JP2003279311A - Optical elevation measuring device and method therefor - Google Patents

Optical elevation measuring device and method therefor

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JP2003279311A
JP2003279311A JP2002081421A JP2002081421A JP2003279311A JP 2003279311 A JP2003279311 A JP 2003279311A JP 2002081421 A JP2002081421 A JP 2002081421A JP 2002081421 A JP2002081421 A JP 2002081421A JP 2003279311 A JP2003279311 A JP 2003279311A
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JP
Japan
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objective lens
height
optical system
light
bump
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Application number
JP2002081421A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Aoki
雅弘 青木
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly and accurately measure elevation of a structure formed dispersively. <P>SOLUTION: A device comprises a moving means (21) for moving a focus position of an objective lens (8) to the light axis direction; a first focusing optical system which constitutes a common focus optical system irradiating an object to be measured (9) with light through the objective lens, relatively moving the object to be measured and the objective lens to the light axis direction by means of the moving means, and gaining the reflection light from the object to be measured as a sectioning image; and a second focusing optical system for focusing the sectioning image by the first focusing optical system on an imaging means (12). From the relation between the focal point and the brightness value by integrating the outputs of a plurality of pixels of the imaging means including a bright point center where the reflection light from near the top of the structure or the predetermined center position of the structure, the elevation of the object to be measured is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハあるいはガ
ラスエポキシなどの基板上に離散的に形成された構造物
の高さを測定する光学式高さ測定装置及び方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical height measuring apparatus and method for measuring the height of a structure discretely formed on a substrate such as a wafer or glass epoxy.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSIの高集積化によりLSIチ
ップの電極数が増大し、また実装密度が高くなってきて
いる。このような背景から、LSIチップの電極として
バンプ電極が急速に採用されつつある。
2. Description of the Related Art In recent years, the number of electrodes of an LSI chip has increased and the packaging density has increased due to high integration of LSI. From such a background, bump electrodes are being rapidly adopted as electrodes of LSI chips.

【0003】図10は、サンプルであるバンプ電極が形
成されたLSIチップの概略図である。図10のよう
に、LSIチップ101上には半球状のバンプ100が
複数形成されている。バンプの大きさやバンプ間のピッ
チは様々であるが、例えば、バンプ半径50μm、ピッ
チ200μmなどがある。LSIチップが10mm×1
0mmだとすると、このLSIチップ上には数千個にも
およぶ膨大な数のバンプ電極が形成されている。
FIG. 10 is a schematic diagram of an LSI chip having bump electrodes as a sample. As shown in FIG. 10, a plurality of hemispherical bumps 100 are formed on the LSI chip 101. The size of the bumps and the pitch between the bumps are various, but for example, the bump radius is 50 μm and the pitch is 200 μm. LSI chip is 10mm x 1
If it is 0 mm, a huge number of bump electrodes, which number up to several thousand, are formed on this LSI chip.

【0004】図11は、図10に示したLSIチップ1
01と基板102が接続した状態を示す図である。図1
1に示すように、複数のバンプが形成されたLSIチッ
プ101は、LSIチップ101を接続する基板102
に逆さまにして接触され、基板102の電極とLSIチ
ップ101のバンプ電極とが接続される。これはフリッ
プチップ接続と呼ばれるが、正常に接続されるために
は、後述するようにバンプ形状、特にその高さが正確に
制御されている必要がある。
FIG. 11 shows the LSI chip 1 shown in FIG.
It is a figure which shows the state which 01 and the board | substrate 102 were connected. Figure 1
As shown in FIG. 1, the LSI chip 101 on which a plurality of bumps are formed is a substrate 102 for connecting the LSI chip 101.
The electrodes of the substrate 102 and the bump electrodes of the LSI chip 101 are connected to each other. This is called flip-chip connection, but in order to make a normal connection, the bump shape, especially its height, must be accurately controlled as described later.

【0005】図12は、図10のA−A’断面の拡大図
である。図12に示すように、設計上は点線で示した高
さレベルに各バンプ121の高さが揃っている必要があ
るが、実際には黒塗りしたバンプ122のように、設計
高さの許容範囲よりも高いものや低いものが存在する場
合がある。このような状態で、図11に示したフリップ
チップ接続をすると、バンプと基板102との接続不良
が発生してしまう。したがって、LSIチップ上に形成
されたバンプの高さを許容範囲内に揃える必要がある。
FIG. 12 is an enlarged view of the AA 'cross section of FIG. As shown in FIG. 12, the heights of the respective bumps 121 need to be aligned with the height level indicated by the dotted line in design, but in reality, like the black-painted bumps 122, the design height is allowed. There may be higher or lower ranges. If the flip-chip connection shown in FIG. 11 is performed in such a state, a defective connection between the bump and the substrate 102 will occur. Therefore, it is necessary to make the heights of the bumps formed on the LSI chip uniform within the allowable range.

【0006】この様な背景から、フリップチップ接続を
する前に、全バンプの高さを数μmの精度でインライン
検査したいという要求がある。しかも、インライン検査
であることから、検査時間がそのままLSIチップのコ
ストに跳ね返るため、高速検査は必須である。
From this background, there is a demand for in-line inspection of the height of all bumps with an accuracy of several μm before flip-chip connection. Moreover, since it is an in-line inspection, the inspection time is directly reflected in the cost of the LSI chip, so that high-speed inspection is essential.

【0007】上述したようなバンプの高さの高速、高精
度な検査の要求に対する装置が、特開平9−12673
9号公報に開示されている。特開平9−126739号
公報の立体形状計測装置は、共焦点光学系を用いた高さ
測定装置である。共焦点光学系には、レーザ走査式やデ
ィスク方式(Nipkowディスクなど)が知られているが、
いずれも高さ方向(光軸方向)の分布を検出光量に変換
する機能を持つ光学系である。
An apparatus for the above-mentioned demand for high-speed and high-precision bump height inspection is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-12673.
No. 9 publication. The three-dimensional shape measuring device disclosed in JP-A-9-126739 is a height measuring device using a confocal optical system. Laser scanning type and disc type (Nipkow disc, etc.) are known as confocal optical systems.
Both are optical systems having a function of converting the distribution in the height direction (optical axis direction) into the detected light amount.

【0008】図13は、共焦点光学系の概略構成を示す
図である。光源211から放射された光はピンホール2
12、ビームスプリッタ213、対物レンズ214を通
りサンプル215上に集光する。サンプル215で反射
した光は、対物レンズ214、ビームスプリッタ213
を通り検出ピンホール216に集光され、光検出器21
7で受光される。ここで、サンプル215が光軸方向に
ΔZ下方へずれたとすると、サンプル215で反射した
光は、図13の点線で示した経路を通り、検出ピンホー
ル216上では大きく広がっている。このため、検出ピ
ンホール216を通過できる光量は非常に少なくなり、
実質的に通過光量は0とみなせる。
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a confocal optical system. The light emitted from the light source 211 is the pinhole 2
The light is focused on the sample 215 through the beam splitter 12, the beam splitter 213, and the objective lens 214. The light reflected by the sample 215 is reflected by the objective lens 214 and the beam splitter 213.
The light is focused on the detection pinhole 216 through the photodetector 21.
Light is received at 7. Here, assuming that the sample 215 is displaced downward by ΔZ in the optical axis direction, the light reflected by the sample 215 passes through the path shown by the dotted line in FIG. 13 and spreads greatly on the detection pinhole 216. Therefore, the amount of light that can pass through the detection pinhole 216 is extremely small,
The passing light amount can be regarded as substantially zero.

【0009】図14は、サンプルのZ方向位置と検出ピ
ンホール216を通過する光量Iとの関係(I−Z特
性)を示す図である。図14は、図13に示した対物レ
ンズ214の開口数(NA)をパラメータとした場合
に、焦点位置を基準としたサンプル215の位置Zと光
量Iの関係を最大値で規格化して示した図であり、サン
プルが焦点位置(Z=0)にある場合に最も光量Iが大
きく(I=1)、焦点位置から外れるにしたがい光量I
が減少している。したがって、共焦点光学系でサンプル
を観察すると、焦点位置高さ付近だけが明るく見える。
これは共焦点光学系のセクショニング効果と呼ばれてい
る。
FIG. 14 is a diagram showing the relationship (I-Z characteristic) between the position of the sample in the Z direction and the amount of light I passing through the detection pinhole 216. FIG. 14 shows the relationship between the position Z of the sample 215 and the light amount I based on the focal position and the light amount I when the numerical aperture (NA) of the objective lens 214 shown in FIG. It is a figure, and when the sample is in a focus position (Z = 0), the light amount I is the largest (I = 1), and the light amount I increases as it deviates from the focus position.
Is decreasing. Therefore, when the sample is observed with the confocal optical system, only the vicinity of the focus position height looks bright.
This is called the sectioning effect of the confocal optical system.

【0010】通常の光学顕微鏡では焦点位置から外れた
部分のボケ像と合焦位置の像が重なって観察されるが、
共焦点光学系ではセクショニング効果により合焦位置だ
けのセクショニング画像が観察されることとなり、これ
が通常の光学顕微鏡と大きく異なる点である。セクショ
ニング効果は対物レンズのNAが大きいほど顕著であ
り、例えばNA=0.3の場合、焦点位置から±10μ
m以内のサンプルのセクショニング画像だけが観察でき
ることになる。
In an ordinary optical microscope, a blurred image of a portion deviated from a focus position and an image at a focus position are observed in an overlapping manner.
In the confocal optical system, a sectioning image only at the in-focus position is observed due to the sectioning effect, which is a big difference from an ordinary optical microscope. The sectioning effect is more remarkable as the NA of the objective lens is larger. For example, when NA = 0.3, the sectioning effect is ± 10 μ from the focus position.
Only the sectioning image of the sample within m can be observed.

【0011】サンプル215を図示しないステージによ
ってXY方向に走査させるか、公知のようにガルバノミ
ラーを用いて、サンプル面上のピンホール像を例えばX
方向へ走査し、ステージをY方向へ走査するようにすれ
ば、1枚のスライス画象が得られる。次に、ステージと
対物レンズ214をZ方向に移動させて、複数の焦点位
置でのセクショニング画像から各XY座標位置のI−Z
曲線を補間演算するなどして、サンプル面全体の高さを
測定することが可能である。
The sample 215 is scanned in the XY directions by a stage (not shown), or a galvanomirror is used as is well known, so that the pinhole image on the sample surface is, for example, X-axis.
By scanning in the Y direction and scanning the stage in the Y direction, one slice image is obtained. Next, the stage and the objective lens 214 are moved in the Z direction, and I-Z of each XY coordinate position is obtained from the sectioning images at a plurality of focal positions.
The height of the entire sample surface can be measured by, for example, interpolating a curve.

【0012】しかし、この方法では少なくとも2軸のス
テージ移動を必要とするため、求められる測定の高速性
を得ることはまず不可能である。そこで、特開平9−1
26739号公報では、この共焦点光学系のI−Z特性
を利用し、かつ高速性が実現できるバンプ高さ測定につ
いて開示している。共焦点光学系のI−Z特性を利用す
るためには、対物レンズの後方に置かれた複数の平行平
面ガラス板が搭載された回転板を高速で回転させ、焦点
位置とサンプルの相対位置をZ方向に高速に移動させ
る。この平行平面ガラス板の厚みに対応して離散的に焦
点位置を移動させて、CCDカメラによりセクショニン
グ画像を得る。セクショニング画像の枚数は、平行平面
ガラス板の枚数と同じである。Z方向の測定範囲は最も
厚い平行平面ガラス板と、最も薄い平行平面ガラス板の
厚み差で決まり、平行平面ガラス板の枚数が多いほど、
Z方向のサンプリング間隔を細かくできるか、あるいは
Z測定範囲を広げられる。
However, this method requires movement of the stage in at least two axes, so that it is impossible to obtain the required high-speed measurement. Therefore, JP-A-9-1
Japanese Patent No. 26739 discloses a bump height measurement which utilizes the IZ characteristic of this confocal optical system and can realize high speed. In order to utilize the I-Z characteristic of the confocal optical system, a rotary plate equipped with a plurality of parallel flat glass plates placed behind the objective lens is rotated at high speed to determine the relative position between the focus position and the sample. Move in the Z direction at high speed. The focal position is discretely moved according to the thickness of the parallel flat glass plate, and a sectioning image is obtained by the CCD camera. The number of sectioning images is the same as the number of parallel flat glass plates. The measurement range in the Z direction is determined by the thickness difference between the thickest parallel flat glass plate and the thinnest parallel flat glass plate.
The sampling interval in the Z direction can be made fine, or the Z measurement range can be expanded.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】図13に示した原理的
な共焦点方式を走査型に構成してバンプ測定器を実現す
ることは、前述したように求められる高速性を実現する
点において極めて困難である。
The realization of the bump measuring device by configuring the principle confocal system shown in FIG. 13 as the scanning type is extremely effective in realizing the high speed required as described above. Have difficulty.

【0014】また特開平9−126739号公報では、
バンプ電極がある程度大きく、バンプの数が少数でかつ
その配列が決まっている場合には有効であるが、バンプ
が小さくなり、色々異なった大きさのバンプチップに対
応しようとする場合には、様々な問題が発生する。
Further, in JP-A-9-126739,
This is effective when the bump electrode is large to a certain extent, the number of bumps is small and the arrangement is fixed, but when the bump becomes small and various bump chips of different sizes are to be dealt with, it is effective. Problem occurs.

【0015】近年、バンプ電極の微小化はさらに進んで
きており、ピッチ50μm、バンプ高さ10〜20μm
のものまで実現されようとしている。このようにバンプ
の微小化が進んでくると、CCD受光部とピンホール板
の制作位置合わせが極めて困難になる。さらに、異なっ
た大きさのサンプルに対しては異なった大きさのピンホ
ール板に交換しなければならなくなる。この不都合を避
けようとすると、CCD上に投影されるピンホールの倍
率を上げる必要がある。そうすると、一個のチップを複
数の領域に分けて測定するか、巨大なCCDとそれに対
応できる高度な光学系が必要になる。しかし、前者では
CCD受光部とピンホール板の製作位置合わせ調整やピ
ンホール板の交換が煩雑になり、測定時間が大幅に増大
することが予想される。
In recent years, the bump electrodes have been further miniaturized, and the pitch is 50 μm and the bump height is 10 to 20 μm.
Things are about to be realized. As miniaturization of bumps progresses in this way, it becomes extremely difficult to align the production positions of the CCD light receiving portion and the pinhole plate. In addition, different size samples would have to be replaced with different size pinhole plates. To avoid this inconvenience, it is necessary to increase the magnification of the pinhole projected on the CCD. Then, it is necessary to divide one chip into a plurality of areas for measurement, or to use a huge CCD and an advanced optical system capable of coping with it. However, in the former case, it is expected that the manufacturing position adjustment of the CCD light receiving part and the pinhole plate and the exchange of the pinhole plate will be complicated, and the measurement time will be significantly increased.

【0016】特開平9−126739号公報の場合は、
ガラス板を回転する際に異なった厚みのガラス板の収差
の変化等により、撮像素子であるCCDの画素と測定対
象物像の相対的位置に、ズレが生じ、走査型共焦点方式
では、反射強度を測定するタイミング時に、測定光が当
たる測定対象物の位置が各セクショニング画像ごとに異
なってしまうことによる。
In the case of JP-A-9-126739,
When the glass plate is rotated, the relative positions of the pixels of the CCD, which is the image sensor, and the image of the object to be measured are displaced due to changes in the aberrations of the glass plates of different thicknesses. This is because the position of the measurement object on which the measurement light strikes is different for each sectioning image at the timing of measuring the intensity.

【0017】これらは測定ビーム走査時、サンプルステ
ージまたは対物レンズのZ方向移動時に生じる振動、ま
たは一般的には光学系の調整が理想的にはできないとこ
ろに原因があると思われる。従って、前記2例にのみ生
じる欠点ではなく、共焦点ディスク回転方式の共焦点測
定にも共通する問題である。
It is considered that these are caused by vibrations that occur when scanning the measurement beam, when the sample stage or the objective lens moves in the Z direction, or where the adjustment of the optical system cannot be ideally performed. Therefore, it is not only a defect that occurs only in the above two examples, but also a problem that is common to confocal measurement of the confocal disk rotation method.

【0018】本発明の目的は、離散的に形成された構造
物の高さを高速、高精度で測定する光学式高さ測定装置
及び方法を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide an optical height measuring apparatus and method for measuring the height of discretely formed structures at high speed and with high accuracy.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の光学式高さ測定装置及び方法
は以下の如く構成されている。
In order to solve the above problems and achieve the object, the optical height measuring apparatus and method of the present invention are configured as follows.

【0020】(1)本発明の光学式高さ測定装置は、基
板面上に離散的に配置された構造物を測定対象物とし
て、該測定対象物の前記基板面上からの高さを光学的に
測定する光学式高さ測定装置において、対物レンズの焦
点位置を光軸方向に移動させる移動手段と、前記測定対
象物に対して前記対物レンズを介した光を照射させると
共に、前記移動手段により前記測定対象物と前記対物レ
ンズとを光軸方向へ相対的に移動させつつ、前記測定対
象物からの反射光をセクショニング画像として取得する
共焦点光学系を構成する第1の結像光学系と、前記第1
の結像光学系によるセクショニング画像を撮像手段に結
像させる第2の結像光学系とを具備し、前記構造物の頂
点近傍からの反射光が結像される輝点中心または予め求
められた前記構造物の中心位置を含む前記撮像手段の複
数の画素からの出力を積分した輝度値と焦点位置との関
係から前記測定対象物の高さを求める。
(1) In the optical height measuring apparatus of the present invention, the structures which are discretely arranged on the substrate surface are used as the measurement object, and the height of the measurement object from the substrate surface is optically measured. In the optical height measuring device for measuring the distance, the moving means for moving the focal position of the objective lens in the optical axis direction, and the moving means for irradiating the object to be measured with light through the objective lens. The first imaging optical system that constitutes a confocal optical system that acquires the reflected light from the measurement target as a sectioning image while moving the measurement target and the objective lens relatively in the optical axis direction by And the first
A second image forming optical system for forming a sectioning image by the image forming optical system on the image pickup means, and the center of the bright spot on which the reflected light from the vicinity of the vertex of the structure is formed or is determined in advance. The height of the object to be measured is obtained from the relationship between the brightness value and the focus position obtained by integrating the outputs from the plurality of pixels of the imaging unit including the center position of the structure.

【0021】(2)本発明の光学式高さ測定装置は上記
(1)に記載の装置であり、かつ前記第1の結像光学系
は、共焦点ディスクを有する。
(2) The optical height measuring device of the present invention is the device described in (1) above, and the first imaging optical system has a confocal disc.

【0022】(3)本発明の光学式高さ測定方法は、基
板面上に離散的に配置された構造物を測定対象物とし
て、該測定対象物の前記基板面上からの高さを光学的に
測定する光学式高さ測定方法において、前記測定対象物
に対して対物レンズを介した光を照射させると共に、前
記測定対象物と前記対物レンズとを光軸方向へ相対的に
移動させつつ、前記測定対象物からの反射光をセクショ
ニング画像として取得し、前記セクショニング画像をC
CDに結像させ、前記構造物の頂点近傍からの反射光が
結像される輝点中心または予め求められた前記構造物の
中心位置を含む前記撮像手段の複数の画素からの出力を
積分した輝度値と、このときの焦点位置との関係から前
記測定対象物の高さを求める。
(3) In the optical height measuring method of the present invention, the structures which are discretely arranged on the substrate surface are used as the measuring object, and the height of the measuring object from the substrate surface is optically measured. In the optical height measuring method for measuring the object, while irradiating the measuring object with light through an objective lens, while relatively moving the measuring object and the objective lens in the optical axis direction, , The reflected light from the measurement object is acquired as a sectioning image, and the sectioning image is displayed as C
An image is formed on a CD, and outputs from a plurality of pixels of the image pickup unit including a bright spot center where reflected light from the vicinity of the vertex of the structure is imaged or a predetermined center position of the structure are integrated. The height of the measurement target is obtained from the relationship between the brightness value and the focus position at this time.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図1は、本発明の実施の形態に係る光学式
高さ測定装置の概略構成を示す図である。図1の装置
は、大きく3つの機能に分かれている。すなわち、光源
1、レンズ(L)2、ビームスプリッタ(BS)3から
なる照明光学系と、共焦点ディスク4、結像レンズ(T
L)6、λ/4波長板7、絞り13、対物レンズ(O
B)8からなる第1結像光学系と、レンズ(L)10、
絞り14、レンズ(L)11、CCD12からなる第2
結像光学系に分かれている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical height measuring device according to an embodiment of the present invention. The device of FIG. 1 is roughly divided into three functions. That is, the illumination optical system including the light source 1, the lens (L) 2 and the beam splitter (BS) 3, the confocal disc 4, the imaging lens (T
L) 6, λ / 4 wave plate 7, diaphragm 13, objective lens (O
B) a first imaging optical system composed of 8 and a lens (L) 10,
2nd which consists of diaphragm 14, lens (L) 11, and CCD 12
It is divided into imaging optics.

【0025】対物レンズ8下方のサンプルステージ15
には、サンプル9が載置されている。また、コンピュー
タ20には、CCD12と焦点移動装置21が接続され
ている。なお、共焦点ディスク4はセクショニング効果
を発生するものであれば、どのようなパターンが形成さ
れたものであってもよい。
Sample stage 15 below the objective lens 8
A sample 9 is placed on. Further, the CCD 20 and the focus moving device 21 are connected to the computer 20. The confocal disc 4 may have any pattern as long as it produces a sectioning effect.

【0026】光源1から放射された光は、レンズ2で平
行光となり、ビームスプリッタ3で反射したあと共焦点
ディスク4に入射する。共焦点ディスク4は、例えば複
数のピンホールが形成されたディスク(例えばNipk
owディスク)であり、モータ5によって回転運動す
る。共焦点ディスク4の複数のピンホールを通過した光
は、結像レンズ6、λ/4波長板7、絞り13、対物レ
ンズ8を通りサンプル9に至る。
The light emitted from the light source 1 is collimated by the lens 2, reflected by the beam splitter 3, and then incident on the confocal disk 4. The confocal disc 4 is, for example, a disc having a plurality of pinholes (for example, Nipk).
ow disk), which is rotated by the motor 5. The light that has passed through the plurality of pinholes of the confocal disk 4 reaches the sample 9 through the imaging lens 6, the λ / 4 wavelength plate 7, the diaphragm 13, and the objective lens 8.

【0027】図1では、便宜上、共焦点ディスク4上に
ある複数のピンホールのうち、2個のピンホールを通過
した光に着目して図示している。共焦点ディスク4上の
ピンホールと対物レンズ8の焦点面は共役であり、さら
に結像レンズ6、対物レンズ8、テレセントリック絞り
13は、両側テレセントリック系の配置となっている。
また、光源1とテレセントリック絞り13は、共役関係
にある。したがって、共焦点ディスク4、結像レンズ
6、対物レンズ8等からなる第1結像光学系は、サンプ
ル9の光軸方向高さ分布を、共焦点光学系のI−Z特性
に示す強度情報に変換する機能を持つ。
In FIG. 1, for convenience, the light passing through two of the pinholes on the confocal disk 4 is shown. The pinhole on the confocal disk 4 and the focal plane of the objective lens 8 are conjugate with each other, and the imaging lens 6, the objective lens 8 and the telecentric diaphragm 13 are arranged in a bilateral telecentric system.
Further, the light source 1 and the telecentric diaphragm 13 have a conjugate relationship. Therefore, the first imaging optical system including the confocal disc 4, the imaging lens 6, the objective lens 8 and the like has intensity information indicating the height distribution in the optical axis direction of the sample 9 in the IZ characteristic of the confocal optical system. With the function to convert to.

【0028】共焦点ディスク4とCCD12は、レンズ
10、11により共役関係にある。レンズ10、11、
CCD12等からなる第2結像光学系も、レンズ10、
11、テレセントリック絞り14の配置により両側テレ
セントリック系とした。第2結像光学系はテレセントリ
ック系でなくとも良いが、第2結像光学系の長さが問題
にならなければ、周辺光量の低下が起きにくいテレセン
トリック系がより望ましい。
The confocal disk 4 and the CCD 12 are in a conjugate relationship by the lenses 10 and 11. Lenses 10, 11,
The second imaging optical system including the CCD 12 and the like also includes the lens 10,
11 and a telecentric diaphragm 14 are arranged to form a double-sided telecentric system. The second image-forming optical system does not have to be a telecentric system, but if the length of the second image-forming optical system does not matter, a telecentric system that does not easily cause a decrease in peripheral light amount is more preferable.

【0029】第1結像光学系と第2結像光学系により、
CCD12では対物レンズ8の焦点面付近だけのセクシ
ョニング画像が撮像される。CCD12で撮像されたセ
クショニング画像をモニター上に表示すれば、焦点面付
近だけが明るく見え、焦点面から光軸方向にずれた部分
は暗く見える。したがって、焦点移動装置21により、
サンプル9が載置されたサンプルステージ15または対
物レンズ8を光軸方向に移動させて複数枚のセクショニ
ング画像を取得すれば、サンプル9の3次元情報を得る
ことができる。このとき、XY測定範囲はCCD12で
の撮像視野、Z測定範囲は焦点移動させてセクショニン
グ画像を撮像した範囲である。
By the first image forming optical system and the second image forming optical system,
The CCD 12 captures a sectioning image only near the focal plane of the objective lens 8. When the sectioning image captured by the CCD 12 is displayed on the monitor, only the vicinity of the focal plane looks bright and the portion displaced from the focal plane in the optical axis direction looks dark. Therefore, with the focus moving device 21,
If the sample stage 15 on which the sample 9 is placed or the objective lens 8 is moved in the optical axis direction to acquire a plurality of sectioning images, the three-dimensional information of the sample 9 can be obtained. At this time, the XY measurement range is the imaging field of view of the CCD 12, and the Z measurement range is the range in which the focus is moved to capture the sectioning image.

【0030】以下、共焦点光学系でLSIチップ上に形
成された球状のバンプを観察した時に得られる画像につ
いて、図2、図3の(a),(b)に基づいて考えてみ
る。図2は、図1のサンプル9から絞り13までの部分
を拡大して示した図である。図2では、便宜上、対物レ
ンズ8下のサンプル9は1個のバンプ91とウエハ92
だけを図示しており、また絞り13を通過する光束は、
共焦点ディスク4上に形成されたある1つのピンホール
を通過した光束を示している。実際には、複数のピンホ
ールからの複数の光束が絞り13を通過することにな
る。
The images obtained when observing the spherical bumps formed on the LSI chip with the confocal optical system will be considered below with reference to FIGS. 2 and 3A and 3B. FIG. 2 is an enlarged view of a portion from the sample 9 to the diaphragm 13 in FIG. In FIG. 2, for the sake of convenience, the sample 9 under the objective lens 8 has one bump 91 and a wafer 92.
And the luminous flux passing through the diaphragm 13 is
It shows a light beam that has passed through a pinhole formed on the confocal disk 4. In reality, a plurality of light beams from a plurality of pinholes will pass through the diaphragm 13.

【0031】図2の絞り13を通過した光束は、対物レ
ンズ8を通り、バンプ91の頂点近傍の点Pに集光す
る。ところで、バンプは図2に示すように、その形状は
半球状であるため、点Pで反射した反射光の一部は対物
レンズ8の外側にケラレてしまう。点Pがさらに頂点か
ら離れていくほど、そこでの反射光のうち対物レンズ8
に再入射できる割合が減少してくる。
The light flux that has passed through the diaphragm 13 in FIG. 2 passes through the objective lens 8 and is condensed at a point P near the apex of the bump 91. By the way, since the bump has a hemispherical shape as shown in FIG. 2, a part of the reflected light reflected at the point P is eclipsed to the outside of the objective lens 8. The farther the point P is from the apex, the more the objective lens 8 out of the reflected light thereat.
The rate of re-injection into is decreasing.

【0032】この現象を、絞り13の中心を通る主光線
Lがバンプ上の点Pで反射し、かつ点Pで反射した主光
線Lが対物レンズ8に再入射する条件を求める。なお、
対物レンズ8の開口数(NA)は、図2におけるθか
ら、NA=sinθである。バンプは完全な半球である
と仮定し、点Pにおけるバンプの接線をB1−B2、点
Pにおける接線B1−B2に対する垂線をC1−C2と
する。
A condition for resolving this phenomenon is that the principal ray L passing through the center of the diaphragm 13 is reflected at the point P on the bump and the principal ray L reflected at the point P is re-incident on the objective lens 8. In addition,
The numerical aperture (NA) of the objective lens 8 is NA = sin θ from θ in FIG. It is assumed that the bump is a perfect hemisphere, and the tangent line of the bump at the point P is B1-B2 and the perpendicular line to the tangent line B1-B2 at the point P is C1-C2.

【0033】図2から明らかなように、主光線Lが点P
で反射して対物レンズ8に再入射するためには、対物レ
ンズ8から点Pに入射する主光線LとC1−C2のなす
角度は、θ/2以下である必要がある。主光線LとC1
−C2のなす角度がθ/2となる場合、バンプ91中心
からX軸方向(図で横方向)の点Pまでの距離は、バン
プ91の半径をRとすると、R・sin(θ/2)とな
る。したがって、主光線Lが対物レンズ8に再入射でき
る点Pの全幅領域は、2R・sin(θ/2)となる。
点Pがさらにバンプ91中心から離れると、対物レンズ
8に再入射できる反射光は急激に減少することになる。
As is apparent from FIG. 2, the chief ray L is a point P.
In order to be reflected by and be re-incident on the objective lens 8, the angle formed by the chief ray L incident on the point P from the objective lens 8 and C1-C2 needs to be θ / 2 or less. Chief rays L and C1
When the angle formed by −C2 is θ / 2, the distance from the center of the bump 91 to the point P in the X-axis direction (horizontal direction in the drawing) is R · sin (θ / 2 when the radius of the bump 91 is R. ). Therefore, the full width area of the point P at which the principal ray L can re-enter the objective lens 8 is 2R · sin (θ / 2).
When the point P further moves away from the center of the bump 91, the reflected light that can re-enter the objective lens 8 sharply decreases.

【0034】次に、LSIチップ上に形成された多数の
バンプを観察した場合の様子について述べる。図3の
(a)は、LSIチップ上のバンプ91頂点付近に合焦
した場合の共焦点画像を示す図である。図3の(a)
で、バンプ91中心に示した白抜きの明るく見える領域
の幅をφとすると、φ=2R・sin(θ/2)であ
る。実際に、バンプ91上に入射する主光線がバンプ9
1の中心から離れると、点Pにおける接線B1−B2の
傾斜が強くなることから、P点で反射した光線は主光線
Lから大きく外れて対物レンズ8に再入射できなくなる
ために、急激に暗く見える。
Next, a state in which a large number of bumps formed on the LSI chip are observed will be described. FIG. 3A is a diagram showing a confocal image when the vicinity of the bump 91 vertex on the LSI chip is focused. FIG. 3 (a)
Then, if the width of the white and brightly visible region shown at the center of the bump 91 is φ, then φ = 2R · sin (θ / 2). Actually, the chief ray incident on the bump 91 is the bump 9
When the distance from the center of 1 is great, the tangent line B1-B2 at the point P has a strong inclination, so that the ray reflected at the point P largely deviates from the principal ray L and cannot be re-incident on the objective lens 8. appear.

【0035】また、図14で示した共焦点光学系のセク
ショニング効果により、NA0.3の対物レンズ8を使
用した場合には、バンプ頂点からZ方向には数μm程度
のセクショニング画像しか観察できないので、バンプ頂
点から数10μm下側にあるLSIチップのウエハ面か
らの反射光は検出できない。したがって、図3の(a)
に示したようにバンプ91頂点付近だけが明るい画像を
観察できる。なお、図3の(a)において、LSIチッ
プのウエハ92面とバンプ91の網目部分の濃度が異な
るように図示したが、これは説明上のものであって、実
際には図3の(a)でバンプ91頂点付近だけが明るく
見え、それ以外の網目部分は真暗な状態となる。
Further, due to the sectioning effect of the confocal optical system shown in FIG. 14, when the objective lens 8 having NA 0.3 is used, only a sectioning image of several μm can be observed in the Z direction from the bump apex. The reflected light from the wafer surface of the LSI chip located several tens of μm below the bump apex cannot be detected. Therefore, in FIG.
As shown in, a bright image can be observed only near the apex of the bump 91. In FIG. 3A, the density of the wafer 92 surface of the LSI chip and the density of the mesh portions of the bumps 91 are different, but this is for the purpose of explanation, and in reality, the density of FIG. ), Only the vicinity of the apex of the bump 91 looks bright, and the other mesh portions are in a dark state.

【0036】図2において合焦位置をウエハ92に近づ
けていくと、共焦点光学系のセクショニング効果によ
り、バンプ91頂点付近は徐々に暗くなり、やがてバン
プ91及びウエハ92面は真暗な状態になり、合焦位置
がウエハ92面に合うとウエハ92面が明るく見える。
そしてウエハ92面に合焦した状態では、図3の(b)
に示すようにバンプ91は真暗の状態であり、ウエハ9
2面だけが明るく見える。
As the in-focus position is moved closer to the wafer 92 in FIG. 2, the apex of the bump 91 gradually becomes darker due to the sectioning effect of the confocal optical system, and the surfaces of the bump 91 and the wafer 92 eventually become dark. When the focus position is aligned with the wafer 92 surface, the wafer 92 surface looks bright.
Then, in the state of being focused on the surface of the wafer 92, FIG.
As shown in FIG.
Only two sides look bright.

【0037】広視野、高分解能の測定装置を本発明によ
る原理で実現するための1例として、第1の結像光学系
の対物レンズ8のNAを0.3程度、ディスク面へのサ
ンプル9の結像倍率を3倍程度、第2の結像光学系のデ
ィスク4をCCD12面上に結像する倍率を1/3倍程
度(総合倍率としては1倍になる)とすれば、ごく一般
に用いられている安価なCCDを使っても、10mm×
10mmの視野と1μm以下の分解能が比較的容易に得
られる。
As an example for realizing a wide-field, high-resolution measuring device according to the principle of the present invention, the NA of the objective lens 8 of the first imaging optical system is about 0.3, and the sample 9 on the disk surface is If the imaging magnification of is about 3 times and the magnification of imaging the disk 4 of the second imaging optical system on the surface of the CCD 12 is about 1/3 times (the total magnification becomes 1 times), it is very general. Even if the cheap CCD used is used, 10mm ×
A field of view of 10 mm and a resolution of 1 μm or less can be obtained relatively easily.

【0038】なお、セクショニング範囲は、NA0.3
で±10μmであったが、これはボケ像が重畳し得るZ
方向の最大範囲であって、また分解能そのものではない
ことに注意されたい。また分解能は、セクショニング範
囲、セクショニング画像枚数、補間方法、電気的S/N
等、様々な要因によって決まる。
The sectioning range is NA 0.3.
Was ± 10 μm, but this is due to the fact that a blurred image can be superimposed on Z
Note that it is the maximum range of directions, not the resolution itself. The resolution is the sectioning range, the number of sectioning images, the interpolation method, and the electrical S / N.
It depends on various factors.

【0039】こうして得られた複数のセクショニング画
像から、前述したような補間演算等を用いて必要な箇所
(バンプが存在するところ)のI−Zカーブを作ること
により、微少かつ高密度なバンプアレイの高さ測定が高
速に行なえることになる。より高精度な測定を行なおう
とする場合には、セクショニング間隔を狭くして、補間
精度を向上させればよい。測定時間をさらに短縮したい
場合には、若干の測定精度の劣化が伴いかねないが、セ
クショニング間隔を広くしてZ走査時間、画像処理時間
共に短縮することも容易である。
From the plurality of sectioning images obtained in this way, an I-Z curve of a necessary portion (where bumps are present) is formed by using the above-described interpolation operation or the like, whereby a minute and high-density bump array is formed. The height can be measured at high speed. In order to perform a more accurate measurement, the sectioning interval may be narrowed to improve the interpolation accuracy. If it is desired to further reduce the measurement time, the measurement accuracy may be slightly deteriorated, but it is also easy to shorten the Z scanning time and the image processing time by increasing the sectioning interval.

【0040】次に、共焦点高さ測定方式に共通する測定
精度劣化原因の除去方法について詳細に説明する。
Next, a method of removing the cause of deterioration of measurement accuracy common to the confocal height measuring method will be described in detail.

【0041】図4の(a)〜(e)及び図5の(a)〜
(e)は、バンプ頂点近傍から反射された輝点を受光す
るCCDカメラの受光部の一部を示す図である。図4の
(a)〜(e)及び図5の(a)〜(e)では、I−Z
カーブを計算しようとする画素を網目で示し着目画素と
している。また、白抜きの円がバンプ頂点近傍から反射
された輝点を示しているが、大きさは必ずしも図のよう
ではなく、さらに大きい場合も小さい場合も有り得る。
従って、前記白抜きの円は輝点の広がりを代表するエリ
アを示す程度の印と考えればよい。また、黒丸はその輝
点領域の中心を示す。
4 (a) to 4 (e) and FIG. 5 (a) to
(E) is a figure which shows a part of light-receiving part of the CCD camera which receives the bright spot reflected from the bump vicinity. In (a) to (e) of FIG. 4 and (a) to (e) of FIG.
Pixels for which a curve is to be calculated are shown by meshes and are set as target pixels. Also, the white circles indicate the bright spots reflected from the vicinity of the bump vertices, but the sizes are not necessarily as shown in the figure, and may be larger or smaller.
Therefore, the white circle may be considered as a mark indicating an area representative of the spread of the bright spots. The black circle indicates the center of the bright spot area.

【0042】まず、図4の(a)〜(e)から説明す
る。図4の(a)のZ0は、合焦位置近辺の輝点の様子
を示す。図4の(b)〜(e)のZ±11、Z±21
は、Z0の合焦位置の上下(Z軸方向)に同じ程度の距
離だけ焦点を移動したときの、輝点の広がり領域を示し
たものである。図4の(a)〜(e)は、いずれも輝点
の中心(黒丸)が全く移動しない場合を示している。
First, description will be made from (a) to (e) of FIG. Z0 in FIG. 4A indicates the state of bright spots near the in-focus position. Z ± 11 and Z ± 21 of (b) to (e) of FIG.
Shows a spread area of the bright spots when the focal point is moved up and down (Z-axis direction) about the focus position of Z0 by the same distance. 4A to 4E each show a case where the center (black circle) of the bright spot does not move at all.

【0043】したがって、バンプ頂点近傍におけるZ位
置が異なる5点の着目画素の光量変化にI−Zカーブを
フィッティングさせると、図6に黒丸と実線で示す理想
的な左右対称のカーブ61(補完曲線)ができ上がる。
このカーブ61から読み取った合焦位置(バンプの高
さ)に対応するZ位置を、図6に実線の縦線62で示し
ている。
Therefore, when the IZ curve is fitted to the change in the light amount of five target pixels having different Z positions in the vicinity of the bump apex, the ideal symmetrical curve 61 (complementary curve 61) shown by black circles and solid lines in FIG. ) Is completed.
The Z position corresponding to the in-focus position (bump height) read from the curve 61 is shown by a solid vertical line 62 in FIG.

【0044】これに対して図5の(a)〜(e)では、
合焦位置の上下(Z軸方向)により焦点位置が移動する
に伴って、サンプルステージ15または対物レンズ8の
光軸方向への移動による光軸ズレにより輝点の中心(黒
丸)が左右方向に移動する。この輝点中心がずれる現象
はステージ等の振動によって生じたのか光学系の走りに
よって生じたのかは問題ではなく、何らかの原因で、こ
うした現象が生じる。
On the other hand, in (a) to (e) of FIG.
As the focus position moves above and below the focus position (Z-axis direction), the optical axis shifts due to the movement of the sample stage 15 or the objective lens 8 in the optical axis direction, causing the center of the bright spot (black circle) to move in the horizontal direction. Moving. It does not matter whether the phenomenon in which the center of the bright spot is displaced is caused by the vibration of the stage or the like, or by the running of the optical system, and the phenomenon is caused for some reason.

【0045】この時、図5の(a)〜(e)の着目画素
は、図5の(a)に示した合焦位置近辺のZ0では図4
の(a)の場合と全く同じ状態で等しい強度の反射光を
受光し、焦点位置がマイナス方向に1スライスレベル移
動した図5の(b)の場合だけ、輝点中心が着目画素の
中心に寄り、図4の(b)の場合より高い強度の光を受
けている。それ以外の図5の(c)〜(e)の場合は、
輝点中心が着目画素の中心から離れる方向に移動し、図
4の(c)〜(e)に比べて全て低い値を示すことにな
る。なぜなら、輝点の広がり範囲における光強度は、周
辺にいくにしたがって低くなることから、輝点中心の明
るい部分が着目画素から外れると、着目画素に取り込ま
れる光量は減少することになる。
At this time, the pixels of interest in FIGS. 5A to 5E are shown in FIG. 4 at Z0 near the in-focus position shown in FIG.
Only in the case of (b) of FIG. 5 in which reflected light of equal intensity is received in the same state as in (a) of FIG. On the other hand, it receives light of higher intensity than in the case of FIG. In other cases (c) to (e) of FIG.
The center of the bright spot moves in the direction away from the center of the pixel of interest, and all the values are lower than those in (c) to (e) of FIG. This is because the light intensity in the spread range of the bright spot becomes lower toward the periphery, so that if the bright portion at the center of the bright spot deviates from the pixel of interest, the amount of light taken in by the pixel of interest will decrease.

【0046】再び、これらZ位置が異なる5点の着目画
素の光量変化にI−Zカーブをフィッティングさせる
と、図6に網目丸と破線で示すような少しゆがんだカー
ブ63(補完曲線)ができ上がる。このカーブ63から
合焦位置に対応するZ位置を読み取ると、図6の破線の
ピーク位置は縦線64となり、明らかに理想的なI−Z
カーブ(図6の実線)のピーク位置であり、縦線62か
ら外れてしまう。
When the IZ curve is fitted to the changes in the light amount of the five target pixels having different Z positions again, a slightly distorted curve 63 (complementary curve) as shown by a mesh circle and a broken line in FIG. 6 is formed. . When the Z position corresponding to the in-focus position is read from this curve 63, the peak position of the broken line in FIG. 6 becomes the vertical line 64, which is clearly the ideal I-Z.
It is the peak position of the curve (solid line in FIG. 6) and deviates from the vertical line 62.

【0047】このように、CCDの1画素にのみ着目し
てその受光強度変化からI−Zカーブを形成しようとす
ると、セクショニング画像ごとに像の横ズレが起これば
必ず高さ測定値が変化してしまうことが解る。
As described above, if one pixel of the CCD is focused and an IZ curve is formed from the change in the received light intensity, the height measurement value is always changed if the image laterally shifts for each sectioning image. I understand that I will do it.

【0048】本発明では、1個のバンプの高さを測定す
るに際して、図4の(a)〜(e)及び図5の(a)〜
(e)の様に、1個の着目画素だけ輝点中心の強度変化
からI−Zカーブを形成するのではなく、コンピュータ
20にて、輝点中心を含むCCDの複数画素の出力を積
分した輝度値からI−Zカーブを計算し、高さ測定を行
なう。すなわち、コンピュータ20は、焦点移動装置2
1を制御してサンプルステージ15または対物レンズ8
を光軸方向に移動制御して焦点位置を変えながらバンプ
の頂点近傍からの反射光が結像されるCCD12中の一
番明るい画素を中心とする複数の画素で受光した光量の
積分値を求め、サンプル9と対物レンズ8の相対的移動
量と輝度値のI−Zカーブによりバンプの高さを求め
る。これにより、前述した誤差を著しく改善できる。
In the present invention, when measuring the height of one bump, (a) to (e) of FIG. 4 and (a) to (a) of FIG.
As shown in (e), the IZ curve is not formed from the intensity change of the bright spot center for only one pixel of interest, but the computer 20 integrates the outputs of a plurality of pixels of the CCD including the bright spot center. The I-Z curve is calculated from the luminance value and the height is measured. That is, the computer 20 uses the focus moving device 2
1 to control the sample stage 15 or the objective lens 8
While controlling the movement in the direction of the optical axis to change the focal position, the integral value of the amount of light received by a plurality of pixels centered on the brightest pixel in the CCD 12 on which the reflected light from the vicinity of the bump apex is imaged is obtained. , The height of the bump is determined from the relative movement amount of the sample 9 and the objective lens 8 and the IZ curve of the luminance value. Thereby, the above-mentioned error can be remarkably improved.

【0049】本発明者らの実験で、直径100μm、高
さ80μmのハンダバンプの輝点の中心位置を、図7に
示すようにCCDの1画素以内で6カ所(CCD画素が
10μm×10μmだとすると2μmおき)に移動させ
て、その高さ繰り返し再現性を比較した。その結果、3
σで光量積分画素が1画素だけの場合は0.7μm程度
もあったものが、5×5画素の積分強度で測定した場合
は0.12μm程度に収まることが解った。ちなみに、
この実験に用いたCCDカメラは、ソニー社製のMODEL
XC-7500である。
In the experiments conducted by the present inventors, as shown in FIG. 7, the center positions of the bright spots of a solder bump having a diameter of 100 μm and a height of 80 μm are within 6 pixels within one pixel of the CCD (2 μm when the CCD pixel is 10 μm × 10 μm). Every other time, the height repeatability was compared. As a result, 3
It was found that the value of σ was about 0.7 μm when there was only one pixel for integrating the light amount, but it was about 0.12 μm when measured with the integrated intensity of 5 × 5 pixels. By the way,
The CCD camera used in this experiment is MODEL made by Sony Corporation.
The XC-7500.

【0050】さらに、この実験で図3の(a)の明るく
見えるバンプ頂点の領域は、総合倍率1倍で3×3画素
程度であり、バンプ領域全体に比べるとわずかな領域
で、半球のごく頂点に近い範囲だけを見ている事にな
る。
Further, in this experiment, the area of the bump apex which appears bright in FIG. 3A is about 3 × 3 pixels at a total magnification of 1 ×, which is a small area compared to the entire bump area and is a hemisphere. You are only looking at the area near the top.

【0051】しかし、光量の積分領域はいくらでも大き
くして良いというわけではない。図3の(a),(b)
に示されるバンプ領域を越えてしまうと、その近傍にあ
る反射率の高いバンプ以外の構造物(例えばA1配線)
の影響を受けて誤差を生じる可能性があるので、バンプ
領域内には止めておくべきである。
However, the integration area of the light quantity may not be increased as much as possible. 3 (a), (b)
Structures other than bumps with high reflectance in the vicinity of the bump area shown in (ex. A1 wiring)
Therefore, it should be stopped in the bump area because it may cause an error.

【0052】以上のような光量積分によるバンプの高さ
測定の改善の理由は、以下図8の(a)〜(b)に示す
ように、CCDの画素間は完全に信号遮断(アイソレー
ション)されているのではなく、隣接画素の電荷が有る
程度流れ込んできていることに依るものと考えられる。
The reason why the bump height measurement is improved by the light amount integration as described above is that the signal is completely cut off (isolation) between the pixels of the CCD as shown in FIGS. It is considered that this is not due to the fact that the charges of the adjacent pixels flow into the adjacent pixels.

【0053】図8の(a)は、CCD画素以下の大きさ
の光点を、着目する3画素a、b、cの上を図の範囲で
連続的に走査した状態を示し、図8の(b)は画素a、
b、cそれぞれの光電変換出力を示している。
FIG. 8A shows a state in which a light spot having a size equal to or smaller than the CCD pixel is continuously scanned within the range of the drawing on the three pixels a, b and c of interest, and FIG. (B) is pixel a,
The photoelectric conversion outputs of b and c are shown.

【0054】さらに、図8の(c)は上記3つの画素
a、b、cの強度の和の変化を示している。図8の
(c)から、輝点の場所による強度変化が思いのほか小
さいことが解る。これが、CCDの1画素ごとにI−Z
カーブを計算してバンプの高さ測定をするよりも、バン
プの頂点を含む複数の画素強度を積分した強度から計算
した方が再現性の良い値が得られる最大の理由である。
Further, FIG. 8C shows a change in the sum of the intensities of the three pixels a, b and c. From FIG. 8C, it can be seen that the intensity change depending on the location of the bright spot is unexpectedly small. This is I-Z for each pixel of CCD
The most reason for obtaining a reproducible value is to calculate from the intensity obtained by integrating the intensity of a plurality of pixels including the apex of the bump, rather than calculating the curve to measure the height of the bump.

【0055】また、本発明の効果を得るための光量積分
領域の選び方は、特に限定されるものではなく、例えば
図9の(a)に示す様なバンプ領域91内で合焦時に最
も強い反射光が観測される画素(最も明るい画素)92
を中心にして予め決められた連続領域(例えば、5×5
画素)を光量積分領域として選択したり、図9の(b)
に示す様に、バンプ領域91内の最も明るい画素92か
ら順番に明るい画素93を複数(例えば6画素)選択す
るなど、様々な方法が考えられる。また、最も明るい画
素を中心としてライン状に並ぶ複数画素を選択したり、
最も明るい画素を中心として十字状に並ぶ複数画素を選
択して積分してもよい。あるいは、CCD等の撮像素子
に結像されるバンプ頂点の輝点中心を中心に複数の画素
からの出力を積分する方法とは別に、設計データや撮像
素子で撮像された画像から各バンプの中心位置を求め、
この中心位置に対応する画素を中心にして複数の画素か
らの出力を積分することもできる。
The method of selecting the light amount integration region for obtaining the effect of the present invention is not particularly limited, and the strongest reflection during focusing in the bump region 91 as shown in FIG. 9A, for example. Pixel where light is observed (the brightest pixel) 92
A predetermined continuous area (for example, 5 × 5)
Pixel) is selected as the light amount integration area, or (b) in FIG.
As shown in, various methods such as selecting a plurality of bright pixels 93 (for example, 6 pixels) in order from the brightest pixel 92 in the bump region 91 are conceivable. Also, you can select multiple pixels arranged in a line centered on the brightest pixel,
A plurality of pixels arranged in a cross shape with the brightest pixel as the center may be selected and integrated. Alternatively, in addition to the method of integrating the outputs from a plurality of pixels around the center of the bright point of the bump apex imaged on the image sensor such as CCD, the center of each bump can be determined from the design data or the image captured by the image sensor. Find the position,
It is also possible to integrate the outputs from a plurality of pixels with the pixel corresponding to this center position as the center.

【0056】また、複数枚のセクショニング画像を取得
する手段としては、前述したようにサンプルステージ1
5または対物レンズ8を光軸方向に移動させるという方
法ばかりではなく、場合によっては結像レンズ6を移動
させてもよい。この場合、一般に結像レンズ6は、対物
レンズ8やサンプルステージ15よりも軽量なものとな
るであろうから、より高速なZ走査が行なえる。
As a means for acquiring a plurality of sectioning images, the sample stage 1 is used as described above.
In addition to the method of moving the objective lens 5 or the objective lens 8 in the optical axis direction, the imaging lens 6 may be moved in some cases. In this case, the imaging lens 6 will generally be lighter in weight than the objective lens 8 and the sample stage 15, so that higher-speed Z scanning can be performed.

【0057】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施でき
る。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be carried out by appropriately modifying it without departing from the scope of the invention.

【0058】[0058]

【発明の効果】本発明によれば、離散的に形成された構
造物の高さを高速、高精度で測定する光学式高さ測定装
置及び方法を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide an optical height measuring apparatus and method for measuring the height of a structure formed discretely at high speed and with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る光学式高さ測定装置
の概略構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical height measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態に係る光学式高さ測定装置
の概略構成を示す拡大図。
FIG. 2 is an enlarged view showing a schematic configuration of an optical height measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態に係る、LSIチップ上の
バンプ頂点に合焦した場合の共焦点画像と、LSIチッ
プのウエハ面に合焦した場合の共焦点画像を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a confocal image when focused on a bump vertex on an LSI chip and a confocal image when focused on a wafer surface of an LSI chip according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態に係る、Z移動に伴いバン
プ頂点近傍の輝点がCCD上で変動せずにボケていった
状態を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a state in which a bright point near a bump vertex does not fluctuate on a CCD and is blurred with Z movement according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態に係る、Z移動に伴いバン
プ頂点近傍の輝点がCCD上で変動しながらボケていっ
た状態を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a state in which a bright spot near a bump apex is defocused while fluctuating on a CCD along with Z movement according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態に係る補完演算による高さ
測定値の違いを示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a difference in height measurement value by the complementary calculation according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態に係る繰り返し再現性に関
する図。
FIG. 7 is a diagram regarding repeatability according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態に係る光量積分によるバン
プの高さ測定の改善の理由を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing the reason for improving bump height measurement by light amount integration according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態に係る光量積分領域の選び
方を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing how to select a light amount integration region according to the embodiment of the present invention.

【図10】従来例に係るバンプ電極が形成されたLSI
チップの概略平面図。
FIG. 10 is an LSI having a bump electrode according to a conventional example.
The schematic plan view of a chip.

【図11】従来例に係るLSIチップと基板が接続した
状態を示す側面図。
FIG. 11 is a side view showing a state where an LSI chip and a substrate according to a conventional example are connected.

【図12】従来例に係る図10のA−A’断面の拡大
図。
12 is an enlarged view of an AA ′ cross section of FIG. 10 according to a conventional example.

【図13】従来例に係る共焦点光学系の概略構成を示す
図。
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a confocal optical system according to a conventional example.

【図14】従来例に係るI−Z特性を示す図。FIG. 14 is a diagram showing IZ characteristics according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源 2…レンズ 3…ビームスプリッタ 4…共焦点ディスク 5…モータ 6…結像レンズ 7…λ/4波長板 8…対物レンズ 9…サンプル 10…レンズ 11…レンズ 12…CCD 13…絞り 14…絞り 15…サンプルステージ 20…コンピュータ 21…焦点移動装置 91…バンプ 92…ウエハ 1 ... Light source 2 ... Lens 3 ... Beam splitter 4 ... Confocal disc 5 ... Motor 6 ... Imaging lens 7 ... λ / 4 wave plate 8 ... Objective lens 9 ... Sample 10 ... Lens 11 ... Lens 12 ... CCD 13 ... Aperture 14 ... Aperture 15 ... Sample stage 20 ... Computer 21 ... Focus moving device 91 ... Bump 92 ... Wafer

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Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板面上に離散的に配置された構造物を測
定対象物として、該測定対象物の前記基板面上からの高
さを光学的に測定する光学式高さ測定装置において、 対物レンズの焦点位置を光軸方向に移動させる移動手段
と、 前記測定対象物に対して前記対物レンズを介した光を照
射させると共に、前記移動手段により前記測定対象物と
前記対物レンズとを光軸方向へ相対的に移動させつつ、
前記測定対象物からの反射光をセクショニング画像とし
て取得する共焦点光学系を構成する第1の結像光学系
と、 前記第1の結像光学系によるセクショニング画像を撮像
手段に結像させる第2の結像光学系とを具備し、 前記構造物の頂点近傍からの反射光が結像される輝点中
心または予め求められた前記構造物の中心位置を含む前
記撮像手段の複数の画素からの出力を積分した輝度値と
焦点位置との関係から前記測定対象物の高さを求めるこ
とを特徴とする光学式高さ測定装置。
1. An optical height measuring device for optically measuring the height of the measurement object from the surface of the substrate, wherein structures discretely arranged on the substrate surface are used as the measurement object. Moving means for moving the focal position of the objective lens in the optical axis direction, and irradiating the measuring object with light through the objective lens, and moving the measuring object and the objective lens by the moving means. While moving relatively in the axial direction,
A first imaging optical system that constitutes a confocal optical system that acquires reflected light from the measurement target as a sectioning image, and a second imaging image that forms a sectioning image by the first imaging optical system on an imaging unit. The image forming optical system of the above, and from a plurality of pixels of the image pickup means including a bright spot center where reflected light from the vicinity of the vertex of the structure is imaged or a center position of the structure determined in advance. An optical height measuring device, characterized in that the height of the object to be measured is obtained from the relationship between the brightness value obtained by integrating the output and the focus position.
【請求項2】前記第1の結像光学系は、共焦点ディスク
を有することを特徴とする請求項1に記載の光学式高さ
測定装置。
2. The optical height measuring apparatus according to claim 1, wherein the first imaging optical system has a confocal disc.
【請求項3】基板面上に離散的に配置された構造物を測
定対象物として、該測定対象物の前記基板面上からの高
さを光学的に測定する光学式高さ測定方法において、 前記測定対象物に対して対物レンズを介した光を照射さ
せると共に、前記測定対象物と前記対物レンズとを光軸
方向へ相対的に移動させつつ、前記測定対象物からの反
射光をセクショニング画像として取得し、 前記セクショニング画像をCCDに結像させ、 前記構造物の頂点近傍からの反射光が結像される輝点中
心または予め求められた前記構造物の中心位置を含む前
記撮像手段の複数の画素からの出力を積分した輝度値
と、このときの焦点位置との関係から前記測定対象物の
高さを求めることを特徴とする光学式高さ測定方法。
3. An optical height measuring method for optically measuring the height of the measuring object from the surface of the substrate, wherein the structures discretely arranged on the substrate surface are used as the measuring object. While irradiating the measurement object with light through an objective lens, while relatively moving the measurement object and the objective lens in the optical axis direction, a sectioned image of reflected light from the measurement object is obtained. A plurality of the imaging means including the center position of the bright spot on which the reflected light from the vicinity of the vertex of the structure is imaged or the center position of the structure determined in advance. An optical height measuring method, characterized in that the height of the measuring object is obtained from the relationship between the luminance value obtained by integrating the output from the pixel and the focal position at this time.
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