JP2002236002A - 高さ測定装置 - Google Patents
高さ測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡便な構成で対象物の高さを高速かつ正確に求
めることができる高さ測定装置を提供する。 【解決手段】高さ測定装置において、コンピュータ１４
は、共焦点光学系の対物レンズの焦点位置を測定対象物
に対して光軸方向に相対的に変化させて、互いに異なる
焦点位置において複数画素よりなる画像を共焦点画像と
して取得する画像取得手段と、注目画素における強度と
焦点位置との関係を示す特性曲線において、２次元方向
に異なる場所の焦点位置を示すピークが複数個得られる
ように各焦点位置で得られる一連の共焦点画像をぼかす
ボカシ手段と、複数個のピークをもつ特性曲線に基づい
て前記測定対象物の高さ分布を算出する高さ算出手段と
を具備する。
めることができる高さ測定装置を提供する。 【解決手段】高さ測定装置において、コンピュータ１４
は、共焦点光学系の対物レンズの焦点位置を測定対象物
に対して光軸方向に相対的に変化させて、互いに異なる
焦点位置において複数画素よりなる画像を共焦点画像と
して取得する画像取得手段と、注目画素における強度と
焦点位置との関係を示す特性曲線において、２次元方向
に異なる場所の焦点位置を示すピークが複数個得られる
ように各焦点位置で得られる一連の共焦点画像をぼかす
ボカシ手段と、複数個のピークをもつ特性曲線に基づい
て前記測定対象物の高さ分布を算出する高さ算出手段と
を具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、共焦点光学系を応
用して測定対象物の高さを求める高さ測定装置に関す
る。
用して測定対象物の高さを求める高さ測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話等の小型化に伴いＬＳＩ
パッケージはますます高密度化・高集積化が進んでい
る。ＬＳＩの実装方法も以前のワイヤボンディングから
バンプと呼ばれるハンダボールを使用した面実装へと移
行しつつある。
パッケージはますます高密度化・高集積化が進んでい
る。ＬＳＩの実装方法も以前のワイヤボンディングから
バンプと呼ばれるハンダボールを使用した面実装へと移
行しつつある。
【０００３】面実装においてはバンプの高さが均一でな
いとショートやオープンの原因となる。その為バンプの
高さを検査する必要があるが、バンプの大きさは非常に
小さく、人が顕微鏡を覗いて検査するには非常に困難な
状況になっている。そのためバンプの高さを自動で高速
かつ高精度に求められる装置への要求が高まってきてい
る。
いとショートやオープンの原因となる。その為バンプの
高さを検査する必要があるが、バンプの大きさは非常に
小さく、人が顕微鏡を覗いて検査するには非常に困難な
状況になっている。そのためバンプの高さを自動で高速
かつ高精度に求められる装置への要求が高まってきてい
る。
【０００４】このような要求に対応するものとして、従
来より共焦点光学系を応用した３次元測定装置または検
査装置が提案されている。共焦点光学系の原理図を図１
１に示す。光源１から出た光は偏向ビームスプリッタ
（以下ＰＢＳ）９で反射されてピンホール基板としての
ニポーディスク１７に照射される。ニポーディスク１７
のピンホール１７’から出た光はチューブレンズ６を通
り、λ／４板５によって偏向され、さらに対物レンズ４
を通ってＺステージ２上に載置された試料３上に照射さ
れる。ここで試料３の表面が対物レンズ４の焦点位置に
ある場合には、試料３からの反射光は来た道を全く逆に
たどって再びピンホール１７’にいったん集光し通過す
る。ピンホール１７’を通過した光はＰＢＳ９を透過
し、結像レンズ１０によって集光され光検出器１８上に
結像する。
来より共焦点光学系を応用した３次元測定装置または検
査装置が提案されている。共焦点光学系の原理図を図１
１に示す。光源１から出た光は偏向ビームスプリッタ
（以下ＰＢＳ）９で反射されてピンホール基板としての
ニポーディスク１７に照射される。ニポーディスク１７
のピンホール１７’から出た光はチューブレンズ６を通
り、λ／４板５によって偏向され、さらに対物レンズ４
を通ってＺステージ２上に載置された試料３上に照射さ
れる。ここで試料３の表面が対物レンズ４の焦点位置に
ある場合には、試料３からの反射光は来た道を全く逆に
たどって再びピンホール１７’にいったん集光し通過す
る。ピンホール１７’を通過した光はＰＢＳ９を透過
し、結像レンズ１０によって集光され光検出器１８上に
結像する。
【０００５】試料３の表面が対物レンズ４の焦点位置か
らずれている場合には、ニポーディスク１７上のピンホ
ール１７’に戻ってきた光は、ずれ量に応じた広がりを
持つために戻ってきた光の大部分は遮光され、その結果
光検出器１８で観察される光の強度は焦点位置にある時
よりも暗くなる。したがってＺステージ２を光軸方向に
変化させながら光検出器１８で観察される光の強度が最
も強くなった時のＺステージ２の位置が試料の高さを表
すことになる。
らずれている場合には、ニポーディスク１７上のピンホ
ール１７’に戻ってきた光は、ずれ量に応じた広がりを
持つために戻ってきた光の大部分は遮光され、その結果
光検出器１８で観察される光の強度は焦点位置にある時
よりも暗くなる。したがってＺステージ２を光軸方向に
変化させながら光検出器１８で観察される光の強度が最
も強くなった時のＺステージ２の位置が試料の高さを表
すことになる。
【０００６】共焦点光学系を応用した装置として、特開
平７−３１１０２５号公報に記載された３次元形状検査
装置がある。通常、試料の高さを求めるためには図１２
に示すように測定対象としての試料１３のトップ面か
ら、それが載置されている基板面１２までの距離を求め
る必要がある。これに対し、特開平７−３１１０２５号
公報記載の装置では試料１３内の近接する２点の光軸方
向の情報を得、その２点の情報と試料１３の形状がおお
よそ既知であることを利用して高さを近似推定してい
る。
平７−３１１０２５号公報に記載された３次元形状検査
装置がある。通常、試料の高さを求めるためには図１２
に示すように測定対象としての試料１３のトップ面か
ら、それが載置されている基板面１２までの距離を求め
る必要がある。これに対し、特開平７−３１１０２５号
公報記載の装置では試料１３内の近接する２点の光軸方
向の情報を得、その２点の情報と試料１３の形状がおお
よそ既知であることを利用して高さを近似推定してい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−３１１０２５号公報に記載の技術では、試料１３の
形状がおおよそ既知であるという前提条件が必要である
ために当該試料１３の形が歪んでいる場合などには対応
できない。またあくまでも推定であるので正確な高さを
求められるものではない。さらに同公報はピンホール位
置が固定であるので試料１３の並び方が変更された場合
にも迅速に対応できるものではない。
７−３１１０２５号公報に記載の技術では、試料１３の
形状がおおよそ既知であるという前提条件が必要である
ために当該試料１３の形が歪んでいる場合などには対応
できない。またあくまでも推定であるので正確な高さを
求められるものではない。さらに同公報はピンホール位
置が固定であるので試料１３の並び方が変更された場合
にも迅速に対応できるものではない。
【０００８】本発明はこのような点に着目してなされた
もので、簡便な構成で対象物の高さを高速かつ正確に求
めることができる高さ測定装置を提供することにある。
もので、簡便な構成で対象物の高さを高速かつ正確に求
めることができる高さ測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明に係る高さ測定装置は、共焦点光学系
と、この共焦点光学系の対物レンズの焦点位置を測定対
象物に対して光軸方向に相対的に変化させて、互いに異
なる焦点位置において複数画素よりなる画像を共焦点画
像として取得する画像取得手段と、注目画素における強
度と焦点位置との関係を示す特性曲線において、２次元
方向に異なる場所の焦点位置を示すピークが複数個得ら
れるように各焦点位置で得られる一連の共焦点画像をぼ
かすボカシ手段と、複数個のピークをもつ特性曲線に基
づいて前記測定対象物の高さ分布を算出する高さ算出手
段とを具備する。
めに、第１の発明に係る高さ測定装置は、共焦点光学系
と、この共焦点光学系の対物レンズの焦点位置を測定対
象物に対して光軸方向に相対的に変化させて、互いに異
なる焦点位置において複数画素よりなる画像を共焦点画
像として取得する画像取得手段と、注目画素における強
度と焦点位置との関係を示す特性曲線において、２次元
方向に異なる場所の焦点位置を示すピークが複数個得ら
れるように各焦点位置で得られる一連の共焦点画像をぼ
かすボカシ手段と、複数個のピークをもつ特性曲線に基
づいて前記測定対象物の高さ分布を算出する高さ算出手
段とを具備する。
【００１０】また、第２の発明は、共焦点光学系と、こ
の共焦点光学系の対物レンズの焦点位置を測定対象物に
対して光軸方向に相対的に変化させ、互いに異なる焦点
位置において複数画素よりなる画像を共焦点画像として
取得する画像取得手段と、注目画素における強度と焦点
位置との関係を示す特性曲線において、２次元方向に異
なる場所の焦点位置を示すピークが複数個得られるよう
に各焦点位置で得られる一連の共焦点画像をぼかすボカ
シ手段と、前記複数のピークそれぞれに対応する前記測
定対象物の場所を特定するピーク弁別手段と、このピー
ク弁別手段での弁別結果に基いて前記測定対象物の高さ
分布を算出する高さ算出手段とを具備する。
の共焦点光学系の対物レンズの焦点位置を測定対象物に
対して光軸方向に相対的に変化させ、互いに異なる焦点
位置において複数画素よりなる画像を共焦点画像として
取得する画像取得手段と、注目画素における強度と焦点
位置との関係を示す特性曲線において、２次元方向に異
なる場所の焦点位置を示すピークが複数個得られるよう
に各焦点位置で得られる一連の共焦点画像をぼかすボカ
シ手段と、前記複数のピークそれぞれに対応する前記測
定対象物の場所を特定するピーク弁別手段と、このピー
ク弁別手段での弁別結果に基いて前記測定対象物の高さ
分布を算出する高さ算出手段とを具備する。
【００１１】また、第３の発明は、第１または第２の発
明に係る高さ測定装置において、前記ボカシ手段は、撮
像面と結像レンズ間の相対距離を変化させて一連の共焦
点画像をぼかす。
明に係る高さ測定装置において、前記ボカシ手段は、撮
像面と結像レンズ間の相対距離を変化させて一連の共焦
点画像をぼかす。
【００１２】また、第４の発明は、第１または第２の発
明に係る高さ測定装置において、前記ボカシ手段は、撮
像面の前面に光学的ローパスフィルタを挿入することに
より一連の共焦点画像をぼかす。
明に係る高さ測定装置において、前記ボカシ手段は、撮
像面の前面に光学的ローパスフィルタを挿入することに
より一連の共焦点画像をぼかす。
【００１３】また、第５の発明は、第１または第２の発
明に係る高さ測定装置において、前記ボカシ手段は、撮
像素子によってデジタル化した共焦点画像に対してデジ
タル的にローパスフィルタを適用して一連の共焦点画像
をぼかす。
明に係る高さ測定装置において、前記ボカシ手段は、撮
像素子によってデジタル化した共焦点画像に対してデジ
タル的にローパスフィルタを適用して一連の共焦点画像
をぼかす。
【００１４】また、第６の発明は、第２の発明に係る高
さ測定装置において、前記ピーク弁別手段は、前記測定
対象物のおおよその高さ分布を予め求めて先見情報を取
得し、この先見情報と前記特性曲線とを比較することで
各ピークに対応する前記測定対象物の場所を特定する。
さ測定装置において、前記ピーク弁別手段は、前記測定
対象物のおおよその高さ分布を予め求めて先見情報を取
得し、この先見情報と前記特性曲線とを比較することで
各ピークに対応する前記測定対象物の場所を特定する。
【００１５】また、第７の発明は、第２の発明に係る高
さ測定装置において、前記ピーク弁別手段は、光軸方向
に対物レンズに最も近いＩＺ曲線のピークから、または
最も遠いピークから順に前記測定対象物の場所を特定す
る。
さ測定装置において、前記ピーク弁別手段は、光軸方向
に対物レンズに最も近いＩＺ曲線のピークから、または
最も遠いピークから順に前記測定対象物の場所を特定す
る。
【００１６】また、第８の発明は、第１または第２の発
明に係る高さ測定装置において、一連の共焦点画像をぼ
かすことによって、１つの特性曲線に前記測定対象物の
頂点を示すピークと、前記測定対象物が載置されている
基板面を示すピークが現れる。
明に係る高さ測定装置において、一連の共焦点画像をぼ
かすことによって、１つの特性曲線に前記測定対象物の
頂点を示すピークと、前記測定対象物が載置されている
基板面を示すピークが現れる。
【００１７】また、第９の発明は、第１または第２の発
明に係る高さ測定装置において、前記ボカシ手段によっ
て得られる特性曲線に現れる２つのピークのＺ位置を求
めることにより前記基板面から前記測定対象物頂点まで
の高さを求める。
明に係る高さ測定装置において、前記ボカシ手段によっ
て得られる特性曲線に現れる２つのピークのＺ位置を求
めることにより前記基板面から前記測定対象物頂点まで
の高さを求める。
【００１８】また、第１０の発明は、第１または第２の
発明に係る高さ測定装置において、前記特性曲線がもつ
複数のピークのうち、対物レンズ側のピークのみを用い
て前記測定対象物の高さの平坦度を求める。
発明に係る高さ測定装置において、前記特性曲線がもつ
複数のピークのうち、対物レンズ側のピークのみを用い
て前記測定対象物の高さの平坦度を求める。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。
施形態を詳細に説明する。
【００２０】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係る高さ測定装置の構成を示す図である。光源１
から出た光は偏向ビームスプリッタ（以下ＰＢＳ）９で
反射されてニポーディスク７に照射される。ニポーディ
スク７は図示しない複数個のピンホールが設けられた円
盤であり、モータ８により回転するようになっている。
ニポーディスク７上のある１つのピンホールから出た光
はチューブレンズ６を通り、λ／４板５によって偏向さ
れ、さらに対物レンズ４を通ってＸＹＺステージ２上に
載置された試料のある１点に照射される。ここでの試料
は半田バンプ１７が複数個形成されている半導体チップ
１８とする。
形態に係る高さ測定装置の構成を示す図である。光源１
から出た光は偏向ビームスプリッタ（以下ＰＢＳ）９で
反射されてニポーディスク７に照射される。ニポーディ
スク７は図示しない複数個のピンホールが設けられた円
盤であり、モータ８により回転するようになっている。
ニポーディスク７上のある１つのピンホールから出た光
はチューブレンズ６を通り、λ／４板５によって偏向さ
れ、さらに対物レンズ４を通ってＸＹＺステージ２上に
載置された試料のある１点に照射される。ここでの試料
は半田バンプ１７が複数個形成されている半導体チップ
１８とする。
【００２１】ニポーディスク７をコンピュータ１４に制
御されるモータ８により回転させることによって試料全
面を走査することができる。この走査を撮像素子１１の
露光時間内に行うことによって非常に焦点深度の浅い画
像を得ることができる。この画像のことを共焦点画像と
呼ぶ。ＸＹＺステージ２は第２の駆動機構１６によって
光軸方向に移動可能となっている。第２の駆動機構１６
はコンピュータ１４によって制御される。また第１の駆
動機構１５は撮像素子１１を光軸方向に移動させること
ができるようになっていて、これもコンピュータ１４に
よって制御される。これによってＸＹＺステージ２を光
軸方向に変化させながらぼけた共焦点画像を複数撮影す
ることが可能となる。
御されるモータ８により回転させることによって試料全
面を走査することができる。この走査を撮像素子１１の
露光時間内に行うことによって非常に焦点深度の浅い画
像を得ることができる。この画像のことを共焦点画像と
呼ぶ。ＸＹＺステージ２は第２の駆動機構１６によって
光軸方向に移動可能となっている。第２の駆動機構１６
はコンピュータ１４によって制御される。また第１の駆
動機構１５は撮像素子１１を光軸方向に移動させること
ができるようになっていて、これもコンピュータ１４に
よって制御される。これによってＸＹＺステージ２を光
軸方向に変化させながらぼけた共焦点画像を複数撮影す
ることが可能となる。
【００２２】以下に、共焦点画像をぼかすことによる作
用及び効果を説明する。撮像素子１１が結像レンズ１０
の焦点位置にある場合には、撮像素子１１の任意の画素
の輝度値とＸＹＺステージ２の位置との関係は図２のよ
うになる。このような曲線のことをＩＺ曲線と呼ぶ。図
２に示すように、輝度値は試料の表面が対物レンズ４の
焦点位置にある場合に最も大きく、そこからずれるに従
って急激に小さくなる。したがってこの極大となる位置
を求めることによって試料の３次元情報を得ることがで
きる。しかし、撮像素子１１を結像レンズ１０の焦点位
置からずらすと、半田バンプ１７のトップ面におけるＩ
Ｚ曲線は図３に示すように２つの極大値Ｐ１，Ｐ２を持
つようになる。これは半田バンプ１７のトップ面からの
反射光と半導体チップ１８からのそれとが混信を起こす
ためである。これによってある１点のＩＺ曲線から、２
点分の３次元情報が得られる。従って半導体チップ１８
の表面から半田バンプ１７のトップ面までの高さを求め
るには、この曲線の２つの極大値Ｐ１，Ｐ２の位置を求
め、それらの差分を求めればよいことになる。つまり、
半田バンプ１７のトップ面の位置のみを画像から求めれ
ばよいことになる。ＩＺ曲線から極大値を求めることを
ピーク処理と呼ぶ。
用及び効果を説明する。撮像素子１１が結像レンズ１０
の焦点位置にある場合には、撮像素子１１の任意の画素
の輝度値とＸＹＺステージ２の位置との関係は図２のよ
うになる。このような曲線のことをＩＺ曲線と呼ぶ。図
２に示すように、輝度値は試料の表面が対物レンズ４の
焦点位置にある場合に最も大きく、そこからずれるに従
って急激に小さくなる。したがってこの極大となる位置
を求めることによって試料の３次元情報を得ることがで
きる。しかし、撮像素子１１を結像レンズ１０の焦点位
置からずらすと、半田バンプ１７のトップ面におけるＩ
Ｚ曲線は図３に示すように２つの極大値Ｐ１，Ｐ２を持
つようになる。これは半田バンプ１７のトップ面からの
反射光と半導体チップ１８からのそれとが混信を起こす
ためである。これによってある１点のＩＺ曲線から、２
点分の３次元情報が得られる。従って半導体チップ１８
の表面から半田バンプ１７のトップ面までの高さを求め
るには、この曲線の２つの極大値Ｐ１，Ｐ２の位置を求
め、それらの差分を求めればよいことになる。つまり、
半田バンプ１７のトップ面の位置のみを画像から求めれ
ばよいことになる。ＩＺ曲線から極大値を求めることを
ピーク処理と呼ぶ。
【００２３】以下に、ＩＺ曲線のピークが共焦点画像を
ぼかすことにより２つになる理由を図４（ａ）〜（ｇ）
を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｇ）において、実線
のハッチング部分は暗い領域、破線のハッチング部分は
やや明るい領域、白の部分は明るい領域であることを示
す。
ぼかすことにより２つになる理由を図４（ａ）〜（ｇ）
を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｇ）において、実線
のハッチング部分は暗い領域、破線のハッチング部分は
やや明るい領域、白の部分は明るい領域であることを示
す。
【００２４】図４の（ａ）はエクステンド画像と言っ
て、図４の（ｂ）〜（ｄ）までの共焦点画像を重ね合わ
せて作成したどの位置にも焦点があった画像である。測
定対象となるバンプは球状になっていて側面からの反射
光が戻って来ないために、その部分は暗くなっている。
図４の（ｂ）〜（ｄ）はぼかさずに撮影したときの共焦
点画像であり、（ｂ）はチップ表面に焦点が合ったとき
のもの、（ｃ）はチップ表面とバンプトップ面との間に
焦点が合ったときのもの、（ｄ）はバンプトップ面に焦
点が合ったときのものである。
て、図４の（ｂ）〜（ｄ）までの共焦点画像を重ね合わ
せて作成したどの位置にも焦点があった画像である。測
定対象となるバンプは球状になっていて側面からの反射
光が戻って来ないために、その部分は暗くなっている。
図４の（ｂ）〜（ｄ）はぼかさずに撮影したときの共焦
点画像であり、（ｂ）はチップ表面に焦点が合ったとき
のもの、（ｃ）はチップ表面とバンプトップ面との間に
焦点が合ったときのもの、（ｄ）はバンプトップ面に焦
点が合ったときのものである。
【００２５】図４の（ｅ）〜（ｇ）は共焦点画像をぼか
して撮影した画像であり、それぞれの焦点位置は（ｅ）
は（ｂ）に、（ｆ）は（ｃ）に、（ｇ）は（ｄ）に対応
している。（簡単のため３枚の共焦点画像で説明する
が、実際にはこの前後にも複数枚の共焦点画像が存在す
る。）ここで図４の（ａ）中のＡ点（バンプ頂点）にお
けるＩＺ曲線を考える。ボカシなしの場合には、（ｄ）
の時にしか明るくなっていないので、図５（ａ）に示す
グラフのようにｄの位置にのみピークが表れている。し
かし図４の（ｂ）〜（ｄ）の共焦点画像をそれぞれぼか
すと、（ｂ）はチップ表面部分の明るい所がバンプ部分
の暗い所にまで広がって、（ｅ）に示すようにＡ点でも
少し明るさを持つようになる。（ｃ）は全面が暗いので
暗いままであり、（ｄ）はバンプトップ面の明るさがチ
ップ表面部分にまで及び、（ｇ）に示すようにバンプト
ップ面の周りに少し明るい部分が現れる。その結果、Ａ
点におけるＩＺ曲線は図５（ｂ）に示すように（ｅ）と
（ｇ）の時にピークを持つようになる。このようにして
共焦点画像をぼかすことによってＩＺ曲線中に２つのピ
ークが現れるようになる。
して撮影した画像であり、それぞれの焦点位置は（ｅ）
は（ｂ）に、（ｆ）は（ｃ）に、（ｇ）は（ｄ）に対応
している。（簡単のため３枚の共焦点画像で説明する
が、実際にはこの前後にも複数枚の共焦点画像が存在す
る。）ここで図４の（ａ）中のＡ点（バンプ頂点）にお
けるＩＺ曲線を考える。ボカシなしの場合には、（ｄ）
の時にしか明るくなっていないので、図５（ａ）に示す
グラフのようにｄの位置にのみピークが表れている。し
かし図４の（ｂ）〜（ｄ）の共焦点画像をそれぞれぼか
すと、（ｂ）はチップ表面部分の明るい所がバンプ部分
の暗い所にまで広がって、（ｅ）に示すようにＡ点でも
少し明るさを持つようになる。（ｃ）は全面が暗いので
暗いままであり、（ｄ）はバンプトップ面の明るさがチ
ップ表面部分にまで及び、（ｇ）に示すようにバンプト
ップ面の周りに少し明るい部分が現れる。その結果、Ａ
点におけるＩＺ曲線は図５（ｂ）に示すように（ｅ）と
（ｇ）の時にピークを持つようになる。このようにして
共焦点画像をぼかすことによってＩＺ曲線中に２つのピ
ークが現れるようになる。
【００２６】図６は、２つの極大値を持つＩＺ曲線から
バンプの高さを求めるための構成を示すブロック図であ
る。この図において実線の矢印は制御の流れを表し、破
線の矢印はデータの流れを表すものとする。バンプ高さ
算出ブロック２０は画像メモリ２１に蓄えられている互
いに高さが異なる位置で撮影した共焦点画像を読み込ん
で半田バンプ位置を抽出する半田バンプ位置抽出回路２
２と、任意のバンプ位置におけるＩＺ曲線から第１の極
大値を求める第１のピーク処理回路２３と、この第１の
ピーク処理回路２３で求めたＺ座標を一時的に蓄えてお
く第１のメモリ２７と、第２の極大値を求める第２のピ
ーク処理回路２４と、第２のピーク処理回路２４で求め
たＺ座標を一時的に蓄えておく第２のメモリ２８と、第
１及び第２のメモリ２７，２８からデータを読み出して
２つの値の差分を取る差分回路２５と、から構成されて
いて差分結果は各バンプの高さとして結果メモリ２６に
保存される。
バンプの高さを求めるための構成を示すブロック図であ
る。この図において実線の矢印は制御の流れを表し、破
線の矢印はデータの流れを表すものとする。バンプ高さ
算出ブロック２０は画像メモリ２１に蓄えられている互
いに高さが異なる位置で撮影した共焦点画像を読み込ん
で半田バンプ位置を抽出する半田バンプ位置抽出回路２
２と、任意のバンプ位置におけるＩＺ曲線から第１の極
大値を求める第１のピーク処理回路２３と、この第１の
ピーク処理回路２３で求めたＺ座標を一時的に蓄えてお
く第１のメモリ２７と、第２の極大値を求める第２のピ
ーク処理回路２４と、第２のピーク処理回路２４で求め
たＺ座標を一時的に蓄えておく第２のメモリ２８と、第
１及び第２のメモリ２７，２８からデータを読み出して
２つの値の差分を取る差分回路２５と、から構成されて
いて差分結果は各バンプの高さとして結果メモリ２６に
保存される。
【００２７】以上によって、一連の共焦点画像からバン
プ位置を求め、その位置におけるＩＺ曲線のみを解析す
ることにより、バンプの高さを求めることができる。こ
れによって基板面の高さを求めるために基板面に相当す
る部位を画像から求める手間を省略することが可能とな
り、処理が高速化される。
プ位置を求め、その位置におけるＩＺ曲線のみを解析す
ることにより、バンプの高さを求めることができる。こ
れによって基板面の高さを求めるために基板面に相当す
る部位を画像から求める手間を省略することが可能とな
り、処理が高速化される。
【００２８】図１において、ＸＹＺステージ２を光軸方
向に移動させながら共焦点画像を複数撮影するようにし
ているが、対物レンズ４またはチューブレンズ６を光軸
方向に動かして焦点位置を変えるようにしても良い。ま
た共焦点画像をぼかすために撮像素子１１の位置を光軸
方向に動かしているが、結像レンズ１０を光軸方向に動
かしたり、結像レンズ１０と撮像素子１１の間にローパ
スフィルタを挿入する事によってぼかしても良い、また
撮影した共焦点画像を画像処理によってぼかすようにし
ても良い。
向に移動させながら共焦点画像を複数撮影するようにし
ているが、対物レンズ４またはチューブレンズ６を光軸
方向に動かして焦点位置を変えるようにしても良い。ま
た共焦点画像をぼかすために撮像素子１１の位置を光軸
方向に動かしているが、結像レンズ１０を光軸方向に動
かしたり、結像レンズ１０と撮像素子１１の間にローパ
スフィルタを挿入する事によってぼかしても良い、また
撮影した共焦点画像を画像処理によってぼかすようにし
ても良い。
【００２９】（第２実施形態）次にＩＺ曲線上にある複
数のピークが対象物上のどの位置に対応するかを弁別す
るピーク弁別手段を備えた本発明の第２実施形態につい
て説明する。図７は本発明の第２実施形態に係る高さ測
定装置の構成を示す図である。図７は図１の構成に加え
てオートフォーカスユニット（以下ＡＦユニット）３０
が追加されている。ＡＦユニット３０以外の構成および
作用は図１と同じである。図７に示す構成においては、
半田バンプ１７の高さを本格的に求める前に、まずＡＦ
ユニット３０を用いて半導体チップ１８のおおよそのＺ
位置範囲を求めておき、その後対物レンズ４の焦点位置
を変えながら半田バンプ１７の頂点位置におけるＩＺ曲
線を求める。
数のピークが対象物上のどの位置に対応するかを弁別す
るピーク弁別手段を備えた本発明の第２実施形態につい
て説明する。図７は本発明の第２実施形態に係る高さ測
定装置の構成を示す図である。図７は図１の構成に加え
てオートフォーカスユニット（以下ＡＦユニット）３０
が追加されている。ＡＦユニット３０以外の構成および
作用は図１と同じである。図７に示す構成においては、
半田バンプ１７の高さを本格的に求める前に、まずＡＦ
ユニット３０を用いて半導体チップ１８のおおよそのＺ
位置範囲を求めておき、その後対物レンズ４の焦点位置
を変えながら半田バンプ１７の頂点位置におけるＩＺ曲
線を求める。
【００３０】図８にＡＦユニット３０で求めた半導体チ
ップ１８のおおよそのＺ位置範囲（ハッチング部分）
と、求めたＩＺ曲線を示す。図８のＩＺ曲線には半導体
チップ１８に対応するピークＰ１と半田バンプ１７の頂
点に対応するピークＰ３と、配線等に対応するピークＰ
２が示されている。
ップ１８のおおよそのＺ位置範囲（ハッチング部分）
と、求めたＩＺ曲線を示す。図８のＩＺ曲線には半導体
チップ１８に対応するピークＰ１と半田バンプ１７の頂
点に対応するピークＰ３と、配線等に対応するピークＰ
２が示されている。
【００３１】図９は、ピーク弁別手段を設けた場合の高
さ測定のための構成を示すブロック図である。図９では
図６と同じ機能のブロックには同じ参照番号を付してい
る。まずＡＦユニット３０で求めた半導体チップ１８の
おおよそのＺ位置範囲は第３のメモリ４２に保存され
る。次に画像メモリ２１から画像を読み込んで半田バン
プ位置抽出回路２２によって半田バンプの位置が求めら
れ各半田バンプに対応するＩＺ曲線がピーク検出回路４
０に送られる。ピーク検出回路４０では送られてきたＩ
Ｚ曲線からピーク検出を行い、ピークが検出された場合
にはピーク弁別手段４１にそのピークのＺ位置が送られ
る。ピーク弁別手段４１では送られてきたＺ位置と予め
第３のメモリ４２に蓄えておいた半導体チップ１８のお
およそのＺ位置範囲とを比較し、検出したピークのＺ位
置がおおよその範囲に入っていればそれを半導体チップ
１８のＺ位置として第１のメモリ２７に保存し、そうで
なければ第２のメモリ２８に保存する。これをＩＺ曲線
全体にわたって行った後、差分回路２５において第１の
メモリ２７と第２のメモリ２８に保存されたＺ位置の差
分を取って半田バンプ１７の半導体チップ１８からの高
さを求め、結果メモリ２６に保存する。
さ測定のための構成を示すブロック図である。図９では
図６と同じ機能のブロックには同じ参照番号を付してい
る。まずＡＦユニット３０で求めた半導体チップ１８の
おおよそのＺ位置範囲は第３のメモリ４２に保存され
る。次に画像メモリ２１から画像を読み込んで半田バン
プ位置抽出回路２２によって半田バンプの位置が求めら
れ各半田バンプに対応するＩＺ曲線がピーク検出回路４
０に送られる。ピーク検出回路４０では送られてきたＩ
Ｚ曲線からピーク検出を行い、ピークが検出された場合
にはピーク弁別手段４１にそのピークのＺ位置が送られ
る。ピーク弁別手段４１では送られてきたＺ位置と予め
第３のメモリ４２に蓄えておいた半導体チップ１８のお
およそのＺ位置範囲とを比較し、検出したピークのＺ位
置がおおよその範囲に入っていればそれを半導体チップ
１８のＺ位置として第１のメモリ２７に保存し、そうで
なければ第２のメモリ２８に保存する。これをＩＺ曲線
全体にわたって行った後、差分回路２５において第１の
メモリ２７と第２のメモリ２８に保存されたＺ位置の差
分を取って半田バンプ１７の半導体チップ１８からの高
さを求め、結果メモリ２６に保存する。
【００３２】図１０にピーク検出回路４０とピーク弁別
手段４１の動作フローチャートを示す。ステップＳ１で
ＩＺ曲線の解析を開始する。ステップＳ２でＩＺ曲線中
のピークを検出したら、ステップＳ３でそのピークのＺ
位置が図９の第３のメモリ４２に保存したＺ範囲内か否
かを判定し、範囲内であればステップＳ４でピークのＺ
位置を第１のメモリ２７に保存し、そうでなければステ
ップＳ５で第２のメモリ２８に保存する。その後ステッ
プＳ６でＩＺ曲線にまだピークがあるかどうかを判定
し、あればステップＳ２に戻り、無ければステップＳ７
で終了する。
手段４１の動作フローチャートを示す。ステップＳ１で
ＩＺ曲線の解析を開始する。ステップＳ２でＩＺ曲線中
のピークを検出したら、ステップＳ３でそのピークのＺ
位置が図９の第３のメモリ４２に保存したＺ範囲内か否
かを判定し、範囲内であればステップＳ４でピークのＺ
位置を第１のメモリ２７に保存し、そうでなければステ
ップＳ５で第２のメモリ２８に保存する。その後ステッ
プＳ６でＩＺ曲線にまだピークがあるかどうかを判定
し、あればステップＳ２に戻り、無ければステップＳ７
で終了する。
【００３３】以上説明した方法によれば、１つのＩＺ曲
線に複数のピークが存在する場合でも、確実に半導体チ
ップ面のＺ位置と半田バンプ頂点のＺ位置を検出し、半
導体チップ面から半田バンプ頂点までの高さを求めるこ
とができるようになる。
線に複数のピークが存在する場合でも、確実に半導体チ
ップ面のＺ位置と半田バンプ頂点のＺ位置を検出し、半
導体チップ面から半田バンプ頂点までの高さを求めるこ
とができるようになる。
【００３４】なお、第２実施形態ではＡＦユニットを用
いて半導体チップ面のおおよそのＺ位置範囲を求めてい
るが、手動で設定するようにしても良い。
いて半導体チップ面のおおよそのＺ位置範囲を求めてい
るが、手動で設定するようにしても良い。
【００３５】また、半導体チップ面のＺ位置だけでな
く、半田バンプ頂点のおおよそのＺ位置も入力しておく
ようにすれば、より確実に所望の高さを求めることがで
きるようになる。
く、半田バンプ頂点のおおよそのＺ位置も入力しておく
ようにすれば、より確実に所望の高さを求めることがで
きるようになる。
【００３６】上記した実施形態によれば、共焦点画像を
ボカシ手段によってぼかすことによって、対象物上の異
なる位置の反射光が複数画素にまたがるように広がり、
その結果、ある注目画素におけるＩＺ曲線には、対象物
上の異なる位置に対応するピークが現れる。この複数の
ピークを持つＩＺ曲線を高さ測定手段によって処理する
ことによって簡便な構成で対象物の高さを高速かつ正確
に求めることができる。
ボカシ手段によってぼかすことによって、対象物上の異
なる位置の反射光が複数画素にまたがるように広がり、
その結果、ある注目画素におけるＩＺ曲線には、対象物
上の異なる位置に対応するピークが現れる。この複数の
ピークを持つＩＺ曲線を高さ測定手段によって処理する
ことによって簡便な構成で対象物の高さを高速かつ正確
に求めることができる。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、簡便な構成で対象物の
高さを高速かつ正確に求めることができる高さ測定装置
を提供することができる。
高さを高速かつ正確に求めることができる高さ測定装置
を提供することができる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る高さ測定装置の構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図２】撮像素子１１の任意の画素の輝度値とＸＹＺス
テージ２の位置との関係を示す特性曲線である。
テージ２の位置との関係を示す特性曲線である。
【図３】半田バンプ１７のトップ面における２つの極大
値をもつＩＺ曲線を示す図である。
値をもつＩＺ曲線を示す図である。
【図４】共焦点画像をぼかすことにより、ＩＺ曲線中に
２つのピークが現れる理由を説明するための図である。
２つのピークが現れる理由を説明するための図である。
【図５】ボカシなしの場合のＩＺ曲線とボカシありの場
合のＩＺ曲線とを対比して示す図である。
合のＩＺ曲線とを対比して示す図である。
【図６】２つの極大値を持つＩＺ曲線からバンプの高さ
を求めるための構成を示すブロック図である。
を求めるための構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る高さ測定装置の構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図８】ＡＦユニット３０で求めた半導体チップ１８の
おおよそのＺ位置範囲（ハッチング部分）と、求めたＩ
Ｚ曲線を示す図である。
おおよそのＺ位置範囲（ハッチング部分）と、求めたＩ
Ｚ曲線を示す図である。
【図９】ピーク弁別手段を設けた場合の高さ測定のため
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
【図１０】ピーク検出回路４０とピーク弁別手段４１の
動作フローチャートを示す図である。
動作フローチャートを示す図である。
【図１１】共焦点光学系の原理図を示す図である。
【図１２】測定対象としての試料の断面図である。
１ 光源 ２ ＸＹＺステージ ４ 対物レンズ ５ λ／４板 ６ チューブレンズ ７ ニポーディスク ８ モータ ９ ＰＢＳ １０ 結像レンズ １１ 撮像素子 １４ コンピュータ １５ 第１の駆動機構 １６ 第２の駆動機構 １７ 半田バンプ １８ 半導体チップ ２０ バンプ高さ算出ブロック ２１ 画像メモリ ２２ 半田バンプ位置抽出回路 ２３ 第１のピーク処理回路 ２４ 第２のピーク処理回路 ２５ 差分回路 ２６ 結果メモリ ２７ 第１のメモリ ２８ 第２のメモリ ３０ ＡＦユニット ４０ ピーク検出回路 ４１ ピーク弁別手段 ４２ 第３のメモリ
Claims (10)
- 【請求項１】 共焦点光学系と、 この共焦点光学系の対物レンズの焦点位置を測定対象物
に対して光軸方向に相対的に変化させて、互いに異なる
焦点位置において複数画素よりなる画像を共焦点画像と
して取得する画像取得手段と、 注目画素における強度と焦点位置との関係を示す特性曲
線において、２次元方向に異なる場所の焦点位置を示す
ピークが複数個得られるように各焦点位置で得られる一
連の共焦点画像をぼかすボカシ手段と、 複数個のピークをもつ特性曲線に基づいて前記測定対象
物の高さ分布を算出する高さ算出手段と、 を具備することを特徴とする高さ測定装置。 - 【請求項２】 共焦点光学系と、 この共焦点光学系の対物レンズの焦点位置を測定対象物
に対して光軸方向に相対的に変化させ、互いに異なる焦
点位置において複数画素よりなる画像を共焦点画像とし
て取得する画像取得手段と、 注目画素における強度と焦点位置との関係を示す特性曲
線において、２次元方向に異なる場所の焦点位置を示す
ピークが複数個得られるように各焦点位置で得られる一
連の共焦点画像をぼかすボカシ手段と、 前記複数のピークそれぞれに対応する前記測定対象物の
場所を特定するピーク弁別手段と、 このピーク弁別手段での弁別結果に基いて前記測定対象
物の高さ分布を算出する高さ算出手段と、 を具備することを特徴とする高さ測定装置。 - 【請求項３】 前記ボカシ手段は、撮像面と結像レンズ
間の相対距離を変化させて一連の共焦点画像をぼかすこ
とを特徴とする請求項１または２記載の高さ測定装置。 - 【請求項４】 前記ボカシ手段は、撮像面の前面に光学
的ローパスフィルタを挿入することにより一連の共焦点
画像をぼかすことを特徴とする請求項１または２記載の
高さ測定装置。 - 【請求項５】 前記ボカシ手段は、撮像素子によってデ
ジタル化した共焦点画像に対してデジタル的にローパス
フィルタを適用して一連の共焦点画像をぼかすことを特
徴とする請求項１または２記載の高さ測定装置。 - 【請求項６】 前記ピーク弁別手段は、前記測定対象物
のおおよその高さ分布を予め求めて先見情報を取得し、
この先見情報と前記特性曲線とを比較することで各ピー
クに対応する前記測定対象物の場所を特定することを特
徴とする請求項２記載の高さ測定装置。 - 【請求項７】 前記ピーク弁別手段は、光軸方向におい
て対物レンズに最も近いＩＺ曲線のピークから、または
最も遠いピークから順に前記測定対象物の場所を特定す
ることを特徴とする請求項２記載の高さ測定装置。 - 【請求項８】 一連の共焦点画像をぼかすことによっ
て、１つの特性曲線に前記測定対象物の頂点を示すピー
クと、前記測定対象物が載置されている基板面を示すピ
ークが現れることを特徴とする請求項１または２記載の
高さ測定装置。 - 【請求項９】 前記ボカシ手段によって得られる特性曲
線に現れる２つのピークのＺ位置を求めることにより前
記基板面から前記測定対象物頂点までの高さを求めるこ
とを特徴とする請求項１または２記載の高さ測定装置。 - 【請求項１０】 前記特性曲線がもつ複数のピークのう
ち、対物レンズ側のピークのみを用いて前記測定対象物
の高さの平坦度を求めることを特徴とする請求項１また
は２記載の高さ測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001029836A JP2002236002A (ja) | 2001-02-06 | 2001-02-06 | 高さ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001029836A JP2002236002A (ja) | 2001-02-06 | 2001-02-06 | 高さ測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002236002A true JP2002236002A (ja) | 2002-08-23 |
Family
ID=18894137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001029836A Withdrawn JP2002236002A (ja) | 2001-02-06 | 2001-02-06 | 高さ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002236002A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009031169A (ja) * | 2007-07-28 | 2009-02-12 | Nikon Corp | 位置検出装置、露光装置、及びデバイスの製造方法 |
| JP2010266461A (ja) * | 2003-11-21 | 2010-11-25 | Olympus Corp | 走査型共焦点顕微鏡 |
| KR20170008654A (ko) * | 2015-07-14 | 2017-01-24 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | 3d ic 범프 높이 계측 apc |
-
2001
- 2001-02-06 JP JP2001029836A patent/JP2002236002A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010266461A (ja) * | 2003-11-21 | 2010-11-25 | Olympus Corp | 走査型共焦点顕微鏡 |
| JP2009031169A (ja) * | 2007-07-28 | 2009-02-12 | Nikon Corp | 位置検出装置、露光装置、及びデバイスの製造方法 |
| KR20170008654A (ko) * | 2015-07-14 | 2017-01-24 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | 3d ic 범프 높이 계측 apc |
| CN106352798A (zh) * | 2015-07-14 | 2017-01-25 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 3d ic凸块高度计量apc |
| US9859139B2 (en) | 2015-07-14 | 2018-01-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | 3D IC bump height metrology APC |
| KR101898763B1 (ko) * | 2015-07-14 | 2018-09-13 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | 3d ic 범프 높이 계측 apc |
| US10181415B2 (en) * | 2015-07-14 | 2019-01-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | 3D IC bump height metrology APC |
| US20190139800A1 (en) * | 2015-07-14 | 2019-05-09 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | 3d ic bump height metrology apc |
| US10541164B2 (en) * | 2015-07-14 | 2020-01-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | 3D IC bump height metrology APC |
| US11075097B2 (en) * | 2015-07-14 | 2021-07-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | 3D IC bump height metrology APC |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080513 |