JP2000205840A - 形状検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトかつ高精度な形状検査装置を安価
で提供できるようにすること。 【解決手段】 本発明の形状検査装置１は、基盤１０に
対してＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動可能に取り付けられ
たＸＹＺ移動手段２０と、基盤１０に対してウレタン樹
脂等の防振手段を介して接続され、半導体装置Ｓ等の検
査対象物を載置するステージ１１と、ＸＹＺ移動手段２
０に取り付けられ、ステージ１１上に載置された検査対
象物の画像を取り込むＣＣＤカメラ３０と、ＸＹＺ移動
手段２０に取り付けられ、ステージ１１上に載置された
検査対象物のＺ方向における計測を行うフォーカス変位
計４０と、ステージ１１上に載置された検査対象物を位
置決めするワークプッシャ５２およびそれを進退させる
レバーＬ等の進退機構から成る位置決め手段５０とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置のパッ
ケージやリード、ボール電極等から成る検査対象物の形
状、寸法を検査する形状検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置は、その用途や実装方法に応
じて種々のパッケージ形態が用意されており、製造段階
ではこれらのパッケージ形態に対応した検査装置が用い
られている。

【０００３】半導体装置のリード検査装置としては、特
開平６−１２９８２４号公報で開示されるように、トレ
ーに収納された半導体装置を吸着装置で取り出して、ア
ームにより測定部まで搬送し、そこで取り込んだ半導体
装置の画像に基づき画像処理を施して所定項目の検査を
行っている。

【０００４】また、画像処理を用いたＩＣの外観検査装
置としては、特開平６−２４１７３９号公報に開示され
るように、ビームスプリッタを用いてＩＣの側面の影像
を反射させ、ラインセンサの走査でＩＣ側面の影像を取
り込んで外観検査を行っている。

【０００５】さらに、物体の立体形状を計測するため、
特開平９−１２６７３９号公報では、２次元配列型共焦
点光学系を用いた立体形状計測装置が開示されている。
これを用いることで、半導体装置のボール電極等の立体
形状を求めることができるようになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−１２９８２４号公報で開示される技術では、トレー
から半導体装置を取り出すアームやトレーを載置する場
所など、装置全体が大型になってしまい、しかも多種多
様なパッケージ形態に対応するのは困難である。また、
特開平６−２４１７３９号公報に開示される技術では、
半導体装置の側面の影像を取り込んでリード等の検査を
行うことから、半導体装置のパッケージ裏面に設けられ
たボール電極の形状、配置等を検査するのは困難であ
る。

【０００７】さらに、特開平９−１２６７３９号公報に
開示される技術では、物体の立体的形状を計測できるこ
とからボール電極の検査には適しているものの、リード
やパッケージの検査を行うには時間がかかり不向きであ
る。

【０００８】また、大がかりな検査装置では、ステージ
の移動による振動が半導体装置の画像取り込み等の計測
に影響を与えないよう、振動の少ない高価なモータやス
ライド機構を用いてステージを移動させており、制御回
路の複雑化や装置のコストアップを招いている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成された形状検査装置である。すな
わち、本発明は、基盤に対してＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に
移動可能に取り付けられたＸＹＺ移動手段と、基盤に対
して防振手段を介して接続され、検査対象物を載置する
ステージと、ＸＹＺ移動手段に取り付けられ、ステージ
上に載置された検査対象物の画像を取り込む画像取り込
み手段と、ＸＹＺ移動手段に取り付けられ、ステージ上
に載置された検査対象物のＺ方向における計測を行う変
位計測手段と、ステージ上に載置された検査対象物を位
置決めする治具およびその治具を進退させるスライド機
構から成る位置決め手段とを備えている。

【００１０】このような本発明では、ＸＹＺ移動手段に
画像取り込み手段と変位計測手段とを取り付けているこ
とから、検査対象物の画像取り込みによる検査と、Ｚ方
向すなわち高さ方向における変位計測との両方を行うこ
とができるようになる。しかも、検査対象物の載置され
るステージが、基盤に対して防振手段を介して接続され
ていることから、基盤に取り付けられたＸＹＺ移動手段
による振動がこの防振手段で吸収され、ステージの振動
を防止できるようになる。すなわち、多少の振動が発生
する安価なモータを用いてもステージが振動することを
防ぐことができるようになる。また、ステージ上で検査
対象物の固定が不要となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の形状検査装置にお
ける実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本実
施形態に係る形状検査装置を説明する概略斜視図であ
る。この形状検査装置１は、主として半導体装置Ｓのボ
ール電極や、リード、パッケージの検査を行うもので、
ＥＩＡＪ（日本電子機械工業会）で指定する検査項目を
網羅できるようになっている。

【００１２】すなわち、本実施形態の形状検査装置１
は、基盤１０に対してＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動可能
に取り付けられたＸＹＺ移動手段２０と、基盤１０に対
して防振手段（図示せず）を介して接続されたステージ
１１と、ＸＹＺ移動手段２０に取り付けられたＣＣＤカ
メラ３０と、同じくＸＹＺ移動手段２０に取り付けられ
たフォーカス変位計４０と、ステージ１１上に載置され
た半導体装置Ｓを位置決めする位置決め手段５０とを備
えている。

【００１３】ＸＹＺ移動手段２０は、ＸＹステージ２１
とＺステージ２２とから構成され、各々安価なステッピ
ングモータＭによって駆動される。このステッピングモ
ータＭでＸＹステージ２１およびＺステージ２２を駆動
するにあたり、ステッピングモータＭと最適な組み合わ
せとなる制御ボードを採用しており、移動時の振動を極
力小さくできるようになっている。このＸＹＺ移動手段
２０により、ステージ最高移動速度１０ｍｍ／ｓｅｃ、
ステージ送り分解能０．０００１ｍｍを実現している。

【００１４】また、ステージ１１は、基盤１０に対して
垂設された支持部材Ａに防振手段（図示せず）を介して
４か所のボルトＢで固定されている。図２は防振手段に
よるステージの取り付け状態を説明する部分断面図であ
る。すなわち、板状のステージ１１の縁には取り付けの
ための凸部１１ａが設けられており、この凸部１１ａの
上下を防振手段である２つのウレタンワッシャＷで挟む
ようにしてボルトＢでステージ１１を支持部材Ａに固定
する。

【００１５】このように２つのウレタンワッシャＷでス
テージ１１を支持部材Ａに固定することにより、基盤１
０に固定されている支持部材Ａとステージ１１とが直接
接触することがなくなり、基盤１０（図１参照）から支
持部材Ａに伝わる振動をウレタンワッシャＷで吸収する
ことができるようになる。なお、防振手段としては、ウ
レタンワッシャＷの他にもシリコーン樹脂などを適用す
ることができる。

【００１６】また、本実施形態では、外部から振動がス
テージ１１に伝わるのを極力避けるため、ステージ１１
とその周辺部材（パネル等）との間に隙間を設けてお
り、ウレタンワッシャＷ以外にステージ１１と周辺部材
とが接触しないように設計されている。

【００１７】ステージ１１の略中央には、半導体装置Ｓ
を載置するための保護ガラス１２が設けられている。こ
の保護ガラス１２により、半導体装置Ｓを載置した際の
リード等による傷つきを防止することが可能となる。保
護ガラス１２の下方には、図示しない透過照明（ＬＥＤ
均一面照明等）が設けられており、半導体装置Ｓに対し
て下側からライトを照らすことができるようになってい
る。このため、保護ガラス１２は透明、半透明もしくは
曇り状にしておく。

【００１８】半導体装置Ｓの外観画像を取り込むＣＣＤ
カメラ３０およびＺ方向（高さ方向）の変位を共焦点方
式で計測するフォーカス変位計４０は、ＸＹＺ移動手段
２０のＺステージ２２に取り付けられている。すなわ
ち、検査対象の半導体装置Ｓを先に説明したステージ１
１に載置し、ＣＣＤカメラ３０等の測定機器をＺステー
ジ２２に取り付けることで、半導体装置Ｓを載置するス
テージ１１は移動しないことになり、ＸＹＺ移動手段２
０の移動、停止時の慣性モーメントによる半導体装置Ｓ
の位置ずれを防止している。

【００１９】また、ＣＣＤカメラ３０にはリング状の照
明３１やライトガイド３２が取り付けられており、ＣＣ
Ｄカメラ３０とともに移動できるようになっている。さ
らに、本実施形態の形状検査装置１では、フォーカス変
位計４０の隣に静電気センサ４１が取り付けられてお
り、図示しない静電ブロワから半導体装置Ｓに吹き付け
られるイオンの電荷を測定し、必要以上のイオン照射に
よる半導体装置Ｓの破壊を防止している。

【００２０】保護ガラス１２上に載置した半導体装置Ｓ
の位置決めを行う位置決め手段５０は、主としてマイク
ロメータヘッド５１、ダイアルＤ、レバーＬおよびワー
クプッシャ５２から構成される。このような位置決め手
段５０では、レバーＬを移動させることでマイクロメー
タヘッド５１およびワークプッシャ５２が進退するよう
になっている。

【００２１】すなわち、レバーＬを装置側へ倒すことで
ワークプッシャ５２が保護ガラス１２の中央に向けて斜
めに伸びていき、一番伸びた状態でワークプッシャ５２
の先端に設けられた切り欠き部分と半導体装置Ｓの隅部
とを突き当てて位置決めをする。半導体装置Ｓの位置決
めが終了した後は、レバーＬを装置と反対側に倒すこと
でワークプッシャ５２が斜め方向に退いていく。これに
より、半導体装置Ｓは保護ガラス１２上で位置決めされ
た状態で、単独で載置されることになる。

【００２２】つまり、半導体装置Ｓには外部から何の力
も加わることなく自然載置状態となる。このような状態
で載置されることで、半導体装置Ｓを吸着等で保持する
際に生じるパッケージの反りやこれに伴うリードの変形
を防止できることになる。

【００２３】なお、先に説明したように、ステージ１１
を防振手段であるウレタンワッシャＷ（図２参照）で支
えていることから、ステージ１１には振動が伝わらず、
この上に載置された半導体装置Ｓにも振動が伝わらな
い。したがって、半導体装置Ｓがステージ１１上に自然
載置状態になっていても、位置ずれを起こすことはな
い。

【００２４】また、ワークプッシャ５２が伸びた状態の
位置を微調整するため、ダイアルＤを回すことでマイク
ロメータヘッド５１が動作し、ワークプッシャ５２の先
端位置を微妙に調整できるようになっている。

【００２５】さらに、ワークプッシャ５２は種々のパッ
ケージ形態に応じて取り替えられるようになっている。
図３（ａ）〜（ｃ）は各種ワークプッシャの例を示す図
である。すなわち、種々の大きさのパッケージに対応す
るため、先端の切り欠き部分５２ａの大きさの異なるも
のが用意されている。

【００２６】図３（ａ）は大型のパッケージに対応する
もの、図３（ｂ）は中型のパッケージに対応するもの、
図３（ｃ）は小型のパッケージに対応するものである。
パッケージが小さくなる程、切り欠き部分５２ａの大き
さは小さくなるが、ワークプッシャ５２全体の長さは逆
に長くなる。これによって、パッケージが小さくなって
も図２に示す保護ガラス１２の略中央で位置決めできる
ようにしている。

【００２７】さらに、各ワークプッシャ５２とも複数の
取り付け孔ｈが設けられており、取り付け孔ｈの選択に
よって位置決めの際の切り欠き部分５２ａの位置を変更
できるようになっている。また、取り付け孔ｈの選択で
も対応できない大きさに関しては、図１に示すマイクロ
メータヘッド５１の移動によって対応できるようになっ
ている。

【００２８】このように、ワークプッシャ５２の先端を
半導体装置Ｓの１つの隅部が当接するような形状の切り
欠き部分５２ａを設けておくことで、正方形のパッケー
ジや長方形のパッケージなど、隅部を備えるパッケージ
であれば全て対応できるようになる。

【００２９】また、本実施形態の形状検査装置１では、
必要に応じて基盤１０を除振台６０によって支えるよう
にしている。この除振台６０としては、基盤１０の平面
視面積と略同一の平面視面積を備えており、必要以上に
基盤１０からはみ出ないようになっている。これによ
り、形状検査装置１全体の大きさを極力小さくしてい
る。

【００３０】特に、本実施形態の形状検査装置１は、大
がかりな防振設備がない場所（簡易の作業テーブルの上
など）でも使用できるようになっている。つまり、半導
体装置Ｓを載置するステージ１１が防振手段であるウレ
タンワッシャＷ（図２参照）で支えられていることから
ステージ１１上の半導体装置Ｓには振動が加わらず、大
がかりな防振設備がなくても精度良く測定を行うことが
できる。

【００３１】したがって、必要に応じて基盤１０を除振
台６０で支えることで、ウレタンワッシャＷと相まって
十分な振動防止効果を得ることが可能となる。

【００３２】次に、本実施形態の形状検査装置１の制御
系について説明する。図４は検査装置の制御ブロック図
である。制御ブロックとしては、主として制御部、コン
トローラ部、測定部、ユーザインタフェース部に分かれ
ている。このうち、制御部には、シリアル通信ボード１
０１、画像処理ボード１０２、ビデオ・ミキシングボー
ド１０３、ＣＰＵボード１０４が設けられ、コントロー
ラ部には、センサ・コントローラ２０１、モータ・コン
トローラ２０２が設けられている。

【００３３】また、測定部には、先に説明したＸＹステ
ージ２１、Ｚステージ２２、ステッピングモータＭ、Ｃ
ＣＤカメラ３０、照明３１、フォーカス変位計４０等が
設けられており。さらに、ユーザインタフェース部に
は、測定状況等を写し出すモニタ３０１および入力デバ
イスであるマウス３０２が設けられている。

【００３４】このような制御系において、ＣＰＵボード
１０４上に搭載されるＣＰＵで検査プログラムが実行さ
れ、所定位置に載置された半導体装置の各種検査が行わ
れる。センサ・コントローラ２０１やモータ・コントロ
ーラ２０２はＲＳ２３２Ｃ等の汎用インタフェースでシ
リアル通信ボード１０１と接続されている。

【００３５】検査項目に応じてモータ・コントローラ２
０２がＸＹステージ２１およびＺステージ２２のステッ
ピングモータＭを制御し、ＣＣＤカメラ３０やフォーカ
ス変位計４０の位置を移動して検査対象の画像、変位等
を取り込む。ＣＣＤカメラ３０で取り込まれた画像は画
像処理ボード１０２に送られ、画像処理が施されて検査
結果が算出される。

【００３６】また、フォーカス変位計４０で計測した変
位信号はセンサ・コントローラ２０１からシリアル通信
ボード１０１およびビデオ・ミキシングボード１０３へ
送られ、画像処理ボード１０２から送られた画像ととも
にモニタ３０１に写し出される。

【００３７】次に、本実施形態の形状検査装置１を用い
た半導体装置Ｓの検査手順を説明する。先ず、半導体装
置Ｓを保護ガラス１２上に載せ、位置決め手段５０のレ
バーＬを装置側へ倒す。これにより、位置決め手段５０
のワークプッシャ５２が保護ガラス１２の中央に向けて
伸びていく。

【００３８】次いで、この状態でワークプッシャ５２の
先端に設けられた切り欠き部分５２ａに半導体装置Ｓの
隅部を軽く押し当てて位置決めを行う。その後、位置決
め手段５０のレバーＬを外側に戻し、ワークプッシャ５
２を退けて半導体装置Ｓを保護ガラス１２上でフリーに
する。

【００３９】なお、半導体装置Ｓを保護ガラス１２上で
フリーにしても、先に説明したステージ１１の防振手段
であるウレタンワッシャＷ（図２参照）の作用でステー
ジ１１および半導体装置Ｓには振動が伝わらず、位置ず
れを起こすことはない。

【００４０】次に、マウス３０２やキーボード等の入力
デバイスを用いて、予め設定された検査用のプログラム
を実行する。プログラムはＣＰＵボード１０４のＣＰＵ
で実行され、例えばＥＩＡＪ準拠の項目について検査が
順次行われる。

【００４１】ボール電極（バンプ）を備えた半導体装置
ＳにおけるＥＩＡＪ準拠の検査項目としては、例えば、
半導体装置Ｓのバンプの平坦度、回帰面、高さ、直径、
パッケージに対するバンプ位置、パッケージの反り、パ
ッケージ外寸が挙げられる。バンプ直径やパッケージ外
寸などＸＹ方向に関する測定はＣＣＤカメラ３０によっ
て取り込んだ画像を処理して行い、バンプ平坦度、回帰
面、高さ、パッケージ反り等のＺ方向（高さ方向）に関
する測定はフォーカス変位計４０を用いてモニタ３０１
に３次元分布表示する。

【００４２】ＣＰＵで実行されるプログラムにより、Ｃ
ＣＤカメラ３０およびフォーカス変位計４０の移動およ
び画像、変位の取り込みが順次行われ、全ての項目につ
いての検査が終了すると、モニタ３０１に検査結果が表
示される。

【００４３】その後、保護ガラス１２上の半導体装置Ｓ
を取り除き、検査を終了する。なお、他の半導体装置Ｓ
の検査を行う場合には、上記説明した半導体装置Ｓの載
置、位置決めおよびプログラムによる自動検査を繰り返
せばよい。

【００４４】なお、上記実施形態では、パッケージに収
納された半導体装置Ｓを検査する例を説明したが、本発
明はこれに限定されず、半導体装置Ｓの部品であるリー
ドフレームやワイヤーボンド等の部品であっても容易に
位置合わせでき、プログラムの変更によって測定位置や
検査項目を切り替えて検査することが可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の形状検査
装置によれば次のような効果がある。すなわち、検査対
象物を載置するステージを防振手段を介して基盤に取り
付け、画像取り込み手段等の測定部分をＸＹＺ移動手段
に取り付けることで、大がかりが除振手段を用いること
なくステージの振動を防止し、精度よく形状検査を行う
ことが可能となる。また、これにより安価なステッピン
グモータを用いてＸＹＺ移動手段を移動でき、コンパク
トでありながら検査精度の高い形状検査装置を安価で提
供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る形状検査装置を説明する概略
斜視図である。

【図２】防振手段によるステージの取り付け状態を説明
する部分断面図である。

【図３】各種ワークプッシャの例を示す図である。

【図４】検査装置の制御ブロック図である。

【符号の説明】

１…形状検査装置、１０…基盤、１１…ステージ、１２
…保護ガラス、２０…ＸＹＺ移動手段、３０…ＣＣＤカ
メラ、４０…フォーカス変位計、５０…位置決め手段、
６０…除振台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA24 AA26 AA47 AA49 AA51 AA61 CC25 DD02 DD14 FF04 FF10 GG07 GG17 HH15 JJ03 JJ26 LL01 MM03 PP11 QQ31 SS13 4M106 AA05 AA11 BA20 CA38 DB01 DB04 DJ01 DJ03 DJ04 DJ05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基盤に対してＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移
   動可能に取り付けられたＸＹＺ移動手段と、 前記基盤に対して防振手段を介して接続され、検査対象
   物を載置するステージと、 前記ＸＹＺ移動手段に取り付けられ、前記ステージ上に
   載置された検査対象物の画像を取り込む画像取り込み手
   段と、 前記ＸＹＺ移動手段に取り付けられ、前記ステージ上に
   載置された検査対象物のＺ方向における計測を行う変位
   計測手段と、 前記ステージ上に載置された検査対象物を位置決めする
   治具およびその治具を進退させるスライド機構から成る
   位置決め手段とを備えていることを特徴とする形状検査
   装置。
2. 【請求項２】 前記基盤の平面視面積と略同一の平面視
   面積から成る搭載面で前記基盤を支える除振台を備えて
   いることを特徴とする請求項１記載の形状検査装置。
3. 【請求項３】 前記ＸＹＺ移動手段はステッピングモー
   タの駆動によって移動することを特徴とする請求項１記
   載の形状検査装置。
4. 【請求項４】 前記ステージの前記検査対象物が載置さ
   れる位置には保護ガラスが設けられていることを特徴と
   する請求項１記載の形状検査装置。
5. 【請求項５】 前記防振手段はウレタン樹脂から成るこ
   とを特徴とする請求項１記載の形状検査装置。