JP2008085252A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体集積回路装置の信頼性を向上させることができる技術を提供する。
【解決手段】ウエハ段階で、バンプ面側に再配線層を形成する半導体集積回路装置であるＷＰＰ１００の外観検査を行う工程で、同軸落射照明２０４から同軸落射方向に光を照射しながらカメラ２０２で撮像する工程と、拡散照明２０５から撮像方向と交差する方向に光を照射しながらカメラ２０２で撮像する工程とを順次切り替えて行い、得られた画像と予め撮像されたティーチング画像とをパターンマッチングを行うことにより欠陥の有無を判定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に、ＷＰＰ（Wafer Process Package（ウエハプロセスパッケージ））の欠陥検査に適用して有効な技術に関するものである。

半導体集積回路装置が搭載される電子機器は高機能化、小型化が進められており、これに伴い半導体集積回路装置も小型化、高機能化が要求されている。このような小型で高機能な半導体集積回路装置として、ＢＧＡ（Ball Grid Allay）型のＣＳＰ（Chip Size Package）がある。

ＢＧＡ型のＣＳＰでは、コア材となる基板に配線を形成した配線基板（以下、コア基板と記す）の一方の主面に半導体チップを接着し、反対側の主面に複数のはんだボールを形成する。この複数のはんだボールはそれぞれ配線基板の多層配線を介して半導体チップのチップ電極に電気的に接続されており、半田ボールがＣＳＰの外部接続端子（以下バンプと記す）として機能する。バンプをＢＧＡ型（すなわち格子状）に配列することにより、パッケージ寸法を小型化することができる。

また、ＣＳＰよりも更に小型の半導体集積回路装置としてＷＰＰ（Wafer Process Package）がある。ＷＰＰは、はんだボールと半導体チップのチップ電極端子とを電気的に接続するためのコア基板を用いない。

ＷＰＰでは半導体チップに個片化される前のウエハの段階で、チップ電極となる端子が形成された第１主面に再配線パターンと前記再配線パターン同士の絶縁性を確保するための絶縁膜（以下、再配線パターンと絶縁膜を形成した層を再配線層と記す）を形成し、再配線層の前記第１主面と対向する面と反対側の面（以下バンプ面と記す）に複数のはんだボール（バンプ）を形成し、前記チップ電極となる端子と電気的に接続する。

このように、ＷＰＰはＢＧＡ型の半導体集積回路装置でありながら、コア基板を用いないため、ＣＳＰよりも更に小型化することができる。

例えば特開２０００−１９６０２１号公報（特許文献１）には、複数の半導体チップ回路形成領域（回路領域）内に複数のチップ端子が形成されてなる半導体ウエハと、チップ端子をチップ端子形成位置から異なる位置に引き出すと共に外部接続端子が形成されてなる再配線と、外部接続端子が外部に露出するよう設けられると共に再配線を被覆する封止樹脂とを具備するウエハレベルパッケージ構造が開示されている。
特開２０００−１９６０２１号公報

本発明者はＷＰＰを製造する技術について検討を行い、以下の課題を見出した。なお、一般にＣＳＰとは半導体チップと同程度、あるいはそれよりわずかに大きいサイズの半導体集積回路装置の総称であり、文献によってはＷＰＰもＣＳＰの一種として特段の区別されることなく用いられる場合があるが、本明細書では区別して用いる。

すなわち、本明細書ではコア基板を用いた半導体集積回路装置をＣＳＰとし、コア基板を用いず、ウエハ段階で、バンプ面側に再配線層を形成する半導体集積回路装置をＷＰＰとして記載する。

ＣＳＰやＷＰＰなどＢＧＡ型の半導体集積回路装置は高い信頼性が要求されており、異物付着、チッピング（チップまたは再配線層などの割れや欠け）、絶縁膜の剥離など半導体集積回路装置の外観上の欠陥は、信頼性が低下する原因となる。特に、ＷＰＰはＣＳＰと比較して再配線パターンやバンプの寸法が小さく、また配置ピッチも狭いので、僅かな欠陥であっても信頼性が著しく低下する原因となる場合がある。

また、ＷＰＰはバンプ面と反対側に位置する面（以下マーク面）に製品を識別するためのマークを形成しているが、このマーク面に欠陥が発生する場合がある。マーク面に発生する欠陥としては、異物付着(固着性異物、浮遊性異物)とチッピング(割れ、欠け)がある。

マーク面に付着した異物が固着性異物の場合、バンプ面に付着した固着性異物と比較して大きな問題とはならない。しかし、浮遊性異物が付着した場合、電子機器のプリント配線回路基板などに実装する際に落下して信頼性を低下させる原因となる。

このバンプ面およびマーク面の外観上の欠陥を検査する方法としては、個々のＷＰＰについて実体顕微鏡を用いて目視で観察する方法が採用されている。しかし、目視で観察する方法では、半導体集積回路装置の製造工程が非効率になる。また、作業者の技量の程度や、長時間作業による集中力の低下により、欠陥を見落とす可能性がある。

また、実体顕微鏡をもちいた外観検査では、透明もしくは再配線パターンやバンプと同色の異物を見落とす可能性が高い。

また、ＷＰＰはＣＳＰと比較して、小さいサイズの再配線パターンやバンプが狭い配置ピッチで配置されているため、バンプ面の検査において、バンプや再配線パターンに重なる部分の欠陥（異物付着やチッピング、絶縁膜剥離）は見落とす可能性が極めて高い。

マーク面については、マークと重なる部分の欠陥（特に浮遊異物の付着）は欠陥検査を自動化する場合、マークを異物として誤検出したり、逆に異物をマークと判定して見落としたりする可能性が高い。

本願発明の目的は、半導体集積回路装置の欠陥検査を自動化することができる技術を提供することにある。

また、本願発明の他の目的は、半導体集積回路装置の信頼性を向上させることができる技術を提供することにある。

また、本願発明の他の目的は、半導体集積回路装置の製造工程を効率化することができる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、ウエハ段階で、バンプ面側に再配線層を形成する半導体集積回路装置であるＷＰＰの外観検査を行う工程で、同軸落射方向に光を照射しながら行う撮像と、撮像方向と交差する方向に光を照射しながら行う撮像とを順次切り替えて行い、撮像された画像を検査前に予め撮像した良品のティーチング画像とパターンマッチングによって比較することにより、欠陥の有無を判定するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、欠陥箇所の検出を容易に行うことができるので、半導体集積回路装置の信頼性を向上させることができる。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態１で説明する半導体集積回路装置はコア基板を用いず、ウエハ段階で、バンプ面側に再配線層を形成するＷＰＰである。

図１は本実施の形態１のＷＰＰのバンプが形成された面に異物が付着した状態を示す平面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線に沿った拡大断面図、図３は図１に示すＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。

図２および図３に示すように本実施の形態１の半導体集積回路装置であるＷＰＰ１００が備える半導体チップ（以下単にチップという）１は主面（第１主面）１ａと主面１ａの反対側に位置する主面（第２主面）１ｂを備えている。

チップ１には半導体集積回路が形成されており、主面１ａにはチップ電極（第１電極）２が複数形成されている（図１参照）。チップ電極２は、いわゆるボンディングパッドであり、チップ１に形成された半導体集積回路に電気的に接続されている。また、主面１ａはチップ電極２の一部を除き、パッシベーション膜３で被覆されている。

パッシベーション膜３の上面には、再配線４が例えば図１に示すような所望のパターンで形成されている。再配線４は、各々チップ電極２に電気的に接続されている。

また、再配線４の一部は図１に示すように例えば円形状に形成されており、再配線４の円形状に形成された箇所にはバンプ６が形成されている。バンプ６は、例えばはんだ等の接合材料を印刷技術により形成することができる。

図１に示すバンプ６の直径は、例えば１８５μｍ程度であり、配置ピッチ（隣り合うバンプ６の中心間距離）は例えば３７０μｍ程度である。一般的なＢＧＡ型のＣＳＰのバンプの直径が、２５０μｍ〜３００μｍ程度、配置ピッチは５００μｍから７５０μｍ程度であるので、ＷＰＰはＣＳＰと比較して、バンプの直径も配置ピッチも極めて小さい。

また、再配線４およびパッシベーション膜３は、バンプ６が形成された箇所を除き、例えば、ポリイミドなどの絶縁性材料からなる封止層７により被覆されている。図１〜図３に示すＷＰＰ１００は、封止層７の上面７ａに、異物５が付着している。

また、図２および図３に示すように、封止層７の上面７ａの表面形状は平坦ではなく、被覆するチップ電極２および再配線４の形状に沿って起伏のある面形状をなしている。すなわち、チップ電極２または再配線４が形成された箇所の上部はメサ状に***しており、その端部はテーパ状の斜面を有している。

次に、本実施の形態１のＷＰＰ１００の製造方法について説明する。図４は、チップ領域に区画された半導体ウエハ（以下単にウエハという）の状態を示す平面図、図５は図４に示すウエハの断面図である。

（ａ）まず、図４および図５に示すようなウエハ１１を用意する。ウエハ１１は主面（第１主面）１ａと、厚さ方向に沿って主面１ａの反対側に位置する主面（第２主面）１ｂを有している。この主面１ａおよび主面１ｂは、個片化された後、図２に示すチップ１の主面１ａおよび主面１ｂとなる。

また、ウエハ１１は図４および図５に示すダイシングライン１２に沿って複数の（図４では３４個）半導体チップ領域に区画されている。このダイシングライン１２で区画されたチップ領域の１個が図２に示すチップ１となる。

なお、図４では、ウエハ１１がチップ領域に区画された状態を解りやすくするため、１個のチップ領域を大きく示したため、１個のウエハ１１が、３４個のチップ領域に区画されているが、区画数はこれに限定されない。区画数はウエハ１１の平面積と所望のチップ領域の１個の平面積により適宜決定される。

（ｂ）次に、ウエハ１１の区画された複数のチップ領域の各々に半導体集積回路を形成する。半導体集積回路は、最終的に個片化されたＷＰＰ１００が所定の電気特性を示すように、形成される。

（ｃ）次に複数のチップ領域の各々に、図２に示すような複数のチップ電極（第１電極）２を形成する。チップ電極２は前記半導体集積回路に電気的に接続される。

（ｄ）次に複数のチップ領域の各々に図１に示すようなパターンで複数の再配線４を形成する。図２に示すように、再配線４はチップ電極２に電気的に接続される。

（ｅ）次に、複数の再配線４をポリイミドなどの絶縁性材料で被覆し、封止層７を形成する。図２に示すように、封止層７は主面１ａと対向する面７ｂ、および面７ｂと反対側に位置する面７ａを備えている。

封止層７の面７ａに、複数の再配線４の露出した箇所にバンプ６を形成する。すなわち、バンプ６を再配線４に電気的に接続する。

（ｆ）一方、ウエハ１１の主面１ｂ側は、機械的研磨、あるいは機械的化学的研磨により研磨する。また、主面１ｂに個々の製品の識別マークを形成する。この識別マークは例えばレーザ等により主面１ｂを削ることにより溝状の識別マークを形成する。

（ｇ）次に、ウエハ１１を例えばダイシングブレードなどにより個片化する。個片化することにより、ウエハ１１の各チップ領域は、主面１ａ側がポリイミドなどの絶縁性材料で被覆されたパッケージであるＷＰＰ１００となる。

次に個片化されたＷＰＰ１００の検査を行う。検査を行う工程では、導通検査、特性検査、外観検査などがおこなわれるが、外観検査、すなわちＷＰＰ１００の外観上の欠陥を検査する工程について説明する。図６は本実施の形態１のＷＰＰ１００の外観検査装置の構成を示す図である。

ＷＰＰ１００の外観上の欠陥を大別すると、バンプ６のボール径不良、バンプ６の形成位置不良、バンプ６の頂点平坦性異常など寸法上の欠陥と異物付着、チッピング（割れ、または欠け）、封止層剥離などの欠陥に大別することができる。このうち、ＷＰＰ１００の信頼性低下に特に大きな影響を与える欠陥は図１〜図３に示すような封止層７上の異物付着である。

特に、導電性の異物がバンプ６などの導電性部材に付着していた場合、所望の特性が得られなくなる可能性がある。また、最悪の場合、回路が短絡してＷＰＰ１００を破壊してしまう可能性もある。

図６において、ＷＰＰ１００の外観検査装置２００はまず、パッケージローダ３００、パッケージ反転手段４００、寸法検査手段５００、バンプ面検査手段６００、パッケージ反転手段７００、マーク面検査手段８００、パッケージアンローダ９００を備えている。

パッケージローダ３００は、個片化されたＷＰＰ１００を順次取出して、パッケージ反転手段４００に搬送する。次にＷＰＰ１００はパッケージ反転手段４００により、図２に示す面（バンプ面）７ａが上面となるように反転され、寸法検査手段５００に搬送される。

寸法検査手段５００では、バンプ６のバンプ径、バンプ形成位置、バンプ頂点の平坦性が測定され、欠陥の有無が判定され、良品と不良品に分別される。

次に、ＷＰＰ１００はバンプ面検査手段６００に搬送され、バンプ面の欠陥（異物付着など）の有無が判定され、良品と不良品に分別される。このバンプ面検査手段６００の詳細については後述する。

次に、パッケージ反転手段７００により、図２に示す面（バンプ面）７ａが下面となるように反転され、識別マークが形成された図２に示す主面１ｂ（マーク面）が上面となりマーク面検査手段８００に搬送される。

マーク面検査手段８００ではマーク面の欠陥（異物付着など）の有無が判定され、良品と不良品に分別される。このマーク面検査手段８００の詳細については実施の形態２で詳細に説明する。マーク面検査が終了した後、ＷＰＰ１００は最終的にパッケージアンローダ９００により良品と不良品に分類して、トレーなどに戴置される。

次にバンプ面検査手段について詳しく説明する。既に説明したように、ＷＰＰ１００はバンプ６の直径も、配置ピッチも一般的なＢＧＡ型のＣＳＰと比較して小さいので、一般的なＣＳＰでは欠陥として扱われないようなサイズの異物であっても、バンプ面検査手段では欠陥として検出する必要がある。

（ｇ１）まず、ＷＰＰ１００のバンプ６が形成された面、すなわち図２に示す面７ａを撮像する。本実施の形態１のＷＰＰ１００のバンプ面検査工程においては、図７に示すようなバンプ面検査手段６００を用いて行う。図７は本実施の形態１のＷＰＰ１００のバンプ面検査装置を示した断面図である。

図７において、バンプ面検査手段６００は検査対象物であるＷＰＰ１００を戴置するステージ２０１と、ＷＰＰ１００を撮像する撮像手段であるカメラ２０２を備えている。カメラ２０２の受光部には、レンズ２０３が取り付けられている。ＷＰＰ１００は図２に示す面７ａが上面になるように戴置される。

レンズ２０３としては焦点深度の深いテレセントリックレンズを使用することが望ましい。焦点深度の深いレンズを用いることにより、特に大きさの小さい異物や封止層剥離などの欠陥であっても検出することが可能となる。

また、バンプ面検査手段６００は、カメラ２０２がＷＰＰ１００を撮像する方向に沿った同軸落射方向に光を照射する同軸落射照明２０４と、同軸落射方向に対して交差する方向に光を照射する拡散照明２０５とを備えている。

拡散照明２０５には例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子がリング状に取り付けられている。このＬＥＤはカメラ２０２からＷＰＰ１００に向かう方向（撮像方向）と交差する方向に向けて取り付けられているので、これらのＬＥＤを点灯すると、ＷＰＰ１００に、撮像方向と交差する方向の光を照射することができる。

ここで、カメラ２０２で撮像する場合に、同軸落射照明２０４を点灯させて行う場合と、拡散照明２０５を点灯させて行う場合とで、撮像される画像の色調が異なる。

図８は良品のＷＰＰ１００を同軸落射照明を点灯させて撮像した画像を示す拡大平面図、図９は良品のＷＰＰ１００の図８と同じ箇所を拡散照明を点灯させて撮像した状態を示す拡大平面図である。図１０は図８および図９に示すバンプ６および再配線４の画像を拡大した状態を示す平面図である。

図１０において上段はバンプを撮像した画像を、下段は再配線を撮像した画像を示す。また、図１０が記載された紙面に対して左端の列はバンプおよび再配線の断面図、左端から２列目は同軸落射照明を点灯して撮像した画像、左端から３列目は拡散照明を点灯して撮像した画像、右端は同軸落射照明と拡散照明とを同時に点灯して撮像した画像を示す。

図８に示すように、ＷＰＰ１００を同軸落射照明２０４（図７参照）を点灯させて撮像した画像は、チップ電極（図示せず）、バンプ６および再配線４の輪郭が暗い画像として表示され、チップ電極もバンプ６も再配線４も形成されていない箇所は明るい画像として表示される。

また、図１０に示すようにバンプ６の球面の頂点に該当する箇所と、再配線４の中央部は、明るい画像として表示され、バンプ６の球面の頂点部以外と再配線４の輪郭部（図１０左端下図に示す封止層７がテーパ状になっている箇所の周辺）は暗い画像として表示される。

一方、図９に示すようにＷＰＰ１００を拡散照明２０５（図７参照）を点灯させて撮像した画像は、バンプ６および再配線４の輪郭が明るい画像として表示され、バンプ６も再配線４も形成されていない箇所は暗い画像として表示される。

また、図１０に示すようにバンプ６の球面の頂点に該当する箇所と、再配線４の中央部は、暗い画像として表示され、バンプ６の球面の頂点部以外と再配線４の輪郭部（図１０左端下図に示す封止層７がテーパ状になっている箇所の周辺）は明るい画像として表示される。

次にバンプ面に異物が付着していた場合に撮像される画像について説明する。図１１は異物が２箇所付着した欠陥品のＷＰＰ１００を同軸落射照明を点灯させて撮像した画像を示す拡大平面図、図１２は異物が２箇所付着した欠陥品のＷＰＰ１００の図８と同じ箇所を拡散照明を点灯させて撮像した状態を示す拡大平面図である。

図１１において、ＷＰＰ１００を同軸落射照明２０４（図７参照）を点灯させて撮像した画像は、異物５が暗い画像として表示される。一方、図１２において、ＷＰＰ１００を拡散照明２０５（図７参照）を点灯させて撮像した画像においても異物５は暗い画像として表示される。

なお、異物５を撮像した画像は、例えば、図８に示すバンプ６の頂点部以外の暗さと同程度の暗さを持つ画像として表示されるが、図１１および図１２では、異物５の位置を見易くするために、ハッチングで示した。

次に、上記した明暗を有する画像が得られる理由について説明する。図１３はＷＰＰ１００に同軸落射照明を照射した時の光の方向を示す拡大断面図、図１４はＷＰＰ１００に拡散照明を照射した時の光の方向を示す拡大断面図である。

図７に示す同軸落射照明２０４からＷＰＰ１００に照射される光は図１３に示す矢印２０６の方向に照射される。図１３に示すＷＰＰ１００の面７ａが図１に示す平面に沿って平坦であれば、反射光は、矢印２０６の反対方向、すなわち撮像方向に沿った方向に反射され、図７に示すカメラ２０２に多くの反射光が集まる。

図８に示すバンプ６および再配線４が形成されていない箇所では、図１３に示す面７ａの平坦度がチップ電極２、バンプ６および再配線４が形成された箇所よりも高いため、明るい画像として表示される。

しかし、図１３に示すように、チップ電極２および再配線４が形成された箇所の封止層７はメサ状に***しており、その端部はテーパ状となっている。また、バンプ６の表面は球面形状となっている。

この場合、反射光は例えば、図１３に矢印２０７で示すような、撮像方向と交差する方向に反射するので、図７に示すカメラ２０２には反射光は集まらない。このため、バンプ６の頂点部以外、および再配線４の輪郭部であって、封止層７がテーパ状に形成された箇所は暗い画像として表示される。

ところで、図１１に示す異物５のような欠陥箇所の表面は、通常凹凸を有する複雑な表面構造をしている。このため、図７に示す同軸落射照明２０４を点灯して撮像しても、異物５からの反射光が図７に示すカメラ２０２に集まり難く、異物５は暗い画像として表示される。

一方、図７に示す拡散照明２０５からＷＰＰ１００に照射される光は図１４に示す矢印２０８の方向、すなわち、撮像方向に交差する方向に照射される。この場合、封止層７がメサ状に***し、端部がテーパ上となっているチップ電極２および再配線４が形成された箇所や、表面が球面上となっているバンプ６が形成された箇所では、反射光が図１４に示す矢印２０９の方向、すなわち、撮像方向に沿った方向に反射し易い。

このため、図７に示すカメラ２０２に多くの反射光が集められ、チップ電極２、バンプ６および再配線４が形成された箇所を撮像した画像は、明るい画像として表示される。

反対に、封止層７の面７ａが平坦な箇所、ずなわち、バンプ６の球面の頂点部や、再配線４の中央部、または、バンプ６や再配線４が形成されていない箇所は撮像方向に沿った方向に反射し難い。

このため図７に示すカメラ２０２に反射光が集まり難く、撮像した画像では暗く表示される。

また、図１２に示す異物５のような欠陥箇所の表面は、上記の通り、通常凹凸を有する複雑な表面構造をしている。このため、図７に示す拡散照明２０５を点灯して撮像しても、異物５からの反射光が図７に示すカメラ２０２に集まり難く、異物５は暗い画像として表示される。

（ｇ２）次に、撮像された画像と、検査前に予め撮像したティーチング画像とをパターンマッチングすることにより異物付着など欠陥の有無を判定する。この判定には、欠陥として認識すべき形状、寸法、などの閾値を予め入力されたコンピュータなどの判定手段を用いることができる。

図１５は本実施の形態１の判定手段の構成を模式的に示す平面図である。図１５の左端上段は図８に示した拡大平面図と同じ良品のＷＰＰを撮像したティーチング画像、左端下段は図１１に示した拡大平面図と同じ欠陥品のＷＰＰを撮像した検査画像、中央の図はティーチング画像と検査画像の差画像を示す平面図、右端は判定を示す図である。

図１５において、ＷＰＰを撮像した検査画像は、予め良品のＷＰＰ１００を撮像したティーチング画像とパターンマッチングされる。パターンマッチングの方法は検査画像とティーチング画像の差画像を表示して行う。

差画像に何らかの暗い箇所が表示されている場合、その暗い箇所の形状、寸法などのデータが予め設定された閾値を超えるものであれば、欠陥として判定される。

既述の通り、ＷＰＰ１００に異物などの欠陥箇所が有る場合、図７に示す同軸落射照明２０４を点灯して撮像した場合でも、拡散照明２０５を点灯して撮像した場合でも暗く表示される。

このため、同軸落射照明２０４を点灯して撮像した場合、欠陥箇所が、チップ電極２、バンプ６または再配線４が形成されていない場所と重なる場合、図１５に示すように、差画像に欠陥の画像が、鮮明に表示されるため容易に欠陥箇所を検出することができる。

しかし、欠陥箇所がチップ電極２、バンプ６または再配線４が形成された箇所と重なる場合、欠陥箇所も背景も同様に暗く表示されるので、図１５に示すような差画像での欠陥箇所の検出が困難である。

一方、拡散照明２０５を点灯して撮像した場合は、欠陥箇所がチップ電極２、バンプ６または再配線４が形成された箇所と重なる場合、差画像に鮮明に表示されるため、容易に欠陥箇所を検出することができる。

しかし、欠陥箇所が、チップ電極２、バンプ６または再配線４が形成されていない場所と重なる場合、欠陥箇所が差画像に表示されない可能性があり、検出が困難である。

本実施の形態１の検査工程では、同軸落射照明２０４と拡散照明２０５とを順次切り替えながら点灯して複数回撮像を行う。すなわち、同軸落射方向に照射される光と、同軸落射方向に対して交差する方向に照射される光とを順次切り替えながら複数回撮像する。このため、欠陥の箇所によらず、全ての欠陥を検出することが可能となるので、ＷＰＰ１００の信頼性を向上させることが可能となる。

欠陥の大きさが、チップ電極２、バンプ６または再配線４が形成された領域から、これらが形成されていない領域に跨るような大きい寸法であれば、同軸落射照明２０４でも拡散照明２０５でも検出することができる可能性はある。

しかし、本実施の形態１の検査工程は、チップ電極２、バンプ６または再配線４の大きさよりも小さい寸法の欠陥であっても検出することができる。既に説明した通り、ＷＰＰはバンプ６の直径も、配置ピッチも一般的なＢＧＡ型のＣＳＰと比較して小さい。また、再配線４が密集して配置されるような再配線パターンもある。

したがって、本実施の形態１の検査工程は、ＷＰＰの検査工程に適用することで、特に有効な欠陥検査を行うことが可能となる。

また、本実施の形態１の検査工程では、撮像した画像を用いて欠陥の有無を判定するので、例えば、コンピュータなどの欠陥判定手段に、欠陥として認識すべき形状、寸法などの閾値を予め入力しておくことにより、主面１ａの欠陥検査を自動化することができる。

このため、実体顕微鏡を用いた外観検査を行う場合と比較して、ＷＰＰ１００の外観上の欠陥を短時間で確実に検出することが可能となるので、ＷＰＰ１００の製造工程を効率化することができる。

（実施の形態２）
前記実施の形態１では、ＷＰＰの製造工程における外観検査工程のうち、バンプが形成された面の外観検査について説明した。本実施の形態２では、ＷＰＰの外観検査工程のうち、識別マークが形成された面の外観検査工程について説明する。

なお、本実施の形態２のＷＰＰは前記実施の形態１のＷＰＰと同様の構造である。図１６は本実施の形態２のＷＰＰの識別マークが形成された状態を示す平面図である。すなわち、図１６に示す平面図は図１に示すＷＰＰの面の反対に位置する面の平面図であり、図２および図３に示す主面１ｂを示す平面図である。

図１６において、チップ１の主面１ｂ（図２参照）には、識別マーク９が形成されている。識別マーク９はチップ１の主面１ｂに溝状に形成されている。この溝状の識別マーク９はレーザによって形成されている。

また、主面１ｂは研磨（バックグラインドとも呼ぶ）されている。研磨後の主面１ｂには研磨痕があり、主面１ｂ表面粗さは、前記溝状の識別マーク９における溝部の底面の表面粗さと近似している。ここで、表面粗さが近似しているとは、主面１ｂの外観検査工程において、欠陥を検出可能な程度に近似していれば良く、完全に表面粗さが同一である必要はない。

このように、識別マーク９の溝部の底面の表面粗さと主面１ｂの表面粗さを近似させることにより、主面１ｂの外観検査工程において、欠陥の検出信頼性を向上させることが可能となる。また、欠陥検出に要する時間を短縮することが可能となる。表面粗さが近似していることにより検出信頼性を向上させることができる理由は後述する。

次に、本実施の形態２のＷＰＰ１００の製造方法について説明する。本実施の形態２のＷＰＰ１００の製造方法は、前記実施の形態１で説明したＷＰＰ１の製造方法と（ａ）工程から（ｆ）工程まで同一の工程で製造されるので、説明は省略する。

また、（ｇ）工程についてもウエハ１１を例えばダイシングブレードなどにより個片化する工程、および（ｇ１）、（ｇ２）工程は前記実施の形態１と同様である。

（ｇ３）本実施の形態２のＷＰＰの製造工程では、前記（ｇ２）工程の後、ＷＰＰ１００の識別マーク９が形成された面、すなわち図２に示す主面１ｂを撮像する。この撮像工程では、図６に示したマーク面検査手段８００を用いるが、図７に示すバンプ面検査手段６００と同様の構造のものを使用することができるので図７を用いて説明する。

まず、ＷＰＰ１００を図７に示すマーク面検査手段８００に図２に示す主面１ｂがカメラ２０２の方向を向くように戴置する。次に、図７に示す同軸落射照明２０４を点灯しながらカメラ２０２で撮像する。

ここで、図７に示す同軸落射照明２０４を点灯しながらカメラ２０２で撮像した時の照射光および反射光の方向について説明する。

図１７は図２に示す主面１ｂの表面粗さの状態と照射光および反射光の方向を示す断面図、図１８は図１７に示す研磨痕の一部を拡大して示す拡大断面図、図１９は図１６に示す識別マーク９の溝の構造を示す断面図である。

図１７において、主面１ｂには微細な溝部２１が形成されている。この溝部２１は主面１ｂを研磨する工程で、研磨材により削られた傷状の痕である。主面１ｂにはこの溝部２１が複数形成されている。

図７に示す同軸落射照明２０４を点灯すると、図１７に示す照射光２２Ａや照射光２２Ｂが主面１ｂに照射される。溝部２１が形成されていない平坦な箇所に照射される照射光２２Ａはほぼ全量が照射光２２Ａと反対方向である反射光２３Ａの方向に反射される。

一方、溝部２１に照射される照射される照射光２２Ｂは溝部２１の斜面に照射され、一部が照射光２２Ｂと反対方向である反射光２３Ｂの方向に反射される。

ここで、溝部２１に照射された照射光２２Ｂの一部が反射光２３Ｂの方向に反射するのは、照射光２２Ｂの一部は、例えば図１８に示す矢印２４の経路のように、溝部２１の斜面で複数回反射されるためである。

次に、図１９において、識別マーク９の底面にも溝部２５が複数形成されている。溝部２５も主面１ｂを研磨する工程で研磨材により削られた傷状の研磨痕である。本実施の形態２では、主面１ｂを研磨した痕にレーザで識別マーク９を形成する。そして、識別マーク９の溝部の深さは、溝部２１の溝深さよりも浅く形成される。このため、識別マーク９の底部にも溝部２５が形成されている。

主面１ｂに研磨を行わない状態で、レーザを用いて識別マーク９を形成する場合、主面１ｂの表面が半導体酸化膜となっているため、識別マーク９の底面の表面粗さは、主面１ｂの表面粗さよりも複雑な凹凸が形成された状態となる。

しかし、本実施の形態２では、主面１ｂの研磨を行っているため、表面に酸化膜層が形成されておらず、識別マーク９をレーザで形成しても、図９に示すように主面１ｂの表面粗さと近似した表面粗さとなる。

このため、図７に示す同軸落射照明２０４を点灯すると、図１９に示すように識別マーク９に照射光２２Ａおよび照射光２２Ｂが照射され、識別マーク９の底面の平坦な部分では照射光２２Ａのほぼ全量が反射光２３Ａの方向に反射し、溝部２５に照射される照射光２２Ｂの一部は反射光２３Ｂの方向に反射する。

上記した現象をマクロ的な視点でみるとＷＰＰ１００に同軸落射照明２０４からの光を照射した場合、主面１ｂに照射された照射光も、識別マーク９に照射された照射光も同程度の反射光としてカメラ２０２に集まることとなる。

このため、ＷＰＰ１００に欠陥箇所が存在しない場合、カメラ２０２で撮像した画像は、識別マーク９が表示されていない状態となる。すなわち、主面１ｂの表面粗さと、溝状の識別マーク９における溝部の底面の表面粗さと近似させ、かつ、これを同軸落射方向に照射される光を照射しながら撮像することにより、欠陥の自動検出の妨げとなる識別マーク９を消去した画像を得ることができる。

（ｇ４）次に、撮像された画像の濃淡によって欠陥の有無を判定する。この判定にも、前記（ｇ２）工程同様、欠陥として認識すべき形状、画像の濃さ（明るさ）、などの閾値を予め入力されたコンピュータなどの判定手段を用いることができる。

このように判定手段としてコンピュータを用いることにより、主面１ｂの外観検査工程を自動化することができるので、ＷＰＰ１００の製造工程を効率化することができる。

ところで、マーク面検査工程においては、前記実施したようなパターンマッチングによる判定を行う必要はない。すなわち、図１５で説明したティーチング画像と検査画像の差画像を表示しなくとも、検査画像の状態で識別マークを消去して表示することが可能となる。

図２０はＷＰＰ１００の識別マーク９が形成された面に異物が付着していた時の画像を示す平面図、図２１はＷＰＰ１００の識別マーク９が形成された面にチッピング（欠け）が発生していた時の画像を示す平面図、図２２はＷＰＰ１００の識別マーク９が形成された面にクラック（亀裂）が発生していた時の画像を示す平面図である。

本実施の形態２の方法によれば、識別マーク９を消去した画像として撮像することができるので、図２に示す主面１ｂ側に、欠陥があった場合、欠陥箇所のみが暗い画像として表示することが可能となる。

例えば、図２０に示すように異物１３が付着している場合、異物１３のみが暗い画像として表示される。また、チッピング１４が発生している場合も、図２１に示すように欠陥箇所のみが暗い画像で表示される。

また、クラック（亀裂）１５が発生している場合、図２２に示すようにクラック１５を境に、画像の明暗が異なる画像となる。

このように、本実施の形態２のマーク面検査手段によれば、識別マーク９を消去した状態で欠陥箇所のみが暗く表示された画像を得ることができるので、欠陥箇所の検出を容易に行うことができる。よって、検査工程を自動化した場合あっても欠陥箇所の見落としを防止することができるので、半導体集積回路装置の信頼性を向上させることが可能となる。

（実施の形態３）
前記実施の形態１では、（ｇ）工程で、同軸落射方向に光を照射しながら撮像する工程と、撮像方向と交差する方向に光を照射しながら撮像する工程とを順次切り替えながら行う方法について説明した。本実施の形態３では、これらを同時に照射しながら撮像する方法について説明する。

本実施の形態３のＷＰＰ１００は前記実施の形態１および前記実施の形態２で説明したＷＰＰ１００と同一であるので説明は省略する。また、ＷＰＰ１００の製造方法についても、前記実施の形態１で説明したＷＰＰ１００の（ａ）工程から（ｆ）工程までは同様であるのでこれも説明は省略する。

本実施の形態３では、前記実施の形態１で説明した（ｇ１）工程において、同軸落射方向に照射される光と、前記同軸落射方向に対して交差する方向に照射される光とを順次切り替えながら撮像するよりも前に、前記同軸落射方向に照射される光と前記同軸落射方向に交差する方向に照射される光を同時に照射しながら撮像する点が相違する。

すなわち、図７に示すバンプ面検査手段６００の同軸落射照明２０４と拡散照明２０５とを同時に点灯しながらカメラ２０２による撮像を行う工程を追加し、この撮像により得られた画像も欠陥の有無を判定する試料とする。

図２３は良品のＷＰＰ１００のバンプ６が形成された面に同軸落射照明および拡散照明を同時に点灯させた状態で撮像した画像を示す拡大平面図、図２４は異物などの欠陥が２箇所付着したＷＰＰ１００のバンプ６が形成された面に同軸落射照明および拡散照明を同時に点灯させた状態で撮像した画像を示す拡大平面図である。

図７に示すバンプ面検査手段６００の同軸落射照明２０４と拡散照明２０５とを同時に点灯しながらＷＰＰ１００の主面１ａを撮像して得られる画像は、図２３に示すように、再配線４およびバンプ６の各輪郭が暗く表示された画像となる。

これは、図８に示す同軸落射照明を点灯した画像の濃淡と、図９に示す拡散照明を点灯した画像の濃淡が打ち消し合った状態の画像となるためである。

このため、図１１や図１２に示すいずれか一方の照明を点灯しながら撮像した画像と図２４に示す画像を比較すると、図２４に示す画像では、異物５などの欠陥箇所の位置によらず、容易に欠陥検出することが可能となる。

ただし、欠陥の形状や透明度によっては、欠陥を撮像した画像が明るい画像として表示される場合があり、この場合、同時に点灯した画像では欠陥を見落とす可能性がある。

同軸落射照明と拡散照明を同時に点灯しながら撮像した画像で、ＷＰＰ１００に欠陥箇所が存在することが判明した場合、その時点で、このＷＰＰ１００は欠陥品として排除することができる。このため、外観検査に要する時間を短縮することが可能となるので、ＷＰＰ１００の製造工程を効率化することが可能となる。

また、前記実施の形態１で説明した同軸落射照明と拡散照明を順次切り替えながら撮像する検査に加えて、さらに確実に欠陥箇所を検出することが可能となるので、ＷＰＰ１００の信頼性を向上させることが可能となる。

本実施の形態３の変形例として、同軸落射照明と、拡散照明を同時に点灯させた状態で撮像する検査のみをバンプ面検査手段として行うこともできる。

この場合、前記したように、異物などの欠陥箇所が明るく表示される場合、見落とす可能性がある。しかし、ＷＰＰの用途によっては、このような異物を欠陥として排除する必要がない場合もある。

また、この変形例によれば、バンプ面検査手段を大幅に簡略化することが可能となるので、ＷＰＰ１００の製造工程を効率化することが可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を発明に実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本発明は、半導体集積回路装置の外観検査、特にウエハ段階で、バンプ面側に再配線層を形成する半導体集積回路装置であるＷＰＰの外観検査工程に適用できる。

本発明の実施の形態１の半導体集積回路装置のバンプが形成された面を示す平面図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿った拡大断面図である。 図１に示すＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。 本発明の実施の形態１の半導体チップ領域に区画されたウエハの平面図である。 図４に示す半導体ウエハの断面図である。 本発明の実施の形態１のＷＰＰの外観検査装置の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１の半導体集積回路装置のバンプ面検査装置の断面図である。 本発明の実施の形態１の良品の半導体集積回路装置に同軸落射方向に光を照射しながら撮像した画像を示す拡大平面図である。 本発明の実施の形態１の良品の半導体集積回路装置に撮像方向と交差する方向に光を照射しながら撮像した画像を示す拡大平面図である。 図８および図９に示すバンプおよび再配線の画像を拡大した状態を示す平面図である。 図８の半導体集積回路装置に異物が２箇所付着した状態の画像を示す拡大平面図である。 図９の半導体集積回路装置に異物が２箇所付着した状態の画像を示す拡大平面図である。 本発明の実施の形態１の半導体集積回路装置に同軸落射方向に光を照射した時の光の方向を模式的に示した断面図である。 本発明の実施の形態１の半導体集積回路装置に撮像方向と交差する方向に光を照射した時の光の方向を模式的に示した断面図である。 本発明の実施の形態１の判定手段の構成を模式的に示す平面図である。 本発明の実施の形態２の半導体集積回路装置の識別マークが形成された面を示す平面図である。 図２に示す半導体集積回路装置の第２主面（識別マークが形成された面）の表面粗さの状態と照射光および反射光の方向を示す断面図である。 図１７に示す研磨痕の一部を拡大して示す拡大断面図である。 図１６に示す識別マークの溝部の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態２の半導体集積回路装置の識別マークが形成された面に異物が付着していた場合の撮像画像を示す平面図である。 本発明の実施の形態２の半導体集積回路装置の識別マークが形成された面にチッピングが発生していた場合の撮像画像を示す平面図である。 本発明の実施の形態２の半導体集積回路装置の識別マークが形成された面にクラックが発生していた場合の撮像画像を示す平面図である。 本発明の実施の形態３の良品の半導体集積回路装置に同軸落射方向、および撮像方向と交差する方向に同時に光を照射しながら撮像した画像を示す平面図である。 図２３の半導体集積回路装置に異物が２箇所付着した状態の画像を示す拡大平面図である。

符号の説明

１ 半導体チップ
１ａ 主面（第１主面）
１ｂ 主面（第２主面）
２ チップ電極（第１電極）
３ パッシベーション膜
４ 再配線
５ 異物
６ バンプ
７ 封止層
７ａ、７ｂ 面
８ 接着剤（接着剤層）
９ 識別マーク
１１ 半導体ウエハ
１２ ダイシングライン
１３ 異物
１４ チッピング
１５ クラック
２１ 溝部
２２Ａ、２２Ｂ 照射光
２３Ａ、２３Ｂ 反射光
２４ 矢印
２５ 溝部
１００ ＷＰＰ（半導体集積回路装置）
２００ 外観検査装置
３００ パッケージローダ
４００ パッケージ反転手段
５００ 寸法検査手段
６００ バンプ面検査手段
７００ パッケージ反転手段
８００ マーク面検査手段
９００ パッケージアンローダ
２０１ ステージ
２０２ カメラ（撮像手段）
２０３ レンズ
２０４ 同軸落射照明
２０５ 拡散照明
２０６、２０７、２０８、２０９ 矢印

Claims (5)

1. （ａ）厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有する半導体ウエハを用意する工程、
   （ｂ）前記半導体ウエハの区画された複数のチップ領域の各々に半導体集積回路を形成する工程、
   （ｃ）前記複数のチップ領域の各々に、前記半導体集積回路に電気的に接続される複数の第１電極を形成する工程、
   （ｄ）前記第１主面の複数のチップ領域の各々に前記複数の第１電極に電気的に接続される複数の再配線パターンを形成する工程、
   （ｅ）前記複数の再配線パターンを絶縁性材料で被覆した封止層を形成し、前記封止層の前記第１主面と対向する面と反対側に位置する面に、前記複数の再配線パターンと電気的に接続された複数のバンプを形成する工程、
   （ｆ）前記第２主面に識別マークを形成する工程、
   （ｇ）前記半導体ウエハを個片化し、パッケージとした後、前記個片化されたパッケージの外観を検査する工程とを有し、
   前記パッケージの外観を検査する工程では、
   （ｇ１）前記封止層のバンプが形成された面に対して光を照射しながら撮像手段により撮像する工程と、
   （ｇ２）前記撮像された画像を検査前に予め撮像した良品のティーチング画像とパターンマッチングによって比較することにより、欠陥の有無を判定する工程を有し、
   前記（ｇ１）工程では、前記撮像手段が撮像する方向に沿った、同軸落射方向に照射される光と、前記同軸落射方向に対して交差する方向に照射される光とを順次切り替えながら複数回撮像することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
   前記識別マークはレーザで加工した溝状の識別マークであり、
   前記（ｆ）工程では、
   前記第２主面を研磨する工程を有し、
   前記（ｇ）工程では、前記（ｇ１）工程および前記（ｇ２）工程に加えて、
   （ｇ３）前記第２主面に対して光を照射しながら撮像手段により撮像する工程と、
   （ｇ４）前記撮像された画像の濃淡によって、欠陥の有無を判定する工程を有し、
   前記（ｇ３）工程では、前記撮像手段が撮像する方向に沿った、同軸落射方向に照射される光を照射しながら撮像し、
   前記（ｇ４）工程では、前記撮像された画像に前記識別マークが表示されない状態で欠陥の有無を判定することを特徴とする導体集積回路装置の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体集積回路装置において、
   前記（ｇ１）工程では、前記撮像手段が撮像する方向に沿った、同軸落射方向に照射される光と、前記同軸落射方向に対して交差する方向に照射される光とを順次切り替えながら撮像するよりも前に、前記同軸落射方向に照射される光と前記同軸落射方向に対して交差する方向に照射される光とを同時に照射しながら撮像することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
4. （ａ）厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有する半導体ウエハを用意する工程、
   （ｂ）前記半導体ウエハの区画された複数のチップ領域の各々に半導体集積回路を形成する工程、
   （ｃ）前記複数のチップ領域の各々に、前記半導体集積回路に電気的に接続される複数の第１電極を形成する工程、
   （ｄ）前記第１主面の複数のチップ領域の各々に前記複数の第１電極に電気的に接続される複数の再配線パターンを形成する工程、
   （ｅ）前記複数の再配線パターンを絶縁性材料で被覆した封止層を形成し、前記封止層の前記第１主面と対向する面と反対側に位置する面に、前記複数の再配線パターンと電気的に接続された複数のバンプを形成する工程、
   （ｆ）前記第２主面を研磨し、前記第２主面にレーザで加工した溝状の識別マークを形成する工程、
   （ｇ）前記半導体ウエハを個片化し、半導体集積回路パッケージとした後、前記半導体集積回路パッケージの外観を検査する工程とを有し、
   前記半導体集積回路パッケージの外観を検査する工程では、
   （ｇ３）前記第２主面に対して光を照射しながら撮像手段により撮像する工程と、
   （ｇ４）前記撮像された画像の濃淡によって、欠陥の有無を判定する工程を有し、
   前記（ｇ３）工程では、前記撮像手段が撮像する方向に沿った、同軸落射方向に照射される光を照射しながら撮像し、
   前記（ｇ４）工程では、前記撮像された画像に前記識別マークが表示されない状態で欠陥の有無を判定することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
5. （ａ）厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有する半導体ウエハを用意する工程、
   （ｂ）前記半導体ウエハの区画された複数のチップ領域の各々に半導体集積回路を形成する工程、
   （ｃ）前記複数のチップ領域の各々に、前記半導体集積回路に電気的に接続される複数の第１電極を形成する工程、
   （ｄ）前記第１主面の複数のチップ領域の各々に前記複数の第１電極に電気的に接続される複数の再配線パターンを形成する工程、
   （ｅ）前記複数の再配線パターンを絶縁性材料で被覆した封止層を形成し、前記封止層の前記第１主面と対向する面と反対側に位置する面に、前記複数の再配線パターンと電気的に接続された複数のバンプを形成する工程、
   （ｆ）前記第２主面に識別マークを形成する工程、
   （ｇ）前記半導体ウエハを個片化し、パッケージとした後、前記個片化されたパッケージの外観を検査する工程とを有し、
   前記パッケージの外観を検査する工程では、
   （ｇ１）前記封止層のバンプが形成された面に対して光を照射しながら撮像手段により撮像する工程と、
   （ｇ２）前記撮像された画像を検査前に予め撮像した良品のティーチング画像とパターンマッチングによって比較することにより、欠陥の有無を判定する工程を有し、
   前記（ｇ１）工程では、前記撮像手段が撮像する方向に沿った、同軸落射方向に照射される光と、前記同軸落射方向に対して交差する方向に照射される光とを同時に照射しながら複数回撮像することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。