KR20140004851A

KR20140004851A - 웨이퍼 정렬장치

Info

Publication number: KR20140004851A
Application number: KR1020120072031A
Authority: KR
Inventors: 지원호; 이형섭; 김성옥
Original assignee: 주식회사 나노솔루션테크
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-01-14
Also published as: KR101402123B1

Abstract

웨이퍼 정렬 장치가 개시된다. 이 웨이퍼 정렬장치는 지그 구동기구와; 상기 지그 구동기구에 의해 X 방향, Y 방향 및 회전 방향으로 구동되되, 웨이퍼가 안착되는 지그와; 상기 지그의 상측에 배치된 진공 척, 상기 진공 척을 X 방향, Y 방향 및 회전 방향으로 구동시키는 척 구동기구 및 상기 진공 척에 고정되어 회전하는 웨이퍼의 에지를 인식하는 복수의 에지 감지부를 포함하는 예비 정렬 유닛과; 상기 예비 정렬 유닛에 의해 예비 정렬된 웨이퍼를 180도 반전시켜 상기 지그에 안착시키는 로봇과; 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지에 대응되도록 상기 지그에 형성된 복수의 관찰 구멍과; 상기 복수의 관찰 구멍을 통해 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지와 상기 진공 척에 고정된 웨이퍼의 에지를 여러 위치에서 관찰하는 관찰 수단을 포함한다.

Description

웨이퍼 정렬장치{WAFER ALIGNING APPARATUS}

본 발명은 웨이퍼 정렬장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 웨이퍼 본더에서 웨이퍼 2매를 본딩하기 위하여 사전에 웨이퍼 2매를 정밀하게 정렬하는 웨이퍼 정렬장치에 관한 것이다.

가속도계, 자이로스코프, 광부품, 자외선 센서, 적외선 센서, 화학 센서, 잉크젯 헤드를 포함한 멤스(MEMS) 부품, LED, 다층 메모리 등은 소형화, 집적화, 저전력, 저가격을 구현할 수 있는 장점이 있으며 웨이퍼 접합 공정을 이용하여 제조된다.

통상, 웨이퍼 접합 공정은 다음과 같이 진행된다. 먼저 플랫존 및/또는 노치와, 원주 및 중심이 일치하도록 2매의 웨이퍼를 정렬시키고, 다음 정렬된 2매의 웨이퍼를 고압, 고전압, 고진공, 고온의 조건으로 접합시킨다.

2매의 웨이퍼를 정렬하는 방법으로서, 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼의 플랫존 방향만이 일치되도록 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼를 지그에 안착하고, 다음 제1 및 제2 웨이퍼의 플랫존 및 원주에 동시에 접할 수 있는 복수개의 핀(pin)을 이용하여 제1 및 제2 웨이퍼를 정렬하는 방법이 있다. 이 방법은 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼 사이의 직경 차이를 보정하지 못하므로 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼의 직경이 같은 경우에만 쓰일 수 있고 그렇지 않은 경우에는 쓰일 수 없다는 단점이 있다.

위 방법에 대한 대안으로 예비 정렬유닛(pre-aligning unit)을 이용하는 방법이 제안된다. 이 방법은 예비 정렬유닛에서 제1 웨이퍼의 정렬 위치를 결정하여 로봇으로 하여금 그 정렬 위치에 따라 제1 웨이퍼를 지그에 위치시키며, 다음 예비 정렬 유닛에서 제2 웨이퍼의 정렬 위치를 결정하여, 로봇으로 하여금 그 정렬 위치에 따라 제2 웨이퍼를 제1 웨이퍼 상에 겹쳐 위치시킨다. 이 방법은 직경이 다른 2매의 웨이퍼까지도 정렬시킬 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나, 위와 같은 방법은 제1 및 제2 웨이퍼 각각의 정렬 오차에 로봇 오차가 더해져 2매의 웨이퍼를 정밀하게 정렬하는데 있어서 한계를 갖는다.

본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로 적어도 2매의 웨이퍼를 보다 더 정밀하게 정렬시킬 수 있도록 구성된 웨이퍼 정렬장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 웨이퍼 정렬 장치는, 지그와; 상기 지그의 상측에 배치된 척과; 상기 지그를 구동시키는 지그 구동기구와; 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지와 상기 척에 고정된 웨이퍼의 에지를 동시에 또는 차례로 관찰하는 관찰수단을 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 지그에는 웨이퍼 안착부의 가장자리선과 겹치게 형성되어 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지를 하측으로 노출시키는 관찰 구멍이 형성되며, 상기 관찰수단은 상기 지그의 하측에서 상기 관찰 구멍을 통해 상기 지그에 안착된 웨이퍼와 상기 척에 고정된 웨이퍼의 에지를 모두 관찰하는 카메라를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 지그에는 웨이퍼 안착부의 가장자리선과 겹치게 형성되어 복수의 위치에서 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지를 하측으로 노출시키는 복수의 관찰 구멍이 형성되고, 상기 관찰수단은 상기 지그의 하측에서 상기 복수의 관찰 구멍을 통해 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지와 상기 척에 고정된 웨이퍼의 에지를 모두 관찰하는 복수의 카메라를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 척은 고정된 웨이퍼의 에지를 인식하여 특정 방향으로 정렬시키기 위한 예비 정렬 유닛을 구비하되, 상기 예비 정렬 유닛은 상기 척을 적어도 회전 방향으로 구동시키는 척 구동유닛과, 상기 척에 고정된 채 회전하는 웨이퍼의 에지를 감지하는 에지 감지부를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 척 구동유닛은 웨이퍼가 고정된 척을 적어도 회전방향과 X 방향 및 Y 방향으로 구동시키도록 구성되고, 상기 에지 감지부는 회전하는 웨이퍼의 에지 위치 정보를 획득하되, 상기 예비 정렬 유닛은 상기 획득된 에지 위치 정보로부터 찾아진 웨이퍼의 중심 및 웨이퍼의 플랫존 또는 노치의 방향에 의해 웨이퍼를 예비 정렬한다.

일 실시예에 따라, 상기 웨이퍼 정렬장치는 웨이퍼를 운반하는 로봇을 더 포함하되, 상기 로봇은 상기 척에 고정된 채 예비 정렬이 이루어진 웨이퍼를 180도 반전시켜 웨이퍼 없는 상태의 상기 지그에 안착시킨다.

일 실시예에 따라, 상기 웨이퍼의 에지는 플랫존 또는 노치와 원주를 가지며, 상기 복수의 관찰 구멍은 상기 원주를 관찰하기 위한 복수의 제1 관찰 구멍과, 상기 플랫존 또는 노치를 관찰하기 위한 제2 관찰 구멍을 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 복수의 카메라는 상기 제1 관찰 구멍 및 상기 제2 관찰 구멍에 대응되게 마련된다.

일 실시예에 따라, 두 웨이퍼의 중심 및 에지를 정렬시키기 위한 두 웨이퍼의 에지 정보로서, 하나의 웨이퍼의 에지 정보는 상기 관찰 수단에 의해 현재 관찰되는 이미지 정보가 이용되고, 다른 웨이퍼의 에지 정보는 상기 관찰 수단에 의해 관찰된 후 기억된 이미지 정보가 이용된다.

본 발명의 다른 측면에 따른 웨이퍼 정렬 장치는, 지그 구동기구와; 상기 지그 구동기구에 의해 X 방향, Y 방향 및 회전 방향으로 구동되되, 웨이퍼가 안착되는 지그와; 상기 지그의 상측에 배치된 진공 척, 상기 진공 척을 X 방향, Y 방향 및 회전 방향으로 구동시키는 척 구동기구 및 상기 진공 척에 고정되어 회전하는 웨이퍼의 에지를 인식하는 복수의 에지 감지부를 포함하는 예비 정렬 유닛과; 상기 예비 정렬 유닛에 의해 예비 정렬된 웨이퍼를 180도 반전시켜 상기 지그에 안착시키는 로봇과; 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지에 대응되도록 상기 지그에 형성된 복수의 관찰 구멍과; 상기 복수의 관찰 구멍을 통해 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지와 상기 진공 척에 고정된 웨이퍼의 에지를 여러 위치에서 관찰하는 관찰 수단을 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 관찰 수단은 상기 복수의 관찰 구멍 각각에 대응되게 마련된 복수의 카메라를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 관찰 수단은 상기 복수의 관찰 구멍 각각에 대응되는 위치로 이동가능한 카메라를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 척 구동기구 또는 상기 지그 구동기구는 상기 척 또는 상기 지그를 Z 방향으로 구동시키도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 안착된 웨이퍼와 그 위에 있는 다른 웨이퍼의 중심 및 에지를 정렬하는데 이용되는 지그가 제공되며, 이 지그는 웨이퍼 안착부와; 상기 웨이퍼 안착부의 가장자리선에 겹치도록 형성된 하나 이상의 관찰 구멍을 포함한다. 이때, 상기 관찰 구멍은 복수개로 형성되며, 상기 웨이퍼 안착부는 플랫존 또는 노치 가장자리선과 원주 가장자리선을 포함하며, 상기 관찰 구멍은 상기 플랫존 또는 노치 가장자리선과 상기 원주 가장자리선 각각에 복수개로 형성된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 적어도 2매의 웨이퍼를 보다 더 정밀하게 정렬시킬 수 있다. 특히, 지그에 안착된 웨이퍼와 척에 고정된 웨이퍼의 원주와 플랫존(또는, 노치)을 카메라로 모두 관찰하여 2매의 웨이퍼의 중심을 일치시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제2 웨이퍼 직경 차이 또는 플랫존 또는 노치의 길이 또는 크기 차이가 있더라도 정밀하게 보정하여 정렬시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 정렬장치를 설명하기 위한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 웨이퍼가 안착되어 있는 지그를 도시한 평면도이고,
도 3 내지 도 7은 도 1에 도시된 웨이퍼 정렬장치로 2매의 웨이퍼를 정렬하는 방법의 한 예를 설명하기 위한 도면들이며,
도 8은 도 1에 도시된 웨이퍼 정렬장치를 이용하여 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼를 정렬 작업할 때 제1 및 제2 웨이퍼의 원주들과 플랫존들의 이미지를 비교하여 정렬하는 영상을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 정렬장치를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 정렬장치(1)는 프레임(2)과, 상기 프레임(2)의 상부에 설치된 예비 정렬 유닛(4)과, 상기 프레임(2)의 하부에 설치된 지그 구동유닛(6)과, 상기 지그 구동유닛(6)에 결합된 지그(8)와, 상기 지그(8)에 안착된 제1 웨이퍼(W1)의 에지(e)와 예비 정렬 유닛(4)의 척(42)에 고정되어 있는 제2 웨이퍼(W2)의 에지(e)를 모두 관찰하기 위한 복수의 카메라(9)를 포함한다. 부가적으로, 상기 웨이퍼 정렬장치(1)는 복수의 카메라(9)에 의해 관찰되는 제1 및 제2 웨이퍼(W1, W2)의 에지 부근을 조명하기 위한 조명유닛(7)을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 웨이퍼(W1)와 상기 제2 웨이퍼(W2)는 각각 예비 정렬 유닛(4)에 구비된 척(42)과 그 아래에서 척(42)과 마주하도록 배치된 지그(8)에 위치한 채로 접합을 위한 정렬이 이루어지고 있다.

상기 예비 정렬 유닛(4)은 예비 정렬될 웨이퍼를 고정하기 위해 상기 척(42)을 구비한다. 그리고, 상기 예비 정렬 유닛(4)은 상기 척(42)을 회전 방향과 X 방향 및 Y 방향으로 구동시키기 위한 척 구동 기구를 포함한다. 상기 척(42)은 웨이퍼의 일면을 진공 흡착할 수 있는 진공척인 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 상기 척 구동기구는 예비 정렬 유닛(4)의 박스형 하우징(41) 내에 위치하여 외부로 보여지지 않지만 이에 의해 본 발명이 제한되어서는 아니 될 것이다. 도시된 것과 같은 박스형 하우징이 이용되는 경우, 그 박스형 하우징의 하단부가 상기 척(42)의 회전 방향 및 X, Y 방향 이동을 허용하는 구조로 형성되어야 함은 물론이다. 본 실시예에서는 상기 척 구동 기구가 상기 척(42)을 X 방향, Y 방향 및 회전 방향으로만 구동시키지만 상기 척(42)을 Z 방향, 즉 상하 방향으로도 구동시키도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기 예비 정렬 유닛(4)은 웨이퍼의 에지(e)를 인식하기 위한 복수의 에지 감지부(44)를 포함한다. 상기 에지 감지부(44)는 센서 또는 카메라일 수 있으며, 더 바람직하게는, 상기 에지 감지부(44)가 CCD 카메라일 수 있다.

상기 웨이퍼 정렬장치(1)는 제어기(미도시됨)를 포함할 수 있는데, 에지 감지부(44)에 의해 감지된 웨이퍼의 에지 정보는 상기 제어기에 전달된다. 웨이퍼가 척(42)에 중심이 일치하지 않은 상태, 즉, 비정렬 상태로 고정되고, 척(42)이 척 구동기구에 의해 회전 구동될 때, 상기 에지 감지부(44)가 편심된 상태로 회전하는 웨이퍼의 에지를 감지하여 이를 제어기에 전달한다. 예컨대, 웨이퍼의 중심이 척(42) 중심과 일치하지 않는 것으로 가정하면, 전술한 에지 감지부(44)에 의해 실제 웨이퍼의 중심과 척(42) 중심 사이의 차이를 알아낼 수 있으며, 이 차이를 보정하는 것에 의해, 웨이퍼 정렬 위치의 중심을 결정할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 에지에 플랫존(flat zone) 또는 노치(notch)가 있는 경우 상기 에지 감지부(44)에 의해 플랫존 또는 노치를 인식할 수 있다. 이때 상기 척 구동기구는, 웨이퍼의 에지가 에지 감지부(44)에 의해 감지 또는 인식될 수 있는 위치에 놓이도록, 상기 웨이퍼가 고정되어 있는 척(42)을 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동시킬 수 있다.

척(42)에 고정되어 있던 제1 웨이퍼(W1)를 로봇을 이용하여 지그(8)에 안착시키기 전에, 전술한 예비 정렬 유닛(4)에 의해 제1 웨이퍼(W1)의 중심으로부터의 편심 거리 그리고 플랫존의 정확한 위치에 의해 지그(8)에 대한 정렬 위치가 미리 결정되는 예비 정렬 작업이 선행되었으므로, 로봇은 그 미리 정해진 정렬 위치에 따라 제1 웨이퍼(W1)를 지그(8)에 정확하게 정렬시킬 수 있다. 도 1은 제1 웨이퍼(W1)가 예비 정렬 유닛(4)에 의해 정렬 위치가 정해진 후 로봇에 의해 지그(8)에 정확히 안착된 상태를 보여준다.

여기에서, 로봇이 웨이퍼의 접합면을 잡는 경우에는 와류 비접촉 핸드를 사용하는 것이 좋다. 또한, 로봇이 웨이퍼의 비접합면을 잡는 경우에는 진공 핸드를 이용하는 것이 좋다. 또한, 로봇 핸드는 웨이퍼 그립 유무를 알 수 있는 진공 센서를 포함할 수 있다.

한편, 상기 지그 구동유닛(6)은 전술한 척(42)을 향하는 방향으로 수직 연장되어 있는 축(62)과, 상기 축(62)의 상단에 형성된 대략 판형의 지그 안착부(64)를 포함한다. 또한, 상기 지그 구동유닛(6)은 상기 축(62) 및 그 상단의 지그 안착부(64)를 회전 방향 및 X, Y, Z 방향으로 이동시키기 위한 지그 구동기구를 포함한다. 본 실시예에서, 지그 구동기구는 상기 지그 구동유닛(6)의 박스형 하우징 안에 내장되어 외부로 보여지지 않지만, 이는 본 발명을 제한하는 것이 아님에 유의한다. 도시된 것과 같은 박스형 하우징이 이용되는 경우, 그 박스형 하우징의 상단부가 상기 축(62)의 회전 방향 및 X, Y 및 Z 방향 이동을 허용하는 구조로 형성되어야 함은 물론이다. 상기 축(62)을 Z 방향으로 이동시키는 구성을 대신하여 척(42)을 Z 방향 또는 상하 방향으로 구동시키는 것도 고려될 수 있다.

상기 지그 안착부(64)에는 웨이퍼 안착을 위한 지그(8)가 안착된다. 상기 제1 웨이퍼(W1)와 상기 제2 웨이퍼(W2)를 정렬하여 고정시킬 때, 상기 제1 웨이퍼(W1)와 상기 제2 웨이퍼(W2)는 상기 지그(8) 상에 안착된다. 도 1에서, 지그(8)에는 제1 웨이퍼(W1)가 안착되어 있고, 제1 웨이퍼(W1)에 대한 제2 웨이퍼(W2)의 정렬을 위해 제2 웨이퍼(W2)는 제1 웨이퍼(W1) 위쪽에서 상기 척(42)에 고정되어 있다.

상기 지그(8)는 상면 중앙에 홈 형태로 형성된 웨이퍼 안착부(81)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 지그(8)의 아래에 있는 복수의 카메라(9)가 지그(8) 위에 직접 안착되어 있는 제1 웨이퍼(W1)의 에지와 그 위에 이격되어 위치한 제2 웨이퍼(W2)의 에지를 모두 관찰할 수 있도록, 상기 지그(8)에는 복수의 관찰 구멍(82)이 관통형으로 형성된다. 상기 복수의 관찰 구멍(82)은, 상기 제1 웨이퍼(W1)의 에지와 상기 제2 웨이퍼(W2)의 에지를 모두 관찰할 수 있도록, 상기 웨이퍼 안착부(81)의 가장자리선에 접하도록 형성된다. 상기 관찰 구멍(82)에 의해 상기 제1 웨이퍼(W1)의 에지가 지그(8) 하측으로 노출된다.

상기 복수의 카메라(9)는 상기 지그(8)의 후방, 즉, 지그(8)의 하측에 이격된 상태로 위치한다. 전술한 지그 구동유닛(6)은, 상기 복수의 카메라(9) 각각과 상기 복수의 관찰 구멍(82) 각각을 일치시키도록 그리고 카메라 초점을 조절하도록, 지그 안착부(64)와 연결된 축(62)을 X 방향, Y 방향 및 회전 방향으로 이동시킨다. 또한, 상기 지그 구동유닛(6)은 축(62)을 Z 방향으로 신장시켜 척(42)을 향해 지그 안착부(64)에 안착된 지그(8)를 상승시킨다. 이에 의해, 지그(8)에 안착된 제1 웨이퍼(W1)와 제2 웨이퍼(W2)가 근접한 상태로 정렬 작업이 이루어질 수 있다.

상기 복수의 카메라(9)는 복수의 관찰 구멍(82)을 통해 제1 웨이퍼(W1)의 에지와 제2 웨이퍼(W2)의 에지를 동시에 또는 차례로 모두 관찰할 수 있다.

제1 웨이퍼(W1)의 에지 정보와 제2 웨이퍼(W2)의 에지 정보를 이용하여 제1 웨이퍼(W1)와 제2 웨이퍼(W2)를 정렬할 때, 제1 웨이퍼(W1)에 의해 제2 웨이퍼(W2)의 에지가 가려지는 경우에는 제1 웨이퍼(W1)의 에지 정보는 현재 보이는 이미지 정보를 그대로 이용하되 제2 웨이퍼(W2)의 에지 정보는 기억된 이미지 정보를 이용할 수 있다. 반대로, 1 웨이퍼(W1)의 에지 정보는 기억된 이미지 정보를 이용하고, 제2 웨이퍼(W2)의 에지 정보는 현재 보이는 이미지 정보를 그대로 이용할 수도 있다.

본 실시예에서, 지그 안착부(64)에 지그(8)의 관찰 구멍(82)들과 연통되는 구멍들(642)이 형성되어 있다. 그러나, 카메라(9)를 향해 관찰 구멍(82)을 노출시키도록 지그 안착부(64)의 크기를 줄이거나 또는 지그 안착부(64)의 일부 영역을 제거하여 구성할 수 있다. 즉, 지그 안착부(64)는 카메라(9)를 향해 관찰 구멍(82)을 노출시킬 수 있다면 그 구조나 형태는 다양하게 변형될 수 있는 것이다.

도시하지는 않았지만, 상기 웨이퍼 정렬 장치(1)는 웨이퍼 및/또는 지그의 안착 여부를 확인하기 위하여, 진공센서 및/또는 안착감지센서를 더 포함할 수 있다.

도 2는 제1 웨이퍼(W1)가 안착되어 있는 지그(8)를 도시한 평면도이다. 도 2를 참조하면 제1 웨이퍼(W1)는 에지를 포함하며, 제1 웨이퍼(W1)의 에지는 원주(e1)와 플랫존(e2)을 포함한다. 제1 웨이퍼(W1)는 플랫존(e2) 대신에 노치를 갖는 에지를 포함할 수 있다.

상기 지그(8)는 홈형의 웨이퍼 안착부(81)를 상면에 포함한다. 웨이퍼 안착부(82)의 홈 깊이는 제1 웨이퍼(W1)의 두께보다 크다. 따라서, 제1 웨이퍼(W1)는 지그(8) 상면으로부터 돌출되게 안착되며, 따라서, 제2 웨이퍼(W2; 도 1 참조)는 그 면적에 상관없이 제1 웨이퍼(W1)의 상면에 안착될 수 있다. 상기 안착부(81)는 제1 웨이퍼(W1)를 거의 꼭 맞게 수용할 수 있는 크기와 형상을 갖는다. 따라서, 상기 웨이퍼 안착부(81)는 상기 플랫존(e2)에 상응하는 플랫형 가장자리선과 상기 원주(e1)에 상응하는 원주형 가장자리선을 포함한다.

또한, 상기 지그(8)는 상기 웨이퍼 안착부(81)에 배치된 제1 웨이퍼(W1) 및/또는 그 위에 안착되는 제2 웨이퍼(W2)를 고정하는 복수의 웨이퍼 고정구(83)를 포함한다. 본 실시예에서, 2개의 웨이퍼 고정구(83)가 상기 웨이퍼 안착부(81)의 주변에서 서로 대향되게 위치하고 있다. 상기 웨이퍼 고정구(83)는 고정 위치와 해제 위치를 가지며, 상기 해제 위치에서는, 상기 지그(8)에 대한 웨이퍼의 안착 또는 분리를 허용하고, 상기 고정 위치에서는 안착된 웨이퍼를 단단히 잡아 고정시킨다.

특히, 상기 지그(8)는 웨이퍼 안착부(81)의 가장자리선과 겹치는 복수의 원형 관찰 구멍(82c, 82c 및 82f, 82f )들을 포함한다. 복수의 관찰 구멍들 중 2개의 관찰 구멍(82c, 82c; 이하 "제1 관찰 구멍"이라 함)은 상기 웨이퍼 안착부(81)의 원주형 가장자리선에 겹치도록 형성되어 웨이퍼의 원주 에지의 카메라 관찰에 이용되고, 나머지 2개의 관찰 구멍(82f, 82f; 이하 "제2 관찰 구멍"이라 함)은 상기 웨이퍼 안착부(81)의 플랫형 가장자리선에 겹치도록 형성되어 웨이퍼의 플랫존 에지의 카메라 관찰에 이용된다. 노치를 갖는 에지를 포함하는 웨이퍼를 이용하는 경우, 노치형 가장자리선을 포함하는 웨이퍼 안착부가 이용될 수 있으며, 이 경우, 노치형 가장자리선에 겹치도록 적어도 하나의 관찰 구멍이 형성될 수 있을 것이다.

은선으로 표시한 4개의 카메라(9)가 지그(8)의 후방 또는 하측에서 제1 및 제2 관찰 구멍(82c, 82c 및 82f, 82f)들 각각에 대응되게 마련되며, 전술한 지그 구동유닛(6; 도 1 참조)에 의해 지그(8)가 X, Y 또는 회전 방향으로 이동하여, 상기 4개의 제1 및 제2 관찰 구멍(82c, 82c 및 82f, 82f)들을 4개의 카메라(9)들에 일치시킬 수 있으며, 대안적으로, 4개의 카메라(9)가 구동되어 상기 관찰 구멍(82c, 82c 및 82f, 82f)들에 맞추어질 수 있다. 이 경우 카메라(9)가 웨이퍼의 에지를 따라 이동하도록 구동될 수 있다.

본 실시예에서는, 하나의 관찰 구멍에 하나의 카메라가 대응되게 마련되지만, 하나의 원호형 및/또는 슬롯형 관찰 구멍에 복수의 카메라가 대응되도록 마련할 수 있다.

이제 전술한 웨이퍼 정렬장치를 이용하여 2매의 웨이퍼를 정렬하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저 도 3에 도시된 것과 같이, 지그(8)를 지그 안착부(64)에 안착시킨다. 전술한 바와 같이, 지그(8)는 웨이퍼 안착부(81), 복수의 관찰 구멍(82) 및 웨이퍼 고정구(83; 도 2 참조)를 포함한다.

다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 카세트(미도시됨)로부터 제1 웨이퍼(W1)를 꺼내어 예비 정렬 유닛의 진공 척(4)에 진공 흡착, 고정시킨다. 이때, 제1 웨이퍼(W1)를 꺼내어 진공 척(4)으로 옮기는 작업은 로봇(미도시됨)에 의해 이루어진다. 이때, 제1 웨이퍼(W1)의 중심(c)이 일측으로 편심된 상태로 진공 척(4)에 고정된 것으로 가정한다.

다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 진공 척(42)을 X, Y 방향 및 회전 방향으로 구동시키면서, 에지 감지부(44)가 제1 웨이퍼(W1)의 에지를 감지하도록 해주고, 그 에지 감지부(44)로부터 제공된 에지 정보를 기초로 제어기(미도시됨)가 제1 웨이퍼(W1)의 정렬 위치를 결정하는 예비 정렬 작업이 수행된다. 이에 따라, 제1 웨이퍼(W1)의 플랫존 또는 노치를 특정 방향으로 향하게 할 수 있고, 제1 웨이퍼(W1)의 중심을 찾을 수 있다.

다음 도 6에 도시된 바와 같이 로봇을 이용하여 제1 웨이퍼(W1)를 180도 반전시킨 후 그 반전된 제1 웨이퍼(W1)를 지그(8)의 안착부(82)에 정확히 안착시킨다.

도 6에 도시된 위치에서 지그 구동유닛에 의해 지그 안착부(64) 및 이에 안착된 지그(8)가 카메라(9)의 초점거리 내로 상승되며, 이때, 카메라(9)가 제1 웨이퍼(W1)의 에지 이미지를 촬영하여 기억한다. 촬영 후, 지그 안착부(64) 및 이에 안착된 지그(8)는 원래의 위치로 하강한다. 카메라(9) 촬영은 지그(8)에 형성된 관찰 구멍(82)을 통해 이루어진다. 다음, 상기 에지 이미지로부터 제1 웨이퍼(W1)의 원주 상에 있는 2점, 제1 웨이퍼(W1)의 플랫존 상에 있는 2점의 위치와 각도가 저장된다.

다음 도 7에 도시된 바와 같이 로봇이 웨이퍼 카세트로부터 제2 웨이퍼(W2)를 옮겨 예비 정렬 유닛(4)의 진공척(42)에 진공 흡착시킨다. 다음 제2 웨이퍼(W2)와 제1 웨이퍼(W1)를 상호 정렬하는 작업이 예컨대 아래와 같은 순서로 이루어지질 수 있다.

(1) 제2 웨이퍼(W2)를 척 구동 유닛에 의해 Y 방향으로 이동하여, 제1 웨이퍼(W1)의 바깥으로 제2 웨이퍼(W2)의 플랫존이 돌출하여 플랫존 카메라에 노출되도록 한다.

(2) 돌출된 제2 웨이퍼(W2)의 플랫존과 기억되어 있는 제1 웨이퍼(W1)의 플랫존을 비교하여 두개의 플랫존이 일치되도록 제2 웨이퍼(W2)의 Y축을 이동시킨다.

(3) 제2 웨이퍼(W2)가 Y 방향으로 이동하여 제1 웨이퍼(W1) 바깥으로 원주가 돌출하여 원주 카메라에 노출되도록 한다.

(4) 2개의 원주 카메라를 이용하여 제2 웨이퍼(W2)의 원주 에지를 관찰하고, 기억하고 있는 1차 웨이퍼의 이미지와 비교하여, 원주가 일치하도록 제2 웨이퍼(W2)의 X,Y축을 이동시킨다.

(5) 지그 안착부(64) 및 이에 안착된 지그(8)를 상승시켜 제1 웨이퍼(W1)와 제2 웨이퍼(W2)를 매우 근접시켜 제1 및 제2 웨이퍼(W1, W2)를 동시에 관찰하고, 지그 안착부(64) 구동에 따른 오차가 있으면 보정한다.

(6) 제1 웨이퍼(W1)와 제2 웨이퍼(W2)의 직경 및 플랫존 길이가 동일하지 않으므로, #10, #12 가 동시에 일치하지는 않는다. 따라서 #10, #12 가 최소화되도록 보정한다.

(7) 로봇의 정밀도, 지그 안착부(64) 구동 정밀도, 카메라(9)의 관측 각도 오류, 등에 따른 오차를 미리 옵셋으로 보정함으로써 보정량을 줄일 수 있다.

(8) 지그 안착부(64)를 상승시켜 제1 및 제2 웨이퍼(W1, W2)를 밀착시키고, 임의의 웨이퍼 고정 장치로 제1 및 제2 웨이퍼(W1, W2)를 상호 고정시킨다.

(9) 진공척(42)의 진공을 해제하고 지그 안착부(64)를 하강시킨 후, 로봇으로 하여금 지그(8)와 고정된 제1 및 제2 웨이퍼(W1, W2) 를 동시에 본딩챔버로 이동시킨다.

도 8은 전술한 웨이퍼 정렬장치를 이용하여 제1 웨이퍼와 제2 웨이퍼를 정렬 작업할 때 제1 및 제2 웨이퍼의 원주들과 플랫존들의 이미지를 비교하여 정렬하는 영상을 보여주는 도면이다.

Claims

웨이퍼 정렬 장치에 있어서,
지그;
상기 지그의 상측에 배치된 척;
상기 지그를 구동시키는 지그 구동기구; 및
상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지와 상기 척에 고정된 웨이퍼의 에지를 동시에 또는 차례로 관찰하는 관찰수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
청구항 1에 있어서, 상기 지그에는 웨이퍼 안착부의 가장자리선과 겹치게 형성되어 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지를 하측으로 노출시키는 관찰 구멍이 형성되며, 상기 관찰수단은 상기 지그의 하측에서 상기 관찰 구멍을 통해 상기 지그에 안착된 웨이퍼와 상기 척에 고정된 웨이퍼의 에지를 모두 관찰하는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
청구항 1에 있어서, 상기 지그에는 웨이퍼 안착부의 가장자리선과 겹치게 형성되어 복수의 위치에서 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지를 하측으로 노출시키는 복수의 관찰 구멍이 형성되고, 상기 관찰수단은 상기 지그의 하측에서 상기 복수의 관찰 구멍을 통해 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지와 상기 척에 고정된 웨이퍼 에지를 모두 관찰하는 복수의 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
청구항 1에 있어서, 상기 척은 고정된 웨이퍼의 에지를 인식하여 특정 방향으로 정렬시키기 위한 예비 정렬 유닛을 구비하되, 상기 예비 정렬 유닛은 상기 척을 적어도 회전 방향으로 구동시키는 척 구동유닛과, 상기 척에 고정된 채 회전하는 웨이퍼의 에지를 감지하는 에지 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
청구항 4에 있어서, 상기 척 구동유닛은 웨이퍼가 고정된 척을 적어도 회전방향과 X 방향 및 Y 방향으로 구동시키도록 구성되고, 상기 에지 감지부는 회전하는 웨이퍼의 에지 위치 정보를 획득하되, 상기 예비 정렬 유닛은 상기 획득된 에지 위치 정보로부터 찾아진 웨이퍼의 중심 및 웨이퍼의 플랫존 또는 노치의 방향에 의해 웨이퍼를 예비 정렬하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
청구항 5에 있어서, 웨이퍼를 운반하는 로봇을 더 포함하되,
상기 로봇은 상기 척에 고정된 채 예비 정렬이 이루어진 웨이퍼를 180도 반전시켜 웨이퍼 없는 상태의 상기 지그에 안착시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
청구항 3에 있어서, 상기 웨이퍼의 에지는 플랫존 또는 노치와 원주를 가지며, 상기 복수의 관찰 구멍은
상기 원주를 관찰하기 위한 복수의 제1 관찰 구멍과,
상기 플랫존 또는 노치를 관찰하기 위한 제2 관찰 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
청구항 7에 있어서, 상기 복수의 카메라는 상기 제1 관찰 구멍 및 상기 제2 관찰 구멍에 대응되게 마련된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
청구항 1에 있어서, 두 웨이퍼의 중심 및 에지를 정렬시키기 위한 두 웨이퍼의 에지 정보로서, 하나의 웨이퍼의 에지 정보는 상기 관찰 수단에 의해 현재 관찰되는 이미지 정보가 이용되고, 다른 웨이퍼의 에지 정보는 상기 관찰 수단에 의해 관찰된 후 기억된 이미지 정보가 이용되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
웨이퍼 정렬 장치에 있어서,
지그 구동기구;
상기 지그 구동기구에 의해 X 방향, Y 방향 및 회전 방향으로 구동하되, 웨이퍼가 안착되는 지그;
상기 지그의 상측에 배치된 진공 척, 상기 진공 척을 X 방향, Y 방향 및 회전 방향으로 구동시키는 척 구동기구 및 상기 진공 척에 고정되어 회전하는 웨이퍼의 에지를 인식하는 복수의 에지 감지부를 포함하는 예비 정렬 유닛;
상기 예비 정렬 유닛에 의해 예비 정렬된 웨이퍼를 180도 반전시켜 상기 지그에 안착시키는 로봇;
상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지에 대응되도록 상기 지그에 형성된 복수의 관찰 구멍; 및
상기 복수의 관찰 구멍을 통해 상기 지그에 안착된 웨이퍼의 에지와 상기 진공 척에 고정된 웨이퍼의 에지를 여러 위치에서 관찰하는 관찰 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
청구항 10에 있어서, 상기 관찰 수단은 상기 복수의 관찰 구멍 각각에 대응되게 마련된 복수의 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
청구항 10에 있어서, 상기 관찰 수단은 상기 복수의 관찰 구멍 각각에 대응되는 위치로 이동가능한 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
청구항 11에 있어서, 상기 척 구동기구 또는 상기 지그 구동기구는 상기 척 또는 상기 지그를 Z 방향으로 구동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치.
안착된 웨이퍼와 그 위에 있는 다른 웨이퍼의 중심 및 에지를 정렬하는데 이용되는 지그로서,
웨이퍼 안착부와;
상기 웨이퍼 안착부의 가장자리선에 겹치도록 형성된 하나 이상의 관찰 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치의 지그.
청구항 14에 있어서, 상기 관찰 구멍은 복수개로 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치의 지그.
청구항 15에 있어서, 상기 웨이퍼 안착부는 플랫존 또는 노치 가장자리선과 원주 가장자리선을 포함하며, 상기 관찰 구멍은 상기 플랫존 또는 노치 가장자리선과 상기 원주 가장자리선 각각에 복수개로 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 정렬장치의 지그.