JP6906779B1 - 半導体チップの検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チップ内部に存在するクラック欠陥の検出精度を高めることが可能な半導体チップの検査方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明による半導体チップの検査方法は、検査対象の半導体チップ２に対して斜め方向にカメラ１１を設置すると共に、カメラ１１の光軸に対して正反射方向に近赤外光源１２を設置し、近赤外光源１２から半導体チップ２に向けて近赤外光を照射しながらカメラ１１で半導体チップ２の近赤外光画像を撮影し、近赤外光画像を処理して半導体チップ２の内部に存在するクラック欠陥を検査する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップの検査方法及び装置に関し、特に、半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査する方法及び装置に関する。

シリコンチップに代表される半導体チップの重大な欠陥項目の一つとしてクラック欠陥が挙げられる。クラック欠陥は、チップの表面から観察可能であるとは限らず、チップ内部に留まり表層にまで達していない状態があり、製造の過程で徐々に成長することで半導体デバイスの機能を損なうことが知られている。よって、チップ内部の検査を実施することで、早期にクラック欠陥の存在を認識し、大きな損害が発生する前に問題を摘み取ることが求められている。

このような検査を実現するため、シリコンを透過する近赤外光を用いる手法が提案されている。近赤外光を用いることでチップ内部を観察できるが、チップ内部にクラック欠陥が存在すると、クラックの界面において光の散乱が生じ、通常とは異なる画像データが得られる。これを利用することで、シリコンチップ内部のクラック欠陥の存在を人間が認識することができる。

近赤外光を用いたシリコンチップの検査方法に関し、例えば特許文献１には、半導体チップの表面側から赤外光を照射し、半導体チップを透過した裏面の画像を、半導体チップの表面側に配置した赤外光カメラで取り込むことにより、半導体チップの裏面側の外観検査を表面側から行う方法が記載されている。また特許文献１には、半導体チップの裏面側の外観検査を赤外光下で行うと共に、表面側の外観検査を可視光下で行うことが記載されている。

また特許文献２には、シリコンウェーハの表面及び内部に存在するクラック欠陥を近赤外線によって検査する欠陥検査装置が記載されている。この装置は、近赤外光源からの単波長の近赤外散乱光線をシリコンウェーハに照射し、このシリコンウェーハを透過した透過光線をカメラで撮像し、画像処理部がカメラの撮像画像上でシリコンウェーハの表面粗さ部分となる成分を消去する。特許文献２では、シリコンウェーハの表面の凹凸による輝度変化よりもクラック欠陥による輝度変化が相対的に大きくなる９４０〜９６０ｎｍの波長を使用するので、欠陥部分を強調でき、画像処理による識別が可能となる。

特許文献３には、ダイシングにより個片化されたウェーハに生じたクラックを検査する方法が記載されている。この検査方法は、主面側が樹脂層で封止されたウェーハの裏面側から赤外光線を斜めに照射し、その反射光を受光しつつ撮像することにより、ウェーハの内部に発生したクラックを検出する。ウェーハ内部に生じたクラックの界面で乱反射した赤外光線の反射光を受光することによって、クラックのみを顕在化させることができる。

特許文献４には、半導体チップの検査方法ではないが、コネクタ部品などの電子部品の外観検査方法が記載されている。この外観検査方法では、カメラがコネクタ部品の３面を斜め方向から一度に撮影する。ここで、カメラの撮像面は、光軸に対して傾けられており、またカメラの光軸の向きは、照明光が検査台の表面で全反射する方向と一致している。この方法によれば、対象平面全体に焦点を合わせることができ、外観形状が複雑な電子部品の検査を効率的に行うことができる。

特開２００４−３４７５２５号公報 特許第５８３０２２９号公報 特許第４９７３０６２号公報 特許第６１２２３１０号公報

上記のように、近赤外光を用いた半導体チップの検査方法によれば、チップ内部のクラック欠陥を捉えることが可能である。しかしながら、半導体チップの画像には回路パターンを始めとする様々なパターンが写り込むため、コンピュータが人間と同様にクラック欠陥を認識することが難しいケースも多々存在する。半導体チップ内部のクラック欠陥を自動検査する上での課題は以下の通りである。

第１の課題は、クラックの断面方向によっては、クラックを十分に画像化（サンプリング）できないことである。クラックは半導体チップの内部の様々な方向に発生し、クラックの存在により生じる影の面積は、クラックの断面方向と観察方向が平行となる場合に最小となる。

図１１（ａ）及び（ｂ）は半導体チップ２の真上からクラック３を観察した一例であり、特に図１１（ａ）はクラック３が垂直方向に対して斜めを向いているため、クラック３の影を十分な面積で画像化（サンプリング）できるケースである。一方、図１１（ｂ）は、クラック３が垂直であるため、クラック３の影を十分な面積で画像化できないケースである。

クラックの小さな影をカメラで画像化できるかどうかは、レンズの倍率と撮像素子（画素）の大きさによって決定される分解能（１画素当たりの実寸値）によって決まる。分解能と観察範囲はトレードオフの関係にあり、対象物を包含する観察領域を確保するために、１画素当たりの実寸値を大きく（レンズ倍率を低く）したいという要請がある。

第２の課題は、チップ表面の僅かな凹凸をクラック欠陥と区別する必要があることである。半導体チップの表面には研磨等の加工工程で生じた筋状の研磨痕が残っている。このような凹凸パターンはクラック欠陥と紛らわしく、両者を区別することは難しい。第２の課題については特許文献２においても言及されており、特許文献２ではチップ表面の凹凸による輝度変化よりもクラック欠陥による輝度変化が相対的に大きくなる940〜960nmの波長を選択することにより課題の解決を図っている。しかしながら、波長と対象物の透過率は密接な関係があり、使用可能な波長を制限することは技術の適用範囲を大きく狭めることに繋がる。よって、使用可能な波長の選択肢を確保しつつ、課題を解決できる手法が望まれる。

第３の課題は、チップ内部の回路パターンをクラック欠陥と区別する必要があることである。第３の課題については特許文献３においても言及されており、特許文献３ではチップ内部の回路パターンからの正反射光をカメラが受光しないように照明を配置している。クラックが存在する場合は、クラック界面で乱反射が生じるのでクラックを顕在化できる。しかしながら、回路パターンの端などで乱反射が生じることに加え、クラック欠陥からの乱反射も微弱であるため、照明の配置だけで課題を完全に解決することは困難である。

したがって、本発明は、チップ内部に存在するクラック欠陥の検出精度を高めることが可能な半導体チップの検査方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明による半導体チップの検査方法は、検査対象の半導体チップに対して斜め方向にカメラを設置すると共に、前記カメラの光軸に対して正反射方向に近赤外光源を設置し、前記近赤外光源から前記半導体チップに向けて近赤外光を照射しながら前記カメラが前記半導体チップの近赤外光画像を撮影し、前記近赤外光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査することを特徴とする。

本発明によれば、チップ内部に存在するクラック欠陥又はその影をできるだけ大きく捉えることができる。したがって、画像処理によるクラック欠陥の検出精度を高めることができ、クラック欠陥の自動検査の信頼性を高めることができる。

本発明による半導体チップの検査方法は、前記カメラの光軸に対して正反射方向に可視光源をさらに設置し、前記可視光源から前記半導体チップに向けて可視光を照射しながら前記カメラが前記半導体チップの可視光画像を撮影し、前記近赤外光画像及び前記可視光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査することが好ましい。半導体チップの近赤外光画像にはチップ表面に形成された研磨痕などの筋状の凹凸パターンやチップ表面に付着するごみや汚れなどが写り込むため、対象パターンがクラックか否かを判断することが難しい。しかし、可視光画像から特定したチップ表面の対象パターンを候補から除外することにより、チップ内部のクラック欠陥の検出精度を高めることができる。

本発明による半導体チップの検査方法は、第１の方向から前記半導体チップを撮影して第１の近赤外光画像を取得し、前記第１の方向と互いの水平成分が略直交する第２の方向から前記半導体チップを撮影して前記半導体チップの第２の近赤外光画像を取得し、前記第１及び第２の近赤外光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査することが好ましい。クラックの向きによっては特定の方向からクラック欠陥の画像を大きく捉えることが難しい場合がある。しかし、撮影方向が９０度異なる二方向からチップ内部のクラック欠陥を撮影した場合には、一方のカメラでは捉えられないクラックを他方のカメラで捉えることができる。したがって、チップ内部のクラック欠陥の検出精度をさらに高めることができる。

前記第１及び第２の近赤外光画像を用いてクラック欠陥を検査する場合、第１のカメラを用いて前記第１の近赤外光画像を撮影し、前記第１のカメラと異なる第２のカメラを用いて前記第２の近赤外光画像を撮影することが好ましい。これにより、半導体チップの撮影に要する時間を短くして検査効率を高めることができる。

前記第１及び第２の近赤外光画像を用いてクラック欠陥を検査する場合、前記半導体チップの向きを９０度回転させることにより、同じカメラを用いて前記第１及び第２の近赤外光画像を撮影してもよい。これにより、光学系のコストを抑えながらクラック欠陥の検出精度を高めることができる。

本発明による半導体チップの検査方法は、前記半導体チップ内の基準回路パターンを予め用意し、前記クラック欠陥の検出時に前記近赤外光画像に含まれる回路パターンと前記基準回路パターンとを比較することにより、前記回路パターンと前記クラック欠陥を区別することが好ましい。これにより、チップ内部の回路パターンをクラック欠陥と誤って判断することを防止することができる。

また、本発明による半導体チップの検査装置は、検査対象の半導体チップに対して斜め方向に設置されたカメラと前記カメラの光軸に対して正反射方向に設置された近赤外光源とを含む少なくとも一つの光学系と、前記カメラが撮影した画像を処理する画像処理部とを備え、前記近赤外光源は、前記半導体チップに向けて近赤外光を照射し、前記カメラは、前記半導体チップの近赤外光画像を撮影し、前記画像処理部は、前記近赤外光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査することを特徴とする。

本発明によれば、チップ内部に存在するクラック欠陥又はその影をできるだけ大きく捉えることができる。したがって、画像処理によるクラック欠陥の検出精度を高めることができ、クラック欠陥の自動検査の信頼性を高めることができる。

本発明において、前記光学系は、前記カメラの光軸に対して正反射方向に設置された可視光源をさらに含み、前記可視光源は、前記半導体チップに向けて可視光を照射し、前記カメラは、前記半導体チップの可視光画像を撮影し、前記画像処理部は、前記近赤外光画像及び前記可視光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査することが好ましい。半導体チップの近赤外光画像にはチップ表面に形成された研磨痕などの凹凸パターンやチップ表面に付着するごみの影などが写り込むため、対象パターンがクラックか否かを判断することが難しい。しかし、可視光画像から特定したチップ表面の対象パターンを候補から除外することにより、チップ内部のクラック欠陥の検出精度を高めることができる。

本発明において、前記少なくとも一つの光学系は、前記半導体チップを撮影する方向が異なる第１及び第２の光学系を含み、前記第１の光学系は、第１の方向から前記半導体チップを撮影する第１のカメラと、前記第１のカメラの光軸の正反射方向に設置された第１の近赤外光源とを含み、前記第２の光学系は、前記第１の方向と互いの水平成分が略直交する第２の方向から前記半導体チップを撮影する第２のカメラと、前記第２のカメラの光軸の正反射方向に設置された第２の近赤外光源とを含み、前記画像処理部は、前記第１及び第２のカメラがそれぞれ撮影した前記半導体チップの第１及び第２の近赤外光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査することが好ましい。このように、撮影方向が９０度異なる二方向からチップ内部のクラック欠陥を撮影した場合には、一方のカメラでは捉えられないクラックを他方のカメラで捉えることができる。また、２つのカメラを使用することにより、半導体チップの撮影に要する時間を短くして検査効率を高めることができる。

本発明による半導体チップの検査装置は、前記半導体チップの向きを回転させる回転機構をさらに備え、前記回転機構は、前記カメラが第１の方向から前記半導体チップを撮影して第１の近赤外光画像を取得した後に前記半導体チップの向きを９０度回転させ、前記カメラは、前記第１の方向と互いの水平成分が略直交する第２の方向から前記半導体チップを撮影して第２の近赤外光画像を取得し、前記画像処理部は、前記第１及び第２の近赤外光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査することが好ましい。これにより、光学系のコストを抑えながらクラック欠陥の検出精度を高めることができる。

本発明において、前記画像処理部は、前記半導体チップ内の基準回路パターンを有し、前記クラック欠陥の検出時に前記近赤外光画像に含まれる回路パターンと前記基準回路パターンを比較することにより、前記回路パターンと前記クラック欠陥を区別することが好ましい。これにより、チップ内部の回路パターンをクラック欠陥と誤って判断することを防止することができる。

本発明において、前記カメラの撮像面は、前記カメラの前記光軸に対して傾けられていることが好ましい。この構成によれば、半導体チップを斜め方向から撮影する場合であってもチップ表面から底面までの立体空間全体に焦点を合わせることができ、厚みを有するチップ内部のクリアな撮像画像を得ることができる。

本発明によれば、半導体チップの内部に存在するクラック欠陥の検出精度を高めることが可能な半導体チップの検査方法及び装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態による半導体チップの検査装置の構成を示す模式図である。 図２（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施の形態による半導体チップの検査方法の原理を説明する模式図である。 図３（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施の形態による半導体チップの検査方法の原理を説明する模式図である。 図４は、半導体チップの検査方法の第１の変形例を示す模式図である。 図５は、半導体チップの検査方法の第２の変形例を示す模式図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態による半導体チップの検査装置の構成を示す模式図である。 図７は、第２の実施の形態による半導体チップの検査方法のフローチャートである。 図８（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態による半導体チップの検査方法を説明する模式図であって、（ａ）は可視光画像、（ｂ）は近赤外光画像、（ｃ）はフィルタリング後の近赤外光画像を示している。 図９は、検査画像から回路パターンの影響を取り除く方法を説明するフローチャートである。 図１０は、本発明の第３の実施の形態による半導体チップの検査装置の構成を示す模式図である。 図１１は、従来の半導体チップの検査方法の問題点を説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態による半導体チップの検査装置の構成を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態による検査装置１は、検査対象の半導体チップ２を撮像するカメラ１１及び半導体チップ２を照明する近赤外光源１２を含む光学系１０と、カメラ１１が撮影した画像を処理してクラック欠陥の有無を検査する画像処理部２０と、光学系１０及び画像処理部２０を制御する制御部３０を備えている。

半導体チップ２は、図示しないステージ（検査面）上に置かれて検査対象とされる。半導体チップ２は例えばシリコンチップであり、その内部には半導体デバイスの回路パターンが形成されている。また半導体チップ２の表面には研磨工程で生じた研磨痕などの筋状の凹凸パターンが形成されており、ごみや汚れなども付着している。回路パターンやチップ表面の凹凸パターンはクラック欠陥の誤検出の原因となるため、その影響をできるだけ排除する必要がある。

光学系１０は、半導体チップ２の斜め上方に設置されたカメラ１１と、カメラ１１の光軸に対して正反射方向に設置された近赤外光源１２とを有している。カメラ１１は近赤外光に感度があるものであればよく、カメラ１１の光軸は、半導体チップ２の主面に対して斜めに交差するように設置されている。鉛直軸に対するカメラ１１の設置角度θ（カメラ１１の光軸の角度）は１５度以上４５度未満が好ましく、２０度以上３５度以下が特に好ましい。

近赤外光源１２は半導体チップ２に向けて近赤外光を照射する。近赤外光源１２は単波長光源であることが好ましい。近赤外光の波長帯は７００ｎｍ〜２５００μｍである。各半導体材料には固有の光透過領域があり、Ｓｉでは１２００〜１５００ｎｍ、Ｇｅでは１８００〜２３００ｎｍ、ＧａＡｓでは９００〜１８００ｎｍであることが知られている。本実施形態では検査対象物がシリコンチップであることから、例えば１２００ｎｍの短波長光源が好ましく使用される。近赤外光源１２はカメラ１１の光軸に対して正反射方向に設置されているが、実質的に正反射方向であればよく、±５度以内であれば正反射方向の範囲内である。

画像処理部２０はパーソナルコンピュータの画像解析ソフトによって実現され、カメラ１１が撮影した画像データを処理してチップ内部のクラック欠陥の有無を判定する。制御部３０はパーソナルコンピュータの制御プログラムであり、予め決められた手順に従って光学系１０及び画像処理部２０の動作を制御する。

本実施形態による検査装置１は、カメラ１１が撮影した半導体チップ２の近赤外光画像を用いてチップ内部のクラック欠陥の検査を実施する。

図２及び図３は、第１の実施の形態による半導体チップの検査方法の原理を説明する模式図である。

図１０を参照しながら説明したように、半導体チップ２の内部に存在するクラック３をカメラ１１で撮影する場合、撮影画像に写るクラック３の影の幅又は面積は、クラック３の断面がカメラ１１の光軸と平行となる場合に最小となる。

そこで、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体チップ２を斜め方向から観察することを考える。

図２（ａ）に示すように、クラック３の断面がチップ面に対してほぼ垂直である場合、クラック３の影の幅が広くなるため、クラック３を検出することが可能である。しかし図２（ｂ）に示すように、クラックの断面がカメラ１１の光軸と平行な場合には、半導体チップ２を斜め方向から観察してもクラック３の影の幅は狭いままである。

そこで、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体チップ２を斜め方向から撮影するカメラ１１の光軸に対して正反射方向に近赤外光源１２を設置する。

図３（ａ）に示すように、クラック３の断面がカメラ１１の光軸と平行な場合には、照明光がクラック３に遮られることでクラックの影４が生じ、クラックの影４は十分な面積を持って画像化される。また図３（ｂ）に示すように、クラック３の断面が近赤外光源１２の照射方向（検査面に対するカメラ１１の光軸の正反射方向）と平行な場合には、照明光の反射光がクラック３に遮られることでクラック３が十分な面積を持って画像化される。このように、本実施形態による光学系１０は、クラック３の断面がカメラ１１の光軸方向又はその正反射方向と平行な場合にも有効であり、カメラ１１の光軸に対して正反射方向に近赤外光源１２を設置することでクラックの影４の幅が狭くなる問題を解決することができる。

ところで、クラック３の断面がカメラ１１の光軸ベクトルと近赤外光源１２の照射ベクトルを含む平面と平行な場合には、図３（ａ）及び（ｂ）のような態様で半導体チップ２を観察したとしてもクラックの影４の幅が狭くなるため、クラックの検出が難しい。

これを解決するためには、観察方向の水平成分が互いに直交する二方向から半導体チップ２を観察することが好ましい。例えば、図４に示すように、半導体チップ２の撮影方向が９０度異なる第１及び第２の光学系１０Ａ，１０Ｂを用いて半導体チップを検査する。第１の光学系１０Ａは、第１の方向から半導体チップ２を撮影する第１のカメラ１１Ａと、第１のカメラ１１Ａの光軸の正反射方向に設置された第１の近赤外光源１２Ａを含む。また第２の光学系１０Ｂは、第１の方向と互いの水平成分が略直交する第２の方向から半導体チップ２を撮影する第２のカメラ１１Ｂと、第２のカメラ１１Ｂの光軸の正反射方向に設置された第２の近赤外光源１２Ｂを含む。

半導体チップ２を０度と９０度の二方向から検査する場合、図５に示すように、光学系１０に対する半導体チップ２の相対的な向きを９０度回転させてもよい。半導体チップ２の向きを変更するための回転機構としては、回転ステージを用いてもよく、或いは図示しない半導体チップハンドリング装置を用いて半導体チップ２を持ち上げてその向きを変更してもよい。さらに、半導体チップ２側ではなく光学系１０側を９０度回転させることも可能である。

単一の光学系を用いて半導体チップ２を二方向から検査する場合、カメラ１１が第１の方向から半導体チップ２を撮影して第１の近赤外光画像を取得した後、回転ステージ等の回転機構が半導体チップ２の向きを９０度回転させる。その後、カメラ１１が第１の方向と互いの水平成分が略直交する第２の方向から半導体チップ２を撮影して第２の近赤外光画像を取得する。画像処理部２０は、第１及び第２の近赤外光画像を処理して、半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査する。

以上のように、半導体チップ２を二方向から観察する場合には、特定の一方向からの観察だけでは捉えることが困難なクラックを捉えることができ、クラックの検出精度を高めることができる。さらに、２つの光学系を使用する前者の場合には、検査工程のスループットを向上させることができる。また、光学系１０の撮影方向に対する半導体チップ２の向きを９０度回転させる後者の場合には、光学系のコストを低減できる。

図６は、本発明の第２の実施の形態による半導体チップの検査装置の構成を示す模式図である。

図６に示すように、本実施形態による検査装置１の特徴は、光学系１０が可視光源１３をさらに備える点にある。近赤外光源１２と同様に、可視光源１３はカメラ１１の光軸に対して正反射方向に設置されている。具体的には、近赤外光源１２の光路上にハーフミラー１４を設置して可視光源１３の光路を近赤外光源１２の光路と一致させている。

本実施形態において、カメラ１１は、半導体チップ２の近赤外光画像と可視光画像をそれぞれ撮像する。画像処理部２０は、可視光画像から半導体チップ２の表面のパターンを認識した上で、近赤外光画像から半導体チップ２の内部に存在するクラック欠陥と表面のパターンを区別して検査を実施する。

図７は、本発明の第２の実施の形態による半導体チップの検査方法のフローチャートである。

図７に示すように、本実施形態による半導体チップの検査方法は、まず可視光源１３を点灯し、可視光を照射しながら半導体チップ２を撮像する（ステップＳ１１）。次に、半導体チップ２の可視光画像を処理してチップ表面のパターンを特定する（ステップＳ１２）。具体的には、閾値処理によりパターンの画素を決定した上で、その位置と輝度値を保持する。

次に、半導体チップ２の照明を可視光源１３から近赤外光源１２に切り換えて、近赤外光を照射しながら半導体チップ２を撮像する（ステップＳ１３）。

次に、可視光画像に基づいて決定したチップ表面のパターンを近赤外光画像から除外する処理を行った上で、チップ内部のクラック欠陥の検出処理を行なう（ステップＳ１４、Ｓ１５）。チップ表面のパターンの除外処理はマスク処理を用いてもよく、画像間の加算／差分処理等を用いてもよい。また、クラック欠陥の検出処理は例えば特許第５８０６７８６号に示されたパターンマッチング処理でもよく、基準となる良品パターンとの比較処理でもよい。

図８（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態による半導体チップの検査方法を説明する模式図であって、（ａ）は可視光画像、（ｂ）は近赤外光画像、（ｃ）はフィルタリング後の近赤外光画像を示している。

図８（ａ）に示すように、半導体チップの可視光画像にはチップ表面に形成された筋状の凹凸によるパターン５やチップ表面に付着したごみやチリなどのパターン６が写り込んでいるが、チップ内部のクラック欠陥を撮影することはできない。一方、図８（ｂ）に示すように、半導体チップの近赤外光画像ではチップ内部のクラック３を捉えることができるが、チップ表面のパターン５、６も一緒に写り込んでいるため、近赤外光画像を見ただけではどのパターンがクラック欠陥かを特定することが難しい。

しかし上記のように、可視光画像からチップ表面のパターン５、６を特定し、これらをクラック欠陥の候補から除外することにより、図８（ｃ）に示すようにクラック３を特定することができる。

通常、半導体チップ２の内部には回路パターンが存在し、回路パターンがクラック欠陥と類似することがある。当然ながら回路パターンはクラック欠陥ではないので、回路パターンとクラック欠陥を適切に区別することが求められる。

回路パターンとクラック欠陥の区別の問題は、チップ表面のパターンとチップ内部のクラック欠陥の区別の問題と類似している。しかし、チップ表面のパターンが検査対象のチップごとにランダムであるのに対して、回路パターンはチップごとに多少の相違はあるものの概ね同一である。

そこで図９に示すように、回路パターンの基準画像を予め用意しておき（ステップＳ２１）、検査時には近赤外光画像から基準回路パターンを除外する処理を行った上で、チップ内部のクラック欠陥の検出処理を行う（ステップＳ２２，Ｓ２３）。このように、検査時には基準回路パターンと検査画像とを比較することで、撮影画像中の特定のパターンが回路パターンであるか否かを判断できる。

回路パターンとクラック欠陥を区別する最も簡便な画像処理手法としては、回路パターンの基準画像と検査画像の差を算出した上で、差画像に対して閾値処理を行なうことで、基準回路パターンと異なる画素を顕在化させることができる。実際には、基準回路パターンの生成時と検査時との間には多少の相違が生じるので、差分処理に加えて、特許第５８０６７８６号に示されたパターンマッチング処理を実施することが望ましい。

以上説明したように、本実施形態による半導体チップの検査方法は、検査対象の半導体チップ２の斜め上方にカメラ１１を設置すると共に、半導体チップ２の主面に対して斜めに入射するカメラ１１の光軸に対して正反射方向に近赤外光源１２を設置し、カメラ１１が撮影した半導体チップ２の近赤外光画像を処理してクラック欠陥の有無を検出するので、半導体チップ２の内部に存在するクラックの影を十分な面積を持って画像化することができ、クラック欠陥の検出精度を高めることができる。

図１０は、本発明の第３の実施の形態による半導体チップの検査装置の構成を示す模式図である。

図１０に示すように、本実施形態による検査装置１の特徴は、シャインプルーフの原理（Scheimpflug Principle）を応用したカメラ１１を用いて半導体チップ２を斜め方向からクリアに撮影する点にある。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

カメラ１１は、レンズ１５と撮像面１６を内蔵する。撮像面１６とはフィルム面やＣＣＤ（Charge Coupled Device）の配置面であり、レンズ１５から得られた画像が像を結ぶ面である。シャインプルーフの原理を応用したカメラ１１において、レンズ１５の法軸である光軸１５ｘと撮像面１６の法軸である撮像軸１６ｘは一致しない。図示のように、光軸１５ｘと撮像軸１６ｘは角度θ_Ｓを構成する。ここで、レンズ１５の面と撮像面１６が検査面７上で交わるとき（図１０の点Ｐ）、カメラ１１は、検査面７上の検査対象物に対して広く焦点を合わせることができる。

カメラ１１のレンズ１５はテレセントリックレンズ（Telecentric Lense）であってもよい。テレセントリックレンズは、斜め方向からの撮影であっても直線部分を曲がることなく撮像できるというメリットがある。

上記のように半導体チップ２を斜め方向から撮影する場合、クラック又はその影を大きく捉えて検査精度を高めることができるが、チップに対して焦点面が傾くため、ピントが合いにくく、チップ全体の精細な画像を撮影することが難しい。しかし、シャインプルーフの原理を応用した撮影では焦点面をチップと平行に出来るため、検査面７上に置かれる被写体全体に対して焦点を合わせやすい。このため、被写体に厚みがあってもクリアな撮影画像を得ることができる。

半導体チップ２の内部を観察する場合、チップの表面から底面までの空間すべてに焦点が合う必要があるが、チップを斜め方向から観察する場合には良好な画像が狭い範囲でしか得られず、チップ全体を検査するためにはチップの移動と撮像を複数回繰り返す必要がある。しかし、この技術を用いた場合、合焦空間Ｆは図示のようになり、半導体チップ２の表面から底面までの空間すべてに焦点を合わせることが可能である。この技術は、撮像平面に対してカメラ１１の光軸を傾ける場合に広く有効であるが、撮像対象が光軸方向に厚みを持った空間である場合には、さらに有用性が高い技術となる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

例えば、上記第２の実施の形態では、共通のカメラ１１を用いて半導体チップ２の近赤外光画像と可視光画像を撮影しているが、近赤外光に感度を持つカメラと可視光に感度を持つカメラを別々に用意することも可能である。

１ 検査装置
２ 半導体チップ
３ クラック
４ クラックの陰
５、６ チップ表面のパターン
７ 検査面
１０，１０Ａ，１０Ｂ 光学系
１１，１１Ａ，１１Ｂ カメラ
１２，１２Ａ，１２Ｂ 近赤外光源
１３ 可視光源
１４ ハーフミラー
１５ レンズ
１５ｘ 光軸
１６ 撮像面
１６ｘ 撮像軸
２０ 画像処理部
３０ 制御部

Claims (11)

1. 検査対象の半導体チップに対して斜め方向にカメラを設置すると共に、前記カメラの光軸に対して正反射方向に近赤外光源を設置し、
   前記近赤外光源から前記半導体チップに向けて近赤外光を照射しながら前記カメラで前記半導体チップの近赤外光画像を撮影し、
   前記近赤外光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査し、
   前記近赤外光画像の処理では、
   前記半導体チップ内の基準回路パターンを予め用意し、
   前記クラック欠陥の検出時に前記近赤外光画像に含まれる回路パターンと前記基準回路パターンとを比較することにより、前記回路パターンと前記クラック欠陥を区別することを特徴とする半導体チップの検査方法。
2. 前記カメラの光軸に対して正反射方向に可視光源をさらに設置し、
   前記可視光源から前記半導体チップに向けて可視光を照射しながら前記カメラで前記半導体チップの可視光画像を撮影し、
   前記近赤外光画像及び前記可視光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査する、請求項１に記載の半導体チップの検査方法。
3. 第１の方向から前記半導体チップを撮影して第１の近赤外光画像を取得し、
   前記第１の方向と互いの水平成分が略直交する第２の方向から前記半導体チップを撮影して前記半導体チップの第２の近赤外光画像を取得し、
   前記第１及び第２の近赤外光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査する、請求項１又は２に記載の半導体チップの検査方法。
4. 第１のカメラを用いて前記第１の近赤外光画像を撮影し、
   前記第１のカメラと異なる第２のカメラを用いて前記第２の近赤外光画像を撮影する、請求項３に記載の半導体チップの検査方法。
5. 前記半導体チップの向きを９０度回転させることにより、同じカメラを用いて前記第１及び第２の近赤外光画像を撮影する、請求項３に記載の半導体チップの検査方法。
6. 前記カメラの撮像面は、前記カメラの前記光軸に対して傾けられている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体チップの検査方法。
7. 検査対象の半導体チップに対して斜め方向に設置されたカメラと前記カメラの光軸に対して正反射方向に設置された近赤外光源とを含む少なくとも一つの光学系と、
   前記カメラが撮影した画像を処理する画像処理部とを備え、
   前記近赤外光源は、前記半導体チップに向けて近赤外光を照射し、
   前記カメラは、前記半導体チップの近赤外光画像を撮影し、
   前記画像処理部は、前記近赤外光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査し、
   前記画像処理部は、前記半導体チップ内の基準回路パターンを有し、前記クラック欠陥の検出時に前記近赤外光画像に含まれる回路パターンと前記基準回路パターンを比較することにより、前記回路パターンと前記クラック欠陥を区別することを特徴とする半導体チップの検査装置。
8. 前記光学系は、前記カメラの光軸に対して正反射方向に設置された可視光源をさらに含み、
   前記可視光源は、前記半導体チップに向けて可視光を照射し、
   前記カメラは、前記半導体チップの可視光画像を撮影し、
   前記画像処理部は、前記近赤外光画像及び前記可視光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査する、請求項７に記載の半導体チップの検査装置。
9. 前記少なくとも一つの光学系は、前記半導体チップを撮影する方向が異なる第１及び第２の光学系を含み、
   前記第１の光学系は、第１の方向から前記半導体チップを撮影する第１のカメラと、前記第１のカメラの光軸の正反射方向に設置された第１の近赤外光源とを含み、
   前記第２の光学系は、前記第１の方向と互いの水平成分が略直交する第２の方向から前記半導体チップを撮影する第２のカメラと、前記第２のカメラの光軸の正反射方向に設置された第２の近赤外光源とを含み、
   前記画像処理部は、前記第１及び第２のカメラがそれぞれ撮影した前記半導体チップの第１及び第２の近赤外光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査する、請求項７又は８に記載の半導体チップの検査装置。
10. 前記半導体チップの向きを回転させる回転機構をさらに備え、
    前記回転機構は、前記カメラが第１の方向から前記半導体チップを撮影して第１の近赤外光画像を取得した後に前記半導体チップの向きを９０度回転させ、
    前記カメラは、前記第１の方向と互いの水平成分が略直交する第２の方向から前記半導体チップを撮影して第２の近赤外光画像を取得し、
    前記画像処理部は、前記第１及び第２の近赤外光画像を処理して前記半導体チップの内部に存在するクラック欠陥を検査する、請求項７又は８に記載の半導体チップの検査装置。
11. 前記カメラの撮像面は、前記カメラの前記光軸に対して傾けられている、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の半導体チップの検査装置。

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