JP3551667B2 - はんだバンプの高さ測定方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＳＩ等の半導体モジュールやＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）等に形成される球面状はんだバンプの高さ測定方法に係わり、特に厳密な位置決めがなされてない球面状の該被測定物に対し、微細な凹凸変色等で表面状態が安定していない場合に対応した頂点高さの測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ビームにより三角測量法を用いて非接触で物体の高さを測定する方法は、種々知られている。その中でも、被測定物が球面状でその位置決めが厳密にされていない場合、すなわち被測定物の頂点の位置が正確にわからない場合の頂点高さを測定する方法としては、三次元直行座標Ｘ，Ｙ，Ｚを設定し、図８（ａ）に示すように、光ビームの相対的走査を被測定物のＸ軸方向に行い（８０１）、上記光ビームの反射光量から後述する方法でその走査線上の変曲点の位置を求め、ついで、上記光ビームの相対的走査を該変曲点を含むＹ軸方向に行い（８０２）、同様に反射光量から走査線上の変曲点位置を求め、図８（ｂ）に示すように、この位置を被測定物の頂点位置８０３とし、この場所の高さを被測定物の高さと判定するものがある。
【０００３】
前述の反射光量から変曲点を求める判定手段は、反射光量が所定の判定レベルを超えた位置とそれ以下となった位置との間の中心位置を変曲点と判定するものである。
【０００４】
なおこの種の技術として関連するものには、たとえば特開昭６０―１９６６０８号公報に記載の技術がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、被測定物の表面状態についての配慮がなされておらず、被測定物の表面に変色・凹凸等があった場合、該被測定物表面での光の反射に乱れが起こるため、反射光量のピークが複数出力されることになり、変曲点位置を誤判定してしまい頂点高さを高精度に測定できないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、被測定物の表面状態に影響されずに、高精度に球面状の被測定物の頂点高さを測定する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、光マイクロヘッドで検出し記憶された各バンプ毎の高さを示すディジタルデータから形成される波形と、事前に作成しておいた標準波形とを上下左右にシフトしながら比較し、それぞれシフトした場合の相関係数を演算し、演算結果から相関係数の最も大きい場合のシフト量と該標準波形のシフト前の高さをもとに、被測定バンプの頂点高さを算出する。そのため、バンプ表面の微細な凹凸・変色等による反射光量波形の局部的な形状異常に影響されず、検出波形全体から頂点高さを判定することができる。
【０００８】
尚、波形を比較する際、比較の対象となる波形幅は、記憶された前記ディジタルデータのそれぞれの各バンプ毎の反射光量データを元に、それぞれ各バンプ毎に決定する。
【０００９】
また、比較する標準波形は、その被測定物を一列走査した場合に得られる複数のバンプの高さデータから作成し、各列走査を行うごとに更新していくため、被測定対象物のバンプ面の曲率、光沢等が、製造ロット、製造プロセスなどの変更により変化しても、標準波形もそれに追従することになり、安定した計測が可能となる。更に、この測定方法においては、基準となる標準波形データを予め設定しておくのではなく、列走査毎に作成するため、バンプ高さ、及び、径の異なる他の品種のバンプも同様の方法または装置で測定可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
図６は、本発明を行うための高さ測定装置の構成を示す装置構成図である。
【００１２】
半球状の被測定バンプ６０１がベース６０２上に近接して複数個搭載されている。本実施例では、被測定バンプのサイズとしては、バンプ径１００μｍ、バンプピッチ３００μｍ程度とする。検出器６０３は高さ測定用の検出ヘッド部であり、光ビームを斜め方向に発する光源と、反射光の位置を検出する素子を有する。被測定バンプ６０１と検出器６０３との距離は三角法の原理で測定され、その値と検出器６０３とベース６０２との距離より、被測定バンプの高さを検出する。検出された反射光量信号６０８及び高さ信号６０９は、測定器本体６０４よりメモリ６０５及び、判定手段６０６を有する制御部６０７に送られる。被測定バンプ６０１及びベース６０２は、制御部６０７からの指令でＸステージ６１０、Ｙステージ６１１により検出器６０３に対し相対的にＸＹ方向に移動可能な構成となっている。
【００１３】
図７は被測定バンプ６０１に対する検出器６０３の相対的な走査方法を示した図である。検出器６０３は、ベース６０２上の被測定バンプ６０１の頂点付近をＸ方向に列毎に複数回走査し、一列分の反射光量信号６０８及び高さ信号６０９のサンプリングを行い、そのデータを制御部６０７に保存する。この走査をバンプ列毎にＹステージ６１１をシフトしながら繰り返し、ベース６０２上全ての被測定バンプ６０１を走査する。
【００１４】
図１は、本実施例における頂点判定の原理を説明する図である。検出波形１０２は、被測定バンプ６０１の一個分の検出高さ信号であり、標準波形１０１は後に述べる方法により作成したバンプ頂点付近の標準的なモデル波形である。検出波形１０２の仮の中心位置１０４は、バンプ上を走査した場合の設計上の位置及び、従来の方法により高さ情報と反射光量情報を元に求めた、仮の中心位置である。
【００１５】
まず、標準波形の頂点位置１０３と検出波形の仮の頂点位置１０５を重ね合わせて相関係数を求める。標準波形の中心軸を検出波形の中心軸に合わせたときの標準波形の頂点位置１０３を原点として、検出器走査方向にＸ軸、高さ方向にＺ軸をとる。相関係数は、点データの集まりである標準波形と検出波形のＸ座標とそのＸ座標におけるＺ座標のそれぞれの値より計算し、この結果は制御部６０７のメモリ６０５に保存する。
【００１６】
ここで、相関係数とは、検出波形１０２と標準波形１０１との形状の一致度を量的に表現する係数で、相関係数が大きい程二つの波形の形状が近いことを表している。
【００１７】
本実施例では、Ｘ座標幅は２μｍに設定して計算するが、求めるバンプの大きさ及び求めたい精度により設定できる。
【００１８】
更に、標準波形１をＸ方向またはＺ方向にシフトする。実際には検出波形１０２の比較範囲の切り出し位置を上下左右にシフトし同様に相関係数を演算する。この上下左右のシフトの比較演算を、予め設定した範囲内で繰り返し行い、それぞれの場合の相関係数を求める。この中で、最も大きい相関係数になった場所のＺ方向へのシフト量と、標準波形１０１の頂点位置１０３の高さを加算したものをその走査線上における被測定バンプの頂点高さと判定する。
【００１９】
Ｚ方向にシフトする範囲は、ハンダバンプを形成する装置の精度により予め決めておく。例えば、ハンダバンプ形成装置により生産されうる、最も高さの低いハンダバンプと最も高さの高いハンダバンプとの差の１．５倍程度とする。また、シフトピッチは、検出器６０３の測定分解能程度とする。
【００２０】
本実施例では図７に示すように、一列のハンダバンプについて３回の走査を行っているため、一つのバンプにつき３つの頂点高さが得られるが、図４に示す反射光量閾値レベルを越える光量波形の幅が最も大きいものを真の頂点高さとして採用することにしている。
【００２１】
図２は、上記方法によりＸＺ方向に±５回シフトして求めた相関係数とその位置関係を現した例である。図中ＡＢＣＤＥ（Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅ）と記入された部分はそれぞれほぼ同一の相関係数を示すポイントであり、Ｘシフト量とＺシフト量によりあらわせる。この様に、相関係数の分布は、相関係数が最大であるＡ（２０１）の位置を中心に同心円のようになっている。それ故、例えば仮の頂点位置１０５などがわからないバンプについては、任意の何点かのポイントのみ演算し、その内で最も大きい相関係数を示すポイント付近を中心に走査し演算する方法もある。又、比較演算手段として相関係数でなく、単純に検出波形と標準波形のＺ座標の差分をカウントし、差分の合計値が最も小さいポイントを最も一致している場所と判断する方法もある。更に、比較する検出波形１０２の範囲内で、それぞれの場所の反射光量を見て、予め設定した基準値に達しない場所の高さ信号は、比較演算に含めない方法により、誤った信号による判定精度の低下を防ぐ事ができる。これらの色々な方法は、検出器のサンプリング速度、判定演算機の速度、必要な測定精度、また対象とするワークのサイズ等に応じて自由に選ぶことができる。
【００２２】
次に、上記標準波形１０１の作成方法を図３、４、５により説明する。
【００２３】
図３は、一列分（ｎ個）のバンプを走査することにより得られた各バンプの変位波形３０１、３０２、３０３、３０４及び光量波形３１１を示すグラフである。図４はバンプの波形の拡大図であり、図５は、標準波形の作成手順を示したフローチャートである。
【００２４】
比較判定時のモデルとなる標準波形作成の基本原理は、比較判定する各バンプの波形を平均して求める方法である。
【００２５】
図４において、４０３は検出された変位の波形であり、４０４は反射光量の波形をあらわしている。標準波形を求めるときに使用する有効データは４０４の光量が光量閾値レベル▲２▼４０６を上回ったもののみとし、光量閾値レベル▲２▼４０６以下のデータは参考にしない。即ち、図４では、変位波形４０３の４０１（ａ）部及び４０１（ｂ）部は、光量閾値レベル▲２▼を上回ったデータとして標準波形を作成するときの有効データとなるが、他の部分の変位データは標準波形を作成するときの有効データとしては採用しない。
【００２６】
まず、有効データの抽出を図３の３０１、３０２、３０３、３０４の各バンプの波形について行う。図３では４個のバンプしか記載してないが実際には数１０個〜数１００個ぐらいのバンプがある。その有効データ３２１、３２２、３２３、３２４を走査列の全てのバンプについて加算平均する。加算平均の方法は、走査方向にＸ軸（仮の中心位置が０）、高さ方向にＺ軸（基板面が０）をとり、有効データの存在する各Ｘ座標毎におけるＺ座標の値を全てのバンプについて加算し、該加算した座標の数で割る。例えば、列中の１００個のバンプの内の８０個において、特定のＸ座標Ｘ１に対するＺ座標（Ｚ１・・・Ｚｎ）が有効データとなる場合には（図３では、Ｚ１，Ｚ２，ＺｎのみでＺ３は有効データではない）、その８０個それぞれのＺ座標の値を加えあわせ８０で割ることになる。
【００２７】
尚、仮の中心位置４０２は、反射光量が光量閾値レベル▲１▼４０５を越えてからそれ以下に下がるまでの波形幅の中心位置であり、中心位置と検出波形の交点を仮の頂点１０５とする（５０２）。
【００２８】
各Ｘ座標における有効データの加算平均値の集まりが標準波形となる。
【００２９】
標準波形を作成すると、直ちに前述の比較作業に移り、検出波形と標準波形をシフトしながら相関係数を求める。その走査列での比較作業が終わると、保存されていた標準波形データをクリアして次の列走査に移り、その列での標準波形の作成及び比較作業を行う。これを全てのバンプ列について繰り返す。
【００３０】
図４では有効データが２分割されているが、平均処理は一列全てのバンプについて、ポイント毎に有効データの平均化を行うため問題とはならない（５０４）。又、最終的に作成された標準波形が分割されていたとしても、比較演算のときにはポイントの集合として扱うため障害にはならない。
【００３１】
また、比較する標準波形は、その被測定物を一列走査した場合に得られる複数のバンプの高さデータから作成し、各列走査を行うごとに更新していくため、被測定対象物のバンプ面の曲率、光沢等が、製造ロット、製造プロセスなどの変更により変化しても、標準波形もそれに追従することになり、安定した計測が可能となる。更に、この測定方法においては、基準となる標準波形データを予め設定しておくのではなく、列走査毎に作成するため、バンプ高さ、及び、径の異なる他の品種のバンプも同様の方法または装置で測定可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、バンプ頂点高さ判定に反射光量の波形ではなく、頂点付近の標準波形と変位波形との比較手段をもちいるため、反射光量の波形が乱れていても判定には関係なく、バンプ表面の凹凸等の影響を受けることなく判定をする事が出来る。更に標準波形は、絶対的な基準を持つ必要がなく、測定対象自身からリアルタイムに作成するため、対象ワークの品種の変更等に柔軟に対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明の波形マッチングの原理説明図である。
【図２】は各シフトに対する相関係数の分布を現す等高線を示す。
【図３】は１列分のバンプを走査した場合に得られる変位と光量を示すグラフである。
【図４】は１列走査分の中の１バンプについて、標準波形の元データである有効データの算出原理を示す。
【図５】は標準波形の作成手順を示す。
【図６】は本発明を行うための高さ測定装置の構成を示す装置構成図、
【図７】はステージの走査方法を説明する図である。
【図８】は従来の測定方法を示した図である。
【符号の説明】
１０１：標準波形
１０２：検出波形
１０３：標準波形の頂点位置
１０４：検出波形の仮の中心位置
１０５：検出波形の仮の頂点位置
２０１：相関係数最大の位置
２０２：Ｘ方法シフト量
２０３：Ｙ方向シフト量
６０３：検出器
６０４：測定器本体
６０５：メモリ
６０６：判定手段
６０７：制御部
６０８：高さ信号
６０９：反射光量信号
６１０：Ｘステージ
６１１：Ｙステージ

Claims (4)

  1. ベース上に複数個搭載されているはんだバンプの高さを測定する方法において、
    各はんだバンプに光ビームを照射することにより各はんだバンプの高さを検出し、はんだバンプ毎に前記検出された高さデータから形成される波形に対して事前に用意した比較用の標準波形を任意の位置に配置し、更に、該標準波形を上下方向または左右方向にシフトし、前記標準波形の各位置における相関係数を演算し、該演算結果より、前記相関係数の最も大きい位置に応じて各はんだバンプの頂点高さを判定することを特徴とする高さ測定方法。
  2. 請求項１記載の高さ測定方法において、
    前記頂点高さの判定は、前記相関係数の最も値の大きい位置迄の前記標準波形の上下方向のシフト量と、前記標準波形の頂点位置の高さを加算した結果を各はんだバンプの頂点高さと判定することを特徴とする高さ測定方法。
  3. 請求項１記載の高さ測定方法において、
    列状に配置されている複数個のはんだバンプに対して列毎に光ビームを走査して前記複数個のはんだバンプの高さデータ及び反射光量データを検出し、前記高さデータのうちの少なくとも一部の高さデータを前記反射光量データに応じて抽出して加算平均することにより前記標準波形を用意することを特徴とする高さ測定方法。
  4. はんだバンプの高さを測定する測定装置において、
    Ｘ方向及びＹ方向に移動可能なステージと、前記ステージ上に載置されたベース上に複数個搭載されているはんだバンプに光ビームを照射し、反射光の位置を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された反射光の位置から前記はんだバンプの高さを検出する測定手段と、前記測定手段により検出された高さデータと予め用意された標準波形を記憶する記憶手段と、前記高さデータから形成される検出波形と前記標準波形を用いて前記はんだバンプの頂点の高さを判定する判定手段とを有し、前記判定手段は、前記検出波形に対して前記標準波形を任意に配置し、更に前記標準波形を上下方向または左右方向にシフトし、前記標準波形の各位置における前記検出波形と前記標準波形との相関係数を計算し、前記相関係数の最も大きい位置に応じて前記はんだバンプの頂点の高さを判定することを特徴とする測定装置。
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