(57)【要約】【課題】バンプ接合部を効率よくかつ精度よく検査する。【解決手段】基板５３と半導体素子５１との間に形成されたバンプ５２を検査するバンプ検査装置は、基板５３と半導体素子５１との間にレーザー光を照射するレーザー照射装置１０と、バンプ５２を介して半導体素子５１が戴置された基板５３を保持するワーク保持部１４と、基板表面に対し垂直方向にレーザー照射装置１０を移動しながら、バンプ５２に向けて照射されるレーザー光の入射方向が、基板５３に対して平行方向になるようにレーザー照射装置１０からレーザー光を照射させるＸＹＺステージ１３と、バンプ表面から基板５３と平行方向に反射された反射光を受光する受光装置１１と、受光装置１１が受光した反射光の強度分布が所定の条件を満たすとき、バンプ５２の接合状態を良好と判定する制御部１７と、を有する。【選択図】図１
2011112361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と半導体素子との間に形成されたバンプを検査するバンプ検査装置であって、
前記基板と前記半導体素子との間に光を照射する光照射部と、
前記バンプを介して前記半導体素子が戴置された前記基板を保持するステージと、
前記基板表面に対し垂直方向に前記光照射部を移動しながら、前記バンプに向けて照射される光の入射方向が、前記基板に対して平行方向になるように前記光照射部から光を照射させる移動機構と、
前記バンプ表面から前記基板と平行方向に反射された反射光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した前記反射光の強度分布が所定の条件を満たすとき、前記バンプの接合状態を良好と判定する判定部と、
を有するバンプ検査装置。
【請求項２】
前記反射光を前記基板に対して非平行方向にさらに反射させるプリズムをさらに有し、前記プリズムを反射した光を前記受光部が受光する、請求項１に記載のバンプ検査装置。
【請求項３】
前記バンプごとの前記反射光の強度分布が、所定の閾値を満たす光強度を有する単一の反射光ピークを検出したものであるとき、前記判定部は、該バンプによる前記接合状態が良好であると判定する、請求項１又は２に記載のバンプ検査装置。
【請求項４】
前記バンプごとの前記反射光の強度分布が、所定の閾値を満たす光強度を有する複数の反射光ピークを検出したものであるとき、前記判定部は、該バンプによる前記接合状態が不良であると判定する、請求項１又は２に記載のバンプ検査装置。
【請求項５】
前記バンプごとの前記反射光の強度分布が、所定の閾値を満たす光強度を有する反射光ピークを検出しないものであるとき、前記判定部は、該バンプによる前記接合状態が不良であると判定する、請求項１又は２に記載のバンプ検査装置。
【請求項６】
前記バンプは、前記半導体素子の底面の最外周に形成された第一バンプと前記第一バンプに対して千鳥状に内側に形成された第二バンプとを含み、前記受光部は、前記第二バンプからの前記反射光を受光し、前記判定部の判定結果に基づいて、前記第一及び前記第二バンプの接合状態を判定する、請求項１乃至５いずれかに記載のバンプ検査装置。
【請求項７】
基板と半導体素子との間に形成されたバンプを検査するバンプ検査方法であって、
前記バンプを介して前記半導体素子が戴置された前記基板をステージに保持するステップと、
光の入射方向が、前記基板に対して平行方向になるように前記基板と前記半導体素子との間に光を照射しながら前記基板表面に対し垂直方向に前記バンプを走査するステップと、
前記バンプ表面から前記基板と平行方向に反射された反射光を受光するステップと、
受光した前記反射光の強度分布が所定の条件を満たすとき、前記バンプの接合状態を良好と判定するステップと、
を含む、バンプ検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンプ検査装置およびバンプ検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップや半導体パッケージを基板に実装する方法として、バンプによる接続方法が知られている。この場合、バンプの形状の良否が接続の信頼性を左右する。バンプの形状を検査するバンプ検査装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。このバンプ検査装置は、ステージ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ、および画像処理装置を備えており、基板にバンプが正しく形成されているか否かを検査する。
【０００３】
また、特許文献２では、光ビームをパッケージの裏面に沿って各バンプ列の間に斜め方向に入射させ、バンプで反射された光の結像点の位置を計測し、所定の基準位置と比較することにより、バンプに欠陥があるか否かを判定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３４６６７号公報
【特許文献２】特開平３−２１５７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の手法では、基板上方から撮像して得られたオブジェクト画像に含まれるバンプを表す画像を用いてバンプの位置及び形状の検査を行う。そのため、半導体素子やパッケージを搭載した後の基板のバンプ接合部を検査する手法として適していない。
【０００６】
また、バンプ接合部を側面から撮像しようとすると、撮像対象となるバンプの前に基板端面部が映り込むことがあり、鮮明な画像を取得することができない。また、これを解決するため、カメラの光軸を傾けると、半導体素子のシリコン基板が邪魔になってしまい、バンプ上部の異常を検出できない可能性がある。
【０００７】
一方、特許文献２記載の手法では、パッケージの裏面に沿って各バンプ列の間に平行に又は各バンプ列に対し斜め方向に光を入射し、反射した光を検出することで、バンプの接合部を検査する。しかしながら、かかる技術による場合、入射光と異なる方向に反射した光を検出するため、反射光の軌道がバンプの形状により変動してしまう。そのため、検査の都度、バンプの形状に応じて光学系の位置あわせをする必要がある。したがって、検査効率が悪化するという問題がある。
【０００８】
以上のことから、バンプ接合部を効率よくかつ精度よく検査する手法の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、
基板と半導体素子との間に形成されたバンプを検査するバンプ検査装置であって、
前記基板と前記半導体素子との間に光を照射する光照射部と、
前記バンプを介して前記半導体素子が戴置された前記基板を保持するステージと、
前記基板表面に対し垂直方向に前記光照射部を移動しながら、前記バンプに向けて照射される光の入射方向が、前記基板に対して平行方向になるように前記光照射部から光を照射させる移動機構と、
前記バンプ表面から前記基板と平行方向に反射された反射光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した前記反射光の強度分布が所定の条件を満たすとき、前記バンプの接合状態を良好と判定する判定部と、
を有するバンプ検査装置が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、
基板と半導体素子との間に形成されたバンプを検査するバンプ検査方法であって、
前記バンプを介して前記半導体素子が戴置された前記基板をステージに保持するステップと、
光の入射方向が、前記基板に対して平行方向になるように前記基板と前記半導体素子との間に光を照射しながら前記基板表面に対し垂直方向に前記バンプを走査するステップと、
前記バンプ表面から前記基板と平行方向に反射された反射光を受光するステップと、
受光した前記反射光の強度分布が所定の条件を満たすとき、前記バンプの接合状態を良好と判定するステップと、
を含む、バンプ検査方法が提供される。
【００１１】
この発明によれば、基板表面に対し垂直方向に光照射部を移動しながら、光の入射方向が、基板に対して平行方向になるように光を照射し、バンプ表面から基板と平行方向に反射された反射光の強度分布が所定の条件を満たすとき、バンプの接合状態を良好と判定する。これにより、光の入射方向と、検出する反射方向とが同じ軌道になるため、光の位置合わせを不要とすることができる。また、バンプの形状が良好な場合は、バンプ中心で正反射するため、この正反射した光を検出してバンプ接合部の良不良を判定することができる。したがって、バンプ接合部を効率よくかつ精度よく検査することが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、バンプ接合部を効率よくかつ精度よく検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態のバンプ検査装置を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態に係るバンプ検査方法を説明する図である。
【図３】実施の形態に係るバンプ検査方法を説明する図である。
【図４】実施の形態のバンプ検査装置の変形例を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態のバンプ検査装置の変形例を模式的に示す上面図である。
【図６】実施の形態に係るバンプ検査方法の効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１５】
本実施形態は、基板５３と半導体素子５１との間に形成されたバンプ５２を検査するバンプ検査装置である。図１は、本実施形態のバンプ検査装置を模式的に示す図である。図示するように、本実施形態のバンプ検査装置は、基板５３と半導体素子５１との間にレーザー光を照射するレーザー照射装置１０（光照射部）と、バンプ５２を介して半導体素子５１が戴置された基板５３を保持するワーク保持部１４（ステージ）と、基板表面に対し垂直方向にレーザー照射装置１０を移動しながら、バンプ５２に向けて照射されるレーザー光の入射方向が、基板５３に対して平行方向になるようにレーザー照射装置１０からレーザー光を照射させるＸＹＺステージ１３（移動機構）と、バンプ表面から基板５３と平行方向に反射された反射光を受光する受光装置１１（受光部）と、受光装置１１が受光した反射光の強度分布が所定の条件を満たすとき、バンプ５２の接合状態を良好と判定する制御部１７（判定部）と、を有する。
【００１６】
本実施形態において、半導体素子５１とは、半導体チップ又は半導体パッケージをいう。半導体素子５１が半導体チップのとき、半導体素子５１の底面とは、半導体チップの底面をいう。また、半導体素子５１が半導体パッケージのとき、半導体素子５１の底面とは、半導体パッケージの底面をいう。
【００１７】
本実施形態のバンプ検査装置は、反射光を基板５３に対して非平行方向に反射させるプリズム１２を有する。受光装置１１は、プリズム１２を反射した光を受光する。プリズム１２は、レーザー光が照射される光軸上に配置されていることで、バンプからの反射光を基板５３に対して非平行方向に反射させることができる。「非平行方向」とは、レーザー照射の光軸と一致しない方向であればよいが、レーザー光の入射方向に対し、４５°〜１３５°の方向とすると好ましい。こうすることで、プリズム１２が反射した光がバンプ５２に再衝突したり、レーザー照射装置１０等他の部品に衝突したりすることを防ぐことができる。また、受光装置１１の設置を容易にするという観点からは、「非平行方向」がレーザー光の入射方向に対し、略垂直方向（特に、９０°の方向）と定義されることがより好ましい。
【００１８】
受光装置１１は、プリズム１２により分光される光軸上に設けられている。Ｄ／Ａコンバータ１６は、受光装置１１に接続し、受光によって発生する電圧を検知する。Ｄ／Ａコンバータ１６には、あらかじめ所定の閾値が設定されており、受光によって発生した電圧が該閾値を超えたとき、検知した電圧値を光強度として制御部１７に送出する。この閾値は、レーザー光の照射対象物が光を正反射したときにプリズム１２を介して受光装置１１が受光したときの光強度である。制御部１７は、これを受け付け、検査処理を行う。
【００１９】
ＸＹＺステージ１３は、モータ１５を備え、モータ１５には、エンコーダー１８が付属している。このエンコーダー１８により、ＸＹＺステージ１３の位置が検知され、制御部１７に位置情報が送られ、検査処理に利用される。
【００２０】
ワーク保持部１４は、レーザー照射の直進方向に位置し、検査対象となるワーク５０を保持する。なお、ワーク５０は、バンプ５２を介して半導体素子５１が搭載された基板５３をいう。ワーク５０は、例えば、半田バンプを使ったフリップチップである。バンプ５２は、半田バンプであってもよいし、金バンプであってもよい。半田バンプは、例えば、スクリーン印刷方式で半導体素子５１の底面に形成される。また、金バンプは、例えば、メッキ方式又はスタッドバンプ方式等で半導体素子５１の底面に形成される。そして、アンダーフィル樹脂を塗布した基板５３上に搭載させてワーク５０を作製することができる。また、シリコンウェハ上にバンプ５２を形成し、半導体素子５１を実装した後、ダイシングにより基板５３を切り出してワーク５０を作製してもよい。
【００２１】
つづいて、本実施形態のバンプ検査装置を用いて行うバンプ５２の検査方法について説明する。まず、ワーク５０をワーク保持部１４に保持する。ついで、図２に示すように、光の入射方向が基板５３に対して平行方向になるように、レーザー光を基板５３と半導体素子５１との間に照射し、基板５３表面に対し垂直方向にバンプ５２を走査する。より具体的には、ＸＹＺステージ１３によりレーザー照射装置１０が基板５３表面から半導体素子５１の底面、又は／及び、半導体素子５１の底面から基板５３表面に向かって移動しながら個々のバンプ５２に対し光を照射する。レーザー照射装置１０から照射されるレーザー光は直進し、バンプ５２に当たる。
【００２２】
図３（ａ）で示すように、バンプ５２が良好に接合している場合、バンプ５２の形状は、溶融時の表面張力により球状となっている。そのため、曲率を有する位置では、レーザー照射装置１０から発せられたレーザー光は正反射せずに乱反射する。乱反射した光は、プリズム１２に到達しないか、到達してもその光強度は微弱である。したがって、良品のバンプ５２の上部及び下部にレーザー光が照射されたとき、Ｄ／Ａコンバータ１６は、受光装置１１が受光した反射光を検知しない。一方、バンプの中心、つまり接合高さの約半分の位置周辺では、バンプの曲率が小さくなり、レーザー光が正反射される。そうすると、正反射した光は、プリズム１２によりさらに反射され、受光装置１１によって受光される。この受光した光の光強度はあらかじめ記憶された閾値を満たすため、Ｄ／Ａコンバータ１６が、反射光として検知し、検知した光強度を制御部１７に送出する。
【００２３】
ここで、制御部１７は、個々のバンプ５２ごとの反射光の強度分布を記録している。ＸＹＺステージ１３によって個々のバンプ５２が走査されている間、制御部１７は、エンコーダー１８を介してＸＹＺステージ１３の位置を把握する。こうすることで、レーザー光の照射位置（Ｚ）に対応づけて、Ｄ／Ａコンバータ１６で検知した所定の閾値以上の光強度（Ｉ）を記録する。その強度分布の例を図３（ｄ）に示す。この例では、横軸では、基板５３表面に対して垂直方向の位置を示し、基板５３表面をＺ＝０としている。縦軸は、光強度（Ｉ）である。バンプ５２の接続状態が良好な場合は、図示するように、バンプ基板５３表面と半導体素子の底面との中間点で単一の反射光ピークが検出される。このような光強度分布が得られたとき、制御部１７は、該バンプによる接合状態が良好であると判定する。
【００２４】
一方、図３（ｂ）に示すように、溶融不足のバンプ５２の場合は、くびれが生じる。そのため、レーザー光が正反射する箇所が複数存在することとなる。したがって、ＸＹＺステージ１３により個々のバンプ５２に対し基板５３表面から半導体素子５１の底面に向かって光を照射した場合、正反射が複数回起こることになる。そうすると、Ｄ／Ａコンバータ１６は、複数回光を検知することになる。したがって、例えば、図３（ｅ）で示すように、複数の反射光ピークが検出された光強度分布が得られる。このような場合、制御部１７は、検査対象のバンプ５２を接合不良であると判定することができる。
【００２５】
また、図３（ｃ）に示すように、未溶融（未接合）バンプの場合は、バンプがお椀状の球状となってしまう。そのため、レーザー光の反射は、乱反射となり、正反射しない。そのため、Ｄ／Ａコンバータ１６で光が検知されず、例えば、図３（ｆ）で示すように、反射光ピークが全く検出されない光強度分布図が得られる。このような場合、制御部１７は、検査対象のバンプ５２を接合不良であると判定することができる。
【００２６】
なお、制御部１７の判定結果は、制御部１７に接続されたモニタに表示させたり、プリンタ等に出力させたりしてもよい。こうすることで、検査者は、検査対象のワーク５０のバンプ接合の良不良を識別することができる。
【００２７】
つづいて、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態のバンプ検査装置によれば、基板５３表面に対し垂直方向にレーザー照射装置１０を移動しながら、レーザー光の入射方向が、基板５３に対して平行方向になるようにレーザー光を照射し、バンプ５２表面から基板５３と平行方向に反射された反射光の強度分布が所定の条件を満たすとき、バンプ５２の接合状態を良好と判定する。これにより、光の入射方向と、検出する反射方向とが同じ軌道になるため、光の位置合わせを不要とすることができる。また、バンプ５２の形状が良好な場合は、バンプ中心で正反射するため、バンプ接合部の良不良を判定することができる。したがって、バンプ接合部を効率よくかつ精度よく検査することが可能になる。
【００２８】
カメラを用いてバンプ形状を撮像してバンプ接合を検査する従来の手法では、カメラや照明に角度を設けなければならない。その結果、半導体素子５１の部品や基板５３側面が障害となって、検査できない部分が生じてしまう。また、良好な画像が得られた場合も、画像処理から検査アルゴリズムの策定に困難がある。さらに、システム全体が煩雑になり、システムを構築するにあたっても高価となってしまう。
【００２９】
一方、本実施形態のバンプ検査装置では、レーザー光を使用していることから、より広範な検査が可能になるという利点がある。たとえば、図６で示すように、バンプ位置が半導体素子５１の底面の最外周に形成された第一バンプ５２ａと第一バンプ５２ａに対して千鳥状に形成された第二バンプ５２ｂが形成されている場合、最外周の第一バンプ５２ａだけでなく、第一バンプ５２ａよりも内側の第二バンプ５２ｂの接合良不良を判定することができる。
【００３０】
また、本実施形態のバンプ検査装置では、バンプ５２ごとの反射光の強度分布が単一のピークを有するか否かの判定をするだけで、バンプ接合の良不良を判定することができる。したがって、煩雑な画像処理や検査アルゴリズムの策定が不要となり、簡易に精度よくバンプ接合を検査することができる。
【００３１】
また、本実施形態のバンプ検査装置では、レーザー光による直進性を有する光とその反射により、球状を有するバンプの接合状態を検出するため、装置の構成要素をシンプルにすることができる。また、照明カメラや画像処理といった高価で構成が煩雑化するシステムに比べ、容易に検査機能を提供することができる。
【００３２】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、上記実施の形態は、プリズム１２を設ける例を示したが、図４で示すように受光装置２１をレーザー照射装置２０の周囲に配置してもよい。この例では、モータ２５を利用してＸＹＺステージ２３が受光装置２１を上下左右に動かす。図５は、この変形例の上面図である。図５で示すように、受光装置２１は、正反射したレーザー光を受光する。受光装置２１が受光した光は、Ｄ／Ｆコンバータ１６に送出され、実施の形態と同様な処理がなされる。なお、実施の形態の装置によれば、バンプにより正反射する光が、投光するレーザー光と全くの同一軌道を通るため、より正確な形状検知をすることができるという利点がある。
【符号の説明】
【００３３】
１０    レーザー照射装置
１１    受光装置
１２    プリズム
１３    ＸＹＺステージ
１４    ワーク保持部
１５    モータ
１６    Ｄ／Ａコンバータ
１７    制御部
１８    エンコーダー
２０    レーザー照射装置
２１    受光装置
２３    ＸＹＺステージ
２５    モータ
５０    ワーク
５１    半導体素子
５２    バンプ
５２ａ    第一バンプ
５２ｂ    第二バンプ
５３    基板
【図１】
2011112361.tif 000003
【図２】
2011112361.tif 000004
【図３】
2011112361.tif 000005
【図４】
2011112361.tif 000006
【図５】
2011112361.tif 000007
【図６】
2011112361.tif 000008