JPH08327327A - バンプ高さ測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ハンダバンプのように上端面が比較的滑らかな
バンプの高さを高速、高精度に測定できるバンプ高さ測
定方法及び装置を提供する。 【構成】バンプ54が形成されているワークＷを被測定対
象として該ワークＷをスペクトル幅の広い光を照射する
光源12を用いた光干渉計のもとにおき、バンプの高さ方
向の測定する基準位置を基準として、バンプ54の上端面
が存在すると推定されるバンプ推定位置付近に前記光干
渉計の可干渉範囲がくるように前記ワークＷ又は参照面
18を可変機構（20,32)で光軸方向に移動する。そして、
その状態で得られる位相の異なる干渉縞パターンを撮像
手段26で少なくとも三画面以上撮像して、その画像デー
タを基に前記バンプ54に対応する一定の画素領域につい
て干渉縞強度の平均値を算出する。その平均値が所定の
しきい値より大きければ、バンプ54の上端面は、先に設
定したバンプ推定位置の近傍の一定の範囲内にあると判
別し、所定のしきい値以下であれば、先に設定したバン
プ推定位置の近傍の一定範囲の外であると判別すること
により、バンプ高さの測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバンプ高さ測定方法及び
装置に係り、特にシリコンウエハ、回路基板又はリード
フレーム等に形成されたハンダバンプ等、上端面が比較
的滑らかなバンプの高さを高速に測定するバンプ高さ測
定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来バンプの高さを測定する方法とし
て、直線状の光を被測定物に斜めから投射し、その反射
光をエリアセンサ等で受光して、光の直線からのズレを
読み取ることにより、被測定物の形状を得る方法（光切
断法）や、被測定面上で常に焦点を結ぶように光学系を
上下に駆動してその駆動量に基づいて被測定物の高さを
測定する焦点追尾方式と称される方法が知られている。

【０００３】また、特公平６─１１６７号公報には、可
干渉性の低い光源を用いた光干渉計を使用して、干渉計
を光軸（Ｚ）方向にスキャニングして、可干渉性が最大
となる点を検出して被測定物の３次元形状を測定する方
法及び装置が開示されている。一方、バンプの材料とし
ては、金とハンダの２種類が主なものであり、このう
ち、金バンプのようにバンプ上端面が比較的粗いバンプ
の高さ測定に有効な方法として、本出願人は既に、バン
プ上端面による光のスペックルを検出する方法を提案し
ている（特願平７─２９１３０号明細書参考）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光切断法では測定範囲が断面となるため、被測定物（ワ
ーク）の３次元的なデータを得るにはワークを移動可能
なステージ等に載置して、ワークを移動させて測定する
必要があり、高精度な測定は困難であるという問題があ
る。また、ワークの傾きが直接測定誤差になるため、例
えば同一ウエハ内の同じ高さのバンプについても、該ウ
エハの反り・うねり等により、同一測定値が得られない
という問題もある。

【０００５】一方、焦点追尾式では焦点スポット１点で
の測定であるため、ワークの３次元的なデータを得るた
めにはワークをｘ，ｙ方向にスキャニングする必要があ
り、測定に長時間を要するとともに精度的にも問題があ
る。また、上記可干渉性を検出する方法では、高さ方向
（ｚ方向）に０．１μｍ程度の刻み幅で全測定範囲をス
キャニングする必要があり、測定時間が長くなるという
問題がある。

【０００６】他方、前記特願平７─２９１３０号明細書
に記載した方法は、金バンプのようにバンプ上端面が比
較的粗いものについての測定には適しているが、ハンダ
バンプのようにバンプ上端面が滑らかなバンプについて
は、スペックルの検出が困難で、測定の繰り返し精度が
悪いという問題が新たに確認された。本発明は、このよ
うな事情に鑑みてなされたもので、ハンダバンプのよう
に上端面が比較的滑らかなバンプの高さを高速、高精度
に測定でき、特にバンプが設計値（公差を含む）内にあ
るか否かを高速に判定することができるバンプ高さ測定
方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は前記目的を達成す
るために、被測定対象面及び参照面にスペクトル幅の広
い光を照射する光源と、前記被測定対象面を経由する光
路と前記参照面を経由する光路の光路長差が０になる付
近で干渉縞の強度が強く現れ、前記光路長差が大きくな
るに従って干渉縞の強度が減少するような干渉縞を発生
させる干渉光学系と、前記被測定対象面又は前記参照面
の少なくとも一方を光軸方向に移動して前記光路長差を
変化させる可変機構と、前記光路長差に応じて発生する
干渉縞パターンを撮像する撮像手段と、を備えた光干渉
計を使用して、被測定対象面に形成されたバンプの高さ
を測定するバンプ測定方法において、被測定対象面に形
成されたバンプの高さを測定する際に基準となる高さ方
向の位置を測定基準位置とし、前記光干渉計について前
記光路長差が０になる付近で干渉縞の強度が強く現れる
ときの光路長差の範囲を可干渉範囲とすると、前記測定
基準位置を基準として、前記被測定対象面に形成された
バンプの上端面が存在すると推定されるバンプ推定位置
付近に前記光干渉計の可干渉範囲がくるように前記可変
機構で設定し、その設定状態で前記可変機構により前記
光路長差を微少に変化させながら、位相の異なる干渉縞
パターンを前記撮像手段で少なくとも三画面以上撮像
し、前記撮像手段で得られた少なくとも三画面以上の画
像データを基に画素毎に干渉縞強度を算出し、画面内で
バンプが存在している領域に対応する一定の画素領域に
ついて前記干渉縞強度の平均値を算出し、前記平均値と
該バンプの上端面が前記可干渉範囲内の所定の許容範囲
内にあることを示す所定のしきい値とを比較し、前記平
均値が前記所定のしきい値よりも大きい場合は、測定対
象としているバンプの高さが、前記バンプ推定位置近傍
の前記所定の許容範囲に対応する一定の範囲内にあると
判別し、前記平均値が前記所定のしきい値以下の場合
は、測定対象としているバンプの高さが、前記バンプ推
定位置近傍の前記一定の範囲の外にあると判別すること
を特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明によれば、バンプが形成されている測定
対象物をスペクトル幅の広い光を照射する光源を用いた
光干渉計のもとにおき、高さ方向の測定基準位置を基準
として、前記被測定対象面に形成されたバンプの上端面
が存在すると推定されるバンプ推定位置付近に前記光干
渉計の可干渉範囲がくるように前記被測定対象面又は参
照面を可変機構で光軸方向に移動する。そして、その状
態で光路長差を微少に変化させながら、位相の異なる干
渉縞パターンを少なくとも三画面取得して、その画像デ
ータを基に画素毎に干渉縞強度を算出し、バンプに対応
する一定の画素領域について前記干渉縞強度の平均値を
算出している。光源光のスペクトル幅が広いので干渉性
は悪く、可干渉範囲は狭くなっているので、バンプ上端
面が該干渉計の可干渉範囲にあるときは干渉縞強度が大
きくなり、前記平均値は大きくなる。他方、バンプ上端
面が該干渉計の可干渉範囲にないときは、干渉縞強度が
極めて小さくなることから、前記平均値も小さくなる。
その平均値について、所定しきい値を定め、そのしきい
値と大小比較することで、バンプの高さを測定してい
る。即ち、前記平均値が前記所定のしきい値より大きけ
れば、先に設定したバンプ推定位置の近傍の一定の範囲
内にバンプの上端面があると判別し、他方その平均値が
所定のしきい値以下であれば、先に設定したバンプ推定
位置の近傍の一定範囲の外であると判別する。これによ
り、干渉計の可干渉範囲程度の精度で、バンプ高さの測
定を高速に行うことができる。

【０００９】また、前記平均値が前記所定のしきい値以
下であときには、先に設定したバンプ推定位置を他の位
置（プラス側又はマイナス側）に変更して、上記測定の
過程を繰り返すことにより、未知のバンプの上端面を検
出することができるとともに、その高さを測定すること
ができる。尚、干渉フィルタを用いて光源のスペクトル
幅を変更することで、干渉計の可干渉範囲を調整変更す
ることができ、バンプ高さ測定の精度を変更することも
ができる。

【００１０】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係るバンプ高
さ測定方法及び装置の好ましい実施例について詳説す
る。図１は本発明に係るバンプ高さ測定方法が適用され
たバンプ高さ測定装置の実施例の構成を説明するための
概略構成図である。同図に示すように本測定装置は主
に、光源ランプ１２、コリメートレンズ１４、ビームス
プリッタ１６、参照鏡１８、ピエゾ素子（ＰｚＴ）２
０、変位センサ２２、対物レンズ２３、結像レンズ２
４、白黒固体撮像カメラ２６、フレームメモリ２８及び
中央処理演算装置（ＣＰＵ）３０等から構成される。
尚、同図ではトワイマン・グリーン型干渉計を例に説明
するが、これに限らず、リニック型、ミラウ型干渉計等
でもよい。

【００１１】光源ランプ１２は例えば白色光源を用い、
該光源ランプ１２から出射された光は、コリメートレン
ズ１４により平行光にされ、ビームスプリッタ１６によ
り２方向に分割される。即ち、ビームスプリッタ１６で
反射した光は対物レンズ２３を介して被測定対象物（ワ
ーク）Ｗに照射され、他方、ビームスプリッタ１６を透
過した光は参照鏡１８に照射される。

【００１２】ワークＷは固定されたステージ台（不図
示）に載せられており、ワークＷの表面で反射した光
は、ビームスプリッタ１６及び結像レンズ２４を経てカ
メラ２６に達し、他方、参照鏡１８で反射した光はビー
ムスプリッタ１６及び結像レンズ２４を経てカメラ２６
に達する。ＰｚＴ２０はＰｚＴドライバ３２によって駆
動され、参照鏡１８を光軸方向に変位させることがで
き、変位センサ２２は変位センサドライバ３４を介して
駆動され、前記参照鏡１８の変位量を検出している。

【００１３】カメラ２６は、前記２光束の光学距離の差
（光路長差）に対応して観察される干渉縞を撮像すると
共に、該干渉縞画像を所定の電気信号に変換してフレー
ムメモリ２８に出力する。フレームメモリ２８は前記干
渉縞画像を前記光路長差、即ち参照鏡１８の位置（又は
変位量）を変数として記録する。ＣＰＵ３０は、バス３
６を介して前記フレームメモリ２８、ＰｚＴドライバ３
２及び変位センサドライバ３４と接続されるとともに、
フレームメモリ２８を介して入力する干渉縞データを処
理してワークＷのバンプ形状を検出する。尚、このデー
タ処理については後述する。

【００１４】また、ＣＰＵ３０には、キーボード４０及
びモニタＴＶ４２が接続されており、操作者はモニタＴ
Ｖ４２の表示を見ながら、キーボード４０を介して各種
入力を行うことができるとともに、モニタＴＶ４２にワ
ークＷのバンプ形状測定結果等を表示させることができ
る。更に、バス３６にインターフェイス４４を介して記
録媒体４６と接続することが可能である。この記録媒体
４６はハードディスクドライブ４７及びフロッピディス
クドライブ４８を含み、測定したワークＷのバンプ測定
データ等を保存することができる。尚、前記記録媒体４
６（図中点線で示す部分）は、本発明の構成上必須では
ない。

【００１５】次に、本測定装置の測定原理について説明
する。図２は図１の干渉計部分の要部拡大概略図であ
る。ビームスプリッタ１６と参照鏡１８との間の距離を
ＬＲ、ビームスプリッタ１６とワークＷとの間の距離を
ＬＷとすると、この場合の光路長差（ＯＰＤ：Optical
path difference ）は次式（１） ＯＰＤ＝２×（ＬＲ−ＬＷ）……（１） で表される。

【００１６】前記ＯＰＤは、ＰｚＴ２０を駆動して参照
鏡１８を光軸上で変位させることにより変化させること
ができる変数として、これを変数Ｚで定義する。ここ
で、ＯＰＤ（＝Ｚ）をゼロ付近で連続的に変化させた場
合、カメラ２６上の１点で観察される干渉縞の強度Ｉ
（Ｚ）は、図３に示すＩ（Ｚ）のような関数になる。本
測定装置では、白色光源を用いているので可干渉範囲は
±０．６μｍ程度である。尚、可干渉範囲は干渉計に使
用する光源のスペクトル幅に依存するので、図示しない
干渉フィルタを光源の前又はカメラの前などに配置して
光源のスペクトル幅を狭くすると、可干渉範囲は広が
る。

【００１７】図４（Ａ）は測定対象となるワークの一例
を示す平面図であり、図４（Ｂ）はその断面図である。
同図に示すワークは、シリコンウエハ５０上に略部分球
状のハンダバンプ５４が形成されたものであり、このハ
ンダバンプ５４はシリコンウエハ面５０ａを基準として
高さ設計値ｄで形成されている。尚、ハンダバンプ５４
の上端面５４ａは比較的滑らかな表面粗さを有している
（図４（ｂ）参照）。

【００１８】このハンダバンプ５４に上記光干渉計の光
源ランプ１２の白色光を照射すると、以下の現象が観察
される。即ち、バンプ上面５４ａの位置が該干渉計の可
干渉範囲内に無いとき、光源光は、平滑なシリコン基板
面で反射されるとともに、ハンダバンプ５４の上面５４
ａで反射される。このとき両者の材質が異なることか
ら、その反射率も異なり、該バンプ部分５２が周囲のシ
リコン部５０に比べて暗くなる。この場合、バンプ上面
は可干渉範囲にないので、干渉縞のコントラストは観察
されない。

【００１９】一方、バンプ上面５４ａの位置がこの干渉
計の可干渉範囲内にあるとき、光源光はハンダバンプ５
４の滑らかな上面５４ａで反射されて干渉するので、該
バンプ部はコントラストの顕著な干渉縞が観測される。
本測定装置は、この干渉縞について各画素毎に干渉縞強
度を検出するとともに、バンプ部分の領域に対応する画
面内の所定のＸＹ領域内で前記干渉縞強度の平均値を算
出し、その平均値がある一定値以上であれば、バンプが
存在すると判定し、一定値に満たない場合は、バンプが
存在しないと判定するものである。そして、ハンダバン
プ５４の高さが可干渉範囲内に有るか否かを判別するこ
とで、ハンダバンプ５４が設計値ｄの許容範囲（公差を
含む）に有るか否かを高速、高精度に判別するものであ
る。

【００２０】尚、図４では一つのバンプを拡大したもの
を示しているが、通常は一枚のウエハの上に数百、数千
個という多数のバンプが形成されており、一つの画面で
同時に複数のバンプについて測定することができる。上
記の如く構成されたバンプ高さ測定装置の測定原理につ
いて、図５〜図８を参照しながら測定手順に沿って説明
する。

【００２１】先ず、ウエハ基板上面５０ａを基準面とし
てこの基準面からバンプ設計値ｄの位置を当該干渉計の
Ｚ＝０の位置として定めておく。この基準面の検出方法
の一例を説明する。図１に示す構成を用いて、ＯＰＤ
（＝Ｚ）をゼロ付近で連続的に変化させた場合、カメラ
上の１点（１画素）で観察される干渉縞の明暗強度Ｉ
（Ｚ）は、図５（Ａ）に示すＩ（Ｚ）のような関数にな
る。また、前記Ｉ（Ｚ）のＺについての微分は同図Ｊ
（Ｚ）のような関数になる。本測定装置では、Ｚを全測
定範囲内で変化させ、カメラ上の各測定点について上記
Ｊ（Ｚ）の最大値（又は最小値）を与えるＺ値、即ちＺ
ａ（又はＺｂ）を求めることにより、ワークＷのウエハ
表面高さを算出するものである。

【００２２】以下具体的にＪ（Ｚ）の最大値を与えるＺ
値、即ちＺａを簡易に検出する方法を説明する。Ｚは予
め定められた一定間隔で離散的に変化させることがで
き、各Ｚ値に応じて干渉縞画像を取得し、該画像のデー
タから干渉縞の強度を観察する。そして連続する２点Ｚ
k ，Ｚk-1 での明暗強度データＩ（Ｚk)，Ｉ（Ｚk-1)を
用いて、微分値Ｊ（Ｚk)を次式（２），（３） ・Ｉ（Ｚk)＞Ｉ（Ｚk-1)のとき Ｊ（Ｚk)＝Ｉ（Ｚk)−Ｉ（Ｚk-1)……（２） ・Ｉ（Ｚk)≦Ｉ（Ｚk-1)のとき Ｊ（Ｚk)＝０ ……（３） 但し、 Ｚk −Ｚk-1 ＝定数Ｃ ：Ｃは参照鏡１８を移動さ
せる一定間隔距離 ０＜Ｚk −Ｚk-1 ≦λ／６ ：λは光源の中心波長 で算出する。

【００２３】Ｚを全測定範囲内で変化させて上記Ｊ
（Ｚ）を算出し、それらのうちＪ（Ｚ）の最大値を与え
るＺ値、即ちＺk とＺk-1 の一組を判別し、次式（４） Ｚａ＝（Ｚk ＋Ｚk-1 ）／２……（４） でＪ（Ｚ）の最大値を与えるＺａを検出する。これによ
り、Ｚａを簡易に検出することができる。

【００２４】また、前記式（４）に代えて、図５（Ｂ）
に示すように、前記Ｊ（Ｚ）の最大値を与えるＺk とＺ
k-1 の２点Ａ（Ｚk ，Ｉ（Ｚk)）及びＢ（Ｚk-1 ，Ｉ
（Ｚk-1)）を結ぶ直線Ｌ１と、明暗強度のバイアス値
（ＤＣ値）との交点をＪ（Ｚ）の最大値を与えるＺａと
して検出してもよい。これにより得られるＺａは前記式
（４）から得られるＺａよりも高精度となる。

【００２５】尚、上記ＤＣ値は、可干渉範囲外の各画素
の明暗値として求めることができるのみならず、複数の
測定点の平均値として求めてもよし、或いは周波数解析
により算出してもよい。こうして得られたＺａを基に測
定基準値となるウエハ基板面５０ａの高さ位置の測定が
行われる。この基準面の測定はバンプ高さ計測毎に毎回
行う必要はない。また、上述した方法を用いる場合は、
図１に示す同一の測定装置において基準面の測定モード
と、バンプ高さ判定とモードを切り換え可能にしておく
ことが考えられる。

【００２６】尚、基準面はウエハ面に限らず、ハンダバ
ンプ５４の設計値を指定できる基準となる高さであれば
よい。また、基準面の測定は上述した方法に限らず他の
方法で行ってもよいし、予め、所定の基準面が設定入力
されていてもよい。図６は図５で説明したバンプ測定の
基準面となるウエハ基板面の位置を検出する際のフロー
図である。先ず、図１の測定装置を基準面測定モードに
し、基準面となるウエハ面５０ａの高さを測定する。こ
れには、ワークＷのウエハ基板面５０ａ上の各測定点
(x,y) 毎の微分最大値Ｊ′(x,y) 及びその最大値を与え
るφ′(x,y) のメモリをクリアし、測定装置の初期化を
行うとともに、ＰｚＴ２０を駆動してＺ方向測定位置を
初期位置に移動する（ステップ１０２）。

【００２７】そして上述した方法により、各測定点(x,
y) における微分値Ｊ(x,y) を算出する（ステップ１０
４）。次に、各測定点(x,y) 毎にステップ１０４で求め
たＪ(x,y) と、前記メモリに記憶している前回までの微
分最大値Ｊ′(x,y) とを比較し（ステップ１０６）、 Ｊ(x,y) ＞ Ｊ′(x,y) の場合にＪ′(x,y) をＪ(x,y) に置き換えて微分最大値
Ｊ′(x,y) を更新するとともに、その時のＺ位置φ′
(x,y) を更新する（ステップ１０８）。尚、初期位置で
は、メモリはクリアされておりＪ′(x,y) 及びφ′(x,
y) は記録されていないので、自動的にＪ′(x,y) ，
φ′(x,y) が記録される。

【００２８】続いて、ＰｚＴ２０を駆動して参照鏡１８
をＺ方向に一定距離Ｃだけ移動させて、測定位置を移動
する（ステップ１１０）。該測定位置でステップ１０
４、１０６の工程を行い、 Ｊ(x,y) ＞ Ｊ′(x,y) の場合にはＪ′(x,y) をＪ(x,y) に置き換えて微分最大
値Ｊ′(x,y) を更新するとともに、その時のＺ位置φ′
(x,y) を更新する（ステップ１０８）。

【００２９】一方、ステップ１０６でＪ(x,y) ≦Ｊ′
(x,y) の場合はＪ′(x,y) は更新されない。同様にし
て、全測定範囲内の測定が終了するまで上記工程を繰り
返し、変位センサ２２が最終測定位置を検出したら（ス
テップ１１２）、測定を終了し、メモリに記憶している
φ′(x,y) に基づいてシリコン基板面の位置を求める
（ステップ１１４）。

【００３０】尚、本実施例では微分値Ｊ′(x,y) の置き
換えを測定位置毎に逐次行う場合を説明したが、これに
限るものでなく、測定範囲（Ｚ）の一部範囲又は全範囲
について複数の画像データを取り込んでメモリに保存し
た後、前記微分値Ｊ(x,y) の最大値を算出してもよい。
上記方法に限らず他の方法によってシリコン基板面の位
置を検出してもよい。また、一度検出すれば、バンプ高
さ測定の度に毎回検出する必要はない。

【００３１】次に、前記基準面であるウエハ面上に形成
されたハンダバンプ５４の高さを測定する方法について
説明する。図７はバンプ高さ判別の手順を示すフロー図
である。図６で説明した手順によって基準面が検出され
た後（ステップ２０１）、参照鏡１８をハンダバンプ５
４の設計値高さｄへ移動し（ステップ２０６）、測定画
像Ｉ1 を取り込む（ステップ２０８）。

【００３２】続いて、参照鏡１８を所定の量（以下、測
定画像取り込み間隔と呼び、例えば、λ／８）だけ移動
して（ステップ２２１）、測定画像Ｉ2 を取り込む（ス
テップ２２２）。前記ステップ２２１及びステップ２２
２の工程を複数回（少なくとも３回以上）繰り返し、測
定画像Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 …を取得する。そして得られた
画像データをもとに、各画素i について干渉縞強度を算
出する。尚、画像データの全画素について干渉縞強度を
算出する必要は必ずしもなく、後述するバンプ部分に対
応する一定の画素領域の画素について算出すれば十分で
ある。

【００３３】この干渉縞強度の算出式は、様々な定義の
仕方が考えられるが、例えば、前記測定画像をλ／８間
隔で取り込んだ３画面に基づいて算出する場合、干渉縞
強度ｍ（ｉ）は、次式（５） ｍ(i) ＝｛Ｉ₁ (i) −Ｉ₂(i)｝² ＋｛Ｉ₃(i)−Ｉ₂(i)｝² …（５） で算出する。

【００３４】バンプの高さが可干渉範囲内にあれば、上
記干渉縞強度ｍ(i) は大きくなる。一方、バンプ高さが
可干渉範囲内になければ、上記干渉縞強度ｍ(i) は小さ
い。続いて、バンプ部分の一定の領域、即ち、バンプ部
分に対応する画面上の一定の領域内の画素(i＝1,2,…n)
について干渉縞強度ｍ(i) の平均値Ｍを算出する。この
平均値Ｍの算出式は、各画素毎の干渉縞強度を式（５）
で算出した場合の該平均値Ｍは、次式（６） 但し、Ｉ_k (i) は第ｋ番目に取り込んだ測定画像の画素
i についての明暗強度 ｎは前記一定の領域内の画素ｉの全数で算出する（ステ
ップ２１１）。

【００３５】尚、前記ステップ２０８からステップ２２
２で前記測定画像をλ／８間隔で４画面取り込み、その
４画面の画像データから前記平均値を算出する場合、平
均値Ｍは、次式（７） 但し、Ｉ_k (i) は第ｋ番目に取り込んだ測定画像の画素
i についての明暗強度 ｎは前記一定の領域内の画素ｉの全数で算出することが
できる。

【００３６】尚、測定画像の取り込み間隔、干渉縞強度
及びその平均値の算出式は上記のものに限定するもので
はなく、取り込み間隔も必ずしも等間隔である必要はな
い。本実施例では測定画像の取り込み間隔をλ／８とし
て、連続する等間隔で画像データを取得しているが、こ
れは参照鏡１８をλ／８移動すると、干渉縞の位相とし
ては９０度ずれることになり、位相がおよそ９０度ずれ
たところの画像データを基にして上述の干渉縞強度の平
均値を計算するのが演算の負荷も比較的少なく、適して
いるためである。

【００３７】一方、前記一定の領域については、例えば
バンプ部分の中心を含む一部の領域であるとすることが
考えられるが、その領域の形や大きさは特に限定するも
のではなく平均値の算出に都合のよい領域を設定するこ
とが望ましい。また、バンプ領域を複数のブロックに分
割して、ブロック毎にそれぞれ平均値を求めて、不適切
な値を示すブロックについては計算から除外する等の態
様も考えられる。

【００３８】尚、一つの画面内でバンプの中心位置は、
必ずしも画面の決まった場所に位置するとは限らないの
で、公知の画像処理技術を利用して、画面内に存在する
バンプの中心位置を検出して、その中心を含む一定の領
域で前記平均値を算出することが考えられる。式（６）
から得られる干渉縞強度の平均値を一定の基準比較値と
比較して（ステップ２２６）、該基準比較値以上の場合
は設計位置ｄにバンプがあると判別し（ステップ２２
８）、他方、該基準比較値以下の場合は、設計位置にバ
ンプがないと判別する（ステップ２３０）。尚、判別の
精度は可干渉範囲程度（約±０．６μｍ）である。

【００３９】従って、例えば、ハンダバンプの許容公差
±５μｍとした場合に、その設計値±５μｍの中にバン
プがあるか否かを判定する場合などに特に有効である。
更に上記のバンプ高さ判別方法を拡張して、バンプ高さ
が設計値にないと判断された場合には、参照鏡を前記設
計値よりもプラス側またはマイナス側に移動させて、上
記工程（ステップ２０６〜ステップ２３０）を繰り返す
ことにより、バンプの高さを特定し、その高さを測定す
ることも可能である。従って、バンプが設計値の許容範
囲内にある否かのＯＫ／ＮＧ判定の装置として利用する
ことができるのみならず、未知のバンプ高さのを測定す
る測定装置としても利用することができる。しかも、一
の画面内に複数のバンプが存在している場合、それらを
同時に測定することが可能で、測定の効率もよい。

【００４０】尚、画像データの取り込み順や干渉縞強度
の平均値の算出順番は上記に限らず、参照鏡１８を所定
間隔ずつ、一方向に移動させながら、順次画像を取り込
んでもよい。また、平均値の算出は、全ての画像を取り
込んだ後に行ってもよいし、画像を取り込む毎に逐次行
ってもよい。上記実施例では、シリコンウエハ５０上に
形成したハンダバンプの測定について説明したが、これ
に限るものではなく、バンプ部分とそれが形成されてい
る基底部分とが画面上で区別でき、バンプの位置を特定
できればよく、原理的には同材質のものでも測定が可能
であるが、通常は基底面の材質とバンプの材質とが異な
るワークであり、これらについて広く適用が可能であ
る。特に異種金属どうしで、バンプ上端面が滑らかなも
のについて有効である。

【００４１】また、上記実施例では、光源ランプ１２は
白色光源として説明したが、これに限るものでなく、白
色光源に図示しない干渉フィルタを使用してスペクトル
幅を調整してもよいし、又は、あるスペクトル幅を有す
る広域光源を用いてもよい。更に、図示しない干渉フィ
ルタをカメラの前に配置することも考えられる。このよ
うに、光のスペクトル幅を調整して可干渉範囲を変更す
ることができるので、バンプ高さ判定の精度を適宜変更
することことも可能である。例えば、バンプ高さのラフ
な判定に使用することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るバン
プ高さ測定方法及び装置によれば、スペクトル幅の広い
光を照射する光源を用いた光干渉計を使用して、被測定
対象面に形成されたバンプの上端面が存在すると推定さ
れるバンプ推定位置付近に前記光干渉計の可干渉範囲が
くるように可変機構で設定し、その状態で得られる位相
の異なる干渉縞パターンを少なくとも三画面以上撮像し
て、その画像データを基に画素毎に干渉縞強度を算出
し、バンプに対応する一定の画素領域について前記干渉
縞強度の平均値を算出し、その平均値について、所定し
きい値と大小比較することで、バンプの高さを測定する
ようにしたので、演算負荷も比較的少なく、演算速度を
高めることができるとともに、干渉計の可干渉範囲程度
の高精度でバンプ高さの測定を行うことができる。

【００４３】これにより、ハンダバンプのように上端面
が比較的滑らかなバンプの高さを高速、高精度に測定で
き、特にバンプが設計値（公差を含む）内にあるか否か
を高速に判別することができる。また、前記平均値が前
記所定のしきい値以下の場合に、先に設定したバンプ推
定位置を他の位置（プラス側又はマイナス側）に変更し
て、上記測定の過程を繰り返すことにより、未知のバン
プの上端面を検出することができるとともに、その高さ
を測定することができる。

【００４４】更に、前記光干渉計について干渉フィルタ
を利用して光源のスペクトル幅を変更することで、干渉
計の可干渉範囲を調整変更することができるので、バン
プ高さ測定の精度を適宜変更することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバンプ高さ測定装置の構成を説明
するための概略構成図

【図２】図１の干渉計部分の要部拡大図

【図３】干渉計の光路差ゼロ付近で連続的に変化させた
場合、カメラ２６上の１点で観察される干渉縞の強度を
示すグラフ

【図４】図４（Ａ）はウエハ面に形成されたバンプの一
例を示す平面図であり、図４（Ｂ）はその断面図

【図５】図５（Ａ）は図１のカメラ上のある１点で観測
される干渉縞強度及びその微分値を示すグラフ、図５
（Ｂ）は干渉縞強度の微分値Ｊ（Ｚ）の最大値を与える
Ｚａを、ＤＣ値を用いて高精度に算出する方法を説明す
るためのグラフ

【図６】図１のバンプ高さ測定装置のバンプ測定の基準
面となるウエハ基板面の位置を検出する手順を説明する
ための際のフロー図

【図７】図１のバンプ高さ測定装置のバンプ高さ判別の
手順を示すフロー図

【符号の説明】

１２…光源ランプ １６…ビームスプリッタ １４、２３、２４…レンズ １８…参照鏡 ２０…ピエゾ素子（ＰｚＴ） ２２…変位センサ ２６…白黒固体撮像カメラ ２８…フレームメモリ ３０…ＣＰＵ ５０…シリコンウエハ ５４…ハンダバンプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定対象面及び参照面にスペクトル幅
   の広い光を照射する光源と、前記被測定対象面を経由す
   る光路と前記参照面を経由する光路の光路長差が０にな
   る付近で干渉縞の強度が強く現れ、前記光路長差が大き
   くなるに従って干渉縞の強度が減少するような干渉縞を
   発生させる干渉光学系と、前記被測定対象面又は前記参
   照面の少なくとも一方を光軸方向に移動して前記光路長
   差を変化させる可変機構と、前記光路長差に応じて発生
   する干渉縞パターンを撮像する撮像手段と、を備えた光
   干渉計を使用して、被測定対象面に形成されたバンプの
   高さを測定するバンプ測定方法において、 被測定対象面に形成されたバンプの高さを測定する際に
   基準となる高さ方向の位置を測定基準位置とし、前記光
   干渉計について前記光路長差が０になる付近で干渉縞の
   強度が強く現れるときの光路長差の範囲を可干渉範囲と
   すると、前記測定基準位置を基準として、前記被測定対
   象面に形成されたバンプの上端面が存在すると推定され
   るバンプ推定位置付近に前記光干渉計の可干渉範囲がく
   るように前記可変機構で設定し、 その設定状態で前記可変機構により前記光路長差を微少
   に変化させながら、位相の異なる干渉縞パターンを前記
   撮像手段で少なくとも三画面以上撮像し、 前記撮像手段で得られた少なくとも三画面以上の画像デ
   ータを基に画素毎に干渉縞強度を算出し、画面内でバン
   プが存在している領域に対応する一定の画素領域につい
   て前記干渉縞強度の平均値を算出し、 前記平均値と該バンプの上端面が前記可干渉範囲内の所
   定の許容範囲内にあることを示す所定のしきい値とを比
   較し、 前記平均値が前記所定のしきい値よりも大きい場合は、
   測定対象としているバンプの高さが、前記バンプ推定位
   置近傍の前記所定の許容範囲に対応する一定の範囲内に
   あると判別し、前記平均値が前記所定のしきい値以下の
   場合は、測定対象としているバンプの高さが、前記バン
   プ推定位置近傍の前記一定の範囲の外にあると判別する
   ことを特徴とするバンプ高さ測定方法。
2. 【請求項２】 前記平均値が前記所定のしきい値以下
   で、前記バンプの高さが前記バンプ推定位置の付近の前
   記一定の範囲の外にあると判別した場合に、バンプ推定
   位置を他の位置に変更し、上記請求項１のバンプ測定方
   法を繰り返してバンプの上端面を検出し、バンプの高さ
   を測定することを特徴とする請求項１のバンプ高さ測定
   方法。
3. 【請求項３】 前記スペクトル幅を限定する干渉フィル
   タを用いて、前記可干渉範囲を調整して光路長差の分解
   能を可変とし、前記判別の精度を変更することを特徴と
   する請求項１のバンプ高さ測定方法。
4. 【請求項４】 被測定対象面及び参照面にスペクトル幅
   の広い光を照射する光源と、前記被測定対象面を経由す
   る光路と前記参照面を経由する光路の光路長差が０にな
   る付近で干渉縞の強度が強く現れ、前記光路長差が大き
   くなるに従って干渉縞の強度が減少するような干渉縞を
   発生させる干渉光学系と、前記被測定対象面又は前記参
   照面の少なくとも一方を光軸方向に移動して、前記光路
   長差を変化させる可変機構と、前記光路長差に応じて発
   生する干渉縞パターンを撮像する撮像手段と、を含む光
   干渉計を利用して、被測定対象面に形成されたバンプの
   高さを測定するバンプ測定装置において、 被測定対象面に形成されたバンプの高さを測定する際に
   基準となる高さ方向の位置を測定基準位置とし、前記光
   干渉計について前記光路長差が０になる付近で干渉縞の
   強度が強く現れるときのその光路長差の範囲を該光干渉
   計の可干渉範囲とすると、前記測定基準位置を基準とし
   て、前記被測定対象面に形成されたバンプの上端面が存
   在すると推定されるバンプ推定位置付近に前記光干渉計
   の可干渉範囲がくるように設定された状態で、前記可変
   機構により前記光路長差を微少に変化させながら、位相
   の異なる干渉縞パターンを前記撮像手段で少なくとも三
   画面以上撮像して得られた画像データを基に画素毎に干
   渉縞強度を算出するとともに、画面内でバンプが存在し
   ている領域に対応する一定の画素領域について前記干渉
   縞強度の平均値を算出する算出手段と、 前記平均値と該バンプの上端面が前記可干渉範囲内の所
   定の許容範囲内にあることを示す所定のしきい値とを比
   較し、前記平均値が前記所定のしきい値よりも大きい場
   合は、測定対象としているバンプの高さが、前記バンプ
   推定位置近傍の前記所定の許容範囲に対応する一定の範
   囲内にあると判別し、前記平均値が前記所定のしきい値
   以下の場合は、測定対象としているバンプの高さが、前
   記バンプ推定位置近傍の前記一定の範囲の外にあると判
   別する比較判別手段と、 を備えたことを特徴とするバンプ高さ測定装置。