JP3858633B2 - ボンディング状態の検査方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に接着剤を介してボンディングされた半導体チップのボンディング状態を検査するボンディング状態の検査方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置製造のダイボンディング工程では、リードフレームなどの基板にエポキシ樹脂などの接着材を介して半導体チップがボンディングされる。この作業を行うダイボンディング装置は一般に外観検査機能を備えており、半導体チップのボンディング状態、すなわち半導体チップが正しい位置に正しい状態でボンディングされているか否かが、画像認識によって検査される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このボンディング状態の検査において、接着材の濡れ広がり状態、すなわち予め基板上に塗布された接着材が半導体チップによって押し広げられ、半導体チップの各辺から外側に適切な範囲で広がっているか否かが検査される。この検査は、ボンディング後の画像において接着材に相当する部分の面積を算出するなどの方法で行われていた。しかしながら、この濡れ広がり状態の検査については、従来より高い信頼性の検査結果を効率よく得ることが困難であった。
【0004】
そこで本発明は、接着材の濡れ広がり状態を高速かつ安定して検出することができるボンディング状態の検査方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載のボンディング状態の検査方法は、基板に接着材を介してボンディングされた半導体チップのボンディング状態を検査するボンディング状態の検査方法であって、前記基板に接着材を介してボンディングされた半導体チップを撮像して画像を取り込む工程と、前記画像において半導体チップのエッジから所定距離隔てた位置に半導体チップの周囲を取り囲む検査ラインを設定する工程と、前記検査ライン上の輝度分布を検出する工程と、検出した輝度分布より接着材の広がり具合の良否を判定する工程とを含む。
【0006】
請求項2記載のボンディング状態の検査方法は、請求項1記載のボンディング状態の検査方法であって、前記画像において半導体チップのエッジを検出し、このエッジに基づいて検査ラインを設定する。
【0007】
請求項3記載のボンディング状態の検査方法は、請求項1記載のボンディング状態の検査方法であって、前記画像において半導体チップのコーナを検出し、このコーナに基づいて検査ラインを設定する。
【0008】
本発明によれば、ボンディングされた半導体チップを撮像した画像において半導体チップのエッジから所定距離隔てた位置で半導体チップの周囲を取り囲む検査ラインを設定し、この検査ライン上での輝度分布から接着材を検出することにより、高速かつ安定して接着材の広がり具合を判定することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態のダイボンディング装置の機能ブロック図、図2は本発明の一実施の形態のダイボンディング装置のボンディング状態検査ユニットの構成を示すブロック図、図3は本発明の一実施の形態のダイボンディング装置のボンディング状態検査ユニットの機能ブロック図、図4は本発明の一実施の形態のボンディング状態検査の画像図、図5は本発明の一実施の形態のボンディング状態検査における位置ずれ判定処理のフロー図、図6は本発明の一実施の形態のボンディング状態検査における位置ずれ判定処理方法の説明図、図7は本発明の一実施の形態のボンディング状態検査における濡れ性検査処理のフロー図、図8は本発明の一実施の形態の濡れ性検査の画像図、図9は本発明の一実施の形態の濡れ性検査の拡大画像図である。
【0010】
まず図1を参照してダイボンディング装置の機能について説明する。図1において、1はコンベアなどの基板搬送機構であり、基板搬送機構1はワークである基板2を以下に説明するペースト塗布部4およびボンディング部5に搬送する。ペースト塗布部4には、ディスペンサ6を備えたペースト塗布機構7が配設されており、ペースト塗布機構7を駆動することにより、ディスペンサ6によって接着材であるペースト3が基板2に塗布される。基板2に塗布された状態のペースト3は第1のカメラ8によって撮像され、この撮像によって得られた画像データを第1の検査ユニット9によって検査処理することにより塗布状態の検査が行われる。
【0011】
ペースト塗布後の基板2は、ボンディング部5に搬送される。ボンディング部5は搭載ヘッド11を備えたチップ搭載機構12が配設されており、チップ搭載機構12を駆動することにより、搭載ヘッド11により半導体チップ10(以下、単に「チップ10」と略称する。ここでは、チップ10には実装調整用として使用される調整用ダイを含むものとする)が、基板2のペースト3上に搭載されボンディングされる。基板2にボンディングされたチップ10は、第2のカメラ13によって撮像され、この撮像で得られた画像データを第2の検査ユニット14(ボンディング状態検査ユニット)によって検査処理することにより、ボンディング状態の検査が行われる。
【0012】
次に制御系について説明する。基板搬送機構1、ペースト塗布機構7、第1の検査ユニット9、チップ搭載機構12および第2の検査ユニット14は、制御部15によって制御される。制御部15は検査結果記憶部16を内蔵しており、第1の検査ユニット9および第2の検査ユニット14による検査結果は、検査結果記憶部16に記憶される。報知部17は、ブザーやシグナルタワーなどの報知装置であり、異常警報などの各種の報知を行う。表示部18はディスプレイ装置であり、操作入力時の画面や検査結果の画面表示を行う。外部データ読み・書き装置19は、外部ディスクドライブであり、フレキシブルディスクなどに記憶されたデータの読み取りおよびデータの書き込みを行う。操作・入力部20は、キーボードやマウスなどの入力手段であり、制御コマンドの入力やデータ入力を行う。
【0013】
次に図2、図3を参照して、ボンディング部5において行われるボンディング状態検査の処理機能について説明する。図2において、第2のカメラ13の下方には、照明ユニット21が設けられており、照明ユニット21は光源部21aおよびハーフミラー21bを備えている。光源部21aを点灯することにより照射された照明光は、ハーフミラー21bによって下方に反射され、基板2のペースト3上に搭載されたチップ10を上方から照射する。そしてこの反射光が、ハーフミラー21bを透過して第2のカメラ13に入射することにより、同軸落射照明によるチップ10やペースト3の撮像が行われる。
【0014】
そしてこの撮像により、図4(a)、(b)に示すような画像が得られる。図4(a)に示す実生産のチップ10を撮像した画像においては、外部接続用の電極10aや回路パターン10bが形成された正方形状のチップ10の各辺から外側に向かってペースト3がはみ出している。これに対し、図4(b)は装置調整用に用いられる調整用ダイ10’を撮像した画像を示している。この画像においては、前述の電極10aや回路パターン10bが存在しないため、画像には正方形上の調整用ダイ10’本体と、調整用ダイ10’の各辺から外側に向かってはみ出したペースト3のみが現れる。このようにして得られた画像データは、第2の検査ユニット14に送られる。
【0015】
次に第2の検査ユニット14について説明する。第2の検査ユニット14は、A/D変換部14a、画像記憶部14b、演算部14c、データ記憶部14d、プログラム記憶部14e、インターフェース14fを備えており、画像記憶部14b、演算部14c、データ記憶部14d、プログラム記憶部14e、インターフェース14fは相互に接続され各部間での信号授受が可能となっている。
【0016】
A/D変換部14aは第2のカメラ13によって取得された画像データをA/D変換する。A/D変換されたデジタルの画像データは、画像記憶部14bに記憶される。演算部14cは、取得された画像データを画像処理することにより、チップ10の位置ずれ判定処理や濡れ性検査処理などの演算処理を行う。データ記憶部14dは、チップ10のサイズデータ、基板2における搭載点の位置を示す位置データ、位置ずれ判定や濡れ性検査に用いられるしきい値データなどの各種データを記憶する。プログラム記憶部14eは、画像処理、位置ずれ判定処理、濡れ性検査処理などの各種処理を行うために必要なプログラムを記憶する。インターフェース14fは、制御部15との間でのデータ授受を行う。
【0017】
図3は、第2の検査ユニット14によって行われる処理機能を示している。図3に示す各部の処理機能は、データ記憶部14dに記憶されたデータを用い、プログラム記憶部14eに記憶された処理プログラムを演算部14cによって実行することにより実現される。まず画像記憶部14bに記憶された画像データは、前処理部22によって二値化、多値化などの画像処理が行われ、これによりペースト3を撮像した範囲のみが抽出される。すなわち、図4(a)、(b)に示す画像を画像処理することにより、図4(c)に示すように、チップ10の各辺からはみ出したペースト3が抽出された前処理画像が作成される。
【0018】
エッジ検出処理部23は、前処理画像において図4(c)に示すようにペースト3とチップ10の境界に現れる直線状のエッジEを検出する。位置ずれ判定処理部24は、検出されたエッジEに基づき、チップ10が正しい位置に正しい姿勢でボンディングされているか否かを判定する位置ずれ判定処理を行う。濡れ性検査処理部25は、前処理画像に基づき、ペースト3のはみ出し度合いが適正であるか否かを判定する濡れ性検査を行う。
【0019】
次に図5、図6を参照して、位置ずれ判定処理について説明する。先ず、ペースト3のみが抽出された前処理画像において、図6(a)に示すように、直交する2辺のエッジE1,E2を抽出する(ST1)。そしてそれぞれのエッジの延長線L1,L2の交点Aの位置座標(AX,AY)を求める計算を行い(ST2)、次いで1つのエッジ(ここではE1)の角度を検出する。ここでは、エッジE1がX軸に平行な直線となす角度を求め、この角度を角度ずれ量Δθとして検出する(ST3)。
【0020】
そして、交点Aの位置座標(AX,AY)および角度ずれ量Δθより、チップ中心点Cの位置を示すチップ中心座標(CX,CY)を算出する(ST4)。この計算には、(数1)に示す計算式が用いられる(図6(b)参照)。ここで、Wは正方形状のチップ10の辺寸法である。
【0021】
【数1】
【0022】
次に、位置ずれ計算を行う(ST5)。すなわち、チップ正規位置Rの位置座標R(RX,RY)と、求められたチップ中心座標(CX,CY)との差を、ΔX=RX−CX、ΔY=RY−CYの計算式によって求める。そして、求められた位置ずれ量ΔX、ΔYおよび角度ずれ量Δθが、それぞれ許容範囲として設定されたしきい値よりも小さいか否かを判定する位置ずれおよび角度ずれ判定を行う(ST6)。この判定結果を検査結果記憶部16に記憶して(ST7)、位置ずれ判定処理を終了する。
【0023】
すなわち、上記位置ずれ検出処理においては、基板2にペーストを介してボンディングされたチップ10を撮像して画像を取り込み、この画像においてペースト3とチップ10の境界に現れる直線状のエッジを少なくとも直交する2辺について検出する。そして検出された2つのエッジE1,E2の延長線が交わる交点Aの座標を求めるとともに1つのエッジE1の角度を検出する。そして求められた交点Aの座標、エッジE1の角度およびチップ10の寸法Wに基づいて、チップ10の位置ずれ状態を判定するようにしている。
【0024】
この位置ずれ検出処理は、チップ10の上面の回路パターンの有無に関係なく行われることから、回路パターンが存在しない調整用ダイを用いる場合にあっても、位置ずれを検出することができる。また実生産において、回路パターンの認識が良好に行えないような種類のチップを対象とする場合にあっても、同様に位置ずれ検出を良好に行うことができる。
【0025】
次に図7〜図9を参照して、濡れ性検査処理について説明する。この濡れ性検査は、チップ10を基板2に搭載した状態で、予め塗布されたペースト3がチップ10によって適正な範囲で押し広げられているか否かを検査するものである。図7において、先ず検出したエッジに基づいて検査ラインを設定する(ST11)。すなわち、図8(a)に示すように、各エッジE1,E2,E3,E4から所定距離隔Dだけ外側に隔てた位置に、チップ10を取り囲む検査ラインILを設定する(ST12)。ここで、所定距離Dは撮像画面を構成する画素の大きさに基づいて決定され、1〜2画素分程度の距離が所定距離Dとして用いられる。
【0026】
なおこのとき、図8(b)に示すように、各エッジE1,E2,E3,E4の延長線が互いに交わる4つの交点A,B,C,Dを求めることによりチップ10のコーナを検出し、このコーナに基づいて検査ラインILを設定するようにしてもよい。この場合には、交点A,B,C,Dによって決定される四辺形の各辺から所定距離Dだけ外側に隔てた位置に検査ラインILが設定される。
【0027】
次に設定された検査ラインIL上に沿って輝度分布を検出する(ST12)。この輝度分布検出においては、図9において太線枠を施した階段状の画素列の輝度が、検査ラインIL上に沿った輝度分布として検出される。上述のように、検査ラインILは、画像上での明部(ペースト3以外の部分)と暗部(ペースト3の部分)とを区分する明暗境界線であるエッジEから所定距離Dだけ隔てた位置にあるため、輝度検出対象の画素が明暗境界線上に位置することがない。したがって検出対象の個々の画素は明部か暗部のいずれかに位置し、輝度検出値のばらつきを生じることなく、検査ラインILに沿った輝度分布を検出することができる。
【0028】
そしてこのようにして検出された輝度分布に基づき、検査ラインILのうちペースト3に相当する輝度を有する部分(図9に示す範囲A参照)をペースト部分として抽出する。そして、ペースト部分が検査ラインの70%以上であるか否かを判定する(ST13)。ここで、70%以上で有れば、ペースト3がチップ10の各辺から十分にはみ出しており、濡れ性良好であると判定する(ST14)。これに対し、70%に満たない場合には、濡れ性不良と判定する(ST15)。そしてこの判定結果を検査結果記憶部16に記憶して(ST16)、濡れ性検査処理を終了する。
【0029】
すなわち、上記濡れ性検査処理においては、基板2にペースト3を介してボンディングされたチップ10を撮像して画像を取り込み、この画像においてペースト3とチップ10の境界に現れる直線状のエッジから所定距離隔てた位置にチップ10の周囲を取り囲む検査ラインILを設定する。そしてこの検査ラインIL上の輝度分布を検出し、検出した輝度分布より接着材の広がり具合の良否を判定するようにしている。
【0030】
この濡れ性検査処理において、チップ10の周囲を取り囲んで設定される検査ラインILに沿った輝度分布を検出するのみでよいことから、高速で検査処理が行える。しかも輝度分布検出の対象となる検査ラインILは、ペースト3とチップ10の境界から1〜2画素分だけ外側に隔てた位置に設定されていることから、輝度分布を安定して検出することができる。したがって、濡れ性検査処理を高速かつ安定した検出精度で行うことができ、ボンディング状態検査の効率化を図ることができる。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、ボンディングされた半導体チップを撮像した画像において半導体チップのエッジから所定距離隔てた位置で半導体チップの周囲を取り囲む検査ラインを設定し、この検査ライン上での輝度分布から接着材を検出するようにしたので、高速かつ安定して接着材の広がり具合を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態のダイボンディング装置の機能ブロック図
【図2】本発明の一実施の形態のダイボンディング装置のボンディング状態検査ユニットの構成を示すブロック図
【図3】本発明の一実施の形態のダイボンディング装置のボンディング状態検査ユニットの機能ブロック図
【図4】本発明の一実施の形態のボンディング状態検査の画像図
【図5】本発明の一実施の形態のボンディング状態検査における位置ずれ判定処理のフロー図
【図6】本発明の一実施の形態のボンディング状態検査における位置ずれ判定処理方法の説明図
【図7】本発明の一実施の形態のボンディング状態検査における濡れ性検査処理のフロー図
【図8】本発明の一実施の形態の濡れ性検査の画像図
【図9】本発明の一実施の形態の濡れ性検査の拡大画像図
【符号の説明】
2 基板
3 ペースト
4 ペースト塗布部
5 ボンディング部
7 ペースト塗布機構
8 第1のカメラ
9 第1の検査ユニット
10 半導体チップ(チップ)
13 第2のカメラ
14 第2の検査ユニット
15 制御部
E1,E2,E3,E4 エッジ
IL 検査ライン
Claims (3)
- 基板に接着材を介してボンディングされた半導体チップのボンディング状態を検査するボンディング状態の検査方法であって、前記基板に接着材を介してボンディングされた半導体チップを撮像して画像を取り込む工程と、前記画像において半導体チップのエッジから所定距離隔てた位置に半導体チップの周囲を取り囲む検査ラインを設定する工程と、前記検査ライン上の輝度分布を検出する工程と、検出した輝度分布より接着材の広がり具合の良否を判定する工程とを含むことを特徴とするボンディング状態の検査方法。
- 前記画像において半導体チップのエッジを検出し、このエッジに基づいて検査ラインを設定することを特徴とする請求項1記載のボンディング状態の検査装置。
- 前記画像において半導体チップのコーナを検出し、このコーナに基づいて検査ラインを設定することを特徴とする請求項1記載のボンディング状態の検査装置。
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