트(130)의 각도가 변화되더라도 상기 리세스들(138A)과 상기 리세스(138B) 또는 상기 채널들(138C)을 통해 상기 관통홀들(132)과 상기 제1 에어 흡입홀들(146A) 사이의 연결 상태가 안정적으로 유지될 수 있으므로, 상기 기판(10)의 진공 흡착 상태 또한 안정적으로 유지될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 기판 20 : 다이
100 : 다이 본딩 장치 102 : 스테이지 모듈
110 : 본딩 모듈 112 : 본딩 헤드
114 : 헤드 구동부 116 : 본딩 툴
118 : 갠트리 구조물 120 : 카메라 유닛
122 : 카메라 구동부 124 : 제2 갠트리 구조물
126 : 클리닝 유닛 130 : 서포트 플레이트
132 : 관통홀 134 : 정렬홈
136 : 구동핀 138A, 138B : 리세스
138C : 채널 140 : 기판 스테이지
142 : 에어 분사홀 144 : 양압 영역
146 : 에어 흡입홀 146A : 제1 에어 흡입홀
146B : 제2 에어 흡입홀 148 : 음압 영역
150 : 에어 소스 152 : 진공 소스
154 : 제1 밸브 156 : 제2 밸브
158 : 정렬핀 160 : 회전 구동부
162 : 구동 부재 166 : 구동 유닛
170 : 스테이지 구동부 172 : 가동 플레이트

Claims (16)

  1. 기판을 지지하기 위한 서포트 플레이트;
    상기 서포트 플레이트 아래에 배치되며 상기 서포트 플레이트를 지지하는 기판 스테이지; 및
    상기 기판의 정렬을 위해 상기 서포트 플레이트를 회전시키는 회전 구동부를 포함하되,
    상기 기판 스테이지는 상기 서포트 플레이트의 하부면 상으로 에어를 분사하여 상기 기판 스테이지와 상기 서포트 플레이트 사이에서 상기 서포트 플레이트를 부상시키기 위한 복수의 양압 영역들을 형성하는 복수의 에어 분사홀들 및 상기 에어를 흡입하여 복수의 음압 영역들을 형성하는 복수의 에어 흡입홀들을 구비하고,
    상기 서포트 플레이트는 상기 기판을 진공 흡착하기 위해 상기 음압 영역들과 연결되는 복수의 관통홀들을 구비하며,
    상기 회전 구동부는 상기 서포트 플레이트가 부상된 상태에서 상기 서포트 플레이트를 회전시키는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서포트 플레이트는 상기 기판을 지지하는 서포트 영역과 상기 서포트 영역을 감싸는 주변 영역을 포함하며,
    상기 관통홀들은 상기 서포트 영역을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 에어 흡입홀들은 상기 서포트 영역에 대응하는 제1 에어 흡입홀들과 상기 주변 영역에 대응하는 제2 에어 흡입홀들을 포함하고,
    상기 기판이 상기 회전 구동부에 의해 정렬된 후 상기 서포트 플레이트는 상기 제2 에어 흡입홀들에 의해 상기 기판 스테이지 상에 진공 흡착되는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판이 상기 회전 구동부에 의해 정렬된 후 상기 서포트 플레이트는 상기 에어 흡입홀들에 의해 상기 기판 스테이지 상에 진공 흡착되며,
    상기 서포트 플레이트의 하부면 또는 상기 기판 스테이지의 상부면에는 상기 관통홀들과 상기 에어 흡입홀들 중 일부를 서로 연결하기 위한 복수의 리세스들이 구비되는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판이 상기 회전 구동부에 의해 정렬된 후 상기 서포트 플레이트는 상기 에어 흡입홀들에 의해 상기 기판 스테이지 상에 진공 흡착되며,
    상기 서포트 플레이트의 하부면 또는 상기 기판 스테이지의 상부면에는 상기 관통홀들과 상기 에어 흡입홀들 중 일부를 서로 연결하기 위한 리세스가 구비되는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판이 상기 회전 구동부에 의해 정렬된 후 상기 서포트 플레이트는 상기 에어 흡입홀들에 의해 상기 기판 스테이지 상에 진공 흡착되며,
    상기 서포트 플레이트의 하부면에는 상기 관통홀들을 서로 연결하기 위한 적어도 하나의 채널이 구비되고,
    상기 관통홀들은 상기 적어도 하나의 채널을 통해 상기 에어 흡입홀들 중 일부와 연결되는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 관통홀들은 동심원의 형태로 배열되며,
    상기 서포트 플레이트의 하부면에는 상기 관통홀들을 서로 연결하기 위하여 동심원의 형태를 갖도록 형성된 복수의 채널들이 구비되는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 에어 흡입홀들 중 일부는 상기 채널들과 연결되도록 동심원의 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 서포트 플레이트와 상기 기판 스테이지 사이에 배치되며 회전 중심축으로서 기능하는 정렬핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 정렬핀은 상기 서포트 플레이트의 하부면 상에 구비되며,
    상기 기판 스테이지의 상부면에는 상기 정렬핀이 삽입되는 정렬홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  11. 제9항에 있어서, 상기 정렬핀은 상기 기판 스테이지의 상부면 상에 구비되며,
    상기 서포트 플레이트의 하부면에는 상기 정렬핀이 삽입되는 정렬홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  12. 제9항에 있어서, 상기 서포트 플레이트의 하부면 및 상기 기판 스테이지의 상부면에는 상기 정렬핀이 삽입되는 정렬홈이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  13. 제9항에 있어서, 상기 서포트 플레이트의 측면 부위에는 상기 회전 구동부와 연결되는 구동핀이 수직 방향으로 구비되고,
    상기 회전 구동부는,
    상기 구동핀이 수평 방향으로 삽입되는 홈이 형성된 구동 부재와,
    상기 서포트 플레이트가 상기 정렬핀을 기준으로 회전 가능하도록 상기 구동 부재를 접선 방향으로 이동시키는 구동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이지 모듈.
  14. 기판을 지지하기 위한 스테이지 모듈; 및
    상기 기판 상에 다이를 본딩하기 위한 본딩 모듈을 포함하되,
    상기 스테이지 모듈은,
    상기 기판을 지지하기 위한 서포트 플레이트와,
    상기 서포트 플레이트 아래에 배치되며 상기 서포트 플레이트를 지지하는 기판 스테이지와,
    상기 기판의 정렬을 위해 상기 서포트 플레이트를 회전시키는 회전 구동부를 포함하고,
    상기 기판 스테이지는 상기 서포트 플레이트의 하부면 상으로 에어를 분사하여 상기 기판 스테이지와 상기 서포트 플레이트 사이에서 상기 서포트 플레이트를 부상시키기 위한 복수의 양압 영역들을 형성하는 복수의 에어 분사홀들 및 상기 에어를 흡입하여 복수의 음압 영역들을 형성하는 복수의 에어 흡입홀들을 구비하고,
    상기 서포트 플레이트는 상기 기판을 진공 흡착하기 위해 상기 음압 영역들과 연결되는 복수의 관통홀들을 구비하며,
    상기 회전 구동부는 상기 서포트 플레이트가 부상된 상태에서 상기 서포트 플레이트를 회전시키는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 본딩 모듈은,
    상기 기판 상에 상기 다이를 본딩하기 위한 본딩 헤드와,
    상기 본딩 헤드를 수직 방향 및 수평 방향으로 이동시키기 위한 헤드 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 스테이지 모듈은,
    상기 기판 스테이지를 상기 수평 방향에 대하여 수직하는 제2 수평 방향으로 이동시키기 위한 스테이지 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
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