(57)【要約】【課題】半導体デバイスの両面解析を簡単に行うことを可能にする。【解決手段】両面解析評価装置は、一部のモールドを除去することによって半導体チップが露出したパッケージデバイスを固定する装置であり、基板と、基板の所定領域に置かれた前記パッケージデバイスを覆って基板に取り付けられる蓋とを備える。基板は、所定領域に配置されたパッケージデバイスのパッケージから出ている端子と対応する位置に設けられたパッド部と、所定領域において光を透過する透過領域とを備える。蓋は、基板に取り付けられたとき、透過領域に対応する位置に、光を透過する蓋透過領域を備える。蓋透過領域から半導体チップの表面を観察し解析することができる。基板の透過領域から半導体チップの裏面を観察し解析することができる。【選択図】図２
2009020055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部のモールドを除去することによって半導体チップが露出したパッケージデバイスを固定する装置であって、
基板と、
前記基板の所定領域に置かれた前記パッケージデバイスを覆って前記基板に取り付けられる蓋とを具備し、
前記基板は、前記所定領域に配置された前記パッケージデバイスのパッケージから出ている端子と対応する位置に設けられたパッド部と、前記所定領域において光を透過する透過領域とを備え、
前記蓋は、前記基板に取り付けられたとき、前記透過領域に対応する位置に、光を透過する蓋透過領域を備える
両面解析評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載された両面解析評価装置であって、
前記基板は、開口を有する主基板と、
前記基板の裏面に取り付けられ、前記開口の少なくとも一部を覆い、前記透過領域が設けられた副基板
とを備える両面解析評価装置。
【請求項３】
請求項２に記載された両面解析評価装置であって、
前記パッド部は、前記副基板の表面側に設けられた
両面解析評価装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載された両面解析評価装置であって、
前記透過領域は、前記基板に設けられた開口である
両面解析評価装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載された両面解析評価装置であって、
前記透過領域は、前記基板に固定された透明な材料である
両面解析評価装置。
【請求項６】
パッケージデバイスのパッケージから出ている端子に電気的に接続可能なパッド部と光を透過する透過領域とを有する基板と、
光を透過する蓋透過領域を有し前記パッケージデバイスを前記基板に固定するための蓋
とを備える評価装置を用いた両面解析評価方法であって、
一部のモールドが除去されることによって半導体チップが露出した前記パッケージデバイスを前記基板上に置くステップと、
前記蓋を前記パッケージデバイスの上から前記基板に取り付けて前記端子を前記パッド部に接触させて固定するステップと、
前記パッド部に電気信号を供給するステップと、
前記透過領域を介して前記半導体チップの前記基板側の面を観察するステップと、
前記蓋透過領域を介して前記半導体チップの前記基板と反対側の面を観察するステップ
とを具備する両面解析評価方法。
【請求項７】
請求項６に記載された両面解析評価方法であって、
前記基板は、開口を有する主基板と、
前記基板の裏面に取り付けられ、前記開口の少なくとも一部を覆い、前記透過領域が設けられた副基板とを備え、
前記パッケージデバイスは前記副基板上に置かれる
両面解析評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モールドされたパッケージデバイスの内部の半導体チップを解析する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
パッケージされた半導体デバイスを解析するために、パッケージ樹脂を除去して半導体チップを露出させて検査が行われることがある。
【０００３】
特許文献１には、ＩＣパッケージの半導体素子の故障解析に用いられるソケットが記載されている。この技術においては、ＩＣソケットの蓋体として薄型の蓋が用いられている。従って、被写体深度の浅い顕微鏡での高倍率の観察が可能である。
【０００４】
特許文献２には、半導体デバイスの故障を解析するための故障解析装置が記載されている。この装置は、半導体デバイスに電力・信号を供給し、赤外線をデバイスの表面側から照射し、デバイスの裏面側から透過光と故障箇所から発生する微弱発光を画像として記録する。
【特許文献１】特開平６−３６８４２号公報
【特許文献２】特開２００１−１７４５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体デバイスの検査において、デバイスの表面と裏面の両面を観察することが望まれる場合がある。このような場合、特許文献１のような関連技術においては、片面を検査した後で、デバイスを一旦ソケットから外して反転してソケットに固定し直す工程が必要となることがあった。また、反転したデバイスの端子をソケットに接続するために追加的な構成が必要となる場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００７】
そこで本発明による両面解析評価装置は、一部のモールド（Ｄ３）を除去することによって半導体チップ（Ｄ１）が露出したパッケージデバイス（Ｄ）を固定する装置であって、基板（Ｂ）と、基板の所定領域に置かれたパッケージデバイスを覆って基板に取り付けられる蓋（８）とを備える。基板は、所定領域に配置されたパッケージデバイスのパッケージから出ている端子（Ｄ６）と対応する位置に設けられたパッド部（１５）と、所定領域において光を透過する透過領域（３）とを備える。蓋（８）は、基板に取り付けられたとき、透過領域に対応する位置に、光を透過する蓋透過領域（１１）を備える。
【０００８】
また本発明による両面解析評価方法は、パッケージデバイス（Ｄ）のパッケージから出ている端子（Ｄ６）に電気的に接続可能なパッド部（１５）と光を透過する透過領域（３）とを有する基板（Ｂ）と、光を透過する蓋透過領域（１１）を有しパッケージデバイス（Ｄ）を基板（Ｂ）に固定するための蓋（８）とを備える評価装置（２９）を用いた両面解析評価方法であって、一部のモールド（Ｄ３）が除去されることによって半導体チップ（Ｄ１）が露出したパッケージデバイス（Ｄ）を基板（Ｂ）上に置くステップと、蓋（８）をパッケージデバイス（Ｄ）の上から基板（Ｂ）に取り付けて端子（Ｄ６）をパッド部（１５）に接触させて固定するステップと、パッド部（１５）に電気信号を供給するステップと、透過領域（３）を介して半導体チップ（Ｄ１）の基板側の面（２１）を観察するステップと、蓋透過領域（１１）を介して半導体チップ（Ｄ１）の基板（Ｂ）と反対側の面（２０）を観察するステップとを備える。
【０００９】
このような両面解析評価装置または両面解析評価方法により、基板にデバイスを載置し蓋をかぶせて固定した状態で、蓋側からデバイスを観察することにより、蓋透過部を通してデバイスの表面を観察することができる。デバイスの裏面を観察したいときは、基板側からデバイスを観察することにより、基板の透過部を通してデバイスの裏面を観察することができる。こうした構成により、基板に取り付けた状態でデバイスの両面を容易に観察することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、デバイスの両面解析評価の工程を簡単化することを可能とする両面解析評価装置及び方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、解析が行われる対象であるデバイスを示す。図１の左側に示されているのは、モールドされたＱＦＰパッケージデバイスを側面から見た断面図である。デバイスＤは、半導体回路が形成されたチップＤ１を備える。チップＤ１は、アイランドＤ２に載せられている。チップＤ１の電極パッドはインナーワイヤＤ４及びインナーリードＤ５を介してリード６に接続される。チップＤ１、アイランドＤ２、インナーワイヤＤ４及びインナーリードＤ５は、ＰＫＧ樹脂Ｄ３によってモールドされることによりパッケージデバイスを形成する。リード６はＰＫＧ樹脂Ｄ３の外部に出る。このパッケージデバイスは、リード６を介して信号の授受を行うことにより動作する。図１の例では、リード６は下方に伸びている。以後、リード６が伸びている下方側を下側、その反対側を上側と呼ぶ。デバイスＤ若しくはチップＤ１の上側の面を表面、下側の面を裏面と呼ぶ。
【００１２】
パッケージデバイスの半導体チップを解析するために、モールド樹脂の一部が除去されることがある。図１の矢印の右側には、そのような状態のデバイスＤが示されている。デバイスＤの表面側のＰＫＧ樹脂Ｄ３の一部が除去されて表側開口Ｄ７が形成される。表側開口Ｄ７の底部にチップＤ１の表面が露出する。表側開口Ｄ７は、チップＤ１の表側の半導体回路が全て観察できるサイズであることが望ましい。デバイスＤの裏面側のＰＫＧ樹脂Ｄ３の一部も除去されて裏側開口Ｄ８が形成される。デバイスＤの裏面側からは更に、アイランドＤ２も除去される。その結果、裏側開口Ｄ８の底部にチップＤ１の裏面が露出する。
【００１３】
図２に、本実施の形態における両面解析評価装置が示されている。両面解析評価装置は、ベース部Ｂ、蓋８、蓋固定用ネジ９及びリード固定用ネジ１０を含む。
【００１４】
ベース部Ｂは、主基板１を含む。主基板１は、例えば樹脂板により形成される。主基板１の一部はくり貫かれて穴が形成される。その穴を主基板１の裏面から覆う位置に、副基板２が取り付けられる。副基板２は、主基板１の穴の少なくとも一部を覆う。副基板２は、例えば樹脂版により形成される。副基板２は、主基板１よりも薄い。副基板２には光を透過すると透過部として開口部３が設けられる。開口部３は、主基板１の穴の内部に位置する。副基板２の表面側には後述するリードパッド部が設けられる。リードパッド部は配線４を介して主基板１に電気的に接続される。
【００１５】
副基板２の表面の所定領域に、図１の右側に示したように一部のモールドを除去することによってチップＤ１の両面が露出したデバイスＤが置かれる。所定領域に置かれたとき、デバイスＤの複数のリードＤ６の端部は、副基板２の表面に設けられたリードパッド部が備える複数の電極パッドにそれぞれ接触する。主基板１に垂直な方向に見たとき、所定領域に置かれたデバイスＤのチップＤ１の回路が形成されている領域は、副基板２の開口部３に含まれる。開口部３は、可視光などチップＤ１の解析に用いられる波長の光を透過する。開口部３は空洞であるか、もしくは副基板２にはめ込まれた石英ガラス等の透明な材料により形成される。
【００１６】
図３は、所定領域に置かれたデバイスＤのリードＤ６の付近を拡大した図である。副基板２の表面に蓋ベース側１４が設けられる。この蓋ベース側１４は、蓋８の下端が取り付けられる部分である。蓋ベース側１４にリードパッド部１５が設けられる。リードパッド部１５は複数のリードＤ６とそれぞれ電気的に接続される複数の電極パッドを備える。主基板１には接続用スルーホール１６が設けられる。デバイスＤのチップＤ１は、リードＤ６、リードパッド部１５、配線４及び接続用スルーホール１６を介して、主基板１の裏面側から送られる信号の授受を行う。
【００１７】
副基板２の所定領域に置かれたデバイスＤの上側から蓋８がかぶせられる。図４Ａは、デバイスＤが蓋８によって覆われた状態を示す断面図である。蓋８の上面には光を透過する蓋側の透過部である開口部１１が設けられる。開口部１１は、可視光などチップＤ１の解析に用いられる波長の光を透過する。蓋８が取り付けられたとき、主基板１に垂直な方向から見て、デバイスＤの表側開口７は蓋８の開口部１１に含まれる。
【００１８】
本実施の形態の変形例として、ＱＦＰパッケージに替えてＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）パッケージのデバイスを解析する場合が考えられる。図４Ｂは、モールドの一部を除去されたＢＧＡパッケージが両面解析評価装置に固定された状態の断面図を示す。この場合、副基板２の表面に、ＢＧＡ１２に位置対応して電極パッドが設けられる。
【００１９】
蓋８には蓋固定用ネジ９とリード固定用ネジ１０を差し込むためのネジ穴が開けられている。これらのネジ穴について、図５〜図８の平面図を参照して説明する。図５は、ベース部Ｂの裏面を示す。基板１の隅部には基板１を固定するための基板固定用ネジ穴１７が設けられる。基板１の裏面に、接続用スルーホール１６の一端が露出する。図６は、ベース部Ｂの表面を示す。副基板２の開口部３の周囲の蓋ベース側１４の上にリードパッド部１５が配置されている。蓋ベース側１４の上には更に、蓋固定用ネジ穴１８−２が設けられる。
【００２０】
図７は、蓋８の上面図である。蓋８の蓋開口部１１の周りには、蓋固定用ネジ穴１８−１とリード固定用ネジ穴１９が設けられる。蓋固定用ネジ穴１８−１の位置は蓋固定用ネジ穴１８−２の位置に対応する。即ち、蓋固定用ネジ穴１８−１から差し込まれた蓋固定用ネジ９の先端は蓋固定用ネジ穴１８−２に到達する。蓋固定用ネジ９により、蓋８はベース部Ｂに対して固定される。デバイスＤは、蓋８によって上部から押し付けられることによって副基板２に固定される。リード固定用ネジ穴１９からリード固定用ネジ１０が差し込まれる。リード固定用ネジ１０の先端は、リードＤ６の端部をリードパッド部１５に押し付ける。図８は、ベース部Ｂに蓋８を装着してリード固定用ネジ１０を差し込んだ状態を示す上面図である。
【００２１】
図９は、両面解析評価装置に取り付けられたデバイスＤを示す。図２、図４Ａ等の場合と上下が逆に配置された状態、即ちチップＤ１の露出した表面である表面解析面２０が図の下側、露出した裏面である裏面解析面２１が図の上側を向いている状態を示す。図の下方から蓋８の開口部１１を通して表面解析面を観察することができる。図の上方から副基板２の開口部３を介して裏面解析面２１を観察することができる。
【００２２】
裏面解析面２１を観察するとき、観察する機器と裏面解析面２１との距離は、ワーキング・ディスタンスＷＤで示される。このワーキング・ディスタンスＷＤは、概ねチップ裏面側のＰＫＧ樹脂Ｄ３の厚さと副基板２の厚さとの和である。副基板２は主基板１より薄いため、ワーキング・ディスタンスＷＤを小さく設定することが可能である。主基板１の厚さはワーキング・ディスタンスＷＤに影響しない。そのため、主基板１として厚い材料を用いて強度を得ることができる。即ち、主基板１とそれより薄い副基板２とを複合したベース部Ｂは、強度とワーキング・ディスタンスＷＤの小ささを容易に両立させることができる。またデバイスＤを固定する蓋８と蓋固定用ネジ９、リード固定用ネジ１０は構成が簡単であるため、表面解析面２０から蓋８の上面までの距離で規定される表面側のワーキング・ディスタンスを小さくすることも容易である。
【００２３】
図１０は、両面解析評価装置の使用方法の一例を示す。図１０の左側では、表面解析面２０が図の上方を向くようにデバイスＤが配置されている。この場合、図の上方に設置される装置によって観察することにより、表面解析面２０を観察することができる。このデバイスＤを両面解析評価装置に固定されたまま上下に反転することにより、図１０の右側に示されているように、上方から裏面解析面２０を観察することができる。即ち、デバイスＤの表面と裏面との観察を、両面解析評価装置に固定されたままで行うことができる。
【００２４】
図１１は、両面解析評価装置の使用方法の他の一例を示す。両面解析評価装置の表面側と裏面側とにそれぞれ配置された解析装置対物レンズ２２、２３を介して表面解析面２０と裏面解析面２１とを同時に観察することができる。
【００２５】
図１２、図１３は、両面解析評価装置を用いて両面解析評価を行うためのシステムの断面図である。図１２はチップの裏面を観察する場合、図１３はチップの表面を観察する場合を示す。両面解析評価装置２９がベースとなる親ボード（ロードモジュール２７、アダプターボード２４）に取り付けられている。アダプターボード２４の接続端子Ａは、テスタ接続用ケーブル２５を介してＬＳＩテスタと接続される。接続端子Ａは、ロードモジュール側接続端子Ｂを介して、両面解析評価装置２９に登載されたデバイスに接続され、デバイスと電気信号の授受を行う。こうした構成により、ＬＳＩテスタとリンクした解析が可能である。従って、デバイスの異常電流値や不具合動作状態は、ＬＳＩテスタ側のＣＲＴ上でリアルタイムに確認できる。また、デバイスの電源電圧や動作周波数をプログラム上で随時調整可能である。
【００２６】
チップ内部の裏面及び表面のパターン像は、解析装置対物レンズによって観察される。パターン像の観察手段として、主にＣＣＤカメラ、赤外レーザ光を用いてチップ内部の配線パターン像やトランジスタ領域の形状を観察する。観察したパターン像は一時的に解析装置側へ記録される。デバイス内部の故障箇所から発生する微弱発光や発熱現象は解析装置側顕微鏡にて集光し、画像化する。一時的に記録されたパターン像と画像化された発光像や発熱像を重ね合わせる事で、デバイス内部の物理的な故障箇所を特定することができる。更に、特定された故障箇所の回路情報を元に故障配線層や故障モードを検証することができる。尚、デバイスの表面側と裏面側に解析用対物レンズ及び解析装置を設置した場合は、表面又は裏面のパターン像を２枚記録し、発光や発熱現象を集光して画像化する。これにより、発光や発熱現象は同時に表面と裏面を観察するため、一度の観察で表面及び裏面の故障箇所情報が得られる。従って、解析効率も向上する。但し、本両面解析評価装置は両面観察可能な図示しないロードモジュール及びアダプターボードへ接続する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】解析対象のデバイスを示す断面図である。
【図２】両面解析評価装置を示す。
【図３】基板に置かれたデバイスのリード付近の拡大図である。
【図４Ａ】ＱＦＰパッケージのデバイスに蓋がかぶせられた状態を示す。
【図４Ｂ】ＢＧＡパッケージのデバイスに蓋がかぶせられた状態を示す。
【図５】ベース部の裏面を示す。
【図６】ベース部の表面を示す。
【図７】蓋の上面図である。
【図８】ベース部に蓋が装着された状態を示す上面図である。
【図９】両面解析評価装置に取り付けられたデバイスを示す。
【図１０】両面解析評価装置の使用方法の一例を示す。
【図１１】両面解析評価装置の使用方法の一例を示す。
【図１２】両面解析評価を行うためのシステムの断面図である。
【図１３】両面解析評価を行うためのシステムの断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  主基板
２  副基板
３  開口部
４  配線
５  リードパッド部
８  蓋
９  蓋固定用ネジ
１０  リード固定用ネジ
１１  開口部
１２      ＢＧＡ
１４  蓋ベース部
１５  リードパッド部
１６  接続用スルーホール
１７  基板固定用ネジ穴
１８−１  蓋固定用ネジ穴
１８−２  蓋固定用ネジ穴
１９  リード固定用ネジ穴
２０  表面解析面
２１  裏面解析面
２２  解析装置対物レンズ
２３  解析装置対物レンズ
２４  アダプターボード
２５  テスタ接続用ケーブル
２７  ロードモジュール
２９  両面解析評価装置
Ｂ  ベース部
Ｄ  デバイス
Ｄ１  チップ
Ｄ２  アイランド
Ｄ３  ＰＫＧ樹脂
Ｄ４  インナーワイヤ
Ｄ５  インナーリード
Ｄ６  リード
Ｄ７  表側開口
Ｄ８  裏側開口
ＷＤ  ワーキング・ディスタンス
【図１】
2009020055.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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