JP3016273B2 - ボンディング検査装置 - Google Patents

ボンディング検査装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体集積回路を製
造する際に使用され、特にボンディングワイヤの加工に
際して、そのボンディングワイヤの高さを測定して良否
を判定するボンディング検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の製造工程においては、
回路要素が形成された半導体チップの表面に形成される
端子部と、半導体チップの外部に設定される端子パッド
部との間をボンディングワイヤによって接続するボンデ
ィング工程が存在する。
【0003】このボンディング工程は、ロボット機構を
用いて自動的に作業されるものであるが、そのボンディ
ングワイヤの設定された状態を検査する必要がある。特
に、ボンディングワイヤの半導体チップ面からの高さの
検査が重要であり、もしボンディングワイヤの設定され
た高さが低い場合には、このボンディングワイヤとチッ
プとが接触する可能性があり、この半導体装置の信頼性
を低下させる要因となる。
【0004】この様なボンディングの状態を検査する手
段としては、例えば特開昭59−139638号公報に
記載された検査方法が知られている。この方法は、基本
的にはボンディングワイヤの接続された半導体チップの
平面像を撮像するもので、この撮像に際して、その撮像
面を半導体チップの高さ方向に変化させ、複数の高さ位
置でそれぞれ断層面を撮像する。そして、この高さ方向
に異なる複数の撮像出力によって、三次元的な検査が行
われるようにしている。
【0005】しかし、この様な検査方法では、半導体チ
ップ面からの高さを異ならせてボンディングワイヤを撮
像し、その各高さにおいて撮像された映像に基づいて三
次元的な情報を得るものであるため、撮像装置の焦点深
度を小さくすることが必要である。
【0006】しかし、撮像装置の光学系においてその焦
点深度を小さくすると、撮像装置のレンズと被検物との
間隔である作動距離が短くなる。また撮像装置の開口が
大きくなるようになって、この検査装置における干渉等
が大きな制約となる。
【0007】また、半導体チップの上に湾曲して張り渡
されるボンディングワイヤを、その高さ方向に別けて連
続的に撮像認識するものであるため、撮像装置と被検物
とを結ぶZ軸方向に細かく分割移動させる機構が必要で
ある。そして、その各移動位置において、その都度焦点
が合わされたワイヤ部分を認識することが不可欠であ
り、計測作業に多大な労力と時間が必要となる。
【0008】さらに、撮像装置若しくは被検査物である
半導体チップを、前記Z軸方向に細かく分割移動させる
機構を設ける必要があり、装置の構成が複雑化すると共
にその制御が繁雑化し、大規模の検査装置が必要とな
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、特に焦点深度を小さくした
撮像手段を用いる必要がなく、また測定系統の機械的な
移動制御の必要性をなくして、機構的に簡単に構成でき
るようにすると共に、簡単に且つ高速に高精度の測定が
可能とされるようにしたボンディング検査装置を提供し
ようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係るボンディ
ング検査装置は、ボンディングワイヤの接続された半導
体チップ面を、第1の方向から角度θに設定した拡散光
源で照明すると共に、これと反対の第2の方向に角度θ
に設定した撮像手段で、前記ボンディングワイヤの実像
および前記チップ面に写るボンデイングワイヤの写像を
撮像し、前記チップ面からの距離を異ならせた複数の点
でボンディングワイヤの実像と写像との距離を計測す
る。そして、この計測値と前記θとに基づいてボンディ
ングワイヤのチップ面からの高さを算出させるようにす
る。
【0011】
【作用】この様に構成されるボンディングワイヤ検査装
置によれば、被検査物である半導体チップ面を、それぞ
れ等しい角度θが設定された光源で照明し、また撮像装
置で撮像して、ボンディングワイヤそのものの実像と共
に、チップ面に写る虚像となる写像が1つの映像として
撮像される。したがって、ボンディングワイヤの実像と
写像との間には、ボンディングワイヤのチップ面からの
高さに対応した間隔が設定されるもので、この実像と虚
像である写像との間隔がそのままボンディングワイヤの
設置された位置を表現するようになる。すなわち、固定
設定された光源および撮像手段によってボンデングワイ
ヤの良否の状態が確実に判定されるようになる。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。まず、図1で示すように半導体チップ11が設
置されるものであるが、この半導体チップ11とパッド12
との間には、被検物とされるボンディングワイヤ13が接
続されている。そして、この半導体チップ11のボンディ
ングワイヤ13の接続された面を、光源14によって照明す
ると共にTVカメラ15によって撮像させるようにする。
【0013】図2はこの撮像部分を取出して示したもの
で、光源14からの光は拡散板141 を介して、半導体チッ
プ11の面に第1の方向から角度θで照射される。そし
て、TVカメラ15の光軸は、光源14の設定される第1の
方向と反対側の第2の方向から半導体チップ11の面に向
けて設定されるもので、この場合このチップ11の面とT
Vカメラ15の光軸との角度は、光源14の光軸と同じθに
設定される。
【0014】例えば、図3で示すように2本のボンディ
ングワイヤ131 、132 が設定されていたと仮定すると、
拡散板141 を介して角度θに設定された光源14から照明
された半導体チップ11の面には、ボンディングワイヤ13
1 、132 が写った虚像161 、162 が存在するようにな
り、このボンディングワイヤ131 、132 そのものの像と
共に虚像161 、162 がTVカメラ15で撮像されるように
なる。
【0015】なお、以後の説明では説明の便のために1
本のボンディングワイヤ13が半導体チップ11に接続され
ている場合を想定するもので、半導体チップ11の面に1
本のボンディングワイヤ13が接続されている場合のTV
カメラ15で撮像された像は、例えば図4で示すように、
ボンディングワイヤ13そのものの実像31と虚像に対応す
る写像32とが合成された映像とされる。33はチップ面で
ある。
【0016】光源14においては、この様な実像と共に写
像が表現される照明を行わせるように構成されるもの
で、例えば拡散板141 を用いた拡散光源とし、ハロゲン
ランプ等が光源14として使用される。もちろん、拡散板
を用いないで拡散光源を実現することもできる。
【0017】また、光源14およびTVカメラ15の設定さ
れる半導体チップ11面に対する角度θは、例えば図3で
示したように複数のボンディグワイヤ131 、132 が設定
された場合においても、これらのワイヤ131 、132 で得
られる像と、その虚像161 、162 とが重なることがない
条件に設定される。
【0018】TVカメラ15で撮像された映像は図4で示
したようになるもので、半導体チップ11の面は反射によ
って明るく表現され、ボンディングワイヤの実像31は対
向する位置に設定される照明のために暗く写る。また、
チップ11の表面が鏡として作用して暗い写像32が同時に
得られる。
【0019】この様な写像32は通常ノイズ成分として取
り扱われるが、この実施例で示した装置においてはこの
写像32を実像31と共に利用する。すなわち、実像31と写
像32とによってボンディングワイヤ13の状態を計測させ
るようにする。
【0020】この図4で示した像がTVカメラ15で撮像
され、このTVカメラ15で得られた画像信号は画像処理
装置17に供給される。すなわち、TVカメラ15からのア
ナログ状の画像信号は、画像処理装置17のA/D変換部
18に入力されてディジタル画像信号に変換され、このデ
ィジタル画像信号はフレームメモリ19に格納する。
【0021】ここで、A/D変換部18における変換レベ
ルLg は、設定メモリ20に予め設定されているもので、
この変換レベルLg は光源14の明るさ、TVカメラ15等
の特性条件に合った値が記憶されているものを用いる。
【0022】フレームメモリ19に格納されたディジタル
画像信号は、2値化手段21に供給され、2値化された画
像データとされる。この2値化する場合の2値化レベル
Lbは、変換レベルLg の場合と同様に設定メモリ20
に予め記憶設定されている。そして、この2値化手段21
によって図4で示されるような2値化画像が得られるよ
うになる。
【0023】チップ位置検出手段22においては、設定メ
モリ20からの検出エリアP指定にしたがって、エッジ検
出あるいはパターンマッチング等によって半導体チップ
11の位置ずれ範囲をカバーする。そして、ワイヤ検出手
段23においては、予めチップ11の位置に対するボンディ
ングワイヤの検出エリア指定によって、図5の(A)に
L−Rで示す画面上の座標を得る。
【0024】このワイヤ検出手段23では、座標L−Rに
沿って画素が“白”から“黒”に替わるワイヤ端RWL1、
また画素が“黒”から“白”に替わるワイヤ端RWR1の画
素上の座標を求め、このそれぞれの座標に基づいて実像
31のワイヤ中心RWC1の座標を得る。同様にL−Rに沿っ
た座標SWR1およびSWL1から、写像32の中心座標SWC1、SW
C2を得る。
【0025】この様にワイヤ検出手段23で得られた座
標、および既知の角度θに基づいて、高さ算出手段24に
おいて、図5の(B)で示すL−R上のボンディングワ
イヤ13の高さH1 を、次式に基づき算出する。 Hi =(|RWCi−SWCi|)/2 sinθ (ただし、iは1、2、……の数値)
【0026】さらに、座標L−Rに対して任意の距離分
上方に平行移動した位置で、L−Rに平行な線に対応し
て、同様に座標RWLiおよびRWRi、さらに座標SWRiおよび
SWLiを求め、座標RWCiおよびSWCiを算出する。そして、
上記式に基づいてその点のボンデングワイヤ13のチップ
1 面からの高さHi を求める。
【0027】この様にして求められたボンディングワイ
ヤ13のチップ11面からの高さHi と設定メモリ20に設定
された判定規格と比較して、判定手段25においてこの半
導体チップ11のボンデングワイヤ13の良否を判定し、外
部出力する。
【0028】図6はチップ位置検出手段22における位置
検出処理の状態を説明するもので、設定メモリ20に予め
記憶された検出エリア指定P1 〜P8 の領域それぞれ
で、P1x〜P4x、およびPy5〜Py8の各エッジ位置を求
める。そして、画面上のXY座標系におけるチップ座標
を算出するようにしている。
【0029】以上説明した実施例においては、光源14と
して例えばハロゲンランプが使用されたが、その他の電
球によって構成してもよい。また拡散板141 によって拡
散照明を構成したが、これは蛍光灯等の面光源で構成す
ることもできる。
【0030】また、画像の入力に際しては白黒反転した
ものを用いるようにしてもよく、この場合は2値化した
像に基づくチップ位置検出22、さらにワイヤ検出手段23
においても、白黒逆の部分を検出させるようにすればよ
い。
【0031】図7は1つの半導体チップ11に対して、2
本のボンディングワイヤ131 および132 が接続されてい
る例が示されているもので、この場合図3を用いて説明
したように、TVカメラからの撮像画面において、ワイ
ヤ131 および132 の実像と、このそれぞれのワイヤの写
像とが重ならないように、光源およびTVカメラの設定
角度θが選定される。
【0032】図8は、この様な半導体チップのTVカメ
ラで撮像された画像の例を示すもので、2組の画像41お
よび42が形成される。この2組の画像41および42は、そ
れぞれ実像411 および421 と写像412 と422 との組み合
わせからなり、このそれぞれの画像41および42におい
て、実像と写像との間隔が求められ、2本のボンディン
グワイヤ131 および132 それぞれのチップ面からの高さ
が算出される。
【0033】
【発明の効果】以上のようにこの発明に係るボンディン
グ検査装置によれば、ボンデングワイヤの接続された半
導体チップ面に対して、等しい角度が設定される状態
で、互いに反対側に位置して拡散光源および撮像手段を
設定するようにすればよいものであり、機構的に非常に
簡素化して構成できる。そして、この様にして得られた
撮像手段からの画像信号に基づいて演算処理すること
で、半導体チップ面上のボンデングワイヤ位置、特にチ
ップ面からの高さが計測できるものであり、このボンデ
ングワイヤの検査が効率的に且つ正確に実行されるよう
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係るボンデイング検査装
置を説明するための構成図。
【図2】図1で示した装置の撮像部の構成を説明する
図。
【図3】撮像される半導体チップ部の例を示す図。
【図4】撮像画面の例を示す図。
【図5】(A)および(B)は高さ検出手段における処
理を説明する図。
【図6】チップ位置検出手段における検出処理を説明す
る図。
【図7】(A)はボンディングワイヤが2本の場合の半
導体チップの平面図で、(B)はその側面図。
【図8】図7で示した半導体チップの画像を示す図。
【符号の説明】
11…半導体チップ、13、131 、132 …ボンディングワイ
ヤ、14…光源、141 …拡散板、15…TVカメラ(撮像手
段)、161 、162 …虚像、17…画像処理装置、18…A/
D変換部、19…フレームメモリ、20…設定メモリ、21…
2値化手段、22…チップ位置検出手段、23…ワイヤ検出
手段、24…高さ検出手段、25…判定手段、31…実像、32
…写像、33…チップ面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップのボンディングワイヤの接
    続面を、第1の方向から特定される角度θで照明する拡
    散光源と、前記第1の方向と反対の第2の方向から前記
    特定される角度θで前記半導体チップのボンディングワ
    イヤの接続面に向けて設定され、前記ボンディングワイ
    ヤの実像およびこのボンディングワイヤの前記半導体チ
    ップ面に写る写像を撮像する撮像手段と、この撮像され
    た画像に基づいて、前記ボンディングワイヤの実像およ
    びその写像からなる2値像を形成する手段と、この手段
    で形成された2値像に基づき位置を異ならせた複数の点
    で、前記ボンディングワイヤの実像と写像との間隔を求
    めるワイヤ検出手段と、このワイヤ検出手段で求められ
    た前記間隔と前記撮像手段の設定される特定される角度
    θに基づいて、前記ボンディングワイヤの前記半導体チ
    ップ面からの高さを算出する手段とを具備し、この手段
    で算出されたボンディンクワイヤのチップ面からの高さ
    に基づいて良否判定を行うようにしたことを特徴とする
    ボンディング検査装置。
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