JP2004309295A - バンプ高さ測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定再現性の高いバンプ高さ測定方法及び装置を提供すること。
【解決手段】バンプ電極の形成されたウエハ１に対し、所定角度で一軸方向に走査するレーザー光３ａ、３ｂを照射し、ウエハ１からの反射光５ａ、５ｂの結像位置を所定頻度で検出し、この結像位置の変位量を演算処理することによりバンプ高さに変換するバンプ高さ測定方法であって、レーザー光３ａ、３ｂの照射と反射光５ａ、５ｂの結像位置の検出を２以上の系で行い、各系の間でウエハ１における被検出位置がズレを有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三角測量法を用いた高さ測定方法及び装置に係り、特に半導体装置におけるバンプの高さ測定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、いわゆる前工程の最終工程が、各チップのパッド電極上に金属突起電極（バンプ）を形成するバンプ形成工程である。
【０００３】
一般に、バンプ形成工程中のＱＣ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）工程や払い出し検査工程におけるバンプの高さの測定には、三角測量法が用いられている。これは、図５に示すように、レーザー光源４から照射されたレーザー光３をバンプ９の形成されたウエハ１に対して斜め上方向から走査し、反射光５を受光検出部６に結像させ、所定の頻度で結像位置を検出する。このとき、図６に示すように、レーザー光がバンプ電極で反射した場合（反射光５）と、ウエハ下地で反射した場合（反射光５’）とで受光検出部での結像位置に変位ｄが生じるため、この変位量を所定の演算によりバンプ高さに変換する、というものである。
【０００４】
この手法は、レーザー光の走査により測定を行うことから、高速測定が可能であり、演算処理能力などを考慮して１〜数μｍ毎に検出、演算処理（測定処理）を迅速に行うことができる。また、図７に示すように、バンプ高さデータと対応するウエハ座標との相関を取ることにより、バンプ９の両端部の座標を検出し、バンプ幅Ｗを測定することも可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら半導体素子の微細化に伴い、バンプ電極も小型化している。図８（ａ）に従来の、（ｂ）に小型化したバンプを示す。同じ頻度で測定を行うと、バンプ電極１個あたりの測定データ数が減少するため、測定再現性の低下を引き起こすという問題が生じていた。これはすなわち、測定装置に起因するバンプ高さ測定値のばらつきが大きくなってしまうことを意味する。
【０００６】
一方、バンプ高さのばらつき低減の要求も、微細化に伴いさらに厳しくなったことから、実際のバンプ高さのばらつきがスペック内であっても測定値がばらつき、オーバーキルされてしまうなど、測定装置起因のばらつきの影響が無視できなくなってきた。
【０００７】
また、バンプ電極１個あたりの測定データ数の減少により、同様にバンプ端部検知精度も悪化するため、バンプ幅の測定再現性も悪化してしまう。例えば、図９（ａ）に従来の、（ｂ）に小型化したバンプを示すように、ステージにウエハを載置する際のウエハアライメント時の誤差δによるバンプ幅測定値に対する誤差ΔＷ／Ｗも大きくなる。
【０００８】
そこで、測定再現性を向上させるには、検出頻度を増加させれば良いが、演算処理速度には限界がある。また、レーザー光の走査速度を低下させることで、検出頻度を増加させることも考えられるが、処理能力が低下してしまうので、測定装置の追加投資が必要となり、コストアップの弊害が生じる。
【０００９】
本発明は、従来のバンプ高さ測定方法及び装置における欠点を取り除き、測定再現性の高いバンプ高さ測定方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプ高さ測定方法は、バンプ電極の形成されたウエハに対し、所定角度で一軸方向に走査するレーザー光を照射し、ウエハからの反射光の結像位置を所定頻度で検出し、この結像位置の変位量を演算処理することによりバンプ高さに変換するバンプ高さ測定方法であって、レーザー光の照射と反射光の結像位置の検出を２以上の系で行い、各系の間でウエハにおける被検出位置がズレを有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のバンプ高さ測定方法においては、被検出位置は、レーザー光の走査方向において実質的に等間隔とすることを特徴としている。
【００１２】
そして、本発明のバンプ高さ測定方法においては、各系間で前記被検出位置が前記レーザー光の走査方向と垂直方向に所定の間隔を有することを特徴としている。
【００１３】
さらに、本発明のバンプ高さ測定装置は、バンプ電極の形成されたウエハを載置するステージと、ウエハに対して所定角度でレーザー光を照射するレーザー光源と、レーザー光をウエハの一軸方向に走査させる走査機構と、ウエハからの反射光を結像させ、所定頻度で結像位置を検出する受光検出部と、結像位置の変位量をバンプ高さに変換する演算処理部を備え、レーザー光源とこれに対応する前記受光検出部からなるユニットを２以上有し、ウエハにおける被検出位置がズレを有するよう、各ユニットの位置を制御する機構を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のバンプ高さ測定装置においては、被検出位置が、レーザー光の走査方向において実質的に等間隔となるように、各ユニットの位置を制御することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１に本実施形態のバンプ高さ測定装置を示す。図に示すように、ウエハ１がステージ２上に載置されており、ウエハ１上方には、このウエハ１に対して所定の角度でレーザー光３ａ、３ｂを照射する２つのレーザー光源４ａ、４ｂと、ウエハ１からのそれぞれの反射光５ａ、５ｂを結像させ、所定の頻度で結像位置を検出する２つの受光検出ユニット６ａ、６ｂが設置されている。そしてこれらレーザー光源４ａ、４ｂ及び受光検出ユニット６ａ、６ｂは装置内でそれぞれ所定位置にレーザー光３ａ、３ｂの照射角度をわずかに変えるよう固定され、２つの受光検出ユニット６ａ、６ｂによるウエハ１上の（サンプリング位置）が略等間隔となるように制御、最適化されている。さらに、ステージ２下方にステージ２を駆動する走査機構７が設置されている。
【００１７】
このようなバンプ高さ測定装置により、以下のようにバンプ高さが測定される。先ず、ステージ２上にウエハ１を載置し、位置合せを行う。そして、図２に示すように、レーザー光源４ａと受光検出ユニット６ａからなる測定ユニット８ａ（測定系Ａ）において、ウエハ１に対して所定の角度となるようにレーザー光源４ａよりレーザー光３ａを照射し、ステージ２を走査機構７により駆動することにより、レーザー光３ａをウエハ１の１軸方向に走査させる。レーザー光３ａはウエハ１表面、或いはバンプ表面を反射し、受光検出ユニット６ａにおいてその反射光５ａを結像、その位置が検出される。このとき、ウエハ１上の被検出位置が、例えばレーザーの走査方向に間隔Ｔ＝２μｍとなるように、走査速度、検出頻度を設定する。
【００１８】
一方、レーザー光源４ｂと受光検出ユニット６ｂからなる測定ユニット８ｂ（測定系Ｂ）においても同様に機能、設定されている。ここで、測定ユニット８ａ、８ｂにおいて、レーザー光３ａ、３ｂの照射角度をわずかに変えて設置することにより被検出位置にズレが設けられている。被検出位置は、測定系Ａにより検出された位置と測定系Ｂにより検出された位置が交互になっており、例えばその間隔Ｔ’＝Ｔ／２＝１μｍに設定されている。ここで、被検出位置が等間隔になっていることが効率的に再現性の向上を図る上で好ましいが、少なくとも被検出位置の測定系が交互になっていれば効果は得られる。また、本実施形態において、被検出位置の間隔を１μｍとしたが、バンプサイズ（数１０〜数１００μｍ）により例えば０．５〜５μｍ程度に適宜設定することも可能である。
【００１９】
検出されたデータは、系ごとに演算処理され、最終的に両方のデータが統合処理される。
【００２０】
本実施形態においては、測定ユニットを２セットとしたが、３セット以上でも良い。その場合は、被検出位置の間隔Ｔｎ＝Ｔ／ｎ（ｎ：セット数）となっていることが好ましい。このとき、セット数が多い程情報量が増えるが、装置コストの上昇を招くので、適宜最適化する必要がある。
【００２１】
また、レーザー光の照射角度をわずかに変えるよう制御することにより、系ごとの被検出位置にズレを設けているが、物理的にずらす方法であれば特に限定されるものではない。或いはレーザー光の干渉を考慮した上で、検出のタイミングをずらしてもよく、タイミングを制御することにより微調整しても良い。
【００２２】
本実施形態により、バンプ電極の小型化に伴う測定再現性の低下を、処理速度を低下させることなく抑制することができる。そして、測定装置に起因する良品チップのオーバーキルが抑えられ、バンプ形成工程の歩留りの向上を図ることができる。また、バンプ幅の測定再現性も向上するため、的確なフィードバックが可能となる。
【００２３】
（実施形態２）
実施形態２は、実施形態１と同様の装置を用いるが、図３に示すように、２つの系による被検出位置のズレをレーザー走査方向に垂直方向にも設ける点で異なっている。このとき、垂直方向のずらし量Ｄは、バンプサイズにより数μｍ〜数１０μｍ程度に適宜設定することができる。
【００２４】
尚、本実施形態において、測定ユニットを２セットとしたが、図４に示すように３セット以上でも良い。その場合は、被検出位置のユニット毎の垂直方向のずらし量Ｄ’＝Ｄ／（ｎ−１）（Ｄ：トータルのずらし量、ｎ：セット数）となっていることが好ましい。このとき、同様にセット数が多い程情報量が増えるが、装置コストの上昇を招くので、適宜最適化する必要がある。
【００２５】
本実施形態により、実施形態１の効果に加え、垂直方向のズレにより、バンプ内の凹凸情報を把握することができるので、例えばバンプ内に突発的に発生する異常突起（コブ）や、陥没不良の検出感度を向上させることが可能となる。このようなバンプ内の凹凸情報検出の観点では、垂直方向のずれのみでも効果は得られる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、小型化したバンプ電極の高さを簡単な装置構成により高い精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバンプ高さ測定装置を示す図。
【図２】本発明のバンプ高さ測定方法の概念を示す図。
【図３】本発明のバンプ高さ測定方法の概念を示す図。
【図４】本発明のバンプ高さ測定方法の概念を示す図。
【図５】従来のバンプ高さ測定方法の概念を示す図。
【図６】三角測量法の概念を示す図。
【図７】バンプ幅測定方法の概念を示す図。
【図８】従来のバンプ高さ測定方法を示す図。
【図９】従来のバンプ高さ測定方法を示す図。
【符号の説明】
１ ウエハ
２ ステージ
３、３ａ、３ｂ レーザー光
４、４ａ、４ｂ レーザー光源
５、５ａ、５ｂ 反射光
６、６ａ、６ｂ 受光検出ユニット
７ 走査機構
８ａ、８ｂ 測定ユニット
９ バンプ

Claims (5)

1. バンプ電極の形成されたウエハに対し、所定角度で一軸方向に走査するレーザー光を照射し、前記ウエハからの反射光の結像位置を所定頻度で検出し、この結像位置の変位量を演算処理することによりバンプ高さに変換するバンプ高さ測定方法であって、
   前記レーザー光の照射と前記反射光の結像位置の検出を２以上の系で行い、各系の間で前記ウエハにおける被検出位置がズレを有することを特徴とするバンプ高さ測定方法。
2. 前記被検出位置は、前記レーザー光の走査方向において実質的に等間隔とすることを特徴とする請求項１記載のバンプ高さ測定方法。
3. 各系間で前記被検出位置が前記レーザー光の走査方向と垂直方向に所定の間隔を有することを特徴とする請求項１記載のバンプ高さ測定方法。
4. バンプ電極の形成されたウエハを載置するステージと、
   前記ウエハに対して所定角度でレーザー光を照射するレーザー光源と、
   前記レーザー光を前記ウエハの一軸方向に走査させる走査機構と、
   前記ウエハからの反射光を結像させ、所定頻度で結像位置を検出する受光検出部と、
   前記結像位置の変位量をバンプ高さに変換する演算処理部を備え、
   前記レーザー光源とこれに対応する前記受光検出部からなるユニットを２以上有し、
   前記ウエハにおける被検出位置がズレを有するよう、各ユニットの位置を制御する機構を具備することを特徴とするバンプ高さ測定装置。
5. 前記被検出位置が、前記レーザー光の走査方向において実質的に等間隔となるように、前記各ユニットの位置を制御することを特徴とする請求項４記載のバンプ高さ測定装置。

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