[논문]반도체 와이어 본딩 검사용 다중배치 현미경 광학계에 대한 공차분석

류재명; 이해진; 강건모; 정진호; 백승선; 조재흥

doi:10.3807/kjop.2006.17.2.149

반도체 와이어 본딩 검사용 다중배치 현미경 광학계에 대한 공차분석
Tolerance analysis of Multi-Configurative Microscopic System for Inspecting the Wire-Bonding Status of Semiconductor Chips 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.17 no.2, 2006년, pp.149 - 158

류재명 (삼성테크윈(주) 광디지털사업부 선도기술팀) , 이해진 (삼성테크윈(주) 광디지털사업부 선도기술팀) , 강건모 (삼성테크윈(주) 광디지털사업부 선도기술팀) , 정진호 (프로옵틱스 연구소) , 백승선 (대전보건대학 안경광학과) , 조재흥 (한남대학교 이과대학 광.전자물리학과)

초록
AI-Helper

가우스 괄호법을 이용한 굴절능 배치 방법과 등가렌즈 설계법으로 기존에 설계한 반도체와이어 본딩 검사용 다중배치 현미경 광학계에 대한 공차 분석을 하였다. 축상 대칭 공차인 곡률과 두께에 대한 공차는 회절 한계에 의한 초점심도 내에서 후방초점거리(BFL)가 변하도록 결정하였고, 축 비대칭 공차인 decenter와 tilt에 대한 공차는 0.7 field에서 공간주파수 50 lp/mm에서의 MTF(Modulation Transfer Function) 변화가 5% 이내가 되도록 시행착오 방법으로 정하였다. 이 결과 공차분포확률에 관계없이 MTF의 감소율이 5% 미만 되는 곳에 가장 많은 확률로 공차가 분포하므로 위와 같은 방법으로 공차를 부여하면 원하는 본 광학계의 결상 성능을 만족시킬 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

We have analyzed various tolerances of the multi-configurative microscopic system for inspecting the wire-bonding of a reed frame by using the Gaussian bracket method and the equivalent lens method. The tolerances for the curvature and the thickness, which are axial symmetric tolerances, are given by varying the back focal length within a fecal depth under diffraction-limited conditions. Moreover, by using the trial and error method, the axial non-symmetric tolerances for decenter and tilt are established by assigning the 5% variation of MTF(modulation transfer function) at the spatial frequency of 50 lp/mm and at the field angle of 0.7 field. As the tolerances with the most probable distribution are distributed within the range of the decay rate of less than 5% independent of the probability distribution of tolerances, we can achieve completely the desired design performances of the multi-configurative microscopic system by using the various ranges of these tolerances.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 이와 같이 물체의 장착 위치에 따라 초점조절이 가능하고 물체의 단차에 관계없이 일정한 배율로 관측하는 반도체 와이어 본딩 검사용 다중배치 현미경 광학계의 설계 시 각 부분들의 설계 공차에 대하여 논의하고자 한다.

제안 방법

7 field의 공간주파수 50 Ip/mm에서의 MTF 분포도를 구하였다. 각 공차 항목의 변화에 대한 확률은 가우스 분포와 균일 분포를 갖도록 하였다.
축상대칭 공차인 곡률과 두께에 대한 공차는 각 공차 항목이 회절 한계에 의한 초점심도 내에서 BFL이 변하도록 부여했다. 곡률과 두께에 대한 BFL의 변화를 구하기 위해 BFL을 가우스 괄호를 이용하여 표현한 후, 각 면의 곡률 또는 두께에 대한 미분값을 구하여 곡률과 두께에 대한 민감도를 계산하였다. 여기서 굴절률도 축상 대칭 공차에 포함이 되나, 굴절률은 광학계를 제작하는 곳이 아닌 광학 유리 제조 회사에 의해 결정되므로 일반적인 광학 유리의 굴절률 허용값을 그대로 사용하였다.
공차 항목으로는 각 면의 곡률, 두께, decenter 및 tilt 등으로 설정했고, 줌 위치 1에서 BFL이 초점심도 이내이고 중심 MTF 및 0.8 field MTF가 5% 미만으로 변하는 수준의 각 공차 항목들의 변화량은 표 2와 같다. 표 2에서 보는 것처럼 두께에 대해서는 비교적 공차가 둔감함을 알 수 있고 decenter 의 경우 4번 면이 민감했고, tilt의 경우 15번 면이 약간 민감하기는 하나 제작이 어려운 수준은 아니다.
따라서 고배율 광학계의 경우 상측 수치개구(NA : numerical aperture)가 작아서 상측 광량이 낮아지는 문제가 생긴다. 그러므로 고배율 광학계는 광속분할기를 한 번만 거치도록 물체와 가까운 쪽에 구성하고, 배율이 낮은 2배 다중배치 광학계는 그 위쪽에 오도록 설계를 하였다.
그림 2와 같이 물체에 반사한 빛은 첫 번째 프리즘부에서 일부가 반사하여 6배 고정초점광학계로 입사하기 때문에 이로부터 reintegrated circuit)의 회로부분을 관찰하고, 두 번째 프리즘에서 반사한 빛은 2배로 배율이 고정된 광학계로 입사하여 IC와 회로기판을 연결하는 도선을 관찰한다. 그림 2(a)는 도선이 IC칩 면보다 아래에 있는 경우이고, (b)는 도선과 IC칩 면의 높이가 같은 경우이며, (c)는 도선이 IC칩 면보다 위에 있는 경우로 큰 원 속에서 확대된 광로도로 이를 확인할 수 있다.
한편 기판 자체가 일반적으로 불투명하므로 기판 아래에서 조명하는 배면조명 방식은 불가능하고, 측면조명방식은 도선검사장비의 작업공간 확보를 위해 사용자에 의해 제한된다. 따라서 본 광학계의 조명방식은 그림 2에서 보듯이 LED(light emitting diode)를 광원으로 사용하여 렌즈와 광의 단면에서의 밝기를 균일하게 하는 유리막대형 integrator를 사용하여 1군 대물렌즈 및 두 개의 프리즘부와 동축으로 구성해야만 한다.
본 광학계의 설계 사양은 표 1과 같고, 이를 고려하여 설계한 광학계는 참고문헌 [5]에서 발표한 것과 같지만, 본 논문에서는 6배 고정초점 광학계와 2배의 다중배치 현미경 광학계의 위치를 서로 바꾸어 그림 2처럼 광로도를 구성했다. 이렇게 한 이유는 그림 2에서 보는 것처럼 물체에서 반사한 빛은 펜타프리즘과 삼각프리즘 사이의 광속분할기를 통과할 때, 필연적으로 빛의 손실이 생긴다.
7 field의 공간주파수 50 Ip/mm에서의 MTF 변화가 5% 이내가 되도록 시행착오 방법으로 공차를 부여하되 특별히 민감하다고 판단되는 곳은 더 작은 값를 부여하였다. 이렇게 부여한 공차 항목이 모두 한꺼번에 변했을 때 0.7 field의 공간주파수 50 Ip/mm에서의 MTF 분포도를 구하였다. 각 공차 항목의 변화에 대한 확률은 가우스 분포와 균일 분포를 갖도록 하였다.
표 2와 같은 범위 내에서 공차항목이 가우스 분포로 변할 때와 균일한 분포로 변할 때 광학계의 성능분포를 조사하였다. 각 공차항목 변화에 사용한 가우스 분포는 0이 중간 값이고 표준편차는 표2의 각 공차항목의 절반이 되도록 했다.

데이터처리

가우스 괄호를 이용한 굴절능 배치 방법과 등가렌즈 설계법으로 기존에 설계된 반도체 와이어 본딩 검사 장비용 다중배치 현미경 광학계에 대한 공차 분석을 수행하였다. 축상대칭 공차인 곡률과 두께에 대한 공차는 각 공차 항목이 회절 한계에 의한 초점심도 내에서 BFL이 변하도록 부여했다.

이론/모형

05 mm, x-방향 tilt는 3분으로 결정하였다. 이때 y-방향 decenter 및 tilt는 MTF 값이 5% 내에 변하는 값을 시행착오에 의한 방법으로 구했다.
이렇게 허용되는 곡률 및 두께를 구하는 프로그램은 Code V 내의 내부 언어인 Macro-PLUS로 작성했다. 줌 위치 1(그림 1참고)에서 BFL이 회절한계에 의한 초점심도 변화인 0.

성능/효과

각 공차 항목을 주어진 확률 분포 함수에 따라 모든 항목을 변화시켜 100번을 수행하여 0.7 field의 공간주파수 50 lp/mm 에서의 MTF 분포도를 구해본 결과, 구결면 MTF는 분포 범위가 매우 좁았다. 그러나 축상 및 자오면 MTF는 구결면 MTF 에 비해 넓은 범위에 걸쳐 분포함을 알 수 있었다 하지만 두 개의 공차분포확률에 관계없이 MTF 저하가 5% 미만 되는 곳에 가장 많은 확률로 분포하므로 표 2에서 주어진 공차가 되도록 렌즈 단품 관리를 한다면 반도체 와이어 본딩용 다중배치 현미경 광학계의 원하는 결상 성능을 만족할 수 있다
그것보다 높은 것을 알 수 있다. 파면수차에서 유도된 코마의 ray intersection graph를 그려보면 spot size의 최대크기가 자오면과 구결면이 3:2인 것을 확인할 수 있다. 즉, 자오면 쪽으로는 flare가 길지만 구결면 쪽으로는 flare가 짧은 것을 의미한다.

참고문헌 (11)

정진호, '줌 렌즈계의 근축설계와 궤적해석,' 경남대학교 박사학위논문(1994)
전영세, 김형수, 이종웅, 박성찬, '등가렌즈를 이용한 2매 접합렌즈계의 설계,' 한국광학회지, 제9권 5호, pp. 282-290, 1998

원문보기 상세보기
이종웅, 김건수, '등가렌즈 변환의 일반화와 일반화된 등가렌즈의 3차수차식,' 한국광학회지, 제7권 4호, pp. 305-313, 1996

원문보기 상세보기
이종웅, 박성찬, '렌즈군의 일반화된 등가렌즈 변환,' 한국광학회지, 제9권 4호, pp. 251-257, 1998

원문보기 상세보기
류재명, 조재흥, 임천석, 정진호, 전영세, 이강배, '줌 구조를 이용하여 물체거리가 변해도 상면과 배율이 고정되는 현미경 광학계의 설계,' 한국광학회지, 제14권 6호, pp. 613-622, 2003

원문보기 상세보기
P. L. Ruben, 'Aberrations Arising from Decentrations and Tilts,' JOSA 54(1), pp. 45-52 (1964)

상세보기
M. Herzberger, Modern Geometrical Optics(Interscience Publisher, New York, 1958), Chap. 9
K. Yamaji, Design of Zoom Lenses, in Progress in optics VI, edited by E. Wolf(North-Holland, Amsterdam, 1971), Chap. 4
정진호, 정해빈, 이상수, '촛점거리, 뒷초점거리, 앞초점거리를 만족하는 근축광학적 렌즈설계,' 새물리 27(6), pp. 576-582, (1987)
高野？一, レンズデザインガイド(寫眞工業出版社, 日本, 1996), 2章
P. Mouroulis and J. Macdonald, Geometrical Optics and Optical Design (Oxford University Press, New York, 1997), Chap. 7

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증