KR20200006469A - 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치 - Google Patents

히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리플로우 오븐(Reflow Oven)과 3차원형상스캔 기술을 적용하고, 실제의 반도체 실장장치 등과 같은 반도체 패키지 장치에서 적용된 온도 프로파일을 이용하여 기판 또는 반도체 칩의 워페이지(warpage)를 측정하는 경우, 히터블록을 통해 피측정물에 직접 열을 전달시키면서 워페이지를 측정하는 것에 의해 워페이지를 신속하고 정확하게 측정할 수 있도록 하는 접촉 열전달 히터블록을
상술한 본 발명의 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치는, 상부가 관측창으로 형성되며, 내부에는 히터블록들이 열을 이루며 형성되어, 기 설정된 온도프로파일에 따라 상기 히터블록들을 발열시키며, 상기 히터블록들로 순차적으로 장입된 피측정물을 이송시키는 리플로우 오븐부; 및 상기 관측창을 통해 상기 리플로우 오븐부에서 히터블록들에 의해 이송되며 가열 또는 냉각되는 피측정물로 패턴을 가지는 측정광을 조사한 후 피측정물에서 반사되는 반사광을 촬영하여 출력하는 3차원형상스캔부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치{HIGH TEMPERATURE WARPAGE MEASUREMENT APPARATUS USING REFLOW OVEN WITH CONDUCTION HEATER BLOCK}
본 발명은 워페이지 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 리플로우 오븐(Reflow Oven)과 3차원형상스캔 기술을 적용하고, 실제의 반도체 실장장치 등과 같은 반도체 패키지 장치에서 적용된 온도 프로파일을 이용하여 기판 또는 반도체 칩의 워페이지(warpage)를 측정하는 경우, 히터블록을 통해 피측정물에 직접 열을 전달시키면서 워페이지를 측정하는 것에 의해 워페이지를 신속하고 정확하게 측정할 수 있도록 하는 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체의 생산 공정은 전공정(Fabrication)과 패키지(Package) 공정으로 분류될 수 있다.
전공정에서는 웨이퍼 상에 노광공정 등을 수행하여 회로를 형성한 후 절단하여 반도체 소자를 제작하는 작업이 수행된다.
패키지 공정에서는 전공정이 완료되어 분할된 반도체 소자를 기판 모듈 등에 실장하는 표면실장기술(SMT: Surface Mount Technology)을 이용한 표면실장 작업이 수행된다.
도 1은 종래기술의 패키지 공정을 위한 반도체 실장장비의 실시예의 사진이고, 도 2는 적용된 온도프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 패키지 공정을 더욱 상세히 설명하면, 전공정에서 제작된 톱패키지 등의 반도체 소자들을 픽업엔플레이스 장치 등의 로더를 통해 리플로우 오븐(Reflow Oven) 내의 컨베이어 또는 컨베어이에 의해 이송되는 PCB 또는 바톰패키지 등의 기판모듈 상에 안착되어 이동된다. 이 과정에서 리플로우 오븐이 기 설정된 온도 프로파일에 따라 내부 영역들을 가열 또는 냉각하는 것에 의해 솔더를 용융시키고 응고시켜 반도체 소자를 기판모듈 등에 실장하여 반도체칩을 제작하게 된다.
이때, 리플로우 오븐은 설정된 온도 프로파일에 따라 서로 다른 온도를 가지는 영역으로 분할되며, 일반적으로 입구 측에 인접된 영역에서 기판모듈에 솔더를 도포하고, 솔더가 도포된 기판모듈에 반도체 소자를 로딩한 후 솔더를 용융시키는 가열구간과, 기판모듈 상에 반도체 소자가 실장 되도록 용융된 솔더를 냉각시키는 냉각구간으로 분리된다. 리플로우 오븐에 장입된 반도체 소자는 가열구간과 냉각구간을 지나면서 기판에 고정된 후 언로더에 의해 트레이로 이송된다.
이러한 전공정 또는 패키지 공정에서 기판모듈 또는 반도체 소자에 워페이지가 존재하는 경우 반도체 소자의 정렬이 이루어지지 않아 불량의 원인이 될 수 있다. 즉, 노광 공정의 경우에는 웨이퍼의 정렬이 이루어지더라도 패턴의 전사가 정확하게 이루어지지 않을 수 있는 문제점을 가진다.
또한, 패키지공정의 경우에는 반도체 소자가 기판모듈에 정확하게 실장되지 않는 문제점을 가진다. 더욱이, 패키지공정의 경우에는 리플로우 오븐을 통과하면서 가열 및 냉각이 수행되므로 기판모듈 또는 반도체 소자에 열변형이 발생할 수 있는 문제점 또한 가진다.
이러한 문제로 인해 노광공정 또는 패키지공정의 수행 이전 또는 수행 중에 반도체 소자에 대한 워페이지 측정이 요구된다.
이에 따라, 한국공개특허 제2002-0065080호는 전공정 중의 노광공정의 수행 이전에 웨이퍼의 뒤틀림(워페이지)을 측정하기 위하여 웨이퍼 워페이지 측정용 키를 샷(shot) 내에 삽입하여 웨이퍼 내의 국부적 영역까지 웨이퍼의 뒤틀림을 측정할 수 있도록 하는 웨이퍼 워페이지 측정 방법을 개시한다.
그러나 한국공개특허 제2002-0065080호의 경우에는 패키지공정에 적용할 수 없는 문제점을 가진다.
도 3은 종래기술의 고온 오븐을 이용한 워페이지 측정 장치를 나타내는 도면이다.
종래 기술의 워페이지 측정 장치의 경우에는 도 3과 같이 고정식 오븐에 도 2의 온도 프로파일을 적용하여 온도를 가변하면서, 격자를 통해 빛을 피측정물에 조사하여 피측정물에서 반사되는 빛에 의해 생성되는 모아레(moire) 무늬를 촬영한 후 분석하는 것에 의해 기판모듈 또는 반도체 소자 등의 피측정물에 대한 워페이지를 측정하였다.
그러나 도 3의 종래 기술의 워페이지 측정 장치의 경우에는 고정식으로, 피측정물이 고정된 상태에서 IR 램프에 의한 가열과 냉각이 수행되므로, 열대류를 이용하여 가열과 냉각을 수행하는 실제 리플로우 오븐을 이용한 실제 반도체 실장 조건과는 열전달 방식이나 온도의 시간프로파일이 상이하여 측정결과가 실제의 상황과 달라질 수 있어 측정 결과의 신뢰성이 보장되지 않는 문제점이 있다.
또한, 위치 고정된 피측정물을 가열하고 냉각하면서 3차원 형상의 변화를 측정하게 되므로, 워페이지 측정에 많은 시간이 소요되는 다른 문제점도 있다.
또, 다수의 피측정물을 배열하여 다수의 피측정물에 대한 워페이지를 측정하고자 하는 경우, 위치 고정된 상태에서 IR 램프에 의한 냉각이 수행되도록 하고 있어, IR 램프의 조사각(FOV; Field of View)에 따라 피측정물이 배치된 전체 영역의 온도가 균일하지 않게 되고 이로 인해 워페이지 측정 결과의 신뢰성이 떨어지는 문제점도 있다.
또한, 모아레 무늬를 분석하여 워페이지를 측정함에 따라 뒤틀림 위치를 정확하게 파악하지 못할 수 있고, 이로 인해 측정의 정확도가 저하되고 측정 결과의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2002-0065080호
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반도체 실장을 위한 워페이지의 측정을 실제 반도체 표면실장장치에 적용되는 리플로우 오븐의 구조 및 온도프로파일을 적용하고, 히터블록을 통해 온도프로파일에 의한 열을 피측정물에 직접 전달하면서 워페이지를 측정하는 것에 의해 워페이지 측정결과를 실제 패키지 공정에서 발생하는 것과 동일하게 측정할 수 있도록 함으로써, 워페이지 측정의 정확성과 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 다수의 피측정물에 대한 워페이지를 동시에 측정하는 경우, 실제의 반도체 표면실장장치와 같이 리플로우 오븐 내에서 피측정물이 이송되면서 히터블록에 의해 가열 및 냉각되도록 하여 가열 및 냉각 시간을 종래기술에 비해 현저히 줄이는 것에 의해 피측정물에 대한 워페이지 측정시간을 현저히 절감시키는 리플로우 오븐을 이용한 히터블록을 구비한 고온 워페이지 측정장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 다수의 피측정물에 대한 워페이지를 동시에 측정하는 경우, 실제의 반도체 표면실장장치와 같이 리플로우 오븐 내에서 피측정물이 이송되면서 히터블록에 의해 가열 및 냉각되도록 하여, 동일한 온도 구간에서의 위치별 온도 차이가 발생하지 않게 되어 실제 표면실장장치와 동일한 환경에서의 워페이지를 측정할 수 있도록 함으로써 워페이지 측정의 정확성과 신뢰성을 더욱 향상시키는 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 다수의 피측정물에 대한 워페이지를 동시에 측정하는 경우, 실제의 반도체 표면실장장치와 같이 리플로우 오븐 내에서 피측정물이 이송되면서 히터블록에 의해 가열 및 냉각되도록 하여, 피측정물에 대한 가열 및 냉각 시간을 종래기술에 비해 현저히 줄이는 것에 의해 피측정물에 대한 워페이지 측정 시간을 현저히 절감시키는 리플로우 오븐을 이용한 히터블록을 구비한 고온 워페이지 측정장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 다수의 피측정물에 대한 워페이지를 동시에 측정하는 경우, 실제의 반도체 표면실장장치와 같이 리플로우 오븐 내에서 피측정물이 이송되면서 히터블록에 의해 가열 및 냉각되도록 하는 것에 의해, 균일한 가열 및 냉각을 가능하게 하여 동일한 조건에서의 워페이지 측정 시 동일한 결과를 도출할 수 있도록 하는 재현성을 현저히 향상시키는 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치는, 상부가 관측창으로 형성되며, 내부에는 히터블록들이 열을 이루며 형성되어, 기 설정된 온도프로파일에 따라 상기 히터블록들을 발열시키며, 상기 히터블록들로 순차적으로 장입된 피측정물을 이송시키는 리플로우 오븐부; 및 상기 관측창을 통해 상기 리플로우 오븐부에서 히터블록들에 의해 이송되며 가열 또는 냉각되는 피측정물로 패턴을 가지는 측정광을 조사한 후 피측정물에서 반사되는 반사광을 촬영하여 출력하는 3차원형상스캔부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 히터블록을 구비한 리플로우 오븐에 따르면, 상기 리플로우 오븐부는, 상부면에 상기 관측창이 길이 방향으로 따라 형성되고, 저면에는 온도 구간별도 히터블록들이 열을 이루면서 배치되어, 순차적으로 온도가 상승하는 가열구간과 순차적으로 온도가 하강하는 냉각구간을 가지는 오븐케이스; 및 상기 오븐케이스의 내부에서 장입된 상기 피측정물을 지지하며 이송시키는 이송부;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 히터블록을 구비한 리플로우 오븐에 따르면, 상기 이송부는, 양측의 회전드럼과 회전드럼에 걸리어지는 다수의 와이어들로 형성되는 와이어벨트를 포함하여 구성될 수 있다.
또, 본 발명의 히터블록을 구비한 리플로우 오븐에 따르면, 상기 3차원형상스캔부는, 디지털 패턴광을 생성하여 조사하는 하나 이상의 패턴프로젝터 및 하나 이상의 상기 패턴프로젝터에서 조사되어 피측정물에서 반사되는 반사광을 촬영하는 카메라를 포함하는 디지털 프린지 프로젝션(DFP: Digital Fringe Projection)부 또는 3차원 레이저 스캐너 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 히터블록을 구비한 리플로우 오븐에 따르면, 상기 3차원형상스캔부는, 상기 가열구간과 냉각구간에서 각각 위치 이동 가능하도록 상기 가열구간의 상부와 상기 냉각구간의 상부에 각각 설치될 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 리플로우 오븐을 이용한 워페이지 측정장치는, 반도체 실장을 위한 워페이지의 측정을 실제 반도체 표면실장장치에 적용되는 리플로우 오븐의 구조, 히터블록에 의한 가열 및 온도프로파일을 적용하여 워페이지를 측정하는 것에 의해 워페이지 측정결과를 실제 패키지 공정에서 발생하는 것과 동일하게 측정할 수 있도록 함으로써, 워페이지 측정의 정확성과 신뢰성을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 다수의 피측정물을 동시에 측정하는 경우, 실제의 반도체 표면실장장치와 같이 리플로우 오븐 내에서 피측정물이 이송되면서 히터블록에 의해 가열 및 냉각되도록 하여 가열 및 냉각 시간을 종래기술에 비해 현저히 줄이는 것에 의해 피측정물에 대한 워페이지 측정시간을 현저히 절감시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 다수의 피측정물을 동시에 측정하는 경우, 실제의 반도체 표면실장장치와 같이 리플로우 오븐 내에서 피측정물이 이송되면서 히터블록에 의해 가열 및 냉각되도록 하여, 동일한 온도 구간에서의 위치별 온도 차이가 발생하지 않게 되어 실제 표면실장장치와 동일한 환경에서의 워페이지를 측정할 수 있도록 함으로써 워페이지 측정의 정확성과 신뢰성을 더욱 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 다수의 피측정물을 동시에 측정하는 경우, 실제의 반도체 표면실장장치와 같이 리플로우 오븐 내에서 피측정물이 이송되면서 히터블록에 의해 가열 및 냉각되도록 하여, 피측정물에 대한 가열 및 냉각 시간을 종래기술에 비해 현저히 줄이는 것에 의해 피측정물에 대한 워페이지 측정 시간을 현저히 절감시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 다수의 피측정물을 동시에 측정하는 경우, 실제의 반도체 표면실장장치와 같이 리플로우 오븐 내에서 피측정물이 이송되면서 히터블록에 의해 가열 및 냉각되도록 하는 것에 의해, 균일한 가열 및 냉각을 가능하게 하여 동일한 조건에서의 워페이지 측정 시 동일한 결과를 도출할 수 있도록 하는 재현성을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 종래기술의 패키지 공정을 위한 반도체 실장장비의 실시예의 사진.
도 2는 적용된 온도프로파일을 나타내는 그래프.
도 3은 종래기술의 고온 오븐을 이용한 패키지 공정을 위한 워페이지 측정 장치를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치를 나타낸 단면도.
도 6은 워페이지 측정 과정을 나타내는 도면.
도 7은 워페이지 측정장치의 워페이지 측정 동작을 나타내는 도면.
도 8은 피측정물을 히터블록들의 상부면으로 순차적으로 이송시키는 과정을 나타내는 도면.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정장치(1)(이하, '워페이지 측정장치(1)'라 함)의 구성도이고, 도 5는 도 4의 워페이지 측정장치(1)의 단면도이다. 도 5의 경우, 볼 그리드 어레이(BGA: Ball Grid Array)를 가지는 기판모듈에 반도체 소자를 실장하는 것으로 도시하였다.
도 4와 같이, 상기 워페이지 측정장치(1)는 리플로우 오븐부(100)와, 3차원형상스캔부 및 제어부(3, 도 6참조)를 포함하여 구성된다. 본 발명의 실시예에서는 상기 3차원형상스캔부가 디지털 패턴을 피측정물(2)로 조사한 후 피측정물(2)에서 반사되는 반사광을 촬영하는 디지털 프린지 프로젝션을 수행하는 디지털 프린지 프로젝션(DFP: Digital Fringe Projection)부(DFP부)(300)로 구성되는 것으로 하여 설명한다.
도 4 및 도 5와 같이, 상기 리플로우 오븐부(100)는 오븐케이스(110)와 히트블록부(140)와 이송부(200)를 포함하여 구성된다.
상기 오븐케이스(110)는 내부에 장입된 피측정물을 가열하고 냉각시키며, 가열되고 냉각되며 이송되는 피측정물을 외부에서한 DFP 촬영을 수행할 수 있도록 하기 위해, 상부면 또는 측부면에 내열성 강화유리 등의 투명 부재가 장착되는 관측창(112)이 길이 방향을 따라 형성되고, 내측 양 측면에 열을 형성하는 히터(121)들이 배치되되 순차적으로 온도가 상승하는 가열구간(120)과 순차적으로 온도가 하락되는 냉각구간(130)을 가지도록 하며, 그 하부에 히터블록부(140)가 구비된다.
상기 히터블록부(140)는 다수의 히터블록(141)들이 오븐케이스(110)의 내부 저면에서 일정 간격으로 길이방향을 따라 열을 이루며 배치 구성되는 것으로, 상기 히터블록부(140)는 히터블록(141)들에 안착되는 피측정물(2)들에 직접 고온의 열을 가하여 가열하거나 저온을 열을 가하여 냉각시키도록 구성된다.
이때, 상기 히터(121)들과 히터블록(141)들은 도 2의 반도체 실장을 위한 온도프로파일과 같은 기 설정된 온도프로파일에 따라 오븐케이스(110)의 내부 영역을 길이 방향으로 서로 다른 온도 영역을 가지도록 가열되어 피측정물(2)을 가열하거나 냉각시킨다. 이때, 히터블록(141)들은 상부에서 안착된 피측정물(2)들로 직접 열을 전달하여 피측정물(2)들을 가열하게 되며, 히터(121)들은 오븐케이스(110) 내부의 분위기 온도를 제어하는 보조 발열 기능을 수행한다.
구체적으로, 상기 히터(121)들과 히터블록(141)들은 가열구간(120)에서는 피측정물의 이송 방향으로 갈수록 온도가 높아지게 되어 피측정물(2)을 가열하고, 냉각구간(130)에서는 피측정물(2)의 이송 방향으로 갈수록 온도가 낮아져 피측정물(2)을 냉각시키도록 동작한다.
상기 이송부(200)는 오븐케이스(110)의 내부에 설치되어, 오븐케이스(110)로 장입된 반도체 소자 또는 기판모듈 등의 피측정물(2)을 지지하며 히터블록(141)들의 상부면으로 순차적으로 이송시키는 것으로서, 양측의 회전드럼과 회전드럼에 걸리어지는 이송벨트를 포함하여 구성된다. 이때, 이송벨트는 히터블록(141)의 열이 피측정물(2)로 전달되는 효율을 높이기 위해 열전도체 벨트 또는 다수의 와이어들로 형성되는 와이어벨트로 구성된다.
상기 DFP부(300)는 서로 다른 주기의 파장을 가지는 디지털 패턴광을 생성하여 측정광으로 조사하는 두 개의 패턴프로젝터(310, 310a, 310b) 및 두 개의 패턴프로젝터(310, 310a, 310b)에서 조사되어 피측정물(2)에서 반사되는 반사광을 촬영하는 카메라(320)를 포함하여 구성되어, 피측정물의 3차원 표면 형상에 대응하는 패턴광의 영상을 촬영하도록 작동된다.
상술한 구성의 DFP부(300)는 도 7에 도시된 바와 같이, 가열구간과 냉각구간에서 각각 위치 이동 가능하도록 가열구간(120)과 냉각구간(130)의 상부 각각에 설치될 수 있다. 이러한 구성에 의해 피측정물(2)이 필요한 온도 구간에 다달았을 때 워페이지 측정을 위한 피측정물(2)에 대한 디지털 프린지 패턴광에 의한 패턴 영상을 촬영할 수 있도록 한다.
상기 제어부(3)는 DFP부(300)로부터 입력된 피측정물(2)의 3차원 표면 형상에 대응하는 패턴광의 영상을 수신한 후 위상 검출을 수행하여, 높이를 측정하는 것에 의해, 피측정물(2)의 3차원 표면 형상을 생성하여 워페이지의 유무를 출력하도록 구성된다.
이때, 상기 DFP부(300)는 정수배의 주기차를 가지는 서로 다른 파장을 가지는 두개의 패턴광을 각각 측정광으로 하여 두 개의 패턴프로젝터(310a, 310b)를 통해 피측정물(2)에 조사하고, 피측정물(2)에서 반사되는 반사광을 촬영하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 제어부(3)는, 두 개의 촬영된 반사광에 의해 형성되는 패턴들의 위상을 FT(Fourier Transform)를 이용하여 계산한 후, 상기 피측정물에 대한 3차원 패턴영상을 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식에 의해 PFP(Phase Fringe Projection)에 의한 광학 측정 중 발생하는 2π 모호성 문제와 국부영역의 측정에 제한되는 것에 의해 전체 영역에 대한 다수의 촬영을 수행하게 되어 측정시간이 많이 소요되는 한계를 극복할 수 있게 된다.
이와 달리, 상술한 디지털 프린지 프로젝션을 적용한 피측정물에 대한 3차원표면 형상의 취득은, WTP(Wavelet Transform Profilometry), PSP(Phase Shifting Profilometry) 등의 방법이 적용될 수도 있다.
또한, 상기 3차원형상스캔부는 3차원 레이저 스캐너 등의 다양한 3차원 형상 스캐너로 구성될 수도 있다.
도 6은 워페이지 측정 과정을 나타내는 도면이고, 도 7은 워페이지 측정장치(1)의 워페이지 측정 동작을 나타내는 도면이며, 도 8은 피측정물(2)을 히터블록(141)들의 상부면으로 순차적으로 이송시키는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6과 같이, 상술한 구성을 가지는 워페이지 측정장치(1)를 이용한 피측정물(2)에 대한 워페이지 측정을 위해, 먼저, 픽엔플레이스 장치 등의 로더(Loader)가 트레이(tray)로부터 반도체 소자 또는 기판모듈 등의 피측정물(2)을 리플로우 오븐부(100)의 장입영역을 통해 이송부(200)의 상부로 반복하여 장입한다.
이와 동시에, 피측정물(2)에 대한 가열과 냉각 과정에서의 워페이지 측정을 위해서 제어부(3, 도 6 참조)는 반도체 실장 장비에서의 솔더링을 위한 온도 프로파일과 같은 기 설정된 온도 프로파일에 따라 히터(121)들과 히터블록(141)들을 제어하여 오븐케이스(110) 내부 영역이 온도 구배를 가지는 온도 영역들로 분할하여 피측정물에 대한 가열 및 냉각을 수행한다. 즉, 히터블록(141)들이 접촉된 피측정물에 열을 전달하여 가열 및 냉각을 수행하게 되므로, 온도 구간별 균일한 온도를 가지도록 한다. 다수의 피측정물을 측정하는 경우에도 피측정물들이 분포된 영역 전체에서 균일한 온도 조절이 가능하여 워페이지 측정을 신속하게 함은 물론, 정확성을 현저히 향상시킬 수 있게 된다.
이송부(200)는 상술한 바와 같이 서로 다른 온도 영역들로 구획되는 오븐케이스(110)의 내부에 장입된 피측정물(2)들을 인출영역으로 이송시킨다.
도 8을 참조하여 피측정물(2)들을 히터블록(141)들의 상부면으로 순차적으로 이송시키는 과정을 설명한다.
도 8과 같이, 피측정물(2)들이 히터블록(141)들의 상부에 위치되면, 열접촉된 히터블록(141)들에 의해 피측정물(2)이 히터블록(141)의 온도를 가지도록 가열되거나 냉각된다.
이 과정에서, 도 7과 같이, 제어부(3)의 제어에 따라 DFP부(300)들이 각각 설치된 가열구간(120)과 냉각구간(130)의 사이에서 위치 이동하며 오븐케이스(110)의 상부에 형성된 관측창(112)을 통해 오븐케이스(110)의 내부에서 이송되는 피측정물(2)에 대한 디지털 프린지 프로젝션 패턴광 영상을 촬영하여 제어부(3)로 출력한다.
제어부(3)는 입력된 디지털 프린지 프로젝션 패턴광 영상에 대한 데이터처리를 수행하는 것에 의해, 피측정물(2)의 3차원 표면 영상을 생성한 후 워페이지의 유무를 판단하여 출력하게 된다. 이때, 상기 제어부(3)는 3차원형상스캔부를 구성하는 레이저 스캐너, 패턴 3차원 영상 기술 등의 3차원 형상 스캔 방식에 따라 그에 맞는 영상처리를 수행하도록 구성된다.
상술한 바와 같이, 특정 온도에서의 피측정물(2)에 대한 워페이지 측정이 종료되면, 제어부(3)의 제어에 따라, 이송부(200)가 상승하여 와이어벨트(210)에 안착된 피측정물(2)들을 히터블록(141)들의 상부로 들어올린다. 피측정물(2)들이 들어올려진 후에는 이송부(200)의 회전드럼(220)의 회전하여 피측정물(2)의 다음의 온도를 가지는 히터블록(141)으로 이송시킨다. 이 후, 이송부(200)가 하강하여 피측정물(2)들이 다음의 온도를 가지는 히터블록(141)들과 열접촉되도록 한다. 이후, 열평형 상태가 되기를 기다린 후 열평형 상태에서 상술한 바와 같이 DFP부(300)들이 디지털 프린지 프로젝션 패턴광 영상을 촬영하여 제어부(3)로 출력하며, 이러한 과정을 모든 피측정물(2)들에 대한 워페이지 측정이 완료될 때까지 반복 수행하게 된다.
상술한 바와 같이, 오븐케이스(110) 내부에서 이송되며 워페이지가 측정된 피측정물(2)들이 도 6 과 같이, 인출 영역에 도달하면, 언로더가 해당 피측정물(2)을 트레이로 이동시키고, 이러한 전체 과정을 반복수행하여, 피측정물(2)에 대한 워페이지 측정을 연속적으로 수행할 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 워페이지 측정장치는, 내부 온도를 노광조건과 유사하게 하는 경우, 노광을 위한 웨이퍼들의 워페이지 측정에도 적용될 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1...워페이지 측정장치
2...피측정물
3...데이터처리부
100...리플로우 오븐부
110...오븐케이스
112...관측창
120...가열구간
121...히터
130...냉각구간
140...히터블록부
141...히터블록
200...이송부
210...와이어벨트
220...권취드럼
300...DFP부
300a...가열DFP부
300b...냉각DFP부
310, 310a, 310b...패턴프로젝터
320...카메라

Claims (5)

  1. 상부가 관측창으로 형성되며, 내부에는 히터블록들이 열을 이루며 형성되어, 기 설정된 온도프로파일에 따라 상기 히터블록들을 발열시키며, 상기 히터블록들로 순차적으로 장입된 피측정물을 이송시키는 리플로우 오븐부; 및
    상기 관측창을 통해 상기 리플로우 오븐부에서 히터블록들에 의해 이송되며 가열 또는 냉각되는 피측정물로 패턴을 가지는 측정광을 조사한 후 피측정물에서 반사되는 반사광을 촬영하여 출력하는 3차원형상스캔부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리플로우 오븐부는,
    상부면에 상기 관측창이 길이 방향으로 따라 형성되고, 저면에는 온도 구간별로 히터블록들이 열을 이루면서 배치되어, 순차적으로 온도가 상승하는 가열구간과 순차적으로 온도가 하강하는 냉각구간을 가지는 오븐케이스; 및
    상기 오븐케이스의 내부에서 장입된 상기 피측정물을 지지하며 이송시키는 이송부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 이송부는, 양측의 회전드럼과 회전드럼에 걸리어지는 다수의 와이어들로 형성되는 와이어벨트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 3차원형상스캔부는.
    디지털 패턴광을 생성하여 조사하는 하나 이상의 패턴프로젝터 및 하나 이상의 상기 패턴프로젝터에서 조사되어 피측정물에서 반사되는 패턴광을 촬영하는 카메라를 포함하는 디지털 프린지 프로젝션(DFP: Digital Fringe Projection)부;
    도는 3차원 레이저 스캐너 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 3차원형상스캔부는,
    상기 가열구간과 냉각구간에서 각각 위치 이동 가능하도록 상기 가열구간의 상부와 상기 냉각구간의 상부에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 히터블록을 구비한 리플로우 오븐을 이용한 고온 워페이지 측정 장치.
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