(57)【要約】【課題】マイクロレンズなどの存在による微細な凹凸にもかかわらず、微小異物の検出が可能な異物検出方法および異物検出装置を提供する。異物の付着がなくクリーンな状態を維持しつつ検査を行うことの可能な異物検出方法および異物検出装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置の組み立てラインにおける異物検査方法であって、前記固体撮像素子の撮像領域を撮像する工程と、前記撮像する工程で得られた撮像データに対し、フーリエ変換を含む画像処理を施すことによって異物の存在を検査する工程とを含むことを特徴とする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像装置の組み立てラインにおける異物検査方法であって、
前記固体撮像装置を構成する固体撮像素子の撮像領域を撮像する工程と、
前記撮像する工程で得られた撮像データに対し、フーリエ変換を含む画像処理を施すことによって異物を抽出し、異物の存在を検査する工程とを含むことを特徴とする固体撮像装置の異物検査方法。
【請求項２】
前記撮像する工程は、組み立てラインに供給されるウェハ段階の固体撮像素子の撮像領域の表面に焦点を合わせて撮像する工程であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の異物検査方法。
【請求項３】
前記撮像する工程は、表面にマイクロレンズの形成された前記ウェハ段階の固体撮像素子の撮像領域の表面を撮像する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置の異物検査方法。
【請求項４】
前記撮像する工程は、ダイシング後であって、ガラス封止前におけるチップ段階の固体撮像素子の撮像領域の表面を撮像する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置の異物検査方法。
【請求項５】
前記撮像する工程は、固体撮像素子チップをガラス封止して得られた固体撮像素子の撮像領域の表面を撮像する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置の異物検査方法。
【請求項６】
固体撮像装置の組み立てラインにおける異物検査装置であって、
前記固体撮像装置を構成する固体撮像素子の撮像領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された撮像データに対し、フーリエ変換を含む画像処理を施すことによって異物を抽出し、異物の存在を検査する画像処理手段とを含むことを特徴とする固体撮像装置の異物検査装置。
【請求項７】
前記撮像手段は、前記固体撮像素子の撮像領域の表面に焦点をあわせる焦点合わせ手段を含むことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置の異物検査装置。
【請求項８】
前記撮像手段は、クリーンブースの外側に配設され、クリーンブース内の前記固体撮像素子を撮像可能なように形成されたことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置の異物検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置の異物検出方法および異物検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ    Ｄｅｖｉｃｅ）を含む固体撮像素子は、携帯電話やデジタルカメラなどへの適用の必要性から小型化への要求が高まっている。
このような中で、例えば、受光エリアにマイクロレンズを一体形成した固体撮像素子搭載ウェハをダイシングし、固体撮像素子の受光エリアと封止ガラスとの間に気密封止部をもつように一体的に実装した固体撮像装置が提案されている。
【０００３】
かかる構成によれば、実装面積の低減をはかることができ、また、封止ガラスの表面に、フィルタ、レンズ、プリズムなどの光学部品を装着することが可能となり、組み立ての自動化が容易でかつ、小型の固体撮像装置を提供することができる。
【０００４】
しかしながら、このような固体撮像装置の組み立てラインにおいては、異物検査が重要な課題である。すなわち、組み立てラインの自動化が進み組み立てラインの作業性は向上し、生産性が向上する。一方で、画素の微細化に伴う異物検査の精度向上と、異物検査に要する作業性の低下が重要な問題となっている。
【０００５】
ところで、通常の論理回路を構成する集積回路チップについては、種々の異物検査方法が提案されているが、この場合は、電気的特性に影響を与えない程度の検査基準を満たせばよく、特性を基準とした検査がなされている。
【０００６】
しかしながら、固体撮像装置の場合、撮像面の異物は極めて大きな問題であり、このような固体撮像装置においては、表面に異物が存在した場合、この異物の部分には光が入光しない（影になる）ことになるため、撮像特性に大きな影響を与えることになる。従って、異物の検出には特に注意を払う必要がある。すなわち、固体撮像装置では、撮像面で、撮像データに影響を与える程度の異物が存在するか否かで検査を行う必要がある。
【０００７】
そこで従来、パッケージング後の固体撮像素子については搬送中にレーザをスキャンし散乱光を検出することにより異物の有無を検出する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
また、オペレータによる光学顕微鏡での抜き取り検査、あるいは検査専用の鏡面ワークチップを各工程間に流し、異物の付着状況を検査する方法も提案されている（特許文献２参照）
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１２３０６１号公報
【特許文献２】
特開２００１−３４９８４１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記方法では、固体撮像素子の表面には通常マイクロレンズが形成されているため、ガラス封止前においてもウェハ段階から、微細な凹凸が存在し、固体撮像素子（ワーク）自身の反射光との正確な分離が困難であり、異物の有無の検査は極めて困難であった。
【００１１】
また、前者の方法では、組み立てラインにおいてはウェハからチップに切り出されており、サイズの違いに加え、チップの位置（ＸＹＺ方向）ばらつきが大きく、この方法の実用化は極めて困難であった。
【００１２】
更にまた、後者の方法（光学顕微鏡での検査）では寸法１０×１０ｍｍ程度のチップ表面における１μｍ程度の大きさの異物検査であるため、検査に非常に時間がかかるという問題があった。
【００１３】
また、固体撮像素子のＲＧＢカラーフィルタによるパターン内に埋もれた異物を検査するため、見逃しが多い。また、オペレータによる検査であるため、検査自体による異物付着の可能性もあった。
【００１４】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、マイクロレンズやカラーフィルタなどの存在による微細な凹凸にもかかわらず、微小異物の検出が可能な異物検出方法および異物検出装置を提供することを目的とする。
【００１５】
また、異物の付着がなくクリーンな状態を維持しつつ検査を行うことの可能な異物検出方法および異物検出装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、固体撮像装置の組み立てラインにおける異物検査方法であって、固体撮像装置を構成する各固体撮像素子の撮像領域を撮像する工程と、前記撮像する工程で得られた撮像データに対し、フーリエ変換を含む画像処理を施すことによって異物を抽出し異物の存在を検査する工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によれば、撮像手段によって固体撮像素子の撮像領域を撮像し、異物のない状態での画像を、フーリエ変換を用いた画像処理により除去し、異物を抽出することにより、表面に凹凸があるにもかかわらず、本来のパターンを容易に除去し、異物画像のみを抽出することができるため、数μｍ程度の小さい異物も検出することができる。
【００１８】
また、撮像する工程では、組み立てラインに供給されるウェハ段階の固体撮像素子の撮像領域の表面に焦点を合わせて撮像するようにすれば、容易に高精度かつ高速での検査が可能となる。
【００１９】
また撮像する工程では、表面にマイクロレンズの形成された前記ウェハ段階の固体撮像素子の撮像領域の表面を撮像する工程を含むことを特徴とする。
【００２０】
特にマイクロレンズの形成された半導体ウェハでは、表面の凹凸が大きいが、この方法を用いることにより、撮像素子にとって問題となる撮像面にフォーカスをかけて撮像するようにすれば、表面の凹凸の影響なしに容易に異物の検出を行うことが可能となる。
【００２１】
さらにまた、撮像する工程は、前記半導体ウェハをダイシングした後であって、ガラス封止前の固体撮像素子の撮像領域の表面を撮像する工程を含むようにするのが望ましい。ダイシング時に異物の付着が生じ易いが、この方法を用いることにより異物の付着の問題を回避することが可能となる。また、ダイシング後、実装基板上へのボンディングに際しても、チップ段階の固体撮像素子をピックアップする際にシリコン屑が付着しやすい。従って、このガラス封止前の検査は有効である。
【００２２】
また、ガラス封止後の固体撮像素子の撮像領域表面についても、ガラス屑や環境屑が付着しているような場合があるため、検査しておくようにするのが望ましい。
【００２３】
また、本発明は、固体撮像装置の組み立てラインにおける異物検査装置であって、前記固体撮像装置を構成する固体撮像素子の撮像領域の表面を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された撮像データに対し、フーリエ変換を用いた画像処理を施すことによって異物を抽出し異物の存在を検査する画像処理手段とを含むことを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、撮像手段によって固体撮像素子の撮像領域の表面を撮像し、画像処理装置によって、あらかじめわかっている、異物のない設計上の画像を、フーリエ変換を用いた画像処理により除去し、異物を検出するようにしているため、表面に凹凸があるにもかかわらず、本来のパターンを容易に除去し、異物画像のみを抽出することができる。
【００２５】
望ましくは、前記撮像手段は、撮像領域の表面に焦点を合わせる焦点合わせ手段を含むようにする。更にはこの焦点合わせ手段は、オートフォーカス手段であるのが望ましい。この装置ではガラスを介して撮像するため、ガラス面での反射による影響を排除するため撮像領域の表面から所定の間隔をもつ複数の箇所で得られた画像信号に基づいて焦点位置を決定する。
【００２６】
また、撮像手段を、クリーンブースの外側に配設し、クリーンブース内の固体撮像素子の撮像領域表面を撮像可能なようにすれば、極めてクリーンな状態で異物検出を行うことが可能となる。
このようにして、極めて信頼性の高い異物検査が可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつ説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の固体撮像装置の異物検査装置は、図１に概略説明図を示すように、クリーンルーム内に配置され、ファンフィルタユニット１０１０によって異物除去のなされた空気を送入し、内部を清浄化されたクリーンブース１０００と、光学系ユニット２０００と、この光学系ユニット２０００により、マガジン３０００から取り出された被検査対象の固体撮像素子ウェハを撮像し、この撮像データをフーリエ変換を含む画像処理によって異物を抽出する画像処理装置４０００とを具備してなるものである。
例えば、被検査対象であるガラス封止後の固体撮像装置１００１を、光学系ユニット２０００を用いて撮像し、この撮像データに対し画像処理装置４０００によってフーリエ変換を含む画像処理を行うことにより、異物を検出できるように構成されている。
【００２９】
このクリーンブース１０００内には、さらに、キャリア１００２に載置された固体撮像素子チップの、θ方向の位置調整を行うθステージ１００３と、θステージ１００３を載置しＸＹ方向の位置調整を行うＸＹステージ１００４と、このＸＹステージ１００４を防振ゴム１００６を介してクリーンブース１０００に固定する固定台１００５とが配設されている。
【００３０】
またクリーンブース１０００内にはマガジン３０００にキャリア１００２が収納された状態で、移動可能に装着されている。
【００３１】
また光学系ユニット２０００は、明暗視野と対物レンズとの自動切換え機能を備えたレンズユニット２００１と、このレンズユニットの位置を調整する位置調整手段（図示せず）と、オートフォーカス機能を備えたカメラユニット２００２とを備え、このカメラユニット２００２によって得られた撮像データを画像処理装置４０００でフーリエ変換し、異物に起因する画像データを抽出するように構成されている。またカメラユニットも検査用のモノクロＣＣＤカメラとレビュー用のカラーＣＣＤカメラの２眼鏡筒にしてもよい。さらにまた、このレンズユニット２００１は、オートフォーカス光源を具備しており、オートフォーカス光源を近赤外領域、検査光源を可視領域に分離しお互いの影響をなくすようにしている。
【００３２】
ここで検査対象となる固体撮像装置は、一例を図２に示すもので、実装基板２００上に、固体撮像素子チップ１００が搭載され、ボンディングワイヤ２０２によって電気的接続がなされるとともに、封止ガラス２０１によって封止がなされている。
この固体撮像素子を、後述するように組み立てライン上で、工程ごとに検査することにより、異物の数、サイズ、位置を検出し、素子自体の評価を行うことができる。また、どの工程でいかなるサイズの異物が混入するかについても検知することができる。
なお、固体撮像装置は、図２に示すように、固体撮像素子チップ１００の表面にマイクロレンズ５０などの光学系が搭載されている。通常は固体撮像素子チップ１００の撮像領域すなわち、マイクロレンズ５０の表面にフォーカスをあてるが、必要に応じて、封止ガラス２０１の裏面あるいは表面にフォーカスを当てるようにしてもよい。
【００３３】
次に、この装置を用いた検査工程の説明に先立ち、固体撮像装置の組み立てラインについて簡単に説明する。図３（ａ）乃至（ｅ）は固体撮像装置の組み立てラインの各工程におけるワークの形態を示す図であり、図４はワークを収納するマガジンを示す斜視図である。図５は組み立て工程および検査タイミングを示す図、図６は検査工程のフローチャート図である。
【００３４】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハの表面に半導体プロセスを用いてフォトダイオードおよび電荷転送素子を形成すると共に配線を形成し、カラーフィルタおよびマイクロレンズなどの光学系を形成することにより多数の固体撮像素子領域を形成する（ステップＰ１：この状態のシリコンウェハを以下固体撮像素子ウェハ１と指称する）。
【００３５】
この固体撮像素子ウェハ１を図３（ｂ）に示すように、接着剤を介してダイシングテープ２に貼着しダイシングテープ固定用リング３に載置して（ステップＰ２）、ダイシングおよび洗浄を行う（ステップＰ３）ことにより、固体撮像素子チップ１００に分断する（図３（ｃ））。
【００３６】
この後、ボンディングパッドなどの所望の配線パターンの形成された実装基板２００上に固体撮像素子チップ１００を位置決めして搭載し（ステップＰ４）、加熱により接着剤を硬化させて固着し（ステップＰ５）、ワイヤボンディングにより固体撮像素子チップ１００のパッドと実装基板２００上のボンディングパッドとを電気的に接続する（ステップＰ６）。
【００３７】
この後、封止用ガラス２０１を固着しガラス封止を完了し、固体撮像装置１００１が得られる（ステップＰ７）。
そして、収納用トレイに収納する（ステップＰ８）。
【００３８】
以上の組み立てラインで固体撮像装置が形成されるが、各工程において図５に示すように、位置合わせを行い、撮像する。固体撮像素子ウェハ１から最終製品としての固体撮像装置までを検査対象として、検査を行うが、検査対象としては、固体撮像素子ウェハ、ダイシングテープ３に貼着された固体撮像素子ウェハ、ダイシング後の固体撮像素子チップ、ガラス封止前の固体撮像素子チップ、ガラス封止後の固体撮像装置の５段階である。すなわち、固体撮像素子ウェハ検査ステップＤ１、ダイシングテープ３に貼着された固体撮像素子ウェハの検査ステップＤ２、ダイシング後の固体撮像素子チップの検査ステップＤ３、ガラス封止前の固体撮像素子チップの検査ステップＤ４、ガラス封止後の固体撮像装置の検査ステップＤ５の、全ての工程間で抜き取り検査を行うことが可能となっている。
【００３９】
次に、各検査ステップにおける検査フローについて説明する。
ここでは、固体撮像素子ウェハの検査ステップＤ１について説明する。
まず図６に示すように、固体撮像素子ウェハの入ったマガジンをセットする（ステップＤ１０１）。
続いて、検査対象としての固体撮像素子ウェハ１を、マガジンから取り出し、図１に示した検査装置のθステージ１００３にセットする（ステップＤ１０２）。
そして、θステージ１００３およびＸＹステージ１００４を調整して角度補正および原点補正を行い、位置調整を行うとともに光学系のオートフォーカス機能を駆動し、固体撮像素子の撮像領域の表面（ここではマイクロレンズの表面）に焦点を合わせるように調整する（ステップＤ１０３）。
【００４０】
この後、順次検査を行う（ステップＤ１０４）。
そして当該撮像領域の全エリアを終了したか否かを判断する（ステップＤ１０５）。そしてこの判断ステップＤ１０５で、終了していると判断された場合には、カメラユニット２００２を用いて、検出した異物のカラー画像を撮像して保存し、この撮像データに基づいて、異物レビューを行う（ステップＤ１０６）。
【００４１】
前記判断ステップＤ１０５で全エリアを終了していないと判断された場合には次のエリアに進み（ステップＤ１０９）、検査を続行する。
【００４２】
他方、異物レビュー後、全異物についてのレビューを終了したか否かを判断し（ステップＤ１０７）、終了していると判断された場合には、ウェハ上の全固体撮像素子についてレビューを終了したか否かを判断する（ステップＤ１０８）。
【００４３】
またステップＤ１０７において、全異物についてのレビューが終了していないと判断された場合は次の異物に進み（ステップＤ１１０）レビューを続行する。
【００４４】
また判断ステップＤ１０８でウェハ上の全固体撮像素子について検査を終了していないと判断された場合は、次の素子領域にうつり、検査を行う（ステップＤ１１１）。
【００４５】
そしてウェハ上の全固体撮像素子についてレビューを終了すると、ウェハをθステージ１００３から開放する（ステップＤ１１２）。
【００４６】
この後、マガジン内の全固体撮像素子ウェハについて検査を終了したか否かを判断し（ステップＤ１１３）、終了していると判断された場合には、撮像データを出力する（ステップＤ１１４）。
【００４７】
またこの判断ステップＤ１１３で検査を終了していないと判断された場合には次のウェハに進み（ステップＤ１１５）、検査を続行する。
【００４８】
ここで得られた撮像データに基づいて表示した元画像を図７（ａ）に示す。画像処理工程を図８に示す。この図から明らかなようにマイクロレンズに起因する凹凸が現われている。
【００４９】
そして、この撮像データ（元画像）をフーリエ変換して（ステップ８０１）得られたスペクトル画像を図７（ｂ）に示す。
【００５０】
さらに、このフーリエ変換画像から異物のない理想的な撮像データのフーリエ変換画像を減算し（ステップ８０２）、これを逆変換する（ステップ８０３）ことにより、図７（ｃ）に示すような異物画像を得る。
【００５１】
このようにして、数μｍ程度の極めて小さな異物についても検出することが可能となる。ちなみに従来の目視による方法では３０μｍ程度の大きさの異物を検出することしかできなかった。この結果から明らかなように、本発明の方法によれば、極めて小さな異物も検出することが可能である。
【００５２】
なお、本発明の方法によれば、検査時間も短く、作業性よく検査を遂行することが可能となる。
なお、画像処理工程においては平均化処理、シェーディング補正処理などフーリエ変換と併用してもよい。さらにまた平均化処理、シェーディング補正処理のみを利用してもよい。
【００５３】
また、ここでは固体撮像素子ウェハの検査工程について説明したが、実装基板にボンディングされた後の固体撮像素子の場合にはＸＹＺ方向の位置ばらつきが大きいため、角度補正、原点補正、オートフォーカス（Ｚ補正）を素子ごとに行う。
【００５４】
更にまた検査すべき領域は品種により数ｍｍ〜数十ｍｍまで変化し、ＣＣＤカメラの視野範囲も検査倍率によって数百μｍ〜数ｍｍ対応可能である。そこで異物検査は検査エリアをカメラの視野サイズに分割し、順次検査していくのが望ましい。
【００５５】
更にまた検査は固体撮像素子の撮像領域の表面すなわちここではマイクロレンズの表面に焦点を合わせて検査するのが望ましいが、封止ガラスの裏面に焦点を合わせるようにしても良い。あるいはまた他の領域に焦点を合わせて検査するようにしてもよい。
【００５６】
加えてこの検査を前記図５のＤ１〜Ｄ５に示した全ステップにおいて実行するなど組み立てラインの各ラインの前後で検査することで異物の発生源を確実に特定することができる。また撮像データを蓄積することができるため、異物の種類まで特定することも可能であり、迅速な対策につなげることができる。
【００５７】
前記第１の実施の形態では、抜き取りによる検査について説明したが、全ウェハについて検査するようにしてもよい。この場合には異物レビューを行うステップＤ１０６（図６参照）の後に、良品であるか否かを判断する判断ステップを追加し、ＯＫであるときのみ判断工程に進むようにし、ＯＫでない場合には、洗浄を行い、再度検査工程を実行する。
【００５８】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。
前記第１の実施の形態では、内部を清浄化されたクリーンブース１０００内に検査および撮像用の光学系ユニット２０００をも収納したが、本実施の形態では、クリーンブース１０００を透明部材で形成した透明クリーンブース１０００Ｓとし、被検査物およびその固定および搬送手段のみをクリーンブース１００１Ｓ内に装着し、検査および撮像用の光学系ユニット２０００は、クリーンブースの外に配置し、クリーンブースの壁を介して、光学系ユニット２０００を用いて撮像するようにしたものである。他については前記第１の実施の形態と同様に形成されている。
【００５９】
かかる構成によれば、ワーク上の可動部（発塵源）である光学系ユニットをクリーンブースの外に出すことにより、検査工程において、異物の付着する可能性を最小限に抑えることができ、より高クリーン環境での検査が可能となる。ここで画像信号を用いたオートフォーカス手段を用いることにより、クリーンブースの壁材を介した観察や撮像も何ら障害なしに実行することが可能となる。
【００６０】
加えて、各実施の形態で述べた例については、全形態にわたって適用可能な範囲で変形可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の異物検査方法によれば、撮像データにフーリエ変換を含む画像処理を行うことにより異物の抽出を行っているため、ウェハ段階からガラス封止後までの異物検査が可能であり、凹凸の存在にもかかわらず１μｍ程度の微小異物までの検出が可能となる。
【００６２】
また、発塵源とワークを分離できるため、検査工程において異物が付着したりするおそれもない。
さらにまた異物の発生源を確実に特定できるため、組み立てラインの異物検査を実現することが可能となる。
非接触・非破壊の異物検査のために検査専用ワークを流す必要がなく、量産中の抜き取り検査でも対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の検査装置を示す図である。
【図２】本発明で、組み立てラインの各工程で検査対象となる固体撮像装置の組み立て完了状態を示す図である。
【図３】固体撮像装置の組み立て工程を示す図である。
【図４】固体撮像装置を収納するキャリアを示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置の製造工程を示すフロー図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の検査工程を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の検査結果を示す画像データである。
【図８】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の検査工程における画像処理工程を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置の検査装置を示す図である。
【符号の説明】
１０００  クリーンブース
１００１  固体撮像素子
１００２  キャリア
１００３  θステージ
１００４  ＸＹステージ
１００５  固定台
１００６  防振ゴム
２０００  光学系
３０００  マガジン
４０００  画像処理装置
１  固体撮像素子ウェハ
２  ダイシングテープ
３  ダイシングテープ固定用リング
１００  固体撮像素子チップ
２００  実装基板
２０１  封止用ガラス
２０２  ボンディングワイヤ
【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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【図９】
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