JP2003109985A - ウェーハバンプ検査方法及びウェーハバンプ検査装置 - Google Patents
ウェーハバンプ検査方法及びウェーハバンプ検査装置Info
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Abstract
る。 【解決手段】 変位検出回路601は、A/D変換器5
04,505の検出信号からウェーハ100の表面の高
さの変位を検出する。比較回路602は、表面の高さの
変位がしきい値以上の場合に、バンプの上面の高さの変
位として出力する。平均回路603は、各チップ毎に複
数のバンプの上面の高さの変位の平均値を算出する。記
憶回路604は、算出された平均値を記憶する。差検出
回路605は、算出された平均値と記憶回路604に記
憶されている別のチップの平均値との差を検出する。Z
ステージ制御回路606は、検出された平均値の差に基
づいて、ステージ駆動回路305を制御する。ステージ
駆動回路305は、Zステージ移動機構303を駆動し
て、ウェーハ搭載台306のZ方向の高さを調整する。
Description
表面のバンプを検査する方法及び装置に係り、特にそり
や厚さの変化等を有するウェーハの表面のバンプを検査
するのに好適なウェーハバンプ検査方法及びウェーハバ
ンプ検査装置に関する。
プの表面には、ICパッケージ等の配線を接続するため
に多数のバンプが形成される。ウェーハバンプ検査装置
は、このようなバンプの外観に欠陥がないか否かを検査
する装置である。ウェーハバンプ検査装置は、投光光学
系と検出光学系とを有し、光ビーム等の検査光を投光光
学系から被検査ウェーハへ照射し、被検査ウェーハの表
面で反射した反射光の強度を検出光学系で検出すること
により、被検査ウェーハの表面のバンプの形状を測定す
る。そして、測定したバンプの形状をチップ毎に比較す
ることによって、バンプの外観に欠陥がないか否かを検
査するものである。
上には複数のICチップが形成されており、また各IC
チップには多数のバンプが形成されている。このような
被検査ウェーハにそりや厚さの変化等があると、投光光
学系から被検査ウェーハの表面及び被検査ウェーハの表
面から検出光学系までの距離が一定でなくなり、バンプ
の形状を精度良く測定することができない。
変化等があっても、バンプの形状を精度良く測定するこ
とを目的とする。
ンプ検査方法は、バンプを有する複数のチップが形成さ
れた被検査ウェーハをウェーハ搭載台に搭載し、投光光
学系からウェーハ搭載台に搭載された被検査ウェーハへ
検査光を照射し、被検査ウェーハの表面で反射した検査
光の反射光の強度を検出光学系で検出し、検査光の反射
光の強度からバンプの上面の高さの変位を検出し、バン
プの上面の高さの変位のチップ毎の差を検出し、バンプ
の上面の高さの変位のチップ毎の差に基づいてウェーハ
搭載台の高さを調整するものである。
バンプを有する複数のチップが形成された被検査ウェー
ハを搭載するウェーハ搭載台と、ウェーハ搭載台に搭載
された被検査ウェーハへ検査光を照射する投光光学系
と、被検査ウェーハの表面で反射した検査光の反射光の
強度を検出する検出光学系と、検出光学系で検出した検
査光の反射光の強度からバンプの上面の高さの変位を検
出する変位検出手段と、変位検出手段で検出したバンプ
の上面の高さの変位のチップ毎の差を検出する差検出手
段と、差検出手段で検出したバンプの上面の高さの変位
のチップ毎の差に基づいてウェーハ搭載台の高さを調整
する調整手段とを備えたものである。
ウェーハバンプ検査装置では、バンプの上面の高さの変
位のチップ毎の差を検出し、これに基づいてウェーハ搭
載台の高さが調整されるので、各チップを測定する際の
投光光学系から被検査ウェーハの表面及び被検査ウェー
ハの表面から検出光学系までの距離が一定範囲内に保た
れる。一般に被検査ウェーハの表面には回路パターンや
保護膜が形成されているため、被検査ウェーハの表面の
高さを正確に測定するのは難しいが、バンプの上面には
保護膜がないので、バンプの上面の高さの変位を用いる
ことで正確な高さ調整が行える。
の高さの変位の平均値からバンプの上面の高さの変位の
チップ毎の差を検出すると、検出精度が向上して、ウェ
ーハ搭載台の高さを精度良く調整することができる。
図面に従って説明する。図1は、本発明の一実施の形態
によるウェーハバンプ検査装置の概略構成を示す図であ
る。本実施の形態のウェーハバンプ検査装置は、検査ス
テージ部、検査光学系、及び信号処理部を含んで構成さ
れている。
0、ステージ駆動回路305、及びウェーハ搭載台30
6から構成されている。ステージ移動機構300は、図
2に示すように、Xステージ移動機構301、Yステー
ジ移動機構302、Zステージ移動機構303、及びθ
ステージ移動機構304から構成されており、被検査物
であるウェーハ100を搭載したウェーハ搭載台306
をXYZ方向及びθ方向に移動させる。ステージ駆動回
路305は、画像処理・制御装置600によって制御さ
れ、ステージ移動機構300を駆動制御することによっ
て、ビームスポットがウェーハ搭載台306上のウェー
ハ100を相対的にX方向及びY方向に走査するように
制御し、また後述するようにウェーハ搭載台306のZ
方向の高さを調整する。
ーハ100へ照射する投光光学系と、ウェーハ100で
反射したレーザー光を光学センサに導く検出光学系とか
ら基本的に構成されている。投光光学系は、半導体レー
ザー光源400、S偏光板401、コリメートレンズ4
02、音響光学偏向器(AOD:Acousto−Op
tic Deflector)404、偏向器駆動回路
405、fθレンズ406、レンズ408、偏光ビーム
スプリッタ410、4分の1波長板412、及び対物レ
ンズ414から構成されている。
のレーザー光を発生する。S偏光板401は、半導体レ
ーザー光源400から発生されたレーザー光のS偏光成
分のみを透過させる。コリメートレンズ402は、S偏
光板401を透過したS偏光成分のレーザー光を平行光
線束に変換する。音響光学偏向器404は、コリメート
レンズ402を透過したS偏光成分の平行光線束を、ウ
ェーハ100の検出領域308をY方向に往復する偏向
光に変換する。偏向器駆動回路405は、画像処理・制
御装置600によって制御され、所定周波数(約4MH
z)の駆動信号を音響光学偏向器404へ供給する。f
θレンズ406及びレンズ408は、ウェーハ100の
検出領域308の各走査位置においてレーザー光を最適
に集束させるように動作するものである。偏光ビームス
プリッタ410は、S偏光成分のレーザー光を反射し、
P偏光成分のレーザー光を透過させるものである。従っ
て、偏光ビームスプリッタ410は、fθレンズ406
及びレンズ408を透過したS偏光成分のレーザー光を
ウェーハ100側に反射する。偏光ビームスプリッタ4
10で反射されたレーザー光は、4分の1波長板412
で円偏光成分のレーザー光に変換され、対物レンズ41
4を介してウェーハ100に集光される。
1波長板412、偏光ビームスプリッタ410、ハーフ
ミラー416、及びバンプ欠陥検出光学系から構成され
ている。ウェーハ100の表面で反射した円偏光成分の
反射レーザー光は、対物レンズ414及び4分の1波長
板412を透過する。このとき、円偏光成分の反射レー
ザー光は、4分の1波長板412を透過することによっ
て、P偏光成分の反射レーザー光に変換され、偏光ビー
ムスプリッタ410に導入される。偏光ビームスプリッ
タ410は、ウェーハ100からの反射レーザー光であ
って、4分の1波長板412からのP偏光成分の反射レ
ーザー光を後段のハーフミラー416側に透過させる。
ハーフミラー416は、偏光ビームスプリッタ410か
らのP偏光成分の反射レーザー光の光軸に対して45度
の角度を持って配置され、その反射レーザー光の約半分
をその光軸の側面に配置されたバンプ欠陥検出光学系側
に反射し、その反射レーザー光の約半分を図示しないウ
ェーハ表面欠陥検出光学系側に透過させる。
18、遮蔽板420,422、結像レンズ424,42
6、及び2分割光学センサ428,430から構成され
ている。ハーフミラー418は、ハーフミラー416か
らの反射レーザー光の光軸に対して45度の角度を持っ
て配置され、その反射レーザー光の約半分をその光軸の
側面に配置された2分割光学センサ428側に反射し、
ハーフミラー416からの反射レーザー光の約半分を2
分割光学センサ430側に透過させる。遮蔽板420,
422は、ハーフミラー418と2分割光学センサ42
8,430との間に配置され、ハーフミラー416で反
射した反射レーザー光の断面のそれぞれ異なる片側半分
の領域を遮蔽する。図1の場合、遮蔽板422は、ハー
フミラー418を透過したレーザー光の下側半分の領
域、すなわちハーフミラー416で反射したレーザー光
の下側半分の領域を遮蔽し、遮蔽板420は、ハーフミ
ラー418で反射したレーザー光の右側半分の領域、す
なわちハーフミラー416で反射したレーザー光の上側
半分の領域を遮蔽している。なお、遮蔽板420,42
2は、結像レンズ424,426と2分割光学センサ4
28,430との間に配置してあってもよい。
0,422によって遮蔽されなかったレーザー光に対応
した像をそれぞれ2分割光学センサ428,430上に
結像する。2分割光学センサ428,430は、ハーフ
ミラー416からの反射レーザー光を受光し、それに対
応した検出信号A〜Dを出力する。2分割光学センサ4
28,430は、ウェーハ100の検出領域308と同
じY方向(偏向方向)に沿って受光領域が2分割された
ホトセンサで構成されている。従って、2分割光学セン
サ428,430は、それぞれ独立した検出信号A〜D
を出力する。
は、ハーフミラー416を透過した反射レーザー光を受
光してその強度からウェーハ100の表面の欠陥を検出
し、欠陥検出信号を出力するものである。
0、アンプ502A〜502D、及びアナログ−ディジ
タル(A/D)変換器504,505から構成されてい
る。アンプ502A〜502Dは、2分割光学センサ4
30,428の各端子から出力される検出信号A〜Dを
増幅してA/D変換器504,505へ供給する。A/
D変換器504,505は、各アンプ502A〜502
Dから出力されたアナログの検出信号A〜Dをディジタ
ル信号に変換して画像処理・制御装置600へ供給す
る。
示すブロック図である。本実施の形態の画像処理・制御
装置600は、変位検出回路601、比較回路602、
平均回路603、記憶回路604、差検出回路605、
及びZステージ制御回路606を含んで構成されてい
る。さらに、画像処理・制御装置600は、図示してい
ないマイクロプロセッサユニット(CPU)、プログラ
ムメモリ(ROM)、ワーキングメモリ(RAM)、ハ
ードディスク装置(HDD)、外部インターフェイス等
を含むマイクロコンピュータシステムを含んで構成され
ており、各種の処理を実行するようになっている。な
お、図示していないが、この画像処理・制御装置600
には、キーボードやモニタ画面等が接続され、操作者と
の間でグラフィカルユーザインターフェイス(GUI)
を構築している。画像処理・制御装置600内のメモリ
(ROM,RAM,HDD)には、バンプ高さ形状検出
プログラム、ウェーハ走査プログラム、欠陥検出プログ
ラム、焦点合わせプログラム等の各種プログラムが格納
されている。
ード上の所定の検査開始キーの操作に応じて実行される
ものである。このバンプ高さ形状検出プログラムの実行
によって、画像処理・制御装置600は、焦点合わせプ
ログラム、ウェーハ走査プログラム及び欠陥検出プログ
ラムの順番で各プログラムを実行する。
04,505から出力される検出信号A〜Dに基づいて
fθレンズ406、レンズ408及び対物レンズ414
を調整して、ウェーハ100の表面にレーザー光の焦点
が位置するように焦点合わせを行う。ウェーハ走査プロ
グラムは、ステージ駆動回路305及び偏向器駆動回路
405に制御信号を供給し、主走査及び副走査を繰り返
し実行し、A/D変換器504,505から出力される
検出信号A〜D及び図示しないウェーハ表面欠陥検出光
学系から出力される欠陥検出信号をメモリ領域に一時的
に記憶する。欠陥検出プログラムは、A/D変換器50
4,505から出力された検出信号A〜Dに基づいてバ
ンプの高さ情報を検出し、それに基づいてバンプの欠陥
等を検出し、図示しないウェーハ表面欠陥検出光学系か
ら出力される欠陥検出信号に基づいてウェーハ100上
の異物や汚れ、傷や欠け等の欠陥位置をウェーハ100
上で特定したりする。
4,505から出力された検出信号A〜Dに基づいて、
ウェーハ100の表面の高さの変位を検出する。本実施
の形態のウェーハバンプ検査装置は、被検査ウェーハの
表面の凹凸に応じた反射光に基づいてその高さの変位を
測定する方法して、ナイフエッジ法を採用している。ナ
イフエッジ法は従来から知られているものであり、その
基本原理は、ウェーハ100からの反射光をナイフエッ
ジである遮蔽板420,422を介して2分割光学セン
サ428,430で受光し、その検出信号A〜Dに基づ
いてウェーハ100の表面の凹凸の高さを検出するもの
である。高さ情報εは、検出信号A〜Dの値を演算式
{(A−B)+(C−D)}/(A+B+C+D)に適
用することによって算出される。
み)もない場合には、2分割光学センサ428,430
から出力される検出信号A〜Dの値がほぼ等しくとなる
ので、高さ情報εは「0」となる。ウェーハ100に凸
部(突起)が存在する場合には、2分割光学センサ43
0の上側(検出信号A側)及び2分割光学センサ428
の左側(検出信号C側)には、その凸部(突起)の大き
さ(高さ)に応じた径の半円形状の反射レーザー光のビ
ームスポットが照射されるようになる。従って、この場
合の高さ情報ε={(A−B)+(C−D)}/(A+
B+C+D)は、正の値(ε>0)となる。ウェーハ1
00に凹部(窪み)が存在する場合には、2分割光学セ
ンサ430の下側(検出信号B側)及び2分割光学セン
サ428の右側(検出信号D側)には、その凹部(窪
み)の大きさ(深さ)に応じた径の半円形状の反射レー
ザー光のビームスポットが照射されるようになる。従っ
て、この場合の高さ情報ε={(A−B)+(C−
D)}/(A+B+C+D)は、負の値(ε<0)とな
る。
28,430からの検出信号A〜Dに基づいて高さ情報
εを求めると、検出精度が向上するという効果がある。
さらに、投光光学系の光学素子の熱変動等によってスポ
ット走査ずれが発生したとしても、高さ情報εを求める
演算式{(A−B)+(C−D)}/(A+B+C+
D)の分子側の値{(A−B)+(C−D)}は変動す
ることなくほぼ一定の値となるので、その影響を受ける
ことなく高精度な高さ測定を行うことができるという効
果がある。なお、スポット走査ずれとは、対物レンズ4
14からウェーハ100に対してレーザー光が垂直に落
射しなければならないにも関わらず、ある一定の角度を
持って落射する場合をいう。
検出したウェーハ100の表面の高さの変位がバンプの
上面ものか否かを判定するものであって、変位検出回路
601で検出したウェーハ100の表面の高さの変位を
しきい値と比較し、しきい値以上の場合にバンプの上面
の高さの変位として出力する。
力されたバンプの上面の高さの変位から、各チップ毎に
複数のバンプの上面の高さの変位の平均値を算出する。
記憶回路604は、平均回路603で算出された平均値
を記憶する。差検出回路605は、平均回路603で算
出された平均値と記憶回路604に記憶されている以前
に測定されたチップの平均値との差を検出する。
605で検出された平均値の差に基づいて、ステージ駆
動回路305を制御する。ステージ駆動回路305は、
Zステージ制御回路606の制御により、Zステージ移
動機構303を駆動して、ウェーハ搭載台306のZ方
向の高さを調整する。
ーハバンプ検査装置の動作を説明する図である。図3
(a)は、ウェーハ100にそり等で一定の傾きが発生
した場合を示す例であって、ウェーハ100上の第1の
チップのバンプ61、第2のチップのバンプ62、第3
のチップのバンプ63、第4のチップのバンプ64、第
5のチップのバンプ65、及び第6のチップのバンプ6
6を横に並べて示している。なお、図示していないが、
ウェーハ100上の各チップにはそれぞれ、各バンプ6
1〜66の後方の図面奥行き方向に複数のバンプが配列
されているものとする。破線61Hは、バンプ61を有
する第1のチップについて、複数のバンプの上面の高さ
の変位の平均値を示す。
す例であって、第1,第2のチップのバンプ61,6
2、及びウェーハ搭載台306のZ方向の高さをそれぞ
れ調整した後の第3〜第6のチップのバンプ63〜66
を横に並べて示している。破線61Hは、バンプ61を
有する第1のチップについて、複数のバンプの上面の高
さの変位の平均値を示す。この平均値61Hは、第1の
チップの測定終了後、平均回路603で算出されて記憶
回路604に記憶される。また、破線62Hは、バンプ
62を有する第2のチップについて、複数のバンプの上
面の高さの変位の平均値を示す。この平均値62Hは、
第2のチップの測定終了後、平均回路603で算出され
る。今、第1のチップの平均値61Hと第2のチップの
平均値62Hとの差をdとすると、この差dが第2のチ
ップの測定終了後に差検出回路605で検出される。Z
ステージ制御回路606は、検出された差dに基づい
て、ステージ駆動回路305を制御し、ウェーハ搭載台
306のZ方向の高さを調整する。これにより第3のチ
ップのバンプ63の底面は、破線矢印Z2に示すように
移動する。
チップの平均値が平均回路603で算出され、第1のチ
ップの平均値61Hとの差が差検出回路605で検出さ
れる。Zステージ制御回路606は、検出された差に基
づいて、ステージ駆動回路305を制御し、ウェーハ搭
載台306のZ方向の高さを調整する。これにより第4
のチップのバンプ64の底面は、破線矢印Z3に示すよ
うに移動する。同様にして、第4,第5のチップの測定
終了後にそれぞれウェーハ搭載台306のZ方向の高さ
が調整され、第5,第6のチップのバンプ65,66の
底面はそれぞれ、破線矢印Z4,Z5に示すように移動
する。
投光光学系から被検査ウェーハの表面及び被検査ウェー
ハの表面から検出光学系までの距離が一定範囲内に保た
れる。なお、図3の例ではウェーハ100の傾きが一定
であるため、第3〜第6のチップのバンプ63〜66の
底面の移動量が同じであるが、ウェーハ100の傾きが
一定でなければ、第3〜第6のチップのバンプ63〜6
6の底面の移動量は異なることとなる。
つのチップの測定終了後その測定結果に基づいて次のチ
ップの測定開始前にウェーハ搭載台のZ方向の高さ調整
を行っているため、ウェーハのそりや厚さの変化等に応
じてウェーハ搭載台の高さを精度良く調整することがで
きる。しかしながら、本発明はこれに限らず、例えば第
2のチップの測定結果に基づいて第4又は第5のチップ
の測定開始前にウェーハ搭載台のZ方向の高さ調整を行
うようにしてもよい。
平均値を基準とし、第2のチップ以降は常に第1のチッ
プの平均値との差を検出しているが、例えば1つ前に測
定したチップの平均値との差を検出するようにしてもよ
い。
半導体レーザー光源を例に説明したが、白色光等のその
他の光源を用いてもよい。また、以上説明した実施の形
態では、光ビームを所定の周期で往復走査するように偏
向させるものとして、音響光学偏向器を例に説明した
が、ポリゴンミラー、ガルバノミラー、デジタルマイク
ロミラーデバイス(DMD)等のその他の偏向器を用い
てもよい。さらに、以上説明した実施の形態では、光学
センサの分割数として2分割のものを例に説明したが、
これ以上の分割数であってもよく、また2次元状のCC
D受光素子を用いてもよい。
ェーハバンプ検査装置によれば、各チップを測定する際
の投光光学系から被検査ウェーハの表面及び被検査ウェ
ーハの表面から検出光学系までの距離を一定範囲内に保
つことができる。従って、被検査ウェーハにそりや厚さ
の変化等があっても、バンプの形状を精度良く測定する
ことができる。一般に被検査ウェーハの表面には回路パ
ターンや保護膜が形成されているため、被検査ウェーハ
の表面の高さを正確に測定するのは難しいが、バンプの
上面には保護膜がないので、バンプの上面の高さの変位
を用いることで正確な高さ調整が行える。
及びウェーハバンプ検査装置によれば、各チップ毎の複
数のバンプの上面の高さの変位の平均値からバンプの上
面の高さの変位のチップ毎の差を検出することにより、
検出精度を向上することができるので、ウェーハ搭載台
の高さを精度良く調整することができる。
検査装置の概略構成を示す図である。
ク図である。
検査装置の動作を説明する図である。
…Zステージ移動機構、305…ステージ駆動回路、6
00…画像処理・制御装置、601…変位検出回路、6
02…比較回路、603…平均回路、604…記憶回
路、605…差検出回路、605…Zステージ制御回路
Claims (4)
- 【請求項1】 バンプを有する複数のチップが形成され
た被検査ウェーハをウェーハ搭載台に搭載し、 投光光学系からウェーハ搭載台に搭載された被検査ウェ
ーハへ検査光を照射し、 被検査ウェーハの表面で反射した検査光の反射光の強度
を検出光学系で検出し、 検査光の反射光の強度からバンプの上面の高さの変位を
検出し、 バンプの上面の高さの変位のチップ毎の差を検出し、 バンプの上面の高さの変位のチップ毎の差に基づいてウ
ェーハ搭載台の高さを調整することを特徴とするウェー
ハバンプ検査方法。 - 【請求項2】 各チップ毎の複数のバンプの上面の高さ
の変位の平均値からバンプの上面の高さの変位のチップ
毎の差を検出することを特徴とする請求項1に記載のウ
ェーハバンプ検査方法。 - 【請求項3】 バンプを有する複数のチップが形成され
た被検査ウェーハを搭載するウェーハ搭載台と、 前記ウェーハ搭載台に搭載された被検査ウェーハへ検査
光を照射する投光光学系と、 被検査ウェーハの表面で反射した検査光の反射光の強度
を検出する検出光学系と、 前記検出光学系で検出した検査光の反射光の強度からバ
ンプの上面の高さの変位を検出する変位検出手段と、 前記変位検出手段で検出したバンプの上面の高さの変位
のチップ毎の差を検出する差検出手段と、 前記差検出手段で検出したバンプの上面の高さの変位の
チップ毎の差に基づいて前記ウェーハ搭載台の高さを調
整する調整手段とを備えたことを特徴とするウェーハバ
ンプ検査装置。 - 【請求項4】 前記差検出手段は、 各チップ毎の複数のバンプの上面の高さの変位の平均値
を算出する平均手段と、 前記平均手段で算出された平均値を記憶する記憶手段
と、 前記平均手段で算出されたあるチップの平均値と前記記
憶手段に記憶された別のチップの平均値との差を検出す
る手段とを備えたことを特徴とする請求項3に記載のウ
ェーハバンプ検査装置。
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JP2001303877A JP4382315B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | ウェーハバンプの外観検査方法及びウェーハバンプの外観検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2001303877A JP4382315B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | ウェーハバンプの外観検査方法及びウェーハバンプの外観検査装置 |
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