WO2020174984A1 - 超音波検査装置及び超音波検査方法 - Google Patents

超音波検査装置及び超音波検査方法 Download PDF

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穂積　直裕
拓人 松井
松本　徹
茂 江浦
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国立大学法人豊橋技術科学大学
浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to an ultrasonic inspection apparatus and an ultrasonic inspection method.
  • a conventional ultrasonic inspection apparatus for example, there is an inspection apparatus for semiconductor integrated circuit wiring system using ultrasonic heating described in Patent Document 1.
  • the semiconductor integrated circuit which is the object to be inspected, is irradiated with ultrasonic waves while supplying power from a constant voltage source. Then, by detecting the change in the current flowing through the ground wiring in response to the irradiation of ultrasonic waves, a current image or a defect image of the semiconductor integrated circuit is generated.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-323035
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 20 1 8—7 2 2 8 4
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 20 18 _ 7 2 2 8 5
  • Non-Patent Document 1 Toru Matsumoto, Naohiro Hozumi, "Observation of Current Fluctuations in Package Wiring by Ultrasonic Stimulation", The 36th NANO Test i ng Sympos i um (NANOTS2016), 9-1 1 Nov. 2016, p. 235-238
  • the semiconductor chip taken out from the package is the inspection target.
  • the semiconductor device can be inspected in the packaged state. Is preferred.
  • Packaged semiconductor ⁇ 02020/174984 ⁇ (: 171?2020/003040
  • Non-Patent Document 1 As a technique for inspecting a semiconductor chip in a semiconductor device, for example, there is a semiconductor device failure analysis technique described in Non-Patent Document 1. Further, as a technique for focusing an ultrasonic wave on a semiconductor chip in a semiconductor device, there is an ultrasonic inspection device described in Patent Documents 2 and 3, for example. From the viewpoint of further improving the inspection accuracy, it is necessary to devise to sufficiently increase the intensity of the output signal output from the semiconductor device in response to the irradiation of ultrasonic waves.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and ultrasonic inspection capable of sufficiently increasing the intensity of an output signal output from a semiconductor device/ ⁇ device according to irradiation of ultrasonic waves.
  • An object is to provide an apparatus and an ultrasonic inspection method. Means for solving the problem
  • An ultrasonic inspection apparatus is an ultrasonic inspection apparatus that inspects a packaged semiconductor device, and includes an ultrasonic transducer arranged to face the semiconductor device.
  • a signal generator that generates the drive signal used to generate the ultrasonic wave output from the ultrasonic transducer, and an analysis that analyzes the output signal output from the semiconductor device in response to the incident ultrasonic wave from the ultrasonic transducer
  • the signal generation unit sets the optimum frequency of the drive signal so that the absorption of ultrasonic waves in the semiconductor device is maximized.
  • the optimum frequency of the drive signal is set so that the absorption of ultrasonic waves in the semiconductor device is maximized.
  • the drive signal By setting the drive signal at the optimum frequency, ultrasonic resonance can be sufficiently generated in the semiconductor device.
  • the focusing power of ultrasonic waves increases, the temperature of the semiconductor device rises at the ultrasonic irradiation position, and the strength of the output signal output from the semiconductor device in response to ultrasonic irradiation can be sufficiently increased. it can.
  • the inspection accuracy can be improved by increasing the strength of the output signal.
  • the signal generation unit optimizes the drive signal based on the reflection frequency spectrum obtained by Fourier transforming the intensity time waveform of the ultrasonic wave reflected on the surface of the semiconductor device. ⁇ 02020/174984 3 (:171?2020/003040
  • the frequency may be set. According to such a method, the optimum frequency of the drive signal can be accurately derived in advance without sweeping the frequency of the ultrasonic wave when acquiring the output signal output from the semiconductor device in a wide range.
  • the signal generator is based on the ratio of the output frequency spectrum and the reflection frequency spectrum, which are obtained by Fourier-transforming the intensity time waveform of the ultrasonic wave output from the ultrasonic transducer.
  • the optimum frequency may be set. In this case, the optimum frequency of the drive signal can be derived with higher accuracy in advance.
  • the signal generation unit may set, as the optimum frequency of the drive signal, a frequency at which the intensity of the output signal output from the semiconductor device is highest within the sweep range.
  • the optimum frequency of the drive signal can be derived by a simple process.
  • the signal generation unit may generate the drive signal based on the mapping information indicating the optimum frequency for each position of the inspection region of the semiconductor device. In this case, even if the structure (resin thickness, material, etc.) of the inspected region of the semiconductor device varies depending on the position, the output signal can always be analyzed using the drive signal of the optimum frequency.
  • the analysis unit may generate an analysis image by mapping the analysis result of the output signal in the region to be inspected of the semiconductor device. This makes it possible to easily understand the inspection result of the semiconductor device based on the analysis image.
  • the signal generation unit generates drive signals of a plurality of frequencies within a certain range including the optimum frequency, and the analysis unit selects a plurality of analysis images generated based on the drive signals of the plurality of frequencies.
  • the analysis image with the highest 3 1 ⁇ 1 ratio may be selected and output externally. In this case, even if the structure (resin thickness, material, etc.) of the region to be inspected of the semiconductor device varies depending on the position, the inspection of the semiconductor device can be performed accurately based on the highly sensitive analysis image.
  • An ultrasonic inspection method is an ultrasonic inspection method for inspecting a packaged semiconductor device.
  • the optimum frequency of the drive signal for driving the ultrasonic transducer is set so that the absorption of ultrasonic waves in the semiconductor device is maximized.
  • the optimum frequency of the drive signal is set so that the absorption of ultrasonic waves in the semiconductor device is maximized.
  • the drive signal By setting the drive signal at the optimum frequency, ultrasonic resonance can be sufficiently generated in the semiconductor device.
  • the focusing power of ultrasonic waves increases, the temperature of the semiconductor device rises at the ultrasonic irradiation position, and the strength of the output signal output from the semiconductor device in response to ultrasonic irradiation can be sufficiently increased. it can.
  • the inspection accuracy can be improved by increasing the strength of the output signal.
  • the optimum frequency of the drive signal may be set based on the reflection frequency spectrum obtained by Fourier transforming the intensity time waveform of the ultrasonic wave reflected on the surface of the semiconductor device. According to such a method, the optimum frequency of the drive signal can be accurately derived in advance without sweeping the frequency of the ultrasonic wave when acquiring the output signal output from the semiconductor device in a wide range.
  • the drive signal In the irradiation step, based on the ratio of the emission frequency spectrum obtained by Fourier transforming the intensity time waveform of the ultrasonic wave output from the ultrasonic transducer and the reflection frequency spectrum, the drive signal The optimum frequency may be set. In this case, the optimum frequency of the drive signal can be derived with higher accuracy in advance.
  • the frequency of the drive signal may be swept, and the frequency at which the intensity of the output signal output from the semiconductor device is highest within the sweep range may be set as the optimum frequency of the drive signal.
  • the optimum frequency of the drive signal can be derived by simple processing.
  • the drive signal may be generated based on mapping information indicating the optimum frequency for each position of the inspection region of the semiconductor device.
  • the output signal can always be analyzed using the drive signal with the optimum frequency, even if the structure (resin thickness, material, etc.) of the inspected region of the semiconductor device varies depending on the position. ⁇ 02020/174984 5 (:171?2020/003040
  • an analysis image may be generated by mubbing the analysis result of the output signal in the region to be inspected of the semiconductor device. This makes it possible to easily understand the inspection result of the semiconductor device based on the analysis image.
  • drive signals of a plurality of frequencies are generated within a certain range including the optimum frequency
  • the analysis step the most of the plurality of analysis images generated based on the drive signals of the plurality of frequencies is selected.
  • the strength of the output signal output from the semiconductor device in response to the irradiation of ultrasonic waves can be sufficiently increased.
  • Fig. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an ultrasonic inspection apparatus.
  • Fig. 2 is a schematic diagram showing the configuration of an ultrasonic transducer.
  • Fig. 3 is a schematic diagram showing the focal position of ultrasonic waves when an inspection is performed.
  • FIG. 4 ( 3 ) is an example of the time intensity waveform of the output ultrasonic wave, (I) is an example of the intensity time waveform of the reflected ultrasonic wave, and ( ⁇ ) is the ratio of the reflected frequency spectrum to the emission frequency spectrum. It is a figure which shows an example.
  • Fig. 5 is a diagram showing an example of optimum frequency mubbing information.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of adjustment control of the focal position of ultrasonic waves.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state following that of FIG. 6.
  • FIG. 8 ( 3 ) is an example of the analysis image, () is an example of the reflection image, and ( ⁇ ) is an example of the superimposed image.
  • FIG. 9 (3) to ( ⁇ ) are diagrams showing an example of a plurality of analysis images acquired using different carrier frequencies.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a calculation result of the 3! ⁇ 1 ratio of a plurality of analysis images.
  • FIG. 11 is a flow chart showing an example of an ultrasonic inspection method.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an ultrasonic inspection apparatus.
  • the ultrasonic inspection apparatus 1 is an apparatus for inspecting a semiconductor device D, which is an inspection object, in a packaged state.
  • the ultrasonic inspection apparatus 1 performs the presence/absence of a failure and the failure position of the packaged semiconductor device D based on the method of measuring the resistance change of the semiconductor device D caused by the irradiation of the ultrasonic waves W.
  • One surface side of the semiconductor device D is an inspection surface Dt to which the ultrasonic wave W is irradiated.
  • the semiconductor device/ ⁇ chair D is held by a holding plate with the inspection surface D t facing downward.
  • the semiconductor device D is an individual semiconductor element (discrete) including a diode, a power transistor, etc., an optoelectronic element, a sensor/actuator, or a M ⁇ S (Metal-Oxide de-Semiconductor) structure or a bipolar structure. Examples include a logic LS (Large Scale Integr ration), a memory device, a linear C (Integ rated Circuit), and a hybrid device of these. Further, the semiconductor device D may be a package including a semiconductor device, a composite substrate, or the like.
  • the ultrasonic inspection apparatus 1 includes an ultrasonic transducer 2, a stage 3, a pulse generator (signal generation unit) 4, a reaction detection unit 5, a lock-in amplifier 6, It is composed of a computer (analyzer/image generator) 7 and a monitor 8.
  • the ultrasonic transducer 2 is a device that irradiates the semiconductor device D with ultrasonic waves W.
  • the ultrasonic transducer 2 has a pulsar 11 and a medium holding portion 12 as shown in FIG.
  • the ultrasonic transducer 2 has, for example, a cylindrical shape, and more specifically has a cylindrical shape.
  • the tip surface 2a of the ultrasonic transducer 2 is a portion for outputting the ultrasonic wave W, and is arranged upward so as to face the inspection surface Dt of the semiconductor device D.
  • the tip surface 2a is actually concave, ⁇ 02020/174984 7 ⁇ (: 171?2020/003040
  • the ultrasonic waves generated at the respective positions of 2 3 have a focal point at a position separated from the tip surface 2 3 by a certain distance.
  • the ultrasonic wave output from the tip end face 23 is, for example, an elastic vibration wave having a degree of about 2 0 1 ⁇ 1 to 12 to 10° 1 to 12.
  • the waveform of ultrasonic waves is not particularly limited as long as it is a pulse waveform having a sufficient band.
  • the ultrasonic waveform is not limited to the pulse waveform, but may be a swept burst waveform. Further, the burst waveform may include a chirp waveform in which the local frequency is swept.
  • the pulsar 11 is a portion that drives the ultrasonic transducer 2 based on the drive signal output from the pulse generator 4.
  • the pulsar 11 also has a function as a receiver 13 for detecting the ultrasonic wave reflected on the inspection surface of the semiconductor device 0.
  • the receiver 13 detects the reflected wave of the ultrasonic wave and outputs a detection signal indicating the detection result to the computer 7.
  • the medium holding unit 12 is a portion that holds the medium ! ⁇ /! between the ultrasonic transducer 2 and the semiconductor device 0.
  • the medium IV! held by the medium holding unit 12 is water in the present embodiment.
  • the medium IV! is not particularly limited as long as the impedance matches the material used for the package of the semiconductor device 0, and other liquid such as glycerin or a gel-like or jelly-like substance is used. Good.
  • the medium holding portion 12 has a tubular member 14 formed of a material having flexibility and sufficient wettability with respect to the medium IV!, for example, silicone resin.
  • the tubular member 1 4 is fitted detachably to the front end face 2 3 side end 2 of the ultrasonic transducer 2.
  • the holding space 3 for holding the medium IV! is formed by the inner peripheral surface 1 4 3 of the cylindrical member 14 and the tip surface 2 3 of the ultrasonic transducer 2. Be done. In the also adjust the amount of projection of the tubular member 1 4 from the front end face 2 3 of the ultrasonic transducer 2, the volume of the holding space 3 is variable. This makes it possible to provide an optimum volume of the holding space 3 in which the medium 1 ⁇ /1 does not spill even for semiconductor devices 0 having different resin thicknesses of the package. Also, adjust the amount of protrusion of the tubular member 14. ⁇ 02020/174984 8 ⁇ (: 171?2020/003040
  • the range of the focal position of the ultrasonic wave output from the ultrasonic transducer 2 can be adjusted.
  • the tubular member 14 may be provided with a scale.
  • the positions where the scales are provided are, for example, the inner peripheral surface 1 4 3 or the outer peripheral surface 1 4 0 of the tubular member 14.
  • the protrusion amount of the tubular member 14 can be adjusted by manually sliding the position of the tubular member 14 with respect to the end 2 of the ultrasonic transducer 2 and changing the fitting amount of the tubular member 14.
  • the position of the tubular member 14 with respect to the end portion 2 of the ultrasonic transducer 2 may be adjusted by using a sliding mechanism.
  • the amount of protrusion of the tubular member 14 may be adjusted by replacing the tubular member 14 with a tubular member 14 of a different length while keeping the fitting amount of the tubular member 14 constant.
  • a medium circulation port 15 for adjusting the amount of the medium IV! held in the holding space 3 is provided in the peripheral wall portion of the tubular member 14.
  • a circulation pipe 16 connected to an external medium storage unit (not shown) is inserted into the medium circulation port 15 and the medium IV! flows into the holding space 3 and the medium IV from the holding space 3 flows. ! Is discharged.
  • the distribution volume of medium IV! is controlled by, for example, computer 7.
  • the medium flow port 15 is provided at a constant distance from the tip surface 14 of the tubular member 14. As a result, even if foreign matter is mixed into the medium IV! flowing in from the medium flow port 15, it is possible to prevent the foreign matter from gathering in the holding space 3 near the front end face 14 of the tubular member 14. Ultrasonic waves are focused near the tip surface 14 of the cylindrical member 14 as compared with the vicinity of the tip surface 23 of the ultrasonic transducer 2. Therefore, by suppressing the gathering of foreign matter near the tip 14 of the tip surface, it is possible to suppress the influence of ultrasonic interference on the foreign matter.
  • a level sensor (holding amount detection unit) 17 that detects the holding amount of the medium IV! in the holding space 3 is attached to the inner peripheral surface 1 4 3 of the tubular member 14.
  • the mounting position of the level sensor 17 is, for example, above the medium flow port 15 (on the tip surface 14 side).
  • the level sensor 17 outputs a detection signal indicating the detection result to the computer 7. Based on the detection signal from the level sensor 17, the amount of the medium IV! in the holding space 3 when adjusting the focus position of the ultrasonic wave is controlled.
  • ⁇ 02020/174984 9 box (: 171?2020/003040
  • a distance sensor that detects the distance to the semiconductor device 0 may be attached to the cylindrical member 14. This makes it possible to prevent interference between the cylindrical member 14 and the semiconductor device 0 when the stage 3 described later is driven in the axial direction.
  • the stage 3 is, as shown in FIG. 1, an apparatus that moves the relative position between the semiconductor device B and the ultrasonic transducer 2.
  • the stage 3 is configured as a triaxial stage that can be driven in the axial direction, and the ultrasonic transducer 2 is fixed on the stage 3.
  • the driving of the stage 3 is controlled based on the instruction signal from the computer 7.
  • the focal point position of ultrasonic waves is adjusted with a certain accuracy in the thickness direction of the semiconductor device b.
  • the stage 3 may be fixed to the semiconductor device 0 instead of the ultrasonic oscillator 2.
  • the medium IV! is supplied to the holding space 3 to the extent that it rises from the holding space 3 of the medium holding portion 12 due to surface tension. Then, by driving the stage 3 in the thickness direction of the semiconductor device 0, the raised portion IV! 3 of the medium IV! is brought into contact with the inspection surface b of the semiconductor device ⁇ . Thus, ultrasound path from the distal end surface 2 3 of the ultrasonic transducer 2 to the inspection surface 0 1 semiconductors devices 0 is filled with a medium 1 ⁇ / 1. Then, as shown in FIG. 3, the stage 3 is further driven in the thickness direction of the semiconductor device 0, and the ultrasonic focus position is adjusted in the vicinity of the chip ⁇ in the semiconductor device 0.
  • the pulse generator 4 is a device that generates a drive signal for the ultrasonic transducer 2.
  • the frequency of the drive signal (hereinafter referred to as “carrier frequency”) is set to a value equal to the frequency of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic transducer 2.
  • carrier frequency is set to a value equal to the frequency of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic transducer 2.
  • the synthesized burst signal is input to the ultrasonic transducer 2 as a drive signal.
  • the reference signal corresponding to the lock-in frequency is output from the pulse generator 4 to the lock-in amplifier 6.
  • the carrier frequency is, for example, about 2 5 1 ⁇ ( ⁇ ! ⁇ ⁇ 3 0 0 IV! 1 ⁇ 12 and the lock-in frequency is, for example, 0 .1 1 ⁇ 1 ⁇ 1 2 ⁇ 5 1 ⁇ 1 ⁇ 1 2 Moderate.
  • the pulse generator 4 When generating the drive signal, the pulse generator 4 sets the optimum frequency of the drive signal so that the absorption of ultrasonic waves due to resonance in the semiconductor device 0 is maximized.
  • the pulse generator 4 sets the optimum frequency of the drive signal by analyzing the frequency of the ultrasonic waves reflected on the surface of the semiconductor device B, for example. In this case, first, the reference sample is set, the irradiation position of the ultrasonic wave at the inspection surface I of the sample and the focal position of the ultrasonic wave are adjusted, and then the intensity of the ultrasonic wave output from the ultrasonic transducer 2 is adjusted. Time waveform 0 (Fig. 4 ) See ).
  • the reference sample is preferably an object formed of a single material and having a sufficient thickness.
  • the semiconductor device 0 to be inspected is set and the intensity time waveform 1 of the ultrasonic wave reflected on the surface of the semiconductor device B (see Fig. 4 ( ⁇ )) is acquired.
  • the intensity-time waveform D 0 is Fourier-transformed to derive an emission frequency spectrum ⁇
  • the intensity-time waveform D 1 is Fourier-transformed to derive a reflection frequency spectrum ⁇ /1.
  • the reflection frequency spectrum ⁇ / 1 is divided by the emission frequency spectrum ⁇ , and the ratio of the reflection frequency spectrum ⁇ / 1 to the emission frequency spectrum ⁇ is calculated.
  • This ratio shows the frequency characteristic of the reflectance of ultrasonic waves on the surface of the semiconductor device B to be inspected.
  • Figure 4 ( ⁇ ) is a diagram showing an example of the derivation result of the ratio of the reflection frequency spectrum ⁇ / 1 to the emission frequency spectrum ⁇ . In the example in Fig.
  • the frequency is 4 6 In the range of 2, the frequency is 5
  • the ratio has the minimum value when it is.
  • the pulse generator 4 has a minimum ratio of 5
  • a drive signal with a carrier frequency of 2 is generated and output to the ultrasonic transducer 2.
  • the emission frequency spectrum ⁇ was previously collected using a reference sample. ⁇ 0 2020/174984 1 1 ⁇ (: 171? 2020 /003040
  • the obtained data may be stored in the pulse generator 4 or the computer 7.
  • the optimum frequency may be set by sweeping the carrier frequency.
  • the semiconductor device B to be inspected is set, and while the carrier frequency is swept, the reflection intensity waveform (not shown) of the ultrasonic wave reflected on the surface of the semiconductor device B is acquired.
  • the pulse generator 4 Based on the acquired reflection intensity waveform, the pulse generator 4 generates a drive signal whose carrier frequency is the frequency at which the reflection intensity becomes the minimum value, and outputs it to the ultrasonic transducer 2.
  • the optimum frequency may be derived by combining the method of sweeping the carrier frequency and the method of using the ratio of the reflection frequency spectrum ⁇ /1 to the emission frequency spectrum ⁇ described above.
  • the carrier frequency is swept within a predetermined range including the frequency, and the drive signal may be generated with the frequency having the minimum reflection intensity as the carrier frequency. According to such a method, it is possible to narrow the sweep range of the carrier frequency when deriving the optimum frequency.
  • the pulse generator 4 may generate drive signals of a plurality of frequencies within a certain range including the optimum frequency.
  • the optimum frequency is derived as 5 2 1 ⁇ ( ⁇ !) by the above processing, the pulse generator 4
  • a drive signal may be generated in steps of 2 IV! 1 to 1 in the range.
  • pulse generator 4 5 6 1 ⁇ /1
  • a drive signal based on the rear frequency is generated, and the semiconductor device is inspected using ultrasonic waves of five different frequencies.
  • the pulse generator 4 may generate the drive signal based on the mapping information indicating the optimum frequency for each position of the inspected region of the semiconductor device B.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of optimum frequency mapping information.
  • the region to be inspected on the inspection surface 0 1 of the semiconductor device 0 is divided into nine regions in a matrix, and the optimum frequency is assigned to each region.
  • the mapping information is, for example, for the stage 3 in the in-plane direction of the inspection surface 0 I of the semiconductor device 0 ( It is generated by deriving the optimum frequency for each position of the inspected area of the semiconductor device D by driving in the (XY axis direction).
  • the mapping information may be generated for each individual semiconductor device D, or may be generated in advance in accordance with product specifications or the like and stored in the pulse generator 4 or the computer 7.
  • the reaction detection unit 5 is a device that detects the reaction of the semiconductor device D in response to the irradiation of the ultrasonic wave W by the ultrasonic vibrator 2.
  • the reaction detection unit 5 is composed of, for example, a detection amplifier connected before the lock-in amplifier 6.
  • the reaction detection unit 5 includes a power supply device 10 that applies a constant voltage or a constant current to the semiconductor device D.
  • the reaction detection unit 5 detects the current or voltage of the semiconductor device D according to the irradiation of the ultrasonic wave W in the constant voltage or constant current application state, and outputs a detection signal indicating the detection result to the lock-in amplifier 6. ..
  • the reaction detector 5 may extract only the AC component and output a detection signal.
  • the lock-in amplifier 6 is a device that lock-in-detects the detection signal output from the reaction detection unit 5.
  • the lock-in amplifier 6 detects the detection signal output from the reaction detection unit 5 based on the reference signal output from the pulse generator 4, as a lock-in detection. Then, the lock-in amplifier 6 outputs a detection signal indicating the detection result to the computer 7.
  • the computer 7 is physically provided with a memory such as RAM and ROM, a processor (arithmetic circuit) such as a CPU, a communication interface, a storage unit such as a hard disk, and a display unit such as a monitor 8. ..
  • Examples of the computer 7 include personal computers, cloud servers, smart devices (smartphones, tablet terminals, etc.).
  • the computer 7 may be composed of a microcomputer or F P G A (f i e ld-prog ramma le le gate a r ray).
  • the computer 7 executes a program stored in the memory in the CPU of the computer system to control the operation of the stage 3, and the analysis unit 2 which analyzes the detection signal from the lock-in amplifier 6. Acts as 2.
  • the stage controller 21 is arranged in the thickness direction of the semiconductor device D. ⁇ 02020/174984 13 ⁇ (: 171?2020/003040
  • the adjustment control of the focal position of the ultrasonic wave for the ultrasonic wave and the scanning control of the ultrasonic wave for the inspection surface 0 I of the semiconductor device 0 are executed.
  • the stage control unit 21 executes the direction control of the stage 3 based on the detection signal output from the receiver 13 of the ultrasonic transducer 2.
  • the stage control unit 21 executes control in the vertical direction of the stage 3 so that the ultrasonic waves move along the inspection surface 0 1 of the semiconductor device 0.
  • the stage control unit 21 sequentially outputs the position information of the stage 3 during scanning control to the analysis unit 22.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of focus position adjustment control.
  • the horizontal axis is the time (the time from the output of the ultrasonic wave to the detection of the reflected wave) and the vertical axis is the amplitude, and the time waveform of the detection signal from the receiver 13 is the plot.
  • the time waveform ⁇ may be a total of detection signals of reflected waves when ultrasonic waves are output multiple times.
  • the stage controller 21 controls the axial position of the stage 3 so that the amplitude of the second peak 2 becomes maximum.
  • the resin thickness of the package is known, or the resin composition of the package is known, and the sound velocity of ultrasonic waves in the package can be calculated.
  • the range of the appearance position (appearance time) of the second peak 2 may be calculated in advance based on these pieces of information, and the detection window 8 for detecting the second peak 2 may be set. By setting the detection window 8, the detection accuracy of the appearance position of the second peak 2 can be improved and the detection time can be shortened.
  • Multiple layers of chip 0 may be embedded in semiconductor device 0. ⁇ 02020/174984 14 ⁇ (: 171?2020/003040
  • the axial position of the stage 3 may be controlled based on the peaks after the second peak 2.
  • the analysis unit 22 maps the detection signal output from the lock-in amplifier 6 during the inspection of the semiconductor device ⁇ based on the position information of the stage 3 output from the stage control unit 21. As shown in a), the analysis image 3 1 is generated. In the analysis image 31, the range of display brightness, color, transparency, etc. according to the reaction (change amount of current or voltage) of the semiconductor device B can be arbitrarily set.
  • the analysis unit 22 maps the detection signal output from the receiver 13 during the inspection of the semiconductor device 0 based on the position information of the stage 3 output from the stage control unit 21. As shown in (3), a reflection image 32 is generated. In generating the reflection image 32, it is preferable to extract only the component of the time corresponding to the reflected wave from the surface of the chip 0 in the semiconductor device 0 in the detection signal from the receiver 13. .. By doing so, a reflection image 32 showing the shape of the chip ⁇ in the semiconductor device B can be obtained.
  • the analysis unit 22 may generate a superimposed image 33 in which the analyzed image 3 1 and the reflected image 3 2 are superimposed, as shown in FIG.
  • the analysis unit 22 outputs the generated superimposed image 33 to the monitor 8.
  • the reaction of the semiconductor device 0 shown in the analysis image 31 is superimposed on the shape of the chip 0 in the semiconductor device 0 shown in the reflection image 32, so that the failure position of the chip 0 can be easily identified.
  • the reflected image 32 not only the shape of the chip ⁇ but also abnormalities such as peeling of the circuit may be confirmed. Therefore, in the superimposed image 33, when the abnormal position that can be confirmed from the analysis image 31 and the abnormal position that can be confirmed from the reflection image 32 overlap, the abnormal position may be highlighted.
  • the analysis unit 22 When the pulse generator 4 generates drive signals of a plurality of frequencies within a certain range including the optimum frequency and the semiconductor device 0 is inspected using ultrasonic waves of different frequencies, the analysis unit 22 is , Generate a plurality of analysis images 3 1 based on these drive signals of a plurality of frequencies. In this case, the analysis unit 22 selects the analysis image 31 having the highest 3! ⁇ 1 ratio among the generated multiple analysis images 31 and outputs it to the outside. ⁇ 0 2020/174984 1 5 ⁇ (: 171? 2020 /003040
  • an analysis image 31 8 (Fig. 9 (3)) when the carrier frequency is 4 8 IV! 1 to 1 and the carrier frequency is 5 2 1 ⁇ ( ⁇ ! Analysis image 3 1 (Fig. 9 () ), and analysis image 3 1 0 (Fig. 9 ( ⁇ )) when the carrier frequency is 5 61 ⁇ ( ⁇ ! are shown (in Fig. 9, carrier The analysis image when the frequency is 50 MHz and the analysis image when the carrier frequency is 54 IV! 1 to 1 are omitted.)
  • the 3 1 ⁇ 1 ratio of the image is, for example, A signal point and a noise point are designated, and calculation is performed based on the ratio of the signal strengths at these points.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the calculation result of the 3 1 ⁇ 1 ratio of a plurality of analysis images.
  • the most 3 1 ⁇ ! A high ratio analysis image is an analysis image when the carrier frequency is 5 2 IV! 1 ⁇ 1 ⁇ .
  • the analysis unit 22 selects the analysis image of the plurality of analysis images when the carrier frequency is 5 2 1 ⁇ ( ⁇ !). Then, the analysis unit 22 selects the selected analysis image. The reflected image is superimposed on the to generate a superimposed image, which is output to the monitor 8.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of an ultrasonic inspection method.
  • the semiconductor device 0 is arranged on a holding plate or the like (not shown) (step 301).
  • the medium IV! is caused to flow from the medium flow port 15 into the medium holding portion 12 and the medium IV! is held in the holding space 3 (step 302).
  • the rising portion IV! 3 of the medium IV! due to the surface tension is formed.
  • the tip surface 14 of the tubular member 14 does not touch the inspection surface 0 1 of the semiconductor device ⁇ , and only the raised portion IV! 3 of the medium 1 ⁇ /1 has the inspection surface opening 1 of the semiconductor device 0.
  • the stage 3 in the axial direction while it is in contact with (see Fig. 2).
  • the focus position of the ultrasonic wave is adjusted (step 3 0 3)
  • Stage 3 is driven in the X-axis direction and the vertical axis direction.
  • the focus position of the ultrasonic wave should be aligned with the surface of the chip ⁇ inside the semiconductor device 0.
  • Drive stage 3 axially (see Figure 3).
  • the adjustment of the focus position of ultrasonic waves may be automatically performed by the stage control unit 21 and the user of the ultrasonic inspection apparatus 1 manually checks the appearance position of the second peak 2 of the time waveform ⁇ . You may execute.
  • a step of adjusting the inclination of the semiconductor device 0 may be executed.
  • the posture of the holding plate or the stage 3 is adjusted so that the time waveforms ⁇ of the reflected waves when the stage 3 is driven one by one in the X-axis direction and one in the vertical axis direction are matched.
  • This step may be automatically performed by the stage control unit 21 or may be manually performed by the user of the ultrasonic inspection apparatus 1 while visually confirming the time waveform ⁇ .
  • the ultrasonic vibrator After adjusting the focus position of the ultrasonic wave, the ultrasonic vibrator is turned toward the semiconductor device ⁇ .
  • the irradiation step first set the carrier frequency of the drive signal input to the ultrasonic transducer 2 (step 304).
  • the method of using the ratio of the reflection frequency spectrum 1 to the emission frequency spectrum 0 described above, the method of sweeping the carrier frequency, or a combination of these methods maximizes the absorption of ultrasonic waves in the semiconductor device.
  • the optimum frequency of the drive signal is set so that In step 304, the drive signals of a plurality of frequencies may be generated within a certain range including the optimum frequency, and based on the mapping information indicating the optimum frequency for each position of the inspection area of the semiconductor device 0. The drive signal may be generated.
  • step 305 the drive signal generated in step 304 is input from the pulse generator 4 to the ultrasonic transducer 2, and the ultrasonic transducer 2 irradiates the semiconductor device 0 with ultrasonic waves. Then, the reflected wave from the semiconductor device 0 is detected by the receiver 13 and the detected signal output from the receiver 13 is ⁇ 02020/174984 17 (: 171?2020/003040
  • Mapping is performed based on the position information of the stage 3 output from the control unit 21 and a reflection image 32 is generated.
  • a constant voltage (or a constant current) is applied to the semiconductor device B, and at the same time, ultrasonic waves are emitted (step 306).
  • a constant voltage (or constant current) is applied from the power supply device 10 to the semiconductor device B.
  • a drive signal is input from the pulse generator 4 to the ultrasonic transducer 2 and the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 2 is applied to the semiconductor device 0.
  • the stage 3 is driven in the axial direction, and changes in the current or voltage of the semiconductor device 0 depending on the irradiation of ultrasonic waves are detected at each position of the inspection surface 0 I of the semiconductor device 0.
  • the reaction detector 5 detects a change in current or voltage of the semiconductor device 0, and outputs 80 components of the detection signal from the reaction detector 5 to the lock-in amplifier 6.
  • the lock-in amplifier 6 performs lock-in detection based on the detection signal output from the reaction detection unit 5 and the reference signal output from the pulse generator 4, and outputs the detection signal to the analysis unit 22.
  • an analysis step for analyzing the output signal output from the semiconductor device (here, the detection signal output from the lock-in amplifier 6) in response to the irradiation of ultrasonic waves from the ultrasonic transducer 2 is performed.
  • an analysis image 3 1 is generated based on the detection signal of the mouth-in detection (step 3 07). That is, the detection signal output from the lock-in amplifier 6 during the inspection of the semiconductor device B is mapped based on the position information of the stage 3 output from the stage control unit 21 to generate an analysis image 3 1.
  • step 307 a plurality of analysis images 3 1 based on the drive signals of the plurality of frequencies are generated.
  • signal points and noise points in a plurality of analysis images 31 are designated respectively, and the 3 1 ⁇ 1 ratio of the image is calculated based on the ratio of the signal intensities at these points.
  • the analysis image 3 1 having the highest 3 1 ⁇ 1 ratio is selected from the generated plurality of analysis images 3 1 (step 308 ).
  • the analysis image 3 1 and the reflection image 3 2 are superimposed on each other. ⁇ 02020/174984 18 ⁇ (: 171?2020/003040
  • Image 3 3 is generated and the superimposed image 3 3 is displayed on the monitor 8 (step 309).
  • the optimum frequency of the drive signal is set so that the absorption of ultrasonic waves in the semiconductor device B is maximized.
  • the drive signal By setting the drive signal to the optimum frequency, it is possible to sufficiently generate ultrasonic resonance within the semiconductor device. This optimum frequency can be translated into a resonance frequency. For this reason, the focusing strength of the ultrasonic waves increases, and the temperature of the semiconductor device ⁇ rises at the ultrasonic irradiation position, and the strength of the output signal output from the semiconductor device B in response to the ultrasonic irradiation is sufficiently increased. be able to.
  • the sensitivity of the analysis image 31 can be sufficiently secured, and the inspection accuracy can be improved.
  • the optimum frequency of the drive signal is set based on the ratio to the reflection frequency spectrum ⁇ / 1 obtained by Fourier transforming the intensity time waveform of the sound wave. According to such a method, the optimum frequency of the drive signal can be accurately derived without sweeping the frequency over a wide range. Also, in the ultrasonic inspection device 1, the frequency at which the output signal strength is highest within the sweep range is set as the optimum frequency of the drive signal. According to this method, the optimum frequency of the drive signal can be derived by a simple process.
  • the ultrasonic inspection apparatus 1 generates a drive signal based on the mapping information indicating the optimum frequency for each position of the inspection region of the semiconductor device 0. In this case, even if the structure of the region to be inspected of the semiconductor device 0 (resin thickness, material, etc.) varies depending on the position, the output signal can always be analyzed using the drive signal of the optimum frequency.
  • the ultrasonic inspection apparatus 1 generates the analysis image 3 1 by mapping the analysis result of the output signal in the region under inspection of the semiconductor device B. This allows the inspection result of the semiconductor device 0 to be easily grasped based on the analysis image 31.
  • the ultrasonic inspection apparatus 1 has a fixed frequency including the optimum frequency. ⁇ 02020/174984 19 ⁇ (: 171?2020/003040
  • a drive signal with multiple frequencies is generated within the range, and among the multiple analysis images 31 generated based on the drive signals with multiple frequencies, the analysis image 31 with the highest 3 1 ⁇ 1 ratio is selected. And output it externally.
  • the inspection of the semiconductor device B is performed accurately based on the highly sensitive analysis image 31. be able to.
  • the semiconductor device B is held in a state with its inspection surface port I below, the distal end surface 2 3 upwardly facing so as to be opposed to the inspection surface 0 1 of the ultrasonic transducer 2
  • the positional relationship between the semiconductor device B and the ultrasonic transducer 2 is not limited to this.
  • the test surface opening first semiconductor device B is held in a state where the upward, the distal end surface 2 3 of the ultrasonic transducer 2 may be arranged in the can bottom direction so as to face the inspection surface 0 1.
  • the optimum frequency of the drive signal is derived based on the ratio of the emission frequency spectrum ⁇ and the reflection frequency spectrum ⁇ /1.
  • the optimum frequency of the drive signal may be derived based on the reflection frequency spectrum 1 only. In this case, for example, of the reflection frequency spectrum ⁇ /1, the frequency with the smallest spectrum intensity may be set as the optimum frequency of the drive signal.

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Abstract

パッケージ化された半導体デバイスＤを検査対象とする超音波検査装置１であって、半導体デバイスＤに対向して配置される超音波振動子２と、超音波振動子２から出力する超音波Ｗの発生に用いる駆動信号を生成するパルスジェネレータ４と、超音波振動子２による超音波Ｗの照射に応じて前記半導体デバイスから出力される出力信号を解析する解析部２２と、を備え、パルスジェネレータ４は、半導体デバイスＤ内での超音波Ｗの吸収が最大となるように駆動信号の最適周波数を設定する。

Description

明 細 書
発明の名称 ： 超音波検査装置及び超音波検査方法
技術分野
[0001 ] 本開示は、 超音波検査装置及び超音波検査方法に関する。
背景技術
[0002] 従来の超音波検査装置として、 例えば特許文献 1 に記載の超音波加熱を用 いた半導体集積回路配線系の検査装置がある。 この従来の超音波検査装置で は、 被検査体である半導体集積回路に対し、 定電圧源から電力を供給しなが ら超音波を照射する。 そして、 超音波の照射に応じてグランド配線に流れる 電流の変化を検出することにより、 半導体集積回路の電流像或いは欠陥像を 生成するようになっている。
先行技術文献
特許文献
[0003] 特許文献 1 :特開平 8— 3 2 0 3 5 9号公報
特許文献 2 :特開 2 0 1 8— 7 2 2 8 4号公報
特許文献 3 :特開 2 0 1 8 _ 7 2 2 8 5号公報
非特許文献
[0004] 非特許文献 1 :松本徹、 穂積直裕、 「超音波刺激によるパッケージ内配線の電 流変動観察」 、 The 36th NANO Test i ng Sympos i um (NANOTS2016) , 9-1 1 Nov. 2016, p. 235-238
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0005] 上述した従来の超音波検査装置では、 パッケージから取り出した半導体チ ップが検査対象となっている。 しかしながら、 半導体チップをパッケージか ら取り出す作業が必要なことや、 半導体チップの取り出しの際に回路の特性 が変化してしまう可能性などを考慮すると、 パッケージ化された状態のまま で半導体デバイスを検査することが好適である。 パッケージ化された半導体 \¥02020/174984 卩（：171?2020/003040
デバイスを検査する場合、 観察点である半導体チップを外部から視認できな いという問題がある。
[0006] 半導体デバイス内の半導体チップを検査する技術としては、 例えば非特許 文献 1 に記載の半導体デバイスの故障解析技術がある。 また、 半導体デバイ ス内の半導体チップに超音波の焦点を合わせる技術としては、 例えば特許文 献 2 , 3に記載の超音波検査装置がある。 更なる検査精度の向上の観点から は、 超音波の照射に応じて半導体デバイスから出力される出力信号の強度を 十分に高めるための工夫が必要となる。
[0007] 本開示は、 上記課題の解決のためになされたものであり、 超音波の照射に 応じて半導体デ/《イスから出力される出力信号の強度を十分に高めることが できる超音波検査装置及び超音波検査方法を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0008] 本開示の一側面に係る超音波検査装置は、 パッケージ化された半導体デバ イスを検査対象とする超音波検査装置であって、 半導体デバイスに対向して 配置される超音波振動子と、 超音波振動子から出力する超音波の発生に用い る駆動信号を生成する信号生成部と、 超音波振動子による超音波の入射に応 じて半導体デバイスから出力される出力信号を解析する解析部と、 を備え、 信号生成部は、 半導体デバイス内での超音波の吸収が最大となるように駆動 信号の最適周波数を設定する。
[0009] この超音波検査装置では、 半導体デバイス内での超音波の吸収が最大とな るように駆動信号の最適周波数を設定する。 駆動信号を最適周波数とするこ とで、 半導体デバイス内で超音波の共振を十分に生じさせることができる。 このため、 超音波の集束強度が高まると共に、 超音波の照射位置で半導体デ バイスの温度が上昇し、 超音波の照射に応じて半導体デバイスから出力され る出力信号の強度を十分に高めることができる。 出力信号の強度を高めるこ とで、 検査精度の向上が図られる。
[0010] 信号生成部は、 半導体デバイスの表面で反射した超音波の強度時間波形を フーリエ変換して得られる反射周波数スぺクトルに基づいて駆動信号の最適 \¥02020/174984 3 卩（：171?2020/003040
周波数を設定してもよい。 このような手法によれば、 半導体デバイスから出 力される出力信号を取得する際の超音波の周波数を幅広い範囲で掃引するこ となく、 駆動信号の最適周波数を事前に精度良く導出できる。
[001 1 ] 信号生成部は、 超音波振動子から出力した超音波の強度時間波形をフーリ エ変換して得られる出射周波数スぺクトルと、 反射周波数スぺクトルとの比 に基づいて駆動信号の最適周波数を設定してもよい。 この場合、 駆動信号の 最適周波数を事前に一層精度良く導出できる。
[0012] 信号生成部は、 掃引範囲内で半導体デバイスから出力される出力信号の強 度が最も高くなる周波数を駆動信号の最適周波数として設定してもよい。 こ の場合、 簡単な処理で駆動信号の最適周波数を導出できる。
[0013] 信号生成部は、 半導体デバイスの被検査領域の位置毎の最適周波数を示す マッピング情報に基づいて駆動信号を生成してもよい。 この場合、 半導体デ バイスの被検査領域の構造 （樹脂厚や材質など） が位置によってばらついて いたとしても、 常に最適な周波数の駆動信号を用いて出力信号の解析を行う ことができる。
[0014] 解析部は、 半導体デバイスの被検査領域において出力信号の解析結果をマ ッビングすることにより解析画像を生成してもよい。 これにより、 半導体デ バイスの検査結果を解析画像に基づいて容易に把握することが可能となる。
[0015] 信号生成部は、 最適周波数を含む一定の範囲内で複数の周波数の駆動信号 を生成し、 解析部は、 複数の周波数の駆動信号に基づいて生成された複数の 解析画像のうち、 最も 3 1\1比が高い解析画像を選択して外部出力してもよい 。 この場合、 半導体デバイスの被検査領域の構造 （樹脂厚や材質など） が位 置によってばらついていたとしても、 感度の高い解析画像に基づいて半導体 デバイスの検査を精度良く実施することができる。
[0016] 本開示の一側面に係る超音波検査方法は、 パッケージ化された半導体デバ イスを検査対象とする超音波検査方法であって、 半導体デ/《イスに向けて超 音波振動子から超音波を照射する照射ステップと、 超音波振動子からの超音 波の照射に応じて半導体デバイスから出力される出力信号を解析する解析ス \¥0 2020/174984 4 卩（：17 2020 /003040
テップと、 を備え、 照射ステップでは、 半導体デバイス内での超音波の吸収 が最大となるように超音波振動子を駆動する駆動信号の最適周波数を設定す る。
[0017] この超音波検査方法では、 半導体デバイス内での超音波の吸収が最大とな るように駆動信号の最適周波数を設定する。 駆動信号を最適周波数とするこ とで、 半導体デバイス内で超音波の共振を十分に生じさせることができる。 このため、 超音波の集束強度が高まると共に、 超音波の照射位置で半導体デ バイスの温度が上昇し、 超音波の照射に応じて半導体デバイスから出力され る出力信号の強度を十分に高めることができる。 出力信号の強度を高めるこ とで、 検査精度の向上が図られる。
[0018] 照射ステップでは、 半導体デバイスの表面で反射した超音波の強度時間波 形をフーリエ変換して得られる反射周波数スぺクトルに基づいて駆動信号の 最適周波数を設定してもよい。 このような手法によれば、 半導体デバイスか ら出力される出力信号を取得する際の超音波の周波数を幅広い範囲で掃引す ることなく、 駆動信号の最適周波数を事前に精度良く導出できる。
[0019] 照射ステップでは、 超音波振動子から出力した超音波の強度時間波形をフ —リエ変換して得られる出射周波数スぺクトルと、 反射周波数スぺクトルと の比に基づいて駆動信号の最適周波数を設定してもよい。 この場合、 駆動信 号の最適周波数を事前に一層精度良く導出できる。
[0020] 照射ステップでは、 駆動信号の周波数を掃引し、 掃引範囲内で半導体デバ イスから出力される出力信号の強度が最も高くなる周波数を駆動信号の最適 周波数として設定してもよい。 この場合、 簡単な処理で駆動信号の最適周波 数を導出できる。
[0021 ] 照射ステップでは、 半導体デバイスの被検査領域の位置毎の最適周波数を 示すマッピング情報に基づいて駆動信号を生成してもよい。 この場合、 半導 体デバイスの被検査領域の構造 （樹脂厚や材質など） が位置によってばらつ いていたとしても、 常に最適な周波数の駆動信号を用いて出力信号の解析を 行うことができる。 \¥02020/174984 5 卩（：171?2020/003040
［0022］ 解析ステップでは、 半導体デバイスの被検査領域において出力信号の解析 結果をマッビングすることにより解析画像を生成してもよい。 これにより、 半導体デバイスの検査結果を解析画像に基づいて容易に把握することが可能 となる。
［0023］ 照射ステップでは、 最適周波数を含む一定の範囲内で複数の周波数の駆動 信号を生成し、 解析ステップでは、 複数の周波数の駆動信号に基づいて生成 された複数の解析画像のうち、 最も 3 1\1比が高い解析画像を選択して外部出 力してもよい。 この場合、 半導体デバイスの被検査領域の構造 （樹脂厚や材 質など） が位置によってばらついていたとしても、 感度の高い解析画像に基 づいて半導体デバイスの検査を精度良く実施することができる。 発明の効果
［0024］ 本開示によれば、 超音波の照射に応じて半導体デバイスから出力される出 力信号の強度を十分に高めることができる。
図面の簡単な説明
［0025］ ［図 1］超音波検査装置の一実施形態を示す概略構成図である。
［図 2］超音波振動子の構成を示す概略図である。
［図 3］検査実行時の超音波の焦点位置を示す概略図である。
［図 4］ （3） は出力した超音波の時間強度波形の一例、 （匕） は反射した超音 波の強度時間波形の一例、 （〇） は出射周波数スペクトルに対する反射周波 スぺクトルの比の一例を示す図である。
［図 5］最適周波数のマッビング情報の一例を示す図である。
［図 6］超音波の焦点位置の調整制御の一例を示す図である。
［図 7］図 6の後続の状態を示す図である。
［図 8］ （3） は解析画像の一例、 （匕） は反射画像の一例、 （〇） は重畳画像 の一例を示す図である。
［図 9］ （3） 〜 （〇） は、 異なるキャリア周波数を用いて取得した複数の解析 画像の例を示す図である。
［図 10］複数の解析画像の 3 !\1比の算出結果の一例を示す図である。 [図 1 1 ]超音波検査方法の一例を示すフローチヤートである。
発明を実施するための形態
[0026] 以下、 図面を参照しながら、 本開示の一側面に係る超音波検査装置及び超 音波検査方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
[0027] 図 1は、 超音波検査装置の一実施形態を示す概略構成図である。 この超音 波検査装置 1は、 検査対象である半導体デバイス Dをパッケージ化された状 態のまま検査する装置である。 超音波検査装置 1は、 超音波 Wの照射に起因 する半導体デバイス Dの抵抗変化を計測する手法に基づき、 パッケージ化さ れた半導体デバイス Dの故障の有無及び故障位置の特定などを実施する。
[0028] 半導体デバイス Dの一面側は、 超音波 Wが照射される検査面 D tとなって いる。 半導体デ/＜イス Dは、 当該検査面 D tを下方に向けた状態で保持板な どによって保持される。 半導体デバイス Dとしては、 ダイオードやパワート ランジスタ等を含む個別半導体素子 (ディスクリート) 、 オプトエレクトロ ニクス素子、 センサ/アクチユエータ、 或いは M〇S (Meta l-Ox i de-Sem i con ductor) 構造やバイポーラ構造のトランジスタで構成されるロジック L S 丨 (Large Sca le Integ rat i on) 、 メモリ素子、 リニア丨 C (Integ rated C i rcu i t) 、 及びこれらの混成デバイス等が挙げられる。 また、 半導体デバイス D は、 半導体デバイスを含むパッケージ、 複合基板等であってもよい。
[0029] 図 1 に示すように、 超音波検査装置 1は、 超音波振動子 2と、 ステージ 3 と、 パルスジェネレータ (信号生成部) 4と、 反応検出部 5と、 ロックイン アンプ 6と、 コンビュータ (解析部/画像生成部) 7と、 モニタ 8とを含ん で構成されている。
[0030] 超音波振動子 2は、 半導体デバイス Dに向けて超音波 Wを照射するデバイ スである。 超音波振動子 2は、 図 2に示すように、 パルサー 1 1 と、 媒質保 持部 1 2とを有している。 超音波振動子 2は、 例えば筒状をなし、 より具体 的には円筒状をなしている。 超音波振動子 2の先端面 2 aは、 超音波 Wを出 力する部分であり、 半導体デバイス Dの検査面 D tと対向するように上方向 きに配置されている。 先端面 2 aは、 実際には凹面状をなしており、 先端面 \¥02020/174984 7 卩（：171?2020/003040
2 3のそれぞれの位置で発生した超音波 は、 先端面 2 3から一定の距離だ け離れた位置に焦点を有する。
[0031 ] 先端面 2 3から出力される超音波 は、 例えば 2 0 1< 1~1 2〜 1 0◦ 1~1 2程 度の弾性振動波である。 超音波 の波形は、 十分な帯域を有するパルス波形 であれば特に制限はない。 超音波 の波形は、 パルス波形に限られず、 掃引 されたバースト波形であってもよい。 また、 バースト波形には、 局所周波数 が掃引されたチャープ波形が含まれていてもよい。
[0032] パルサー 1 1は、 パルスジェネレータ 4から出力される駆動信号に基づい て超音波振動子 2を駆動する部分である。 本実施形態では、 パルサー 1 1は 、 半導体デバイス 0の検査面で反射した超音波 を検出するレシーバ 1 3と しての機能も有している。 レシーバ 1 3は、 超音波 の反射波を検出し、 検 出結果を示す検出信号をコンピュータ 7に出力する。
[0033] 媒質保持部 1 2は、 超音波振動子 2と半導体デバイス 0との間で媒質 !\/!を 保持する部分である。 媒質保持部 1 2によって保持される媒質 IV!は、 本実施 形態では水である。 媒質 IV!は、 半導体デバイス 0のパッケージに用いられて いる材質とインピーダンスが整合するものであれば特に制限はなく、 グリセ リン等の他の液体、 或いはゲル状、 ゼリー状の物質などを用いてもよい。 媒 質保持部 1 2は、 例えばシリコーン樹脂など、 可撓性及び媒質 IV!に対する濡 れ性を十分に有する材料によって形成された筒状部材 1 4を有している。 筒 状部材 1 4は、 超音波振動子 2の先端面 2 3側の端部 2 に着脱自在に嵌合 している。
[0034] 筒状部材 1 4の一部が先端面 2 3から突出するように筒状部材 1 4を端部
2匕にスライ ド自在に嵌合することで、 筒状部材 1 4の内周面 1 4 3と超音 波振動子 2の先端面 2 3とによって媒質 IV!を保持する保持空間 3が形成され る。 超音波振動子 2の先端面 2 3からの筒状部材 1 4の突出量を調整するこ とで、 保持空間 3の容積が可変となる。 これにより、 パッケージの樹脂厚の 異なる半導体デバイス 0に対しても、 媒質 1\/1がこぼれることがない最適な保 持空間 3の容積を設けることができる。 また、 筒状部材 1 4の突出量の調整 \¥02020/174984 8 卩（：171?2020/003040
により、 超音波振動子 2から出力される超音波 の焦点位置の範囲を調整で きる。
[0035] 筒状部材 1 4の突出量の把握を容易にするため、 筒状部材 1 4に目盛りが 設けられていてもよい。 目盛りが設けられる位置は、 例えば筒状部材 1 4の 内周面 1 4 3或いは外周面 1 4〇である。 筒状部材 1 4の突出量は、 超音波 振動子 2の端部 2 に対する筒状部材 1 4の位置を手動でスライ ドさせ、 筒 状部材 1 4の嵌合量を変えることによって調整できる。 超音波振動子 2の端 部 2匕に対する筒状部材 1 4の位置は、 スライ ド機構を用いて調整してもよ い。 また、 筒状部材 1 4の嵌合量を一定とした上で、 異なる長さの筒状部材 1 4に交換することによって筒状部材 1 4の突出量を調整してもよい。
[0036] 筒状部材 1 4の周壁部分には、 保持空間 3に保持される媒質 IV!の保持量を 調整する媒質流通口 1 5が設けられている。 媒質流通口 1 5には、 外部の媒 質貯蔵部 （不図示） に接続された流通管 1 6が挿入されており、 保持空間 3 への媒質 IV!の流入及び保持空間 3からの媒質 IV!の排出がなされるようになっ ている。 媒質 IV!の流通量は、 例えばコンピュータ 7によって制御される。
[0037] 媒質流通口 1 5は、 筒状部材 1 4の先端面 1 4匕から一定の間隔をもって 設けられることが好ましい。 これにより、 媒質流通口 1 5から流入する媒質 IV!に異物が混入した場合でも、 保持空間 3において異物が筒状部材 1 4の先 端面 1 4 付近に集まることを抑制できる。 筒状部材 1 4の先端面 1 4匕付 近は、 超音波振動子 2の先端面 2 3付近に比べて超音波 が集束している。 このため、 先端面 1 4匕付近に異物が集まることを抑制することで、 異物へ の超音波 の干渉の影響を抑えられる。
[0038] 筒状部材 1 4の内周面 1 4 3には、 保持空間 3における媒質 IV!の保持量を 検出するレベルセンサ （保持量検出部） 1 7が取り付けられている。 レベル センサ 1 7の取付位置は、 例えば媒質流通口 1 5よりも上方 （先端面 1 4匕 側） となっている。 レベルセンサ 1 7は、 検出結果を示す検出信号をコンビ ュータ 7に出力する。 レベルセンサ 1 7からの検出信号に基づいて、 超音波 の焦点位置を調整する際の保持空間 3の媒質 IV!の量の制御が実行される。 \¥02020/174984 9 卩（：171?2020/003040
筒状部材 1 4には、 半導体デバイス 0との距離を検出する距離センサが取り 付けられていてもよい。 これにより、 後述するステージ 3を 軸方向に駆動 させた際に、 筒状部材 1 4と半導体デバイス 0の干渉を防ぐことができる。
[0039] ステージ 3は、 図 1 に示すように、 半導体デバイスロと超音波振動子 2と の相対位置を移動させる装置である。 本実施形態では、 ステージ 3は、 乂丫 軸方向に駆動可能な 3軸ステージとして構成され、 ステージ 3上に超音波 振動子 2が固定されている。 ステージ 3の駆動は、 コンビユータ 7からの指 示信号に基づいて制御される。 ステージ 3が半導体デバイス 0の検査面 0 1 の面内方向 （乂丫軸方向） に駆動することにより、 半導体デバイスロの検査 面口 1:における超音波 の照射位置が走査される。 また、 ステージ 3が半導 体デバイス 0の厚さ方向 （ 軸方向） に駆動することにより、 超音波 の焦 点位置が半導体デバイスロの厚さ方向に対して一定の精度をもって調整され る。 なお、 ステージ 3は、 超音波振動子 2ではなく、 半導体デバイス 0に固 定されていてもよい。
[0040] 半導体デバイス 0の検査の開始時には、 図 2に示したように、 表面張力に よって媒質保持部 1 2の保持空間 3から盛り上がる程度に媒質 IV!が保持空間 3に供給される。 そして、 ステージ 3が半導体デバイス 0の厚さ方向に駆動 することにより、 媒質 IV!の盛り上がり部分 IV! 3が半導体デバイス〇の検査面 ロ に接触させられる。 これにより、 超音波振動子 2の先端面 2 3から半導 体デバイス 0の検査面 0 1に至る超音波 の経路が媒質 1\/1で充填される。 そ して、 図 3に示すように、 ステージ 3が半導体デバイス 0の厚さ方向に更に 駆動し、 超音波 の焦点位置が半導体デバイス 0内のチップ〇付近で調整さ れる。
[0041 ] パルスジェネレータ 4は、 超音波振動子 2に対する駆動信号を生成する装 置である。 駆動信号の周波数 （以下、 「キャリア周波数」 と称す） は、 超音 波振動子 2で発生させる超音波 の周波数と等しい値に設定される。 本実施 形態のように、 ロックインアンプ 6を用いたロックイン検出を行う場合には 、 ロックイン周波数を別途設定し、 キャリア周波数とロックイン周波数とを \¥02020/174984 10 卩（：171?2020/003040
合成したバースト信号を駆動信号として超音波振動子 2に入力する。 この場 合、 ロックイン周波数に応じた参照信号がパルスジェネレータ 4からロック インアンプ 6に出力される。 キャリア周波数は、 例えば 2 5 1^（·! å〜 3 0 0 IV! 1~1 2程度であり、 ロックイン周波数は、 例えば 0 . 1 1< 1~1 2 ~ 5 1< 1~1 2程 度である。
[0042] パルスジェネレータ 4は、 駆動信号の生成にあたり、 半導体デバイス 0内 での共振による超音波 の吸収が最大となるように駆動信号の最適周波数を 設定する。 パルスジェネレータ 4は、 例えば半導体デバイスロの表面で反射 した超音波 の周波数を解析することによって駆動信号の最適周波数を設定 する。 この場合、 まず、 リファレンス用サンプルをセッ トし、 当該サンプル の検査面口 Iにおける超音波 の照射位置及び超音波 の焦点位置を調整し た後、 超音波振動子 2から出力する超音波 の強度時間波形丁 0 （図 4
Figure imgf000012_0001
） 参照） を取得する。 リファレンス用サンプルは、 単一素材によって形成さ れ、 十分な厚みを有する物体であることが好ましい。 また、 検査対象の半導 体デバイス 0をセッ トし、 当該半導体デバイスロの表面で反射した超音波 の強度時間波形丁 1 （図 4 （匕） 参照） を取得する。
[0043] 次に、 強度時間波形丁 0をフーリエ変換して出射周波数スぺクトル 〇を 導出し、 強度時間波形丁 1 をフーリエ変換して反射周波数スぺクトル \^/ 1 を 導出する。 そして、 反射周波数スぺクトル \^/ 1 を出射周波数スぺクトル 〇 で除算し、 出射周波数スぺクトル 〇に対する反射周波数スぺクトル \^/ 1の 比 を算出する。 この比 は、 検査対象の半導体デバイスロの表面における 超音波 の反射率の周波数特性を示すものである。 図 4 （〇） は、 出射周波 数スぺクトル 〇に対する反射周波数スぺクトル \^/ 1の比 の導出結果の一 例を示す図である。 図 4 （〇） の例では、 周波数が 4 6
Figure imgf000012_0002
2 の範囲において、 周波数が 5
Figure imgf000012_0003
åである場合に比 が最小値となってい る。 この場合、 パルスジェネレータ 4は、 比 が最小値となる 5
Figure imgf000012_0004
2を キャリア周波数とする駆動信号を生成し、 超音波振動子 2に出力する。 出射 周波数スぺクトル 〇については、 リファレンス用サンプルを用いて予め取 \¥0 2020/174984 1 1 卩（：171? 2020 /003040
得したデータをパルスジェネレータ 4或いはコンビユータ 7に記憶させてお いてもよい。
[0044] 最適周波数の設定は、 キャリア周波数の掃引によって実施してもよい。 こ の場合、 検査対象の半導体デバイスロをセッ トし、 キャリア周波数を掃引し ながら、 当該半導体デバイスロの表面で反射した超音波 の反射強度波形 （ 不図示） を取得する。 パルスジェネレータ 4は、 取得した反射強度波形に基 づき、 反射強度が最小値となる周波数をキャリア周波数とする駆動信号を生 成し、 超音波振動子 2に出力する。
[0045] キャリア周波数を掃引する方式と、 上述した出射周波数スペクトル 〇に 対する反射周波数スぺクトル \^/ 1の比 を用いる方式とを組み合わせて最適 周波数の導出を行ってもよい。 この場合、 例えば比 が最小となるキャリア 周波数を導出した後、 当該周波数を含む所定の範囲でキャリア周波数を掃引 し、 反射強度が最小値となる周波数をキャリア周波数として駆動信号を生成 すればよい。 このような手法によれば、 最適周波数を導出する際のキャリア 周波数の掃引範囲を絞ることが可能となる。
[0046] パルスジェネレータ 4は、 最適周波数を含む一定の範囲内で複数の周波数 の駆動信号を生成してもよい。 上記処理により最適周波数が 5 2 1^（·! åと導 出された場合、 パルスジェネレータ 4は、 例えば
Figure imgf000013_0001
範囲で 2 IV! 1~1 å刻みの駆動信号を生成してもよい。 この場合、 パルスジェネ レータ 4では、
Figure imgf000013_0002
5 6 1\/1
Figure imgf000013_0003
リア周波数に基づく駆動信号が生成され、 5つの異なる周 波数の超音波 を用いて半導体デバイスロの検査が実施される。
[0047] パルスジェネレータ 4は、 半導体デバイスロの被検査領域の位置毎の最適 周波数を示すマッピング情報に基づいて駆動信号を生成してもよい。 図 5は 、 最適周波数のマッピング情報の一例を示す図である。 同図の例では、 半導 体デバイス 0の検査面 0 1の被検査領域がマトリクス状に 9つの領域に区分 されており、 各領域に最適周波数がそれぞれ割り当てられている。 マッピン グ情報は、 例えばステージ 3を半導体デバイス 0の検査面 0 Iの面内方向 （ X Y軸方向） に駆動し、 半導体デバイス Dの被検査領域の位置毎に最適周波 数を導出することによって生成される。 マッピング情報は、 半導体デバイス Dの個体毎に生成してもよく、 製品仕様などに応じて予め生成したものをパ ルスジェネレータ 4或いはコンビュータ 7に記憶させておいてもよい。
[0048] 反応検出部 5は、 超音波振動子 2による超音波 Wの照射に応じた半導体デ バイス Dの反応を検出する装置である。 反応検出部 5は、 例えばロックイン アンプ 6の前段に接続された検出アンプによって構成されている。 反応検出 部 5は、 半導体デバイス Dに定電圧又は定電流を印加する電源装置 1 0を内 蔵している。 反応検出部 5は、 定電圧又は定電流の印加状態において、 超音 波 Wの照射に応じた半導体デバイス Dの電流又は電圧を検出し、 検出結果を 示す検出信号をロックインアンプ 6に出力する。 反応検出部 5は、 交流成分 のみを抽出して検出信号を出力するようにしてもよい。
[0049] ロックインアンプ 6は、 反応検出部 5から出力される検出信号をロックイ ン検出する装置である。 ロックインアンプ 6は、 パルスジェネレータ 4から 出力される参照信号に基づいて、 反応検出部 5から出力される検出信号を口 ックイン検出する。 そして、 ロックインアンプ 6は、 検出結果を示す検出信 号をコンピュータ 7に出力する。
[0050] コンビュータ 7は、 物理的には、 R A M、 R O M等のメモリ、 C P U等の プロセッサ （演算回路） 、 通信インターフェイス、 ハードディスク等の格納 部、 モニタ 8等の表示部を備えて構成されている。 かかるコンピュータ 7と しては、 例えばパーソナルコンピュータ、 クラウドサーバ、 スマートデバイ ス （スマートフォン、 タブレッ ト端末など） などが挙げられる。 コンピュー 夕 7は、 マイクロコンピュータ或いは F P G A （f i e ld-prog rammab le gate a r ray） などによって構成されていてもよい。 コンビュータ 7は、 メモリに格 納されるプログラムをコンピュータシステムの C P Uで実行することにより 、 ステージ 3の動作を制御するステージ制御部 2 1、 及びロックインアンプ 6からの検出信号を解析する解析部 2 2として機能する。
[0051 ] ステージ制御部 2 1は、 より具体的には、 半導体デバイス Dの厚さ方向に \¥02020/174984 13 卩（：171?2020/003040
対する超音波 の焦点位置の調整制御と、 半導体デバイス 0の検査面 0 Iに 対する超音波 の走査制御とを実行する。 焦点位置の調整制御では、 ステー ジ制御部 2 1は、 超音波振動子 2のレシーバ 1 3から出力される当該検出信 号に基づいてステージ 3の 方向の制御を実行する。 超音波 の走査制御で は、 ステージ制御部 2 1は、 超音波 が半導体デバイス 0の検査面 0 1に沿 って移動するように、 ステージ 3の乂丫方向の制御を実行する。 ステージ制 御部 2 1は、 走査制御時のステージ 3の位置情報を解析部 2 2に順次出力す る。
[0052] 図 6は、 焦点位置の調整制御の一例を示す図である。 同図の例では、 横軸 が時間 （超音波 が出力されてから反射波が検出されるまでの時間） 、 縦軸 が振幅となっており、 レシーバ 1 3からの検出信号の時間波形 がプロッ ト されている。 この時間波形＜は、 超音波 を複数回出力させた場合の反射波 の検出信号を積算したものであってもよい。
[0053] 超音波 の焦点位置を半導体デバイス 0に向けて変位させていくと、 図 6 に示すように、 半導体デバイス 0のパッケージ表面での反射に対応する第 1 ピーク 1が時間波形＜に出現する。 第 1 ピーク 1が出現した位置から更 に超音波 の焦点位置を半導体デバイス 0側に変位させると、 超音波 の焦 点位置が半導体デバイスロのパッケージ内に移動し、 図 7に示すように、 半 導体デバイス 0内部のチップ 0表面での反射に対応する第 2ピーク 2が時 間波形＜に出現する。 したがって、 ステージ制御部 2 1は、 第 2ピーク 2 の振幅が最大となるようにステージ 3の 軸方向の位置を制御する。
[0054] 焦点位置の調整制御において、 パッケージの樹脂厚が既知である場合、 或 いはパッケージの樹脂組成が既知であり、 パッケージ内の超音波 の音速が 算出可能である場合が考えられる。 この場合には、 これらの情報に基づいて 予め第 2ピーク 2の出現位置 （出現時間） の範囲を算出し、 第 2ピーク 2を検出する際の検出窓八を設定するようにしてもよい。 検出窓八の設定に より、 第 2ピーク 2の出現位置の検出精度の向上及び検出時間の短縮化が 図られる。 半導体デバイス 0内に複数層のチップ 0が内蔵されていることが \¥02020/174984 14 卩（：171?2020/003040
既知である場合には、 第 2ピーク 2以降のピークに基づいてステージ 3の 軸方向の位置を制御してもよい。
[0055] 解析部 2 2は、 半導体デバイス〇の検査中にロックインアンプ 6から出力 される検出信号をステージ制御部 2 1から出力されるステージ 3の位置情報 に基づいてマッピングし、 図 8 （a） に示すように、 解析画像 3 1 を生成す る。 解析画像 3 1 において、 半導体デバイスロの反応 （電流又は電圧の変化 量） に応じた表示輝度の範囲、 色、 透過度などは、 任意に設定可能である。
[0056] 解析部 2 2は、 半導体デバイス 0の検査中にレシーバ 1 3から出力される 検出信号をステージ制御部 2 1から出力されたステージ 3の位置情報に基づ いてマッピングし、 図 8 （匕） に示すように、 反射画像 3 2を生成する。 反 射画像 3 2の生成にあたっては、 レシーバ 1 3からの検出信号のうち、 半導 体デバイス 0内のチップ 0表面からの反射波に対応する時間の成分のみを抽 出することが好適である。 こうすると、 半導体デバイスロ内のチップ〇の形 状を表す反射画像 3 2を得ることができる。
[0057] 解析部 2 2は、 図 8 （〇） に示すように、 解析画像 3 1 と反射画像 3 2と を重畳した重畳画像 3 3を生成してもよい。 解析部 2 2は、 生成した重畳画 像 3 3をモニタ 8に出力する。 重畳画像 3 3では、 反射画像 3 2が示す半導 体デバイス 0内のチップ 0の形状に、 解析画像 3 1が示す半導体デバイス 0 の反応が重ね合され、 チップ 0の故障位置の特定が容易なものとなる。 反射 画像 3 2では、 チップ〇の形状だけでなく、 回路の剥離といった異常が確認 できる場合がある。 したがって、 重畳画像 3 3において、 解析画像 3 1から 確認できる異常位置と反射画像 3 2から確認できる異常位置とが重なった場 合、 当該異常位置を強調表示するようにしてもよい。
[0058] パルスジェネレータ 4で最適周波数を含む一定の範囲内で複数の周波数の 駆動信号が生成され、 異なる周波数の超音波 を用いて半導体デバイス 0の 検査が実施された場合、 解析部 2 2は、 これら複数の周波数の駆動信号に基 づく複数の解析画像 3 1 を生成する。 この場合、 解析部 2 2は、 生成した複 数の解析画像 3 1のうち、 最も 3 !\1比が高い解析画像 3 1 を選択して外部出 \¥0 2020/174984 1 5 卩（：171? 2020 /003040
力する。
[0059] 図 9の例では、 キャリア周波数を 4 8 IV! 1~1 åとした場合の解析画像 3 1 八 （図 9 （3） ） 、 キャリア周波数を 5 2 1^（·! åとした場合の解析画像 3 1 巳 （図 9 （ ） ） 、 及びキャリア周波数を 5 6 1^（·! åとした場合の解析画像 3 1 〇 （図 9 （〇） ） を示す （図 9では、 キャリア周波数を 5 0 M H åとした 場合の解析画像及びキャリア周波数を 5 4 IV! 1~1 åとした場合の解析画像は省 略する） 。 画像の 3 1\1比は、 例えば解析画像中の信号点とノイズ点とを指定 し、 これらの点での信号強度の比に基づいて算出される。
[0060] 図 1 0は、 複数の解析画像の 3 1\1比の算出結果の一例を示す図である。 同 図の例では、 最も 3 1\!比が高い解析画像は、 キャリア周波数を 5 2 IV! 1~1 åと した場合の解析画像である。 この場合、 解析部 2 2は、 複数の解析画像のう ち、 キャリア周波数を 5 2 1^（·! åとした場合の解析画像を選択する。 そして 、 解析部 2 2は、 選択した解析画像に反射画像を重畳して重畳画像を生成し 、 モニタ 8に出力する。
[0061 ] 続いて、 上述した超音波検査装置 1 を用いた超音波検査方法について説明 する。
[0062] 図 1 1は、 超音波検査方法の一例を示すフローチャートである。 同図に示 すように、 超音波検査装置 1 を用いて半導体デバイスロの検査を実施する場 合、 まず、 半導体デバイス 0を不図示の保持板などに配置する （ステップ 3 0 1） 。 次に、 媒質流通口 1 5から媒質保持部 1 2に媒質 IV!を流入させ、 保 持空間 3に媒質 IV!を保持する （ステップ 3 0 2） 。 ステップ 3 0 2では、 上 述したように、 表面張力による媒質 IV!の盛り上がり部分 IV! 3を形成される。 そして、 筒状部材 1 4の先端面 1 4匕が半導体デバイス〇の検査面 0 1に接 触させず、 かつ媒質 1\/1の盛り上がり部分 IV! 3のみが半導体デバイス 0の検査 面口 1に接触させた状態で、 ステージ 3を 軸方向に駆動する （図 2参照）
[0063] 媒質 1\/1を保持した後、 超音波 の焦点位置を調整する （ステップ 3 0 3）
。 ここでは、 まず、 超音波振動子 2がチップ〇と対向する位置に来るように \¥0 2020/174984 16 卩（：171? 2020 /003040
、 ステージ 3を X軸方向及び丫軸方向に駆動する。 次に、 レシーバ 1 3から 出力される超音波 の反射波の時間波形 における第 2ピーク 2の出現位 置に基づいて、 超音波 の焦点位置が半導体デバイス 0内部のチップ〇表面 に一致するようにステージ 3を 軸方向に駆動する （図 3参照） 。 超音波 の焦点位置の調整は、 ステージ制御部 2 1 によって自動で実行してもよく、 超音波検査装置 1のユーザが時間波形＜の第 2ピーク 2の出現位置を目視 で確認しながら手動で実行してもよい。
[0064] 超音波 の焦点位置の調整後、 半導体デバイス〇の傾きを調整するステッ プを実行してもよい。 このステップでは、 例えばステージ 3を X軸方向及び 丫軸方向に一軸ずつ駆動させたときの反射波の時間波形＜が互いに一致する ように、 保持板或いはステージ 3の姿勢を調整する。 当該ステップも、 ステ —ジ制御部 2 1 によって自動で実行してもよく、 超音波検査装置 1のユーザ が時間波形＜を目視で確認しながら手動で行ってもよい。
[0065] 超音波 の焦点位置の調整の後、 半導体デバイス〇に向けて超音波振動子
2から超音波 を照射する照射ステップを実行する。 照射ステップでは、 ま ず、 超音波振動子 2に入力する駆動信号のキャリア周波数を設定する （ステ ップ 3 0 4） 。 ここでは、 上述した出射周波数スペクトル 〇に対する反射 周波数スぺクトル 1の比 を用いる方式、 キャリア周波数を掃引する方式 、 或いはこれらの方式を組み合わせることにより、 半導体デバイスロ内での 超音波 の吸収が最大となるように駆動信号の最適周波数を設定する。 ステ ップ 3 0 4では、 最適周波数を含む一定の範囲内で複数の周波数の駆動信号 を生成してもよく、 半導体デバイス 0の被検査領域の位置毎の最適周波数を 示すマッピング情報に基づいて駆動信号を生成してもよい。
[0066] 最適周波数の設定後、 半導体デバイスロの反射画像を生成する （ステップ
3 0 5） 。 ステップ 3 0 5では、 ステップ 3 0 4で生成した駆動信号をパル スジェネレータ 4から超音波振動子 2に入力し、 超音波振動子 2から半導体 デバイス 0に超音波 を照射する。 そして、 半導体デバイス 0からの反射波 をレシーバ 1 3で検出し、 レシーバ 1 3から出力された検出信号と、 ステー \¥02020/174984 17 卩（：171?2020/003040
ジ制御部 2 1から出力されるステージ 3の位置情報とに基づいてマッピング を行い、 反射画像 3 2を生成する。
[0067] 反射画像 3 2に基づく解析位置の確認後、 半導体デバイスロに定電圧 （又 は定電流） を印加すると共に、 超音波 の照射を行う （ステップ 3 0 6） 。 ステップ 3 0 6では、 電源装置 1 0から半導体デバイスロに定電圧 （又は定 電流） を印加する。 また、 パルスジェネレータ 4から超音波振動子 2に駆動 信号を入力し、 超音波振動子 2からの超音波 を半導体デバイス 0に照射す る。 そして、 ステージ 3を乂丫軸方向に駆動し、 超音波 の照射に応じた半 導体デバイス 0の電流又は電圧の変化を半導体デバイス 0の検査面 0 Iの各 位置において検出する。 半導体デバイス 0の電流又は電圧の変化を反応検出 部 5で検出し、 検出信号の八 0成分を反応検出部 5からロックインアンプ 6 に出力する。 ロックインアンプ 6において、 反応検出部 5から出力された検 出信号とパルスジェネレータ 4から出力された参照信号とに基づくロックイ ン検出を行い、 その検出信号を解析部 2 2に出力する。
[0068] 照射ステップの後、 超音波振動子 2からの超音波 の照射に応じて半導体 デバイスから出力される出力信号 （ここではロックインアンプ 6から出力さ れる検出信号） を解析する解析ステップを実行する。 解析ステップでは、 口 ックイン検出の検出信号に基づいて解析画像 3 1 を生成する （ステップ 3 0 7） 。 すなわち、 半導体デバイスロの検査中にロックインアンプ 6から出力 された検出信号を、 ステージ制御部 2 1から出力されるステージ 3の位置情 報に基づいてマッピングし、 解析画像 3 1 を生成する。
[0069] ステップ 3 0 4において最適周波数を含む一定の範囲内で複数の周波数の 駆動信号を生成する場合、 ステップ 3 0 7では、 これら複数の周波数の駆動 信号に基づく複数の解析画像 3 1 を生成する。 この場合、 複数の解析画像 3 1中の信号点とノイズ点とをそれぞれ指定し、 これらの点での信号強度の比 に基づいて画像の 3 1\1比を算出する。 そして、 生成した複数の解析画像 3 1 のうち、 最も 3 1\1比が高い解析画像 3 1 を選択する （ステップ 3 0 8） 。 解 析画像 3 1 を生成した後、 解析画像 3 1 と反射画像 3 2とを重畳した重畳画 \¥02020/174984 18 卩（：171?2020/003040
像 3 3を生成し、 モニタ 8に重畳画像 3 3を表示する （ステップ 3 0 9） 。
[0070] 以上説明したように、 超音波検査装置 1では、 半導体デバイスロ内での超 音波 の吸収が最大となるように駆動信号の最適周波数を設定する。 駆動信 号を最適周波数とすることで、 半導体デバイスロ内で超音波 の共振を十分 に生じさせることができる。 この最適周波数は、 共振周波数と言い換えるこ とができる。 このため、 超音波 の集束強度が高まると共に、 超音波 の照 射位置で半導体デバイス〇の温度が上昇し、 超音波 の照射に応じて半導体 デバイスロから出力される出力信号の強度を十分に高めることができる。 出 力信号の強度を高めることで、 解析画像 3 1の感度を十分に確保でき、 検査 精度の向上が図られる。
[0071 ] 超音波検査装置 1では、 超音波振動子 2から出力した超音波 の強度時間 波形丁 0をフーリエ変換して得られる出射周波数スぺクトル 〇と、 半導体 デバイス 0の表面で反射した超音波 の強度時間波形丁 1 をフーリエ変換し て得られる反射周波数スぺクトル \^/ 1 との比 に基づいて駆動信号の最適周 波数を設定する。 このような手法によれば、 周波数 を幅広い範囲で掃引す ることなく、 駆動信号の最適周波数を精度良く導出できる。 また、 超音波検 査装置 1では、 掃引範囲内で出力信号の強度が最も高くなる周波数を駆動信 号の最適周波数として設定する。 この手法によれば、 簡単な処理で駆動信号 の最適周波数を導出できる。
[0072] 超音波検査装置 1では、 半導体デバイス 0の被検査領域の位置毎の最適周 波数を示すマッピング情報に基づいて駆動信号を生成する。 この場合、 半導 体デバイス 0の被検査領域の構造 （樹脂厚や材質など） が位置によってばら ついていたとしても、 常に最適な周波数の駆動信号を用いて出力信号の解析 を行うことができる。
[0073] 超音波検査装置 1では、 半導体デバイスロの被検査領域において出力信号 の解析結果をマッピングすることにより解析画像 3 1 を生成する。 これによ り、 半導体デバイス 0の検査結果を解析画像 3 1 に基づいて容易に把握する ことが可能となる。 また、 超音波検査装置 1では、 最適周波数を含む一定の \¥02020/174984 19 卩（：171?2020/003040
範囲内で複数の周波数の駆動信号を生成し、 複数の周波数の駆動信号に基づ いて生成された複数の解析画像 3 1のうち、 最も 3 1\1比が高い解析画像 3 1 を選択して外部出力する。 これにより、 半導体デバイスロの被検査領域の構 造 （樹脂厚や材質など） が位置によってばらついていたとしても、 感度の高 い解析画像 3 1 に基づいて半導体デバイスロの検査を精度良く実施すること ができる。
[0074] 本開示は、 上記実施形態に限られるものではない。 例えば上述した超音波 検査装置 1では、 検査面口 Iを下方に向けた状態で半導体デバイスロが保持 され、 超音波振動子 2の先端面 2 3が検査面 0 1と対向するように上方向き に配置されているが、 半導体デバイスロと超音波振動子 2との配置関係はこ れに限られない。 例えば検査面口 1を上方に向けた状態で半導体デバイスロ が保持され、 超音波振動子 2の先端面 2 3が検査面 0 1と対向するように下 方向きに配置されていてもよい。
[0075] また、 上述した超音波検査装置 1では、 出射周波数スペクトル 〇と、 反 射周波数スぺクトル \^/ 1 との比 に基づいて駆動信号の最適周波数が導出さ れているが、 演算処理の簡単化のため、 反射周波数スペクトル 1のみに基 づいて駆動信号の最適周波数を導出してもよい。 この場合、 例えば反射周波 数スぺクトル \^/ 1のうち、 スぺクトル強度が最小となる周波数を駆動信号の 最適周波数として設定すればよい。
符号の説明
[0076] 1 超音波検査装置、 2 超音波振動子、 4 パルスジェネレータ （信号 生成部） 、 2 2 解析部、 3 1 解析画像、
Figure imgf000021_0001
半導体デバイス、
Figure imgf000021_0002
波。

Claims

\¥02020/174984 20 卩（：171?2020/003040 請求の範囲
[請求項 1 ] パツケージ化された半導体デバイスを検査対象とする超音波検査装 置であって、
前記半導体デバイスに対向して配置される超音波振動子と、 前記超音波振動子から出力する超音波の発生に用いる駆動信号を生 成する信号生成部と、
前記超音波振動子による前記超音波の照射に応じて前記半導体デバ イスから出力される出力信号を解析する解析部と、 を備え、
前記信号生成部は、 前記半導体デバイス内での前記超音波の吸収が 最大となるように前記駆動信号の最適周波数を設定する超音波検査装 置。
[請求項 2] 前記信号生成部は、 前記半導体デバイスの表面で反射した前記超音 波の強度時間波形をフーリエ変換して得られる反射周波数スペクトル に基づいて前記駆動信号の最適周波数を設定する請求項 1記載の超音 波検査装置。
[請求項 3] 前記信号生成部は、 前記超音波振動子から出力した前記超音波の強 度時間波形をフーリエ変換して得られる出射周波数スぺクトルと、 前 記反射周波数スぺクトルとの比に基づいて前記駆動信号の最適周波数 を設定する請求項 2記載の超音波検査装置。
[請求項 4] 前記信号生成部は、 前記駆動信号の周波数を掃引し、 掃引範囲内で 前記半導体デバイスから出力される前記出力信号の強度が最も高くな る周波数を前記駆動信号の最適周波数として設定する請求項 1〜 3の いずれか一項記載の超音波検査装置。
[請求項 5] 前記信号生成部は、 前記半導体デバイスの被検査領域の位置毎の最 適周波数を示すマツビング情報に基づいて前記駆動信号を生成する請 求項 1〜 4のいずれか一項記載の超音波検査装置。
[請求項 6] 前記解析部は、 前記半導体デバイスの被検査領域において前記出力 信号の解析結果をマツピングすることにより解析画像を生成する請求 \¥02020/174984 21 卩（：171?2020/003040
項 1〜 5のいずれか一項記載の超音波検査装置。
[請求項 7] 前記信号生成部は、 前記最適周波数を含む一定の範囲内で複数の周 波数の駆動信号を生成し、
前記解析部は、 前記複数の周波数の駆動信号に基づいて生成された 複数の解析画像のうち、 最も 3 !\1比が高い解析画像を選択して外部出 力する請求項 6記載の超音波検査装置。
[請求項 8] パッケージ化された半導体デバイスを検査対象とする超音波検査方 法であって、
前記半導体デバイスに向けて超音波振動子から超音波を照射する照 射ステップと、
前記超音波振動子からの前記超音波の照射に応じて前記半導体デバ イスから出力される出力信号を解析する解析ステップと、 を備え、 前記照射ステップでは、 前記半導体デバイス内での前記超音波の吸 収が最大となるように前記超音波振動子を駆動する駆動信号の最適周 波数を設定する超音波検査方法。
[請求項 9] 前記照射ステップでは、 前記半導体デバイスの表面で反射した前記 超音波の強度時間波形をフーリエ変換して得られる反射周波数スぺク トルに基づいて前記駆動信号の最適周波数を設定する請求項 8記載の 超音波検査方法。
[請求項 10] 前記照射ステップでは、 前記超音波振動子から出力した前記超音波 の強度時間波形をフーリエ変換して得られる出射周波数スぺクトルと 、 前記反射周波数スぺクトルとの比に基づいて前記駆動信号の最適周 波数を設定する請求項 9記載の超音波検査方法。
[請求項 1 1 ] 前記照射ステップでは、 前記駆動信号の周波数を掃引し、 掃引範囲 内で前記半導体デバイスから出力される前記出力信号の強度が最も高 くなる周波数を前記駆動信号の最適周波数として設定する請求項 8〜 1 0のいずれか一項記載の超音波検査方法。
[請求項 12] 前記照射ステップでは、 前記半導体デバイスの被検査領域の位置毎 \¥02020/174984 22 卩（：171?2020/003040
の最適周波数を示すマツビング情報に基づいて前記駆動信号を生成す る請求項 8〜 1 1のいずれか一項記載の超音波検査方法。
[請求項 13] 前記解析ステツプでは、 前記半導体デバイスの被検査領域において 前記出力信号の解析結果をマツビングすることにより解析画像を生成 する請求項 8〜 1 2のいずれか一項記載の超音波検査方法。
[請求項 14] 前記照射ステツプでは、 前記最適周波数を含む一定の範囲内で複数 の周波数の駆動信号を生成し、
前記解析ステツプでは、 前記複数の周波数の駆動信号に基づいて生 成された複数の解析画像のうち、 最も 3 !\1比が高い解析画像を選択し て外部出力する請求項 1 3記載の超音波検査方法。
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