JP3601615B2 - Projection height measurement method and device - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は突起部高さ測定方法及び装置に係り、特に半導体チップに多数形成されたバンプの高さを測定する方法及び装置に関する。
近年、半導体装置は大規模化しており、Ｉ／Ｏ手段として、バンプが多く使用されている。
【０００２】
図７は、バンプを有する半導体装置１０を示す。
半導体装置１０は、半導体チップ１１の裏面１１ａ上に、多数のバンプ１２が格子状に整列して設けられた構成である。各バンプ１２は、図８に拡大して示すように、半導体チップ１１の裏面１１ａ上の電極１３上に設けてある。
半導体装置１０は、図９に示すように、バンプ１２が、配線基板１４上の電極（図示せず）と接合した状態で、フェイスダウンで実装される。
【０００３】
こゝで、バンプ１２の高さｈ（半導体チップ１１の裏面１１ａからのバンプ１２の頂部までの寸法）にばらつきがあると、上記搭載時に、接合不足の個所や、接合されない個所が生じて、搭載不良を起こしてしまう。
そこで、半導体装置１０を実装する前の段階で、バンプの高さを各バンプ毎に測定して、そのばらつきの程度を検査することが必要となる。
【０００４】
【従来の技術】
当初は、検査員が目視によってバンプの高さのばらつきを検査していた。
しかし、バンプが、径が約１００μｍと小さくなり、間隔が約２００μｍと密に並んだ現状においては、目視検査は困難となってきている。
そこで、目視検査に代わるものとして、バンプの高さ寸法を、一次元位置検出素子（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を使用し、三角測量の原理で測定する装置が提案されている。
【０００５】
図１０は、従来の測定装置２０を概略的に示す。
２１は結像レンズ、２２は位置検出素子である。
レーザ光２３は、所定の入射角ｉで入射され、図１０の紙面に垂直方向に走査される。
走査時において、バンプ１２の頂部１２ａで反射した反射レーザ光２４は、結像レンズ２１によって、位置検出素子２２上の位置２５に、光スポット２６として結像される。半導体チップ１１の面１１ｂのうち、符号１１ｂ_−１で示す個所で反射した反射レーザ光２７は、同じく結像レンズ２１によって、位置検出素子２２上の位置２８に、光スポット２９として結像される。
【０００６】
位置検出素子２２は、光スポット２６と２９とが、中心線ＣＬに関して対称の位置に形成されるような位置に配設してある。
位置検出素子２２は、図１１に示すように、細長矩形状を有し、受光面４０の両側に帯状の電極４１，４２を有する構成である。
ここで、電極４１，４２が対向する方向（位置検出素子２２の幅方向）をＵ_１ 方向とする。電極４１，４２の延在している方向（位置検出素子２２の長さ方向）をＵ_２ 方向とする。
【０００７】
レーザ光２３を走査させたとき、半導体装置１０で反射したレーザ光の受光面４０上の光スポットは、図１２に矢印３０で示すように、矢印Ｕ_１ 方向に振られて移動しながら矢印Ｕ_２ 方向に進む。
受光面４０に光スポットが形成されると、受光面４０が光電変換を行ない、電極４１，４２より、光スポットの位置に応じた光電流Ｉ_１ ，Ｉ_２ が出力される。
ここで、電極４１，４２の間の寸法をＡ、電極４１，４２の間の中心線をＣＬとする。
【０００８】
光スポット４５が、中心線ＣＬから電極４２側へ寸法Ｘ_Ａ 偏倚した位置に形成されたと仮定する。
このときの光電流をＩ_１ ，Ｉ_２ とする
上記の寸法Ｘ_Ａ は、次式
【０００９】
【数１】

【００１０】
で求まる。
従って、図１０中、位置２５と位置２８との間の寸法Ｂ（光スポットのＵ_１ 方向の移動量）は、上記（１）式に基づいて求まる。
実際には、光電流Ｉ_１ ，Ｉ_２ を、増幅回路５０で増幅し、電流−電圧変換回路５１で電圧Ｖ_１ ，Ｖ_２ に変換し、電圧Ｖ_１ ，Ｖ_２ を加減乗除している。
【００１１】
図１３中、位置２７_−１とバンプ頂部１２ａとの間の寸法に図１０の結像レンズ２１によって決まる光学倍率ｍを乗じた寸法は、上記の寸法Ｂと等しい。
一方、図１３に示すように、バンプ１２の高さ寸法ｈは、次式（２）で表わされる。
ｈ＝Ｂ・ｓｉｎθ／ｍ・ｓｉｎα …（２）
で表わされる。
【００１２】
なお、α＝１８０°−２θである。
図１０中、高さ演算回路５２が、上記式（１），（２）の演算を行なう。
回路５２から、バンプ１２の高さ寸法ｈの高さ寸法データが出力される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体チップ１１の面１１ａの反射率とバンプ１２の頂部１２ａの反射率との差違及び面１１ａと頂部１２ａの形状の差違等によって、半導体チップ１１の面１１ａで反射したレーザ光２７の光強度とバンプ１２の頂部１２ａで反射した反射レーザ光２４の光強度には差違ができている。反射レーザ光２４の光強度は、反射レーザ光２７の光強度に比べて極端に低くなっている。
【００１４】
図１２の走査軌跡において、線の太さが光強度を表わしており、太いことは光強度が大きいことを意味し、細いことは光強度が小さいことを意味する。
３１は、半導体チップ１１の面１１ａで反射した光強度の大きい反射レーザ光２７の走査軌跡部分である。
３２は、バンプ１２の頂部１２ａで反射した光強度の小さい反射レーザ光２４の走査軌跡部分である。
【００１５】
光強度が小さい反射レーザ光２４は、ノイズ等の影響を受け易い。
このため、図１０に示す従来の測定装置２０によれば、光スポットのＵ_１ 方向の移動寸法Ｂを精度良く求めることが出来ず、この結果、バンプ１２の高さ寸法ｈを精度良く測定することが困難であった。
また、反射レーザ光２７の光強度と反射レーザ光２４の光強度の差が相当に大きいため、位置検出素子２２として、ダイナミックレンジが大きいもの、即ち、高価なものを使用することが必要となっていた。
【００１６】
そこで、本発明は、図１２中、走査軌跡部分３２を二点鎖線で示すように太くすることによって、上記課題を解決した、突起部高さ測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理構成を示す。
図１に示すように、突起部高さ測定装置６０は、レーザ源６１と、レーザ光走査手段６２と、反射レーザ光強度・反射レーザ光入射位置検出手段６３と、変調手段６４と、突起部高さ演算手段６５と、制御手段６６とを有する。
【００１８】
レーザ源６１は、光強度が一定である非変調レーザ光６７_−１、又は光強度が変化する変調レーザ光６７_−２を出射する。
レーザ光走査手段６２は、レーザ光６７_−１（６７_−２）を、測定対象物６８上で走査させる。測定対象物６８は、基板６９上に突起部７０を有する構造である。
７１_−１は走査している非変調レーザ光、７１_−２は走査している変調レーザ光である。
【００１９】
検出手段６３は、走査非変調レーザ光７１_−１が、測定対象物６８上で反射した反射レーザ光７２_−１、又は走査変調レーザ光７１_−２が測定対象物６８上で反射した反射レーザ光７２_−２を受光して、反射レーザ光の強度と反射レーザ光の入射位置を検出する。
制御手段６６は、レーザ光走査手段６２の動作のタイミングを制御すると共に、非変調レーザ光６７_−１が走査したときには、検出手段６３からの反射レーザ光強度変化情報に対して相補的な情報を変調手段６４に供給する。
【００２０】
変調手段６４は、この情報に応じて、レーザ源６１を動作させる。レーザ源６１は、変調レーザ光６７_−２を出射する。変調レーザ光６７_−２は、反射レーザ光７２_−１のうち光強度が弱い場所を走査するときには、光強度が高くなるように変調されている。
また、制御手段６６は、変調レーザ光６７_−２が走査したときに、検出手段６３からの反射レーザ光入射位置情報を、突起部高さ演算手段６５に供給する。
【００２１】
突起部高さ演算手段６５は、図１０及び図１３に示す三角測量の原理に基づいて、上記の反射レーザ光入射位置情報を演算して、突起部７０の高さ寸法を算出する。
【００２２】
【作用】
制御手段６６及び変調手段６４は、反射レーザ光７２_−２に、光強度の低い部分が存在しなくなるように作用する。
制御手段６６及び突起部高さ演算手段６５は、ノイズの影響の少ない情報によって突起部高さが演算されるように作用する。
【００２３】
【実施例】
図２は、本発明の一実施例になる突起部高さ測定装置８０を示す。
図中、図１，図１０及び図１１に示す構成部分と対応する部分には同一符号を付す。
突起部高さ測定装置８０は、レーザ源６１と、光偏向素子８１と、発振器８２と、リレーレンズ８３，８４と、対物レンズ８５と、結像レンズ２１と、位置検出素子２２Ａと、ステージ８６と、測定結果表示装置８７とマイクロコンピュータ８８とを有する。
【００２４】
また、レーザ光源６１に関連して、変調回路８９が設けてある。
位置検出素子２２Ａは、図１０中の位置検出素子２２に比べて、ダイナミックレンジが狭い特性を有するものである。ダイナミックレンジが狭い特性を有するものでも足りる理由については後述する。
また、位置検出素子２２Ａに関連して増幅回路５０、電流−電圧変換回路５１及びアナログ−デジタル変換回９５が設けてある。
【００２５】
なお、位置検出素子２２Ａの一の電極４１から取り出される光電流Ｉ_１ と別の電極４２から取り出される光電流Ｉ_２ とを加算すると、その時々における反射レーザ光の光強度が得られる。
また、ステージ８６に関連して、ステージ８６をＸ方向に移動させるステージ移動機構９０が設けてある。
【００２６】
マイクロコンピュータ８８は、ＣＰＵ９１とメモリ９２とを有する構成であり、図１中、制御手段６６と、突起部高さ演算手段６５とを構成し、装置８０全体の動作を制御する。
光偏向素子８１及び発振器８２が、図１中のレーザ光走査手段６２を構成する。
【００２７】
光偏向素子８１は、図３に示すように、ＴｅＯ_２ 音響光学媒体１００に、トランスジューサ１０１及び吸音材１０２が被着された構造を有する。発振器８２よりの信号がトランスジューサ１０１に加えられると、超音波進行波１０３が音響光学媒体１００内を伝搬し、入射するレーザ光６７_−１（６７_−２）が回折によって偏向され、即ち、角度変調され、Ｙ方向に走査する走査レーザ光７１_−１（７１_−２）が出射する。
【００２８】
なお、位置検出素子２２Ａの電極４１，４２から出力される電流を加算することによって、反射レーザ光６６の強度が得られる。従って、位置検出素子２２Ａは、反射レーザ光６６が入射した位置の情報と、反射レーザ光６６の光強度の情報を出力する。
従って、図２中、位置検出素子２２Ａ、増幅回路５０、電流−電圧変換回路５１及びアナログ−デジタル変換回路９５が、図１中の反射レーザ光強度の反射レーザ光入射位置検出手段６３を構成する。
【００２９】
レーザ源６１、光偏向素子８１、リレーレンズ８３，８４、対物レンズ８５は、レーザ光が、ステージ８６に対して所定の入射角度が入射するように、且つ、レーザ光がＹ方向に走査するように配置してある。
結像レンズ２１及び位置検出素子２２Ａは、ステージ８６上の半導体装置１０で反射した反射レーザ光７２_−１（７２_−２）を受光するように配置してある。位置検出素子２２Ａは、電極４０，４１がＹ方向に延在する向きで設けてある。
【００３０】
次に、上記構成になる突起部高さ測定装置８０を使用して、半導体装置のバンプの高さ寸法を測定するときの動作について説明する。
まず、半導体装置１０を、図２に示すように、バンプ１２が上方を向いた向きでステージ８６上に固定し、ステージ８６を垂直軸に関して適宜回動させて調整して、バンプ１２の列をＹ方向と一致させる。
【００３１】
この後、装置８０は、マイクロコンピュータ８８に制御されつつ動作し、個々のバンプ１２の高さ寸法の測定がなされる。
以下に述べる第１の走査工程において、レーザ光は、点Ｑ_１ から点Ｑ_２ までをし走査し、第２の走査工程においても、レーザ光は、上記と同じ点Ｑ_１ から走査を開始し、点Ｑ_２ まで走査する。
【００３２】
このことが前提で、第１の走査によって、バンプ１２_−１，１２_−２の位置が、走査開始時点からの時間的な位置として求められ、第２の走査時にバンプ１２_−１，１２_−２を走査するときに、レーザ光の光強度が高くなるようにすることが可能となっている。
図４は、図２中、Ｙ方向に並んだ二つのバンプ１２_−１と１２_−２の高さ寸法を測定する手順を示す。
【００３３】
▲１▼ 第１の走査工程１２０
変調回路８９は動作していず、レーザ源６１は変調されていず、図５（Ａ）中、線Ｉ_−１で示すように、光強度が一定（Ｓ_１ ）の非変調レーザ光６７_−１を出射する。
こゝで、非変調レーザ光６７_−１の光強度Ｓ_１ は、半導体チップ１１の面１１ａで反射したレーザ光の光強度が、位置検出素子２２Ａの検出特性の飽和レベルより低い値となるように定めてある。
【００３４】
一方、発振器７２の発振周波数は、図５（Ｂ）中線ＩＩ_−１で示すように、直線的に増加するように変化される。これにより、非変調レーザ光６７_−１は、光偏向素子８１によってＹ方向に振られて、図５（Ｃ）の左側の図に示すように走査する非変調レーザ光７１_−１となり、これが、位置Ｑ_１ から位置Ｑ_２ まで軌跡１１０に沿って、バンプ１２_−１，１２_−２の頂部と半導体チップ１１の面１１ａ上を順次走査する。
【００３５】
▲２▼ バンプ位置検出工程１２１
第１の走査工程１２０における半導体装置１０からの反射レーザ光７２_−１は、位置検出素子２２Ａ上を、図５（Ｄ）の左側の図に矢印１３０で示すように走査する。
１３１_−１は、チップ１１からの反射レーザ光が走査した部分である。
【００３６】
１３２_−１は、バンプ１２_−１又は１２_−３の頂部からの反射レーザ光が走査した部分である。
こゝで、走査した部分１３１_−１，１３２_−２を示す線の太さは、図１２に示した場合と同じく、光強度を表わし、太い線は、光強度が大きいこと、細い線は、光強度が小さいことを夫々表わしている。
【００３７】
図５（Ｄ）の左側の図から、バンプ１２_−１，１２_−２の頂部で反射したレーザ光は、光強度が小さいことが分かる。
位置検出素子２２Ａの各電極４１，４２からの出力される電流を加算することによって、図５（Ｅ）中、線ＩＩＩ _−１に示す光強度情報を得る。
１３３_−１は、チップ１１からの反射レーザ光の光強度Ｓ_１０を表わす部分であり、１３４_−１は、バンプ１２_−１，１２_−２の頂部からの反射レーザ光の光強度Ｓ_１１を表わす部分である。光強度Ｓ_１０とＳ_１１とは、大きい差を有する。
【００３８】
光強度の変化の情報を、回路５０，５１，９５を介した後、メモリ９２に記憶させる。
第１の走査が開始した時刻ｔ_０ から、部分１３４_−１が表われるまでの時間Ｔ_１ ，Ｔ_２ によって、バンプ１２_−１，１２_−２の位置が、時間的情報としてメモリ９２に記憶される。
【００３９】
▲３▼ 第２の走査工程１２２
メモリ９２に記憶されている光強度変化の情報を取り出して、変調回路８９に加える。
レーザ源６１は、変調回路８９によって、光強度の低い部分について光強度を上げるように、即ち、図５（Ｄ）の線ＩＩＩ _−１に示す光強度の変化とは相補的に変調される。これにより、レーザ源６１は、光強度が図５（Ａ）中、線Ｉ_−２で示すように変化する変調レーザ光６７_−２を出射する。変調レーザ光６７_−２は、反射レーザ光７２_−１の光強度が低い部分に対応する部分の光強度が大きいように変化する。即ち、変調レーザ光６７_−２は、丁度バンプ１２_−１の頂部及びバンプ１２_−２の頂部を走査しようとするときに、光強度が増大するように変化する。
【００４０】
一方、発振器７２の発振周波数は、図５（Ｂ）中、線ＩＩ_−２で示すように、上記▲１▼の工程１２０の場合と同様に、直線的に増加するように変化される。また、ステージ８６は静止している。
これにより、変調レーザ光６７_−２は、光偏向素子８１によってＹ方向に振られ、走査変調レーザ光７１_−２となり、これが、図５（Ｃ）の右側の図に示すように、上記▲１▼の工程１２０の場合と同様に位置Ｑ_１ とＱ_２ の間を、上記の軌跡１００と同じ軌跡１００に沿って、バンプ１２_−１，１２_−２の頂部と半導体チップ１１の面１１ａ上を順次走査する。
【００４１】
第２の走査が第１の走査と全く同じであることにより、第２の走査の開始時点ｔ_１０を基準として、レーザ源６１を変調させることによって、走査変調レーザ光７１_−２は、光強度が大となったときに、丁度、バンプ１２_−１の頂部及びバンプ１２_−２の頂部を走査する。
▲４▼ バンプ高さ寸法演算工程１２３
第２の走査工程１２２における半導体装置１０からの反射レーザ光７２_−２は、位置検出素子２２Ａ上を、図５（Ｄ）の右側の図に矢印１３０で示すように走査する。
【００４２】
このときの位置検出素子２２Ａの各電極４１，４２から取り出される情報に基づいて、三角測量の原理で、演算を行なう。
演算によって得たバンプ１２_−１，１２_−２の高さ寸法測定結果を表示装置８７に表示する。
以上によって、バンプ高さ測定を終了する。
【００４３】
次に、上記のバンプ高さ測定方法の効果等について説明する。
図５（Ｄ）の右側の図において、１３１_−２は、チップ１１からの反射レーザ光が走査した部分であり、１３２_−２は、バンプ１２_−１，１２_−２の頂部からの反射レーザ光が走査した部分である。
チップ１１からの反射レーザ光の光強度は、第１の走査工程１２０のときと同じであり、部分１３１_−２の線の太さは、部分１３１_−１の線の太さと同じである。
しかし、バンプ１２_−１，１２_−２の頂部へ入射したレーザ光の光強度は高められているため、バンプ１２_−１，１２_−２の頂部からの反射レーザ光の光強度Ｓ_２１は、第１の走査工程１２０の場合の光強度Ｓ_１１に比べて、高められている。
【００４４】
位置検出素子２２Ａの各電極４１，４２から出力される電流を加算して得られる光強度情報を得てみると、図５（Ｅ）中、線ＩＩＩ _−２に示す如くになる。
即ち、バンプ１２_−１，１２_−２の頂部からの反射レーザ光の光強度を表わす部分１３４_−２のレベルＳ_２１が、チップ１１からの反射レーザ光の光強度を表わす部分１３３_−２のレベルＳ_２０と同じレベルとなっている。
【００４５】
従って、バンプ１２_−１，１２_−２の頂部からの反射レーザ光の光強度Ｓ_２１は、チップ１１からの反射レーザ光の光強度Ｓ_２０と同じくなっている。
これに対応して、図５（Ｄ）の右側の図において、部分１３２_−２の線の太さは、部分１３１_−２の線の太さと等しく表わしてある。
なお、上記チップ１１からの反射レーザ光の光強度Ｓ_２０及びバンプ１２_−１，１２_−２からの反射レーザ光の光強度Ｓ_２１は、共に、位置検出素子２２Ａの検出特性を飽和させる飽和レベルより低く且つ位置検出素子２２Ａがノイズによる影響を受けてしまうノイズ影響レベルより十分に高い値を有する。
【００４６】
これによって、次の二つの効果が得られる。
（ｉ） バンプ１２_−１，１２_−２の頂部からの反射レーザ光についても、ノイズの影響を受けにくくなっており、バンプ１２_−１，１２_−２の高さ寸法は、従来に比べて精度良く測定される。
（ｉｉ） バンプ１２_−１，１２_−２からの反射レーザ光の光強度Ｓ_２１とチップ１１からの反射レーザ光の光強度Ｓ_２０との差が減らされて小さくなっている（実施例では、光強度の差が実質上零である）ため、光強度差が小さくなっている分ダイナミックレンジの狭い特性を有する位置検出装置を使用しても、バンプ高さを測定することが出来る。この位置検出装置は、ダイナミックレンジが広い特性を有するものに比べて安価である。
【００４７】
なお、ＣＰＵ９１の動作は、上記の説明と実質上同じとなるため、その説明は省略する。
なお、上記実施例は、第２の走査工程における、バンプの頂部からの反射レーザ光の光強度がチップからの反射レーザ光の光強度と実質上等しくなるようにしてあるけれども、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、第２の走査工程１２２におけるバンプの頂部からの反射レーザ光の光強度をチップからの反射レーザ光の光強度に近づくように引き上げて、両者の光強度差を低減することでもよい。このことによっても、バンプの高さ寸法を、従来に比べて精度良く測定できる。
【００４８】
また、第１の走査工程１２０を複数回行なって、各回毎に得た反射レーザ光の光強度差の平均をとり、これに基づいて、第２の走査工程１２２を行うようにしてもよい。
次に本発明の変形例について説明する。
図６は、本発明の変形例を示す。
【００４９】
図２の装置８０は、レーザ光走査手段として、光偏向素子８１を使用しているため、ＣＰＵ９１のプログラムを変えることによって、レーザ光の走査の態様を変えることができる。
本変形例は、このことに基づいており、第２の走査工程を、レーザ光がバンプの頂部の部分については、チップの部分に比べて遅い速度で走査し、レーザ光がバンプの頂部の部分を、チップの部分に比べて時間をかけて走査し、バンプの頂部の情報をより細密に得て、バンプ高さ寸法を更に精度良く測定できるようにしたものである。
【００５０】
本変形例について説明するに、測定の手順は、上記実施例と同じである。
第１の走査工程１２０及びバンプ位置検出工程１２１は、上記実施例と同様に行う。
第２の走査工程１２２Ａは、変調回路８９によってレーザ源６１を変調させ、光強度が図６（Ａ）中、線Ｉ_−２ａ で示すような変調されたレーザ光６７_−２ａ を出射させると共に、発振器８２の発振周波数を、図６（Ｂ）中、線ＩＩ_−２ａ で示すように段階的に変化させて、変調レーザ光７１_−２ａ が、チップ１１の部分は速く走査し、バンプ１２_−１，１２_−２の個所はゆっくり走査するようにして行う。
【００５１】
これにより、位置検出素子２２Ａからは、図６（Ｅ）中、線ＩＩＩ _−２ａ で示す反射レーザ光の光強度の情報が得られる。バンプ１２_−１，１２_−２からの反射レーザ光の光強度の情報が、先に述べた実施例に比べて数倍長い時間ｔ_０ に亘って得られる。
よって、バンプ高さ演算工程１２３Ａは、バンプ１２_−１，１２_−２の頂部付近について、上記実施例の場合に比べて、より多くの位置について、高さ寸法を演算する。
【００５２】
このことによって、バンプ１２_−１，１２_−２の高さを、上記実施例に比べて、より正確に測定することが出来る。
次に、本発明の別の変形例について説明する。
第２の走査工程において、発振器８２の発振周波数を適宜変化させることによって、光偏向素子によるレーザ光の走査の態様を適宜定めることが出来る。
【００５３】
例えば、バンプの頂部に対する走査速度は上記実施例の場合と同じくし、隣り合うバンプの間のチップ１１の表面の部分については、バンプに対するよりも速い速度で走査するようにしてもよい。このようにすると、第２の走査工程に要する時間が短くなって、一の半導体装置のバンプ高さ測定に要する時間を短縮できる。
【００５４】
またレーザ光がＱ_２ からＱ_１ へ戻るときの走査によって第２の走査工程を行うようにすることもできる。
また、本発明の高さ測定装置による測定対象物は、半導体装置のバンプに限定されるものではなく、基板上に突起部を有するものであればよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、レーザ光を出射するレーザ源と、該レーザ光を変調させる変調手段と、突起部を有する測定対象物上に変調させていないレーザ光と、前記変調手段により変調させているレーザ光とを交互に走査させるレーザ光走査手段と、前記測定対象物からの変調させていないレーザ光による反射レーザ光を受光して該反射レーザ光の光強度情報を検出するとともに、前記変調させているレーザ光による反射レーザ光を受光して該反射レーザ光の入射位置情報を検出する反射レーザ光検出手段と、前記変調させていないレーザ光による反射レーザ光の光強度情報に基づいて突起部の位置を検出し、該突起部の位置について前記変調させていないレーザ光の光強度が強くなるように前記変調手段を制御する制御手段と、前記変調させているレーザ光による反射レーザ光の入射位置情報に基づいて前記突起部の高さを演算する突起部高さ演算手段と、を備える構成であるため、突起部の高さ寸法を信頼性良く且つ精度良く測定することが出来る。
【００５７】
請求項２の発明によれば、制御手段が、レーザ光走査手段により走査されるレーザ光が突起部を走査する場合にレーザ光の走査速度が遅くなるようにレーザ光走査手段を制御するため、突起部に対する測定点を多くとることが出来、よって、突起部の高さ寸法を更に精度良く測定することが出来る。
【００５８】
請求項３の発明によれば、突起部を有する測定対象物上に同一のレーザ源から出射された変調させていないレーザ光と変調させているレーザ光とを交互に走査させ、前記測定対象物からの前記変調させていないレーザ光による反射レーザ光を受光して該反射レーザ光の光強度情報を検出するとともに、前記変調させているレーザ光による反射レーザ光を受光して該反射レーザ光の入射位置情報を検出し、前記変調させていないレーザ光による反射レーザ光の光強度情報に基づいて前記突起部の位置を検出し、該突起部の位置について前記変調させていないレーザ光の光強度が強くなるように前記レーザ光を変調させ、前記変調させているレーザ光による反射レーザ光の入射位置情報に基づいて、前記突起部の高さを演算するため、突起部の高さ寸法を信頼性良く且つ精度良く測定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の突起部高さ測定装置の原理構成図である。
【図２】本発明の一実施例になる突起部高さ測定装置を示す図である。
【図３】図２中、光偏向素子を示す図である。
【図４】図２の装置を使用して行う突起部高さ測定方法を示す図である。
【図５】図４の測定方法を説明するための図である。
【図６】測定方法の変形例を示す図である。
【図７】測定対象物の１例である半導体装置を示す図である。
【図８】図７中、一部を拡大して示す斜視図である。
【図９】図７の一部を拡大して示す斜視図である。
【図１０】従来のバンプ高さ測定装置を概略的に示す図である。
【図１１】図１０中、位置検出素子を示す図である。
【図１２】図１０において、反射レーザ光の位置検出素子上の走査軌跡を示す図である。
【図１３】三角測量の原理を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 半導体装置
１１ 半導体チップ
１２ バンプ
１３ 電極
１４ 配線基板
２１ 結像レンズ
２２Ａ 位置検出素子
４０ 受光面
４１ 電極
４２ 電極
５０ 増幅回路
５１ 電流−電圧変換回路
６０ 突起部高さ測定装置
６１ レーザ源
６２ レーザ光走査手段
６３ 反射レーザ光強度・反射レーザ光入射位置検出手段
６４ 変調手段
６５ 突起部高さ演算手段
６６ 制御手段
６７_−１ 光強度が一定である非変調レーザ光
６７_−２ 変調レーザ光
６８ 測定対象物
６９ 基板
７０ 突起部
７１_−１ 走査非変調レーザ光
７１_−２，７１_−２ａ 走査変調レーザ光
７２_−１，７２_−２，７２_−２ａ 反射レーザ光
８０ レンズ
８１ 光偏向素子
８２ 発振器
８３，８４ リレーレンズ
８５ 対物レンズ
８６ ステージ
８７ マイクロコンピュータ
８８ 測定結果表示装置
８９ 変調回路
９０ ステージ移動機構
９１ ＣＰＵ
９２ メモリ
９５ アナログ−デジタル変換回路
１００ ＴｅＯ_２ 音響光学媒体
１０２ 吸音材
１０３ 超音波進行波
１１０ 走査軌跡
１２０ 第１の走査工程
１２１ バンプ位置検出工程
１２２，１２２Ａ 第２の走査工程
１２３，１２３Ａ バンプ高さ演算工程
１３０ 反射レーザ光が位置検出素子上を走査する様子を示す矢印
１３１_−１，１３１_−２ チップからの反射レーザ光が走査した部分
１３２_−１，１３２_−２ バンプ頂部からの反射レーザ光が走査した部分
１３３_−１，１３３_−２，１３３_−２ａ チップからの反射レーザ光の光強度を表わす部分
１３４_−１，１３４_−２，１３４_−２ａ バンプ頂部からの反射レーザ光の光強度を表わす部分[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a height of a protrusion, and more particularly to a method and an apparatus for measuring the height of a large number of bumps formed on a semiconductor chip.
In recent years, semiconductor devices have become larger in scale, and bumps are often used as I / O means.
[0002]
FIG. 7 shows a semiconductor device 10 having bumps.
The semiconductor device 10 has a configuration in which a large number of bumps 12 are arranged on a back surface 11a of a semiconductor chip 11 in a grid pattern. Each bump 12 is provided on the electrode 13 on the back surface 11a of the semiconductor chip 11, as shown in FIG.
As shown in FIG. 9, the semiconductor device 10 is mounted face down with the bumps 12 bonded to electrodes (not shown) on the wiring board 14.
[0003]
Here, if the height h of the bumps 12 (the dimension from the back surface 11a of the semiconductor chip 11 to the top of the bumps 12) varies, at the time of mounting, there may be places where bonding is insufficient or places where bonding is not possible. Mounting failure will occur.
Therefore, at a stage before the semiconductor device 10 is mounted, it is necessary to measure the height of each bump and inspect the degree of the variation.
[0004]
[Prior art]
Initially, inspectors visually inspected for variations in bump height.
However, visual inspection has become difficult in the current situation where the diameter of the bumps is as small as about 100 μm and the intervals are closely arranged at about 200 μm.
Therefore, as an alternative to a visual inspection, an apparatus has been proposed which measures the height of a bump by using a one-dimensional position detecting element (PSD: Position Sensitive Detector) based on the principle of triangulation.
[0005]
FIG. 10 schematically shows a conventional measuring device 20.
21 is an imaging lens, and 22 is a position detecting element.
The laser light 23 is incident at a predetermined incident angle i and is scanned in a direction perpendicular to the plane of FIG.
At the time of scanning, the reflected laser light 24 reflected on the top 12 a of the bump 12 is imaged by the imaging lens 21 at a position 25 on the position detecting element 22 as a light spot 26. Reference numeral 11b of the surface 11b of the semiconductor chip 11_-1The reflected laser light 27 reflected at the point indicated by the symbol is imaged as a light spot 29 on the position 28 on the position detecting element 22 by the imaging lens 21 in the same manner.
[0006]
The position detecting element 22 is disposed at such a position that the light spots 26 and 29 are formed at symmetrical positions with respect to the center line CL.
As shown in FIG. 11, the position detection element 22 has an elongated rectangular shape, and has a configuration in which strip-shaped electrodes 41 and 42 are provided on both sides of the light receiving surface 40.
Here, the direction in which the electrodes 41 and 42 face each other (the width direction of the position detection element 22) is defined as U₁Direction. The direction in which the electrodes 41 and 42 extend (the length direction of the position detecting element 22) is U₂Direction.
[0007]
When the laser light 23 is scanned, a light spot on the light receiving surface 40 of the laser light reflected by the semiconductor device 10 is moved to an arrow U as shown by an arrow 30 in FIG.₁Arrow U while swinging and moving in the direction₂Proceed in the direction.
When a light spot is formed on the light receiving surface 40, the light receiving surface 40 performs photoelectric conversion, and the electrodes 41 and 42 generate a photocurrent I according to the position of the light spot.₁, I₂Is output.
Here, the dimension between the electrodes 41 and 42 is A, and the center line between the electrodes 41 and 42 is CL.
[0008]
The light spot 45 has a dimension X from the center line CL to the electrode 42 side._AAssume that it was formed at a biased position.
The photocurrent at this time is I₁, I₂To be
Dimension X above_AIs
[0009]
(Equation 1)

[0010]
Is determined by
Therefore, in FIG. 10, the dimension B between the position 25 and the position 28 (U of the light spot)₁The amount of movement in the direction) is obtained based on the above equation (1).
In practice, the photocurrent I₁, I₂Is amplified by an amplifier circuit 50, and a voltage V₁, V₂Into the voltage V₁, V₂Is added or subtracted.
[0011]
In FIG. 13, position 27_-1The dimension obtained by multiplying the dimension between the bump top 12a and the optical magnification m determined by the imaging lens 21 in FIG. 10 is equal to the dimension B described above.
On the other hand, as shown in FIG. 13, the height dimension h of the bump 12 is expressed by the following equation (2).
h = B · sin θ / m · sin α (2)
Is represented by
[0012]
Note that α = 180 ° −2θ.
In FIG. 10, a height operation circuit 52 performs the operations of the above equations (1) and (2).
The circuit 52 outputs height dimension data of the height dimension h of the bump 12.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Due to the difference between the reflectance of the surface 11a of the semiconductor chip 11 and the reflectance of the top 12a of the bump 12 and the difference in the shape of the surface 11a and the top 12a, the light intensity of the laser beam 27 reflected on the surface 11a of the semiconductor chip 11 is reduced. The light intensity of the reflected laser light 24 reflected at the top 12a of the bump 12 is different. The light intensity of the reflected laser light 24 is extremely lower than the light intensity of the reflected laser light 27.
[0014]
In the scanning trajectory of FIG. 12, the thickness of the line represents the light intensity, and a thick line means that the light intensity is high, and a thin line means that the light intensity is low.
Reference numeral 31 denotes a scanning locus portion of the reflected laser light 27 having a high light intensity reflected on the surface 11a of the semiconductor chip 11.
Reference numeral 32 denotes a scanning locus portion of the reflected laser light 24 having a low light intensity reflected on the top 12a of the bump 12.
[0015]
The reflected laser light 24 having a low light intensity is easily affected by noise and the like.
Therefore, according to the conventional measuring device 20 shown in FIG.₁The moving dimension B in the direction cannot be determined with high accuracy, and as a result, it is difficult to measure the height dimension h of the bump 12 with high accuracy.
Further, since the difference between the light intensity of the reflected laser light 27 and the light intensity of the reflected laser light 24 is considerably large, it is necessary to use a position detection element 22 having a large dynamic range, that is, an expensive one. I was
[0016]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a projection height measuring method and apparatus which solves the above-mentioned problem by making the scanning locus portion 32 thick as shown by a two-dot chain line in FIG.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 shows the principle configuration of the present invention.
As shown in FIG. 1, the projection height measuring device 60 includes a laser source 61, a laser beam scanning unit 62, a reflected laser beam intensity / reflected laser beam incident position detection unit 63, a modulation unit 64, and a projection unit. It has height calculating means 65 and control means 66.
[0018]
The laser source 61 includes an unmodulated laser beam 67 having a constant light intensity._-1Or the modulated laser light 67 whose light intensity changes_-2Is emitted.
The laser beam scanning means 62 includes a laser beam 67_-1(67_-2) Is scanned on the measurement object 68. The measurement object 68 has a structure having a projection 70 on a substrate 69.
71_-1Is the unmodulated laser light being scanned, 71_-2Is a modulated laser beam being scanned.
[0019]
The detecting means 63 includes a scanning unmodulated laser beam 71._-1Is reflected laser light 72 reflected on the measurement object 68._-1Or scanning modulated laser light 71_-2Is reflected laser light 72 reflected on the measurement object 68_-2To detect the intensity of the reflected laser light and the incident position of the reflected laser light.
The control means 66 controls the timing of the operation of the laser light scanning means 62 and controls the unmodulated laser light 67._-1Supplies the information complementary to the reflected laser light intensity change information from the detecting means 63 to the modulating means 64.
[0020]
The modulating means 64 operates the laser source 61 according to this information. The laser source 61 has a modulated laser beam 67_-2Is emitted. Modulated laser light 67_-2Is the reflected laser light 72_-1When scanning a place where the light intensity is low, the light intensity is modulated so as to increase.
Further, the control means 66 controls the modulated laser light 67_-2When the scanning is performed, the reflected laser beam incident position information from the detecting unit 63 is supplied to the protrusion height calculating unit 65.
[0021]
The projection height calculating means 65 calculates the height dimension of the projection 70 by calculating the above-mentioned reflected laser beam incident position information based on the principle of triangulation shown in FIGS.
[0022]
[Action]
The control means 66 and the modulation means 64 provide the reflected laser light 72_-2In addition, it works so that a part with low light intensity does not exist.
The control means 66 and the protrusion height calculating means 65 operate so that the protrusion height is calculated based on information having little influence of noise.
[0023]
【Example】
FIG. 2 shows a projection height measuring device 80 according to one embodiment of the present invention.
In the figure, parts corresponding to those shown in FIGS. 1, 10 and 11 are denoted by the same reference numerals.
The projection height measuring device 80 includes a laser source 61, an optical deflecting element 81, an oscillator 82, relay lenses 83 and 84, an objective lens 85, an imaging lens 21, a position detecting element 22A, and a stage 86. And a measurement result display device 87 and a microcomputer 88.
[0024]
Further, a modulation circuit 89 is provided in association with the laser light source 61.
The position detecting element 22A has a characteristic that a dynamic range is narrower than the position detecting element 22 in FIG. The reason why a dynamic range having a narrow characteristic is sufficient will be described later.
In addition, an amplification circuit 50, a current-voltage conversion circuit 51, and an analog-digital conversion circuit 95 are provided in association with the position detection element 22A.
[0025]
Note that the photocurrent I extracted from one electrode 41 of the position detecting element 22A is₁And the photocurrent I extracted from another electrode 42₂Is added, the light intensity of the reflected laser light at each time is obtained.
Further, in connection with the stage 86, a stage moving mechanism 90 for moving the stage 86 in the X direction is provided.
[0026]
The microcomputer 88 has a configuration including a CPU 91 and a memory 92. The microcomputer 88 includes a control unit 66 and a projection height calculation unit 65 in FIG. 1, and controls the operation of the entire device 80.
The light deflection element 81 and the oscillator 82 constitute the laser light scanning means 62 in FIG.
[0027]
The light deflecting element 81 is, as shown in FIG.₂It has a structure in which a transducer 101 and a sound absorbing material 102 are attached to an acousto-optic medium 100. When a signal from the oscillator 82 is applied to the transducer 101, the ultrasonic traveling wave 103 propagates in the acousto-optic medium 100, and the incident laser light 67_-1(67_-2) Is deflected by diffraction, that is, angle-modulated, and a scanning laser beam 71 that scans in the Y direction._-1(71_-2) Is emitted.
[0028]
The intensity of the reflected laser light 66 can be obtained by adding the currents output from the electrodes 41 and 42 of the position detecting element 22A. Therefore, the position detection element 22A outputs information on the position where the reflected laser light 66 is incident and information on the light intensity of the reflected laser light 66.
Therefore, in FIG. 2, the position detecting element 22A, the amplifier circuit 50, the current-voltage converting circuit 51, and the analog-digital converting circuit 95 constitute the reflected laser light incident position detecting means 63 of the reflected laser light intensity in FIG. .
[0029]
The laser source 61, the light deflecting element 81, the relay lenses 83 and 84, and the objective lens 85 are so arranged that the laser beam enters the stage 86 at a predetermined incident angle and that the laser beam scans in the Y direction. It is located in.
The imaging lens 21 and the position detection element 22A are reflected by the reflected laser light 72 reflected by the semiconductor device 10 on the stage 86._-1(72_-2) Is received. The position detection element 22A is provided in a direction in which the electrodes 40 and 41 extend in the Y direction.
[0030]
Next, an operation when measuring the height dimension of the bump of the semiconductor device using the projection height measuring device 80 having the above configuration will be described.
First, as shown in FIG. 2, the semiconductor device 10 is fixed on the stage 86 with the bumps 12 facing upward, and the stage 86 is appropriately rotated and adjusted with respect to the vertical axis to adjust the row of the bumps 12. Match with the Y direction.
[0031]
Thereafter, the apparatus 80 operates while being controlled by the microcomputer 88, and measures the height of each bump 12.
In the first scanning step described below, the laser beam₁From point Q₂In the second scanning step, the laser beam also emits the same point Q as described above.₁Starts scanning from point Q₂Scan until
[0032]
On the premise of this, the first scan causes the bump 12_-1, 12_-2Is determined as a temporal position from the start of scanning, and the bump 12_-1, 12_-2When scanning is performed, it is possible to increase the light intensity of the laser light.
FIG. 4 shows two bumps 12 arranged in the Y direction in FIG._-1And 12_-2The procedure for measuring the height dimension of the sample will be described.
[0033]
{Circle around (1)} First scanning step 120
The modulation circuit 89 is not operating, the laser source 61 is not modulated, and the line I in FIG._-1The light intensity is constant (S₁Unmodulated laser light 67)_-1Is emitted.
Here, the unmodulated laser light 67_-1Light intensity S₁Is determined so that the light intensity of the laser beam reflected by the surface 11a of the semiconductor chip 11 is lower than the saturation level of the detection characteristic of the position detecting element 22A.
[0034]
On the other hand, the oscillation frequency of the oscillator 72 is the same as that of the center line II in FIG._-1Is changed so as to increase linearly. Thereby, the unmodulated laser light 67_-1Is unmodulated laser light 71 which is swung in the Y direction by the light deflecting element 81 and scans as shown in the diagram on the left side of FIG._-1And this is the position Q₁From position Q₂Along the trajectory 110 to the bump 12_-1, 12_-2Are sequentially scanned on the top of the semiconductor chip 11 and the surface 11a of the semiconductor chip 11.
[0035]
(2) Bump position detection step 121
The reflected laser light 72 from the semiconductor device 10 in the first scanning step 120_-1Scans over the position detection element 22A as indicated by the arrow 130 in the left-side view of FIG. 5D.
131_-1Is a portion scanned by the reflected laser light from the chip 11.
[0036]
132_-1Is the bump 12_-1Or 12_-3Is the portion scanned by the reflected laser light from the top of the.
Here, the scanned portion 131_-1, 132_-2Indicates the light intensity, as in the case shown in FIG. 12. The thick line indicates that the light intensity is high, and the thin line indicates that the light intensity is low.
[0037]
From the diagram on the left side of FIG._-1, 12_-2It can be seen that the laser light reflected at the top of the light beam has low light intensity.
By adding the currents output from the electrodes 41 and 42 of the position detecting element 22A, a line III in FIG._-1The light intensity information shown in FIG.
133_-1Is the light intensity S of the reflected laser light from the chip 11₁₀And represents 134._-1Is the bump 12_-1, 12_-2Intensity S of the reflected laser beam from the top₁₁Is a part representing Light intensity S₁₀And S₁₁Has a large difference.
[0038]
The information on the change in light intensity is stored in the memory 92 after passing through the circuits 50, 51, and 95.
Time t at which the first scan started₀From part 134_-1Until the appearance of T₁, T₂By the bump 12_-1, 12_-2Is stored in the memory 92 as temporal information.
[0039]
{Circle around (3)} Second scanning step 122
The information of the light intensity change stored in the memory 92 is extracted and added to the modulation circuit 89.
The laser source 61 is controlled by the modulation circuit 89 so as to increase the light intensity in the low light intensity portion, that is, the line III in FIG._-1Is modulated in a complementary manner to the change in light intensity shown in FIG. Thereby, the laser source 61 has a light intensity of line I in FIG._-2The modulated laser beam 67 changes as shown by_-2Is emitted. Modulated laser light 67_-2Is the reflected laser light 72_-1The light intensity of the portion corresponding to the portion where the light intensity is low is changed to be large. That is, the modulated laser light 67_-2Is just bump 12_-1Top and bump 12_-2When trying to scan the top of, the light intensity changes to increase.
[0040]
On the other hand, the oscillation frequency of the oscillator 72 is indicated by a line II in FIG._-2As shown by {circle around (1)}, as in the case of the step 120 in the above (1), the value is changed so as to increase linearly. Further, the stage 86 is stationary.
Thereby, the modulated laser light 67_-2Is swung in the Y direction by the light deflecting element 81, and the scanning modulated laser light 71_-2As shown in the right side of FIG. 5C, this is the position Q as in the case of the step 120 of the above (1).₁And Q₂Between the bumps 12 along the same locus 100 as the locus 100 described above._-1, 12_-2Are sequentially scanned on the top of the semiconductor chip 11 and the surface 11a of the semiconductor chip 11.
[0041]
Since the second scan is exactly the same as the first scan, the start time t 2 of the second scan₁₀By modulating the laser source 61 on the basis of_-2When the light intensity increases, the bump 12_-1Top and bump 12_-2Scan the top of.
(4) Bump height dimension calculation step 123
The reflected laser beam 72 from the semiconductor device 10 in the second scanning step 122_-2Scans over the position detecting element 22A as indicated by an arrow 130 in the right-hand drawing of FIG. 5D.
[0042]
Based on the information extracted from the electrodes 41 and 42 of the position detecting element 22A at this time, a calculation is performed based on the principle of triangulation.
Bump 12 obtained by calculation_-1, 12_-2Is displayed on the display device 87.
Thus, the bump height measurement is completed.
[0043]
Next, the effects and the like of the above-described bump height measuring method will be described.
In the right-hand diagram of FIG._-2Is a portion scanned by the reflected laser light from the chip 11, and 132_-2Is the bump 12_-1, 12_-2Is the portion scanned by the reflected laser light from the top of the.
The light intensity of the reflected laser light from the chip 11 is the same as that in the first scanning step 120, and_-2The thickness of the line is_-1Is the same as the thickness of the line.
However, bump 12_-1, 12_-2Since the light intensity of the laser light incident on the top of the bump 12 is increased, the bump 12_-1, 12_-2Intensity S of the reflected laser beam from the top₂₁Is the light intensity S for the first scanning step 120₁₁It is higher than that.
[0044]
When light intensity information obtained by adding currents output from the electrodes 41 and 42 of the position detecting element 22A is obtained, a line III in FIG._-2It becomes as shown in.
That is, the bump 12_-1, 12_-2134 representing the light intensity of the reflected laser light from the top of_-2Level S₂₁Are the parts 133 representing the light intensity of the reflected laser light from the chip 11_-2Level S₂₀And the same level.
[0045]
Therefore, the bump 12_-1, 12_-2Intensity S of the reflected laser beam from the top₂₁Is the light intensity S of the reflected laser light from the chip 11₂₀It is the same as
Correspondingly, in the diagram on the right side of FIG._-2The thickness of the line is_-2Is expressed as the thickness of the line.
The light intensity S of the reflected laser light from the chip 11₂₀And bump 12_-1, 12_-2Intensity S of reflected laser light from₂₁Have a value lower than a saturation level that saturates the detection characteristics of the position detection element 22A and sufficiently higher than a noise influence level at which the position detection element 22A is affected by noise.
[0046]
As a result, the following two effects can be obtained.
(I) Bump 12_-1, 12_-2The laser light reflected from the top of the bump is also less susceptible to noise, and the bump 12_-1, 12_-2Is measured with higher precision than before.
(Ii) Bump 12_-1, 12_-2Intensity S of reflected laser light from₂₁And the light intensity S of the reflected laser light from the chip 11₂₀(In the embodiment, the difference in light intensity is substantially zero), so that a position detecting device having a narrow dynamic range is used because the difference in light intensity is small. Even so, the bump height can be measured. This position detecting device is inexpensive as compared with a device having a characteristic having a wide dynamic range.
[0047]
Note that the operation of the CPU 91 is substantially the same as the above description, and a description thereof will be omitted.
In the above embodiment, in the second scanning step, the light intensity of the reflected laser light from the top of the bump is substantially equal to the light intensity of the reflected laser light from the chip. It is not limited to this. That is, the light intensity of the reflected laser light from the top of the bump in the second scanning step 122 may be raised so as to approach the light intensity of the reflected laser light from the chip to reduce the difference in light intensity between the two. This also makes it possible to measure the height of the bump with higher accuracy than in the past.
[0048]
Alternatively, the first scanning step 120 may be performed a plurality of times, the average of the light intensity differences of the reflected laser light obtained each time may be calculated, and the second scanning step 122 may be performed based on the average.
Next, a modified example of the present invention will be described.
FIG. 6 shows a modification of the present invention.
[0049]
Since the device 80 in FIG. 2 uses the light deflecting element 81 as the laser light scanning means, the scanning mode of the laser light can be changed by changing the program of the CPU 91.
The present modified example is based on this, and the second scanning step is such that the laser beam scans the top portion of the bump at a lower speed than the chip portion, and the laser beam scans the top portion of the bump. Is scanned over a longer time than the chip portion, and information on the top of the bump is obtained more precisely, so that the height of the bump can be measured more accurately.
[0050]
To describe the present modification, the measurement procedure is the same as in the above-described embodiment.
The first scanning step 120 and the bump position detecting step 121 are performed in the same manner as in the above embodiment.
In the second scanning step 122A, the laser source 61 is modulated by the modulation circuit 89, and the light intensity is changed to the line I in FIG._-2aModulated laser light 67 as shown by_-2aAnd the oscillation frequency of the oscillator 82 is changed to the line II in FIG._-2aThe modulated laser light 71 is changed stepwise as shown by_-2aHowever, the portion of the chip 11 scans quickly, and the bump 12_-1, 12_-2Is performed by scanning slowly.
[0051]
As a result, the position detection element 22A outputs a line III in FIG._-2aThe information on the light intensity of the reflected laser light indicated by. Bump 12_-1, 12_-2The information of the light intensity of the reflected laser light from the laser light is several times longer than that of the above-described embodiment.₀Are obtained.
Therefore, the bump height calculation step 123A is performed for the bump 12_-1, 12_-2The height dimension is calculated for more positions in the vicinity of the top than in the above embodiment.
[0052]
This allows the bump 12_-1, 12_-2Can be measured more accurately than in the above embodiment.
Next, another modified example of the present invention will be described.
In the second scanning step, by appropriately changing the oscillation frequency of the oscillator 82, the mode of scanning of the laser beam by the light deflection element can be appropriately determined.
[0053]
For example, the scanning speed for the top of the bump may be the same as in the above embodiment, and the portion of the surface of the chip 11 between adjacent bumps may be scanned at a higher speed than for the bump. By doing so, the time required for the second scanning step is reduced, and the time required for measuring the bump height of one semiconductor device can be reduced.
[0054]
The laser light is Q₂To Q₁The second scanning step may be performed by scanning when returning to step (2).
The object to be measured by the height measuring apparatus of the present invention is not limited to the bump of the semiconductor device, but may be any as long as it has a projection on the substrate.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention,A laser source that emits a laser beam, a modulating unit that modulates the laser beam, a laser beam that is not modulated on a measurement target having a protrusion, and a laser beam that is modulated by the modulating unit. A laser beam scanning unit that scans, receives a reflected laser beam from the measurement object by the unmodulated laser beam, detects light intensity information of the reflected laser beam, and reflects the reflected laser beam by the modulated laser beam. Reflected laser light detecting means for receiving laser light and detecting the incident position information of the reflected laser light, and detecting the position of the projection based on the light intensity information of the reflected laser light by the unmodulated laser light, Control means for controlling the modulation means so that the light intensity of the unmodulated laser light at the position of the projection is increased; and Since a protrusion height calculating means for calculating the height of the protrusion on the basis of the incidence position information of the laser beam, which is configured to include,The height dimension of the projection can be measured reliably and accurately.
[0057]
ClaimItem 2According to the invention,The control unit controls the laser beam scanning unit so that the scanning speed of the laser beam is reduced when the laser beam scanned by the laser beam scanning unit scans the projection unit. Therefore, the height dimension of the projection can be measured with higher accuracy.
[0058]
ClaimThreeAccording to the invention,The unmodulated laser light and the modulated laser light emitted from the same laser source are alternately scanned on the measurement target having the protrusion, and the unmodulated laser light from the measurement target is scanned. Receiving the reflected laser light by the laser beam and detecting the light intensity information of the reflected laser light, detecting the reflected laser light by the modulated laser light and detecting the incident position information of the reflected laser light, The position of the protrusion is detected based on the light intensity information of the reflected laser light by the laser light that is not caused to be emitted, and the laser light is emitted such that the light intensity of the laser light that is not modulated with respect to the position of the protrusion is increased. The height of the protrusion is calculated reliably and precisely because the height of the protrusion is calculated based on the incident position information of the reflected laser light by the modulated laser light. It is possible to be measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle configuration diagram of a projection height measuring device of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a projection height measuring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a light deflecting element in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a method for measuring a height of a protrusion performed using the apparatus of FIG. 2;
FIG. 5 is a view for explaining the measurement method of FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing a modification of the measurement method.
FIG. 7 is a diagram illustrating a semiconductor device which is an example of an object to be measured.
FIG. 8 is an enlarged perspective view showing a part of FIG. 7;
9 is an enlarged perspective view showing a part of FIG. 7;
FIG. 10 is a diagram schematically showing a conventional bump height measuring device.
FIG. 11 is a diagram showing a position detecting element in FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a scanning trajectory of the reflected laser light on the position detecting element in FIG.
FIG. 13 is a diagram illustrating the principle of triangulation.
[Explanation of symbols]
10 Semiconductor device
11 Semiconductor chip
12 Bump
13 electrodes
14 Wiring board
21 Imaging lens
22A position detecting element
40 light receiving surface
41 electrodes
42 electrodes
50 amplifier circuit
51 Current-voltage conversion circuit
60 Projection height measuring device
61 laser source
62 laser beam scanning means
63 Reflected laser beam intensity / reflected laser beam incident position detecting means
64 Modulation means
65 Projection height calculation means
66 control means
67_-1  Unmodulated laser light with constant light intensity
67_-2  Modulated laser light
68 Object to be measured
69 substrate
70 Projection
71_-1  Scanning unmodulated laser light
71_-2, 71_-2a  Scanning modulated laser light
72_-1, 72_-2, 72_-2a  Reflected laser light
80 lenses
81 Optical deflection element
82 oscillator
83, 84 relay lens
85 Objective lens
86 stages
87 microcomputer
88 Measurement result display device
89 Modulation circuit
90 Stage moving mechanism
91 CPU
92 memory
95 Analog-digital conversion circuit
100 TeO₂Acousto-optic media
102 sound absorbing material
103 ultrasonic traveling wave
110 scanning trajectory
120 first scanning step
121 Bump position detection process
122, 122A Second scanning step
123, 123A Bump height calculation process
130 Arrow indicating how reflected laser light scans over the position detection element
131_-1, 131_-2  The part scanned by the laser beam reflected from the chip
132_-1, 132_-2  The part scanned by the laser beam reflected from the top of the bump
133_-1, 133_-2, 133_-2a  A part indicating the light intensity of the reflected laser light from the chip
134_-1, 134_-2, 134_-2a    A part indicating the light intensity of the reflected laser light from the bump top

Claims (3)

レーザ光を出射するレーザ源と、
該レーザ光を変調させる変調手段と、
突起部を有する測定対象物上に変調させていないレーザ光と、前記変調手段により変調させているレーザ光とを交互に走査させるレーザ光走査手段と、
前記測定対象物からの前記変調させていないレーザ光による反射レーザ光を受光して該反射レーザ光の光強度情報を検出するとともに、前記変調させているレーザ光による反射レーザ光を受光して該反射レーザ光の入射位置情報を検出する反射レーザ光検出手段と、
前記変調させていないレーザ光による反射レーザ光の光強度情報に基づいて突起部の位置を検出し、該突起部の位置について前記変調させていないレーザ光の光強度が強くなるように前記変調手段を制御する制御手段と、
前記変調させているレーザ光による反射レーザ光の入射位置情報に基づいて前記突起部の高さを演算する突起部高さ演算手段と、
を備えることを特徴とする突起部高さ測定装置。A laser source for emitting laser light;
Modulating means for modulating the lasers light,
Laser light that is not modulated on a measurement object having a projection, and laser light scanning means that alternately scans the laser light that is modulated by the modulation means ,
While receiving reflected laser light from the measurement object by the unmodulated laser light and detecting light intensity information of the reflected laser light, receiving reflected laser light by the modulated laser light and Reflected laser light detecting means for detecting the incident position information of the reflected laser light,
The position of the protrusion is detected based on the light intensity information of the reflected laser light by the unmodulated laser light, and the modulating means is configured to increase the light intensity of the unmodulated laser light with respect to the position of the protrusion. Control means for controlling
A protrusion height calculating means for calculating the height of the protrusion on the basis of the incidence position information of the reflection laser beam by the laser beam that is the modulation,
A projection height measuring device comprising: 前記制御手段は、
前記レーザ光走査手段により走査されるレーザ光が前記突起部を走査する場合に前記レーザ光の走査速度が遅くなるように前記レーザ光走査手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の突起部高さ測定装置。The control means,
According to claim 1, wherein the controller controls the laser beam scanning means as the scanning speed of the laser beam becomes slow when the laser light scanned by the laser beam scanning means for scanning said protrusion Projection height measuring device. 突起部を有する測定対象物上に同一のレーザ源から出射された変調させていないレーザ光と変調させているレーザ光とを交互に走査させ、Unmodulated laser light and modulated laser light emitted from the same laser source on the measurement object having a projection are alternately scanned,
前記測定対象物からの前記変調させていないレーザ光による反射レーザ光を受光して該反射レーザ光の光強度情報を検出するとともに、前記変調させているレーザ光による反射レーザ光を受光して該反射レーザ光の入射位置情報を検出し、While receiving reflected laser light from the object to be measured by the unmodulated laser light and detecting light intensity information of the reflected laser light, receiving reflected laser light by the modulated laser light and Detecting the incident position information of the reflected laser light,
前記変調させていないレーザ光による反射レーザ光の光強度情報に基づいて前記突起部の位置を検出し、該突起部の位置について前記変調させていないレーザ光の光強度が強くなるように前記レーザ光を変調させ、The position of the protrusion is detected based on the light intensity information of the reflected laser light by the unmodulated laser light, and the laser is irradiated so that the light intensity of the unmodulated laser light is increased with respect to the position of the protrusion. Modulate the light,
前記変調させているレーザ光による反射レーザ光の入射位置情報に基づいて、前記突起部の高さを演算することを特徴とする突起部高さ測定方法。A method of measuring a height of a projection, comprising calculating a height of the projection based on information on an incident position of a reflected laser beam by the modulated laser beam.

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