KR102459234B1 - 초음파 프로브를 이용한 불량소자 검사방법 및 이를 이용하는 검사장치, 그리고 그 프로세서에 의해 수행되는 불량 소자 분류 방법 - Google Patents

Abstract

초음파 기반의 불량 소자 검사 장치의 프로세서에 의해 수행되는 불량 소자 분류 방법에 있어서, 불량 검사용 초음파 신호가 피검체 반도체 소자로부터 반사되어 생성되는 초음파 에코 신호에 기초하여 상기 피검체 반도체 소자의 경계면 패턴 이미지가 생성되는 이미지 생성 단계; 상기 경계면 패턴 이미지에 대한 전처리 과정을 통해 상기 피검체 반도체 소자에 존재하는 하나 이상의 불량 유발 요소가 검출되는 불량 요소 검출 단계; 상기 하나 이상의 불량 유발 요소가 검출되는 위치에 기초하여 상기 피검체 반도체 소자의 오브젝트들로부터 하나 이상의 불량 오브젝트가 식별되는 불량 오브젝트 식별 단계; 및 상기 하나 이상의 불량 오브젝트의 종류 및 상기 하나 이상의 불량 유발 요소의 특성에 기초하여 상기 피검체 반도체 소자의 불량 종류가 분류되는 불량 종류 분류 단계; 를 포함하는, 불량 소자 분류 방법이 개시된다.

Description

초음파 프로브를 이용한 불량소자 검사방법 및 이를 이용하는 검사장치, 그리고 그 프로세서에 의해 수행되는 불량 소자 분류 방법 {A defective element inspection method using an ultrasonic probe, an inspection apparatus using the same, and a defective element classification method performed by the processor thereof}

본 발명은 초음파 프로브를 이용한 불량소자 검사방법 및 이를 이용하는 검사장치, 그리고 그 프로세서에 의해 수행되는 불량 소자 분류 방법 에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 초음파 방식의 검사를 통해 피검체 반도체 소자로부터 생성되는 검사 이미지에 기초하여 피검체 반도체 소자의 내부에 존재하는 불량의 종류를 분류하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

초음파(ultrasonic wave) 영역의 주파수를 갖는 신호를 활용하여 검사 대상의 내부 이미지를 취득하는 기술이 신체 내부의 장기나 임신 중의 태아를 대상으로 하는 의료 분야나 제조 결과물을 변형시키지 않으면서 내부의 결함을 검출하는 비파괴검사(NDT) 분야 등에서 다양하게 활용되고 있다.

복잡한 회로 패턴을 형성하고 있는 반도체 소자에 대해서도 초음파 검사 방식의 불량 검출이 수행될 수 있다. 반도체 소자에 대해 초음파 불량 검사가 수행되면 반도체 소자의 기판 상하면에 형성되어 있는 반도체 패턴들의 경계면 패턴 이미지가 생성될 수 있다. 경계면 패턴 이미지로부터 불량 유발 요소가 검출되는 경우, 해당 반도체 소자가 잠재적인 결함을 갖는 것으로 판정될 수 있다.

반도체 소자의 결함들은 다양한 종류의 형태로 발생할 수 있으며, 또한 소자 내부의 다양한 위치에 발생할 수 있다. 따라서, 제조 공정에서 결함을 유발하는 요인을 확인하여 제거하기 위해서는 반도체 소자의 어떤 위치에 어떤 종류의 결함이 발생하는지를 정확히 파악할 것이 요구될 수 있다.

본 발명에 의해 해결하고자 하는 기술적 과제는, 피검체 반도체 소자의 경계면 패턴 이미지로부터 불량 유발 요소의 위치 및 특성을 식별하여 피검체 반도체 소자가 어떤 종류의 불량을 갖는지를 분류하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일부 실시예에 따른 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치의 프로세서에 의해 수행되는 불량 소자 분류 방법은, 불량 검사용 초음파 신호가 피검체 반도체 소자로부터 반사되어 생성되는 초음파 에코 신호에 기초하여 상기 피검체 반도체 소자의 경계면 패턴 이미지가 생성되는 이미지 생성 단계; 상기 경계면 패턴 이미지에 대한 전처리 과정을 통해 상기 피검체 반도체 소자에 존재하는 하나 이상의 불량 유발 요소가 검출되는 불량 요소 검출 단계; 상기 하나 이상의 불량 유발 요소가 검출되는 위치에 기초하여 상기 피검체 반도체 소자의 오브젝트들로부터 하나 이상의 불량 오브젝트가 식별되는 불량 오브젝트 식별 단계; 및 상기 하나 이상의 불량 오브젝트의 종류 및 상기 하나 이상의 불량 유발 요소의 특성에 기초하여 상기 피검체 반도체 소자의 불량 종류가 분류되는 불량 종류 분류 단계; 를 포함한다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 불량 요소 검출 단계는 상기 피검체 반도체 소자를 구성하는 반도체 기판의 기판 상면에 형성되는 상면 반도체 패턴 및 상기 반도체 기판의 기판 하면에 형성되는 하면 반도체 패턴 각각에 대해 수행되고, 상기 상면 반도체 패턴에 대한 수행 결과 및 상기 하면 반도체 패턴에 대한 수행 결과를 종합하여 상기 피검체 반도체 소자의 합불 여부가 상기 불량 소자 검사 장치의 디스플레이에 표시된다.

예시적인 실시예에 있어서, 단일의 상기 반도체 기판 상에 복수의 상면 반도체 패턴들 및 복수의 하면 반도체 패턴들이 형성되어 복수의 피검체 반도체 소자 시트들이 형성되고, 상기 복수의 피검체 반도체 소자 시트들 각각에 대한 상기 합불 여부에 기초하는 반도체 기판별 불량 발생율 및 피검체 반도체 소자 시트별 불량 발생율이 상기 디스플레이에 표시된다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 하나 이상의 불량 유발 요소의 면적, 가로 방향 중심 위치 및 세로 방향 중심 위치를 포함하는 불량 상세 정보가 상기 불량 소자 검사 장치의 디스플레이에 표시되고, 상기 전처리 과정은 상기 경계면 패턴 이미지의 가로 방향 위치 어긋남, 세로 방향 위치 어긋남 및 각도 어긋남을 보정하는 어긋남 보정 과정을 포함한다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 오브젝트들은 자율주행 차량용 전력 모듈 소자의 DBC(Direct Bonded Copper) 기판, 솔더, EMC(Epoxy Molding Compound), 스페이서, DMC(Dimethyl Carbonate) 및 세라믹 패턴을 포함하고, 상기 불량 종류는 상기 오브젝트들에 형성되는 상기 하나 이상의 불량 유발 요소의 위치 특성 및 크기 특성에 따라 크랙 불량, 보이드(void) 불량, 박리(delamination) 불량 및 위치 어긋남 불량 중 어느 하나로 분류된다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 DBC 기판에 상기 크랙 불량이 존재하는 DBC 크랙의 경우, 하이-패스(high-pass) 전처리 과정, 블롭 검출 알고리즘(blob detection algorithm) 적용 과정, 블롭 연결 알고리즘(blob connection algorithm) 적용 과정 및 블롭 길이 비교 과정을 거쳐 상기 DBC 크랙이 분류된다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 스페이서에 상기 위치 어긋남 불량이 발생하는 스페이서 위치 어긋남의 경우, 스페이서 기준 위치 결정 과정, 스페이서 경계 위치 결정 과정 및 스페이서 위치 비교 과정을 거쳐 상기 스페이서 위치 어긋남이 분류된다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 솔더 또는 상기 DMC에 상기 보이드 불량이 발생하는 솔더 보이드 또는 DMC 보이드의 경우, 하이-패스 전처리를 수행하는 과정 및 특정 면적 이상의 블롭을 검출하기 위해 블롭 검출 알고리즘을 적용하는 과정을 거쳐 상기 솔더 보이드 또는 상기 DMC 보이드가 분류된다.

예시적인 실시예에 있어서, 상기 EMC 또는 상기 세라믹 패턴에 박리 불량이 발생하는 EMC 박리 또는 세라믹 패턴 박리의 경우, 라인 소트(line sort) 전처리를 수행하는 과정 및 특정 면적 이상의 블롭을 검출하기 위해 블롭 검출 알고리즘을 적용하는 과정을 거쳐 상기 EMC 박리 또는 상기 세라믹 패턴 박리가 분류된다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 불량 소자 검사 장치는, 상기 불량 소자 분류 방법을 수행하도록 구성된다.

본 발명에 따른 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치 및 그 프로세서에 의해 수행되는 불량 소자 분류 방법에 의하면, 피검체 반도체 소자에 존재하는 하나 이상의 불량 유발 요소가 위치하는 불량 오브젝트가 식별될 수 있고, 불량 오브젝트의 종류 및 불량 유발 요소의 특성에 기초하여 피검체 반도체 소자의 불량 종류가 분류될 수 있으므로, 해당 불량 종류가 반도체 소자의 제조 공정의 어떤 과정에서 유발되는 것인지가 보다 용이하게 분석될 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 일부 실시예에 따른 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치를 구성하는 요소들을 나타내는 도면이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치의 동작 방법을 구성하는 단계들을 나타내는 도면이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 초음파 프로브 어레이의 구조 및 동작 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 초음파 프로브 어레이를 활용하여 피검체 반도체 소자의 경계면 패턴 이미지를 생성하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 피검체 반도체 소자의 구조 및 이를 초음파 프로브 어레이를 통해 스캐닝하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 피검체 반도체 소자의 실물 이미지 및 그에 대한 경계면 패턴 이미지를 나타내는 도면이다.
도 8은 일부 실시예에 따른 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치의 프로세서에 의해 수행되는 불량 소자 분류 방법을 구성하는 단계들을 나타내는 도면이다.
도 9는 일부 실시예에 따른 상면 반도체 패턴 및 하면 반도체 패턴에 대한 초음파 불량 검사 결과를 종합하여 피검체 반도체 소자의 합불 여부를 표시하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일부 실시예에 따른 불량 발생율을 반도체 기판별 및 피검체 반도체 소자 시트별로 표시하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일부 실시예에 따른 전처리 과정에 포함되는 가로 방향, 세로 방향 및 각도에 대한 어긋남 보정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일부 실시예에 따른 불량 유발 요소의 불량 상세 정보를 표시하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일부 실시예에 따른 각종 불량 종류를 갖는 피검체 반도체 소자의 검사 대상 샘플들을 나타내는 도면이다.
도 14는 일부 실시예에 따른 피검체 반도체 소자의 불량 종류의 구체적인 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일부 실시예에 따른 불량 종류가 DBC 크랙인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 일부 실시예에 따른 불량 종류가 스페이서 위치 어긋남인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 일부 실시예에 따른 불량 종류가 솔더 보이드 또는 DMC 보이드인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일부 실시예에 따른 불량 종류가 EMC 박리 또는 세라믹 패턴 박리인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 이하에서의 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명에 따른 권리범위를 제한하거나 한정하기 위한 것은 아니다. 본 발명에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 상세한 설명 및 실시예들로부터 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명에 따른 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에 관한 기술 분야에서 널리 사용되는 일반적인 용어로 기재되었으나, 본 발명에서 사용되는 용어의 의미는 해당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 새로운 기술의 출현, 심사기준 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 일부 용어는 출원인에 의해 임의로 선정될 수 있고, 이 경우 임의로 선정되는 용어의 의미가 상세하게 설명될 것이다. 본 발명에서 사용되는 용어는 단지 사전적 의미만이 아닌, 명세서의 전반적인 맥락을 반영하는 의미로 해석되어야 한다.

본 발명에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다'와 같은 용어는 명세서에 기재되는 구성 요소들 또는 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 일부 구성 요소들 또는 단계들은 포함되지 않는 경우, 및 추가적인 구성 요소들 또는 단계들이 더 포함되는 경우 또한 해당 용어로부터 의도되는 것으로 해석되어야 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 본 발명에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 대해서는 자세한 설명이 생략된다.

도 1a 및 도 1b는 일부 실시예에 따른 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치(100)를 구성하는 요소들 및 그 구조가 도시되어 있다. 도시된 불량 소자 검사 장치(100)의 구조는 예시적인 구현일 뿐, 초음파 기반의 불량 소자 검사 기능을 유지하는 범위에서 다른 형태로 구현될 수도 있다.

로딩 암(110)은 불량 소자 검사 장치(100) 내에서 피검체 반도체 소자를 운반할 수 있다. 로딩 암(110)은 불량 소자 검사 장치(100)의 좌측 후방에 매거진 형태로 적재되어 있는 피검체 반도체 소자를 초음파 프로브 어레이(130)가 위치하는 초음파 검사 스테이지로 이동시킬 수 있다. 초음파 검사 스테이지로 이동하기 이전에, 로딩 암(110)은 피검체 반도체 소자를 DMC 각인 및 바코드 검사를 위한 위치로 운반할 수도 있다. 도시된 예시에서와 같이 로딩 암(110)은 로봇 암의 형태로 구현될 수 있고, 또는 소자 운반 기능을 갖는 다른 형태의 기계 구조로 구현될 수 있다.

피검체 반도체 소자가 초음파 검사 스테이지로 운반되면, 스테이지 컨베이어(120)는 피검체 반도체 소자를 좌우 방향으로 이동시킬 수 있다. 초음파 프로브 어레이(130)에 의한 전후 방향 스캐닝이 스캔 단위마다 수행될 수 있도록, 스테이지 컨베이어(120)는 피검체 반도체 소자를 스캔 단위만큼씩 우측으로 이동시킬 수 있다. 스테이지 컨베이어(120)는 컨베이어 벨트, 또는 스테이지 구동 모터 등과 같이 소자 운반을 위한 다양한 형태로 구현될 수 있다.

초음파 프로브 어레이(130)는 피검체 반도체 소자에 초음파 영역의 주파수를 갖는 검사 신호를 조사할 수 있고, 그에 따라 피검체 반도체 소자의 층별 경계면에서 반사되는 에코 신호를 측정할 수 있다. 초음파 프로브 어레이(130)는 단일의 프로브로 구성되는 것이 아닌, 복수의 프로브 요소들로 구성될 수 있으며, 그로 인해 선 기반의 스캐닝이 아닌 면 기반의 스캐닝을 수행할 수 있다.

초음파 스캐닝 과정에서 초음파 신호 및 에코 신호는 초음파 전달용 매질을 통해 전달될 수 있다. 예를 들면, 물과 같은 초음파 전달용 매질을 통해 초음파 신호 및 에코 신호가 전달되는 경우에는 공기를 통해 전달되는 경우 대비 고주파수 영역에서의 감쇠가 감소할 수 있으므로, 보다 원활한 결함 검사가 수행될 수 있다. 예시된 물 이외에도, 신호 감쇠를 방지할 수 있는 다른 적절한 종류의 물질이 초음파 전달용 매질로 활용될 수 있다.

초음파 스캐닝 과정에서, 필요에 따라 반전기(150)에 의해 피검체 반도체 소자의 상하가 뒤집히는 플리핑(flipping) 과정이 수행될 수 있다. 즉, 피검체 반도체 소자의 상면 반도체 패턴 및 하면 반도체 패턴을 모두 스캐닝할 필요가 있는 경우에는 플리핑을 위해 반전기(150)가 동작할 수 있다. 반전기(150)는 진공 흡착 구조 등 플리핑 과정을 수행 가능한 다양한 형태로 구현될 수 있다.

초음파 스캐닝 과정이 완료되면, 에어 나이프(air knife) 등과 같은 건조 수단에 의해 피검체 반도체 소자에 잔류하는 초음파 전달용 매질이 건조될 수 있다. 건조가 완료된 이후에는 피검체 반도체 소자가 다시 우측 로딩 암에 의해 매거진 형태로 적재될 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 불량 소자 검사 장치(100)는 프로세서(140)를 포함할 수 있다. 프로세서(140)는 피검체 반도체 소자로부터 반사되는 에코 신호를 활용하여 피검체 반도체 소자의 내부 이미지를 생성할 수 있다. 프로세서(140)는 연산 처리 기능을 갖는 CPU, GPU, AP, 또는 그 조합의 형태 등으로 구현될 수 있고, 필요에 따라 DRAM, 플래시 메모리, SSD, 기타 다양한 형태의 메모리와 함께 구비될 수 있다.

불량 소자 검사 장치(100)의 구성 요소들의 동작 과정들을 거쳐 피검체 반도체 소자의 내부 이미지, 즉 경계면 패턴 이미지가 생성되면, 이를 통해 피검체 반도체 소자가 어떤 종류의 제조 결함들을 갖는지가 판정될 수 있다. 예를 들면, 경계면 패턴 이미지로부터 DBC(direct bonded copper) 크랙, 솔더 보이드, EMC(epoxy mold compound) 박리, 스페이서 비틀림, DMC 보이드 및 세라믹 패턴 박리 등과 같은 제조 결함들이 존재하는지 여부가 판정될 수 있다.

도 2는 일부 실시예에 따른 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치를 구성하는 요소들을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치(100)는 로딩 암(110), 스테이지 컨베이어(120), 초음파 프로브 어레이(130) 및 프로세서(140)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 반전기(150) 등의 구성이 불량 소자 검사 장치(100)에 더 포함될 수 있다.

로딩 암(110), 스테이지 컨베이어(120), 초음파 프로브 어레이(130) 및 프로세서(140)는 불량 소자 검사 장치(100)의 동작 방법을 구성하는 단계들을 수행할 수 있다. 각 단계가 순차로 수행됨에 따라 피검체 반도체 소자의 경계면 패턴 이미지가 생성될 수 있고, 그로부터 제조 결함이 존재하는지 여부가 판정될 수 있다.

한편, 피검체 반도체 소자는 자율주행 차량용 전력 모듈 소자를 포함할 수 있다. 자율주행 차량용 전력 모듈 소자의 경우, 잠재적 불량 요소의 존재 여부가 향후 자율주행 차량 사고 위험과 직결되는 것이므로, 출하되는 모든 소자들에 대해 초음파 불량 검사가 이루어져야 하고, 따라서 불량 소자 검사 장치(100)가 정확성 및 신속성을 가질 것이 요구될 수 있다.

도 3은 일부 실시예에 따른 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치의 동작 방법을 구성하는 단계들을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치(100)의 동작 방법(300)은 피검체 로딩 단계(310) 내지 이미지 생성 단계(340)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 범용적인 단계들이 동작 방법(300)에 더 포함될 수 있다.

동작 방법(300)은 불량 소자 검사 장치(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성될 수 있다. 로딩 암(110), 스테이지 컨베이어(120), 초음파 프로브 어레이(130) 및 프로세서(140)는 각각 피검체 로딩 단계(310) 내지 이미지 생성 단계(340)를 수행할 수 있다.

피검체 로딩 단계(310)에서, 로딩 암(110)은 피검체 반도체 소자를 초음파 검사 스테이지에 로딩할 수 있다. 한편, 피검체 반도체 소자는 상면 반도체 패턴, 반도체 기판 및 하면 반도체 패턴을 포함할 수 있고, 상면 반도체 패턴은 반도체 기판의 기판 상면에, 하면 반도체 패턴은 반도체 기판의 기판 하면에 형성될 수 있다.

스테이지 이동 단계(320)에서, 스테이지 컨베이어(120)는 피검체 반도체 소자가 로딩되어 있는 초음파 검사 스테이지를 일정한 스캔 간격만큼씩 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 스테이지 컨베이어(120)는 도 1a에 도시되어 있는 좌우 방향으로 초음파 검사 스테이지를 이동시킬 수 있다.

초음파 스캐닝 단계(330)에서, 초음파 프로브 어레이(130)는 초음파 검사 스테이지의 일정한 스캔 간격마다 불량 검사용 초음파 신호를 피검체 반도체 소자의 일면에 조사할 수 있다.

피검체 반도체 소자의 일면은 상면 반도체 패턴 및 하면 반도체 패턴 중 어느 하나일 수 있고, 피검체 반도체 소자의 타면은 양자 중 다른 하나일 수 있다. 예를 들면 일면은 상면 반도체 패턴을, 타면은 하면 반도체 패턴을 의미할 수 있다. 한편, 초음파 프로브 어레이(130)는 도 1a에 도시되어 있는 상하 방향으로 불량 검사용 초음파 신호를 조사할 수 있다.

이미지 생성 단계(340)에서, 프로세서(140)는 불량 검사용 초음파 신호가 피검체 반도체 소자로부터 반사되어 생성되는 초음파 에코 신호에 기초하여 피검체 반도체 소자의 경계면 패턴 이미지를 생성할 수 있다.

상기 초음파 스캐닝 단계(330)는 제1초음파 프로브 어레이(130)가 상기 피검체 반도체 소자의 일면(상면)에 초음파 신호를 조사하는 제1 상기 초음파 스캐닝 단계와, 제2초음파 프로브 어레이(130)가 상기 피검체 반도체 소자의 타면(하면)에 초음파 신호를 조사하는 제2 상기 초음파 스캐닝 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 이미지 생성 단계(340)는 상기 제1 상기 초음파 스캐닝 단계와 제2 상기 초음파 스캐닝 단계 각각이 종료될 때 마다 수행될 수도 있고, 일면과 타면에 대한 스캐닝이 종료된 이후 한번의 단계로 수행될 수도 있다.

한편, 동작 방법(300)은, 그 방법을 실행하는 명령어들을 포함하는 적어도 하나의 프로그램 또는 소프트웨어가 기록되는 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수도 있다.

도 4는 일부 실시예에 따른 초음파 프로브 어레이의 구조 및 동작 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 초음파 프로브 어레이의 예시적인 구조도(410, 420) 및 초음파 프로브 어레이의 동작 방식(430)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 초음파 프로브 어레이는 어레이 구조를 갖기 때문에 단일 프로브 구조 대비 높은 정밀도 및 스캔 속도를 가질 수 있다.

구조도(410, 420)와 관련하여, 초음파 프로브 어레이는 일정한 피치(pitch)를 두고 일렬로 배열되는 복수의 프로브 요소들을 포함할 수 있고, 복수의 프로브 요소들 각각의 크기 및 복수의 프로브 요소들이 갖는 일정한 피치의 크기는 상기 피검체 반도체 소자의 1매당 스캐닝 소요 시간에 따라 결정될 수 있다.

복수의 프로브 요소들은 진동자(oscillator)의 형태로 구성되어 위상맞춤 어레이 초음파(Phased array ultrasonics) 등의 방식으로 불량 검사용 초음파 신호를 생성할 수 있다. 복수의 프로브 요소들의 배열 간격을 나타내는 피치, 및 각 프로브 요소의 크기에 따라 스캐닝 속도가 달라질 수 있다. 도 9 및 도 10에서 후술할 바와 같이, 다른 요소들이 동일할 때 피치가 커질수록 스캐닝 속도는 빨라지는 대신 스캐닝 해상도가 감소할 수 있다.

자율주행 차량용 전력 모듈 소자 등의 경우에서와 같이 다량의 소자들에 대한 전수 검사가 필요한 경우에는, 소자 1매당 소요 시간, 즉 스캐닝 속도에 대한 요구 사항이 설정되는 경우가 있을 수 있다. 이 때 요구 스캐닝 속도를 충족시키기 위해 프로브 요소들 간의 피치, 또는 각 프로브 요소의 크기와 같은 초음파 프로브 어레이의 세부 사양이 변경될 수 있다.

동작 방식(430)에서와 같이, 초음파 프로브 어레이는 피검체 반도체 소자에 대한 초음파 스캐닝을 수행할 수 있다. 일정한 크기, 예를 들면 190 mm * 140 mm의 크기를 갖는 소자에 대해 스캔 간격마다 하나의 라인씩 면 방식의 스캐닝이 수행될 수 있다.

도 5는 일부 실시예에 따른 초음파 프로브 어레이를 활용하여 피검체 반도체 소자의 경계면 패턴 이미지를 생성하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 초음파 프로브 어레이를 활용하여 피검체 반도체 소자의 경계면 패턴 이미지를 생성하는 방식과 관련하여 초음파 스캐닝 과정(510) 및 에코 생성 과정(520)이 도시되어 있다.

초음파 스캐닝 과정(510)과 관련하여, 초음파 프로브 어레이(130)의 피검체 반도체 소자에 대한 초음파 스캐닝은 초음파 전달용 매질을 통해 수행될 수 있다. 구체적으로, 불량 검사용 초음파 신호는 고주파수 영역에서 발생하는 불량 검사용 초음파 신호의 감쇠를 방지하기 위해 초음파 프로브 어레이 및 피검체 반도체 소자 사이에 충전되는 초음파 전달용 매질을 통해 상면 반도체 패턴에 조사될 수 있고, 초음파 전달용 매질은 액체, 또는 물일 수 있다.

초음파 프로브 어레이(130)에 의한 불량 검사용 초음파 신호는 매질을 통해 피검체 반도체 소자로 조사되어 물질간 경계면에서 반사될 수 있다. 예시로서, 피검체 반도체 소자는 상면 반도체 패턴, 반도체 기판 및 하면 반도체 패턴의 3층 구조를 가질 수 있고, 층간 경계면 또는 매질-소자 경계면에서 초음파 신호 반사가 발생할 수 있다.

에코 생성 과정(520)에서와 같이, 반사된 초음파 신호, 즉 초음파 에코 신호는 경계면 물질의 성질을 반영할 수 있다. 도시된 바와 같이 경계면의 종류마다 상이한 특성의 초음파 에코 신호가 발생할 수 있고, 특히 피검체 반도체 소자의 내부에 결함이 존재하는 경우에는, 해당 결함의 경계에서 그에 대응되는 초음파 에코 신호가 발생할 수 있다.

따라서, 프로세서(140)는 피검체 반도체 소자로부터의 초음파 에코 신호를 분석함으로써 경계면 패턴에 이상이 없는지, 또는 크랙이나 박리 등과 같은 내부 결함이 존재하지는 않는지를 나타내는 경계면 패턴 이미지를 생성할 수 있다.

도 6은 일부 실시예에 따른 피검체 반도체 소자의 구조 및 이를 초음파 프로브 어레이를 통해 스캐닝하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 예시적으로 복수의 피검체 반도체 소자들이 형성되어 있는 반도체 기판의 정면도(610) 및 평면도(620)가 도시되어 있고, 기판 다이싱을 통해 분리된 하나의 피검체 반도체 소자에 대해 초음파 스캐닝이 수행되는 스캐닝 경로(630)가 도시되어 있다.

정면도(610)에서와 같이, 피검체 반도체 소자의 반도체 기판은 기판 상면에 형성되는 상면 반도체 패턴 및 기판 하면에 형성되는 하면 반도체 패턴을 가질 수 있다. 예시적으로, 반도체 패키징 설계에 따라, 상하면 패턴들 중 실질적인 세부 회로 패턴은 어느 한 면에 형성될 수 있고, 다른 한 면에는 방열 구조 등 부수적인 패턴이 형성될 수 있다.

평면도(620)에서와 같이 하나의 반도체 기판에 형성되어 있는 복수의 피검체 반도체 소자들에 대해서는 다이싱에 의한 분리 과정 없이 일괄적으로 초음파 스캐닝을 통한 불량 검사가 수행될 수도 있고, 또는 다이싱 이후 개별 소자마다 불량 검사가 수행될 수도 있다.

스캐닝 경로(630)와 관련하여, 초음파 프로브 어레이(130)는 수 회의 전후 방향의 스캐닝을 수행함으로써 피검체 반도체 소자의 전체 면적에 대해 불량 검사용 초음파 신호를 조사할 수 있다. 예를 들면, 피검체 반도체 소자의 좌우 방향 길이의 절반이 되도록 초음파 프로브 어레이(130)의 세부 사양, 즉 각 프로브 요소의 크기와 어레이 피치가 결정되는 경우, 2회의 전후 방향 스캐닝을 통해 피검체 반도체 소자의 모든 부위가 검사될 수 있다.

한편, 초음파 스캐닝의 세부 설정은 다양한 형태로 결정될 수 있다. 예를 들면, 불량 검사용 초음파 신호가 조사될 때 초음파 프로브 어레이 및 상면 반도체 패턴은 6 mm 이상 10 mm 이하 간격의 흡착 상태에 있을 수 있고, 불량 검사용 초음파 신호의 주파수는 60 MHz 이상 90 MHz 이하일 수 있다. 또는, 8 mm 간격의 흡착 상태 및 75 MHz의 주파수가 활용될 수 있고, 기타 초음파 프로브 어레이(130)의 세부 사양 및 초음파 전달용 매질의 종류 등에 따라 다른 수치가 채용될 수 있다.

도 7은 일부 실시예에 따른 피검체 반도체 소자의 실물 이미지 및 그에 대한 경계면 패턴 이미지를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 피검체 반도체 소자의 실물 이미지(710) 및 불량 소자 검사 장치(100)를 통해 피검체 반도체 소자로부터 측정된 경계면 패턴 이미지(720)가 도시되어 있다.

실물 이미지(710)는 도 6의 정면도(610)에서와 같이 하나의 반도체 기판 상에 복수의 피검체 반도체 소자들이 형성되어 있는 것을 나타낼 수 있다. 복수의 피검체 반도체 소자들에 대한 초음파 검사의 결과, 경계면 패턴 이미지(720)와 같이 소자 내부에 형성되어 있는 세부 회로 패턴이 프로세서(140)에 의해 규명될 수 있다.

도 8은 일부 실시예에 따른 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치의 프로세서에 의해 수행되는 불량 소자 분류 방법을 구성하는 단계들을 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치(100)의 프로세서(140)에 의해 수행되는 불량 소자 분류 방법(800)은 이미지 생성 단계(810) 내지 불량 종류 분류 단계(840)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 범용적인 단계들이 불량 소자 분류 방법(800)에 더 포함될 수 있다.

불량 소자 분류 방법(800)은 프로세서(140)에 의해 수행될 수 있다. 프로세서(140)는 불량 소자 분류 방법(800)을 구현하는 명령어들, 컴퓨터 프로그램, 애플리케이션 또는 소프트웨어를 실행할 수 있다. 불량 소자 분류 방법(800)은 동작 방법(300)에 의해 생성되는 피검체 반도체 소자의 경계면 패턴 이미지에 기초하여 수행될 수 있다.

이미지 생성 단계(810)에서, 프로세서(140)는 불량 검사용 초음파 신호가 피검체 반도체 소자로부터 반사되어 생성되는 초음파 에코 신호에 기초하여 피검체 반도체 소자의 경계면 패턴 이미지를 생성할 수 있다.

불량 소자 분류 방법(800)의 이미지 생성 단계(810)는 동작 방법(300)의 이미지 생성 단계(340)에 대응될 수 있다. 예를 들면, 이미지 생성 단계(810)에 의해 도 7에서와 같은 경계면 패턴 이미지(720)가 생성되어 피검체 반도체 소자의 내부 상태, 즉 내부에 결함이 존재하는지 및 어떤 종류의 결함이 존재하는지가 분석될 수 있다.

불량 요소 검출 단계(820)에서, 프로세서(140)는 경계면 패턴 이미지에 대한 전처리 과정을 통해 피검체 반도체 소자에 존재하는 하나 이상의 불량 유발 요소를 검출할 수 있다.

전처리 과정에 의하면, 경계면 패턴 이미지의 베이스 회색조 수치(base gray value)의 감소 등과 같은 이미지 변수들에 대한 조정이 수행되어, 블롭(blob) 등과 같은 하나 이상의 불량 유발 요소를 검출하기에 더 적합한 환경이 제공될 수 있다.

필요에 따라, 하이-패스(high-pass) 전처리, 라인 소트(line sort) 전처리, 또는 기타 다른 종류의 전처리들이 수행될 수 있다. 예를 들면, 전처리 과정에 의해 밝기 변화에 따른 값의 변화가 최소화될 수 있고, 이를 통해 피검체 반도체 소자의 내부에 의도하지 않은 블롭이 존재하는지 여부와 그 위치가 검출될 수 있다.

불량 오브젝트 식별 단계(830)에서, 프로세서(140)는 하나 이상의 불량 유발 요소가 검출되는 위치에 기초하여 피검체 반도체 소자의 오브젝트들로부터 하나 이상의 불량 오브젝트를 식별할 수 있다.

피검체 반도체 소자는 그 기능을 구현하기 위해 구비되는 다양한 종류의 오브젝트들, 예를 들면 실리콘 칩, 기판, 금속 도선, 솔더 볼 및 몰딩 컴파운드 등을 포함할 수 있다. 이와 같은 오브젝트들 중 불량 요소 검출 단계(820)에서 검출된 하나 이상의 불량 유발 요소, 즉 블롭이 검출된 오브젝트는 잠재적인 결함 요소를 갖는 불량 오브젝트로 취급될 수 있다.

불량 종류 분류 단계(840)에서, 프로세서(140)는 하나 이상의 불량 오브젝트의 종류 및 하나 이상의 불량 유발 요소의 특성에 기초하여 피검체 반도체 소자의 불량 종류를 분류할 수 있다.

동일한 특성의 블롭이라 하더라도 어떤 오브젝트에 위치하는지에 따라 상이한 불량 종류로 분류될 수 있으므로, 불량 종류의 정확한 분류를 위해서는 불량 오브젝트의 종류를 특정하는 것이 요구될 수 있다. 또한, 동일한 종류의 오브젝트에 형성된 블롭이라 하더라도 블롭의 면적이나 형상 등 그 특성에 따라 상이한 불량 종류로 분류될 수 있으므로, 불량 유발 요소의 특성 또한 정확히 파악되어야 할 수 있다.

피검체 반도체 소자의 불량 종류가 분류되면, 이를 활용하여 제조 공정 중의 어떤 단계에 문제점이 있는지가 분석될 수 있다. 예를 들면, 불량 종류가 DBC 크랙인 것으로 분류되는 경우, 피검체 반도체 소자의 DBC 기판을 형성하는 과정에서 크랙을 유발하는 요인이 있을 것임이 추론될 수 있으므로, 이를 통해 제조 공정의 보완이 효율적으로 이루어질 수 있다.

한편, 불량 소자 분류 방법(800)은, 그 방법을 실행하는 명령어들을 포함하는 적어도 하나의 프로그램 또는 소프트웨어가 기록되는 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수도 있다.

도 9는 일부 실시예에 따른 상면 반도체 패턴 및 하면 반도체 패턴에 대한 초음파 불량 검사 결과를 종합하여 피검체 반도체 소자의 합불 여부를 표시하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 피검체 반도체 소자의 상면 반도체 패턴(일면)에 대한 상면 불량 검사 결과(910), 하면 반도체 패턴(타면)에 대한 하면 불량 검사 결과(920)가 도시되어 있고, 이들을 종합하여 피검체 반도체 소자의 합불 여부를 표시하는 종합 검사 결과(930)가 디스플레이에 표시되어 있다.

한편, 초음파 불량 검사는 하나의 반도체 기판에 형성되는 복수의 피검체 반도체 소자들, 즉 하나의 기판에 형성된 복수의 시트들을 하나의 단위로 하여 수행될 수 있다. 도시된 예시에서는, 6개의 시트들을 단위로 하는 상면 불량 검사 결과(910)에서 검출된 2개의 불량 시트 및 하면 불량 검사 결과(920)에서 검출된 2개의 불량 시트를 종합하여, 종합 검사 결과(930)에서는 3개의 시트들이 불량으로 판정될 수 있다.

즉, 불량 요소 검출 단계(820)는 피검체 반도체 소자를 구성하는 반도체 기판의 기판 상면에 형성되는 상면 반도체 패턴 및 반도체 기판의 기판 하면에 형성되는 하면 반도체 패턴 각각에 대해 수행될 수 있고, 상면 반도체 패턴에 대한 수행 결과 및 하면 반도체 패턴에 대한 수행 결과를 종합하여 피검체 반도체 소자의 합불 여부가 불량 소자 검사 장치(100)의 디스플레이에 표시될 수 있다.

위와 같은 상면 불량 검사 결과(910) 및 하면 불량 검사 결과(920)를 종합하는 방식에 의하면, 피검체 반도체 소자에 대한 불량 여부 확인이 양면 모두에 대해 수행될 수 있으므로, 예를 들면 하면에는 불량을 갖지 않으나 상면에는 불량을 갖는 제6 시트(915)가 정상으로 오분류되는 경우가 방지될 수 있으며, 종합 검사 결과(930)가 디스플레이에 표시됨에 따라 불량 검사의 과정이 보다 직관적으로 전달될 수 있다.

도 10은 일부 실시예에 따른 불량 발생율을 반도체 기판별 및 피검체 반도체 소자 시트별로 표시하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 불량 검사 대상 기판(1010)이 도시되어 있고, 불량 검사 대상 기판(1010)에 대한 검사 결과들을 누적하여 반도체 기판별 및 피검체 반도체 소자 시트별로 표시하는 누적 검사 결과(1020)가 디스플레이에 표시되어 있다.

구체적으로, 불량 발생율을 반도체 기판별 및 피검체 반도체 소자 시트별로 표시하는 방식과 관련하여, 단일의 반도체 기판 상에 복수의 상면 반도체 패턴들 및 복수의 하면 반도체 패턴들이 형성되어 복수의 피검체 반도체 소자 시트들이 형성될 수 있고, 복수의 피검체 반도체 소자 시트들 각각에 대한 합불 여부에 기초하는 반도체 기판별 불량 발생율 및 피검체 반도체 소자 시트별 불량 발생율이 디스플레이에 표시될 수 있다.

기판별 및 시트별로 누적 검사 결과(1020)가 디스플레이에 표시됨에 따라, 불량 소자 검사 장치(100)를 운용하며 불량 검사 결과를 모니터링하는 오퍼레이터는 누적 통계 수치의 현황을 용이하게 파악할 수 있다. 도시된 바와 같이, 하나의 시트만이 불량이더라도 해당 기판 또한 불량으로 판정되므로, 일반적으로 기판별 불량률이 시트별 불량률보다 높은 결과가 된다는 점이 확인될 수 있다.

도 11은 일부 실시예에 따른 전처리 과정에 포함되는 가로 방향, 세로 방향 및 각도에 대한 어긋남 보정 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 초음파 검사 스테이지 상에서 피검체 반도체 소자의 각도가 어긋나 있는 각도 어긋남(1110) 및 가로 방향과 세로 방향의 위치가 어긋나 있는 위치 어긋남(1120)이 도시되어 있고, 이들을 고려하여 오판정을 방지하기 위한 어긋남 보정(1130)이 디스플레이에 표시되어 있다.

피검체 반도체 소자가 초음파 검사 스테이지에 로딩되는 과정에서 각도나 위치에 오차가 생기는 경우 불량 유발 요소의 검출 위치 및 그에 따른 불량 종류가 부정확하게 분류될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 불량 요소 검출 단계(820)의 전처리 과정의 하나로서 화상 처리 소프트웨어의 마킹 기능 및 패턴 마스크 기능을 활용하여 어긋남 보정(1130)이 수행될 수 있다. 즉, 전처리 과정은 경계면 패턴 이미지의 가로 방향 위치 어긋남, 세로 방향 위치 어긋남 및 각도 어긋남을 보정하는 어긋남 보정 과정을 포함할 수 있다.

도 12는 일부 실시예에 따른 불량 유발 요소의 불량 상세 정보를 표시하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참조하면, 현재 불량 소자 검사 장치(100)에서 검사 중인 복수의 피검체 반도체 소자 시트들의 불량 상태(1210)를 표시하는 디스플레이, 및 불량 상태(1210)와 관련되는 불량 상세 정보(1220)가 도시되어 있다.

불량 상세 정보(1220)는, 예를 들면 CSV(comma-separated values)의 형태로 불량 상태(1210)에 관한 참고 데이터를 표시할 수 있고, 이는 불량 상태(1210)의 해석을 지원할 수 있다.

구체적으로, 하나 이상의 불량 유발 요소의 면적, 가로 방향 중심 위치 및 세로 방향 중심 위치를 포함하는 불량 상세 정보(1220)가 불량 소자 검사 장치(100)의 디스플레이에 표시될 수 있다. 한편, 면적 및 중심 위치 외에도, 불량 상태(1210)의 해석을 서포트하기 위한 다른 종류의 지표들이 불량 상세 정보(1220)로 제공될 수도 있다.

도 13은 일부 실시예에 따른 각종 불량 종류를 갖는 피검체 반도체 소자의 검사 대상 샘플들을 나타내는 도면이다.

도 13을 참조하면, 박리, 균열 및 보이드의 불량을 갖는 피검체 반도체 소자들로 구성되는 검사 대상 샘플들(1310, ..., 1360)이 도시되어 있다. 검사 대상 샘플들(1310, ..., 1360)에서 하단의 샘플은 불량을 갖지 않는 참고용 정상 샘플을 의미할 수 있고, 상단의 샘플은 적색 원형으로 불량 부위가 표시된 불량 샘플을 의미할 수 있다.

검사 대상 샘플들(1310, ..., 1360)에 대해 불량 소자 분류 방법(800)이 수행되면, 각 샘플의 불량 종류가 분류될 수 있다. 한편, 예시적으로 도시된 박리, 균열 및 보이드의 불량 종류 외에도, 위치 어긋남과 같은 불량을 갖는 샘플에 대해서도 불량 소자 분류 방법(800)이 수행될 수 있고, 해당 불량들은 피검체 반도체 소자의 다양한 오브젝트들에서 발생할 수 있다.

도 14는 일부 실시예에 따른 피검체 반도체 소자의 불량 종류의 구체적인 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 참조하면, 피검체 반도체 소자에 발생 가능한 불량 종류의 구체적인 형태의 6가지 예시들(1410, ..., 1460)이 도시되어 있다. 다만 6가지 예시들(1410, ..., 1460) 외에도, 불량 유발 요소가 형성되는 오브젝트의 종류 및 불량 유발 요소의 면적/위치와 같은 특성에 따라 다른 종류의 불량들도 피검체 반도체 소자로부터 검출될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 피검체 반도체 소자는 자율주행 차량용 전력 모듈 소자일 수 있다. 자율주행 차량용 전력 모듈 소자의 경우에도 다양한 오브젝트들에 다양한 종류의 불량들이 발생할 수 있다.

즉, 오브젝트들은 자율주행 차량용 전력 모듈 소자의 DBC(Direct Bonded Copper) 기판, 솔더, EMC(Epoxy Molding Compound), 스페이서, DMC(Dimethyl Carbonate) 및 세라믹 패턴을 포함할 수 있고, 불량 종류는 오브젝트들에 형성되는 하나 이상의 불량 유발 요소의 위치 특성 및 크기 특성에 따라 크랙 불량, 보이드(void) 불량, 박리(delamination) 불량 및 위치 어긋남 불량 중 어느 하나로 분류될 수 있다.

위와 같은 불량 오브젝트의 종류들 및 그에 형성되는 불량의 구체적인 형태로부터, 도시된 바와 같은 6가지 예시들(1410, ..., 1460)이 대표적으로 정리될 수 있다. 6가지 예시들(1410, ..., 1460) 각각의 상세한 내용에 대해서는 도 15 내지 도 18이 참조될 수 있다.

도 15는 일부 실시예에 따른 불량 종류가 DBC 크랙인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 15를 참조하면, 불량 종류가 DBC 크랙인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정에 관한 이미지들(1510, ..., 1550)이 도시되어 있다. 다만, 이미지들(1510, ..., 1550)에 관한 세부 과정은 DBC 크랙을 분류하기 위한 하나의 예시일 뿐, 다른 방식에 의해서도 피검체 반도체 소자로부터 DBC 크랙이 검출될 수 있다.

이미지들(1510, ..., 1550)과 관련하여, DBC 기판에 크랙 불량이 존재하는 DBC 크랙의 경우, 하이-패스(high-pass) 전처리 과정, 블롭 검출 알고리즘(blob detection algorithm) 적용 과정, 블롭 연결 알고리즘(blob connection algorithm) 적용 과정 및 블롭 길이 비교 과정을 거쳐 DBC 크랙이 분류될 수 있다.

한편, 불량 소자 분류 방법(800)과 관련하여, 하이-패스 전처리 과정은 불량 요소 검출 단계(820)의 경계면 패턴 이미지에 대한 전처리 과정에 해당할 수 있고, 블롭 검출 알고리즘 적용 과정 및 블롭 연결 알고리즘 적용 과정을 통해 불량 요소 검출 단계(820)의 하나 이상의 불량 유발 요소가 위치하는 오브젝트가 식별되어 불량 오브젝트 식별 단계(830)가 수행될 수 있으며, 블롭 길이 비교 과정을 통해 불량 종류 분류 단계(840)에서와 같이 불량 유발 요소의 특성이 결정되어 불량 종류가 "크랙"인 것으로 분류될 수 있다.

구체적으로, 제1 이미지(1510)는 크랙 불량을 갖는 DBC 기판을 포함하는 피검체 반도체 소자의 원본 이미지를 의미할 수 있다. 제1 이미지(1510)에 하이-패스 전처리 과정이 수행되면, 베이스 회색조 값을 0으로 만들어 밝기 변화에 따른 값의 변화가 최소화되는 제2 이미지(1520)가 생성될 수 있다. 이후, 백색 블롭(white blob)을 검출하기 위해 제2 이미지(1520)에 대해 블롭 검출 알고리즘이 적용되면 제3 이미지(1530)가 생성될 수 있다.

제3 이미지(1530)에 대해 블롭 연결 알고리즘이 적용되면, 특정 거리 미만으로 이격되어 있는 블롭들이 하나로 연결되는 제4 이미지(1540)가 생성될 수 있다. 이후, 제4 이미지(1540)의 연결된 블롭들에 대해 블롭 길이 비교 과정이 수행되어, 제5 이미지(1550)에서와 같이 블롭들 중 일정 크기 이상의 블롭이 검출될 수 있고, 우측 중단에 원형으로 표시된 바와 같이 DBC 기판 상에 위치하는 블롭이 크랙으로 분류될 수 있다.

도 16은 일부 실시예에 따른 불량 종류가 스페이서 위치 어긋남인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 16을 참조하면, 불량 종류가 스페이서 위치 어긋남인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정에 관한 이미지들(1610, ..., 1640)이 도시되어 있다. 다만, 이미지들(1610, ..., 1640)에 관한 세부 과정은 스페이서 위치 어긋남을 분류하기 위한 하나의 예시일 뿐, 다른 방식에 의해서도 피검체 반도체 소자로부터 스페이서 위치 어긋남이 검출될 수 있다.

이미지들(1610, ..., 1640)과 관련하여, 스페이서에 위치 어긋남 불량이 발생하는 스페이서 위치 어긋남의 경우, 스페이서 기준 위치 결정 과정, 스페이서 경계 위치 결정 과정 및 스페이서 위치 비교 과정을 거쳐 스페이서 위치 어긋남이 분류될 수 있다.

한편, 불량 소자 분류 방법(800)과 관련하여, 스페이서 기준 위치 결정 과정 및 스페이서 경계 위치 결정 과정을 통해 불량 요소 검출 단계(820)의 불량 유발 요소이자 불량 오브젝트 식별 단계(830)의 불량 오브젝트인 스페이서의 위치가 결정될 수 있고, 스페이서 위치 비교 과정을 통해 불량 종류 분류 단계(840)가 수행되어 불량 종류가 "위치 어긋남"인 것으로 분류될 수 있다.

구체적으로, 제1 이미지(1610)는 위치 어긋남 불량을 갖는 스페이서를 포함하는 피검체 반도체 소자의 원본 이미지를 의미할 수 있다. 제1 이미지(1610)에 대해 스페이서 기준 위치 결정 과정이 수행되면, 제2 이미지(1620)의 적색 사각형과 같이 top2pos 이미지에서 스페이서 기준(reference) 위치가 결정될 수 있다.

제2 이미지(1620)에 대해 스페이서 경계 위치 결정 과정이 수행되면, 엣지 검출 알고리즘(edge detection algorithm)을 이용해 제3 이미지(1630)에서와 같이 스페이서 외곽 엣지가 검출될 수 있다. 이후, 제3 이미지(1630)에 대해 스페이서 위치 비교 과정이 수행되면, 제4 이미지(1640)에서와 같이 스페이서 외곽 라인이 도출되어, 제2 이미지(1620)에서의 스페이서 기준(reference) 위치와의 비교를 통해 스페이서 위치 어긋남이 검출될 수 있다.

도 17은 일부 실시예에 따른 불량 종류가 솔더 보이드 또는 DMC 보이드인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 17을 참조하면, 불량 종류가 솔더 보이드인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정에 관한 이미지들(1710, ..., 1730) 및 불량 종류가 DMC 보이드인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정에 관한 이미지들(1740, ..., 1760)이 도시되어 있다.

다만, 이미지들(1710, ..., 1760)에 관한 세부 과정은 솔더 보이드 또는 DMC 보이드를 분류하기 위한 하나의 예시일 뿐, 다른 방식에 의해서도 피검체 반도체 소자로부터 솔더 보이드 또는 DMC 보이드가 검출될 수 있다.

이미지들(1710, ..., 1760)과 관련하여, 솔더 또는 DMC에 보이드 불량이 발생하는 솔더 보이드 또는 DMC 보이드의 경우, 하이-패스 전처리를 수행하는 과정 및 특정 면적 이상의 블롭을 검출하기 위해 블롭 검출 알고리즘을 적용하는 과정을 거쳐 솔더 보이드 또는 DMC 보이드가 분류될 수 있다.

한편, 불량 소자 분류 방법(800)과 관련하여, 하이-패스 전처리를 수행하는 과정은 불량 요소 검출 단계(820)의 경계면 패턴 이미지에 대한 전처리 과정에 해당할 수 있고, 블롭 검출 알고리즘을 적용하는 과정에 의해 불량 오브젝트 식별 단계(830)의 불량 오브젝트가 "솔더" 또는 "DMC"인 것으로 식별될 수 있고, 불량 종류 분류 단계(840)의 불량 종류가 블롭 면적에 기초하여 "보이드"인 것으로 결정될 수 있다.

구체적으로, 제1 이미지(1710)는 보이드 불량을 갖는 솔더를 포함하는 피검체 반도체 소자의 원본 이미지를 의미할 수 있다. 제1 이미지(1710)에 대해 하이-패스 전처리가 수행되면, 제2 이미지(1720)에서와 같이 베이스 회색조 값이 0으로 되어 밝기 변화에 따른 값의 변화가 최소화될 수 있다. 이후, 백색 블롭을 검출하기 위해 제2 이미지(1720)에 대해 블롭 검출 알고리즘이 적용되면, 제3 이미지(1730)에서와 같이 일정 면적 이상의 블롭이 검출되어 솔더 보이드가 검출될 수 있다.

제4 이미지(1740)는 보이드 불량을 갖는 DMC를 포함하는 피검체 반도체 소자의 원본 이미지를 의미할 수 있다. 제4 이미지(1740)에 대해 하이-패스 전처리가 수행되면, 제5 이미지(1750)에서와 같이 베이스 회색조 값이 0으로 되어 밝기 변화에 따른 값의 변화가 최소화될 수 있다. 이후, 백색 블롭을 검출하기 위해 제5 이미지(1750)에 대해 블롭 검출 알고리즘이 적용되면, 제6 이미지(1760)에서와 같이 일정 면적 이상의 블롭이 검출되어 DMC 보이드가 검출될 수 있다.

도 18은 일부 실시예에 따른 불량 종류가 EMC 박리 또는 세라믹 패턴 박리인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 18을 참조하면, 불량 종류가 EMC 박리인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정에 관한 이미지들(1810, ..., 1830) 및 불량 종류가 세라믹 패턴 박리인 경우에 불량 종류를 분류하는 세부적인 과정에 관한 이미지들(1840, ..., 1860)이 도시되어 있다.

다만, 이미지들(1810, ..., 1860)에 관한 세부 과정은 EMC 박리 또는 세라믹 패턴 박리를 분류하기 위한 하나의 예시일 뿐, 다른 방식에 의해서도 피검체 반도체 소자로부터 EMC 박리 또는 세라믹 패턴 박리가 검출될 수 있다.

이미지들(1810, ..., 1860)과 관련하여, EMC 또는 세라믹 패턴에 박리 불량이 발생하는 EMC 박리 또는 세라믹 패턴 박리의 경우, 라인 소트(line sort) 전처리를 수행하는 과정 및 특정 면적 이상의 블롭을 검출하기 위해 블롭 검출 알고리즘을 적용하는 과정을 거쳐 EMC 박리 또는 세라믹 패턴 박리가 분류될 수 있다.

한편, 불량 소자 분류 방법(800)과 관련하여, 라인 소트 전처리를 수행하는 과정은 불량 요소 검출 단계(820)의 경계면 패턴 이미지에 대한 전처리 과정에 해당할 수 있고, 블롭 검출 알고리즘을 적용하는 과정에 의해 불량 오브젝트 식별 단계(830)의 불량 오브젝트가 "EMC" 또는 "세라믹 패턴"인 것으로 식별될 수 있고, 불량 종류 분류 단계(840)의 불량 종류가 불량 종류가 블롭 면적에 기초하여 "박리"인 것으로 결정될 수 있다.

구체적으로, 제1 이미지(1810)는 박리 불량을 갖는 EMC를 포함하는 피검체 반도체 소자의 원본 이미지를 의미할 수 있다. 제1 이미지(1810)에 대해 라인 소트 전처리가 수행되면, 제2 이미지(1820)에서와 같이 베이스 회색조 값이 0으로 되어 밝기 변화에 따른 값의 변화가 최소화될 수 있다. 이후, 백색 블롭을 검출하기 위해 제2 이미지(1820)에 대해 블롭 검출 알고리즘이 적용되면, 제3 이미지(1830)에서와 같이 일정 면적 이상의 블롭이 검출되어 EMC 박리가 검출될 수 있다.

제4 이미지(1840)는 박리 불량을 갖는 세라믹 패턴을 포함하는 피검체 반도체 소자의 원본 이미지를 의미할 수 있다. 제4 이미지(1840)에 대해 라인 소트 전처리가 수행되면, 제5 이미지(1850)에서와 같이 베이스 회색조 값이 0으로 되어 밝기 변화에 따른 값의 변화가 최소화될 수 있다. 이후, 백색 블롭을 검출하기 위해 제5 이미지(1850)에 대해 블롭 검출 알고리즘이 적용되면, 제6 이미지(1860)에서와 같이 일정 면적 이상의 블롭이 검출되어 세라믹 패턴 박리가 검출될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명되었으나 본 발명에 따른 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에 기재되어 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명에 따른 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 불량 소자 검사 장치 110: 로딩 암
120: 스테이지 컨베이어 130: 초음파 프로브 어레이
140: 프로세서 150: 반전기

Claims (10)

1. 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치의 프로세서에 의해 수행되는 불량 소자 분류 방법에 있어서,
   불량 검사용 초음파 신호가 피검체 반도체 소자로부터 반사되어 생성되는 초음파 에코 신호에 기초하여 상기 피검체 반도체 소자의 경계면 패턴 이미지가 생성되는 이미지 생성 단계;
   상기 경계면 패턴 이미지에 대한 전처리 과정을 통해 상기 피검체 반도체 소자에 존재하는 하나 이상의 불량 유발 요소가 검출되는 불량 요소 검출 단계;
   상기 하나 이상의 불량 유발 요소가 검출되는 위치에 기초하여 상기 피검체 반도체 소자의 오브젝트들로부터 하나 이상의 불량 오브젝트가 식별되는 불량 오브젝트 식별 단계; 및
   상기 하나 이상의 불량 오브젝트의 종류 및 상기 하나 이상의 불량 유발 요소의 특성에 기초하여 상기 피검체 반도체 소자의 불량 종류가 분류되는 불량 종류 분류 단계; 를 포함하며,
   상기 불량 요소 검출 단계는 상기 피검체 반도체 소자를 구성하는 반도체 기판의 기판 상면에 형성되는 상면 반도체 패턴 및 상기 반도체 기판의 기판 하면에 형성되는 하면 반도체 패턴 각각에 대해 수행되고,
   상기 상면 반도체 패턴에 대한 수행 결과 및 상기 하면 반도체 패턴에 대한 수행 결과를 종합하여 상기 피검체 반도체 소자의 합불 여부가 상기 불량 소자 검사 장치의 디스플레이에 표시되고,
   상기 오브젝트들은 자율주행 차량용 전력 모듈 소자의 DBC(Direct Bonded Copper) 기판, 솔더, EMC(Epoxy Molding Compound), 스페이서, DMC(Dimethyl Carbonate) 및 세라믹 패턴을 포함하고,
   상기 불량 종류는 상기 오브젝트들에 형성되는 상기 하나 이상의 불량 유발 요소의 위치 특성 및 크기 특성에 따라 크랙 불량, 보이드(void) 불량, 박리(delamination) 불량 및 위치 어긋남 불량 중 어느 하나로 분류되고,
   상기 DBC 기판에 상기 크랙 불량이 존재하는 DBC 크랙의 경우,
   상기 크랙 불량을 갖는 상기 DBC 기판을 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 원본 이미지인 제1 이미지에 하이-패스(high-pass) 전처리 과정이 수행되어 베이스 회색조 값을 0으로 만들어 밝기 변화에 따른 값의 변화가 최소화되는 상기 크랙 불량을 갖는 상기 DBC 기판을 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 제2 이미지가 생성되고,
   백색 블롭을 검출하기 위해 상기 크랙 불량을 갖는 상기 DBC 기판을 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 제2 이미지에 대해 블롭 검출 알고리즘(blob detection algorithm)이 적용되면 제3 이미지가 생성되고,
   상기 크랙 불량을 갖는 상기 DBC 기판을 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 제3 이미지에 대해 블롭 연결 알고리즘(blob connection algorithm)이 적용되면, 특정 거리 미만으로 이격되어 있는 블롭들이 하나로 연결되는 상기 크랙 불량을 갖는 상기 DBC 기판을 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 제4 이미지가 생성되고,
   상기 크랙 불량을 갖는 상기 DBC 기판을 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 제4 이미지의 연결된 블롭들에 대해 블롭 길이 비교 과정이 수행되어 상기 연결된 블롭들 중 일정 크기 이상의 블롭이 검출됨으로써 상기 DBC 크랙이 분류되고,
   상기 스페이서에 상기 위치 어긋남 불량이 발생하는 스페이서 위치 어긋남의 경우,
   상기 위치 어긋남 불량을 갖는 상기 스페이서를 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 원본 이미지인 제1 이미지에 대해 스페이서 기준 위치 결정 과정이 수행되어 스페이서 기준 위치가 결정된 상기 위치 어긋남 불량을 갖는 상기 스페이서를 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 제2 이미지가 생성되고,
   엣지 검출 알고리즘이 적용되어 스페이서 외곽 엣지가 검출된 상기 위치 어긋남 불량을 갖는 상기 스페이서를 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 제3 이미지가 생성되고,
   상기 위치 어긋남 불량을 갖는 상기 스페이서를 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 제3 이미지에 대해 스페이서 위치 비교 과정이 수행되어 스페이서 외곽 라인이 도출된 상기 위치 어긋남 불량을 갖는 상기 스페이서를 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 제4 이미지가 생성되고, 상기 위치 어긋남 불량을 갖는 상기 스페이서를 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 제4 이미지에서의 상기 도출된 스페이서 외곽 라인과 상기 위치 어긋남 불량을 갖는 상기 스페이서를 포함하는 상기 피검체 반도체 소자의 제2 이미지에서의 상기 결정된 스페이서 기준 위치와의 비교를 통해 상기 스페이서 위치 어긋남이 분류되는, 불량 소자 분류 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   단일의 상기 반도체 기판 상에 복수의 상면 반도체 패턴들 및 복수의 하면 반도체 패턴들이 형성되어 복수의 피검체 반도체 소자 시트들이 형성되고,
   상기 복수의 피검체 반도체 소자 시트들 각각에 대한 상기 합불 여부에 기초하는 반도체 기판별 불량 발생율 및 피검체 반도체 소자 시트별 불량 발생율이 상기 디스플레이에 표시되는, 불량 소자 분류 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 불량 유발 요소의 면적, 가로 방향 중심 위치 및 세로 방향 중심 위치를 포함하는 불량 상세 정보가 상기 불량 소자 검사 장치의 디스플레이에 표시되고,
   상기 전처리 과정은 상기 경계면 패턴 이미지의 가로 방향 위치 어긋남, 세로 방향 위치 어긋남 및 각도 어긋남을 보정하는 어긋남 보정 과정을 포함하는, 불량 소자 분류 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 솔더 또는 상기 DMC에 상기 보이드 불량이 발생하는 솔더 보이드 또는 DMC 보이드의 경우, 하이-패스 전처리를 수행하는 과정 및 특정 면적 이상의 블롭을 검출하기 위해 블롭 검출 알고리즘을 적용하는 과정을 거쳐 상기 솔더 보이드 또는 상기 DMC 보이드가 분류되는, 불량 소자 분류 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 EMC 또는 상기 세라믹 패턴에 박리 불량이 발생하는 EMC 박리 또는 세라믹 패턴 박리의 경우, 라인 소트(line sort) 전처리를 수행하는 과정 및 특정 면적 이상의 블롭을 검출하기 위해 블롭 검출 알고리즘을 적용하는 과정을 거쳐 상기 EMC 박리 또는 상기 세라믹 패턴 박리가 분류되는, 불량 소자 분류 방법.
10. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항의 불량 소자 분류 방법을 수행하도록 구성되는, 초음파 기반의 불량 소자 검사 장치.
    

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