JP3604618B2 - 半導体素子の検査方法及び検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の検査を行う方法および装置に関し、より詳しくは、チップと、リード部と、チップを封止している透明な封止体とを有する半導体素子に光を照射し、この半導体素子からの光を検出して、上記封止体の欠陥の有無を検査するための方法およ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示すように、チップ１４表面に光学センサ（光電センサ）１６が実装されている場合、この光学センサが外界の光信号を受光可能とするために、チップは一般にモールドと呼ばれる透明樹脂製封止体で封止される。従来、このようなモールドの表面欠陥および内部欠陥は、半導体素子全部について、専任の検査員が顕微鏡を用いて目視で個々に行っていた。具体的には、図１１に示すように、単品位置決めジグ２９に単品状態の被検査体をセットし、専任の検査員がモールド表面欠陥、モールド内部欠陥を顕微鏡２８を用いて検査ステーション３０にて１個ずつ検査し、欠陥が発見された場合は、検査員が自ら取り除いていた。
【０００３】
光学センサ上面及び光学センサ付近に欠陥が存在すると、外界からの光信号を正常に受光することができなくなるため、このようなモールドの欠陥検査は必要不可欠な検査である。
【０００４】
モールド表面の欠陥とは、モールド表面のキズやモールド表面に付着した異物等のことである。一方、モールド内部の欠陥とは、モールド内部の気泡・異物等のことである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の目視による半導体素子のモールド欠陥検査は主として次のような欠点がある。
【０００６】
（１） 目視検査では見落としなどの検査ミスが生じる。
【０００７】
（２） 検査基準がばらつき、品質が安定しない。
【０００８】
（３） 人間の処理能力には限界がある。
【０００９】
（４） 欠陥の大きさ・形状及び場所が不特定で有るため、目視検査が非常に困難。
【００１０】
（５） 検査に長時間を要する。
【００１１】
この発明は、上記のような欠点を解消するためになされたもので、半導体素子の透明樹脂からなるモールド（封止体）の検査を自動化して、検査の信頼性を向上することのできる検査方法および検査装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の検査方法は、チップと、リード部と、上記チップを封止している透明樹脂からなる封止体とを有する半導体素子に光を照射し、この半導体素子からの光を検出して、上記封止体の欠陥の有無を検査するための半導体素子の検査方法であって、
被検査体である半導体素子を、上記チップの上面が上記封止体を介して光検出手段に対向するように、該光検出手段の下方に設置し、
封止体に欠陥がない場合には半導体素子からの光が上記光検出手段に入射せず、かつ、封止体に欠陥がある場合にはその欠陥によって生じる散乱光が上記光検出手段に入射するような方向から、この半導体素子に光源からの光線を入射させ、
上記光検出手段による検出結果に基づいて、半導体素子の封止体の欠陥の有無を判定するようにしており、
また、上記半導体素子の検査には、上記封止体の表面欠陥の有無を検査する表面欠陥検査と上記封止体の内部欠陥の有無を検査する内部欠陥検査とがあり、
チップ表面と検出すべき封止体の欠陥とのコントラストが得られるように、上記表面欠陥検査では水平方向に対して１０°〜３０°の角度の下斜め方向から半導体素子に光源からの光線を入射させ、上記内部欠陥検査では水平方向に対して下方に０°〜２０°の角度をなす方向から半導体素子に光源からの光線を入射させることを特徴としている。
【００１３】
【００１４】
この検査方法を実施するために、本発明の検査装置は、
被検査体である半導体素子を照射するための光源と、
被検査体である上記半導体素子のチップに上記封止体を介して対向する位置に配置され、上記光源によって照射されたこの半導体素子からの光を検出する光検出手段と、
上記光検出手段によって検出された光に基づいて、半導体素子の封止体の欠陥の有無を判定する判定手段とを備え、
上記光源から半導体素子へ光線を入射させる方向は、封止体に欠陥がない場合には半導体素子からの光が上記光検出手段に入射せず、かつ、封止体に欠陥がある場合にはその欠陥によって生じる散乱光が上記光検出手段に入射するように設定されており、
また、上記半導体素子の検査には、上記封止体の表面欠陥の有無を検査する表面欠陥検査と上記封止体の内部欠陥の有無を検査する内部欠陥検査とがあり、
チップ表面と検出すべき封止体の欠陥とのコントラストが得られるように、上記表面欠陥検査では水平方向に対して１０°〜３０°の角度の下斜め方向から半導体素子に光源からの光線を入射させ、上記内部欠陥検査では水平方向に対して下方に０°〜２０°の角度をなす方向から半導体素子に光源からの光線を入射させるようになっていることを特徴とする。
【００１５】
上記検査装置を用いた上記検査方法では、封止体に欠陥がない場合には、光源から半導体素子の封止体に入射した光は、封止体の上面とこれに対向するチップ表面によって全反射を繰り返しながら前進した後、封止体の外にでる。この光は光検出手段には入射しない。一方、封止体の表面あるいは内部に欠陥がある場合には、光源から半導体素子に入射した光はこの欠陥によって乱反射し、封止体の上面から散乱光が出て、光検出手段に入射する。つまり、光検出手段が封止体からの光を検出したか否かによって、封止体に欠陥があるかないかを判定できる。よって、この発明の検査方法を用いれば、封止体の欠陥検査を自動化できる。
上記封止体の表面欠陥の有無を検査する場合に、水平方向に対して１０°〜３０°の角度の下斜め方向から半導体素子に光源からの光線を入射させるのは、水平方向に対して下１０°〜３０°の角度が、チップ表面と表面欠陥とのコントラストを最も良好に得られる角度であるからである。角度が１０°より小さいと、封止体に入射した光源からの光線はチップ表面で乱反射し、また、角度が３０°より大きいと、光線が封止体を突き抜けて光検出手段に入射してしまう。したがって、いずれの場合も、チップ表面と欠陥とのコントラストがなくなり欠陥を検出できない。
【００１６】
上記封止体の内部欠陥の有無を検査する場合に、水平方向に対して下方に０°〜２０°の角度をなす方向から半導体素子に光源からの光線を入射させるのは、水平方向に対して下０°〜２０°の角度が、チップ表面と内部欠陥とのコントラストを最も良好に得られる角度であるからである。角度が０°より小さいと、封止体に入射した光源からの光線はチップ表面で乱反射し、また、角度が２０°より大きいと、光線が封止体を突き抜けて光検出手段に入射してしまう。したがって、いずれの場合も、チップ表面と欠陥とのコントラストがなくなり欠陥を検出できない。
【００１７】
上述した角度で光源から光線を半導体素子に入射させるために、上記検査装置は、上記光源からの光線が水平方向に対して下側に０°〜３０°の角度をなして半導体素子に入射できるように、光源の光線の出射方向を調整可能としてもよい。０°〜３０°の範囲で調整可能であれば、封止体の表面欠陥を検査するときに使用する角度（１０°〜３０°）にも、封止体の内部欠陥を検査するときに使用する角度（０°〜２０°）にも対応できる。
【００１８】
一実施形態では、高い検出精度を確保するために、上記光源として６００ｎｍ〜６７０ｎｍの波長を有するＬＥＤ光源が用いられる。
【００１９】
一実施形態において、上記検査装置における光検出手段は、半導体素子から来る光を取り込んで半導体素子の画像を形成する撮像手段からなる。この場合、検査装置は撮像手段によって得られた画像を処理して所定の検査領域内の画像データを得る画像処理手段をさらに備え、上記判定手段は上記画像処理手段によって得られた画像データを欠陥判定基準と比較して封止体の欠陥の有無を判定する。
【００２０】
一実施形態では、上記撮像手段はテレセントリックレンズとＣＣＤカメラを備えている。テレセントリックレンズは特定方向の光成分のみを取り込むことができるので、欠陥に起因する散乱光のみを取り込んで撮像することができる。
【００２１】
より高精度の欠陥検出を行うために、外部からの光線が上記光検出手段によって検出されないよう、外部からの光線を遮断する遮光板を設けてもよい。
【００２２】
封止体の表面欠陥を検査する場合と、封止体の内部欠陥を検査する場合とで、被検査体における検査領域と欠陥判定基準を変えることにより、高精度に欠陥を検査することができる。
【００２３】
一実施形態において、上記光源、光検出手段、判定手段はそれぞれ、封止体の表面欠陥を検査するための第１の光源、第１の光検出部、第１の判定部と、封止体の内部欠陥を検査するための第２の光源、第２の光検出部、第２の判定部とを備えており、上記第１の光源からの光線の出射方向は、この光線が水平方向に対して下側に１０°〜３０°の角度をなして半導体素子に入射できるように調整可能であり、上記第２の光源からの光線の出射方向は、この光線が水平方向に対して下側に０°〜２０°の角度をなして半導体素子に入射できるように調整可能である。そして、第１の判定部と第２の判定部は互いに異なる欠陥判定基準を用いて欠陥の判定を行う。この実施形態では、第１の光源、第１の光検出部、第１の判定部によって一半導体素子の封止体表面の欠陥が検査されている間に、第２の光源、第２の光検出部、第２の判定部によって別の半導体素子の封止体内部の欠陥が検査される。よって、封止体表面と封止体内部の欠陥を共通の光源、共通の光検出部、共通の判定部によって検査する場合に比べて、検査時間が短くなる。
【００２４】
一実施形態では、リード部がフレームに接続された状態（つまり、複数のチップがリードフレームに搭載された状態で、以下、この状態をフレーム状態とも言う。）で半導体素子の検査が行なわれる。この場合、検査装置は、リード部がフレームに接続された状態で複数の半導体素子を順次上記光検出手段の方へ送る供給手段と、上記供給手段によって送られてきた半導体素子を上記光検出手段下方の所定箇所に位置決めする位置決め手段とをさらに備える。フレーム状態にある半導体素子は、自動ピッチ送り等の供給手段によって、自動的に所定距離づつ光検出手段の方へと送ることができる。したがって、フレームがリード部が切り離された単品状態の被検査体を所定箇所に位置決めする場合に比べて、被検査体の位置決めが容易である。また、フレーム状態の被検査体には光源からの光線が、遮られることなく上述した方向から半導体素子に入射できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の半導体素子の検査装置の一実施形態の機構図である。この図に示すように、検査装置は、光源２、遮光板４、テレセントリックレンズ５、ＣＣＤカメラ６、画像メモリ７、画像処理部８、画像判定部９、そして装置駆動部２２を有する。
【００２６】
光源２は、被検査体である半導体素子１を取り巻くように配置されており、この光源２からの光線３によって半導体素子１を照明する。半導体素子１は、例えば図８に示すように、チップ１４と、ワイヤー１３と、チップ１４表面に搭載された光電センサ１６と、リード部２０と、透明樹脂からなる封止体（以下、モールドという）２１とからなる。テレセントリックレンズ５とＣＣＤカメラ６は半導体素子１の上方に位置するよう設置されて、半導体素子１を撮像する。テレセントリックレンズ５とＣＣＤカメラ６は撮像手段であり光検出手段である。ＣＣＤカメラ６からの画像信号は画像メモリ７に格納される。そして、画像処理部８は画像メモリ７から読み出された画像信号を処理して所定の検査領域内の画像データを得る。画像データは画像判定部９に送られる。画像判定部９は、画像データと欠陥判定基準を比較して、半導体素子の良否、より詳しくは、モールド（封止体）の欠陥の有無を判定し、判定結果信号１０を出力する。装置駆動部２２はこの判定結果信号１０を受け、判定結果に応じて半導体素子１を分類収納するように、そのための装置を駆動する。なお、画像処理や画像判定は公知の手法を利用して行うことができる。
【００２７】
被検査体である半導体素子１に対して外乱光が入ると、半導体素子１の上面つまりモールド２１の上面からの外乱光によって、チップ１４表面が乱反射を起こし、その結果、チップ１４表面と欠陥とのコントラストがなくなり、検査ができなくなる。このような事態を回避するために、遮光板４が、光源２および被検査体１を覆うようにテレセントリックレンズ５の回りに設けられている。
【００２８】
光源２には単一ピーク波長のＬＥＤ光源を用いる。この理由は、複数のピーク波長を含んだ光源では、チップ表面で乱反射を起こして、チップ表面と欠陥とのコントラストがなくなり、検査ができなくなるからである。また、テレセントリックレンズ５を用いることによって、特定方向のみの光成分を取り込むことができ、欠陥で乱反射した散乱光のみを撮像することができる。
【００２９】
ＬＥＤ光源としては、６００ｎｍ〜６７０ｎｍのピーク波長を有するＩｎＧａＡｌＰ系の黄色ＬＥＤ及びＧａＡｌＡｓ系の赤色ＬＥＤが望ましい。ＧａＮ系の青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、ＩｎＧａＡｌＰ系の黄色ＬＥＤ、ＧａＡｌＡｓ系の赤色ＬＥＤについて検討したが、ピーク波長６００ｎｍ〜６７０ｎｍのＩｎＧａＡｌＰ系及びＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤが特に検出精度がよかった。
【００３０】
また、この実施形態では、光源２はモールド表面欠陥検査とモールド内部欠陥検査の両方に共通に使用されるため、水平方向に対して下側に０°〜３０°の角度をなして光線３が半導体素子１に入射できるように、光線の出射方向を調整可能にしている。ただし、モールド表面欠陥検査時には、図２に示すように、水平方向に対して下側に１０°〜３０°の角度θをなして光線３が半導体素子１に入射できるように出射方向が調整され、モールド内部欠陥検査時には、図３に示すように、水平方向に対して下側に０°〜２０°の角度θをなして光線３が半導体素子１に入射できるように出射方向が調整される。図２、３において、１１はモールド表面の欠陥を表し、１２はモールド内部の欠陥を表している。また、１５はこれらの欠陥によって生じる散乱光を表している。
【００３１】
図６はモールド表面欠陥検査時の光源配置角度比較図である。この図に示すように、モールド表面欠陥検査では、半導体素子１に対する光源２の配置角度（つまり、半導体素子１に対する光線３の出射方向）として、水平方向に対して下側の角度θ＝１０°〜３０°が最もチップ表面と欠陥とのコントラストを得られる角度であり、この範囲の角度で光線３を半導体素子１に入射させれば、（ｂ）に示すように、光源２からの入射光３が欠陥で乱反射して、半導体素子１の上面つまりモールド２１の上面に散乱光１５として現われ、この光１５を良好に検出することができる。この角度では、モールド２１に欠陥がない場合には、（ａ）に示すように、入射光３はモールド上面とチップ１４表面との間を全反射しながら前進して、モールド２１の外に出た光はエキセントリックレンズ５に取り込まれない。一方、（ｃ）に示すように、角度θが１０°より小さいとチップ１４表面で乱反射し、また、（ｄ）に示すように、角度θが３０°より大きいと光線３がモールド２１を突き抜けて直接ＣＣＤカメラ６に入るため、いずれの場合も欠陥とのコントラストがなくなり欠陥を検出できない。
【００３２】
図７はモールド内部欠陥検査時の光源配置角度比較図である。この図に示すように、モールド内部欠陥検査では、半導体素子１に対する光源２の配置角度（つまり、半導体素子１に対する光線３の出射方向）として、水平方向に対して下側の角度θ＝０°〜２０°が最もチップ表面と欠陥とのコントラストを得られる角度であり、この範囲の角度で光線３を半導体素子１に入射させれば、（ｂ）に示すように、光源２からの入射光３が欠陥で乱反射して、半導体素子１の上面つまりモールド２１の上面に散乱光１５として現われ、この光１５を良好に検出することができる。この角度では、モールド２１に欠陥がない場合には、（ａ）に示すように、入射光３はモールド上面とチップ１４表面との間を全反射しながら前進して、モールド２１の外に出た光はエキセントリックレンズ５に取り込まれない。一方、（ｃ）に示すように、角度θが０°より小さいとチップ１４表面で乱反射し、また、（ｄ）に示すように、角度θが２０°より大きいと光線３がモールド２１を突き抜けて直接ＣＣＤカメラ６に入るため、いずれの場合も欠陥とのコントラストがなくなり欠陥を検出できない。
【００３３】
図４はモールド表面欠陥検査およびモールド内部欠陥検査でそれぞれ得られる半導体素子１（図８参照）の画像の一例である。１１は表面欠陥、１２は内部欠陥である。
【００３４】
画像処理部８では、画像メモリ７から画像を読み出して画像処理を行い、モールド表面欠陥検査とモールド内部欠陥検査それぞれに応じて、設定された検査領域の画像データを抽出する。そして、画像判定部９では、この画像データと検査に応じた検査判定基準とを比較して欠陥の有無の判定を行い、その結果を判定結果信号１０として出力する。出力された結果信号１０は装置駆動部２２に伝えられる。
【００３５】
図５は、被検査体１をフレーム状態１７で位置決めピン１８にて位置決めを行う場合を示している。光源２はフレームサポート１９の下方に配置されている。このようにフレーム状態で被検査体を送って位置決めする場合には、単品状態で位置決めする場合に比べて位置決めが容易になる。また、単品状態で位置決めする場合には、位置決め機構の構造によっては、下方からの光線３は遮断されることがあるが、図５に示した位置決め機構は、その下方に配置された光源２からの光線３を、遮ることなく被検査体に入射させることができる。
【００３６】
図９は本発明の別の実施形態による検査装置のブロック図である。この実施形態でも被検査体をフレーム状態で供給するため、フレーム供給部２３を有する。このフレーム供給部２３から供給されたフレーム１７を、図１０に示すように、自動ピッチ送りにて１ピッチずつ送り、位置決めピン１８で位置決めを行って、検査ステーション３０にて被検査体を１つずつ検査する。
【００３７】
また、図１に示した検査装置がモールド表面欠陥検査とモールド内部欠陥検査とを１つの検査ステーションで行うのに対して、図９の検査装置は、モールド表面欠陥検査とモールド内部欠陥検査とをそれぞれ別の検査ステーション３０で行うようにしたものである。そのため、モールド表面欠陥検査部２４とモールド内部欠陥検査部２５を別々に備えると共に、それぞれに対する画像判定部９を別々に備える。モールド表面欠陥検査部２４とモールド内部欠陥検査部２５の各々は、図１に示した構成部材２，４，５，６，７，８と同様の構成を備えている。この検査装置は、さらに、半導体素子のリード部２０をフレームから切り離して単品状態にする単品カット部２６と、分類収納部２７と、装置駆動部２２を有する。
【００３８】
この検査装置では、モールド表面検査とモールド内部検査を同時に行い、フレーム状態の被検査体を単品カット部２６にて単品にカットして、画像判定部９,９で判定されたモールド表面検査・モールド内部検査の２つの検査結果を装置駆動部２２にメモリし、その結果を基に、分類収納部２７にて、自動的に良品・不良品の分類収納を行う。モールド表面検査とモールド内部検査はそれぞれ同時に別々の被検査体に対して行い、検査装置の処理時間の短縮を図っている。
【００３９】
【発明の効果】
以上のことから、本発明の検査方法および検査装置を用いれば、透明樹脂で封止された半導体素子の外観検査を精度良く行うことができる。また、信頼性の向上及び検査の自動化が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体素子の検査装置の一実施形態の機構図。
【図２】本発明のモールド表面の欠陥を検査する方法を説明する図。
【図３】本発明のモールド内部の欠陥を検査する方法を説明する図。
【図４】同検査装置のモールド表面欠陥検査用およびモールド内部欠陥検査用の光源を点灯したときにそれぞれ得られる画像の一例を示した図。
【図５】本発明における光源配置図。
【図６】モールド表面欠陥検査光源配置角度比較図。
【図７】モールド内部欠陥検査光源配置角度比較図。
【図８】被検査体である半導体素子の一例を示す平面図で、チップ表面に実装されている光電センサの一例を示している。
【図９】本発明の半導体素子の検査装置の別の実施形態の機構図。
【図１０】本発明の検査方法の一例を示した図。
【図１１】従来技術の目視検査方法の一例を示した図。
【符号の説明】
１ 半導体素子
２ 光源
３ 光線
４ 遮光板
５ テレセントリックレンズ
６ ＣＣＤカメラ
７ 画像メモリ
８ 画像処理部
９ 画像判定部
１０ 判定結果信号
１１ 表面欠陥
１２ 内部欠陥
１３ ワイヤー
１４ チップ
１５ 散乱光
１６ 光電センサ
１７ 半導体素子（フレーム状態）
１８ 位置決めピン
１９ フレームサポート
２０ リード部
２１ 透明樹脂からなる封止体（モールド）
２２ 装置駆動部
２３ フレーム供給部
２４ モールド表面欠陥検査部
２５ モールド内部欠陥検査部
２６ 単品カット部
２７ 分類収納部
２８ 顕微鏡
２９ 単品位置決めジグ
３０ 検査ステーション
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の検査を行う方法および装置に関し、より詳しくは、チップと、リード部と、チップを封止している透明な封止体とを有する半導体素子に光を照射し、この半導体素子からの光を検出して、上記封止体の欠陥の有無を検査するための方法およ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示すように、チップ１４表面に光学センサ（光電センサ）１６が実装されている場合、この光学センサが外界の光信号を受光可能とするために、チップは一般にモールドと呼ばれる透明樹脂製封止体で封止される。従来、このようなモールドの表面欠陥および内部欠陥は、半導体素子全部について、専任の検査員が顕微鏡を用いて目視で個々に行っていた。具体的には、図１１に示すように、単品位置決めジグ２９に単品状態の被検査体をセットし、専任の検査員がモールド表面欠陥、モールド内部欠陥を顕微鏡２８を用いて検査ステーション３０にて１個ずつ検査し、欠陥が発見された場合は、検査員が自ら取り除いていた。
【０００３】
光学センサ上面及び光学センサ付近に欠陥が存在すると、外界からの光信号を正常に受光することができなくなるため、このようなモールドの欠陥検査は必要不可欠な検査である。
【０００４】
モールド表面の欠陥とは、モールド表面のキズやモールド表面に付着した異物等のことである。一方、モールド内部の欠陥とは、モールド内部の気泡・異物等のことである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の目視による半導体素子のモールド欠陥検査は主として次のような欠点がある。
【０００６】
（１） 目視検査では見落としなどの検査ミスが生じる。
【０００７】
（２） 検査基準がばらつき、品質が安定しない。
【０００８】
（３） 人間の処理能力には限界がある。
【０００９】
（４） 欠陥の大きさ・形状及び場所が不特定で有るため、目視検査が非常に困難。
【００１０】
（５） 検査に長時間を要する。
【００１１】
この発明は、上記のような欠点を解消するためになされたもので、半導体素子の透明樹脂からなるモールド（封止体）の検査を自動化して、検査の信頼性を向上することのできる検査方法および検査装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の検査方法は、チップと、リード部と、上記チップを封止している透明樹脂からなる封止体とを有する半導体素子に光を照射し、この半導体素子からの光を検出して、上記封止体の欠陥の有無を検査するための半導体素子の検査方法であって、
被検査体である半導体素子を、上記チップの上面が上記封止体を介して光検出手段に対向するように、該光検出手段の下方に設置し、
封止体に欠陥がない場合には半導体素子からの光が上記光検出手段に入射せず、かつ、封止体に欠陥がある場合にはその欠陥によって生じる散乱光が上記光検出手段に入射するような方向から、この半導体素子に光源からの光線を入射させ、
上記光検出手段による検出結果に基づいて、半導体素子の封止体の欠陥の有無を判定するようにしており、
また、上記半導体素子の検査には、上記封止体の表面欠陥の有無を検査する表面欠陥検査と上記封止体の内部欠陥の有無を検査する内部欠陥検査とがあり、
チップ表面と検出すべき封止体の欠陥とのコントラストが得られるように、上記表面欠陥検査では水平方向に対して１０°〜３０°の角度の下斜め方向から半導体素子に光源からの光線を入射させ、上記内部欠陥検査では水平方向に対して下方に０°〜２０°の角度をなす方向から半導体素子に光源からの光線を入射させることを特徴としている。
【００１３】
【００１４】
この検査方法を実施するために、本発明の検査装置は、
被検査体である半導体素子を照射するための光源と、
被検査体である上記半導体素子のチップに上記封止体を介して対向する位置に配置され、上記光源によって照射されたこの半導体素子からの光を検出する光検出手段と、
上記光検出手段によって検出された光に基づいて、半導体素子の封止体の欠陥の有無を判定する判定手段とを備え、
上記光源から半導体素子へ光線を入射させる方向は、封止体に欠陥がない場合には半導体素子からの光が上記光検出手段に入射せず、かつ、封止体に欠陥がある場合にはその欠陥によって生じる散乱光が上記光検出手段に入射するように設定されており、
また、上記半導体素子の検査には、上記封止体の表面欠陥の有無を検査する表面欠陥検査と上記封止体の内部欠陥の有無を検査する内部欠陥検査とがあり、
チップ表面と検出すべき封止体の欠陥とのコントラストが得られるように、上記表面欠陥検査では水平方向に対して１０°〜３０°の角度の下斜め方向から半導体素子に光源からの光線を入射させ、上記内部欠陥検査では水平方向に対して下方に０°〜２０°の角度をなす方向から半導体素子に光源からの光線を入射させるようになっていることを特徴とする。
【００１５】
上記検査装置を用いた上記検査方法では、封止体に欠陥がない場合には、光源から半導体素子の封止体に入射した光は、封止体の上面とこれに対向するチップ表面によって全反射を繰り返しながら前進した後、封止体の外にでる。この光は光検出手段には入射しない。一方、封止体の表面あるいは内部に欠陥がある場合には、光源から半導体素子に入射した光はこの欠陥によって乱反射し、封止体の上面から散乱光が出て、光検出手段に入射する。つまり、光検出手段が封止体からの光を検出したか否かによって、封止体に欠陥があるかないかを判定できる。よって、この発明の検査方法を用いれば、封止体の欠陥検査を自動化できる。
上記封止体の表面欠陥の有無を検査する場合に、水平方向に対して１０°〜３０°の角度の下斜め方向から半導体素子に光源からの光線を入射させるのは、水平方向に対して下１０°〜３０°の角度が、チップ表面と表面欠陥とのコントラストを最も良好に得られる角度であるからである。角度が１０°より小さいと、封止体に入射した光源からの光線はチップ表面で乱反射し、また、角度が３０°より大きいと、光線が封止体を突き抜けて光検出手段に入射してしまう。したがって、いずれの場合も、チップ表面と欠陥とのコントラストがなくなり欠陥を検出できない。
【００１６】
上記封止体の内部欠陥の有無を検査する場合に、水平方向に対して下方に０°〜２０°の角度をなす方向から半導体素子に光源からの光線を入射させるのは、水平方向に対して下０°〜２０°の角度が、チップ表面と内部欠陥とのコントラストを最も良好に得られる角度であるからである。角度が０°より小さいと、封止体に入射した光源からの光線はチップ表面で乱反射し、また、角度が２０°より大きいと、光線が封止体を突き抜けて光検出手段に入射してしまう。したがって、いずれの場合も、チップ表面と欠陥とのコントラストがなくなり欠陥を検出できない。
【００１７】
上述した角度で光源から光線を半導体素子に入射させるために、上記検査装置は、上記光源からの光線が水平方向に対して下側に０°〜３０°の角度をなして半導体素子に入射できるように、光源の光線の出射方向を調整可能としてもよい。０°〜３０°の範囲で調整可能であれば、封止体の表面欠陥を検査するときに使用する角度（１０°〜３０°）にも、封止体の内部欠陥を検査するときに使用する角度（０°〜２０°）にも対応できる。
【００１８】
一実施形態では、高い検出精度を確保するために、上記光源として６００ｎｍ〜６７０ｎｍの波長を有するＬＥＤ光源が用いられる。
【００１９】
一実施形態において、上記検査装置における光検出手段は、半導体素子から来る光を取り込んで半導体素子の画像を形成する撮像手段からなる。この場合、検査装置は撮像手段によって得られた画像を処理して所定の検査領域内の画像データを得る画像処理手段をさらに備え、上記判定手段は上記画像処理手段によって得られた画像データを欠陥判定基準と比較して封止体の欠陥の有無を判定する。
【００２０】
一実施形態では、上記撮像手段はテレセントリックレンズとＣＣＤカメラを備えている。テレセントリックレンズは特定方向の光成分のみを取り込むことができるので、欠陥に起因する散乱光のみを取り込んで撮像することができる。
【００２１】
より高精度の欠陥検出を行うために、外部からの光線が上記光検出手段によって検出されないよう、外部からの光線を遮断する遮光板を設けてもよい。
【００２２】
封止体の表面欠陥を検査する場合と、封止体の内部欠陥を検査する場合とで、被検査体における検査領域と欠陥判定基準を変えることにより、高精度に欠陥を検査することができる。
【００２３】
一実施形態において、上記光源、光検出手段、判定手段はそれぞれ、封止体の表面欠陥を検査するための第１の光源、第１の光検出部、第１の判定部と、封止体の内部欠陥を検査するための第２の光源、第２の光検出部、第２の判定部とを備えており、上記第１の光源からの光線の出射方向は、この光線が水平方向に対して下側に１０°〜３０°の角度をなして半導体素子に入射できるように調整可能であり、上記第２の光源からの光線の出射方向は、この光線が水平方向に対して下側に０°〜２０°の角度をなして半導体素子に入射できるように調整可能である。そして、第１の判定部と第２の判定部は互いに異なる欠陥判定基準を用いて欠陥の判定を行う。この実施形態では、第１の光源、第１の光検出部、第１の判定部によって一半導体素子の封止体表面の欠陥が検査されている間に、第２の光源、第２の光検出部、第２の判定部によって別の半導体素子の封止体内部の欠陥が検査される。よって、封止体表面と封止体内部の欠陥を共通の光源、共通の光検出部、共通の判定部によって検査する場合に比べて、検査時間が短くなる。
【００２４】
一実施形態では、リード部がフレームに接続された状態（つまり、複数のチップがリードフレームに搭載された状態で、以下、この状態をフレーム状態とも言う。）で半導体素子の検査が行なわれる。この場合、検査装置は、リード部がフレームに接続された状態で複数の半導体素子を順次上記光検出手段の方へ送る供給手段と、上記供給手段によって送られてきた半導体素子を上記光検出手段下方の所定箇所に位置決めする位置決め手段とをさらに備える。フレーム状態にある半導体素子は、自動ピッチ送り等の供給手段によって、自動的に所定距離づつ光検出手段の方へと送ることができる。したがって、フレームがリード部が切り離された単品状態の被検査体を所定箇所に位置決めする場合に比べて、被検査体の位置決めが容易である。また、フレーム状態の被検査体には光源からの光線が、遮られることなく上述した方向から半導体素子に入射できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の半導体素子の検査装置の一実施形態の機構図である。この図に示すように、検査装置は、光源２、遮光板４、テレセントリックレンズ５、ＣＣＤカメラ６、画像メモリ７、画像処理部８、画像判定部９、そして装置駆動部２２を有する。
【００２６】
光源２は、被検査体である半導体素子１を取り巻くように配置されており、この光源２からの光線３によって半導体素子１を照明する。半導体素子１は、例えば図８に示すように、チップ１４と、ワイヤー１３と、チップ１４表面に搭載された光電センサ１６と、リード部２０と、透明樹脂からなる封止体（以下、モールドという）２１とからなる。テレセントリックレンズ５とＣＣＤカメラ６は半導体素子１の上方に位置するよう設置されて、半導体素子１を撮像する。テレセントリックレンズ５とＣＣＤカメラ６は撮像手段であり光検出手段である。ＣＣＤカメラ６からの画像信号は画像メモリ７に格納される。そして、画像処理部８は画像メモリ７から読み出された画像信号を処理して所定の検査領域内の画像データを得る。画像データは画像判定部９に送られる。画像判定部９は、画像データと欠陥判定基準を比較して、半導体素子の良否、より詳しくは、モールド（封止体）の欠陥の有無を判定し、判定結果信号１０を出力する。装置駆動部２２はこの判定結果信号１０を受け、判定結果に応じて半導体素子１を分類収納するように、そのための装置を駆動する。なお、画像処理や画像判定は公知の手法を利用して行うことができる。
【００２７】
被検査体である半導体素子１に対して外乱光が入ると、半導体素子１の上面つまりモールド２１の上面からの外乱光によって、チップ１４表面が乱反射を起こし、その結果、チップ１４表面と欠陥とのコントラストがなくなり、検査ができなくなる。このような事態を回避するために、遮光板４が、光源２および被検査体１を覆うようにテレセントリックレンズ５の回りに設けられている。
【００２８】
光源２には単一ピーク波長のＬＥＤ光源を用いる。この理由は、複数のピーク波長を含んだ光源では、チップ表面で乱反射を起こして、チップ表面と欠陥とのコントラストがなくなり、検査ができなくなるからである。また、テレセントリックレンズ５を用いることによって、特定方向のみの光成分を取り込むことができ、欠陥で乱反射した散乱光のみを撮像することができる。
【００２９】
ＬＥＤ光源としては、６００ｎｍ〜６７０ｎｍのピーク波長を有するＩｎＧａＡｌＰ系の黄色ＬＥＤ及びＧａＡｌＡｓ系の赤色ＬＥＤが望ましい。ＧａＮ系の青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、ＩｎＧａＡｌＰ系の黄色ＬＥＤ、ＧａＡｌＡｓ系の赤色ＬＥＤについて検討したが、ピーク波長６００ｎｍ〜６７０ｎｍのＩｎＧａＡｌＰ系及びＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤが特に検出精度がよかった。
【００３０】
また、この実施形態では、光源２はモールド表面欠陥検査とモールド内部欠陥検査の両方に共通に使用されるため、水平方向に対して下側に０°〜３０°の角度をなして光線３が半導体素子１に入射できるように、光線の出射方向を調整可能にしている。ただし、モールド表面欠陥検査時には、図２に示すように、水平方向に対して下側に１０°〜３０°の角度θをなして光線３が半導体素子１に入射できるように出射方向が調整され、モールド内部欠陥検査時には、図３に示すように、水平方向に対して下側に０°〜２０°の角度θをなして光線３が半導体素子１に入射できるように出射方向が調整される。図２、３において、１１はモールド表面の欠陥を表し、１２はモールド内部の欠陥を表している。また、１５はこれらの欠陥によって生じる散乱光を表している。
【００３１】
図６はモールド表面欠陥検査時の光源配置角度比較図である。この図に示すように、モールド表面欠陥検査では、半導体素子１に対する光源２の配置角度（つまり、半導体素子１に対する光線３の出射方向）として、水平方向に対して下側の角度θ＝１０°〜３０°が最もチップ表面と欠陥とのコントラストを得られる角度であり、この範囲の角度で光線３を半導体素子１に入射させれば、（ｂ）に示すように、光源２からの入射光３が欠陥で乱反射して、半導体素子１の上面つまりモールド２１の上面に散乱光１５として現われ、この光１５を良好に検出することができる。この角度では、モールド２１に欠陥がない場合には、（ａ）に示すように、入射光３はモールド上面とチップ１４表面との間を全反射しながら前進して、モールド２１の外に出た光はエキセントリックレンズ５に取り込まれない。一方、（ｃ）に示すように、角度θが１０°より小さいとチップ１４表面で乱反射し、また、（ｄ）に示すように、角度θが３０°より大きいと光線３がモールド２１を突き抜けて直接ＣＣＤカメラ６に入るため、いずれの場合も欠陥とのコントラストがなくなり欠陥を検出できない。
【００３２】
図７はモールド内部欠陥検査時の光源配置角度比較図である。この図に示すように、モールド内部欠陥検査では、半導体素子１に対する光源２の配置角度（つまり、半導体素子１に対する光線３の出射方向）として、水平方向に対して下側の角度θ＝０°〜２０°が最もチップ表面と欠陥とのコントラストを得られる角度であり、この範囲の角度で光線３を半導体素子１に入射させれば、（ｂ）に示すように、光源２からの入射光３が欠陥で乱反射して、半導体素子１の上面つまりモールド２１の上面に散乱光１５として現われ、この光１５を良好に検出することができる。この角度では、モールド２１に欠陥がない場合には、（ａ）に示すように、入射光３はモールド上面とチップ１４表面との間を全反射しながら前進して、モールド２１の外に出た光はエキセントリックレンズ５に取り込まれない。一方、（ｃ）に示すように、角度θが０°より小さいとチップ１４表面で乱反射し、また、（ｄ）に示すように、角度θが２０°より大きいと光線３がモールド２１を突き抜けて直接ＣＣＤカメラ６に入るため、いずれの場合も欠陥とのコントラストがなくなり欠陥を検出できない。
【００３３】
図４はモールド表面欠陥検査およびモールド内部欠陥検査でそれぞれ得られる半導体素子１（図８参照）の画像の一例である。１１は表面欠陥、１２は内部欠陥である。
【００３４】
画像処理部８では、画像メモリ７から画像を読み出して画像処理を行い、モールド表面欠陥検査とモールド内部欠陥検査それぞれに応じて、設定された検査領域の画像データを抽出する。そして、画像判定部９では、この画像データと検査に応じた検査判定基準とを比較して欠陥の有無の判定を行い、その結果を判定結果信号１０として出力する。出力された結果信号１０は装置駆動部２２に伝えられる。
【００３５】
図５は、被検査体１をフレーム状態１７で位置決めピン１８にて位置決めを行う場合を示している。光源２はフレームサポート１９の下方に配置されている。このようにフレーム状態で被検査体を送って位置決めする場合には、単品状態で位置決めする場合に比べて位置決めが容易になる。また、単品状態で位置決めする場合には、位置決め機構の構造によっては、下方からの光線３は遮断されることがあるが、図５に示した位置決め機構は、その下方に配置された光源２からの光線３を、遮ることなく被検査体に入射させることができる。
【００３６】
図９は本発明の別の実施形態による検査装置のブロック図である。この実施形態でも被検査体をフレーム状態で供給するため、フレーム供給部２３を有する。このフレーム供給部２３から供給されたフレーム１７を、図１０に示すように、自動ピッチ送りにて１ピッチずつ送り、位置決めピン１８で位置決めを行って、検査ステーション３０にて被検査体を１つずつ検査する。
【００３７】
また、図１に示した検査装置がモールド表面欠陥検査とモールド内部欠陥検査とを１つの検査ステーションで行うのに対して、図９の検査装置は、モールド表面欠陥検査とモールド内部欠陥検査とをそれぞれ別の検査ステーション３０で行うようにしたものである。そのため、モールド表面欠陥検査部２４とモールド内部欠陥検査部２５を別々に備えると共に、それぞれに対する画像判定部９を別々に備える。モールド表面欠陥検査部２４とモールド内部欠陥検査部２５の各々は、図１に示した構成部材２，４，５，６，７，８と同様の構成を備えている。この検査装置は、さらに、半導体素子のリード部２０をフレームから切り離して単品状態にする単品カット部２６と、分類収納部２７と、装置駆動部２２を有する。
【００３８】
この検査装置では、モールド表面検査とモールド内部検査を同時に行い、フレーム状態の被検査体を単品カット部２６にて単品にカットして、画像判定部９,９で判定されたモールド表面検査・モールド内部検査の２つの検査結果を装置駆動部２２にメモリし、その結果を基に、分類収納部２７にて、自動的に良品・不良品の分類収納を行う。モールド表面検査とモールド内部検査はそれぞれ同時に別々の被検査体に対して行い、検査装置の処理時間の短縮を図っている。
【００３９】
【発明の効果】
以上のことから、本発明の検査方法および検査装置を用いれば、透明樹脂で封止された半導体素子の外観検査を精度良く行うことができる。また、信頼性の向上及び検査の自動化が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体素子の検査装置の一実施形態の機構図。
【図２】本発明のモールド表面の欠陥を検査する方法を説明する図。
【図３】本発明のモールド内部の欠陥を検査する方法を説明する図。
【図４】同検査装置のモールド表面欠陥検査用およびモールド内部欠陥検査用の光源を点灯したときにそれぞれ得られる画像の一例を示した図。
【図５】本発明における光源配置図。
【図６】モールド表面欠陥検査光源配置角度比較図。
【図７】モールド内部欠陥検査光源配置角度比較図。
【図８】被検査体である半導体素子の一例を示す平面図で、チップ表面に実装されている光電センサの一例を示している。
【図９】本発明の半導体素子の検査装置の別の実施形態の機構図。
【図１０】本発明の検査方法の一例を示した図。
【図１１】従来技術の目視検査方法の一例を示した図。
【符号の説明】
１ 半導体素子
２ 光源
３ 光線
４ 遮光板
５ テレセントリックレンズ
６ ＣＣＤカメラ
７ 画像メモリ
８ 画像処理部
９ 画像判定部
１０ 判定結果信号
１１ 表面欠陥
１２ 内部欠陥
１３ ワイヤー
１４ チップ
１５ 散乱光
１６ 光電センサ
１７ 半導体素子（フレーム状態）
１８ 位置決めピン
１９ フレームサポート
２０ リード部
２１ 透明樹脂からなる封止体（モールド）
２２ 装置駆動部
２３ フレーム供給部
２４ モールド表面欠陥検査部
２５ モールド内部欠陥検査部
２６ 単品カット部
２７ 分類収納部
２８ 顕微鏡
２９ 単品位置決めジグ
３０ 検査ステーション
Claims (13)
- チップと、リード部と、上記チップを封止している透明樹脂からなる封止体とを有する半導体素子に光を照射し、この半導体素子からの光を検出して、上記封止体の欠陥の有無を検査するための半導体素子の検査方法であって、
被検査体である半導体素子を、上記チップの上面が上記封止体を介して光検出手段に対向するように、該光検出手段の下方に設置し、
封止体に欠陥がない場合には半導体素子からの光が上記光検出手段に入射せず、かつ、封止体に欠陥がある場合にはその欠陥によって生じる散乱光が上記光検出手段に入射するような方向から、この半導体素子に光源からの光線を入射させ、
上記光検出手段による検出結果に基づいて、半導体素子の封止体の欠陥の有無を判定するようにしており、
また、上記半導体素子の検査には、上記封止体の表面欠陥の有無を検査する表面欠陥検査と上記封止体の内部欠陥の有無を検査する内部欠陥検査とがあり、
チップ表面と検出すべき封止体の欠陥とのコントラストが得られるように、上記表面欠陥検査では水平方向に対して１０°〜３０°の角度の下斜め方向から半導体素子に光源からの光線を入射させ、上記内部欠陥検査では水平方向に対して下方に０°〜２０°の角度をなす方向から半導体素子に光源からの光線を入射させることを特徴とする半導体素子の検査方法。 - 請求項１の検査方法において、
上記光源として６００ｎｍ〜６７０ｎｍの波長を有するＬＥＤ光源を用いることを特徴とする検査方法。 - 請求項１または２の検査方法において、
封止体の表面欠陥を検査する場合と、封止体の内部欠陥を検査する場合とで、被検査体における検査領域と欠陥判定基準を変えることを特徴とする検査方法。 - 請求項１乃至３のいずれか１つの検査方法において、
リード部がフレームから切り離されていない状態で半導体素子の検査を行うことを特徴とする検査方法。 - チップと、リード部と、上記チップを封止している透明樹脂からなる封止体とを有する半導体素子に光を照射し、この半導体素子からの光を検出して、上記封止体の欠陥の有無を検査するための半導体素子の検査装置であって、
被検査体である半導体素子を照射するための光源と、
被検査体である上記半導体素子のチップに上記封止体を介して対向する位置に配置され、上記光源によって照射されたこの半導体素子からの光を検出する光検出手段と、
上記光検出手段によって検出された光に基づいて、半導体素子の封止体の欠陥の有無を判定する判定手段とを備え、
上記光源から半導体素子へ光線を入射させる方向は、封止体に欠陥がない場合には半導体素子からの光が上記光検出手段に入射せず、かつ、封止体に欠陥がある場合にはその欠陥によって生じる散乱光が上記光検出手段に入射するように設定されており、
また、上記半導体素子の検査には、上記封止体の表面欠陥の有無を検査する表面欠陥検査と上記封止体の内部欠陥の有無を検査する内部欠陥検査とがあり、
チップ表面と検出すべき封止体の欠陥とのコントラストが得られるように、上記表面欠陥検査では水平方向に対して１０°〜３０°の角度の下斜め方向から半導体素子に光源からの光線を入射させ、上記内部欠陥検査では水平方向に対して下方に０°〜２０°の角度をなす方向から半導体素子に光源からの光線を入射させるようになっていることを特徴とする半導体素子の検査装置。 - 請求項５の検査装置において、
上記光源からの光線が水平方向に対して下側に０°〜３０°の角度をなして半導体素子に入射できるように、光源の光線の出射方向を調整可能としたことを特徴とする検査装置。 - 請求項５または６の検査装置において、
上記光検出手段は、半導体素子から来る光を取り込んで半導体素子の画像を形成する撮像手段からなり、
撮像手段によって得られた画像を処理して所定の検査領域内の画像データを得る画像処理手段をさらに備え、
上記判定手段は上記画像処理手段によって得られた画像データを欠陥判定基準と比較して封止体の欠陥の有無を判定することを特徴とする検査装置。 - 請求項７の検査装置において、
上記撮像手段はテレセントリックレンズとＣＣＤカメラを備えていることを特徴とする検査装置。 - 請求項５乃至８のいずれか１つの検査装置において、
上記光源はＬＥＤ光源であることを特徴とする検査装置。 - 請求項９の検査装置において、
上記ＬＥＤ光源の波長領域が６００〜６７０ｎｍであることを特徴とする検査装置。 - 請求項５乃至１０のいずれか１つの検査装置において、
リード部がフレームに接続された状態で複数の半導体素子を順次上記光検出手段の方へ送る供給手段と、
上記供給手段によって送られてきた半導体素子を上記光検出手段下方の所定箇所に位置決めする位置決め手段とをさらに備えたことを特徴とする検査装置。 - 請求項５乃至１１のいずれか１つの検査装置において、
外部からの光線が上記光検出手段によって検出されないよう、外部からの光線を遮断する遮光板をさらに備えたことを特徴とする検査装置。 - 請求項５乃至１２のいずれか１つの検査装置において、
上記光源、光検出手段、判定手段はそれぞれ、封止体の表面欠陥を検査するための第１の光源、第１の光検出部、第１の判定部と、封止体の内部欠陥を検査するための第２の光源、第２の光検出部、第２の判定部とを備えており、
上記第１の光源からの光線の出射方向は、この光線が水平方向に対して下側に１０°〜３０°の角度をなして半導体素子に入射できるように調整可能であり、 上記第２の光源からの光線の出射方向は、この光線が水平方向に対して下側に０°〜２０°の角度をなして半導体素子に入射できるように調整可能であり、
上記第１の判定部と第２の判定部は異なる欠陥判定基準を用いて封止体の欠陥の判定を行うことを特徴とする検査装置。
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