(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源が発生する光点を照射側結像レンズを介して被測定物の表面に結像させ、その光点像を更に受光側結像レンズを介して光点位置検出素子上に結像させて、その光点位置から被測定物の高さを測定する高さ測定方法において、
照射光に対する反射光が第一の角度を有する第一の領域と該第一の角度に対して偏った第二の角度を有する第二の領域とを有する焦点調整パターンを、垂直方向に移動可能なステージ上に載置し、前記光源が発生する光点を前記焦点調整パターンの前記第一と第二の領域の境界に沿って走査し、前記光点位置検出素子上に結像した光点の光強度の重心を監視し、前記光強度の重心に基づいて前記ステージ位置または受光側の光学系位置の合焦位置を検出し、該検出した合焦位置で前記被測定物の高さを測定することを特徴とする高さ測定方法。
【請求項２】
請求項１において、前記光点の該焦点調整パターン上の走査は、前記第一または第二の領域上を走査する第一の走査と、前記第一と第二の領域の境界に沿って走査する第二の走査とを有し、前記合焦位置の検出は、前記光強度の重心が前記第一の走査時と前記第二の走査時とで変化しない場合に行われることを特徴とする高さ測定方法。
【請求項３】
請求項１において、前記光点の該焦点調整パターン上の走査は、前記第一と第二の領域の第一の境界に沿って走査する第一の走査と、前記第一と第二の領域の第二の境界であって該第一及び第二の領域の位置関係が前記第一の境界とは逆になっている境界に沿って走査する第二の走査とを有し、前記合焦位置の検出は、前記光強度の重心が前記第一の走査時と前記第二の走査時とで変化しない場合に行われることを特徴とする高さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高さ測定装置及び高さ測定方法にかかり、特に光学系の焦点を調整する部分の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップの表面に入出力端子として複数のバンプ端子をマトリクス状に配置し、半導体チップをフェースダウンで基板にボンディングすることが行われている。このような半導体チップは、フリップチップと呼ばれ、マルチチップモジュール等に利用される。
【０００３】
このバンプ端子は、通常半導体基板の表面に形成した電極上に形成された球状の端子であり、半田ディップ法により形成される半田バンプやメッキ法により形成される金属バンプ等がある。
【０００４】
複数のバンプ端子が形成されたチップはフェースダウンで基板上にボンディングされるが、その場合、各バンプ端子が基板上の対応する電極と正常に接続されなければならない。従って、バンプの形状が均一で高さも均一に形成されていることが必要である。他のバンプよりも高さが低いと基板の電極との接続不良の原因となり、高さが高いとバンプの形状が大きくボンディング工程で隣接するバンプと短絡する等の恐れがある。
【０００５】
そこで、フリップチップをボンディングする前に、表面のバンプの高さを検査することが一般に行われる。高さ検査の一般的な方法は、光を照射してその反射光を２分割フォトダイオードやＰＳＤ（Position Sensitive Detector)に結像させてその高さを検出する三角測量法である。従って、表面をレーザー光で走査してその反射光の位置によってそれぞれのバンプの高さを検査している。
【０００６】
図２３は、その三角測量法の原理図である。この図では、被検査物である半導体チップ１の表面に形成された入出力端子であるバンプ端子２の高さを測定する例が示されている。７は、照射光であるレーザ光であり、照射側の結像レンズ３を介して被検査物であるバンプ２の頂点またはチップ１の表面に結像される。そして、被検査物で反射した光が受光側の結像レンズ４を介して光点位置検出素子であるＰＳＤ（Position Sensitive Detector)上に結像される。バンプ端子2 の頂点を照射した時のＰＳＤ上の結像点２ａと、チップ表面を照射した時の結像点１ａとの関係から、バンプ２の高さが検出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高さの計測精度を上げる為には、合焦点位置にある被検査物の表面に照射レーザ光が結像する様に照射側光学系の焦点を合わせる必要がある。特に、バンプ端子の頂点は球面状であり、その頂点に焦点が合ってないと頂点に結像する光点像がぼけてしまい、反射光の光量や密度が低くなる。その様な光量の低下は、ＰＳＤ５の検出精度を下げてしまう。
【０００８】
同様に、ＰＳＤ５の表面が反射光の合焦点位置になる様に反射側光学系の焦点を合わせる必要がある。ＰＳＤ５の表面に結像した光点の光量及び密度が高くなり、ＰＳＤの感度を上げることができるからである。
【０００９】
従って、通常はレンズ等の仕様から求めた位置に、被検査物を載せるステージ、結像レンズやＰＳＤを配置して光学系を構成していた。しかし、かかる方法では、レンズ等個々の公差による焦点位置のずれや配置時の配置精度等により、焦点位置が微妙にずれてしまい高精度の高さ測定が困難になっている。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、高精度で被検査物の高さを測定することができる高さ測定方法及びその装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、光学系の焦点を簡単に且つ正確に調整することができる高さ測定方法及びその装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する為に、本発明は、光源が発生する光点を照射側結像レンズを介して被測定物の表面に結像させ、その光点像を更に受光側結像レンズを介して光点位置検出素子上に結像させて、その光点位置から被測定物の高さを測定する高さ測定方法において、
垂直方向に移動可能なステージ上の対象面上に結像させた光点像を、前記ステージまたは照射側結像レンズを移動させながら、該ステージ上に設けた撮像カメラにより捉え、該撮像カメラが捉えた光点像の所定画素の光量が最大になる時、或いは光点像の形状が最小になる時の前記ステージまたは照射側結像レンズ位置を合焦点位置として検出する工程を有することを特徴とする。
【００１３】
更に上記の目的を達成する為に、本発明は、光源が発生する光点を照射側結像レンズを介して被測定物の表面に結像させ、その光点像を更に受光側結像レンズを介して光点位置検出素子上に結像させて、その光点位置から被測定物の高さを測定する高さ測定方法において、
前記光源が発生するレーザ光を偏向させて０次光と１次光を分離し、
前記光点位置検出素子または受光側結像レンズを該光軸方向に移動させながら、光軸方向において前記光点位置検出素子と同等の位置に設けられて該光点位置検出素子と共に光軸方向に移動可能な位置に照射される０次光の光量が最大になる様な、或いは当該位置に照射される０次光の光点像の大きさが最小になる様な、前記光点位置検出手段または受光側結像レンズの位置を合焦点位置として検出する工程を有することを特徴とする。
【００１４】
上記の目的は、本発明によれば、上記の発明において、光源が発生するレーザ光を偏向させ、０次光と１次光を分離する偏向手段を更に有し、前記合焦点位置を検出する時の光に前記０次光を使用し、前記被測定物の高さを測定する時の光に前記１次光を利用することを特徴とする。
【００１５】
上記発明では、偏向が容易で強い１次光を高さ測定用の走査光に使用し、１次光とは別に取り出すことができる０次光を合焦点位置検出用の光として利用することができる。
【００１６】
更に上記の目的を達成する為に、本発明は、光源が発生する光点を照射側結像レンズを介して被測定物の表面に結像させ、その光点像を更に受光側結像レンズを介して光点位置検出素子上に結像させて、その光点位置から被測定物の高さを測定する高さ測定方法において、
垂直方向に移動可能なステージ上に第一の反射係数の第一の領域とそれより低い第二の反射係数の第二の領域を有する焦点調整パターンを載置し、
前記光源が発生する光点を該焦点調整パターンの該第一と第二の領域の境界を横切る様に走査し、前記光点位置検出素子上に結像した光点の光強度の変化を監視し、
前記光強度の変化が最も急峻になる前記ステージ位置または照射側の光学系位置を検出し、
該ステージ位置または照射側の光学系位置で前記被測定物の高さを測定することを特徴とする。
【００１７】
上記の発明によれば、高さを測定する為の照射側光学系と受光側光学系及び光点位置検出素子を使用して、照射側の合焦位置を検出することができるので、その調整が簡便になる。
【００１８】
更に上記の目的を達成する為に、本発明は、光源が発生する光点を照射側結像レンズを介して被測定物の表面に結像させ、その光点像を更に受光側結像レンズを介して光点位置検出素子上に結像させて、その光点位置から被測定物の高さを測定する高さ測定方法において、
照射光に対する反射光が第一の角度を有する第一の領域と該第一の角度に対して偏った第二の角度を有する第二の領域とを有する焦点調整パターンを、垂直方向に移動可能なステージ上に載置し、
前記光源が発生する光点を前記焦点調整パターンの前記第一と第二の領域の境界に沿って走査し、前記光点位置検出素子上に結像した光点の光強度の重心を監視し、
前記光強度の重心に基づいて前記ステージ位置または反射側の光学系位置の合焦位置を検出し、
該検出した合焦位置で前記被測定物の高さを測定することを特徴とする。
【００１９】
上記の発明によれば、高さを測定する為の照射側光学系と受光側光学系及び光点位置検出素子を使用して、照射側の合焦位置を検出することができるので、その調整が簡便になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がその実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】
図１は、半導体チップの表面に形成されたバンプ端子を示す斜視図である。複数のバンプ端子２がチップ１の表面上にマトリクス状に配置されている。
【００２２】
図２は、そのバンプ端子が形成されている半導体チップ１の部分断面図である。半導体チップ１の表面に形成された電極３０の上に、球状のバンプ端子２が形成される。図２に示された例では、バンプＢ１，Ｂ３，Ｂ５は正常な大きさであり、正常な高さｈに形成されているが、バンプＢ２は形状が小さくその高さは正常な高さｈより低く、バンプＢ４は形状が大きくその高さは正常値ｈよりも高い。一般にバンプの高さと大きさは相対的な関係を有するので、ボンディング不良をおこすか否かは、事前にバンプの高さが正常値ｈに形成されているが否かを検査することにより判定することができる。
【００２３】
図３は、本発明にかかる実施の形態例を示す図である。この例では、レーザ光源６からのレーザ光７が被測定物が載せられるステージ１２上に照射される。レーザ光７は、被測定物の表面上を走査する為に音響光学偏向器（Acousto-optic Deflector,ＡＯＤ）８により偏向される。このＡＯＤ８は、物質に超音波を印加することで屈折率の変化を誘起し光が回折を受ける現象を利用した光デバイスとして良く知られている。この偏向器８に対して、超音波周波数を印加すると回折を受けない０次光と光強度の高い１次回折光とを得ることができる。そして、超音波周波数を変更することにより、その１次光の回折角度を変えることができる。従って、その現象を利用して１次光を被検査物の表面で走査させるのである。
【００２４】
この実施の形態例では、レーザ光の走査の為に１次光を利用し、同時にＡＯＤ８で取り出すことができる０次光を焦点を調整する為の光として利用する。
【００２５】
図３に戻り、３は照射側の結像レンズである。偏向器８により取り出された１次光１０が結像レンズ３経由で被測定物に照射、走査され、偏向することなく取り出される０次光９も結像レンズ３を通過する。１１は、焦点を調整する為に置かれたミラーである。従って、光学系の調整工程ではこのミラーがステージ１２上に置かれる。ミラー１１の表面１３で結像した０次光９は、受光側の結像レンズ４を介してＰＳＤ５と同じ位置に置かれピンホール１４を通って撮像カメラまたはＰＳＤ１５で受光される。更に、ミラー１１の表面１３に照射された０次のレーザ光９は、ステージ１２の真上側に設けた撮像カメラ１６によっても観察される。
【００２６】
上記の構造において、最初に照射側の合焦点位置の調整が行われる。具体的には、ステージ１２を上下動させてミラー１１の表面を垂直方向に移動させる。その時に、ミラー１１の表面に結像する０次光９の光点の大きさまたは密度をカメラ１６により観察することにより、いずれの位置が合焦点位置かを検出する。
【００２７】
図４は、その照射側の合焦点位置の調整を説明する図であり、図５はその時にカメラ１６がとらえたミラー１１表面の光点の例を示す図である。図４の例では、ミラー１１の表面がＢの位置にある時が照射側の合焦点位置である。カメラ１６の焦点深度は位置Ａ，Ｂ，Ｃの何れも合焦点になる様に調整しておく。
【００２８】
図５に示される通り、カメラ１６がとらえる光点像は、合焦点から外れた位置Ａ，Ｃでは図５（ａ）の様にぼけた像である。それに対して合焦点の位置Ｂでは図５（ｂ）の様にシャープな像である。
【００２９】
図６は、カメラ１６が捉えた像を分析したグラフ図である。図６（ａ）は、ミラー１１を垂直方向に移動した時のカメラ１６の注目画素の光量の変化を示す。注目画素は例えば、図５中の真ん中の４つの画素の光量である。合焦点にある位置Ｂの時が光点像は最もシャープであり注目画素の光量は最大になる。図６（ｂ）は、同様に垂直方向に移動させたときの光点像の径の変化を示す。図５に示した通り、合焦点位置のＢのところで光点径が最小になる。従って、カメラ１６が捉えた光点像を所定の画像処理することで、位置Ｂを検出することができる。焦点調整工程でその位置Ｂをメモリ等に記憶させておくことで、後の被測定物に対して合焦点位置に再度もってくることができる。
【００３０】
尚、上記の例ではミラー１１の垂直方向の位置を検出したが、結像レンズ３を光軸方向に移動させて同様に合焦点の位置を検出することでも良い。
【００３１】
図７は、受光側の合焦点位置の調整を説明する図である。図７（ａ）は、図３の実施の形態例を上から見た図である。図３と同じ箇所には同じ引用番号を付している。この例では、受光側３２の合焦点位置を検出する為に、ＰＳＤ５と同じ光点軸上にあり一緒に移動するピンホール１４を光軸方向に移動させながら、カメラまたはＰＳＤ１５により検出される結像光を監視する。
【００３２】
図７（ｂ）は、図７（ａ）のＰＳＤ５，ピンホール１４とカメラ１５の部分を拡大した図である。前述した通り、ミラー１１で反射した０次光９は、結像レンズ４を通過してピンホール１４に達する。そして、ピンホール１４を通過した光がカメラまたはＰＳＤ１５により捉えられる。そこで、ＰＳＤ５と共にピンホール１４を光軸方向に移動すると、受光側の合焦点位置Ｂにピンホール１４が位置した時に、ピンホール１４を通過する光量が最大になる。合焦点位置ではレーザ光９は数十μｍの大きさになるので、ピンホール１４の大きさを５０μｍ程度にしておくことで、合焦点位置にない位置Ａ，Ｃの時にピンホール１４によりレーザ光９の一部が遮られて、上記の通り合焦点で最大光量となる。
【００３３】
図８は、そのカメラまたはＰＳＤ１５が検出する光量と光軸方向の位置の関係を示すグラフである。ピンホール１４の位置がＢの時にカメラまたはＰＳＤ１５が受光する光量が最大になる。カメラまたはＰＳＤ１５が検出する光電変換電流を処理することにより、光量が最大になる時の位置を検出することができる。また、結像レンズ４を光軸方向に移動させて合焦点位置を検出することでも良い。或いは、結像レンズ４とピンホール１４を同時に移動させても良い。
【００３４】
尚、図７（ｂ）において、ピンホール１４を光軸方向に移動することにより０次光９の位置が水平方向に僅かに移動する。その水平方向の移動に従ってピンホールを通過する光量も僅かに変化する。従って、その変化を無くす為には、ピンホールの形状を水平方向を長手方向とする楕円形状にすることが有効である。
【００３５】
図９は、受光側３２の合焦点の調整を行う他の実施の形態例を示す図である。この例では、図７に示した例とは、ピンホール１４の背後に設けたカメラまたはＰＳＤ１５の代わりに、ミラーＭ１〜Ｍ４によりピンホール１４を通過したレーザ光９をＰＳＤ５に導いている点で異なる。また、ミラー以外にも例えばプリズムや光ファイバーによりレーザ光９を導いても良い。この実施の形態例によれば、受光側に合焦点位置の検出には、ピンホール１４及びまたは受光側結像レンズ４を光軸方向に移動させながら、ＰＳＤ５が検出する光量が最大になる位置を検出することにより行われる。
【００３６】
図１０は、受光側３２の合焦点の調整を行う他の実施の形態例を示す図である。この例では、図７に示した例とは、ピンホール１４を設けずにピンホール１４の位置にカメラ１５を直接設けた点で異なる。この様にカメラ１７に直接０次光を結像させる場合は、図４、５、６で示したのと同様に、結像した光点の大きさが最小になる位置、あるいは注目画素の光量が最大になる位置が合焦点の位置と検出される。
【００３７】
図１１は、本発明の実施の形態例の高さ測定装置の全体ブロック図である。この例は図３に示した例と同じ光学系を有し、更にその制御部も示している。従って、同じ部分には同じ引用番号を付している。
【００３８】
２３は制御手段であり、偏向器８に偏向制御信号２６を与えることによりレーザ光源６から発生したレーザ光７の１次光を偏向させる。また、この例では、制御装置２３により、ステージ１２が上下に駆動され、結像レンズ４が調整用駆動部２４を通してその光軸方向に駆動される。また、ＰＳＤ５も調整用駆動部２５を通してその光軸方向に駆動される。これらの駆動は、制御部２３により制御される。図中ピンホール１４がＰＳＤ５の陰に隠れている。１９は、カメラまたはＰＳＤ１５が検出した光電変換電流を増幅して電圧に変換するアンプである。カメラまたはＰＳＤ１５がピンホール１４を通過してきた０次光９を受光し、その光量に対応した電圧値２７が生成される。そして、Ａ／Ｄ変換器２０にてデジタル値に変換され、明るさ及び高さ算出回路２１にて、受光点の明るさが検出される。そして、メモリ２２に格納される。また、メモリ２２に格納された明るさのデータは、制御部２３により読みだされる。
【００３９】
また、アンプ１９はＰＳＤ５からの検出電流を増幅し、明るさ及び高さ算出回路２１にて、ＰＳＤ５の２つの電極からの信号に従ってＰＳＤ５の受光位置に応じた高さが検出される。更に、メモリ２２には、撮像カメラ１６からの画素単位の光電変換信号データも格納される。
【００４０】
図１２は、図１１の高さ測定装置を使用して高さを測定する時のフローチャート図である。更に、図１３は、図１１の高さ測定装置の照射側の結像レンズ３の手前に設けた０次光遮断手段を示す図である。
【００４１】
図１２に従って、高さ測定の流れを説明する。先ず、レーザ光源６から生成されるレーザ光７から取り出された０次光９を照射する（Ｓ１）。図１３に示した０次光遮断手段３７を開くことで、０次光９は結像レンズ３に照射される。そして、先ず光学系を合焦点位置に調節する。即ち、較正である。ステップＳ２で、ステージ１２を垂直方向に移動させながら、ミラー１１上に結像した０次光の光点像を撮像カメラ１６で捉え、その画像データをメモリ２２に格納する。制御部２３による画像処理により、カメラ１６が捉えた光点像の径が最小になる位置、或いは特定画素の光量が最大になる位置を検出する。その位置が、照射側の合焦点位置である。
【００４２】
更に、今度は受光側の合焦点位置への調整である（Ｓ３）。制御部２３により結像レンズ４或いはＰＳＤ５の一方または両方が光軸方向に移動されながら、カメラまたはＰＳＤ１５が検出する受光点の光量を監視する。そして、その光量が最大になる位置が合焦点位置である。
【００４３】
こうして光学系の合焦点位置への調整が終わり、調整用の０次光９は、遮断手段３７を閉じることで遮断される（Ｓ４）。
【００４４】
次に、ステージ１２上のミラー１１を取り外し、代わりに被測定物である半導体チップ１を置く（Ｓ５）。そして、ステージ１２を先程検出した合焦点位置に移動する（Ｓ６）。更に、ＡＯＤ８による１次光１０の偏向範囲は通常１ｍｍ程度であるので、１０乃至２０ｍｍ角のチップの所定の走査領域に１次光１０が走査できる様に、ステージ１２がＸ、Ｙ方向に移動される（Ｓ７）。
【００４５】
この様に、走査領域へのアライメントが終わると、制御部２３による偏向制御信号２６により１次光１０が偏向され、ステージ１２が例えばその偏向方向と垂直な方向に移動することにより、チップ表面が走査される。その走査に従って、チップ表面の高さとバンプ頂点の高さとが、ＰＳＤ５により検出される。従って、制御部２３がその高さの差を計算することにより、各バンプの高さが測定される（Ｓ８）。そして、ステップＳ７、８がチップ表面全部の走査が終了するまで（Ｓ９）繰り返される。
【００４６】
図２にバンプ端子２の断面図を示したが、バンプ２の頂点部分が球面状になっていてその位置で少なくとも照射側の焦点が合っていれば、バンプの頂点で反射する光を最大限に利用することができる。従って、上記のステップＳ６において、バンプ頂点の平均的高さｈよりも少し低い位置を合焦点位置に調節することが最も測定精度を上げることになる。勿論、被測定物の形状に応じて、どの位置を合焦点位置とするかが決定される。
【００４７】
以上の説明では、レーザ光６の０次光９を合焦点位置の調整用の光として利用し、１次光１０を走査光に利用した。その理由は、０次光９が１次光１０とは異なる方向に取り出すことができるので、ＰＳＤ５の近傍の異なる位置にあるピンホール１４にその０次光９を照射することができるからである。
【００４８】
但し、本発明は０次光により調整を行う場合に限定されず、例えば１次光をそのまま調整用に使用することも可能である。その場合は、ＰＳＤ５の位置にカメラまたはピンホール付きのＰＳＤを移動させることが必要である。
【００４９】
［光点位置検出素子を利用した焦点調整］
上記してきた実施の形態例における焦点調整の方法では、照射側の焦点調整に撮像カメラ１６を利用したり、反射側の焦点調整にピンホール等を利用する。しかしながら、実際の被測定物の高さの測定は、被測定物で反射した光点をＰＳＤのような光点位置検出素子の出力を利用して行われる。従って、その光点位置検出素子からの出力を利用して焦点の調整も行うことができると、余分な部品を設ける必要がなく、また制御部もその出力の信号処理により焦点位置を検出することができる。
【００５０】
図１４は、照射側の合焦位置を検出する方法を説明する為の図である。この例では、焦点調整パターン４０が反射率が高い第一の領域４０Ａと、それより反射率が低い第二の領域４０Ｂとを有する。具体的には、両領域４０Ａと４０Ｂとがストライプ状に形成される。かかる焦点調整パターン４０は、例えば、シリコン基板上にアルミニウムのような光反射率が高い金属パターンを形成し、その金属パターン領域を第一の領域４０Ａとし、シリコン基板表面を第二の領域４０Ｂとする。
【００５１】
本方法では、かかる焦点調整パターン４０を、図１１で示した上下移動可能なステージ１２上に載置し、光源６から生成される光点にその焦点調整パターン４０上を走査させる。その走査は、例えば図中４１に示される方向の様に、高反射率の領域４０Ａと低反射率の領域４０Ｂとの境界をクロスする方向とする。入射される光１０Ｘを矢印４１の方向に走査し、その反射光１０ＹをＰＳＤ等の光点位置検出素子５上に投影する。その時、ＰＳＤ５が検出する投影された光の強度を監視する。この光の強度は、ＰＳＤの２つの電極からの信号ａ，ｂの和ａ＋ｂを利用することにより簡単に検出することができる。
【００５２】
高反射率領域４０Ａからの反射光１０Ｙは光強度が大きく、低反射率領域４０Ｂからの反射光１０Ｙは光強度が小さい。従って、位置ｔ１からｔ２まで両領域の境界をクロスする様に光点を走査した時の検出される光強度の変化を監視することで、照射側の合焦位置か否かの判定を行うことができる。即ち、合焦位置になく焦点調整パターン４０上に結像する光点の大きさが大きい場合は、その検出される光強度の変化は、図１４（ｂ）に破線４３で示される通りなだらかになる。一方、合焦位置にあって焦点調整パターン４０上に結像する光点の大きさが小さい場合は、その検出される光強度の変化は、図１４（ａ）に実線４２で示される通り急峻なものとなる。
【００５３】
そこで、図１１に示された高さ検査装置において、ステージ１２を垂直方向に移動させながら、或いは照射側の結像レンズ３をその光軸方向に移動させながら、それぞれの位置での上記光強度の変化を監視する。そして、光強度の変換が最も急峻である時のステージの位置あるいは照射光学系の位置を、照射側の合焦位置と判定する。その後、ステージ上に被測定物を載せて高さを測定する場合は、上記合焦位置と判定された位置にセットしてから、その高さ測定が行われる。
【００５４】
図１５及び図１６は、高さ測定装置の反射側の合焦位置を検出する方法を説明する図である。この方法では、入射光１０Ｘに対して所定の角度或いは広がり角度をもった反射光１０ＹＢを生成する領域４５Ｂと、入射光１０Ｘに対してそれよりも偏った角度或いは広がり角度をもった反射光１０ＹＡを生成する領域４５Ａとを有する焦点調整パターン４５が使用される。そして、光源６から生成される光点の焦点調整パターン４５上に投影された光点が、図１５中の矢印４２の如く両領域４５Ａ，４５Ｂの境界に沿って走査される。焦点調整パターン４５は、例えばシリコン基板の表面（領域４５Ｂ）に所定の傾斜をもつ構造を形成して領域４５Ａとする。図中では、くさび型の形状をなす。或いは、単にシリコン基板の表面にアルミニウム膜を形成し、そのアルミニウム膜のエッジの部分に形成される傾斜を領域４５Ａとして利用してもよい。
【００５５】
図１６に示される通り、上記の境界に沿って光点が走査されると、領域４５Ｂ上に照射された入射光１０Ｘは、図に示される通り一点鎖線の光軸に対称なある程度の広がり角度をもった反射光１０ＹＢの如く反射する。また、領域４５Ａ上に照射された入射光１０Ｘは、図に示される通り光軸から偏った広がり角度（図中の例では低く狭い広がり角度）をもった反射光１０ＹＡの如く反射する。
【００５６】
そこで、図１５に示される通り、位置ｔ１から矢印４２の方向に位置ｔ２まで光点を走査させる場合について、光点位置検出素子５で検出される光強度の重心がどの様に変化するかについて説明する。図１７、１８，１９は、ステージ１２の位置を垂直方向に変更或いは受光側の光学系の位置を変更したときの、光点位置検出素子５が検出する光点像の光強度の重心を説明する図である。受光側の光学系の位置の変更とは、結像レンズ４や光点位置検出素子５等の光軸方向の位置を変更することを意味する。図１７は、受光側の焦点が光点位置検出素子５より後ろ側にある場合、図１８は合焦の位置にある場合、図１９は受光側の焦点が光点位置検出素子５より前側にある場合をそれぞれ示す。尚、光点像の光強度の重心は、光点位置検出素子であるＰＳＤの２つの電極からの出力をａ，ｂとすると、（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）により求められる。この重心の位置は、通常ＰＳＤにおいては、高さ位置を示す検出値として利用される。
【００５７】
図１５，１６で示した通り、領域４５Ａと４５Ｂとの境界に沿って入射光１０Ｘを走査すると、その反射光は、１０ＹＡと１０ＹＢとが形成される。即ち、結像レンズ４に照射される反射光は、図１７，１８，１９に示される通り、図中の下側にその光量が偏っている。
【００５８】
そこで、図１７（ａ）の後焦点の場合は、光点位置検出素子５上に結像する光点像は、反射光１０ＹＡの存在によりその光強度の重心は、一点鎖線の光軸から下側にずれて検出される。従って、図１５の位置ｔ１からｔ２に走査すると、領域４５Ｂに対する反射光１０ＹＢは光軸を中心として広がるので、光強度の重心は光軸に一致する。しかし、領域４５Ａと４５Ｂとの境界に沿って走査される場合は、光強度の重心が下側にずれて検出される。また、位置ｔ２を走査する場合は、再度光強度の重心は光軸に一致する。図１７（ｂ）に走査位置に対するＰＳＤ５から検出される高さ出力（光強度の重心位置）を示す。図示される通り、高さ出力は走査途中で低下する。
【００５９】
図１８（ａ）の合焦点位置にある場合は、反射光１０ＹＡも１０ＹＢも同様に光点位置検出素子５の光軸上に結像するので、高さ出力は、走査位置にかかわらず一定の値になる。図１８（ｂ）に示される通りである。
【００６０】
図１９（ａ）の前焦点の場合は、光点位置検出素子５上に結像する光点像は、反射光１０ＹＡの存在によりその光強度の重心は、一点鎖線の光軸から上側にずれて検出される。従って、図１５の位置ｔ１からｔ２に走査すると、領域４５Ａと４５Ｂとの境界に沿って走査される場合に、光強度の重心が上側にずれて検出される。即ち、図１９（ｂ）に示される通りの高さ出力の変化が検出される。
【００６１】
図１７（ｂ）、１８（ｂ）、１９（ｂ）に示される通り、各ステージ位置或いは受光側の光学系の位置を変化させ、それぞれの位置で光点を走査させた時に検出されるＰＳＤ５からの光強度の重心位置を監視し、その位置が走査位置にかかわらず一定になる図１７（ｂ）の波形が検出される位置を反射側の合焦位置として検出する。そして、その合焦位置で被測定物をステージ上においてその高さ測定を行う。
【００６２】
図２０は、焦点調整パターンとしてシリコン基板４６上にアルミニウムのような金属パターン４７を形成した構成を示す図である。金属パターン４７のエッジ部分が、上記した反射光の広がり角度が１０ＹＡ様に偏る領域４６Ａとして利用される。また、シリコン基板４６の表面は、光軸方向に対称に広がる反射光１０ＹＢを生成する領域４６Ｂとして利用される。また、金属パターン４７の平坦な部分を照射した場合は、反射光は１０ＹＢの如く光軸を中心とする対称な広がり角度を有することは明らかである。
【００６３】
図２１は、図２０で示した金属パターン４７Ａをシリコン表面４７Ｂ上に形成した焦点調整パターン４７を利用した場合の、焦点調整方法を説明する図である。図２１（ａ）に示される通り、この焦点調整パターン４７では、入射光１０Ｘが金属パターン４７Ａ上から、シリコン表面４７Ｂとの境界、そして再度金属パターン４７Ａ上を走査する。この場合でも、検出される高さ位置は、図２１（ｂ）に示される通り、後焦点の時は波形５０の如く、合焦点の時は波形５１の如く、そして前焦点の時は波形５２の如くそれぞれ検出される。従って、波形５０が得られる位置を合焦位置として検出する。
【００６４】
図２１の場合は、図１５の場合と比べて、入射光が常に反射率が高い金属パターン上を走査する。従って、走査位置ｔ１からｔ２までの反射光の強度の差が少なく、ＰＳＤ等の光点位置検出素子のダイナミックレンジが比較的狭くても正常に検出することができる。
【００６５】
図２２は、別の焦点調整パターン４８を利用した時の焦点調整方法を説明する図である。この焦点調整パターンは、金属パターン４８Ａとシリコン表面４８Ｂとの関係が、走査方向に沿って左右逆転する様に形成される。従って、走査位置ｔ１からｔ２に沿って走査すると、後ろ焦点の場合は、検出される高さが波形５５の様に大きく変動する。また、前焦点の場合は、検出される高さが波形５７の様に大きく且つ後ろ焦点と反対方向に変動する。合焦位置にある場合は、検出される高さが波形５６の様に一定となる。
【００６６】
図２２の例の場合は、合焦位置にない時に検出される高さの波形が非常に大きく変動するので、合焦位置を検出する精度が図１５や図２１の場合よりも高くなることが理解される。
【００６７】
以上、図１４以下で説明した方法では、通常の高さ検出に利用されるＰＳＤ等の光点位置検出素子５の出力を利用して合焦位置を検出することができる。従って、高さ測定器の調節を簡単に行うことができる。図１１に示した通り、光点位置検出素子５からの出力が演算部２１により、上記した光強度（ａ＋ｂ）や光強度の重心位置（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）を求めることができる。従って、制御部２３によりステージや対応する光学系の位置を変化させながら、上記の波形が監視されることにより、高さ検査装置の焦点調整が行われる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、照射側の光学系と受光側の光学系の合焦点位置を容易に調整することができ、所望の位置の合焦点を設定することでその後の高さの測量を高精度に行うことができる。
【００６９】
更に、ＡＯＤによりレーザ光を偏向して被測定物の表面を走査する場合は、１次光とは異なる方向に生成される０次光を調整用の光源に使用することができる。その為、受光系の合焦点位置の検出が容易に行われる。
【００７０】
更に、焦点調整パターンを利用して受光側に設けた光点位置検出素子から検出される出力を利用して、簡単に照射側と受光側の合焦位置の調整を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体チップの表面に形成されたバンプ端子を示す平面図である。
【図２】バンプ端子が形成されている半導体チップの部分断面図である。
【図３】本発明にかかる実施の形態例を示す図である。
【図４】照射側の合焦点位置の調整を説明する図である。
【図５】カメラがとらえたミラー表面の光点の例を示す図である。
【図６】カメラ１６が捉えた像を分析したグラフ図である。
【図７】受光側の合焦点位置の調整を説明する図である。
【図８】カメラまたはＰＳＤ１５が検出する光量と光軸方向の位置の関係を示すグラフである。
【図９】他の実施の形態例を示す図である。
【図１０】他の実施の形態例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態例の高さ測定装置の全体ブロック図である。
【図１２】高さを測定する時のフローチャート図である。
【図１３】照射側の結像レンズ３の手前に設けた０次光遮断手段を示す図である。
【図１４】照射側の合焦位置を検出する方法を説明する為の図である。
【図１５】高さ測定装置の反射側の合焦位置を検出する方法を説明する図である。
【図１６】高さ測定装置の反射側の合焦位置を検出する方法を説明する図である。
【図１７】光点位置検出素子５が検出する光点像の光強度の重心を説明する図である。
【図１８】光点位置検出素子５が検出する光点像の光強度の重心を説明する図である。
【図１９】光点位置検出素子５が検出する光点像の光強度の重心を説明する図である。
【図２０】焦点調整パターンとしてシリコン基板４６上にアルミニウムのような金属パターン４７を形成した構成を示す図である。
【図２１】金属パターンをシリコン表面上に形成した焦点調整パターンを利用した場合の焦点調整方法を説明する図である。
【図２２】金属パターンをシリコン表面上に形成した別の焦点調整パターンを利用した場合の焦点調整方法を説明する図である。
【図２３】三角測量法の原理図である。
【符号の説明】
１      半導体チップ
２      バンプ端子
３      照射側結像レンズ
４      受光側結像レンズ
５      光点位置検出素子、ＰＳＤ
６      光源
８      偏光器
９      ０次光
１０    １次光
１４    ピンホール手段
１５    カメラまたはＰＳＤ（光量検出手段）
１６、１７          撮像カメラ
４０，４５〜４８    焦点調整パターン
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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