| この論文は当社発行の「2001最新海外FC/CSP実装技術」から抜粋し、約半分削除しました。詳細は本書をご覧下さい。 | |||||||
| バンプ付ウェハー大量生産時の自動検査装置 |
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| 要 旨 ウェハーのバンプ形成ラインが大量生産に移るにつれ、100％自動検査するメリットが増大する。しかし100％自動検査は実用的であろうか。正しい設備と方法が採用されれば答えはイエスである。 序 言 フリップチップ用パンプ付ウェハーの生産量が着実に増加している。2002年まで、毎年2.3億ヶのフリップチップが生産され、その16％は400バンプのI/O接続を持つプロセッサーあるいは複雑なASICであろう。 今日生産されるマイクロプロセッサーは数千個のバンプ、ウェハー当りでは50万ヶ以上のCVD又はメッキによるバンプを持っている。 幾つかのチップメーカーがパイロットラインを建設中であり、ある企業は最も高収益の製品を量産に移している。これらの先駆者達は量産が進むにつれて、バンプ形成の評価や検査の必要性に気付いた。 パイロット生産の間、チップメーカーは収率に影響する要因を理解し、プロセスの複雑さを学んだ。高分解能のサイズ測定装置が重要である。均一なバンプを生産するための重要データが検査装置によって得られた。 しかし、生産量が増えると何が起きるだろうか。サイズ測定装置は生産ベースに対応できなくなり、大容量測定装置の購入はコスト要求に合わない。量産に当っては異なる検査法とプロセス監視法が必要になる。 明らかに必要なものは、大量のウェハーを検査し、バンプサイズを測定データ化し、更に不良を分類し、不良の位置を明示する検査装置である。これによりノウングッドバンプのみを次工程に、更に最終ユーザーに送ることができる。 ウェハーバンプ形成プロセスとバンプ不良 現在、幾つかのバンプ形成プロセスがあるが、不幸な事にそれらは全て完全ではない。 全てのバンプには、以下のことを満足する必要がある。 ・ 正しい位置に置かれていること。 ・ 仕様通りの形状であること。 ・ 隣接バンプと電気的にショートしていないこと。 ・ バンプ高さが許容以内であること。 ・ バンプあるいはその周辺に汚染物がないこと。 確かにバンプ形成プロセスが管理下にあると不良の数は減少するが、不良発生を防ぐ事は不可能である。 ステンシルバンププロセスでは、いろいろな擬似的不良が発生する。ステンシルは洗浄により金属部がくわれ薄くなり、開口面積も拡大する。 印刷的マスクは熱で膨張し、位置ずれが生ずる。また、マスクの開口にこびりついた粒子が、一部あるいは全部のはんだ吐出を妨げ、小さなバンプやバンプ欠落を生じる。メタルマスクのピンホールが予期せぬ所にはんだを吐出させ、ブリッジ、余分のバンプあるいは大き過ぎるバンプが生じる。 電気メッキによるはんだ供給でも不良が生じる。ホトレジストの露光にマスクが使用されるが、マスクにピンホールがあると同様な問題が生ずる。 一般的なバンプ検査法
自動量産検査装置に必要な仕様 量産での検査に対する要求は、パイロット生産のそれとは異なる。パイロットでは高解像度の計量により、技術者は新しい設備やプロセス挙動を把握できる。時間がかかっても良い。しかし、量産では安定生産を保つことと、問題発生時には迅速に対応できることが重要である。プロセス技術者はより高いレベルの情報から問題を判断せねばならない。検査プロセスは自動的に膨大なデータを精査し、正確な診断結果を製造ラインにフィールドバックしなければならない。 量産バンプ検査装置は、少なくとも次の４項を保証せねばならない。 1) known good bumpを出荷する保証：これは全バンプが検査された時にのみ可能である。従って自動検査は高速を必要とする。システムは信頼性が高く、常に作動できる必要がある。最後に問題が発生したら、直ちに修正できるように十分に完成した支援ネットワークが必要である。 2) 迅速に不良原因を特定する保証：不良が発生したら、直ちにラインを停止し、自動欠陥分類機能により原因を診断特定できる必要がある。 3) 自動的にバンププロセスを監視する：プロセス制御に役立つようバンプ測定値が集められ、有機的に整理され、報告される必要がある。量産現場で完璧に検査するには、最大限の検査解析を行うこと、およびデータをプロセス変数に関係付けることである。検査システムはウェハーあるいは数ウェハーのプロセス傾向を迅速に見極め、高レベルでの判断を下し、熟練者が掘り下げたり、異常を調査できるよう助けなければならない。理想的には、自動検査システムを止めずに平行して熟練者がチェックできる必要がある。 4) 下流装置との連動：ウェハーがプローブ検査を受ける前に不良バンプが検出されるべきである。なぜなら大きすぎたり、小さすぎる不良バンプはプローブ検査を通過でき、更に検査機を故障させるからである。又、検査時間や包装費の無駄を無くしたいからである。不良バンプを持つICがウェハー段階で検出されず、最終テストも合格し、顧客のシステムで失敗する可能性が常にある。（プロバーはバネ性あり、ボールサイズが小さくてもコンタクトできる） 電解メッキ金バンプは通常はんだバンプよりも低い。ある場合は、金バンプ高さは電気検査中のプローバーのオーバートラベル（押しつけ距離）高さよりも小さい。 金バンプが接触ミスされると、プローブピンは通常可能な限りバンプにコンタクトしようとし、誤ってバンプ下のパッドに接触してしまい、このチップは良品として通過するが、後工程で不良が発生する。 危険なバンプ欠陥を予め適切に認知し避けて、ウェハープロービング検査できない。 そればかりか、多くのよく起こるバンプ欠陥により、プローブカードが破壊され、700万円もの被害を受けることもある。高すぎるバンプや奇形のバンプはプローブピンを曲げることができる。あるいは、殆どショートしたバンプがまぎれ込むと、検査電流が大きく連続的にプローブチェックした場合、アーク（arc:電流を流しながら、少し離すと高温となり、強い白光を放つ。通常白光は高温時発生する）が発生しうる。小さい爆発が起こり、プローグピンを溶かしうる。 これを防ぐため、予めチップの100％検査が必要。バンプを破壊する可能性のあるチップをVITUAL検査できる装置をプロ−バーにネットワークでつなぐ必要がある。 |
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