JP2007324241A - 半導体素子の外観検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面に透明な保護膜が形成された半導体素子の外観検査方法を提供する。
【解決手段】 表面に透明な保護膜１５が形成された光半導体素子１０を撮像した画像データに基づいて、外周領域３１と電極領域３２とを除いて、光半導体素子１０の外観検査領域３３を設定するステップと、外観検査領域３３内の画素信号の平均値を求め、平均値と所定の第１基準値とを比較し、比較結果に応じて第１の欠陥を抽出するステップと、平均値に１より大きい所定の係数を乗じて第２基準値を求め、外観検査領３３域内の画素信号と第２基準値とを比較し、比較結果に応じて第２の欠陥を抽出するステップとを具備する。保護膜１５の膜厚不良部（第１の欠陥）、膜剥離部（第２の欠陥）を検出する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体素子の外観検査方法に関する。

半導体装置、例えば光半導体装置において、光半導体チップと封止樹脂との密着性を向上させるために光半導体チップの表面に透明な保護膜が形成されているものがある。
そのため、光半導体チップの保護膜が剥がれるなどの欠陥が生じると、光半導体チップと封止樹脂との密着性が悪化し、光半導体装置の信頼性が低下する問題がある。

従来、表面に透明な保護膜が形成された光半導体チップの外観検査は、目視により行なわれており、例えば光半導体チップに光を照射し、光半導体チップの表面を顕微鏡で観察すること等により検査していた。

しかし、このような目視による検査では、検査能率が悪く、場合によっては欠陥の見落としが生じ、検査基準に対して良否の判定が安定しないという問題がある。

これに対して、２値化による検査手法を用いた外観検査方法が知られている（例えば特許文献１、または特許文献２参照。）。

特許文献１に開示された発光ダイオードの外観検査方法は、発光ダイオードペレットに検査光を照射し、得られた発光ダイオードの反射画像を形成する画素信号について、隣接する画素信号の間の変化率を算出し、算出された変化率を予め設定した判定基準値と比較することにより、光強度の違いとして現れる発光ダイオードの外観の欠陥部分を把握し、良否判定を行っている。

特許文献２に開示された表面検査装置は、撮像手段と、Ａ／Ｄ変換手段と、微分手段と、２値化閾値演算手段と、２値化手段と、良否判定手段とを具備している。
表面が平らな物品、例えばプラスティッカードの表面を撮像した画像を微分し、撮像画像に基づいて所定の領域ごとの２値化閾値を算出し、所定の領域ごとの２値化閾値を用いて所定の領域ごとに微分画像の２値化画像を生成し、この２値化画像に基づいて、平らな物品の表面におけるキズやヘコミ等の欠陥を検査し、物品の良否判定を行っている。

然しながら、特許文献１、または特許文献２に開示された外観検査方法は、画素信号の変化率で良否を判定しているので、光半導体チップの表面に形成された透明な保護膜の膜厚不良や剥がれなどの欠陥を検出することが難しいという問題がある。
特開平５−３０８１５９号公報 特開２０００−３２５３８号公報

本発明は、表面に透明な保護膜が形成された半導体素子の外観検査方法を提供する。

本発明の一態様の半導体素子の外観検査方法は、表面に透明な保護膜が形成された半導体素子の外観検査方法であって、前記半導体素子を撮像した画像データに基づいて、前記半導体素子の外周領域と、前記半導体素子上に形成された電極領域とを除いて、前記半導体素子の外観検査領域を設定するステップと、前記外観検査領域内の画素信号の平均値を求め、前記平均値と所定の第１基準値とを比較し、比較結果に応じて第１の欠陥を抽出するステップと、前記平均値に１より大きい所定の係数を乗じて第２基準値を求め、前記外観検査領域内の画素信号と前記第２基準値とを比較し、比較結果に応じて第２の欠陥を抽出するステップとを具備することを特徴としている。

本発明によれば、表面に透明な保護膜が形成された半導体素子の外観検査方法が得られる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

本発明の実施例１に係る光半導体素子の外観検査方法について、図１乃至図８を用いて説明する。図１は表面に透明な保護膜が形成された光半導体素子を示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ―Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図、図２は外観検査装置の構成を示すブロック図、図３は透明な保護膜の膜厚と光半導体素子の表面反射率の関係を示す図、図４は外観検査方法を示すフローチャート、図５は光半導体素子の概観検査領域を示す図である。

更に、図６は第１の欠陥を抽出する原理を示す図で、図６（ａ）は第１の欠陥を有する光半導体素子を示す平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った画素信号を示す図、図６（ｃ）は保護膜の膜厚と第１の欠陥との関係を示す図である。
図７は第２の欠陥を抽出する原理を示す図で、図７（ａ）は第２の欠陥を有する光半導体素子を示す平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った画素信号を示す図である。
図８は第３の欠陥を抽出する原理を示す図で、図８（ａ）は第３の欠陥を有する光半導体素子を示す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った画素信号を示す図、図８（ｃ）は隣接した画素信号間の変化率と第３の欠陥との関係を示す図である。

図１に示すように、光半導体素子１０は、半導体基板１１、例えばｎ型ＧａＡｓ基板上に形成されたＧａＡｓのｐｎ接合を有する活性層１２と、活性層１２上に形成された電極１３と、半導体基板１１の下面に形成された電極１４と、電極１３を除く活性層１２上に形成された透明な保護膜１５、例えばシリコン酸化膜とを具備している。

保護膜１５の形成は、光半導体素子１０が複数形成されたＧａＡｓウェーハ（図示せず）の全面に、例えばスパッタリング法によりシリコン酸化膜を形成し、フォトリソグラフィ法により、ＧａＡｓウェーハのダイシングライン（図示せず）および電極１３を露出する開口を有するレジスト膜（図示せず）をマスクとして、シリコン酸化膜を、例えばフッ酸を含むエッチング液により除去することにより行われる。
従って、光半導体素子１０の外周部および電極１３の回りには保護膜１５が形成されていない領域が存在している。

図２示すように、光半導体素子１０の外観検査装置２０は、ハーフミラー２１により上方から光半導体素子１０に光を照射する光源２２と、光半導体素子１０の反射像を撮像する撮像カメラ２３と、得られた画像データに基づいて外観検査領域の設定し、外観検査領域内の画素信号の平均値および隣接する画素信号の間の変化率を求める演算部２４と、得られた演算結果を処理して欠陥の有無を判定する判定部２５と、判定結果を外部に出力する出力部２６とを具備している。

図３に示すように、ハーフミラー２１により上方から光を照射したときの光半導体素子１０の反射率Ｒは、保護膜１５の表面で反射した光と保護膜１５を透過して活性層１２の表面で反射した光の干渉により、保護膜１５の膜厚によって周期的に変化する。

即ち、保護膜１５の厚さｔが（２ｍ）λ／（４ｎ）のときに反射率Ｒは最大値Ｒｍａｘを示し、（２ｍ＋１）λ／（４ｎ）のときに反射率Ｒは最小値Ｒｍｉｎを示す。
ここで、λは光源２２の波長、ｎはシリコン酸化膜の屈折率、ｍは０または自然数である。

保護膜１５の膜厚ｔが０〜λ／（４ｎ）の間において、膜厚ｔが厚くなるほど反射率Ｒが低下するので、画像データの画素信号の強度も低下し、画像が暗くなる。以後の説明は、保護膜１５の膜厚ｔが０〜λ／（４ｎ）の間にあるものとする。

図４は表面に透明な保護膜１５が形成された光半導体素子１０の外観検査方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、始めに、光源２２により上方から光半導体素子１０を照射し、撮像カメラ２３により光半導体素子１０を撮像し、画像データを取得する（ステップＳ０１）。

次に、演算部２４により、光半導体素子１０の外周領域と、半導体素子１０上に形成された電極領域とを除いて、光半導体素子１０の外観検査領域を設定する（ステップＳ０２）。

具体的には、図５に示すように、画像データに基づいて、光半導体素子１０のエッジ３０を検出し、エッジ３０から所定幅Ｗ１、例えば１０μｍ程度内側までを外周領域３１とし、電極１３と電極１３から所定幅Ｗ２、例えば１０μｍ程度外側までを電極領域３２とし、外周領域３１と、電極領域３２とを除いた領域を外観検査領域３３とする。
ここで、外周領域３１および電極領域３２は、光半導体素子１０の設計上保護膜１５が形成されない場合がある領域である。

次に、外観検査領域３３内の全ての画素信号の平均値を求め（ステップＳ０３）、得られた平均値と所定の第１基準値とを比較し、比較結果に応じて第１の欠陥か否かを判定する（ステップＳ０４）。

平均値が所定の範囲を外れている場合に、光半導体素子１０の表面に形成された保護膜１５の膜厚が要求膜厚より薄いまたは厚い膜厚不良である第１の欠陥を有する不良品と判定する（ステップＳ０４のＹｅｓ）。
一方、平均値が所定の範囲にある場合に、光半導体素子１０の表面に形成された保護膜１５に膜厚不良である第１の欠陥はないと判定する（ステップＳ０４のＮｏ）。

具体的には、図６に示すように、保護膜１５の要求膜厚がｔ０、要求膜厚ｔ０の許容幅が±Δｔ、例えば±１０％のときに、外観検査領域３３の画素信号の平均値（以後、反射率ともいう）がＲ０であり、要求膜厚ｔ０の許容幅±Δｔに対応した反射率Ｒ０の許容幅が±ΔＲであり、第１基準値Ｒｒｅｆ１が要求膜厚ｔ０の反射率Ｒ０に設定されているとする。

保護膜１５が形成された光半導体素子４０の外観検査領域３３の反射率Ｒが第１基準値Ｒｒｅｆ１±ΔＲの範囲内にあれば、保護膜１５の膜厚が要求膜厚ｔ０を満たしている。

一方、反射率Ｒが第１基準値Ｒｒｅｆ１±ΔＲの範囲外にあれば、保護膜１５の膜厚が要求膜厚ｔ０を満たしていない。
反射率Ｒが第１基準値Ｒｒｅｆ１−ΔＲより小さければ、要求膜厚ｔ０より厚い膜厚不良であり、反射率Ｒが第１基準値Ｒｒｅｆ１＋ΔＲより大きければ要求膜厚ｔ０より薄い膜厚不良である。

ここでは、保護膜１５の膜厚がｔ１、反射率がＲ１であり、第１基準値Ｒｒｅｆ１＋ΔＲより大きいので、光半導体素子４０は保護膜１５の厚さが要求膜厚ｔ０より薄い膜厚不良部（第１の欠陥）４１を有する不良品と判定する。

例えば、光半導体素子の製造工程の途中で光半導体素子４０から保護膜１５が全面剥離したか、あるいは始めから光半導体素子４０に保護膜１５が形成されなかった場合に、反射率Ｒ１がＲｍａｘにほぼ等しくなるので、反射率がＲ１により保護膜１５の有無が判定できる。

次に、得られた平均値に１より大きい所定の係数を乗じて第２基準値を求め（ステップＳ０５）、外観検査領域３３内の各画素信号と第２基準値とを比較して、第２の欠陥か否か判定する（ステップＳ０６）。

画素信号が第２基準値より大きい画素を抽出し、抽出された画素に対して収縮・膨張処理によるノイズ除去処理を行った後、抽出された画素の合計数やサイズが所定の基準を満たす場合に、光半導体素子１０の表面に形成された保護膜１５の一部が剥離した第２の欠陥を有する不良品と判定する（ステップＳ０６のＹｅｓ）。
一方、抽出された画素の合計数やサイズが所定の基準を満たさない場合に、光半導体素子１０の表面に形成された保護膜１５の一部が剥離した第２の欠陥はないと判定する（ステップＳ０６のＮｏ）。

具体的には、図７に示すように、外観検査領域３３の反射率がＲ２であり、第２基準値Ｒｒｅｆ２が反射率Ｒ２に１より大きい所定の係数ｋ、例えば１．２を乗じた値に設定されているとする。

保護膜１５が形成された光半導体素子５０の外観検査領域３３の各画素の画素信号が第２基準値Ｒｒｅｆ２より小さければ、保護膜１５は正常である。

一方、反射率が第２基準値Ｒｒｅｆ２より大きい画素があれば、保護膜１５の一部が剥離した膜剥離不良である。

ここでは、領域５１の各画素の画素信号が第２基準値Ｒｒｅｆ２より大きいので、光半導体素子５０は保護膜１５の一部が剥離した膜剥離部（第２の欠陥）５１を有する不良品と判定する。

次に、隣接する画素信号の間の変化率を求め（ステップＳ０７）、求めた変化率と第３の基準値を比較して、第３の欠陥か否かを判定する（ステップＳ０８）。

変化率が第３の基準値より大きい画素を抽出し、抽出された画素に対して収縮・膨張処理によるノイズ除去処理を行った後、抽出された画素の合計数やサイズが所定の基準を満たす場合に、保護膜１５上に異物である第３の欠陥を有する不良品と判定する（ステップＳ０８のＹｅｓ）。
一方、抽出された画素の合計数やサイズが所定の基準を満たさない場合に、保護膜１５上に異物である第３の欠陥はないと判定する（ステップＳ０８のＮｏ）。

具体的には、図８に示すように、光半導体素子６０の外観検査領域３３の上に異物６１ａ、６１ｂが付着している場合に、異物６１ａ、６１ｂの近傍で反射強度が大きく変化するので、隣接した画素信号間の変化率は、異物６１ａ、６１ｂと光半導体素子６０の境界で大きくなる。

異物６１ａは反射強度が増大する異物、例えば金属片等であり、異物６１ｂは反射強度が減少する異物、例えば樹脂片等である。

保護膜１５が形成された光半導体素子６０の外観検査領域３３の隣接した画素信号間の変化率がほぼ０、即ち第３基準値±Ｒｒｅｆ３の範囲内にあれば、異物の付着が無い保護膜１５である。

一方、画素信号間の変化率が第３基準値±Ｒｒｅｆ３の範囲外にある場合は、保護膜１５に許容されない異物が付着している不良である。

ここでは、異物６１ａの変化率は第３基準値−Ｒｒｅｆ３より小さく、異物６１ｂの変化率は第３基準値＋Ｒｒｅｆ３より大きいので、いずれも許容されない異物（第３の欠陥）が付着した不良品と判定する。

次に、第１乃至第３のいずれの欠陥も有しない光半導体素子１０を良品として確保し（ステップＳ０９）、第１乃至第３のいずれかの欠陥を有する光半導体素子４０、５０、６０を不良品として除去する（ステップＳ１０）。

次に、全ての光半導体素子１０の外観検査を終了したか否かをチェックし（ステップＳ１１）、未検査の光半導体素子１０がある場合に（ステップＳ１１のＮｏ）、ステップＳ０１へ戻り検査を繰り返す。
一方、未検査の光半導体素子１０がない場合に（ステップＳ１１のＹｅｓ）、光半導体素子１０の外観検査を終了する。

これにより、保護膜１５の膜厚不良部４１（第１の欠陥）、膜剥離部５１（第２の欠陥）、異物６１ａ、６１ｂ（第３の欠陥）などが検出でき、表面に透明な保護膜１５を有する光半導体素子１０の外観検査を行うことが可能である。

以上説明したように、本実施例の外観検査方法は、透明な保護膜１５の表面で反射した光と光半導体素子１０の表面で反射した光との干渉による反射率を検出しているので、反射率の変化に応じた保護膜１５の各種不良を検知することができる。
従って、表面に透明な保護膜１５が形成された光半導体素子１０の外観検査方法が得られる。

ここでは、保護膜１５がスパッタリング法によるシリコン酸化膜である場合について説明したが、照射する光に対して透明な膜であれば特に限定されない。例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によるＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜やシリコン窒化膜などでも構わない。

また、活性層１２が赤外域で発光するＧａＡｓの場合について説明したが、可視域で発光するＩｎＧａＡｌＰであっても構わない。その場合は、保護膜１５を透過しＩｎＧａＡｌＰを透過しない波長（〜５００ｎｍ以下）の光を照射すればよい。

半導体素子が光半導体素子である場合について説明したが、表面に透明な保護膜が形成された半導体素子であれば、同様に適用することができる。

図９は本発明の実施例２に係る光半導体素子の外観検査方法の要部を示すフローチャートである。

本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。

本実施例が実施例１と異なる点は、外観検査領域内の画像信号の平均値を求めるに際し、欠陥部分の反射率の高い領域を予め除外するようにしたことにある。

即ち、図９に示すように、ステップＳ０２において外観検査領域３３を設定した後、画像データから画素信号を取り出し（ステップＳ０３１）。

次に、各画素信号が所定の値以下か否かを判定し（ステップＳ０３２）、所定の値以下の場合に（ステップＳ０３２のＹｅｓ）、平均化する画素信号として抽出する（ステップＳ０３３）。
一方、所定の値以上の場合に（ステップＳ０３２のＮｏ）、平均化する画素信号から除外する。

次に、画像データの全画素信号について終了したか否かを判定し（ステップＳ０３４）、終了した場合に（ステップＳ０３４のＹｅｓ）、抽出された画素信号の平均値を求める（ステップＳ０３５）。
一方、終了していない場合に（ステップＳ０３４のＮｏ）、ステップＳ０３１へ戻り、ステップＳ０３１からステップＳ０３４を繰り返す。

以上説明したように、本実施例の外観検査方法は画像信号の平均値を求めるに際し、欠陥部分の反射率の高い領域を予め除外するようにしたので、欠陥、例えば膜剥離部５１（第２の欠陥）の抽出が容易になる利点がある。

本発明の実施例１に係る表面に透明な保護膜が形成された光半導体素子を示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ―Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図。 本発明の実施例１に係る外観検査装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施例１に係る透明な保護膜の膜厚と光半導体素子の表面反射率の関係を示す図。 本発明の実施例１に係る光半導体素子の外観検査方法を示すフローチャート。 本発明の実施例１に係る光半導体素子の外観検査領域を示す図。 本発明の実施例１に係る第１の欠陥を抽出する原理を示す図で、図６（ａ）は第１の欠陥を有する光半導体素子を示す平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った画素信号を示す図、図６（ｃ）は保護膜の膜厚と第１の欠陥との関係を示す図。 本発明の実施例１に係る第２の欠陥を抽出する原理を示す図で、図７（ａ）は第２の欠陥を有する光半導体素子を示す平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った画素信号を示す図。 本発明の実施例１に係る第３の欠陥を抽出する原理を示す図で、図８（ａ）は第３の欠陥を有する光半導体素子を示す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った画素信号を示す図、図８（ｃ）は隣接した画素信号間の変化率と第３の欠陥との関係を示す図。 本発明の実施例２に係る光半導体素子の外観検査方法の要部を示すフローチャート。

符号の説明

１０、４０、５０、６０ 光半導体素子
１１ 半導体基板
１２ 活性層
１３、１４ 電極
１５ 保護膜
２０ 外観検査装置
２１ ハーフミラー
２２ 光源
２３ 撮像カメラ
２４ 演算部
２５ 処理部
２６ 判定部
３０ エッジ
３１ 外周領域
３２ 電極領域
３３ 外観検査領域
４１ 膜厚不良部（第１の欠陥）
５１ 膜剥離部（第２の欠陥）
６１ａ、６１ｂ 異物（第３の欠陥）
Ｒ 反射率
Ｒｒｅｆ１ 第１基準値
Ｒｒｅｆ２ 第２基準値
Ｒｒｅｆ３ 第３基準値

Claims (5)

1. 表面に透明な保護膜が形成された半導体素子の外観検査方法であって、
   前記半導体素子を撮像した画像データに基づいて、前記半導体素子の外周領域と、前記半導体素子上に形成された電極領域とを除いて、前記半導体素子の外観検査領域を設定するステップと、
   前記外観検査領域内の画素信号の平均値を求め、前記平均値と所定の第１基準値とを比較し、比較結果に応じて第１の欠陥を抽出するステップと、
   前記平均値に１より大きい所定の係数を乗じて第２基準値を求め、前記外観検査領域内の画素信号と前記第２基準値とを比較し、比較結果に応じて第２の欠陥を抽出するステップと、
   を具備することを特徴とする半導体素子の外観検査方法。
2. 前記第１の欠陥が、前記保護膜の膜厚が所定の範囲を外れた膜厚不良部であり、前記第２の欠陥が、前記保護膜の一部が剥離した膜剥離部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の外観検査方法。
3. 前記外観検査領域内の隣接する画素信号の間の変化率を求め、前記変化率と所定の第３基準値とを比較し、比較結果に応じて第３の欠陥を抽出するステップを更に具備することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の外観検査方法。
4. 前記第３の欠陥が、前記保護膜上の異物であることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の外観検査方法。
5. 前記外観検査領域内の画素信号の平均値を求めるステップは、所定の範囲内にある前記画素信号に対してのみの平均値を求めることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の外観検査方法。

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