(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を半導体ウェーハに照射して該半導体ウェーハからの反射光を位置測定器にて測定することにより、前記半導体ウェーハに形成されたバンプの高さを測定するウェーハバンプの高さ測定装置であって、
前記位置測定器により第１のバンプ高さ測定データを算出する第１の演算手段と、
前記半導体ウェーハからの反射光を撮像する撮像装置にて撮像した画像に基づき第２のバンプ高さ測定データを算出する第２の演算手段と、
前記第１の演算手段にて算出された前記第１のバンプ高さ測定データを前記第２の演算手段にて算出された前記第２のバンプ高さ測定データにより補正するバンプ高さ補正手段と、
を備え、
前記測定光は前記半導体ウェーハの斜め上方に配置した発光器により照射され、
前記位置測定器と前記撮像装置が、同じ光軸上の前記半導体ウェーハからの反射光を受光することを特徴としたウェーハバンプの高さ測定装置。
【請求項２】
前記半導体ウェーハからの反射光を光分離器で分離して前記位置測定器の受光部と前記撮像装置の撮像素子の受光部とで受光することを特徴とした請求項１記載のウェーハバンプの高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンプが実装された半導体ウェーハの高さを測定するウェーハバンプの高さ測定装置及び高さ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バンプの高さを測定する方法として、図７に示すようなレーザを用いた三角測量の原理に基づく光切断法による測定方法が広く知られている。
【０００３】
バンプ８０１の高さを測定する高さ測定装置８０２について説明すると、ラインレーザーユニット８０３からのレーザ光８０４をウェーハステージ８０５に支持された半導体ウェーハ８０６の斜め上方から照射するとともに、その反射光８０７を、前記ラインレーザーユニット８０３に対向する位置に設けられた対物レンズ８０８を介してＰＳＤ８０９で受光するように構成されている。
【０００４】
そして、このＰＳＤ８０９からの信号を図外の装置で処理することで、前記半導体ウェーハ８０６に設けられたバンプ８０１の高さを測定できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１５０１４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図８に示すように、半導体ウェーハ８０６の上面８１１には、透明な保護膜８１２が設けられており、測定する高さとしては、この保護膜８１２表面から前記バンプ８０１の頂点までの距離を測定するのが望ましい。
【０００７】
しかしながら、このような従来の高さ測定装置８０２にあっては、レーザ光８０４の反射光８０７を前記ＰＳＤ８０９にて受光する際、前記半導体ウェーハ８０６上の前記保護膜８１２表面８２１で反射した反射光と、前記半導体ウェーハ８０６の上面８１１で反射した反射光の双方を受光してしまう。すると、前記両反射光に基づいて出力された信号を基準として高さが測定されてしまい、正確なバンプ８０１の高さ測定を行うことが出来なかった。
【０００８】
具体的に説明すると、前記レーザ光８０４は斜め上方から照射されているため、前記保護膜８１２の表面８２１で反射する第一反射光８０７ａは、前記ラインレーザーユニット８０３寄り部位で反射する。一方、前記半導体ウェーハ８０６の上面８１１で反射する第二反射光８０７ｂは、前記第一反射光８０７ａより前記対物レンズ８０８側で反射する。
【０００９】
すると、前記両反射光８０７ａ，８０７ｂは、図８の（ｂ）に示したように、前記ＰＳＤ８０９の異なる位置に入力され、当該ＰＳＤ８０９では、実際に入力した両反射光８０７ａ，８０７ｂの中間位置に仮想反射光８３１が入力された場合と同じ信号を出力してしまい、前述した測定誤差が生じてしまう。
【００１０】
これを解消するために、前記ＰＤＳ８０９に代えて、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像装置にて、反射光８０７を受光してバンプの高さ測定を行う方法もあるが、演算負荷の増大により高さ測定に時間がかかるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、バンプの高さを保護膜表面の反射の影響を除去した状態で精度よく測定するとともに、高さ測定の処理を高速化することが出来るウェーハバンプの高さ測定装置及び高さ測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために本発明の請求項１のウェーハバンプの高さ測定装置においては、測定光を半導体ウェーハに照射して該半導体ウェーハからの反射光を位置測定器にて測定することにより、前記半導体ウェーハに形成されたバンプの高さを測定するウェーハバンプの高さ測定装置であって、前記位置測定器により第１のバンプ高さ測定データを算出する第１の演算手段と、前記半導体ウェーハからの反射光を撮像する撮像装置にて撮像した画像に基づき第２のバンプ高さ測定データを算出する第２の演算手段と、前記第１の演算手段にて算出された前記第１のバンプ高さ測定データを前記第２の演算手段にて算出された前記第２のバンプ高さ測定データにより補正するバンプ高さ補正手段と、を備え、前記測定光は前記半導体ウェーハの斜め上方に配置した発光器により照射され、前記位置測定器と前記撮像装置が、同じ光軸上の前記半導体ウェーハからの反射光を受光する。
【００１３】
すなわち、半導体ウェーハに形成されたバンプの高さを測定する際には、測定光が照射された半導体ウェーハからの反射光を位置測定器に入力して第１のバンプ高さ測定データを算出するとともに、前記半導体ウェーハからの反射光を撮像した撮像装置の画像に基づき第２のバンプ高さ測定データを算出する。
【００１４】
そして、位置測定器より算出された前記第１のバンプ高さ測定データは、前記撮像装置の画像に基づいて算出された前記第２のバンプ高さ測定データによって補正される。
【００１６】
また、前記測定光は、前記半導体ウェーハの斜め上方に配置した発光器により照射され、その反射光が、同じ光軸にて前記位置測定器と前記撮像装置とに受光される。
【００１７】
さらに、請求項２のウェーハバンプの高さ測定装置では、前記半導体ウェーハからの反射光を光分離器で分離して前記位置測定器の受光部と前記撮像装置の撮像素子の受光部とで受光する。
【００１８】
すなわち、前記半導体ウェーハからの反射光を光分離器で分離して、前記位置測定器の受光部及び前記撮像装置の撮像素子の受光部で受光することによって、同じ光軸上の反射光が前記位置測定器及び前記撮像装置で受光される。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明の請求項１のウェーハバンプの高さ測定装置においては、位置測定器より算出された前記第１のバンプ高さ測定データを、前記撮像装置の画像に基づいて算出された前記第２のバンプ高さ測定データを用いて補正することができる。
【００２３】
これにより、半導体ウェーハ上に設けられた保護膜表面で反射した反射光と半導体ウェーハ上面で反射した反射光とを同時に受光した際に前記保護膜表面の高さを正確に測定できなくなる位置測定器からの保護膜表面高さデータを、前記保護膜表面の高さを正確に測定できる撮像装置からの保護膜表面高さデータによって補正することができる。
【００２４】
このため、前記位置測定器のみを用いて前記保護膜表面から前記バンプ頂点までのバンプの高さを測定する従来と比較して、前記半導体ウェーハ上面からの反射光の影響を除去することができ、前記バンプの高さの演算精度を向上することができる。
【００２５】
加えて、前記バンプの高さの演算精度の向上を図りつつ、前記撮像装置の画像のみから前記保護膜表面の高さ寸法と前記バンプ頂点までの高さ寸法とを演算しなければならない場合と比較して、演算処理を迅速に行うことができる。
【００２６】
また、前記反射光を同じ光軸にて前記位置測定器と前記撮像装置とで受光することで、前記位置測定器で測定するバンプ頂点と、前記撮像装置で測定する前記保護膜表面と、前記位置測定器で測定する前記半導体ウェーハ上面とを、同じ光軸の反射光を用いて測定することができる。
【００２７】
これにより、更なる検出精度の向上を図ることができる。
【００２８】
さらに、請求項２のウェーハバンプの高さ測定装置では、前記半導体ウェーハからの反射光を光分離器で分離して、前記位置測定器の受光部及び前記撮像装置の撮像素子の受光部で受光することで、同じ光軸上の反射光を前記位置測定器及び前記撮像装置で受光することができる。
【００２９】
これにより、例えば前記位置測定器及び前記撮像装置に対応する発光器をそれぞれ設けなければならない場合と比較して、レイアウトの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】同実施例におけるバンプ部分の高さ測定の説明に用いた図である。
【図３】同実施例における高さ測定データの信号処理を示す処理ブロック図である。
【図４】同実施例における第１の演算処理を示すフローチャートである。
【図５】同実施例における第２の演算処理を示すフローチャートである。
【図６】同実施例におけるバンプ高さ補正処理を示すフローチャートである。
【図７】従来のウェーハバンプ高さ測定装置を示す構成図である。
【図８】同従来のウェーハバンプ高さ測定装置における位置測定器の動作を示す図で、（ａ）は、半導体ウェーハからの反射光をＰＳＤで受光する様子を示す説明図であり、（ｂ）は、反射光のＰＳＤへの受光状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の一実施の形態を図に従って説明する。
【００３４】
図１は、本実施の形態にかかるウェーハバンプの高さ測定装置１を示す図であり、該ウェーハバンプの高さ測定装置１は、半導体ウェーハ２上に設けられた半田ボール等の接合剤からなるバンプ３の高さを測定する装置である。
【００３５】
すなわち、図２にも示すように、前記半導体ウェーハ２の上面１１には、金属製の柱１２が設けられており、該柱１２の外周部は、透明性を有した保護膜１３で覆われている。前記柱１２上には、前記バンプ３が設けられており、当該ウェーハバンプの高さ測定装置１では、前記保護膜１３の表面１４から前記バンプ３の頂点１５までの高さ寸法をバンプ高さｈとして測定するように構成されている。
【００３６】
このウェーハバンプの高さ測定装置１は、図１に示したように、前記半導体ウェーハ２を支持するＸＹステージ２１を備えており、該ＸＹステージ２１は、支持した前記半導体ウェーハ２を直交するＸ方向及びＹ方向へ移動できるように構成されている。
【００３７】
このＸＹステージ２１上には、高さ測定を行う測定位置３１が設定されており、該測定位置３１を境とする一方側には、発光器であるラインレーザーユニット３２が設けられている。該ラインレーザーユニット３２は、測定光としてのライン状のレーザ光３３を前記測定位置３１へ向けて照射するように構成されており、前記ＸＹステージ２１上の前記半導体ウェーハ２に対して、その斜め上方から前記レーザ光３３を照射できるように構成されている。
【００３８】
また、前記測定位置３１を境とする他方側には、受光ユニット４１が設けられており、該受光ユニット４１は、前記ラインレーザーユニット３２から照射された前記レーザ光３３が前記測定位置３１にて反射した反射光４２を対物レンズ４３を介して受光するように構成されている。この受光ユニット４１のユニット本体４４の端部には、位置測定器としてのＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）４５が設けられており、前記対物レンズ４３を介して前記ユニット本体４４内に進入するとともに前記対物レンズ４３と前記ＰＳＤ４５の受光部であるＰＳＤ素子４６とを結ぶ光軸４７上には、前記反射光４２を二方向に分離する光分離器としてのハーフミラー４８が前記ユニット本体４４内に設けられている。
【００３９】
このハーフミラー４８は、前記対物レンズ４３からの前記反射光４２の９５％を前記ＰＳＤ素子４６側へ通過させるとともに、前記反射光４２の５％は、垂直方向へ屈折するように構成されており、この屈折方向には、撮像装置としてのエリア撮像カメラ５１が設けられている。
【００４０】
これにより、前記ハーフミラー４８を透過した透過光６１は、前記ＰＳＤ４５の前記ＰＳＤ素子４６で受光される一方、前記ハーフミラー４８で屈折した屈折光６２は、前記エリア撮像カメラ５１の撮像素子としてのＣＣＤからなるエリア撮像素子６３で受光されるように構成されている。
【００４１】
前記ラインレーザーユニット３２と前記ＰＳＤ４５と前記エリア撮像カメラ５１とは、図外のコンピュータに接続されており、これらはプログラムの処理手順に従って動作するように構成されている。
【００４２】
図３は、前記ウェーハバンプの高さ測定装置１での処理内容を示すブロック図であり、前記ＸＹステージ２１は、ＸＹステージ駆動部７１に接続されており、該ＸＹステージ駆動部７１からの指令に基づいて前記ＸＹステージ２１を駆動するとともに、前記測定位置３１に位置する座標データを出力するように構成されている。
【００４３】
前記ＰＳＤ４５からのアナログ出力は、Ａ／Ｄ変換器８１でデジタル化され、前記ＸＹステージ駆動部７１からの座標データと共に処理されることによって、前記ＸＹステージ２１上の前記半導体ウェーハ２の各所での高さ情報が、高さ元データとしてメモリに格納される（８２）。このメモリに格納された前記高さ元データからは、前記半導体ウェーハ２のバンプ高さｈが計算され（８３）、前記ＰＳＤ４５からの出力に基づいて算出されたバンプ高さデータが出力される（８４）。
【００４４】
一方、前記エリア撮像カメラ５１のエリア撮像素子６３であるＣＣＤで取得された撮像画像は、画像入力ボード９１に入力され、この画像は、前記ＸＹステージ駆動部７１からの位置データに関連付けられてフレームメモリ９２に記憶される。このフレームメモリ９２の記憶データからは、前記半導体ウェーハ２の前記保護膜１３表面１４の高さが計算され（９３）、保護膜１３表面１４の高さが膜上面高さデータとして出力される（９４）。
【００４５】
すなわち、図２には、前記半導体ウェーハ２の撮像画像１０１が示されており、該撮像画像１０１には、前記半導体ウェーハ２に照射された前記レーザ光３３の反射光４２が表示されている。
【００４６】
このとき、前記ラインレーザーユニット３２からのレーザ光３３は、前記半導体ウェーハ２に対して斜め上方から照射されているため、前記撮像画像１０１には、前記保護膜１３の表面で反射した第一反射光４２ａと、前記保護膜１３より下側である前記半導体ウェーハ２の上面１１で反射した第二反射光４２ｂとが表示されている。
【００４７】
また、この図２には、前記撮像画像１０１におけるＡ−Ａ線に沿った部分での座標位置を横軸とするとともに入力輝度を縦軸とした輝度分布図１１１が示されており、前記保護膜１３の表面１４で反射した第一反射光４２ａと、前記半導体ウェーハ２の上面１１で反射した第二反射光４２ｂとが異なる位置に現れるとともに、前記第一反射光４２ａと前記第二反射光４２ｂとが異なる輝度で入力されていることが分かる。
【００４８】
このエリア撮像素子６３からの撮像画像１０１を用いた処理では、当該撮像画像１０１の総ての画素に付いて輝度を演算して画像処理を行うこととなる。このため、比較的明確に表示される前記第一反射光４２ａと前記第二反射光４２ｂと検出は容易であるが、バンプ３の頂点を検出する際には、画像処理時間を要する。
【００４９】
したがって、本実施の形態では、前記エリア撮像素子６３からの撮像画像１０１を用いたバンプ３頂点１５の検出及び高さの測定は行わない。
【００５０】
次に、図３に示したように、このエリア撮像カメラ５１からの出力に基づいて算出された膜上面高さデータを基準として用いるとともに、前記ＰＳＤ４５からの出力に基づいて算出された前記バンプ高さデータをバンプの高さ位置のデータとして用いることによって前記保護膜１３表面１４から前記バンプ３の頂点１５までのバンプ高さｈが算出される（９５）。
【００５１】
そして、前記ＸＹステージ２１にセットされた半導体ウェーハ２に設けられたバンプ３のバンプ高さｈを計測する際には、ラインレーザーユニット３２からライン状のレーザ光３３を測定位置３１に位置する前記半導体ウェーハ２の部位へ照射しながら前記ＸＹステージ２１を前記レーザ光３３と直交する方向へ移動するとともに、その反射光４２を受光ユニット４１で受光することで前記半導体ウェーハ２のスキャン処理を行い、前記半導体ウェーハ２の保護膜１３の表面１４から前記バンプ３の頂点１５までの高さ寸法をバンプ高さｈとして測定できるように構成されている。
【００５２】
以上の構成にかかる本実施の形態において、ＸＹステージ２１にセットされた半導体ウェーハ２におけるバンプ３のバンプ高さｈを計測する際の動作を、フローチャートに従って説明する。
【００５３】
すなわち、前記コンピュータがプログラムに従って動作を開始し、メインルーチンから第１の演算処理が呼び出された際には、図４に示すように、先ず初期化を行った後（Ｓ１）、ＰＳＤ素子４６に生じ得る誤差の補正をキャリブレーション補正処理にて行う（Ｓ２）。そして、前述したスキャンを開始するとともに（Ｓ３）、前記反射光４２からなる入射光を受光した前記ＰＳＤ素子４６からの出力に基づいて高さ計算を行う（Ｓ４）。
【００５４】
このとき、前記ＰＳＤ素子４６で受光された反射光４２の受光量は、当該ＰＳＤ素子４６から電圧値として出力され、前記反射光４２の前記ＰＳＤ素子４６への入力位置は、前記ＰＳＤ素子４６から電流値として出力される。このため、ＰＳＤ素子４６の長さ寸法をＬ、ＰＳＤ素子４６の第一電極からの電流値をＩ１、ＰＳＤ素子４６の第二電極からの電流値をＩ２とした際に、当該ＰＳＤ素子４６にで受光された前記反射光４２のＰＳＤ中心位置Ｃからのズレ量をＤを、次式で求めることができる。
【００５５】
Ｄ＝Ｌ／２＊（Ｉ２−Ｉ１）／（Ｉ１＋Ｉ２）
【００５６】
これにより、このズレ量Ｄから前記反射光４２の受光位置が分かるので、この受光位置から前記計測位置３１の高さ寸法を演算し、前記半導体ウェーハ２の面データを完成させる。
【００５７】
そして、前記半導体ウェーハ２の各所で取得した各高さデータの例えば極大値から前記バンプ３の頂点１５を検出し（Ｓ５）、当該頂点１５位置での高さを演算して（Ｓ６）、メインルーチンへ戻る。
【００５８】
また、前記メインルーチンから第２の演算処理が呼び出された際には、図５に示すように、初期化を行った後（ＳＢ１）、前記エリア撮像カメラ５１のエリア撮像素子６３から取得した撮像画像１０１から前記保護膜１３の表面で反射した第一反射光４２ａを識別し（ＳＢ２）、この第一反射光４２ａにおける輝度のピーク値が示す位置から前記保護膜１３の表面１４の高さを算出して（ＳＢ３）、メインルーチンへ戻る。
【００５９】
次に、前記メインルーチンからバンプ高さ補正処理が呼び出された際には、図６に示すように、前記保護膜１３の無い部位において、前記ＰＳＤ素子４６からの出力に基づいて算出した高さと、前記エリア撮像カメラ５１からの撮像画像１０１に基づいて算出した高さとが「０」となるようにリセットしてリニアリティを確保した後（ＳＣ１）、前記保護膜１３表面１４の高さをＣＣＤで構成されたエリア撮像素子６３からの撮像画像１０１に基づいて測定するとともに（前記第２の演算処理の結果を利用）、前記バンプ３の頂点１５の高さを前記ＰＳＤ素子４６からの出力に基づいて測定する（前記第１の演算処理の結果を利用）（ＳＣ２）。
【００６０】
そして、前記ＰＳＤ素子４６からの出力に基づいて測定した前記バンプ３の頂点１５の高さから、エリア撮像素子６３の撮像画像１０１に基づいて測定した前記保護膜１３表面１４の高さを減算することで、前記バンプ高さｈを演算した後（ＳＣ３）、メインルーチンへ戻り、このバンプ高さｈをボンディング装置等に引き渡す。
【００６１】
このように、位置測定器を構成するＰＳＤ素子４６の出力より算出された第１のバンプ高さ測定データであるバンプ３の頂点１５の高さと、撮像装置であるエリア撮像カメラ５１の画像に基づいて算出した第２のバンプ高さ測定データである保護膜１３表面１４を用いることによって、前記ＰＳＤ素子４６の出力から算出された保護膜１３表面１４の高さを、前記エリア撮像カメラ５１の画像に基づいて算出した保護膜１３表面１４で補正することができる。
【００６２】
これにより、半導体ウェーハ２上に設けられた保護膜１３表面１４で反射した第一反射光４２ａと半導体ウェーハ２上面１１で反射した第二反射光４２ｂとを同時に受光した際に前記保護膜１３表面１４の高さを正確に測定できなくなる前記ＰＳＤ４５からの保護膜表面高さデータを、前記保護膜１３表面１４の高さを正確に測定できるエリア撮像カメラ５１からの保護膜表面高さデータを利用して補正することができる。
【００６３】
このため、前記ＰＳＤ４５のみを用いて前記保護膜１３表面１４から前記バンプ３頂点１５までのバンプの高さｈを測定する従来と比較して、前記半導体ウェーハ２上面１１からの第二反射光４２ｂの影響を除去することができ、前記バンプ３の高さの演算精度を向上することができる。
【００６４】
加えて、前記バンプ３の高さの演算精度の向上を図りつつ、前記エリア撮像カメラ５１の画像のみから前記保護膜１３表面１４の高さと前記バンプ３頂点１５までの高さとを演算しなければならない場合と比較して、演算処理を迅速に行うことができる。
【００６５】
また、前記半導体ウェーハ２からの反射光４２を同じ光軸４７にて前記ＰＳＤ４５と前記エリア撮像カメラ５１とで受光することで、前記ＰＳＤ４５で測定するバンプ３頂点１５と、前記エリア撮像カメラ５１で測定する前記保護膜１３表面１４と、前記ＰＳＤ４５で測定する前記半導体ウェーハ２上面１１とを、同じ光軸４７上の反射光４２を用いて測定することができる。
【００６６】
これにより、位置ズレを確実に防止でき、更なる検出精度の向上を図ることができる。
【００６７】
そして、前記半導体ウェーハ２からの前記反射光４２を光分離器としてのハーフミラー４８で分離して、前記ＰＳＤ４５のＰＳＤ素子４６と前記エリア撮像カメラ５１のエリア撮像素子６３で受光することで、同じ光軸４７上の前記反射光４７を前記ＰＳＤ素子４６及び前記エリア撮像素子６３で受光することができる。
【００６８】
これにより、例えば前記ＰＳＤ４５及び前記エリア撮像カメラ５１に対応するラインレーザーユニット３２をそれぞれ設けなければならない場合と比較して、レイアウトの小型化を図ることができる。
【００６９】
そして、これらの処理は、コンピュータのソフトウエア処理により実現することができる。
【００７０】
なお、本実施の形態では、撮像素子としてＣＣＤを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばＣＭＯＳを用いてもよい。
【００７１】
また、本実施の形態では、光分離器としてハーフミラー４８を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばハーフプリズムを用いてもよい。
【００７２】
さらに、本実施の形態では、光源としてレーザ光３３を用いた場合について説明したが、これに限定されるものでなく、代替手段があれば他の光源であってもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１    ウェーハバンプ高さ測定装置
２    半導体ウェーハ
３    バンプ
１１    上面
１３    保護膜
１４    表面
３２    ラインレーザーユニット
３３    レーザ光
４２    反射光
４５    ＰＳＤ
４６    ＰＳＤ素子
４７    光軸
５１    エリア撮像カメラ
６３    エリア撮像素子
ｈ    バンプ高さ
【図１】
0005561080.tif 000002
【図２】
0005561080.tif 000003
【図３】
0005561080.tif 000004
【図４】
0005561080.tif 000005
【図５】
0005561080.tif 000006
【図６】
0005561080.tif 000007
【図７】
0005561080.tif 000008
【図８】
0005561080.tif 000009