KR20090069838A - 웨이퍼 범핑 공정에서 전자빔을 이용하여 솔더 범프 형성및 전이 상태를 검사하는 장치 및 방법 - Google Patents

웨이퍼 범핑 공정에서 전자빔을 이용하여 솔더 범프 형성및 전이 상태를 검사하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자총과 같은 전자빔 방출 수단을 이용하여 전자를 방출시키고 템플릿 또는 웨이퍼 기판과 같은 대상체 상의 솔더 범프에 전자가 충돌할 때, 백 스캐터링된(back scattered) 전자 또는 솔더 범프로부터 발생되는 2차 전자를 검지하여 일반적인 투명 템플릿 뿐만 아니라, 불투명 템플릿, 반도체 웨이퍼나 기타 회로 기판 상에 형성된 금속성 물질의 배치 상태를 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 대상체에 형성된 금속 물질의 배치 상태를 검사하는 장치는, 대상체로 전자빔을 방출하는 전자빔 방출 수단, 상기 전자빔에 의하여 상기 대상체로부터 나오는 전자를 검출하여 전기적 신호로 변환하는 디텍터 및 상기 디텍터로부터의 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 대상체에 형성된 금속 물질의 배치 상태에 대한 정보를 생성하는 신호 처리부를 포함하고, 상기 대상체는 복수의 위치들에 형성된 금속 물질을 포함하는 평판 형태인 것을 특징으로 한다.
반도체 웨이퍼 검사, 솔더 범프, 전자총, 2차 전자, 디텍터

Description

웨이퍼 범핑 공정에서 전자빔을 이용하여 솔더 범프 형성 및 전이 상태를 검사하는 장치 및 방법{Apparatus and Method for Inspecting Solder Bump Formation and Transfer State using Electron Beam in Wafer Bumping Process}
본 발명은 웨이퍼 범핑 공정에서 템플릿(template)에 솔더 범프(solder bump)가 적절히 형성되었는지 또는 반도체 웨이퍼로 솔더 범프가 적절히 전이되었는지 등의 여부를 검사하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 전자총과 같은 전자빔 방출 수단을 이용하여 전자를 방출시키고 템플릿 또는 웨이퍼 기판과 같은 대상체 상의 솔더 범프에 전자가 충돌할 때, 백 스캐터링된(back scattered) 전자 또는 솔더 범프로부터 발생되는 2차 전자를 검지하여 일반적인 투명 템플릿 뿐만 아니라, 불투명 템플릿, 반도체 웨이퍼나 기타 회로 기판 상에 형성된 금속성 물질의 배치 상태를 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유리 기판에 캐비티들을 가공한 템플릿을 이용하여 웨이퍼 범핑 공정을 수행한다. 외부 리드(outer lead)와 연결된 기판 상의 내부 리드와 와이어 본딩(wire bonding)으로 연결하는 경우에 공간 활용에 제약이 크므로, 템플릿의 캐비티들에 솔더 범프들을 만들고 이를 칩 단위 또는 웨이퍼 단위의 전극 패드들에 전이하는 웨이퍼 범핑 공정을 수행하고 솔더 범프들이 전이된 칩을 기판 상의 내부 리드와 연결시켜 플립 칩(flip chop) 형태로 패키징을 수행한다.
이와 같은 웨이퍼 범핑을 위하여 일반적으로 유리 재질의 템플릿 상에 원하는 위치들에 솔더 범프가 적절히 형성되었는 지 여부, 또는 템플릿의 솔더 범프를 반도체 웨이퍼로 전이한 후 솔더 범프가 반도체 웨이퍼로 적절히 전이되었는지 여부를 검사하게 된다. 일반적으로 템플릿 또는 반도체 웨이퍼 등에 형성된 솔더 범프 상태의 검사는 광을 조사하여 반사 또는 투과되는 광을 측정하고 이미지 처리하여 결함 여부를 판단한다. 솔더 범프가 원하는 위치들에 적절히 형성되어 있는 지 여부는 미리 알고 있는 범프 위치들에 다른 색의 이미지가 발견되는 지를 관측하여 알수 있다. 그러나, 이와 같은 솔더 범프 등의 금속성 물질의 형성 상태에 대한 일반적인 기판 검사 방법은 광의 투과 또는 반사가 약한 불투명 기판 등에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 일반적인 투명 템플릿 뿐만아니라, 불투명 템플릿, 반도체 웨이퍼나 기타 회로 기판 상의 규칙적인 금속성 물질의 형성 상태를 용이하게 검사하기 위하여, 전자총과 같은 전자빔 방출 수단을 이용하여 전자를 방출시키고 템플릿 또는 웨이퍼 기판과 같은 대상체 상의 솔더 범프 등에 전자가 충돌할 때, 백 스캐터링된 전자 또는 솔더 범프로부터 발생되는 2차 전자를 검지하여 결함 여부를 파악할 수 있는 정보를 제공할 수 있는 검사 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 주요 특징을 요약하면, 상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일면에 따라 대상체에 형성된 금속 물질의 배치 상태를 검사하는 장치는, 대상체로 전자빔을 방출하는 전자빔 방출 수단; 상기 전자빔에 의하여 상기 대상체로부터 나오는 전자를 검출하여 전기적 신호로 변환하는 디텍터; 및 상기 디텍터로부터의 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 대상체에 형성된 금속 물질의 배치 상태에 대한 정보를 생성하는 신호 처리부를 포함하고, 상기 대상체는 복수의 위치들에 형성된 금속 물질을 포함하는 평판 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 대상체는, 복수의 솔더 범프들이 형성되어 있는 템플릿, 복수의 전극 패드들 위에 솔더 범프들이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼, 복수의 전극 패드들 위에 웨이퍼 범핑용 UBM 물질층을 형성한 반도체 웨이퍼, 또는 복수의 전극 패드들, 복수의 전극 라인들, 또는 솔더 볼 형태의 복수의 테스트 단자들이 노출되어 형성되어 있는 PCB 기판 중 어느 하나를 포함한다.
상기 신호 처리부는, 상기 대상체가 전기 회로를 포함하는 기판인 경우에, 상기 기판 상의 테스트 단자에 해당하는 금속 물질로부터 나오는 전자에 대한 전기적 신호로부터 상기 전기 회로의 동작과 관련된 전기적 특성 정보를 생성할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따라 대상체에 형성된 금속 물질의 배치 상태를 검사하는 방법은, 대상체로 전자빔을 방출하는 단계; 상기 전자빔에 의하여 상기 대상체로부터 나오는 전자를 검출하여 전기적 신호로 변환하는 단계; 및 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 대상체에 형성된 금속 물질의 배치 상태에 대한 정보를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 대상체는 복수의 위치들에 형성된 금속 물질을 포함하는 평판 형태의 템플릿인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 검사 장치 및 방법에 따르면, 전자총과 같은 전자빔 방출 수단을 이용하여 전자를 방출시키고 템플릿 또는 웨이퍼 기판과 같은 대상체 상의 솔더 범프 등에 전자가 충돌할 때, 백 스캐터링된 전자 또는 솔더 범프로부터 발생되는 2차 전자를 검지함으로써, 광원 없이도 템플릿, 반도체 웨이퍼나 기타 회로 기판 등 대상체의 투명 여부에 상관없이 대상체 상에 형성된 금속성 물질의 배치 상태를 용이하게 검사할 수 있다.
이하에서는 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하에서 설명될 실시예 및 도면은 본 발명의 기술사상의 범위를 제한하거나 한정하는 의미로 해석될 수는 없다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 대상체(19)에 형성된 금속 물질의 배치 상태를 검사하기 위한 검사 장치(10)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 검사 장치(10)는 전자총(11), 편향 및 가속 유니트(unit)(12), 디텍터(detector)(13), 신호 처리부(14) 및 콘트 롤러(15)를 포함한다.
전자총(11)은 전자빔 방출 수단으로서 반도체 웨이퍼와 같은 대상체(19)로 전자빔을 방출한다. 전자총(11)은 소정 필라멘트 형태일 수 있고, 콘트롤러(15)로부터 수십 킬로볼트 고전압의 인가를 제어 받아 전자빔을 방출할 수 있다.
여기서, 대상체(19)는 도 2와 같이 웨이퍼 범핑용 템플릿(template)(22)으로부터 솔더 범프(21)를 전이 받은 반도체 웨이퍼인 것으로 가정한다. 솔더 범프(21)는 웨이퍼 범핑 공정에 따라 반도체 웨이퍼에 형성된 복수의 전극 패드들(20) 위로 전이될 수 있다. 본 발명에 따른 검사 장치(10)는 광원 없이도 검사할 수 있고, 아래에서 기술하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 이외에 템플릿(22) 자체 기타 회로 기판 등을 대상체(19)로 하여 대상체(19)의 투명 여부에 상관없이 대상체(19) 상에 형성된 금속성 물질의 상태를 용이하게 검사할 수 있다.
편향 및 가속 유니트(12)는 편향 및 가속 수단으로서, 전자총(11)으로부터 방출된 전자빔의 편향과 가속을 수행한다. 예를 들어, 콘트롤러(15)는 편향 및 가속 유니트(12)에 공급하는 전압 또는 전류를 제어하여 전자총(11)으로부터 방출된 전자빔이 대상체(19)로 좌측 끝으로부터 우측 끝으로 스캔(scan) 형태로 주사되도록 할 수 있으며, 또는 대상체(19) 위에 형성된 솔더 범프(21)와 같은 금속 물질(21)의 위치로 이동하면서 한번씩 소정량의 전자빔이 방출되도록 할 수도 있다. 이와 같은 과정은 콘트롤러(15)와 연결된 소정 컴퓨터 또는 자동화 장치 등에 의하여 소정 어플리케이션 프로그램이 기동하여, 금속 물질(21)이 존재하는 미리 정해진 위치들의 영역을 스캔 방식 또는 한 번씩 직접 대상 금속 물질(21)에 전자빔을 조사하는 방식으로 자동화될 수 있다.
이에 따라, 전자총(11)으로부터 방출된 전자빔이 편향 및 가속 유니트(12)를 통하여 대상체(19)의 금속 물질(21)로 조사될 수 있고, 금속 물질(21)에 충돌한 전자는 금속 물질(21)을 여기시켜 2차 전자를 발생시키거나 약간의 에너지를 잃고 뒤로 반사되는 형태로 백 스캐터링(back scattered)될 수 있다.
디텍터(13)는 이와 같은 형태로 대상체(19)로부터 나오는 2차 전자 또는 백 스캐터링된 전자를 검출하여 전기적 신호로 변환한다. 예를 들어, 디텍터(13)는 수집되는 전자가 많은 경우에 높은 전압 또는 전류의 신호를 생성하며, 수집되는 전자가 적은 경우에 낮은 전압 또는 전류의 신호를 생성할 수 있다.
신호 처리부(14)는 디텍터(13)가 출력하는 전기적 신호를 처리하여 대상체(19)에 형성된 금속 물질의 배치 상태에 대한 정보(OUT)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리부(14)는 AD(Analog-to-Digital) 변환기를 포함할 수 있으며, AD 변환기는 디텍터(13)가 출력하는 전기적 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이외에도, 신호 처리부(14)는 위와 같이 생성한 디지털 신호에 기초하여 LCD(Liquid Crystal Display) 등 소정 디스플레이 수단에서 표시할 수 있는 화상 신호를 생성할 수 있으며, 화상 신호에 따라 도 3과 같이 디스플레이 수단에는 결함이 있는 부분과 그렇지 않은 부분을 소정의 컬러로 다르게 표시할 수 있을 것이다.
여기서, 대상체(19)는 도 2와 같이 템플릿(22)으로부터 전이되어 복수의 전극 패드들(20) 위에 솔더 범프들(21)이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼인 것으로 가정하였으나, 이에 한정되지 않으며, 복수의 금속 물질 패턴이 존재하는 투명 또는 불투명 평판 형태가 모두 대상체(19)로 될 수 있다.
예를 들어, 반도체 웨이퍼에 솔더 범프들(21)을 전이하기 전의 반도체 웨이퍼도 대상체(19)가 될 수 있다. 일반적으로, 반도체 웨이퍼에 솔더 범프들(21)을 전이하기 전에 UBM(Under Bump Metallurgy) 물질층을 형성하게 되는데, UBM 물질층이 복수의 전극 패드들(20) 위에 적절히 형성되어 있는지를 검사하기 위하여 검사 장치(10)가 활용될 수 있다. 즉, 복수의 전극 패드들(20) 위에 웨이퍼 범핑용 UBM 물질층을 형성한 반도체 웨이퍼도 검사 장치(10)의 대상체(19)가 될 수 있다. UBM 물질층은 전극 패드들(20) 및 솔더 범프들(21)과 접착력이 좋으며, 전기 저항이 작고, 솔더 범프들(21)의 확산이 효과적으로 방지될 수 있는 물질로 이루어지며, Cr, W, Cu, Ti 등 금속 물질층의 조합 또는 합금층으로 이루어질 수 있다.
이외에도, 복수의 솔더 범프들(21)이 형성되어 있는 템플릿(22)이 대상체(19)가 될 수 있다. 템플릿(22)이 유리나 석영과 같이 빛을 투과할 수 있는 투명 재질로 된 경우 뿐만아니라, 빛을 투과하지 못하는 금속 등 불투명 재질로 된 경우에 있어서도, 반도체 웨이퍼에 솔더 범프들(21)을 전이하기 전의 템플릿(22)에 고형화된 솔더 범프(21)가 캐비티들(cavity)(23)에 적절히 형성되어 있는지를 검사하기 위하여 검사 장치(10)가 활용될 수 있다.
그리고, 검사 장치(10)는 대상체(19)인 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 소자나 칩의 접속 단자가 될 수 있는 복수의 전극 패드들, 스트립 라인 형태의 복수의 전극 라인들, 또는 솔더 볼(또는 범프) 형태의 복수의 테스트 단자들이 적절한 위치에 노출되어 형성되어 있는지를 검사하기 위하여도 활용될 수 있다. 예를 들어, PCB 기판에 저항, 트랜지스터, 커패시터, 인덕터 등으로 구성된 전기 회로가 포함되어 있고, 전원을 인가 한 후에 PCB 기판 상의 테스트 단자에서의 전기적 특성을 측정할 수 있다. 이때, 디텍터(13)가 PCB 기판 상의 테스트 단자에 해당하는 금속 물질로부터 나오는 전자에 대한 전기적 신호를 생성하면, 신호 처리부(14)는 디텍터(13)로부터의 전기적 신호로부터 PCB 기판 상의 전기 회로의 동작과 관련된 전기적 특성 정보를 생성할 수 있다. 전기 회로의 동작 중에 전압이 높은 테스트 단자에서는 전자가 많을 것이고, 전압이 낮은 테스트 단자에서는 전자가 적을 것이므로, 이와 같은 전기적 특성 정보, 즉, 기판 상의 전압 높낮이를 알 수 있는 정보의 생성이 가능하다. 예를 들어, 신호 처리부(14)는 오실로스코프와 같은 신호 측정 수단이 인식할 수 있는 전기적 특성 정보를 생성함으로써, 사용자로 하여금 오실로스코프를 통하여 전기 회로가 정상적인지를 테스트하는 것도 가능할 것이다.
이와 같이 본 발명에 따라 대상체(19)에 형성된 금속 물질의 배치 상태를 검사하는 장치 및 방법에서는, 대상체(19)로 전자빔을 방출하고, 상기 전자빔에 의하여 상기 대상체(19)로부터 나오는 백 스캐터링된 전자 또는 2차 전자를 검출하여 전기적 신호로 변환하여, 상기 전기적 신호를 처리하여 대상체(19)에 형성된 금속 물질의 배치 상태에 대한 정보(OUT)를 생성하는 과정을 통하여, 광원 없이도 템플릿, 반도체 웨이퍼나 기타 회로 기판 등 대상체(19)의 투명 여부에 상관없이 대상체(19) 상에 형성된 금속성 물질의 상태를 용이하게 검사할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 장치 및 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 형태의 변형 및 응용이 가능하다. 결국, 상기 실시예들과 도면들은 본 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니므로, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 그와 균등한 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 템플릿을 이용한 웨이퍼로의 솔더 범프 전이를 설명하기 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 전자를 검지하여 이미지 처리한 결과를 보여주는 예시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
검사 장치:10
전자총:11
편향 및 가속 유니트:12
디텍터:13
신호 처리부:14
콘트롤러:15
대상체:19
전극 패드:20
솔더 범프:21
템플릿:22
캐비티:23

Claims (4)

  1. 대상체에 형성된 금속 물질의 배치 상태를 검사하는 장치에 있어서,
    대상체로 전자빔을 방출하는 전자빔 방출 수단;
    상기 전자빔의 편향과 가속을 수행하는 편향 및 가속 수단;
    상기 전자빔에 의하여 상기 대상체로부터 나오는 전자를 검출하여 전기적 신호로 변환하는 디텍터; 및
    상기 디텍터로부터의 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 대상체에 형성된 금속 물질의 배치 상태에 대한 정보를 생성하는 신호 처리부
    를 포함하고,
    상기 대상체는 복수의 위치들에 형성된 금속 물질을 포함하는 평판 형태인 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대상체는,
    복수의 솔더 범프들이 형성되어 있는 템플릿, 또는
    복수의 전극 패드들 위에 솔더 범프들이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼 중 어느 하나
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    상기 대상체가 전기 회로를 포함하는 기판인 경우에, 상기 기판 상의 테스트 단자에 해당하는 금속 물질로부터 나오는 전자에 대한 전기적 신호로부터 상기 전기 회로의 동작과 관련된 전기적 특성 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
  4. 대상체에 형성된 금속 물질의 배치 상태를 검사하는 방법에 있어서,
    대상체로 전자빔을 방출하는 단계;
    상기 전자빔에 의하여 상기 대상체로부터 나오는 전자를 검출하여 전기적 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 전기적 신호를 처리하여 상기 대상체에 형성된 금속 물질의 배치 상태에 대한 정보를 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 대상체는 복수의 위치들에 형성된 금속 물질을 포함하는 평판 형태의 템플릿인 것을 특징으로 하는 검사 방법.
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