KR20010104607A - 반도체 디바이스의 외관 검사장치 및 그 검사방법 - Google Patents

반도체 디바이스의 외관 검사장치 및 그 검사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피검사물인 반도체 디바이스에 수직으로 조사되는 광 빔에 의하여 피검사물의 높이변화에 따라 다른 양으로 반사되는 광을 3차원 센서로 촬상하고 이 촬상 이미지의 그레이 레벨을 이용하여 피검사물의 높이를 환산하여 피검사물의 3차원적인 외형을 검사하는 반도체 디바이스의 외관 검사장치 및 그 검사방법에 관한 것이다. 본 발명의 검사장치는 피검사물인 반도체 디바이스의 상측에서 수직하게 광을 조사하는 조명수단과, 상기 반도체 디바이스의 상측에 배치되어 상기 반도체 디바이스에서 반사된 광을 촬상하는 촬상수단과, 상기 촬상수단에 의하여 촬상된 이미지를 저장하는 이미지저장수단과, 상기 이미지저장수단에 저장된 이미지의 그레이 레벨에 근거하여 상기 반도체 디바이스의 소정 부위의 높이를 산출하는 산출수단과, 상기 이미지저장수단에 저장된 이미지와 상기 산출수단에 의하여 산출된 결과데이터를 출력하는 출력수단과, 상기 각 수단을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된다.

Description

반도체 디바이스의 외관 검사장치 및 그 검사방법 {System for virtually inspecting appearance of semiconductor devices and method thereof}
본 발명은 반도체 디바이스의 외관 검사장치 및 그 검사방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피검사물인 반도체 디바이스에 수직으로 조사되는 광에 의하여 피검사물의 높이변화에 따라 다른 양으로 반사되는 광을 3차원 센서로 촬상하고 이 촬상 이미지의 그레이 레벨을 이용하여 피검사물의 소정 부위에 대한 높이를 환산하여 피검사물의 3차원적인 외형을 검사하는 반도체 디바이스의 외관 검사장치 및 그 검사방법에 관한 것이다.
현재, 반도체 디바이스는 거의 모든 전자제품을 비롯하여 의료장비, 통신위성, 각종 제어시스템 등과 같은 최첨단 장비에 필수적으로 사용되고 있다. 따라서, 반도체 디바이스의 결함은 각종 장비의 성능을 크게 좌우하는 중요한 요소이며 이러한 결함을 사전에 인식하는 것은 반도체 디바이스의 양산과정에서 매우 중요한 일이다. 그러나 대량으로 생산되는 반도체 디바이스의 결함을 인간의 시각으로만 판단하는 데에는 많은 어려움이 있으며 시간적, 경제적인 면에서도 비효율적이라 할 수 있다.
따라서, 최근에 반도체 디바이스의 2차원적인 표면 결함을 자동으로 인식하고 판단할 수 있는 검사 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으며 이미 상용화되고 있다. CCD 카메라에 조명, 레이저 등과 같은 보조 시스템을 부가하여 반도체 디바이스의 2차원(표면) 결함을 검사하는 시스템이 개발되고 있다.
상기와 같이 레이저를 이용한 반도체 디바이스의 외관 검사장치는 복수개의반도체 디바이스를 트레이(tray)에 탑재하고 이 반도체 디바이스가 탑재된 트레이 전체를 한꺼번에 스캔하는 방식으로 레이저빔을 조사하고 반사되는 레이저 빔을 검출하여 반도체 디바이스의 외관을 검사하게 된다.
그러나 상기와 같이 레이저를 이용한 검사장치의 경우, 트레이의 재질이 플라스틱으로 되어 있으므로 레이저의 조사 과정에서 트레이가 레이저 빔에 의하여 쉽게 융해되어 증기를 발생시키게 된다. 이러한 플라스틱의 융해에 의한 증기는 반도체 디바이스의 주위를 오염시켜 검사시간을 지연시키는 문제점이 있다.
또, 레이저를 이용한 검사장치는 레이저 빔이 일정 간격으로 나뉘어 조사되므로 이미지 측정에 있어서 정밀도가 떨어진다. 또한, 일정 간격으로 레이저 빔을 조사하기 때문에 트레이에 탑재되어 있는 반도체 디바이스가 일직선상에 위치되어야 한다. 이를 위해 레이저를 이용한 검사장치는 트레이를 흔들어 위치정렬을 시키기 위한 별도의 장치가 필요한 문제점이 있다.
상기 레이저를 이용한 반도체 디바이스의 외관 검사장치 이외에, 조명장치를 구비한 반도체 디바이스의 외관 검사장치의 일예가 미국특허 제5,828,449호에 개시되어 있다.
이 미국특허에서는 소정 각도로 경사지게 하방으로 향하고 있는 복수개의 광원들로 구성되는 링(ring) 조명장치가 조명검출장치의 하부에 배치되어, 검사하고자 하는 반도체 디바이스를 전체적으로 조사하도록 되어 있다. 이러한 링 조명장치를 사용하여 반도체 디바이스의 솔더 볼(solder ball)이나 리드를 조사할 경우, 솔더 볼의 중앙 및 가장자리 부분과 리드의 경사지지 않은 부분에는 광 빔이 조사되지 않기 때문에 정확한 이미지 측정이 어렵고, 측정된 솔더 볼에 대한 이미지로부터 솔더 볼의 존재유무(absence/presence), 솔더 볼의 지름 및 원형성(circularity)과 같은 이차원적인 크기 및 형상만을 측정할 수 있다.
또한, 상기한 링 조명장치가 광 빔을 반도체 디바이스의 측면에서 조사하므로 트레이에 탑재된 반도체 디바이스가 트레이의 그림자에 의하여 가려지게 된다. 이러한 트레이 그림자의 영향을 피하기 위해서 트레이에 탑재되어 있는 반도체 디바이스를 하나씩 검사장치로 옮겨 놓고 촬영하게 된다. 따라서 검사를 위해 반도체 디바이스를 트레이에서 검사장치로 옮겨 놓고 검사 후에 다시 트레이로 옮기는 과정에서 반도체 디바이스의 파손이 발생할 수 있고, 또한 상기 과정에 의하여 검사시간이 오래 걸린다는 문제점도 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 피검사물인 반도체 디바이스의 촬상 이미지로부터 반도체 디바이스의 표면상태 뿐만 아니라 반도체 디바이스의 소정 부위의 높이를 환산함으로써 반도체 디바이스에 대한 3차원적인 외관 검사를 행할 수 있는 반도체 디바이스의 외관 검사장치 및 그 검사방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 디바이스의 외관 검사장치는, 피검사물인 반도체 디바이스의 상측에서 수직하게 광을 조사하는 조명수단과, 상기 반도체 디바이스의 상측에 배치되어 상기 반도체 디바이스에서 반사된 광을 촬상하는 3차원 촬상수단과, 상기 촬상수단에 의하여 촬상된 이미지를 저장하는 이미지저장수단과, 상기 이미지저장수단에 저장된 이미지의 그레이 레벨에 근거하여 반도체 디바이스의 소정 부위의 높이를 산출하는 산출수단과, 상기 이미지저장수단에 저장된 이미지와 상기 산출수단에 의하여 산출된 결과데이터를 출력하는 출력수단과, 상기 각 수단을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 반도체 디바이스의 외관 검사방법은, 반도체 디바이스에 수직 광을 조사하는 단계와, 촬상수단에 의하여 촬상된 상기 반도체 디바이스의 이미지 정보를 저장수단에 저장하는 단계와, 상기 저장된 반도체 디바이스의 이미지 정보의 그레이 레벨을 이용하여 상기 반도체 디바이스의 소정 부위에 대한 높이를 산출하는 단계와, 상기 산출결과를 출력하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 소정 부위는 상기 반도체 디바이스에 형성된 복수의 솔더 볼이고, 상기 산출단계는 상기 반도체 디바이스의 이미지 정보의 그레이 레벨을 이용하여 상기 각각의 솔더 볼의 중심을 탐색하는 단계와, 상기 탐색된 각각의 솔더 볼의 중심을 기준으로 8방향의 솔더 볼의 지름과 그레이 레벨을 측정하는 단계와, 상기 각각의 솔더 볼에 대하여 8방향에서 측정한 지름과 그레이 레벨을 비교하는 단계와, 상기 각각의 솔더 볼에 대하여 8개의 지름중에서 가장 작은 지름을 선택하는 단계와, 상기 각각 선택된 지름들중에서 가장 큰 지름을 기준으로 하여, 상기 반도체 디바이스에 형성된 복수의 솔더 볼의 상대 높이를 산출하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도1은 본 발명에 따른 반도체 디바이스의 외관 검사장치의 일실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도2는 도1의 검사장치에 있어서 반도체 디바이스의 솔더 볼(solder ball)에 조사되는 광 빔(light beams)의 경로를 도시한 도면이다.
도3a는 솔더 볼의 높이 변화에 따라 3차원 센서에서 촬상된 이미지의 그레이 레벨(gray level)의 변화를 나타내는 도면이다.
도3b는 서로 다른 높이를 갖는 솔더 볼을 3차원 센서로 촬상한 때에 높이 차에 따라 촬상 이미지의 그레이 레벨의 변화를 나타내는 도면이다.
도4a 내지 도4d는 솔더 볼의 이미지 패턴에 따른 외관모양을 나타낸 도면이다.
도5는 본 발명에 따른 외관 검사장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도6a는 도5의 검사장치에 있어서 반도체 디바이스의 솔더 볼에 조사되는 광 빔의 경로를 도시한 도면이다.
도6b는 도5의 검사장치에 있어서 반도체 디바이스의 리드에 조사되는 광 빔의 경로를 도시한 도면이다.
도7은 서로 다른 높이를 갖는 리드를 3차원 센서로 촬상한 때에 높이 차에 따라 촬상 이미지의 그레이 레벨의 변화를 나타내는 도면이다.
도8은 본 발명에 따른 장치에 의한 외관 검사방법의 흐름을 나타낸 도면이다.
도9는 본 발명에 따라 촬상 이미지의 그레이 레벨에 따른 솔더 볼의 높이를 환산하는 방법의 흐름을 나타내는 도면이다.
도10은 본 발명에 따라 촬상 이미지의 지름을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도11은 촬상 이미지의 지름과 그레이 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다.
도12는 피검사체의 촬상 이미지를 모니터에 디스플레이한 화면의 일예이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 마이컴 12 : 광원 드라이버
13, 24 : 광원 14 : 빔 스프리터
15 : 3차원 센서 16 : 모니터
17 : 프린터 18 : 메모리
19 : 인터페이스장치 20 : 제어컴퓨터
22 : 스테이지 23 : 트레이
30 : 반도체 패키지 31 : 솔더 볼
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 디바이스의 외관 검사장치 및 그 검사방법에 대하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 반도체 디바이스의 외관 검사장치의 일실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
동 도면에 도시한 바와 같이, 피검사물인 반도체 디바이스로서 복수의 반도체 패키지(30)가 트레이(23)내에 탑재되어 있고, 이 트레이(23)는 스테이지(22)상에 놓여 있다. 여기서, 상기 반도체 패키지로서는 BGA(Ball Grid Array) 및 마이크로 BGA(micro Ball Grid Array) 반도체 패키지나, PGA(Pin Grid Array) 반도체 패키지 또는 CSP(Chip Scale Packaging) 등을 예시할 수 있으며, 이하에서는 BGA 및 마이크로 BGA를 위주로 하여 설명한다.
상기 트레이(23)의 상측에는 트레이(23) 내에 탑재된 반도체 패키지(30)에 수직하게 광을 조사하기 위한 조명수단이 배치되어 있으며, 상기 조명수단의 상측에는 트레이(23) 내에 탑재된 반도체 패키지(30)에서 반사된 광을 촬상하는 촬상수단으로서의 3차원 센서(15)가 배치되어 있다. 여기서, 상기 3차원 센서로서는 3차원 CCD 카메라를 사용하면 된다.
상기 조명수단은 상기 트레이(23)내에 탑재된 반도체 패키지(30)와 상기 3차원 센서(15) 사이의 일직선 상에 수직하게 배치된 LED(Light emitting diode)와 같은 복수의 광방사소자(light emitting element)로 이루어진 광원(13)과, 상기 반도체 패키지와 상기 3차원 센서(15) 사이의 일직선 상에 있어서 상기 광원(13)과 수직한 위치에 배치되어 상기 광원(13)으로부터의 광 빔을 상기 반도체 패키지(30)가 탑재된 트레이(23) 측으로 수직하게 반사시키고 상기 반도체 패키지(30)측에서 반사된 광을 투과시키는 빔 스프리터(beam splitter)(14)로 구성되어 있다.
상기 트레이(23)에 탑재된 반도체 패키지(30)에는 솔더 볼(solder ball)(31)이 형성되어 있다. 상기 광원(13)에서 방사된 광 빔은 빔 스프리터(14)를 통해서 상기 트레이(23)의 반도체 패키지(30)에 입사되어 이 반도체 패키지(30)에서 반사된다. 상기 반도체 패키지(30)에서 반사되어 상기 빔 스프리터(14)를 통과한 광 빔이 상기 3차원 센서(15)에서 수광됨에 따라 상기 3차원 센서(15)에 의하여 상기 반도체 패키지(30)의 이미지가 촬상된다. 여기서, 상기 3차원 센서(15)에 의해서는 각 반도체 패키지 단위로 이미지가 촬상되도록 되어 있다.
그리고, 상기 3차원 센서(15)에 의하여 촬상된 이미지는 마이컴(11)을 통해서 메모리(18)에 저장된다. 상기 마이컴(11)에는 사용자에 의하여 검사장치의 전체적인 제어를 위한 제어 컴퓨터(20)가 인터페이스 장치(19)를 통해서 연결되어 있다.
상기 마이컴(11)은 상기 메모리(18)에 저장된 이미지의 그레이 레벨에 근거하여 상기 반도체 패키지(30)에 형성된 인접하는 솔더 볼(31)간의 피치와 각 솔더 볼의 폭 및 상기 솔더 볼의 높이를 산출한다. 상기 마이컴(11)에 의하여 산출된 솔더 볼 간의 피치와 각 솔더 볼의 폭에 의하여 솔더 볼의 어긋남(misalignment) 및 솔더 볼의 미싱(missing)을 판정할 수 있다.
상기 마이컴(11)에 의하여 판정된 내용 및 솔더 볼의 높이는 상기 제어컴퓨터(20)의 제어에 따라 인터페이스 장치(19) 및 제어 컴퓨터(20)를 통해서 모니터(16) 및 프린터(17)로 출력된다.
상기 광원(13)은 마이컴(11)의 제어에 따라 광원 드라이버(12)에 의하여 구동되며, 상기 3차원 센서(15)와 빔 스프리터(14) 및 광원(13)이 하나의 모듈 형태로 구성되어 상기 마이컴(11)의 제어에 따라 상기 이송서보(21)에 의하여 이송되도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 디바이스의 외관 검사장치의 동작을 설명한다.
먼저, 사용자가 제어컴퓨터(20)를 통하여 검사장치에 3차원 이미지 촬영동작을 수행하도록 제어신호를 출력하면, 상기 제어신호가 인터페이스 장치(19)를 통하여 마이컴(11)에 입력된다.
상기 마이컴(11)은 상기 제어컴퓨터(20)의 제어신호 입력에 따라 광원 드라이버(12)와 3차원 센서(15) 및 이송서보(21)에 소정의 제어신호를 출력한다. 상기 이송서보(21)는 상기 마이컴(11)의 제어신호에 따라 상기 3차원 센서(15)와 빔 스프리터(14) 및 광원(13)으로 구성되는 모듈을 초기 위치로 이송시킨다. 그후, 상기 광원 드라이버(12)는 상기 마이컴(11)의 제어신호에 의하여 광원(13)을 구동한다. 따라서, 상기 광원(13)에서 방사된 광 빔은 빔 스프리터(14)를 통해서 반도체 패키지(30)에 수직하게 조사된다.
이와 같이 반도체 패키지(30)에 광 빔이 조사되는 상태에서 상기 마이컴(11)에 의하여 온(ON) 상태로 제어된 3차원 센서(15)는 상기 반도체 패키지(30)에서 반사되어 상기 빔 스프리터(14)를 통해서 입사되는 광 빔을 수광하여 상기 반도체 패키지(30)의 이미지를 촬상하게 된다. 상기 3차원 센서(15)에 의하여 촬상된 이미지는 소정 바이트의 프레임 형태로 마이컴(11)으로 전송된다.
여기서, 상기 3차원 센서(15)와 빔 스프리터(14) 및 광원(13)으로 구성되는 모듈은 상기 마이컴(11)의 제어에 따라서 상기 이송서보(21)에 의하여 반도체 패키지(30) 단위로 이송되며, 상기 3차원 센서(15)는 반도체 패키지(30) 단위로 하나씩 촬영하게 된다.
상기, 마이컴(11)은 상기 3차원 센서(15)에서 입력되는 이미지 데이터를 메모리(18)에 저장한다. 그후, 상기 마이컴(11)은 상기 메모리(18)에 저장된 이미지의 그레이 레벨에 근거하여 상기 반도체 패키지(30)에 형성된 인접하는 솔더 볼(31)간의 피치와 각 솔더 볼의 폭 및 상기 솔더 볼의 높이를 산출한다. 상기 마이컴(11)에 의하여 산출된 솔더 볼 간의 피치와 각 솔더 볼의 폭에 의하여 솔더 볼의 어긋남 및 솔더 볼의 미싱(missing)을 판정할 수 있다. 상기 마이컴(11)에 의하여 판정된 내용 및 솔더 볼의 높이는 상기 제어컴퓨터(20)의 제어에 따라 인터페이스 장치(19) 및 제어 컴퓨터(20)를 통해서 모니터(16) 및 프린터(17)로 출력된다.
도2는 도1의 검사장치에 있어서 반도체 디바이스의 솔더 볼에 조사되는 광 빔의 경로를 도시한 도면이다. 광 빔이 빔 스프리터(14)를 통해서 상기 반도체 패키지(30)의 솔더 볼(31)에 대하여 수직하게 입사되므로 그림자에 의한 영향을 받지 않는다. 이에 따라 3차원 센서(15)에 의하여 반도체 패키지(30)의 표면상태에 대한 정확한 이미지를 촬영할 수 있게 된다.
도3a는 솔더 볼의 높이 변화에 따라 3차원 센서에서 촬상된 이미지의 그레이 레벨의 변화를 나타내는 도면이다. 중앙의 흰 부분은 솔더 볼에서 반사되어 3차원 센서에서 수광되는 광 빔의 양이 많은 부분으로, 3차원 센서에 의하여 촬상된 이미지의 그레이 레벨이 높은 값을 갖는다. 그리고, 솔더 볼의 중앙에서 외측으로는 점점 검정색에 가깝게 도시되어 있는데, 이는 솔더 볼의 중앙에서 외측으로 진행함에 따라 그곳에서 반사되어 3차원 센서에 수광되는 광 빔의 양이 적어지게 되어 3차원 센서(15)에 의하여 촬상된 이미지의 그레이 레벨이 점점 낮은 값을 갖게 되기 때문이다. 여기서, 상기 이미지는 픽셀단위로 구성되며 각 픽셀의 그레이레벨을 8비트로 표현할 경우, 상기 솔더 볼의 중앙에 대응하는 이미지의 픽셀 값은 255에 근접하는 값을 갖게 되고, 상기 솔더 볼의 외주에 대응하는 이미지의 픽셀 값은 0에 근접하는 값을 갖게 된다.
도3b는 서로 다른 높이를 갖는 솔더 볼을 3차원 센서로 촬상한 때에 높이 차에 따라 촬상 이미지의 그레이 레벨의 변화를 나타내는 도면이다. 도면의 좌측과 같이 높이가 더 높은 솔더 볼을 3차원 센서(15)로 촬상한 이미지는, 우측 도면의 높이가 더 낮은 솔더 볼을 3차원 센서(15)로 촬상한 이미지에 비하여 중앙의 흰 부분이 더 넓게 나타나게 된다. 따라서, 서로 다른 높이를 갖는 솔더 볼에 대하여 3차원 센서로 촬상한 이미지는 서로 다른 그레이 레벨을 갖게 되는 것을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 3차원 센서로 촬상한 이미지는 솔더 볼에서 반사되어 3차원 센서(15)에 수광되는 광 빔의 양에 따라서 각각 다른 그레이 레벨로 나타나기때문에 솔더 볼의 높이에 따라서 그레이 레벨의 차이가 나타나는 것을 알 수 있다.
도4a 내지 도4d는 솔더 볼의 이미지 패턴에 따른 외관모양을 나타낸 도면이다. 도4a는 도면의 우측과 같이 정상적인 솔더 볼을 3차원 센서에 의하여 촬상한 경우에 솔더 볼의 이미지(도면의 좌측)를 개략적으로 나타낸 것으로, 중앙의 흰 부분이 전체적으로 균일한 형태를 이루고 있으며, 외측으로 갈수록 점점 검정색에 가깝게 변화되고 있음을 알 수 있다. 도4b는 중앙 부분이 고르지 못한 솔더 볼(도면의 우측)을 3차원 센서에 의하여 촬상한 경우에 솔더 볼의 이미지(도면의 좌측)를 개략적으로 나타낸 것으로, 중앙의 흰 부분이 균일하지 않은 형태를 이루고 있다. 도4c는 기형(deformation)인 솔더 볼(도면의 우측)을 3차원 센서에 의하여 촬상한 경우에 솔더 볼의 이미지(도면의 좌측)를 개략적으로 나타낸 것으로, 솔더 볼 외주의 이미지 형상이 균일하지 않은 형태를 이루고 있다. 도4d는 정상적인 솔더 볼과 미싱(missing) 솔더 볼을 각각 3차원 센서에 의하여 촬상한 경우에 각각의 솔더 볼에 대한 이미지를 비교하여 개략적으로 도시한 것으로, 미싱 솔더 볼의 경우에는 그 이미지에 흰 부분이 없고 전체적으로 어두운 색을 띄는 형태를 이루고 있다.
도5는 본 발명에 따른 외관 검사장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 동 도면에서 도1의 실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이며, 이하에서는 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예의 외관 검사장치에 있어서 도1의 실시예와 다른 점은 피검사물인 반도체 디바이스에 대하여 소정 각도로 경사진 광을 조사하기 위한 복수의 LED로구성된 광원(24)이 빔 스프리터(14)의 하방에서 상기 빔 스프리터를 통과하는 광 빔의 광로와 어긋나게 배치되어 있는 것이다. 상기 광원(24)은 3차원 센서(15)에서 수광되는 광 빔의 양을 증가시킴으로써, 피검사물인 반도체 디바이스의 형상에 대한 보다 정밀한 이미지를 얻기 위하여 배치한 것이다. 여기서, 상기 복수개의 광원(24)은 일정 각도로 내측을 향하여 경사진 모양(즉 역 V자 형상)의 3단 환형으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 광원(13) 및 빔 스프리터(14)에 의하여 수직한 광 빔이 피검사물인 반도체 디바이스에 조사됨과 동시에, 광원(24)에 의하여 내측으로 경사진 광 빔이 피검사물인 반도체 디바이스에 조사된다.
도6a 및 도6b는 도5의 검사장치에 있어서 각각 피검사물인 반도체 디바이스의 솔더 볼 및 리드에 조사되는 광 빔의 경로를 도시한 도면이다. 수직 입사 광 빔과 경사 입사 광 빔이 솔더 볼 및 리드에 입사되는 형상을 나타내는 것으로, 이와 같이 솔더 볼 및 리드에서 반사된 광 빔이 3차원 센서(15)에 수광되는 양은 도1의 장치에 비하여 증가하게 된다.
도7은 서로 다른 높이를 갖는 리드를 3차원 센서로 촬상한 때에 높이 차에 따라 촬상 이미지의 그레이 레벨의 변화를 나타내는 도면이다. 도면의 좌측과 같이 높이가 더 높은 리드를 3차원 센서(15)로 촬상한 이미지는 도면의 우측과 같이 높이가 더 낮은 리드를 3차원 센서(15)로 촬상한 이미지에 비하여 그 폭이 더 넓게 분포된다(W1＞W2). 따라서, 서로 다른 높이를 갖는 리드의 이미지도 서로 다른 그레이 레벨을 갖는 것을 알 수 있다.
본 실시예의 검사장치에 의하여 3차원 센서에서 촬상되는 솔더 볼의 이미지 패턴은 도1의 검사장치에 의하여 촬영한 이미지 패턴과 마찬가지의 형상이며, 다만 전체적인 이미지의 그레이 레벨만이 높게 나타난다는 것은 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도8은 본 발명에 따른 장치에 의한 외관 검사방법의 흐름을 나타낸 도면이다.
먼저, 스텝 100에서 마이컴(11)은 촬영개시영역(n=1) 및 촬영종료영역(n=m)이 설정되어 있는지를 판단하여, 촬영개시영역(n=1)이 설정되어 있는 경우에 스텝 200에서 제어 컴퓨터(20)로부터 촬영개시신호가 입력되는지를 판단한다.
상기 스텝 200에서 제어컴퓨터(20)로부터 인터페이스장치(19)를 매개로 촬영개시신호가 입력되면, 상기 마이컴(11)은 광원을 구동하도록 광원 드라이브(12)를 제어함과 동시에, 광원과 빔 스프리터 및 3차원 센서로 이루어진 모듈을 스텝 200에서 설정되어 있는 촬영개시영역(n=1)으로 이동시키도록 이송서보(21)를 제어한다. 그후, 상기 모듈이 촬영개시영역(n)으로 이동된 상태에서, 상기 마이컴(11)은 촬영개시영역(n=1)을 상기 3차원 센서(15)로 촬영하도록 제어하고, 3차원 센서(15)로 촬상한 이미지 데이터를 메모리(18)에 저장한다(스텝 300).
다음에, 스텝 400에서 마이컴(11)은 스텝 300에서 촬영한 영역(n)이 기 설정되어 있는 촬영 종료영역(m)인지를 판단하여, 촬영 종료영역(m)이 아닌 경우에는 스텝 500으로 진행하여 촬영역역을 1증가시키고 이 증가된 촬영영역(n=n+1)으로 광원과 빔 스프리터 및 3차원 센서로 이루어진 모듈을 이동시키도록 이송서보(21)를 제어한다. 그후, 상기 모듈이 촬영영역(n=n+1)으로 이동된 상태에서, 상기 마이컴(11)은 촬영영역(n=n+1)을 상기 3차원 센서(15)로 촬영하도록 제어하고(스텝 300), 상기한 스텝 400으로 진행한다.
한편, 상기한 스텝 400에서 현재 촬영영역(n)이 촬영종료영역(m)인 것으로 판단되면, 마이컴(11)은 촬영동작을 중지하고(스텝 600), 상기 촬영되어 저장된 m개 영역의 이미지를 순차적으로 독출하여 해당 이미지의 그레이 레벨로부터 실제 촬영영역에 대한 높이를 산출한다(스텝 700).
그후, 상기 마이컴(11)은 상기 스텝 700에서 각각의 이미지와 이 이미지에 대하여 산출된 높이에 대한 데이터를 인터페이스 장치(19)를 통해서 제어컴퓨터(20)로 전달하고, 이 전달된 이미지 및 데이터는 제어컴퓨터(20)의 제어에 의하여 모니터(16) 또는 프린터(17)로 출력된다(스텝 800).
도9는 상기한 도8의 스텝 700에 있어서, 피검사물이 솔더 볼을 가진 반도체 패키지인 경우에, 본 발명에 따라 촬상 이미지의 그레이 레벨에 따라 솔더 볼의 높이를 환산하는 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 마이컴(11)은 상기 촬영되어 저장된 첫번째 촬영영역(n=1)의 이미지[즉, 첫 번째 반도체 패키지의 이미지]를 독출하고(스텝 710), 이 이미지 정보의 그레이 레벨을 이용하여 첫번째 솔더 볼(s=1)의 중심을 탐색한다(스텝 715).
그후, 상기 탐색된 솔더 볼의 중심을 기준으로 도 10에 도시한 바와 같이 8방향의 솔더 볼의 지름과 그레이 레벨을 측정한다(스텝 720).
상기 각 솔더 볼의 8방향에 대하여 측정한 지름들과 그레이 레벨들을 비교한다(스텝 725). 여기서, 정상적인 솔더 볼에 대한 촬상 이미지의 지름과 그레이 레벨의 관계는 도11에 도시한 바와 같이 나타난다. 상기 8개의 지름 중에서 가장 작은 지름을 선택하고 이 선택된 지름을 해당 솔더 볼의 대표 지름으로 설정한다(스텝 730).
그후, 마이컴(11)은 스텝 740에서 해당 솔더 볼(s)이 해당 반도체 패키지의 마지막 솔더 볼(k번째 솔더 볼)인지를 판단하여, 해당 솔더 볼(s)이 k번째 솔더 볼이 아닌 것으로 판단되면 스텝 745를 경유하여 상기한 스텝 715로 진행하여 다음의 솔더 볼(s=s+1)에 대하여 상기한 스텝 715~730을 수행한다.
한편, 상기 스텝 740에서 해당 솔더 볼(s)이 k번째 솔더 볼인 것으로 판단되면, 마이컴(11)은 k개의 솔더 볼의 대표 지름 중에서 가장 큰 지름을 기준으로 하여, k개의 솔더 볼 각각에 대한 상대 높이를 산출한다(스텝 750).
그후, 상기 마이컴(11)은 해당 촬상영역(n)의 이미지 및 상기 스텝 750에서 산출된 높이 데이터를 인터페이스 장치(19)를 통해서 제어컴퓨터(20)로 전달한다. 상기와 같이 제어컴퓨터(20)에 전달된 촬상 이미지는 모니터에서 도12와 같이 출력된다.
그후, 상기 마이컴(11)은 스텝 760에서 현재 촬상영역(n)의 이미지가 최종 촬상영역(m)(마지막 반도체 패키지)의 이미지인지를 판단하여, 최종 촬상영역(m)의 이미지가 아닌 경우에는 스텝 765를 경유하여 상기한 스텝 710으로 진행하여 다음의 촬상영역(n=n+1)에 대하여 상기한 스텝 710~755의 동작을 반복한다.
이에 따라, 감시장치 관리자는 모니터의 화면 또는 프린팅 내용을 보고 반도체 패키지의 이미지 및 높이 데이터 등에 의하여 반도체 패키지의 외관을 정밀하게 확인할 수 있게 된다.
상기한 실시예에서는 복수의 피검사물이 트레이내에 탑재되어 있는 것으로 설명하였지만, 복수의 피 검사물이 릴 테이프(reel tape)상에 배치되어 있어도 상기한 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다는 것은 당업자에게는 당연한 것이다.
또한, 상기한 실시예에서는 3차원 카메라와 광원 및 빔 스프리터가 조립된 모듈이 이송 서보에 의하여 이동되는 것으로 설명하였지만, 상기 모듈을 이동시키지 않고 피검사물이 배치된 트레이 또는 릴 테이프를 이송시키도록 구성하여도 상기한 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다는 것은 당업자에게는 당연한 것이다.
한편, 본 발명은 상기에서 예시적으로 설명한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다. 당업자에 의하여 실시 가능한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 명심해야 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 피검사물의 촬상 이미지로부터 피검사물의 표면상태 뿐만 아니라 피검사물의 높이를 환산함으로써 피검사물에 대한3차원적인 외관 검사를 보다 정확하게 행할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 광원에 의한 조사광을 빔 스프리터에 의하여 피검사물에 수직으로 조사하므로 트레이의 그림자에 의한 영향을 받지 않기 때문에, 피검사물에 대한 3차원적인 외관 검사의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수의 피검사물이 탑재된 트레이를 스테이지에 놓은 상태에서 상기 복수개의 피검사물을 하나씩 연속적으로 촬영하므로, 종래에 스테이지에 피검사물을 하나씩 올려놓고 검사하는 방식에 비하여 피검사물의 손상을 억제할 수 있으며 또한 검사시간을 단축할 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 피검사물인 반도체 디바이스의 상측에서 수직하게 광을 조사하는 조명수단과,
    상기 반도체 디바이스의 상측에 배치되어 상기 반도체 디바이스에서 반사된 광을 촬상하는 3차원 촬상수단과,
    상기 촬상수단에 의하여 촬상된 이미지를 저장하는 이미지저장수단과,
    상기 이미지저장수단에 저장된 이미지의 그레이 레벨에 근거하여 상기 반도체 디바이스의 소정 부위의 높이를 산출하는 산출수단과,
    상기 이미지저장수단에 저장된 이미지와 상기 산출수단에 의하여 산출된 결과데이터를 출력하는 출력수단과,
    상기 각 수단을 제어하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 외관 검사장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 조명수단은, 상기 피검사물인 반도체 디바이스와 상기 촬상수단 사이의 일직선 상에 수직하게 배치된 광원과,
    상기 피검사물인 반도체 디바이스와 상기 촬상수단 사이의 일직선 상에 있어서 상기 광원과 수직한 위치에 배치되어 상기 광원으로부터의 광을 상기 반도체 디바이스 측으로 수직 반사시키고 상기 반도체 디바이스측에서 반사된 광을 투과시키는 광학수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 외관 검사장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 조명수단은 상기 광학수단의 하부에 배치되어 상기 반도체 디바이스에 대하여 소정 각도로 경사진 광을 조사하기 위한 환형상의 광원을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 외관 검사장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 촬상수단과 광학수단 및 광원이 하나의 모듈로 구성되고, 이 모듈을 상기 제어수단의 제어에 따라 이송시키는 이송수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 외관 검사장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 반도체 디바이스는 복수 개가 트레이에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 외관 검사장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 반도체 디바이스의 특정 부위는 솔더 볼, 리드, 범프인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 외관 검사장치.
  7. 피검사물인 반도체 디바이스에 수직 광을 조사하는 단계와,
    촬상수단에 의하여 촬상된 상기 반도체 디바이스의 이미지 정보를 저장수단에 저장하는 단계와,
    상기 저장된 반도체 디바이스의 이미지 정보의 그레이 레벨을 이용하여 상기반도체 디바이스의 특정 부위에 대한 높이를 산출하는 단계와,
    상기 판정결과와 상기 산출결과를 출력하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 반도체 디바이스의 외관 검사방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 특정 부위는 상기 반도체 디바이스에 형성된 복수의 솔더 볼이고,
    상기 산출단계는, 상기 반도체 디바이스의 이미지 정보의 그레이 레벨을 이용하여 상기 각각의 솔더 볼의 중심을 탐색하는 단계와,
    상기 탐색된 각각의 솔더 볼의 중심을 기준으로 8방향의 솔더 볼의 지름과 그레이 레벨을 측정하는 단계와,
    상기 각각의 솔더 볼에 대하여 8방향에서 측정한 지름과 그레이 레벨을 비교하는 단계와,
    상기 각각의 솔더 볼에 대하여 8개의 지름 중에서 가장 작은 지름을 선택하는 단계와,
    상기 각각 선택된 지름들 중에서 가장 큰 지름을 기준으로 하여, 상기 반도체 디바이스에 형성된 복수의 솔더 볼의 상대 높이를 산출하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 외관 검사방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100796736B1 (ko) * 2007-02-26 2008-01-22 (주)제이티 반도체디바이스의 검사방법
KR101133981B1 (ko) * 2010-02-04 2012-04-05 주식회사 고영테크놀러지 기판 검사방법
TWI677934B (zh) * 2018-02-06 2019-11-21 南韓商英泰克普拉斯有限公司 半導體器件外觀檢查裝置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62127652A (ja) * 1985-11-29 1987-06-09 Toshiba Corp 半導体ウエハの表面欠陥検査装置
US5659390A (en) * 1995-02-09 1997-08-19 Inspex, Inc. Method and apparatus for detecting particles on a surface of a semiconductor wafer having repetitive patterns
JPH1012683A (ja) * 1996-06-25 1998-01-16 Fujitsu Ltd 半導体装置の表面検査装置及び表面検査方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62127652A (ja) * 1985-11-29 1987-06-09 Toshiba Corp 半導体ウエハの表面欠陥検査装置
US5659390A (en) * 1995-02-09 1997-08-19 Inspex, Inc. Method and apparatus for detecting particles on a surface of a semiconductor wafer having repetitive patterns
JPH1012683A (ja) * 1996-06-25 1998-01-16 Fujitsu Ltd 半導体装置の表面検査装置及び表面検査方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100796736B1 (ko) * 2007-02-26 2008-01-22 (주)제이티 반도체디바이스의 검사방법
KR101133981B1 (ko) * 2010-02-04 2012-04-05 주식회사 고영테크놀러지 기판 검사방법
TWI677934B (zh) * 2018-02-06 2019-11-21 南韓商英泰克普拉斯有限公司 半導體器件外觀檢查裝置

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