KR20120013128A - 에어젯을 이용한 대상물 브레이킹 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대상물의 내부에 집광점을 맞춰서 레이저 빔을 조사하여 대상물 내부에 상변화영역을 형성하여 절단하는 에어젯을 이용한 대상물 브레이킹 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 대상물 브레이킹 장치는 대상물이 안착되는 워크스테이지와; 상기 워크스테이지에 안착된 대상물 내부에 레이저 빔을 조사하여 상변화영역을 형성하는 레이저 조사기와; 상기 워크스테이지에 안착된 대상물의 상측 또는 하측에서 대상물을 향해 일정 압력 이상의 가스를 분사하여 상기 상변화영역에서의 크랙을 유도하는 가스분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

에어젯을 이용한 대상물 브레이킹 장치{Apparatus for Breaking Processed Object Using Air-jet}

본 발명은 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판 등의 대상물을 절단하기 위한 브레이킹 장치에 관한 것이다.

근래들어 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판 등의 대상물을 원하는 크기와 형태로 절단하기 위하여 대상물의 표면에 대상물이 흡수하는 파장의 레이저 빔을 조사하고, 레이저 빔의 흡수에 의하여 절단하는 영역에서 용융을 진행시켜 대상물을 절단하는 방식이 널리 이용되고 있다.

그런데, 대상물의 표면에 레이저 빔을 조사하여 절단하는 방식은 레이저 빔이 조사되는 지점의 주변 영역도 용융시키거나 가열시키는 현상을 발생시킨다. 따라서, 대상물이 반도체 웨이퍼인 경우, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 반도체 소자도 용융시키거나 가열시켜 불량을 유발할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 대상물의 내부에 집광점을 맞춰서 레이저 빔을 조사하여 대상물 내부에 다광자 흡수에 의한 상변화영역을 형성하고, 이 상변화영역에 의해 크랙(crack)이 발생하도록 하여 절단하는 방식이 이용되고 있다.

그러나, 대상물 내부에 다광자 흡수에 의한 상변화영역을 형성하여 절단하는 종래의 대상물 절단장치는 대상물에 상변화영역을 형성하여 초기 크랙을 발생시킨 다음, 대상물을 다른 브레이킹장비로 이송하여 대상물의 상변화영역을 가압하여 초기 크랙을 증대시킴으로써 각각의 상변화영역에서 크랙이 완전히 생성되도록 하고 있다.

따라서, 내부에 상변화영역을 형성한 대상물을 별도의 브레이킹장비로 이송하는 공정이 추가되므로 절단 공정에 시간이 많이 소요되어 생산성이 저하되고, 이송 과정에서 불량이 발생할 가능성도 높은 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 대상물 내부에 집광점을 맞춰서 상변화영역을 형성한 다음, 대상물을 다른 공정 위치로 이송하지 않고 바로 그 위치에서 대상물을 가압하여 상변화영역에서 크랙이 완전히 생성되도록 함으로써 절단 공정 속도를 향상시킬 수 있는 대상물 브레이킹장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 대상물이 안착되는 워크스테이지와; 상기 워크스테이지에 안착된 대상물 내부에 레이저 빔을 조사하여 상변화영역을 형성하는 레이저 조사기와; 상기 워크스테이지에 안착된 대상물의 상측 또는 하측에서 대상물을 향해 일정 압력 이상의 가스를 분사하여 상기 상변화영역에서의 크랙을 유도하는 가스분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어젯을 이용한 대상물 브레이킹 장치를 제공한다.

이러한 본 발명에 따르면, 워크스테이지 상에서 대상물의 내부에 상변화영역이 형성된 후, 대상물을 다른 공정 위치로 이송하지 않고 바로 그 위치에서 가스분사노즐을 통해 소정의 압력으로 가스가 분사되어 대상물에 소정의 압력이 가해진다. 따라서, 대상물 내부의 상변화영역에서 크랙이 확실하게 발생하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 브레이킹 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 2는 도 1의 대상물 브레이킹 장치의 측면도이다.
도 3은 도 1의 대상물 브레이킹 장치의 워크스테이지를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 워크스테이지 상에서 대상물이 절단되는 상태를 나타낸 요부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 대상물 브레이킹 장치의 다른 실시예로서 트랜스퍼에 가스분사노즐이 설치된 구성을 개략적으로 나타낸 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 대상물 브레이킹 장치의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

아래에서 설명하는 대상물 브레이킹 장치는 대상물로서 표면에 복수개의 반도체 소자들이 격자 형태로 배열된 반도체 웨이퍼를 절단하는 장치이나, 본 발명은 이외에도 다양한 대상물에 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물(이 실시예에서 반도체 웨이퍼) 브레이킹장치는 본체(1)와, 대상물(W)들이 적재되는 스택부(10)와, 상기 스택부(10)에서 인출된 대상물(W)이 놓여져 정렬되는 대기부(20)와, 상기 대기부(20)의 상부에 설치되어 대기부(20) 상에 놓여진 대상물(W)을 촬영하여 대상물(W)의 에지(edge) 위치 등에 대한 정보를 획득하는 비전카메라(30)와, 상기 대기부(20)에서 대상물(W)을 진공 흡착하여 반송하는 2개의 트랜스퍼(40)들과, 상기 트랜스퍼(40)들에 의해 반송된 대상물(W)이 놓여지는 워크스테이지(50)와, 상기 워크스테이지(50)에 놓여진 대상물(W)에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사기(70)를 포함한다.

상기 스택부(10)는 복수개의 대상물(W)들이 수평 상태로 적재되어 있는 카세트(11)와, 상기 카세트(11)를 원하는 임의의 위치로 상하로 이동시키는 엘리베이터(12)로 구성된다. 상기 카세트(11)는 후방면이 개방된 박스 형태로 이루어진다. 그리고, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 엘리베이터(12)는 볼스크류와 모터로 구성된 선형운동장치, 또는 복수개의 풀리와 벨트 및 풀리 구동모터로 이루어진 선형운동장치, 리니어모터 시스템을 이용한 선형운동장치 등 공지의 선형운동장치를 이용하여 구성될 수 있다.

상기 대기부(20)는 본체(1)에 고정되게 설치되며 중앙부가 개방되게 형성된 베이스플레이트(21)와, 상기 베이스플레이트(21)에 좌우방향(X축 방향)으로 수평 이동 가능하게 설치된 한 쌍의 얼라인레일(22)과, 상기 얼라인레일(22)을 좌우로 수평 이동시키는 레일구동유닛(미도시)과, 상기 대기부(20)와 스택부(10) 사이에 Y축 방향으로 수평 이동 가능하게 설치되어 상기 스택부(10)의 카세트(11)에서 대상물(W)을 파지하여 얼라인레일(22) 상으로 인출하거나 얼라인레일(22) 상의 가공 완료된 대상물(W)을 카세트(11)로 밀어 넣는 인출/인입유닛(23)으로 구성된다.

상기 대기부(20)의 하측에는 상기 비전카메라(30)의 촬영을 위한 빛을 제공하는 백라이트(31)가 설치되어 있다.

상기 트랜스퍼(40)들은 본체(1)의 상부에 X축 방향으로 연장되게 설치된 X축 가이드프레임(45)에 구성된 선형운동장치(미도시)에 의해 X축 방향 및 Z축 방향의 임의의 위치로 이동한다. 상기 트랜스퍼(40)들은 대상물(W)의 테두리 부분을 진공 흡착하기 위한 4개의 픽업노즐(41)들을 구비한다.

상기 워크스테이지(50)는 X-Y-Z-θ 구동기(60)에 의해 X축과 Y축 및 Z축의 임의의 위치로 선형운동함과 더불어 수직한 축을 중심으로 회전 운동(θ)을 하여 대상물(W)의 위치를 조정한다. 이 실시예에서 상기 X-Y-Z-θ 구동기(60)는 X축 방향 운동을 일으키는 X축 구동유닛(61)과, 상기 Y축 방향 운동을 일으키는 Y축 구동유닛(62), Z축 방향 운동을 일으키는 Z축 구동유닛(63), θ 방향 운동을 일으키는 회전유닛(64)으로 구성된다.

그리고, 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이 상기 워크스테이지(50)에는 대상물(W)을 워크스테이지(50) 상부면에 진공 흡착 방식으로 고정시키기 위한 복수개의 흡착노즐(51)들이 설치되어 있다. 또한, 상기 흡착노즐(51)들 사이에는 대상물(W)의 하부면을 향해 소정의 압력으로 가스(예컨대 압축공기)를 분사하여 크랙(C)을 증대시키는 복수개의 가스분사노즐(52)들이 설치된다. 상기 흡착노즐(51)들과 가스분사노즐(52)들은 워크스테이지(50) 외부에 마련된 공압생성장치(미도시)에 연결되어 각각 공기를 흡입하는 작용과 압축공기를 분사하는 작용을 수행한다.

상기 흡착노즐(51)은 대상물(W)의 반도체 소자(D)와 대응하는 위치에 설치되고, 상기 가스분사노즐(52)은 대상물(W) 내부에 형성되는 상변화영역(P)에 대응하는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 가스분사노즐(52)의 상단부는 흡착노즐(51)의 상단부보다 약간 낮게 위치되는데, 이렇게 하면 흡착노즐(51)이 대상물(W)을 흡착했을 때 대상물(W)과 가스분사노즐(52)의 상단부 사이에 공간이 형성되고, 이 공간을 통해서 가스분사노즐(52)에서 분사된 가스가 대상물(W) 하부면에 부딪힌 다음 외부로 빠져나가게 되므로 가스분사노즐(52)을 통해 가스가 원활하게 분사될 수 있다.

또한, 상기 워크스테이지(50)의 일측에는 고주파 발진기(미도시)에 연결되어 워크스테이지(50)를 고주파 진동시킴으로써 대상물(W) 내부의 상변화영역(P)에서 크랙(C)이 더욱 확실하게 진행되도록 하는 고주파 진동자(53)가 설치된다.

상기와 같이 구성된 대상물 브레이킹 장치의 작동에 대해 설명하면 다음과 같다.

미가공된 대상물(W)들이 적재된 카세트(11)가 스택부(10)의 엘리베이터(12) 상에 놓여지면, 상기 엘리베이터(12)가 카세트(11)를 상측 또는 하측으로 이동시켜 카세트(11)의 최상측 또는 최하측 대상물(W)을 대기부(20)의 인출/인입유닛(23)과 일치하는 높이에 위치시킨다.

이어서, 인출/인입유닛(23)이 전방으로 수평 이동하여 대상물(W)의 후단부를 파지한 다음, 다시 후방으로 수평 이동하여 대상물(W)을 카세트(11)의 개방된 후방면을 통해 인출한다. 인출된 대상물(W)은 한 쌍의 얼라인레일(22)을 따라 이동하여 얼라인레일(22)의 대략 중앙부에서 정렬된다.

대상물(W)이 얼라인레일(22) 상에 정렬되면, 하측의 백라이트(31)에서 빛이 방출됨과 동시에 비전카메라(30)가 대상물(W)을 촬영하여 대상물(W)의 에지(edge) 위치 등 가공에 필요한 정보를 획득한다.

그 다음, 트랜스퍼(40)가 X축 가이드프레임(45)을 따라 대기부(20)의 상측으로 이동한 후 하강하여 대상물(W)을 진공 흡착하여 고정한 다음, 다시 상승한 후 X축 가이드프레임(45)을 따라 수평 이동하여 워크스테이지(50)의 바로 상부에서 정지한다. 이어서, 트랜스퍼(40)가 하강하여 워크스테이지(50) 상부면에 대상물(W)을 안착시키고, 진공압을 해제한 다음 다시 상승한다.

상기 트랜스퍼(40)에 의해 워크스테이지(50) 상에 대상물(W)이 안착되면, 워크스테이지(50)의 흡착노즐(51)에서 진공압이 발생하여 대상물(W)을 워크스테이지(50)에 진공 흡착하여 고정한다.

이 상태에서 워크스테이지(50)가 X-Y-Z-θ 구동기(60)에 의해 X축과 Y축 및 Z축의 임의의 위치로 이동하여 레이저 조사기(70)와의 상대 위치가 조정되면서 대상물(W)의 절단 예정 영역, 예컨대 반도체 소자(D)들 사이의 라인을 따라 레이저 조사기(70)로부터 레이저 빔이 조사되어 대상물(W)의 내부에 상변화영역(P)이 형성된다. 이 때, 대상물(W) 내부에서는 상변화영역(P)에 의해 상하 방향으로 크랙(C)이 발생하게 되는데, 상기 크랙(C)은 대상물(W)의 절단 예정 영역 전체에 완전히 발생하지 않을 가능성이 있다.

상기 대상물(W)에 상변화영역(P)들이 모두 형성되면, 외부의 공압생성장치(미도시)로부터 가스분사노즐(52)들에 소정 압력의 압축공기가 공급되고, 공급된 압축공기는 가스분사노즐(52)들의 상단부를 통해 외부로 분사되어 대상물(W)의 상변화영역(P)의 바로 하부에 충격을 가하게 된다. 이어서, 고주파 발진기(미도시)에 의해 고주파 진동자(53)가 작동하여 워크스테이지(50)를 고주파 진동시킨다. 이에 따라 대상물(W)의 상변화영역(P)들에서 크랙(C)이 증대되어 절단 예정 영역 전체에 걸쳐 크랙(C)이 완전하게 생성된다. 따라서, 이후에 대상물(W)이 소자 분리 장비로 옮겨져 확장필름에 의해 반경방향 외측으로 확장될 때 크랙(C)이 발생한 부분들이 확실하게 분리될 수 있게 된다. 상기 고주파 진동자(53)에 의한 워크스테이지(50)의 고주파 진동은 반드시 수행될 필요는 없으며, 필요에 따라 선택적으로 수행될 수 있다.

한편, 상기 워크스테이지(50) 상에서 가공이 완료된 대상물(W)은 트랜스퍼(40)에 의해 진공 흡착된 후 다시 대기부(20)로 옮겨져 대기부(20)의 얼라인레일(22) 상에 안착된다. 상기 얼라인레일(22) 상에 안착된 가공이 완료된 대상물(W)은 인출/인입유닛(23)에 의해 후단부가 파지된 후 인출/인입유닛(23)의 수평 이동에 의해 얼라인레일(22)을 따라 전방으로 수평 이동하여 스택부(10)의 카세트(11)의 빈 자리에 수납된다.

대상물 브레이킹 장치는 전술한 과정을 연속 반복적으로 수행하면서 대상물(W)을 각각의 반도체 소자(D) 단위로 절단한다.

전술한 실시예에서는 워크스테이지(50)에 가스분사노즐(52)들이 설치되어, 워크스테이지(50) 상의 대상물(W) 내부에 상변화영역을 형성한 후 대상물(W)의 하측에서부터 소정 압력으로 가스가 분사되면서 상변화영역(P)에서의 크랙을 증대시켰다.

하지만, 이와 다르게 도 5에 다른 실시예로 나타낸 것과 같이 대상물(W)을 이송하는 트랜스퍼(40)의 하부에 복수개의 가스분사노즐(52)들을 설치할 수도 있다. 이 경우, 워크스테이지(50) 상의 대상물(W)에 상변화영역(P)을 형성한 다음, 상기 트랜스퍼(40)가 워크스테이지(50) 상의 대상물(W)을 진공 흡착하기 이전에 가스분사노즐(52)들을 통해 소정의 압력으로 가스를 분사하여 대상물(W)의 상부면에 압력을 가하고, 이로써 대상물(W) 내부의 상변화영역(P)에서의 크랙(C)을 증대시킨다.

이 두번째 실시예에서도 상기 가스분사노즐(52)들은 대상물(W)의 상변화영역(P)에 대응하는 위치에 배치되어 상변화영역(P)의 이외 부분에 충격이 가해지는 것을 억제하는 것이 바람직하다.

전술한 본 발명에 따른 대상물 브레이킹 장치의 실시예들은 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시 목적으로 제안된 것으로 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 특허청구범위에 기재된 기술 사상의 범주 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능할 것이다.

1 : 본체 10 : 스택부
11 : 카세트 12 : 엘리베이터
20 : 대기부 21 : 베이스플레이트
22 : 얼라인레일 23 : 인출/인입유닛
30 : 비전카메라 31 : 백라이트
40 : 트랜스퍼 41 : 픽업노즐
50 : 워크스테이지 51 : 흡착노즐
52 : 가스분사노즐 53 : 고주파 진동자
60 : X-Y-Z-θ 구동기 70 : 레이저 조사기
W : 대상물 D : 반도체 소자
P : 상변화영역

Claims (5)

1. 가공될 대상물이 안착되는 워크스테이지와;
   상기 워크스테이지에 안착된 대상물 내부에 레이저 빔을 조사하여 대상물 내부에 상변화영역을 형성하는 레이저 조사기와;
   상기 워크스테이지에 안착된 대상물의 상측 또는 하측에서 대상물을 향해 일정 압력 이상의 가스를 분사하여 상기 상변화영역에서의 크랙을 진행시키는 가스분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어젯을 이용한 대상물 브레이킹 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 대상물에 상변화영역을 형성한 후 워크스테이지에 고주파 진동을 일으켜 상변화영역에서의 크랙을 유도하는 고주파 진동자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어젯을 이용한 대상물 브레이킹 장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 가스분사노즐은 상기 워크스테이지에 설치되어 대상물의 상변화영역의 하측에서 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 에어젯을 이용한 대상물 브레이킹 장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 워크스테이지에 대상물을 진공 흡착하는 복수개의 흡착노즐이 설치되고, 상기 가스분사노즐은 상기 흡착노즐들 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 에어젯을 이용한 대상물 브레이킹 장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 가스분사노즐은 상기 대상물을 워크스테이지에 안착시키는 트랜스퍼에 설치되어, 트랜스퍼가 워크스테이지의 상부에 위치될 때 대상물의 상변화영역의 상측에서 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 에어젯을 이용한 대상물 브레이킹 장치.
   

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