(57)【要約】【課題】異なる配線材が混成されている場合でも、外観検査を人手に頼らず自動的に行うことができる半導体外観検査装置を提供する。【解決手段】外観検査装置１には、Ｘ軸モータ３及びＹ軸モータ４により駆動されて水平方向に移動しフレーム２の水平方向の位置決めを行うＸＹテーブル５と、ＸＹテーブル５に搭載され水平面と狭小な角度をなす方向に移動してフレーム２の上下方向の位置決めを行うＹＺテーブル６とが設けられている。また、Ｘ軸方向の運動を行いＹＺテーブル６の駆動を行うＺ軸モータ７と、Ｚ軸モータ７の駆動によりＹＺテーブル６にＹ軸方向の変位を発生させるテーブル変位板８とが設けられている。さらに、フレーム２に照明光を照射する照明手段１１と、フレーム２の撮像を行うカメラ１２と、高さ計測を行うために上下方向に移動する可動レンズ１３とが設けられている。【選択図】        図１
2004226106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物に対して移動する可動レンズを有し、該検査対象物を撮像する撮像手段と、
検査対象物を伴って水平方向に移動する第１のテーブルと、
第１のテーブルに搭載され、検査対象物の高さを変化させる第２のテーブルとを備えていることを特徴とする半導体外観検査装置。
【請求項２】
第２のテーブルが、水平方向の運動を行う駆動手段により水平方向に駆動されて水平面と狭小な角度をなす方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の半導体外観検査装置。
【請求項３】
第２のテーブルが、水平面内において上記駆動方向と垂直な方向に伸びる直線を横軸とするｓｉｎ曲線に基づく変位により駆動されることを特徴とする請求項２に記載の半導体外観検査装置。
【請求項４】
第２のテーブルが、検査対象物を任意の高さに配置することができるようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体外観検査装置。
【請求項５】
第２のテーブルが、その上に搭載された検査対象物を吸着固定する手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体外観検査装置。
【請求項６】
細線及び太線の２種類の配線材の接合部の形状及び高さの測定及び検査を行うようになっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体外観検査装置。
【請求項７】
太線のウェッジ接合部の形状の測定及び検査を行うようになっていることを特徴とする請求項６に記載の半導体外観検査装置。
【請求項８】
撮像手段によって撮像された太線のウェッジ接合部の画像の形状の輪郭抽出に最小二乗法による四次曲線近似を用いることを特徴とする請求項７に記載の半導体外観検査装置。
【請求項９】
水平方向に移動することができるように構成された第１のテーブルと、
第１のテーブルに搭載され、その上面テーブルが上下方向に移動することができるように構成された第２のテーブルと、
第２のテーブルの上面テーブル上に載置された検査対象物のボンディングワイヤの所定の検査項目を撮像する撮像手段と、
撮像手段の撮像結果を基準値と比較し、前記所定の検査項目に関する合否を判断する合否判断手段とを備えていることを特徴とする半導体外観検査装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体外観検査装置を用いて半導体装置の外観を自動的に検査することを特徴とする半導体外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスにおける組立工程のワイヤボンド後の外観検査を行うための半導体外観検査装置及びこれを用いた半導体外観検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体装置の製造・組立プロセスにおいて、各工程では、製品の品質を確認し、あるいは不良品を排除するため、外観検査を実施している。具体的には、例えば、正常にボンディングが行われているか否かを検査するために、半導体素子上のボンディングワイヤの形状や高さの検査が行われる。しかしながら、従来の外観検査では、人による目視検査に頼るところが大きいので、人件費等による製造コストの増大や、不良品の見逃しによる客先でのクレームの発生などといった問題を引き起こすことがある。
【０００３】
また、近年、半導体装置においては、その高密度化や大規模化に伴い、信号線の取り出しを行うリードの多ピン化や小ピッチ化が進んでいる。このため、半導体チップとパッケージ・リードとの電気的導通を行うボンディングワイヤの本数が多くなり、ワイヤピッチ間隔が狭くなる傾向がある。したがって、正常にボンディングが行われているかの検査の正確性が要求される。そこで、簡便かつ信頼度の高い３次元形状の検査を行うために、かかる検査は、従来の目視検査から半導体外観検査装置を用いる自動検査に移行しつつある（例えば、特許文献１〜７参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３７９５５号公報（［０００２］、図１０）
【特許文献２】
特開平７−２８８２７３号公報（［００２４］、図１）
【特許文献３】
特開平１１−８３４５６号公報（［００１１］、図１）
【特許文献４】
特開平１０−１９９９１５号公報（［００１４］、図１）
【特許文献５】
特開平６−１０２０２４号公報（［００１６］、図２）
【特許文献６】
特開平４−２７７６４５号公報（［０００３］、図１）
【特許文献７】
特許第３２８７２６３号明細書（［００１４］、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体外観検査装置ないし半導体外観検査方法では、ワイヤボンド後の外観検査の自動化は、小電力のＩＣの製造分野における金線（Ａｕワイヤ：２０〜４０μ程度）の接合形状やワイヤ高さの測定・検査についてはほぼ達成されているものの、大電力のパワーモジュールの製造分野におけるアルミ線（Ａ１：数百μｍ）の外観検査については、未だ作業者による目視検査が行われている。
【０００６】
このように、パワーモジュールの外観検査の自動化が十分に達成されない要因としては、例えば、ＩＣの混成により数十μｍの細線と、これに比べてかなり太い数百μｍの太線とを混成していることや、ウェッジ接合方式への対応がなされていないことなどがあげられる。
【０００７】
高さの検査については、例えば特許文献７にも開示されているように、検査対象物の光学的な像を得るための第１のレンズに加えて、移動可能な第２の可動レンズを設け、第２の可動レンズを移動させて検査対象物を撮像し、焦点の一致度から検査対象物の高さの計測を行うようにした半導体外観検査装置が知られている。しかし、この半導体外観検査装置では、計測の精度と構造上の制約とにより、例えば細線（金線）に対応できるようにすると、太線の高さの計測は、計測範囲を超えるため不可能になるといった問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、異なる配線材が混成されている場合でも、外観検査を人手に頼らず自動的に行うことができ、検査時間を短縮して検査コストを低減することができる半導体外観検査装置ないし半導体外観検査方法を提供することを解決すべき課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかる半導体外観検査装置は、検査対象物に対して移動する可動レンズを有し該検査対象物を撮像する撮像手段（カメラ）と、検査対象物を伴って水平方向に移動する第１のテーブルと、第１のテーブルに搭載され、検査対象物の高さを変化させる第２のテーブルとを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を具体的に説明する。本発明の実施の形態にかかる半導体外観検査装置（ワイヤボンディング外観検査装置）は、いずれも、水平方向に移動することができるように構成された第１のテーブルと、第１のテーブルに搭載されその上面テーブルが上下方向に移動することができるように構成された第２のテーブルと、第２のテーブルの上面テーブル上に載置された検査対象物のボンディングワイヤの所定の検査項目を撮像する撮像手段と、撮像手段の撮像結果を基準値と比較し、前記所定の検査項目に関する合否を判断する合否判断手段とを備えていることを基本的特徴とする。
【００１１】
実施の形態１．
図１及び図２は、それぞれ、本発明にかかる半導体外観検査装置（以下、略して「外観検査装置」という。）の立面図及び平面図である。図１及び図２に示すように、この外観検査装置１は、検査対象物である、配線材により配線されたＩＣ等のチップが組み付けられたフレーム２の外観検査を行うようになっている。
【００１２】
この外観検査装置１には、フレーム２を搭載（後記のＹＺテーブル６を介して）した状態で、Ｘ軸モータ３及びＹ軸モータ４により駆動されて水平方向に移動し、フレーム２の水平方向の位置決めを行うＸＹテーブル５（第１のテーブル）と、ＸＹテーブル５に搭載され水平面と狭小な角度をなす方向に移動してフレーム２の上下方向（高さ方向）の位置決めを行うＹＺテーブル６（第２のテーブル）とが設けられている。なお、以下では、Ｘ軸モータ３及びＹ軸モータ４の駆動方向（水平方向）を、それぞれ「Ｘ軸方向」及び「Ｙ軸方向」という。
【００１３】
また、外観検査装置１には、ＸＹテーブル５に搭載されＸ軸モータ３と同じ方向（Ｘ軸方向）の運動を行いＹＺテーブル６の駆動を行うＺ軸モータ７と、Ｚ軸モータ７の駆動によりＹＺテーブル６にＹ軸方向（水平方向）の変位を発生させるテーブル変位板８とが設けられている。さらに、外観検査装置１には、検査対象物であるフレーム２の上方に位置しフレーム２に照明光を照射する照明手段１１と、フレーム２の撮像を行うカメラ１２（撮像手段）と、高さ計測を行うために上下方向に移動する可動レンズ１３とが設けられている。
【００１４】
ここで、ＹＺテーブル６には、真空配管９を通して供給される真空によりフレーム２を吸着・固定するフレーム吸着手段が設けられている。具体的には、ＹＺテーブル６には、検査対象物であるフレーム２の下側に位置する複数個のフレーム吸着用穴が設けられ、かつＹＺテーブル６内には図示していない外部の真空ポンプ（真空手段）から真空配管９を通して真空が供給されるようになっている。かくして、フレーム２は、ＹＺテーブル６内の真空によりＹＺテーブル６に吸着・固定される。これにより、フレーム２のたわみや、移動時におけるフレーム２のずれを抑制することができ、安定した高精度な測定及び検査が可能となる。
【００１５】
以下、図３に示すフローチャートに従って、適宜図１及び図２を参照しつつ、この外観検査装置１を用いた半導体装置の外観検査方法（半導体外観検査方法）を説明する。なお、図３に示すフローチャートは、外観検査を行う場合の検査対象物であるフレーム２の位置決めと計測及び検査とを行うためのものである
【００１６】
図３に示すように、この外観検査方法においては、まず、検査対象物であるフレーム２をＹＺテーブル６上の所定（任意）の位置に配置し、ＸＹテーブル５の水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の移動により、フレーム２を所定の位置に位置決めする。具体的には、Ｘ軸モータ３でＸＹテーブル５をＸ軸方向に移動させ、ＸＹテーブル５ひいてはフレーム２をＸ軸方向について所定の位置に位置決めする（ステップＳ１）。さらに、Ｙ軸モータ４でＸＹテーブル５をＹ軸方向に移動させ、ＸＹテーブル５ひいてはフレーム２をＹ軸方向について所定の位置に位置決めする（ステップＳ２）。
【００１７】
この後、フレーム２の外観検査を行う（ステップＳ４）。具体的には、照明手段１１によりフレーム２に照明光を照射し、カメラ１２によりフレーム２の画像を撮像する。そして、ＩＣチップ等に接続された金線等の配線材の接合部の形状（幅、大きさ等）や位置の計測を行い、かつ所定の基準と比較して良否判定等の検査を行う。同様に、配線材の高さについても計測及び検査を行う。
【００１８】
この配線材の高さの計測及び検査は、例えば特許文献７に開示されているように、フレーム２の光学的な像を得るための可動レンズ１３を移動させてフレーム２を撮像し、焦点の一致度から配線材（フレーム２）の高さの計測を行うといった普通の方法で行われる。そして、全フレーム２について計測及び検査が完了したか否かを判定し（ステップＳ５）、完了していなければ（ＮＯ）、ステップＳ１〜Ｓ４を繰り返す。完了していれば（ＹＥＳ）、計測及び検査を終了する。
【００１９】
上記の計測及び検査の途中で、配線材の高さが、可動レンズ１３の移動により計測することができる範囲を超えていれば、ＹＺテーブル６の移動によりフレーム２の高さを変更して撮像可能な高さにし、フレーム２をＺ軸方向（上下方向）について位置決めする（ステップＳ３）。この場合、水平面と狭小な角度θをなす方向に移動することができるＹＺテーブル６には、Ｘ軸方向の駆動を行うＺ軸モータ７により、テーブル変位板８を介してＹ軸方向（水平方向）の力が加えられる。そして、ＹＺテーブル６を水平面と角度θをなす方向に移動させることによりＺ軸方向に移動させ、検査対象物であるフレーム２の高さを変更する。なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置決めを同時に行えば、ロスタイムの発生を最小限に抑えることができ、外観検査を短時間で行うことができる。
【００２０】
ＹＺテーブル６は、その駆動方向（Ｙ軸方向）と垂直な方向（Ｘ軸方向）に伸びる直線を横軸とするｓｉｎ曲線に基づく変位により駆動される。つまり、テーブル変位板８の変位曲線は、ＹＺテーブル６を移動させる際の移動時及び停止時に変曲点が生じないｓｉｎ曲線とされている。これにより、ＹＺテーブル６の移動時及び停止時に、振動のない安定した位置決め制御を行うことができ、高速かつ高精度で計測及び検査を行うことができる。
【００２１】
ここで、ＹＺテーブル６のＹ軸方向の移動量をＹとすれば、Ｚ軸方向の高さＺは、次の式１であらわされる。
【数１】
Ｚ＝Ｙ＊ｓｉｎθ…………………………………………………………式１
また、例えば、Ｚ軸モータ７によるテーブル変位板８のＸ軸方向の移動量をＸとし、Ｘ軸方向と垂直なＹ軸方向の移動量をＹとしたとき、Ｘ軸方向の任意の移動量ｘと、これに対するＹ軸方向の移動量ｙ及びＺ軸方向の移動量ｚとの関係は、次の式２、式３であらわされる。
【数２】
ｙ＝Ｋ＊ｘ……………………………………………………………式２
ただし、Ｋ＝Ｙ／Ｘ
【数３】
ｚ＝ｙ＊ｓｉｎθ…………………………………………………………式３
【００２２】
テーブル変位板８の変位曲線がｓｉｎ曲線である場合、Ｙ軸方向の移動量ｙは、次の式４であらわされる。
ｙ＝Ｙ＊（ｓｉｎ（（ｘ／Ｘ−０．５）＊π）＋１）／２………………………式４
なお、ＹＺテーブル６でのＹ軸方向の移動分は、ＸＹテーブル５で逆方向の移動を行うことにより、高さを変更した場合の水平方向の位置の補正を行うことができる。
【００２３】
よって、テーブル変位板８の移動量を制御することにより、ＹＺテーブル６の高さを任意に設定することができる。これにより、検査対象物であるフレーム２の形状や配線材の形状及び／又は高さが異なる場合でも、きめ細かな高さ設定を行うことができ、高精度な測定及び検査を行うことができる。
【００２４】
外観検査装置１をこのような構造とすることにより、空間を有効に活用することができ、検査対象物の適用範囲を拡大することができ、かつ外観検査装置１の大型化を抑制することができ、あるいは相対的に小型の外観検査装置１を得ることができる。また、外観検査を完全に自動化することができ、検査能力を向上させることができる。
【００２５】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２を説明する。ただし、実施の形態２にかかる外観検査装置ないしこれを用いた外観検査方法の基本的な構成は、実施の形態１にかかる外観検査装置ないし外観検査方法と共通であるので、説明の重複を避けるため、以下では主として実施の形態１と異なる点を説明する。なお、後記の実施の形態３、４についても同様である。
【００２６】
実施の形態２では、図４に示すようなフレーム２を検査対象物として計測・検査を行う。
図４に示すように、実施の形態２では、フレーム２は、ＩＣチップ１５とパワーチップ１６と細線１７（配線材）と太線１８（配線材）とを備えている。このフレーム２において、パワーチップ１６が組み付けられた部分（パワーチップ部）ではフレーム２の一部が他の部分（以下、「本体部」という。）より低くなった、高さ方向の段差を伴った構造を有している。そして、ＩＣチップ１５はフレーム２の本体部に取り付けられ、パワーチップ１６はフレームの低くなった部分（以下、「段差部」という。）に取り付けられている。
【００２７】
ここで、ＩＣチップ１５は細線１７によりフレーム２（本体部）に接続され、パワーチップ１６は太線１８によりフレーム２（本体部）又は段差部に取り付けられた他のパワーチップ１６に接続されている。図４から明らかなとおり、高さ方向の計測・検査範囲は、ＩＣチップ１５に接続された細線１７ではＡで示す範囲であり、パワーチップ１６に接続された太線１８ではＢで示す範囲である。
【００２８】
このような検査対象物（フレーム２）の場合、ＩＣチップ１５に接続された細線１７の計測・検査は、図１に示す外観検査装置１あるいは従来の外観検査装置において、可動レンズ１３の移動（調節）のみで実施することができる。しかし、パワーチップ１６に接続された太線１８では、高さ方向の計測・検査範囲が、可動レンズ１３で調節可能な範囲を超えてしまう。そこで、ＹＺテーブル６によりフレーム２の高さを変更した上で、可動レンズ１３を移動させて（調節して）高さの測定・検査を行うようにしている。このとき、ＹＺテーブル６で変位させた高さの補正を行う。
【００２９】
ここで、ＩＣチップ１５に接続された細線１７としては、例えば、直径が２０〜４０μｍ程度の細い金線が用いられる。また、パワーチップ１６に接続された太線１８としては、例えば、直径が２００〜４００μｍ程度の太いアルミ線が用いられる。なお、太線１８がアルミ線の場合、その接合は一般にウェッジ接合である。
そこで、図５に示すように、この外観検査装置１では、ウェッジ接合部の形状を特徴づける特性値として、幅Ｗと、長さＬ１と、長さＬ２と、角度ψとを設定し、これらの測定を行い、外観検査を行うようにしている。
【００３０】
実施の形態２にかかる外観検査装置ないしこれを用いた検査方法によれば、以上のような構成により、１台の外観検査装置１で金線である細線１７やアルミ線である太線１８の２種類の検査が可能となる。これにより、検査の多様化が図られ、従来は人の目視で行われていた外観検査の自動化が実現される。
【００３１】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３にかかる外観検査装置ないしこれを用いた検査方法を説明する。ウェッジ接合部の形状の測定及び検査を行う場合、カメラ１２（撮像手段）で検査対象物であるフレーム２を撮像してウェッジの画像を得た後、ウェッジの輪郭抽出を行う。
【００３２】
図６に示すように、実施の形態３では、輪郭部の画素座標に基づいて最小二乗法で４次近似曲線を求めて輪郭抽出を行い、幅部の最も太い部分で幅Ｗを決定し、最も細い部分に基づいて接合部の長さＬ１を決定するようにしている。実施の形態３にかかる外観検査装置ないしこれを用いた検査方法によれば、上記機能を備えているので、画像ノイズ等を排除して輪郭を安定して抽出することができ、高精度な検出が可能となり、計測・検査の安定化を図ることができる。
【００３３】
実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４にかかる外観検査装置ないしこれを用いた検査方法を説明する。実施の形態４では、Ｚ軸モータ７は、サーボモータ又はステッピングモータである。また、前記のとおり、任意の高さ制御を行う必要がなく２値の高さを得るのみであれば、モータに代えてシリンダ等の機器を使用してもよい。テーブル変位板８については、曲線や直線等の任意の形状の変位曲線を備えたものを使用してもよい。また、直接Ｚ軸モータ７でＹＺテーブル６を駆動する場合は、テーブル変位板８は設けなくてもよい。さらに、ＹＺテーブル６は、角度θをもつ構造でなくともよく、例えばＺ軸モータ７で直接Ｚ軸方向の高さを変える構造であってもよい。実施の形態４によっても、基本的には、実施の形態１〜３と同様の効果が得られる。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態１〜４によれば、検査対象物及び検査の内容を、使用の目的に合わせて好ましく選択すれば、コストを低減することができる。また、前記したように外観検査装置１の適用範囲を拡大して自動化を実現することができる。以上のような構成により、従来人の目視で行われていた外観検査の適用範囲が拡大し、外観検査の自動化、能力向上による生産性向上、人件費削減及び不良品の流出等による不良対策（クレーム対策）費削減によるコスト低減などといった種々の効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、第１のテーブルに搭載され検査対象物の高さを変化させる第２のテーブルとを備えているので、外観検査を人手に頼らず自動的に行うことができ、検査時間を短縮して検査コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる外観検査装置の立面図である。
【図２】図１に示す外観検査装置の平面図である。
【図３】本発明にかかる外観検査方法のフローチャートである。
【図４】本発明にかかる外観検査装置ないし外観検査方法で外観検査が行われるフレームの立面図である。
【図５】フレームの太線のウェッジ接合部の形状を示す図である。
【図６】ウェッジ接合部の画像の輪郭部を示す図である。
【符号の説明】
１  外観検査装置、  ２  フレーム、  ３  Ｘ軸モータ、  ４  Ｙ軸モータ、５  ＸＹテーブル、  ６  ＹＺテーブル、  ７  Ｚ軸モータ、  ８  テーブル変位板、  ９  真空配管、  １０  フレーム吸着手段、  １１  照明手段、  １２  カメラ、  １３  可動レンズ、  １５  ＩＣチップ、  １６  パワーチップ、  １７  細線、  １８  太線。
【図１】
2004226106.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004226106.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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