(57)【要約】【課題】基板上に形成されかつ被覆物に覆われた被検査物の高さ情報を測定でき、この被検査物の高さ情報に基づいて基板と被覆物とのギャップを適正値に制御可能とすること。【解決手段】主にシリコンからなる半導体チップ３を透過する赤外領域の波長の縞パターン光Ｐを半導体チップ３が実装された基板５上に投影する。【選択図】      図２
2005233780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されかつ被覆物に覆われた被検査物に対して前記被覆物を透過する波長を有する所定パターン光を投影し、
前記被覆物を透過した前記所定パターン光を前記被検査物上に位相シフトさせたときに前記被検査物からの散乱光から複数の位相シフト画像データを取得し、
前記複数の位相シフト画像データに基づいて前記被検査物の高さ情報を取得する、
ことを特徴とする高さ測定方法。
【請求項２】
赤外領域の波長の前記所定パターン光を前記被覆物に覆われた前記被検査物に投影することを特徴とする請求項１記載の高さ測定方法。
【請求項３】
赤外領域の波長でかつ互いに等間隔の明暗を有する縞パターン光を前記被覆物に覆われた前記被検査物に投影することを特徴とする請求項１記載の高さ測定方法。
【請求項４】
基板上に形成されかつ被覆物に覆われた被検査物に対して前記被覆物を透過する波長を有する所定パターン光を投影する投影光学系と、
前記被覆物を透過した前記所定パターン光を前記被検査物上に位相シフトさせる走査機構と、
前記被検査物からの散乱光を結像する結像光学系と、
前記結像光学系により結像された前記被検査物の像を撮像する撮像素子と、
前記走査機構により位相シフトさせたときに前記撮像素子の撮像により取得される複数の位相シフト画像データに基づいて前記被検査物の高さ情報を取得する高さ情報算出部と、
を具備したことを特徴とする高さ測定装置。
【請求項５】
前記投影光学系は、赤外領域の前記所定パターン光を前記被覆物に覆われた前記被検査物に投影することを特徴とする請求項４記載の高さ測定装置。
【請求項６】
前記投影光学系は、光を放射する光源と、
前記光源から放射された前記光に有する赤外領域以外の波長の光をカットするフィルタと、
を有することを特徴とする請求項４記載の高さ測定装置。
【請求項７】
前記被検査物は、基板表面上に形成された球状の複数の半田バンプであり、前記複数の半田バンプ上にシリコンから成るチップ部品が実装され、
前記投影光学系は、赤外領域の前記所定パターン光を前記チップ部品を透過して前記複数の半田バンプ上に投影する、
ことを特徴とする請求項４記載の高さ測定装置。
【請求項８】
前記被検査物に対する前記所定パターン光の投影方向をそれぞれ異ならせた複数の前記投影光学系を有することを特徴とする請求項４記載の高さ測定装置。
【請求項９】
前記結像光学系を前記被検査物の高さ方向に移動させる高さ方向移動機構と、
前記結像光学系の前記高さ方向への移動量を測定する移動量測定器とを有し、
前記高さ情報算出部は、前記複数の位相シフト画像データに基づいて取得した前記被検査物の高さ情報と前記移動量測定器により測定された前記結像光学系の前記移動量とにより前記被検査物の本来の高さ情報を求める、
ことを特徴とする請求項４記載の高さ測定装置。
【請求項１０】
前記被検査物の高さが前記結像光学系の焦点深度以上の場合、前記高さ方向移動機構により前記結像光学系を前記被検査物の高さ方向に移動させる、
ことを特徴とする請求項９記載の高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばフリップチップ実装基板上に形成される半田バンプなどの被検査物の３次元形状を測定する高さ測定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の分野では、商品の小型化、薄型化、さらに軽量化が要求されている。電子機器を構成するパッケージについても同様の要求が強くなっている。このような実情から電極リードを用いたパッケージに代ってフリップチップ実装が広く採用されつつある。このフリップチップ実装は、半導体チップの電極パッドに半田バンプを形成し、この半田バンプを介して回路基板（以下、基板と省略する）上に半導体チップを直接実装する。
【０００３】
一般に、フリップチップ実装では、半導体チップ上に半田パンプを形成するか、又は基板上に半田バンプを形成し、この後に、半導体チップと基板とを半田パンプを介して対向配置して加熱し、半田パンプを溶融させて半導体チップを基板上に実装する。又、半導体チップと基板との半田パンプによる接合点間の絶縁性の確保及び接合強度の確保のために半導体チップと基板との間に封止剤が注入される。この封止剤の注入のために半導体チップと基板との間にある程度のギャップを確保する必要がある。このギャップが狭くなると、溶融した半田が広がって隣接する半田パンプ同士が接触して短絡したり、半導体チップと基板との間に封止剤が十分に入らずに接合強度が確保されなくなる。半導体チップと基板とのギャップが広がると、バンプの接続不良となる。
【０００４】
このような問題を解決する技術として例えば特許文献１がある。この特許文献１には、半導体チップを基板上に実装する前に、半導体チップと基板との間に硬質部材又は樹脂層を配置して半導体チップと基板とのギャップを確保したり、基板又は半導体チップに形成された半田バンプの高さを予め測定する方法等を有する実装装置が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２９９３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１は、半導体チップを基板上に実装する前に、半導体チップと基板とのギャップを確保したり、半田バンプの高さを測定するものであり、半導体チップを基板上に実装した後に半導体チップと基板とのギャップを測定するものでない。このため、半導体チップの基板上への実装後に半導体チップと基板とのギャップが適正値に維持できているかを確認できない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板上に形成されかつ被覆物に覆われた被検査物に対して被覆物を透過する波長を有する所定パターン光を投影し、被覆物を透過した所定パターン光を被検査物上に位相シフトさせたときに被検査物からの散乱光から複数の位相シフト画像データを取得し、複数の位相シフト画像データに基づいて被検査物の高さ情報を取得する高さ測定方法である。
【０００７】
本発明は、基板上に形成されかつ被覆物に覆われた被検査物に対して被覆物を透過する波長を有する所定パターン光を投影する投影光学系と、被覆物を透過した所定パターン光を被検査物上に位相シフトさせる走査機構と、被検査物からの散乱光を結像する結像光学系と、結像光学系により結像された被検査物の像を撮像する撮像素子と、走査機構により位相シフトさせたときに撮像素子の撮像により取得される複数の位相シフト画像データに基づいて被検査物の高さ情報を取得する高さ情報算出部とを具備した高さ測定装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、基板上に形成されかつ被覆物に覆われた被検査物の高さ情報を測定可能な高さ測定方法及びその装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１はパターン投影法を採用した高さ測定装置の構成図である。観察物体１の斜め上方には、投影光学系２が設けられている。観察物体１は、フリップチップ実装を行ったもので、例えば図２に示すようにシリコンから成る半導体チップ３上に球状の半田パンプ４を形成するか、又は回路パターンが形成された基板５上に球状の半田バンプ４を形成し、この後に、半導体チップ３と基板５とを半田パンプ４を介して対向配置して加熱し、半田パンプ４を溶融させて半導体チップ３を基板５上に実装したものである。
【００１１】
投影光学系２は、半導体チップ３を半田バンプ４を介して実装された基板５に対して互いに等間隔の明暗を有する赤外領域の波長の縞パターン光Ｐを所定の位相毎に位相シフトさせて投影する。この投影光学系２は、基板５に対して投影角度αで縞パターン光Ｐを投影する。
【００１２】
具体的に投影光学系２は、光源６と、フィルタ７と、照明光学系８と、パターン板９ａを有する走査機構９と、投影レンズ系１０とを有する。このうちフィルタ７、照明光学系８、パターン板９ａを有する走査機構９及び投影レンズ系１０は、光源６から放射される光の光路上に設けられているものとする。
【００１３】
光源６は、赤外領域の波長を含む光を放射するもので、フィルタ７は、光源６から放射された光に含む赤外領域以外の波長の光をカットする。なお、赤外領域の波長を含む光を放射する光源としては、例えばレーザ光源を用いることも可能であるが、光源がレーザ光源であれば特定の波長、すなわち赤外領域の波長のみ発するようにすることが可能であるため、上述した赤外領域以外の波長の光をカットするフィルタは不要となる。
【００１４】
照明光学系８は、フィルタ７を透過した赤外領域の光の強度を均一化する。走査機構９は、互いに平行でかつ等間隔の複数のスリットを形成したパターン板９ａを有する。このパターン板９ａは、照明光学系８により光強度を均一化した赤外領域の光を互いに等間隔の明暗を有する赤外領域の波長の縞パターン光Ｐに整形する。この走査機構９は、パターン板９ａを縞パターン光Ｐの光路方向に対して垂直方向Ｓに移動し、これにより縞パターン光Ｐを基板５及び半田バンプ４上を位相シフトさせる。この位相シフト量毎、例えば０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］である。投影レンズ系１０は、走査機構９により位相シフトされた縞パターン光Ｐを基板５及び半田バンプ４上に投影する。
【００１５】
基板５（観察物体１）の上方、詳しくは基板５の法線上には、結像光学系１１及び撮像素子１２が設けられている。結像光学系１１は、基板５及び半田バンプ４からの散乱光Ｑを撮像素子１２の受光面上に結像する。なお、散乱光Ｑは、被検査物１の表面で様々の方向へ散乱した光である。撮像素子１２は、受光面上に結像された像、すなわち基板５及び半田バンプ４上に投影された縞パターン光Ｐの像を撮像してその画像信号を出力する。この撮像素子１２は、例えば複数のＣＣＤ素子を２次元平面上に配列してなる。
【００１６】
コンピュータ（高さ情報算出部）１３は、走査機構９により縞パターン光Ｐの像を例えば各位相量０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］で位相シフトさせた毎に、撮像素子１２から出力される画像信号を取り込んで複数の位相シフト画像データを取得し、これら位相シフト画像データに基づいて半田バンプ４の高さ情報を取得する。
【００１７】
具体的にコンピュータ１３は、メモリ部１４と、半田バンプ４の高さ情報を算出する演算処理部１５と、各種データを比較する比較演算部１６と、光源６に対して調光指示を与える調光指示部１７とを有する。又、コンピュータ１３には、表示装置１８が接続されている。メモリ部１４には、各位相量０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］毎の複数の位相シフト画像データが記憶される。
【００１８】
演算処理部１５は、メモリ部１４に記憶された複数の位相シフト画像データを演算処理して半田バンプ４の高さ情報を求める。すなわち、コンピュータ１３は、撮像素子１２から出力された画像信号を取り込み、縞パターン光Ｐの各位相シフト量に対応する複数の位相シフト画像データとして保存する。このコンピュータ１３の演算処理部１５は、複数の位相シフト画像データ中における任意位置（ｘ，ｙ）における画素の輝度情報を求める。一般に、輝度値Ｉｉと位相φ(x,y)との関係は、次式により表わされる。
【００１９】
Ｉｉ(x,y)＝ａ(x,y)＋ｂ(x,y)・cos｛φ(x,y)＋δｉ｝            …（１）
但し、ａ(x,y)は輝度のオフセット成分、ｂ(x,y)はコントラスト成分、δｉはｉ番目の位相シフト量である。上記式（１）により位相シフト量δｉを例えば３回以上変化させて各輝度値Ｉｉ(x,y)を取得すれば、未知量である輝度のオフセット成分ａ(x,y)、コントラスト成分ｂ(x,y)、位相φ(x,y)を求めることができる。この位相φ(x,y)により任意位置（ｘ，ｙ）における高さ情報ｈ(x,y)は、
ｈ(x,y)＝（ｐ／sinα）・｛φ(x,y)＋２ｎπ｝／２π              …（２）
により求められる。なお、ｐは縞パターン光Ｐのピッチ、αは縞パターン光Ｐの投影角度、ｎは次数である。従って、演算処理部１５は、上記式（１）を演算して位相φ(x,y)を求め、次に上記式（２）を演算して各画素(x,y)の位置における高さ情報ｈ(x,y)を算出する。コンピュータ１３は、演算処理部１５により算出された半田バンプ４の高さ情報ｈ(x,y)を表示装置１８に表示する。
【００２０】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【００２１】
光源６から光が放射されると、この光は、フィルタ７を透過することにより赤外領域以外の波長の光がカットされる。このフィルタ７を透過した赤外領域の光は、照明光学系８によりその強度が均一化されて走査機構９に入射する。
【００２２】
この走査機構９に入射した赤外領域の光は、パターン板９ａにより互いに等間隔の明暗を有する赤外領域の波長の縞パターン光Ｐに整形される。又、この走査機構９は、パターン板９ａを縞パターン光Ｐの光路方向に対して垂直方向Ｓに移動し、これにより縞パターン光Ｐを例えば０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］の位相シフト量毎に位相シフトさせる。
【００２３】
この位相シフトされた縞パターン光Ｐは、図２に示すように投影レンズ系１０により基板５及び半田バンプ４上に投影される。ここで、半導体チップ３は、主にシリコンにより形成されているので、赤外領域の波長の縞パターン光Ｐは、半導体チップ３を透過して半田バンプ４及び基板５の表面に到達する。
【００２４】
このとき、半田バンプ４は、基板５の表面上に球状体として形成されているので、縞パターン光Ｐが投影されることにより、この縞パターン光Ｐは、図３に示すように球状の半田バンプ４の表面形状に沿って変形する。この縞パターン光Ｐは、例えば０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］の位相シフト量毎に位相シフトするので、これら位相シフト量に対応して半田バンプ４上に投影される縞パターン光Ｐの変形量が変化する。そして、半田バンプ４は、金属からなるので、投影された縞パターン光Ｐは、半田バンプ４で散乱される。又、基板５は、その表面上に金属材料からなる回路パターン等が形成されているので、投影された縞パターン光Ｐは、基板５の表面上で散乱される。
【００２５】
これら半田バンプ４及び基板５からの散乱光Ｑは、結像光学系１１により撮像素子１２の撮像面上に結像される。この撮像素子１２は、縞パターン光Ｐが例えば位相シフト量０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］毎に位相シフトする毎に、順次半田バンプ４及び基板５からの散乱光Ｑを撮像してその画像信号を出力する。
【００２６】
コンピュータ１３は、撮像素子１２から出力された画像信号を取り込み、縞パターン光Ｐの各位相シフト量（０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］毎）に対応する各位相シフト画像データをメモリ部１４に保存する。
【００２７】
次に、コンピュータ１３の演算処理部１５は、メモリ部１４に保存した各位相シフト画像データを読み出し、これら位相シフト画像データ中における任意位置（ｘ，ｙ）における位相φ(x,y)を上記式（１）を演算して求め、次に当該任意位置（ｘ，ｙ）における画素の高さ情報ｈ(x,y)を上記式（２）を演算して算出する。
【００２８】
次に、演算処理部１５は、全ての画素についての各位相φ(x,y)を算出し、全画素について位相φ(x,y)が算出されると、これら全画素の各位相φ(x,y)を合成して位相接続し、基板５及び半田バンプ４の全体の高さ情報ｈ(x,y)に変換する。この高さ情報ｈ(x,y)は、基板５及び半田バンプ４の表面形状を３次元で連続的に表わしている。演算処理部１５は、基板５及び半田バンプ４の全体の高さ情報ｈ(x,y)から半田バンプ４の高さ情報ｈ(x,y)を抽出し、表示装置１８に表示する。なお、半田バンプ４の高さ情報ｈ(x,y)は、基板５と半導体チップ３とのギャップに等しいので、当該高さ情報ｈ(x,y)を基板５と半導体チップ３とのギャップとして表示する。
【００２９】
基板５と半導体チップ３とのギャップが適正値でなければ、溶融した半田が広がって隣接する半田バンプ４同士が接触して短絡したり、半導体チップ３と基板５との間に封止剤が十分に入らずに接合強度が確保されなくなる。又、半導体チップ３と基板５とのギャップが広がると、半田バンプ４の接続不良となる。なお、半導体チップ３と基板５とのギャップが広い場合には、フリップチップ実装機に対して半導体チップ３と基板５とのギャップを再調整したり、半田バンプ４を加熱して溶融するときの加熱温度を再調整することができる。
【００３０】
これ以降、再調整されたフリップチップ実装機において、半導体チップ３上に半田パンプ４を形成するか、又は基板５上に半田バンプ４を形成し、この後に、半導体チップ３と基板５とを半田パンプ４を介して対向配置して加熱し、半田パンプ４を溶融させて半導体チップ３を基板５上に実装すれば、基板５と半導体チップ３とのギャップは適正値になる。
【００３１】
このように上記第１の実施の形態によれば、主にシリコンからなる半導体チップ３を透過する赤外領域の波長の縞パターン光Ｐを半導体チップ３が実装された基板５上に投影するので、縞パターン光Ｐは、半導体チップ３を透過して半田バンプ４及び基板５の表面に到達でき、これら半田バンプ４及び基板５からの散乱光Ｑを撮像して取得した複数の位相シフト画像データから半田バンプ４の高さ情報、すなわち基板５と半導体チップ３とのギャップを算出できる。
【００３２】
従って、半導体チップ３を基板５上に実装した後に、半導体チップ３と基板５とのギャップを測定して半導体チップ３と基板５とのギャップが適正値に維持できているかを確認できる。基板５と半導体チップ３とのギャップが適正値でなければ、フリップチップ実装機にフィードバックして、半導体チップ３と基板５とのギャップを再調整したり、半田バンプ４を加熱して溶融するときの加熱温度を再調整して、基板５と半導体チップ３とのギャップを適正値に修正可能である。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００３４】
図４はパターン投影法を採用した高さ測定装置の構成図である。基板５（観察物体１）の表面に対して垂直方向（基板５の高さ方向、Ｚ軸方向）に立設されたベース２０には、高さ方向移動機構２１と移動量測定器２２とが設けられている。
【００３５】
高さ方向移動機構２１は、コンピュータ１３のＺ軸制御部２３からの高さ方向の駆動指令を受けて結像光学系１１を基板５（観察物体１）の高さ方向に昇降させる。この高さ方向移動機構２１は、基板５の高さ方向に駆動するＺ軸モータ２４と、このＺ軸モータ２４と結像光学系１１とを連結する連結部材２５とを有する。この高さ方向移動機構２１は、半田バンプ４の高さが結像光学系１１の焦点深度以上の場合に、結像光学系１１を半田バンプ４の高さ方向に移動させて半田バンプ４の高さ情報ｈ(x,y)を取得する場合に適している。
【００３６】
移動量測定器２２は、高さ方向移動機構２１によって基板５の高さ方向に昇降する結像光学系１１の高さ方向の移動量を測定し、この移動量測定信号をコンピュータ１３に送出する。この移動量測定器２２は、例えばリニアスケールを用いる。この移動量測定器（リニアスケール）２２は、例えば高さ方向に設けられたスケール板２６に対してセンサ２７が摺動する。このセンサ２７は、結像光学系１１の高さ方向の移動に連動してスケール板２６上を高さ方向に移動し、高さ方向への移動量に応じた移動量信号を出力する。
【００３７】
コンピュータ１３のＺ軸制御部２３は、高さ方向移動機構２１に対して高さ方向の駆動指令を発すと共に、移動量測定器２２から出力された移動量信号を受け取って結像光学系１１の高さ方向の移動量を読み取り、この高さ方向の移動量を演算処理部１５に渡す。
【００３８】
演算処理部１５は、メモリ部１４に保存された複数の位相シフト画像データに基づいて取得した半田バンプ４の高さ情報ｈ(x,y)、すなわち基板５と半導体チップ３とのギャップと、移動量測定器２２により測定された結像光学系１１の移動量とにより半田バンプ４の本来の高さ情報ｈ(x,y)を求める。
【００３９】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【００４０】
半田バンプ４の高さが結像光学系１１の焦点深度以上の場合、Ｚ軸制御部２３は、高さ方向移動機構２１に対して高さ方向の駆動指令を発する。これにより、高さ方向移動機構２１は、結像光学系１１を半田バンプ４の高さ方向に移動させる。これと共に移動量測定器２２は、高さ方向移動機構２１によって基板５の高さ方向に昇降する結像光学系１１の高さ方向の移動量を測定し、この移動量測定信号をコンピュータ１３に送出する。このコンピュータ１３のＺ軸制御部２３は、移動量測定器２２から出力された移動量測定信号を受け取って結像光学系１１の高さ方向の移動量を読み取り、この高さ方向の移動量を演算処理部１５に渡す。
【００４１】
一方、上記同様に、赤外領域の波長の縞パターン光Ｐを例えば位相シフト量０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］毎に位相シフトさせて複数の位相シフト画像データを取得し、これら位相シフト画像データから半田バンプ４の高さ情報、すなわち基板５と半導体チップ３とのギャップを算出する。
【００４２】
演算処理部１５は、基板５と半導体チップ３とのギャップと、移動量測定器２２により測定された結像光学系１１の移動量とにより半田バンプ４の本来の高さ情報ｈ(x,y)を求める。
【００４３】
このように上記第２の実施の形態によれば、結像光学系１１を基板５の高さ方向に昇降させる高さ方向移動機構２１と、結像光学系１１の高さ方向の移動量を測定する移動量測定器２２とを有するので、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することは言うまでもなく、半田バンプ４の高さが結像光学系１１の焦点深度以上であっても、半田バンプ４の高さ情報、すなわち基板５と半導体チップ３とのギャップを算出できる。
【００４４】
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００４５】
図５はパターン投影法を採用した高さ測定装置の構成図である。複数の投影光学系として例えば２つの投影光学系２、３０が設けられている。これら投影光学系２、３０は、基板５に対して同一の投影角度αを有し、かつ互いに基板５に対して赤外領域の波長の各縞パターン光Ｐ１、Ｐ２を投影する投影方向が異なる。なお、投影光学系２を第１の投影光学系とし、投影光学系３０を第２の投影光学系とする。
【００４６】
第２の投影光学系３０は、光源３１と、フィルタ３２と、照明光学系３３と、パターン板３４ａを有する走査機構３４と、投影レンズ系３５とを有する。フィルタ３２、照明光学系３３、走査機構３４及び投影レンズ系３５は、光源３１から放射される光の光路上に設けられている。
【００４７】
光源３１は、赤外領域の波長を含む光を放射するもので、フィルタ３２は、光源３１から放射された光に含む赤外領域以外の波長の光をカットする。なお、赤外領域の波長を含む光を放射する光源としては、例えばレーザ光源を用いることも可能であるが、光源がレーザ光源であれば特定の波長、すなわち赤外領域の波長のみ発するようにすることが可能であるため、上述した赤外領域以外の波長の光をカットするフィルタは不要となる。
【００４８】
照明光学系３３は、フィルタ３２を透過した赤外領域の光の強度を均一化する。走査機構３４は、互いに平行でかつ等間隔の複数のスリットを形成したパターン板３４ａを有する。このパターン板３４ａは、照明光学系３３により光強度を均一化した赤外領域の光を互いに等間隔の明暗を有する赤外領域の波長の縞パターン光Ｐ２に整形する。この走査機構３４は、パターン板３４ａを縞パターン光Ｐ２の光路方向に対して垂直方向Ｓに移動し、これにより縞パターン光Ｐ２を基板５及び半田バンプ４上を位相シフトさせる。この位相シフト量毎、例えば０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］である。投影レンズ系３５は、走査機構３４により位相シフトされた縞パターン光Ｐ２を基板５及び半田バンプ４上に投影する。
【００４９】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【００５０】
コンピュータ１３は、第１の投影光学系２の光源６に対して点灯の指令を発し、これと共に第２の投影光学系３０の光源３１に対して消灯の指令を発する。これにより、光源６が点灯し、光源３１が消灯する。
【００５１】
光源６から放射された光は、フィルタ７を透過することにより赤外領域以外の波長の光がカットされ、照明光学系８によりその強度が均一化されて走査機構９に入射する。この走査機構９に入射した赤外領域の光は、パターン板９ａにより互いに等間隔の明暗を有する赤外領域の波長の縞パターン光Ｐ１に整形され、かつパターン板９ａの縞パターン光Ｐ１の光路方向に対して垂直方向Ｓへの移動により例えば０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］の位相シフト量毎に位相シフトされる。この位相シフトされた縞パターン光Ｐは、上記図２に示すように投影レンズ系１０により基板５及び半田バンプ４上に投影される。
【００５２】
ここで、赤外領域の波長の縞パターン光Ｐ１は、半導体チップ３を透過して半田バンプ４及び基板５の表面に到達する。このとき、縞パターン光Ｐ１は、上記図３に示すように半田バンプ４の表面形状に倣って変形し、かつ例えば０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］の位相シフト量毎の位相シフトに対応して変形する。そして、投影された縞パターン光Ｐ１は、半田バンプ４で散乱し、かつ基板５の表面上で散乱する。
【００５３】
これら半田バンプ４及び基板５からの散乱光Ｑは、結像光学系１１により撮像素子１２の撮像面上に結像される。この撮像素子１２は、縞パターン光Ｐ１が位相シフトする毎に順次半田バンプ４及び基板５からの散乱光Ｑを撮像してその画像信号を出力する。
【００５４】
コンピュータ１３は、撮像素子１２から出力された画像信号を取り込み、縞パターン光Ｐ１の各位相シフト量（０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］毎）に対応する複数の第１の位相シフト画像データをメモリ部１４に保存する。
【００５５】
次に、コンピュータ１３は、第２の投影光学系３０の光源３１に対して点灯の指令を発し、これと共に第１の投影光学系２の光源６に対して消灯の指令を発する。これにより、光源３１が点灯し、光源６が消灯する。
【００５６】
光源３１から放射された光は、フィルタ３２を透過することにより赤外領域以外の波長の光がカットされ、照明光学系３３によりその強度が均一化されて走査機構３４に入射する。この走査機構３４に入射した赤外領域の光は、パターン板３４ａにより互いに等間隔の明暗を有する赤外領域の波長の縞パターン光Ｐ２に整形され、かつパターン板３４ａの縞パターン光Ｐ２の光路方向に対して垂直方向Ｓへの移動により例えば０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］の位相シフト量毎に位相シフトされる。この位相シフトされた縞パターン光Ｐ２は、上記図２に示すように投影レンズ系１０により基板５及び半田バンプ４上に投影される。
【００５７】
上記同様に、赤外領域の波長の縞パターン光Ｐ２は、半導体チップ３を透過して半田バンプ４及び基板５の表面に到達し、これら半田バンプ４、基板５の表面上で散乱する。
【００５８】
これら半田バンプ４及び基板５からの散乱光Ｑは、結像光学系１１により撮像素子１２の撮像面上に結像される。この撮像素子１２は、縞パターン光Ｐ２が位相シフトする毎に順次半田バンプ４及び基板５からの散乱光Ｑを撮像してその画像信号を出力する。
【００５９】
コンピュータ１３は、撮像素子１２から出力された画像信号を取り込み、縞パターン光Ｐ２の各位相シフト量（０［rad］、π／２［rad］、π［rad］、３π／２［rad］毎）に対応する複数の第２の位相シフト画像データをメモリ部１４に保存する。
【００６０】
コンピュータ１３の演算処理部１５は、複数の第１の位相シフト画像データ及び複数の第２の位相シフト画像データを用い、これら位相シフト画像データ中における任意位置（ｘ，ｙ）における位相φ(x,y)を上記式（１）を演算して求め、次に当該任意位置（ｘ，ｙ）における画素の高さ情報ｈ(x,y)を上記式（２）を演算して算出する。
【００６１】
次に、演算処理部１５は、全ての画素についての各位相φ(x,y)を算出し、全画素について位相φ(x,y)が算出されると、これら全画素の各位相φ(x,y)を合成して位相接続し、基板５及び半田バンプ４の全体の高さ情報ｈ(x,y)に変換する。演算処理部１５は、基板５及び半田バンプ４の全体の高さ情報ｈ(x,y)から半田バンプ４の高さ情報ｈ(x,y)を抽出し、表示装置１８に表示する。なお、複数の第１の位相シフト画像データと複数の第２の位相シフト画像データとは、それぞれ第１の投影光学系２と第２の投影光学系３０との別の光学系を通して取得しているので、これらを単純に位相分布を合成することはできないが、それぞれの投影パラメータによる位相分布データを補正することにより合成が可能である。
【００６２】
このように上記第３の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態では投影方向が一方のみであったために必ず影の部分が生じていたが、赤外領域の波長の縞パターンＰを基板５上に対して２方向から第１及び第２の投影光学系２、３０で投影するようにしたので、影の部分のない測定が可能となる他、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。なお、上述した実施の形態では、投影光学系が２つの例で説明したが、投影光学系は２つに限られるものではない。
【００６３】
なお、上記第３の実施の形態においても、上記第２の実施の形態と同様に、結像光学系１１を基板５の高さ方向に昇降させる高さ方向移動機構２１と、結像光学系１１の高さ方向の移動量を測定する移動量測定器２２とを有するようにしてもよい。これにより、半田バンプ４の高さが結像光学系１１の焦点深度以上であっても、半田バンプ４の高さ情報、すなわち基板５と半導体チップ３とのギャップを算出できる。
【００６４】
上記第１乃至第３の実施の形態では、基板５上の半田バンプ４を介して半導体チップ３を実装したときの半田バンプ４の高さ情報すなわち基板５と半導体チップ３とのギャップを測定しているが、これに限らず、基板５及び半田バンプ４の全体の高さ情報ｈ(x,y)は、基板５及び半田バンプ４の表面形状を３次元で連続的に表わしているので、半導体チップ３で覆われた基板５及び半田バンプ４の３次元の表面形状を測定できる。
【００６５】
さらに、本発明の技術を応用すれば、被覆物に覆われた被検査物の３次元形状を測定する場合、被覆物を透過する波長の光を用いて、被覆物に覆われた被検査物の３次元形状を精度高く測定することが可能である。
【００６６】
次に、本発明の他の特徴とするところについて説明する。
【００６７】
本発明は、基板上に形成され、かつシリコンにより成るチップ部品により覆われた複数の半田バンプの高さ情報を測定する高さ測定装置において、
光を放射する光源と、前記光源から放射された前記光に有する赤外領域以外の波長の光をカットするフィルタと、前記フィルタを透過した赤外領域の光を互いに等間隔の明暗を有する縞パターン光に整形するパターン板とを有し、前記縞パターン光を前記チップ部品を透過させて前記複数の半田パンプ上に投影する投影光学系と、
前記複数の半田バンプ上に投影される前記縞パターン光を所定の位相毎に位相シフトさせる走査機構と、
前記複数の半田バンプからの散乱光を結像する結像光学系と、
前記結像光学系により結像された前記複数の半田バンプの像を撮像する撮像素子と、
前記走査機構により所定の位相毎に位相シフトさせたときに前記撮像素子の撮像により取得される複数の位相シフト画像データに基づいて前記複数の半田バンプの高さ情報を取得する高さ情報算出部と、
を具備したことを特徴とする高さ測定装置である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る高さ測定装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】同装置により高さ測定を行うフリップチップ実装を示す図。
【図３】同装置により半田バンプ上に縞パターン光を投影したときの変形を示す図。
【図４】本発明に係る高さ測定装置の第２の実施の形態を示す構成図。
【図５】本発明に係る高さ測定装置の第３の実施の形態を示す構成図。
【符号の説明】
【００６９】
１：観察物体、２：投影光学系、３：半導体チップ、４：半田パンプ、５：基板、６：光源、７：フィルタ、８：照明光学系、９：走査機構、９ａ：パターン板、１０：投影レンズ系、１１：結像光学系、１２：撮像素子、１３：コンピュータ、１４：メモリ部、１５：演算処理部、１６：比較演算部、１７：調光指示部、１８：表示装置、２０：ベース、２１：高さ方向移動機構、２２：移動量測定器、２３：Ｚ軸制御部、２４：連結部材、２５：スケール板、２６：摺動端部、２７：センサ、３０：第２の投影光学系、３１：光源、３２：フィルタ、３３：照明光学系、３４ａ：パターン板、３４：走査機構、３５：投影レンズ系。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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