JPH10112469A - ワイヤボンディング検査装置 - Google Patents

ワイヤボンディング検査装置

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JPH10112469A
JPH10112469A JP8281298A JP28129896A JPH10112469A JP H10112469 A JPH10112469 A JP H10112469A JP 8281298 A JP8281298 A JP 8281298A JP 28129896 A JP28129896 A JP 28129896A JP H10112469 A JPH10112469 A JP H10112469A
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wire
bonding
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image
electrode
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Tetsushi Onuma
哲士 大沼
Nobumichi Kawahara
信途 川原
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミスティーチングおよび打痕やノイズ成分に
かかわらずボンディングミスの検査を良好に行なう。 【解決手段】 半導体装置の電極の位置や形状として、
ボンディングの行なわれない電極の位置や形状も含むデ
ータを記憶させ、これらのデータを用いて半導体装置の
走査およびボンディングの良否判断を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、複数の半導体チッ
プ同士ないしは半導体チップとリードフレーム等の電極
基板との間をワイヤボンディングによって接続した半導
体装置の外観検査を行なうことのできるワイヤボンディ
ング検査装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ワイヤボンディング後の外観検査
はもっぱら検査作業者による目視検査によって行なわれ
ており、光学式の顕微鏡ないしは拡大機能を持った撮像
装置によってボンディング行程を終了した半導体装置の
像を観察し、定性的に良否判定を行なう方法が採られて
いたが、近年では、例えばUSP.5,030,008
号、特開平5−16023号、特開平4−255242
号、特開平6−224267号、特公平5−24667
号や特公平7−111998号に示されるように、検査
対象である半導体装置の正常な状態をデータとして記憶
装置に記憶させた上で、撮像装置と半導体装置を相対的
に移動させて外観画像を取り込み、さらには取り込まれ
た外観画像を画像解析装置によって解析して半導体装置
の構成要素であるリードフレーム、半導体チップおよび
ボンディングワイヤ等の輪郭を抽出処理し、それぞれの
構成要素の位置および形状を捉えた後に前記各構成要素
に対して予め設定された良否判定基準と比較してボンデ
ィングの状態の良否を判定する技術が報告されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ここで、先ず、特公平
7−111998号に示される従来例を説明する。図2
4は特公平7−111998号によるワイヤボンディン
グ検査装置の構成を示す図であり、本従来例によれば、
半導体チップ1とリードフレーム4およびボンディング
ワイヤ2によって構成された検査対象である半導体装置
(以下被検物と呼ぶ)は検査台11上に搭載されてお
り、被検物上のボンディング位置の座標とワイヤの形状
の正常な状態での情報と前記ボンディング位置の座標と
ワイヤ形状に対して設定されている許容値が合否判定基
準記憶装置19内に記憶されている。検査装置は記憶さ
れたボンディング位置の情報に従ってX−Yテーブルコ
ントローラ16によって光学鏡筒13および撮像装置1
4を被検物の上で移動させて被検物上のボンディング位
置の画像を取り込み、さらに取り込まれた画像を画像記
憶・処理・認識計測装置20によって解析して、ボンデ
ィングされたワイヤ2の位置と形状が合否基準に適合し
ているかどうかを判定するようにしている。図24にお
いて、12は照明装置、15は駆動装置、17は中央処
理装置、18は表示装置である。
【0004】ここで図2は被検物の一部を示しており、
半導体チップ1上の電極3a〜3eおよびリードフレー
ム上の電極4a〜4eに対して3aと4a、3bと4b
および3eと4eをそれぞれボンディングワイヤ2a,
2b,2eによって接続しているが、この被検物を検査
する場合、上記従来例によれば、半導体チップ1上の電
極3a,3b,3eとリードフレーム上の電極4a,4
b,4eおよびボンディングワイヤ2a,2b,2e付
近の外観画像を撮像装置14によって順次取り込んで画
像を解析し、ファーストボンド側(いわゆるボール部)
の形状やワイヤの曲がり量のようなボンディングワイヤ
の位置と形状に関する合否判定基準と照らし合わせて合
否判定を行なうこととなる。
【0005】一般にボンディング状態の検査によって検
出される欠陥は、ボンディング情報をボンディング装置
に教示する際のティーチング作業のミスによりボンディ
ングの座標自体が誤っている場合(いわゆるミスティー
チ)と、ボンディングの座標は正しくてもワイヤ切れや
圧着不良のようにワイヤの状態が悪い場合(いわゆるワ
イヤ不良)に大別されるが、前記従来例の場合「ワイヤ
不良」は検知できても「ミスティーチ」は検知できない
場合が発生する。
【0006】例えば、図3では図2に示した半導体装置
を作成するためのボンディングの際にリードフレーム上
の電極4bと4dとを間違えてティーチングした例を示
しているが、従来例による検査装置ではリード部4dは
検査部位として登録されていないためにリード部4dに
ついての検査が行なわれないこととなり、ボンディング
ワイヤ2fがどこに接続されているかを判定することは
できず、また、例えば図4では図2に示した半導体装置
を作成するためのボンディングの際に電極3cと電極4
cとを接続するボンディングワイヤ2cを余分にティー
チングしてしまった例を示しているが、この例の場合に
おいても、電極3cと電極4cとは検査部位として登録
されていないためにボンディングワイヤ2cは検査が行
なわれることは無く、しかも他のボンディングワイヤ2
a、2b,2eの状態が合否判定基準を満たしていれ
ば、検査に合格すると判定されてしまう。
【0007】一方、ここで用いられている合否判断基準
はボール部の形状やワイヤの曲がり量のようなボンディ
ングワイヤの位置や形状に関する基準値および許容範囲
を設定することによって作成されているために、あくま
でも検査対象としてのボンディングワイヤが存在したと
きの外形情報に対する基準となっており、ボンディング
ワイヤが存在しない状態を合格と判断する手段を持って
いない。
【0008】さらに、以上の不具合を回避する手段を講
じたとしても、従来例によるワイヤボンディング検査装
置ではボンディングワイヤ2(2a〜2f)とボンディ
ングワイヤ2以外のノイズ画像との識別手段に関しては
言及していないために、例えば図5に示すように、半導
体チップ1上の電極3d上に半導体チップ1を電気試験
する際に付けられたプローバ端子の圧痕6dやごみや傷
等によるノイズ画像が存在する場合、ボンディングワイ
ヤの一部であるボール部5bないしは5cと区別するこ
とができずに誤判定をしてしまうという欠点があった。
【0009】本発明は、上記の従来例における問題点に
鑑みてなされたもので、誤ったティーチングによるボン
ディングミスの検査を良好に行なうことを第1の目的と
し、ボンディングがなされていない電極についての検査
を支障なく行なうことを第2の目的とし、さらに電極上
の外観画像のノイズ成分によって誤判定をすることなく
検査を行なうことを第3の目的としている。
【0010】次に、第2の従来例を説明する。図25は
特開平4−255242号に記載されたワイヤボンディ
ング検査装置を示す説明図であり、図26はその検査装
置の検査フローを示している。このワイヤボンディング
検査装置はハイブリッド集積回路素子等の半導体装置に
おけるワイヤボンディング行程後の外観検査を行なうこ
とができるものである。図25において、ボンディング
位置データメモリ38にはこれから検査を行なおうとす
る半導体チップ110およびリードフレーム101の位
置決めマークの座標および基準となるワイヤリング状態
の座標が収納されており、検査の開始信号が全体制御手
段39に送られると検査対象物である半導体チップ11
0はチップ搬送(工程51)後にXYテーブルの上に固
定され、照明手段33によって適度な条件で照明されて
テレビカメラ34によって外観画像を取り込むことが可
能となるので、ボンディング位置データメモリ38に記
憶された『第一の位置決めマーク位置』および『第二の
位置決めマーク位置』の画像を取り込んで半導体チップ
110の固定位置のずれ量を認識して、検査座標のずれ
を補正する。
【0011】続いて、検査装置はボンディング位置デー
タメモリ38に記憶されたボンディング位置のデータを
順次読み込みながら照明手段33、XYテーブル31お
よびテレビカメラ34を制御して、ボンディング状態の
画像を取り込みながら予め設定されている良否判定基準
に従ってボンディング状態の検査を進めていく。
【0012】このとき特開平4−255242号の装置
ではオペレータがモニタテレビ35に映し出された外観
画像を見ながら、ワイヤリング状態の良否判定を行なっ
ている。一方、特開平5−160230号では画像解析
を用いることによって自動的に良否判定を行なう例が示
されている。
【0013】しかしながら、上記第2の従来例では検査
を行なう時に用いられる位置情報は位置決めマーク位置
を基準として、リード部の位置情報・チップ上のパター
ン位置情報およびボンディングの位置情報がまとめて
『ボンディング検査用データ』として記憶されているた
めに、例えば図10に示すように同一種類の半導体チッ
プ110がリードフレーム101上に水平方向に180
度ずつ回転した状態で搭載されている場合は、異なった
半導体チップが搭載されていると判断され、ボンディン
グ位置データを2種類準備する必要がある。
【0014】また、上記従来例では一組の位置決めマー
クを用いた座標ズレの補正を行なっているために、図9
に示すように半導体チップ94の上にさらに複数個の半
導体チップ95a,95bおよび半導体チップ96が搭
載されているような場合においては、半導体チップ94
上のボンディング位置座標のズレを補正することはでき
ても、半導体チップ95a,95bおよび96上のボン
ディング位置座標のずれを個別に補正して検査を行なう
ことはできない。
【0015】さらに図9に示す例において、同種の半導
体チップ95が2個搭載されていてもチップ毎にボンデ
ィング状態の判定基準が異なる場合は、それぞれを別個
の『ボンディング検査用データ』としてすべてのデータ
を新たに記憶しなおさなければならなかった。
【0016】本発明は、同一の半導体チップが異なった
相対位置関係で搭載されている場合や複数の半導体チッ
プが混載されている場合であっても自動的に外観検査を
行なうことを第4の目的とする。また、同一種類のリー
ドフレームや半導体チップで測定箇所によって良否判定
基準の異なったものを検査する場合であっても、『ボン
ディング検査用データ』を新たに記憶しなおす必要をな
くすことを第5の目的とする。さらに複数の半導体チッ
プが混載されている場合であって、半導体チップどうし
に相対的な位置ずれを生じている場合であっても精度良
く検査を行なうことを第6の目的としている。
【0017】第3の従来例として、特開平6−2242
67号公報に記載されているボール厚さ測定方法につい
て簡単に説明する。半導体チップ上のボンディングワイ
ヤを照明装置から光束で落射照明したボンディングワイ
ヤのボールを、撮像装置の高さを変えながら撮像する
と、ボール上の平面部分からの反射光は明るく写し出さ
れ、キャピラリ内部の形状によって作られる円錐形をし
たワイヤ立ち上がり部分から反射光は散乱して暗く写し
出される。明るく写し出される部分の境界線の形状は、
キャピラリ内部の形状によって作られる円錐形をしたワ
イヤ立ち上がり部分の輪郭部分と形状が等しいので、該
境界線の形状を画像処理で抽出する。該抽出した画像と
予め設定された円錐部のパターン画像とを比較して、双
方の画像が一致したときの撮像装置の高さ位置をボール
の厚さとする。
【0018】また、第4の従来例として半導体チップ上
をレーザ光で走査し半導体チップ上からの反射光により
立体形状を捕捉し、ボールの厚さを算出する方法が知ら
れている。
【0019】一方、ボールの位置ずれ量を求める従来例
として、特開平7−63528号公報に記載されている
ように、ボールを照明方向可変の照明装置で照射し、ボ
ール上の反射光の明暗からキャピラリの打痕に該当する
円形状の図形を画像処理で抽出して、該キャピラリの打
痕の中心座標を求め、ボールの位置ずれを測定する方法
が提案されている。
【0020】しかしながら上記第3および第4の従来例
には以下のような問題があった。第3の従来例では、ボ
ール上に平面部分があるとして説明しているが、実際に
測定するボールの形状はキャピラリ先端部の形状や、ボ
ンディングするときのキャピラリを半導体チップ上に押
しつける強さ(ボンディングの強さ)で決まる。また、
キャピラリ先端部には、ワイヤボンディングによるスト
レスがかかり、形状の経時変化が起きる。そのため、常
にボール上に平面部分があるとは限らず、反射光を捕捉
できない場合があるために、その場合は、ボール厚さを
測定できないとう問題がある。
【0021】第4の従来例では、レーザ光は正確にボー
ル厚さを測定するにはスポット径を小さくする必要があ
り、ボール全体を走査すると測定に時間がかかる。1回
の測定に1ワイヤ分しか測定できず、例えばワイヤ本数
が200の半導体チップの場合、上記測定を200回繰
り返すことになりワイヤ本数が増えれば増えるほどワイ
ヤ本数に比例して、測定時間がかかる。また、例えば被
検物であるボール上を他のワイヤがまたいでいる場合
は、該ワイヤ下のボール部分は、レーザ光が当たらずボ
ールの厚さを正確に測定できないという問題点がある。
【0022】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、ボール上に平面部分がない場合や、被検物である
ボール上を他のワイヤ等がまたいでいる場合でも、ボー
ルの厚さの測定ができるボンディングワイヤ検査装置を
提供することを第7の目的としている。
【0023】また、ボールの位置ずれを測定する従来例
は、ボールを照明装置で照射し、ボール上からの反射光
によりリング状に光るキャピラリの打痕に該当する円形
状の図形を認識しているが、ボールの形状は様々であり
必ずしも反射光がリング状に光るとは限らず、キャピラ
リの打痕に該当する円形状の図形を認識できない場合が
ある。
【0024】よって本発明は、ボール上がリング状に光
らない場合でもボールの位置ずれが測定できるワイヤボ
ンディング装置を提供することを第8の目的としてい
る。
【0025】
【課題を解決するための手段および作用】上記第1の目
的を達成するために本発明の第1の局面では、半導体装
置の電極の位置や形状として、ボンディングの行なわれ
ない電極の位置や形状も含むデータを記憶する電極情報
収納部を具備することを特徴としている。すなわち、前
記電極情報収納部には例えば従来のボンディング装置に
収納されているボンディング電極の位置形状データのほ
かにボンディングの行なわれない電極の位置形状データ
も含まれているために、ボンディングの行なわれていな
い電極についても外観の検査を行なうことができるよう
になっている。ボンディングの行なわれない電極も含む
データとはすなわち半導体装置上の全電極のデータを意
味し、リードフレームや半導体チップのCADデザイン
データからボンディングの行なわれる電極のデータだけ
を選択・抽出することなく、そのままを基準データとし
て使用できることを意味している。
【0026】次に、本発明の第2の局面では前記半導体
装置の電極の中でワイヤボンディングによって接続され
る電極の組み合わせを収納するワイヤリング情報収納部
を具備することを特徴としており、検査された半導体装
置上の各電極にワイヤボンディングがなされているべき
か否かを判断することが可能となっている。
【0027】上記第2の目的を達成するために本発明の
第3の局面では、ボンディングがなされていないことを
良否判断基準として設定可能であることを特徴とする。
これにより、ボンディングがなされていない電極を検査
した場合にワイヤの形状不良ということを理由として合
否判定で不合格となることを防止している。
【0028】上記第3の目的を達成するために本発明の
第4の局面では、半導体装置の電極上のプローバ圧痕と
ボンディングワイヤとを区別するための判断基準を持つ
ことを特徴とする。これにより、ボンディングがなされ
ていない電極を検査した場合に前記電極上にプローバ圧
痕が存在した場合であっても、ボンディングワイヤが存
在すると誤判定をすることを防止している。
【0029】上記第4〜6の目的を達成するために本発
明の第5の局面では、リードフレームの外観情報である
リードデータと半導体チップの外観情報であるチップデ
ータとワイヤリングの情報であるワイヤデータをそれぞ
れ複数個収納することのできる手段を具備した上で、収
納された情報の中から選択された複数の情報を組み合わ
せて『ボンディング検査用データ』を作成することを特
徴としており、検査対象物が複数のチップで構成される
半導体装置の場合であっても、『ボンディング検査用デ
ータ』の作成を容易にしている。また、本発明の第6の
局面では収納されたリードデータおよびチップデータは
それぞれ指定されたパターンを基準として設定された独
立した座標系によって管理されていることを特徴として
おり、例えば混載された複数のリードあるいはチップ同
士の相対位置がずれた場合であっても、個々のリードお
よびチップ毎に位置補正を行なうことが可能である。ま
た、本発明の第7の局面では、選択された複数のリード
あるいはチップ同士の相対的な位置関係を配列情報とし
て記憶できることを特徴としており、個々に独立して設
定されている座標系同士の相対関係を設定できると共
に、同一のリードあるいはチップが方向や位置を変えて
使用されている場合であっても、配列情報を変えること
によってリードデータあるいはチップデータは変更する
必要が無くなっている。さらに、本発明の第8の局面で
は、良否判断を行なうための判断基準をそれぞれ複数個
収納することのできる手段を具備した上で、収納された
情報の中から選択された複数の情報を組み合わせて『ボ
ンディング検査用データ』を作成することを特徴として
おり、検査対象物が複数のチップで構成される半導体装
置の場合であっても、また、検査位置によって良否判定
基準が異なる場合であっても『ボンディング検査用デー
タ』の作成を容易にしている。
【0030】上記第7の目的を達成するため、本発明の
第9の局面では半導体チップ上にボンディングワイヤの
ボール部分を焦点深度の浅い結像系を用いて、照明装置
からの光束で照明する手段と、該照明手段により照明さ
れたボールを上方から撮像し画像信号を得る撮像手段
と、該撮像手段により得た画像信号を処理する処理手段
と、該撮像手段の合焦面の高さ位置を制御する制御手段
とを具備し、前記処理手段で、焦点が合っているボール
部分の形状を画像処理により捕捉する手段と、該形状の
径が予め設定しておいたキャピラリ内径、ワイヤ径と等
しくなったときの撮像装置の高さを算出する手段を有す
ることで、ボール上に平面部分がない場合や、被検物で
あるボール上を他のワイヤ等がまたいでいる場合でも、
ボールの厚さの測定を正確に行なうことを特徴としてい
る。
【0031】また、第8の目的を達成するため第10の
局面では、上記第9の局面に係わるボンディングワイヤ
検査装置において画像信号を処理する処理手段で焦点が
合っているボール部分の形状を画像処理により捕捉する
手段と、該形状の径が予め設定しておいたキャピラリ内
径、ワイヤ径と等しくなったときのボールの輪切り像の
重心位置を求める手段を有することで、ボール上が照明
装置で照射されてリング状に光らない場合でも、ボール
の位置ずれが測定できるという特徴がある。
【0032】上記第9および第10の局面では画像処理
を用いるため、撮像装置により撮像して得られた画像に
複数のボールが含まれていれば、一般に並列に画像処理
することが可能であり1ワイヤあたりの測定時間を短縮
できるという特徴がある。
【0033】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
【0034】(第1の実施例)図1は本発明の一実施例
に係るワイヤボンディング検査装置の構成を示す。同図
において、1は被検物である半導体チップ、2はボンデ
ィングワイヤ、4は半導体チップ1を搭載しており半導
体チップ1と同様に被検物であるリードフレーム、10
は被検物を搬送するための搬送装置、14は被検物の外
観画像を取り込むための撮像装置、15は撮像装置14
を走査するための駆動装置、17はこの検査装置全体を
制御する中央処理装置、22は中央処理装置17に対す
る情報伝達手段としての入出力手段、26は搬送情報収
納部、27は電極情報収納部、28はワイヤリング情報
収納部、29は良否判定情報収納部、30は後処理情報
収納部を示している。
【0035】ここで搬送情報収納部26には、被検物で
あるリードフレーム4の巾、長さ、厚さ、送りピッチ
や、リードフレーム4を収納する図示しないマガジンの
巾、長さ、段ピッチのように、被検物を搬送するために
必要な情報が収納されており、オペレータが入出力手段
22によって中央処理装置17に被検物の品種指定を行
なうと、これらのデータに従って搬送装置10は搬送部
制御装置23によって制御され、被検物の形状に適合し
た寸法、位置に設定された後に、被検物は検査領域に搬
送されて固定される。
【0036】一方、電極情報収納部27にはリードフレ
ーム4上の電極の位置を示す情報と半導体チップ1上の
電極の位置を示す情報とが収納されており、またワイヤ
リング情報収納部28には前記リードフレーム4上の電
極(以下、リード電極と呼ぶ)と半導体装置1上の電極
(以下パッドと呼ぶ)に対してどの電極とどの電極とを
ワイヤボンディングによって接続するのかという、組み
合わせの情報が収納されている。但し、パッド側が一般
に長方形ないしは菱形を基本とした形状を呈しているの
に対し、リードフレーム4上の電極は図2に示すよう
に、空間的に閉じた形状となってはいないために電極部
の中心座標が特定できず、一般にはリード電極の先端部
からある一定の距離をもって、かつ電極部の幅方向の中
心である点を中心座標の代用として用いており、ボンデ
ィングが行なわれる際にもこの座標をリード電極側のボ
ンディングポイントとして用いられているため、本実施
例において電極情報収納部27に収納される電極位置の
座標にもこの値が使用されるものとする。
【0037】被検物が検査領域に固定されたことが確認
されると、中央処理装置17は電極情報収納部27とワ
イヤリング情報収納部28より前記情報を取り出し、続
いて、検査効率を向上させるために検査対象の各電極の
位置と検査項目から、検査手順と、検査を行なうための
画像を取り込むときの照明装置12、光学装置13およ
び撮像装置14の設定条件と、検査を行なうために撮像
装置14をどの位置に移動させるかとを決定する最適化
処理を行ない、検査最適化位置情報として記憶・処理装
置25に再度記憶する。
【0038】さらに電極情報収納部27には、特開平5
−160230号の実施例に記載されているようにリー
ドフレーム4および半導体チップ1の位置補正を行なう
ためのアライメント点の情報が収納されており、この情
報を基にしてリードフレーム4および半導体チップ1の
位置ずれ量を確認してから、前記検査最適化位置情報の
座標を補正する。このとき行なわれるアライメントの手
法は本発明の主たる目的に直接関係しないためここでは
説明を省略するが、ここで言うアライメントには、例え
ばチップ面の湾曲補正等のようにリードフレーム4や半
導体チップ1の変形成分を考慮した位置補正の手法も含
んでいる。
【0039】続いて、図1の検査装置は被検物の検査の
工程に入り、最初にリード電極の検査を行なう。先ず、
前記検査最適化位置情報に従って駆動装置15が光学装
置13を画像の取り込み位置まで移動させ、同時に中央
処理装置17と照明部制御装置24によって照明の制御
やフォーカスの制御等の撮像条件の設定が行なわれた上
で、リード電極部周辺の画像が撮像装置14によって取
り込まれて画像解析装置21に送られる。この画像解析
装置21では、取り込まれた画像からボンディングワイ
ヤのワイヤおよびセカンドボンド部の画像とリード電極
部の画像とを抽出分離して、それぞれの形状寸法の解析
を行なった結果を中央処理装置17へと転送する。
【0040】ここで、前述したように図3は図2に示し
た半導体装置を作成するためのボンディングの際にリー
ド電極4bと4dとを間違えてティーチングした例を示
しているが、本実施例によるワイヤボンディング検査装
置では、中央処理装置17が上記画像解析装置21によ
って解析されたリード電極部の外観状態の検査を行な
う。ここでは、リード電極部の変形や隣接するリード電
極同士の接触やごみや異物によるショート等が検査さ
れ、続いてリード電極部のボンディングワイヤの検査に
移る。一般にリード電極部のボンディングワイヤの検査
では、例えば図示しないセカンドボンド部の幅Wおよび
長さLに対して、それぞれ下限基準値WminおよびLmin
と上限基準値Wmax およびLmax を設定した上で検査
結果のWおよびLがWmin ≦W≦Wmax とLmin ≦L≦
max の条件を満たしているときにセカンドボンド部の
形状が正常であると判断されるようにワイヤ存在型の判
定条件が設定されている。これに対し、本実施例の良否
判定情報収納部29には、さらに、ボンディングのなさ
れていないリード電極部用としてW=0,L=0の時に
正常と判断するワイヤ非存在型の判定条件が用意されて
おり、図2に示す半導体装置の場合はリード電極4a,
4b,4eに対しては上記ワイヤ存在型の判定条件が採
用され、リード電極4c,4dに対してはワイヤ非存在
型の判定条件が採用されるので、図3の半導体装置を検
査した場合は、4a,4c,4eのリード電極が合格判
定を得、4b,4dのリード電極が不合格の判定を得る
こととなる。但し、当然のことながら、撮像装置14に
よって取り込まれたリード電極部の画像にはごみの付着
や表面の粗さによってノイズ画像が存在しており、単純
に画像の二値化を行なっただけではボンディングワイヤ
が存在しない場合でもW=0,L=0という値が得られ
ない場合が発生するが、上記のノイズ画像成分を除去す
るために施されるフィルタ処理等の詳細技術に関して
は、画像解析装置21内で行なわれる処理の一部である
ためにここでは説明を省略し、フィルタ処理後に出力さ
れる解析結果として、W=0,L=0の値が得られたも
のとする。
【0041】続くパッド部の検査においても、リード電
極部の検査のときと同様に、前記検査最適化位置情報に
従って駆動装置15は光学装置13を画像の取り込み位
置まで移動させ、同時に中央処理装置17によって照明
の制御やフォーカスの制御等の撮像条件の設定が行なわ
れた上で、パッド部周辺の画像が撮像装置14によって
取り込まれて画像解析装置21に送られる。この画像解
析装置21では、取り込まれた画像からボンディングワ
イヤのワイヤおよびファーストボンド部の画像とパッド
部の画像とを抽出分離して、それぞれの形状寸法の解析
を行なった結果を、中央処理装置17へと転送してパッ
ドの検査ならびにファーストボンド部の検査を行なって
いく。良否判定情報収納部29にはリード電極上のセカ
ンドボンド部の検査の場合と同様にワイヤ存在型の判定
条件とワイヤ非存在型の判定条件とが用意されているこ
とは言うまでもなく、例えば図2を良品基準とする半導
体装置の検査を図3の半導体装置に対して行なった場合
は、パッド部の状態は良品と判断され、図4の半導体装
置に対して行なった場合はパッド3c部に存在してはな
らないワイヤが存在するために不良判定が下される。
【0042】但し、パッド部の検査においてリード電極
部の検査と大きく異なる点は、図5に示すようにパッド
3d上にプローバ圧痕6dが存在する場合があり、この
プローバ圧痕6dは画像解析によってファーストボンド
部と誤認識される可能性があるという点である。
【0043】上記プローバ圧痕は必ずしも全てのパッド
上に存在するものではなく、ワイヤボンディング工程以
前の工程で半導体チップ単体での電気性能試験を行なう
ための図示しないプローバ装置の接触式端子がパッド上
に押し当てられることによりパッド表面が削られること
によって、表面の反射状態が変化して図5に示すごとく
見えるものである。このような圧痕は、一般にボンディ
ングを行なう場合には図5に示すファーストボンド部5
aにより覆い隠されて外部には露出しないために問題と
はならない場合が多い。しかし、本実施例によるワイヤ
ボンディング検査装置の場合はボンディングの行なわれ
ていないパッドについても検査を行なうために、例えば
ワイヤのネック切れを起こしたファーストボンド部5c
とプローバ圧痕6dのように一見、区別がつきにくい像
同士を識別するための判断基準を良否判断収納部29内
に記憶している。
【0044】上述したように、プローバ圧痕6dはそも
そもパッド部の表面が削られてできたものであってその
深さは一般に1μm以下であり、上方より落射照明を照
射した場合、紡錘型に集合した引っかき傷状の細かな線
の集合体が撮像装置14によって捉えられる。これに対
してファーストボンド部5bは、球状に整形されたボン
ディングワイヤの先端部をパッド3b上に押しつけるこ
とによって形成されるために、図6に示すようにパッド
に対して盛り上がった形状をなしていて、その厚さは1
0〜20μm程度であり、プローバ圧痕と比較してかな
り厚いものとなっている。したがって、ファーストボン
ド部5bは、パッド面に対する凹凸の度合いがプローバ
圧痕の場合より大きくなっていて、ファーストボンド部
5bは上方より落射照明を照射した場合には、図6に示
すように外周部および中心付近が暗い、はっきりとした
輪郭画像として撮像装置14によって捉えることができ
る。
【0045】したがって、本実施例によるワイヤボンデ
ィング検査装置によれば、図5においてまず撮像装置1
4によって取り込まれたパッド部3c,3d周辺の画像
に対して画像解析装置21によって例えば微分処理を行
ない、ファーストボンド部5cおよびプローバ圧痕部6
dの画像のそれぞれについての輪郭線の強度係数E(5
c)およびE(6d)を求める。このときファーストボ
ンド部5cの輪郭線はプローバ圧痕6dの輪郭線に比べ
て明瞭であるために、ある適度な閾値E(th)を設定
することによって両者を識別することを可能としてい
る。
【0046】また、上記に説明したようにファーストボ
ンド部5cがほぼ円形の形状をなすのに比べてプローバ
圧痕部6dはいびつな紡錘型をなすために、第2の識別
手段として、本実施例によるワイヤボンディング検査装
置によればファーストボンド部5cおよびプローバ圧痕
部6dの画像のそれぞれについて円に対する相関度F
(5c)およびF(6d)を求め、ある適度な閾値F
(th)を設定することによって両者を識別することを
可能としている。ここで用いる円の相関度は例えばそれ
ぞれの面積S(5c)およびS(6d)を求めて、それ
ぞれの平均径R(5c)およびR(6d)を求め、さら
にそれぞれの画像の重心位置より放射状に輪郭線までの
距離を求めて前記平均径に対する偏差値を求めることに
よって相関度として用いることができる。
【0047】さらに、ボンディングを行なうパッドに関
しては、一般にはプローバ圧痕の面積は正常にボンディ
ングされたファーストボンド部の面積より小さくなって
おり、第3の識別手段として、本実施例によるワイヤボ
ンディング検査装置によればファーストボンド部5cお
よびプローバ圧痕部6d画像それぞれについての面積S
(5c)およびS(6d)を求めて、ある適度な閾値S
(th)を設定することによって両者を識別することを
可能としている。
【0048】以上の3種類の識別手段によって判定され
た結果によってファーストボンド部5cとプローバ圧痕
部6dを区別することが可能となるために、ボンディン
グのなされていないパッド部であっても外観検査が可能
となっているが、前記した3種類の判断手段は必ずしも
並列に用いられる必要はなく、それぞれの識別手段によ
って導き出された判定結果に、重み付け係数を付与する
ことによって多種多様な被検物に対する検査を行なうこ
とができる。勿論、半導体チップ1上ないしはリードフ
レーム4上に存在するごみや傷等によって現れる画像ノ
イズの場合であっても、プローバ圧痕による画像ノイズ
の場合と同様の識別手段を用いることによって、識別を
行なうことができるのは言うまでもない。
【0049】さらに、本実施例によるワイヤボンディン
グ検査装置では、次の工程としてワイヤ部の検査を行な
い、ワイヤ切れやワイヤの接触、だれ、高さ不良といっ
た項目についての判定を行なって、最後に以上のリード
電極部、パッド部およびワイヤ部の判定結果を総合判定
することによって被検物全体での良否判断を中央処理装
置17により行なっている。
【0050】以上によって検査の全行程が終了するが、
後処理情報収納部30には、検査の結果に対して例えば
被検物の検査結果に不良や異常が発見されると、入出力
手段22より警報を発したり、不良品に対するマーキン
グないしは破壊処理を行なったり、ボンディング位置の
ずれに対する検査結果に応じて図示しないボンディング
装置のボンディングデータの修正を行なったり、あるい
は被検物を次の加工検査行程へと搬送するというような
後処理の指示内容が収納されている。ここに収納された
情報に従って、中央処理装置17は入出力手段22に対
しての命令を発するが、後処理の内容手段については、
特公平2−10574号、特開昭60−3416号、特
開昭62−67830号、特公平7−32188号、特
開平7−12932号等によって報告がなされているた
めここでは説明を省略する。
【0051】(第2の実施例)第1の実施例において
は、本発明に係るワイヤボンディング検査装置は単独の
検査装置として説明されているが、ワイヤボンディング
装置の一部として構成できることは言うまでもなく、ま
た、搬送情報収納部26、電極情報収納部27およびワ
イヤリング情報収納部28に収納されるデータは、図示
しない他の検査装置またはボンディング装置と共用して
もよい。
【0052】(第3の実施例)また、第1の実施例で述
べた検査内容は必ずしもすべての検査が行なわれる必要
はなく、検査項目の選択および検査手順の設定は本発明
の主たる目的に反しない範囲において変更が可能であ
る。
【0053】(第4の実施例)図7は本発明の第4の実
施例に係るワイヤボンディング検査装置の主な構成要素
を示す図であり、図8は図7の装置の検査フローを示す
図である。以下これらの図に基づいて本発明の第4の実
施例について説明する。なお、本実施例によるワイヤボ
ンディング検査装置の検査対象である半導体装置の種類
は広範囲となるが、ここでは説明を簡略化するために図
9に示す半導体装置について検査を行なう場合の例を中
心として説明を行なう。
【0054】図7の検査装置はその全体動作を中央処理
装置61によって制御される。中央処理装置61には、
検査制御部62、データベース部63および接続処理部
64を介して、外部装置接続部65ないし通信装置75
が接続されている。
【0055】ワイヤボンディング検査装置の場合、検査
を実行する時の工程は一般に『ティーチング』、『検
査、判定』、『後処理』の三つの工程に大別することが
できるが、本実施例によるワイヤボンディング検査装置
では『ティーチング』工程はさらに『基本データの作
成』と『品種データの作成』の二つに分類されている。
【0056】『基本データの作成』で言う『基本デー
タ』とは単一のリードフレームの形状を示したデータあ
るいは単一の半導体チップの形状を示したデータあるい
はワイヤボンディングの条件を示したデータあるいは前
記の各リードフレームや半導体チップのデータを指して
いる。一方、『品種データ』はリードフレームと半導体
チップとの相対的な位置関係やリードフレームと半導体
チップとを接続するワイヤボンディングの状態およびボ
ンディングの状態のそれぞれに対応した良否判定基準を
示したデータを指す。例えば図9に示された半導体装置
において、93はリードフレームで、その電極部分のみ
を図示している。94は半導体チップ、95a,95b
は半導体チップ94上に固定された同一形状の半導体チ
ップ、96は半導体チップ94上に固定された95a,
95bとは異なる形状の半導体チップ、97,98a,
98b,99は電極間を導通させるためのワイヤを示
す。90,91,92a,92bは半導体チップ上の電
極(パッド)である。ここでは、リードフレーム93の
形状を示した基本データと半導体チップ95aまたは9
5bの形状を示した基本データ、半導体チップ94,9
6の形状を示した基本データ、ワイヤ97,98aまた
は98b,99の形状を示した品種データおよび良否判
定基準の品種データの作成を行なうこととなる。
【0057】上記の分類による『ティーチング』の工程
では、まずリードフレームは例えば図10に示した形状
をしており、一般に金属製の一枚のリードフレーム上に
電極および半導体チップの固定を目的としたパターン
(以下リードパターンと呼ぶ)が複数個連続して形成さ
れているので、リードフレームの形状を示す『基本デー
タ』では巾、長さ、厚さといった外形の寸法と共に上記
した複数のリードパターン同士の配置寸法と形成された
パターンの形状を含んでおり、特にパターンの形状につ
いてはリードパターンの中で特徴的なパターンを少なく
とも1カ所以上選択して座標設定の基準を設定する。こ
こで使用される特徴的なパターンは特開平5−1609
60号の実施例に示されるところの『リードフレーム上
のアライメント点』(以下、リードアライメント点と呼
ぶ)に相当するものであり、上記実施例と同様にパター
ンの位置およびパターンの画像情報を組み合わせて構成
される情報(以下、リードアライメント情報と呼ぶ)で
あるが、本実施例によるワイヤボンディング検査装置で
は、与えられたリードアライメント情報を基準として独
立した座標系を形成する。すなわち、少なくとも1点以
上設定されたリードアライメント点をそれぞれ三次元的
なある特定の座標(xi ,yi ,zi )と設定すること
によって、他のパターンすべてを同じ座標系上の点とし
て設定することができるようになる。図10において、
101はリードフレーム、110は半導体チップであ
る。
【0058】当然のことながらリードフレームは品種に
よって形状が異なるために、リードフレーム毎に同上の
方法によって独立した座標系上に構築された形状データ
は、品種毎に図7のリードデータ収納部68に収納され
る。リードフレームに対して、半導体チップの場合はS
iやGaAs化合物ないしは樹脂または金属等の基板上
に電気的回路や電極パターン等が形成されているが、こ
の場合においても特開平5−160960号の実施例に
示されるところの『半導体チップ上のアライメント点』
(以下、チップアライメント点と呼ぶ)を少なくとも1
点以上選択し、選択されたアライメント点を基準とな
す、独立した座標系上で半導体チップ上のパターン位置
を認識して図7のチップデータ収納部69に収納する。
【0059】勿論、チップデータの場合もリードデータ
の場合と同様に複数の品種の情報を収納できるものと
し、また、データの入力方法としてはCADデータ等の
数値化されたデータをフロッピーディスク等の記憶媒体
を介して入力装置74から読みとり中央処理装置61に
よって適切な書式に変換して収納する方法をとるが、特
開平5−160960号の実施例に示されるように、検
査対象半導体装置と同種の半導体装置を実際に検査装置
内の搬送部66に搭載した上で検査ヘッド67によって
画像を取り込みながら、データの収納部に記憶するとい
った方法をとってもよく、さらには通信装置75を介し
てボンディング装置や他の検査装置からデータを取り込
むことも可能である。
【0060】以上によって、単体のリードフレームに関
するリードデータおよび単体の半導体チップに関するチ
ップデータを検査装置内に記憶することが完了すると、
続いて配置データおよびワイヤデータの作成を行なう。
【0061】配置データは図9における、リードフレー
ム93と半導体チップ94の相対的な位置関係や半導体
チップ95aと半導体チップ94の相対的な位置関係の
ように、検査対象である半導体装置の構成要素同士の位
置関係を示すものである。図9に示す例ではまずリード
フレーム93のリードデータと半導体チップ94のチッ
プデータのそれぞれに設定されている座標系同士の相対
位置を設定し、続いて半導体チップ94と半導体チップ
95a、半導体チップ94と半導体チップ95b、半導
体チップ94と半導体チップ96の各組み合わせについ
てそれぞれの座標系同士の相対位置を設定したものであ
り、ここで作成された配置データを配置データ収納部7
0に収納する。
【0062】さらに、次の工程としてワイヤデータの作
成を行なうが、複数の半導体チップを混載した図9に示
すような半導体装置の場合、接続する場所によってワイ
ヤボンディングの条件が異なり、たとえばワイヤ97と
ワイヤ98aとではワイヤの材質、径が異なる場合もあ
るためにワイヤデータの作成に当たっては、ワイヤボン
ディングの条件毎にどの電極とどの電極とをワイヤボン
ディングするかを入力して、ワイヤデータ収納部71に
入力する。
【0063】そして『ティーチング』工程の最後として
判定データの入力が行なわれるが、この工程において
は、例えばリード部の電極の変形量、半導体チップのク
ラックの大きさ、ボンディング時のボンディング位置の
ずれ量等の検査内容と各検査内容に対応した良否判定基
準が設定されて判定データ収納部72に収納される。
【0064】本実施例によるワイヤボンディング検査装
置は、以上によって作成されたデータに基づいて検査を
行なうものであり、以下、『検査、判定』の工程につい
て具体的に説明する。
【0065】まず、「チップ搬送」(図8の工程51)
では入力装置74または通信装置75を介して中央処理
装置61に与えられた検査対象である半導体装置(以
下、被検物と呼ぶ)の品種および検査条件に従って、搬
送部66は被検物の形状に合わせて自動的に位置決めが
なされ、被検物を検査領域まで搬送して固定を行ない、
「リード位置検出」(工程52)においてリードデータ
収納部68に収納されたリードフレーム93の形状デー
タと配置データ収納部70に納められた配置データから
算出されるリードアライメント点の画像を検査ヘッド6
7によって取り込んで、図示しない画像解析手段によっ
てリードアライメント情報と取り込まれた画像を比較演
算することにより、リードアライメント点のずれ量を算
出してリードフレーム93の位置ずれを補正する。「リ
ード状態検出」(工程53)ではリードフレーム93の
状態が検出される。
【0066】続いて、「メインチップ位置検出」(工程
41)では混載された半導体チップ94,95a,95
b,96の中で基板となる半導体チップ94をメインチ
ップとして考え、チップデータおよび配置データから半
導体チップ94のチップアライメント点の位置を算出
し、さらにリードアライメント点の補正分を加えて位置
を修正した上で、リード部と同様に位置ずれの補正を行
なう。「メインチップ検査」(工程42)では半導体チ
ップ94の傷、欠け、パターン不良といった外観状態の
検査を行なうが、この工程ではリードの位置ずれ補正
と、メインチップ94の位置ずれ補正が完了しているた
めにリードとメインチップを配線するワイヤ97がボン
ディングされるべき座標も同時に算出することができ
る。
【0067】図11は以降の行程について説明を行なう
ために図9に示した半導体装置を上方から観察した図で
ある。ここでは説明を簡略化するために、二次元の座標
上での例を示すものとする。さらに図8では、半導体チ
ップ95aないしは95bないしは96の上にさらに別
の半導体チップが搭載されている場合を想定したフロー
図となっているが、ここでは図8の工程45におけるi
をi=0として「孫チップ位置検出および検査」(工程
46)を省略して説明する。
【0068】リードフレームおよびメインチップの検査
の検査終了に続いては、メインチップである半導体チッ
プ94上に搭載された半導体チップ(親チップ)95
a,95b,96のそれぞれについての検査が行なわれ
る。
【0069】一般に図9に示すような構成をもつ半導体
装置の場合、半導体チップ95a,95b,96は半導
体チップ94の上に接着固定されているのであるが、半
導体チップ94がリードフレーム93に対して固定され
る場合に位置ずれを生じるのと同様に、半導体チップ同
士も図11に示すように半導体チップ95a,95b,
96は二点鎖線で示す設計上の位置に対して位置ずれを
生じている。本実施例によるワイヤボンディング検査装
置においては、チップデータ収納部69に収納されてい
る半導体チップ95aのチップデータと配置データ収納
部70に収納されている配置データから半導体チップ9
5aのチップアライメント点の設計上の位置を算出する
と共に、「リード位置検出」(工程52)および「メイ
ンチップ位置検出」(工程41)によって行なわれた位
置ずれの補正量を加えてチップアライメント点の座標補
正を行ない、「親チップ位置検出」(工程43)におい
て半導体チップ94の場合と同様の方法で半導体チップ
95a上のチップアライメント点の補正を行なう。ここ
で得られた補正量によって半導体チップ95a上のパタ
ーンはすべて補正された座標系上で認識することが可能
となるので、「親チップ検査」(工程44)で半導体チ
ップ95aの外観検査を行なう。
【0070】次の行程として、検査装置は半導体チップ
95bの検査を行なうこととなるが、ここで図9に示す
例においては半導体チップ95aと95bは同一品種の
半導体チップが使用されているために、チップデータ収
納部69から呼び出されるチップデータは半導体チップ
95aの時と同一のものとなっている。但し、配置デー
タ収納部70からは半導体チップ95bの配置に関する
データを呼び出して半導体チップ94のチップデータの
座標系に対する半導体チップ95bのチップデータの座
標系の相対位置が読みとられて、半導体チップ95aの
場合と同様に「親チップ位置検出」(工程43)および
「親チップ検査」(工程44)の工程を実行することが
できる。図8においてm=3と考えれば半導体チップ9
4上の3番目の半導体チップ96も上記と同様に検査の
工程を実行できる。
【0071】ここまでの工程では、主にリードフレーム
および半導体チップの相対的な位置ずれの補正とリード
フレームおよび半導体チップ自体の外観検査が行なわれ
ているが、以上の作業を終了することによってワイヤボ
ンディングが行なわれるべき電極同士の位置補正が同時
に行なわれることとなり、ワイヤの検査は補正された座
標を基準として実行することができる。
【0072】すなわち、「配線検査」(工程47)では
ワイヤデータ収納部71より読み込まれた情報に基づい
て、半導体チップ94とその上に搭載されている半導体
チップ95a,95b,96との間を接続しているワイ
ヤ95a,95b,96について外観形状の検査が行な
われ、次いで「配線検査」(工程56)では同様にして
リードフレーム93と半導体チップ94との間を接続し
ているワイヤ97の検査が行なわれて、最後に「データ
処理」(工程57)では検査結果と判定データ収納部7
2に収納された合否判定基準とを比較して各検査項目毎
の良否判定が行なわれることとなる。
【0073】以上のように『検査、判定』の工程が終了
することによって、本発明によるワイヤボンディング検
査装置では最後行程である『後処理』の工程を実行す
る。
【0074】この工程では『検査、判定』工程の結果を
受けて、検査対象物の検査結果に不良、異常が発見され
ると出力装置73より警報を発すると共に、不良品に対
するマーキングないしは破壊処理を行なうが、処理の内
容、手段については特公平2−10574号、特開昭6
0−3416号、特開昭62−67830号、特公平7
−39788号、特開平2−12932号等によって報
告がなされているためここでは説明を省略する。
【0075】(第5の実施例)上記第4の実施例におい
ては、本発明に係るワイヤボンディング検査装置は単独
の検査装置として説明されているが、ワイヤボンディン
グ装置の一部として構成できることは言うまでもなく、
また、『ティーチング』の工程で使用しているデータの
構成および手段はワイヤボンディング装置の『ティーチ
ング』に流用してもよい。本発明に係るワイヤボンディ
ング検査装置は、ワイヤボンディング装置に、外部装置
接続部65を介して接続される。
【0076】(第6の実施例)また、上記第4の実施例
で述べた検査内容は必ずしもすべての検査を行なう必要
はなく、検査の内容および順序は本発明の主たる目的に
反しない範囲において変更が可能である。
【0077】(第7の実施例)図12は本発明の第7の
実施例に係るワイヤボンディング検査装置のブロック図
であり、図13は図12におけるボンディングワイヤ2
01部分の拡大斜視図である。図において、201は被
検物であるところのボンディングワイヤ、202は光学
顕微鏡等の結像系とCCDカメラ等の撮像系から構成さ
れる撮像装置、203は被検物201を照明する光源を
備える照明装置、204は撮像装置202を水平および
垂直方向に移動するためのXYZステージ、205は撮
像装置202からの画像信号を処理する画像処理装置、
206はシステム全体の制御を行なう中央制御装置、2
07は中央制御装置206の結果表示を行なう表示装
置、208は中央制御装置206に対して入力を行なう
入力装置である。また、221はボール、222はその
上にボンディングワイヤ201がボンディングされる半
導体チップ、223はインナーリード、224はパッド
である。
【0078】照明装置203から照射された照明光は、
被検物201を照明する。焦点深度の浅い撮像装置20
2で撮像された画像信号は、画像処理装置205で演算
処理される。一方、撮像装置202はXYZステージ2
04に取り付けてあり、その光軸方向の高さを変えるこ
とで、異なった焦点面の像を撮像し、画像処理装置20
5はそれらの画像データを順次、演算処理しボール厚さ
を算出している。そして中央制御装置206からの指令
によりXYZステージ204を移動しながら、全てのボ
ンディングワイヤ201に対してボール厚さを算出し、
この結果を表示装置207に出力してる。
【0079】一般にボール部はその形成の際に図14に
示すようにワイヤボンダのキャピラリ231の先端部に
よって半導体チップ上のパッド224に押しつけられ
る。
【0080】図15はキャピラリ231を、水平方向か
ら見た断面図である。キャピラリ231の先端部には、
チャンファ232と呼ばれる部分がある。
【0081】図16はボール221を水平方向から見た
形状例であり、該形状は主にワイヤボンディングするキ
ャピラリ231先端部の形状と、チャンファ232の形
状と、パッド224に押しつける強さによって変化し様
々な形状がある。
【0082】図17はキャピラリ231と該キャピラリ
によってワイヤボンディングされたボール221を示し
たものである。チャンファ232によってつくられるワ
イヤ立ち上がり付近のボール形状は、常にチャンファ2
32の形状とほぼ等しくなり、ワイヤ立ち上がり付近の
ボール径d2とキャピラリ231のチャンファ232内
径d1もほぼ等しくなる。
【0083】以上を踏まえると、パッド平面からボール
厚さ方向(光軸方向)へボールを水平方向に輪切りにし
たときのボール直径を求め、該直径がキャピラリ231
のチャンファ内径(直径)d1と等しくなるときの撮像
装置202の高さが求められれば、ボールの厚さh1を
求めることができる。
【0084】以下に、本実施例においてボールの厚さを
測定する方法について説明する。初めに、キャピラリ2
31のチャンファ内径d1の値を、入力装置208を用
いて中央制御装置206に予め設定しておく。次にボー
ル厚さ測定時の基準面となるパッド面高さを求める。方
法として画像処理による合焦方式やレーザ測長方式など
が挙げられるが、本実施例ではレーザ測長方式でパッド
上の高さ位置を3点以上測定して近似面を算出し、それ
を基準面としている。
【0085】図18は被検物であるボール221と、撮
像装置202との高さ関係を表した図である。同図にお
いて、F1〜F5はそれぞれ撮像装置202の結像系の
焦点面を示しており、撮像装置202をボール厚さ方向
に移動させながら各焦点面F1〜F5での画像を撮像す
る。該各焦点面を撮像して得られた画像信号は、画像処
理装置205内部の記憶装置に順次記憶していき、例え
ば5画面分の画像信号を記憶してから処理を開始する。
撮像する各焦点面F1〜F5の高さ、画面数は、入力装
置208を用いて予め任意に設定することができ、中央
制御装置206により撮像装置202は撮像する各焦点
面F1〜F5に制御される。
【0086】図19は画像処理装置205に記憶された
各焦点面F1〜F5におけるボールの見え方を示したも
のである。画像処理装置205に記憶された各画像は、
例えば焦点深度が5μmといった浅い結像系により撮像
されているため、ボールを輪切りにしたような画像とな
り、結像系の焦点深度の範囲を越え、焦点の合っていな
いボール部分はぼやけた画像になる。また、ボール上を
他のワイヤ等がまたいでいるときは、該ワイヤはボール
厚さに対して十分高い位置にあり結像系の焦点深度の範
囲を大きく越えているため、画像から見えなくなりボー
ルの輪切り像のみ見えるようになる。
【0087】次に、各焦点面F1〜F5でボールの輪切
り像の輪郭を画像処理により抽出し、該輪郭内部を塗り
つぶすマスク処理を行ない2値化する。
【0088】図20は、焦点面F3(図19(c))の
ボールの輪切り像にマスク処理を行なった2値化画像2
37である。このようにして得られた各焦点面F1〜F
5における2値化画像237において、その面積Sと重
心座標239を求め、中央制御装置206に記憶してお
く。次に、中央制御装置206で上記処理で記憶してお
いた面積Sと重心座標239から該面積Sと等しく該重
心座標239を中心とする、例えば近似円の方程式を算
出し該円の直径を求める。
【0089】図21は中央制御装置206において既知
である焦点面F1〜F5の高さ位置と、上記で求めた近
似円の直径との関係を示したもので、同図においてプロ
ットした点を例えば、スプライン曲線等の手法を用いて
補間したものである。ここで、予め入力しておいたキャ
ピラリ231のチャンファ内径d1の値をDtとして図
21に代入すると、ボールの厚さh1はFtとして求め
られる。
【0090】なお、本実施例ではボールの輪切り像を円
に変換したときの直径とキャピラリ231のチャンファ
内径(直径)d1によって、ボールの厚さh1を求めて
いるが、ボールの輪切り像の面積とキャピラリのチャン
ファ内径d1を直径とする円の面積により、本実施例と
同様な処理を実施してもボールの厚さh1を求めること
ができるということは言うまでもない。
【0091】また、本実施例ではキャピラリのチャンフ
ァ内径d1の値を、入力装置208を用いて中央制御装
置206に予め設定しておいたが、ワイヤ径を設定すれ
ば図22のようにパッド224からネック225と呼ば
れているボール上のワイヤ立ち上がり部までの厚さh2
を求めることができる。
【0092】また、チップ面からボール厚さ方向にボー
ル輪切り像を連続させて取り込めば、任意高さでのボー
ルの三次元像を得ることができる。
【0093】(第8の実施例)第8の実施例では、第7
の実施例と同じ装置構成、駆動シーケンスでパッド22
4の中心座標のように本来ボール221がボンディング
がなされているべき基準座標とワイヤボンディングされ
たボール221上のネック座標とのX,Y方向における
位置ずれ量を求める方法を説明する。
【0094】はじめに、第7の実施例と同様にキャピラ
リ231のチャンファ内径d1の値を、予め入力装置2
08を用いて中央制御装置206に設定しておく。
【0095】図23はワイヤボンディング時のボールの
状態を示した図である。ワイヤは円筒形のキャピラリの
中心を通ってボンディングされるので、ボール上のネッ
ク座標241と、第7の実施例で求めたボール厚さFt
におけるボール輪切り像の重心座標242は等しいとい
える。したがって、該ボール重心座標242を求めれ
ば、ネック座標241とパッド224の中心座標243
とのずれ量を求めることができる。
【0096】しかし、中央制御装置206は図18中F
1〜F5の各焦点面F1〜F5でのボール重心座標しか
記憶しておらず、第7の実施例の図21において補間し
て求めているボール厚さFtでのボール重心座標は記憶
していない。
【0097】一方、図23において焦点面Ftより高さ
の高い部分のボール形状はキャピラリ231のチャンフ
ァ232形状と等しいので焦点面Ftより高さの高い焦
点面F4,F5のボールの輪切り像の重心座標239
は、Ftにおけるボール輪切り像の重心座標242とほ
ぼ等しいことが分かっている。上記を鑑みると焦点面F
tより高さの高い焦点面で、かつFtとの距離が近い焦
点面を採用し、そのボールの輪切り像の重心座標をワイ
ヤボンディングしたときのボール上のネック座標241
としても良いといえる。
【0098】本実施例では焦点面F4を採用し、ボール
の輪切り像の重心座標239を求め、これをネック座標
として基準座標であるパッド224の中心座標243と
の位置ずれ量を求めている。
【0099】また、本実施例ではキャピラリ先端部の内
径d1の値を、入力装置208を用いて中央制御装置2
06に予め設定しておいたが、ワイヤ径を設定すればボ
ール上のワイヤ立ち上がり部分のワイヤの位置を直接測
ることも可能であることは言うまでもない。
【0100】(第9の実施例)ここでは、上記実施例で
測定しているボール厚さ測定と、基準座標との位置ずれ
量を1回の駆動シーケンスで求める方法を説明する。は
じめに、第7の実施例と同様にキャピラリのチャンファ
内径d1の値を、予め入力装置208を用いて中央制御
装置206に設定しておく。次にボール厚さ測定時の基
準面となるチップ面高さを求める。方法として画像処理
による合焦方式やレーザ測長方式などが挙げられるが、
本実施例ではレーザ測長方式でチップ上の高さ位置を3
点以上測定して近似面を算出し、それを基準面としてい
る。
【0101】次に第7の実施例の図18で示したように
撮像装置202をボール厚さ方向に移動させながら各焦
点面F1〜F5での画像を撮像する。該各焦点面を撮像
して得られた画像信号を画像処理装置内部の記憶装置に
順次記憶していき、5画面分の画像信号を記憶してから
処理を開始する。撮像する各焦点面F1〜F5の高さ、
画面数は、入力装置208を用いて予め任意に設定する
ことができ、中央制御装置206により撮像装置202
は撮像する各焦点面F1〜F5に制御される。
【0102】次に第7の実施例の図19,図20で示し
たように、各焦点面F1〜F5でボールの輪切り像の輪
郭を画像処理により抽出し、該輪郭内部を塗りつぶすマ
スク処理を行ない2値化する。また、このようにして得
られた各焦点面F1〜F5における2値化画像237に
おいて、その面積Sと重心座標239を求め中央制御装
置206に記憶しておく。中央制御装置206で上記処
理で記憶しておいた面積Sと重心座標239から該面積
と等しく該重心座標を中心とする、例えば近似円の方程
式を算出し該円の直径を求める。
【0103】次に、第7の実施例の図21で示したよう
に、中央制御装置206において既知である焦点面F1
〜F5の高さ位置と、上記で求めた近似円の直径との関
係から予め入力しておいたキャピラリのチャンファ内径
d1の値をDtとして図21に代入して、Ftを求め
る。中央制御装置206において既知である焦点面F1
〜F5の高さ位置からFtの高さ位置を算出して、ボー
ル厚さh1が求められる。
【0104】また上記処理に並行して、図23で示して
いるようにネック座標241はFtのボール輪切り像の
重心座標242とほぼ等しく、かつ焦点面Ftより高さ
の高い焦点面F4,F5のボールの輪切り像の重心座標
239に等しいことが分かっているので、焦点面F4の
ボール輪切り像の重心座標239を求め、基準座標であ
るパッド224の中心座標243との位置ずれ量を求め
る。
【0105】以上の処理を行なうことで、1回の駆動シ
ーケンスでボール厚さ測定と、基準座標との位置ずれ量
を求めることができる。
【0106】上記第7〜9の実施例では1つのボンディ
ングワイヤについて説明しているが、画像処理装置20
5で同一画面内の複数のボンディングワイヤを並列に処
理しても良い。その結果、1ワイヤあたりの測定時間を
短縮できる。
【0107】
【発明の効果】以上説明したように本発明の第1〜2の
局面によれば、誤ったティーチングによるボンディング
ミスの検査を良好に行なうことが可能であり、本発明の
第3の局面によればボンディングがなされていない電極
についての検査を支障なく行なうことが可能であり、さ
らに本発明の第4の局面によれば電極上の外観画像のノ
イズ成分によって誤判定をすることなく検査を行なうこ
とが可能である。
【0108】また、本発明の第5〜7の局面によれば、
同一の半導体チップが異なった相対位置関係で搭載され
ている場合や複数の半導体チップが混載されている場合
であっても自動的に外観検査を行なうことが可能とな
る。また、第8の局面によれば、同一種類のリードフレ
ームや半導体チップで良否判定基準の異なったものを検
査する場合であっても、『ボンディング検査用データ』
を新たに記憶しなおす必要をなくすことができる。
【0109】また、本発明の第9の局面によれば、焦点
深度の浅い結像系を用いて、照明装置から照明した半導
体チップ上のパッド面から予め設定した値に従って高さ
方向に駆動制御した撮像装置により撮像して得られた各
画像のうち、測定するボール上の焦点の合っている部分
の形状を画像処理により捕捉する手段と、該形状の径が
予め設定しておいたキャピラリ径、ワイヤ径等と等しく
なったときの撮像装置の高さを算出する手段を有するこ
とで、ボール上に平らな部分がない場合や、被検物であ
るボール上を他のワイヤ等がまたいでいる場合でも、ボ
ールの厚さの測定を正確に行なうことが可能となる。
【0110】また、本発明の第10の局面によれば、上
記ボンディングワイヤ検査装置において画像信号を処理
する処理手段で焦点が合っているボール部分の形状を画
像処理により捕捉する手段と、該形状の径が予め設定し
ておいたキャピラリ内径、ワイヤ径と等しくなったとき
のボールの輪切り像の重心位置を求める手段を有するこ
とで、ボール上が照明装置で照射されてリング状に光ら
ない場合でもボールの位置ずれが測定を行なうことが可
能となる。
【0111】さらに、これらの第9および第10の局面
によれば、ボールの厚さと、ボールの位置ずれを、測定
する際の駆動シーケンスが同じなため同時に並列処理す
ることが可能である。また、画像処理を用いるため、撮
像装置により撮像して得られた画像に複数のボールが含
まれていれば、一般に並列に画像処理することが可能で
あり1ワイヤあたりの測定時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例に係るワイヤボンディ
ング検査装置の構成を説明する図である。
【図2】 検査対象としての半導体装置のワイヤの状態
の例を示す図である。
【図3】 検査対象としての半導体装置のワイヤの状態
の例を示す図である。
【図4】 検査対象としての半導体装置のワイヤの状態
の例を示す図である。
【図5】 検査対象としての半導体装置のワイヤの状態
の例を示す図である。
【図6】 ワイヤの形状を説明する図である。
【図7】 本発明の第4の実施例に係るワイヤボンディ
ング検査装置の構成図である。
【図8】 図7の装置の動作を示すフロー図である。
【図9】 検査対象としての半導体装置のワイヤの状態
の例を示す斜視図である。
【図10】 検査対象としての半導体装置全体の状態の
例を示す斜視図である。
【図11】 図9に示す部分の撮影画像を示す図であ
る。
【図12】 本発明の第7の実施例に係るボンディング
ワイヤ検査装置を示すブロック図である。
【図13】 検査対象であるボンディングワイヤを示す
斜視図である。
【図14】 ワイヤボンディング時のキャピラリとボー
ルを示した図である。
【図15】 キャピラリとチャンファを説明する図であ
る。
【図16】 ボンディングワイヤのボールを水平方向か
ら見た図である。
【図17】 キャピラリ形状とボールの形状を示した図
である。
【図18】 図12の装置におけるボールと撮像装置の
高さとの関係を示した図である。
【図19】 図12の装置における図18の各焦点面に
おけるボールの輪切り像を示した図である。
【図20】 図12の装置において図19(c)のボー
ル輪切り像のマスク処理を示した図である。
【図21】 図12の装置における各焦点面の高さと該
焦点面で得られるボール輪切り像の近似円の直径との関
係を示した図である。
【図22】 パッドからワイヤ立ち上がり部までのボー
ル厚さを示した図である。
【図23】 第8の実施例において、ワイヤボンディン
グ時のボール状態を示した図で、ボール上のワイヤ立ち
上がり部であるネック座標と、キャピラリ中心座標の関
係を示した図である。
【図24】 従来のワイヤボンディング検査装置の構成
を説明する図である。
【図25】 従来の他のワイヤボンディング検査装置の
構成を説明する図である。
【図26】 図25の装置の動作を示すフロー図であ
る。
【符号の説明】
1:半導体チップ、2(2a〜2f):ボンディングワ
イヤ、3(3a〜3e):パッド(チップ上の電極)、
4:リードフレーム、4a〜4e:リード電極(リード
フレーム上の電極)、5(5a〜5c):ボンディング
ボール、6d:プローバの圧痕、10:搬送装置、1
1:検査台、12:照明装置、13:光学装置、14:
撮像装置、15:駆動装置、16:駆動部制御装置、1
7:中央処理装置、18:表示装置、19:記憶装置、
20:画像記憶処理認識計測装置、21:画像解析装
置、22:入出力装置、23:搬送部制御装置、24:
照明部制御装置、25:記憶・処理装置、26:搬送情
報収納部、27:電極情報収納部、28:ワイヤリング
情報収納部、29:良否判定情報収納部、30:後処理
情報収納部、61:中央処理装置、62:検査制御部、
63:データベース部、64:接続処理部、65:外部
装置接続部、66:搬送部、67:検査ヘッド、68:
リードデータ収納部、69:チップデータ収納部、7
0:配置データ収納部、71:ワイヤデータ収納部、7
2:判定データ収納部、73:出力装置、74:入力装
置、75:通信装置、90,91,92:パッド、9
3:リードフレーム、94,95a,95b,96:半
導体チップ、97,98a,98b,99:ワイヤ、1
01:リードフレーム、110:半導体チップ、20
1:ボンディングワイヤ、202:撮像装置、203:
照明装置、204:XYZステージ、205:画像処理
装置、206:中央制御装置、207:表示装置、20
8:入力装置、221:ボール、222:半導体チッ
プ、223:インナーリード、224:パッド、22
5:ネック、231:キャピラリ、232:チャンフ
ァ、d1:チャンファ内径、d2:ワイヤ立ち上がり付
近のボール径、237:2値化画像、239:ボール輪
切り像の重心座標、241:ネック座標、242:Ft
におけるボール輪切り像の重心座標、243:パッドの
中心座標、h1:ボール厚さ、h2:パッドからワイヤ
立ち上がり部までの厚さ、F1〜F5:撮像装置結像系
の焦点面、S:ボール輪切り像の面積。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置を搬送、固定するための搬送
    装置と、該半導体装置を照明するための照明装置と、該
    半導体装置の像を捉えるための撮像装置と、該半導体装
    置のボンディングの行なわれる電極の位置を記憶する電
    極情報収納手段と、該電極情報収納手段に収納された電
    極位置データに基づいて前記半導体装置と撮像装置を相
    対的に移動させる駆動装置とを具備するワイヤボンディ
    ング検査装置において、 前記電極情報収納部が前記半導体装置におけるボンディ
    ングの行なわれない電極についてもその位置を記憶する
    ようにしたことを特徴とするワイヤボンディング検査装
    置。
  2. 【請求項2】 前記電極位置データのうち前記駆動装置
    による相対移動を制御するためのデータを選択する手段
    をさらに備え、前記ボンディングの行なわれない電極に
    ついても外観の検査を行なう設定が可能であることを特
    徴とする請求項1記載のワイヤボンディング検査装置。
  3. 【請求項3】 半導体装置の電極の位置を記憶した電極
    情報の中でワイヤボンディングによって接続される電極
    の組み合わせを記憶するワイヤリング情報収納部をさら
    に具備することを特徴とする請求項1記載のワイヤボン
    ディング検査装置。
  4. 【請求項4】 半導体装置の良否判定基準を記憶する記
    憶手段と、撮像装置によって取り込まれた画像を解析す
    る解析手段と、解析装置によって算出された結果と良否
    判断基準から良否判断を行う判断手段とを具備するワイ
    ヤボンディング検査装置であって、半導体装置上で検査
    の行われた電極に対して、ボンディングがなされていな
    いことを良否判断基準として設定することが可能である
    ことを特徴とするワイヤボンディング検査装置。
  5. 【請求項5】 半導体装置の良否判定基準を記憶する記
    憶手段と、撮像装置によって取り込まれた画像を解析す
    る解析手段と、解析装置によって算出された結果と良否
    判断基準から良否判断を行う判断手段とを具備するワイ
    ヤボンディング検査装置であって、前記判断手段は、半
    導体装置の電極上のプローバ圧痕等によるノイズ画像と
    ボンディングワイヤの画像とを区別するための判断基準
    を持つことを特徴とするワイヤボンディング検査装置。
  6. 【請求項6】 半導体装置を搬送、固定するための搬送
    手段と、該半導体装置を照明するための照明手段と、該
    半導体装置の像を捉えるための撮像手段と、半導体装置
    と撮像手段を相対的に移動させるための駆動手段と、撮
    像手段によって捕らえられた像を解析する解析手段と、
    半導体装置の良否判断を行なう判定手段とを具備したワ
    イヤボンディング検査装置において、 複数のリードフレームの外観情報を収納するリードデー
    タ収納手段と、複数の半導体チップの外観情報を収納す
    るチップデータ収納手段と、複数のワイヤリングの情報
    を収納するワイヤデータ収納手段と、収納された情報の
    中から選択された複数の情報を組み合わせて『ボンディ
    ング検査用データ』を作成する手段とを具備することを
    特徴とするワイヤボンディング検査装置。
  7. 【請求項7】 前記収納手段に収納される複数のリード
    データおよびチップデータはそれぞれ指定されたパター
    ン位置を基準として設定され、個々に独立した座標系に
    よって管理されることを特徴とする請求項6記載のワイ
    ヤボンディング検査装置。
  8. 【請求項8】 前記収納手段に収納された複数のリード
    データおよびチップデータの中から選択された複数のデ
    ータに関し、相対的な位置関係を設定して収納する配列
    情報収納手段をさらに具備することを特徴とする請求項
    6記載のワイヤボンディング検査装置。
  9. 【請求項9】 前記収納手段に収納された複数のリード
    データの各々に対して、良否を判定するための判定基準
    を複数設定して保存する手段をさらに有することを特徴
    とする請求項6記載のワイヤボンディング検査装置。
  10. 【請求項10】 前記収納手段に収納された複数のチッ
    プデータの各々に対して、良否を判定するための判定基
    準を複数設定して保存する手段をさらに有することを特
    徴とする請求項6記載のワイヤボンディング検査装置。
  11. 【請求項11】 前記収納手段に収納された複数のワイ
    ヤデータの各々に対して、良否を判定するための判定基
    準を複数設定して保存する手段をさらに有することを特
    徴とする請求項6記載のワイヤボンディング検査装置。
  12. 【請求項12】 前記半導体装置の中で、指定された検
    査領域毎に位置補正を行なうことを特徴とする請求項6
    記載のワイヤボンディング検査装置。
  13. 【請求項13】 半導体チップ上にワイヤボンディング
    されたワイヤのボール部分を焦点深度の浅い結像系を用
    いて照明装置からの光束で照明する手段と、該照明手段
    により照明されたボールを上方から撮像し画像信号を得
    る撮像手段と、該撮像手段により得た画像信号を処理す
    る処理手段と、該撮像手段の合焦面の高さ位置を制御す
    る制御手段と、前記処理手段がボール上の焦点の合って
    いる部分の形状を画像処理により捕捉する手段と、該形
    状の径が予め設定しておいたキャピラリ内径またはワイ
    ヤ径と等しくなったときの撮像装置の高さを算出する手
    段を具備することを特徴とするボンディングワイヤ検査
    装置。
  14. 【請求項14】 前記半導体チップ上にワイヤボンディ
    ングされたワイヤのボール部分を測定する際、ボールの
    位置ずれを測定する手段をさらに具備することを特徴と
    する請求項13記載のボンディングワイヤ検査装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009194136A (ja) * 2008-02-14 2009-08-27 Renesas Technology Corp 半導体装置の製造方法
US10842491B2 (en) 2006-01-31 2020-11-24 Ethicon Llc Surgical system with an actuation console
CN113677953A (zh) * 2019-04-22 2021-11-19 株式会社新川 线形状测量装置、线三维图像产生方法及线形状测量方法

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