DE4003983C1 - Automated monitoring of space=shape data for mfg. semiconductors - compares image signals for defined illumination angle range with master signals, to determine defects - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Überwa­ chen von Raumformdaten nach dem Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1 bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 17.

Ein wesentliches Problem der Halbleiterindustrie liegt darin, daß die Zuverlässigkeit hergestellter Bauteile vom Hersteller garantiert werden muß. Die Zuverlässigkeit der Bauteile hängt - einen korrekt gefertigten Chip vorausgesetzt - in erster Li­ nie von der Qualität des Einbaus des Chips im Gehäuse ab. Hierunter sind sowohl der Zustand zu verstehen, in welchem der Chip eingebaut wird, als auch die Lage des Chips im Gehäuse sowie Art und Qualität der elektrischen Verbindungen zwischen dem Chip und den Gehäuse-Anschlußkontakten. Aus diesem Grund erfolgt eine Überprüfung der Chip-Oberflächen auf mechanische Beschädigungen oder Verschmutzung, der Lage des Chips im Ge­ häuse, der Klebestellen zwischen Chip und Gehäuse sowie der Bonddraht-Verbindungen zwischen dem Chip und den Gehäuse-An­ schlußkontakten. Diese Inspektion wird bisher im wesentlichen ausschließlich von menschlichem Personal mit Hilfe von Mikro­ skopen durchgeführt. Dieser Vorgang ist zum einen für das Per­ sonal sehr anstrengend und für den Unternehmer kostenintensiv, zum anderen sind bei den heute üblichen hohen Fertigungsge­ schwindigkeiten lediglich stichprobenhafte Überprüfungen der Bauteile möglich.

Aus der EP 01 59 354 B1 sind Verfahren und Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Die dort gezeigte Anordnung ist jedoch außerordentlich kompliziert aufgebaut und liefert eine so große Fülle von Daten, die verarbeitet werden müssen, daß selbst bei Verwendung eines sehr schnellen Rechners nur Stichproben aus einer Produktion überprüft werden können.

Aus der DE-OS 24 31 931 ist es bekannt, zur Bestimmung von Raumformdaten von Halbleiterbauteilen gespeicherte Sätze von Bildsignalen mit weiteren Sätzen von Bildsignalen zu verglei­ chen. Im übrigen wird gemäß der Lehre dieser Druckschrift die Dicke eines Meßobjektes mittels einer automatisierbaren Messung geprüft, die allerdings keinen sehr weitreichend verwendbaren Aufschluß über die eingangs genannten Daten gibt.

Aus der DE 38 06 209 A1 ist ein Strukturdefekt-Erfassungssy­ stem bekannt, das beispielsweise für eine integrierte Halblei­ terschaltung anwendbar ist. Bei diesem System liefert eine Kamera Bildausgangssignale, die in einer Bildsignal-Verarbei­ tungseinrichtung erfaßt und auf einem Monitor dargestellt wer­ den.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vor­ richtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil­ den, daß auf einfache Weise die wesentlichen Daten zur Erken­ nung von Fehlern bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen herleitbar und überprüfbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 bzw. 17 angegebenen Merkmale verfahrensmäßig bzw. vorrich­ tungsmäßig gelöst.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, daß nur diejenigen Bildsignale bzw. Bildpunkte, denen die Bildsignale entsprechen, beobachtet werden, welche für die Überprüfung relevant sind.

Eine häufige Fehlerursache liegt in einer unkorrekten Ausbil­ dung der Bonddrähte. Insbesondere kann es relativ leicht ge­ schehen, daß Bonddrähte nicht korrekt gebogen oder zu lang ausgebildet sind, so daß sie beim späteren Vergießen des Bau­ teils über die Vergußmasse hinausragen. Um dies zu überprüfen, kann man die Halbleiterbauteile aus einer Vielzahl von Rich­ tungen beleuchten und bei feststehender Kamera entsprechende Sätze von Bilddaten gewinnen. Hierbei erfolgt die Beleuchtung aus Richtungen, die im wesentlichen in einer Ebene mit den Verläufen der Bonddrähte liegt. Aus den Bildsignalen werden die Positionen von Licht-Reflexionsstellen hergeleitet, die auf den Bonddrähten entstehen. Dies ist dadurch möglich, daß die Bonddrähte eine äußerst glatte Oberfläche aufweisen. Aus den Positionen der Licht-Reflexionsstellen, der Beleuchtungs­ richtung und der Kamera bzw. deren optischer Achse wird der Steigungswinkel der Bonddrähte an den Reflexionsstellen er­ rechnet. Über eine Integration der Steigungswinkel (über die Länge der Bonddrähte beginnend an einem Punkt bekannter Höhe) wird der Verlauf bzw. die Höhe der Bonddrähte in einer Richtung errechnet, die im wesentlichen senkrecht zur Ober­ fläche der Chips verläuft. Die errechnete Höhe eines jeden so überprüften Bauteils wird mit einem Soll-Bereich verglichen, so daß ein Bauteil dann ausgesondert werden kann, wenn die errechnete Höhe aus dem Bereich herausfällt.

Um Rechenkapazität zu sparen und damit die Arbeitsgeschwindig­ keit zu erhöhen, ist es von Vorteil, wenn man den Verlauf der Bonddrähte in der Bildebene der Kamera kennt, bevor die zuvor beschriebene dreidimensionale Messung vorgenommen wird. Hierzu kann man aus zwei Sätzen von Bildsignalen, die bei verschiede­ nen Beleuchtungswinkeln gewonnen wurden, diejenigen Bereiche als Spuren der Verläufe von Bonddrähten in einer X-Y-Ebene (entsprechend der Kamera-Bildebene) definieren, die in beiden Sätzen von Bildsignalen aufgrund eines Schattenwurfs der Bond­ drähte unbeleuchtet erscheinen. Selbstverständlich wird der Winkel zwischen den beiden Beleuchtungswinkeln so groß bzw. klein gewählt, daß die Schatten sich überlappen.

Es ist auch (gegebenenfalls zusätzlich) möglich, das zu unter­ suchende Halbleiterbauteil koaxial zur optischen Achse der Ka­ mera zu beleuchten, wobei diese optische Achse im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Chips ausgerichtet ist. Die Ver­ läufe der Bonddrähte in der X-Y-Ebene erscheinen dann dunkler und können über einen bekannten Verfolgungsalgorithmus ermit­ telt werden. Dies rührt daher, daß die Chip-Oberflächen bei Beleuchtung mit unpolarisiertem Licht ganzflächig das Licht sehr stark direkt in die Kamera zurückreflektieren, während die Bonddrähte den größten Teil des Lichtes in andere Rich­ tungen reflektieren.

Nach einem solchen Bild-Analyseschritt können somit nur die­ jenigen Bilddaten als zugehörig zu Licht-Reflexionsstellen eingestuft werden, welche im Bereich der Spuren der Bondver­ läufe in der X-Y-Ebene liegen und sich hinsichtlich ihrer Hel­ ligkeitswerte von der Umgebung hinreichend abheben. Dadurch ist nicht nur die eingangs genannte Reduzierung von Rechner­ kapazität sondern auch eine Erhöhung der Störsicherheit mög­ lich.

Nachdem die Reflexionsstellen besonders im Bereich von großen Krümmungsradien langgestreckt erscheinen, ist es von Vorteil, wenn die errechneten Steigungswinkel lediglich den Flächen- Schwerpunkten zugerechnet werden, um so eine exakt definierte Punkteschar zur Herleitung des Höhenverlaufes gewinnen zu kön­ nen.

Da man sinnvollerweise die Überwachung bei einer Vielzahl gleichartiger Halbleiterbauteile durchführt, kann man in ei­ nem Lernschritt (z. B. anhand visuell überprüfter Bauteile) die im Durchschnitt zu erwartenden Hintergrund-Bildsignale und Raumformdaten als Lerndaten speichern. Hierbei dreht es sich beispielsweise um die Lage der Chips im Gehäuse, die Verläufe der Klebestellen, deren Ränder rings um die Chips sichtbar sind und die Umgebung der Bonddrähte insbesondere zur Chip-Oberfläche, zu einem darunterliegenden Substrat und zu den Anschlußkontakten der Bonddrähte. Bei Vorliegen der­ artiger Durchschnittsdaten kann man die Halbleiterbauteile in einem Schritt aus einer Richtung beleuchten, welche durch eine Ebene verläuft, welche im wesentlichen senkrecht auf ei­ ner durch die Bonddrähte verlaufenden Ebene steht, wobei die Beleuchtungsrichtung schräg zur Chip-Oberfläche verläuft. Durch diese Beleuchtung werfen die Bonddrähte einen Schatten auf die darunterliegenden Schichten (Chip, Substrat). Aus den Verläufen des Schattenwurfs der Bonddrähte und den Lern­ daten kann der Verlauf der Bonddrähte in einer Richtung er­ rechnet werden, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Chips verläuft, also die Höhe der Bonddrähte. Diese Daten können alternativ oder aber zusätzlich zu den eingangs beschriebenen Meßwerten bezüglich der Bonddrahthöhe verwendet werden.

Wenn man die optische Achse der Kamera im wesentlichen senk­ recht zur Chip-Oberfäche ausrichtet und eine Beleuchtung im wesentlichen koaxial zur optischen Achse der Kamera mit un­ polarisiertem Licht vornimmt, so reflektiert ein einwandfreier Chip im wesentlichen gleichmäßig über seine ganze Oberfläche hinweg. Man kann nun Fehlerstellen auf den Chip-Oberflächen dadurch definieren, daß man die Bildabschnitte bzw. Bildsi­ gnale heraussucht, welche einer geringeren Helligkeit entspre­ chen als die umgebenden Bereiche. Dies rührt daher, daß sowohl Kontaminations-Partikel als auch Kratzer auf der Chip-Ober­ fläche das einfallende Licht streuen so daß die in die Kamera zurückgeworfene Lichtmenge an diesen Stellen geringer wird. Wenn man nun die so gewonnenen Bilddaten speichert und die Beleuchtung in einem nächstens Schritt aus einem anderen Win­ kel vornimmt, so kann aus dem Differenzbild geschlossen wer­ den, um welche Art von Fehler es sich handelt, da dann die unterschiedlichen Streuungseigenschaften von Kontaminations­ partikeln und Kratzern erkennbar werden. Vorzugsweise erfolgt hierbei die Beleuchtung annähernd parallel zur Oberfläche des Chips, so daß die im Differenzbild hell erscheinenden Fehler­ stellen als Verunreinigungen, die dunkel erscheinenden Fehler­ stellen als Verletzungen (Kratzer) der Chip-Oberfläche defi­ nierbar sind.

Das eingangs genannte Lernverfahren, bei welchem die Raumform- Durchschnittsdaten der zu überprüfenden Halbleiterbauelemente ermittelt werden, eignet sich zur Aussonderung fehlerhafter Bauteile, also solcher Bauteile, deren Raumformdaten um mehr als einen vorbestimmten Betrag von den Durchschnittsdaten ab­ weichen. Es ist auch in gewissem Maße eine Regelung von Pro­ duktionsmaschinen aufgrund der festgestellten Fehlerdaten mög­ lich. So zum Beispiel kann die Maschine korrigiert bzw. gere­ gelt werden, welche die Chips auf das Substrat aufklebt, da zum Beispiel ein übergroßer Kleber-Rand rings um das Chip auf eine zu hohe Kleberdosierung schließen läßt. Auch aus dem Ver­ lauf der Bonddrähte können Regeldaten für die Bondmaschine gewonnen werden. In jedem Fall können die gewonnenen Daten zur Aussonderung fehlerhaft produzierter Bauteile verwendet werden.

Eine Grob-Überprüfung mittels eines Lernverfahrens kann dadurch durchgeführt werden, daß mindestens ein korrekt gefertigtes Halbleiterbauteil, besser aber eine Gruppe von solchen, unter einem definierten Beleuchtungswinkel bzw. Beleuchtungswinkel­ bereich beleuchtet und aufgenommen wird. Aus den Bilddaten las­ sen sich dann Reflexbereiche festlegen, welche bei korrekt ge­ fertigten Bauteilen den Bonddrähten zuzuordnen sind. Weichen dann die Bilddaten eines zu untersuchenden Halbleiterbauteils von diesen Muster-Bilddaten ab, so liegt mit großer Wahrschein­ lichkeit ein fehlerhaft gefertigtes Bauteil vor. So z. B. wäre dann, wenn der Licht-Reflexionsbereich eines Bonddrahtes klei­ ner als normal ist, von einer übermäßigen Krümmung des Bond­ drahtes auszugehen. Es dreht sich also bei dieser Version des Verfahrens um die Überprüfung charakteristischer Reflexionsmu­ ster, die von korrekt gefertigten Bauteilen hergeleitet werden.

Durch die vereinfachte Art des Mustererkennungsverfahrens läßt sich eine erhebliche Geschwindigkeitssteigerung bei der Über­ prüfung unter gleichzeitiger Reduktion der notwendigen Rechen­ und Speicherkapazität erzielen. Das Verfahren läßt sich auch vorteilhaft mit dem genaueren Überprüfungsverfahren, bei wel­ chem exakte Aussagen über die Raumformdaten gewonnen werden, kombinieren. So z. B. kann man das zeitraubendere, genauere Verfahren nur für jedes n-te Bauteil (z. B. jedes zehnte Bau­ teil) durchführen, während das einfachere Verfahren an jedem Bauteil durchgeführt wird. Dadurch ist eine Mindest-Kontrolle gewährleistet und gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit hoch, daß ein systematischer Fehler (durch das genauere Verfahren) erkannt wird, der sich z. B. durch ein fehlerhaftes Arbeiten einer Maschine langsam einschleicht, selbst wenn die Fehler für das einfachere Verfahren innerhalb des zulässigen Berei­ ches liegen.

Wenn man mit einer Farbkamera arbeitet und verschiedenen Be­ leuchtungsrichtungen verschiedene Farben bzw. verschiedene Spektralverteilungen zuordnet, so können aus dem Farbsignal der Kamera weitere Daten gewonnen werden. Insbesondere kann in diesem Fall eine gleichzeitige Beleuchtung aus mehreren, gegebenenfalls allen interessierenden Richtungen gleichzei­ tig erfolgen. Jeder Reflexpunkt kann dann nämlich dem Farb­ signal der entsprechenden Bilddaten entsprechend bestimmten Beleuchtungsrichtungen zugeordnet werden. Hier erfolgt also keine Steuerung der Lichtquellen, vielmehr werden sämtliche Informationen den Bilddaten entnommen. An dieser Stelle sei noch bemerkt, daß unter einem "Satz von Bilddaten" nicht nur eine Vielzahl von Grauwerten oder Farbwerten zu verstehen ist, sondern jedem einzelnen Pixel noch weitere Informationen, z. B. Daten zur (statistischen) Wichtung des einzelnen Pixel usw. hinzugefügt sein können.

Eine Kalibrierung oder gegebenenfalls auch Eichung läßt sich dadurch durchführen, daß man in einem Verfahrensschritt eine Kugel bekannter Größe mit reflektierender Oberfläche dem Ver­ fahren unterwirft. Da jedem Punkt der Kugel ein bekannter Oberflächen-Winkel bzw. ein bestimmter Krümmungsradius zuzu­ ordnen ist, können Kalibrier- oder Eichdaten gewonnen und ge­ speichert werden, anhand derer in den darauffolgenden Bautei­ le-Untersuchungen die gewonnenen Werte oder Bilddaten in Ab­ solutwerte überführbar sind.

Als Beleuchtungsquellen eignen sich zum einen Einzel-Beleuch­ tungsquellen, wie Leuchtdioden oder dergleichen, oder zum anderen aber auch Lichtleiter-Beleuchtungen, bei welchen das Licht an den einen Enden der Lichtleiter (die in verschiede­ nen Positionen montiert sind) austritt, und das Licht aus einer einzelnen Beleuchtungsquelle in die anderen Enden der Lichtleiter eingeleitet wird. Um dies gesteuert (nacheinander) zu bewerkstelligen, eignen sich Blendenvorrichtungen.

Weiterhin ist es möglich, Spiegelsysteme zur Beleuchtung vor­ zusehen. Hierzu eignet sich beispielsweise ein Zylinder-Ellip­ senspiegel, in dessen einer Brennachse das zu untersuchende Bauteil und in dessen anderer Brennachse eine gerichtet strahlende linienförmige Lichtquelle (zylindrische Lichtquel­ le mit dazu koaxialer, drehbarer Spaltblende) angeordnet ist. Es kommt also im wesentlichen darauf an, daß eine reproduzier­ bare Beleuchtung aus verschiedenen Winkeln erfolgen kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird, wie anhand des entsprechenden Verfahrens eingangs angedeutet, eine Beleuchtungseinrichtung verwendet, bei welcher den verschie­ denen Beleuchtungsrichtungen verschiedene Farben zugeordnet sind. Dies kann über geeignete Farbfilter geschehen, die von einer Lichtquelle beleuchtet werden, welche mindestens die von Farbfilter durchgelassenen wesentlichen Spektralanteile aus­ sendet. Ein solches Farbfilter kann zum Beispiel aus einem Dia-Positivfilm hergestellt werden, mit den ein genormtes Farbspektrum (von Blau bis Rot) abphotographiert wurde. Wenn man einen kugelabschnittsförmigen Beleuchtungsraum rings um das zu untersuchende Bauteil haben will, so können zur Her­ leitung des Bonddraht-Höhenverlaufes alle Orte auf den kugel­ abschnittsförmigen Farbfilter, welche die gleiche Höhe (in der optischen Achse der Kamera) aufweisen, die gleiche Farbe haben.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In der nachfolgenden Beschreibung werden bevorzug­ te Ausführungsformen der Erfindung anhand von Abbildun­ gen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung in schematisierter Darstellung.

Fig. 2 eine Ausführungsform einer Lichtleiter-Beleuchtung;

Fig. 3 A-C schematisierte Bildausschnitte zur Bonddraht- Lokalisierung;

Fig. 4 eine perspektivische Teil-Darstellung eines Chips mit Bonddraht;

Fig. 5 eine Schemaskizze zur Erläuterung der Bonddraht-Ver­ laufsmessung;

Fig. 6 A, B weitere Abbildungen zur Erläuterung von Bond­ draht-Verläufen;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in schema­ tisierter Darstellung ähnlich der nach Fig. 1; und

Fig. 8 eine perspektivische Teil-Ansicht entlang der Linie VIII-VIII aus Fig. 7.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Über­ wachung von Raumformdaten bei der Herstellung von Halbleiter­ bauteilen schematisiert aufgezeigt. Diese umfaßt eine Halte­ rung 22, an welcher eine Vielzahl von Einzel-Lichtquellen 16a bis 16n befestigt ist. Die Einzel-Lichtquellen 16a-16n sind vorzugsweise in gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet und auf ein gemeinsames Zentrum gerichtet. Unter der Halterung 22 mit den Lichtquellen 16a-16n ist ein (nicht gezeigter) Halter vorgesehen, auf dem ein zu untersuchendes Halbleiter­ bauteil positioniert werden kann. Das Halbleiterbauteil ist in der Zeichnung durch die schematisierte Darstellung eines Chips 10 angedeutet, dessen Anschlußpunkte über Bonddrähte 12 mit Anschlußkontakten 13 eines (nicht gezeigten) Gehäuses ver­ bunden sind.

Über dem Halbleiterbauteil ist eine (CCD-) Kamera 14 so gehal­ ten, daß die optische Achse O ihres Objektivs 25 im wesent­ lichen senkrecht auf der Oberfläche 11 des Chips 10 steht.

Hinter dem Objektiv 25 der Kamera 14 ist ein Strahlteiler 24 so angebracht, daß eine neben der Kamera 14 angeordnete Licht­ quelle 23 das Halbleiterbauteil koaxial zur optischen Achse O beleuchten kann.

Alle Beleuchtungsquellen 16a-16n und 23 stehen in einer gesteuerten Verbindung mit einer Verarbeitungseinrichtung 17 welcher außerdem die Bild-Ausgangssignale der Kamera 14 zuge­ führt werden. Mit dieser Anordnung ist es möglich, das zu untersuchende Halbleiterbauteil nacheinander aus verschiedenen Richtungen entsprechend den von der Verarbeitungseinrichtung 17 angesteuerten Lichtquellen zu beleuchten und die in der Kamera 14 erzeugten Bildsignale zur Weiterverarbeitung aufzu­ nehmen.

Anstelle der Vielzahl von einzelnen Beleuchtungsquellen 16a-16n ist es möglich, Lichtleiter mit ersten Enden in dem Hal­ ter 22 zu befestigen, in deren anderen Enden Licht ein­ gestrahlt wird. Eine geeignete Anordnung ist (in prinzipiel­ ler Darstellung) in Fig. 2 gezeigt. Die Enden der dort gezeig­ ten Lichtleiter L1-L5 sind in einem (nicht gezeigten) Halter so befestigt, daß sie auf einem Kreis (-Abschnitt) liegen. Eine Lichtquelle 21 ist vorgesehen, welche Licht in Richtung auf die Enden der Lichtleiter L1-L5 aussendet. Zwischen der Lichtquelle 21 und den Endflächen der Lichtleiter ist eine scheibenförmige Blende 19 vorgesehen, die mittels eines (Schritt-) Motors 20 drehbar ist. In der Blende findet sich eine Öffnung, die so ausgebildet ist, daß das von der Licht­ quelle 21 ausgesandte Licht je nach Stellung der Blende 19 immer nur auf die Endfläche eines der Lichtleiter L1-L5 fal­ len kann, je nach Position der Lochblende 19. Der Kreis­ (Abschnitt), auf welchem die Enden der Lichtleiter positio­ niert sind, entspricht selbstverständlich der Bewegungsbahn des Lochs in der Blende 19.

Zur Erläuterung der eingangs vorgenommenen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll die beiliegende Fig. 4 die­ nen. Diese zeigt in schematisierter Darstellung ein Halblei­ terbauteil, bei welchem ein Chip 10 auf einem Substrat 15 montiert (aufgeklebt) ist. Anschlußkontakte auf der Oberfläche 11 des Chips 10 sind über Bonddrähte 12 mit Anschlußkontakten 13 verbunden, die mit nach außen (aus dem Gehäuse heraus) ragenden Kontaktstiften (nicht gezeigt) verbunden sind. Je­ der Bonddraht 12 wird resultierend aus den an sich bekannten Bondverfahren bogenförmig zwischen der entsprechenden An­ schlußstelle auf dem Chip 10 und dem Kontakt 13 geführt, so daß der Bonddraht 12 im wesentlichen in einer Ebene A ver­ läuft, die im wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche 11 des Chips 10 steht. Die Oberfläche 11 verläuft in einer x-y-Ebene, die Bonddrähte erstrecken sich somit in einer Richtung Z nach oben über die Oberfläche 11 des Chips 10 hinaus.

Beleuchtet man nun einen solchen Bonddraht 12 aus einem be­ stimmten, in Fig. 5 mit etwa 10° zur Oberfläche 11 des Chips 10 angenommenen Winkel, so wird, wie in Fig. 5 gezeigt, auf­ grund der Krümmung des Bonddrahtes 12 nur ein geringer, einem kleinen Oberflächenabschnitt des Bonddrahtes 12 entsprechender Anteil des eingestrahlten Lichtes in (das Objektiv der) Kamera 14 reflektiert, die übrigen Lichtanteile werden in andere Richtungen abgestrahlt. Da die Rauhigkeit der Bonddrahtober­ flache gering ist, gelangen nur geringe Streulichtanteile von anderen Bonddrahtabschnitten in die Kamera. Da der Einfalls­ winkel gleich dem Ausfallswinkel der Lichtstrahlen ist und die Relativpositionen der jeweils leuchtenden Lichtquelle zur Kamera 14 bekannt sind, kann der Winkel bestimmt werden, in welchem der Oberflächenabschnitt des Bonddrahtes 12 verläuft, der das Licht in die Kamera 14 reflektiert. Läßt man nun eine Lichtquelle 16a-16n nach der anderen die Bonddrähte 12 be­ leuchten, so können nacheinander verschiedene Punkte auf den Bonddrähten 12 hinsichtlich ihres Winkels zur Oberfläche 11 des Chips 10 bestimmt werden, wodurch man über eine Integra­ tion der Winkel bzw. der dazugehörigen Orte auf den Bonddräh­ ten 12 deren Verlauf in Z-Richtung errechnen kann.

Dieser Sachverhalt ist nochmals in den Fig. 6A und 6B erläu­ tert, wobei die Fig. 6A einen korrekten Bonddraht-Verlauf und Fig. 6B einen fehlerhaften Bonddraht-Verlauf zeigen. Aus die­ sen Abbildungen geht auch hervor, daß die Bereiche, in wel­ chen die Bonddrähte Licht in die Kamera reflektieren, unterschiedliche Längenausdehnung je nach Krümmungsradius aufweisen, woraus wiederum Daten herleitbar sind, welche für die Qualitatsüberprüfung genutzt werden können. Insbesondere ist es möglich, unter Anwendung eines Lernverfahrens an kor­ rekt gefertigten Halbleiterbauteilen über die Beurteilung der Reflexzonen an verschiedenen Stellen der Bonddrähte hinrei­ chend sichere Daten darüber zu gewinnen, ob die Bonddrähte einen korrekten Verlauf (Fig. 6A) oder einen fehlerhaften Ver­ lauf (Fig. 6B) aufweisen.

Um die Reflexstellen auf den Bonddrähten leichter aus den Bilddaten herausfinden zu können, ist es von Vorteil, wenn die Verläufe der Bonddrähte in der x-y-Ebene bekannt sind. Um die­ se Verläufe herauszufinden, kann man die Bonddrähte aus zwei verschiedenen Winkeln, die vorzugsweise symmetrisch um die op­ tische Achse O der Kamera angeordnet sind, beleuchten. Die zwei sich ergebenden Bilder sind schematisiert in Fig. 3A bzw. 3B gezeigt. Es ergeben sich dann für jedes der Bilder ein Hel­ ligkeitsmuster 26 für den Untergrund, ein Helligkeitsbild 28 für den Bereich, in welchem der jeweilige Bonddraht 12 reflek­ tiert, und ein Helligkeitsmuster 27, welches einem Schatten entspricht, den der jeweilige Bonddraht auf den Untergrund wirft. Bildet man eine Differenz zwischen den Bildern nach Fig. 3A und Fig. 3B, so ergibt sich das Bild nach Fig. 3C, bei welchem der (dunkle) Schattenbereich 27, der bei den bei­ den Bildern nach Fig. 3A und 3B an derselben Stelle (in der x-y-Ebene) liegt, kontrastreich gegenüber dem (helleren) Hin­ tergrund hervortritt. Im Bereich dieser "Schattenspur" der Bonddrähte müssen dann die Reflexionszonen (in der x-y-Ebene) liegen, die zur Höhenbestimmung (siehe Fig. 5 und 6) heran­ gezogen werden. Es läßt sich somit eine Datenreduktion zur Vereinfachung und Beschleunigung der Informationsverarbeitung erzielen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dann, wenn die Bonddraht-Verläufe in der x-y-Ebene sehr weit von einem Soll-Verlauf abweichen, die dazugehörigen Halbleiterbauteile als fehlerhaft auszusondern.

Im folgenden wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform an­ hand der Fig. 7 und 8 naher beschrieben.

Bei dieser Ausführungsform ist anstelle einer Vielzahl von Lichtquellen 16a-16n eine aus mehreren weißen Lichtquellen 31 bestehende Beleuchtungseinheit vorgesehen, deren Licht durch ein, in einer Halterung 22 angebrachtes Farbfilter 32 auf den zu untersuchenden Chip 10 gesendet wird. Das Farb­ filter 32 ist so ausgestaltet, daß jeder Beleuchtungsrichtung eine definierte Farbe zugeordnet ist. Beispielsweise kann das Farbfilter 32 in den Fig. 7 und 8 von unten nach oben das Farbspektrum von Blau nach Rot durchlaufen. Es kommt ledig­ lich darauf an, daß jeder Richtung, aus welcher der Chip 10 beleuchtet wird, eine bestimmte Farbe zugeordnet werden kann.

Die Kamera 14 ist als Farbkamera ausgebildet, so daß aus ihrem Ausgangssignal über einen Farbsignalumsetzer 30 ein Signal (analog oder digital) gewonnen werden kann, welches jedem Bildpunkt einen Farbwert zuordnet. Dieser dann der Verarbei­ tungseinrichtung 17 zugeführte Farbwert entspricht einer be­ stimmten Beleuchtungsrichtung.

Die Anordnung nach Fig. 7 kann auch als Schnitt durch eine hohlkugelförmige Beleuchtungseinrichtung (mit Kamera) ver­ standen werden, wobei dann das Farbfilter vorzugsweise achsen­ symmetrisch zur optischen Achse O der Kamera 14 ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist eine Ver­ einfachung insofern erzielbar, als keine gesonderte Ansteue­ rung verschiedener Lichtquellen mehr erfolgen muß.

Claims (24)

1. Verfahren zur automatischen Überwachung von Raumformdaten bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen, bei dem die Halbleiterbauteile mittels einer Beleuchtungseinrichtung (16) beleuchtet und über eine Kamera (14) beobachtet werden, deren Bild-Ausgangssignale einer Bild­ signal-Verarbeitungseinrichtung (17) zum Erkennen von Herstellungsfehlern zuführbar sind, wobei das zu untersu­ chende Halbleiterbauteil unter mindestens einem ersten reproduzierbaren Beleuchtungswinkel-Bereich beleuchtet wird, mindestens
ein Satz von Bildsignalen entsprechend dem beleuchteten Halbleiter gespeichert wird, die
gespeicherten Sätze von Bildsignalen mit einem weiteren gespeicherten Satz von Bildsignalen verglichen werden und
aus den Unterschieden der Sätze von Bildsignalen Raumform­ daten interessierender Strukturen hergeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung der Halbleiterbauteile bei feststehen­ der Kamera aus einer Vielzahl von Richtungen erfolgt und daraus entsprechende Sätze von Bilddaten gewonnen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere gespeicherte Satz von Bildsignalen einem Satz von Muster-Bildsignalen entspricht, die von einem oder einer gemittelten Vielzahl von korrekt angefertigten Halbleiterbauteilen gewonnen wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Halbleiterbauteil dann verworfen wird, wenn ein Satz von Bildsignalen in Lage und/oder Größe von Licht-Reflexionsstellen um einen vorbestimmten Betrag (Streubereich) von dem Satz von Muster-Bildsignalen abweicht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Überwachen von Bonddrahtverbindungen (12) mit An­ schlußkontakten (13) auf Halbleiterchips (10) die Beleuch­ tung aus Richtungen erfolgt, die im wesentlichen in einer Ebene (A) mit den Verläufen des Bonddrahtes (12) liegt, daß die Position von auf den Bonddrähten (12) entstehenden Licht-Reflexionsstellen aus den Bildsignalen hergeleitet werden,
daß aus den Positionen der Licht-Reflexionsstellen, der Beleuchtungsrichtung und der Kamera Steigungswinkel der Bonddrähte an den Reflexionsstellen errechnet werden; und
daß über eine Integration der Steigungswinkel der Verlauf der Bonddrähte in einer Richtung (Z) errechnet wird, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Chips verläuft.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus zwei Sätzen von Bildsignalen, die bei verschie­ denen Beleuchtungswinkeln gewonnen werden, diejenigen Be­ reiche als Spuren der Verläufe von Bonddrähten (12) in ei­ ner x-y-Ebene definiert werden, die in beiden Sätzen von Bildsignalen aufgrund eines Schattenwurfes der Bonddrähte (12) unbeleuchtet erscheinen.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Schritt das zu untersuchende Halbleiterbau­ teil koaxial zur optischen Achse (O) der Kamera (14) be­ leuchtet wird, die im wesentlichen senkrecht zur Oberflä­ che (11) der Chips (10) ausgerichtet ist und die Verläufe von Bonddrähten (12) in eine x-y-Ebene mittels eines Kantenverfolgungsalgorithmus dunkler linienförmig verlau­ fender Bildsignale ermittelt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur diejenigen Bilddaten als zugehörig zu Licht-Refle­ xionsstellen eingestuft werden, welche im Bereich der Spu­ ren der Bonddraht-Verläufe in der x-y-Ebene liegen und sich hinsichtlich ihrer Helligkeitswerte von der Umgebung hinreichend abheben.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu den aus zusammenhängenden Bildsignalen im wesentli­ chen gleicher Helligkeit entstehenden Flächen der Licht- Reflexionsstellen Flächenschwerpunkte errechnet und die errecnneten Steigungswinkel diesen Punkten zugeordnet wer­ den.

9 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Überwachung einer Vielzahl gleichartiger Helligkeitsbereiche in einem Lernschritt die im Durch­ schnitt zu erwartenden Hintergrunds-Bildsignale und Raum­ formdaten als Lerndaten gespeichert werden, welche zur Um­ gebung von Bonddrähten (12) umfassend die Chip-Oberfläche (11), ein darunterliegendes Substrat und Anschlußkontakte (13) für die Bonddrähte (12), gehören.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbauteile in einem Schritt aus einer Richtung beleuchtet werden, die durch eine Ebene (B) ver­ läuft, welche senkrecht auf einer durch die Bonddrähte (12) verlaufenden Ebene (A) steht, wobei die Beleuchtungs­ richrung schräg zur Chip-Oberfläche (11) verläuft, und daß aus Verläufen eines Schattenwurfes der Bonddrähte (12) und den Lerndaten der Verlauf der Bonddrähte (12) in eine Richtung (Z) errechnet wird, die im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche (11) der Chips (10) verläuft.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beleuchtung von Halbleiterchips (10) im wesentlichen senkrecht zur Chip- Oberfläche (11) koaxial zur optischen Achse (O) der Kamera (14) mit unpolarisiertem Licht erfolgt und
daß in einem Schritt diejenigen Stellen auf der Oberfläche (11) eines Chips (10) als Fehlerstellen definiert werden, deren zugehörige Bildsignale eine geringere Helligkeit re­ präsentieren als umgebende Bereiche.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung in einem nächsten Schritt in einem spitzen Winkel annähernd parallel zur Oberfläche (11) des Chips (10) erfolgt, ein Differenzbild aus dem zuvor gewon­ nenen Satz von Bilddaten und den momentanen Bilddaten er­ zeugt wird und die im Differenzbild hell erscheinenden Fehlerstellen als Verunreinigungen, die dunkel erscheinen­ den Fehlerstellen als Verletzungen der Chip-Oberfläche (11) definiert werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Lernverfahren der Mittelwert der Bildsignale entsprechend der Relativposition der Chips (10) zum Ge­ häuse und/oder der Verläufe von mit Kleber bedeckten Be­ reichen um die Ränder der Chips (10) ermittelt werden und dann ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn die momentan ge­ wonnenen Bildsignale um vorbestimmte Werte von den Mittelwerten der Bildsignale abweichen.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum des beleuchtenden Lichtes in Abhängigkeit vom Beleuchtungswinkel eingestellt ist, und daß aus einem Farbsignal der Kamera zu einzelnen Bildsignalen gehörende Beleuchtungswinkel hergeleitet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung gleichzeitig unter verschiedenen Be­ leuchtungswinkeln durchgeführt wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kalibrierschritt eine Kugel bekannter Größe dem Verfahren unterworfen und aus den Bildsignalen Kali­ brierwerte gewonnen und gespeichert werden.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 bis 16, mit einer Beleuchtungseinrichtung (16) zur Beleuchtung der Halbleiterbauteile (10), einer Kamera (14) zur Bildaufnahme und einer Bildsi­ gnal-Verarbeitungseinrichtung (17) zur Erkennung von Herstellungsfehlern des Halbleiterbauteils (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (16) derart ausgebildet und zu einem zu untersuchenden Halbleiterbauteil angeord­ net ist, daß dieses bei feststehender Kamera unter minde­ stens zwei voneinander verschiedenen reproduzierbaren Win­ keln beleuchtbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (16) eine Vielzahl von Einzel-Beleuchtungsquellen (16a-16n) umfaßt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß alle Einzel-Beleuchtungsquellen (16a-16n) im wesent­ lichen gleich weit von einem Punkt entfernt sind, in wel­ chem das zu untersuchende Halbleiterbauteil positionierbar ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzel-Beleuchtungsquellen (16a-16n) Leucht­ dioden umfassen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzel-Beleuchtungsquellen (16a-16n) erste Enden von Lichtleitern (18) umfassen, in deren zweite Enden zeitlich nacheinander durch Blendeneinrichtungen (19) Licht aus einer Einzel-Lichtquelle (21) einführbar ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (16) eine zylinderringför­ mige oder kugelabschnittsförmige Lichtaussendefläche (29) umfaßt, die derart ausgebildet ist, daß verschiedenen Stellen der Lichtaussendefläche verschiedene Lichtspektren zugeordnet sind, und daß die Kamera (14) zur Erzeugung von Bildsignalen ausgebildet ist, die Farbsignale umfassen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30), die ein Chrominanzsignal aus einer Fernseh-Farbkamera in ein Signal umwandelt, dessen ver­ schiedene Werte den verschiedenen Stellen der Lichtaussendefläche (29) bzw. verschiedenen Beleuchtungswinkeln entsprechen.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (16) eine breitbandige Lichtquelle (31) und ein Farbfilter (32) mit über die Fläche sich ändernden Farben oder Lichtdurchlaßberei­ chen umfaßt.