JP2016021514A

JP2016021514A - 半導体チップ姿勢検出装置及び半導体チップ姿勢検出方法

Info

Publication number: JP2016021514A
Application number: JP2014144970A
Authority: JP
Inventors: 光藤　淳; Atsushi Koto; 淳光藤
Original assignee: Canon Machinery Inc
Current assignee: Canon Machinery Inc
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2016-02-04

Abstract

【課題】２次元検査に加えて、基板にマウントされた半導体チップの高さ方向の傾きを簡単な方法で検出することができる半導体チップ姿勢検出装置及び半導体チップ姿勢検出方法を提供する。【解決手段】基板７に対する半導体チップ６の高さ方向の傾きを検出する半導体チップ姿勢検出装置である。半導体チップに、平行光を斜め上方から照射する第１照明手段１と、半導体チップ６に、第１照明手段１より照射される平行光と平面視において直交する方向の平行光を斜め上方から照射する第２照明手段２と、半導体チップ６を上方より二次元的に撮影する撮影手段３と、撮影手段３により取得した画像１０に基づいて、第１の影８の半導体チップ側の端部１１から反半導体チップ側の端部１２までの長さと、第２の影９の半導体チップ側の端部１３から反半導体チップ側の端部１４までの長さとから、半導体チップ６の基板７に対する高さ方向の傾きを検出する検出手段４とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、基板にマウントされた半導体チップの高さ方向の傾きを検出する半導体チップ姿勢検出装置及び半導体チップ姿勢検出方法に関するものである。

半導体チップ（以下、単にチップという）が基板にボンディングされると、不良品流出を阻止するため、通常ＤＢＩ（ＤｉｅＢｏｎｄｉｎｇＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）と称する検査が行われる（特許文献１）。この検査内容としては、チップの２次元姿勢、接合材の量（はみ出し検査）、及び異物（ペースト飛び検査）の有無を検出するものである。これらの検査は、ボンディング動作の度に実施される。

Ｚθ方向（高さ、傾き）の姿勢の検出は、例えばレーザ変位計や共焦点レーザ変位計などの走査計測機構を実装し、計測ヘッドをモータ駆動にて走査させるか、抜き取りによるオフライン計測にて行っている。

特開２０１１−１１９３２３号公報

多数のチップを一基板にマウントする場合、歩留まり向上の観点からボンディングの度に２次元及び３次元検査を行うことが重要となる。しかしながら、前記した方法で２次元及び３次元検査を行うと時間と手間がかかる。また、表面形状計測機構などを使用しようとすると、装置が大掛かりなものとなってコストがかかる。このように、不良品流出を阻止するためには時間や手間がかかったり、コストがかかるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みて、２次元検査に加えて、基板にマウントされた半導体チップの高さ方向の傾きを簡単な方法で検出することができる半導体チップ姿勢検出装置及び半導体チップ姿勢検出方法を提供する。

本発明の半導体チップ姿勢検出装置は、上面が平坦な平面視矩形状をなす半導体チップが基板上にマウントされた状態で、基板に対する半導体チップの高さ方向の傾きを検出する半導体チップ姿勢検出装置であって、半導体チップに、平行光を斜め上方から照射する第１照明手段と、半導体チップに、前記第１照明手段より照射される平行光と平面視において直交する方向の平行光を斜め上方から照射する第２照明手段と、半導体チップを上方より二次元的に撮影して、前記第１照明手段から照射された平行光が、半導体チップによって遮られることにより基板上に形成された第１の影と、前記第２照明手段から照射された平行光が、半導体チップによって遮られることにより基板上に形成された第２の影とを含む画像を取得する撮影手段と、前記撮影手段により取得した画像に基づいて、前記第１の影の半導体チップ側の端部から反半導体チップ側の端部までの長さと、前記第２の影の半導体チップ側の端部から反半導体チップ側の端部までの長さとから、半導体チップの前記基板に対する高さ方向の傾きを検出する検出手段とを備えたものである。ここで、反半導体チップ側とは、半導体チップとは反対側を意味する。

本発明の半導体チップ姿勢検出装置によれば、第１照明手段を備えていることから、半導体チップによって遮られて基板上に第１の影が形成される。また、第２照明手段を備えていることから、半導体チップによって遮られて基板上に第２の影が形成される。これにより、第１（第２）の影の半導体チップ側の端部から反半導体チップ側の端部までの長さから、基板に対する半導体チップの高さ方向の傾きを検出することができる。しかも、撮影手段により半導体チップの２次元検査（チップの２次元姿勢、はみ出し検査、及びペースト飛び検査）を同時に行うことができる。

前記構成において、前記照明手段は、コリメート光学系とすることができる。これにより、照明手段から照射された平行光は、長距離を伝播しても拡がったり収束したりすることなく安定して平行状態を維持することができる。

前記照明手段から照射される平行光は、半導体チップの上面に対して４５度以下で照射するのが好ましい。影の長さは長くなるほど高精度となるため、４５度以下とすることにより、チップ姿勢検出精度の信頼性が高くなる。

前記半導体チップ姿勢検出装置は、ダイボンダに使用することができる。

本発明の半導体チップ姿勢検出方法は、上面が平坦な平面視矩形状をなす半導体チップが基板上にマウントされた状態で、基板に対する半導体チップの高さ方向の傾きを検出する半導体チップ姿勢検出方法であって、半導体チップに、平面視において平行光を斜め上方から照射し、さらに、この平行光と直交する方向の平行光を斜め上方から照射して、半導体チップを上方より二次元的に撮影して、照射された平行光が、半導体チップによって遮られることにより基板上に形成された第１の影と、前記平行光と直交する平行光が、半導体チップによって遮られることにより基板上に形成された第２の影とを含む画像を取得し、取得した画像に基づいて、前記第１の影の半導体チップ側の端部から反半導体チップ側の端部までの長さと、前記第２の影の半導体チップ側の端部から反半導体チップ側の端部までの長さとから、半導体チップの前記基板に対する高さ方向の傾きを検出するものである。

本発明の半導体チップ姿勢検出方法によれば、半導体チップによって遮られて基板上に第１の影及び第２の影が形成される。これにより、第１（第２）の影の半導体チップ側の端部から反半導体チップ側の端部までの長さから、半導体チップの上面の高さを計測することができ、基板に対する半導体チップの高さ方向の傾きを検出することができる。しかも、半導体チップを上方より二次元的に撮影することにより半導体チップの２次元検査（チップの２次元姿勢、はみ出し検査、及びペースト飛び検査）を同時に行うことができる。

本発明の半導体チップ姿勢検出装置及び半導体チップ姿勢検出方法では、半導体チップを撮影するだけで、２次元検査、及び基板にマウントされた半導体チップの高さ方向の傾きを簡単な方法で検出することができる。これにより、ボンディング後の検査に時間や手間、及びコストをかけることなく不良品流出を阻止することができる。

本発明の半導体チップ姿勢検出装置の簡略正面図である。基板に対してチップが水平な状態を示す拡大正面図である。本発明の半導体チップ姿勢検出装置を構成する第１照明手段と第２照明手段との位置関係を示す平面図である。本発明の半導体チップ姿勢検出装置を構成する撮像手段により、基板に対してチップが水平なときに撮影したチップ及び影の画像である。本発明の半導体チップ姿勢検出装置を構成する撮像手段により、基板に対してチップが傾いたときに撮影したチップ及び影の画像である。基板に対してチップが傾いた状態を示す拡大正面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。

図１に本発明の実施形態にかかる半導体チップ姿勢検出装置を示す。本実施形態の半導体チップ姿勢検出装置は、はんだ等の接合材料を介して半導体チップ（以下、単にチップという）等を基板等にボンディングするダイボンダに使用されるものである。本実施形態の半導体チップ姿勢検出装置は、上面が平坦な平面視矩形状をなす厚み一定の半導体チップ６がリードフレーム等の基板７上にマウントされた状態で、基板７に対する半導体チップ６の高さ方向（図１のＺ方向）の傾きを検出するものである。ここで「矩形状」とは、ほぼ矩形をなす状態を意味し、厳密に矩形をなすものだけではなく、例えばコーナー部が面取りされているもの等も含み、全体的にみて矩形をなすものを含む。半導体チップ姿勢検出装置は、図１に示すように、第１照明手段１と、第２照明手段２と、撮影手段３と、検出手段４と、ステージ５とを備えている。

第１照明手段１及び第２照明手段２はステージ５の上方に固定され、図２に示すように第１照明手段１（第２照明手段２）から照射される平行光は、接合材料２１を介して基板７に接着されたチップ６に対して斜め上方から照射される。第１照明手段１及び第２照明手段２はコリメートレンズ２０を備えており、照明手段１、２から照射された平行光は、長距離を伝播しても拡がったり収束したりすることなく平行状態を維持することができる。本実施形態では、基板７に対する平行光の傾斜角度θは３０度としている。

第１照明手段１と第２照明手段２とは、図３に示すように、第１照明手段１から照射される平行光と、第２照明手段２から照射される平行光とは平面視において直交するように配置されている。第１照明手段１から平行光が照射されると、チップ６の一の辺（側面）６ａによって平行光が遮られることにより、基板上に第１の影８（図４参照）が形成される。また、第２照明手段２から平行光が照射されると、一の辺６ａと直交する辺（側面）６ｂによって平行光が遮られることにより、基板上に第２の影９（図４参照）が形成される。このように、基板上には２つの影８、９が形成されることになる。

撮影手段３はステージ５の上方に設置されており、例えばＣＣＤカメラにて構成されるモノクロカメラである。撮影手段３は、チップ６を上方より二次元的に撮影して、チップ６、第１の影８及び第２の影９を含む画像１０（図４参照）を取得するものである。本実施形態では、チップ６の領域は銀色、影８、９の領域は黒色と色分けされる。画像１０からチップ６の状態を確認することにより、チップの２次元姿勢、はみ出し検査、及びペースト飛び検査を行うことができる。撮影手段３は、図示省略のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、画像メモリ、各種インターフェース等を備えたコンピュータ（図示省略）に電気的に接続されており、このコンピュータは検出手段４を備える。

検出手段４は、撮影手段３により取得した画像１０に基づいて、影８、９の領域を認識し、第１の影８のチップ側の端部１１（つまり、第１照明手段１からの平行光を遮るチップ６の辺６ａ）から反半導体チップ側（半導体チップとは反対側）の端部１２までの長さＬ１と、第２の影９のチップ側の端部１３（つまり、第２照明手段２からの平行光を遮るチップ６の辺６ｂ）から反半導体チップ側の端部１４までの長さＬ２とから、チップ６の基板７に対する高さ方向（Ｚ方向）の傾きを検出するものである。

すなわち、図４に示すように、第１の影８において、チップ側の端部１１から反半導体チップ側の端部１２までの長さＬ１が一定である場合、辺６ａは基板７に対して平行である（つまり、ｙ方向において高さが一定である）。また、第２の影９において、チップ側の端部１３から反半導体チップ側の端部１４までの長さＬ２が一定である場合、辺６ｂは基板７に対して平行である（つまり、ｘ方向において高さが一定である）。これにより、このチップ６は高さ方向に傾きがなく、図２に示すように基板７に対して水平に接着された状態であることがわかる。

一方、図５に示すように、第１の影８において、チップ側の端部１１から反半導体チップ側の端部１２までの長さＬ１が一定でない場合、辺６ａは基板７に対して平行ではない（つまり、ｙ方向において高さが一定ではない）。また、第２の影９において、チップ側の端部１３から反半導体チップ側の端部１４までの長さＬ２が一定でない場合、辺６ｂは基板７に対して平行ではない（つまり、ｘ方向において高さが一定ではない）。これにより、このチップ６は高さ方向に傾きがあり、図６に示すように基板７に対して傾いて接着された状態であることがわかる。

このように、本発明の半導体チップ姿勢検出装置では、影８、９のチップ側の端部から反半導体チップ側の端部までの長さＬ１、Ｌ２から、基板７に対するチップ６の高さ方向の傾きを検出することができる。しかも、撮影手段３にて得られた画像によりチップ６の２次元検査（チップの２次元姿勢、はみ出し検査、及びペースト飛び検査）を同時に行うことができる。これにより、ボンディング後の検査に時間や手間、及びコストをかけることなく不良品流出を阻止することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、照明手段１、２から照射される平行光は、チップ６の上面に対して３０度でなくてもよい。この場合、影の長さは長くなるほど高精度となるため、４５度以下とするとチップ姿勢検出精度の信頼性が高くなる。また、第１照明手段１から照射される平行光の角度と、第２照明手段２から照射される平行光の角度とは、同一でなくてもよい。

ところで、第１照明手段１から照射される平行光の角度（傾斜角度θ）及び第２照明手段２から照射される平行光の角度（傾斜角度θ）が既知であるので、影８，９の長さＬ１、Ｌ２を撮像手段３により取得した画像１０から検出(算出)し、この影８，９の長さＬ１、Ｌ２と平行光の傾斜角度θとで、三角関数の公式を用いて、半導体チップ６の高さや傾斜角度を算出することができる。このため、半導体チップ６の高さや傾斜角度θを算出することよって、半導体チップ６の高さ方向の姿勢を検出するようにしてもよい。

照明手段１、２は、半導体チップ６に対して斜め上方より平行光を入射させるものであるが、斜めからの照明では反射光がレンズに十分に入光せず、光量が不足することがある。この場合、例えば、同軸落射光照明等の別の照明手段を用いて、半導体チップ６に照射する照明の光軸とレンズの光軸を一致させて、別途撮像を行うことにより半導体チップ６の端部を見出してもよい。このようにすれば、半導体チップ６の端部を、より確実に見出すことができ、一層精度良く半導体チップ６の姿勢を検出することができる。

１第１照明手段
２第２照明手段
３撮像手段
４検出手段
６チップ
７基板
８第１の影
９第２の影
１０画像

Claims

上面が平坦な平面視矩形状をなす半導体チップが基板上にマウントされた状態で、基板に対する半導体チップの高さ方向の傾きを検出する半導体チップ姿勢検出装置であって、
半導体チップに、平行光を斜め上方から照射する第１照明手段と、
半導体チップに、前記第１照明手段より照射される平行光と平面視において直交する方向の平行光を斜め上方から照射する第２照明手段と、
半導体チップを上方より二次元的に撮影して、前記第１照明手段から照射された平行光が、半導体チップによって遮られることにより基板上に形成された第１の影と、前記第２照明手段から照射された平行光が、半導体チップによって遮られることにより基板上に形成された第２の影とを含む画像を取得する撮影手段と、
前記撮影手段により取得した画像に基づいて、前記第１の影の半導体チップ側の端部から反半導体チップ側の端部までの長さと、前記第２の影の半導体チップ側の端部から反半導体チップ側の端部までの長さとから、半導体チップの前記基板に対する高さ方向の傾きを検出する検出手段とを備えたことを特徴とする半導体チップ姿勢検出装置。
前記照明手段は、コリメート光学系であることを特徴とする請求項１の半導体チップ姿勢検出装置。
前記照明手段から照射される平行光は、半導体チップの上面に対して４５度以下で照射されることを特徴とする請求項１又は請求項２の半導体チップ姿勢検出装置。
ダイボンダに使用されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項の半導体チップ姿勢検出装置。
上面が平坦な平面視矩形状をなす半導体チップが基板上にマウントされた状態で、基板に対する半導体チップの高さ方向の傾きを検出する半導体チップ姿勢検出方法であって、
半導体チップに、平面視において平行光を斜め上方から照射し、さらに、この平行光と直交する方向の平行光を斜め上方から照射して、
半導体チップを上方より二次元的に撮影して、照射された平行光が、半導体チップによって遮られることにより基板上に形成された第１の影と、前記平行光と直交する平行光が、半導体チップによって遮られることにより基板上に形成された第２の影とを含む画像を取得し、
取得した画像に基づいて、前記第１の影の半導体チップ側の端部から反半導体チップ側の端部までの長さと、前記第２の影の半導体チップ側の端部から反半導体チップ側の端部までの長さとから、半導体チップの前記基板に対する高さ方向の傾きを検出することを特徴とする半導体チップ姿勢検出方法。