KR20190077373A - 초음파 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

초음파 검사 장치(1)는 패키지화된 반도체 디바이스(D)를 검사 대상으로 하는 장치로서, 반도체 디바이스(D)에 대향해서 배치되는 초음파 진동자(2)와, 초음파 진동자(2)에 있어서 반도체 디바이스(D)에 대향하는 단부(2b)에 마련되어, 초음파(W)를 전파시키는 매질(M)을 유지하는 매질 유지부(12)와, 반도체 디바이스(D)와 초음파 진동자(2)의 상대 위치를 이동시키는 스테이지(3)와, 초음파 진동자(2)에 의한 초음파(W)의 입력에 따른 반도체 디바이스(D)의 반응을 해석하는 해석부(22)를 구비한다.

Description

초음파 검사 장치
본 형태는 초음파 검사 장치에 관한 것이다.
종래의 초음파 검사 장치로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 초음파 가열을 이용한 반도체 집적회로 배선계의 검사 장치가 있다. 이 종래의 초음파 검사 장치에서는, 피검사체인 반도체 집적회로에 대해, 정전압원으로부터 전력을 공급하면서 초음파를 조사한다. 그리고, 초음파의 조사에 따라서 그라운드 배선에 흐르는 전류의 변화를 검출함으로써, 반도체 집적회로의 전류 이미지 혹은 결함 이미지를 생성하도록 되어 있다.
일본 특개평 8-320359호 공보
상술한 종래의 초음파 검사 장치에서는, 패키지로부터 취출(取出)한 반도체칩이 검사 대상으로 되어 있다. 그렇지만, 반도체칩을 패키지로부터 취출하는 작업이 필요한 것이나, 반도체칩의 취출시에 회로의 특성이 변화해 버릴 가능성 등을 고려하면, 패키지화된 상태인 채로 반도체 디바이스를 검사하는 것이 적합하다. 한편, 패키지화된 반도체 디바이스를 검사하는 경우, 관찰점인 반도체칩을 외부에서 눈으로 확인할 수 없기 때문에, 반도체칩에 초음파의 초점을 맞추기 쉽게 하기 위한 연구가 필요하게 된다.
본 형태는 상기 과제의 해결을 위해서 이루어진 것으로, 패키지화된 반도체 디바이스내의 원하는 위치에 초음파의 초점을 용이하게 맞출 수 있는 초음파 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 형태의 일 측면에 따른 초음파 검사 장치는, 패키지화된 반도체 디바이스를 검사 대상으로 하는 초음파 검사 장치로서, 반도체 디바이스에 대향해서 배치되는 초음파 진동자와, 초음파 진동자에 있어서 반도체 디바이스에 대향하는 단부에 마련되어, 초음파를 전파시키는 매질을 유지하는 매질 유지부와, 반도체 디바이스와 초음파 진동자의 상대 위치를 이동시키는 스테이지와, 초음파 진동자에 의한 초음파의 입력에 따른 반도체 디바이스의 반응을 해석하는 해석부를 구비한다.
이 초음파 검사 장치에서는, 초음파 진동자의 단부에 마련된 매질 유지부의 위치에 의해, 초음파 진동자와 반도체 디바이스의 사이에 초음파를 전파시키는 매질을 유지한 상태로, 초음파 진동자와 반도체 디바이스의 간격을 조정할 수 있다. 따라서, 패키지화된 반도체 디바이스내의 원하는 위치에 초음파의 초점을 용이하게 맞출 수 있다.
또한, 매질 유지부는 초음파 진동자의 단부에 마련된 통 모양 부재에 의해서 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 통 모양 부재의 내부와 초음파 진동자의 단부로 매질의 유지 공간을 형성할 수 있다.
또한, 매질 유지부는 초음파 진동자의 단부에 착탈이 가능하게 감합(嵌合)되어 있어도 된다. 이 경우, 초음파 진동자의 단부에 있어서 통 모양 부재의 감합 위치를 조정함으로써, 초음파 진동자와 반도체 디바이스의 간격을 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 매질 유지부는 매질의 유지량을 조정하는 매질 유통구를 가지고 있어도 된다. 이것에 의해, 매질 유지부로 유지하는 매질의 유지량의 제어가 용이하게 된다.
또한, 매질 유지부는 매질의 유지량을 검출하는 유지량 검출부를 가지고 있어도 된다. 이것에 의해, 매질 유지부로 유지하는 매질의 유지량의 제어가 더 용이하게 된다.
또한, 반도체 디바이스에 정전압 또는 정전류를 인가하는 전원 장치와, 정전압 또는 정전류의 인가 상태에 있어서, 초음파의 입력에 따른 반도체 디바이스의 전류 또는 전압을 검출하는 반응 검출부를 더 구비하고, 해석부는 반응 검출부로부터의 검출 신호에 기초하여 해석 화상을 생성해도 된다. 이 경우, 초음파의 입력에 기인하는 반도체 디바이스의 저항 변화를 계측함으로써, 패키지화된 반도체 디바이스의 검사를 정밀도 좋게 실시할 수 있다.
또한, 초음파 진동자에 대해서 구동 신호를 입력하는 것과 함께, 구동 신호에 따른 참조 신호를 출력하는 신호 발생부를 더 구비하고, 해석부는 검출 신호와 참조 신호에 기초하여 해석 화상을 생성해도 된다. 이것에 의해, 패키지화된 반도체 디바이스의 검사 정밀도를 더 높일 수 있다.
또한, 반도체 디바이스에서 반사된 초음파의 반사파를 검출하는 반사 검출부를 더 구비하고, 해석부는 반사 검출부로부터의 검출 신호에 기초하여 반사 화상을 생성해도 된다. 이 경우, 반사 화상에 기초하여 반도체 디바이스 내부의 칩 형상을 취득할 수 있다.
또한, 해석부는 해석 화상과 반사 화상을 중첩시킨 중첩 화상을 생성해도 된다. 이 경우, 해석 화상에 의한 해석 결과와 반도체 디바이스 내부의 칩 형상이 중첩되므로, 고장 위치 등의 특정이 용이한 것으로 된다.
본 형태에 의하면, 패키지화된 반도체 디바이스내의 원하는 위치에 초음파의 초점을 용이하게 맞출 수 있다.
도 1은 초음파 검사 장치의 일 실시 형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 초음파 진동자의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은 검사 실행시의 초음파의 초점 위치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 초음파의 초점 위치의 조정 제어의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 후속 공정을 나타내는 도면이다.
도 6은 초음파의 초점 위치의 조정의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 해석 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 반사 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 중첩 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 1에 나타낸 초음파 검사 장치에 있어서의 동작의 일례를 나타내는 순서도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 형태의 일 측면에 따른 초음파 검사 장치의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 초음파 검사 장치의 일 실시 형태를 나타내는 개략 구성도이다. 이 초음파 검사 장치(1)는, 검사 대상인 반도체 디바이스(D)를 패키지화된 상태인 채로 검사하는 장치이다. 초음파 검사 장치(1)는 초음파(W)의 입력에 기인하는 반도체 디바이스(D)의 저항 변화를 계측하는 수법에 기초하여, 패키지화된 반도체 디바이스(D)의 고장의 유무 및 고장 위치의 특정 등을 행하는 장치로서 구성되어 있다.
반도체 디바이스(D)의 일면측은, 초음파(W)가 입력되는 검사면(Dt)으로 되어 있다. 반도체 디바이스(D)는 당해 검사면(Dt)을 아래쪽으로 향한 상태로 유지판 등에 의해서 유지된다. 반도체 디바이스(D)로서는, 다이오드나 파워 트랜지스터 등을 포함하는 개별 반도체 소자(디스크리트), 광전자 소자, 센서/액추에이터, 혹은 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 구조나 바이폴러 구조의 트랜지스터로 구성되는 로직 LSI(Large Scale Integration), 메모리 소자, 리니어 IC(Integrated Circuit), 및 이것들의 혼성 디바이스 등을 들 수 있다. 또한, 반도체 디바이스(D)는 반도체 디바이스를 포함하는 패키지, 복합 기판 등이어도 된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 초음파 검사 장치(1)는 초음파 진동자(2)와, 스테이지(3)와, 펄스 발생기(신호 발생부)(4)와, 반응 검출부(5)와, 로크인(lock-in) 앰프(주파수 해석부)(6)와, 컴퓨터(해석부)(7)와, 모니터(8)를 포함하여 구성되어 있다.
초음파 진동자(2)는 반도체 디바이스(D)를 향하여 초음파(W)를 입력하는 디바이스이다. 초음파 진동자(2)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 펄서(pulsar)(11)와, 매질 유지부(12)를 가지고 있다. 초음파 진동자(2)는, 예를 들면 통 모양을 이루고, 보다 구체적으로는 원통 모양을 이루고 있다. 초음파 진동자(2)의 선단면(2a)은, 초음파(W)를 출력하는 부분으로, 반도체 디바이스(D)의 검사면(Dt)과 대향하도록 위쪽 방향으로 배치되어 있다. 선단면(2a)은 실제로는 오목면 모양을 이루고 있고, 선단면(2a)의 각각의 위치에서 발생한 초음파(W)는, 선단면(2a)으로부터 일정 거리만큼 떨어진 위치에 초점을 가진다. 선단면(2a)으로부터 출력되는 초음파(W)는, 예를 들면 20kHz~10GHz 정도의 탄성 진동파이다.
펄서(11)는 펄스 발생기(4)로부터 출력되는 구동 신호에 기초하여 초음파 진동자(2)를 구동시키는 부분이다. 본 실시 형태에서는, 펄서(11)는 반도체 디바이스(D)의 검사면에서 반사된 초음파(W)를 검출하는 리시버(반사 검출부)(13)로서의 기능도 가지고 있다. 리시버(13)는 초음파(W)의 반사파를 검출하고, 검출 결과를 나타내는 검출 신호를 컴퓨터(7)에 출력한다.
매질 유지부(12)는 초음파 진동자(2)와 반도체 디바이스(D)의 사이에서 매질(M)을 유지하는 부분이다. 매질 유지부(12)에 의해서 유지되는 매질(M)은, 본 실시 형태에서는 물이다. 매질(M)은 반도체 디바이스(D)의 패키지에 이용되고 있는 재질과 임피던스가 정합하는 것이면 특별히 제한은 없고, 글리세린 등의 다른 액체, 혹은 겔 모양, 젤리 모양의 물질 등을 이용해도 된다. 본 실시 형태에서는, 매질 유지부(12)는, 예를 들면 실리콘 수지 등, 가요성 및 매질(M)에 대한 젖음성(wettability)을 충분히 가지는 재료에 의해서 형성된 통 모양 부재(14)를 가지고 있다. 통 모양 부재(14)는 초음파 진동자(2)의 선단면(2a)측의 단부(2b)에 착탈이 가능하게 감합하도록 되어 있다.
통 모양 부재(14)의 일부가 선단면(2a)으로부터 돌출되도록 통 모양 부재(14)를 단부(2b)에 슬라이드 가능하게 감합함으로써, 통 모양 부재(14)의 내주면(14a)과 초음파 진동자(2)의 선단면(2a)에 의해서 매질(M)을 유지하는 유지 공간(S)이 형성된다. 초음파 진동자(2)의 선단면(2a)으로부터의 통 모양 부재(14)의 돌출량을 조정함으로써, 유지 공간(S)의 용적이 가변하게 된다. 이 통 모양 부재(14)의 돌출량의 조정에 의해, 초음파 진동자(2)로부터 출력되는 초음파(W)의 초점 위치를 조정 가능한 범위를 조정할 수 있다. 이것에 의해, 패키지의 수지 두께가 다른 반도체 디바이스(D)에 대해서도, 매질(M)이 흘러나오는 일이 없는 최적의 유지 공간(S)의 용적을 마련할 수 있다.
통 모양 부재(14)의 돌출량의 파악을 용이하게 하기 위해, 통 모양 부재(14)에는 눈금이 마련되어 있어도 된다. 눈금이 마련되는 위치는, 예를 들면 통 모양 부재(14)의 내주면(14a) 혹은 외주면(14c)이다. 통 모양 부재(14)의 돌출량은, 초음파 진동자(2)의 단부(2b)에 대한 통 모양 부재(14)의 위치를 수동으로 슬라이드시켜, 통 모양 부재(14)의 감합량을 바꿈으로써 조정할 수 있다. 초음파 진동자(2)의 단부(2b)에 대한 통 모양 부재(14)의 위치는, 슬라이드 기구를 이용하여 조정해도 된다. 또한, 통 모양 부재(14)의 감합량을 일정하게 한 다음에, 다른 길이의 통 모양 부재(14)로 교환함으로써 통 모양 부재(14)의 돌출량을 조정해도 된다.
통 모양 부재(14)의 둘레벽 부분에는, 유지 공간(S)에 유지되는 매질(M)의 유지량을 조정하는 매질 유통구(15)가 마련되어 있다. 매질 유통구(15)에는, 외부의 매질 저장부(도시하지 않음)에 접속된 유통관(16)이 삽입되어 있어서, 유지 공간(S)으로의 매질(M)의 유입 및 유지 공간(S)으로부터의 매질(M)의 배출이 이루어지도록 되어 있다. 매질(M)의 유통량은, 예를 들면 컴퓨터(7)에 의해서 제어된다.
또한, 매질 유통구(15)는 통 모양 부재(14)의 선단면(14b)으로부터 일정 간격으로 마련되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 매질 유통구(15)로부터 유입되는 매질(M)에 이물이 혼입되었을 경우에도, 유지 공간(S)에 있어서 이물이 통 모양 부재(14)의 선단면(14b) 부근에 모이는 것을 억제시킬 수 있다. 통 모양 부재(14)의 선단면(14b) 부근에는, 초음파 진동자(2)의 선단면(2a) 부근에 비해 초음파(W)가 집속되고 있다. 이것에 의해, 통 모양 부재(14)의 선단면(14b) 부근에 이물이 모이는 것이 억제되어, 이물에 대한 초음파(W)의 간섭의 영향이 억제된다.
또한, 통 모양 부재(14)의 내주면(14a)에는, 유지 공간(S)에 있어서의 매질(M)의 유지량을 검출하는 레벨 센서(유지량 검출부)(17)가, 매질 유통구(15)보다도 위쪽(선단면(14b)측)의 위치에 장착되어 있다. 레벨 센서(17)는 검출 결과를 나타내는 검출 신호를 컴퓨터(7)에 출력한다. 레벨 센서(17)로부터의 검출 신호에 기초하여, 초음파(W)의 초점 위치를 조정할 때의 유지 공간(S)의 매질(M)의 양의 제어가 실행된다. 통 모양 부재(14)에는, 반도체 디바이스(D)와의 거리를 검출하는 거리 센서가 장착되어 있어도 된다. 이것에 의해, 후술하는 스테이지(3)를 Z축 방향으로 구동시켰을 때에, 통 모양 부재(14)와 반도체 디바이스(D)의 간섭을 막을 수 있다.
스테이지(3)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 반도체 디바이스(D)와 초음파 진동자(2)의 상대 위치를 이동시키는 장치이다. 본 실시 형태에서는, 스테이지(3)는 XYZ축 방향으로 구동 가능한 3축 스테이지로서 구성되고, 스테이지(3) 상에 초음파 진동자(2)가 고정되어 있다. 스테이지(3)의 구동은, 컴퓨터(7)로부터의 지시 신호에 기초하여 제어된다. 스테이지(3)가 반도체 디바이스(D)의 검사면(Dt)의 면내 방향(XY축 방향)으로 구동함으로써, 반도체 디바이스(D)의 검사면(Dt)에 있어서의 초음파(W)의 입력 위치가 주사된다.
또한, 스테이지(3)가 반도체 디바이스(D)의 두께 방향(Z축 방향)으로 구동함으로써, 초음파(W)의 초점 위치가 반도체 디바이스(D)의 두께 방향에 대해서 일정한 정밀도로 조정된다. 또한, 스테이지(3)는, 초음파 진동자(2)가 아니라, 반도체 디바이스(D)에 고정되어 있어도 된다. 반도체 디바이스(D)의 검사의 개시시에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 표면 장력에 의해서 매질 유지부(12)의 유지 공간(S)으로부터 솟아오르는 정도로 매질(M)이 유지 공간(S)에 공급된다. 그리고, 스테이지(3)가 반도체 디바이스(D)의 두께 방향으로 구동함으로써, 매질(M)의 솟아오름 부분(Ma)이 반도체 디바이스(D)의 검사면(Dt)에 접촉되게 된다. 이것에 의해, 초음파 진동자(2)의 선단면(2a)으로부터 반도체 디바이스(D)의 검사면(Dt)에 이르는 초음파(W)의 경로가 매질(M)로 충전된다. 그리고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 스테이지(3)가 반도체 디바이스(D)의 두께 방향으로 더 구동하여, 초음파(W)의 초점 위치가 반도체 디바이스(D) 내의 칩(C) 부근으로 조정된다.
펄스 발생기(4)는 초음파 진동자(2)에 대해서 구동 신호를 입력하는 장치이다. 구동 신호의 주파수는, 초음파 진동자(2)에서 발생시키는 초음파(W)의 주파수와 같은 주파수로 설정된다. 본 실시 형태와 같이, 로크인 앰프(6)를 이용한 로크인 검출을 행하는 경우에는, 로크인 주파수를 별도 설정하고, 초음파(W)를 발생용의 주파수와 로크인 주파수를 합성한 버스트 신호를 구동 신호로서 초음파 진동자(2)에 입력해도 된다. 이 경우, 로크인 주파수에 따른 참조 신호를 펄스 발생기(4)로부터 로크인 앰프(6)에 출력시킨다. 초음파 발생용의 주파수는, 예를 들면 25MHz~300MHz 정도이며, 로크인 주파수는, 예를 들면 1kHz~5kHz 정도이다.
반응 검출부(5)는 초음파 진동자(2)에 의한 초음파(W)의 입력에 따른 반도체 디바이스(D)의 반응을 검출하는 장치이다. 반응 검출부(5)는 예를 들면 로크인 앰프(6)의 전단에 접속된 검출 앰프에 의해서 구성되어 있다. 반응 검출부(5)는 반도체 디바이스(D)에 정전압 또는 정전류를 인가하는 전원 장치(10)를 내장하고 있다. 반응 검출부(5)는, 정전압 또는 정전류의 인가 상태에 있어서, 초음파(W)의 입력에 따른 반도체 디바이스(D)의 전류 또는 전압을 검출하고, 검출 결과를 나타내는 검출 신호를 로크인 앰프(6)에 출력한다. 반응 검출부(5)는 교류 성분만을 추출하여 검출 신호를 출력하도록 해도 된다.
로크인 앰프(6)는 반응 검출부(5)로부터 출력되는 검출 신호를 로크인 검출하는 장치이다. 로크인 앰프(6)는, 펄스 발생기(4)로부터 출력되는 참조 신호에 기초하여, 반응 검출부(5)로부터 출력되는 검출 신호를 로크인 검출한다. 그리고, 로크인 앰프(6)는 검출 결과를 나타내는 검출 신호를 컴퓨터(7)에 출력한다.
컴퓨터(7)는, 물리적으로는, RAM, ROM 등의 메모리, CPU 등의 프로세서(연산 회로), 통신 인터페이스, 하드디스크 등의 격납부, 모니터(8) 등의 표시부를 구비하여 구성되어 있다. 이러한 컴퓨터(7)로서는, 예를 들면 퍼스널 컴퓨터, 클라우드 서버, 스마트 디바이스(스마트폰, 태블릿 단말 등), 마이크로 컴퓨터, FPGA(field-programmable gate array) 등을 들 수 있다. 컴퓨터(7)는 메모리에 격납되는 프로그램을 컴퓨터 시스템의 CPU로 실행함으로써, 스테이지(3)의 동작을 제어하는 스테이지 제어부(21), 및 로크인 앰프(6)로부터의 검출 신호를 해석하는 해석부(22)로서 기능한다.
스테이지 제어부(21)는, 보다 구체적으로는, 반도체 디바이스(D)의 두께 방향에 대한 초음파(W)의 초점 위치의 조정 제어와, 반도체 디바이스(D)의 검사면(Dt)에 대한 초음파(W)의 주사 제어를 실행한다. 초점 위치의 조정 제어에서는, 스테이지 제어부(21)는, 초음파 진동자(2)의 리시버(13)로부터 출력되는 당해 검출 신호에 기초하여 스테이지(3)의 Z방향의 제어를 실행한다. 초음파(W)의 주사 제어에서는, 스테이지 제어부(21)는, 초음파(W)가 반도체 디바이스(D)의 검사면(Dt)을 따라서 이동하도록, 스테이지(3)의 XY방향의 제어를 실행한다. 스테이지 제어부(21)는 주사 제어시의 스테이지(3)의 위치 정보를 해석부(22)에 순차적으로 출력한다.
도 4는 초점 위치의 조정 제어의 일례를 나타내는 도면이다. 동도의 예에서는, 가로축이 시간(초음파(W)가 출력되고 나서 반사파가 검출될 때까지의 시간), 세로축이 진폭으로 되어 있고, 리시버(13)로부터의 검출 신호의 시간 파형 K가 플롯되어 있다. 이 시간 파형 K는, 초음파(W)를 복수 회 출력시켰을 경우의 반사파의 검출 신호를 적산한 것이어도 된다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 초음파(W)의 초점 위치를 반도체 디바이스(D)를 향하여 변위시켜 나가면, 어느 위치에 있어서 반도체 디바이스(D)의 패키지 표면에서의 반사에 대응하는 제1 피크 P1이 시간 파형 K에 출현한다. 제1 피크 P1이 출현한 위치로부터 추가로 초음파(W)의 초점 위치를 반도체 디바이스(D)측으로 변위시키면, 초음파(W)의 초점 위치가 반도체 디바이스(D)의 패키지내로 이동하고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 어느 위치에 있어서 반도체 디바이스(D) 내부의 칩(C) 표면에서의 반사에 대응하는 제2 피크 P2가 시간 파형 K에 출현한다. 따라서, 스테이지 제어부(21)는 제2 피크 P2의 진폭이 최대가 되도록 스테이지(3)의 Z축 방향의 위치를 제어한다.
초점 위치의 조정 제어에 있어서, 패키지의 수지 두께를 이미 알고 있는 경우, 혹은 패키지의 수지 조성을 이미 알고 있고, 패키지내의 초음파(W)의 음속이 산출 가능한 경우가 생각된다. 이 경우에는, 이들 정보에 기초하여 미리 제2 피크 P2의 출현 위치(출현 시간)의 범위를 산출하고, 제2 피크 P2를 검출할 때의 검출창 A를 설정하도록 해도 된다. 검출창 A의 설정에 의해, 제2 피크 P2의 출현 위치의 검출 정밀도의 향상 및 검출 시간의 단축화가 도모된다. 반도체 디바이스(D)내에 복수층의 칩(C)이 내장되어 있는 것을 이미 알고 있는 경우에는, 제2 피크 P2 이후의 피크에 기초하여 스테이지(3)의 Z축 방향의 위치를 제어해도 된다.
또한, 초음파(W)의 초점 심도는 비교적 깊기 때문에, 제2 피크 P2의 진폭이 최대가 되는 위치를 판별하기 어려운 경우도 생각할 수 있다. 이 경우, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같이, 제2 피크 P2의 진폭이 최대가 되는 범위의 중앙 위치(중앙 시각) T에 대응하도록 스테이지(3)의 Z축 방향의 위치를 맞추도록 해도 된다. 또한, 시간 파형 K를 미분 처리하고, 미분 처리한 후의 시간 파형의 피크값의 중앙 위치에 대응하도록 스테이지(3)의 Z축 방향의 위치를 맞추도록 해도 된다.
해석부(22)는 반도체 디바이스(D)의 검사중에 로크인 앰프(6)로부터 출력되는 검출 신호를 스테이지 제어부(21)로부터 출력되는 스테이지(3)의 위치 정보에 기초하여 매핑하고, 도 7에 나타내는 바와 같이, 해석 화상(31)을 생성한다. 해석 화상에 있어서, 반도체 디바이스(D)의 반응(전류 또는 전압의 변화량)에 따른 표시 휘도의 범위, 색, 투과도 등은, 임의로 설정 가능하다.
또한, 해석부(22)는 반도체 디바이스(D)의 검사중에 리시버(13)로부터 출력되는 검출 신호를 스테이지 제어부(21)로부터 출력된 스테이지(3)의 위치 정보에 기초하여 매핑하고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 반사 화상(32)을 생성한다. 반사 화상(32)의 생성시에는, 리시버(13)로부터의 검출 신호 중, 반도체 디바이스(D) 내의 칩(C) 표면으로부터의 반사파에 대응하는 시간의 성분만을 추출하는 것이 적합하다. 이렇게 하면, 반도체 디바이스(D) 내의 칩(C)의 형상을 나타내는 반사 화상(32)을 얻을 수 있다.
해석부(22)는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 해석 화상(31)과 반사 화상(32)을 중첩시킨 중첩 화상(33)을 생성해도 된다. 해석부(22)는 생성한 중첩 화상(33)을 모니터(8)에 출력한다. 중첩 화상(33)에서는, 반사 화상(32)이 나타내는 반도체 디바이스(D) 내의 칩(C)의 형상에, 해석 화상(31)이 나타내는 반도체 디바이스(D)의 반응이 중첩되어, 칩(C)의 고장 위치의 특정이 용이한 것으로 된다. 반사 화상(32)에서는, 칩(C)의 형상만이 아니라, 회로의 박리와 같은 이상을 확인할 수 있는 경우가 있다. 따라서, 중첩 화상(33)에 있어서, 해석 화상(31)으로부터 확인할 수 있는 이상 위치와 반사 화상(32)으로부터 확인할 수 있는 이상 위치가 중첩되었을 경우, 당해 이상 위치를 강조 표시하도록 해도 된다.
다음으로, 상술한 초음파 검사 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다.
도 10은 초음파 검사 장치(1)의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다. 동도에 나타내는 바와 같이, 초음파 검사 장치(1)를 이용하여 반도체 디바이스(D)의 검사를 실시하는 경우, 우선, 반도체 디바이스(D)가 도시되지 않은 유지판 등에 배치된다(스텝 S01). 다음으로, 매질 유통구(15)로부터 매질 유지부(12)에 매질(M)을 유입시켜, 유지 공간(S)에 매질(M)을 유지한다(스텝 S02). 스텝 S02에서는, 상술한 바와 같이, 표면 장력에 의한 매질(M)의 솟아오름 부분(Ma)이 형성된다. 그리고, 통 모양 부재(14)의 선단면(14b)이 반도체 디바이스(D)의 검사면(Dt)에 접촉하지 않고, 매질(M)의 솟아오름 부분(Ma)만이 반도체 디바이스(D)의 검사면(Dt)에 접촉하도록 스테이지(3)가 Z축 방향으로 구동된다(도 2 참조).
매질(M)이 유지된 후, 초음파(W)의 초점 위치가 조정된다(스텝 S03). 여기에서는, 우선, 초음파 진동자(2)가 칩(C)과 대향하는 위치에 오도록, 스테이지(3)가 X축 방향 및 Y축 방향으로 구동된다. 다음으로, 리시버(13)로부터 출력되는 초음파(W)의 반사파의 시간 파형 K에 있어서의 제2 피크 P2의 출현 위치에 기초하여, 초음파(W)의 초점 위치가 반도체 디바이스(D)내부의 칩(C) 표면과 일치하도록 스테이지(3)가 Z축 방향으로 구동된다(도 3 참조). 또한, 초음파(W)의 초점 위치의 조정은, 스테이지 제어부(21)가 자동으로 실행해도 되고, 시간 파형 K의 제2 피크 P2의 출현 위치를 눈으로 확인하면서, 초음파 검사 장치(1)의 유저가 수동으로 스테이지(3)의 위치를 이동시킴으로써 실행해도 된다.
초음파(W)의 초점 위치의 조정 후, 반도체 디바이스(D)의 기울기를 조정하는 스텝을 실행해도 된다. 이 스텝에서는, 예를 들면 스테이지(3)를 X축 방향 및 Y축 방향으로 1축씩 구동시켰을 때의 반사파의 시간 파형 K가 서로 일치하도록, 유지판 혹은 스테이지(3)의 자세가 조정된다. 당해 스텝에 대해서도, 스테이지 제어부(21)가 자동으로 실행해도 되고, 초음파 검사 장치(1)의 유저가 시간 파형 K를 눈으로 확인하면서 수동으로 행해도 된다.
다음으로, 반도체 디바이스(D)의 반사 화상이 생성된다(스텝 S04). 스텝 S04에서는, 펄스 발생기(4)로부터 초음파 진동자(2)에 구동 신호가 입력되어, 초음파 진동자(2)로부터 반도체 디바이스(D)에 초음파(W)가 조사된다. 그리고, 반도체 디바이스(D)로부터의 반사파가 리시버(13)로 검출되고, 리시버(13)로부터 출력된 검출 신호와, 스테이지 제어부(21)로부터 출력되는 스테이지(3)의 위치 정보에 기초하여 매핑이 됨으로써, 반사 화상(32)이 생성된다.
다음으로, 반사 화상(32)에 기초하는 해석 위치의 확인이 행해지고, 반도체 디바이스(D)의 해석이 실행되어, 해석 화상이 생성된다(스텝 S05). 스텝 S05에서는, 전원 장치(10)로부터 반도체 디바이스(D)에 정전압(또는 정전류)이 인가되는 것과 함께, 펄스 발생기(4)로부터 초음파 진동자(2)에 구동 신호가 입력되고, 초음파 진동자(2)로부터 반도체 디바이스(D)에 초음파(W)가 입력된다. 그리고, 스테이지(3)가 XY축 방향으로 구동되고, 초음파(W)의 입력에 따른 반도체 디바이스(D)의 전류 또는 전압의 변화가 반도체 디바이스(D)의 검사면(Dt)의 각 위치에 있어서 검출된다. 반도체 디바이스(D)의 전류 또는 전압의 변화는, 반응 검출부(5)에 의해서 검출되고, AC성분이 추출된 검출 신호가 반응 검출부(5)로부터 로크인 앰프(6)에 출력된다. 로크인 앰프(6)에서는, 반응 검출부(5)로부터 출력된 검출 신호와, 펄스 발생기(4)로부터 출력된 참조 신호에 기초하는 로크인 검출이 이루어지고, 그 검출 신호가 해석부(22)에 출력된다.
해석부(22)에서는, 로크인 검출의 검출 신호에 기초하여 해석 화상이 생성된다. 즉, 반도체 디바이스(D)의 검사중에 로크인 앰프(6)로부터 출력된 검출 신호가 스테이지 제어부(21)로부터 출력되는 스테이지(3)의 위치 정보에 기초하여 매핑되고, 해석 화상(31)이 생성된다. 그리고, 해석부(22)에 의해, 해석 화상(31)과 반사 화상(32)을 중첩시킨 중첩 화상(33)이 생성되고, 모니터(8)에 중첩 화상(33)이 표시된다(스텝 S06).
이상 설명한 바와 같이, 이 초음파 검사 장치(1)에서는, 초음파 진동자(2)의 단부(2b)에 마련된 매질 유지부(12)의 위치에 의해, 초음파 진동자(2)와 반도체 디바이스(D)의 사이에 초음파(W)를 전파시키는 매질(M)을 유지한 상태로, 초음파 진동자(2)와 반도체 디바이스(D)의 간격을 조정할 수 있다. 따라서, 패키지화된 반도체 디바이스(D) 내의 원하는 위치에 초음파(W)의 초점을 용이하게 맞출 수 있다.
또한, 초음파 검사 장치(1)에서는, 초음파 진동자(2)의 단부(2b)에 착탈이 가능하게 감합하는 통 모양 부재(14)에 의해서 매질 유지부(12)가 구성되어 있다. 이것에 의해, 통 모양 부재(14)의 내주면(14a)과 초음파 진동자(2)의 선단면(2a)에 의해서 매질(M)의 유지 공간(S)을 형성할 수 있다. 또한, 초음파 진동자(2)의 단부(2b)에 있어서 통 모양 부재(14)의 감합 위치를 조정함으로써, 초음파 진동자(2)와 반도체 디바이스(D)의 간격을 용이하게 조정할 수 있다. 또한, 매질 유지부(12)에는, 매질(M)의 유지량을 조정하는 매질 유통구(15)와, 매질(M)의 유지량을 검출하는 레벨 센서(17)가 마련되어 있다. 이것에 의해, 매질 유지부(12)로 유지하는 매질(M)의 유지량의 제어가 용이하게 된다.
또한, 초음파 검사 장치(1)에서는, 반도체 디바이스(D)에 정전압 또는 정전류를 인가하는 전원 장치(10)와, 정전압 또는 정전류의 인가 상태에 있어서, 초음파(W)의 입력에 따른 반도체 디바이스(D)의 전류 또는 전압을 검출하는 반응 검출부(5)가 더 마련되고, 해석부(22)는 반응 검출부(5)로부터의 검출 신호에 기초하여 해석 화상(31)을 생성한다. 이와 같이, 초음파(W)의 입력에 기인하는 반도체 디바이스(D)의 저항 변화를 계측함으로써, 패키지화된 반도체 디바이스(D)의 검사를 정밀도 좋게 실시할 수 있다.
또한, 초음파 검사 장치(1)에서는, 초음파 진동자(2)에 대해서 구동 신호를 입력하는 것과 함께, 구동 신호에 따른 참조 신호를 출력하는 펄스 발생기(4)가 더 마련되고, 해석부(22)는 검출 신호와 참조 신호에 기초하여 해석 화상(31)을 생성한다. 참조 신호에 기초하는 로크인 검출을 행함으로써, 패키지화된 반도체 디바이스(D)의 검사 정밀도를 더 높일 수 있다.
또한, 초음파 검사 장치(1)에서는, 반도체 디바이스(D)에서 반사된 초음파(W)의 반사파를 검출하는 리시버(13)가 더 마련되고, 해석부(22)는 반응 검출부(5)로부터의 검출 신호에 기초하여 반사 화상(32)을 생성한다. 이 경우, 반사 화상(32)에 기초하여 반도체 디바이스(D) 내의 칩(C)의 형상을 취득할 수 있다. 추가로, 회로의 박리와 같은 물리적인 이상의 검출도 가능하게 된다.
또한, 초음파 검사 장치(1)에서는, 해석부(22)가 해석 화상(31)과 반사 화상(32)을 중첩시킨 중첩 화상(33)을 생성한다. 중첩 화상(33)에서는, 해석 화상(31)에 의한 해석 결과와 반도체 디바이스(D) 내의 칩(C)의 형상이 중첩되므로, 고장 위치 등의 특정이 용이한 것으로 된다.
본 형태는, 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태에서는, 초음파(W)의 입력에 따른 반도체 디바이스(D)의 반응을 해석하는 장치에 있어서 초음파 진동자(2)에 매질 유지부(12)를 적용하고 있지만, 매질 유지부(12)의 구성을 다른 수법으로 반도체 디바이스의 반응을 해석하는 장치에 적용해도 된다. 예를 들면 테스터로부터의 테스트 패턴을 입력하여 반도체 디바이스의 반응을 해석하는 장치에 매질 유지부(12)를 적용해도 된다.
1…초음파 검사 장치, 2…초음파 진동자, 2b…단부, 3…스테이지, 4…펄스 발생기(신호 발생부), 5…반응 검출부, 10…전원 장치, 12…매질 유지부, 13…리시버(반사 검출부), 14…통 모양 부재, 15…매질 유통구, 17…레벨 센서(유지량 검출부), 22…해석부, 31…해석 화상, 32…반사 화상, 33…중첩 화상, C…칩, D…반도체 디바이스, M…매질, W…초음파.

Claims (9)

  1. 패키지화된 반도체 디바이스를 검사 대상으로 하는 초음파 검사 장치로서,
    상기 반도체 디바이스에 대향해서 배치되는 초음파 진동자와,
    상기 초음파 진동자에 있어서 상기 반도체 디바이스에 대향하는 단부에 마련되어, 상기 초음파를 전파시키는 매질을 유지하는 매질 유지부와,
    상기 반도체 디바이스와 상기 초음파 진동자의 상대 위치를 이동시키는 스테이지와,
    상기 초음파 진동자에 의한 초음파의 입력에 따른 상기 반도체 디바이스의 반응을 해석하는 해석부를 구비하는 초음파 검사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 매질 유지부는 상기 초음파 진동자의 상기 단부에 마련된 통 모양 부재에 의해서 구성되어 있는 초음파 검사 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 매질 유지부는 상기 초음파 진동자의 상기 단부에 슬라이드 가능하게 감합되어 있는 초음파 검사 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매질 유지부는 상기 매질의 유지량을 조정하는 매질 유통구를 가지고 있는 초음파 검사 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매질 유지부는 상기 매질의 유지량을 검출하는 유지량 검출부를 가지고 있는 초음파 검사 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 디바이스에 정전압 또는 정전류를 인가하는 전원 장치와,
    상기 정전압 또는 상기 정전류의 인가 상태에 있어서, 상기 초음파의 입력에 따른 상기 반도체 디바이스의 전류 또는 전압을 검출하는 반응 검출부를 더 구비하고,
    상기 해석부는 상기 반응 검출부로부터의 검출 신호에 기초하여 해석 화상을 생성하는 초음파 검사 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 초음파 진동자에 대해서 구동 신호를 입력하는 것과 함께, 상기 구동 신호에 따른 참조 신호를 출력하는 신호 발생부를 더 구비하고,
    상기 해석부는 상기 검출 신호와 상기 참조 신호에 기초하여 상기 해석 화상을 생성하는 초음파 검사 장치.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 반도체 디바이스에서 반사된 상기 초음파의 반사파를 검출하는 반사 검출부를 더 구비하고,
    상기 해석부는 상기 반사 검출부로부터의 검출 신호에 기초하여 반사 화상을 생성하는 초음파 검사 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 해석부는 상기 해석 화상과 상기 반사 화상을 중첩시킨 중첩 화상을 생성하는 초음파 검사 장치.
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