JP2002267415A - 半導体測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バンプが変形してバンプ中心に頂点がない場
合でも正確にバンプ高さを測定できる半導体測定装置を
提供する。 【解決手段】 球形のバンプ２１の頂点位置を第１照明
装置５１での鉛直方向からの照明で光らせて第１撮像手
段５２で検出し、さらに、バンプ頂点位置を第２照明装
置６１で斜め上方からの照明で光らせて第２撮像手段６
２で検出し、この２つのバンプ頂点位置から画像処理部
７がステレオグラム法によって、バンプ頂点の高さを計
測するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体測定装置に
関し、特にボールグリッドアレイのボール高さを検出す
る半導体測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板の裏面に半球状のバンプを格
子状に並べた面実装型のボールグリッドアレイは、パッ
ケージサイズを小さくできると共に、パッケージ裏面で
基板と半田接合するため、端子数を多くとれるという利
点を有する。このボールグリッドアレイでは、実装の歩
留まりを良好にするため、バンプの高さのバラツキが所
定範囲内であること、バンプの欠落がないこと、バンプ
の変形がないこと等が要求される。そのため、ボールグ
リッドアレイのボール高さを検出できる半導体測定装置
が使用されている。

【０００３】従来、この種の半導体測定装置には、たと
えば特開平１１−２３０７１８号公報に示されるような
ボールグリッドアレイのボール高さ計測方法がある。

【０００４】図５は、上記公報で示された従来の半導体
測定装置の一例を示す構成図である。図５において、従
来の半導体測定装置は、半導体チップ１０が載置される
測定テーブル１４を有する。測定テーブル１４は、左右
（Ｘ）、前後（Ｙ）方向に移動できるようになってい
る。また、半導体チップ１０上には球形のバンプ１２が
配列されている。測定テーブル１４の周辺部には、円筒
状の発光面が内周側に設けられた円筒状照明１６が配設
される。また、測定テーブル１４の上方には、半導体チ
ップ１０を左右から撮像するステレオ光学系１８が配設
される。

【０００５】ステレオ光学系１８は、一方の撮像装置１
８Ａと他方の撮像装置１８Ｂとから構成され、これらの
撮像装置は交差角度が一定値になるように設置される。
また測定テーブル１４の上方には、アライメント用照明
装置２０が配設され、半導体チップ１０を所定位置にア
ライメントする場合に、半導体チップ１０を照明する。

【０００６】次に、この半導体測定装置の動作を説明す
る。まず、アライメント用照明装置２０のみを点灯し
て、半導体チップ１０の画像をステレオ光学系１８で撮
像し、測定テーブル１４を移動して、測定対象のバンプ
１２を、撮像装置１８Ａ及び撮像装置１８Ｂの光軸の交
差点に移動させる。

【０００７】次に、円筒状照明１６のみを点灯して、半
導体チップ１０の画像をステレオ光学系１８で撮像し、
測定対象のバンプ１２のステレオ画像を、撮像装置１８
Ａ及び撮像装置１８Ｂから取得する。この２つの画像を
基にステレオグラム処理を行い、バンプ１２の高さを求
める。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体測定装置は、バンプ１２の中心にバンプの頂点が
無い場合には、正確なバンプ高さ測定ができないという
問題がある。

【０００９】その理由は、撮像装置１８Ａと撮像装置１
８Ｂによって撮像された画像からステレオグラム処理を
行う際に、バンプ位置のアライメントを行ってバンプの
水平方向の中心にバンプ頂点があると仮定した処理を行
うために、バンプ異形によってバンプ頂点位置がずれて
いた場合、正確な測定処理が行えず、計算から求めたバ
ンプ高さに誤差が生じるからである。

【００１０】本発明は上記問題点にかんがみてなされた
ものであり、バンプが変形してバンプ中心に頂点がない
場合でも正確にバンプ高さを測定できる半導体測定装置
の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の半導体測定装置は、基板上に、格子
状に配列された球形バンプを有する半導体チップの、前
記球形バンプのボール高さを測定する半導体測定装置で
あって、前記半導体チップの基板に対して垂直方向の第
１照明光を照射する第１照明手段と、前記第１照明光が
前記基板面と平行な面で反射された第１反射光を撮像す
る第１撮像手段と、前記半導体チップに斜めに第２照明
光を照射する第２照明手段と、前記第２照明光が前記基
板面と平行な面で反射された第２反射光を撮像する第２
撮像手段と、前記第１撮像手段で撮像された前記球形バ
ンプの第１の画像及び前記第２撮像手段で撮像された前
記球形バンプの第２の画像に基づいて前記球形バンプの
頂点高さを検出する画像処理部とを備える構成としてあ
る。

【００１２】このような構成の発明によれば、球形のバ
ンプの頂点位置を第１照明装置での鉛直方向からの照明
で光らせて第１撮像手段で検出し、さらに、バンプ頂点
位置を第２照明装置で斜め上方からの照明で光らせて第
２撮像手段で検出し、この２つのバンプ頂点位置から画
像処理部がステレオグラム法によって、バンプ頂点の高
さを計測する。このため、バンプ頂点がバンプの中央に
なくても、精度良く高さ計測をすることができる。

【００１３】請求項２記載の半導体測定装置は、請求項
１記載の半導体測定装置において、更に、前記半導体チ
ップを水平移動させる搬送手段と、前記搬送手段で搬送
されている前記半導体チップの位置を検出する位置測定
手段とを有し、前記第２撮像手段が前記搬送手段で搬送
されている半導体チップの搬送方向と直交する方向の一
列の前記球形バンプに焦点が合うように配置されている
構成としてある。

【００１４】このような構成の発明によれば、一次元カ
メラ等の第２撮像手段で搬送手段により搬送されている
半導体チップバンプの移動方向の列を走査するため、半
導体チップ全体の球形バンプの画像を得ることができ
る。

【００１５】請求項３記載の半導体測定装置は、請求項
２記載の半導体測定装置において、前記画像処理手段
が、前記位置測定手段からの位置情報に基づいて前記第
１の画像と前記第２の画像とを関連づける構成としてあ
る。

【００１６】このような構成の発明によれば、第１の撮
像手段によって撮像された第１の画像と第２撮像手段に
よって撮像された第２の画像の水平位置関係を位置測定
手段の位置情報により関連づけることで、バンプの高さ
を測定することができる。

【００１７】請求項４記載の半導体測定装置は、請求項
１〜３いずれかに記載の半導体測定装置において、前記
第１照明手段と前記第１撮像手段とが、同一の光軸に配
置されている構成としてある。

【００１８】このような構成の発明によれば、半導体チ
ップの基板面と平行に反射してくる反射光を撮像するた
め、球形バンプの頂点の反射像を得ることができる。

【００１９】請求項５記載の半導体測定装置は、請求項
１〜４いずれかに記載の半導体測定装置において、前記
第１撮像手段の前面に第１の周波数選別光学フィルタが
配置され、前記第２撮像手段の前面に前記第１の周波数
選別光学フィルタと異なる周波数の光を透過する第２の
周波数選別光学フィルタが配置され、前記第１照明手段
が、前記第１の周波数選別光学フィルタを透過する波長
の光を照射し、前記第２照明手段が、前記第２の周波数
選別光学フィルタを透過する波長の光を照射する構成と
してある。

【００２０】このような構成の発明によれば、第１照明
手段及び第２照明手段の光の相互干渉がなくなるために
照明を切り替えることなく第１撮像手段及び第２撮像手
段で一度に画像取り込みが可能となる。

【００２１】請求項６記載の半導体測定装置は、請求項
１〜５いずれかに記載の半導体測定装置において、前記
画像処理部が、前記第１の画像の輝点の第１中心位置座
標及び前記第２の画像の輝点の第２中心位置座標を計測
し、これらの第１中心位置座標と第２中心位置座標に基
づいて各球形バンプのボール高さを測定する構成として
ある。

【００２２】このような構成の発明によれば、垂直方向
と斜め方向の２つの照明で光らせて検出した２つのバン
プ頂点位置（第１中心位置座標及び第２中心位置座標）
からステレオグラム法によってバンプ頂点高さを計測す
ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体測定装置の
実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

【００２４】図１は、本発明の半導体測定装置の第１実
施形態を示す構成図である。この半導体測定装置１は、
ボールグリッドアレイ２の球形バンプ２１のボール高さ
を測定する装置である。ボールグリッドアレイ２は、半
導体基板２２の裏面に半田の半球形バンプ２１が格子状
に配列された半導体チップである。

【００２５】半導体測定装置１は、搬送手段として、図
の矢印の方向に搬送される移動ステージ３と、移動ステ
ージ３上に載置されて水平移動される半導体チップ２の
位置を、例えば移動ステージ３の移動量で検出する位置
測定手段４とを備えている。半導体チップ２は、図示し
ない位置合わせ機構により、移動ステージ３の移動方向
と直交する方向に球形バンプ２１の格子の列が揃うよう
に、裏面の球形バンプ２１を上にして移動ステージ３上
に載置されるようになっている。

【００２６】半導体測定装置１は、移動ステージ３上に
載置されて搬送される半導体チップ２上に鉛直方向から
光を照射して鉛直方向の反射光を撮像する第１撮像系５
と、半導体チップ２に斜めに光を照射し、照射方向と対
称的に反射してくる反射光を撮像する第２撮像系６と、
画像処理部７とを有している。

【００２７】第１撮像系５は、光軸に配置されている第
１照明装置５１と、ＣＣＤカメラなどの第１撮像手段５
２とで構成されている。第１照明装置５１は、半導体チ
ップ２上に半導体基板２２と垂直方向の平行光の第１照
射光Ｌ１を半導体チップ２上に照射する。第１撮像手段
５２は、半導体チップ２上に合焦して半導体チップ２か
ら鉛直方向に反射してくる第１反射光Ｌ２の画像を撮像
する二次元カメラである。

【００２８】第２撮像系６は、移動ステージ５の移動方
向と同方向の斜め上方から平行光を投射する第２照明装
置６１と、半導体チップ２上の移動ステージ３の移動方
向と直角方向の一線上に合焦し、半導体チップ２の斜め
後方に所定の取付角度αを有して配設されているＣＣＤ
カメラ等の第２撮像手段６２とから構成されている。第
２撮像手段６２としては一次元カメラを用いている。第
２撮像手段６２は、第２照明装置６１から斜めに半導体
チップ２を照明する第２照明光Ｌ３が、球形バンプ２１
上面で反射する反射光のうち、半導体基板２２面と平行
面からの第２反射光Ｌ４が入射するように取付角度αを
調節して設置されている。

【００２９】画像処理部７は、第１撮像手段５２からの
第１の画像信号ａ及び第２撮像手段６２からの第２の画
像信号ｂを基に、位置測定手段４からの位置信号ｃと合
わせて第１の画像及び第２の画像での各バンプの頂点部
の位置座標を求め、第２撮像手段６２の取付角度αによ
る補正を加味して、各バンプの頂点高さを求める。

【００３０】次に、図１の半導体測定装置１の動作につ
いて説明する。まず、第１照明装置５１のみを点灯させ
て第１照明光Ｌ１を照射し、半導体チップ２上の球形の
バンプ２１表面によって反射された第１反射光Ｌ２を二
次元カメラの第１撮像手段５２にて撮像する。第１撮像
手段５２によって撮像された球形バンプ２１の第１の画
像は、例えば、図２のような画像となる。半導体チップ
２に対して鉛直方向に照射された第１照明光Ｌ１は、半
導体チップ２の基板２２面と平行な面だけが鉛直方向に
反射され、鉛直方向に反射された第１反射光Ｌ２のみが
第１撮像手段５２によって撮像される。そのため、球形
バンプ２１の頂点以外は鉛直方向に反射しないので、円
形の黒色部分Ｂとなって黒く写っている。

【００３１】黒色部分Ｂにおいて光っている部分Ｃは、
第１照明光Ｌ１がバンプの表面に映り込んでいる部分で
ある。すなわち、これはバンプのもっとも高い頂点部分
であり、チップ面と平行な面であるので、この光ってい
る部分の中心を各バンプの頂点とみなすことができる。
球形バンプの黒色部分Ｂ周辺は、半導体チップ２の半導
体基板２２による反射である。第１撮像手段５２で撮像
された画像は画像処理部７に第１の画像として送られ、
画像処理部７によって、この各輝点の中心の第１中心位
置座標ＸＹが計測される。この鉛直方向から計測された
頂点位置が正確なバンプ頂点位置である。

【００３２】次に、第１照明装置５１を消灯させ、第２
照明装置６１を点灯させて、移動ステージ３を移動させ
ながら、半導体チップ２を照明する。同時に一次元カメ
ラの第２撮像手段６２で半導体チップ２上のバンプ画像
を順次撮像する。これにより、半導体チップ２を上部斜
方視した、半導体チップ２の上面全面にわたって合焦し
ている第２の画像を取得する。これは、例えば図３のよ
うな画像として撮像される。半導体チップ２の半導体基
板２２面と平行な各球形バンプ２１の頂点による第２反
射光だけが第２撮像手段６２によって撮像されるため、
各球形バンプ２１の頂点が輝点Ｓとなって現れる。この
輝点Ｓの中心がバンプ頂点位置であるが、球形バンプ２
１の高さにより変動する値である。第１撮像手段６２で
撮像された第２の画像は画像処理部７に送られる。

【００３３】画像処理部７は、第２撮像手段６２によっ
て撮像された各球形バンプの輝点Ｓの中心の第２中心位
置座標Ｘ’Ｙ’を計測する。さらに画像処理部７は、図
２の画像と図３の画像の水平位置関係を位置測定手段３
の位置情報ｃにより関連づける。画像処理部７は、図２
から計測される各バンプの頂点の第１中心位置座標ＸＹ
と、図３から計測される各バンプの頂点の第２中心位置
座標Ｘ’Ｙ’のずれを演算する。ずれがない場合は、バ
ンプの高さが基準高さであることを示す。水平方向のず
れは第２撮像手段６２の光軸に対するずれであるから、
第２撮像手段６２の水平方向に対する取付角度αによっ
て鉛直方向（Ｚ軸方向）の補正を行うことにより、各バ
ンプの頂点高さを基準高さからの偏差として測定する。

【００３４】このように、本発明の半導体測定装置１
は、球形のバンプの頂点位置を鉛直方向からの照明で光
らせて検出し、さらに、バンプ頂点位置を斜め上方から
の照明で光らせて検出して、この２つのバンプ頂点位置
からステレオグラム法によって、バンプ頂点の高さを計
測する。このため、バンプ頂点がバンプの中央になくて
も、精度良くボール高さを計測することができ、特性、
性能及び信頼性が向上している。

【００３５】次に、本発明の第２の実施の形態について
図４を参照して詳細に説明する。図４は、本発明の半導
体測定装置の第２実施形態の構成を示す構成図である。
この半導体測定装置１ｂは、バンプの高さを測定する基
本的な構成は第１実施形態と同じであり、二次元カメラ
の第１撮像手段５２の前方に第１の周波数選別光学フィ
ルタ５３と、第２撮像手段６２の前方に第２の周波数選
別光学フィルタ６３が設けられている点と、第１照明装
置５１ｂの発光周波数と第２照明装置６１ｂの発光周波
数とが相違する。その他の構成については同様であるの
で、同一の構成には同一の符号を付してその説明は省略
する。

【００３６】第１の周波数選別光学フィルタ５３と第２
の周波数選別光学フィルタ６３は、各々異なる特定波長
の光のみを透過させる。第１照明装置５１ｂは周波数選
別光学フィルタ５３を透過する波長の光のみを照射し、
第２照明装置６１ｂは周波数選別光学フィルタ６３を透
過する波長の光のみを照射する。

【００３７】これにより、第１撮像手段５２と第２撮像
手段６２に入射する第１照明装置５１ｂ及び第２照明装
置６１ｂの光の相互干渉がなくなるために照明を切り替
えることなく双方のカメラで一度に画像取り込みが可能
となるため、測定時間が短縮されるという効果が得られ
る。

【００３８】上述した半導体測定装置では、第２撮像手
段として一次元カメラを用い、半導体チップを移動させ
ながらバンプ全体を撮像する装置を示したが、静止した
半導体チップを２次元カメラの焦点距離を前方のバンプ
列から後方のバンプ列へ移動させながらバンプを順次撮
像するようにしても同様の効果が得られる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の半導体測定装置によれば、ボー
ルグリッドアレイのバンプ頂点の位置を正確にとらえ
て、その部分のバンプ高さを計測できるため、球形バン
プの頂点部分におけるボール高さを正確に計測できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体測定装置の第１の実施の形態の
構成図である。

【図２】本発明の半導体装置における第１撮像装置に撮
像された球形バンプの第１の画像の一例である。

【図３】本発明の半導体装置における第２撮像装置に撮
像された球形バンプの第２の画像の一例である。

【図４】本発明の半導体装置の第２実施形態の構成図で
ある。

【図５】従来の半導体測定装置の構成図である。

【符号の説明】

１、１ｂ 半導体測定装置 ２ ボールグリッドアレイ（半導体チップ） ２１ 球形ボール ２２ 半導体基板 ３ 搬送装置 ４ 位置測定装置 ５ 第１撮像系 ５１ 第１照明装置 ５２ 第１撮像手段 ６ 第２撮像系 ６１ 第２照明装置 ６２ 第２撮像手段 ７ 画像処理部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、格子状に配列された球形バン
   プを有する半導体チップの、前記球形バンプのボール高
   さを測定する半導体測定装置であって、 前記半導体チップの基板に対して垂直方向の第１照明光
   を照射する第１照明手段と、前記第１照明光が前記基板
   面と平行な面で反射された第１反射光を撮像する第１撮
   像手段と、前記半導体チップに斜めに第２照明光を照射
   する第２照明手段と、前記第２照明光が前記基板面と平
   行な面で反射された第２反射光を撮像する第２撮像手段
   と、前記第１撮像手段で撮像された前記球形バンプの第
   １の画像及び前記第２撮像手段で撮像された前記球形バ
   ンプの第２の画像に基づいて前記球形バンプの頂点高さ
   を検出する画像処理部とを備えることを特徴とする半導
   体測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体測定装置におい
   て、 更に、前記半導体チップを水平移動させる搬送手段と、
   前記搬送手段で搬送されている前記半導体チップの位置
   を検出する位置測定手段とを有し、前記第２撮像手段が
   前記搬送手段で搬送されている半導体チップの搬送方向
   と直交する方向の一列の前記球形バンプに焦点が合うよ
   うに配置されていることを特徴とする半導体測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体測定装置におい
   て、 前記画像処理手段が、前記位置測定手段からの位置情報
   に基づいて前記第１の画像と前記第２の画像とを関連づ
   けることを特徴とする半導体測定装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３いずれかに記載の半導体測
   定装置において、 前記第１照明手段と前記第１撮像手段とが、同一の光軸
   に配置されていることを特徴とする半導体測定装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４いずれかに記載の半導体測
   定装置において、 前記第１撮像手段の前面に第１の周波数選別光学フィル
   タが配置され、前記第２撮像手段の前面に前記第１の周
   波数選別光学フィルタと異なる周波数の光を透過する第
   ２の周波数選別光学フィルタが配置され、前記第１照明
   手段が、前記第１の周波数選別光学フィルタを透過する
   波長の光を照射し、前記第２照明手段が、前記第２の周
   波数選別光学フィルタを透過する波長の光を照射するこ
   とを特徴とする半導体測定装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５いずれかに記載の半導体測
   定装置において、 前記画像処理部が、前記第１の画像の輝点の第１中心位
   置座標及び前記第２の画像の輝点の第２中心位置座標を
   計測し、これらの第１中心位置座標と第２中心位置座標
   に基づいて各球形バンプのボール高さを測定することを
   特徴とする半導体測定装置。