(57)【要約】【課題】撮影画像のコントラストを改善してチップ表面の凸部を容易に検出することを可能とする表面検査装置又は表面検査方法を提供する。【解決手段】表面検査装置１に、光源からの光をライン状にしてステージ上に支持されたバンプ付きチップ２の表面に斜め一方向から光を照射するラインライトガイド５と、バンプ付きチップ２の表面の反射光を透過させるテレセントリック光学系７とを設け、テレセントリック光学系７によって結像された反射光によりバンプ付きチップ２の表面の凸部を検査する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光をライン状にしてステージ上に支持されたチップの表面に斜め一方向から光を照射するラインライトガイドと、前記チップ表面の反射光を透過させるテレセントリック光学系とを設け、前記テレセントリック光学系によって結像された反射光により前記チップ表面の凸部を検出することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記チップは表面にバンプが形成されたバンプ付きチップであり、前記バンプ付きチップにおいてバンプが形成された部分を検出することを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記ラインライトガイドは光軸が前記ステージと３６°の角をなすように設置され、前記テレセントリック光学系は前記ステージの法線方向に設置されていることを特徴とする請求項２記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記チップは成形チップ及び鏡面を備えた鏡面チップであり、前記鏡面チップにおいて成形チップ及び鏡面の境界を検出することを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記ステージは３６０°回転可能であり、前記ラインライトガイドによってどの角度からでも前記チップ表面に光を照射することができることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項６】
ステージ上に支持されたチップの表面を検査する方法において、ラインライトガイドの使用により光源からの光をライン状にして前記チップ表面に斜め一方向から光を照射し、前記チップ表面における反射光を透過させるテレセントリック光学系を使用し、前記テレセントリック光学系によって結像された反射光により前記チップ表面の凸部を検出することを特徴とする表面検査方法。
【請求項７】
前記チップは表面にバンプが形成されたバンプ付きチップであり、前記バンプ付きチップにおいてバンプが形成された部分を検出することを特徴とする請求項６記載の表面検査方法。
【請求項８】
前記ラインライトガイドは光軸が前記ステージと３６°の角をなすように設置され、前記テレセントリック光学系は前記ステージの法線方向に設置されていることを特徴とする請求項７記載の表面検査方法。
【請求項９】
前記チップは成形チップ及び鏡面を備えた鏡面チップであり、前記鏡面チップにおいて成形チップ及び鏡面の境界を検出することを特徴とする請求項６記載の表面検査方法。
【請求項１０】
前記ステージは３６０°回転可能であり、前記ラインライトガイドはどの角度からでも前記チップ表面に光を照射することができることを特徴とする請求項６〜請求項９いずれか一項に記載の表面検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面検査装置及び表面検査方法に関し、特に半導体デバイスの製造に用いられる試料表面の状態を検査する表面検査装置及び表面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体デバイスの製造に用いられる試料表面の状態、例えば、うねり、ディンプル、突起、洗浄不良又はバフダメージなどを検出する検査装置として、光源から試料表面に光を照射し、試料表面の反射光から試料表面の状態を検出する表面検査装置が知られている。
【０００３】
このような表面検査装置を用いた表面検査方法としては、例えば、バンプが形成されたチップを検査対象として、このチップ表面の状態、すなわちバンプの変形や欠落などを判定する方法が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、バンプが形成された基板上をリング状照明装置によって照明し、上方から撮像装置により撮像して得られた円環状の撮影画像を利用して、バンプの変形や欠落を検査する表面検査装置が記載されている（特許文献１）。この表面検査装置によれば、バンプが形成された部分は比較的明るく撮影されることから、撮影画像の明暗パターンにより、基板上でバンプが形成された部分とベース部分との検出をすることが可能となる。
【特許文献１】特開２００４−１７０３２９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、上記の表面検査装置のように、基板上を照明する手段としてリング状照明装置を用いると、撮像装置が基板上のバンプにおける反射光のみならずベース面における反射光も拾ってしまうため、特にバンプが細かく形成された基板の検査では、撮影画像においてバンプとベース面とのコントラストがつきにくく、チップ上でバンプが形成された位置を容易に検出することができないという問題があった。
【０００６】
また、この場合に、リング状照明装置を近づけて撮像を行うとコントラストをある程度改善することができるが、リング状照明装置を基板に近づけすぎるとワークスペースを確保することができないという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、半導体デバイスの製造に用いられる試料の表面検査において、撮影画像のコントラストを改善してチップ表面の凸部を容易に検出することを可能とする表面検査装置又は表面検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、表面検査装置であって、光源からの光をライン状にしてステージ上に支持されたチップの表面に斜め一方向から光を照射するラインライトガイドと、前記チップ表面の反射光を透過させるテレセントリック光学系とを設け、前記テレセントリック光学系によって結像された反射光により前記チップ表面の凸部を検出することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の表面検査装置であって、前記チップは表面にバンプが形成されたバンプ付きチップであり、前記バンプ付きチップにおいてバンプが形成された部分を検出することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の表面検査装置であって、前記ラインライトガイドは光軸が前記ステージと３６°の角をなすように設置され、前記テレセントリック光学系は前記ステージの法線方向に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の表面検査装置であって、前記チップは成形チップ及び鏡面を備えた鏡面チップであり、前記鏡面チップにおいて成形チップ及び鏡面の境界を検出することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項４いずれか一項に記載の表面検査装置であって、前記ステージは３６０°回転可能であり、前記ラインライトガイドによってどの角度からでも前記チップ表面に光を照射することができることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、表面検査方法であって、ステージ上に支持されたチップの表面を検査する方法において、ラインライトガイドの使用により光源からの光をライン状にして前記チップ表面に斜め一方向から光を照射し、前記チップ表面における反射光を透過させるテレセントリック光学系を使用し、前記テレセントリック光学系によって結像された反射光により前記チップ表面の凸部を検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の表面検査方法であって、前記チップは表面にバンプが形成されたバンプ付きチップであり、前記バンプ付きチップにおいてバンプが形成された部分を検出することを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の表面検査方法であって、前記ラインライトガイドは光軸が前記ステージと３６°の角をなすように設置され、前記テレセントリック光学系は前記ステージの法線方向に設置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、請求項６記載の表面検査方法であって、前記チップは成形チップ及び鏡面を備えた鏡面チップであり、前記鏡面チップにおいて成形チップ及び鏡面の境界を検出することを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、請求項６〜請求項９いずれか一項に記載の表面検査方法であって、前記ステージは３６０°回転可能であり、前記ラインライトガイドはどの角度からでも前記チップ表面に光を照射することができることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１又は請求項６記載の発明によれば、ラインライトガイドによってライン状の平行光を斜め一方向から照射するため、単にハロゲンランプなどの光源を用いて照明を行った場合に比べて、チップ表面の凸部の反射光を一方向に強く反射させることができる。これにより、チップ表面における凸部の検出が容易となり、ラインライトガイドとチップとの間のワークスペースを確保することも可能となる。また、ラインライトガイドとテレセントリック光学系とを組み合わせて使用することにより、テレセントリック光学系の絞りを介してチップ表面を観測すると、チップ表面の凸部の反射光と異なる方向に反射した光は絞りによって遮られるため、チップ表面における凸部の検出が一層容易となる。
【００１９】
請求項２又は請求項７記載の発明によれば、ラインライトガイドによってライン状の平行光を斜め一方向から照射することによって、バンプ付きチップの表面に形成されたバンプに当たった光を一方向に強く反射させることができる。また、バンプ付きチップの表面のバンプにおける反射光と異なる方向に反射した光はテレセントリック光学系の絞りによって遮られるため、バンプが形成された部分を検出することが一層容易となる。
【００２０】
請求項３又は請求項８記載の発明によれば、ラインライトガイドは斜め３６°の角度から光を照射することから、チップ表面の凸部に当たった光はステージの法線方向付近に強く反射する。また、テレセントリック光学系はステージの法線方向に設置されており、ステージの法線方向と異なる方向に反射した光は絞りによって遮られるため、チップ表面における凸部の検出が一層容易となる。
【００２１】
請求項４又は請求項９記載の発明によれば、ラインライトガイドによってライン状の平行光を斜め一方向から照射することによって、鏡面チップの表面の成形チップに当たった光を一方向に強く反射させることができる。また、鏡面チップの表面の成形チップにおける反射光と異なる方向に反射した光はテレセントリック光学系の絞りによって遮られるため、成形チップ及び鏡面の境界を検出することが一層容易となる。
【００２２】
請求項５又は請求項１０記載の発明によれば、ラインライトガイドによってどの角度からでもチップ表面に光を照射することができることから、例えば、鏡面チップの表面を検査する場合、成形パターンの方向に応じてチップ表面の凸部に当たった光が特に強く反射する方向から光を照射することが可能となる。これにより、チップ表面における凸部の検出が一層容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明の実施の形態に係る表面検査装置１の概略構成図である。
【００２４】
本実施形態の表面検査装置１は、バンプ付きチップ２の表面におけるバンプの有無について検査を行う装置であり、光源３、ファイバ４、ラインライトガイド５、バンプ付きチップ２を支持するステージ６、テレセントリック光学系７及びＣＣＤ８から構成されている。
【００２５】
バンプ付きチップ２は、半導体チップの電極パッド部分に半田の突起であるバンプが形成されたものである。本実施形態のバンプはボールバンプであるが、上部が球状に形成されていればマッシュルームバンプであってもよい。
【００２６】
光源３としては特に限定されないが、本実施形態ではハロゲンランプを使用している。また、メタルハライドランプ、キセノンランプ、発光ダイオード又はレーザなどを使用することも可能である。
【００２７】
ファイバ４は、高純度のガラス又はプラスチックなどによって形成された光通信用ケーブルであり、本実施形態では複数本のファイバ４が光源３の出力光をラインライトガイド５に送信するようになっている。
【００２８】
ラインライトガイド５は、筐体の一側面に矩形のファイバ挿入孔９をライン状に形成することによって構成されており、複数のファイバ４を挿入することによって、ファイバ４の先端をライン状に束ねてライン光を出射させるようになっている。本実施形態のラインライトガイド５のファイバ挿入孔９は幅寸法１ｍｍ、長さ寸法５０ｍｍとされており、ファイバ挿入孔９から断面形状の面積が１ｍｍ×５０ｍｍのライン光を出射させるようになっている。
【００２９】
ラインライトガイド５は、ステージ６との距離が２００ｍｍ以上となるように設置されており、ワークスペースが確保されている。
【００３０】
また、ラインライトガイド５は、光軸を中心として左右の傾きが可変となるように設置され、ファイバ挿入孔９から出射されるライン光の傾きを変化させることができるようになっている。本実施形態では、ラインライトガイド５は光軸を中心として左右の傾きがないように設置されている。
【００３１】
また、ラインライトガイド５は、ラインライトガイド５の光軸とステージ６とが成す角の角度が可変であるように設置されており、ステージ６に支持されたバンプ付きチップ２の表面に斜め一方向から光を照射することができるようになっている。これにより、単にハロゲンランプなどの光源を用いて照明を行った場合に比べて、チップ表面の凸部の反射光を一方向に強く反射させることができるようになっている。
【００３２】
本実施形態のラインライトガイド５は、ラインライトガイド５の光軸とステージ６とが成す角の角度が３６°となるように設置されており、ラインライトガイド５から出射された光は、３６°の角度でバンプ付きチップ２の表面のバンプに照射されるようになっている。また、上述のように本実施形態のバンプは上部が球状のボールバンプであり、このバンプに３６°の角度で光が照射されると、球状のバンプの斜め上部付近に当たった光は主にステージ６の法線方向に反射する。したがって、この反射光をステージ６の真上方向から撮像することにより、バンプの頂部付近の位置ひいてはバンプの位置を容易に検出することができるようになっている。なお、バンプがマッシュルームバンプの場合も同様である。
【００３３】
ステージ６は、中心線を軸として傾きが可変であるように設置されており、本実施形態のｔｉｌｔ許容角度は±５°となっている。
【００３４】
また、ステージ６は被検体であるバンプ付きチップ２を支持して３６０°回転可能なように構成されており、ラインライトガイド５によってどの角度からでもバンプ付きチップ２の表面に光を照射することができるようになっている。
【００３５】
テレセントリック光学系７は、ステージ６の法線方向に設置されている。また、テレセントリック光学系７はステージ６との距離が２００ｍｍとなるように設置されており、ワークスペースが確保されている。
【００３６】
また、テレセントリック光学系７は前側レンズと後側レンズの２つから構成され、前側レンズの後側焦点と後側レンズの前側焦点を一致させて配列し、この焦点位置に絞りが設けられたいわゆる両側テレセントリック光学系として構成されている。このテレセントリック光学系７の絞りは可変絞りとして構成され、０．５〜４．０の範囲で可変とされており、本実施形態では絞りを２としている。
【００３７】
このように、テレセントリック光学系７をラインライトガイド５と組み合わせて使用することにより、バンプ付きチップ２のバンプに当たって反射した光を一層容易に検出することができるようになっている。すなわち、本実施形態では上述のように、ラインライトガイド５からバンプ付きチップ２に３６°の角度で光が照射されると、球状のバンプの斜め上部付近に当たった光は主にステージ６の法線方向に反射する。そして、テレセントリック光学系７はステージ６の法線方向に設置されているため、バンプの反射光を容易に検出することができる。また、ステージ６の法線方向と異なる方向に反射した光はテレセントリック光学系７の絞りによって遮られることから、バンプの反射光を検出することが一層容易となる。これにより、バンプ付きチップ２の表面におけるバンプの有無を容易に検出することができる。
【００３８】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）８は、テレセントリック光学系７からの光を受光して電気信号に変換するものである。
【００３９】
次に、図２に本実施形態の表面検査装置１の機能的構成を示す。
【００４０】
図２に示すように、本実施形態の表面検査装置１は制御装置１０を備えている。
【００４１】
制御装置１０は制御部１１を備えており、制御部１１は、ＲＯＭに記録された処理プログラムをＲＡＭに展開してＣＰＵによってこの処理プログラムを実行することにより、表面検査装置１の各構成部分を駆動制御するようになっている。
【００４２】
また、制御装置１０はキーボード又はマウスなどから構成される入力部１２を備え、ユーザによる指示入力ができるようになっている。
【００４３】
また、制御装置１０は、半導体メモリなどからなる記憶部１３を備えている。記憶部１３は、例えばフラッシュメモリなどの内蔵型メモリや着脱可能なメモリカードやメモリスティックであってもよく、また、ハードディスク又はフロッピー（登録商標）ディスクなどの磁気記録媒体などであってもよい。
【００４４】
図２に示すように、制御装置１０には光源３、ステージ駆動機構１４及びＣＣＤ８が電気的に接続されている。
【００４５】
光源３としてのハロゲンランプは、制御部１１によってＯＮ／ＯＦＦが制御されるようになっている。
【００４６】
ステージ駆動機構１４は、バンプ付きチップ２を支持するステージ６の回転や傾斜を制御することにより、ラインライトガイド５からバンプ付きチップ２の表面に入射する光の位置を調整するようになっている。本実施形態において、ステージ６は３６０°回転することが可能であり、また、ステージ６の傾きの許容範囲は±５°程度となっている。
【００４７】
ＣＣＤ８は、制御部１１の制御により所定のタイミングでテレセントリック光学系７からの光を受光して電気信号に変換し、画像データとして制御部１１に送信するようになっている。本実施形態のＣＣＤ８は、ステージ６の法線方向に設置されたテレセントリック光学系７に近接して設置されており、テレセントリック光学系７を透過した反射光を受光してバンプ付きチップ２を真上から撮像するようになっている。
【００４８】
次に、上記の表面検査装置１を使用した本発明の表面検査方法について説明する。
【００４９】
ユーザは、バンプ付きチップ２を表面検査装置１のステージ６に支持させる。
【００５０】
バンプ付きチップ２の表面検査が開始されると、制御部１１は光源３としてのハロゲンランプをＯＮにする。
【００５１】
光源３から出射された光はファイバ４によりラインライトガイド５に送信され、ラインライトガイド５のファイバ挿入孔９から断面形状の面積が１ｍｍ×５０ｍｍの光として出射される。
【００５２】
ラインライトガイド５から出射された光は、３６°の角度でバンプ付きチップ２の表面に形成されたバンプに照射される。すると、球状のバンプの斜め上部付近に当たって反射した光は主にステージ６の法線方向に反射する。
【００５３】
続いて、球状のバンプの斜め上部付近に当たって反射した光は、テレセントリック光学系７を透過する。この際、ステージ６の法線方向と異なる方向に反射した光はテレセントリック光学系７の絞りによって遮られる。更に、ＣＣＤ８は、テレセントリック光学系７を透過した光をステージ６の真上から受光して光電変換することにより、バンプ付きチップ２を撮像し、画像データを制御部１１に送信するようになっている。
【００５４】
制御部１１は、ＣＣＤ８から受信した画像データを図示しないモニタに表示する。そして、この撮影画像により、バンプの頂部付近の位置ひいてはバンプの位置を検出する。
【００５５】
以上のように、本実施形態に係る表面検査装置１によれば、ラインライトガイド５によってライン状の平行光を斜め一方向から照射するため、単にハロゲンランプなどの光源を用いて照明を行った場合に比べて、バンプ付きチップ２のバンプの反射光を一方向に強く反射させることができる。これにより、バンプ付きチップ２の表面におけるバンプ形成部分の検出が容易となり、ラインライトガイド５とバンプ付きチップ２との間のワークスペースを確保することも可能となる。
【００５６】
また、ラインライトガイド５から３６°の角度でバンプ付きチップ２の表面に光を照射することにより、球状のバンプの斜め上部付近に当たった光は主にステージ６の法線方向に反射する。したがって、この反射光をステージ６の真上方向から撮像することにより、バンプの頂部付近の位置ひいてはバンプの位置を容易に検出することができるようになっている。
【００５７】
更に、テレセントリック光学系７をラインライトガイド５と組み合わせて使用することにより、バンプ付きチップ２のバンプに当たって反射した光を一層容易に検出することができる。すなわち、テレセントリック光学系７はステージ６の法線方向に設置されているため、球状のバンプの斜め上部付近に当たってステージ６の法線方向に反射した光を容易に検出することができる。また、ステージ６の法線方向と異なる方向に反射した光はテレセントリック光学系７の絞りによって遮られることから、バンプの反射光を検出することが一層容易となる。
【００５８】
また、本実施形態では表面検査装置１の被検体をバンプ付きチップ２としたが、例えば被検体を鏡面チップとして、鏡面チップにおいて鏡面と成形チップとの境界を検出することも可能である。
【００５９】
すなわち、ラインライトガイド５によってライン状の平行光を斜め一方向から照射することにより、鏡面チップの成形チップに当たった光を一方向に強く反射させることができる。また、成形チップにおける反射光と異なる方向に反射した光はテレセントリック光学系７の絞りによって遮られるため、鏡面チップにおいて鏡面と成形チップとの境界を検出することが一層容易となる。
【００６０】
この場合において、上述のようにステージ６は被検体であるバンプ付きチップ２を支持して３６０°回転可能となるように構成されており、鏡面チップの表面における成形パターンの方向に応じて、鏡面チップの表面の凸部に当たった光が特に強く反射する方向から光を照射することが可能となる。これにより、鏡面チップにおいて成形チップ及び鏡面の境界を検出することが一層容易となる。
【００６１】
以上詳細に説明したように本発明の表面検査装置又は表面検査方法によれば、半導体デバイスの製造に用いられる試料の表面検査において、撮影画像のコントラストを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態に係る表面検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る表面検査装置の機能的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  表面検査装置
２  チップ
３  光源
４  ファイバ
５  ラインライトガイド
６  ステージ
７  テレセントリック光学系
８  ＣＣＤ
９  ファイバ挿入孔
１０  制御装置
１１  制御部
１２  入力部
１３  記憶部
１４  ステージ駆動機構
【図１】
2007017181.tif 000003
【図２】
2007017181.tif 000004