特開 2022-124261 微小ボールボンド部の接合良否検査方法及び検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022124261

(43)【公開日】2022-08-25

(54)【発明の名称】微小ボールボンド部の接合良否検査方法及び検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/72 20060101AFI20220818BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20220818BHJP

【ＦＩ】

G01N25/72 E

H01L21/60 301B

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021021923

(22)【出願日】2021-02-15

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-10-27

(71)【出願人】

【識別番号】520036134

【氏名又は名称】アイエルテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081558

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 晴男

(74)【代理人】

【識別番号】100154287

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 貴広

(72)【発明者】

【氏名】松本 順

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 尚子

(72)【発明者】

【氏名】熊田 哲也

【テーマコード（参考）】

2G040

5F044

【Ｆターム（参考）】

2G040AA05

2G040AB08

2G040BA18

2G040BA25

2G040CA02

2G040DA06

2G040DA15

2G040EA06

2G040EC04

2G040EC09

2G040HA05

2G040HA16

5F044AA01

5F044BB00

5F044JJ01

(57)【要約】

【課題】３０μｍ以下の微細径ワイヤの微小ボールボンド部の接合界面状態の良否検査を、非接触・非破壊にて、信頼性を以て瞬時に行うことができる微小ボールボンド部の接合良否検査方法及び検査装置を提供することを課題とする。
【解決手段】リードフレーム５１に担持されているチップ５２の各微小ボールボンド部５３の接合状態の良否を、周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて連続的に検査する方法であって、周期加熱レーザー照射を、ワイヤ５４の径中心であってボールボンド部５３の先端部から所定の高さの照射ポイントｇに対して行う。
【選択図】図１１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

リードフレームに担持されているチップの各微小ボールボンド部の接合状態の良否を、周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて連続的に検査する方法であって、
前記周期加熱レーザー照射を、ワイヤの径中心であって前記ボールボンド部の先端部から所定の高さの照射ポイントに対して行うことを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査方法。

【請求項2】

リードフレームに担持されているチップの各微小ボールボンド部の接合状態の良否を、周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて連続的に検査するための方法であって、
前記チップの全体画像を画像処理することにより実装位置誤差を補正した当該チップの前記各ボールボンド部の重心座標を計算し、
前記各ボールボンド部につきその重心座標の予め設定されている基準位置座標からのズレ量を計算して、そのズレ量よりＸ、Ｙ、Ｚ座標の補正値を計算し、
前記各ボールボンド部につきその補正値分移動させる処理を行うことにより、前記周期加熱レーザー照射を、ワイヤの径中心であって前記ボールボンド部の先端部から所定の高さの照射ポイントに対して行うことを可能にしたことを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査方法。

【請求項3】

リードフレームに担持されているチップの各微小ボールボンド部の接合状態の良否を、周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて連続的に検査するための方法であって、
位置決め多軸ステージのワーク受けテーブル上にセットされたリードフレームに担持された前記チップのうちの検査対象となるチップの画像処理により、当該チップのチップ基準位置からのズレ量を測定し、そのズレ量の補正を行うチップの位置補正ステップと、
前記チップの全体画像を画像処理することにより当該チップに含まれる前記各ボールボンド部の重心座標を計算し、前記各ボールボンド部につきその重心座標の予め設定されている基準位置座標からのズレ量を計算し、そのズレ量よりＸ、Ｙ、Ｚ座標の補正値を計算し、前記各ボールボンド部につきその補正値分移動させる照射ポイントの位置補正ステップと、
位置補正された前記照射ポイントを、前記周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて前記ボールボンド部の接合状態の良否を判定する接合良否判定ステップ
から成ることを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査方法。

【請求項4】

前記各ボールボンド部の重心座標の計算は、前記チップの全体を前記チップの直上から低倍率カメラで撮影して取得したチップ全体画像の画像処理により行なう、請求項３に記載の微小ボールボンド部の接合良否検査方法。

【請求項5】

前記Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の補正値の計算は、前記検査対象のボールボンド部の周辺を含む部位を高倍率カメラで撮影してボールボンド部周辺画像を取得し、その周辺画像について画像処理を行い、前記各ボールボンド部につき予め設定されている基準位置座標からボールボンド部を特定することにより行う、請求項３又は４に記載の微小ボールボンド部の接合良否検査方法。

【請求項6】

周期加熱レーザー光学系と放射赤外線量測定光学系を同軸で構成した同軸光学測定ヘッド、及び、三次元測定位置認識を目的とした画像処理光学ヘッドと、前記同軸光学測定ヘッド及び前記画像処理光学ヘッドを支持し、それらをＸ軸方向（横方向）に移動させる門型ステージ機構と、検査対象のチップ並びにそこに含まれる微小ボールボンド部を最適検査位置に移動させる位置決め多軸ステージとを備えて成る微小ボールボンド部の接合良否検査装置。

【請求項7】

前記門型ステージ機構は門型フレームの横梁に、Ｘ軸粗動ステージを組み込んだものである、請求項６に記載の微小ボールボンド部の接合良否検査装置。

【請求項8】

前記同軸光学測定ヘッド及び前記画像処理光学ヘッドは、支持ブラケットを介して正面視Ｖ字型になるように前記門型ステージに取り付けられ、前記支持ブラケットを介してＸ軸方向に移動可能にされる、請求項６又は７に記載の微小ボールボンド部の接合良否検査装置。

【請求項9】

前記位置決め多軸ステージは、下から順に、Ｙ軸粗動ステージ、ＸＹ軸微動ステージ、Ｚ軸微動ステージ、θステージが配置されて構成され、前記θステージ上に検査対象のリードフレームを載置するワーク受けテーブルが設置される、請求項６乃至８のいずれかに記載の微小ボールボンド部の接合良否検査装置。

【請求項10】

前記Ｙ軸粗動ステージはボールネジ駆動の一軸ステージにより、前記ＸＹ軸微動ステージは直交ステージにより、前記Ｚ軸微動ステージは楔形のＺ軸ステージにより、前記θステージはロータリーアクチュエータによりそれぞれ構成され、前記θステージ上面のθテーブルに、検査対象のリードフレームを載置するワーク受けテーブルが設置される、請求項６乃至９のいずれかに記載の微小ボールボンド部の接合良否検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微小ボールボンド部の接合良否検査方法及び検査装置に関するものであり、より詳細には、直径３０μｍ以下の微細径ワイヤを用いて行なうワイヤボンディング後に、その微小ボールボンド部の接合状態の良否を、非接触非破壊にて瞬時に検査するための微小ボールボンド部の接合良否検査方法及び検査装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ワイヤボンディングは、ＬＳＩやトランジスタ等の半導体チップ上の接続端子である電極と、基板上の導体端子とを金線や銅線のワイヤを介して接続する技術であり、言うまでもなく、ワイヤ両端部は十分に接合されていることが重要である。そのため、ワイヤボンディング後に、ワイヤの接合界面状態の良否検査が行われるが、その検査を非接触で迅速に行う方法が種々提案され、実用化されている。

【0003】

その方法の１つとして本発明者は、接合した微小金属間の片方を周期的に強弱（正弦波）加熱すると、その加熱部も加熱周期に同期した温度変化をし、その加熱周期と温度変化周期の位相差が、接合部の面積と相関するとの知見の基に、周期加熱をレーザーで、温度変化測定を放射赤外線量測定で実施する、金属接合部の非接触非破壊瞬時検査方法の発明に携わっている（特許第６６２０４９９号公報等）。

【0004】

上記発明に係る金属接合部の検査方法は、パワー半導体で使用される直径５０μｍ以上のアルミワイヤのボンド部を検査対象としたものである。しかるに、ＣＰＵやメモリのワイヤボンディングに用いるワイヤの線径はどんどん細くなり、現在では直径１５～２５μｍの微細径の金線（又は銅線）ワイヤが主流となっている。しかし、上記従来の検査方法は、このような微細径ワイヤの微小ボールボンド部の検査を想定したものではないため、その方法をそのまま適用することができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６６２０４９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したように、従来提案されているワイヤボンド部の接合状態の良否検査方法は、現在主流となっている３０μｍ以下の微細径ワイヤの微小ボールボンド部の接合界面状態の良否検査に適用することができないため、その改良が求められていた。本発明は、かかる要望に応えるためになされたもので、現在主流となっている３０μｍ以下の微細径ワイヤの微小ボールボンド部の接合界面状態の良否検査を、非接触・非破壊にて、信頼性を以て瞬時に行うことができる微小ボールボンド部の接合良否検査方法及び検査装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究開発を進めた結果、その課題解決のためには、
ア．加熱領域（加熱レーザースポット径）を１５μｍ以下にすること
イ．この微小な加熱領域の放射赤外線（１００ＫＨｚの正弦波温度応答）を測定可能にすること
ウ．微小ボールボンド部の加熱測定最適位置からのズレを高精度画像処理で自動補正可能にすること（±１μｍ以下）
の３つの問題をクリアする必要があるとの知見を得て、本発明の完成に至ったものである。

【0008】

即ち、上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、リードフレームに担持されているチップの各微小ボールボンド部の接合状態の良否を、周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて連続的に検査する方法であって、
前記周期加熱レーザー照射を、ワイヤの径中心であって前記ボールボンド部の先端部から所定の高さの照射ポイントに対して行うことを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査方法である。

【0009】

上記課題を解決するための請求項２に係る発明は、リードフレームに担持されているチップの各微小ボールボンド部の接合状態の良否を、周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて連続的に検査するための方法であって、
前記チップの全体画像を画像処理することによりチップ実装位置誤差を補正した当該チップの前記各ボールボンド部の重心座標を計算し、前記各ボールボンド部につきその重心座標の予め設定されている基準位置座標からのズレ量を計算し、そのズレ量よりＸ、Ｙ、Ｚ座標の補正値を計算し、前記各ボールボンド部につきその補正値分移動させる処理を行うことにより、前記周期加熱レーザー照射を、ワイヤの径中心であって前記ボールボンド部の先端部から所定の高さの照射ポイントに対して行うことを可能にしたことを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査方法である。

【0010】

上記課題を解決するための請求項３に係る発明は、リードフレームに担持されているチップの各微小ボールボンド部の接合状態の良否を、周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて連続的に検査するための方法であって、
位置決め多軸ステージのワーク受けテーブル上にセットされたリードフレームに担持された前記チップのうちの検査対象となるチップの画像処理により、当該チップのチップ基準位置からのズレ量を測定し、そのズレ量の補正を行うチップの位置補正ステップと、
前記チップの全体画像を画像処理することにより当該チップに含まれる前記各ボールボンド部の重心座標を計算し、前記各ボールボンド部につきその重心座標の予め設定されている基準位置座標からのズレ量を計算し、そのズレ量よりＸ、Ｙ、Ｚ座標の補正値を計算し、前記各ボールボンド部につきその補正値分移動させる照射ポイントの位置補正ステップと、
位置補正された前記照射ポイントを、前記周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて前記ボールボンド部の接合状態の良否を判定する接合良否判定ステップ
から成ることを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査方法である。

【0011】

一実施形態においては、前記各ボールボンド部の重心座標の計算は、前記チップの全体を前記チップの直上から低倍率カメラで撮影して取得したチップ全体画像の画像処理により行なう。

【0012】

一実施形態においては、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の補正値の計算は、前記検査対象のボールボンド部の周辺を含む部位を高倍率カメラで撮影してボールボンド部周辺画像を取得し、その周辺画像について画像処理を行い、前記各ボールボンド部につき予め設定されている基準位置座標からボールボンド部を特定することにより行う。

【0013】

上記課題を解決するための請求項６に係る発明は、周期加熱レーザー光学系と放射赤外線量測定光学系を同軸で構成した同軸光学測定ヘッド、及び、三次元測定位置認識を目的とした画像処理光学ヘッドと、前記同軸光学測定ヘッド及び前記画像処理光学ヘッドを支持し、それらをＸ軸方向（横方向）に移動させる門型ステージ機構と、検査対象のチップ並びにそこに含まれる微小ボールボンド部を最適検査位置に移動させる位置決め多軸ステージとを備えて成る微小ボールボンド部の接合良否検査装置である。

【0014】

一実施形態においては、前記門型ステージ機構は門型フレームの横梁に、Ｘ軸粗動ステージを組み込んだものである。また、一実施形態においては、前記同軸光学測定ヘッド及び前記画像処理光学ヘッドは、支持ブラケットを介して正面視Ｖ字型になるように前記門型ステージ機構に取り付けられ、前記支持ブラケットを介してＸ軸方向に移動可能とされる。

【0015】

一実施形態においては、前記位置決め多軸ステージは、下から順に、Ｙ軸粗動ステージ、ＸＹ軸微動ステージ、Ｚ軸微動ステージ、θステージが配置されて構成され、前記θステージ上に検査対象のリードフレームを載置するワーク受けテーブルが設置される。また、一実施形態においては、前記Ｙ軸粗動ステージはボールネジ駆動の一軸ステージにより、前記ＸＹ軸微動ステージは直交ステージにより、前記Ｚ軸微動ステージは楔形のＺ軸ステージにより、前記θステージはロータリーアクチュエータによりそれぞれ構成され、前記θステージ上面のθテーブルに、検査対象のリードフレームを載置するワーク受けテーブルが設置される。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法及び検査装置は上記のとおりであって、現在主流となっている３０μｍ以下の微細径ワイヤの微小ボールボンド部の接合界面状態の良否検査を、非接触・非破壊にて、信頼性を以て瞬時に行うことを可能にする効果がある。また、周期加熱レーザー照射を、ワイヤの径中心であってボールボンド部の先端部から所定の高さの照射ポイントに対して行うことで、接合界面から極力等距離より加熱することができ、以て、接合界面全体に亘ってより精確で信頼性に富んだ検査が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査装置の正面図である。

【図2】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査装置の側面図である。

【図3】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査装置の平面図である。

【図4】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法の検査対象となるチップを示す図である。

【図5】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法の検査対象となるチップを示す図である。

【図6】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法の検査対象となるチップの実装位置のズレを示す図である。

【図7】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法における低倍率カメラによるチップの全体画像のイメージ図である。

【図8】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法における高倍率カメラによるボールボンド部の周辺画像のイメージ図である。

【図9】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法におけるボールボンド部のズレ量を示すイメージ図である。

【図10】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法におけるボールボンド部の周辺画像とＸ、Ｙ、Ｚ軸のイメージ図である。

【図11】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法におけるボールボンド部の補正後の周辺画像のイメージ図である。

【図12】本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法における処理の流れを示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明を実施するための形態につき、添付図面に依拠して説明する。本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法は、リードフレームに担持されているチップの各微小ボールボンド部の接合状態の良否を、周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて連続的に検査する方法であって、前記周期加熱レーザー照射を、ワイヤの径中心であって前記ボールボンド部の先端部から所定の高さの照射ポイントに対して行うことを特徴とするものである。

【0019】

より詳細には、本方法は、前記チップの全体画像を画像処理することにより当該チップに含まれる前記各ボールボンド部の重心座標を計算し、前記各ボールボンド部につき予め設定されている基準位置座標からのズレ量を計算し、そのズレ量よりＸ、Ｙ、Ｚ座標の補正値を計算し、前記各ボールボンド部につきその補正値分移動させる処理を行うことにより、前記周期加熱レーザー照射を、ワイヤの径中心であって前記ボールボンド部の先端部から所定の高さの照射ポイントに対して行うことを可能にするものである。このように照射ポイントを、ワイヤの径中心であってボールボンド部の先端部から所定の高さに設定するのは、接合界面から極力等距離より加熱することで、接合界面全体に亘ってより精確で信頼性に富んだ検査を実現するためである。

【0020】

また、本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査装置は、上記方法を実施するためのものであり、図１乃至図３に示されるように、周期加熱レーザー光学系と放射赤外線量測定光学系を同軸で構成した同軸光学測定ヘッド１、及び、最適測定位置認識を目的とした画像処理光学ヘッド２と、同軸光学測定ヘッド１及び画像処理光学ヘッド２を支持し、それらをＸ軸方向（横方向）に移動させて、垂直基準軸Ａ１に位置決めする門型ステージ１０と、検査対象のチップ５２並びにそこに含まれる微小ボールボンド部５３を測定基準位置ｆ（最適測定位置）に移動させる位置決め多軸ステージ１１と、図示してないが、同軸光学測定ヘッド１と画像処理光学ヘッド２の間の、測定基準位置ｆ直上に配置されてチップ５２の全体画像を撮像する低倍率カメラを備えて構成される（図３の軸線Ａ１と軸線Ａ２の交点付近の、同軸光学測定ヘッド１と画像処理光学ヘッド２に干渉しない位置に設置される。）。

【0021】

門型ステージ機構１０は光学定盤１２上に設置された門型フレーム１３の横梁１４に、Ｘ軸粗動ステージ１５を組み込んだものである。図２に示されるように、Ｘ軸粗動ステージ１５は、横梁１４に固定されるガイドレール１６と、図示せぬボールネジを駆動するパルス（ステッピング）モータ１７と、ボールネジ駆動されてガイドレール１６に沿って移動するスライダー１８と、スライダー１８に固定されて横方向（Ｘ軸方向）に移動する支持プレート１９から成る（図２参照）。支持プレート１９の天面には、横梁１４を越えて伸びる連結材２０が固定され、その先端部は、横梁１４の後ろ側に配置されるケーブルキャリア２０ａに連結される。

【0022】

同軸光学測定ヘッド１及び画像処理光学ヘッド２は、上記支持プレート１９に固定される逆Ｔ字形の支持ブラケット２１に固定されて支持されるが、その場合同軸光学測定ヘッド１と画像処理光学ヘッド２は、干渉を避けるために、それぞれ上方を垂直軸からＸ軸方向に、例えば、２２．５度（相対４５度）傾けて、正面視Ｖ字型になるように取り付けられる（図１参照）。

【0023】

また、同軸光学測定ヘッド１と画像処理光学ヘッド２は、それぞれ下部が前方（Ｙ軸方向）に傾くように取り付けられる（図２，３参照）。好ましい実施形態においては、その前方への傾きは、それぞれ垂直軸から３０度とされる。画像処理光学ヘッド２をこのように傾けて設置するのは、後述するように、三次元画像を取得するためである。

【0024】

位置決め多軸ステージ１１は、門型フレーム１３の横梁１４の下側に配置される。位置決め多軸ステージ１１は、下から順に、Ｙ軸粗動ステージ２３、ＸＹ軸微動ステージ２４、Ｚ軸微動ステージ２５、θステージ２６が配置されて構成され、θステージ２６のθテーブル上に検査対象のリードフレーム５１を載置するワーク受けテーブル２７が設置される。

【0025】

一番下のＹ軸粗動ステージ２３は、例えば、ボールネジ駆動の一軸ステージで、ボールネジと、それを駆動するパルス（ステッピング）モータ２８を組み込んだベース２９と、それに跨ってボールネジによってＹ軸方向に粗動駆動されるテーブル板３０とから成る。テーブル板３０には、ケーブルキャリア３２に連結される連結材３１が固定される。

【0026】

ＸＹ軸微動ステージ２４は直交ステージで、例えば、ボールネジ駆動の一軸ステージを直交させたものとされる。図示した例では、下側にボールネジとパルス（ステッピング）モータ３４を組み込んだＸ軸微動ステージ３３が配置され、上側にボールネジとパルス（ステッピング）モータ３６を組み込んだＹ軸微動ステージ３５が配置されている（図２参照）。

【0027】

Ｚ軸微動ステージ２５は、楔形のＺ軸ステージで、パルス（ステッピング）モータ３７により下側の楔形部材を前後動させることにより、上側の楔形部材を上下動させるものである。

【0028】

θステージ２６はロータリーアクチュエータにより構成され、その上面のθテーブルに、検査対象のリードフレーム５１を載置するワーク受けテーブル２７が設置される。

【0029】

同軸光学測定ヘッド１は、周期加熱レーザー光学系（レーザーコリメート部１ａ）と放射赤外線量測定光学系（赤外線センサー部１ｂ）を共通の光学系で同軸構成としたもので、周期加熱レーザー光学系の目標とするレーザースポット径は、１５μｍである（ガウシアン型よりもレーザー強度分布が均一なトップハット型を採用することが好ましい。）。また、画像処理光学ヘッド２は、微小ボールボンド部５２及びその周辺部の観察が可能な被写界深度を有する、中倍率で高解像力のレンズと、高分解能Ｃ－ＭＯＳカメラの併用により、微小ボールボンド部の観察が可能な画像光学鏡筒を含む。

【0030】

本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法は、上記本発明に係る検査装置を用いて行うもので、周期加熱レーザー照射を、ワイヤ５４の径中心であってボールボンド部５３の先端部から所定の高さの照射ポイントｇ（図９，１０参照）に対して行うことを特徴とするものであり、下記各ステップにおける処理は、この照射ポイントｇを、測定基準位置ｆ（最適測定位置）に合致するように移動させる処理である。

【0031】

本発明に係る方法は以下の各ステップから成るが（図１２参照）、そのうち、ステップＳ１１は、各チップ５２を基準位置に位置決めするための処理であり、ステップＳ１２以下は、各ボールボンド部５３を基準位置に位置決めして接合部の良否検査をするための処理である。以下、各ステップにつき、工程順に詳細に説明する。

【0032】

チップの位置補正ステップ（Ｓ１１）
本発明に係る微小ボールボンドの接合良否検査方法は、リードフレーム５１に担持された多数の半導体チップ５２の多数の微小ボールボンド部５３の接合状態の良否を、チップ５２を９０度ずつ回転させて、その四辺すべての微小ボールボンド部５３の接合良否を順次連続的に検査していくものである（図４参照）。

【0033】

ボールボンド部５３は、図４，５に示されるように、リードフレーム５１に多数担持されたチップ５２の周縁部に多数存在するものである（ワイヤの他端はウェッジボンド部となる。）。１つのチップ５２を９０度ずつ回転させて、その四辺すべての微小ボールボンド部５３の接合良否の検査を終了した後、隣のチップ５２について同様の検査を行い、以後残りのすべてのチップ５２について、順次同様の検査を行っていく。但し、検査全体速度を早くするために、１つのチップ５２ごとではなく、同一列のすべてのチップ５２について連続して実測するようにすることが好ましい。

【0034】

各チップ５２は、リードフレーム５１上の設計位置に実装されるが、実際には、その実装位置が設計位置から若干ずれていることが多く、ズレ量も一定ではない（図６の（Ａ）は設計位置に合致している場合を示し、（Ｂ）はズレが生じている場合を示している。）。そこで、ボールボンド部５３の検査に先立ち、リードフレーム５１を、三次元移動する位置決め多軸ステージ１１のワーク受けテーブル２７上にセットした後、チップ５２の位置補正、即ち、下記のチップ５２のチップ基準位置を所定の位置（本発明においては画像中心ｅとする）に移動させる処理を行う（図６参照）。

【0035】

このチップ５２の位置補正に利用するために、リードフレーム５１の位置決め穴がワーク原点５０に設定され、また、チップ５２の４つのコーナーが、それぞれそのチップ５２の各辺に対するチップ基準位置ａ～ｄに設定される（図４参照）。例えば、チップ基準位置ａは、丸数字１～８を付したボールボンド部５３列に対する基準となり（図５参照）、後述するボールボンド部の検査に先立って、チップ基準位置ａの画像中心ｅからのズレ量補正が行なわれる。

【0036】

このチップの位置補正ステップ（Ｓ１１）においては、上記低倍率カメラにて直上より撮影して取得したチップの全体画像を画像処理し、そのズレ量を計算してズレ量を補正する処理が行われる。

【0037】

リードフレーム５１をワーク受けテーブル２７上にセットした後、始動スイッチを入れると、位置決め多軸ステージ１１のＸ軸粗動ステージ１５及びＹ軸粗動ステージ２３の作用で、リードフレーム５１がＸＹ軸方向に粗動される。詳細には、リードフレーム５１に担持されている複数のチップ５２のうちの最初の検査対象のチップ５２の第１の辺（図５において、ボールボンド部５３に丸数字を付した辺）に対応する第１のチップ基準位置ａが、所定位置（通例、画像中心ｅ）にくるように、リードフレーム５１を移動させる。その場合、チップ基準位置ａが画像中心ｅに一致する場合（図６（Ａ））と、ずれている場合（図６（Ｂ））とがある。

【0038】

チップ５２を粗動させた後、その全体をその直上から、低倍率カメラで撮影して取得したチップの全体画像の画像処理により、チップ基準位置ａの画像中心ｅからのズレ量を測定する。このズレ量測定のために、予めレシピデータから得られた値として、各チップ５２ごとのチップ基準位置ａ～ｄの座標が与えられる。レシピデータとして与える座標は、ワーク原点５０から各チップ５２のチップ基準位置ａ～ｄごとの絶対座標であり、チップ基準位置ａ～ｄを画像中心ｅに移動させるための設計値である。このようにして得られたズレ量は、ＸＹ軸微動ステージ２４によりチップ５２を微動させることにより補正される。

【0039】

ボールボンド部移動ステップ（Ｓ１２）
このステップは、検査対象のチップ５２の検査対象となるボールボンド部５３を、ＸＹ軸微動ステージ２４の作用でＸＹ軸方向に微動させて、所定位置（画面中心）に移動させる処理を行うステップである。この処理は、チップ基準位置ａ～ｄに対する各ボールボンド部５３のレシピデータから得られた相対座標を元に、当該ボールボンド部５３を選択し、それの直上画像より得られた重心座標に基づいて移動させる方法により行われる。

【0040】

その場合、所定位置（画面中心）に移動させたチップ５２の全体を、当該チップ５２の直上から上記低倍率カメラで撮影してチップ全体画像を取得し、そのチップ全体画像を画像処理して、そこに含まれる各ボールボンド部５３の重心座標を計算する処理を行う（図７参照）。図７は、低倍率カメラの画像イメージを示すもので、そこにおいて（Ｘｉ，Ｙｉ）（ｉ＝１～８）は、各ボールボンド部５３の重心座標を示している。

【0041】

次いで、検査対象となるボールボンド部５３の重心座標が、測定基準位置ｆにくるように、ＸＹ軸微動ステージ２４の作用でチップ５２をＸＹ軸方向に微動させる。これにより、当該ボールボンド部５３が画面中心に映ることになる。

【0042】

照射ポイントの位置補正ステップ（Ｓ１３）
このステップにおいては、位置決めされた検査対象のボールボンド部５３の周辺を含む部位を、画像処理光学ヘッド２の高倍率カメラで撮影してボールボンド部周辺画像を取得し（図８は、周辺画像のイメージを示す。）、その周辺画像について画像処理を行う。そして、各ボールボンド部５３につき、予め設定されている最適測定位置座標からのズレ量を計算する。

【0043】

図９は、ボールボンド部５３のズレ量のイメージ図である。そこに示される例では、その画像処理により、ボールボンド部５３の先端部から所定の高さＬ［ｐｉｘ］であり、且つ、ワイヤ径の中央である照射ポイントｇが、横軸方向にＭｈ［ｐｉｘ］、縦軸方向にＭｖ［ｐｉｘ］分、測定位置Ｈｂ［ｐｉｘ］（測定基準位置ｆを通る横軸座標）、及び、測定位置Ｖｂ［ｐｉｘ］からずれていることが計算される。

【0044】

三次元座標変換ステップ（Ｓ１４）
次いで、上記ステップ（Ｓ１３）で求めた横軸方向にＭｈ［ｐｉｘ］、縦軸方向にＭｖ［ｐｉｘ］分のズレ量につき、その補正に必要なＸ、Ｙ、Ｚ座標の補正値を計算する。横軸方向のズレＭｈ［ｐｉｘ］を補正するのに必要なＸ，Ｙ，Ｚ座標の補正値をＭｈｘ，Ｍｈｙ，Ｍｈｚ［ｐｉｘ］とし、縦軸方向のズレＭｖ［ｐｉｘ］を補正するのに必要なＸ，Ｙ，Ｚ座標の補正値をＭｖｘ，Ｍｖｙ，Ｍｖｚ［ｐｉｘ］とする。なお、図１０から理解できるように、画像の横軸とＸ軸、画像の縦軸とＹ軸は一致していない。そのため、Ｍｈ［ｐｉｘ］、Ｍｖ［ｐｉｘ］については、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標でのベクトル成分を計算する。

【0045】

三次元位置補正ステップ（Ｓ１５）
ステップ（Ｓ１４）で求めた各座標の補正値に、画素サイズＰｉｘＳｉｚｅ［μｍ］を掛けた下記量だけ、ＸＹ軸微動ステージ２４、及び、Ｚ軸微動ステージ２５の作用で移動させる。図１１は移動後の画像を示す（測定基準位置ｆと照射ポイントｇが一致している。）。
・Ｍｈｘ×ＰｉｘＳｉｚｅ［μｍ］
・Ｍｈｙ×ＰｉｘＳｉｚｅ［μｍ］
・Ｍｈｚ×ＰｉｘＳｉｚｅ［μｍ］
・Ｍｖｘ×ＰｉｘＳｉｚｅ［μｍ］
・Ｍｖｙ×ＰｉｘＳｉｚｅ［μｍ］
・Ｍｖｚ×ＰｉｘＳｉｚｅ［μｍ］
以上の手順を踏むことで、各ボールボンド５３について、一定の高さＬ［ｐｉｘ］且つワイヤ径の中央となる照射ポイントｇにレーザーを照射することが可能となる。

【0046】

三次元位置微調整ステップ（Ｓ１６）
三次元位置補正（Ｓ１５）を行った後、照射ポイントｇに向けて低出力レーザーを照射し、正しく照射ポイントｇに照射されているかを画像処理により確認し、ずれている場合はＸＹ軸微動ステージ２４、及び、Ｚ軸微動ステージ２５による微動駆動で自動補正する。なお、上述したように、照射ポイントgを、ワイヤの径中心であってボールボンド部の先端部から所定の高さＬ［ｐｉｘ］に設定するのは、接合界面から極力等距離より加熱することで、接合界面全体に亘ってより精確で信頼性に富んだ検査を実現するためであって、高さＬ［ｐｉｘ］は、ボールボンド形状に基づいて設定値（指定値）として与えられる。

【0047】

接合良否判定ステップ（Ｓ１７）
以上の処理によりボールボンド部５３を最適測定位置に位置決めした後、照射ポイントｇを周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて、ボールボンド部５３の接合状態の良否を判定する。

【0048】

この良否判定方法は、上記特許文献１等に記載されている方法に準じる。即ち、この方法は、強度を周期的に変調させた熱流エネルギーを与えた時の、加熱領域からある距離だけ離れた位置における温度応答の振幅又は位相差から熱拡散率を求める周期加熱法を応用した方法であり、熱エネルギーとして、レーザー光のジュール熱を周期的に変調して与え、温度応答の検出に、高感度、高速応答のテルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）赤外線センサー等を使用する。

【0049】

以上のステップを経て１つのボールボンド部５３の良否検査が終了すると、隣のボールボンド部５３について、上記ボールボンド部移動ステップ（Ｓ１２）から接合良否判定ステップ（Ｓ１７）までの処理が行われ、以後同様に同列すべてのボールボンド部５３の検査が反復され、その列すべてのボールボンド部５３の検査が終了すると、チップ５２が９０度回転されて、次の辺のボールボンド部５３列について同様の処理が行われる。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明に係る微小ボールボンド部の接合良否検査方法及び検査装置は上記のとおりであって、現在主流となっている３０μｍ以下の微細径ワイヤの微小ボールボンド部の接合界面状態の良否検査を、非接触・非破壊にて、信頼性を以て瞬時に行うことが可能となり、また、周期加熱レーザー照射を、ワイヤの径中心であってボールボンド部の先端部から所定の高さの照射ポイントに対して行うことで、接合界面から極力等距離より加熱することができ、以て、接合界面全体に亘ってより精確で信頼性に富んだ検査が可能となる効果があり、その産業上の利用可能性は大である。

【符号の説明】

【0051】

１ 同軸光学測定ヘッド
２ 画像処理光学ヘッド
１０ 門型ステージ機構
１１ 位置決め多軸ステージ
１３ 門型フレーム
１５ Ｘ軸粗動ステージ
２３ Ｙ軸粗動ステージ
２４ ＸＹ軸微動ステージ
２５ Ｚ軸微動ステージ
２６ θステージ
２７ ワーク受けテーブル
５１ リードフレーム
５２ チップ
５３ ボールボンド部
５４ ワイヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【手続補正書】

【提出日】2021-08-26

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

リードフレームに担持されているチップの各微小ボールボンド部の接合状態の良否を、周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて連続的に検査するための方法であって、
前記チップの全体画像を画像処理することにより実装位置誤差を補正した当該チップの前記各ボールボンド部の重心座標を計算し、
前記各ボールボンド部につきその重心座標の予め設定されている基準位置座標からのズレ量を計算して、そのズレ量よりＸ、Ｙ、Ｚ座標の補正値を計算し、
前記各ボールボンド部につきその補正値分移動させる処理を行うことにより、前記周期加熱レーザー照射を、ワイヤの径中心であって前記ボールボンド部の先端部から所定の高さの照射ポイントに対して行うことを可能にしたことを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査方法。

【請求項2】

リードフレームに担持されているチップの各微小ボールボンド部の接合状態の良否を、周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて連続的に検査するための方法であって、
位置決め多軸ステージのワーク受けテーブル上にセットされたリードフレームに担持された前記チップのうちの検査対象となるチップの画像処理により、当該チップのチップ基準位置からのズレ量を測定し、そのズレ量の補正を行うチップの位置補正ステップと、
前記チップの全体画像を画像処理することにより当該チップに含まれる前記各ボールボンド部の重心座標を計算し、前記各ボールボンド部につきその重心座標の予め設定されている基準位置座標からのズレ量を計算し、そのズレ量よりＸ、Ｙ、Ｚ座標の補正値を計算し、前記各ボールボンド部につきその補正値分移動させる照射ポイントの位置補正ステップと、
位置補正された前記照射ポイントを、前記周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて前記ボールボンド部の接合状態の良否を判定する接合良否判定ステップ
から成ることを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査方法。

【請求項3】

前記各ボールボンド部の重心座標の計算は、前記チップの全体を前記チップの直上から低倍率カメラで撮影して取得したチップ全体画像の画像処理により行なう、請求項２に記載の微小ボールボンド部の接合良否検査方法。

【請求項4】

前記Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の補正値の計算は、前記検査対象のボールボンド部の周辺を含む部位を高倍率カメラで撮影してボールボンド部周辺画像を取得し、その周辺画像について画像処理を行い、前記各ボールボンド部につき予め設定されている基準位置座標からボールボンド部を特定することにより行う、請求項２又は３に記載の微小ボールボンド部の接合良否検査方法。

【請求項5】

周期加熱レーザー光学系と放射赤外線量測定光学系を同軸で構成した同軸光学測定ヘッド、及び、三次元測定位置認識を目的とした画像処理光学ヘッドと、前記同軸光学測定ヘッド及び前記画像処理光学ヘッドを支持し、それらをＸ軸方向（横方向）に移動させる門型ステージ機構と、検査対象のチップ並びにそこに含まれる微小ボールボンド部を最適検査位置に移動させる位置決め多軸ステージとを備えて成り、
前記位置決め多軸ステージは、下から順に、Ｙ軸粗動ステージ、ＸＹ軸微動ステージ、Ｚ軸微動ステージ、θステージが配置されて構成され、前記θステージ上に検査対象のリードフレームを載置するワーク受けテーブルが設置されたものであることを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査装置。

【請求項6】

前記門型ステージ機構は門型フレームの横梁に、Ｘ軸粗動ステージを組み込んだものである、請求項５に記載の微小ボールボンド部の接合良否検査装置。

【請求項7】

前記同軸光学測定ヘッド及び前記画像処理光学ヘッドは、支持ブラケットを介して正面視Ｖ字型になるように前記門型ステージに取り付けられ、前記支持ブラケットを介してＸ軸方向に移動可能にされる、請求項５又は６に記載の微小ボールボンド部の接合良否検査装置。

【請求項8】

前記Ｙ軸粗動ステージはボールネジ駆動の一軸ステージにより、前記ＸＹ軸微動ステージは直交ステージにより、前記Ｚ軸微動ステージは楔形のＺ軸ステージにより、前記θステージはロータリーアクチュエータによりそれぞれ構成され、前記θステージ上面のθテーブルに、検査対象のリードフレームを載置するワーク受けテーブルが設置される、請求項５乃至７のいずれかに記載の微小ボールボンド部の接合良否検査装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0009】

上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、リードフレームに担持されているチップの各微小ボールボンド部の接合状態の良否を、周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて連続的に検査するための方法であって、
前記チップの全体画像を画像処理することにより実装位置誤差を補正した当該チップの前記各ボールボンド部の重心座標を計算し、
前記各ボールボンド部につきその重心座標の予め設定されている基準位置座標からのズレ量を計算して、そのズレ量よりＸ、Ｙ、Ｚ座標の補正値を計算し、
前記各ボールボンド部につきその補正値分移動させる処理を行うことにより、前記周期加熱レーザー照射を、ワイヤの径中心であって前記ボールボンド部の先端部から所定の高さの照射ポイントに対して行うことを可能にしたことを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査方法である。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

上記課題を解決するための請求項２に係る発明は、位置決め多軸ステージのワーク受けテーブル上にセットされたリードフレームに担持された前記チップのうちの検査対象となるチップの画像処理により、当該チップのチップ基準位置からのズレ量を測定し、そのズレ量の補正を行うチップの位置補正ステップと、
前記チップの全体画像を画像処理することにより当該チップに含まれる前記各ボールボンド部の重心座標を計算し、前記各ボールボンド部につきその重心座標の予め設定されている基準位置座標からのズレ量を計算し、そのズレ量よりＸ、Ｙ、Ｚ座標の補正値を計算し、前記各ボールボンド部につきその補正値分移動させる照射ポイントの位置補正ステップと、
位置補正された前記照射ポイントを、前記周期加熱レーザー照射により加熱し、正弦波状に変化する前記周期加熱レーザーの強度と、被加熱部から放射される正弦波状に変化する赤外線の強度の位相差に基づいて前記ボールボンド部の接合状態の良否を判定する接合良否判定ステップ
から成ることを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査方法である。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

上記課題を解決するための請求項５に係る発明は、周期加熱レーザー光学系と放射赤外線量測定光学系を同軸で構成した同軸光学測定ヘッド、及び、三次元測定位置認識を目的とした画像処理光学ヘッドと、前記同軸光学測定ヘッド及び前記画像処理光学ヘッドを支持し、それらをＸ軸方向（横方向）に移動させる門型ステージ機構と、検査対象のチップ並びにそこに含まれる微小ボールボンド部を最適検査位置に移動させる位置決め多軸ステージとを備えて成り、
前記位置決め多軸ステージは、下から順に、Ｙ軸粗動ステージ、ＸＹ軸微動ステージ、Ｚ軸微動ステージ、θステージが配置されて構成され、前記θステージ上に検査対象のリードフレームを載置するワーク受けテーブルが設置されたものであることを特徴とする微小ボールボンド部の接合良否検査装置である。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0015】

一実施形態においては、前記Ｙ軸粗動ステージはボールネジ駆動の一軸ステージにより、前記ＸＹ軸微動ステージは直交ステージにより、前記Ｚ軸微動ステージは楔形のＺ軸ステージにより、前記θステージはロータリーアクチュエータによりそれぞれ構成され、前記θステージ上面のθテーブルに、検査対象のリードフレームを載置するワーク受けテーブルが設置される。