KR20020004313A - 광학 문자 인식을 이용한 반도체 마킹 검사 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

여기에 광학 문자 인식을 이용한 반도체 마킹 검사 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 반도체 칩 상에 마킹된 문자열 영상을 취득하고, 취득된 마킹 문자열 영상 데이터로부터 마킹 문자열의 각 문자들에 대한 2차원 프로파일을 얻는다. 2차원 프로파일은 문자가 갖는 영상 특성으로 서로 다른 두 축 방향에 대한 히스토그램이다. 문자들의 서로 다른 두 축 방향에 대한 히스토그램의 변화율은 서로 다른 특징을 갖는데, 상기 시스템은 이를 이용하여 마킹 문자열을 인식하게 된다. 상기 시스템은 반도체 칩상에 마킹된 문자열 영상으로부터 얻어진 2차원 프로파일을 이용하여 마킹 문자열의 인쇄 상태를 검사한다. 2차원 프로파일을 이용한 본 발명의 반도체 마킹 검사 시스템에 의하면 마킹 문자의 인식 오류를 방지할 수 있고, 마킹 오류 판정에 대한 신뢰도가 향상된다.

Description

광학 문자 인식을 이용한 반도체 마킹 검사 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR INSPECTING MARKS ON SEMICONDUCTOR DEVICE USING OPTICAL CHARACTER RECOGNITION}

본 발명은 마킹 검사 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 광학 문자 인식(Optical Character Recognition)을 이용하여 반도체 칩상에 마킹된 문자열을 검사하는 반도체 마킹 검사 시스템 및 방법에 관한 것이다.

반도체 칩은 다수의 제조 공정들을 통해서 제조된다. 일반적으로 패키징(packaging process) 공정 후에는 마킹 공정(marking process)과 마킹 검사 공정(marking inspection process)이 진행된다. 마킹 공정에서는 반도체 칩상에 해당 반도체 칩의 종류 및 제품 특성을 표시하는 문자열이 기입된다. 그리고 마킹 검사 공정에서는 반도체 칩상에 마킹된 문자열의 마킹 상태를 검사한다.

현재, 반도체 제조 공정의 하나인 마킹 검사 공정에서 사용되는 검사 방법은 패턴 매칭(Pattern Matching) 기법이 일반적이다. 패턴 매칭이란, 영상에 포함된 문자나 모양 등 해당 영상의 주요 특징을 자료화하여 이 특징을 비교하는 방식이다.

마킹 검사 시스템에 관한 기술로서, 1993년 6월 13일 William R. Grant등에게 허여된 미국특허 5,226,361, "집적회로 마킹 및 검사 시스템(INTEGRATED CIRCUIT MARKING AND INSPECTION SYSTEM)"이 있다. 상기 미국 특허 '361에 개시된시스템은 패턴 인식을 이용한 고속의 비전 시스템(high speed vision system)을 갖는 마킹 검사 시스템이다. 다른 기술로서, 국내공개특허 제16060호(1998.05.25), "반도체 웨이퍼상의 마킹 문자 인식방법"이 있다. 상기 국내공개특허 '060에는 웨이퍼 상에 각인 된 마킹 문자 인식시 그레이 레벨 패턴 매칭에 의한 정규화 상관계수를 이용하여 문자 인식을 함으로 문자와 배경 구분이 불분명한 경우에 용이하게 반도체 웨이퍼 상에 각인된 마킹 문자를 인식할 수 있게 하는 기술을 개시하고 있다.

이와 같은 패턴 매칭 방법에 의한 마킹 검사 방법은 영상의 특성을 비교하는 과정에서 외부 조명과 같은 주변 환경에 민감하며, 보다 정확한 판단을 위해서는 다양한 조건들에 대한 비교 판단이 필요하지만 처리 시간을 단축하기 위해서는 다양한 조건의 비교가 어렵다. 그럼으로 이와 같은 패턴 매칭에 의한 마킹 검사는 일부 문자들에 대해 오인식률이 높으며, 공정 초기에 정해진 패턴을 대상으로 검사를 수행하기 때문에 단일 검사 조건에 대한 양불 판정 정도의 용도로만 사용되고 있는 실정이다.

만약, 마킹 검사 공정에서 마킹된 문자열을 문자로서 자동으로 인식할 수 있고, 인식된 문자열 정보를 후속 공정에서 제품 분류 등에 활용할 수 있도록 한다면 생산 효율을 향상시킬 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 반도체 칩상에 마킹된 문자열의 검사와 더불어 마킹 문자열을 자동으로 인식할 수 있는 광학 문자 인식을 이용한 반도체 마킹 검사 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 문자열이 마킹된 전형적인 반도체 칩의 외형을 보여주는 도면;

도 2a 내지 도 3b는 일반적인 광학 문자 인식 방법에 따른 문자 'A', 'W', 'E' 및, 'F'에 대한 1차원 프로파일의 예를 보여주는 도면;

도4a 내지 도 5b는 본 발명의 광학 문자 인식 방법에 따른 문자 'A', 'W', 'E' 및, 'F'에 대한 2차원 프로파일을 보여주는 도면;

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 마킹 검사 시스템의 구성을 보여주는 블록도; 그리고

도 7은 도 6의 영상 처리 유닛의 광학 문자 인식 과정의 플로우 챠트이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 반도체 칩 15: 마킹 문자열

20: 컨베이어 시스템 30: CCD 카메라

35: 프레임 그레버 40: 영상 처리 유닛

45: 2차원 프로파일 데이터 베이스 50: 데이터 처리 유닛

55: 공정 관련 정보 데이터 베이스 60: 제어 유닛

65: 데이터 입력 장치 70: X축 조명 LED

75: Y축 조명 LED 80: 분류기

상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 반도체 칩상에 마킹된 문자열을 검사하기 위한 반도체 마킹 검사 시스템은: 반도체 칩상에 마킹된 문자열의 영상을 취득하여 문자열 영상 데이터를 출력하는 영상 취득 수단(image capture means); 상기 문자열 영상 데이터를 받아들이고, 상기 문자열 영상 데이터로부터 광학 문자 인식을 위한 2차원 프로파일을 생성하며, 상기 2차원 프로파일에 기초하여 문자열을 인식하여 문자열의 마킹 품질을 검사하고, 인식된 문자열 데이터를 출력하는 영상 처리 수단(image processing means); 상기 문자열 데이터를 받아들이고 공정 관련 정보에 기초하여 문자열의 오류를 검사하는 데이터 처리 수단(data processing means); 및 상기 영상 처리 수단 및 상기 데이터 처리 수단의 검사 결과에 기초하여 상기 마킹 검사 시스템의 전반적인 제어를 수행하는 제어 수단(control means)을 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 마킹 검사 시스템은 단방향으로 편광된 광을 조사하는 제1 광원, 상기 제1 광원의 조사 방향과 직교되게 배치되고 단방향의 편광된 광을 조사하는 제2 광원을 갖는 조명 수단(illuminating means)을 더 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 반도체 칩상에 마킹된 문자열을 검사하기 위한 방법은: 반도체 칩상에 마킹된 문자열 영상을 취득하는 단계; 광학적 문자 인식을 위해 문자열 영상 데이터에서 각 문자의 수직되는 두 축에 대한 히스토그램인 2차원 프로파일을 획득하는 단계; 상기 2차원 프로파일에 기초하여 문자열을 인식하여 문자열의 마킹 품질을 검사하는 단계; 공정 관련 정보에 기초하여 인식된 문자열의 오류를 검사하는 단계를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 상기 문자열 영상을 취득하는 단계에 앞서 상기 반도체 칩상에 제1 방향으로 단방향으로 편광된 제1 광과 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 단방향으로 편광된 제2 광을 조사하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 마킹 검사 시스템은 2차원 프로파일을 이용한 광학 문자 인식 방식에 의해 문자를 인식하여 마킹 품질 및 문자열 오류를 검사한다. 그리고 광학적 문자 인식에 의해 얻어진 문자열을 이용하여 공정 진행과 관련된 다양한 응용이 가능하다.

(실시예)

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 신규한 광학 문자 인식(Optical Character Recognition)을 이용한 반도체 마킹 검사 시스템은 반도체 칩상에 마킹된 문자열 영상으로부터 2차원 광학 문자 인식 프로파일을 얻고 이를 이용하여 마킹 문자열의 인쇄 품질과 마킹 오류들을 검사함과 아울러 인식된 문자열 정보를 이용하여 다양한 이용이 가능하다. 그리고 인식된 문자 정보를 후속 되는 분류 공정에서 활용할 수 있도록 한다.

일반적으로, 반도체 장치의 제조 공정에서 반도체 장치를 단일 칩으로 패키징하는 공정 후에 반도체 칩상에 해당 칩의 종류 및 제품 특성을 표시하는 마킹 공정이 진행된다. 첨부도면 도 1은 문자열이 마킹된 전형적인 반도체 칩의 외형을보여준다. 도 1에 도시된 바와 같이, 마킹 공정에서는 반도체 칩(10)의 상단 면에 문자열(15)이 마킹 된다. 그리고 후속 되는 마킹 검사 공정에서 마킹 상태가 검사된다. 본 발명의 마킹 검사 시스템은 마킹 검사에서 2차원 광학 문자 인식 방식에 의해 마킹 검사를 실시한다. 후에 구체적으로 설명되겠지만, 2차원 광학 문자 인식 방식은 일반적인 광학 문자 인식 방식에서 사용되는 1차원 광학 문자 인식 방식과 비교하여 문자 인식률이 더 높다.

도 2a 내지 도 3b는 일반적인 광학 문자 인식 방법에 따른 문자 'A', 'W', 'E' 및, 'F'에 대한 1차원 프로파일의 예를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하여, 1차원 광학 문자 인식 방식에서는 문자 영상으로부터 지정된 한 축(예를 들어, X축)에 대하여 문자의 히스토그램(histogram)을 얻는다. 각 문자들의 1차원 프로파일은 이 히스토그램의 변화율로 결정된다. 그런데, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 영문자 'A'와 'W'의 히스토그램의 변화율은 유사성을 갖는다. 또한, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 영문자 'E'와 'F'의 히스토그램의 변화율도 유사성을 갖는다. 이와 같이, 각 문자들이 어느 한 축에 대하여 갖는 프로파일은 유사성이 있는 경우가 있어 광학 문자 인식에 있어서 오류가 발생될 수 있다.

본 발명에서는 이와 같은 1차원 광학 인식 방식의 문제점을 극복하기 위해 2차원 광학 인식 방식을 사용한다. 도 4a 내지 도 5b는 본 발명의 광학 문자 인식 방법에 따른 문자 'A', 'W', 'E' 및, 'F'에 대한 2차원 프로파일을 보여주는 도면이다.

도면을 참조하여, 본 발명의 광학 문자 인식 방식에서는 문자 영상으로부터지정된 X축과 Y축에 대하여 각각의 히스토그램을 구하여 2차원 프로파일을 얻는다. 각 문자들의 2차원 프로파일은 이 히스토그램의 변화율로 결정된다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 문자 'A'와 'W'는 각기 X축에 대한 히스토그램의 변화율은 유사성을 갖지만, Y축에 대한 히스토그램의 변화율은 전혀 다른 특징을 갖는다. 그럼으로 문자 'A'와 'W'를 2차원 프로파일을 이용하여 인식하게 되는 경우 상호 인식 오류가 발생될 경우가 매우 적어진다. 또한, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 문자 'E'와 'F'는 상호 X축에 대한 히스토그램의 변화율이 유사하다. 그러나 Y축에 대한 히스토그램의 변화율은 전혀 다른 특징을 갖는다. 이와 같이, 2차원 프로파일을 이용한 광학 문자 인식은 종래의 1차원 프로파일에 의한 광학 문자 인식에 비하여 보다 향상된 문자 인식률을 갖게된다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 마킹 검사 시스템의 구성을 보여주는 블록도 이다. 도면을 참조하여, 본 발명의 마킹 검사 시스템은 반도체 칩(10)상에 마킹된 문자열 영상을 취득하기 위한 CCD 카메라(30)와 프레임 그레버(frame grabber)(35), 문자열 영상으로부터 광학 문자 인식 방식에 의해 문자열을 인식하는 영상 처리 유닛(40), 문자열의 비교 검색을 수행하는 데이터 처리 유닛(50), 마킹 검사 시스템의 전반적인 제어를 수행하는 제어 유닛(60), X축 및 Y축 조명 LED(70, 75) 및, 데이터 입력 장치(65)로 구성된다.

마킹 공정에서 문자열이 마킹된 반도체 칩(10)은 콘베이어 시스템(20)에 의해 마킹 검사 시스템으로 이동된다. 마킹 검사 시스템은 반도체 칩(10) 상에 마킹된 문자열 영상을 취득하고, 2차원 광학 문자 인식 방식에 의해 마킹 상태의 검사와 문자열의 인식이 이루어진다. 검사 결과는 후속 공정의 분류기(80)로 제공되고, 분류기(80)는 콘베이어 시스템(20)에 의해 이송되는 반도체 칩(10)을 검사 결과에 따라 분류한다.

좀더 구체적으로, 본 발명의 마킹 검사 시스템의 구성 및 동작을 상세히 설명한다. CCD 카메라(30)는 760*574의 고해상도를 지원하는 CCD(Charge Coupled Device)와 줌 마이크로 스코프(zoom microscope)로 구성된다. CCD 카메라(30)는 제어 유닛(60)의 제어에 따라서 반도체 칩(10)상에 마킹된 문자열을 촬영하여 프레임 그레버(35)로 문자열 영상 신호를 출력한다. 프레임 그레버(35)는 적어도 760*574 해상도의 한 프레임 영상 데이터를 저장할 수 있는 용량 이상을 갖는 메모리를 구비한다. 프레임 그레버(35)는 CCD 카메라(30)로부터 입력되는 마킹된 문자열의 영상 신호를 입력받아 내부 메모리에 저장하고, 제어 유닛(60)의 제어에 따라서 저장된 문자열 영상 데이터를 영상 처리 유닛(40)으로 출력한다.

X축 및 Y축 조명 LED(70, 75)는 단방향으로 편광된 광을 조사하는 광원으로, 반도체 칩(10)상에 마킹된 문자열의 X축 방향과 Y축 방향으로 각기 편광된 광을 조사한다. 본 발명의 마킹 검사 시스템은 2차원 광학 문자 인식 방식을 사용하므로, X축과 Y축 방향으로 각기 단방향으로 편광된 광을 조사함으로 문자 인식률을 더욱 높일 수 있다.

영상 처리 유닛(40)은 프레임 그레버(35)로부터 문자열 영상 데이터를 제공받고 상술한 2차원 광학 문자 인식 방식에 의해 문자열의 마킹 상태 및 문자열 인식을 한다. 영상 처리 유닛(40)은 광학 문자 인식에서 2차원 프로파일 데이터 베이스(45)를 이용한다. 2차원 프로파일 데이터 베이스(45)에는 폰트별로 각 문자에 대한 2차원 프로파일 정보로 구성된다. 영상 처리 유닛(40)에 의한 마킹 상태 검사 결과는 제어 유닛(60)으로 제공되고, 인식된 문자열 데이터는 데이터 처리 유닛(50)으로 제공된다. 구체적으로, 도 7을 참조하여 영상 처리 유닛(40)의 광학 문자 인식 과정을 설명한다.

도 7은 도 6의 영상 처리 유닛의 광학 문자 인식 과정의 플로우 챠트이다. 도 7을 참조하여, 영상 처리 유닛(40)은 단계 S10에서 프레임 그레버(35)로부터 문자열 영상 데이터를 입력받는다. 단계 S11에서 광학 문자 인식을 위해 문자 영역을 제외한 부분의 불필요한 영상 데이터를 제거하는 영상 전처리를 수행하고, 단계 S12에서 문자 영역을 추출한다. 단계 S13에서, 상술한 바와 같이, 문자열 영상 데이터로부터 각 문자의 2차원 프로파일을 획득한다.

단계 S14에서는 비교 판단을 위한 문자 폰트를 선정하는데, 이 단계에서는 획득된 2차원 프로파일에 가장 유사한 문자 폰트를 비교 문자 폰트로서 선정한다. 단계 S15에서는 선택된 비교 문자 폰트의 2차원 프로파일과 획득된 각 문자의 2차원 프로파일을 비교하여 문자열을 인식한다. 단계 S16에서는 비교 결과에 따라 문자열의 마킹 상태를 판정한다. 이 단계에서의 마킹 상태 검사는 마킹 품질의 검사이다. 그리고 단계 S17에서는 인식된 문자열 데이터를 데이터 처리 유닛(50)으로 출력한다.

데이터 처리 유닛(50)은 영상 처리 유닛(40)으로부터 제공되는 문자열 데이터를 받아들이고, 공정 관련 정보 데이터 베이스(55)에 저장된 공정 진행 정보를참조하여 마킹 오류를 판단한다. 데이터 처리 유닛(50)은 공정 진행 정보를 참조하여 공정 진행 오류를 판단할 수 있다. 예를 들어, 공정 진행 과정에서 잘못 유입되는 반도체 칩이 있는가를 판단할 수 있다. 또한 데이터 처리 유닛(50)은 문자열 데이터를 이용하여 다양한 데이터 베이스 구축이 가능하다. 예를 들어, 제품 모델별, 생산라인별, 불량 종류별로 데이터 베이스를 구축할 수 있다. 그리고 이와 같이 구축되는 데이터 베이스에 기초하여 생산성 검증이나, 라인별 불량률을 검증할 수 있다.

영상 처리 유닛(40)에 의한 마킹 품질 검사와 데이터 처리 유닛(50)에 의한 마킹 오류 검사 결과는 제어 유닛(60)으로 제공되고, 제어 유닛(60)은 상기 결과에 기초하여 마킹 검사 시스템의 전반적인 제어를 수행한다. 그리고 검사 결과는 분류기(80)로 제공되고, 분류기(80)는 마킹 검사 공정에 후속 되는 분류 공정에서 검사 결과에 기초하여 콘베이어 시스템(20)에 의해 이송되는 반도체 칩을 분류한다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마킹 검사 시스템의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 2차원 광학 문자 인식을 이용하여 반도체 칩상에 마킹된 문자열 검사를 검사함으로 보다 정확한 마킹 검사가 가능하며, 인식된문자열을 이용하여 제품의 분류 및 그 밖의 다양한 응용이 가능해진다.

Claims (4)

1. 반도체 칩상에 마킹된 문자열을 검사하기 위한 반도체 마킹 검사 시스템에 있어서:

   반도체 칩상에 마킹된 문자열의 영상을 취득하여 문자열 영상 데이터를 출력하는 영상 취득 수단;

   상기 문자열 영상 데이터를 받아들이고, 상기 문자열 영상 데이터로부터 광학 문자 인식을 위한 2차원 프로파일을 생성하며, 상기 2차원 프로파일에 기초하여 문자열을 인식하여 문자열의 마킹 품질을 검사하고, 인식된 문자열 데이터를 출력하는 영상 처리 수단;

   상기 문자열 데이터를 받아들이고 공정 관련 정보에 기초하여 문자열의 오류를 검사하는 데이터 처리 수단; 및

   상기 영상 처리 수단 및 상기 데이터 처리 수단의 검사 결과에 기초하여 상기 마킹 검사 시스템의 전반적인 제어를 수행하는 제어 수단을 포함하는 반도체 마킹 검사 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 마킹 검사 시스템은

   단방향으로 편광된 광을 조사하는 제1 광원, 상기 제1 광원의 조사 방향과 직교되게 배치되고 단방향의 편광된 광을 조사하는 제2 광원을 갖는 조명 수단을더 포함하는 것을 특징으로 하는 마킹 검사 시스템.
3. 반도체 칩상에 마킹된 문자열을 검사하기 위한 방법에 있어서:

   반도체 칩상에 마킹된 문자열 영상을 취득하는 단계;

   광학적 문자 인식을 위해 문자열 영상 데이터에서 각 문자의 수직되는 두 축에 대한 히스토그램인 2차원 프로파일을 획득하는 단계;

   상기 2차원 프로파일에 기초하여 문자열을 인식하여 문자열의 마킹 품질을 검사하는 단계;

   공정 관련 정보에 기초하여 인식된 문자열의 오류를 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마킹 검사 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 문자열 영상을 취득하는 단계에 앞서 상기 반도체 칩상에

   제1 방향으로 단방향으로 편광된 제1 광과 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 단방향으로 편광된 제2 광을 조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마킹 검사 방법.