KR20230034727A - 반도체 칩의 비전검사장비 - Google Patents

반도체 칩의 비전검사장비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PCB 표면 위에 납땜 장착된 반도체 칩(Capacitor, Wafer Die)의 비전검사장비에 관한 것으로서, 특히 적외선(IR) 비전검사모듈의 제1 이미지와 표면 비전검사모듈의 제2 이미지를 비교해서 반도체 칩의 바닥 크랙과 표면 오염을 구별하여 공정 수율을 현저히 향상시킨 반도체 칩의 비전검사장비에 관한 것이다.

Description

반도체 칩의 비전검사장비{vision test apparatus of wafer die}
본 발명은 PCB 표면 위에 납땜 장착된 반도체 칩(Capacitor, Wafer Die)의 비전검사장비에 관한 것으로서, 특히 적외선(IR) 비전검사모듈의 제1 이미지와 표면 비전검사모듈의 제2 이미지를 비교해서 반도체 칩의 바닥 크랙과 표면 오염(이물)을 구별하여 공정 수율을 현저히 향상시킨 반도체 칩의 비전검사장비에 관한 것이다.
도 1a를 참조하면, PCB(1)에 납땜(2) 고정된 반도체 칩(3)의 표면(3a)은 육안 또는 일반 조명 등을 이용하여 크랙이나 오염(이물) 등의 확인이 가능하나, PCB(1)와 맞닿는 반도체 칩(3)의 바닥(3b)은 확인이 불가능하다.
이러한 반도체 칩(3)의 바닥(3a)의 크랙을 확인하는 종래의 적외선(IR) 검사 시스템 및 방법으로서, 특허문헌(한국공개특허 제10-2019-0120063호)에 기재된 것이 제안되어 있다.
도 5를 참조하면, 특허문헌의 IR(적외선) 검사 장치(1)는 IR 카메라(105), IR 조명(107), 대역 통과 필터(109) 및 PC 시스템을 포함할 수 있다.
IR 조명(107)이 대상물(111)에 조사되면, 대상물(111)의 내외부의 이미지가 적외선 카메라(105)에 획득되어 PC 시스템에서 불량 여부를 판별할 수 있다.
그러나, IR 카메라(105)만 사용하는 경우, 대상물(111)의 내부(바닥) 크랙은 명확히 불량으로 잡아내지만, 내부 크랙 없이 외부(표면) 오염(이물)만 있어도 이 오염을 크랙으로 판단하여 불량 처리할 수 있다.
즉 IR 검사는, 대상물(111)의 내부 크랙과 외부 오염을 구분하지 못하고, 내외부 불량을 동시에 검출하여 판단할 수 있다.
따라서, 불량이 아닌 표면만 오염된 대상물(111)도 폐기 처리되어, 생산 수율을 현저히 낮을 수 있다.
한국공개특허 제10-2019-0120063호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반도체 칩의 크랙과 오염을 구분하여 과도한 불량 발생에 따른 생산성 저하 및 재료의 낭비를 현저히 낮출 수 있는 반도체 칩의 비전검사장치를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 칩의 비전검사장치는, PCB 상면에 납땜 장착된 반도체 칩의 비전검사장치로서, 상기 반도체 칩에 적외선을 조사하여, 상기 반도체 칩의 바닥과 표면의 제1이미지를 획득하는 적외선 비전검사모듈과, 상기 반도체 칩에 LED 조명을 조사하여, 상기 반도체 칩의 표면의 제2이미지를 획득하는 표면 비전검사모듈과, 상기 제1이미지와 상기 제2이미지를 판별하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 칩의 비전검사장치에 있어서, 상기 적외선 비전검사모듈은, 상기 반도체 칩에 적외선을 조사하는 적외선 조명과, 상기 적외선 조명의 제1이미지를 획득하는 적외선 카메라를 포함하고, 상기 표면 비전검사모듈은, 상기 반도체 칩의 표면에 조명을 조사하는 LED 조명과, 상기 LED 조명의 제2이미지를 획득하는 표면 카메라를 포함할 수 있다.
게다가, 본 발명의 반도체 칩의 비전검사장치에 있어서, 상기 적외선 카메라에 롱패스 필터를 적용하여 1000nm ~ 1050nm 파장의 적외선만 통과되고, 상기 LED 조명의 파장대는 380nm ~ 780nm 파장을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 칩의 비전검사장비에 대해 설명하면 다음과 같다.
적외선 비전검사모듈의 제1 이미지와 표면 비전검사모듈의 제2 이미지로부터 반도체 칩의 표면과 바닥 상태를 구분해서 판단하기 때문에, 과도한 과검률를 최대한 낮출 수 있다.
또한, 제1 이미지와 제2 이미지를 보면 크랙 또는 오염을 육안으로 구분할 수 있기 때문에, 신속 정확하게 양부를 결정할 수 있다.
적외선 카메라에 롱패스 필터를 적용하여 1000nm ~ 1050nm 파장의 적외선만 통과되고, LED 조명의 파장대는 380nm ~ 780nm 파장을 가짐으로써, 동시에 반도체 칩에 조사될 때 LED 파장으로 인한 적외선 카메라의 영상 취득에 영향을 주지 않을 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비전검사장비로 정상의 반도체 칩을 검사하는 개념도.
도 1b는 도 1a의 정상 반도체 칩의 제1이미지 및 제2이미지를 도시한 평면도.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비전검사장비로 크랙 있는 반도체 칩을 검사하는 개념도.
도 2b는 도 2a의 크랙 있는 반도체 칩의 제1이미지 및 제2이미지를 도시한 평면도.
도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비전검사장비로 오염 있는 반도체 칩을 검사하는 개념도.
도 3b는 도 3a의 오염 있는 반도체 칩의 제1이미지 및 제2이미지를 도시한 평면도.
도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비전검사장비로 크랙과 오염 있는 반도체 칩을 검사하는 개념도.
도 4b는 도 4a의 크랙과 오염 있는 반도체 칩의 제1이미지 및 제2이미지를 도시한 평면도.
도 5는 종래 비전검사장비의 구성을 도시한 개념도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우도 포함한다.
본 발명의 비전검사장비(10)는, 적외선 비전검사모듈(30)과 표면 비전검사모듈(50)을 사용하여, 반도체 칩(3)의 표면(3a)과 바닥(3b)를 구분하는 것을 요지로 한다.
반도체 칩(3)의 표면(3a)과 바닥(3b)를 구분하는 필요성은, ① 표면 불량은 클리닝으로 제거 가능하고, ② 표면과 바닥의 불량은 검사/처리 기준이 다르고, ③표면 불량은 가격적, 기능적 장점이 많은 검사 솔루션이 다수 존재할 수 있기 때문이다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비전검사장비로 정상의 반도체 칩을 검사하는 개념도이고, 도 1b는 도 1a의 정상 반도체 칩의 제1이미지 및 제2이미지를 도시한 평면도이고, 도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비전검사장비로 크랙 있는 반도체 칩을 검사하는 개념도이고, 도 2b는 도 2a의 크랙 있는 반도체 칩의 제1이미지 및 제2이미지를 도시한 평면도이고, 도 3a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비전검사장비로 오염 있는 반도체 칩을 검사하는 개념도이고, 도 3b는 도 3a의 오염 있는 반도체 칩의 제1이미지 및 제2이미지를 도시한 평면도이고, 도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비전검사장비로 크랙과 오염 있는 반도체 칩을 검사하는 개념도이고, 도 4b는 도 4a의 크랙과 오염 있는 반도체 칩의 제1이미지 및 제2이미지를 도시한 평면도이다.
도 1a를 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 칩의 비전검사장비(10)는, 적외선(IR) 비전검사모듈(30)과, 표면 비전검사모듈(50)과, 제어부(70)를 포함할 수 있다.
반도체 칩의 비전검사장비(10)는, 적외선 비전검사모듈(30)을 포함할 수 있다.
적외선 비전검사모듈(30)은, 반도체 칩(3)에 적외선(실선 화살표)을 조사 투과시켜, 반도체 칩(3)의 바닥(3b)과 표면(3a)의 제1 이미지(5a~8a)를 획득할 수 있다.
적외선 비전검사모듈(30)은, 적외선 조명(31)을 포함할 수 있다.
적외선 조명(31)은, 1000nm ~ 1050nm 파장의 적외선을 조사할 수 있다.
적외선은, 표면(3a)을 통과해서 바닥(3b)에 투과될 수 있다.
적외선은, 표면(3a)에 오염이 있으면 그 오염 때문에 투과되지 않을 수 있다.
적외선은, 표면(3a)에 대해 수직하게 조사될 수 있다.
적외선 비전검사모듈(30)은, 적외선 카메라(33)를 포함할 수 있다.
적외선 카메라(33)는, 반도체 칩(3)을 투과하여 반사된 적외선을 촬영할 수 있다.
적외선 카메라(33)는, 롱패스 필터(미도시)를 적용할 수 있다.
롱패스 필터(미도시)는, 1000nm 이만을 블럭킹하는 필터로서, 1000nm ~ 1050nm 파장의 적외선만 받아들일 수 있다.
롱패스 필터(미도시)는, 후술된 LED 조명(51)의 파장대인 380nm ~ 780nm 파장과 중복되더라도, 적외선 카메라(33)에 더욱 영향이 없게 해 줄 수 있다.
반도체 칩의 비전검사장비(10)는, 표면 비전검사모듈(50)을 포함할 수 있다.
표면 비전검사모듈(50)은, 반도체 칩(3)에 광선(점선 화살표)을 조사시켜, 반도체 칩(3)의 표면(3a)의 제2 이미지(5b~8b)를 획득할 수 있다.
표면 비전검사모듈(50)은, LED 조명(51)을 포함할 수 있다.
LED 조명(51)은, 파장대가 380nm ~ 780nm 파장을 가지고 있다.
이러한 LED 파장대는 적외선 카메라(33)에 영향이 없게 하기 위함이다. 즉, LED 파장은 적외선 파장과 동시에 반도체 칩(3)에 조사되기 때문이다.
표면 비전검사모듈(50)은, 표면 카메라(53)를 포함할 수 있다.
표면 카메라(53)는, 일반 카메라일 수 있다.
표면 카메라(53)는, 반도체 칩(3)의 표면(3a)에서 반사되는 제2 이미지(5b~8b)를 얻을 수 있다.
표면 카메라(53)의 제2 이미지(5b~8b)는, 하얀 바탕의 이미지로 구현될 수 있다.
LED 조명(51)은; 반도체 칩(3)과 적외선 카메라(33) 사이의 일측에 배치될 수 있다.
예를 들면 LED 조명(51)은, 반도체 칩(3)에 대해 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
마찬가지로 표면 카메라(53)는, 반도체 칩(3)과 적외선 카메라(33) 사이의 타측에 배치될 수 있다.
예를 들면 표면 카메라(53)는, 반도체 칩(3)에 대해 45도 기울어지게 배치될 수 있다.
제어부(70)는 PC 시스템을 포함할 수 있다.
제어부(70)는, 적외선 카메라(33)와 표면 카메라(53)로부터 얻은 영상을 제1 이미지(5a~8a) 및 제2 이미지(5b~8b)로 모니터링 할 수 있다.
제어부(70)는, 모니터링 한 결과 반도체 칩(3)의 양부를 분류할 수 있다.
이하 반도체 칩의 비전검사장비(10)를 이용하여 양부를 분류하는 방법을 설명한다.
먼저, 도 1a와 같은 정상의 반도체 칩(3)에 적외선과 광원을 조사했을 때 도 1b의 제1 이미지(5a)에 크랙이 나타나지 않고, 제2 이미지(5b)에 오염이 나타나지 않는다. 따라서 제1 이미지(5a)에 크랙이 없기 때문에 합격 판정을 받을 수 있다.
도 2a와 같은 크랙이 있는 반도체 칩(3)에 적외선과 광원을 조사했을 때 도 2b의 제1 이미지(6a)에 크랙이 나타나고, 제2 이미지(6b)에 오염이 나타나지 않는다. 따라서 제1 이미지(6a)에 크랙이 나타나기 때문에 불합격 판정을 받을 수 있다.
도 3a와 같은 오염이 있는 반도체 칩(3)에 적외선과 광원을 조사했을 때 도 3b의 제1 이미지(7a)와 제2 이미지(6b)에 오염이 나타나지 않는다. 제1 이미지(7a)의 오염 위치와 제2 이미지(6b)의 오염 위치가 같기 때문에, 제1 이미지(7a)의 오염은 크랙이 아니라서 합격 판정을 받을 수 있다.
이것은 반도체 칩(3)의 표면(3a)과 바닥(3b)을 구별해서 판별할 수 있음을 보여준다.(기존 적외선 카메라만 적용했을 때는 불합격 판정을 받을 수 있다)
도 4a와 같은 크랙과 오염이 있는 반도체 칩(3)에 적외선과 광원을 조사했을 때 도 4b의 제1 이미지(8a)에 크랙과 오염이 동시에 나타나고, 제2 이미지(6b)에 오염이 나타난다. 제1 이미지(8a)의 오염 위치와 제2 이미지(8b)의 오염 위치가 같지만, 제1 이미지(7a)의 크랙 때문에 불합격 판정을 받을 수 있다.
이러한 제1 이미지(5a~8a)와 제2 이미지(5b~8b)를 비교해서 양부를 판단하기 때문에, 아래의 표 1과 같이 과검률이 현저히 낮아짐을 알 수 있다.
제2 이미지 적용 전 과검률 제2 이미지 적용 후 과검률 감소율
수율(yield) 48.72% 1.84% -46.88%
앞에서 설명된 본 발명의 어떤 실시예 또는 다른 실시예들은 서로 배타적이거나 구별되는 것은 아니다. 앞서 설명된 본 발명의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 각각의 구성 또는 기능이 병용되거나 조합될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
1 : PCB 2 : 납땜
3 : 반도체 칩 3a : 반도체 칩의 표면
3b : 반도체 칩의 바닥 5a~8a : 제1 이미지
5b~8b : 제2 이미지 10 : 반도체 칩의 비전검사장비
30 : 적외선 비전검사모듈 31 : 적외선 조명
33 : 적외선 카메라 50 : 표면 비전검사모듈
51 : LED 조명 55 : 표면 카메라
70 : 제어부

Claims (3)

  1. PCB 상면에 납땜 장착된 반도체 칩의 비전검사장치로서,
    상기 반도체 칩에 적외선을 조사하여, 상기 반도체 칩의 바닥과 표면의 제1이미지를 획득하는 적외선 비전검사모듈과,
    상기 반도체 칩에 LED 조명을 조사하여, 상기 반도체 칩의 표면의 제2이미지를 획득하는 표면 비전검사모듈과,
    상기 제1이미지와 상기 제2이미지를 판별하는 제어부를 포함하는,
    반도체 칩의 비전검사장비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적외선 비전검사모듈은,
    상기 반도체 칩에 적외선을 조사하는 적외선 조명과,
    상기 적외선 조명의 제1이미지를 획득하는 적외선 카메라를 포함하고,
    상기 표면 비전검사모듈은,
    상기 반도체 칩의 표면에 조명을 조사하는 LED 조명과,
    상기 LED 조명의 제2이미지를 획득하는 표면 카메라를 포함하는,
    반도체 칩의 비전검사장비.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 적외선 카메라에 롱패스 필터를 적용하여 1000nm ~ 1050nm 파장의 적외선만 통과되고,
    상기 LED 조명의 파장대는 380nm ~ 780nm 파장을 가지는,
    반도체 칩의 비전검사장비.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118429270A (zh) * 2024-03-29 2024-08-02 杭州路福智能科技有限公司 一种基于图像识别的电子元器件破损测试方法及系统

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KR20190120063A (ko) 2018-04-13 2019-10-23 엠아이 이큅먼트 (엠) 에스디엔. 비에이치디. 적외선(ir) 검사를 위한 시스템 및 방법

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