CN111609799A - 检查装置及检查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检查装置及检查方法。根据一实施方式，本实施方式的检查装置具备可搭载表面具有突出部的衬底的载台。环构件在载台上挤压衬底的外周。液体供给部向衬底的表面上供给液体直到距该表面为第1高度为止。拍摄部从衬底的表面的上方拍摄液体的表面及突出部。运算部使用拍摄部的图像，判断从液体的表面露出的突出部的露出部分的大小，并基于该露出部分的大小来判断突出部的高度。

Description

检查装置及检查方法
相关申请的引用
本申请基于2019年2月22日提出申请的先行日本专利申请第2019-030746号的优先权的利益且要求该利益，其所有内容通过引用的方式包含于本文。
技术领域
此处要说明的多种形态的实施方式总体来说涉及一种检查装置及检查方法。
背景技术
以往，在半导体制造工序中，对凸块等表面结构的凹凸的高度进行测定的半导体检查装置使用共聚焦方式、三角测量方式、白色干涉方式等手法。但是，这些方式中，需要边偏移焦点位置或照射光的位置边检测反射光，测定多个凸块等的高度需要花费长时间。
发明内容
本发明的实施方式提供一种能够在短时间内测定表面结构的高度的检查装置及检查方法。
本实施方式的检查装置具备能够搭载表面具有突出部的衬底的载台。环构件在载台上对衬底的外周进行挤压。液体供给部向衬底的表面上供给液体直到距该表面为第1高度。拍摄部从衬底的表面上方拍摄液体的表面及突出部。运算部使用来自拍摄部的图像，判断从液体表面露出的突出部的露出部分的大小，并基于该露出部分的大小来判断突出部的高度。
根据所述构成，可以提供能够在短时间内测定表面结构的高度的检查装置及检查方法。
附图说明
图1是表示第1实施方式的检查装置的构成例的概略图。
图2(A)、(B)是表示凸块的露出部分与凸块的高度的关系的概念图。
图3(A)、(B)是表示凸块的露出部分与凸块的高度的关系的概念图。
图4(A)、(B)是表示凸块的露出部分与凸块的高度的关系的概念图。
图5(A)、(B)是表示第1实施方式的检查方法的一例的概念图。
图6(A)、(B)是接着图5而表示检查方法的一例的概念图。
图7(A)、(B)是接着图5而表示检查方法的一例的概念图。
图8是接着图5而表示检查方法的一例的概念图。
图9是表示凸块的高度的判断手法的流程图。
图10是表示第2实施方式的检查装置的构成例的概略图。
图11是表示贴膜机构的构成例的概略图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。本实施方式并不对本发明进行限定。附图是示意图或概念图，各部分的比率等未必与实物相同。在说明书及附图中，对于与上图中已叙述的相同的要素附加相同的符号并适当省略其详细说明。
(第1实施方式)图1是表示第1实施方式的检查装置的构成例的概略图。本实施方式的检查装置1是对形成于半导体衬底W上的多个凸块B的高度进行测定的半导体检查装置。检查装置1具备腔室10、载台20、密封环30、液体喷嘴40、清洗喷嘴50、相机60、控制部70、驱动部80、及运算部90。
腔室10收容载台20、密封环30、喷嘴40、50及相机60，其内部也可以通过真空泵95抽成真空。载台20能够大致水平地搭载衬底W，可利用静电夹或真空夹来吸附衬底W。例如，通过设置于载台20内的吸引路径22对衬底W与载台20的表面之间进行吸引，将衬底W吸附于载台20的表面即可。通过载台20吸附衬底W，即使衬底W一定程度变形，也会在载台20上被矫正的大致平坦。载台20构成为被轴21支撑，且能以轴21为中心旋转。
作为环构件的密封环30构成为在载台20的表面上能够向大致铅垂方向(Z方向)移动。将衬底W搭载于载台20上之后，密封环30向衬底W下降，对衬底W的外周进行挤压。通过密封环30对衬底W的外周进行挤压，密封环30与衬底W之间被密封成液密状态，可以在密封环30的内侧的衬底W的表面上积存液体。密封环30的Z方向的高度(厚度)在Z方向上高于凸块B。密封环30例如使用硅酮这样的不使液体通过且可密接于衬底W的树脂等。另外，在将密封环30与衬底W密接时，也可以使载台20向Z方向上升，从而将衬底W向密封环30密接。
衬底W例如是具有NAND型闪速存储器等半导体元件的半导体晶片。在半导体晶片的表面上形成有多个单独的半导体芯片。一个半导体芯片在其表面具有多个凸块B作为突出部。在与其他半导体芯片进行倒装芯片连接时、安装到安装衬底时，凸块B分别连接其他半导体芯片或安装衬底的对应电极(未图示)。因此，凸块B的高度优选为距衬底W的表面起的特定范围内。当凸块B的高度未处于特定范围内时，有可能会引起凸块B与其他半导体芯片、安装衬底的电极连接不良(断路或短路)。因此，测定凸块B的高度并判断是否处于特定范围内是重要的。
作为液体供给部的液体喷嘴40向被密封环30挤压的状态下的衬底W的表面供给液体L。密封环30密接于衬底W的外缘，因此液体L在密封环30的内侧积存于衬底W上。液体喷嘴40以液体L的液面FL距衬底W的表面为特定的第1高度H1的方式供给特定量的液体。第1高度H1设定为衬底W的表面上方、且比正常的凸块B的上端及密封环30的上端的高度低的位置。从液体喷嘴40供给的液体L的量是以液面FL为第1高度H1的方式预先设定的，并存储在运算部90内的存储器91。液体喷嘴40每次测定衬底W时供给该特定量的液体。此时，第1高度H1比凸块B的前端低，因此凸块B的前端部从液体L的液面FL突出。此外，凸块B在其前端具有焊锡球，呈大致球状或尖锐状。当凸块B为所需高度时，以液体L的液面FL存在于凸块B的前端的大致球状或尖锐状的部分的方式调整液体L的特定量。因此，从衬底W的表面上方观察时，从液体L的液面FL露出的凸块B的二维大小(面积)是根据凸块B的高度而变化的。本实施方式的检查装置1以液体L的液面FL为基准面，测定从该液面FL露出的凸块B的面积，由此判断凸块B的高度。关于凸块B的高度的判断在后文详细说明。
液体L是不与衬底W、凸块B及密封环30反应的液体，例如可为水、有机溶剂等。当腔室10被抽真空时，优选为高沸点的有机溶剂等。此外，为了能够让相机60及运算部90识别液体L、凸块B及衬底W的表面，液体L的颜色属性不同于凸块B及衬底W的表面。颜色属性只要能够让运算部90识别相机60的图像，可以是色度、彩度、亮度的任一个。例如，液体L可以是亮度比凸块B及衬底W的表面低的液体。该情况下，运算部90可使用液体L与凸块B的对比度差，来识别凸块B与液体L。由此，运算部90可使用相机60的二维图像，运算从液体L露出的凸块B的部分(露出部分)的二维面积。
凸块B优选对液体L具有斥液性。由此，抑制液体L因表面张力而被覆凸块B的侧面直到比第1高度H1高的位置，从而将液体L的液面FL(基准面)维持为第1高度H1。通过将液面FL维持为第1高度H1，运算部90可以准确地判断凸块B的露出部分的大小。
作为拍摄部的相机60从衬底W的表面的上方(Z方向)拍摄液体L的液面FL及凸块B。由此，相机60可拍摄液体L的液面FL及凸块B的平面图像(二维图像)。相机60可为CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金氧半导体)传感器、CCD(Charge-Coupled Device，电荷耦合器件)传感器等。相机60的图像数据被发送给运算部90。
运算部90使用相机60的图像数据来判断从液体L的液面FL露出的凸块B的露出部分的大小。从衬底W的上方观察时，露出部分的大小可以是露出部分的平面图像的二维区域的面积或其直径。另外，本实施方式中，露出部分的大小是根据平面图像的面积来判断的。运算部90例如基于图像的亮度识别液体L与凸块B，计算检测凸块B的相机60的像素数。该像素数在平面图像中对应于面积，因此运算部90通过计算检测凸块B的像素数，可判断凸块B的露出部分的面积。
进而，凸块B的露出部分的面积如上所述对应于凸块B的高度。因此，结果是拍摄凸块B的像素数对应于凸块B的高度，求出凸块B的像素数，就能判断凸块B的高度是否合适。凸块B的前端部的焊锡球的形状、大小比凸块的高度稳定，可以说凸块B的像素数对应于凸块B的高度。因此，运算部90可基于凸块B的像素数是否处于特定范围内来进行判断。像素数的上限值与下限值为预先设定且存储在存储器91中。
清洗喷嘴50在检测凸块B后向衬底W供给清洗液，对衬底W的表面进行清洗。凸块B检查后，从衬底W的表面卸下密封环30。然后，载台20使衬底W旋转，同时清洗喷嘴50向衬底W供给清洗液。由此，检查装置1在检查凸块B之后可以对衬底W进行清洗。清洗衬底W之后，载台20使衬底W高速旋转，使其旋转干燥。
控制部70对驱动部80及其他构成要素进行控制。驱动部80受控制部70的控制，而驱动载台20、密封环30、液体喷嘴40、清洗喷嘴50、及相机60。例如，驱动部80驱动载台20的真空夹或静电夹、或者使载台20旋转及上下移动。或者，驱动部80使密封环30在Z方向上下移动。或者，驱动部80使液体喷嘴40及清洗喷嘴50喷出液体或清洗剂。另外，控制部70及驱动部80是一起进行图示的，但也可以对载台20、密封环30、液体喷嘴40、清洗喷嘴50及相机60分别单独地设置。
图2(A)～图4(B)是表示凸块B的露出部分与凸块B的高度的关系的概念图。图2～图4的(A)是在检查装置1中衬底W的表面积存液体L的状态下，从衬底W的表面上方(Z方向)观察凸块B的俯视图。即，图2～图4的(A)是相机60拍摄的凸块B的平面图像。图2～图4的(B)是在同样的状态下从衬底W的侧方观察凸块B的侧视图。另外，图2(A)～图4(B)中仅图示了1个凸块B，但衬底W设置有更多的凸块B。
图2(A)及图2(B)中，凸块B的高度较高，凸块B的前端从液体L的液面FL(基准面)较多地突出。该情况下，如图2(A)所示，凸块B的露出部分Bex的外缘接近凸块B的底面部分Bb的外缘。凸块B的露出部分Bex较大，因此相机60的平面图像中，露出部分Bex的像素数相对较多。例如，当露出部分Bex的像素数超过预先设定的上限值时，运算部90判断凸块B过高，判断该凸块B为不良。
图3(A)及图3(B)中，凸块B的高度适当，凸块B的前端从液体L的液面FL以一定程度突出。该情况下，如图3(A)所示，凸块B的露出部分Bex的外缘位于凸块B的底面部分Bb的内侧，相对于底面部分Bb具有余裕。由于凸块B的露出部分Bex为适当的大小，因此相机60的平面图像中，露出部分Bex的像素数也处于特定范围内。该情况下，运算部90判断凸块B的高度适当，判断该凸块B为良品。
图4(A)及图4(B)中，凸块B的高度较低，凸块B的前端几乎未从液体L的液面FL突出。该情况下，如图4(A)所示，凸块B的露出部分Bex非常小或者没有，相机60的平面图像中，露出部分Bex的像素数过小。例如，当露出部分Bex的像素数低于预先设定的下限值时，运算部90判断凸块B过低，判断该凸块B为不良。
像这样，运算部90使用相机60的平面图像，根据凸块B的露出部分Bex的像素数是否处于预先设定的特定范围内，来判断凸块B的高度。当露出部分Bex的像素数处于特定范围内时，运算部90判断凸块B的高度适当。当露出部分Bex的像素数未处于特定范围内时，运算部90判断凸块B的高度过高或者过低。该情况下，判断该凸块B为不良。决定凸块B的良否的像素数的特定范围可根据液体L的供给量、即液面FL(基准面)的高度H1的设定而变更。
根据本实施方式，追加利用密封环30挤压衬底W的工序及供给液体L的工序。但是，相机60只要拍摄一次衬底W的平面图像即可，无需调整焦点位置，也无需边移动拍摄位置边连续拍摄图像。例如，用共聚焦方式、三角测量方式、白色干涉方式等手法测定凸块B的高度需要花费1小时～几十小时。相对于此，根据本实施方式的检查装置1，判断凸块B的高度只需要约5分钟。因此，本实施方式的检查装置1能够整体大幅度缩短凸块B的检查时间。
接着，说明本实施方式的检查方法。
图5(A)～图8是表示第1实施方式的检查方法的一例的概念图。首先，如图5(A)所示，将衬底W搭载于载台20上。载台20利用真空夹或静电夹来吸附衬底W。
接着，如图5(B)所示，使密封环30接触衬底W的外缘。如图6(A)所示，利用密封环30挤压衬底W的外缘。由此，使密封环30与衬底W之间液密地密接。
接着，如图6(B)所示，液体喷嘴40向密封环30的内侧供给液体L，液体L积存在衬底W的表面上。液体喷嘴40喷出特定量的液体L。由此，液体L积存到距衬底W的表面为第1高度H1为止。像这样，以衬底W上的凸块B的上端部露出的方式，将液体L的液面FL设定为第1高度H1。这时的液体L的液面FL是用于检测凸块B的露出部分的基准面。另外，图5(A)～图8中省略了凸块B的图示。
接着，如图7(A)所示，从衬底W的表面的上方(Z方向)利用相机60拍摄衬底W的表面。由此，拍摄从作为基准面的液体L的液面FL露出的凸块B的上端部。运算部90根据相机60的图像判断凸块B的高度，从而判断该凸块B的良否。凸块B的高度的判断手法将参照图9在后文说明。
接着，如图7(B)所示，从衬底W的端部卸除密封环30。接着，如图8所示，清洗喷嘴50向衬底W上供给清洗液。清洗液对衬底W上的液体L进行冲洗。清洗液例如可为透明的纯水等。此时，载台20使衬底W旋转而甩掉清洗液。清洗衬底W之后，载台20使衬底W进一步旋转而使其旋转干燥。
然后，从腔室10搬出衬底W。由此，衬底W的检查处理结束。
图9是表示凸块B的高度的判断手法的流程图。运算部90取得来自相机60的平面图像(S10)。接着，运算部90例如基于图像的对比度而识别液体L的液面FL与凸块B的表面(S20)。识别是基于颜色属性(色度、彩度、或亮度)的差异而执行的。例如，运算部90使用液体L与凸块B的对比度差来识别凸块B与液体L。
进而，基于图像的对比度识别液体L与凸块B之后，运算部90计算检测凸块B的相机60的像素数(S30)。运算部90通过计算检测凸块B的像素数，可判断凸块B的露出部分的面积。
接着，运算部90判断凸块B的像素数是否处于特定范围内(S40)。当像素数处于特定范围内时(S40的是)，运算部90判断凸块B的高度适当，判断该凸块B为良品(S50)。当像素数未处于特定范围内时(S40的否)，运算部90判断凸块B过高或者过低，判断该凸块B为不良(S60)。
多个凸块B中即使只有一个不良时，也有很大可能引起与其他半导体芯片或安装衬底的连接不良。因此，这样的半导体芯片判断为不良。
像这样，根据本实施方式，通过一张静止平面图像就能检测凸块B的高度。由此，可以缩短凸块B的检查时间。图9的凸块B的检查可以一次性对衬底W整体进行，或者也可以对衬底W的一部分(例如半导体芯片)进行。一次性检测衬底W时，利用相机60拍摄一次即可，从而可缩短检查时间。另一方面，按半导体芯片检查时，拍摄1个凸块B的像素数变多，因此检查装置1可更准确地判断凸块B的高度。或者，也可以按半导体芯片的更小部分来拍摄并检查凸块B。该情况下，检查装置1可进一步地更准确地判断凸块B的高度。在检测衬底W的多个部位时，可以使衬底W静止而移动相机60，也可以使相机60停止而移动衬底W，还可以使衬底W与相机60同时移动。
另外，若腔室10被抽真空，不受空气晃动等影响，从而可更准确地进行检查。
(第2实施方式)图10是表示第2实施方式的检查装置2的构成例的概略图。第1实施方式中，是以液体L的液面FL为基准面而判断凸块B的高度。相对于此，第2实施方式中，在衬底W的表面上贴附膜FM，以膜FM的上表面FF为基准面而判断凸块B的高度。
图10的检查装置2除了具备图1的检查装置1的构件外，还具备贴膜机构100、及搬送机器人200。贴膜机构100的构成在后文参照图11来说明。搬送机器人200是在检查装置1与贴膜机构100之间搬送衬底W的机械臂。此外，搬送机器人200在检查装置1与晶匣之间、或者贴膜机构100与晶片匣之间搬送衬底W。
图11是表示贴膜机构100的构成例的概略图。作为贴附部的贴膜机构100具备腔室110、真空泵120、隔片130、及载台140。
腔室110利用真空泵120被抽真空，其内部收容载台140、隔片130。此外，腔室110内，可在载台140上载置衬底W，在衬底W上贴附膜FM。
如图11的箭头所示，随着腔室110内的抽真空，气体流入衬底W的相反侧，隔片130向衬底W侧鼓起。继续将腔室110内抽真空，隔片130将膜FM推向衬底W的表面，使膜FM密接于衬底W的表面，使凸块B的上端从膜FM突出。膜FM以膜FM与衬底W之间不残留气体(空隙)的方式，使膜FM充分密接于衬底W的表面。然后，停止真空泵120的动作，使隔片130离开膜FM及衬底W。此时，也可以利用真空泵120抽掉衬底W相反侧的隔片130的气体。使隔片130离开后，将衬底W的表面上的膜FM的上表面FF设定为距衬底W的表面为第1高度H1。即，第2实施方式中，将膜FM在腔室10内贴附于衬底W的表面，以凸块B顶起膜FM的方式加压。对膜FM加圧后，以膜FM的上表面FF为第1高度H1的方式设定膜FM的厚度。
膜FM使用能够被凸块B顶破的具有柔软性的树脂材料(例如环氧系树脂膜)。膜FM具有距衬底W的表面为第1高度H1的厚度。此外，为了让相机60及运算部90能够识别膜FM、凸块B及衬底W的表面，膜FM的颜色属性(例如色度、彩度或亮度)不同于凸块B及衬底W的表面。例如，膜FM可为亮度比凸块B及衬底W的表面低的树脂。
然后，将贴附有膜FM的衬底W从图10所示的贴膜机构100搬送到检查装置1。即，搬送机器人200将衬底W从贴膜机构100的腔室110搬送到检查装置1的腔室10。
第2实施方式的凸块B的高度判断手法可以与第1实施方式相同。即，检查装置1与第1实施方式同样地，使用相机60的二维图像判断从膜FM的表面露出的凸块B的露出部分的大小，并基于该露出部分的大小来判断凸块B的高度。运算部90基于膜FM与凸块B之间的颜色属性(例如色度、彩度、亮度)的差异，判断凸块B的露出部分的面积。此时，运算部90根据拍摄凸块B的相机60的像素数来判断露出部分的面积。凸块B的露出部分的面积对应于凸块B的高度，因此运算部90可根据凸块B的露出部分的像素数来判断凸块B的高度是否适合。然后，在腔室10内或外部剥离膜FM。像这样，即使使用膜FM代替液体L，也能判断凸块B的高度。即，第2实施方式可获得与第1实施方式相同的效果。
第2实施方式中，使用膜FM代替液体L，因此也可以省略图1所示的检查装置1的液体喷嘴40及清洗喷嘴50。
此外，第2实施方式中，贴膜机构100的腔室110是与检查装置1的腔室10分开设置的。但是，腔室110与腔室10也可以共通化。该情况下，需要将隔片130与相机60配置在同一腔室内。因此，为了使隔片130与相机60彼此不干涉，载台20也可以在腔室内使衬底W可移动。或者，驱动部80可以使隔片130或相机60可移动。由此，隔片130与相机60在膜FM的贴附工序、凸块B的拍摄工序中可以避免相互接触。
此外，测量凸块后也可以利用有机溶剂溶解膜FM而剥离。或者，将一部分捏住剥开地剥离。然后，可清洗衬底W。该情况下，检查装置1也可以具有清洗喷嘴50。
虽然对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例而提出的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能以其他各种形态实施，在不脱离发明主旨的范围内，可进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变化包含于发明的范围及主旨，且同样包含于权利要求记载的发明及其均等范围内。

Claims (16)

1.一种检查装置，具备：
载台，可搭载表面具有突出部的衬底；
环构件，在所述载台上挤压所述衬底的外周；
液体供给部，向所述衬底的表面上供给液体直到距该表面为第1高度为止；
拍摄部，从所述衬底的表面的上方拍摄所述液体的表面及所述突出部；以及
运算部，使用所述拍摄部的图像，判断从所述液体的表面露出的所述突出部的露出部分的大小，并基于该露出部分的大小而判断所述突出部的高度。
2.根据权利要求1所述的检查装置，其中
所述拍摄部的图像是所述液体的表面及所述突出部的二维图像，
所述运算部基于所述液体与所述突出部之间的颜色属性的差异，来判断所述图像中的所述露出部分的大小。
3.根据权利要求1所述的检查装置，其中
所述液体的颜色属性不同于所述衬底的表面及所述突出部。
4.根据权利要求1所述的检查装置，其中
所述运算部根据拍摄所述突出部的所述拍摄部的像素数，而判断所述图像中的所述露出部分的面积。
5.根据权利要求1所述的检查装置，其中
所述载台通过静电或抽真空而对所述衬底进行吸引。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的检查装置，其中
所述突出部对所述液体具有斥液性。
7.一种检查装置，具备：
贴附部，在表面具有突出部的衬底的表面上贴附具有距该表面为第1高度的厚度的膜；
载台，可搭载所述衬底；
拍摄部，从所述衬底的表面的上方拍摄所述膜的表面及所述突出部；以及
运算部，使用所述拍摄部的图像，判读从所述膜的表面露出的所述突出部的露出部分的大小，并基于该露出部分的大小而判断所述突出部的高度。
8.根据权利要求7所述的检查装置，其中
所述拍摄部的图像是所述膜的表面及所述突出部的二维图像，
所述运算部基于所述膜与所述突出部之间的颜色属性(色度、彩度、亮度)的差异，来判断所述图像中的所述露出部分的大小。
9.根据权利要求7所述的检查装置，其中
所述膜的颜色属性不同于所述衬底的表面及所述突出部。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的检查装置，其中
所述运算部根据拍摄所述突出部的像素数来判断所述图像中的所述露出部分的面积。
11.一种检查方法，具备以下步骤：
向表面具有突出部的衬底的表面供给液体直到第1高度为止、或者贴附具有距该衬底的表面为所述第1高度的厚度的膜，
从所述衬底的表面的上方拍摄所述液体或所述膜的表面及所述突出部的图像，
使用所述图像判断从所述膜的表面露出的所述突出部的露出部分的大小，并基于该露出部分的大小而判断所述突出部的高度。
12.根据权利要求11所述的检查方法，其中
还具备在载台上利用环构件挤压所述衬底的外周的步骤，且
向所述环构件的内侧供给所述液体。
13.根据权利要求11所述的检查方法，其中
所述图像是所述液体或所述膜的表面及所述突出部的二维图像，
基于所述液体或所述膜与所述突出部之间的颜色属性(色度、彩度、亮度)的差异，而判断所述图像中的所述露出部分的大小。
14.根据权利要求13所述的检查方法，其中
所述液体或所述膜的颜色属性不同于所述衬底的表面及所述突出部。
15.根据权利要求11所述的检查方法，其中
还具备利用静电或抽真空而在载台上对所述衬底进行吸引。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的检查方法，其中
根据拍摄所述突出部的拍摄部的像素数，来判断所述图像中的所述露出部分的面积。
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