JP5134858B2 - Hazardous element management method in semiconductor sealing resin - Google Patents

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Description

本発明は、半導体封止樹脂中の有害元素管理方法に関するものであり、蛍光X線分析装置を用いた精度の高い有害元素の管理方法に関する。
The present invention relates to a harmful element management method in a semiconductor encapsulating resin, and relates to a highly accurate harmful element management method using a fluorescent X-ray analyzer.

近年、環境問題に対する配慮から、有害物質の使用を排除する動きが強まり、例えば欧州においては「特定有害物質の使用制限(RoHS)」のような規制が実施されている。この規制によれば、電子材料において、特定の有害物質が含まれていないことを確認することが求められており、このRoHS指令に伴い、製品中の有害元素(Br、Sb、As、Bi、Pb等)を簡易にかつ高精度に測定できる方法の実現と、この分析方法を用いて精度の高い有害元素の管理方法の実現が望まれている。   In recent years, due to considerations for environmental issues, there has been a strong movement to exclude the use of hazardous substances. For example, regulations such as “restriction of the use of specific hazardous substances (RoHS)” have been implemented in Europe. According to this regulation, it is required to confirm that electronic materials do not contain a specific harmful substance. With this RoHS directive, harmful elements (Br, Sb, As, Bi, It is desired to realize a method capable of measuring Pb and the like easily and with high accuracy, and to realize a highly accurate management method for harmful elements using this analysis method.

半導体封止樹脂中の有害元素を管理するためには、蛍光X線分析装置を用いるのが簡易であり有効である。蛍光X線分析においては、金属試料においてはファンダメンタルパラメータ(FP)法を採用し、樹脂試料においては検量線法を用いるのが一般的であるが、検量線の作成には測定対象元素が添加された樹脂標準試料を用いる必要がある。この標準試料としては、ポリエチレンやABS樹脂、塩化ビニル樹脂などをマトリックス樹脂とするものが市販されている。   In order to manage harmful elements in the semiconductor sealing resin, it is simple and effective to use a fluorescent X-ray analyzer. In X-ray fluorescence analysis, the fundamental parameter (FP) method is generally used for metal samples, and the calibration curve method is generally used for resin samples. However, the measurement target element is added to create a calibration curve. It is necessary to use a standard resin sample. As this standard sample, what uses polyethylene, ABS resin, vinyl chloride resin, etc. as a matrix resin is marketed.

ところで、半導体封止樹脂は圧縮成型されており、上記標準試料におけるこれらの樹脂と比べると密度が大きく、さらに強度向上のためにシリカ等が充填されており、一次X線が試料内部に入り込みにくく、測定値が小さくなるといった傾向がある。また、半導体製品を測定する場合、試料内部(フレーム、チップ、ワイヤなど)の構成元素の蛍光X線も検出してしまい、測定対象元素によっては誤差の原因にもなる。   By the way, the semiconductor encapsulating resin is compression-molded and has a higher density than those of the above-mentioned standard samples, and is filled with silica or the like to improve the strength, so that primary X-rays are difficult to enter the sample. The measured value tends to be small. Further, when measuring a semiconductor product, fluorescent X-rays of constituent elements inside the sample (frame, chip, wire, etc.) are also detected, which may cause an error depending on the element to be measured.

製品を非破壊で検査する方法として、試料中におけるPb含有の有無を蛍光X線によって判別する技術が知られている(特許文献1参照)。
この技術は、ポリスチレン等の試料にX線を照射し、Pbの全てのエネルギー位置におけるピークを判定し、エネルギー位置が近いAs、Brなどの阻害を回避してPbの定量を行う方法である。ところで、かかる方法においては、前述の様に、圧縮成型によって製造されている半導体装置の封止樹脂のような密度の高い試料において、測定値が小さいことから生じる測定精度の問題を解決するものではない。
As a method for inspecting a product in a non-destructive manner, a technique is known in which the presence or absence of Pb in a sample is determined by fluorescent X-rays (see Patent Document 1).
This technique is a method of quantifying Pb by irradiating a sample such as polystyrene with X-rays, determining peaks at all energy positions of Pb, and avoiding inhibition of As, Br, etc., which have close energy positions. By the way, in this method, as described above, in a high-density sample such as a sealing resin of a semiconductor device manufactured by compression molding, it does not solve the problem of measurement accuracy caused by a small measurement value. Absent.

また、蛍光X線分析法を採用し、複数の素材が層状に形成された対象物において、特定物質を含有する素材を特定する方法が公知となっている(特許文献2参照)。この文献には、複数の素材が層状に形成された対象物として、FeにZnめっきとCrめっきを施した材料が挙げられており、また、特定物質としてCd、Pb、Hg、Br、Cr、Au、Ag、Pt、Pdなどが挙げられている。そして、この試料に照射条件を変化させてX線を照射し、発生する蛍光X線を分析することによって、X線の浸透深さを制御し、特定の物質の存在位置を判定するものである。このような方法は、比較的単純な層構造を有し、かつ十分量の測定X線強度が得られる程度の試料の量を確保できる試料においては有効な方法であるが、半導体封止樹脂は、ポリエチレンやABS樹脂、あるいはめっき素材と異なり、基材となる樹脂(例えばDCP(ジクロロペンタジ工ン)等)にシリカ等の充填材を混合した複合材であるうえ、圧縮成型されているため高密度の素材である。このため、蛍光X線による測定値が小さくなる、半導体製品(全体)を非破壊で測定対象とした場合には樹脂以外の部材も測定してしまうため、実際の(精密分析の結果に比べ)大きな誤差が生じるという課題を抱えている。
特開2007−003331号公報 特開2007−017306号公報
In addition, a method for specifying a material containing a specific substance in an object in which a plurality of materials are formed in a layer form by adopting a fluorescent X-ray analysis method is known (see Patent Document 2). In this document, as an object in which a plurality of materials are formed in layers, a material obtained by subjecting Fe to Zn plating and Cr plating is cited, and Cd, Pb, Hg, Br, Cr, Au, Ag, Pt, Pd, etc. are mentioned. Then, this sample is irradiated with X-rays under different irradiation conditions, and the generated X-ray fluorescence is analyzed to control the X-ray penetration depth and determine the location of a specific substance. . Such a method is an effective method for a sample having a relatively simple layer structure and capable of securing a sufficient amount of the sample to obtain a sufficient amount of measured X-ray intensity. Unlike polyethylene, ABS resin, or plating material, it is a composite material in which a base material (such as DCP (dichloropentadiene) etc.) is mixed with a filler such as silica and is compression molded. It is a high-density material. For this reason, the measured value by fluorescent X-rays becomes small. When the semiconductor product (whole) is a non-destructive measurement object, other members than resin are also measured. There is a problem that a large error occurs.
JP 2007-003331 A JP 2007-017306 A

半導体封止樹脂中の有害元素管理方法において、簡易でかつ誤差の少ない測定方法により管理を行なう。
In the harmful element management method in the semiconductor sealing resin, the management is performed by a simple measurement method with few errors.

測定対象試料を蛍光X線分析装置内のX線照射面に配置し、定性分析を行ない管理対象元素の含有の有無を確認する。管理対象元素が検出された場合は、試料のX線被照射面がすべて同一になるように蛍光X線分析装置のX線照射面いっぱいに試料を配置する。その一方面を測定し、さらにその対向面を測定し、検量線法により定量分析を行なう。定量分析を行なうためにはあらかじめ封止樹脂に測定対象元素を添加した樹脂試料を作製しておく。これらを精密化学分析により値付けを行ない、蛍光X線分析における検量線作成用樹脂標準試料とする。さらに測定対象元素の蛍光X線強度を散乱線強度で規格化してバックグラウンドを補正する。得られた2つの定量分析結果から、共存成分の影響が少ない方の定量結果を用いて閾値判定をする。   A sample to be measured is placed on the X-ray irradiation surface in the X-ray fluorescence analyzer, and a qualitative analysis is performed to check whether or not the management target element is contained. When the management target element is detected, the sample is arranged over the entire X-ray irradiation surface of the fluorescent X-ray analyzer so that the X-ray irradiation surfaces of the sample are all the same. One side is measured, the opposite side is further measured, and quantitative analysis is performed by a calibration curve method. In order to perform quantitative analysis, a resin sample in which an element to be measured is added to a sealing resin is prepared in advance. These are priced by fine chemical analysis, and used as a standard resin sample for preparing a calibration curve in fluorescent X-ray analysis. Furthermore, the fluorescent X-ray intensity of the element to be measured is normalized by the scattered radiation intensity, and the background is corrected. Based on the obtained two quantitative analysis results, the threshold value is determined using the quantitative result with less influence of the coexisting components.

すなわち、本発明は、半導体封止樹脂中の有害元素管理方法であって、
蛍光X線分析装置により、樹脂封止された半導体装置である試料の定性分析を行ない含有する元素の有無を判定する含有判定工程と、
複数の前記試料の上下面を揃えてX線照射面全体に試料を並べる試料準備工程と、
複数の前記試料の一表面およびその対向面を蛍光X線分析装置により測定し定量分析を行なう工程と、
前記定量分析工程から得られた2つのデータのうち共存元素の影響が少ない方の定量結果を用いて閾値判定をする工程、
を有することを特徴とする有害元素管理方法である。
That is, the present invention is a harmful element management method in a semiconductor sealing resin,
A content determination step of performing a qualitative analysis of a sample, which is a resin-encapsulated semiconductor device, using a fluorescent X-ray analyzer to determine the presence or absence of the contained element ;
A sample preparation step of aligning the upper and lower surfaces of the plurality of samples and arranging the samples over the entire X-ray irradiation surface;
Measuring one surface of the plurality of samples and the opposite surface thereof with a fluorescent X-ray analyzer to perform quantitative analysis;
A step of determining a threshold value using a quantitative result with less influence of coexisting elements among the two data obtained from the quantitative analysis step;
It is a harmful element management method characterized by having.

前記本発明の定量分析工程において、ベースレジンがエポキシ樹脂を含む標準試料を用いて作成した検量線から定量分析を行なうことが好ましい。   In the quantitative analysis step of the present invention, it is preferable to perform quantitative analysis from a calibration curve prepared using a standard sample in which the base resin contains an epoxy resin.

また、前記定量分析工程において、測定対象元素の蛍光X線強度を散乱X線強度で規格化することによりバックグラウンドを補正することが好ましい。   In the quantitative analysis step, it is preferable to correct the background by normalizing the fluorescent X-ray intensity of the element to be measured with the scattered X-ray intensity.

また、測定対象試料がAu,Si,Cu,Fe,Ni,Sn,Bi,Pb,及びAgのうち少なくとも1つの元素を含有するものであることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the sample to be measured contains at least one element of Au, Si, Cu, Fe, Ni, Sn, Bi, Pb, and Ag.

さらに、測定対象試料に含まれるSb及びBrの内の少なくとも1種を測定することが好ましい。
Furthermore, it is preferable to measure at least one of Sb and Br contained in the measurement target sample.

以上説明したように、本発明の分析方法では、半導体封止樹脂中の有害元素濃度を精度よく測定・管理することが可能となる。
すなわち、本方法によって測定誤差が低減される。また、共存物質の影響をうけにくい方法であるため、半導体製品(全体)を非破壊で測定することが可能になる。したがって、半導体製品中の有害元素の有無及び含有量等が精密分析をすることなく簡易に判明するため、半導体製品の有害元素管理が簡易になる。
As described above, in the analysis method of the present invention, it is possible to accurately measure and manage the harmful element concentration in the semiconductor sealing resin.
That is, the measurement error is reduced by this method. In addition, since it is a method that is not easily affected by coexisting substances, the semiconductor product (whole) can be measured nondestructively. Therefore, the presence / absence and content of harmful elements in the semiconductor product can be easily determined without performing a detailed analysis, thereby simplifying the management of harmful elements in the semiconductor product.

[蛍光X線測定装置]
従来、微量分析に用いられる蛍光X線分析装置としては、波長分散型蛍光X線分析装置及びエネルギー分散型蛍光X線分析装置が知られている。本願発明においては、いずれの装置も用いることができるが、検出器が簡素で、装置としてシンプルなことから、エネルギー分散型蛍光X線分析装置が好ましい。このエネルギー分散型蛍光X線分析装置の一例である概念図を図1に示す。図1に見られるように、この装置は、試料11を試料ホルダー12上に載置し、これに、X線管のようなX線発生装置13から発生するX線を照射する。X線を照射された試料からは、試料中に含まれる元素種に応じた蛍光X線が発生するので、これを半導体検出器14のような、検出器で蛍光X線のエネルギー強度を測定する。X線発生装置13は、制御装置15によって制御され、また、半導体検出器14から出力される信号は、信号処理装置16で処理された後、演算処理装置17によって、スペクトルとして構成される。
[Fluorescent X-ray measurement device]
Conventionally, wavelength dispersion type X-ray fluorescence analyzers and energy dispersion type X-ray fluorescence analyzers are known as fluorescent X-ray analyzers used for microanalysis. In the present invention, any apparatus can be used, but an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer is preferable because the detector is simple and the apparatus is simple. A conceptual diagram which is an example of this energy dispersive X-ray fluorescence analyzer is shown in FIG. As seen in FIG. 1, this apparatus places a sample 11 on a sample holder 12 and irradiates it with X-rays generated from an X-ray generator 13 such as an X-ray tube. From the sample irradiated with X-rays, fluorescent X-rays corresponding to the element types contained in the sample are generated, and this is used to measure the energy intensity of the fluorescent X-rays with a detector such as the semiconductor detector 14. . The X-ray generation device 13 is controlled by the control device 15, and the signal output from the semiconductor detector 14 is processed by the signal processing device 16 and then configured as a spectrum by the arithmetic processing device 17.

[試料]
(半導体装置の構造)
本発明で分析を行う試料である半導体装置の典型的な一例の概略図を図2に示す。
図2に見られる様に、半導体装置は、半導体素子22が、鉄基合金などで構成され、半導体装置の端子となるリードフレーム24上に載置され、Auワイヤ23によって、半導体素子22に形成された端子部と、リードフレーム24とが電気的に接続されている。このリードフレーム24と、半導体素子22と、Auワイヤ23とで構成される組み立て体は、封止樹脂21によって、被覆・封止され、水分や汚染物質から、半導体素子を保護する機能を果たしている。
[sample]
(Structure of semiconductor device)
FIG. 2 shows a schematic diagram of a typical example of a semiconductor device which is a sample to be analyzed in the present invention.
As shown in FIG. 2, the semiconductor device includes a semiconductor element 22 made of an iron-based alloy or the like, mounted on a lead frame 24 serving as a terminal of the semiconductor device, and formed on the semiconductor element 22 by an Au wire 23. The terminal portion thus formed and the lead frame 24 are electrically connected. The assembly composed of the lead frame 24, the semiconductor element 22, and the Au wire 23 is covered and sealed with the sealing resin 21, and functions to protect the semiconductor element from moisture and contaminants. .

(半導体素子用材料)
試料である半導体装置に用いるのに適した封止樹脂は、エポキシ樹脂とフィラーと硬化剤などからなるものであり、エポキシ樹脂は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するものであればいかなるものでもよい。たとえば、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂などが挙げられる。
フィラーは、石英ガラス、結晶性シリカ、溶融シリカ、ガラス、アルミナ、ケイ酸カルシウム、硫酸バリウム、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、雲母、金属等がある。フィラー量は70〜95重量%配合される。
硬化剤は、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、アリルフェノールノボラック樹脂、ナフトール型ノボラック樹脂、ビフェニル型ノボラック樹脂、トリス(ヒドロキシフェニル)アルカン系化合物などを挙げることができる。
(Semiconductor element materials)
A sealing resin suitable for use in a semiconductor device as a sample is composed of an epoxy resin, a filler, a curing agent, and the like, and the epoxy resin has two or more epoxy groups in one molecule. Any thing is acceptable. For example, biphenyl type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, naphthol novolac type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, glycidyl ester type epoxy resin, glycidyl amine type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, etc. Can be mentioned.
Examples of the filler include quartz glass, crystalline silica, fused silica, glass, alumina, calcium silicate, barium sulfate, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, magnesium oxide, mica, and metal. The filler amount is 70 to 95% by weight.
Examples of the curing agent include a phenol novolak resin, a cresol novolak resin, a phenol aralkyl resin, an allylphenol novolak resin, a naphthol type novolak resin, a biphenyl type novolak resin, and a tris (hydroxyphenyl) alkane compound.

本発明の管理方法は、被測定試料である半導体装置を構成する部材において、Au,Si,Cu,Fe,Ni,Sn,Bi,Pb,及びAgのうち少なくとも1つの元素を含有する半導体装置に適用することが適している。これらの元素は、蛍光X線分析において、分析の妨害元素として作用する可能性が大きく、従来の蛍光X線分析手法によれば精度の高い分析を期待することが困難な材料であるからである。
According to the management method of the present invention, a member constituting a semiconductor device that is a sample to be measured is a semiconductor device containing at least one element of Au, Si, Cu, Fe, Ni, Sn, Bi, Pb, and Ag. It is suitable to apply. This is because these elements are highly likely to act as interference elements in X-ray fluorescence analysis, and it is difficult to expect high-precision analysis according to conventional X-ray fluorescence analysis techniques. .

[測定方法]
本発明の測定方法について、そのフローチャートを図3に示す。以下、図3に従って本実施の形態の方法について説明する。
[Measuring method]
A flowchart of the measurement method of the present invention is shown in FIG. Hereinafter, the method of the present embodiment will be described with reference to FIG.

(S10、S20:定性分析、及び判定ステップ)
試料となる半導体装置を準備する。前述の通り、半導体装置の蛍光X線分析においては、放射する蛍光X線の強度が弱いため、小さな半導体装置を分析する際には、多数の試料を準備することが必要となる。この定性分析は、分析対象となる元素が存在するか否かを判別することを目的とするものであり、この分析の結果、判定ステップS20で、特定元素が含有されないと判断された場合には、ステップS30以下の工程を経ることなく、良品と判断される。
(S10, S20: qualitative analysis and determination step)
A semiconductor device to be a sample is prepared. As described above, in the fluorescent X-ray analysis of a semiconductor device, since the intensity of the emitted fluorescent X-ray is weak, it is necessary to prepare a large number of samples when analyzing a small semiconductor device. This qualitative analysis is intended to determine whether or not an element to be analyzed exists, and when it is determined in the determination step S20 that the specific element is not contained as a result of this analysis. Therefore, it is determined that the product is non-defective without going through steps S30 and subsequent steps.

(S30:定量分析試料準備ステップ)
前工程で、特定の元素について、含有するものと判断された場合には、試料となる半導体装置を、試料ホルダー上に、図6に示す様に複数上下面を揃えて密に並べる。図6(a)は、半導体装置上面を揃えて並べた例を示し、図6(b)は、半導体装置の下面を揃えて並べた例を示す。図6に見られる様に、試料となる半導体装置は、空隙が内容に密に接して配置することが好ましい。
蛍光X線分析方法においては一般的には、X線の照射面積は、10mmφ程度であるので、この範囲をカバーする様に、半導体装置を密に配置する。この工程で、半導体装置の上下面を揃えるのは、次の理由による。
すなわち、蛍光X線分析においては、試料に照射したX線が、試料を構成する元素を励起し、蛍光X線を発生することになる。照射されたX線はその表面から順次構成元素によって吸収され、これを励起することになり、照射X線は、試料を完全に貫通するわけではない。従って、観測される蛍光X線のスペクトルは、試料の照射側の構成元素の影響を強く受けることになる。
そして、典型的な半導体装置は、図2に示す様に、半導体装置の上面側と下面側とでは、構成部材が異なっている。上面側からX線を照射した場合には、封止樹脂材料及びAuワイヤの影響を受けることになり、一方、下面側からX線を照射した場合には、封止樹脂及びリードフレーム材料の影響を受けることになる。
そして、測定対象元素のピークのエネルギー値と、上記各構成要素に含まれる元素の蛍光X線ピークのエネルギー値が近似している場合には、測定対象元素の分析値には、妨害元素の量の影響を受けるため、妨害元素の影響を受けることのない方向からの分析を行う必要がある。そのために、このプロセスにおいて、試料として配置する半導体装置の上下方向を揃えることが必要となる。
(S30: Quantitative analysis sample preparation step)
If it is determined in the previous step that a specific element is contained, a semiconductor device to be a sample is densely arranged on the sample holder with a plurality of upper and lower surfaces aligned as shown in FIG. FIG. 6A shows an example in which the upper surfaces of the semiconductor devices are aligned, and FIG. 6B shows an example in which the lower surfaces of the semiconductor devices are aligned. As seen in FIG. 6, it is preferable that the semiconductor device to be a sample is disposed so that the gap is in close contact with the content.
Generally, in the X-ray fluorescence analysis method, the X-ray irradiation area is about 10 mmφ, so that the semiconductor devices are densely arranged to cover this range. In this step, the top and bottom surfaces of the semiconductor device are aligned for the following reason.
In other words, in X-ray fluorescence analysis, X-rays irradiated on a sample excite elements constituting the sample and generate fluorescent X-rays. The irradiated X-rays are sequentially absorbed from the surface by the constituent elements and excite them, and the irradiated X-rays do not completely penetrate the sample. Therefore, the observed fluorescent X-ray spectrum is strongly influenced by the constituent elements on the irradiation side of the sample.
As shown in FIG. 2, a typical semiconductor device has different constituent members on the upper surface side and the lower surface side of the semiconductor device. When the X-ray is irradiated from the upper surface side, it is affected by the sealing resin material and the Au wire. On the other hand, when the X-ray is irradiated from the lower surface side, the influence of the sealing resin and the lead frame material. Will receive.
When the energy value of the peak of the element to be measured is close to the energy value of the fluorescent X-ray peak of the element included in each of the constituent elements, the analysis value of the element to be measured includes the amount of interfering elements Therefore, it is necessary to conduct analysis from a direction that is not affected by interfering elements. Therefore, in this process, it is necessary to align the vertical direction of the semiconductor device arranged as a sample.

(S40:一面の分析)
この工程は、上記工程で整列させた試料について、その一方の面からX線を照射して、蛍光X線の測定を行う。得られた結果は、信号処理装置14及び演算処理装置17によって、蛍光X線スペクトルとして構成され、記録される。
(S40: One aspect analysis)
In this step, the sample aligned in the above step is irradiated with X-rays from one surface thereof to measure fluorescent X-rays. The obtained result is configured and recorded as a fluorescent X-ray spectrum by the signal processing device 14 and the arithmetic processing device 17.

(S50:他面の分析)
この工程は、上記工程で、測定を行った試料の対向面にX線を照射し、対向面側の元素分析を行うものである。この工程における結果も、演算処理装置17によって処理され、記録される。
(S50: Analysis of other aspects)
In this step, the opposite surface of the sample measured in the above step is irradiated with X-rays to perform elemental analysis on the opposite surface side. The result in this step is also processed and recorded by the arithmetic processing unit 17.

(S60:定量・閾値判定)
このプロセスは、上記分析工程で得られた結果を基に、判定を行うプロセスである。
具体的には、次の様にして行われる。すなわち、上記プロセスまでで得られた2つのスペクトルを比較し、妨害元素の影響が少ないスペクトルを選択して、定量分析データとして採用する。
次いで、採用したスペクトルデータに対して、散乱線補正を行う。散乱線補正とは、試料にX線を照射すると、試料中に進入したX線が試料中の元素によって反射され、散乱線となって放射される。X線が試料に入射する領域(面積・厚さ)が変化すると、測定対象元素の蛍光X線強度に影響を及ぼす。この入射領域の変動をキャンセルするために、散乱線補正を行う。具体的には、測定対象元素に帰属するピークのエネルギー強度を、散乱X線強度で除算し、規格化することによって行う。この補正を採用することによって、測定誤差が小さくなり、測定精度が格段に向上する。
(S60: determination / threshold judgment)
This process is a process for making a determination based on the result obtained in the analysis step.
Specifically, it is performed as follows. That is, the two spectra obtained up to the above process are compared, and a spectrum with less influence of interfering elements is selected and adopted as quantitative analysis data.
Next, scattered radiation correction is performed on the adopted spectral data. In the scattered ray correction, when a sample is irradiated with X-rays, the X-rays that have entered the sample are reflected by the elements in the sample and emitted as scattered rays. When the region (area / thickness) where X-rays enter the sample changes, it affects the fluorescent X-ray intensity of the element to be measured. In order to cancel the fluctuation of the incident region, scattered radiation correction is performed. Specifically, the peak energy intensity attributed to the element to be measured is divided by the scattered X-ray intensity and normalized. By adopting this correction, the measurement error is reduced and the measurement accuracy is remarkably improved.

標準試料によって求めた検量線を使用し、上記方法によって得られた規格化したエネルギー強度から、濃度を算出する。
検量線は、通常市販されている既知の濃度の標準試料を用いて、蛍光X線強度と、濃度とを関係付けて作成されるが、本発明の半導体装置における特殊性を考慮して、標準試料を作成することが好ましい。通常の標準試料では、ベースレジンであるマトリックス樹脂として、前述したとおり、ポリエチレン、ABS樹脂、塩化ビニル樹脂などが用いられているが、これらの樹脂材料は、現実の半導体装置の封止樹脂とは異なるものであることから、封止樹脂として一般的であるエポキシ樹脂をマトリックス樹脂として採用した標準試料を用いることが好ましい。
Using the calibration curve obtained from the standard sample, the concentration is calculated from the normalized energy intensity obtained by the above method.
A calibration curve is prepared by relating a fluorescent X-ray intensity and a concentration using a standard sample having a known concentration that is usually commercially available. It is preferable to prepare a sample. In normal standard samples, as described above, polyethylene, ABS resin, vinyl chloride resin, and the like are used as the matrix resin that is a base resin. However, these resin materials are used as sealing resins for actual semiconductor devices. Since they are different, it is preferable to use a standard sample in which an epoxy resin that is common as a sealing resin is used as a matrix resin.

前記ステップによって、試料中に存在する測定対象元素の濃度を決定することができる。   By the above step, the concentration of the measurement target element present in the sample can be determined.

上記定量・閾値判定のプロセスを、測定対象元素種ごとに行う。これにより得られた測定元素の含有量を測定し、良品として容認できる閾値と比較し、試料である製品の良否判定を行い、不良であると判定された製品は出荷を停止するなどの製造管理を行うことができる。また、この判定により不良と判断された場合には、半導体封止樹脂の製造工程において、基準を超える濃度の元素が混入するプロセスを特定し、改善するなどの製造工程管理を行うことができる。   The process of determination / threshold judgment is performed for each element type to be measured. Production control such as measuring the content of the measured element obtained in this way, comparing it with a threshold acceptable for a non-defective product, judging whether the product is a sample, and stopping the product judged to be defective It can be performed. In addition, when it is determined as defective by this determination, it is possible to perform manufacturing process management such as specifying and improving a process in which an element having a concentration exceeding the standard is mixed in the manufacturing process of the semiconductor sealing resin.

上記した方法は、RoHSで規定されている有害元素の内、半導体装置に組み込まれている金元素と近接するエネルギー強度を有するBrの定量分析及び密度の高い試料において測定値が小さくなる傾向にあるSbの定量分析に適している。   The above-described method tends to reduce the measurement value in a quantitative analysis of Br having an energy intensity close to a gold element incorporated in a semiconductor device and a high-density sample among harmful elements specified by RoHS. Suitable for quantitative analysis of Sb.

[変形例]
上記方法においては、半導体装置を複数整列させて測定する例を示したが、これは、蛍光X線分析においては、X線の照射面積が大きいほど蛍光X線の強度が大きくなり、測定精度が向上するため、X線の照射面積に十分な量の試料を密に配置する例として示したものである。これに対して、例えばパワー半導体の様な半導体装置は、大型であって、半導体装置1個で十分照射面積をカバーするものも存在する。このような半導体装置を分析する場合には、複数の試料を整列させる必要はなく、1個の試料を試料ホルダー上に配置して分析すれば十分である。
[Modification]
In the above method, an example in which a plurality of semiconductor devices are aligned and measured has been shown. However, in fluorescent X-ray analysis, the intensity of fluorescent X-rays increases as the irradiation area of X-rays increases, and the measurement accuracy increases. In order to improve, an example is shown in which a sufficient amount of sample is densely arranged in the X-ray irradiation area. On the other hand, for example, a semiconductor device such as a power semiconductor is large, and there is a semiconductor device that covers a sufficient irradiation area with one semiconductor device. When analyzing such a semiconductor device, it is not necessary to align a plurality of samples, and it is sufficient if one sample is placed on the sample holder for analysis.

以下、実施例により本発明を説明する。本実施例は、図2に示す形状の内部にAuワイヤを有する半導体装置を用いて、封止樹脂中に含まれるBrを分析するものである。
まず、標準試料を作成し、検量線を作成した。標準試料としては、エポキシ樹脂をマトリックスとし、これに既知濃度のBrを添加し、固化して標準試料とした。この標準試料について、エネルギー分散蛍光X線分析装置を用いてBrのピーク強度と、濃度との関係を決定する検量線を作成した。
次いで、図2に示す半導体装置を準備し、ランダムに試料ホルダー上に載置し、X線を照射し蛍光X線のエネルギー強度を測定した。また、同じ半導体装置について、図6に示す様に、半導体装置の上下面を揃えて、整然と試料ホルダー上に載置し、その上面及び下面にX線を照射してそれぞれ蛍光X線のエネルギー強度を測定した。その結果のスペクトルを、図4に示す。図4において、図4(a)は、半導体装置の上面からX線を照射して測定したエネルギー強度スペクトルであり、図4(b)は、半導体装置の下面からX線を照射し測定したエネルギー線強度スペクトルである。図4(a)において、Br−Ka線強度は、544.124cpsであり、図4(b)において、Br−Ka線強度は、315.838cpsであった。
Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. In this embodiment, Br contained in the sealing resin is analyzed using a semiconductor device having an Au wire inside the shape shown in FIG.
First, a standard sample was prepared and a calibration curve was prepared. As a standard sample, an epoxy resin was used as a matrix, Br of a known concentration was added thereto, and solidified to obtain a standard sample. For this standard sample, a calibration curve for determining the relationship between the peak intensity of Br and the concentration was prepared using an energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer.
Next, the semiconductor device shown in FIG. 2 was prepared, placed on a sample holder at random, and irradiated with X-rays to measure the energy intensity of fluorescent X-rays. For the same semiconductor device, as shown in FIG. 6, the upper and lower surfaces of the semiconductor device are aligned and placed on the sample holder in an orderly manner, and the upper and lower surfaces are irradiated with X-rays, respectively. Was measured. The resulting spectrum is shown in FIG. 4A is an energy intensity spectrum measured by irradiating X-rays from the upper surface of the semiconductor device, and FIG. 4B is energy measured by irradiating X-rays from the lower surface of the semiconductor device. It is a line intensity spectrum. 4A, the Br-Ka line intensity is 544.124 cps, and in FIG. 4B, the Br-Ka line intensity is 315.838 cps.

得られたスペクトルについて、散乱X線強度を用いて規格化を行い、上記検量線を用いて臭素の含有量を決定した。   The obtained spectrum was normalized using the scattered X-ray intensity, and the bromine content was determined using the calibration curve.

また、上記試料について、別途精密分析を行った。   In addition, a separate precision analysis was performed on the sample.

上記本実施例の方法及び精密分析である参考例によって得られたBrの含有量を表1に示す。   Table 1 shows the Br content obtained by the method of this example and the reference example which is a precision analysis.

上記した様に、この試料の内部にはAuワイヤが使用されており、ランダムに試料を並べて測定すると蛍光X線分析においてAuが検出される。図4からわかるように、BrのKα線とAuのLβ線がエネルギー的に隣接しているため、Auが検出されてしまうと見かけ上Brが大きく測定されてしまい、正の誤差の原因となる。これに対して、試料を整然と並べ、下面のみに一次X線が照射されるように試料を配置すればAuはほとんど検出されない。ランダムに測定した場合もしくは上面を測定した場合、Auの影響によりBr含有量の精密分析値に対する誤差は20%以上となっているのに対し、下面を測定した場合、Auはほとんど検出されず、誤差は7%程度と非常に精度よく測定が可能となった。
以上のBrの分析の結果、試料である半導体装置の上下面を整然と整列させ、各面にX線を照射して測定した2つのスペクトルの内、妨害元素による影響の少ないスペクトルを用いて、元素の定量分析を行うことによって、より精度の高い分析が可能であることが判明した。この分析手法を用いて、半導体装置の良否判定を行うことによって確度の高い判定を行うことが可能であることが分かった。
すなわち、上述の実施例Brの測定を行う例では、Brが、Auの蛍光X線とエネルギー強度において近接しており、Auの影響を受けやすい。従って、半導体装置の金ワイヤが存在しない面から測定を行うことが好ましい。
As described above, Au wire is used inside the sample, and Au is detected in the fluorescent X-ray analysis when the sample is randomly arranged and measured. As can be seen from FIG. 4, since the Kα line of Br and the Lβ line of Au are energetically adjacent to each other, if Au is detected, the Br is apparently measured to cause a positive error. . On the other hand, if samples are arranged in an orderly manner and the sample is arranged so that only the lower surface is irradiated with primary X-rays, almost no Au is detected. When measured at random or when the upper surface is measured, the error with respect to the precision analysis value of Br content is 20% or more due to the influence of Au, whereas when the lower surface is measured, Au is hardly detected, The error was about 7%, and measurement was possible with very high accuracy.
As a result of the above analysis of Br, the top and bottom surfaces of the semiconductor device as a sample are arranged in an orderly manner, and the two spectra measured by irradiating each surface with X-rays are used to use the spectrum that is less affected by interfering elements. It was found that a more accurate analysis is possible by performing a quantitative analysis. It has been found that it is possible to make a highly accurate determination by determining whether a semiconductor device is good or bad by using this analysis technique.
That is, in the example in which the measurement of Example Br described above is performed, Br is close to the fluorescent X-ray of Au in energy intensity and is easily affected by Au. Therefore, it is preferable to perform the measurement from the surface where the gold wire of the semiconductor device does not exist.

次いで、同じ半導体装置の試料を用い、Sbの蛍光X線分析を行った。その結果を図5に示す。図5(a)は、半導体装置の上面からX線を照射し測定した蛍光X線強度を示すスペクトルであり、図5(b)は、下面からX線を照射して測定したスペクトルである。図5(a)の場合には、Sb−Ka線の強度は、181.954cpsであり、一方、図5(b)の場合には、Sb−Ka線の強度は、138.015cpsであった。このようにSbの場合には、Auの影響を受けることがないため、より多くの封止樹脂にX線を照射することが好ましい。図2に示す半導体装置の場合、上面に多くの封止樹脂が存在しており、上面を分析することが好ましい。また、図6に示す半導体装置の場合、下面にリード端子が配置されており、この場合も上面からX線を照射することによってより多くの封止樹脂にX線を照射することが可能であり、より好ましい。

Subsequently, Sb fluorescent X-ray analysis was performed using the same sample of the semiconductor device. The result is shown in FIG. FIG. 5A is a spectrum showing fluorescence X-ray intensity measured by irradiating X-rays from the upper surface of the semiconductor device, and FIG. 5B is a spectrum measured by irradiating X-rays from the lower surface. In the case of FIG. 5A, the intensity of the Sb-Ka line was 181.954 cps, whereas in the case of FIG. 5B, the intensity of the Sb-Ka line was 138.015 cps. . Thus, in the case of Sb, since it is not influenced by Au, it is preferable to irradiate more sealing resin with X-rays. In the case of the semiconductor device shown in FIG. 2, a large amount of sealing resin exists on the upper surface, and it is preferable to analyze the upper surface. In the case of the semiconductor device shown in FIG. 6, lead terminals are disposed on the lower surface, and in this case as well, it is possible to irradiate more sealing resin with X-rays by irradiating X-rays from the upper surface. More preferable.

本発明で用いる蛍光X線分析装置の概念図。1 is a conceptual diagram of a fluorescent X-ray analyzer used in the present invention. 試料となる半導体装置の概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device that serves as a sample. 本発明の方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the method of this invention. 本発明の実施例でBrを分析した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having analyzed Br in the Example of this invention. 本発明の実施例でSbを分析した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having analyzed Sb in the Example of this invention. 本発明の実施例において、半導体装置を並べて測定する例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of measuring semiconductor devices side by side in an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

11…試料
12…試料ホルダー
13…X線管
14…半導体検出器
15…制御装置
16…信号処理装置
17…演算装置
21…封止樹脂
22…半導体素子
23…金ワイヤ
24…リードフレーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Sample 12 ... Sample holder 13 ... X-ray tube 14 ... Semiconductor detector 15 ... Control device 16 ... Signal processing device 17 ... Arithmetic device 21 ... Sealing resin 22 ... Semiconductor element 23 ... Gold wire 24 ... Lead frame

Claims (5)

半導体封止樹脂中の有害元素管理方法であって、
蛍光X線分析装置により、樹脂封止された半導体装置である試料の定性分析を行ない分析対象となる元素の有無を判定する含有判定工程と、
複数の前記試料の上下面を一致させてX線照射面全体に試料を並べる試料準備工程と、
複数の前記試料の一方面およびその対向面を蛍光X線分析装置により測定し定量分析を行なう工程と、
前記定量分析工程から得られた2つのデータのうち共存元素の影響が少ない方の定量結果を用いて閾値判定をする工程、
を有することを特徴とする有害元素管理方法。
A method for managing harmful elements in a semiconductor sealing resin,
A content determination step of performing a qualitative analysis of a sample which is a resin-encapsulated semiconductor device by a fluorescent X-ray analyzer to determine the presence or absence of an element to be analyzed ;
A sample preparation step of aligning the upper and lower surfaces of the plurality of samples and arranging the samples over the entire X-ray irradiation surface;
A step of performing quantitative analysis by measuring one surface of the plurality of samples and the opposite surface thereof with a fluorescent X-ray analyzer;
A step of determining a threshold value using a quantitative result with less influence of coexisting elements among the two data obtained from the quantitative analysis step;
A hazardous element management method characterized by comprising:
前記定量分析工程において、ベースレジンがエポキシ樹脂を含む標準試料を用いて作成した検量線から定量分析を行なうことを特徴とする、請求項1に記載の半導体封止樹脂中の有害元素管理方法。   2. The method for managing harmful elements in a semiconductor encapsulating resin according to claim 1, wherein in the quantitative analysis step, quantitative analysis is performed from a calibration curve prepared using a standard sample in which the base resin contains an epoxy resin. 前記定量分析工程において、測定対象元素の蛍光X線強度を散乱X線強度で規格化することによりバックグラウンドを補正することを特徴とする請求項1に記載の半導体封止樹脂中の有害元素管理方法。   2. The harmful element management in a semiconductor encapsulating resin according to claim 1, wherein in the quantitative analysis step, the background is corrected by normalizing the fluorescent X-ray intensity of the element to be measured with the scattered X-ray intensity. Method. 前記試料がAu,Si,Cu,Fe,Ni,Sn,Bi,Pb,及びAgのうち少なくとも1つの元素を含有することを特徴とする請求項1に記載の半導体封止樹脂中の有害元素管理方法。 2. The harmful element management in a semiconductor sealing resin according to claim 1, wherein the sample contains at least one element selected from the group consisting of Au, Si, Cu, Fe, Ni, Sn, Bi, Pb, and Ag. Method. 前記試料に含まれるSb及びBrの内の少なくとも1種を測定することを特徴とする請求項1に記載の半導体封止樹脂中の有害元素管理方法。
The method for managing harmful elements in a semiconductor sealing resin according to claim 1, wherein at least one of Sb and Br contained in the sample is measured.
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