JP2008157753A - 検査装置、アニール装置、および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度且つ低コスト且つ短期間に検査が可能な金属電極の検査方法および検査装置を得ることを目的とする。
【解決手段】検査装置は、光源２から光学系３を介して金属電極１へ入射光６を照射し、金属電極１表面からの反射光９を光学系３で第一の光７と第二の光８とへ分離し第一の検出器４と第二の検出器５とでそれぞれ検出する。検査装置は、第一の検出器４により検出された第一の光７の強度Ｉ１と第二の検出器５により検出された第二の光８の強度Ｉ２との光強度比（Ｉ１／Ｉ２）を、所定の閾値と比較することにより、金属電極１の表面汚染の度合いを評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置、アニール装置、および検査方法に関し、特に、金属電極の検査を高精度且つ低コスト且つ短期間に行うための技術に関する。

パワーデバイスでは、ハンダによる実装を行うために、表面あるいは裏面電極として、Ｎｉ−Ａｕ積層膜からなる金属電極が用いられる。しかしながら、電極形成後、パシベーション膜形成のための高温キュア時に、電極表面に拡散したニッケルが酸化することによって酸化ニッケルが形成される。また、このような汚染を抑制するために、パシベーション膜形成後に積層電極を形成する場合は、パシベーション形成時にデバイスの電極下地部分を汚染される。これらの汚染が起これば、ハンダ実装時にハンダ−電極間で剥離あるいはボイドが発生し、問題となる。このような問題を回避するために、電極表面の汚染状況をモニタリングする方法として、特許文献１に記載されている方法、すなわち、電極表面に、紫外光源から光学系を介して入射光を照射し、その反射光を光学系によって検査器に導き、反射光強度の検出を行うことにより、電極表面に形成された金属酸化物の形成度合い、すなわち、表面汚染の度合いを判定する方法がある。

特開平９−２４３５５６号公報

特許文献１に開示された検査装置は、波長の短い紫外光を用いるので、金属電極表面が凹凸などにより状態が均一でない場合には、表面汚染の度合いと無関係であるにもかかわらず、散乱による影響が大きく変化するので、汚染と判定される場合がある。従って、電極表面に形成された金属酸化膜の形成度合いの判定精度が低下してしまうという問題があった。また、紫外光吸収スペクトルを得る必要があるので、光学系が複雑になり、評価にコストや時間がかかるといった問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高精度且つ低コスト且つ短期間に検査が可能な検査装置、アニール装置、および検査方法を得ることを目的とする。

本発明に係る検査装置は、可視光領域において互いに異なる波長を有する複数の光を検査対象となる金属電極へ向けて出射させる光源と、前記金属電極の表面において反射された前記複数の光の強度をそれぞれ検出する検出器と、前記検出器において検出された前記複数の光の強度どうしの比に基づき、前記金属電極の表面の状態を評価する評価手段とを備える。

本発明に係る検査装置は、金属電極の表面汚染の度合いを、紫外光より波長の長い可視光を用いて検査する。従って、紫外光を用いた場合に比較して、散乱による精度の低下を防ぐことができるとともに、光学系が複雑になることを防ぐことができる。よって、高精度且つ低コスト且つ短期間に検査が可能となる。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る金属電極の検査装置を示す概略側面図である。

図１において、検査装置は、光源２から光学系３を介して金属電極１へ入射光６を照射し、金属電極１表面からの反射光９を光学系３で第一の光７と第二の光８とへ分離し第一の検出器４と第二の検出器５とでそれぞれ検出することにより、金属電極１を検査する。

なお、光源２からの入射光６に含まれる第一の光７と第二の光８の波長とは、いずれも可視光領域に属しており、互いに異なるものとする。以下では、第二の光８の波長が第一の光７の波長に比べて長い場合について説明する。また、以下では、第一の光７と第二の光８との二種類の波長の光を用いる場合について説明するが、二種類に限らず、三種類以上の波長の光を用いてもよい。

金属電極１は、材質には特に制限はないが、ここでは、ＮｉとＡｕとの積層構造からなる膜を用いた場合について説明する。

光源２は、第一の光７と第二の光８との二種類の波長の光を同時に出射させることができるものであればよく、また、これら二種類の波長の光は、連続スペクトル光であっても輝線スペクトル光であってもよい。従って、光源２としては、例えばハロゲンランプを用いてもよく、あるいは、多色ＬＥＤやＬＤを用いてもよい。

光学系３は、図示は省略しているが、入射光６を集光する第一のレンズ、金属電極１からの反射光９を平行光へ戻す第二のレンズ、反射光９の光軸を曲げるハーフミラー、および第一の光７と第二の光８とを分離する分散プリズムを含んでいる。

なお、上記の第一のレンズと第二のレンズとには、同一のレンズを用いてもよい。

また、上記の分散プリズムに代えて、第一の光７を選択的に透過させるバンドパスフィルターと第二の光８を選択的に透過させるバンドパスフィルターとを組み合わせた光学系や、回折格子を用いてもよい。

また、図１においては、金属電極１に対する入射光６の入射角が０°である場合について示されているが、これに限らず、あるいは、図２に示されるように、金属電極１に対する入射光６の入射角１４が０°より大きくてもよい。この入射角１４の大きさには特に制限はないが、０°より大きい場合には、図２に示されるように、図１の光学系３は、上記の第一のレンズで入射光６を集光する第一の光学系１５と上記の第二のレンズで反射光９を平行光へ戻し分散プリズムで分離する第二の光学系１６とに分離して設置される。なお、図２の第一の光学系１５および第二の光学系１６は、反射光９の光軸を曲げる必要はないので、図１の光学系３とは異なり、ハーフミラーは含まない。

第一の検出器４および第二の検出器５としては、パワーメーター、ＣＣＤ、フォトダイオードまたは光電子倍増管などが利用できる。

図１において、検査装置は、第一の検出器４により検出された第一の光７の強度Ｉ１と第二の検出器５により検出された第二の光８の強度Ｉ２との光強度比（Ｉ１／Ｉ２）を、図示しない評価手段を用いて所定の閾値と比較することにより、金属電極１の表面汚染の度合いを評価する。この評価手段としては、例えば、ＣＰＵ等の制御手段、メモリ等の記憶手段、ディスプレイ等の出力手段、およびキーボード等の入力手段を備えるコンピュータ等が用いられる。

実験の結果、金属電極１がＮｉ−Ａｕ積層膜である場合には、第一の光７として波長が５５０〜６５０ｎｍの範囲の光を、第二の光８として波長が７５０〜８５０ｎｍの範囲の光を、それぞれ利用でき、この場合の閾値は０．６５〜０．７５の範囲となることが分かっている。

また、第一の光７として波長が６００ｎｍの光を、第二の光８として波長が８００ｎｍの光を、それぞれ利用した場合の閾値は０．７となることが分かっている。

図３は、図１の検査装置により実測された、金属電極１のハンダに対する接触角と光強度比（Ｉ１／Ｉ２）との関係を示すグラフである。

一般に、金属電極１の表面汚染の度合いが大きくなると、金属電極１のハンダに対する接触角が大きくなり、実装時に金属電極１の剥離やボイドの原因となる。具体的には、接触角が１０°以上で不良品となる。

図３に示されるように、光強度比（Ｉ１／Ｉ２）は接触角が大きくなるにつれて小さくなり、接触角が１０°より大きくなると、光強度比（Ｉ１／Ｉ２）は０．７より小さくなる。従って、金属電極１の検査の結果、光強度比（Ｉ１／Ｉ２）が０．７より小さいものを取り除くことにより、不良品を選別することが可能となる。

このように、本実施の形態に係る検査装置および検査方法においては、金属電極の表面汚染の度合いを、紫外光より波長の長い可視光を用いて検査する。従って、紫外光を用いた場合に比較して、散乱による精度の低下を防ぐことができるとともに、光学系が複雑になることを防ぐことができる。よって、高精度且つ低コスト且つ短期間に検査が可能となる。

＜実施の形態２＞
実施の形態１においては、二種類の波長の光を同時に出射させる光源２を用いて検査を行う場合について説明した。しかし、これに限らず、あるいは、二種類の波長の光を交互に出射させる光源を用いて検査を行ってもよい。

図４は、本発明の実施の形態２に係る金属電極の検査装置を示す概略側面図である。図４は、図１において、光源２に代えて光源２ａを、光学系３に代えて光学系３ａを、それぞれ設けるとともに、第一の検出器４と第二の検出器５とを一つにまとめた（図４においては、第一の検出器４にまとめた場合が示されている）ものである。なお、図４においては、図１と同一の部材には同一の符号を付しており、ここでは、これらの詳細な説明は省略する。

実施の形態１に係る図１の光源２は、上述したように、二種類の波長の光を同時に出射させることができるものであるが、本実施の形態に係る図４の光源２ａは、二種類の波長の光を交互に出射させることができるものであるとする。従って、光源２ａとしては、ハロゲンランプではなく多色ＬＥＤやＬＤを用いることが好ましい。

また、実施の形態１に係る図１の光学系３は、上述したように、入射光６を集光する第一のレンズ、金属電極１からの反射光９を平行光へ戻す第二のレンズ、反射光９の光軸を曲げるハーフミラー、および第一の波長の光７と第二の波長の光８とを分離する分散プリズムを含んでいる。一方、本実施の形態に係る図４の光学系３ａは、第一のレンズ、第二のレンズ、およびハーフミラーは含んでいるが、光を分離する必要がないので、分散プリズムは含んでいない。

また、図４においては、金属電極１に対する入射光６の入射角が０°である場合について示されているが、これに限らず、あるいは、図５に示されるように、金属電極１に対する入射光６の入射角１４が０°より大きくてもよい。この入射角１４の大きさには特に制限はないが、実施の形態１と同様に、０°より大きい場合には、図５に示されるように、図４の光学系３ａは、上記の第一のレンズで入射光６を集光する第一の光学系１５と上記の第二のレンズで反射光９を平行光へ戻す第二の光学系１６ａとに分離して設置される。すなわち、図５の第二の光学系１６ａは、光を分離する必要がないので、図２の第二の光学系１６とは異なり、分散プリズムを含まない。また、図５の第一の光学系１５および第二の光学系１６ａは、反射光９の光軸を曲げる必要はないので、図４の光学系３ａとは異なり、ハーフミラーは含まない。

図５において、検査装置は、光源２ａから第一の光７と第二の光８とを交互に出射して、第一の検出器４により、第一の光７の強度Ｉ１と第二の光８の強度Ｉ２とを検出する。そして、この光強度比（Ｉ１／Ｉ２）を、図示しない評価手段を用いて所定の閾値と比較することにより、金属電極１の表面汚染の度合いを評価する。

実験の結果、金属電極１がＮｉ−Ａｕ積層膜である場合には、第一の光７として波長が５５０〜６５０ｎｍの範囲の光を、第二の光８として波長が７５０〜８５０ｎｍの範囲の光を、それぞれ利用でき、この場合の閾値は０．６５〜０．７５の範囲となることが分かっている。

また、第一の光７として波長が６５０ｎｍの光を、第二の光８として波長が７８０ｎｍの光を、それぞれ利用した場合の閾値は０．８５となることが分かっている。

図６は、図４の検査装置により実測された、金属電極１のハンダに対する接触角と光強度比（Ｉ１／Ｉ２）との関係を示すグラフである。

図６に示されるように、光強度比（Ｉ１／Ｉ２）は接触角が大きくなるにつれて小さくなり、接触角が１０°より大きくなると、光強度比（Ｉ１／Ｉ２）は０．８５より小さくなる。従って、金属電極１の検査の結果、光強度比（Ｉ１／Ｉ２）が０．８５より小さいものを取り除くことにより、不良品を選別することが可能となる。

このように、本実施の形態に係る検査装置および検査方法においては、実施の形態１と同様に、金属電極の表面汚染の度合いを、紫外光より波長の長い可視光を用いて検査するので、実施の形態１と同様の効果を奏する。

＜実施の形態３＞
実施の形態１〜２においては、金属電極１の表面汚染の度合いを検査する検査装置について説明したが、この検査装置をアニール装置に組み込むことにより、アニールによる酸化物の形成に伴う表面汚染の度合いを検査することが可能となる。

図７は、本発明の実施の形態３に係るアニール装置１７を示す概略側面図である。図７に示されるように、アニール装置１７には、実施の形態２に係る図４の検査装置が組み込まれている（勿論、図４に限らず図１，２，５の検査装置が組み込まれてもよい）。

図７において、光源２からの入射光６は、光学系３ａおよび光学窓１８をこの順に経由して、アニール装置１７内に配置された金属電極１へ照射される。金属電極１からの反射光９は、光学窓１８および光学系３ａをこの順に経由して、第一の検出器４で検出される。

図８は、図７のアニール装置１７を用いて、Ｎｉ（膜厚５００ｎｍ）−Ａｕ（膜厚１００ｎｍ）積層膜からなる金属電極１を裏面に形成したＳｉＣ基板を３５０℃で１時間アニールした場合に実測された、経過時間と光強度比（Ｉ１／Ｉ２）および温度との関係を示すグラフである。図８に示されるように、経過時間が長くなるほど、表面汚染の度合いは大きくなるので、光強度比（Ｉ１／Ｉ２）は、徐々に低下していき、約３時間以上経過した後には、０．８５より小さくなる。

このように、本実施の形態に係るアニール装置は、アニールによる金属電極の表面汚染の度合いを、その場観察により検査できる。従って、実施の形態１〜２の効果に加えて、金属電極を、表面汚染が進み不良品となる前に取り出すことができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る金属電極の検査装置を示す概略側面図である。 実施の形態１に係る金属電極の検査装置を示す概略側面図である。 実施の形態１に係る金属電極の検査装置における接触角と光強度比との関係を示すグラフである。 実施の形態２に係る金属電極の検査装置を示す概略側面図である。 実施の形態２に係る金属電極の検査装置を示す概略側面図である。 実施の形態２に係る金属電極の検査装置における接触角と光強度比との関係を示すグラフである。 実施の形態３に係る金属電極のアニール装置を示す概略側面図である。 実施の形態３に係る金属電極のアニール装置における経過時間と光強度比および温度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 金属電極、２ 光源、３ 光学系、４ 第一の検出器、５ 第二の検出器、６ 入射光、７ 第一の光、８ 第二の光、９ 反射光、１４ 入射角、１５ 第一の光学系、１６ 第二の光学系、１７ アニール装置、１８ 光学窓。

Claims (8)

1. 可視光領域において互いに異なる波長を有する複数の光を検査対象となる金属電極へ向けて出射させる光源と、
   前記金属電極の表面において反射された前記複数の光の強度をそれぞれ検出する検出器と、
   前記検出器において検出された前記複数の光の強度どうしの比に基づき、前記金属電極の表面の状態を評価する評価手段と
   を備える検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置であって、
   前記金属電極は、ＮｉとＡｕとの積層構造を含み、
   前記複数の光に含まれる第一の光は、波長が５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲内にあり、
   前記複数の光に含まれる第二の光は、波長が７５０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲内にある
   検査装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の検査装置であって、
   前記光源は、前記複数の光を同時に出射させる手段を含む
   検査装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の検査装置であって、
   前記光源は、前記複数の光を交互に出射させる手段を含む
   検査装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の検査装置を備えるアニール装置。
6. 可視光領域において互いに異なる波長を有する複数の光を検査対象となる金属電極へ向けて出射させる出射工程と、
   前記金属電極の表面において反射された前記複数の光の強度をそれぞれ検出する検出工程と、
   前記検出工程において検出された前記複数の光の強度どうしの比に基づき、前記金属電極の表面の状態を評価する工程と
   を備える検査方法。
7. 請求項６に記載の検査方法であって、
   前記出射工程は、前記複数の光を同時に出射させる工程を含む
   検査方法。
8. 請求項６に記載の検査方法であって、
   前記出射工程は、前記複数の光を交互に出射させる工程を含む
   検査方法。

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