JP5176142B2 - ダイボンディングフィルムの表面検査方法及び表面検査システム - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子支持部材と半導体素子との接着、あるいは、半導体素子同士の接着に使用されるダイボンディングフィルムの表面検査方法及び表面検査システムに関する。より詳細には、本発明はダイボンディングフィルム表面の凹凸欠陥の発生状態を検査する方法及び装置に関する。

従来、リードフレーム等の半導体素子支持部材と半導体素子との接着、あるいは、半導体素子同士の接着に、銀ペースト等のダイボンディング材が使用されてきた。しかし、これに替わり、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等を使用したダイボンディングフィルムの採用が進んでいる。ダイボンディングフィルムは、厚さが均一なものを製造しやすく、また、加熱時の接着強度等が優れるなどの利点を有しているためである。

ダイボンディングフィルムは、一般に寸法安定性等の観点から、樹脂成分とこれに分散した無機質フィラーとを含有する。このような無機質フィラーを含有するダイボンディングフィルムは、フィルム表面に無機質フィラーに起因する一定サイズ以上の凹凸欠陥が生じやすいという問題がある。また、ダイボンディングフィルム表面の凹凸欠陥は、無機質フィラーに起因したものに限られず、当該フィルムの製造過程において混入又は付着した異物に起因して生じる場合もある。

ダイボンディングフィルム表面の凹凸欠陥は、リードフレーム等の半導体素子支持部材から半導体素子が剥がれる原因となる。つまり、当該凹凸欠陥は、半導体素子の導通不良発生の原因の一つと考えられ、半導体素子そのものの信頼性を低下させる要因と考えられている。したがって、信頼性低下の原因となり得る凹凸欠陥を有するダイボンディングフィルムを事前に排除するため、種々の検査方法が検討されている。

ダイボンディングフィルム表面を検査する方法としては、電子走査型顕微鏡によって表面を拡大して観察し、凹凸欠陥の発生状態を評価する方法が一般的である（特許文献１参照）。より具体的には、従来の方法は、ダイボンディングフィルムの一部（数ｍｍ^２）を試料として採取し、この試料に対して金属の蒸着処理を行った後、これを電子走査型顕微鏡によって観察してフィルム表面における凹凸欠陥の発生状態を評価するものである。

上記のような顕微鏡観察による方法の他、接触式粗さ計を用いて被検査対象物表面を評価する方法が知られている（特許文献２参照）。また、ダイボンディングフィルムのようなフィルム材の膜厚測定方法としては、β線膜厚計を用いた方法も知られている（特許文献３参照）。表面粗さの測定方法としては、上記の他に、非接触式粗さ計により、表面凹凸の状態を定量検査する方法が知られている（特許文献４参照）。

特公平４−５２５８９号公報 特開平５−５２５４５号公報 特開平８-２１９７４８号公報 特公平５-６５００５号公報

ところで、近年の半導体素子の大容量化に伴い、半導体素子の多段積層化が進行している。ダイボンディングフィルムによって隣接する素子同士が接着された多段積層素子においては、表面に多くの凹凸欠陥が存在するダイボンディングフィルムを使用すると、上述の通り、剥離が生じて多段積層素子の信頼性低下を招来する。また、半導体素子の多段積層化の進行に伴い、従来と比較し、膜厚が薄く且つ弾性率が低いダイボンディングフィルムが使用されるようになってきている。かかるダイボンディングフィルムにあっては、表面の僅かな凹凸が半導体素子の信頼性に大きく影響して導通不良が生じやすいという問題がある。

このような問題を未然に防止するため、ダイボンディングフィルム表面の評価を行う必要があるが、従来の評価法では効率的且つ高い精度で評価を行うことが困難であった。すなわち、上記特許文献１に記載の方法では、ダイボンディングフィルムを裁断して試料を採取した後、更に電子走査型顕微鏡で観察するのに蒸着処理を行うなどの前処理が必要である。また、電子走査型顕微鏡で撮像した画像を評価するには、ラボ等に持ち帰ってダイボンディングフィルム表面の所定のサイズ以上の凹凸数をカウントする必要がある。当該評価法では、検査結果が出るまでに約３日を要し、また、多額の費用を要するという問題がある。更に、測定や評価を行う者によって結果に差が生じる可能性がある。

また、接触式粗さ計を用いた方法では、ダイボンディングフィルムの弾性による影響を受けてしまい誤差が生じること、ダイボンディングフィルムに要求される、０.１μｍスケールレベルの凹凸欠陥を評価する測定精度の達成が困難であること、フィルム表面に接触子の傷が残るため、その部分については使用できない破壊検査であることなどの問題がある。他方、β線膜厚計を用いた方法では、放射性物質に関する資格を有する者が作業を行う必要があるとともに、作業場などの厳重な管理が必要であるなどの問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ダイボンディングフィルム表面の凹凸欠陥の発生状態を十分に効率的且つ高い精度で評価できる表面検査方法及び表面検査システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、反射光を利用した非接触式粗さ計によってダイボンディングフィルム表面の凹凸欠陥を定量的に評価する方法について検討した。この方法をダイボンディングフィルム表面の凹凸欠陥発生状態の定量化に利用することが可能であれば、ダイボンディングフィルムの弾性の影響を受けず、客観性の高い評価結果が得られるとともに、結果を得るまでの時間も短縮できることを見出した。本発明者らは、この非接触式粗さ計を用いたダイボンディングフィルム表面の凹凸の測定について鋭意検討を行った結果、本発明を完成させた。

すなわち、本発明に係る表面検査方法は、ダイボンディングフィルムの表面における凹凸欠陥の発生状態を検査するためのものであって、ダイボンディングフィルムの表面に光を照射する光照射工程と、ダイボンディングフィルムからの反射光の強度を受光手段によって検出する光強度検出工程と、受光手段の出力信号に基づいてダイボンディングフィルムの表面における凹凸欠陥の発生状態を演算して定量化する演算工程とを備えることを特徴とする。

本発明の表面検査方法は、反射光の強度に基づいてダイボンディングフィルム表面を評価するものであるため、電子走査型顕微鏡を用いて評価する場合のように、試料に対する
金属の蒸着などが不要である。したがって、ダイボンディングフィルム表面の凹凸欠陥の発生状態を十分に効率的に評価できる。これに加え、非接触で測定できるため、ダイボンディングフィルムの弾性による影響を受けることがなく、十分に高い精度で評価できる。

また、本発明の表面検査方法によって、ダイボンディングフィルム表面における凹凸欠陥発生状態の定量化することで、凹凸欠陥の程度と半導体素子における導通不良等の発生率との相関関係を把握することができる。これにより、ダイボンディングフィルムを製造する過程において本発明の表面検査方法を実施することによって、製造中のダイボンディングフィルムが半導体素子と支持部材との接着、あるいは、半導体素子同士の接着に対する影響を確認することができ、表面に多くの凹凸欠陥を有するフィルムを半導体素子の製造に使用しないなどの措置を取ることができる。

また、本発明に係る表面検査システムは、ダイボンディングフィルムの表面における凹凸欠陥の発生状態を検査するためのものであって、ダイボンディングフィルムの表面に光を照射する光照射手段と、ダイボンディングフィルムからの反射光を受光する受光手段と、受光手段の出力信号に基づいてダイボンディングフィルムの表面における凹凸欠陥の発生状態を演算して定量化する演算手段とを備えることを特徴とする。

本発明の表面検査システムは、反射光の強度に基づいてダイボンディングフィルム表面を評価するものであるため、電子走査型顕微鏡を用いて評価する場合のように、試料に対する金属の蒸着などが不要である。したがって、ダイボンディングフィルム表面の凹凸欠陥の発生状態を十分に効率的に評価できる。これに加え、非接触で測定できるため、ダイボンディングフィルムの弾性による影響を受けることがなく、十分に高い精度で評価できる。

また、本発明の表面検査システムによって、ダイボンディングフィルム表面における凹凸欠陥発生状態の定量化することで、凹凸欠陥の程度と半導体素子における導通不良等の発生率との相関関係を把握することができる。これにより、ダイボンディングフィルムを製造する過程において当該表面検査システムによる評価を実施することによって、製造中のダイボンディングフィルムが半導体素子と支持部材との接着、あるいは、半導体素子同士の接着に対する影響を確認することができ、表面に多くの凹凸欠陥を有するフィルムを半導体素子の製造に使用しないなどの措置を取ることができる。

本発明の表面検査システムにおいては、受光手段として、ダイボンディングフィルムの表面に近接して配置されるイメージセンサを採用できる。また、本発明の表面検査システムにおいては、受光手段が検出したダイボンディングフィルムからの反射光の強度に基づき、演算手段がダイボンディングフィルム表面の凹凸欠陥の発生状態を定量化することが好ましい。

ＸＹＺ直交座標系を設定した場合、上記表面検査システムは、ダイボンディングフィルムをＸＹ平面上に保持するとともに、当該ダイボンディングフィルムをＸ方向及び／又はＹ方向に移動させる駆動手段を更に備えることが好ましい。かかる構成を採用することにより、広範囲にわたるダイボンディングフィルム表面の評価をより一層効率的に実施できる。

本発明によれば、ダイボンディングフィルム表面の凹凸欠陥の発生状態を十分に効率的且つ高い精度で評価できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

＜ダイボンディングフィルム用表面検査システム＞
図１は、本発明に係る表面検査システムの好適な実施形態を示す構成図である。同図に示す表面検査システム５０は、ダイボンディングフィルム表面における凹凸欠陥の発生状態を定量化するためのものである。表面検査システム５０は、検査対象のダイボンディングフィルム１０を配置するフィルム配置部２０と、ダイボンディングフィルム１０に対してレーザを照射するとともに反射光を受光する測定部６と、測定データに基づいてダイボンディングフィルム１０の表面粗さの算出等を行う演算装置（演算手段）１とを備える。これに加え、表面検査システム５０は、各装置を制御する制御装置などを備える。なお、測定部６は、光照射手段及び受光手段の両方を兼ねるものである。

フィルム配置部２０は、ダイボンディングフィルム１０を載置するステージ３ａと、このステージ３ａを水平方向（Ｘ方向及び／又はＹ方向）に移動させる駆動装置（駆動手段）３とを有する。駆動装置３によってステージ３ａを所定の方向に移動させることで、ステージ３ａ上のダイボンディングフィルム１０が測定部６に対向した状態を維持して移動できるようになっている。

非接触式の測定部６は、ダイボンディングフィルム１０の表面に近接して配置されており、レーザを照射するレーザ照射部（図示せず）及び反射光を受光するイメージセンサ（図示せず）を有する。測定部６のイメージセンサから出力されるアナログ電圧は、レーザ制御装置７を介してＤ／Ａ変換器８へと送られてデジタル電圧に変換される。測定部６から出力される信号をモニタ９に送り、ダイボンディングフィルム１０表面の凹凸欠陥発生状態を表示できるようになっている。

なお、測定部６の具体例として、ダブルスキャン高精度レーザ測定器 ＬＴ−９０１０Ｍ（商品名、キーエンス株式会社製）を例示できる。レーザ制御装置７の具体例として、コントローラ ＬＴ−９５００（商品名、キーエンス株式会社製）を例示できる。Ｄ／Ａ変換器８の具体例として、高速アナログコントローラ ＣＡ−８００（商品名、コムス株式会社製）を例示できる。モニタ９の具体例として、ＣＡ−ＭＮ８０（商品名、キーエンス株式会社製）を例示できる。

演算装置１は、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４）に記載の数式を使用し、Ｄ／Ａ変換器８でデジタル電圧に変換されたデータからダイボンディングフィルム１０の表面粗さを算出する演算装置である。演算装置１は、所望の基準長さ及び評価長さを設定できるようになっており、これらの設定値に基づいてダイボンディングフィルム１０の表面粗さ算出できる。

また、演算装置１は、ダイボンディングフィルム１０の測定範囲、測定ピッチ及び測定速度を設定できるようになっており、駆動装置３は駆動制御装置２を介して送られる指示に従ってステージ３ａを移動させる。なお、演算装置１の具体例として、非接触輪郭形状・粗さ測定システムＭＡＰ−２ＤＳ（商品名、コムス株式会社製）を例示できる。駆動制御装置２の具体例として、マルチユース型ポジションコントローラＣＰ−５００（商品名、コムス株式会社製）を例示できる。駆動装置３の具体例として、Ｘ−Ｙステージ ＢＳシリーズ（商品名、コムス株式会社製）を例示できる。

＜ダイボンディングフィルムの表面検査方法＞
上記表面検査システム５０を使用し、ダイボンディングフィルム１０の表面における凹凸欠陥の発生状態を検査する方法について説明する。本実施形態に係る表面検査方法は、ダイボンディングフィルム１０の表面に光を照射する光照射工程と、ダイボンディングフィルム１０からの反射光の強度を測定部６のイメージセンサによって検出する光強度検出工程と、イメージセンサの出力信号に基づいてダイボンディングフィルム１０の表面における凹凸欠陥の発生状態を演算して定量化する演算工程とを備える。

まず、ダイボンディングフィルムを所定のサイズに切断し、ステージ３ａ上に載置する。検査対象のダイボンディングフィルム１０の種類は特に限定されるものではないが、窒化ホウ素、銀、二酸化珪素などの無機質フィラーを含有するダイボンディングフィルムは、一般に表面に凹凸欠陥が生じやすいため、本実施形態に係る表面検査方法によって、使用する前にその程度を評価しておくことは特に有用である。

ダイボンディングフィルム１０の表面検査に際しては、ステージ３ａを水平方向（Ｘ方向及び／又はＹ方向）に移動させながら検査することが好ましい。ステージ３ａは、測定範囲、測定ピッチ及び測定速度（移動速度）について、以下のような条件となるように動作を設定することが好ましい。

ステージ３ａの動作は、測定範囲の一辺（Ｘ方向及びＹ方向）が１０００〜１００００μｍとなるように設定することが好ましい。測定範囲の一辺が１０００μｍ未満であると、検査の正確性が不十分となる傾向があり、他方、１００００μｍを越えると、検査時間が長くなる傾向がある。

ステージ３ａの動作は、測定ピッチが１．０〜３．０μｍとなるように設定することが好ましい。測定ピッチが１．０μｍ未満であると、検査時間が長くなる傾向があり、他方、３．０μｍを越えると、検査の正確性が不十分となる傾向がある。

ステージ３ａの動作は、測定速度が２５００〜５０００μｍ／秒となるように設定することが好ましい。測定速度が２５００μｍ／秒未満であると、検査時間が長くなる傾向があり、他方、５０００μｍ／秒を越えると、検査の正確性が不十分となる傾向がある。

本実施形態によれば、反射光の強度に基づいてダイボンディングフィルム１０の表面を評価できるため、電子走査型顕微鏡を用いて評価する場合のように、試料に対する金属の蒸着などが不要である。したがって、ダイボンディングフィルム１０の表面における凹凸欠陥の発生状態を十分に効率的に評価できる。

また、本実施形態においては、非接触で検査を実施できるため、ダイボンディングフィルム１０の弾性による影響を受けることがなく、十分に高い精度で評価できる。したがって、ダイボンディングフィルム１０の引張弾性率が２５００〜３０００ＭＰａであっても好適に測定を実施することができる。したがって、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを含む弾性率が比較的低いダイボンディングフィルムであっても十分に高い精度で検査を実施できる。なお、ここでいう「引張弾性率」とは、ＪＩＳ Ｋ７１２７に準じて測定されるものであり、具体的には、レオメトリックス社製の粘弾性アナライザー（ＲＳＡ−２）を用いて、昇温速度５℃／分、周波数１Ｈｚの条件で測定した値を意味する。

本実施形態によれば、非接触で検査を実施できるため、ダイボンディングフィルム１０の厚さが１００μｍ未満といった極めて薄い場合であっても、損傷を与えることなく、その表面を検査できる。ダイボンディングフィルム１０の厚さは５〜５０μｍであることが好ましく、１０〜４５μｍであることがより好ましい。また、上述のように、ステージ３ａの動作条件を所定の範囲内に設定することで、透明又は半透明のダイボンディングフィルムであっても検査を実施できる。

また、本実施形態に係る検査システム及び検査方法が対象とするダイボンディングフィルム１０は、図２に示すように検査を行わない側の面に基材フィルム１１を有するものであってもよい。基材フィルム１１が設けられている側の表面を検査する場合は、基材フィルム１１を剥離した後、検査を実施すればよい。

本実施形態によれば、試料に対する金属蒸着等の前処理が不要であるとともに、ダイボンディングフィルム表面に存在する一定サイズ以上の凹凸数をカウントしなくてもよいため、数分で客観性の高い検査結果が得られるという利点がある。したがって、ダイボンディングフィルムの検査に要する時間を大幅に短縮できる。なお、測定や評価を行う者による個人誤差をより一層低減する観点から、演算装置に検査サンプルの傾きやフィルム特有のうねりを検知する機能を付加し、得られた粗さデータからそれらのデータ値を減算するなどの手法を用いてもよい。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

＜実施例＞
（ダイボンディングフィルム試料の作製）
以下に示す手順に従ってダイボンディングフィルムを作製した。まず、ポリイミド１００ｇと、エポキシ樹脂１０ｇと、有機溶剤２８０ｇとを混合して溶液を得た。この溶液に銀粉（無機質フィラー）７４ｇを加えた後、各成分が十分均一に分散するように攪拌して塗工用ワニスを得た。この塗工用ワニスをキャリアフィルム（二軸延伸ポリプロピレンフィルム）上に塗工した後、加熱炉で１２０℃、７５分加熱して溶媒を揮発させてダイボンディングフィルムを得た。

上記のようにして作製したダイボンディングフィルムを幅約１００ｍｍ、長さ約１００ｍｍに切り出し、凹凸欠陥検査用の複数の試料を作製した。

（ダイボンディングフィルム試料の表面検査）
作製した２２枚の試料の表面を図１に示す装置と同様の構成の装置を用いて検査し、評価を行った。なお、演算装置１として、非接触輪郭形状・粗さ測定システムＭＡＰ−２ＤＳ（商品名、コムス株式会社製）を使用した。駆動制御装置２として、マルチユース型ポジションコントローラＣＰ−５００（商品名、コムス株式会社製）を使用した。駆動装置３として、Ｘ−Ｙステージ ＢＳシリーズ（商品名、コムス株式会社製）を使用した。測定部６として、ダブルスキャン高精度レーザ測定器 ＬＴ−９０１０Ｍ（商品名、キーエンス株式会社製）を使用した。レーザ制御装置７として、コントローラ ＬＴ−９５００（商品名、キーエンス株式会社製）を使用した。Ｄ／Ａ変換器８として、高速アナログコントローラ ＣＡ−８００（商品名、コムス株式会社製）を使用した。モニタ９として、ＣＡ−ＭＮ８０（商品名、キーエンス株式会社製）を使用した。

まず、測定部６側に検査対象面が向くにようにステージ３ａ上に試料を載置した。次いで、モニタ９を確認しながら、測定部６の焦点を調整した。ステージ３ａ等の動作を表１に示す条件に設定し、各試料の表面検査を行った。本実施例における検査及び評価結果を表２に示す。表２において、Ｒａは算術平均粗さを、Ｒｙは最大高さをそれぞれ示す。本実施例においては、Ｒａが０．２μｍ未満であり且つＲｙが１．２μｍ未満である試料を合格とし、この条件を満たさない試料を不合格とした。

＜比較例＞
上記実施例で作製した各ダイボンディングフィルム試料を幅約５ｍｍ、長さ約５ｍｍに切り出し、直径約２０ｍｍのアルミニウム製試料台上に両面テープ等を用い貼付け固定した。これを電子走査型顕微鏡の検査試料蒸着処理部において、まず白金やパラジウム等の金属分子によりダイボンディングフィルム表面に蒸着処理を施した。蒸着処理を施したダイボンディングフィルムは、表面の凹凸欠陥を確実に観察できるように電子線照射方向に対し約４５°傾斜させて固定した。

ダイボンディングフィルムから反射した電子を受光素子により受光し、得られたアナログ信号をデジタル信号に変換することで映像化した。幅約３００μｍ、長さ約２００μｍの視野まで拡大されたダイボンディングフィルム表面について、幅又は長さが６μｍ以上の凹凸欠陥の個数をカウントした。上記視野の範囲内における凹凸欠陥の数が５個未満の試料を合格とした。本比較例における評価結果を表２に示す。

表２に示した評価結果からも明らかなように、ダイボンディングフィルム表面における凹凸欠陥の発生状態を定量化することによって、半導体装置の製造過程における異常の原因となり得るダイボンディングフィルムを事前に十分に把握できる。なお、表２に記載の「貼付け工程」は、半導体装置の製造過程で実施されるダイボンディングフィルムとダイシングテープとの貼付けを行う工程である。

本発明に係る表面検査システムを半導体装置の製造システムに組み込み、当該表面検査方法を半導体装置の製造過程で実施すると、半導体装置の異常発生を十分に低減できる。例えば、半導体装置の検査工程において、導通不良などの不具合が増加傾向にある場合、表面検査システムにおける判断基準を新たに設定する工程と、新たな判断基準によって不合格と判定されるダイボンディングフィルムを半導体装置の製造に使用しないように取り除く工程とを実施することが好ましい。このようにして半導体装置を製造することによって、ダイボンディングフィルムの凹凸欠陥を原因とする半導体装置の不具合発生を十分に低減できる。

本発明に係る表面検査システムの好適な実施形態を示す模式図である。 ダイボンディングフィルムの一例を示す模式断面図である。

符号の説明

１…演算装置（演算手段）、２…駆動制御装置、３…駆動装置（駆動手段）、３ａ…ステージ、６…測定部（光照射手段、受光手段）７…レーザ制御装置、８…Ｄ／Ａ変換器、９…モニタ、１０…ダイボンディングフィルム、１１…基材フィルム、５０…表面検査システム。

Claims (4)

1. 無機質フィラーを含むダイボンディングフィルムの表面における凹凸欠陥の発生状態を検査するための表面検査方法であって、
   前記ダイボンディングフィルムをステージ上に載置する載置工程と、
   前記ダイボンディングフィルムの表面に光を照射する光照射工程と、
   前記ダイボンディングフィルムからの反射光の強度を受光手段によって検出する光強度検出工程と、
   前記受光手段の出力信号に基づいて前記ダイボンディングフィルムの表面における凹凸欠陥の発生状態を演算して定量化する演算工程と、を備え、
   前記光照射工程及び前記光強度検出工程において、測定ピッチが１．０〜３．０μｍ、測定速度が２５００〜５０００μｍ／秒となるように前記ステージを移動させることを特徴とする表面検査方法。
2. 無機質フィラーを含むダイボンディングフィルムの表面における凹凸欠陥の発生状態を検査するための表面検査システムであって、
   前記ダイボンディングフィルムの表面に光を照射する光照射手段と、
   前記ダイボンディングフィルムからの反射光を受光する受光手段と、
   前記受光手段の出力信号に基づいて前記ダイボンディングフィルムの表面における凹凸欠陥の発生状態を演算して定量化する演算手段と、
   ＸＹＺ直交座標系を設定した場合、前記ダイボンディングフィルムをＸＹ平面上に保持するとともに、測定ピッチが１．０〜３．０μｍ、測定速度が２５００〜５０００μｍ／秒となるように当該ダイボンディングフィルムをＸ方向及び／又はＹ方向に移動させる駆動手段と、
   を備えることを特徴とする表面検査システム。
3. 前記受光手段は、前記ダイボンディングフィルムの表面に近接して配置されるイメージセンサであることを特徴とする、請求項２に記載の表面検査システム。
4. 前記受光手段が検出した前記ダイボンディングフィルムからの反射光の強度に基づき、前記演算手段が前記ダイボンディングフィルム表面の凹凸欠陥の発生状態を定量化することを特徴とする、請求項２又は３に記載の表面検査システム。

Images