我々の暮らしに密接に関わっている半導体

半導体は、電子産業品に必須となるものであり、現代の私たちの暮らしに密接に関わっています。イメージしやすい代表的な製品としては、パソコンやスマートフォン等が挙げられます。これらの製品に加えて、エアコンや炊飯器等の家電、自動販売機、銀行のATM、自動車まであらゆる電子産業品に半導体が使用されています。

この半導体製造においては、製造工程ごとに検査が行われます。半導体には、様々な電子回路が高密度で集積されているため、電子機器の最低限の品質を担保するためには、検査が非常に重要な工程となります。従来の半導体の検査は、顕微鏡等を用いて人の手で行われることがほとんどでした。しかし、半導体の小型化・軽量化がさらに求められる昨今では、検査精度の向上も同様にニーズが高まっています。このニーズに対応するためには、高度な検査が可能である検査装置を用いる必要があります。画像処理技術を活用した検査はその代表例といえます。

 

半導体製造、半導体製品における外観検査

まず、主な半導体の製造工程とその外観検査項目を下記にてご紹介します。

設計

設計段階では、ウェーハ表面の回路を配置するための設計を行います。その際、フォトマスクと呼ばれるガラス板にコンピュータを用いて回路パターンを一度描き、その後ウェーハに転写をします。当工程では、主にウェーハの歪み・割れ・欠け等の外観検査が実施されます。

前工程

前工程では、「薄膜形成」「エッチング」「イオン注入」等の作業を繰り返すことにより、ウェーハにトランジスタ等を含む電子回路を、数百個もの単位で高密度に構築します。当工程では、主に異物混入等の外観検査が実施されます。

後工程

後工程では、ウェーハを切断して一つ一つのチップに切り離す作業を行います。その後、「ワイヤーボンディング」や「モールディング」と呼ばれるパッケージ工程を経て、最終検査へと回されます。当工程では、主に外観構造検査等の外観検査が実施されます。

このように、半導体のあらゆる製造工程で外観検査が求められているのです。

半導体製品

上述の半導体製造工程のみならず、半導体製造後の半導体製品（電子産業品）でも、外観検査は求められています。例としては、ICチップリード部品の計測検査や、コンデンサ―等の傷・汚れ・クラック検査等が挙げられます。これらの外観検査は、半導体製品（電子産業品）の性能に大きく関わるため、非常に重要な工程であるといえます。

 

半導体業界における画像検査の自動化事例をご紹介！

事例①：ICチップのリード計測

ICチップの検査において、特に下図のような実装済みのものは周囲に他のICや基板パターンなどがあり、それが明るさの変動などの外乱となりうることがあります。このような状況では、いかに対象部分を正確に検出することができるかがまず重要になってきます。

当社で使用している画像処理ライブラリ HALCON は、ロバストで高速なエッジベースのパターンマッチングの手法を備えており、外乱に対しても強い認識能力があります。下図のように、計測したいリード間の部分を赤色矩形で指定し、さらにチップの印刷をパターンマッチングのモデルとして登録します。

このモデルを別のICチップに対して適応すると、下図のように正確にチップ印刷部をサーチして位置決めし、計測したい矩形を青色枠のように移動させることができます。その後、リード間の輝度変化を読み取って青色枠内の赤線を引き、リード計測を自動処理しています。

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※本記事は、株式会社リンクスのHP https://linx.jp/casestudy/halcon-pattern より引用させていただいております。

事例②：半導体チップの画像検査

本事例では画像処理ライブラリにＨＡＬＣＯＮを採用し、四角形形状の部品の計測を行います。具体的に、チップ上の四角形部分をサブピクセル精度で測定し、かつそれぞれの四角形の中心を比較することで、位置づれの度合いを計測することを目的としています。

本画像検査の場合、エッジの正確な取得はもちろんのこと、取得したエッジから測定の対象となるエッジを選別したり、あるいは分割を行う。さらには直線的あるいは曲線的に隣接するエッジ同士を結合する、といったプロセスが必要となります。そして、これらのエッジを四角形や円などに直線近似することにより、サブピクセル精度の高精度な計測を実現することが可能となります。

従って汎用的な画像処理では対応が難しく、ＨＡＬＣＯＮの様な自由度が高い画像処理ライブラリと、ワーク対象や必要なアルゴリズム処理に最適なカメラ・照明・搬送装置とのマッチングが重要となります。当社では、こうしたＨＡＬＣＯＮに代表されるハイエンドの画像処理ライブラリの活用により、高精度な画像検査を実現しています。

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まとめ

いかがでしたでしょうか。今回は、半導体業界における画像検査についてご紹介しました。画像検査.comでは、検査工程の省人化・無人化ニーズにお応えすべく、日々技術を磨いております。 画像処理の技術とノウハウだけでなく、自動機の組立・検査・出荷梱包ラインまで一括で設計製作可能という強みがあります。 搬送から画像検査までトータルしたご相談に対応可能です。 画像検査でお困りごと、お悩み事がある方は、画像検査.comまでお問い合わせください。下記より、当社の導入事例をご覧ください。