JP6445943B2 - Measuring method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本実施形態は、半導体装置の測定方法に関する。 The present embodiment relates to a method for measuring a semiconductor device.
半導体装置において、ボンディングワイヤが用いられる場合がある。 In a semiconductor device, a bonding wire may be used.
ワイヤの高さを精度よく自動測定する。 Automatic and accurate measurement of wire height.
本実施形態に係る半導体装置の測定方法は、基板の傾きを補正し、前記基板の上に配置された半導体チップの傾きを補正し、前記基板の上の電極と、前記基板の上に配置された半導体チップ上の電極パッドと、の間に配置されたボンディングワイヤの経路に沿ったローカル座標系を複数の前記ボンディングワイヤについて設定し、前記ボンディングワイヤの高さをそれぞれの前記ボンディングワイヤに対応した前記ローカル座標系に沿って複数回測定する。 The measurement method of the semiconductor device according to the present embodiment corrects the tilt of the substrate, corrects the tilt of the semiconductor chip disposed on the substrate, and is disposed on the electrode on the substrate and the substrate. A local coordinate system along the path of the bonding wire disposed between the electrode pads on the semiconductor chip and the bonding wire is set for the plurality of bonding wires, and the heights of the bonding wires correspond to the bonding wires. multiple measurements along the front kilometers Karu coordinate system.
以下、図面を参照して実施形態について説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成要素については、同一符号を付す。なお、各図における、寸法や大きさは参考である。各図は見易さのため、寸法や長さなどは適宜変更や調整がされている。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, about the same function and component, the same code | symbol is attached | subjected. In addition, the dimension and magnitude | size in each figure are reference. For ease of viewing, each figure is appropriately changed and adjusted in dimensions and length.
(実施形態の説明)
図1は、本実施形態に係る測定装置10を説明する模式的なブロック図である。
(Description of Embodiment)
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a
測定装置10は、ヘッド部20、ステージ50、コントローラ70、表示部80を有する。
The
ヘッド部20は、第一駆動部30、カメラ40を有する。第一駆動部30は、ヘッド部20をZ軸方向(上下方向)に移動させることができる。つまり、第一駆動部30は、ヘッド部20をステージ50の方向に移動させることができ、ヘッド部20とステージ50の距離を近づけたり、遠ざけたりすることができる。
The
カメラ40は、例えばステージ50上の半導体チップ100及び基板110を撮影できる。カメラ40は、例えば、図示しないレンズを有する。カメラ40は、例えば、コントローラ70の入力に基づき、レンズの高さを調整することで、焦点を合わせた画像を撮影する。カメラ40は、撮影した画像データをコントローラ70へ出力する。
The
ステージ50は、第二駆動部60を有する。ステージ50はその上部に基板110及び半導体チップ100を保持できる。第二駆動部60は、ステージ50をXY方向に移動させる。また、第二駆動部60は、ステージ50をZ軸方向(上下方向)に移動させてもよい。
The
コントローラ70は、各部を制御する。
The
コントローラ70は、例えば、第一駆動部30又は第二駆動部60へ信号を出力し、ヘッド部20又はステージ50を移動させることができる。コントローラ70は、例えばカメラ40へ信号を出力し、カメラ40の焦点を合わせる。カメラ40はその時のレンズ位置をコントローラ70へ出力する。コントローラ70は、そのレンズ位置の情報から、被写体までの距離を算出する。コントローラ70は、2点のそれぞれまでの距離の差から、2点間の高さを測定できる。なお、コントローラ70は、2点の焦点が合ったレンズ位置から、直接2点間の高さを算出してもよい。
For example, the
また、コントローラ70は、ヘッド部20又はステージ50を移動させることで、焦点を合わせてもよい。この場合は、コントローラ70は、そのヘッド部20又はステージ50の移動距離から高さを算出できる。
In addition, the
コントローラ70は、例えばカメラ40から画像データを受信し、画像データを表示部80へ出力する。コントローラ70は、カメラ40から受信した画像データに対して、画像処理ができる。コントローラ70は、その画像処理をした画像データを表示部80へ出力することができる。コントローラ70は、例えば、取得した全画面の画像データの内、キャリパー(表示部80の画面上の計測マーク)で指定した範囲の画像データに処理を加える事により、撮影した画像データ内の所定の長さや位置を計測することができる。
For example, the
表示部80は、図示しない画面を有する。表示部80は、コントローラ70から入力された画像データを表示する。表示部80は、例えば、ディスプレイ、モニタである。
The
半導体チップ100は、基板110上に配置される。半導体チップ100は、後述するボンディングワイヤにより基板110に接続される。ボンディングワイヤは、例えば、金ワイヤである。基板110は、ガラスエポキシ基板やリードフレーム等、任意の基板である。
The
以下の説明では、半導体チップ100から基板110へ向かってボンディングするいわゆる「正ボンディング」を例に説明する。基板110から半導体チップ100に向かってボンディングするいわゆる「逆ボンディング」でも構わない。
In the following description, so-called “positive bonding” in which bonding is performed from the
また、以下の説明では、基板110上に、半導体チップ100が2枚搭載された例を説明する。半導体チップ100を階段状に積層した多段チップの場合でも構わないし、半導体チップ100の枚数は任意である。
In the following description, an example in which two
図2は、測定の全体の流れを示したフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart showing the overall flow of measurement.
測定者は、半導体チップ100と基板110との間のボンディング時の座標データファイルを準備する(ステップS100)。この座標データファイルは、もともと、ワイヤボンダーにボンディングする際の座標を指示する為のファイルであり、ここではそれを流用する。ボンディングワイヤ測定の為に、新たに作成するファイルでは無いので、測定者の負担には、ほとんどならない。
The measurer prepares a coordinate data file at the time of bonding between the
図3は、座標データファイルの例である。 FIG. 3 is an example of a coordinate data file.
図3の第一部分200は、製品名や、パッケージ名称、アライメントの点数、ボンディングワイヤ数等の設定事項が記載される。図3の第二部分210は、基板110のアライメントを取る際の座標情報が記載される。例えば、測定点は2か所でアライメント座標が(X,Y)=(8000, 8500), (-8000, -8500)の例の場合を示している。図3の第三部分220及び第四部分230は、半導体チップ100のアライメント時の座標情報が記載されている。
The
図3の第五部分240は、ボンディングの座標情報が記載される。つまり、例えば1つ目のボンディングワイヤは、半導体チップ100側のボールボンディングの座標が(-3300, 3200)、基板110側のステッチボンディング座標が(-4500, 4500)である。
In the
なお、この場合の座標値の単位はマイクロメートルである。測定装置10に指示する座標の単位はミリメートルの場合が有るので、図2のステップS110の「ボンディング座標読み出し」では、必要な場合は、単位をマイクロメートル→ミリメートルに変換する。
In this case, the unit of the coordinate value is a micrometer. Since the coordinate unit instructed to the measuring
図2に戻り、引き続き測定の流れを説明する。 Returning to FIG. 2, the measurement flow will be described.
座標データファイルから、図3の第五部分240に該当するワイヤボンディング座標のデータが読み出される(ステップS110)。測定者は、基板110のアライメントマーク座標の情報、半導体チップのサイズ、半導体チップのオフセット量、等の設計データを準備する(ステップS120)
そして、ステップS110で抽出されたワイヤボンディング座標のデータと、ステップS120で準備した基板110のアライメントマーク座標の情報、半導体チップ100のサイズ、半導体チップ100のオフセット量等の設計データとをもとに測定プログラムが作成される(ステップS130)。
Data of wire bonding coordinates corresponding to the
Then, based on the wire bonding coordinate data extracted in step S110 and the design data such as the alignment mark coordinate information of the
測定プログラムは、通常は、測定者が、実際の測定手順を1ステップずつ実行してティーティングする事が多く、作成に時間がかかる。 The measurement program is usually timed by the measurer to execute the actual measurement procedure one step at a time, and takes time.
測定プログラム作成時間を減らす為、例えば、以下のように行う。 In order to reduce the measurement program creation time, for example, the following is performed.
測定者は、測定プログラム作成用表計算シート(マクロ付)を準備する。測定プログラム作成用表計算シート(マクロ付)に予め設けた、ボンディング座標値の一覧表に、座標データファイルから抜き出されたワイヤボンディング座標のデータが入力される。設計データから、基板110のアライメントマーク座標の情報、半導体チップ100のサイズ、半導体チップ100のオフセット量等の設計データが、測定プログラム作成用表計算シート(マクロ付)に入力される。その後、表計算シート内のマクロが実行されることで、自動的に測定プログラムが作成される。
The measurer prepares a spreadsheet for creating a measurement program (with a macro). The data of wire bonding coordinates extracted from the coordinate data file is input to a list of bonding coordinate values provided in advance in the spreadsheet for measuring program creation (with macro). From the design data, design data such as information on the alignment mark coordinates of the
図4は、測定プログラム作成用表計算シート(マクロ付)の構成を示した図である。 FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a spreadsheet for creating a measurement program (with a macro).
測定装置10で、ボンディングワイヤを測定する場合の手順は、半導体装置の品種によらず一定であり、品種によって変わるボンディングワイヤ位置に応じて、ヘッド部及びステージの移動位置、キャリパーの表示位置等を指示する座標値、測定パラメータ等が変化する。測定プログラム中の、各プログラム行に書かれた座標値、測定パラメータ等を書き替えれば、別品種の半導体装置用の測定プログラムにする事が出来る。図4は、表計算シート内で、各プログラム行に必要な座標値、測定パラメータ等を、半導体装置の品種に応じて書き替える手順を示している。
The procedure for measuring the bonding wire with the measuring
図4の第一領域300は、ボンディング座標値の一覧である。ユーザーは、例えば所定の領域にボンディング座標値を入力する。第二領域310は、測定プログラムの1行分が例として示されている。測定プログラムの1行分が要素ごとに、別々のセルに分かれ、予め測定コマンド等が記入されているセルと、第一領域300を参照しているセルを有する。ここで、第二領域310の第一領域300を参照しているセルは、図示しないアライメントマーク座標の情報、半導体チップ100のサイズ、半導体チップ100のオフセット量等の設計データに基づいて、第一領域300の値を変換して、参照していてもよい。
A
例えば、ワイヤボンダーに指示するボンディング座標値は、通常、半導体装置の中心が原点となる。つまり、ワイヤボンダー用の座標データファイルから抜き出して、図4の第一領域300に書き込むボンディング座標値も、半導体装置の中心が原点になる。
For example, the bonding coordinate value instructed to the wire bonder usually has the origin at the center of the semiconductor device. That is, the bond coordinate value extracted from the wire bonder coordinate data file and written in the
他方、測定装置10に指示するボンディング座標値は、測定プログラム作成の都合から、アライメントマーク(B)、半導体チップ100のコーナー等を原点とする。つまり、第一領域300に書き込まれたボンディング座標値と、第二領域310に書かれるボンディング座標値との間で座標変換が必要になる。第一領域300と第二領域310との間に、座標変換用の計算式を入れれば、測定プログラムで必要な、アライメントマーク(B)、半導体チップ100のコーナー等を原点とするボンディング座標値に変換できる。
On the other hand, the bonding coordinate value instructed to the measuring
ボンディング座標値だけでは無く、測定者が記入した測定パラメータ等も、実際に測定プログラム行で必要な形に変換する事ができる。 Not only the bonding coordinate values but also the measurement parameters entered by the measurer can be actually converted into the required form in the measurement program line.
図4の第三領域320は、第二領域310のセルの値を文字列として結合することにより得られる。図4の第三領域320は、一行分の測定コマンドの例が示されているが、実際には1本のボンディングワイヤの測定に必要な複数のプログラム行×測定対象のボンディングワイヤの本数分だけ、第三領域320のデータは生成される。
The
この第三領域320のデータがまとめてテキストファイルとして書き出されることで、測定プログラムが作成される。この様子を示したのが第四領域330である。
The data in the
再び、図2に戻り、引き続き測定の流れを説明する。 Returning to FIG. 2 again, the measurement flow will be described.
ステップS130までに作成された測定プログラムにより、測定装置10は、ボンディングワイヤの各種のデータを計測する(ステップS140)。測定装置10は、測定データを出力する(ステップS150)。
By the measurement program created up to step S130, the measuring
図5を用いて図2のステップS140について詳細を説明する。 Details of step S140 in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
図5は、測定装置10の具体的な測定手順を説明したフローチャートである。なお、この測定手順は、前述した測定プログラムに基づいて、自動的に処理がされる。または、測定手順は、エラー発生時等の対応を除いて、自動的に処理される。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a specific measurement procedure of the
ステップS200において、基板110のアライメントマークが測定され、傾きが補正される。具体的な処理を図6を用いて説明する。
In step S200, the alignment mark on the
図6(A)に示されるように、基板110上に半導体チップ100a及び100bが配置される。半導体チップ100aは、例えばメモリコントローラであり、半導体チップ100bは、例えばNANDメモリである。半導体チップ100aは、基板110とボンディングワイヤ150を介して電気的に接続される。
As shown in FIG. 6A,
基板110上に、アライメントマーク400a及び400bが配置される。アライメントマーク400の一例が図6(B)及び図6(C)に示される。図6(B)は、ドーナツ形状の例であり、図6(C)は、円状の例を示している。アライメントマーク400は、上方からカメラが撮影して、図6(B)及び図6(C)のように境界が見えればよい。アライメントマーク400は、例えば、基板110上に形成された導電層等でもよいし、基板110を貫通する孔でもよい。また、アライメントマーク400として専用に配置されたマークで無くとも、基板110上の任意のパターンを用いてアライメントされてもよい。
On the
なお、アライメントマーク400は、図6(B)及び図6(C)に示されたドーナツ、円でなく、十字、L字などの形状でもよい。ただし、十字、L字などのアライメントマークの中心を測定するには、多数のプログラム行が必要になる。ドーナツ状、円状であれば、後述する円キャリパー410を用い、数行のプログラムで測定できる。アライメントマークに似たパターンが近傍に有り、測定ミスの心配が有る場合を除き、アライメントマークは、ドーナツ状、円状が望ましい。
Note that the
ここで、円キャリパー410とは、画像中に存在する円形の被撮影対象のエッジを検出し、最小二乗法などを用いてそのエッジの近似円の中心座標を推定するプログラムモジュールについての、測定対称位置を画像上で指示するための円形のカーソル画像である。
Here, the
まず、アライメントマーク400a及び400bの位置を、図6(D)に示される円キャリパー410を用いて測定する。コントローラ70は、図6(D)に示される円キャリパー410とカメラ40から入力された画像データとを画像処理することで、例えば、アライメントマークの直径と中心位置を測定することができる。
First, the positions of the alignment marks 400a and 400b are measured using a
具体的には、図6(E)に示されるように、円キャリパー410はアライメントマーク400に重なって配置される。コントローラ70は、円キャリパー410内の画像の明暗を、円キャリパー410中心から放射状に計測する。画像の明暗を計測することで、アライメントマーク400のエッジを検出する。コントローラ70は、検出された複数のエッジの位置から、アライメントマーク400の直径と中心位置を計算により求める。なお、アライメントマーク400が完全な円でない場合は、コントローラ70はアライメントマーク400の近接円の直径と中心位置を計算により求める。
Specifically, as shown in FIG. 6E, the
コントローラ70は、計算したアライメントマーク400a及び400bの中心位置を結んだ直線をX軸とするローカル座標系500を、基板110に対して設定する。
The
図6では、例えばアライメントマーク400a上にローカル座標系500を配置した例が示されている。図6では、アライメントマーク400aと400bが、基板110の横方向と平行に配置されているので、ここで設定したローカル座標系500のX軸も基板110の横方向と平行になる。これ以降の測定プログラムは、ローカル座標系500に対して、動作位置を指定するので、基板110が、測定装置10のステージに対して傾いてセットされていても、想定した位置で動作させられる。
FIG. 6 shows an example in which the local coordinate
図7は、別のアライメントマーク400の配置の例を説明する図である。アライメントマーク400a及び400cが基板110に対して、斜めに配置されている。
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of the arrangement of another
アライメントマーク400aと400cを結んだ直線を、基板110の横方向とのなす角度だけ、時計方向に回転した方向に、ローカル座標系500のX軸を設定する。
The X axis of the local coordinate
なお、基板110の横方向とのなす角度には、アライメントマーク400aと400cの設計値から計算した値を用いる。この様にすれば、アライメントマーク400a及び400cが基板110に対して、斜めに配置されていても、ステージに対する基板110のセット傾きを補正できる。
Note that a value calculated from the design values of the alignment marks 400a and 400c is used as the angle formed with the lateral direction of the
続いて、図5のステップS210において、基板110に対する半導体チップ100aの搭載位置、傾きが補正される。具体的な処理内容について説明する。
Subsequently, in step S210 of FIG. 5, the mounting position and inclination of the
コントローラ70は、半導体チップのエッジが含まれる画像を撮影できる位置へ、ステージ、ヘッド部を移動させる。移動先は、図6又は図7で設定されたローカル座標系500に対する座標値として、測定プログラム行で指示される。
The
測定プログラム行に記載される移動先の座標値は、測定プログラム作成用表計算シート(マクロ付)内で、半導体チップ100aのチップサイズ、基板からのオフセット量等の情報から計算される。カメラ40で撮影した画像データから、半導体チップのエッジを算出又は測定する。
The coordinate value of the movement destination described in the measurement program line is calculated from information such as the chip size of the
コントローラ70は、例えば、半導体チップ100aが略長方形形状の場合は、各辺において2か所ずつ測定する。つまり、コントローラ70は、エッジ位置を例えば8か所測定する。各辺において2か所ずつ測定することで、半導体チップ100aの各辺のエッジ位置を算出することができる。さらに、コントローラ70は、半導体チップ100aに対するローカル仮座標系510を設定する。
For example, when the
なお、ローカル座標系500に対する、半導体チップ100aのエッジ測定位置は、予め測定プログラム作成時(図2のステップS130)に含まれている。
The edge measurement position of the
図8を用いて、より具体的な処理の内容を説明する。図8は、図6における領域A1の拡大図であって、半導体チップ100aの2つの辺に対するエッジ位置を一か所ずつ検出している様子を説明する図である。
More specific processing contents will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an enlarged view of the region A1 in FIG. 6, and is a diagram for explaining a state in which edge positions with respect to two sides of the
なお、図8において、半導体チップ100a上には、金属パッド605が配置される。金属パッド605上には、金属ボール600が配置される。金属ボール600は、ボンディングワイヤ150(不図示)の一部である。また、ボンディングワイヤのワイヤ部分は図8〜図13の図面では図示が省略されている。
In FIG. 8, a
コントローラ70は、カメラ40を用いて、図8のような半導体チップ100aのエッジ(端部)が含まれる画像を撮影する。コントローラ70は、カメラ40が撮影した画像データから、長方形キャリパー420a及び420bを用いて、半導体チップ100aのエッジ位置を算出、又は測定する。ここで、長方形キャリパー420とは、画像中に存在する被撮影対象の直線状のエッジを検出し、必要に応じて例えば2点間の長さを測定可能なプログラムモジュールについての、測定対称位置を画像上で指示するための長方形のカーソル画像である。
The
コントローラ70は、前述した円キャリパー410と同様に、長方形キャリパー420aを用いて以下の通り、エッジを検出する。つまり、コントローラ70は、長方形キャリパー420内の画像の明暗を、長方形キャリパー420の任意の一辺からから他辺に向けて、計測する。コントローラ70は、画像の明暗を計測することで、半導体チップ100aのエッジを検出する。
Similarly to the
さらに、測定した半導体チップ100aのエッジの情報から、半導体チップ100aに対して半導体チップ100aのコーナーを原点とするローカル仮座標系510が設定される。半導体チップ100aのエッジは、ダイシング時のダイシンングラインズレ等により、半導体チップ100a内の電極パッド等に対してバラついている場合がある。つまり、ローカル仮座標系510は、半導体チップ100a内の電極パッド等に対して、必ずしも正確に設定できているとは限られない。そこで、ローカル仮座標系510を、精度よく設定するため、以下の測定を行う。
Further, a local temporary coordinate
図9は、ローカル仮座標系510をより精度のよい第一ローカル座標系520に設定しなおす様子を説明した図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining how the local temporary coordinate
図9に示されるように、コントローラ70は、ローカル仮座標系510に対して指定した範囲内で、サーチキャリパー430が、あらかじめ記憶させておいた画像データをマッチングによりサーチする。ここで、サーチキャリパー430とは、画像中に存在する被撮影対象のエッジを検出し、最小二乗法などを用いて予め保存されたサーチ対象画像(サーチ対象画像を2値化した画像等のサーチ対象画像を加工したデータを含む)を探し、又は近似直線の交点を推定するプログラムモジュールについての、サーチ対称画像を探索するためのカーソル画像である。図9では、一例として、サーチキャリパー430が、金属パッド605の隅をサーチした状態を示している。サーチキャリパー430がサーチした、金属パッド605の隅から、半導体チップ100aのコーナーまでの距離だけシフトした位置を原点として、ローカル仮座標系510を第一ローカル座標系520として再設定する。
As shown in FIG. 9, the
なお、半導体チップ100aのコーナーを第一ローカル座標系520の原点とするのは、測定プログラム作成用表計算シート(マクロ付)において、各金属ボール600の座標値が計算し易い為である。
The reason why the corner of the
つまり、半導体チップ100a上に形成されるパターンに対して、第一ローカル座標系520を設定することで、ダイシング時のバラツキや、半導体チップ100aの基板110に対する傾き等によらず、半導体チップ100aに配置された金属パッド等に対する精度のよい第一ローカル座標系520を設定することが可能である。
That is, by setting the first local coordinate
しかし、半導体チップ100aには、金属パッド605が多数、接近して配置されているので、カメラ40が撮影した範囲内に、複数の金属パッド605が有った場合、想定した金属パッド605とは異なる金属パッド605を間違ってサーチする心配が有る。その場合は、付近に、類似パターンの無い配線パターンをサーチ対象として記憶させる事も出来る。この場合、記憶させた配線パターンから半導体チップ100aのコーナーまでの距離が正確には分からないので、第一ローカル座標系520の原点も、正しく半導体チップ100aのコーナーには来ない。
However, since a large number of
この様にして設定した第一ローカル座標系520に対して、金属ボール600を測定する円キャリパー410の測定位置を指示した場合、金属ボール600と円キャリパー410の位置ズレが生ずるが、現物合せで、円キャリパー410の位置を微調整後、測定プログラムを保存し直せば回避できる。
When the measurement position of the
もしも、全ての金属ボールを、第一ローカル座標系520に対して指定した場合、全ての円キャリパーで、位置の微調整が必要になってしまうので、図5のステップS220において、1個目の金属ボール600に対する第二ローカル座標系530が設定される。
If all the metal balls are designated with respect to the first local coordinate
図10は、第二ローカル座標系530の設定を説明する図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the setting of the second local coordinate
測定プログラムを、金属ボール600に対して、円キャリパー410を表示する所まで、部分的に実行すると、図10に示されるように、コントローラ70は、第一ローカル座標系520に基づいて、円キャリパー440を表示する。
When the measurement program is partially executed on the
金属ボール600と円キャリパー410とは位置ズレする場合があるが、第一ローカル座標系は、半導体チップ100a上の回路パターンに対して設定されるので、ダイシングラインズレ等が有っても、常に、位置ズレ方向、位置ズレ量は同レベルになる。第一ローカル座標系に対する円キャリパー440の表示位置を微調整して、金属ボール600上に、円キャリパー440が来る様に測定プログラムを修正すれば、それ以降、ダイシングラインズレ等によらず、常に、正しい位置に円キャリパー440が表示される。
Although the
もしも、全ての金属ボール600に対する円キャリパー440の表示位置が、第一ローカル座標系520に対して指定されていた場合は、全ての金属ボール600に対して円キャリパー440の表示位置を微調整する必要があるので、微調整作業が膨大になる。
If the display position of the
半導体チップ100a上の、金属パッド同士の位置関係は、チップ設計によって決まっており、ボンディングの位置やチップの位置に比べてほとんどバラつかないので、1個目の金属ボールの中心に第二ローカル座標系530を設定し、2個目以降の金属ボールに対する円キャリパーの表示位置を、1個目の金属ボールとの距離で指示すれば、2個目以降の金属ボールに対する円キャリパーの位置調整は不要になる。測定プログラムの調整作業が大幅に軽減される。
Since the positional relationship between the metal pads on the
図10に説明した第二ローカル座標系530の設定は、半導体チップ100aの各辺に対して行うことが望ましい。つまり、各辺毎に異なった方向へ金属ボール600と第一ローカル座標系520のずれが生ずる可能性は小さいが、第一のチップ辺上の1個目の金属ボール上に第二ローカル座標系530を設定した場合、第二〜第四のチップ辺上の金属ボールの座標値は、金属ボールごとに、X座標値、Y座標値の両方が変化する。各チップ辺上の1個目の金属ボール上に、それぞれ第二ローカル座標系を設定すれば、X座標値、Y座標値のうち、どちらかは常にゼロになる為、座標値の指定がやり易くなる。第二ローカル座標系からの距離が、比較的近いので、円キャリパー表示の誤差も生じにくい。
The setting of the second local coordinate
そのため、各辺毎に金属ボール600に対する第二ローカル座標系530の設定を行うほうが望ましい。
Therefore, it is desirable to set the second local coordinate
また、この第二ローカル座標系530の設定は、測定プログラムにより、各チップ辺の1個目の金属ボールの測定結果(金属ボール位置)に基づき、自動的に設定される。
The setting of the second local coordinate
各チップ辺の1個目の金属ボールを測定する円キャリパーを表示させる所まで、部分的に測定プログラムを実行した後、円キャリパーの位置を金属ボール上に微調整し、微調整後に測定プログラムを保存し直す。この作業は、実測定に入る前に、1度行うだけで良く、半導体装置(同品種)のボンディングワイヤ測定を多数回行っても、円キャリパーは、金属ボール上に正しく表示される。 After partially executing the measurement program to the point where the circle caliper that measures the first metal ball on each chip side is displayed, finely adjust the position of the circle caliper on the metal ball. Save again. This operation only needs to be performed once before entering the actual measurement. Even if the bonding wire measurement of the semiconductor device (same type) is performed many times, the circular caliper is correctly displayed on the metal ball.
続いて、図5のステップS230において、ボール潰れ径、ワイヤループ高さ測定の基準点が設定される。 Subsequently, in step S230 of FIG. 5, reference points for measuring the ball crush diameter and the wire loop height are set.
図11に示されるように、金属ボール600が配置されていない金属パッド605上の点に対して高さが測定され、基準点として設定される。図11では、具体例として、カーソル460の点でレーザーを用いて焦点を合わせ、その高さが測定される。
As shown in FIG. 11, the height is measured with respect to a point on the
また、図12に示されるように、金属ボール600と金属パッド605が、およそ重なっている場合がある。この場合は、金属パッド605の周辺で、半導体チップ100aの表面における高さが測定される。半導体チップ100aの表面は、回路パターン保護のポリイミド膜(不図示)で覆われている。そして、ポリイミド膜は、半透明である。ここで、測定値は、実験的に実際の高さよりも半透明膜の厚さのおよそ1/2程度高い値が得られる場合がある。つまり、測定された高さの値から半透明膜の厚さの1/2の高さを引けばおおよそ正しい高さが得られる。
Further, as shown in FIG. 12, the
ここで、測定値がポリイミド膜の厚さのおよそ1/2程度高い値が得られる理由は例えば次のとおりである。 Here, the reason why the measured value is about 1/2 higher than the thickness of the polyimide film is obtained, for example, as follows.
レーザー光を用いて焦点を合わせる場合、レーザー光は、ポリイミド膜の表面で反射される場合と、ポリイミド膜の途中で反射される場合と、ポリイミド膜の下層の回路パターンの上面で反射される場合と、が考えられる。ここで、回路パターンの上面は、金属パッド605の表面と、ほぼ同じ高さに有る。また、上記の3つの場合は、ほぼ同じ確率で起きると想定される。そこで、測定値は、平均するとポリイミド膜の厚さの1/2程度、実際の金属パッド605よりも高い値を示す。
When focusing using laser light, the laser light is reflected on the surface of the polyimide film, reflected in the middle of the polyimide film, or reflected on the upper surface of the circuit pattern below the polyimide film You could think so. Here, the upper surface of the circuit pattern is substantially at the same height as the surface of the
なお、ここでは、ポリイミド膜は、数umと回路パターンよりも数倍厚く、回路パターン自体の厚さは無視できる場合を想定した。3次元メモリ等、回路パターンが厚い場合などは、測定値が必ずポリイミド膜の1/2程度厚くなるわけではない。 Here, it is assumed that the polyimide film is several um, which is several times thicker than the circuit pattern, and the thickness of the circuit pattern itself can be ignored. When the circuit pattern is thick, such as a three-dimensional memory, the measured value is not necessarily about half that of the polyimide film.
続いて、図5のステップS240において、金属ボール600に対して、ボール潰れ径、ボール位置が測定される。
Subsequently, in step S240 of FIG. 5, the ball collapse diameter and the ball position are measured for the
図13及び図14を用いて、ボール潰れ径、ボール位置の測定方法について説明する。図14は、被測定対象の金属ボール600の模式的な断面図である。まず、図14に示されるように、金属ボール600のZ方向の長さ、つまりh1を、金属ボール600の潰れ厚さh1と称する。ボール潰れ厚さの1/2の長さ、つまりh2を、金属ボール600のボール潰れ径測定高さh2と称する。そして、ボール潰れ径高さh2での金属ボール600の径をボール潰れ径w1と称する。
A method for measuring the ball crush diameter and the ball position will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a
ボール潰れ厚さh1は、レーザー光で実測してもよいし、予め測定プログラム内に所定の値として設定されていてもよい。そして、ボール潰れ厚さh1からボール潰れ径測定高さh2は算出される。 The ball collapse thickness h1 may be measured with laser light, or may be set as a predetermined value in the measurement program in advance. Then, the ball collapse diameter measurement height h2 is calculated from the ball collapse thickness h1.
図13に示されるように、ボール潰れ径高さh2にカメラ40の焦点を合わせたのち、円キャリパー470を用いて、ボール潰れ径w1の長さが測定される。
As shown in FIG. 13, after the focus of the
また、図13でボール潰れ径w1が測定されるとともに、金属ボール600の位置が測定される。
Further, in FIG. 13, the ball crush diameter w1 is measured, and the position of the
続いて、図5のステップS250において、ボンディングワイヤ150のワイヤ部分610に対して、第三ローカル座標系540が設定される。
Subsequently, in step S250 of FIG. 5, the third local coordinate
図15(A)及び図15(B)は、それぞれ図6の領域A2及びA3の拡大図である。つまり、図15(A)及び図15(B)は、それぞれワイヤ部分610に対する、金属ボール600、及びボンディング位置630の近傍の拡大図である。なお、ボンディング位置630は、例えば、ワイヤ部分610が基板110上の電極620に対してステッチボンディングされたボンディング位置である。ボンディング位置630は、例えば、ワイヤボンディングの座標データファイルから抽出された値、またはその値を用いて計算した値を用いることで、求めることができる。
FIGS. 15A and 15B are enlarged views of regions A2 and A3 of FIG. 6, respectively. That is, FIGS. 15A and 15B are enlarged views of the vicinity of the
そして、被測定対象のワイヤ部分610に接続された金属ボール600及びボンディング位置630を結ぶ直線にそって、第三ローカル座標系540が設定される。第三ローカル座標系540は、半導体チップ100aのエッジとワイヤ部分610の重なる位置に配置される。
Then, a third local coordinate
続いて、図5のステップS260において、ワイヤ部分610に対して、第三ローカル座標系540に沿って、ワイヤ部分610の高さが測定される。
Subsequently, in step S <b> 260 of FIG. 5, the height of the
図16(A)に示されるように、第三ローカル座標系540の原点において、コントローラ70は、高さ測定キャリパー480aを用いて、ボンディングワイヤ高さを測定する。ここで、測定キャリパー480aとは、画像中に存在する被測定対象のエッジを検出し、最小二乗法などを用いて予め保存された測定対象画像(ここでは2本の略並行な直線を有する測定対象)について、合焦高さを測定するプログラムモジュールについての、測定対称画像を探索するためのカーソル画像である。つまり、コントローラ70は、半導体チップ100aのエッジ部におけるワイヤ部分610の高さを測定する。なお、このワイヤ部分610の高さをループエッジ高さとも読む。
As shown in FIG. 16A, at the origin of the third local coordinate
図16(A)に示されるように、コントローラ70は、第三ローカル座標系540に沿って、ボンディングワイヤが最高値を取ると想定される点を中心に、金属ボール方向、ボンディング位置630方向に、複数個所ずつ測定し、その内の最大値をループ高さとする。
As shown in FIG. 16A, the
図16では、一例として、ボンディングワイヤの高さを4点で測定する例が示されている。もちろんであるが、ボンディングワイヤの高さを4点より多く測定してもよいし、少なく測定しても構わない。 FIG. 16 shows an example in which the height of the bonding wire is measured at four points as an example. Of course, the height of the bonding wire may be measured more than four points or less.
なお、ボンディングワイヤが最高値を取る点は、正ボンディング/逆ボンディング、ワイヤボンダーのボンディングループモード等から、おおよそ推定する事が出来る。 The point where the bonding wire takes the maximum value can be roughly estimated from the forward bonding / reverse bonding, the bonding loop mode of the wire bonder, and the like.
コントローラ70は、例えば以下の通りにして、被対象物、すなわちワイヤ部分610の高さを測定する。つまり、コントローラ70は、カメラ40のレンズを上下に移動させ、高さキャリパー480a〜480dの内部で被対象物、すなわちワイヤ部分610に焦点が合うようにする。 コントローラ70は、図11等で求めた金属パッドの高さと、高さキャリパーで求めたボンディングワイヤ高さの差を計算する。
The
ここで、ワイヤ部分610の高さの測定の際に、カメラ40が撮影したボンディングワイヤ上端の画像データのコントラストが大きいほうが望ましい。つまり、コントラストが小さいと、カメラ40がボンディングワイヤ上端で焦点を合わせることが難しく、ワイヤ部分610の高さ測定の誤差の原因となりうる。
Here, when the height of the
このコントラストをより強調することが可能な構成を次に説明する。図16(B)は、ヘッド部20のカメラ40の一部を模式的に示した断面図である。カメラ40に含まれるレンズ720の周囲にはリングライト700が配置される。
Next, a configuration capable of further enhancing the contrast will be described. FIG. 16B is a cross-sectional view schematically showing a part of the
そして、ワイヤ部分610の高さの測定の際には、リングライト700はその一部のみが点灯する。例えば、リングライト700はリング状の光源であって、その半分が点灯する。すると、ワイヤ部分610に対して、一方向から光が当てられるため、ワイヤ部分610の明暗が強調される。つまり、コントローラ70は容易にカメラ40の焦点をワイヤ部分610に合わせることが可能である。
When the height of the
また、ワイヤ部分610の向きや材質によっては、リングライト700よりもレンズ720の上方に配置された電球照明710のほうがワイヤ部分610の明暗が強調される場合がある。この場合は、リングライト700を用いずに電球照明710を用いて、ボンディングワイヤを照らしてもよい。
Further, depending on the orientation and material of the
ワイヤ部分610の太さが十分にある場合は、レーザー変位計(レーザー測距計)などを用い、直接ワイヤ部分610の高さを測定してもよい。
When the thickness of the
続いて、図5のステップS260にある通り、コントローラ70は、以上の測定データをテキストファイルなどに出力する。
Subsequently, as shown in step S260 of FIG. 5, the
さらに、図5のフローにある通り、測定する必要のあるワイヤ部分610の本数分だけ、ステップS230〜ステップS270の処理を行うことによって、必要なだけのワイヤ部分610の高さが測定され、測定結果が出力される。
Furthermore, as shown in the flow of FIG. 5, the height of the
なお、1個の半導体チップ100aに対する測定手順を例に説明したが、半導体チップ100aが、多段積層されていてもよい。つまり、基板110上に、複数の半導体チップ100が配置されている場合は、それぞれの半導体チップ100に対して、上記の手順を繰り返すことで、複数の半導体チップ100のワイヤ部分610の高さを測定することが可能である。
Although the measurement procedure for one
本実施形態によれば、金属ボール600とボンディング位置630に基づき、前記ワイヤ部分610に第三ローカル座標系540が設定される。そして、第三ローカル座標系540に基づいて、ワイヤ部分610の高さが測定される。
According to the present embodiment, the third local coordinate
ワイヤ部分610は、様々な傾きをもって配置される場合がある。第三ローカル座標系540は、金属ボール600及びボンディング位置630に基づいて配置されるため、図16に示される高さ測定キャリパー480を容易に配置することが可能である。
The
また、本実施形態によれば、測定プログラム作成マクロを用いることで、作成に大変な手間のかかる測定プログラムを簡単に作成する事が出来る。さらに、その測定プログラムを、測定装置10に読み込ませることで、自動でワイヤ部分610の高さを測定する事が可能である。
In addition, according to the present embodiment, by using the measurement program creation macro, it is possible to easily create a measurement program that takes a lot of time and effort. Furthermore, the height of the
すなわち、測定装置10に基板110をセットした後、多数のサンプルに対して、人手を殆どかける事なく、自動で測定が可能である。さらには、測定作業が省力化され、測定サンプル数を増やすことがかのうなことにより、不良品の検出をより効率的に行うことが可能となる。
That is, after setting the
本発明の実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…測定装置
20…ヘッド部
30…第一駆動部
40…カメラ
50…ステージ
60…第二駆動部
70…コントローラ
80…表示部
100…半導体チップ
110…基板
120…ステップ
150…ボンディングワイヤ
400…アライメントマーク
410…円キャリパー
420…長方形キャリパー
430…サーチキャリパー
440…円キャリパー
460…カーソル
470…円キャリパー
480…測定キャリパー
500…ローカル座標系
510…ローカル仮座標系
520…第一ローカル座標系
530…第二ローカル座標系
540…第三ローカル座標系
600…金属ボール
605…金属パッド
610…ワイヤ部分
620…電極
630…ボンディング位置
700…リングライト
710…電球照明
720…レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記基板の上に配置された半導体チップの傾きを補正し、
前記基板の上の電極と、前記基板の上に配置された半導体チップ上の電極パッドと、の間に配置されたボンディングワイヤの経路に沿ったローカル座標系を複数の前記ボンディングワイヤについて設定し、
前記ボンディングワイヤの高さを、それぞれの前記ボンディングワイヤに対応した前記ローカル座標系に沿って複数回測定する、
半導体装置の測定方法。 Correct the tilt of the board,
Correcting the tilt of the semiconductor chip disposed on the substrate,
A local coordinate system is set for the plurality of bonding wires along the path of the bonding wire disposed between the electrode on the substrate and the electrode pad on the semiconductor chip disposed on the substrate;
The height of the bonding wire, multiple measurements along each kilometer Karu coordinate system before corresponding to the bonding wire,
A method for measuring a semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置の測定方法。 The reference point of the local coordinate system is set at the intersection of the bonding wire and the edge of the semiconductor chip when viewed from above.
The method for measuring a semiconductor device according to claim 1.
前記ボールの潰れ径の測定は、所定の高さでの径を測定することで行う
請求項1または2に記載の半導体装置の測定方法。 Measure the collapse diameter of the ball connected to the bonding wire, and the position of the ball,
The method for measuring a semiconductor device according to claim 1, wherein the crushing diameter of the ball is measured by measuring a diameter at a predetermined height.
請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体装置の測定方法。 After measuring the height on the upper surface of the semitransparent film disposed on the semiconductor chip, the reference point when measuring the height of the bonding wire by reducing the film thickness of approximately half of the semitransparent film To calculate,
The method for measuring a semiconductor device according to claim 1 .
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