KR101868907B1 - 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치 - Google Patents

경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 레벨 솔더볼 플레이스먼트 시스템(Wafer level solder ball placement system)에서 플럭스(Flux) 프린팅 공정 및 솔더볼(Solder ball) 로딩 공정을 통해, 웨이퍼(Wafer) 상에 일정한 패턴으로 마이크로 솔더볼을 마운팅하는 과정에서, 웨이퍼가 놓여지는 스테이지모듈의 경사(기울어짐) 및 높이를 조정할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 웨이퍼가 놓여지는 스테이지모듈에 대한 Z축방향으로 3축모션제어가 가능하도록 구성하여, 스테이지모듈의 평탄도(Flatness) 및 스텐실(Stencil)과 웨이퍼 간의 간격 등을 쉽고 정확하게 조정함으로써, 불량률을 최소화하고 제품의 수율 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
따라서, 반도체 분야 및 반도체 패키지 제조분야, 특히 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(WLCSP) 기반의 제조 분야 및 솔더볼 플레이스먼트 시스템 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Description

경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치{Tilt and height adjustable wafer stage device}
본 발명은 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 레벨 솔더볼 플레이스먼트 시스템(Wafer level solder ball placement system)에서 플럭스(Flux) 프린팅 공정 및 솔더볼(Solder ball) 로딩 공정을 통해, 웨이퍼(Wafer) 상에 일정한 패턴으로 마이크로 솔더볼을 마운팅하는 과정에서, 웨이퍼가 놓여지는 스테이지모듈의 경사(기울어짐) 및 높이를 조정할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 웨이퍼가 놓여지는 스테이지모듈에 대한 Z축방향으로 3축모션제어가 가능하도록 구성하여, 스테이지모듈의 평탄도(Flatness) 및 스텐실(Stencil)과 웨이퍼 간의 간격 등을 쉽고 정확하게 조정함으로써, 불량률을 최소화하고 제품의 수율 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치에 관한 것이다.
반도체 분야의 기술은 소형화 및 집적화를 향상시키는 방향으로 개발되었으며, 최근에는 IT기기들의 소형화 추세에 따라 대용량의 데이터를 처리하는 저전력의 고성능 칩을 개발하는 방향으로 발전되고 있다.
이러한 기술개발에 의한 반도체 칩 패키지 중 하나인 플립칩(Flip chip)은, 다이(Die)라고도 불리우는 반도체 유닛(Unit)을 기판에 탑재할 때 금속리드(와이어)를 이용하지 않고, 납 재질의 범프볼(Bump ball)인 솔더볼(Solder ball)을 이용해 기판에 직접 부착시키는 방식에 의해 제작되는 것으로, 와이어리스(Wireless) 반도체라고도 한다.
이와 같이, 웨이퍼가 보다 얇아지고 입출력(I/O) 단자가 늘어나는 등 전자기기의 고성능, 저전력, 경박단소 추세가 계속되면서, 최근에는 범프볼인 솔더볼을 웨이퍼에 직접 부착하여 패키지를 제조하는 방식인 WLCSP(Wafer Level Chip Scale Package) 방식의 기술들이 개발되고 있으며, 이와 같이 솔더볼을 어태칭(Attaching)하기 위한 시스템을 솔더볼 플레이스먼트 시스템(Solder ball placement system)이라고 한다.
한편, 솔더볼을 기판이나 웨이퍼에 직접 부착하기 위해서는, 먼저 기판이나 웨이퍼에 플럭스(Flux; 이하, 솔더 페이스트(solder paste)와 혼용함)를 프린팅한 후, 그 위에 솔더볼을 부착하게 된다.
웨이퍼에 플럭스를 프린팅하는 기술로는 하기의 선행기술문헌인 대한민국 등록특허공보 제10-0220328호 '솔더 페이스트 인쇄용 스퀴지장치' 등이 알려져 있다.
또한, 플럭스가 프린팅된 웨이퍼에 솔더볼을 부착하는 기술로는 하기의 선행기술문헌인 대한민국 등록특허공보 제10-1550688호 '에어커텐을 이용한 솔더볼 공급장치' 등이 알려져 있다.
한편, 플럭스를 프린팅하는 공정이나 솔더볼을 부착하는 공정에서, 마스크(Mask)의 일종인 금속박판 형태의 스텐실(Stencil)을 이용하는 경우, 스텐실의 하부에 웨이퍼를 위치시키고 스텐실의 상부에서 플럭스를 도포하거나 솔더볼을 부착하게 된다.
이때, 웨이퍼를 단순히 상승 및 하강하는 과정으로만 스텐실의 하부로 로딩함에 따라, 스텐실과 웨이퍼가 일정한 간격으로 평행한 상태를 유지하지 못할 경우, 플럭스가 일정하게 프린팅되지 않을 수 있고, 솔더볼이 드랍되거나 2개 이상이 동시에 부착되는 등과 같이 비정상적인 경우가 발생할 수 있으며, 이로 인해 반도체 수율(Yield)이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0220328호 '솔더 페이스트 인쇄용 스퀴지장치' 대한민국 등록특허공보 제10-1550688호 '에어커텐을 이용한 솔더볼 공급장치'
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 웨이퍼 레벨 솔더볼 플레이스먼트 시스템(Wafer level solder ball placement system)에서 플럭스(Flux) 프린팅 공정 및 솔더볼(Solder ball) 로딩 공정을 통해, 웨이퍼(Wafer) 상에 일정한 패턴으로 마이크로 솔더볼을 마운팅하는 과정에서, 웨이퍼가 놓여지는 스테이지모듈의 경사(기울어짐) 및 높이를 조정할 수 있는 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치를 제공하는데 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 Z축방향으로 3축모션제어가 가능한 웨이퍼 스테이지를 이용하여, 웨이퍼의 평탄도(Flatness) 및 스텐실과 웨이퍼 간의 간격 등을 쉽고 정확하게 조정할 수 있도록 하는 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치를 제공하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 스테이지모듈을 3방향에서 틸팅하는 틸팅모듈에 대한 초기화 및 동작의 최적화 방법을 제공함으로써, 마이크로 솔더볼의 마운팅에 대한 정밀도를 크게 향상시킬 수 있는 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치는, 솔더볼 플레이스먼트 시스템(Solder ball placement system)에 구성되어 웨이퍼(Wafer)를 로딩 및 언로딩하는 웨이퍼 스테이지 장치에 있어서, 웨이퍼가 놓여지는 스테이지모듈; Z축을 중심으로 경사지게 형성된 3개의 경사Z축에 의한 3축모션을 수행하는 틸팅(Tilting)모듈; 및 상기 틸팅모듈 및 평면이동모듈 중 적어도 하나를 제어하여 상기 스테이지모듈의 경사도 및 위치를 조정하는 제어모듈;을 포함한다.
또한, 상기 틸팅모듈은, Z축을 중심으로 방사상으로 배치된 경사Z축으로 상기 스테이지모듈에 대한 모션을 수행하는 3개의 틸터;를 포함하고, 상기 틸터는, 베이스플레이트에 회동가능하도록 고정설치되는 제1 고정부; 상기 스테이지모듈의 하부에 고정설치되는 제2 고정부; 상기 제1 고정부에 왕복이동가능하도록 설치됨과 동시에 제2 고정부와 회동가능하도록 연결되는 경사Z축이동부; 및 상기 경사Z축이동부를 왕복이동시키는 구동부;를 포함할 수 있다.
또한, 고정된 위치에서, 상기 스테이지모듈 상에 설정된 적어도 하나의 지점에 대한 거리를 측정하는 적어도 하나의 거리측정센서; 상기 스테이지모듈의 중심부를 촬영하는 비전센서; 스테이지모듈을 평면상의 X축 및 Y축으로 이동시키는 수평이동모듈; 및 상기 스테이지모듈을 Z축회동시키는 수평회동모듈;을 더 포함하고, 상기 제어모듈은, 상기 거리측정센서의 측정값 및 상기 비전센서에서 촬영된 영상을 확인하고 상기 틸팅모듈, 수평이동모듈 및 수평회동모듈 중 적어도 하나의 동작을 제어하여 상기 스테이지모듈의 경사도 및 위치를 조정할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은, 상기 경사Z축이동부의 위치를 초기화시키는 틸터 초기화과정; 상기 거리측정센서의 측정값에 대응하여 3개의 틸터를 제어하여 상기 스테이지모듈의 경사도를 조정하는 평탄화과정; 상기 비전센서에서 촬영된 영상을 확인하고 상기 수평이동모듈를 제어하여 상기 스테이지모듈의 중심의 위치를 조절하는 중심위치조정과정; 경사확인척을 이용하여 상기 스테이지모듈의 경사도를 확인하는 경사도재확인과정; 및 상기 스테이지모듈을 스텐실의 하부측으로 이동시킨 후, 3개의 틸터를 동시에 제어하여 상기 스테이지모듈을 상승시키는 로딩과정;에 의해, 상기 스테이지모듈을 스텐실(Stencil)의 하부로 로딩할 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은, 상기 틸터 초기화과정에서, 상기 경사Z축이동부의 원점위치를 감지하는 원점감지센서를 이용하여 상기 경사Z축이동부를 원점에 근접하도록 빠르게 이동시킨 후, 상기 구동부에 구성된 구동모터의 엔코더를 이용하여 상기 경사Z축이동부의 위치를 미세조정하고, 상기 평탄화과정에서, 상기 수평회동모듈 및 3개의 틸터를 이용하여, 상기 스테이지모듈을 평면상에서 회동시키면서 적어도 3개의 지점에 대한 높이를 측정하여 해당 3개의 지점이 동일한 높이가 되도록 조정할 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 웨이퍼 레벨 솔더볼 플레이스먼트 시스템(Wafer level solder ball placement system)에서 플럭스(Flux) 프린팅 공정 및 솔더볼(Solder ball) 로딩 공정을 통해, 웨이퍼(Wafer) 상에 일정한 패턴으로 마이크로 솔더볼을 마운팅하는 과정에서, 웨이퍼가 놓여지는 스테이지모듈의 경사(기울어짐) 및 높이를 조정할 수 있는 장점이 있다.
예를 들어, 본 발명은 WLCSP 방식의 반도체 제조 공정 중 플럭스(Flux) 프린팅 공정에서, 웨이퍼가 놓여지는 스테이지의 평탄도를 자동으로 조절하여 스텐실과 웨이퍼가 수평방향에서 일정한 간격을 유지할 수 있도록 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 솔더볼을 로딩하는 공정에서도 스테이지와 스텐실의 간격을 일정하게 유지함으로써, 솔더볼이 누락되거나 여러 개가 뭉쳐서 마운팅되는 등의 불량발생을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이를 통해, 본 발명은 플럭스의 정확한 도팅(Dotting)을 통해 반도체 수율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
구체적으로, 본 발명은 Z축방향으로 3축모션제어가 가능한 웨이퍼 스테이지를 이용하여, 웨이퍼의 평탄도(Flatness) 및 스텐실과 웨이퍼 간의 간격 등을 쉽고 정확하게 조정할 수 있도록 하는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 스테이지모듈을 3방향에서 틸팅하는 틸팅모듈에 대한 초기화가 신속하고 정확하게 이루어지도록 함은 물론, 동작의 최적화가 가능하도록 함으로써, 마이크로 솔더볼의 마운팅에 대한 정밀도를 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이를 통해, 본 발명은 제품의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서, 반도체 분야 및 반도체 패키지 제조분야, 특히 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(WLCSP) 기반의 제조 분야 및 솔더볼 플레이스먼트 시스템 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타난 스테이지모듈 및 틸팅(Tilting)모듈의 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 나타난 틸팅모듈의 기능을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1이 적용된 웨이퍼 레벨 솔더볼 플레이스먼트 시스템의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 5는 도 4에서 도 1의 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5의 과정을 구체적으로 설명하는 흐름도이다.
도 7은 도 6에 나타난 'S100'을 도 1에 적용하여 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 6에 나타난 'S200' 및 'S300'을 도 1에 적용하여 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치의 일 실시예를 나타내는 구성도이고, 도 2는 도 1에 나타난 스테이지모듈 및 틸팅(Tilting)모듈의 분해사시도이며, 도 3은 도 1에 나타난 틸팅모듈의 기능을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치(A)는 스테이지모듈(100), 틸팅(Tilting)모듈(200) 및 제어모듈(300)을 포함한다.
스테이지모듈(100)은 도 2에 나타난 바와 같이 복수 개의 흡입홀(111)이 형성된 상부플레이트(110), 진공노즐(121)이 구성된 하부플레이트(120) 및 확산홈(131)이 형성된 확산플레이트(130)를 포함할 수 있다.
이에, 스테이지모듈(100)은 진공노즐(121)에 의한 음압이 확산되어 복수 개의 흡입홀(111)에 일정하게 형성될 수 있으며, 이와 같이 흡입홀(111)에 형성된 음압을 이용하여 상부플레이트(110)에 놓여지는 웨이퍼를 안정적으로 지지할 수 있다.
틸팅모듈(200)은 Z툭을 중심으로 경사지게 형성된 3개의 경사Z축에 의한 3축모션을 수행하는 것으로, 하기에 설명될 수평회동모듈(500)에 의해 평면상에서 회동(Z축 회동)되는 베이스플레이트(210)와, 베이스플레이트(210)의 상부에 구성되는 3개의 틸터(Tilter, 220)를 포함할 수 있다.
틸터(220)는 수평방향으로의 이동을 상하방향으로의 이동으로 변환하기 위한 것으로, 도 2에 나타난 바와 같이 제1 고정부(221), 제2 고정부(222), 경사Z축이동부(223) 및 구동부(224)를 포함할 수 있다.
제1 고정부(221)는 베이스플레이트의 가장자리에 회동가능하도록 고정설치될 수 있다.
제2 고정부(222)는 스테이지모듈(100)의 하부에 고정설치되는 것으로, 평면방향으로의 이동은 불가능하도록 고정될 수 있다. 특히, 제2 고정부(222)는 경사Z축이동부(223)가 경사지게 결합되도록 하기 위하여, 제1 고정부(221)에 비하여 상대적으로 내측에 구성될 수 있다.
경사Z축이동부(223)는 제1 고정부(221)에 왕복이동가능하도록 설치됨과 동시에, 제2 고정부(222)와 회동가능하도록 연결되는 것으로, 일측종단부는 제1 고정부(221)에 힌지결합될 수 있고, 다른 일측종단부는 제2 고정부에 볼조인트 구조로 결합될 수 있다.
특히, 경사Z축이동부(223)는 제1 고정부(221)에 비하여 상대적으로 내측에 위치하는 제2 고정부(222)와 연결됨에 따라, 경사진 상태를 유지할 수 있도록 연결될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 고정부(221)는 베이스플레이트(210) 상에서 일정위치에 고정될 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 제2 고정부(222)는 수평방향으로 이동이 불가능하도록 스테이지모듈(100)의 하부에 결합될 수 있으며, 경사Z축이동부(223)는 제1 고정부(221) 및 제2 고정부(222)와 연결될 수 있다.
이에, 도 3의 상부에 나타난 바와 같이 제1 고정부(221)가 설치된 베이스플레이트(210)와, 제2 고정부(222)가 설치된 스테이지모듈(100)은 일정한 높이(H1)를 유지할 수 있다.
이후, 구동부(224)의 구동모터(미부호)가 동작되어 도 3의 하부에 나타난 바와 같이 경사Z축이동부(223)가 일측방향(제2 고정부측 방향)으로 이동하게 되면, 제2 고정부(222)가 수평방향으로 이동이 불가능하므로, 경사Z축이동부(223)부의 지름이 변화(c에서 c')을 따라 제2 고정부(222)가 가상의 축(a)을 따라 상부방향으로 이동하게 된다.
따라서, 하나의 틸터(220)는 스테이지모듈(100)의 일정지점을 상하방향으로 이동시킬 수 있다.
결과적으로, 틸팅모듈(200)에 구성된 복수 개의 틸터(220)에 의해 스테이지모듈(100)의 일정지점이 상하로 이동하게 되면, 스테이지모듈(100)이 기울어지게 되므로, 복수 개의 틸터(220)를 이용하여 스테이지모듈(100)의 평탄도를 조절할 수 있다.
또한, 복수 개의 틸터(220)를 동시에 동작시키면, 스테이지모듈(100)을 상하방향으로 이동시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치(A)는 복수 개의 틸터(220)를 이용하여, 웨이퍼의 평탄도(Flatness) 및 스텐실(Stencil)과 웨이퍼 간의 간격 등을 쉽고 정확하게 조정할 수 있다.
제어모듈(300)은 틸팅모듈(200)의 틸터(220)를 제어하여 스테이지모듈(100)의 경사도 및 위치를 조정하는 것으로, 이에 대한 구체적인 방법은 하기에서 설명하기로 한다.
도 4는 도 1이 적용된 웨이퍼 레벨 솔더볼 플레이스먼트 시스템의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 4를 참조하면, 웨이퍼 레벨 솔더볼 플레이스먼트 시스템(Wafer level solder ball placement system, S)은, 플럭스(Flux) 프린팅 장치(10), 솔더볼 로딩 장치(20), 웨이퍼 로딩 및 언로딩 장치(30) 및 웨이퍼 이송장치(40)와 더불어 앞서 설명한 웨이퍼 스테이지 장치(A)를 포함할 수 있다.
플럭스 프린팅 장치(10)는 플럭스용 스텐실(11)을 이용하여 해당 웨이퍼에 플럭스를 도팅(Dotting, 프린팅과 혼용함)하는 것으로, 도 4에 나타난 바와 같이 플럭스용 스텐실(11)의 상부로 플럭스를 공급하는 플럭스공급모듈(12)과, 공급된 플럭스를 프린팅영역(11a)에 도포하는 스퀴지(Squeegee)모듈(13)을 포함할 수 있다.
또한, 플럭스 프린팅 장치(10)는, 웨이퍼의 수평상태를 확인하기 위한 경사확인척(14)이 구성될 수 있다.
솔더볼 로딩 장치(20)는 로딩용 스텐실(21)을 이용하여 플럭스가 도팅된 웨이퍼에 솔더볼을 부착하는 것으로, 도 4에 나타난 바와 같이 볼공급모듈(22) 및 솔더볼로더(23)를 포함할 수 있다.
볼공급모듈(22)은 필요시 솔더볼로더(23)에 마이크로 솔더볼을 공급하기 위한 것이며, 솔더볼로더(23)는 공급된 마이크로 솔더볼을 로딩용 스텐실(21)의 볼부착영역(21a)에 공급하여, 웨이퍼에 마이크로 솔더볼을 어태칭(Attaching, 로딩과 혼용함)하기 위한 것이다.
또한, 솔더볼 로딩 장치(20)에도 웨이퍼의 수평상태를 확인할 수 있는 경사확인척(24)이 구성될 수 있다.
웨이퍼 로딩 및 언로딩 장치(30)는 외부로부터 웨이퍼를 시스템 내부로 공급하거나 솔더볼의 어태칭이 완료된 웨이퍼를 외부로 배출하는 것으로, 하기에 설명될 듀얼형 웨이퍼 전송 로봇(41)과 연동될 수 있다.
웨이퍼 이송장치(40)는 플럭스 프린팅 장치(10)에서 플럭스가 도팅된 웨이퍼를 솔더볼 로딩 장치(20)로 이동시키는 것으로, 도 4에 나타난 바와 같이 듀얼형 웨이퍼 전송 로봇(41)을 이용하여 웨이퍼를 운반할 수 있다.
도 5는 도 4에서 도 1의 동작을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 1에 나타난 웨이퍼 스테이지 장치(A)를 도 4에 나타난 바와 같은 웨이퍼 레벨 솔더볼 플레이스먼트 시스템(Wafer level solder ball placement system, S)에 적용함에 있어, 시스템의 구성에 대응하여 다음과 같은 구성이 추가될 수 있으며, 이러한 추가구성은 해당 시스템에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
도 5를 참조하면, 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치(A)는 수평이동모듈(400), 수평회동모듈(500), 거리측정센서(600) 및 비전센서(700)를 더 포함할 수 있다.
수평이동모듈(400)은 웨이퍼가 놓여지는 스테이지모듈(100)을 평면상의 X축(도 5에서 좌우방향)으로 이동시키는 X축이동부(410) 및 Y축(X축에 직교방향)으로 이동시키는 Y축이동부(420)를 포함할 수 있으며, 구체적인 구성 및 동작방법에 대해서는 당업자의 요구에 따라 다양한 변형이 가능하므로 특정한 것에 한정하지는 않는다.
이와 같은 수평이동모듈(400)에 의해, 로딩용 스텐실(210)의 하부에 구성된 스테이지모듈(100)은, 솔더볼 로딩 장치(20)의 하부 내측과 하부 외측을 이동할 수 있다.
수평회동모듈(500)은 스테이지모듈(100)을 Z축(도 5에서 상하방향)을 기준으로 회동시키는 것으로, 앞서 설명한 수평이동모듈(400)과 마찬가지로 구체적인 구성이나 동작방법에 대해서는 특정한 것에 한정하지 않는다. 예를 들어, 수평회동모듈(500)은 풀리 및 벨트 구조를 통해 모터에서 발생된 회전력으로 스테이지모듈(100)을 회동시킬 수 있다.
거리측정센서(600)는 고정된 위치에 구성되어, 스테이지모듈(100) 상에 설정된 적어도 하나의 지점에 대한 거리를 측정하는 것으로, 레이저 센서 등을 포함할 수 있다.
비전센서(700)는 스테이지모듈(100)의 중심부를 촬영하여, 스테이지모듈(100)의 중심부가 어긋난 정도를 확인하기 위한 것으로, CCD카메라 등을 포함할 수 있다.
한편, 도 1에 나타난 제어모듈(300)은 도 5에 나타난 각 구성들과 전기적으로 연결되며, 도 4에 나타난 웨이퍼 레벨 솔더볼 플레이스먼트 시스템(S)의 외부에 패널 형태로 구성될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 웨이퍼 스테이지 장치(A)는, 도 5의 상부에 나타난 바와 같이, 스테이지모듈(100)에 웨이퍼가 놓여진 상태에서 틸팅모듈(200)에 의해 편탄도(Flatness, 편평도와 혼용함)를 조절할 수 있다.
이때, 도 1에 나타난 제어모듈(300)은 거리측정센서(600)의 측정값 및 비전센서(700)에서 촬영된 영상을 확인하고, 틸팅모듈(200), 수평이동모듈(400) 및 수평회동모듈(500) 중 적어도 하나의 동작을 제어하여 스테이지모듈(100)의 경사도 및 위치를 조정할 수 있다.
이와 같은 제어모듈(300)의 제어 방법에 대해서는 하기에서 보다 상세히 살펴보기로 한다.
이후, 웨이퍼 스테이지 장치(300)는 도 5의 하부에 나타난 바와 같이 솔더볼 로딩 장치(200)의 내측 하부로 이동(구체적으로는, 도 4에 나타난 볼부착영역(21a)의 하부)한 후, 틸팅모듈(200)에 의해 상부로 이동하여 로딩용 스텐실(21)의 하부에 근접되도록 배치시킬 수 있다.
도 5에서, 웨이퍼 스테이지 장치(A)의 동작에 대하여, 솔더볼 로딩 장치(20)를 예로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 도 4에 나타난 플럭스 프린팅 장치(10)와 같이 스탠실을 이용한 장치에 동일 내지 유사하게 적용할 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 도 5에 나타난 거리측정센서(600) 및 비전센서(700)를 이용하여 스테이지모듈(100)의 위치를 초기화하는 과정에 대해 살펴보기로 한다.
도 6은 도 5의 과정을 구체적으로 설명하는 흐름도로서, 특히 도 5의 상부에 나타난 과정에서 스테이지모듈(100)을 초기화하는 방법을 설명한 것이고, 도 7은 도 6에 나타난 'S100'을 도 1에 적용하여 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 6에 나타난 'S200' 및 'S300'을 도 1에 적용하여 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제어모듈(300)은 틸터(220) 초기화과정(S100), 평탄화과정(S200) 및 중심위치 조정과정(S300)에 의해 스테이지모듈(100)을 초기화하고, 초기화가 완료되면 경사도재확인과정(S400)을 거쳐 로딩과정(S500)을 통해 웨이퍼를 스텐실 측으로 이동시킬 수 있다.
틸터(220) 초기화과정(S100)은, 틸터(220)의 경사Z축이동부(223) 위치를 초기화하기 위한 것으로, 도 2에 나타난 바와 같이 Z축에 경사진 3방향(Z1, Z2, Z3)으로 배치된 3개의 틸터(220)를 기계적으로 초기화할 수 있다.
이때, 경사Z축이동부(223)의 위치 초기화는 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이 2단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.
먼저, 도 7을 참조하면, 틸터(220)는 홈센서(225) 및 포인터(226)를 더 포함할 수 있다.
홈센서(225)는 포인터(226)의 위치를 확인하기 위한 것으로, 홀센서 등을 포함할 수 있다.
포인터(226)는 경사Z축이동부(223)의 특정위치를 확인하기 위한 것으로, 홈센서(225)에 대응하여 구성될 수 있다.
다시 말해, 홈센서(225) 및 포인터(226)는 경사Z축이동부(223)의 특정위치를 측정하기 위한 것으로, 당업자의 요구에 따라 다양하게 변경 및 적용할 수 있음은 물론이다.
틸터(220) 초기화과정(S100)에서, 제어모듈(300)은 경사Z축이동부(223)를 일측방향(도 7에서 하부방향)으로 이동시키면서 홈센서(225)를 통해 포인터(226)가 감지되면 경사Z축이동부(223)의 이동을 중지시킬 수 있다(S110). 여기서, 홈센서(225) 및 포인터(226)는 원점위치를 감지하는 원점감지센서를 말하는 것으로, 제어모듈(300)은 원점감지센서를 이용하여 경사Z축이동부(223)가 원점에 근접하도록 빠르게 이동시킬 수 있다.
한편, 이와 같은 방법에 의해 경사Z축이동부(223)의 위치를 조정하는 경우, 구동부(224)에 구성된 구동모터의 모터축 관성모멘트(전원공급이 중지된 시점 이후에 회전축이 계속해서 회전하려고 하는 성질의 크기) 등에 의해 오차가 발생할 수 있다.
이때, 구동모터에 구성된 엔코더를 이용하여 포인터(226)의 위치를 정밀하게 조정할 수 있다(S120).
이와 같이, 3개의 틸터(220)에 대한 기계적 초기화가 완료되면, 제어모듈(300)은 거리측정센서(600)의 측정값에 대응하여, 3개의 틸터(220) 및 수평회동모듈(500)을 제어하여 스테이지모듈(100)의 경사도를 조정하는 평탄화과정을 수행할 수 있다(S200).
예를 들어, 평탄화과정(S200)에서 제어모듈(300)은, 3개의 틸터(220)를 동시에 제어하여 스테이지모듈(100)의 높이를 웨이퍼 리시브 레벨(Wafer receive level)로 이동시키고(S210), 해당 높이에서 각각의 틸터(220)를 개별 제어하여 Z축을 중심으로 경사지게 형성된 3개의 경사Z축에 의한 3축모션으로 스테이지모듈(100)의 기울기를 조정할 수 있다(S220).
구체적으로, 제어모듈(300)은 거리측정센서(600)를 이용하여 도 8의 (a)에 나타난 바와 같이, 스테이지모듈(100)의 상부면에서, 어느 하나의 틸터(220, 도 8에서 12시 방향)에 구성된 제2 고정부(222)의 위치에 대응하는 지점(P1)에 대한 거리를 측정할 수 있다.
제어모듈(300)은 해당 측정결과에 따라 해당 틸터(220)를 제어하여 해당 지점(P1)에 대한 높이를 조절한 후, 수평회동모듈(500)을 이용하여 그 다음에 위치한 틸터(220)의 제2 고정부(222)에 해당하는 지점(P2) 및 그 다음 지점(P3)을 순차적으로 측정하여 높이를 조절할 수 있다.
다시 말해, 제어모듈(300)은 3개의 틸터(220)가 기계적으로 초기화되면, 스테이지모듈(100)을 웨이퍼 리시브 레벨까지 이동시킨 후, 각각의 틸터(220)를 개별제어하여 스테이지모듈(100)의 수평을 조정할 수 있다.
이때, 3개의 틸터(220)가 조정되는 과정에서, 스테이지모듈(100)의 중심점(CP)는 설정된 기준점(BP)으로부터 어긋날 수 있다. 여기서, 기준점(BP)은 도 4에 나타난 각 스텐실(11, 21)의 각 작업영역(11a, 21a)의 중심점을 포함할 수 있다.
다시 말해, 스테이지모듈(100)의 상부에 놓여진 웨이퍼와 각 작업영역(11a, 21a)을 매칭하기 위하여, 스테이지모듈(100)의 중심점(CP)을 조정할 필요가 있다.
이에, 제어모듈(300)은 평탄화과정(S200)을 통해 웨이퍼 리시브 레벨에서 수평상태가 조정되면, 도 8의 (b)에 나타난 바와 같이 해당 레벨에서 중심점(CP)의 위치를 확인한 후(S310), 수평이동모듈(400)을 이용하여 확인된 중심점(CP)을 기준점(BP)으로 조정할 수 있다.
이와 같이, 스테이지모듈(100)의 기울기 및 위치에 대한 초기화가 완료되면, 도 4 및 도 5에 나타난 경사확인척(14, 24)를 이용하여, 조정된 스테이지모듈(100)의 경사도를 확인할 수 있다(S400).
스테이지모듈(100)의 경사도를 재확인한 후, 이상이 없는 것으로 판정되면, 제어모듈(300)은 수평이동모듈(400) 및 틸팅모듈(200)을 이용하여 웨이퍼를 작업영역 측으로 로딩하여 해당 작업을 수행할 수 있다(S400).
다시 말해, 도 5의 상부와 같이 스테이지모듈(100)에 대한 초기화가 완료되면, 제어모듈(300)은 도 4에 나타난 웨이퍼 로딩 및 언로딩 장치(30)를 이용하여 스테이지모듈(100)의 상부에 웨이퍼를 안착시키고, 도 5의 하부에 나타난 바와 같이 스테이지모듈(100)을 스텐실(21)의 하부측으로 이동시킨 후, 3개의 틸터(220)를 동시에 제어하여 스테이지모듈(100)을 스텐실(21)의 하부에 인접하도록 상승시킬 수 있다.
이때, 앞서 살펴본 바와 같이 스테이지모듈(100)에 대한 초기화가 정확하게 이루어짐에 따라, 스테이지모듈(100)은 스텐실(21)의 하부에 정확한 위치까지 상승할 수 있으며, 이를 통해 웨이퍼에 대한 플럭스 프린팅 및 마이크로 솔더볼의 어태칭이 정밀하게 이루어질 수 있다.
이상에서 본 발명에 의한 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다.
A : 웨이퍼 스테이지 장치
100 : 스테이지모듈 200 : 틸팅(Tilting)모듈
210 : 베이스플레이트 220 : 틸터
221 : 제1 고정부 222 : 제2 고정부
223 : 경사Z축이동부 224 : 구동부
225 : 홈센서 226 : 포인터
300 : 제어모듈 400 : 수평이동모듈
500 : 수평회동모듈 600 : 거리측정센서
700 : 비전(Vision)센서

Claims (5)

  1. 솔더볼 플레이스먼트 시스템(Solder ball placement system)에 구성되어 웨이퍼(Wafer)를 로딩 및 언로딩하는 웨이퍼 스테이지 장치에 있어서,
    웨이퍼가 놓여지는 스테이지모듈; Z축을 중심으로 경사지게 형성된 3개의 경사Z축에 의한 3축모션을 수행하는 틸팅(Tilting)모듈; 상기 스테이지모듈을 평면상의 X축 및 Y축으로 이동시키는 수평이동모듈과 상기 스테이지모듈을 Z축회동시키는 수평회동모듈을 포함하는 평면이동모듈; 상기 틸팅모듈 및 평면이동모듈 중 적어도 하나를 제어하여 상기 스테이지모듈의 경사도 및 위치를 조정하는 제어모듈; 고정된 위치에서, 상기 스테이지모듈 상에 설정된 적어도 하나의 지점에 대한 거리를 측정하는 적어도 하나의 거리측정센서; 상기 스테이지모듈의 중심부를 촬영하는 비전센서;를 포함하며,
    상기 틸팅모듈은,
    Z축을 중심으로 방사상으로 배치된 경사Z축으로 상기 스테이지모듈에 대한 모션을 수행하는 3개의 틸터;를 포함하고,
    상기 틸터는,
    베이스플레이트에 회동가능하도록 고정설치되는 제1 고정부; 상기 스테이지모듈의 하부에 고정설치되는 제2 고정부; 상기 제1 고정부에 왕복이동가능하도록 설치됨과 동시에 제2 고정부와 회동가능하도록 연결되는 경사Z축이동부; 및 상기 경사Z축이동부를 왕복이동시키는 구동부;를 포함하며,
    상기 제어모듈은,
    상기 경사Z축이동부의 위치를 초기화시키는 틸터 초기화과정; 상기 거리측정센서의 측정값에 대응하여 3개의 틸터를 제어하여 상기 스테이지모듈의 경사도를 조정하는 평탄화과정; 상기 비전센서에서 촬영된 영상을 확인하고 상기 수평이동모듈를 제어하여 상기 스테이지모듈의 중심의 위치를 조절하는 중심위치조정과정; 경사확인척을 이용하여 상기 스테이지모듈의 경사도를 확인하는 경사도재확인과정; 및 상기 스테이지모듈을 스텐실의 하부측으로 이동시킨 후, 3개의 틸터를 동시에 제어하여 상기 스테이지모듈을 상승시키는 로딩과정;에 의해, 상기 스테이지모듈을 스텐실(Stencil)의 하부로 로딩하는 것을 특징으로 하는 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 거리측정센서의 측정값 및 상기 비전센서에서 촬영된 영상을 확인하고 상기 틸팅모듈, 수평이동모듈 및 수평회동모듈 중 적어도 하나의 동작을 제어하여 상기 스테이지모듈의 경사도 및 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치.
  3. 제 1항 및 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 틸터 초기화과정에서,
    상기 경사Z축이동부의 원점위치를 감지하는 원점감지센서를 이용하여 상기 경사Z축이동부를 원점에 근접하도록 빠르게 이동시킨 후,
    상기 구동부에 구성된 구동모터의 엔코더를 이용하여 상기 경사Z축이동부의 위치를 미세조정하고,
    상기 평탄화과정에서,
    상기 수평회동모듈 및 3개의 틸터를 이용하여, 상기 스테이지모듈을 평면상에서 회동시키면서 적어도 3개의 지점에 대한 높이를 측정하여 해당 3개의 지점이 동일한 높이가 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 경사 및 높이 조절이 가능한 웨이퍼 스테이지 장치.
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