(57)【要約】【課題】本来合格させるべきバンプ付き基板を不合格にしてしまうことがなく、高い効率で検査を行う。【解決手段】バンプの上方からのリング状照明によるバンプのリング状反射光の形状に基づいてすべてのバンプ高さを測定してバンプ付き基板の合格、不合格を判定し（Ｓ１、２）、この判定で合格したバンプ付き基板のすべてのバンプに傾斜方向から走査光を照射し、バンプ頂部からの反射光およびバンプ底部からの反射光の位置に基づいてすべてバンプの高さを測定してバンプ付き基板の合格、不合格を判定し（Ｓ３、５）、不合格になったバンプ付き基板の、所定の高さ基準に適合しないバンプのリング状反射光の直径と、予め実測から得られたバンプのリング状反射光の直径と、バンプ高さとの関係についての関係式から、不合格したバンプが所定の高さを備えるか否かを推定する補完を行な（Ｓ７）し、この推定を加味してバンプ付き基板の合否を判定する（Ｓ７）。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のすべてのバンプが所定の高さ寸法を備えるか否かを検査するバンプ付き基板の検査方法において、
バンプの上方からのリング状照明によるバンプのリング状反射光の形状に基づいてすべてのバンプの直径と高さ寸法とを測定し、すべてのバンプが所定の直径および高さ寸法であるとき当該バンプ付き基板を合格とする第１の検査ステップと、
前記第１の検査ステップで合格したバンプ付き基板のすべてのバンプに傾斜方向から走査光を照射し、バンプ頂部からの反射光およびバンプ底部からの反射光の位置に基づいて不合格したバンプの高さを測定し、すべてのバンプが所定の高さであるとき当該バンプ付き基板を合格とする第２の検査ステップと、
前記第１の検査ステップで取得したすべてのバンプの直径と、第２の検査ステップで取得したすべてのバンプ高さ寸法とから、バンプの直径とバンプの高さ寸法との相関関係を取得する補完データ作成ステップと、
前記第２の検査ステップで不合格になったバンプ付き基板の、所定の高さ基準に適合しないバンプの前記第１の検査ステップでの検査で取得したバンプの直径を、前記補完データ作成装置が作成した関係式に当てはめ、当該不合格したバンプが所定の高さを推定し、この推定に基づいて当該不合格したバンプを備えるバンプ付き基板の合否を判定する補完ステップと、
を備えることを特徴とするバンプ付き基板の検査方法。
【請求項２】
基板上のすべてのバンプが所定の高さ寸法を備えるか否かを検査するバンプ付き基板の検査装置において、
バンプの上方からのリング状照明によるバンプからの反射光に基づいてすべてのバンプの直径と高さ寸法を測定して、すべてのバンプが所定の直径および高さであるとき当該バンプ付き基板を合格とする第１の検査手段と、
前記第１の検査手段で合格したバンプ付き基板のすべてのバンプに傾斜方向から走査光を照射し、バンプ頂部からの反射光およびバンプ底部からの反射光の位置に基づいて不合格したバンプの高さを測定し、すべてのバンプが所定の高さであるとき当該バンプ付き基板を合格とする第２の検査手段と、
前記第１の検査手段で取得したすべてのバンプの直径と、第２の検査手段で取得したすべてのバンプ高さ寸法とから、バンプの直径とバンプの高さ寸法との相関関係を取得する補完データ作成装置と、
前記第２の検査手段で不合格になったバンプ付き基板の、所定の高さ基準に適合しないバンプの前記第１の検査装置での検査で取得したバンプの直径を、前記補完データ作成装置が作成した関係式に当てはめ、当該不合格したバンプが所定の高さを推定し、この推定に基づいて当該不合格したバンプを備えるバンプ付き基板の合否を判定する補完手段と、
を備えることを特徴とするバンプ付き基板の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンプ付き基板の検査方法、およびバンプ付き基板の検査装置に係り、特に検査対象である基板上のすべてのバンプが所定の高さ寸法を備えるか否かを検査するバンプ付き基板の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板としてＢＧＡ（Ｂａｌｌ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）と称されるものがある。このＢＧＡは、パッケージ底面の格子状に並んだ端子へディスペンサで溶けた半田を塗布し、半田の表面張力で半球状に形成された電極（バンプ）を形成したものである。バンプは、基板上に数千から数万個配置され、これを基板同士の接合時に電気的接合に用いる。なお、バンプの形状は、半球以外にも回転楕円体形状、角錐形状、柱状等他の形状が採用されることがある。また、ここでいうバンプには、基板の他ウエハーに形成したバンプやピラー等、電極以外の接合部が含まれる。
【０００３】
従来、このようなバンプが適正に形成されているかどうかを検査するため、さまざまな装置が使用されている。その１つとしてバンプの状態を３次元的に測定する測定装置がある。特許文献１は、レーザー光源からの照明光をＣＣＤカメラで撮像し、その画像からバンプの三次元情報を取得する測定装置を開示する。
【０００４】
また、バンプの検査を行う装置として、バンプを２次元的に測定する装置がある。特許文献２は、バンプの上方からのリング状照明によるバンプのリング状反射光をＣＣＤカメラで撮像し、このリング状反射光の形状に基づいてバンプの状態を検査するものを開示する。この検査により、バンプの欠陥情報や高さ情報を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０７１２６参照
【特許文献２】特開２００８−２６１７８７参照
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した３次元的に検査する検査装置には次の問題点がある。すなわち、この検査装置で小さいバンプを検査しようとすると時間がかかる他、バンプが密集した場所では下地と検査対象の差が測定しづらい。さらに、高精度に高さを測定できるが、表面の材質によってはレーザーの反射光が検出しくい。このため、検査の効率が悪い。
【０００７】
また、発明者が、このような３次元的な検査装置で、不合格とされたバンプについて顕微鏡で観察したところ、バンプの表面状態のわずかな違いや小さな欠陥があるだけで、機能上全く問題がないことが多いことが確認できた。
【０００８】
すなわち、３次元的な検査装置では、機能上問題がないバンプ付き基板を不合格とすることがあり、不合格の判定基準の過剰に高くしていると考えられる。
【０００９】
本発明は上述した課題にかんがみてなされたものであり、本来合格させてもよいバンプ付き基板を不合格にしてしまうことがなく、高い効率で検査を行うことができるバンプ付き基板の検査方法、およびバンプ付き基板の検査装置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】
【００１０】
前記課題を解決する請求項１に記載の発明は、基板上のすべてのバンプが所定の高さ寸法を備えるか否かを検査するバンプ付き基板の検査方法において、バンプの上方からのリング状照明によるバンプのリング状反射光の形状に基づいてすべてのバンプ高さを測定して、すべてのバンプが所定の高さであるとき当該バンプ付き基板を合格とする第１の検査ステップと、前記第１の検査ステップで合格したバンプ付き基板のすべてのバンプに傾斜方向から走査光を照射し、バンプ頂部からの反射光およびバンプ底部からの反射光の位置に基づいて不合格したバンプの高さを測定し、すべてのバンプが所定の高さであるとき当該バンプ付き基板を合格とする第２の検査ステップと、前記第２の検査ステップで不合格になったバンプ付き基板の、所定の高さ基準に適合しないバンプの前記第１の検査ステップでの検査に基づくリング状反射光の形状と、第１の検査ステップおよび第２の検査ステップでの実測で所定の高さを有すると判定したバンプのリング状反射光の形状と、バンプ高さとの関係について求めた関係式から、当該不合格したバンプが所定の高さを推定し、この推定に基づいて当該不合格したバンプを備えるバンプ付き基板の合否を判定する補完ステップと、を備えることを特徴とするバンプ付き基板の検査方法である。
【００１１】
同じく、請求項２に記載の発明は、基板上のすべてのバンプが所定の高さ寸法を備えるか否かを検査するバンプ付き基板の検査装置において、バンプの上方からのリング状照明によるバンプのリング状反射光の形状に基づいてすべてのバンプ高さを測定して、すべてのバンプが所定の高さであるとき当該バンプ付き基板を合格とする第１の検査手段と、前記第１の検査手段で合格したバンプ付き基板のすべてのバンプに傾斜方向から走査光を照射し、バンプ頂部からの反射光およびバンプ底部からの反射光の位置に基づいて不合格したバンプの高さを測定し、すべてのバンプが所定の高さであるとき当該バンプ付き基板を合格とする第２の検査手段と、第１の検査手段と第２の検査手段とで、所定の高さを有すると実際に判定したバンプのリング状反射光の形状と、バンプ高さとの関係についての関係式を取得して格納した補完データベースと、前記第２の検査手段で不合格になったバンプ付き基板の、所定の高さ基準に適合しないバンプの前記第１の検査ステップでの検査に基づくリング状反射光の形状を、前記補完式格納手段からの関係式に当てはめ、当該不合格したバンプが所定の高さを推定し、この推定に基づいて当該不合格したバンプを備えるバンプ付き基板の合否を判定する補完手段と、を備えることを特徴とするバンプ付き基板の検査装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、本来実用的には問題がないバンプ付き基板が３次元的な検査装置の過剰に高い検査基準で不合格したとしても、実際のバンプ高さを推定してこれを基準に合否判定を行うので、合格させてもよいバンプ付き基板を不合格にしてしまうことがなく、高い効率でバンプ検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】検査対象であるバンプ付き基板を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】実施形態に係るバンプ付き基板の検査装置を示すブロック図である。
【図３】第１の検査装置を説明するものであり、（ａ）は基本構成を示す模式図、（ｂ）は観察されるリングを示す模式図、（ｃ）は原理を示す模式図、（ｄ）は実際の撮影画像を示す写真である。
【図４】第２の検査装置を説明するものであり、（ａ）は原理を示す模式図、（ｂ）は観察される画像を示す模式図、（ｃ）は実際の測定画像を示す写真である。
【図５】補完データ作成手段に集められるデータの一例を示す表である。
【図６】図５に示したデータに基づいて作成した補完式を示すグラフである。
【図７】図６の補完式に基づいて作成した補完テーブルである。
【図８】同じくバンプ付き基板の検査装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】第１の検査装置の写真に第２の検査装置の合否結果を重ねた写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態に係るバンプ付き基板の検査方法、およびバンプ付き基板の検査装置について説明する。
【００１５】
まず、検査対象であるバンプ付き基板としてのプリント基板について説明する。図１は検査対象であるバンプ付き基板を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。なお、図１では、作図の都合上、バンプの大きさを拡大して、また、その数を少なく描いている。実際のバンプ付き基板であるプリント基板２００は、基板２１０上に半田等で形成したほぼ半球状の電極であるバンプ２２０を数千個から数万個形成したものである。
【００１６】
ここで、基板２１０に形成されるバンプ２２０は、その直径をｄ、高さ寸法をｈとして形成され、実施形態に係るバンプ付き基板の検査方法、およびバンプ付き基板の検査装置では、バンプ２２０の高さ寸法ｈを測定する。
【００１７】
次に実施形態に係るバンプ付き基板の検査装置について説明する。図２は実施形態に係るバンプ付き基板の検査装置を示すブロック図である。
【００１８】
実施形態に係るバンプ付き基板の検査装置１００について説明する。検査装置１００は、プリント基板２００が試料として搬送される試料室１０と、試料室１０内のプリント基板２００に第１の検査を行う第１の検査装置２０と、おなじくプリント基板２００に第２の検査を行う第２の検査装置３０と、補完データ作成手段４０と、第１の検査装置２０および第１の検査装置２０からの検査結果と補完データ作成手段４０からの補完データに基づいてプリント基板２００の合否判定を行う補完手段５０とからなる。
【００１９】
次に第１の検査装置２０について説明する。図３は第１の検査装置を説明するものであり、（ａ）は基本構成を示す模式図、（ｂ）は観察されるリングを示す模式図、（ｃ）は原理を示す模式図、（ｄ）は実際の撮影画像を示す写真である。
【００２０】
第１の検査装置２０は、バンプの上方からのリング状照明によるバンプ輪郭、リング状反射光の形状に基づいてすべてのバンプの直径、高さ、形状を測定するものである。具体的には、第１の検査装置２０は、リング状照明部２１と、リング状照明部２１で照明されたバンプの画像を撮像するための顕微鏡２２および撮像素子２３（ＣＣＤ、Ｃ−ＭＯＳ）と、顕微鏡２２内の鉛直方向からの照明部（図示せず）とを有する。リング照明部２１は、リング照明の姿勢が調整可能となっている。
【００２１】
リング状の照明部２１からリング状の照明光を照射する。照明する角度は、０°〜３０°程度の低傾斜角の照明から６０°〜９０°までの高傾斜角の照明まで幅広く照明角度を変えることができる。
【００２２】
バンプ２２０の表面からの反射光は、顕微鏡２２を通して撮像素子２３で撮像される。撮像素子２３には、バンプ２２０の輪郭形状の他、図３（ｂ）に示すように、リング状の輪２４が結像する。図３（ａ）、（ｂ）では１個のバンプ２２０を撮影した場合を示したが、多数のバンプ２２０を備えるプリント基板２００（図１参照）を撮像すると、図３（ｄ）に示すように、多数のバンプ２２０からの反射光が多数のリングとして撮像される。
【００２３】
第１の検査装置２０では、バンプ２２０からの反射光によって撮像される輪２４の直径Ｄに基づいてバンプ２２０の高さ寸法ｈを演算処理で求める他、輪２４の形状に基づいてバンプ２２０のゆがみや欠陥を測定する。すなわち、図３（ｃ）に示すように、異なる直径、高さの２つのバンプ２２０Ａ（高さｈＡ）、２２０Ｂ（高さｈＢ）では同じ方向からの光Ｌで形成される輪は、異なる直径ＤＡ、ＤＢとなる。この観察される輪２４の直径Ｄと、高さ寸法ｈとは、光Ｌの照射方向、その他の条件により一義に定まる。このため、輪２４の直径Ｄからバンプ２２０の高さ寸法ｈを算出することができる。なお、バンプが半球以外の形状の場合は、それぞれの形状に対応した反射光の形、大きさで形状の歪みや高さを求める。
【００２４】
そして、第１の検査装置２０は、バンプの位置と大きさ(直径)を測定するとともに、良品サンプルとの差異を検査し、さらにバンプの高さを測定することができる。そして、第１の検査装置２０は、バンプ２２０直径や形状が基準に達していない場合、高さが所定の基準に達していない場合、例えばバンプ２２０の高さ寸法ｈが所定の値Ｈ以下である場合等に不合格とする。
【００２５】
次に第２の検査装置３０について説明する。図４は第２の検査装置を説明するものであり、（ａ）は原理を示す模式図、（ｂ）は観察される画像を示す模式図、（ｃ）は実際の測定画像を示す写真である。第２の検査装置３０は、レーザー発振器３１からの光Ｌを図示しないポリゴンミラーで走査して斜め情報からバンプ２２０に照射し、その反射光をカメラ３２で撮像し、図４（ｂ）に示すように、バンプ２２０のトップ２２０ａの輝度、ボトム２２０ｂとの輝度の差に基づいてバンプ２２０の高さを求めるものである。
【００２６】
第２の検査装置３０のカメラ３２では、図４（ｃ）に示すような画像を取得することができる。そして、求めた画像から、各バンプ２２０の高さｈを取得する。第２の検査装置３０では、バンプ２２０の高さ寸法ｈが所定の高さ基準、例えば高さＨ以下である場合等に不合格とする。なお、高さ基準としては、最低値Ｈの他最高値を定めることができる。
【００２７】
このような第１の検査装置２０と第２の検査装置３０とを組み合わせ、第１の検査装置２０で合格したプリント基板２００を更に第２の検査装置３０で検査すれば、第１の検査装置２０で、バンプの位置と大きさ(直径)、良品サンプルとの差異を検査しつつ、バンプの高さ寸法を精密に計測して検査を行うことができる。
【００２８】
検査装置１００では、第１の検査装置２０、第２の検査装置３０に加えて補完手段５０で第２の検査装置３０で不合格になったプリント基板２００の不合格したバンプについて補完データ作成手段４０からのデータに基づいて補完を行う。
【００２９】
補完データ作成手段４０は、第１の検査装置２０と第２の検査装置３０とで、基準の高さ寸法Ｈ以上の高さ寸法を有すると実際に判定したバンプの直径ｄと、バンプ高さ寸法ｈとの関係についての関係式を格納しておく。そして、補完手段５０は、不合格したバンプの第１の検査装置２０で取得した輪２４の直径をこの関係式にあてはめ、補完した高さ寸法ｈ２を取得し、この高さ寸法ｈ２を基準高さ寸法Ｈと比較して、プリント基板２００の合否を判定する。
【００３０】
図５は補完データ作成手段に集められたデータの一例を示す表、図６は図５に示したデータに基づいて作成した補完式を示すグラフ、図７は図６の補完式に基づいて作成した高さ寸法と第２の測定装置で得られた値との比較表である。
【００３１】
まず、補完データ作成手段４０は、図７に示す補完テーブルを作成する。補完テーブルは以下のようにして作成する。まず、第１の検査装置２０で合格とされ、第２の検査装置３０でバンプの高さ寸法が測定されたプリント基板２００について第１の検査装置２０で取得したバンプの直径ｄと高さ寸法ｈとの対応表を作成する。そして、この表に基づいて、例えば最小二乗法で、図６に示ように、第１の検査装置で取得したバンプの直径と、第２の検査装置で取得したバンプの高さ寸法との相関を得る。なお、相関式は、最小二乗法に限らず、多項式近似等その他統計的手法で求めることができる。この例では、バンプの高さをｙ、バンプの直径をｘとしたとき、
相関式
ｙ＝０．４７７４ｘ＋５３，９７２（Ｒ＾２＝０．４４７４）
を得た。
【００３２】
図７に示すように、相関式と第２の検査装置で得られたバンプ高さ寸法との誤差はわずかなものであった。すなわち、一般に高さ検査に必要な精度はバンプ高さに対して１０％程度である。これに対して前記相関式から求めた場合の精度は３％以下であり、十分な精度である。
【００３３】
次に検査装置１００の動作について説明する。図８は実施形態に係るバンプ付き基板の検査装置の動作を示すフローチャート、図９は同じく第１の検査装置の写真に第２の検査装置の合否結果を重ねた写真である。
【００３４】
まず、第１の検査装置２０でプリント基板２００を検査する（Ｓ１）。この検査でプリント基板２００上のすべてのバンプの直径、形状、高さ寸法などが検査される。プリント基板２００上の１つのバンプでも不合格の場合（Ｓ２のｎｏ）、プリント基板２００は不合格となる（Ｓ８）。そして、バンプの直径についてデータが補完データ作成手段４０に送られる。
【００３５】
合格したプリント基板２００は、第２の検査装置３０で検査する（Ｓ３）。この検査でバンプの高さ寸法を測定する。そして、バンプの高さ寸法についてデータが補完データ作成手段４０に送られる。補完データ作成手段４０では、補完データを作成する（Ｓ４）。プリント基板２００上の１つのバンプでも不合格の場合（Ｓ５のｎｏ）、プリント基板２００は不合格となる（Ｓ８）。
【００３６】
この検査ですべてのバンプの高さ寸法が合格すると（Ｓ５のｙｅｓ）プリント基板２００は合格となる（Ｓ６）。一方、１つのバンプでも不合格となると、プリント基板２００は、補完手段５０で不合格したバンプについて補完が行われる（Ｓ７）。補完は、不合格したバンプについて図７に示した相関式にもとづいたバンプ高さ寸法を求めることによって行われる。
【００３７】
図９に示す第２の検査で不合格になったバンプと、隣接する合格したバンプとを比較すると、第１の検査装置２０で取得された画像ではほとんど区別できない程度に良好である。補完ではこのような状態で、不合格したバンプの高さ寸法を第１の検査装置の結果で補完する。
【００３８】
例えば、図６の表中Ｂで示すバンプは、第１の検査装置２０で取得したバンプ直径が１０５．５２であるにもかかわらず、第２の検査装置では、何らかの理由で高さ寸法の取得に失敗している。このバンプを補完手段５０で補完する。補完データ作成手段４０では、このバンプ直径を相関式に当てはめると、１０４．３４７２４８となる。
【００３９】
このような補完を不合格したすべてのバンプに行い、すべてのバンプが合格した場合（Ｓ７のｙｅｓ）プリント基板２００は、合格となる（Ｓ６のｎｏ）。一方補完を行ったにもかかわらず、１つでも不合格のバンプがあった場合、プリント基板２００は不合格となる（Ｓ８）。以上により、一連の検査は終了する。
【００４０】
以上説明したように、実施形態に係るバンプ付き基板の検査方法によれば、本来実用的には問題がないバンプ付き基板を実際のバンプ高さを推定してこれを基準に合否判定を行うので、本来合格させるべきバンプ付き基板を不合格にしてしまうことがなく、高い効率でバンプ検査を行うことができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０：試料室
２０：第１の検査装置
２１：リング状照明部
２２：顕微鏡
２３：撮像素子
２４：輪
３０：第２の検査装置
３１：レーザー発振器
３２：カメラ
４０：補完データ作成手段
５０：補完手段
１００：検査装置
２００：プリント基板
２１０：基板
２２０：バンプ
【図１】
2013210260.tif 000003
【図２】
2013210260.tif 000004
【図３】
2013210260.tif 000005
【図４】
2013210260.tif 000006
【図５】
2013210260.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013210260.tif 000009
【図８】
2013210260.tif 000010
【図９】
2013210260.tif 000011