KR20000028749A - 칩 그리퍼를 갖는 반도체 설치 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 설치 장치는 수평 방향으로 프레임(5)상에 슬라이드(6)를 이동시키는 제 1구동장치(7)를 가진다. 칩 그리퍼(1)는 슬라이드(6)에 고정된다. 프레임(5)은 제 2구동장치(8)에 의해 수직 방향으로 이동할 수 있다. 제 1구동장치(7)는 자석(17)을 갖는 고정자(14)와 전기 권선(18)을 갖는 코일부(16)를 포함하며, 코일부(16)는 슬라이드(6)에 고정되고 수직 방향으로 고정자(14)내부로 돌출한다. 권선(18)은 수직 방향으로 직사각형으로 형성되고 이러한 방법으로 구동력을 결정하는 자석(17)과 권선(18)사이의 결합구조는 수직 방향으로 소정 거리(d)까지 코일부(16)의 이동으로 변화되지 않는다.

Description

칩 그리퍼를 갖는 반도체 설치 장치{Semiconductor mounting apparatus with a Chip Gripper}

본 발명은 청구항에 명명된 종류의 칩 그리퍼를 갖는 반도체 설치 장치에 관한 것이다.

"픽 앤 플레이스(Pick-and-Place)"로 설명된 이러한 종류의 장치는 반도체 조립용 "다이 본더(Die Bonders)"라 불려지는 자동 조립 기계의 성분으로 사용된다. 이것은 캐리어상에서 서로 인접하고 있는 다수의 웨이퍼 칩을 기판, 예컨대 금속 리드프레임상에 차례로 장착하게 된다. 각각의 픽 앤 플레이스 이동에 대등하여, 칩 캐리어가 존재하는 웨이퍼 테이블은 다음 차례의 칩을 작업할 수 있게 하고, 마찬가지로 기판은 제 2위치에서 새로운 기판 위치를 이용할 수 있게 하기 위해 이동된다. 칩을 들어올리고 그 다음에 배열하기 위해, 칩 그리퍼는 전체 장치와 함께 또는 그것 자체를 공지의 방법으로 상승 및 하강시킬 수 있다,

이러한 종류의 조립 장치에는 고도의 요구조건이 있다. 장착된 칩의 다음 처리공정을 진행하기 위하여, 칩은 기판상의 정확한 위치에 놓여있어야 한다. 그것은 대응적으로 칩 그리퍼를 사용하여 제 2위치로 정확하게 도달하는 것을 필요로 하는 바, 칩을 들어올리기 위하여 제 1위치로 정확하게 접근해야하는 것을 전제로 한다. 한편, 고속 또는 짧은 사이클 타임이 요구되고 이것은 대응적으로 이동 부분상에 빠른 가속 및 관성력을 발생시킨다.

지금까지, 칩 그리퍼를 교대로 이동시키기 위해, 다른 레버 메카니즘이 사용되고 이것은 크랭크 가이드(crank guide)를 부분적으로 포함한다. 가이드에 발생하는 상당한 횡력때문에 이러한 가이드는 이동 순서가 정확하지 못하다는 단점이 있을뿐만 아니라 대응적으로 유지되야만 한다. 다른 공지의 메카니즘에 있어서 칩 그리퍼는 앞뒤로 회전하는 레버의 일단부에 설치된다. 즉 최종 위치에서 정지되야만 하는 레버의 회전 편향에 따라 곡선 운동으로 이동되고 이것에 의해 진동하는 경향이 강하다. 이러한 레버 동작의 메카니즘중 하나의 단점은 위치 A에서 위치 B까지 고정된 소정의 거리를 따라 칩을 이동시키기만 한다는 것이다. 또한 구동 메카니즘은 칩 그리퍼가 기어 벨트에 의해 구동되는 것이 공지되어 있다. 여기에서 단점은 기판상에 칩을 위치시키는데 부정확도가 크다는 점이다.

본 발명의 목적은 임의의 거리를 넘어 상당한 위치 정확도를 갖고 칩을 이동시킬 수 있는 반도체 설치 장치를 제안하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따른 청구항 제 1항 및 제 5항의 특징부를 통하여 해결될 수 있다.

도 1 및 도 2는 반도체 설치 장치의 단면도이다.

도 3은 구동장치의 고정자에 대한 자석의 배치이다.

도 4a 및 도 4b는 2개의 다른 위치일 때 고정자에 대한 수직 방향이다.

도 5는 보이스 코일 모터이다.

도 1 및 도 2는 칩 그리퍼(1)를 갖는 반도체 설치 장치에 대한 2개의 단면도를 개략적으로 나타내며, 여기에서 단면은 직각 좌표계의 yz 또는 xz 평면에 있다. 명확하게 하기 위해, 본 발명을 이해하는데 필요한 부분만을 도시한다. 반도체 설치 장치는 바람직하게 그 중심축(2)을 중심으로 회전가능하고 x축을 따라 이동가능하며 칩(4)으로 켜진 웨이퍼를 수용하기 위한 웨이퍼 테이블(3), 프레임(5)상에서 y방향으로 이동가능한 슬라이드(6), 슬라이드(6)를 y방향으로 이동시키기 위한 제 1구동장치(7), 프레임(5)을 수직한 z방향으로 이동시키기 위한 제 2구동장치(8) 및 기판(10)을 수용하고 운송시키는 장치(9)를 포함한다. 2개의 구동장치(7, 8)는 반도체 설치 장치상의 정지부에 배치된다. 또한 고정적으로 장착된 제 3구동장치(11)는 프레임(5)과 그에 따른 칩 그리퍼(1)를 지니는 슬라이드(6)를 x방향으로 비교적 짧은 거리를 이동시키는 것을 예상하는 것이 바람직하다. 칩(4)은 프레임에 고정되는 니토 테이프(Nitto Tape)로서 공지된 접착 포일(adhesive foil)상에 일반적으로 위치된다.

슬라이드(6)는 프레임(5)상에 있는 공기 베어링에 대해 바퀴(12) 또는 활주대(glide)의 작용으로 자유롭게 움직인다. 슬라이드(6)의 위치를 정확하게 얻기 위하여, 유리 스케일(glass scale)(13)은 슬라이드(6)에 배치된 측정 헤드와 함께 작동하는 프레임(5)에 장착된다.

y방향으로 슬라이드(6)를 이동시키는 구동장치(7)는, 슬라이드(6)에 고정된 코일부(16)가 돌출하고 있는 내부 공간(15)에서 U자 형태의 고정자(14)이다. 고정자(14)는 북극 N 또는 남극 S를 교대로 나타내는 내부 공간(15)의 양쪽 면에 y방향을 따라 배치된 자석(17)을 갖는다. 반대편 자석(17)은 하나의 북극 N과 하나의 남극 S를 갖는 한 쌍의 자석을 형성한다. xy평면에서 자석(17)의 배치는 도 3에 나타낸다. 내부 공간(15)을 향해 마주보는 자석(17)의 극은 "북극"에 대해서는 N 및 "남극"에 대해서는 S의 부호를 붙인다. z방향으로 도시된 바와같이, 코일부(16)는 직사각형인 수개의 전기 권선(18)(도 4a)을 갖는다. 프레임(5)에 의해, 코일부(16)는 일반적으로 3cm의 거리 d까지 z방향으로 이동할 수 있다. y방향으로 구동하는 구동력은 고정자(14)의 내부공간(15)에서 자석(17)에 의해 생성되는 자계의 방향과 힘에 의해 그리고 수직한 z방향으로 권선(18)을 통해 흐르는 전류의 방향과 힘에 의해 결정된다. z방향으로 거리 d까지 코일부(16)의 이동과 함께, 이제 권선(18)은 z방향으로 자석(17)보다 더 길게 그리고 구동력을 결정하는 자석(17)과 권선(18)사이의 결합구조가 변화되지 않는 방법으로 형성된다. 따라서, 작동중에 y방향으로 코일부(16)에 영향을 주는 구동력은 코일부(16) 또는 슬라이드(6)의 z위치에 관하여 독립적이다. 도 4a는 자석(17)에 대한 권선(18)의 상대 위치를 나타낸다. 코일부(16)가 z위치 z₁에 위치될 경우 이 위치에서 칩 그리퍼(1)는 웨이퍼 테이블(3)로부터 칩(4)을 확실히 집어 올린다. 도 4b는 자석(17)에 대한 권선(18)의 상대위치를 나타낸다. 코일부(16)가 z위치 z₂= z₁+ d에 위치될 경우 이 위치내에서 칩(4)은 웨이퍼 테이블(3)로부터 들어 올려지고 y방향으로 이동된다.

권선(18)은 도 4a 및 4b에 나타낸 바와같이 직사각형 형상으로 형성되고 코일부(16)에 배치되는 것이 바람직하므로, 권선(18)에 대해 수평으로 이동하는 위상(19)은 고정자(14)의 내부공간(15)에서 자석(17)에 의해 생성되는 자계의 외부에 위치된다. 이러한 방법에 따르면, 작동중에, 어떠한 힘도 수직한 z방향으로 슬라이드(6)에 가해지지 않는 것이 보장된다. 완전한 작동을 위하여, 구동장치(7)는 2상 또는 3상 선형 모터로서 형성되는 것이 바람직하다. 2상 선형 모터를 사용하여, 권선(18a, 18b)의 쌍은 한쌍에 대한 2개의 권선(18a, 18b)이 부분적으로 겹쳐지고 한 쌍에 대한 2개의 권선(18a, 18b)이 다른 에너지원(20, 21)으로부터 공급되는 것을 예상할 수 있다. 다상 선형 모터의 큰 장점은 필요한 만큼 설치될 수 있다는 것이다. 이것에 의해 고정자(14)가 충분히 단단하게 형성되거나 반도체 설치 장치의 기본구조에 대해 충분히 고정되는 것이 단지 보장되어야 하므로 자석(17)에 의해 생성되는 강한 힘은 고정자(14)를 휘게 할 수 없다.

위치 측정 시스템은 유리 스케일(13)(도1)에 의해 형성되고, 측정 헤드는 선형 모터의 제어에 사용된다. 권선(18)은 플렉시블 배선(flexible wires)을 지나 에너지원(20, 21)과 단단히 연결된다. 권선(18)의 극성을 변화시키는 기계 정류자를 생략할 수 있다. 이러한 위치에서, 조정기는 고정자의 자석에 대한 코일부(16)의 위치 및 그 가능한 순간 속도에 대응하는, 권선(18)을 통해 흐르는 전류의 방향, 위상 및 진폭을 제어하고, 이것에 의해 상기 정보가 위치 측정 시스템의 결과로 이용될 수 있거나 유도될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 도 5에 사시도로 나타낸 바와같이, 보이스 코일 모터는 구동장치(7)로 형성될 수 있다. z방향으로의 충분한 권선(18)때문에, 상기 모터는 소정 거리 d까지 z방향으로 자유롭게 이동할 수 있는 단지 하나의 단일 권선(18)을 갖는다. 보이스 코일 모터는 거리 L만큼 y방향으로 분리된 2개의 E자 형태의 고정자(14a, 14b)를 가지는 것이 바람직하고, 이것에 의해 권선(18)은 L보다 더 넓어지므로 권선(18)의 한 부분은 자석(17)에 의해 생성되는 자계에 항상 존재한다. 2개의 고정자(14a, 14b) 분리는 모터의 효율면에서 상당한 손실없이 y방향으로 구동 범위를 연장한다. 슬라이드(6)와 프레임(5)은 개략적으로 단지 묘사된다. 도시되는 실시예에 따르면, 슬라이드(6)에 고정된 권선(18)이 코일부(16)를 형성한다.

반도체 설치 장치는 웨이퍼 테이블(3)(도 1)로부터 칩(4)을 차례로 떼어내어 그것들을 기판(10)상에 배열한다.

바람직한 실시예에 있어서, 웨이퍼 테이블(3)(도 1)은 하나의 단일한 수평 방향 즉 x방향으로 이동할 수 있다. 심지어 기판(10)을 이동시키는 장치(9)는 기판(10)이 단지 x방향으로 이동되게 한다. 슬라이드(6)는 이어서 y방향으로 칩(4)을 이동시킨다. 그러나, 제 3구동장치(11)는 프레임(5)을 이동시키고 그 결과 칩 그리퍼(1)를 지니는 슬라이드(6)를 x방향으로 수십 마이크로미터까지 이동시키는 것이 효과적이다. 기판에 대한 이동 배치부(9)는 소정 거리까지 x방향으로 기판(10)을 계단식으로 앞으로 이동시킨다. 마찬가지로, 웨이퍼 테이블(3)은 다음 으로 처리될 칩(4)을 공급하기 위해 x방향으로 이동된다. 제 2구동장치(8)에 의해, 슬라이드(6)는 수직한 z방향으로 올려지고, 제 1구동장치(7)에 의해서는 y방향으로 이동된다. 이러한 이동은 칩 그리퍼(1)가 도시하고 있지 않은 카메라에 의해 xy방향에 관하여 정확하게 측정한 칩(4)상의 예상 위치에 도달할 때까지 이동한다. 칩 그리퍼(1)가 진공에 의해 접착 포일로부터 칩(4)을 들어올릴 때까지, 슬라이드(6)를 안내하는 프레임(5)은 구동장치(8)에 의해 낮아진다. 따라서, 칩(4)이 제 2 카메라 또는 센서에 의해 측정된 기판(10) 상에 배열될 때까지, 프레임(5)이 올려지며, 슬라이드(6)는 y방향으로 이동되고 프레임(5)은 다시 낮아진다. 제 3 구동장치(11)에 의해 슬라이드(6)가 이동하는 동안, 기판(10)상에 배치 위치로부터 칩(4)의 x위치에 나타나는 약간의 편향을 이미 보정된다. 슬라이드(6)에 의해 이동되어야 하는 거리는 웨이퍼 테이블(3)상에 칩(4)의 y 위치에 의존해서 길이가 변화하기 때문에, 이것은 다른 길이의 사이클 타임을 발생시킨다.

웨이퍼 테이블(3)이 중심 축(2) 주위로 회전될 수 있을 경우, 웨이퍼의 처음 반에 대한 칩을 처리한 후에, 웨이퍼 테이블은 180°까지 회전되고 나서 웨이퍼의 두번째 반이 처리된다. 이것은 특히, 큰 직경을 갖는 웨이퍼의 처리용으로 또한 설계되는 반도체 설치 장치의 구조를 간단하게 할 수 있다.

제안된 구동장치는 기판 상 칩의 높은 위치 정확도와 기판의 선택에 있어서 넓은 선택의 범위를 준다. 특히, 매우 넓은 기판뿐만 아니라 매우 좁은 기판은 더 높은 평균 사이클 타임에서 어려움 없이 처리될 수 있다. 게다가, 고정자와 코일부가 접촉되지 않을때 구동장치는 주로 자유롭게 유지된다. 특히, 기판을 이동시키기 위한 배치 및 웨이퍼 테이블은 y방향으로 그것들을 이동시키기 위한 구동장치를 반드시 필요로 하는 것은 아니다.

또한 해결책으로 자석(17)(도4a)이 적어도 거리 d만큼 권선(18)보다 더 길게 형성된다는 것을 생각할 수 있으며, 이것에 의해 권선(18)의 수평 위상(19)이 고정자(14)의 내부공간(15)에서 자석(17)에 의해 생성되는 자계에 항상 위치된다. 여기서 또한, 코일부(16)에 영향을 주는 구동력은 코일부(16)의 이동에 관하여 z방향으로는 불변이다. 그러나, 상기 해결책은 자석(17)에 의해 생성되는 힘이, 권선(18)이 자석(17) 보다 더 길게 형성되는 경우보다, 동일한 구동 성능을 지녔을 때, 보다 강하다는 단점이 있다.

상술한 바와같이, 본 발명에 따른 반도체 설치 장치는 임의의 거리를 넘어 상당한 위치 정확도를 갖고 칩을 이동시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 수평 방향으로 프레임(5)상에 슬라이드(6)를 이동시키는 제 1구동장치(7)를 가지며, 칩 그리퍼(1)는 슬라이드(6)에 고정되고 프레임(5)은 제 2구동장치(8)에 의해 수직 방향으로 이동할 수 있는 반도체 설치 장치에 있어서,

   제 1구동장치(7)는 자석(17)을 갖는 고정자(14)와 전기 권선(18)을 갖는 코일부(16)를 포함하며, 코일부(16)는 슬라이드(6)에 고정되고 수직 방향으로 고정자(14) 내부로 돌출하며, 구동력을 결정하는 자석(17)과 권선(18)사이의 기하구조는 수직 방향으로 소정 거리(d)만큼 코일부(16)가 이동한다 해서 변화하지 않도록 하는 방법으로, 수직 방향의 직사각형 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 설치 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   고정자(14)는 U자 형태이고 코일부(16)는 내부 공간(15)으로 돌출된 것을 특징으로 하는 반도체 설치 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서.

   코일부(16)는 다른 에너지원(20, 21)으로부터 전기가 공급되는 적어도 2개의 전기 권선(18a, 18b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 설치 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   제 1구동장치(7)는 보이스 코일 모터로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 설치 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   제 1구동장치(7)는 2개의 분리 고정자(14a, 14b)를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 설치 장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   기판(10)을 이동시키기 위한 웨이퍼 테이블(3) 및 장치(9)를 부가적으로 포함하고, 둘 다 단지 한 방향에 대해 수평으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 설치 장치.
7. 수평 방향으로 프레임(5)상에 슬라이드(6)를 이동시키는 제 1구동장치(7)를 가지며, 칩 그리퍼(1)는 슬라이드(6)에 고정되고 프레임(5)은 제 2구동장치(8)에 의해 수직 방향으로 이동할 수 있는 반도체 설치 장치에 있어서,

   제 1구동장치(7)는 자석(17)을 갖는 고정자(14)와 전기 권선(18)을 갖는 코일부(16)를 포함하며, 코일부(16)는 슬라이드(6)에 고정되고 수직 방향으로 고정자(14) 내부로 돌출하며, 자석(17)을 권선(18)보다 더 길게 형성함으로써 구동력을 결정하는 자석(17)과 권선(18)사이의 기하구조는 수직 방향으로 소정 거리(d)만큼 코일부(16)가 이동하더라도 변화되지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 설치 장치.
8. 제 6항에 있어서,

   고정자(14)는 U자 형태이고 코일부(16)는 내부 공간(15)으로 돌출된 것을 특징으로 하는 반도체 설치 장치.
9. 제 7항 또는 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

   기판(10)을 이동시키기 위한 웨이퍼 테이블(3) 및 장치(9)를 부가적으로 포함하고, 둘 다 단지 한 방향에 대해 수평으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 설치 장치.