JP2010096513A - 半導体チップの外観検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップの有無に応じて検査エリアを設定し、効率的に外観検査が行える半導体チップの外観検査方法を提供する。
【解決手段】半導体チップ２６が配列された領域を含む外観検査エリア４０を格子状に区分けして、複数の第１外観検査エリア４２を設定するステップと、第１外観検査エリアに斜め上方から光を照射し、半導体チップの有無を検出し、検出された半導体チップの座標を求めるとともに、半導体チップの第１外観検査を行うステップと、半導体チップの座標データに基づいて、第１外観検査エリア４２を、半導体チップが配列されていない領域５１はスキップするとともに、同一の半導体チップを２度検査しないように区分けして、複数の第２外観検査エリア５２〜５５を設定するステップと、第２外観検査エリアに上方から光を照射し、半導体チップの第２外観検査を行うステップと、を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体チップの外観検査方法に関する。

半導体装置の製造ラインでは、半導体ウェーハに半導体素子を形成した後、半導体ウェーハをダイシングにより半導体ペレットに分割し、得られた半導体ペレットをボンディング等の後工程に供している。
この間、半導体ウェーハのハンドリング時に半導体チップの表面に汚れやキズなどが生じる恐れがあるとともに、半導体ウェーハをダイシングして分割する際に、半導体チップに割れや欠けなどを生じやすい問題がある。
従って、半導体装置の品質を維持するために、半導体チップの汚れ、キズなどの外観検査を行うことが不可欠である。

従来、半導体チップの外観検査装置として、垂直落射照明（同軸照明）手段と、斜光照明手段とを有する外観検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に開示された外観検査装置は、被検査物に対して垂直落射照明を行う第１の照明手段と、被検査物に対して斜め上方から照明を行う第２の照明手段と、被検査物を撮像する撮像装置と、設定可変な二値化レベルを有する二値化回路と、第１または第２の照明手段の一方を選択して駆動する照明切換え手段とを具備している。
これにより、第１の照明手段による照明時に被検査物の端部欠陥を検出し、第２の照明手段による照明時に被検査物の表面欠陥を検出している。

然しながら、特許文献１に開示された外観検査装置は、被検査物の半導体ペレットがストッカからコレットにより個別に取り出されているので、被検査物のストッカからの取出し、外観検査、ストッカへの戻しまでを含む一連の検査に時間を要するという問題がある。

半導体ウェーハを粘着シートに貼り付けてダイシングし、粘着シートをエキスパンドすることにより、粘着シート上に配列された半導体チップを一括して外観検査装置のＸＹステージにセットすれば、個々の被検査物の取出および戻しに要する時間を短縮することができる。

然しながら、従来外観検査エリアがエキスバンド後の半導体ウェーハ全体を含む所定のサイズに設定されているので、例えばダイシング後に予め不良チップが密集した部位が除去されている所謂歯抜け状態の場合、更には半導体ウェーハが不定形の場合に、半導体チップの有無にかかわらず外観検査動作が機械的に行なわれてしまい、ムダな時間が費やされ、効率的に外観検査が行えないという問題がある。
特開平５−５４６２２号公報

本発明は、半導体チップの有無に応じて検査エリアを設定し、効率的に外観検査が行える半導体チップの外観検査方法を提供する。

本発明の一態様の半導体チップの外観検査方法は、半導体素子が形成された半導体ウェーハをダイシングして得られた半導体チップの外観検査方法であって、前記半導体チップが配列された領域を含む外観検査エリアを格子状に区分けして、複数の第１外観検査エリアを設定するステップと、前記第１外観検査エリアに斜め上方から光を照射し、前記第１外観検査エリアを撮像した画像データに基づいて、前記半導体チップの有無を検出し、検出された前記半導体チップの座標を求めるとともに、前記半導体チップの第１外観検査を行うステップと、前記半導体チップの座標データに基づいて、前記第１外観検査エリアを、前記半導体チップが配列されていない領域はスキップするとともに、同一の前記半導体チップを２度検査しないように区分けして、複数の第２外観検査エリアを設定するステップと、前記第２外観検査エリアに上方から光を照射し、前記第２外観検査エリアを撮像した画像データに基づいて、前記半導体チップの第２外観検査を行うステップと、を具備することを特徴としている。

本発明によれば、半導体チップの有無に応じて検査エリアを設定し、効率的に外観検査が行える半導体チップ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。

本発明の実施例に係る半導体チップの外観検査方法について、図１乃至図４を用いて説明する。図１は外観検査装置の構成を示すブロック図、図２は外観検査方法を示すフローチャート、図３は第１外観検査エリアを設定する方法を説明するための図、図４は第２外観検査エリアを設定する方法を説明するための図である。

図１示すように、半導体チップの外観検査装置１０は、鏡筒１１にハーフミラー１２を内蔵し、ズームレンズ１３を有する顕微鏡１４と、被検査物１５を載置するＸＹステージ１６と、ＸＹステージ１６上に載置された被検査物１５に斜め上方からリング状の光を照射するリング照明器１７と、ハーフミラー１２を介して被検査物１５に上方から光を照射するスポット照明器１８と、を具備している。

更に、外観検査装置１０は、リング照明器１７またはスポット照明器１８により照射された被検査物１５を撮像する撮像カメラ１９と、撮像した画像を表示するモニター２０と、撮像した画像を処理する画像処理手段２１とを具備している。

更に、外観検査装置１０は、画像処理手段２１の指令により、リング照明器１７またはスポット照明器１８を選択し、選択された照明器を駆動して、斜光照明と垂直落射照明とを切り替える照明制御部２２と、ズームレンズ１３を駆動して顕微鏡１４の倍率を低倍率と高倍率に切り替えるズーム制御部２３と、ＸＹステージ１６を駆動して被検査物１５の検査エリアを選択するステージ制御部２４とを具備している。

ここで、被検査物１５は、半導体ウェーハを粘着シート２５に貼り付けてダイシングし、粘着シート２５をエキスパンドすることにより、粘着シート２５上に配列された半導体チップ２６である。半導体チップ２６は、外観検査装置１０のＸＹステージ１６に一括してセットされている。

画像処理手段２１は、撮像カメラ１９からの映像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３０と、Ａ／Ｄ変換された画像データを記憶する画像記憶部３１と、記憶された画像データに基づいて各種の画像処理を行う演算部３２と、演算データ等を一時的に記憶するデータ記憶部３３と、演算処理手順を定めたプログラム等を記憶するプログラム記憶部３４と、データやコマンドを外部とやり取りするためのインターフェイス３５とを具備している。

これにより、画像処理手段２１は、スタート信号（図示せず）を受信すると、コマンドを照明制御部２２、ズーム制御部２３、およびステージ制御部２４にそれぞれ送出するとともに、撮像カメラ１９に撮像開始信号（図示せず）を送出する。
更に、撮像カメラ１９から撮像終了信号（図示せず）を受信すると、撮像カメラ１９から映像信号を読みしてプログラム記憶部３４に記憶された手順に従って、各種の画像処理を実行することが可能である。

次に、本実施例の半導体チップの外観検査方法について説明する。図２は半導体チップの外観検査方法を示すフローチャートである。
始めに、図２に示すように、被検査物１５をＸＹステージ１６にセットする（ステップＳ０１）。
次に、半導体チップが配列された領域を含む外観検査エリアを格子状に区分けして、複数の第１外観検査エリアを設定する（ステップＳ０２）。
具体的には、図３（ａ）に示すように、外観検査エリア４０は、粘着シート２５に貼り付けられた半導体ウェーハがダイシングされ、粘着シート２５がエキスパンドされた後に、元の半導体ウェーハの境界を示す半導体ウェーハエリア４１を含む方形状のエリアである。外観検査エリア４０には、例えば７×７の格子状に区分けされた４９個の第１検査エリア４２が設定されている。

次に、第１外観検査エリア４０に斜め上方から光を照射し、第１外観検査エリア４０を撮像した画像データに基づいて、半導体チップ２６の有無を検出し、検出された半導体チップ２６の座標を求めるとともに、半導体チップ２６の第１外観検査を行う（ステップＳ０３）。

具体的には、図３（ｂ）に示すように、第１外観検査エリア４２を、例えば５×５の格子状に区分けし、２５個の外観検査実行領域４３を設定する。
外観検査実行領域４３を設定するのは、外観検査装置１０の光学的性能および画像処理能力に応じて、一度に半導体チップ２６の有無を検出し、検出された半導体チップ２６の座標を求めるのに適した検査実行範囲とするためである。
従って、外観検査装置１０の性能および半導体チップ２６の配列状態によっては、第１外観検査エリア４２が１つの外観検査実行領域４３となる場合もあり得る。

ここでは、１番目の第１外観検査エリア４２において、背景が白地の１番目乃至２４番目の外観検査実行領域４３には半導体チップ２６が検出されず、背景がハッチングされた２５番目の外観検査実行領域４３に半導体チップ２６が検出された場合を示している。
２番目の第１外観検査エリア４２においては、９、１０、１３、１４、１７、１８、２１、２２番目の外観検査実行領域４３に半導体チップ２６が検出されている。
また、４番目の第１外観検査エリア４２においては、全ての外観検査実行領域４３に半導体チップ２６が検出されていない。その他の第１外観検査エリア４２においても同様であり、その説明は省略する。

図３（ｃ）に示すように、外観検査実行領域４３において、破線４４で示すように配列された９個の半導体チップが一度に検査できる半導体チップである。２５番目の外観検査実行領域４３には、４個の半導体チップ２６が存在している。
２５番目の外観検査実行領域４３は所謂歯抜け状態にあり、４個の半導体チップ２６の配列には破線４４で示す位置からのズレが生じている。これは、１番目の第１外観検査エリア４２が半導体ウェーハの最外周部に相当し、元々半導体チップ２６が存在しない部位がある場合、ダイシング時のチップ飛びがある場合、ダイシング後に予め明らかな不良チップが除去されている場合などがあること、ダイシング後に粘着シート２５をエキスパンドする際に、粘着シート２５が偏って不均一にエキスパンドされることなどに起因している。

４個の半導体チップ２６に対して、例えばＸＹステージ１６の初期設定位置を原点として、それぞれの座標（Ｘｉ、Ｙｉ）を求めるとともに、第１外観検査として半導体チップ２６の表面の汚れ、キズの有無を検査し、基準を超える汚れ、キズが検出された半導体チップ２６を不良チップとしてデータ記憶部３３に記憶する。

次に、全ての第１外観検査エリア４２において、上述した外観検査実行領域４３を設定し、半導体チップ２６の有無を検出し、検出された半導体チップ２６の座標を求め、第１外観検査が終了するまで繰り返す（ステップＳ０４）。

次に、求めた半導体チップの座標データに基づいて、第１外観検査エリアを、半導体チップ２６が配列されていない領域はスキップするとともに、同一の半導体チップ２６を２度検査しないように区分けして、複数の第２外観検査エリアを設定する（ステップＳ０５）。同一の半導体チップを２度検査しないように区分けするとは、半導体チップが隣接する第２外観検査エリアの境界を跨ぐように配列されている場合、半導体チップが隣接する第２外観検査エリアの境界を跨がないように、隣接する第２外観検査エリアのうちの一方の幅を短縮し、他方を一方側へスライドさせることにより、他方に半導体チップが含まれるように区分けすることを意味している。

第２外観検査エリアを設定するのは、全ての半導体チップ２６が、図３（ｃ）の破線４４で示すように配列されていれば、第２外観検査エリアは外観検査実行領域４３と一致するところであるが、上述した要因により、半導体チップ２６の配列には、所謂歯抜け状態、および破線４４で示す格子状の位置からのズレが生じるために、半導体チップの有無に応じて検査エリアを設定し、効率的に外観検査を行うためである。

具体的には、図４（ａ）に示すように、第１外観検査エリア４２の１１番目乃至１４番目の外観検査実行領域４３における半導体チップ２６が、例えば図４（ｂ）に示すように配列されているとする。
１１番目の外観検査実行領域４３には５個の半導体チップ２６と、隣接する１２番目の外観検査実行領域４３との境界に跨った半導体チップ５０が配列されている。
１２番目の外観検査実行領域４３には４個の半導体チップ２６と、隣接する１１番目の外観検査実行領域４３との境界に跨った半導体チップ５０が配列されている。
１３番目の外観検査実行領域４３には５個の半導体チップ２６が配列されているが、隣接する１２番目の外観検査実行領域４３側には半導体チップ２６が配列されていない領域５１が存在している。

このとき、１１番目の外観検査実行領域４３においては、半導体チップ５０が隣接する１２番目の外観検査実行領域４３との境界を跨がないように、外観検査実行領域の幅を短縮して第２外観検査エリア５２を設定する。即ち、半導体チップ５０を第２外観検査エリア５２から除外する。
具体的には、例えば外観検査実行領域４３のサイズは一定なので、外観検査実行領域４３を撮像した画像データから検査する領域のデータを切り出すことにより行い、切り出した画像データに対してのみ検査を行う。

１２番目の外観検査実行領域４３においては、半導体チップ５０が隣接する１１番目の外観検査範囲４３との境界を跨がないように、隣接する１１番目の外観検査実行領域４３側へスライドさせて第２外観検査エリア５３を設定する。即ち、半導体チップ５０を第２外観検査エリア５３内へ取り込む。
具体的には、例えばＸＹステージ１６の送り量を外観検査実行領域の幅を短縮した分だけ減じることにより行う。

１３番目の外観検査範囲４３においては、半導体チップ２６が配列されていない領域５１をスキップして第２外観検査エリア５４を設定する。
具体的には、例えばＸＹステージ１６の送り量を半導体チップ未配列領域５１分だけ増加することにより行う。

その他の外観検査実行領域４３においても上述したルールに従って、同様に第２外観検査エリアを設定すればよく、その説明は省略する。
これにより、半導体チップの有無に応じて検査エリアを設定し、効率的に外観検査を行うことが可能である。

ただし、ここでは半導体チップ２６の破線４４で示す格子状の位置からのズレは、説明を簡単にするために、Ｘ方向にのみ生じている場合について示している。
Ｙ方向に破線４４で示す格子状の位置からのズレが生じている場合についても同様に行うことができる。

次に、第１外観検査エリア４２内に設定された第２外観検査エリア５２に上方から光を照射し、外観観検査エリア５２を撮像した画像データに基づいて、半導体チップ２６の第２外観検査、例えば配線パターン不良の検査を行い（ステップＳ０６）、全ての第２外観検査エリアにおいて、第２外観検査が終了するまで繰り返す（ステップＳ０７）。
次に、全ての第１外観検査エリア４２において、上述したように第２外観検査エリアを設定し、第２外観検査が終了するまで繰り返す（ステップＳ０８）。

次に、第１外観検査結果および第２外観検査結果に応じて、基準を満たさない半導体チップ２６を不良チップとして除去する（ステップＳ０９）。
不良チップの除去は、例えばエキスパンドされた粘着シート２５の下方からコレットにより不良チップを突き上げ、突き上げられた不良チップを真空チャックで吸い取ることにより行う。

次に、第１外観検査エリア４２に斜め上方から光を照射し、第１外観検査エリア４２に残置された半導体チップを検出して、良品チップとしてカウントし（ステップＳ１０）、全ての第１外観検査エリア４２において、カウントが終了するまで繰り返す（ステップＳ１１）。
半導体チップ数のカウントは、斜め上方から照射された光は半導体チップのエッジで乱反射され、乱反射された光を撮像カメラ１９で捉えることにより、半導体チップの有無が検出できることを利用し、検出された半導体チップの数をカウントすることにより行う。

このとき、同一の半導体チップが隣接する第２外観検査エリアの両方に存在した場合には、半導体チップを良品チップとしてカウントしないようにしている。
これは、第２外観検査エリアを上述したルールに従って順に設定していくと、例えば最後尾で上述したルールを満たさない第２外観検査エリアが生じる場合があるので、そのときに２重カウントを防止するためである。

比較として、エキスパンドされた粘着テープ２５の下方から半導体チップ２６を透過しない光を照射して、透過光を撮像カメラで捉えて半導体チップ数をカウントする場合に比べて、照明系が少なくて済む利点がある。

図５は半導体チップを示す図で、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。
図５に示すように、半導体チップ２６は、例えば半導体発光素子６０であり、半導体基板６１、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６２と、活性層６２上に形成された額縁状の金属電極６３と、半導体基板６１の下面に形成された金属電極６４とを具備している。

第１外観検査においては、斜め上方から光を照射しているので、光を乱反射する物体は撮像カメラ１９で捉えることができ、汚れ６５、キズ６６などの検査が行える。一方、平坦面は光を正反射するので、撮像カメラ１９では捉えられず、認識されない。

第２外観検査においては、上方から光を照射しているので、金属電極６３と活性層６２との反射率の差に応じた画像を捉え、パターン認識などにより、金属電極６３の断線部６７などの配線パターン不良の検査が行える。

以上説明したように、本実施例の半導体チップの外観検査方法は、第１検査エリア４２を設定し、斜め上方から光を照射して半導体チップ２６を検出し、半導体チップ２６の座標データを求めるとともに、第１外観検査を行う。
次に、座標データに基づいて第１外観検査エリア４２を、半導体チップ２６が配列されていない領域をスキップするとともに、同一半導体チップ２６を２度検査しないように区分けして第２外観検査エリアを設定し、上方から光を照射して第２外観検査を行なう。

全ての半導体チップ２６の座標データを管理している、従って、半導体チップの有無に応じて検査エリアを設定し、効率的に外観検査が行える半導体チップの外観検査方法が得られる。

ここでは、顕微鏡１４がズームレンズ１３を有する場合について説明したが、対物レンズがターレット回転式の顕微鏡を用いても構わない。
半導体チップが半導体発光素子である場合について説明したが、表面に電極パターンが形成されている半導体素子であれば、同様に適用することができる。

本発明の実施例に係る半導体チップの外観検査装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施例に係る半導体チップの外観検査方法を示すフローチャート。 本発明の実施例に係る半導体チップの外観検査方法の第１外観検査エリアを設定する方法を説明するための図。 本発明の実施例に係る半導体チップの外観検査方法の第２外観検査エリアを設定する方法を説明するための図。 本発明の実施例に係る半導体チップを示す図で、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図。

符号の説明

１０ 外観検査装置
１１ 鏡筒
１２ ハーフミラー
１３ ズームレンズ
１４ 顕微鏡
１５ 被検査物
１７ リング照明器
１８ スポット照明器
１９ 撮像カメラ
２０ モニター
２１ 画像処理手段
２２ 照明制御部
２３ ズーム制御部
２４ ステージ制御部
２５ 粘着シート
２６、５０ 半導体チップ
３０ Ａ／Ｄ変換部
３１ 画像記憶部
３２ 演算部
３３ データ記憶部
３４ プログラム記憶部
３５ インターフェイス
４０ 外観検査エリア
４１ 半導体ウェーハエリア
４２ 第１外観検査エリア
４３ 外観検査実行領域
５１ 半導体チップ未配列領域
５２、５３、５４、５５ 第２外観検査エリア
６０ 半導体発光素子
６１ 半導体基板
６２ 活性層
６３、６４ 金属電極
６５ 汚れ
６６ キズ
６７ 断線部

Claims (5)

1. 半導体素子が形成された半導体ウェーハをダイシングして得られた半導体チップの外観検査方法であって、
   前記半導体チップが配列された領域を含む外観検査エリアを格子状に区分けして、複数の第１外観検査エリアを設定するステップと、
   前記第１外観検査エリアに斜め上方から光を照射し、前記第１外観検査エリアを撮像した画像データに基づいて、前記半導体チップの有無を検出し、検出された前記半導体チップの座標を求めるとともに、前記半導体チップの第１外観検査を行うステップと、
   前記半導体チップの座標データに基づいて、前記第１外観検査エリアを、前記半導体チップが配列されていない領域はスキップするとともに、同一の前記半導体チップを２度検査しないように区分けして、複数の第２外観検査エリアを設定するステップと、
   前記第２外観検査エリアに上方から光を照射し、前記第２外観検査エリアを撮像した画像データに基づいて、前記半導体チップの第２外観検査を行うステップと、
   を具備することを特徴とする半導体チップの外観検査方法。
2. 前記第１外観検査は前記半導体チップ表面の汚れおよびキズを検査し、前記第２外観検査は前記半導体チップの配線パターン不良を検査することを特徴とする請求項１に記載の半導体チップの外観検査方法。
3. 同一の前記半導体チップを２度検査しないように区分けするのは、前記半導体チップが隣接する前記第２外観検査エリアの境界を跨ぐように配列されている場合、隣接する前記第２外観検査エリアのうちの一方を短縮し、他方を前記一方側へスライドさせることにより、他方に前記半導体チップが含まれるように区分けすることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップの外観検査方法。
4. 前記第１外観検査結果および前記第２外観検査結果に応じて、不良と判定された前記半導体チップを除去するステップと、
   前記第１外観検査エリアに斜め上方から光を照射し、前記第１外観検査エリアに残置された前記半導体チップを良品チップとしてカウントする工程と、
   を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の半導体チップの外観検査方法。
5. 同一の前記半導体チップが隣接する前記第２外観検査エリアの両方に存在すると検出された場合には、前記半導体チップを良品チップとしてカウントしないことを特徴とする請求項４に記載の半導体チップの外観検査方法。

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