(57)【要約】【課題】半導体装置の半導体チップ接合傾きを効率的かつ正確に測定する装置及び方法を提供すること。【解決手段】基板に半導体チップを実装した半導体装置の接合部傾き測定装置であって、該半導体装置を測定のために搭載する検査ステージ部と、該半導体装置に可視光線を照射するための照明部と、該基板と該半導体チップの接合部を側面から撮像するためのカメラと、端面検出部と配置計測部とを含む画像計測部と、を含み、該端面検出部は該カメラにより撮像された入力画像から半導体チップ側面部分および該基板のレジスト面に反射された該半導体チップ側面部分の反射画像を画像処理にて検出し、該配置計測部は該端面検出部により検出された該半導体チップ側面部分及び該半導体チップ側面部分の反射画像をもとに該半導体チップ側面部分の下端部の該基板レジスト面に対する傾きを測定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に半導体チップを実装した半導体装置の接合部傾き測定装置であって、
該半導体装置を測定のために搭載する検査ステージ部と、
該半導体装置に可視光線を照射するための照明部と、
該基板と該半導体チップの接合部を側面から撮像するためのカメラと、
端面検出部と配置計測部とを含む画像計測部と、を含み、
該端面検出部は該カメラにより撮像された入力画像から半導体チップ側面部分および該基板のレジスト面に反射された該半導体チップ側面部分の反射画像を画像処理にて検出し、該配置計測部は該端面検出部により検出された該半導体チップ側面部分及び該半導体チップ側面部分の反射画像をもとに該半導体チップ側面部分の下端部の該基板レジスト面に対する傾きを測定する、
ことを特徴とする、接合部傾き測定装置。
【請求項２】
前記画像処理は、前記入力画像を白と黒に２値化することにより行うことを特徴とする、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記画像計測部は、前記入力画像を白と黒に２値化した処理画像から、前記半導体チップ下端部と前記半導体チップの反射画像の上端部をそれぞれ直線近似し、該２つの近似直線の相対角度から前記半導体チップの傾きを求めることを特徴とする、請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記配置計測部は、前記端面検出部により検出された前記半導体チップ側面部分及び該半導体チップ側面部分の反射画像をもとに、前記半導体チップ下端部の所定の位置における前記基板レジスト面からの距離を同時に測定することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の測定装置。
【請求項５】
前記画像処理は、前記入力画像を白と黒に２値化することにより行い、前記画像計測部は、該入力画像を白と黒に２値化した処理画像から、前記半導体チップ下端部と前記半導体チップの反射画像の上端部をそれぞれ直線近似し、該２つの近似直線の中間線を前記基板レジスト面位置として前記半導体チップ下端部の所定の位置における該基板レジスト面からの距離を計算することを特徴とする、請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記照明部は、同軸落射照明装置とその明るさを制御する照明制御部とを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の測定装置。
【請求項７】
前記照明部は、さらに斜方照明装置を含むことを特徴とする、請求項６に記載の測定装置。
【請求項８】
前記検査ステージ部は、前記半導体装置を搭載する搭載ステージと、該搭載ステージを回転させるための回転ステージと、該搭載ステージをＸＹ方向に移動させるためのＸＹステージとを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の測定装置。
【請求項９】
基板に半導体チップを実装した半導体装置の接合部傾き測定方法であって、
半導体チップ側面部分を斜め方向から撮像するステップと、
得られた画像を白と黒の２値化により画像処理を行うステップと、
該半導体チップ側面部分の下端部と該半導体チップ側面部分の反射画像の上端部をそれぞれ直線近似し、該２つの近似直線の相対角度から前記半導体チップの傾きを求めるステップと、
を含むことを特徴とする、測定方法。
【請求項１０】
前記２つの近似直線から、さらに前記半導体チップ側面部分の下端部の所定位置における前記基板レジスト面からの距離を測定するステップを含むことを特徴とする、請求項９に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の接合傾き測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造においては、チップを基板にフリップチップ実装したり、あるいは複数の半導体装置を積層して接合する工程がある。このように板状物同士の接合工程、とりわけフリップチップのダイボンディングにおいては、接合部で基板とチップとの電気的接続を行うため、チップの基板に対する水平度には高い安定性が求められる。
【０００３】
一般的に、チップの基板に対する傾きを求める場合は、チップの四隅周辺のチップ上端をレーザ変位計等でそれぞれ計測し、それぞれの差異から計算する手段が一般的である。また、接合高さを求める場合は、基板の上端高さとチップ上端高さをそれぞれレーザ変位計等で計測し、その差にチップ厚みを引いた値として求める手段が一般的である。
【０００４】
その他の公知例として、例えば特許文献１には、画像処理を用いたフリップチップの接合高さの計測手段として、赤外線をチップ表面に照射し、基板もしくはバンプで反射した光をカメラで検知し、その状態から接合高さを測定したり、高さの均一性を検査する手段が開示されている。
【０００５】
また特許文献２には、表面大きさの異なる板状物同士の間隔を光学的に測定する手段として、磁気ディスク上のヘッドと、ディスク表面により反射されたヘッドの鏡像を同時に撮像し、得られた明暗のパターンから磁気ディスクとヘッドの間隔を求める手段が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３３７８０号公報
【特許文献２】特許第２８２１５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的なレーザ変位計を用いた手段では、実際に計測する高さはチップの上端であることから、チップの厚みのばらつきが計測結果に反映されるため、必ずしも接合高さを測定しているわけではない。また、レーザを用いる性質上局所的な計測になるため、計測時間短縮のためには変位計を測定点ごとに配置する必要があり、装置コストが上がるという問題がある。
【０００８】
また、特許文献１に開示された手段は、赤外線がシリコンを透過する性質を利用しているため、近年のフリップチップのように配線密度が数十ナノメートルと赤外線の波長より短いと、配線部分にほとんどの赤外線が反射してしまうことから適用が困難となりうる。
【０００９】
また、特許文献２で用いられている撮像素子は高さ方向のみを検知できるよう配置されたラインセンサであることから、本発明の目的であるチップの基板に対する傾きを測定する手段、すなわち２つの板状物同士の平行度を求める手段には適していない。
【００１０】
本発明の目的は、半導体装置の半導体チップ接合傾きを効率的かつ正確に測定する装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の視点において、本発明に係る測定装置は、基板に半導体チップを実装した半導体装置の接合部傾き測定装置であって、該半導体装置を測定のために搭載する検査ステージ部と、該半導体装置に可視光線を照射するための照明部と、該基板と該半導体チップの接合部を側面から撮像するためのカメラと、端面検出部と配置計測部とを含む画像計測部と、を含み、該端面検出部は該カメラにより撮像された入力画像から半導体チップ側面部分および該基板のレジスト面に反射された該半導体チップ側面部分の反射画像を画像処理にて検出し、該配置計測部は該端面検出部により検出された該半導体チップ側面部分及び該半導体チップ側面部分の反射画像をもとに該半導体チップ側面部分の下端部の該基板レジスト面に対する傾きを測定する、ことを特徴とする。
【００１２】
第２の視点において、本発明に係る測定方法は、基板に半導体チップを実装した半導体装置の接合部傾き測定方法であって、半導体チップ側面部分を斜め方向から撮像するステップと、得られた画像を白と黒の２値化により画像処理を行うステップと、該半導体チップ側面部分の下端部と該半導体チップ側面部分の反射画像の上端部をそれぞれ直線近似し、該２つの近似直線の相対角度から前記半導体チップの傾きを求めるステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る接合傾き測定装置は、接合部を半導体チップ側面から撮像し、半導体チップや基板の端面部分を画像処理にて抽出する手段を用いることで、半導体装置の半導体チップ接合傾きを効率的かつ正確に測定することができる。
【００１４】
また、接合部をチップ側面から撮像し、その良否を検査する構成の接合部検査装置に対して、光学系を大きく変更することなく本手段を組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係る傾き測定装置の全体構成例を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施例に係る傾き測定の手順例を示すフローチャートである。
【図３】半導体チップの一部が撮像された画像例である。
【図４】半導体装置の反射光を示す図である。
【図５】半導体チップの左側のみが撮像された画像を２値化して接合傾き及び高さを求める方法の一例である。
【図６】特定座標と半導体チップ傾きから検査領域を求める方法を示す一例図である。
【図７】接合傾き、高さを求める他の方法を示す一例である。
【図８】同軸落射照明装置と斜方照明装置を含む傾き測定装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の視点において、前記画像処理は、前記入力画像を白と黒に２値化することにより行うことが好ましい。
【００１７】
前記画像計測部は、前記入力画像を白と黒に２値化した処理画像から、前記半導体チップ下端部と前記半導体チップの反射画像の上端部をそれぞれ直線近似し、該２つの近似直線の相対角度から前記半導体チップの傾きを求めることが好ましい。
【００１８】
前記配置計測部は、前記端面検出部により検出された前記半導体チップ側面部分及び該半導体チップ側面部分の反射画像をもとに、前記半導体チップ下端部の所定の位置における前記基板レジスト面からの距離を同時に測定することが好ましい。
【００１９】
前記画像処理は、前記入力画像を白と黒に２値化することにより行い、前記画像計測部は、該入力画像を白と黒に２値化した処理画像から、前記半導体チップ下端部と前記半導体チップの反射画像の上端部をそれぞれ直線近似し、該２つの近似直線の中間線を前記基板レジスト面位置として前記半導体チップ下端部の所定の位置における該基板レジスト面からの距離を計算することが好ましい。
【００２０】
前記照明部は、同軸落射照明装置とその明るさを制御する照明制御部とを含むことが好ましい。
【００２１】
前記照明部は、さらに斜方照明装置を含むことが好ましい。
【００２２】
前記検査ステージ部は、前記半導体装置を搭載する搭載ステージと、該搭載ステージを回転させるための回転ステージと、該搭載ステージをＸＹ方向に移動させるためのＸＹステージとを含むことが好ましい。
【００２３】
第２の視点における方法は、前記２つの近似直線から、さらに前記半導体チップ側面部分の下端部の所定位置における前記基板レジスト面からの距離を測定するステップを含むことが好ましい。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
以下に本発明の一実施例について図面を参照しつつ説明する。
本発明の一実施例に係る半導体接合部傾き測定装置は、検査ステージ部１０と、照明部１１と、撮像部１２と、画像処理部１３０と、機構制御部１００とから構成される。これらの各部は図１に示すように以下のように構成されている。
【００２５】
検査ステージ部１０は、検査対象であって、ベアチップ（半導体チップ）２０１と基板２０２からなる実装済みの半導体装置２００を搭載する搭載ステージ１０１と、前記搭載ステージ１０１を９０度単位で回転させるための回転ステージ１０２と、前記搭載ステージ１０１をＸＹ方向に移動させるためのＸＹステージ１０３とから構成される。回転ステージ１０２は、ベアチップ２０１の４辺をそれぞれ測定する場合に有利であり、ＸＹステージ１０３は特にベアチップ２０１の１辺全体がカメラの撮像視野に入りきらない場合に有利である。
【００２６】
照明部１１は、前記半導体装置２００に可視光線を照射するための同軸落射照明１１２およびその明るさを制御するための、電源を含む照明制御部１１０とから構成される。ベアチップ２０１の表面は金属に近い反射特性を持っているので、その輪郭を強調して識別するために同軸落射照明が有利である。なお、図８に示すように、さらに斜方照明装置１１３を含んでもよい。
【００２７】
撮像部１２は、前記半導体装置２００の接合部を側面から撮像するためのカメラ１２１およびレンズ１２２、前記カメラ１２１により撮像された画像を画像処理部１３０に入力するための画像入力部１２０から構成される。
【００２８】
画像処理部１３０は、前記画像入力部１２０により入力された前記半導体装置２００の側面の画像をもとに、半導体装置下端面および基板上端面の高さを計測し、その結果にもとづき検査対象となる接合部分の位置を検査範囲として入力画像から切り出し、切り出された入力画像の部分画像にもとづき接合部の良否を判定する。
【００２９】
機構制御部１００は、前記検査ステージ部１０を駆動し、前記半導体装置２００が所定の検査位置に達したとき前記画像処理部１３０に検査開始の指示を出力し、前記画像処理部１３０から完了の応答を戻したとき前記検査ステージ部１０を次の検査位置に移動させる機能を有する。
【００３０】
上記半導体接合部傾き測定装置における半導体装置１個分の測定動作の一例につき、図２のフローチャート及び図面を参照して説明する。
【００３１】
まず、検査対象の半導体装置２００が搭載ステージ１０１に供給・搭載されたことが検査ステージ部１０により検知されると、機構制御部１００はＸＹステージ１０３に対し、カメラ１２１が半導体装置２００のベアチップ２０１の側面にフォーカスが合い、かつベアチップ２０１の左端がカメラ視野の所定位置へくるよう移動指示を出す（図２のＳ１）。
【００３２】
移動が完了したら、照明制御部１１０で同軸落射照明１１２を所定の明るさにて点灯させた状態でカメラ１２１によりベアチップ２０１の側面を含む接合部分の撮像を行う（Ｓ２）。なお、カメラ１２１は搭載ステージ１０１のステージ平面から所定の角度をなして配置されている。
【００３３】
基板レジスト面２０３の光沢によって、ベアチップ２０１が反射した反射像２０４があれば、それも撮像視野に含めるようにする。また撮像視野のサイズと要求計測精度の関係で、ベアチップ２０１の側面全体を１つの撮像視野に入れることができない場合は、ベアチップ２０１の側面を撮像するためのＸＹステージ１０３の移動先をベアチップ２０１の１辺あたり複数設定し、そのたびごとに撮像を行う形態であってもよい。
【００３４】
このようにして撮像された入力画像は、基板レジスト面２０３に光沢があれば例えば図３のようになる。図中の中央の点線は基板レジスト面２０３のカメラ視野上での境界線であり、後述の求める接合部接触面Ｌ３である。カメラ１２１の光軸が基板のレジスト面２０３に対して所定の角度を持つことで、図４に示すように、同軸落射照明１１２からの照明光３０１がベアチップ２０１の側面部分に反射し、さらにはレジスト面２０３に再度反射してカメラレンズに達する光３０３（反射像２０４を形成する光線）が、ベアチップ２０１の側面部分から反射して直接カメラレンズに達する光３０２と同時に検知されることになる。
【００３５】
次に、撮像した入力画像中のベアチップ２０１の側面部分、および反射像２０４が白く、接合部分や背景が黒くなるよう入力画像を２値化する（Ｓ３）。そのときの２値画像はたとえば図５のように、ベアチップ２０１の側面部分に相当する領域２０１’、反射像２０４と、レジスト面２０３のうち反射率の高い領域があわさった合成領域２０４’のようになる。得られた２値画像から、領域２０１’を切り出してその輪郭をたとえばハフ変換のような直線近似の方法により抽出する（Ｓ４）。得られた輪郭のうち下部、とりわけ撮像視野のｘ軸にほぼ平行な直線部分Ｌ１が求めるチップの下端、ｙ軸にほぼ平行な直線部分Ｌ４が左端となる（Ｓ５）。
【００３６】
合成領域２０４’についても、Ｌ１と同じ要領でその輪郭を直線近似により抽出し（Ｓ６）、得られた輪郭の上部、とりわけ視野ｘ軸にほぼ平行な直線部分Ｌ２がチップ下端の直線部分Ｌ１の基板レジスト面に対する反射となる（Ｓ７）。これにより、チップ側面の真下のレジスト面位置、すなわち接合部接触面Ｌ３（基板レジスト面とベアチップの側面を構成する平面との交線に相当する）は、上述の２本の直線Ｌ１とＬ２の中線として検出できる（Ｓ８）。ここで得られた２本の直線Ｌ１とＬ３のなす角θが出力すべきチップの傾き、またチップ左端部分のｘにおける２本の直線Ｌ１とＬ３のなす距離が接合高さとなる（Ｓ９）。
【００３７】
接合部の検査にあたっては、対象となる接合部ごとの中心位置２０５を、カメラ１２１により撮像された入力画像上の座標に変換する必要がある。上記手順Ｓ５で得られる領域２０１’の輪郭のうち下端部の近似直線Ｌ１と左端部の近似直線Ｌ４との交点（ｘ１、ｙ１）をチップ左下端座標とし、あらかじめ品種ごとに設定された半導体装置２００の実装設計情報にもとづき得られるチップ左端と最も左にある最外周接合部との距離ｄ０、そして接合部ごとの間隔ｄ、そして上記Ｓ９までの手順で得られるチップ傾きにもとづき、図６のように、接合部ごとの中心位置２０５を基準とした検査領域２０６を発生させる（Ｓ１０）。
【００３８】
同軸落射照明１１２を接合高さ傾き計測とは別の明るさ条件にて点灯させた状態で、上記手順Ｓ２と同じ視野にてカメラ１２１により撮像された第二の入力画像から、上記手順Ｓ１０により得られた検査領域２０６の部分を切り出して所定の画像処理を行い、得られた特徴から接合部の良否を判定する（Ｓ１１）。
【００３９】
以上の説明がベアチップ２０１の１つの辺に対しての計測動作となるが、搭載ステージ１０１に回転機構を設けることで、すべての辺に対して図２のフローチャートの動作を行うことができ、ベアチップ２０１と基板２０２との傾きをＸ方向、Ｙ方向それぞれ得ることができる。
【００４０】
上記の実施例では、接合傾き、すなわちチップの基板に対する平行度と同時に接合高さも計測することができる。さらに、接合部をチップ側面から撮像し、その良否を検査することを目的とする接合部検査装置に対して、光学系の変更無しに本手段を組み込むことができ、かつ撮像視野にチップの左端を含めた形態で撮像を行ってあらかじめ接合高さや傾きを求めることにより、接合高さやチップ傾きによる検査範囲の誤差を補正し、検査精度を高めることができる。
【００４１】
（実施例２）
実施例１では、ベアチップ２０１の下端Ｌ１を抽出するために２値化画像のチップ側面部分全体を切り出して輪郭を抽出する手段を用いたが、もしベアチップ２０１の左下端の入力画像上のｘ座標がほぼ一定であるなら、処理を簡略化するため、図７に示すように、ベアチップ２０１の左下端周辺領域４０１および反射像２０４の左上端周辺領域４０２で投影処理を行い、それぞれの投影値の立ち上がり部分を求める。得られた結果をベアチップ２０１の左下端座標（ｘ１，ｙ１）と反射像２０４の左上端（ｘｒ１，ｙｒ１）とする。このときｙ座標の差の半分（（ｙ１−ｙｒ１）／２）を接合高さとしてもよい。
【００４２】
さらに、前記投影処理領域４０１のｘ座標を画像右端周辺に平行移動した領域４０３でも同様の投影処理とその立ち上がり部分を求める。得られた結果をベアチップ２０１の下端ｙ２とする。さきほど求めたチップ左下端の座標ｙ１と、入力画像の最大ｘ座標ｘｍから、チップ傾きはａｒｃｔａｎ（ｙ２−ｙ１／ｘｍ−ｘ１）として得ることができる。入力画像と抽出した座標との関係は図７に示すとおりである。
【００４３】
（実施例３）
図１に示した前記実施例１の構成では、ベアチップ２０１の輪郭を検出するための撮像手段の構成として、基板側面からの撮像を行うためのカメラ１２１と、同軸落射照明１１２との組み合わせとしたが、ベアチップ２０１側面の凹凸に対する輪郭抽出の影響をより排除し、さらには接合部検査を同時に行えるように、図８のようにドーム照明のような斜方照明装置１１３を追加しても良い。
【００４４】
（付記）前記画像処理にて得られた情報を基に、前記半導体装置の検査対象となる接合部分の位置を検査対象として入力画像から切り出し、該画像に基づき接合部の良否を判定する。
【００４５】
以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  検査ステージ部
１１  照明部
１２  撮像部
１００  機構制御部
１０１  搭載ステージ
１０２  回転ステージ
１０３  ＸＹステージ
１１０  照明制御部
１１２  同軸落射照明
１１３  斜方照明装置
１２０  画像入力部
１２１  カメラ
１２２  レンズ
１３０  画像処理部
２００  半導体装置
２０１  ベアチップ（半導体チップ）
２０１’  領域
２０２  基板
２０３  基板レジスト面
２０４  反射像
２０４’  合成領域
２０５  接合部中央座標
２０６  接合部検査領域
３０１  照明光
３０２  ベアチップからの直接反射光
３０３  基板レジスト面からの反射光
４０１、４０２、４０３  領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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