WO2022139397A1 - 반도체 칩 전사 장치 및 이를 이용한 반도체 칩 전사 방법 - Google Patents

반도체 칩 전사 장치 및 이를 이용한 반도체 칩 전사 방법 Download PDF

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    • H01L2221/68381—Details of chemical or physical process used for separating the auxiliary support from a device or wafer

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor chip transfer apparatus and a semiconductor chip transfer method using the same.
  • semiconductor chip transfer device for transferring the semiconductor chip has been developed.
  • semiconductor chip transfer technology includes semiconductor bonding substrates, PCBs, mini LEDs, micro LEDs, and the like.
  • micro LED As an example of a semiconductor chip transfer method, micro LED, a micro-inorganic light emitting material that emits light by itself without a color filter and backlight, is manufactured in the form of a chip on a wafer (growth substrate) through an epitaxial process, etc.
  • a light emitting module can be configured.
  • an interposer is used to transfer the micro LED onto the target substrate, and then the micro LED is removed from the relay substrate through the LLO (Laser Lift Off) process.
  • LLO Laser Lift Off
  • the micro LED separated from the relay board is seated on the target substrate, the greater the distance between the relay board and the target board, the higher the possibility that the micro LED is not placed in the correct position, and when the relay board is pressed on the target board
  • the accuracy of the placement position of the micro LED can be increased, but there is a problem in that the breakage rate is increased due to the pressure applied to the micro LED.
  • the present disclosure is to solve the above-described problems, and an object of the present disclosure is to temporarily reduce the distance between the target substrate and the relay substrate through a method of spraying air on the bottom surface of the target substrate, thereby transferring the semiconductor chip from the relay substrate to the target.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor chip transfer apparatus and a semiconductor chip transfer method capable of stably transferring to a substrate.
  • a semiconductor chip transfer apparatus includes a first stage on which a relay substrate on which a plurality of semiconductor chips are arranged is detachably mounted, a target substrate is detachably mounted, and the A second stage disposed below the first stage, a driving device for moving the first stage, and a device disposed above the first stage to irradiate a laser toward the relay substrate to form a semiconductor chip of the relay substrate onto the target substrate an irradiating device for transferring to, an air jetting device disposed between the target substrate and the second stage for jetting air toward the bottom of the target substrate, and the relay substrate transferring a semiconductor chip to a predetermined transfer area on the target substrate controlling the driving device to transfer, controlling the air jetting device to spray air to the bottom region of the target substrate corresponding to the transfer region, and transferring the semiconductor chip of the relay substrate to the transfer region It includes a processor for controlling the device.
  • the air ejection device includes an air ejection hole forming a first passage through which air is ejected toward the lower portion of the target substrate and an air intake hole forming a second passage through which air is sucked from the lower portion of the target substrate. and the air injection hole may be formed at a position corresponding to the center of the predetermined transfer area, and the air intake hole may be formed at a position corresponding to the circumference of the predetermined transfer area.
  • the air jetting device further includes an air pump, and the processor jets air toward a lower portion of the target substrate through the air jetting hole, and at the same time, a lower portion of the target substrate through the air suction hole. It is possible to control the air pump to suck air from.
  • the processor injects air at a pressure of 0.1 mL/min to 1 mL/min through the air injection hole, and sucks air at a pressure of 0.1 mL/min to 1 mL/min through the air intake hole. It is possible to control the air injection device.
  • the processor may control the irradiation device to transfer the semiconductor chip of the relay substrate to the transfer region while air is sprayed through the air jetting device.
  • the diameter of the relay substrate may be 4 inches to 6 inches.
  • the diameter of the target substrate may be 12 inches to 75 inches.
  • the processor may control the driving device such that a distance between the relay substrate and the target substrate is 50 ⁇ m to 120 ⁇ m.
  • the semiconductor chip transfer method includes transferring a relay substrate on which a plurality of semiconductor chips are arranged to a predetermined transfer region on a target substrate, and a bottom region of the target substrate corresponding to the transfer region. and injecting air into the substrate and transferring the semiconductor chip of the relay substrate to the transfer region on the target substrate.
  • the transferring may include transferring the semiconductor chip of the relay substrate to the transfer region while air is sprayed to the bottom region of the target substrate.
  • the spraying of the air may include spraying air toward the lower portion of the target substrate through the air injection hole and simultaneously sucking air from the lower portion of the target substrate through the air intake hole.
  • the relay substrate may be transferred such that a distance between the relay substrate and the target substrate is 50 ⁇ m to 120 ⁇ m.
  • the diameter of the relay substrate may be 4 inches to 6 inches.
  • the diameter of the target substrate may be 12 inches to 75 inches.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a semiconductor chip transfer apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a semiconductor chip transfer apparatus according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • 3 and 4 are diagrams for explaining an operation in which the air jetting device according to an embodiment of the present disclosure jets air to the lower surface of the target substrate.
  • FIG 5 is a view for explaining an example of the arrangement position of the air injection hole and the air intake hole included in the air injection device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 6 and 7 are diagrams for explaining a semiconductor chip transfer operation according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a semiconductor chip transfer method according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is an image illustrating a semiconductor chip transfer result according to the semiconductor chip transfer method according to an exemplary embodiment of the present disclosure and a semiconductor chip transfer result according to the related art.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a semiconductor chip transfer apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • the semiconductor chip transfer apparatus 100 includes a first stage 120 , a second stage 130 , a transfer part 110 including an irradiation apparatus 160 , and an air ejection apparatus 170 , and a memory. 140 , a processor 150 , and a driving device 180 may be included.
  • the transfer part 110 is a configuration for transferring a plurality of semiconductor chips 210 (refer to FIG. 3 ) arranged in a predetermined arrangement on the relay board 200 (refer to FIG. 2 ) to the target board 300 (refer to FIG. 2 ). .
  • the transfer part 110 may include a first stage 120 for moving the relay substrate 200 and a second stage 130 for moving the target substrate 300 .
  • the relay substrate 200 and the target substrate 300 are detachably mounted on the first stage 120 and the second stage 130, respectively.
  • each substrate may be mounted in a sucking manner through a chuck included in the stage.
  • the first and second stages 120 and 130 may be moved by the driving device 180 .
  • the driving device 180 may include a first driving device 181 for moving the first stage 120 and a second driving device 182 for moving the second stage 130 .
  • the driving device 180 may move the first and second stages 120 and 130 in the X, Y, and Z axis directions, respectively.
  • the transfer part 110 may have a structure in which a semiconductor chip is transferred using a laser lift off (LLO) method.
  • the semiconductor chip may be transferred to the target substrate by irradiating a laser beam toward the relay substrate 200 through the irradiation device 160 of the transfer part 110 to separate the semiconductor chip on the relay substrate 200 .
  • the air spraying device 170 may include an air pump (not shown) for spraying or sucking air into the lower surface of the target substrate 300 disposed on the second stage 130 .
  • the air injection device 170 includes a plurality of air injection holes 171 (refer to FIGS. 3 to 7 ) and a plurality of air inlet holes 172 ( FIGS. 3 to 7 ) forming a flow path for spraying or sucking air. Note) may be included. A detailed description related thereto will be described later with reference to the accompanying drawings.
  • the memory 140 includes volatile memories such as static random access memory (S-RAM) and dynamic random access memory (D-RAM), flash memory, read only memory (ROM), erasable programmable read only memory (EPROM), and EEPROM. It may be implemented as a non-volatile memory such as (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), a hard disk drive (HDD), or a solid state drive (SSD).
  • S-RAM static random access memory
  • D-RAM dynamic random access memory
  • ROM read only memory
  • EPROM erasable programmable read only memory
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
  • HDD hard disk drive
  • SSD solid state drive
  • the processor 150 may control the overall operation of the semiconductor chip transfer apparatus 100 . That is, the processor 150 may be electrically connected to the transfer part 110 and the driving device 180 to control each configuration. For example, the processor 150 determines a location to which a plurality of semiconductor chips are to be respectively transferred on the target substrate 300 based on information stored in the memory 140 , and the transfer part 110 and the driving device 180 . may be controlled to transfer a plurality of semiconductor chips to the positions to be transferred.
  • the processor 150 controls the transfer part 110 and the driving device 180 to transfer a plurality of semiconductor chips grown on a growth substrate (not shown) to a transfer substrate (not shown), and then to the transfer substrate again.
  • a plurality of semiconductor chips may be transferred to the relay substrate 200 .
  • the processor 150 may control the transfer part 110 and the driving device 180 to transfer a plurality of semiconductor chips arranged on the relay substrate 200 to the target substrate 300 .
  • the processor 150 includes one or more of a central processing unit (CPU), a controller, an application processor (AP), or a communication processor (CP), and an ARM processor. may include
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a semiconductor chip transfer apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • the semiconductor chip transfer apparatus 100 includes a first stage 120 on which the relay substrate 200 is detachably mounted, and a target substrate 300 on which the first stage 120 is detachably mounted.
  • the second stage 130 disposed below, the driving device 180 for moving the first stage 120 and the second stage 130 , and the target substrate 300 and the second stage 130 disposed between the target
  • An air jetting device 170 for jetting air toward the bottom of the substrate 300 may be included.
  • the first stage 120 includes a first transfer member 121 for transferring the relay substrate 200 in the X, Y, and Z-axis directions, a first rotating member 122 for rotating the relay substrate 200, and a relay A first chuck 123 for adsorbing and moving the substrate 200 may be included.
  • the second stage 130 includes a second transfer member 131 for transferring the target substrate 300 in the X, Y, and Z axis directions and a second rotation member 132 for rotating the target substrate 300 . can do. Meanwhile, the second stage 130 may include a second chuck (not shown) for adsorbing and moving the target substrate 300 .
  • the driving device 180 may include a first driving device 181 for moving the first stage 120 and a second driving device 182 for moving the second stage 130 .
  • the first driving device 181 and the second driving device 182 may move the first stage 120 and the second stage 130 in the X, Y, and Z axis directions, respectively.
  • the processor 150 may control the overall operation of the semiconductor chip transfer apparatus 100 .
  • the processor 150 may control the driving device 180 so that the relay substrate 200 transfers the semiconductor chip to a predetermined transfer region on the target substrate 300 .
  • the processor 150 controls the air jetting device 170 to jet air to the bottom region of the target substrate 300 corresponding to the transfer region, and while jetting air through the air jetting device 170 , the target substrate
  • the irradiation apparatus 160 may be controlled to irradiate a laser beam in order to transfer the semiconductor chip to the transfer region of 300 .
  • 3 and 4 are diagrams for explaining an operation in which the air jetting device according to an embodiment of the present disclosure jets air to the lower surface of the target substrate.
  • the air jetting device 170 has an air jetting hole ( 171 ) and an air suction hole 172 forming a second flow path P2 through which air is sucked from a lower portion of the target substrate 300 .
  • the air injection hole 171 may be formed at a position corresponding to the center of the transfer region to which the semiconductor chip is transferred, and the air intake hole 172 may be formed at a position corresponding to the periphery of the transfer region.
  • the processor 150 injects air toward the lower portion of the target substrate 300 through the air ejection hole 171 and an air pump (not shown) can be controlled.
  • the processor 150 may control the air pump to simultaneously perform an air injection operation through the air injection hole 171 and an air intake operation through the air intake hole 172 .
  • the distance between the target substrate 300 and the relay substrate 200 in the transfer region to which the semiconductor chip is transferred may become closer.
  • the processor 150 may control the irradiation device to transfer the semiconductor chip 210 of the relay substrate 200 to the transfer region while air is sprayed through the air spraying device 170 .
  • FIG 5 is a view for explaining an example of the arrangement position of the air injection hole and the air intake hole included in the air injection device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the air injection device 170 may include a plurality of air injection holes 171 and a plurality of air intake holes 172 , and the arrangement structure of each hole varies according to a display module to be manufactured. can be implemented.
  • the air injection hole 171 is disposed for each of the plurality of transfer regions on the target substrate 300 disposed on the air injection device 170 , and , may be disposed on the air injection device 170 so that the air intake hole 172 may be disposed on the periphery of the transfer region.
  • the target substrate 300 may be disposed on the air jet device 170 so that the transfer region corresponds to the position of the air jet hole 171 , and a relay substrate ( ) on which a semiconductor chip is arranged on the disposed target substrate 300 . 200) moves, so that each semiconductor chip can be transferred to the transfer region.
  • 6 and 7 are diagrams for explaining a semiconductor chip transfer operation according to an embodiment of the present disclosure.
  • the relay substrate 200 on which the semiconductor chips 210 - 1 and 210 - 2 are arranged on the target substrate 300 is moved, and the air jetting device 170 is applied to each transfer region. ), and the semiconductor chip 210 may be transferred to the transfer region, respectively. In this way, the semiconductor chip transfer operation may be performed on all transfer regions of the target substrate 300 .
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a semiconductor chip transfer method according to an embodiment of the present disclosure.
  • the semiconductor chip transfer method includes transferring a relay substrate on which a plurality of semiconductor chips are arranged to a predetermined transfer region on a target substrate ( S810 ), and a target corresponding to the transfer region. It may include spraying air to the bottom region of the substrate ( S820 ) and transferring the semiconductor chip of the relay substrate to the transfer region on the target substrate ( S830 ).
  • the semiconductor chip transfer apparatus 100 may transfer the relay substrate 200 on which a plurality of semiconductor chips are arranged to a predetermined transfer area on the target substrate 300 .
  • the processor 150 of the semiconductor chip transfer apparatus 100 moves the relay substrate 200 and the target substrate 300 so that the plurality of semiconductor chips can be transferred to their respective arrangement positions, first and second, respectively.
  • the driving device 180 that provides driving force to the stages 120 and 130 may be controlled.
  • the processor 150 may transfer the relay substrate 200 such that the interval between the relay substrate 200 and the target substrate 300 is 50 ⁇ m to 120 ⁇ m. Accordingly, a collision between the semiconductor chip of the relay substrate 200 and the target substrate 300 may be prevented when the relay substrate 200 is transported.
  • the diameter of the relay substrate 200 may be 4 inches to 6 inches, and the diameter of the target substrate 300 may be 12 inches to 75 inches.
  • the semiconductor chip transfer apparatus 100 may spray air to the bottom area of the target substrate 300 corresponding to the transfer area ( S820 ).
  • the processor 150 may control the air spraying device 170 to spray air.
  • the processor 150 injects air toward the lower portion of the target substrate 300 through the air injection hole 171 of the air injection device 170 and at the same time the target substrate 300 through the air intake hole 172 .
  • the processor 150 may control the air pump (not shown) of the air injection device 170 to suck air from the lower part.
  • the semiconductor chip transfer apparatus 100 may transfer the semiconductor chip of the relay substrate 200 to the transfer region on the target substrate 300 ( S830 ).
  • the semiconductor chip of the relay substrate 200 may be transferred to the transfer region while air is sprayed onto the bottom region of the target substrate 300 . Accordingly, when transferring the semiconductor chip, since the transfer is performed in a state where the distance between the semiconductor chip to be transferred and the target substrate 300 is reduced, the semiconductor chip can be stably transferred from the relay substrate to the target substrate, and the transfer process The time required for processing is reduced, and the probability that the semiconductor chip is transferred to the correct location is increased.
  • the semiconductor chip when a semiconductor chip is transferred through a transfer method using the conventional LLO method, the semiconductor chip may be separated or damaged. Melting may occur.
  • the semiconductor chip transfer method according to the present disclosure when the semiconductor chip transfer method according to the present disclosure is applied, it can be confirmed that the transfer can be performed at an accurate location without damage to the semiconductor chip.

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Abstract

반도체 칩 전사 장치가 개시된다. 본 반도체 칩 전사 장치는, 복수의 반도체 칩이 배열된 중계 기판이 분리 가능하게 장착되는 제1 스테이지, 타겟 기판이 분리 가능하게 장착되며 제1 스테이지의 하측에 배치되는 제2 스테이지, 제1 스테이지를 이동시키는 구동 장치, 제1 스테이지의 상측에 배치되어 중계 기판을 향해 레이저를 조사하여 중계 기판의 반도체 칩을 타겟 기판에 전사하는 조사 장치, 타겟 기판과 제2 스테이지 사이에 배치되며, 타겟 기판의 저면을 향해 공기를 분사하는 공기 분사 장치 및 중계 기판이 타겟 기판 상의 기설정된 전사 영역으로 반도체 칩을 이송시키도록 구동 장치를 제어하고, 전사 영역에 대응되는 타겟 기판의 저면 영역에 공기를 분사하도록 공기 분사 장치를 제어하고, 전사 영역에 중계 기판의 반도체 칩을 전사하도록 조사 장치를 제어하는 프로세서를 포함한다.

Description

반도체 칩 전사 장치 및 이를 이용한 반도체 칩 전사 방법
본 개시는 반도체 칩 전사 장치 및 이를 이용한 반도체 칩 전사 방법에 관한 것이다.
전자 기술의 발달로 인해 다양한 반도체 칩이 제조되고 있으며, 반도체 칩을 전사하기 위한 반도체 칩 전사 장치가 개발되고 있다. 반도체 칩 전사 기술이 사용되는 예로는 반도체 본딩 기판, PCB, mini LED, 마이크로 LED 등이 있다.
반도체 칩 전사 방법의 일 예로, 컬러 필터 및 백라이트 없이 스스로 빛을 내는 초소형 무기 발광물질인 마이크로 LED는 에피 공정 등을 통해 웨이퍼(성장 기판) 상에서 칩 형태로 제조되고, 타겟 기판 상에 전사됨으로써 디스플레이의 발광 모듈을 구성할 수 있다.
종래에는 웨이퍼 상에 형성된 마이크로 LED를 타겟 기판으로 이송 및 전사하기 위해 중계 기판(interposer)을 사용하여 마이크로 LED를 타겟 기판 상으로 이송한 후 LLO(Laser Lift Off) 공정을 통해 마이크로 LED를 중계 기판으로부터 분리하여 타겟 기판 상에 전사하거나, 중계 기판을 타겟 기판 상에 압착하여 마이크로 LED를 전사하는 방식이 존재하였다.
다만, 중계 기판으로부터 분리된 마이크로 LED가 타겟 기판 상에 안착되는 경우 중계 기판과 타겟 기판 사이의 간격이 클수록 마이크로 LED가 정확한 위치에 배치되지 않을 가능성이 높으며, 중계 기판을 타겟 기판 상에 압착하는 경우 마이크로 LED 배치 위치의 정확도는 높아질 수 있으나, 마이크로 LED에 가해지는 압력으로 인해 파손율이 높아지는 문제점이 있었다.
본 개시는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 개시의 목적은 타겟 기판의 저면에 공기를 분사하는 방식을 통해 타겟 기판과 중계 기판 사이의 간격을 일시적으로 감소시킴으로써, 반도체 칩을 중계 기판으로부터 타겟 기판에 안정적으로 전사할 수 있는 반도체 칩 전사 장치 및 반도체 칩 전사 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위해 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 장치는, 복수의 반도체 칩이 배열된 중계 기판이 분리 가능하게 장착되는 제1 스테이지, 타겟 기판이 분리 가능하게 장착되며 상기 제1 스테이지의 하측에 배치되는 제2 스테이지, 상기 제1 스테이지를 이동시키는 구동 장치, 상기 제1 스테이지의 상측에 배치되어 상기 중계 기판을 향해 레이저를 조사하여 상기 중계 기판의 반도체 칩을 상기 타겟 기판에 전사하는 조사 장치, 상기 타겟 기판과 상기 제2 스테이지 사이에 배치되며, 상기 타겟 기판의 저면을 향해 공기를 분사하는 공기 분사 장치 및 상기 중계 기판이 상기 타겟 기판 상의 기설정된 전사 영역으로 반도체 칩을 이송시키도록 상기 구동 장치를 제어하고, 상기 전사 영역에 대응되는 상기 타겟 기판의 저면 영역에 공기를 분사하도록 상기 공기 분사 장치를 제어하고, 상기 전사 영역에 상기 중계 기판의 반도체 칩을 전사하도록 상기 조사 장치를 제어하는 프로세서를 포함한다.
이 경우, 상기 공기 분사 장치는, 타겟 기판의 하부를 향해 공기가 분사되는 제1 유로를 형성하는 공기 분사 홀 및 상기 타겟 기판의 하부로부터 공기가 흡입되는 제2 유로를 형성하는 공기 흡입 홀을 포함하고, 상기 공기 분사 홀은 상기 기설정된 전사 영역의 중심부에 대응되는 위치에 형성되고, 상기 공기 흡입 홀은 상기 기설정된 전사 영역의 둘레에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 공기 분사 장치는, 공기 펌프를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 공기 분사 홀을 통해 상기 타겟 기판의 하부를 향해 공기를 분사시킴과 동시에 상기 공기 흡입 홀을 통해 상기 타겟 기판의 하부로부터 공기를 흡입하도록 상기 공기 펌프를 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 프로세서는, 상기 공기 분사 홀을 통해 0.1mL/min 내지 1mL/min의 압력으로 공기를 분사하고, 상기 공기 흡입 홀을 통해 0.1mL/min 내지 1mL/min의 압력으로 공기를 흡입하도록 상기 공기 분사 장치를 제어할 수 있다.
한편, 상기 프로세서는, 상기 공기 분사 장치를 통해 공기가 분사되는 동안, 상기 전사 영역에 상기 중계 기판의 반도체 칩을 전사하도록 상기 조사 장치를 제어할 수 있다.
한편, 상기 중계 기판의 지름은 4인치 내지 6인치일 수 있다.
한편, 상기 타겟 기판의 지름은 12인치 내지 75인치일 수 있다.
한편, 상기 프로세서는, 상기 제1 스테이지를 이동시키는 경우 상기 중계 기판과 상기 타겟 기판 사이의 간격이 50㎛ 내지 120㎛가 되도록 상기 구동 장치를 제어할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 방법은, 복수의 반도체 칩이 배열된 중계 기판을 타겟 기판 상의 기설정된 전사 영역으로 이송하는 단계, 상기 전사 영역에 대응되는 상기 타겟 기판의 저면 영역에 공기를 분사하는 단계 및 상기 타겟 기판 상의 상기 전사 영역에 상기 중계 기판의 반도체 칩을 전사하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 전사하는 단계는, 상기 타겟 기판의 저면 영역에 공기가 분사되는 동안 상기 전사 영역에 상기 중계 기판의 반도체 칩을 전사할 수 있다.
한편, 상기 공기를 분사하는 단계는, 공기 분사 홀을 통해 상기 타겟 기판의 하부를 향해 공기를 분사시킴과 동시에 공기 흡입 홀을 통해 상기 타겟 기판의 하부로부터 공기를 흡입하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 이송하는 단계는, 상기 중계 기판과 상기 타겟 기판 사이의 간격이 50㎛ 내지 120㎛가 되도록 상기 중계 기판을 이송할 수 있다.
한편, 상기 중계 기판의 지름은 4인치 내지 6인치일 수 있다.
한편, 상기 타겟 기판의 지름은 12인치 내지 75인치일 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 장치를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 공기 분사 장치가 타겟 기판의 저면에 공기를 분사하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 공기 분사 장치에 포함되는 공기 분사 홀 및 공기 흡입 홀의 배치 위치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 방법에 따른 반도체 칩 전사 결과 및 종래 기술에 따른 반도체 칩 전사 결과를 나타낸 이미지이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시예들은 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
그 밖에도, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
이하, 도 1 내지 도 9를 참고하여 본 개시를 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참고하면, 반도체 칩 전사 장치(100)는 제1 스테이지(120), 제2 스테이지(130), 조사 장치(160) 및 공기 분사 장치(170)를 포함하는 전사 파트(110), 메모리(140), 프로세서(150) 및 구동 장치(180)를 포함할 수 있다.
전사 파트(110)는 중계 기판(200, 도 2 참고) 상에 기설정된 배열로 배치된 복수의 반도체 칩(210, 도 3 참고)를 타겟 기판(300, 도 2 참고)에 전사하기 위한 구성이다.
전사 파트(110)는 중계 기판(200)을 이동시키기 위한 제1 스테이지(120) 및 타겟 기판(300)을 이동시키기 위한 제2 스테이지(130)를 포함할 수 있다. 중계 기판(200)과 타겟 기판(300)은 각각 제1 스테이지(120), 제2 스테이지(130)에 분리 가능하게 장착. 예를 들어, 각각의 기판은 스테이지에 포함된 척(chuck)을 통해 흡착하는 방식으로 장착될 수 있다.
제1 및 제2 스테이지(120, 130)는 구동 장치(180)에 의해 이동될 수 있다. 도 2를 참고하면, 구동 장치(180)는 제1 스테이지(120)를 이동시키는 제1 구동 장치(181), 제2 스테이지(130)를 이동시키는 제2 구동 장치(182)를 포함할 수 있다. 구동 장치(180)는 제1 및 제2 스테이지(120, 130)를 각각 X, Y, Z축 방향으로 이동시킬 수 있다.
전사 파트(110)는 반도체 칩을 LLO(Laser Lift Off) 방식으로 전사하는 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우, 전사 파트(110)의 조사 장치(160)를 통해 중계 기판(200)을 향해 레이저 빔을 조사하여 중계 기판(200) 상의 반도체 칩을 분리함으로써 반도체 칩을 타겟 기판으로 전사할 수 있다.
공기 분사 장치(170)는 제2 스테이지(130) 상에 배치되는 타겟 기판(300)의 저면에 공기를 분사 또는 흡입하기 위한 공기 펌프(미도시)를 포함할 수 있다. 이 경우, 공기 분사 장치(170)는 공기를 분사 또는 흡입하기 위한 유로를 형성하는 복수의 공기 분사 홀(171, 도 3 내지 도 7 참고) 및 복수의 공기 유입 홀(172, 도 3 내지 도 7 참고)을 포함할 수 있다. 이와 관련한 상세한 설명은 이후 도면을 참고하여 후술하기로 한다.
메모리(140)에는 반도체 칩 전사 장치(100) 또는 프로세서(150)의 동작에 필요한 각종 명령어(instruction), 프로그램 또는 데이터가 저장될 수 있다. 메모리(140)는 S-RAM(Static Random Access Memory), D-RAM(Dynamic Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리와, Flash Memory, ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 등의 비휘발성 메모리, 하드디스크 드라이브(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 등으로 구현될 수 있다.
프로세서(150)는 반도체 칩 전사 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 즉, 프로세서(150)는 전사 파트(110) 및 구동 장치(180)와 전기적으로 연결되어 각 구성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(150)는 메모리(140)에 저장된 정보에 기초하여 타겟 기판(300) 상에 복수의 반도체 칩이 각각 전사될 위치를 결정하고, 전사 파트(110) 및 구동 장치(180)를 제어하여 상기 전사될 위치에 복수의 반도체 칩을 전사할 수 있다.
또한, 프로세서(150)는 전사 파트(110) 및 구동 장치(180)를 제어하여, 성장 기판(미도시)에서 성장한 복수의 반도체 칩을 이송 기판(미도시)으로 이송하고, 다시 이송 기판으로 옮겨진 복수의 반도체 칩을 중계 기판(200)으로 이송할 수도 있다.
프로세서(150)는 전사 파트(110) 및 구동 장치(180)를 제어하여, 중계 기판(200)에 배열된 복수의 반도체 칩을 타겟 기판(300)으로 이송할 수 있다. 본 개시에서는 단일 프로세서(150)에 의해 모든 구성이 제어되는 것으로 설명하지만 이에 한정되지 않으며, 다수의 독립된 프로세서를 이용하여 반도체 칩 전사 장치(100)의 각 구성을 제어할 수 있다. 여기서, 프로세서(150)는 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), controller, 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 다른 반도체 칩 전사 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 반도체 칩 전사 장치(100)는 중계 기판(200)이 분리 가능하게 장착되는 제1 스테이지(120), 타겟 기판(300)이 분리 가능하게 장착되며 제1 스테이지(120)의 하측에 배치되는 제2 스테이지(130), 제1 스테이지(120) 및 제2 스테이지(130)를 이동시키는 구동 장치(180) 및 타겟 기판(300)과 제2 스테이지(130) 사이에 배치되며 타겟 기판(300)의 저면을 향해 공기를 분사하는 공기 분사 장치(170)를 포함할 수 있다.
제1 스테이지(120)는 중계 기판(200)을 X, Y, Z축 방향으로 이송하기 위한 제1 이송 부재(121), 중계 기판(200)을 회전시키기 위한 제1 회전 부재(122) 및 중계 기판(200)을 흡착하여 이동시키기 위한 제1 척(123)을 포함할 수 있다.
제2 스테이지(130)는 타겟 기판(300)을 X, Y, Z축 방향으로 이송하기 위한 제2 이송 부재(131) 및 타겟 기판(300)을 회전시키기 위한 제2 회전 부재(132)를 포함할 수 있다. 한편, 제2 스테이지(130)는 타겟 기판(300)을 흡착하여 이동시키기 위한 제2 척(미도시)를 포함할 수 있다.
구동 장치(180)는 제1 스테이지(120)를 이동시키는 제1 구동 장치(181) 및 제2 스테이지(130)를 이동시키는 제2 구동 장치(182)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 구동 장치(181) 및 제2 구동 장치(182)는 각각 제1 스테이지(120) 및 제2 스테이지(130)를 X, Y, Z축 방향으로 이동시킬 수 있다.
프로세서(150)는 반도체 칩 전사 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(150)는 중계 기판(200)이 타겟 기판(300) 상의 기설정된 전사 영역으로 반도체 칩을 이송시키도록 구동 장치(180)를 제어할 수 있다.
그리고, 프로세서(150)는 전사 영역에 대응되는 타겟 기판(300)의 저면 영역에 공기를 분사하도록 공기 분사 장치(170)를 제어하며, 공기 분사 장치(170)를 통해 공기를 분사하는 동안 타겟 기판(300)의 전사 영역에 반도체 칩을 전사하기 위해 레이저 빔을 조사하도록 조사 장치(160)를 제어할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참고하여 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 장치(100)의 동작을 상세하게 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 공기 분사 장치가 타겟 기판의 저면에 공기를 분사하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2에서 반도체 칩 전사 영역을 확대하여 도시한 도면이다. 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 공기 분사 장치(170)는 타겟 기판(300)의 하부를 향해 공기가 분사되는 제1 유로(P1)를 형성하는 공기 분사 홀(171) 및 타겟 기판(300)의 하부로부터 공기가 흡입되는 제2 유로(P2)를 형성하는 공기 흡입 홀(172)을 포함할 수 있다.
이 경우, 공기 분사 홀(171)은 반도체 칩이 전사되는 전사 영역의 중심부에 대응되는 위치에 형성되고, 공기 흡입 홀(172)은 전사 영역의 둘레에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 프로세서(150)는 공기 분사 홀(171)을 통해 타겟 기판(300)의 하부를 향해 공기를 분사하고, 공기 흡입 홀(172)을 통해 타겟 기판(300)의 하부로부터 공기를 흡입하도록 공기 펌프(미도시)를 제어할 수 있다. 프로세서(150)는 공기 분사 홀(171)을 통한 공기 분사 동작과 공기 흡입 홀(172)을 통한 공기 흡입 동작이 동시에 이루어지도록 공기 펌프를 제어할 수 있다.
이에 따라, 반도체 칩이 전사되는 전사 영역에서 타겟 기판(300)과 중계 기판(200) 사이의 간격이 가까워질 수 있다.
프로세서(150)는 공기 분사 장치(170)를 통해 공기가 분사되는 동안, 전사 영역에 중계 기판(200)의 반도체 칩(210)을 전사하도록 조사 장치를 제어할 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 공기 분사 장치에 포함되는 공기 분사 홀 및 공기 흡입 홀의 배치 위치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참고하면, 공기 분사 장치(170)는 복수의 공기 분사 홀(171) 및 복수의 공기 흡입 홀(172)을 포함할 수 있으며, 각각의 홀의 배치 구조는 제조하고자 하는 디스플레이 모듈에 따라 다양하게 구현될 수 있다.
예를 들어, 공기 분사 홀(171) 및 공기 흡입 홀(172)은 공기 분사 장치(170) 상에 배치되는 타겟 기판(300) 상의 복수의 전사 영역 각각에 대하여 공기 분사 홀(171)이 배치되고, 전사 영역의 둘레에 공기 흡입 홀(172)이 배치될 수 있도록 공기 분사 장치(170) 상에 배치될 수 있다.
타겟 기판(300)은 전사 영역이 공기 분사 홀(171)의 위치에 대응되도록 공기 분사 장치(170) 상에 배치될 수 있으며, 배치된 타겟 기판(300) 상에 반도체 칩이 배열된 중계 기판(200)이 이동하며 전사 영역에 반도체 칩을 각각 전사할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 타겟 기판(300) 상에 반도체 칩(210-1, 210-2)이 배열된 중계 기판(200)이 이동하며, 각각의 전사 영역에 대하여 공기 분사 장치(170)를 통해 공기를 분사하고, 전사 영역에 반도체 칩(210)을 각각 전사할 수 있다. 이와 같은 방법으로 타겟 기판(300)의 모든 전사 영역에 대하여 반도체 칩 전사 동작을 수행할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참고하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 반도체 칩 전사 방법은 복수의 반도체 칩이 배열된 중계 기판을 타겟 기판 상의 기설정된 전사 영역으로 이송하는 단계(S810), 전사 영역에 대응되는 타겟 기판의 저면 영역에 공기를 분사하는 단계(S820) 및 타겟 기판 상의 전사 영역에 중계 기판의 반도체 칩을 전사하는 단계(S830)를 포함할 수 있다.
먼저, 반도체 칩 전사 장치(100)는 복수의 반도체 칩이 배열된 중계 기판(200)을 타겟 기판(300) 상의 기설정된 전사 영역으로 이송할 수 있다. 여기에서, 반도체 칩 전사 장치(100)의 프로세서(150)는 복수의 반도체 칩이 각자의 배열 위치로 이송될 수 있도록, 중계 기판(200) 및 타겟 기판(300)을 이동시키는 제1 및 제2 스테이지(120, 130)에 구동력을 제공하는 구동 장치(180)를 제어할 수 있다.
이 경우, 프로세서(150)는 중계 기판(200)과 타겟 기판(300) 사이의 간격이 50㎛ 내지 120㎛가 되도록 중계 기판(200)을 이송할 수 있다. 이에 따라, 중계 기판(200) 이송 시 중계 기판(200)의 반도체 칩과 타겟 기판(300) 사이의 충돌을 방지할 수 있다.
한편, 중계 기판(200)의 지름은 4인치 내지 6인치일 수 있으며, 타겟 기판(300)의 지름은 12인치 내지 75인치일 수 있다.
그리고, 반도체 칩 전사 장치(100)는 전사 영역에 대응되는 타겟 기판(300)의 저면 영역에 공기를 분사(S820)할 수 있다. 여기에서, 프로세서(150)는 공기를 분사하도록 공기 분사 장치(170)를 제어할 수 있다.
이 경우, 프로세서(150)는 공기 분사 장치(170)의 공기 분사 홀(171)을 통해 타겟 기판(300)의 하부를 향해 공기를 분사시킴과 동시에 공기 흡입 홀(172)을 통해 타겟 기판(300)의 하부로부터 공기를 흡입하도록 공기 분사 장치(170)의 공기 펌프(미도시)를 제어할 수 있다.
그리고, 반도체 칩 전사 장치(100)는 타겟 기판(300) 상의 전사 영역에 중계 기판(200)의 반도체 칩을 전사(S830)할 수 있다.
이 경우, 타겟 기판(300)의 저면 영역에 공기가 분사되는 동안 전사 영역에 중계 기판(200)의 반도체 칩을 전사할 수 있다. 이에 따라, 반도체 칩 전사 시 전사 대상이 되는 반도체 칩과 타겟 기판(300) 사이의 간격이 작아진 상태에서 전사가 이루어지므로, 반도체 칩을 중계 기판으로부터 타겟 기판에 안정적으로 전사할 수 있으며, 전사 공정에 소요되는 시간이 줄어들고, 반도체 칩이 정확한 위치에 전사될 확률이 높아진다.
도 9를 참고하면, 종래의 LLO 방식을 사용한 전사 방법을 통해 반도체 칩을 전사하면 반도체 칩이 분리되거나 파손되는 경우가 존재하며, 파손으로 인해 주변 기판이 오염되거나 반도체 칩과 기판 사이의 접착 물질이 녹는 경우가 발생할 수 있다. 이에 반해, 본 개시에 따른 반도체 칩 전사 방법을 적용하는 경우, 반도체 칩의 파손 없이 정확한 위치에 전사될 수 있는 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 본 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (14)

  1. 반도체 칩 전사 장치에 있어서,
    복수의 반도체 칩이 배열된 중계 기판이 분리 가능하게 장착되는 제1 스테이지;
    타겟 기판이 분리 가능하게 장착되며 상기 제1 스테이지의 하측에 배치되는 제2 스테이지;
    상기 제1 스테이지를 이동시키는 구동 장치;
    상기 제1 스테이지의 상측에 배치되어 상기 중계 기판을 향해 레이저를 조사하여 상기 중계 기판의 반도체 칩을 상기 타겟 기판에 전사하는 조사 장치;
    상기 타겟 기판과 상기 제2 스테이지 사이에 배치되며, 상기 타겟 기판의 저면을 향해 공기를 분사하는 공기 분사 장치; 및
    상기 중계 기판이 상기 타겟 기판 상의 기설정된 전사 영역으로 반도체 칩을 이송시키도록 상기 구동 장치를 제어하고, 상기 전사 영역에 대응되는 상기 타겟 기판의 저면 영역에 공기를 분사하도록 상기 공기 분사 장치를 제어하고, 상기 전사 영역에 상기 중계 기판의 반도체 칩을 전사하도록 상기 조사 장치를 제어하는 프로세서;를 포함하는, 반도체 칩 전사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 분사 장치는,
    타겟 기판의 하부를 향해 공기가 분사되는 제1 유로를 형성하는 공기 분사 홀; 및
    상기 타겟 기판의 하부로부터 공기가 흡입되는 제2 유로를 형성하는 공기 흡입 홀;을 포함하고,
    상기 공기 분사 홀은 상기 기설정된 전사 영역의 중심부에 대응되는 위치에 형성되고, 상기 공기 흡입 홀은 상기 기설정된 전사 영역의 둘레에 대응되는 위치에 형성되는, 반도체 칩 전사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기 분사 장치는,
    공기 펌프;를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 공기 분사 홀을 통해 상기 타겟 기판의 하부를 향해 공기를 분사시킴과 동시에 상기 공기 흡입 홀을 통해 상기 타겟 기판의 하부로부터 공기를 흡입하도록 상기 공기 펌프를 제어하는, 반도체 칩 전사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 공기 분사 홀을 통해 0.1mL/min 내지 1mL/min의 압력으로 공기를 분사하고, 상기 공기 흡입 홀을 통해 0.1mL/min 내지 1mL/min의 압력으로 공기를 흡입하도록 상기 공기 분사 장치를 제어하는, 반도체 칩 전사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 공기 분사 장치를 통해 공기가 분사되는 동안, 상기 전사 영역에 상기 중계 기판의 반도체 칩을 전사하도록 상기 조사 장치를 제어하는, 반도체 칩 전사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중계 기판의 지름은 4인치 내지 6인치인, 반도체 칩 전사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 기판의 지름은 12인치 내지 75인치인, 반도체 칩 전사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 스테이지를 이동시키는 경우 상기 중계 기판과 상기 타겟 기판 사이의 간격이 50㎛ 내지 120㎛가 되도록 상기 구동 장치를 제어하는, 반도체 칩 전사 장치.
  9. 마이크로 LED 전사 방법에 있어서,
    복수의 반도체 칩이 배열된 중계 기판을 타겟 기판 상의 기설정된 전사 영역으로 이송하는 단계;
    상기 전사 영역에 대응되는 상기 타겟 기판의 저면 영역에 공기를 분사하는 단계; 및
    상기 타겟 기판 상의 상기 전사 영역에 상기 중계 기판의 반도체 칩을 전사하는 단계;를 포함하는, 반도체 칩 전사 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전사하는 단계는,
    상기 타겟 기판의 저면 영역에 공기가 분사되는 동안 상기 전사 영역에 상기 중계 기판의 반도체 칩을 전사하는, 반도체 칩 전사 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 공기를 분사하는 단계는,
    공기 분사 홀을 통해 상기 타겟 기판의 하부를 향해 공기를 분사시킴과 동시에 공기 흡입 홀을 통해 상기 타겟 기판의 하부로부터 공기를 흡입하는 단계를 포함하는, 반도체 칩 전사 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 이송하는 단계는,
    상기 중계 기판과 상기 타겟 기판 사이의 간격이 50㎛ 내지 120㎛가 되도록 상기 중계 기판을 이송하는, 반도체 칩 전사 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 중계 기판의 지름은 4인치 내지 6인치인, 반도체 칩 전사 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 타겟 기판의 지름은 12인치 내지 75인치인, 반도체 칩 전사 방법.
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