JP2004214481A - バンプ形成装置、バンプ形成方法、検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップの電極パッド上にボールバンプを形成する際に、ボールバンプと電極パッドとの安定した接合強度を得る。
【解決手段】キャピラリ部１２１の金ワイヤ９０の先端に金属ボールを形成し、半導体チップ９の電極パッドに押圧するとともに超音波振動を付与して電極パッド上にボールバンプを形成するバンプ形成装置１において、半導体チップ９に光源部１３から赤外光を照射して撮像部１４にて撮像を行う。撮像部１４にて取得された画像は画像処理部１５１において処理され、金属ボールと電極パッドとの間の接合層の面積が求められる。制御部１５では接合層の面積に基づいて制御信号が生成され、金属ボールへの押圧力および超音波振動の振幅が制御される。これにより、ボールバンプと電極パッドとの安定した接合強度を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップの電極パッドにボールバンプを形成する技術に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種電子機器の小型化に伴い、半導体のベアチップを基板上に実装する技術として、半導体チップの電極パッド上に金により微小なボールバンプを形成し、ボールバンプを介して半導体チップと基板とを電気的に接合する技術（いわゆる、「フリップチップ実装」）が利用されている。
【０００３】
半導体チップの電極パッド上にボールバンプを形成する手法としては、金ワイヤの先端に金属ボールを形成し、金属ボールに超音波振動を与えるとともに電極パッドに付勢し、その後、金ワイヤと金属ボールとを切断するという手法が採用されている。このとき、金属ボールを電極パッドに押圧する力や超音波振動の振幅は予め準備された条件にて行われる（いわゆる、オープンループ制御が行われる）。
【０００４】
一方、特許文献１に示されるように、フリップチップ実装後の半導体チップに対して、赤外光を用いて電極パッドの剥がれやパッドのクラックを検出する技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−３１２３１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のようにオープンループ制御にてボールバンプの形成が行われた場合、バンプ形成環境や電極パッドの表面状態の影響により、接合が完了しているにも関わらず金属ボールに超音波振動が与えられたり、接合が十分でない状態でバンプ形成が終了してしまうことがある。その結果、電極パッドの剥離や接合不良が発生してしまう。
【０００７】
また、上記特許文献１では、電極パッドの剥がれやパッドのクラックの検出が行われるが、これらの欠陥検出は実装が行われた後であるとともに十分な強度にてボールバンプと電極パッドとの接合が行われているか否かを検査することができない。さらに、バンプ形成に際して半導体チップ内部にクラックが生じる可能性があるが、電極パッドの観察のみではこのようなクラックを適切に検出することができない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ボールバンプをより適切に形成する技術を提供することを主たる目的としている。また、バンプ形成における新たな検査方法を提供することも目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体チップにボールバンプを形成するバンプ形成装置であって、半導体チップを保持する保持部と、ボールバンプの材料である金属ワイヤの先端に金属ボールを形成して前記金属ボールを半導体チップの電極パッドに対して押圧する押圧機構と、金属ボールに超音波振動を付与する超音波振動子と、電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて半導体チップを撮像する撮像部とを備える。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバンプ形成装置であって、前記撮像部により取得される画像を処理することにより、電極パッドと金属ボールとの接合状態を取得する処理部をさらに備える。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のバンプ形成装置であって、前記処理部による処理結果に基づいて前記押圧機構による押圧力を制御する押圧制御部をさらに備える。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のバンプ形成装置であって、前記処理部による処理結果に基づいて前記超音波振動子を制御する振動制御部をさらに備える。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載のバンプ形成装置であって、前記処理部により、電極パッドと金属ボールとの接合面積が求められる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項２ないし５のいずれかに記載のバンプ形成装置であって、前記処理部により、電極パッド近傍の欠陥の検出が行われる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のバンプ形成装置であって、前記電極パッド近傍の欠陥に、電極パッドの剥離または半導体チップのクラックが含まれる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載のバンプ形成装置であって、半導体チップの厚さ方向に関して前記撮像部の合焦位置と前記半導体チップとの相対的位置関係を変更する機構をさらに備える。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、半導体チップにボールバンプを形成するバンプ形成方法であって、ａ） 半導体チップを所定位置に保持する工程と、ｂ） ボールバンプの材料である金属ワイヤの先端に金属ボールを形成して前記金属ボールを前記半導体チップの電極パッドに対して押圧する工程と、ｃ） 前記金属ボールに超音波振動を付与する工程と、ｄ） 前記金属ワイヤを前記電極パッドから待避させることにより前記電極パッド上にボールバンプを形成する工程と、ｅ） 前記電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて前記半導体チップの画像を取得する工程と、ｆ） 前記画像を処理することにより、前記電極パッドと前記金属ボールとの接合状態を取得する工程とを有する。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のバンプ形成方法であって、前記ｅ）およびｆ）工程が、前記ｂ）工程と前記ｄ）工程との間に実行され、前記接合状態に基づいて前記電極パッドに対する前記金属ボールの押圧力が制御される。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載のバンプ形成方法であって、前記ｅ）およびｆ）工程が、前記ｂ）工程と前記ｄ）工程との間に実行され、前記接合状態に基づいて前記超音波振動が制御される。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、請求項９ないし１１のいずれかに記載のバンプ形成方法であって、前記接合状態として、前記電極パッドと前記金属ボールとの接合面積が求められる。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、請求項９ないし１２のいずれかに記載のバンプ形成方法であって、ｇ） 前記画像を処理することにより、前記電極パッド近傍の欠陥を検出する工程をさらに有する。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載のバンプ形成方法であって、前記電極パッド近傍の欠陥に、電極パッドの剥離または半導体チップのクラックが含まれる。
【００２３】
請求項１５に記載の発明は、ボールバンプが形成された半導体チップを検査する検査装置であって、半導体チップを保持する保持部と、ボールバンプが形成された電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて半導体チップを撮像する撮像部と、前記撮像部により取得された画像を処理する処理部とを備え、前記処理部が、取得された画像からボールバンプと電極パッドとの間の接合層に対応する領域を特定し、前記領域に基づいて前記ボールバンプと前記電極パッドとの接合状態の良否を判定する。
【００２４】
請求項１６に記載の発明は、ボールバンプが形成された半導体チップを検査する検査方法であって、ａ） 半導体チップを所定位置に保持する工程と、ｂ） ボールバンプが形成された電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて前記半導体チップを撮像する工程と、ｃ） 取得された画像から前記ボールバンプと前記電極パッドとの間の接合層に対応する領域を特定する工程と、ｄ） 前記領域に基づいて前記ボールバンプと前記電極パッドとの接合状態の良否を判定する工程とを有する。
【００２５】
請求項１７に記載の発明は、ボールバンプが形成された半導体チップを検査する検査装置であって、半導体チップを保持する保持部と、ボールバンプが形成された電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて半導体チップを撮像する撮像部と、前記撮像部により取得された画像を処理する処理部と、半導体チップの厚さ方向に関して前記撮像部の合焦位置と前記半導体チップとの相対的位置関係を変更する機構とを備える。
【００２６】
請求項１８に記載の発明は、ボールバンプが形成された半導体チップを検査する検査方法であって、ａ） 半導体チップを所定位置に保持する工程と、ｂ） 合焦位置をボールバンプが形成された電極パッドに合わせて前記電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて前記半導体チップを撮像する工程と、ｃ） 前記ｂ）工程において取得された画像を処理する工程と、ｄ） 前記合焦位置を前記半導体チップの内部に位置させて赤外光を用いて前記半導体チップを撮像する工程と、ｅ） 前記ｄ）工程において取得された画像を処理する工程とを有する。
【００２７】
請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の検査方法であって、前記ｅ）工程において前記半導体チップの内部のクラックの有無が検査される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一の実施の形態に係るバンプ形成装置１の構成を示す図である。バンプ形成装置１は、半導体チップ９が載置されるステージ部１１、半導体チップ９の電極パッド上に金のボールバンプを形成するヘッド部１２、半導体チップ９に向けて赤外光を出射する光源部１３、半導体チップ９を赤外の波長域で撮像する撮像部１４、および、バンプ形成装置１の動作を司る制御部１５を有する。
【００２９】
ステージ部１１は、半導体チップ９が載置されるとともに吸引吸着するステージ１１１、および、ステージ１１１を水平面内で移動する移動機構１１２を有する。ステージ１１１の半導体チップ９が載置される領域は赤外光を透過する石英のガラス１１１ａとなっている。図２はガラス１１１ａ近傍を拡大して示す図である。半導体チップ９は、電極パッド９１が上側を向く状態でステージ１１１上に載置され、ステージ１１１およびガラス１１１ａ内を貫通する吸引路１１１ｂから吸引が行われることにより、半導体チップ９がガラス１１１ａ上に保持される。
【００３０】
ヘッド部１２は、金ワイヤ９０が通される微細な孔が形成された部材（以下、「キャピラリ部」という。）１２１、キャピラリ部１２１が取り付けられるＵＳホーン１２２、ＵＳホーン１２２に超音波振動を与える超音波振動子１２３、ＵＳホーン１２２および超音波振動子１２３を回動軸１２４を中心に回動させるＶＣＭ（ボイスコイルモータ）１２５、並びに、キャピラリ部１２１の先端から露出する金ワイヤ９０の先端との間でスパーク放電を行うトーチ１２６を有する。
【００３１】
撮像部１４は、焦点距離が可変とされたレンズ群１４１および２次元の撮像デバイス１４２を有する。撮像部１４はステージ１１１の下方に位置し、半導体チップ９を電極パッドが形成された面とは反対側の面からガラス１１１ａを介して赤外光を用いて撮像を行う。撮像部１４の光軸は半導体チップ９の主面に対して垂直であっても傾斜していてもよく、レンズ群１４１の焦点距離が変更されることにより、半導体チップ９の厚さ方向（図１における上下方向）に関して合焦位置と半導体チップ９との相対的位置関係が変更可能とされる。
【００３２】
制御部１５は演算処理を行う回路および各種駆動回路を有し、ステージ部１１、ヘッド部１２、光源部１３および撮像部１４の動作を制御するとともに撮像部１４にて取得された画像が入力される。図１では、撮像部１４からの画像を処理する画像処理部１５１、ＶＣＭ１２５の力制御を行うモータ制御部１５２、超音波振動子１２３の振幅を制御する超音波制御部１５３、および、後述の検査処理にて利用される各種しきい値を記憶する判定用しきい値メモリ１５４のみを図示している。
【００３３】
図３および図４は、バンプ形成装置１の動作の流れを示す図である。まず、半導体チップ９がステージ１１１のガラス１１１ａ上に載置されると（ステップＳ１１）、吸引により半導体チップ９がステージ１１１上に保持される。移動機構１１２により、最初にバンプ形成が行われる半導体チップ９の電極パッドが撮像部１４の撮像範囲内へと移動し（ステップＳ１２）、撮像部１４により赤外光による画像が取得される（ステップＳ１３）。取得された画像は、画像処理部１５１において微分、２値化等の処理が施され、電極パッドの剥離、傷等が事前に検査される（ステップＳ１４）。異常が検出された場合には、後述のステップＳ４２（図４参照）へと移行する。
【００３４】
事前検査により電極パッドに異常が存在しないことが確認されると（ステップＳ１５）、モータ制御部１５２がＶＣＭ１２５を制御してキャピラリ部１２１が半導体チップ９に向かって下降する。下降途上においてキャピラリ部１２１から５００μｍ程度突出している金ワイヤ９０の先端がトーチ１２６に近づくと、金ワイヤ９０の先端とトーチ１２６との間でスパーク放電が行われ、金ワイヤ９０の先端が溶融して金の金属ボールが形成される。
【００３５】
キャピラリ部１２１はさらに下降して金属ボールがキャピラリ部１２１の先端と電極パッドとの間に挟まれるようにして電極パッドに当接し、押圧される（ステップＳ１６）。図５はキャピラリ部１２１の昇降、超音波振動（ＵＳ）のＯＮ／ＯＦＦ制御、および、キャピラリ部１２１による押圧のＯＮ／ＯＦＦ制御の動作タイミングを示す図である。図５に示すように、キャピラリ部１２１による押圧開始と同時に、超音波制御部１５３により超音波振動子１２３が能動化され（ステップＳ１７）、ＵＳホーン１２２を介してキャピラリ部１２１および金属ボールに超音波振動が付与される。
【００３６】
なお、後述するように金属ボールへの押圧力および超音波振動の振幅が滑らかに変化するように制御されてもよいが、まず、図５に示すようにキャピラリ部１２１による押圧および超音波振動がＯＮ／ＯＦＦ制御のみ行われる場合について説明する。
【００３７】
金属ボールが電極パッドに押圧されるとすぐに撮像部１４により電極パッドの撮像が行われる（ステップＳ１８）。そして、画像処理部１５１により接合状態の検出が行われ（ステップＳ１９）、接合が完了したと判定されるまで撮像および接合状態の検出が繰り返される（ステップＳ２０）。なお、押圧および超音波振動がＯＮ／ＯＦＦ制御のみ行われる場合は、図３に示すステップＳ２１は実質的に実行されない。
【００３８】
図６（ａ）および（ｂ）は、接合完了と判断される際に撮像部１４により取得される画像を例示する図である。図６（ａ）および（ｂ）において平行斜線を付す領域９２は電極パッド９１とボールバンプとの間にて接合層が形成された領域を示している。接合層は、アルミニウムの電極パッドと金の金属ボールとにより合金層が形成された領域であると考えられている。正常な接合が行われる場合には図６（ａ）に示すように接合層の領域９２が円環状に、あるいは、図６（ｂ）に示すように領域９２がおよそ円形に形成される。異常な接合の場合には、接合層が不自然に変形した形状となる。
【００３９】
ボールバンプと電極パッドとの間の接合強度は、一般に、治具を用いてボールバンプに接合面に平行な力を加え、ボールバンプが半導体チップ９から外れる際の力の大きさ（いわゆる、シェア強度）にて評価される。予め、接合層の面積を計測した上でシェア強度を計測した場合、接合層の面積とシェア強度とはおよそ比例関係にあることが確認されている。すなわち、接合層の面積を計測することにより、非破壊にてボールバンプの接合強度を計測することが可能であるといえる。なお、シェア強度はせん断力に対する強度であるが、接合層の面積は縦歪み方向に対する強度を正確に反映していると考えられ、シェア強度よりも適切な接合強度の評価値として用いることができる。
【００４０】
そこで、本実施の形態に係るバンプ形成装置１では、ステップＳ１９にて金属ボールを電極パッドに接合する途上において、撮像部１４を用いて接合層の面積を計測することにより接合状態を検出し、接合が完了したか否かを判定するようにしている。
【００４１】
図７は、接合状態の検出（ステップＳ１９）の詳細を示す図である。まず、電極パッドの画像から図８に示すように画素値のヒストグラムが生成され、判定用しきい値メモリ１５４から接合層に相当する画素値の範囲Ｒ１が読み出され、範囲Ｒ１の度数の総和（図８中にて平行斜線を付す領域の面積）が、接合層の面積として求められる（ステップＳ１９１）。
【００４２】
さらに、接合層の面積が判定用しきい値メモリ１５４に記憶されている所定のしきい値と比較され（ステップＳ１９２）、面積がしきい値以下の場合には接合が不十分であるとしてステップＳ１８へと戻る。なお、金属ボールの押圧および超音波振動がＯＮ／ＯＦＦ制御されるのみである場合には、図７中に示すステップＳ１９４は実行されない。
【００４３】
金属ボールに対する押圧および超音波振動の付与が継続的に行われている間、既述のように撮像部１４による撮像および画像処理部１５１による接合層の面積の算出が繰り返され（ステップＳ１８，Ｓ１９１）、面積がしきい値を超えると（ステップＳ１９２）、画像処理部１５１において接合完了信号が生成され（ステップＳ１９３）、図５に示すようにモータ制御部１５２および超音波制御部１５３による金属ボールの押圧および振動付与が停止される（図４：ステップＳ３１）。その後、キャピラリ部１２１が上昇するとともに電極パッドに接合された金属ボールから金ワイヤ９０を待避させることにより金属ボールと金ワイヤ９０とが切断され、金属ボールがボールバンプとされる（ステップＳ３２）。
【００４４】
ボールバンプの形成が完了すると、撮像部１４により再度撮像が行われ（ステップＳ３３）、画像処理部１５１により画像が処理されて接合状態の検査が行われる（ステップＳ３４）。接合状態の検査には電極パッド近傍の欠陥検出の処理も含まれる。
【００４５】
図９は接合状態の検査の流れを示す図である。接合状態の検査では、まず、電極パッドが半導体チップ９（の本体部分）から剥離しているか否かが検査される。図１０は電極パッド９１の接合層の領域９２が剥離した様子を例示する図である。電極パッドの一部が剥離した場合、剥離部分と他の部分との間に段差が生じるため、剥離部分の境界９２ａが鮮明なエッジとして現れる。そこで、画像処理部１５１では、まず、画像を微分して微分画像を生成し（ステップＳ３４１）、さらに、微分画像において判定用しきい値メモリ１５４に記憶されている所定の値以上の画素値の面積を求める（すなわち、２値化する）ことにより、鮮明なエッジの検出が行われる（ステップＳ３４２）。
【００４６】
微分画像の２値画像の面積（例えば、画素値が１の領域の面積）は判定用しきい値メモリ１５４に記憶されている所定のしきい値とさらに比較され、面積がしきい値以上の場合には、電極パッドの剥離が存在すると判定される（ステップＳ３４３，Ｓ３４４）。
【００４７】
次に、撮像部１４にて取得された画像のヒストグラムが生成され、接合層に対応する画素値範囲（図８中の符号Ｒ１参照）以外の範囲（符号Ｒ２，Ｒ３参照）に異常に高い度数が存在するか否かが確認される（ステップＳ３４５）。例えば、電極パッドに傷やクラックが存在する場合、異常に明るい（すなわち、電極パッドの接合層以外の領域よりも明るい）画素や異常に暗い画素が生じる。そこで、異常に画素値が大きいまたは小さい画素の度数が大きい場合には、何らかの欠陥が存在すると判定がなされる（ステップＳ３４６）。
【００４８】
次に、ボールバンプが完全に形成された後の接合強度が十分であるか否かが確認される。具体的には、画素値のヒストグラムにおいて接合層に対応する画素値範囲の度数の総和（すなわち、接合層の面積）が求められ（ステップＳ３４７）、面積が所定のしきい値（図７中のステップＳ１９２にて用いられたしきい値）と比較される（ステップＳ３４８）。面積がしきい値以下の場合には、接合不良であると判定される（ステップＳ３４９）。このとき、接合層の領域が抽出されて接合層の形状検査が行われてもよい。
【００４９】
以上の説明における撮像部１４による撮像は、撮像部１４の合焦位置が電極パッドに合わされて行われる。次に、撮像部１４のレンズ群１４１の焦点距離が変更されて合焦位置が半導体チップ９の内部へと移動され（図４：ステップＳ３５）、撮像部１４による撮像が再度行われる（ステップＳ３６）。画像処理部１５１では取得された画像を処理することにより、電極パッド近傍にて半導体チップ９内部にクラックが存在するか否かが確認される（ステップＳ３７）。
【００５０】
図１１は半導体チップ９内のクラックが撮像された様子を示す図である。合焦位置が半導体チップ９内に位置するため、図１１では接合層の領域９２のエッジが若干ぼけた状態で取得される。一方、半導体チップ９内において、通常、電極パッド９１に対して傾斜した面となるクラック９２ｂは、少なくとも一部が合焦位置に位置し、鮮明なエッジとして現れる。そこで、パッド剥離検出と同様の手法によりクラック９２ｂの検出が行われる。
【００５１】
図１２はクラック検査（ステップＳ３７）の流れを示す図である。画像処理部１５１では、まず、画像を微分して微分画像を生成し（ステップＳ３７１）、微分画像において判定用しきい値メモリ１５４に記憶されている所定の値以上の画素値の面積を求める（すなわち、２値化する）ことにより、鮮明なエッジの検出が行われる（ステップＳ３７２）。微分画像の２値画像の面積は判定用しきい値メモリ１５４に記憶されている所定のしきい値とさらに比較され、面積がしきい値以上の場合には、半導体チップ９内にクラックが存在すると判定される（ステップＳ３７３，Ｓ３７４）。
【００５２】
接合状態検査およびクラック検査において異常が検出されず、かつ、バンプ形成対象となっている半導体チップ９においてボールバンプが未形成の電極パッドが存在する場合には、その電極パッドに対してバンプ形成および検査が繰り返される（図４：ステップＳ３８，Ｓ３９）。一方、半導体チップ９において最後のバンプ形成が完了し、次の半導体チップ９が存在する場合には、半導体チップ９がステージ１１１からアンロードされて次の半導体チップ９がステージ１１１にロードされる（ステップＳ４０，Ｓ４１、図３：ステップＳ１１）。
【００５３】
図３中の事前検査（ステップＳ１４）において電極パッドの異常が検出された場合には、欠陥を有する半導体チップ９の番号および欠陥種別が制御部１５内のメモリに記憶され、バンプ形成を行うことなく次の半導体チップ９に対するバンプ形成へと移行する（ステップＳ１５，Ｓ４２，Ｓ４０，Ｓ４１）。
【００５４】
図４中の接合状態検査（ステップＳ３４）またはクラック検査（ステップＳ３７）において接合異常が検出された場合も、欠陥を有する半導体チップ９の番号および欠陥種別が制御部１５内のメモリに記憶され、残りの電極パッドに対してバンプ形成を行うことなく次の半導体チップ９に対するバンプ形成へと移行する（ステップＳ３８，Ｓ４２，Ｓ４０，Ｓ４１）。
【００５５】
以上に説明したように、バンプ形成装置１では金属ボールが電極パッドに接合される途上において接合層の面積が求められ、接合が完了したか否かが確認される。これにより、接合が不十分であるにも関わらず接合動作が終了してしまうことが防止され、安定した接合強度が得られる。また、接合が十分であるにも関わらず過剰に接合動作が行われることも防止されるため、電極パッドの損傷も抑制することができる。
【００５６】
また、接合後の検査においても、接合層の面積に基づいて非破壊にて接合強度を確認することができ、さらに、撮像部１４の合焦位置を変更することにより半導体チップ９内部のクラックの検査も行うことができるため、従来検出が困難であった欠陥も容易に検出することができる。
【００５７】
次に、ボールバンプ形成の際に電極パッドへの押圧および超音波振動が画像の処理結果に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御のみが行われるのではなく、図３中のステップＳ２１が実行されて電極パッドへの押圧力および超音波振動の振幅が可変制御される場合の例について説明する。
【００５８】
金属ボールと電極パッドとの接合が行われている間に撮像部１４による撮像（図３：ステップＳ１８）および接合層の面積の算出（図７：ステップＳ１９１）が行われると、接合層の面積が所定の値となるまで制御部１５において金属ボールの押圧力および／または超音波振動の振幅が求められ、接合制御信号が生成される（ステップＳ１９２，Ｓ１９４）。接合制御信号は、モータ制御部１５２および／または超音波制御部１５３に入力され、金属ボールの押圧力および／または超音波振動の振幅が変更される（図３：ステップＳ２１）。
【００５９】
具体例としては、ヘッド部１２の出力Ｐ（押圧力および振幅に基づくエネルギー）は、画像処理部１５１にて求められた接合層の現面積Ｓ、目標面積Ｓｄ（すなわち、ステップＳ１９２におけるしきい値）、並びに、係数ＫｐおよびＫｄを用いて数１により求められ、フィードバック制御（ＰＤ制御）が行われる。
【００６０】
【数１】

【００６１】
これにより、図１３（ａ）に示すように出力が時間とともに変化し、図１３（ｂ）に示すように時刻ｔｅにて接合層の面積が目標面積Ｓｄとされる。その結果、接合完了間際に電極パッドが剥離したり、半導体チップ９内にクラックが発生することを抑制し、バンプ形成の歩留まりを向上することが実現される。
【００６２】
なお、出力制御は、ＶＣＭ１２５による金属ボールへの押圧力または超音波振動の振幅のいずれか一方のみにより行われてもよく、赤外光を利用した画像に基づく制御の態様も図１３（ａ）および（ｂ）に示すものには限定されない。さらには、フィードバック制御に際して金属ボールの潰れの程度等の他の要素が併用されてもよい。
【００６３】
以上、本発明の一の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００６４】
例えば、ボールバンプ形成後の接合層の面積や形状に基づいて接合状態の領域を判定する検査、または、合焦位置を変更することによる半導体チップ９内部のクラックの有無の検査は、バンプ形成装置１から分離された検査装置にて実行されてもよい。
【００６５】
また、半導体チップ９はガラス１１１ａ上において機械的に保持されてもよいし、検査のみを行う場合には、半導体チップ９は微小な吸引ノズルにより中央が保持されてもよい。ガラス１１１ａに代えて、シリコン等の赤外光を透過する他の材料が用いられてもよい。
【００６６】
上記実施の形態では、レンズ群１４１により半導体チップ９に対する合焦位置が変更可能とされるが、例えば、検査のみを行う場合には、半導体チップ９を昇降させることにより合焦位置と半導体チップ９との相対的位置関係が変更されてもよい。
【００６７】
上記実施の形態では金属ボールに対する押圧や超音波振動がフィードバック制御される際に撮像部１４および画像処理部１５１により接合層の面積が求められるが、このとき、電極パッドの剥離、半導体チップ９のクラック、接合層の形状等の接合状態が同時に取得されてもよい。さらに、接合開始からの接合層の面積の増加速度に基づいて、接合不能等の異常検出が行われてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１、２および９の発明では、ボールバンプを形成する際に赤外光を用いて撮像部により金属ボールと電極パッドとの接続状態を示す画像を取得することができる。
【００６９】
また、請求項３ないし５、並びに、１０ないし１２の発明では、取得された画像に基づいて接合を制御することにより、ボールバンプと電極パッドとの安定した接合強度を得ることができる。
【００７０】
さらに、請求項６ないし８、並びに、１３および１４の発明では撮像部により取得される画像を欠陥検出に利用することができる。
【００７１】
請求項１５および１６の発明では、ボールバンプと電極パッドとの接合状態を的確に判定することができ、請求項１７ないし１９の発明では、半導体チップ内を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バンプ形成装置の構成を示す図
【図２】ステージのガラス近傍を拡大して示す図
【図３】バンプ形成装置の動作の流れを示す図
【図４】バンプ形成装置の動作の流れを示す図
【図５】キャピラリ部の昇降、超音波振動および押圧の動作タイミングを示す図
【図６】（ａ）および（ｂ）は、電極パッドの画像を例示する図
【図７】接合状態の検出の詳細を示す図
【図８】画素値のヒストグラムを例示する図
【図９】接合状態の検査の流れを示す図
【図１０】電極パッドが剥離した様子を例示する図
【図１１】半導体チップ内のクラックを例示する図
【図１２】クラック検査の流れを示す図
【図１３】（ａ）は出力の変化を示す図
（ｂ）は接合層の面積の変化を示す図
【符号の説明】
１ バンプ形成装置
９ 半導体チップ
１４ 撮像部
９０ 金属ワイヤ
９１ 電極パッド
１１１ ステージ
１２１ キャピラリ部
１２３ 超音波振動子
１２５ ＶＣＭ
１５１ 画像処理部
１５２ モータ制御部
１５３ 超音波制御部
１４１ レンズ群
Ｓ１１，Ｓ１６〜Ｓ１９，Ｓ２１，Ｓ３２〜Ｓ３７，Ｓ１９１，Ｓ３４７ ステップ

Claims (19)

1. 半導体チップにボールバンプを形成するバンプ形成装置であって、
   半導体チップを保持する保持部と、
   ボールバンプの材料である金属ワイヤの先端に金属ボールを形成して前記金属ボールを半導体チップの電極パッドに対して押圧する押圧機構と、
   金属ボールに超音波振動を付与する超音波振動子と、
   電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて半導体チップを撮像する撮像部と、
   を備えることを特徴とするバンプ形成装置。
2. 請求項１に記載のバンプ形成装置であって、
   前記撮像部により取得される画像を処理することにより、電極パッドと金属ボールとの接合状態を取得する処理部をさらに備えることを特徴とするバンプ形成装置。
3. 請求項２に記載のバンプ形成装置であって、
   前記処理部による処理結果に基づいて前記押圧機構による押圧力を制御する押圧制御部をさらに備えることを特徴とするバンプ形成装置。
4. 請求項２または３に記載のバンプ形成装置であって、
   前記処理部による処理結果に基づいて前記超音波振動子を制御する振動制御部をさらに備えることを特徴とするバンプ形成装置。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載のバンプ形成装置であって、
   前記処理部により、電極パッドと金属ボールとの接合面積が求められることを特徴とするバンプ形成装置。
6. 請求項２ないし５のいずれかに記載のバンプ形成装置であって、
   前記処理部により、電極パッド近傍の欠陥の検出が行われることを特徴とするバンプ形成装置。
7. 請求項６に記載のバンプ形成装置であって、
   前記電極パッド近傍の欠陥に、電極パッドの剥離または半導体チップのクラックが含まれることを特徴とするバンプ形成装置。
8. 請求項６または７に記載のバンプ形成装置であって、
   半導体チップの厚さ方向に関して前記撮像部の合焦位置と前記半導体チップとの相対的位置関係を変更する機構をさらに備えることを特徴とするバンプ形成装置。
9. 半導体チップにボールバンプを形成するバンプ形成方法であって、
   ａ） 半導体チップを所定位置に保持する工程と、
   ｂ） ボールバンプの材料である金属ワイヤの先端に金属ボールを形成して前記金属ボールを前記半導体チップの電極パッドに対して押圧する工程と、
   ｃ） 前記金属ボールに超音波振動を付与する工程と、
   ｄ） 前記金属ワイヤを前記電極パッドから待避させることにより前記電極パッド上にボールバンプを形成する工程と、
   ｅ） 前記電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて前記半導体チップの画像を取得する工程と、
   ｆ） 前記画像を処理することにより、前記電極パッドと前記金属ボールとの接合状態を取得する工程と、
   を有することを特徴とするバンプ形成方法。
10. 請求項９に記載のバンプ形成方法であって、
    前記ｅ）およびｆ）工程が、前記ｂ）工程と前記ｄ）工程との間に実行され、前記接合状態に基づいて前記電極パッドに対する前記金属ボールの押圧力が制御されることを特徴とするバンプ形成方法。
11. 請求項９または１０に記載のバンプ形成方法であって、
    前記ｅ）およびｆ）工程が、前記ｂ）工程と前記ｄ）工程との間に実行され、前記接合状態に基づいて前記超音波振動が制御されることを特徴とするバンプ形成方法。
12. 請求項９ないし１１のいずれかに記載のバンプ形成方法であって、
    前記接合状態として、前記電極パッドと前記金属ボールとの接合面積が求められることを特徴とするバンプ形成方法。
13. 請求項９ないし１２のいずれかに記載のバンプ形成方法であって、
    ｇ） 前記画像を処理することにより、前記電極パッド近傍の欠陥を検出する工程をさらに有することを特徴とするバンプ形成方法。
14. 請求項１３に記載のバンプ形成方法であって、
    前記電極パッド近傍の欠陥に、電極パッドの剥離または半導体チップのクラックが含まれることを特徴とするバンプ形成方法。
15. ボールバンプが形成された半導体チップを検査する検査装置であって、
    半導体チップを保持する保持部と、
    ボールバンプが形成された電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて半導体チップを撮像する撮像部と、
    前記撮像部により取得された画像を処理する処理部と、
    を備え、
    前記処理部が、取得された画像からボールバンプと電極パッドとの間の接合層に対応する領域を特定し、前記領域に基づいて前記ボールバンプと前記電極パッドとの接合状態の良否を判定することを特徴とする検査装置。
16. ボールバンプが形成された半導体チップを検査する検査方法であって、
    ａ） 半導体チップを所定位置に保持する工程と、
    ｂ） ボールバンプが形成された電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて前記半導体チップを撮像する工程と、
    ｃ） 取得された画像から前記ボールバンプと前記電極パッドとの間の接合層に対応する領域を特定する工程と、
    ｄ） 前記領域に基づいて前記ボールバンプと前記電極パッドとの接合状態の良否を判定する工程と、
    を有することを特徴とする検査方法。
17. ボールバンプが形成された半導体チップを検査する検査装置であって、
    半導体チップを保持する保持部と、
    ボールバンプが形成された電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて半導体チップを撮像する撮像部と、
    前記撮像部により取得された画像を処理する処理部と、
    半導体チップの厚さ方向に関して前記撮像部の合焦位置と前記半導体チップとの相対的位置関係を変更する機構と、
    を備えることを特徴とする検査装置。
18. ボールバンプが形成された半導体チップを検査する検査方法であって、
    ａ） 半導体チップを所定位置に保持する工程と、
    ｂ） 合焦位置をボールバンプが形成された電極パッドに合わせて前記電極パッドとは反対側の面から赤外光を用いて前記半導体チップを撮像する工程と、
    ｃ） 前記ｂ）工程において取得された画像を処理する工程と、
    ｄ） 前記合焦位置を前記半導体チップの内部に位置させて赤外光を用いて前記半導体チップを撮像する工程と、
    ｅ） 前記ｄ）工程において取得された画像を処理する工程と、
    を有することを特徴とする検査方法。
19. 請求項１８に記載の検査方法であって、
    前記ｅ）工程において前記半導体チップの内部のクラックの有無が検査されることを特徴とする検査方法。

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