JP2020134289A - 半導体装置の検査方法及び検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体チップ等への衝撃を抑制しつつ配線の接続状態を好適に検査可能な半導体装置の検査方法及び検査装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る検査方法は、実装基板と、実装基板に配置される半導体チップと、実装基板及び半導体チップに接続された配線と、を備える半導体装置の検査方法である。この検査方法は、配線の固有振動数を有する音波を発生させる工程と、音波を発生させた状態で配線に可視光又は不可視光を照射する工程と、可視光又は不可視光を受光する工程と、受光した可視光又は不可視光に基づいて配線の振動を検出する工程と、を含む。【選択図】図8
Description
本実施形態は、半導体記憶の検査方法及び検査装置に関する。
実装基板と、この実装基板に配置される半導体チップと、これら実装基板及び半導体チップに接続されたボンディングワイヤ等の配線と、を備える半導体装置が知られている。
この様な半導体装置において、ボンディングワイヤ等の配線及び半導体チップ等の接続の良否を検査する検査方法が知られている。この様な検査方法としては、例えば、ボンディングワイヤ等の接続に際してボンディングワイヤ等の静電容量を監視する方法がある。また、例えば、キャピラリをパッド電極等に押し込んだ際の押し込み量を検出する方法もある。
半導体チップ等への衝撃を抑制しつつ配線の接続状態を好適に検査可能な半導体装置の検査方法及び検査装置を提供する。
一の実施形態に係る検査方法は、実装基板と、実装基板に配置される半導体チップと、実装基板及び半導体チップに接続された配線と、を備える半導体装置の検査方法である。この検査方法は、配線の固有振動数を有する音波を発生させる工程と、音波を発生させた状態で配線に可視光又は不可視光を照射する工程と、可視光又は不可視光を受光する工程と、受光した可視光又は不可視光に基づいて配線の振動を検出する工程と、を含む。
一の実施形態に係る検査装置は、実装基板と、実装基板に配置される半導体チップと、実装基板及び半導体チップに接続された配線と、を備える半導体装置の検査装置である。この検査装置は、半導体チップが配置される試料台と、配線の固有振動数を有する音波を発生させる音波発生装置と、音波を発生させた状態で配線に可視光又は不可視光を照射する光照射装置と、可視光又は不可視光を受光する受光装置と、受光装置の出力信号に基づいて配線の振動を検出する演算装置と、を備える。
次に、実施形態に係る半導体装置の検査方法及び検査装置を、図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の実施形態はあくまでも一例であり、本発明を限定する意図で示されるものではない。
[第1実施形態]
[半導体装置]
まず、図1及び図2を参照して、本実施形態に係る検査方法及び検査装置によって取り扱かわれる半導体装置100について簡単に説明する。図1は、半導体装置100の概略的な断面図である。図2は、同半導体装置100の概略的な平面図である。
[半導体装置]
まず、図1及び図2を参照して、本実施形態に係る検査方法及び検査装置によって取り扱かわれる半導体装置100について簡単に説明する。図1は、半導体装置100の概略的な断面図である。図2は、同半導体装置100の概略的な平面図である。
図1に示す通り、半導体装置100は、実装基板MSBと、実装基板MSBに積層された複数のシリコンダイSD(半導体チップ)と、を備える。これらの構成は、上面に形成されたパッド電極Pが露出する様にY方向にずらして積層され、接着剤等を介してお互いに接続されている。
図2に示す通り、実装基板MSB及び複数のシリコンダイSDは、それぞれ、複数のパッド電極Pを備えている。実装基板MSB及び複数のシリコンダイSDに設けられた複数のパッド電極Pは、それぞれ、ボンディングワイヤBを介してお互いに接続されている。
[ボンディングワイヤBの接続]
半導体装置100の製造に際しては、例えば図3に示す様に、実装基板MSB上に複数のシリコンダイSDを配置する。
半導体装置100の製造に際しては、例えば図3に示す様に、実装基板MSB上に複数のシリコンダイSDを配置する。
次に、例えばキャピラリ110の先端部分を実装基板MSB等のパッド電極Pの近傍まで移動させる。また、キャピラリ110の先端部分に、ボンディングワイヤBの先端部分111を供給する。
次に、例えば図4に示す様に、アーク放電等の手段等によってボンディングワイヤBの先端部分111を溶融させる。
次に、例えば図5に示す様に、溶融したボンディングワイヤBの先端部分111を実装基板MSB等のパッド電極Pに接触させ、ボンディングワイヤBをパッド電極Pに接続する。
次に、例えば図6に示す様に、キャピラリ110の先端部分からボンディングワイヤBを供給しつつ、キャピラリ110の先端部分を他のパッド電極Pの近傍まで移動させる。
その後、ボンディングワイヤBを他のパッド電極Pに接続する。以下同様に、ボンディングワイヤBによって、実装基板MSBを全てのシリコンダイSDを接続することにより、図1及び図2に例示した様な半導体装置100が製造される。
[検査方法及び検査装置]
ボンディングワイヤBは、例えば、図7に例示する様に、所定のパッド電極Pから外れてしまったり、外れかかってしまったりする場合がある。以下、ボンディングワイヤBのパッド電極Pとの接続部分を「接続部」と呼ぶことがある。また、パッド電極Pに好適に接続された接続部を「正常接続部」と呼ぶことがある。また、パッド電極Pから外れていたり、外れかかっていたりする接続部を「不良接続部」と呼ぶことがある。
ボンディングワイヤBは、例えば、図7に例示する様に、所定のパッド電極Pから外れてしまったり、外れかかってしまったりする場合がある。以下、ボンディングワイヤBのパッド電極Pとの接続部分を「接続部」と呼ぶことがある。また、パッド電極Pに好適に接続された接続部を「正常接続部」と呼ぶことがある。また、パッド電極Pから外れていたり、外れかかっていたりする接続部を「不良接続部」と呼ぶことがある。
本実施形態に係る検査方法においては、ボンディングワイヤBの固有振動数を有する音波を発生させてボンディングワイヤBを共振させ、ボンディングワイヤBの振動を検出する。これにより、正常接続部及び不良接続部を判別して、不良接続部を好適に検出可能である。また、この様な方法によればボンディングワイヤBを選択的に振動させることが可能である。従って、例えば半導体装置100全体を振動させる場合と比較して、実装基板MSB、シリコンダイSD等への衝撃を抑制可能である。
図8は、本実施形態に係る検査装置200の構成を示す模式的な図である。検査装置200は、半導体装置100が配置される試料台210と、ボンディングワイヤBの固有振動数を有する音波を発生させる音波発生装置220と、ボンディングワイヤBに可視光又は不可視光を照射する光照射装置230と、この可視光又は不可視光を受光する受光装置240と、受光装置240の出力信号に基づいてボンディングワイヤBの振動を検出する演算装置250と、これらの構成を制御する図示しない制御装置と、を備える。
試料台210は、例えば、図示しない除振台の上に設けられ、半導体装置100を保持する。試料台210は、例えば、X方向及びY方向の少なくとも一方に移動可能に構成されていても良い。また、本実施形態に係る試料台210は、半導体装置100を保持する保持手段211を備えている。保持手段211は、例えば、真空チャックでも良いし、半導体装置100を機械的に保持する保持部材であっても良いし、その他の構成であっても良い。保持手段211等によって半導体装置100を保持することにより、半導体装置100全体の振動を好適に抑制しつつ、ボンディングワイヤBを選択的に振動させることが可能である。これにより、実装基板MSB、シリコンダイSD等への衝撃を抑制可能である。
音波発生装置220は、例えば、一定の周波数の音波を発生し続けても良いし、2以上の振動数の音波を発生させても良い。2以上の振動数の音波を発生させる場合には、所定の範囲内において周波数を連続的又は略連続的に増大又は減少させても良いし、周波数を断続的に増大又は減少させても良い。
光照射装置230は、可視光を出射しても良いし、不可視光を出射しても良い。また、光照射装置230は、所定範囲に渡って照明を行う光源を含んでいても良いし、ポイントレーザ等の点光源又はラインレーザ等の線光源を含んでいても良い。また、光照射装置230から出射される可視光又は不可視光の照射範囲は、一又は複数の半導体装置100全体を含んでいても良いし、一又は複数のパッド電極Pを含んでいても良い。
また、光照射装置230は、光源から出射された可視光又は不可視光の照射位置を移動させる、ガルバノミラー又はマイクロミラーデバイス等の光学手段を備えていても良い。この様な構成によれば、例えばプローブヘッドを機械的に移動させる場合と比較して、検査を高速に行うことが可能である。
受光装置240は、光照射装置230から出射され、ボンディングワイヤB等によって反射された可視光又は不可視光を受光する。受光装置240は、カメラ等、2次元的に配列された複数の受光素子を含む撮像素子であっても良いし、一の受光素子を含むものであっても良い。
図9は、本実施形態に係る検査装置のより具体的な構成例を示す模式的な図である。
光照射装置230は、例えば、レーザ干渉計231と、レーザ干渉計231に接続された光ファイバ232と、光ファイバ232に接続されたプローブヘッド233と、プローブヘッド233から出射されたレーザ光を反射するガルバノミラー234と、を備えていても良い。
レーザ干渉計231は、レーザダイオード235と、レーザダイオード235から出射されたレーザ光の一部を透過させ、一部を反射させるハーフミラー236と、ハーフミラー236からの反射光を更に反射させるミラー237と、半導体装置100からの反射光及びミラー237からの反射光を受光する受光素子241と、を含んでいても良い。
演算装置250は、例えば、FFT(Fast Fourier Transform)アナライザ等であっても良い。
図10は、本実施形態に係る検査方法について説明するためのフローチャートである。
ステップS101においては、例えば図11に示す様に、試料台210上に複数の試料120を配置する。試料台210に保持手段211を設ける場合には、ステップS101において試料120の保持を開始しても良い。図示の例においては、複数の試料120それぞれが保持手段211によって保持される。尚、図示の例において、試料120は、例えば図12に示す様に、X方向及びY方向に並ぶ複数の半導体装置100を含んでいる。
ステップS102においては、音波発生装置220による音波の発生を開始する。これにより、複数の試料120に設けられた複数のボンディングワイヤBが共振する。ここで、ボンディングワイヤBのパッド電極Pとの接続部は、通常、あまり大きく振動しない。一方、不良接続部は比較的大きく振動する。試料台210は振動しない。
ステップS103においては、可視光又は不可視光の照射及び受光が行われる。
例えば図13に例示する様に、レーザダイオード235からレーザ光を出射する。このレーザ光は、ハーフミラー236、光ファイバ232、プローブヘッド233及びガルバノミラー234を介して、試料120に照射される。また、このレーザ光は、試料120において反射され、ガルバノミラー234、プローブヘッド233及び光ファイバ232を介して、ハーフミラー236に照射される。また、このレーザ光は、ミラー237からの反射波と干渉した状態で、受光素子241に受光される。受光素子241の出力信号の強度は、ボンディングワイヤBの振動による位置変位に応じて増減する。
演算装置250は、例えば図14に示す様に、受光素子241の出力信号の周波数成分ごとの大きさを算出する。例えば、受光素子241の出力信号をサンプリングし、高速フーリエ変換等の演算を行う。
また、演算装置250は、例えば、算出された値と基準値との差分を算出する。基準値は、例えば図15に示す様に、周波数成分ごとに異なる大きさを有していても良い。基準値は、例えば、不良接続部を含まない試料120に対してレーザ光を照射した場合に得られる値であっても良い。この場合、レーザ光の照射範囲に不良接続部が含まれていないタイミングでは、測定値及び基準値の差分が、全周波数成分に渡ってしきい値よりも小さくなる。一方、レーザ光の照射範囲に不良接続部が含まれているタイミングでは、図16に例示する様に、測定値及び基準値の差分がしきい値よりも大きくなる。
また、演算装置250は、上記差分が全周波数成分に渡ってしきい値よりも小さいか否かを判定し、小さかった場合には正常を示す信号を出力し、それ以外の場合には不良を示す信号を出力する。
次に、ガルバノミラー234によって試料120におけるレーザ光の照射位置を移動させ、同様の処理を行う。以下同様に、ガルバノミラー234によって試料120におけるレーザ光の照射位置を移動させつつ、同様の処理を行う。
その後、ステップS104において音波を停止させ、検査を終了する。
尚、検査を高速に行うためには、レーザ光の照射範囲に、より多くの接続部を含めることが望ましい。一方、検査を高精度に行うためには、レーザ光の照射範囲における接続部の割合が大きいことが望ましい。レーザ光の照射範囲及びガルバノミラー等による照射位置の制御等は、上記の観点から、種々の態様によって調整可能である。
例えば、ポイントレーザをX方向及びY方向に走査する場合、レーザ光は、ボンディングワイヤBの接続部又はパッド電極Pに選択的に照射されても良い。また、X方向に延伸するラインレーザをY方向に走査する場合、レーザ光は、X方向に並ぶ複数の接続部又はパッド電極Pを含む様に照射されても良い。即ち、X方向又はY方向において隣り合う2つの接続部又は2つのパッド電極Pに着目した場合に、これらに照射されるレーザ光の光量及び照射時間の少なくとも一方が、これらの間の部分に照射されるレーザ光の光量及び照射時間の少なくとも一方より大きくても良い。例えば、X方向又はY方向において隣り合う2つの接続部又は2つのパッド電極Pの間の部分に、レーザ光を照射しなくても良い。
[その他の実施形態]
以上、第1実施形態について説明したが、第1実施形態はあくまでも例示に過ぎず、詳細については適宜変更可能である。
以上、第1実施形態について説明したが、第1実施形態はあくまでも例示に過ぎず、詳細については適宜変更可能である。
例えば、図9には、光照射装置230としてレーザ干渉計231を用い、受光装置240として受光素子241を用い、演算装置250としてFFTアナライザを用いる検査装置を例示した。しかしながら、例えば、光照射装置230として可視光による照明装置を用い、受光装置240として撮像素子を用いることも可能である。この様な場合、例えば図10のステップS103において、ボンディングワイヤBのパッド電極Pとの接続部を撮像することが考えられる。ここで、正常接続部はあまり大きく振動しないため、比較的コントラスト値の大きい画像が取得されると考えられる。一方、不良接続部は比較的大きく振動するため、比較的コントラスト値の小さい画像が取得されると考えられる。従って、演算装置250によって画像のコントラスト値を算出し、このコントラスト値を所定のしきい値と比較することにより、不良接続部を検出可能である。
[その他]
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
BL…ビット線、SL…ソース線、MC…メモリセル、STD…ドレイン選択トランジスタ、STS…ソース選択トランジスタ、WL…ワード線、SGD…ドレイン選択線、SGS…ソース選択線。
Claims (5)
- 実装基板と、
前記実装基板に配置される半導体チップと、
前記実装基板及び前記半導体チップに接続された配線と
を備える半導体装置の検査方法であって、
前記配線の固有振動数を有する音波を発生させる工程と、
前記音波を発生させた状態で前記配線に可視光又は不可視光を照射する工程と、
前記可視光又は不可視光を受光する工程と、
受光した前記可視光又は不可視光に基づいて前記配線の振動を検出する工程と
を含む半導体装置の検査方法。 - 前記音波を発生させる工程において、一定の振動数の音波を発生させ、又は、2以上の振動数の音波を発生させる
請求項1記載の半導体装置の検査方法。 - 前記半導体装置は、
前記実装基板に積層され、複数のパッド電極を備える複数の前記半導体チップと、
前記実装基板及び前記複数の半導体チップの複数のパッド電極に接続された複数の配線と
を備える請求項1又は2記載の半導体装置の検査方法。 - 前記配線に前記可視光又は前記不可視光を照射する工程において、前記複数の半導体チップの複数のパッド電極に照射される前記可視光又は前記不可視光の光量及び照射時間の少なくとも一方は、前記複数の半導体チップの複数のパッド電極の間の部分に照射される前記可視光又は前記不可視光の光量及び照射時間の少なくとも一方よりも大きい
請求項3記載の半導体装置の検査方法。 - 実装基板と、
前記実装基板に配置される半導体チップと、
前記実装基板及び前記半導体チップに接続された配線と
を備える半導体装置の検査装置であって、
前記半導体チップが配置される試料台と、
前記配線の固有振動数を有する音波を発生させる音波発生装置と、
前記音波を発生させた状態で前記配線に可視光又は不可視光を照射する光照射装置と、
前記可視光又は不可視光を受光する受光装置と、
前記受光装置の出力信号に基づいて前記配線の振動を検出する演算装置と
を備える半導体装置の検査装置。
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