KR102677190B1 - 기판접합장치 및 기판접합방법 - Google Patents

기판접합장치 및 기판접합방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판접합장치 및 기판접합방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 기판을 서로 접합시키는 경우에 기판의 접합불량을 줄일 수 있는 기판접합장치 및 기판접합방법에 대한 것이다.

Description

기판접합장치 및 기판접합방법 {Substrate bonding apparatus and Substrate bonding method}
본 발명은 기판접합장치 및 기판접합방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 기판을 서로 접합시키는 경우에 기판의 접합불량을 줄일 수 있는 기판접합장치 및 기판접합방법에 대한 것이다.
최근 기술 및 산업의 발달로 인해 반도체 디바이스 또는 기판(이하 '기판' 이라 함)의 고집적화에 대한 요구가 증가하고 있다. 이 경우, 고집적화한 기판을 수평면 내에서 배치하여 배선으로 접속해서 제품화하는 경우, 배선 길이의 증대, 배선 저항의 증가 및 배선 지연 등의 문제점이 발생한다.
따라서, 기판을 3차원으로 적층하는 3차원 집적 기술을 사용하는 것이 제안되고 있다. 이러한 3차원 집적 기술에 있어서는, 예를 들어 접합장치를 사용하여, 상하부 2매의 기판의 접합이 행해진다.
상부기판과 하부기판을 접합하기 위해서는 상부기판과 하부기판을 정렬시키는 것이 중요하며, 이를 위하여 종래기술에 따른 장치의 경우 상부카메라와 하부카메라를 구비한다.
상부카메라에 의해 하부기판을 인식하여 좌표를 산출하고, 나아가 하부카메라에 의해 상부기판을 인식하여 좌표를 산출하여, 상기 좌표에 따라 상하부기판을 이동시켜 정렬하게 된다.
그런데, 종래기술에 따른 장치의 경우 상부카메라와 하부카메라가 정확히 수직선 상에 배치된 경우에 상하부기판의 좌표오차가 발생하지 않게 된다. 하지만, 종래기술에 따른 장치의 경우 상부카메라 및 하부카메라가 수평방향 또는 수직방향으로 반복적으로 이동하게 되어 상부카메라 및 하부카메라의 수직방향정렬이 어긋나거나 틀어지게 되어 좌표오차가 빈번하게 발생하고 있다.
또한, 종래기술에 따는 장치에서는 이러한 상부카메라와 하부카메라의 수직방향 정렬을 작업자의 수작업에 의존하고 있어서 작업자의 숙련도에 따라 수직방향정렬의 편차가 크게 발생하며, 나아가 수작업에 의한 수직방향 정렬을 수행함으로써 접합장치의 효율을 크게 떨어뜨리고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기판을 서로 접합시키는 기판접합장치에서 기판의 정렬키를 인식하는 카메라유닛을 수직으로 정렬하는 수직정렬단계를 수행하여 정렬키의 좌표오차를 줄일 수 있는 기판접합장치 및 기판접합방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 챔버, 상기 챔버 내부에 구비되어 제1 기판을 흡착하는 제1 척, 상기 제1 척을 향하도록 상기 챔버 내부에 구비되며, 상기 제1 척에 대해 수직 및 수평방향으로 상대이동 가능하게 구비되어 제2 기판을 흡착하는 제2 척 및 상기 제1 기판의 제1 정렬키 및 제2 기판의 제2 정렬키를 인식하는 카메라유닛이 구비되며, 상하로 이동 가능하게 구비되는 프레임을 포함하는 정렬모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판접합장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 카메라유닛은 상기 프레임에 대해 이동 가능하게 구비될 수 있다.
또한, 상기 카메라유닛은 상기 프레임에서 수평방향 이동 및 틸팅이 가능하게 구비될 수 있다.
나아가, 상기 프레임은 미리 정해진 간격을 두고 이격되어 배치되는 한 쌍의 수직부재와, 상기 수직부재의 상하 단부를 서로 연결하며 상기 카메라유닛이 구비되는 한 쌍의 수평부재를 포함하고, 상기 한 쌍의 수평부재 중에 적어도 하나는 상기 수직부재에 대해 상하로 이동 가능하게 배치될 수 있다.
한편, 상기 카메라유닛은, 상기 제2 정렬키를 인식하는 제1 카메라유닛과, 상기 제1 정렬키를 인식하며 상기 제1 카메라유닛과 마주보게 배치되는 제2 카메라유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 수평부재는 제1 수평부재와 제2 수평부재를 포함하고, 상기 제1 카메라유닛이 상기 제1 수평부재에 구비되고, 상기 제2 카메라유닛이 상기 제2 수평부재에 구비될 수 있다.
한편, 상기 카메라유닛은, 상기 프레임에 대해 수평방향 이동이 가능하게 구비되는 이동플레이트, 상기 이동플레이트에 구비되어 상기 제1 정렬키 또는 제2 정렬키를 인식하는 인식카메라 및 상기 이동플레이트의 정렬을 위해 구비되는 정렬카메라를 구비할 수 있다.
또한, 상기 이동플레이트는 상기 프레임에 대해 틸팅 가능하게 구비될 수 있다.
나아가, 상기 이동플레이트에는 마주보는 카메라유닛의 정렬카메라에 의해 인식되는 카메라정렬키가 더 구비될 수 있다.
한편, 상기 프레임에는 중앙에 상기 제1 척 및 제2 척이 이동 가능하도록 중공부가 형성될 수 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 목적은 프레임과, 상기 프레임에 제1 카메라유닛 및 제2 카메라유닛을 구비하는 기판접합장치의 기판접합방법에 있어서, 상기 제2 카메라유닛을 이용하여 제1 기판의 제1 정렬키를 인식하는 단계, 상기 제1 카메라유닛을 이용하여 제2 기판의 제2 정렬키를 인식하는 단계 및 상기 제1 기판과 제2 기판을 정렬하여 접합하는 단계를 포함하고, 상기 제1 정렬키를 인식하는 단계에 앞서서, 또는 상기 제1 정렬키를 인식하는 단계와 상기 제2 정렬키를 인식하는 단계 사이에, 또는 상기 제2 정렬키를 인식하는 단계에 이어서, 상기 제1 카메라유닛과 제2 카메라유닛을 수직방향으로 정렬하는 수직정렬단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 카메라유닛 및 제2 카메라유닛은 상기 프레임에 대해 수평방향 이동 및 틸팅이 가능하게 구비되고, 상기 수직정렬단계에서는 상기 제1 카메라유닛 및 제2 카메라유닛의 수평방향 이동 또는 틸팅에 의해 상기 제1 카메라유닛 및 제2 카메라유닛이 수직방향으로 정렬될 수 있다.
나아가, 상기 제1 정렬키를 인식하는 단계와 상기 제2 정렬키를 인식하는 단계 사이에 상기 제1 카메라유닛과 제2 카메라유닛을 상하로 이동시키는 상하이동단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 정렬키를 인식하는 단계와 상기 제2 정렬키를 인식하는 단계 사이에 상기 제1 카메라유닛과 제2 카메라유닛 중에 적어도 하나를 상하로 이동시키는 상하이동단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 기판을 서로 접합시키는 기판접합장치에서 기판의 정렬키를 인식하는 카메라유닛을 수직으로 정렬하는 수직정렬단계를 수행하여 정렬키의 좌표오차를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판접합장치의 측면도,
도 2는 도 1에 도시된 기판접합장치의 내부 구성을 도시한 사시도,
도 3은 제1 기판을 도시한 평면도,
도 4는 정렬모듈의 정면도 및 사시도,
도 5는 프레임에 장착된 카메라유닛의 모습을 도시한 사시도,
도 6은 다른 실시예에 따른 카메라유닛의 도면,
도 7은 제1 기판의 제1 정렬키를 인식하는 모습을 도시한 측면도,
도 8은 제1 기판이 이송되어 제1 카메라유닛과 제2 카메라유닛을 수직정렬하는 모습을 도시한 측면도,
도 9 및 도 10은 카메라유닛을 수직정렬하는 방법을 도시한 도면,
도 11은 제2 기판을 인식하기 위해 정렬모듈이 상부로 이동하는 모습을 도시한 측면도,
도 12는 제2 기판의 제2 정렬키를 인식하는 모습을 도시한 측면도,
도 13은 제1 수평부재가 상승한 경우를 도시한 측면도,
도 14는 제2 기판이 이송되어 제1 기판과 제2 기판을 접합하는 상태를 도시한 측면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판접합장치의 구조 및 기판접합방법에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판접합장치(1000)의 측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 기판접합장치(1000)의 내부 구성을 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 기판접합장치(1000)는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내부에 구비되어 제1 기판(10)을 흡착하는 제1 척(520)과, 상기 제1 척(520)을 향하도록 상기 챔버(100) 내부에 구비되며, 상기 제1 척(520)에 대해 수직 및 수평방향으로 상대이동 가능하게 구비되어 제2 기판(20)을 흡착하는 제2 척(510) 및 상기 제1 기판(10)의 제1 정렬키(12) 및 제2 기판(20)의 제2 정렬키(22)를 인식하는 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D)이 구비되며, 상하로 이동 가능하게 구비되는 프레임(210)을 포함하는 정렬모듈(200)을 구비할 수 있다.
상기 챔버(100)는 내부에 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)이 수용되는 공간(102)을 제공한다. 상기 챔버(100)는 예를 들어 챔버몸체(미도시)와, 상기 챔버몸체의 개구된 상부를 밀폐하는 챔버리드(미도시)로 구성될 수 있다. 이러한 챔버(100)의 구성은 일예를 들어 설명한 것에 불과하며 적절하게 변형될 수 있다.
상기 챔버(100) 내부에는 서로 접합될 기판(10, 20)을 흡착하여 고정하는 제1 척(520) 및 제2 척(510)이 구비될 수 있다. 상기 제1 척(520) 및 제2 척(510)은 진공척, 정전척 및 기구적인 클램핑척 등으로 구현될 수 있는데, 이하에서는 상기 제1 척(520) 및 제2 척(510)이 진공척으로 구성된 경우를 상정하여 설명한다.
상기 제1 척(520)은 상기 챔버(100) 내부에서 상기 정렬모듈(200)의 내측 하부에 마련되어 로봇암(미도시) 등을 통해 상기 챔버(100)의 내부로 인입된 제1 기판(10)을 흡착하여 고정하게 된다.
도 3은 상기 제1 기판(10)을 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 기판(10)은 상면 또는 제1 면에 패턴(14)이 형성되며 나아가 제2 기판(20)과 접합을 위한 제1 정렬키(12)가 형성된다. 상기 제1 정렬키(12)는 복수개 구비될 수 있으며, 기판의 정확한 정렬을 위해 기판의 중앙부를 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 상기 제1 정렬키(12)의 개수 및 위치는 적절하게 변형될 수 있다. 한편, 제2 기판(20)은 상기 제1 기판(10)과 동일한 구성을 가지므로 반복적인 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 상기 제1 척(520)은 상기 제1 기판(10)의 제2 면, 즉 패턴(14)이 형성되지 않은 제2 면을 음압으로 흡착하여 고정하게 된다.
한편, 제2 척(510)은 상기 챔버(100) 내부에서 상기 정렬모듈(200)의 내측 상부에 마련될 수 있다. 상기 제2 척(510)은 상기 제1 척(520)을 향하도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2 척(510)은 상기 제1 척(520)과 마주보도록 배치되어 상기 제1 척(520)에 대해 수직 및 수평방향으로 상대이동 가능하게 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 척(520) 및 제2 척(510)은 모두 수직 및 수평방향으로 이동 가능하게 구비될 수 있다.
상기 제2 기판(20)은 상하가 반전되어, 즉 제2 정렬키(22)가 형성된 제1 면이 하부를 향하도록 상기 챔버(100) 내부로 인입된다. 상기 제2 척(510)은 상기 제2 기판(20)의 제2 정렬키(22)가 형성되지 않은 제2 면을 흡착하여 고정하게 된다. 이 경우, 상기 제2 기판(20)의 제2 정렬키(22)가 상기 제1 기판(10)을 향하게 배치된다.
한편, 상기 챔버(100)의 내측에는 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D)을 구비하는 정렬모듈(200)이 구비될 수 있다.
상기 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D)은 상기 제1 기판(10)의 제1 정렬키(12) 및 제2 기판(20)의 제2 정렬키(22)를 인식하게 된다. 이 경우, 상기 정렬모듈(200)은 프레임(210)을 구비할 수 있으며, 상기 프레임(210)에 상기 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D)이 구비될 수 있다.
즉, 본 발명에서는 상기 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D)이 프레임(210)에 구비되어 상기 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D) 사이의 오정렬 또는 뒤틀림 등을 최대한 방지할 수 있다.
또한, 상기 프레임(210)은 상하로 이동 가능하게 구비된다. 이를 위하여 상기 챔버(100)의 내측에 구동부(410, 420)를 구비하고, 상기 구동부(410, 420)에 상기 프레임(210)이 연결되어 상하로 이동할 수 있다.
상기 프레임(210)이 상하로 이동하는 경우에 상기 프레임(210)에 장착된 상기 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D)은 함께 이동하여 상기 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D) 사이의 오정렬 등을 최대한 억제할 수 있다.
이 경우, 상기 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D)은 상기 제2 기판(20)의 제2 정렬키(22)를 인식하는 제1 카메라유닛(300A, 300B)과, 상기 제1 기판(10)의 제1 정렬키(12)를 인식하며 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 마주보게 배치되는 제2 카메라유닛(300C, 300D)을 포함할 수 있다.
상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)은 한 쌍이 제공될 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 상기 프레임(210)의 하부에 위치하여 상부를 향하도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 카메라유닛(300C, 300D)은 마찬가지로 한 쌍이 제공될 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 상기 프레임(210)의 상부에 위치하여 하부를 향하도록 배치될 수 있다.
도 4는 상기 정렬모듈(200)의 정면도 및 사시도이다. 도 4의 (A)는 상기 정렬모듈(200)의 정면도이고, 도 4의 (B)는 상기 정렬모듈(200)의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 정렬모듈(200)의 프레임(210)은 미리 정해진 간격을 두고 이격되어 배치되는 한 쌍의 수직부재(213, 214)와, 상기 수직부재(213, 214)의 상하 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 수평부재(211, 212)로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 한 쌍의 수평부재(211, 212) 중에 적어도 하나는 상기 수직부재(213, 214)에 대해 상하로 이동 가능하게 배치될 수 있다.
예를 들어, 하부에 위치한 제1 수평부재(212)가 상기 한 쌍의 수직부재(213, 214)에 대해 상하로 이동가능하게 배치되거나, 상부에 위치한 제2 수평부재(211)가 상기 한 쌍의 수직부재(213, 214)에 대해 상하로 이동가능하게 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 수평부재(212)와 제2 수평부재(211)가 모두 상기 한 쌍의 수직부재(213, 214)에 대해 상하로 이동가능하게 배치될 수 있다. 이하에서는 상기 제1 수평부재(212)가 상하로 이동 가능하게 배치된 경우를 상정하여 설명한다.
한편, 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)은 상기 제1 수평부재(212)에 구비되고, 상기 제2 카메라유닛(300C, 300D)이 상기 제2 수평부재(211)에 구비될 수 있다. 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)은 상기 제1 수평부재(212)의 상면에 배치되어 상부를 향하도록 배치될 수 있다. 한 쌍의 제1 카메라유닛(300A, 300B)은 서로 간에 미리 정해진 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 카메라유닛(300C, 300D)은 상기 제2 수평부재(211)의 하면에 배치되어 하부를 향하도록 배치될 수 있다. 한 쌍의 제2 카메라유닛(300C, 300D)은 서로 간에 미리 정해진 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다.
후술하는 바와 같이 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B) 또는 상기 제2 카메라유닛(300C, 300D)의 초점거리를 맞추기 위하여 상기 프레임(210) 자체가 상하로 이동하여 초점거리를 맞출 수 있다. 하지만, 기판접합장치(1000)의 내부는 일반적으로 협소하며 다른 구성요소로 인해 상기 프레임(210)의 상하 이동거리가 충분하지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 프레임(210)의 상하 이동과 함께 상기 수평부재(211, 212)가 상하로 이동하여 초점거리를 맞출 수 있다.
한편, 상기 한 쌍의 제1 카메라유닛(300A, 300B) 사이의 거리와 상기 한 쌍의 제2 카메라유닛(300C, 300D) 사이의 거리는 서로 동일할 수 있다. 서로 마주보는 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 제2 카메라유닛(300C, 300D)이 서로 수직선 상에 배열되는 경우에 상기 제1 정렬키(12)와 제2 정렬키(22)의 좌표를 정확하게 인식할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 정렬모듈(200)의 중앙부에는 개구부(220)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 한 쌍의 수직부재(213, 214)와 수평부재(211, 212)의 중앙부에 상기 개구부(220)가 형성될 수 있다. 상기 개구부(220)를 관통하여 전술한 제1 척(520) 및 제2 척(510)이 수평방향으로 이동할 수 있게 배치된다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 제2 카메라유닛(300C, 300D)이 프레임(210)에 구비되는 경우에도, 상기 프레임(210)의 상하방향 움직임 또는 상기 수평부재(211, 212)의 상하방향 움직임이 반복되면 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 제2 카메라유닛(300C, 300D)의 수직방향 위치오차 또는 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 제2 카메라유닛(300C, 300D)의 뒤틀림이 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)의 정렬키의 좌표값에서 오차가 발생하게 되어 결국 상기 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 오정렬이 발생하여 접합불량을 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 전술한 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D)이 상기 프레임(210)에 대해 이동 가능하게 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D)은 상기 프레임(210)에서 수평방향 이동 및 틸팅이 가능하게 구비될 수 있다. 상기 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D)이 상기 프레임(210)에 대해 이동 가능하게 배치되면 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 제2 카메라유닛(300C, 300D)의 수직방향 정렬이 가능하게 되어 전술한 문제점을 해결할 수 있다.
도 5는 상기 프레임(210)에 장착된 제1 카메라유닛(300A, 300B)의 모습을 도시한 사시도이다. 도 5의 (A)는 상기 프레임(210)에 구비된 한 쌍의 제1 카메라유닛(300A, 300B)을 도시하며, 도 5의 (B)는 상기 한 쌍의 제1 카메라유닛(300A, 300B) 중에 하나의 제1 카메라유닛(300A)을 도시한다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 카메라유닛(300A)은 상기 프레임(210)에 대해 수평방향 이동이 가능하게 구비되는 이동플레이트(310A)와, 상기 이동플레이트(310A)에 구비되어 상기 제2 정렬키(22)를 인식하는 제1 인식카메라(320A) 및 상기 이동플레이트(310A)의 정렬을 위해 구비되는 제1 정렬카메라(330A)를 구비할 수 있다.
상기 이동플레이트(310A)는 상기 제1 수평부재(212)의 홈부(210A)의 내측에 구비될 수 있다. 상기 이동플레이트(310A)가 상기 제1 수평부재(212)에서 돌출하여 배치되는 것도 가능하나, 본 실시예의 경우 상기 이동플레이트(310A)가 상기 홈부(210A)에 삽입되어 배치된다. 이 경우, 상기 이동플레이트(310A)의 상면이 상기 제1 수평부재(212)의 상면과 동일 평면에 위치할 수 있다.
한편, 상기 이동플레이트(310A)는 상기 프레임(210)에 대해 수평방향 이동이 가능하게 배치된다. 예를 들어, 상기 이동플레이트(310A)는 상기 홈부(210A)의 내측에서 수평방향으로 x축 및 y축을 따라 직선이동 가능하게 배치될 수 있다. 이를 위하여, 상기 홈부(210A)는 평면상에서 상기 이동플레이트(310A)에 비해 x축 및 y축을 방향을 따라 더 크게 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 이동플레이트(310A)가 x축 및 y축 방향을 따라 이동할 수 있는 여유공간을 제공할 수 있다.
상기 이동플레이트(310A)는 리니어 모터(linear motor), 피에조 엑츄에이터(piezo actuator) 등으로 구성된 수평방향 구동부(미도시)에 의해 수평방향으로 이동할 수 있다. 상기 수평방향 구동부의 구성은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
한편, 상기 이동플레이트(310A)는 상기 프레임(210)에 대해 틸팅(tilting) 가능하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 이동플레이트(310A)는 x축 및 y축 중에 적어도 하나의 축을 중심으로 틸팅 가능하게 배치될 수 있다.
상기 이동플레이트(310A)는 회전구동부(미도시)에 의해 틸팅 가능하게 배치될 수 있다. 상기 회전구동부의 구성은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
한편, 상기 이동플레이트(310A)에는 상기 제2 정렬키(22)를 인식하는 제1 인식카메라(320A)가 구비된다.
상기 제1 인식카메라(320A)는 전술한 제2 기판(20)의 제2 정렬키(22)를 인식하게 된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제2 카메라유닛(300C, 300D)의 제2 인식카메라(320C, 320D)는 제1 기판(10)의 제1 정렬키(12)를 인식하게 된다.
한편, 상기 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 접합하는 경우 매우 높은 정밀도를 요구하게 되며, 이에 따라 상기 인식카메라(320A, 320B, 320C, 320D)의 배율도 상대적으로 높아지게 된다. 이 경우, 상기 인식카메라(320A, 320B, 320C, 320D)의 배율이 높아질수록 초점거리는 매우 짧아질 수 있다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 제2 카메라유닛(300C, 300D)의 수직방향 정렬 시 상기 인식카메라(320A, 320B, 320C, 320D)에 의해 마주보는 카메라유닛을 인식하여 정렬하는 것이 곤란할 수 있다.
따라서, 본 실시예의 경우, 상기 카메라유닛(300A, 300B, 300C, 300D)에 정렬카메라(330A, 330B, 330C, 330D)가 구비될 수 있다. 상기 정렬카메라(330A, 330B, 330C, 330D)는 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 제2 카메라유닛(300C, 300D)의 수직방향 정렬을 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 정렬카메라(330A, 330B, 330C, 330D)는 상기 인식카메라(320A, 320B, 320C, 320D)에 비해 배율이 상대적으로 낮은 반면 초점거리가 길어져서 마주보는 카메라유닛을 인식할 수 있게 된다.
예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 정렬카메라(330A, 330B)는 마주보는 제2 카메라유닛(300C, 300D)의 제2 정렬카메라(330C, 330D)와 서로 대향하게 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 정렬카메라(330A, 330B)와 제2 정렬카메라(330C, 330D)는 서로를 인식하며, 이에 의해 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 제2 카메라유닛(300C, 300D)이 정확하게 수직방향으로 정렬되도록 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 제2 카메라유닛(300C, 300D) 중에 적어도 하나를 수평방향 이동 또는 틸팅시킬 수 있다.
상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 마주보는 제2 카메라유닛(300C, 300D)은 전술한 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 동일한 구조를 가지므로 반복적인 설명은 생략한다.
한편, 도 6은 다른 실시예에 따른 제1 카메라유닛(3000A)을 도시한다. 도 6의 (A)는 상기 제1 카메라유닛(3000A)의 평면도이고, 도 6의 (B)는 상기 제1 카메라유닛(3000A)과 제2 카메라유닛(3000B)의 배치를 보여주는 측면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 카메라유닛(3000A)은 전술한 실시예와 비교하여 제1 카메라정렬키(3400A)를 더 구비할 수 있다.
즉, 상기 제1 카메라유닛(3000A)은 이동플레이트(3100A)에 제1 인식카메라(3200A) 및 제1 정렬카메라(3300A)와 함께 제1 카메라정렬키(3400A)를 구비할 수 있다.
상기 제1 카메라정렬키(3400A)는 마주보는 카메라유닛, 즉 제2 카메라유닛(3000B)의 제2 정렬카메라(3300B)에 의해 인식된다. 또한, 상기 제2 카메라유닛(3000B)의 제2 카메라정렬키(3400B)는 제1 카메라유닛(3000A)의 제1 정렬카메라(3300A)에 의해 인식된다.
도 6의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 카메라유닛(3000A)의 제1 정렬카메라(3300A)는 상기 제2 카메라유닛(3000B)의 제2 카메라정렬키(3400B)와 마주보도록 배치된다. 또한, 상기 제1 카메라유닛(3000A)의 제1 카메라정렬키(3400A)는 상기 제2 카메라유닛(3000B)의 제2 정렬카메라(3300B)와 마주보도록 배치된다.
따라서, 상기 제1 정렬카메라(3300A)에 의해 상기 제2 카메라정렬키(3400B)를 인식하여 좌표를 검출하고, 나아가 상기 제2 정렬카메라(3300B)에 의해 상기 제1 카메라정렬키(3400A)를 인식하여 좌표를 검출할 수 있다.
상기 제1 카메라정렬키(3400A) 및 제2 카메라정렬키(3400B)의 좌표를 검출한 후, 상기 제1 카메라유닛(3000A) 또는 제2 카메라유닛(3000B) 중에 적어도 하나를 수평이동 또는 틸팅시켜서 상기 제1 카메라유닛(3000A)과 제2 카메라유닛(3000B)의 수직방향 정렬을 할 수 있다.
이하에서는 전술한 구조를 가지는 기판접합장치(1000)를 이용하여 기판을 접합하는 방법을 살펴본다.
먼저, 상기 기판접합방법은 상기 제2 카메라유닛(300C, 300D)을 이용하여 상기 제1 기판(10)의 제1 정렬키(12)를 인식하는 단계와, 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)을 이용하여 제2 기판(20)의 제2 정렬키(22)를 인식하는 단계 및 상기 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 정렬하여 접합하는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 기판접합방법은 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 제2 카메라유닛(300C, 300D)을 수직방향으로 정렬하는 수직정렬단계를 포함할 수 있다. 이러한 수직정렬단계는 상기 제1 정렬키(12)를 인식하는 단계에 앞서서 또는 상기 제1 정렬키(12)를 인식하는 단계와 상기 제2 정렬키(22)를 인식하는 단계 사이에 또는 상기 제2 정렬키(22)를 인식하는 단계에 이어서 수행될 수 있다. 이하에서는 상기 수직정렬단계가 상기 제1 정렬키(12)를 인식하는 단계와 상기 제2 정렬키(22)를 인식하는 단계 사이에 수행되는 경우에 대해서 살펴본다.
도 7은 상기 제1 기판(10)의 제1 정렬키(12)를 인식하는 모습을 도시한 측면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전술한 챔버(100)의 내측에서 상기 정렬모듈(200)을 기준으로 오른쪽은 상기 제1 척(520) 및 제2 척(510)에 상기 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)이 각각 로딩되는 로딩영역(106)에 해당하며, 상기 정렬모듈(200)의 왼쪽은 상기 제1 기판(10) 및 제2 기판(20)이 접합되는 접합영역(104)에 해당한다. 이러한 영역구분은 편의상 설정된 것에 불과하며 적절하게 변형될 수 있다.
도 7을 참조하면, 전술한 로딩영역(106)에서 상기 제1 척(520)의 상부에 상기 제1 기판(10)이 흡착 및 고정된다. 이어서, 상기 제1 척(520)이 상기 정렬모듈(200)의 중공부(220)로 삽입된다. 이 경우, 상기 제2 척(510)은 상기 정렬모듈(200)에서 이격되어 상기 접합영역(104)에서 대기할 수 있다.
한편, 상기 제1 척(520)이 상기 중공부(220)에 삽입된 경우 상기 제2 카메라유닛(300C)에 의해 상기 제1 기판(10)의 제1 정렬키(12)가 인식된다.
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 척(520)은 상기 정렬모듈(200)에서 수평방향으로 이송되어 상기 접합영역(104)으로 이동할 수 있다.
상기 제1 척(520)이 상기 정렬모듈(200)에서 벗어난 후 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C)을 수직방향으로 정렬하는 수직정렬단계를 수행할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 카메라유닛(300A)의 제1 정렬카메라(330A)와 제2 카메라유닛(300C)의 제2 정렬카메라(330C)가 서로를 인식하여 좌표를 검출하여 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C)을 수평방향 이동 또는 틸팅시켜 수직방향 정렬을 할 수 있다.
도 9 및 도 10은 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C)의 수직정렬단계를 도시한 도면이다.
도 9의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C)에 의해 서로를 인식한 경우 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C)이 수직선 상에서 벗어나서 수평면을 따라 거리오차가 발생할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C) 중에 적어도 하나를 수평방향으로 이동시켜, 도 9의 (B)와 같이 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C)을 수직선 상에 배치하여 수직방향 정렬을 할 수 있다.
또한, 도 10의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C)에 의해 서로를 인식한 경우 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C)이 수직선 상에서 적어도 하나가 뒤틀려서 수직방향에서 각도오차가 발생할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C) 중에 적어도 하나를 틸팅시켜, 도 10의 (B)와 같이 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C)을 수직선 상에 배치하여 수직방향 정렬을 할 수 있다.
한편, 상기 제1 정렬키(12)를 인식하여 좌표를 검출하고, 상기 제2 정렬키(22)를 인식하기에 앞서서 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C)의 수직방향 정렬을 수행함으로써 상기 제2 정렬키(22)의 좌표를 검출하는 경우에 상기 제1 정렬키(12)와 제2 정렬키(22)의 좌표 오차를 줄일 수 있다.
이어서, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 제2 척(510)이 상기 로딩영역(106)으로 이동하여 제2 기판(20)을 흡착하여 고정한다. 이 경우, 상기 제2 기판(20)은 상하가 반전되어 상기 제2 정렬키(22)가 하부를 항해 배치된다.
이어서, 상기 프레임(210)이 미리 결정된 거리만큼 상하로 이동하는 상하이동단계를 수행할 수 있다.
즉, 전술한 바와 같이 상기 제1 카메라유닛(300A)의 제1 인식카메라(320A)와 상기 제2 카메라유닛(300C)의 상기 제2 인식카메라(320B)는 초점거리가 상대적으로 짧으므로 상기 제1 정렬키(12)를 인식한 후, 상기 제2 정렬키(22)를 인식하기 위해서는 상기 제1 카메라유닛(300A)이 상기 제2 기판(20)을 향해 상승하는 것이 필요하다.
이 경우, 상기 프레임(210)에 구비된 상기 제1 카메라유닛(300A)과 제2 카메라유닛(300C)은 상기 프레임(210)과 함께 상하로 이동하게 된다.
상기 프레임(210)이 상하로 이동한 후, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 제2 척(510)이 상기 정렬모듈(200)의 중공부(220)로 삽입된다.
상기 제2척(510이 상기 중공부(220)에 삽입된 경우 상기 제1 카메라유닛(300A)에 의해 상기 제2기판(20)의 제2정렬키(22)가 인식된다.
한편, 도 13은 상기 제1 수평부재(212)가 상승하여 이동하는 경우를 도시한다.
도 13을 참조하면, 상기 프레임(210)이 상하로 이동한 경우에도 상기 제1 카메라유닛(300A)의 제1 인식카메라(320A)의 초점거리를 맞출 수 없는 경우에는 상기 제1 수평부재(212)가 상하로 이동하여 초점거리를 맞출 수 있다.
본 실시예의 경우 상기 제1 수평부재(212)가 상하로 이동하는 경우를 설명하지만, 전술한 바와 같이 상기 제1 수평부재(212) 및 제2 수평부재(211) 중에 적어도 하나가 상하로 이동할 수 있다. 따라서, 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B)과 제2 카메라유닛(300C, 300D) 중에 적어도 하나를 상하로 이동시켜 초점거리를 맞출 수 있다.
이어서, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 제2 척(510)이 상기 접합영역(104)으로 이송된다. 이 경우, 상기 접합영역에는 이미 제1 척(520)이 대기하고 있다.
따라서, 상기 제2 척(510)을 상기 제1 척(520)의 상부로 이송시킨 후, 상기 제1 정렬키(12)와 제2 정렬키(22)의 좌표에 의해 상기 제1 척(520) 및 제2 척(510)을 정밀하게 정렬한 후 상기 제2 척(510)을 하부로 이송시켜 상기 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 접합하게 된다.
한편, 전술한 수직정렬단계가 상기 제1 정렬키(12)를 인식하는 단계에 앞서서 수행되는 경우에도 상기 제1 정렬키(12)와 제2 정렬키(22)의 좌표 오차를 줄일 수 있다.
또한, 전술한 수직정렬단계가 상기 제2 정렬키(22)를 인식하는 단계에 이어서 수행되는 경우, 상기 제1 정렬키(12) 및 제2 정렬키(22)의 좌표가 이미 검출된 후에 수직정렬단계가 수행된다. 따라서, 이 경우에는 상기 수직정렬단계에서 상기 제1 카메라유닛(300A, 300B) 또는 제2 카메라유닛(300C, 300D)의 수평방향 이동량 또는 틸팅정도에 따라 상기 제1 정렬키(12) 및 제2 정렬키(22)의 좌표를 보정하는 단계를 거쳐 상기 제1 정렬키(12) 및 제2 정렬키(22)의 정확한 좌표를 산출할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100 : 챔버
200 : 접합모듈
210 : 프레임
300 : 카메라유닛
410, 420 : 지지부재
1000 : 접합장치

Claims (14)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 구비되어 제1 기판을 흡착하는 제1 척;
    상기 제1 척을 향하도록 상기 챔버 내부에 구비되며, 상기 제1 척에 대해 수직 및 수평방향으로 상대이동 가능하게 구비되어 제2 기판을 흡착하는 제2 척; 및
    상기 제1 기판의 제1 정렬키 및 제2 기판의 제2 정렬키를 인식하는 카메라유닛이 구비되며, 상하로 이동 가능하게 구비되는 프레임을 포함하는 정렬모듈;을 구비하고,
    상기 카메라유닛은 상기 프레임에 대해 수평방향 이동이 가능하게 구비되는 이동플레이트, 상기 이동플레이트에 구비되어 상기 제1 정렬키 또는 제2 정렬키를 인식하는 인식카메라 및 상기 이동플레이트의 정렬을 위해 구비되는 정렬카메라를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판접합장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카메라유닛은 상기 프레임에 대해 이동 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 기판접합장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카메라유닛은 상기 프레임에서 수평방향 이동 및 틸팅이 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 기판접합장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프레임은 미리 정해진 간격을 두고 이격되어 배치되는 한 쌍의 수직부재와, 상기 수직부재의 상하 단부를 서로 연결하며 상기 카메라유닛이 구비되는 한 쌍의 수평부재를 포함하고,
    상기 한 쌍의 수평부재 중에 적어도 하나는 상기 수직부재에 대해 상하로 이동 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 기판접합장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카메라유닛은,
    상기 제2 정렬키를 인식하는 제1 카메라유닛과, 상기 제1 정렬키를 인식하며 상기 제1 카메라유닛과 마주보게 배치되는 제2 카메라유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판접합장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 한 쌍의 수평부재는 제1 수평부재와 제2 수평부재를 포함하고,
    상기 제1 카메라유닛이 상기 제1 수평부재에 구비되고, 상기 제2 카메라유닛이 상기 제2 수평부재에 구비되는 것을 특징으로 하는 기판접합장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이동플레이트는 상기 프레임에 대해 틸팅 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 기판접합장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이동플레이트에는
    마주보는 카메라유닛의 정렬카메라에 의해 인식되는 카메라정렬키가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 기판접합장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 프레임에는
    중앙에 상기 제1 척 및 제2 척이 이동 가능하도록 중공부가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판접합장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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