KR200176165Y1 - 3디센서를 이용한 아이시 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관및 대미지 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 3D 센서의 하부에 배치된 빔 스프리터를 통해 광원의 조사광을 반도체 패키지에 수직으로 조사하고 트레이에 탑재된 복수개의 반도체 패키지를 하나씩 면적단위로 촬영하여 그 촬영된 이미지의 그레이(Gray) 레벨값 변화에 따라 솔더 볼의 3차원적인 외관 및 반도체 패키지의 표면상태를 검사하는 3D 센서를 이용한 IC 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관 및 대미지 검사 장치에 관한 것이다.

본 고안의 검사 장치는 트레이상에 배치된 반도체 패키지에 대해 수직방향으로 설치되어 상기 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼 높이에 따라 각각 다른 양으로 반사되는 빛을 촬영하고 반사되는 빛의 양에 따라 각각 다른 그레이 레벨을 나타내는 촬영 이미지를 소정 바이트 프레임 형태로 출력하는 3D 센서(15)와, 상기 3D 센서로부터 출력된 반도체 패키지의 이미지 데이터를 입력하고 각각의 그레이 레벨에 따른 실물의 높이를 환산하여 모니터(16)와 프린터(17)로 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼의 영상 이미지 및 실물 높이를 출력시키는 마이컴(11)과, 상기 마이컴의 제어에 의해 광원(13)을 구동하는 광원 드라이버(12)와, 상기 3D 센서에 의해 촬영될 반도체 패키지를 수직으로 조명하기 위해 3D 센서(15)와 트레이(23)사이에 배치되며 측방의 광원(13)으로부터 조사광을 받아 반투과시키는 빔 스프리터(14)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

3디센서를 이용한 아이시 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관 및 대미지 검사 장치{The apparatus for inspecting three dimensional outside and damage of IC and the patterned wafer using a 3D sensor}

본 고안은 3D 센서를 사용하여 IC 및 패턴드 웨이퍼의 외관 및 대미지를 검사하는 장치에 관한 것으로서, 특히, 피검사물에 수직으로 조사되는 조명에 의해 피검사물의 높이에 따라 다른 양으로 반사되는 빛을 3D 센서로 촬영하고 촬영된 이미지의 그레이 레벨을 높이로 환산함으로써 3차원적인 외형을 검사하는 3D센서를 이용한 IC 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관 및 대미지 검사 장치에 관한 것이다.

최근 반도체 제조기술의 발달로 인해 반도체 패키지의 모양이 점점 복잡 다양해지고 있다. 이러한 반도체는 패키지의 경미한 불량에 의해서도 그 특성이 변형되기 때문에 이러한 불량을 검사하기 위한 장비가 절실하게 요구되어 왔다.

일반적으로 많이 사용되고 있는 검사 장치로는 예를 들면 레이저를 이용한 IC 외관 검사 장치가 있다. 레이저를 이용한 IC 외관 검사 장치는 복수개의 IC를 트레이(tray)에 탑재하고 상기 IC가 탑재된 트레이 전체를 한꺼번에 직선 스캔하는 방식으로 레이저 빔을 조사하고 반사되는 레이저 빔을 검출하여 IC의 3차원적인 외관을 검사하는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 레이저를 이용한 IC 외관 검사 장치는 상기 트레이의 재질이 플라스틱으로 되어 있으므로 조사 과정에서 레이저 빔에 의해 쉽게 용해되어 증기를 발생시키게 되고 이러한 플라스틱의 용해에 의한 증기는 IC 주위를 오염시켜 검사시간을 지연시키는 문제점이 있다.

또한 레이저를 이용한 IC 외관 검사 장치는 레이저 빔이 일정 간격으로 나뉘어져 조사되므로 3차원 이미지 측정에 있어서 정밀도가 떨어지며, 상기와 같이 일정간격으로 트레이 전체를 직선 스캔하도록 레이저 빔을 조사하기 때문에 트레이에 탑재되어 있는 반도체 패키지들은 일직선상에 위치되어야 한다. 이를 위해 종래의 레이저를 이용한 IC 외관 검사장치는 트레이를 흔들어 위치 정렬을 시키기 위한 별도의 장치가 필요하고 트레이의 반도체 패키지를 위치 정렬시키는 별도의 공정이 필요한 문제점이 있다.

상기 레이저를 이용한 IC 외관 검사 장치 이외에 사용되는 것으로는 카메라를 이용한 IC 외관 검사 장치가 있으며 그 일예로 미국특허 제5,828,449호가 있다.

상기 미국특허 제5,828,449호에서는 링(ring) 조명장치를 구비한 카메라를 이용한 IC 외관 검사 장치를 보여주고 있다.

상기 링 조명장치는 소정 각도로 아랫방향을 향하고 있는 복수개의 광원들로 구성되고 조명검출장치의 하부에 배치되어 검사하고자 하는 IC를 전체적으로 조사하도록 이루어져 있다.

그러나, 상기와 같은 링 조명장치를 사용하여 솔더 볼을 조사할 경우 솔더 볼의 중앙 부분과 가장자리 부분에는 빛이 조사되지 않고 솔더 볼의 측면에만 조사되기 때문에 정확한 이미지 측정이 어렵고, 측정된 솔더 볼 이미지의 넓이 차이에 의해 높이를 추정할 뿐이며 정확한 높이를 측정하는데는 어려움이 있었다.

또, 상기와 같이 정확한 이미지 측정의 어려움으로 인해 IC 또는 패턴드 웨이퍼 표면의 균열 상태 등을 파악할 수 없었다.

또한, 상기의 IC 외관 검사 장치는 링 조명장치가 측면에서 조사하므로 트레이에 탑재된 IC가 트레이의 그림자에 가려지게 된다. 이러한 트레이 그림자의 영향을 피하기 위해 트레이에 탑재되어 있는 IC를 하나씩 검사 장치로 옮겨 놓고 촬영하게 되는데, 검사를 위해 IC를 트레이에서 검사 장치로 옮기고 검사 후 다시 트레이로 옮기는 조작 과정에서 IC의 파손이 발생될 수 있고, 상기 과정에 의해 검사 시간이 지연되는 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 3D 센서의 하부에 배치된 빔 스프리터에 의해 그 측방의 광원으로부터의 조사광을 검사하고자 하는 반도체 패키지에 수직으로 조사하고, 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼 높이에 따라 다른 양으로 반사되는 빛을 3D 센서로 촬영하여 촬영된 이미지의 그레이 레벨을 통해 높이를 환산함으로써 3차원적인 외관 검사를 하고, 촬영된 영상 이미지를 통해 표면상태를 정확히 파악하도록 한 3D센서를 이용한 IC 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관 및 대미지 검사 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 의한 3D 센서를 이용한 IC 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관 및 대미지 검사 장치의 구성도,

도 2는 솔더 볼에 빛이 조사된 경우의 빛의 경로를 나타내는 도면,

도 3a는 그레이 레벨 변화에 따른 솔더 볼의 높이를 나타내는 도면,

도 3b는 서로 다른 그레이 레벨을 갖는 솔더 볼들간의 높이차를 나타내는 도면,

도 4a 내지 도 4c는 솔더 볼의 이미지 형태에 따른 외관 모양을 각각 나타내는 도면.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 마이컴 12 : 광원 드라이버

13 : 광원 14 : 빔 스프리터

15 : 3D 센서 16 : 모니터

17 : 프린터 18 : 메모리

19 : 인터페이스 장치 20 : 제어컴퓨터

23 : 트레이 30 : 반도체 패키지

31 : 솔더 볼

상기 목적을 이루기 위해, 본 고안의 3D센서를 이용한 IC 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관 및 대미지 검사 장치는 트레이상에 배치된 반도체 패키지에 대해 수직방향으로 설치되어 상기 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼 높이에 따라 각각 다른 양으로 반사되는 빛을 촬영하고 반사되는 빛의 양에 따라 각각 다른 그레이 레벨을 나타내는 촬영 이미지를 소정 바이트 프레임 형태로 출력하는 3D 센서와, 상기 3D 센서로부터 출력된 반도체 패키지의 이미지 데이터를 입력하고 각각의 그레이 레벨에 따른 실물의 높이를 환산하여 모니터와 프린터로 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼의 영상 이미지 및 실물 높이를 출력시키는 마이컴과, 상기 마이컴의 제어에 의해 광원을 구동하는 광원 드라이버와, 상기 3D 센서에 의해 촬영될 반도체 패키지를 수직으로 조명하기 위해 3D 센서와 트레이사이에 배치되며 측방의 광원으로부터 조사광을 받아 반투과시키는 빔 스프리터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 의한 3D 센서를 이용한 IC 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관 및 대미지 검사 장치의 구성도이다.

도면과 같이 3D 센서를 이용한 IC 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관 검사 장치는 트레이 또는 릴 테이프(Reel Tape)상에 배치된 반도체 패키지에 대해 수직방향으로 설치되어 조명에 의해 반도체 패키지의 표면 및 솔더 볼 높이에 따라 다른 양으로 반사되는 빛을 촬영하는 3D 센서(15)와, 상기 3D 센서에 의해 촬영된 솔더 볼 높이에 따라 다른 그레이 레벨을 갖는 반도체 패키지의 이미지 데이터를 입력하고 상기 그레이 레벨에 따른 실물의 높이를 환산하여 모니터(16)와 프린터(17)로 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼의 영상 이미지 및 실물 높이를 출력하는 마이컴(11)과, 상기 마이컴의 제어에 의해 광원(13)을 구동하는 광원 드라이버(12)와, 상기 3D 센서에 의해 촬영될 반도체 패키지를 수직으로 조명하기 위해 3D 센서(15)와 트레이(23)사이에 배치되며 측방의 광원(13)으로부터 조사광을 받아 반투과시키는 빔 스프리터(Beam splitter)(14)를 포함하여 구성된다.

또, 상기 마이컴(11)에는 3D 센서에 의해 촬영된 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼의 영상 이미지 및 실물 높이를 출력하기 위한 모니터(16)와 프린터(17)가 연결되며, 상기 마이컴(11)의 자체 프로그램이 저장되어 있는 메모리(18)와, 사용자에 의해 검사 장치의 전체적인 제어를 위한 제어컴퓨터(20)가 인터페이스 장치(19)를 통하여 연결되어 있다.

상기 빔 스프리터의 하부에는 검사하기 위한 복수개의 반도체 패키지가 탑재된 트레이(23)를 올려놓는 선반(22)이 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 3D 센서를 이용한 IC 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관 및 대미지 검사 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 사용자가 제어컴퓨터(20)를 통해 검사장치에 3차원 이미지 촬영동작을 수행하도록 제어신호를 출력하면 상기 제어신호가 인터페이스 장치(19)를 통하여 마이컴(11)으로 입력된다.

마이컴(11)은 상기 제어컴퓨터(20)의 제어신호 입력에 따라 광원 드라이버(12) 및 3D 센서(15)로 소정 제어신호를 출력한다. 광원 드라이버(12)는 상기 마이컴의 제어신호에 의해 광원(13)을 구동시킨다.

상기 광원 드라이버(12)에 의해 구동된 광원(13)은 조사광을 빔 스프리터(14)를 통해 반도체 패키지(30)에 수직으로 조사시킨다.

반도체 패키지에 조사광이 조사되는 상태에서 상기 마이컴(11)에 의해 온 제어된 3D 센서는 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼의 높이에 따라 각각 다른 양으로 반사되는 빛을 촬영하여 얻어진 이미지를 소정 바이트의 프레임 형태로 마이컴(11)에 전송한다.

상기에서 3D 센서(15)는 상하좌우 이동수단에 의해 이동되어 트레이 또는 릴 테이프에 탑재된 복수개의 반도체 패키지를 하나씩 면적 단위로 3차원 이미지 측정하게 된다. 상기에서 상하좌우 이동수단은 트레이에 설치될 수도 있다.

그 후, 마이컴(11)에서는 상기 3D 센서에 의해 촬영된 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼의 이미지 데이터를 입력하고 입력된 이미지 데이터의 그레이 레벨을 실물 높이로 환산하여 그의 불량여부를 사용자가 관찰할 수 있도록 촬영된 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼의 영상 이미지 및 실물 높이를 모니터(16) 및 프린터(17)로 출력시킨다.

도 2는 솔더 볼에 빛이 조사된 경우의 빛의 경로를 나타내는 도면으로서, 빔 스프리터를 통하여 수직으로 조사되는 광원(13)으로부터 조사광이 솔더 볼에 입사되는 형태를 나타낸 것이다.

도면과 같이 상기 광원(13)에 의한 조사광은 솔더 볼의 상부면과 수직으로 입사되는 것을 알 수 있다. 이러한 수직광에 의해 그림자의 영향을 받지 않고 반도체 패키지의 표면상태 및 솔더 볼의 정확한 영상 이미지를 얻을 수 있게 된다.

도 3a는 그레이 레벨 변화에 따른 솔더 볼의 높이를 나타내는 도면이다.

도면에서와 같이 중앙의 흰부분은 그레이 레벨이 256레벨로서 반사되는 빛의 양이 가장 많은 부분, 즉, 높이가 가장 높은 부분을 나타내고 가장자리의 검은부분은 그레이 레벨이 1레벨로서 반사되는 빛의 양이 가장 적은 부분, 즉, 높이가 가장 낮은 부분을 나타낸다.

상기에서 알 수 있듯이 3D 센서에 의해 측정된 이미지가 반사되는 빛의 양에 따라 각각 다른 그레이 레벨로 나타나기 때문에 각각의 그레이 레벨에 따른 높이를 환산함으로써, 피검사물의 정확한 높이 및 외관 측정이 가능하게 된다.

도 3b는 서로 다른 그레이 레벨을 갖는 솔더 볼들간의 높이차를 나타내는 도면으로서, 도면의 좌측과 같이 높이가 더 높은 솔더 볼의 이미지는 도면 우측의 높이가 더 낮은 솔더 볼의 이미지에 비해 중앙의 흰부분이 더 넓게 나타나게 된다. 따라서, 서로 다른 높이를 갖는 솔더 볼의 이미지는 도면과 같이 서로 다른 그레이 레벨을 갖는 것을 알 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 솔더 볼의 이미지 형태에 따른 외관 모양을 각각 나타내는 도면이다.

먼저, 도 4a는 정상적인 솔더 볼인 경우의 이미지를 나타내는 것으로서, 중앙의 흰부분이 전체적으로 균일한 형태를 이루고 있으며 가장자리로 갈수록 점점 짙은 색을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.

도 4b는 상부가 고르지 못한 솔더 볼인 경우의 이미지를 나타내는 것으로서, 중앙의 흰부분이 불균일한 형태를 이루고 있는 것을 알 수 있다.

또, 도 4c는 솔더 볼의 유무에 따른 이미지의 차이를 나타내는 것으로서, 좌측의 중앙에 흰부분이 있는 이미지는 솔더 볼이 존재하는 것이고, 우측과 같이 흰부분이 없고 전체적으로 회색을 띄는 것은 솔더 볼이 존재하지 않는 것을 의미한다.

상기와 같이 본 고안의 3D 센서를 이용한 IC 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관 및 대미지 검사 장치에 의하면 빔 스프리터를 이용하여 그 측방의 광원에 의한 조사광을 반도체 패키지에 수직으로 조사하고, 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼의 높이에 따라 각각 다른 양으로 반사되는 빛을 3D 센서로 촬영하여 촬영된 이미지의 그레이 레벨을 실물 높이로 환산함으로써, 솔더 볼의 정확한 높이를 측정하고 촬영된 영상 이미지를 통해 반도체 패키지의 표면상태를 정확히 파악할 수 있는 효과가 있다.

또한, 광원에 의한 조사광을 빔 스프리터에 의해 피검사물에 수직으로 조사하므로 트레이의 그림자에 의한 영향을 받지 않고, 3D 센서가 트레이에 탑재된 복수개의 반도체 패키지를 하나씩 면적 단위로 측정하므로 반도체 패키지의 파손 및 검사 시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 트레이상에 배치된 반도체 패키지에 대해 수직방향으로 설치되어 상기 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼 높이에 따라 각각 다른 양으로 반사되는 빛을 촬영하고 반사되는 빛의 양에 따라 각각 다른 그레이 레벨을 나타내는 촬영 이미지를 소정 바이트 프레임 형태로 출력하는 3D 센서(15)와, 상기 3D 센서로부터 출력된 반도체 패키지의 이미지 데이터를 입력하고 각각의 그레이 레벨에 따른 실물의 높이를 환산하여 모니터(16)와 프린터(17)로 반도체 패키지의 표면상태와 솔더 볼의 영상 이미지 및 실물 높이를 출력시키는 마이컴(11)과, 상기 마이컴의 제어에 의해 광원(13)을 구동하는 광원 드라이버(12)와, 상기 3D 센서에 의해 촬영될 반도체 패키지를 수직으로 조명하기 위해 3D 센서(15)와 트레이(23)사이에 배치되며 측방의 광원(13)으로부터 조사광을 받아 반투과시키는 빔 스프리터(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 센서를 이용한 IC 및 패턴드 웨이퍼의 3차원 외관 및 대미지 검사 장치.