JP6461555B2 - バンプ検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、TSVウエハに形成されたバンプを高速で検査できるバンプ検査装置に関するものである。

次世代半導体デバイスの３次元実装技術として、TSV（Through Silicon Via）技術の開発が進行している。TSV技術では、バンプを介してシリコンウエハが積層され、各シリコンウエハに形成されたデバイスはバンプを介して隣接するシリコンウエハのデバイスに接続される。よって、TSVウエハでは、一部のバンプの電気的接続が不完全な場合、製造の歩留りが大幅に低下する不具合が発生する。従って、素子間の電気的接続を確実に行うために、バンプの管理が極めて重要であり、TSVウエハの検査では、バンプの全数を検査することが要請されている。さらに、TSVウエハには、１枚のウエハ当たり約４０００×１０^４個の素子が形成され、従来の回路基板に形成されているバンプの数よりもはるかに膨大な数のバンプが形成されている。同時に、TSVウエハのバンプ検査においては、高いスループットが要求され、例えば１時間当たり２０枚のウエハを検査できることが要請されている。従って、TSVウエハのバンプ検査においては、従来の回路基板のバンプ検査の概念が適用できず、新たなバンプ検査の概念の導入が強く要請されている。

TSVウエハに形成されたバンプの高さを計測する方法として、共焦点顕微鏡を用いる方法が想到される。共焦点顕微鏡を利用した3次元パターンの検査では、０．１μｍ程度の測定分解能が得られ、従ってバンプの高さ及び直径を高精度に測定することができる。しかしながら、共焦点顕微鏡を利用した場合、検査に長時間要するため、多数のバンプを短時間で検査することが要求されるTSVウエハのバンプ検査には適合しないものである。

バンプの高さを検査するバンプ検査装置として、基板上に形成されたバンプに向けて４５°の入射角でライン状の照明ビームを投射し、バンプの頂部で反射した反射光及び基板のベース面で反射した反射光を２次元撮像装置で検出してバンプの高さを計測する検査装置が既知である（例えば、特許文献１参照）。この既知の検査装置では、２次元撮像装置を基板面に対して直交するように配置し、バンプの頂部から出射した反射光の検出位置及びベース面から出射した反射光の検出位置が求められ、バンプの高さｈは、２つの検出位置間の距離をｄとし、式 ｈ＝ｄ／２に基づいて求められている。

また、上述した特許文献には、２次元撮像装置の代わりに、ライン状の照明ビームと平行な方向にそって多数の受光素子が配列されたラインセンサを用い、バンプの頂部から出射した反射光及びベース面から出射した反射光を検出する実施例も記載されている。この実施例では、ラインセンサを基板面と直交する方向に移動（スキャン）することにより、バンプの頂部から出射した反射光及びベース面から出射した反射光が検出されている。

別のバンプ検査装置として、回路基板に形成されたバンプに向けてリング状の照明光を投射し、バンプから出射した反射光を撮像装置により撮像し、得られたリング状の画像からバンプの高さや輪郭を検出する検査装置が既知である（例えば、特許文献２参照）。この既知の検査装置では、各バンプごとにリング状の照明光を投射し、各バンプのリング状画像からバンプの高さが算出されている。
特開２００２−３３４８９９号公報 特開２０１３−２１０２６０号公報

上述した特許文献１に記載されたバンプ高さ検査装置では、２次元アレイ状に形成されたバンプの高さを各バンプ列ごとに計測し、静止状態において１ライン分の計測を行い、１ラインの計測が終了した後、所定の距離だけ移動して次のラインのバンプ列が計測されている。従って、ステージが断続的に移動するため、検査時間が長時間かかる欠点があり、TSVのウエハのバンプ検査には適合しないものである。また、撮像装置としてラインセンサを用いる実施例では、ラインセンサを基板表面と直交する方向に移動することにより、バンプの頂部からの反射光及びベース面からの反射光を検出するため、各バンプ列の検査ごとにラインセンサを所定の距離だけ移動させる必要があり、高速検査に適合しない欠点があった。

特許文献２に記載された検査装置では、高さ測定分解能がピクセルサイズの制約を受け、微小なピクセルで撮像しているため、同様に測定時間がかかりすぎ、TSVウエハのバンプ検査に適合しないものである。

本発明の目的は、各種基板に形成されたバンプを高速で検査できるバンプ検査装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、ＴＳＶウエハのバンプ検査に好適なバンプ検査装置を実現することにある。

本発明によるバンプ検査装置は、TSVウエハに形成された多数のバンプを高速で検査するバンプ検査装置であって、
バンプが形成されているTSVウエハを支持すると共に第１の方向及び第１の方向と直交する第２の方向に移動可能なステージと、
第１の方向に延在するライン状の照明ビームを、ステージ上に配置したTSVウエハに向けて斜めの入射角で投射する光源装置と、
前記第１の方向に沿って配列された複数の受光素子を有し、ウエハ表面で正反射した正反射光を受光するように配置されたライセンス又はＴＤＩセンサと、
前記ライセンス又はＴＤＩセンサから出力される輝度信号を用いて、ウエハ表面で正反射した正反射光により形成される２次元輝度画像を形成し、形成された２次元輝度画像を用いて個々のバンプについて良否判定を行う信号処理装置とを具え、
前記TSVウエハは、ステージが第２の方向に移動することにより、第１の方向に延在するライン状の照明ビームにより２次元的に走査され、
前記２次元輝度画像は、ウエハ表面で正反射した正反射光により形成されるバンプの影の２次元像を含み、
前記信号処理装置は、
前記２次元輝度画像から、Ｍ及びＮを正の整数とした場合に、バンプの影の２次元画像の高さ方向に配列されたＭ個の画素と幅方向に配列されたＮ個の画素により構成されるＭ×Ｎ個の画素ブロックとして構成されるバンプの影の２次元画像を検出するバンプ像検出手段、
検出された画素ブロックの画素の輝度値を用いて、バンプの影の２次元画像の高さを計測する第１の計測手段、及び、
計測された高さ出力を基準情報と比較して良否判定を行う良否判定手段を有し、
前記第１の計測手段は、
受光素子上に形成されたバンプの影の２次元画像の高さ方向の長さと当該受光素子から出力される輝度信号により形成される画素の輝度値との関係を規定した変換データ、
前記検出された画素ブロックの画素の輝度値を、前記変換データを用いてバンプの影の２次元画像の高さ方向の長さに変換する手段、及び、
変換された各画素のバンプの影の２次元画像の高さ方向の長さを、高さ方向にそって配列されたＭ個の画素について加算する手段を含むことを特徴とする。

前述したように、TSVウエハには膨大な数のバンプが形成され、TSVウエハの検査においてはバンプの全数について高速で検査することが要求されている。この要求を満たすためには、従来のバンプ検査の概念が適用できず、新たな概念によるバンプ検査が必要である。そこで、本発明では、TSVウエハについて斜め照明を行い、バンプの影の像（以下、「バンプ像」と称する）を含む２次元輝度画像を形成し、２次元輝度画像から個々のバンプ像を検出する。そして、各バンプ像の高さや幅を個別に計測し、その計測結果に基づいて個々のバンプについて良否判定を行う。ウエハの表面はほぼ鏡面であるため、基板の表面に向けてライン状の照明光を斜めに投射し、ウエハの表面で正反射した正反射光を撮像装置により受光することによりバンプ像を高速で撮像することができる。さらに、バンプは円柱体であり、その形状を特定するパラメータは高さ及び幅である。これらバンプ像の高さ及び幅は、バンプの高さ及び幅と対応しているので、バンプ像の高さや幅を計測することにより、周囲のバンプとは異なる特異的なバンプを検出することができ、個々のバンプについて良否判定を行うことができる。この結果、膨大な数のバンプの全数を短時間で検査することができ、TSVウエハのバンプ検査に好適なバンプ検査装置が実現される。

本発明によるバンプ検査装置の好適実施例は、バンプの影の２次元輝度画像は、バンプの影の像の高さ方向及び幅方向にそれぞれ位置する複数の画素の画素ブロックにより構成されることを特徴とする。バンプ像を含む２次元画像をピクセルサイズの小さい撮像装置を用いて撮像したのでは、信号処理に長時間かかり、高速検査の要求に適合しない問題がある。そこで、本発明では、ピクセルサイズの大きな撮像装置を用いてバンプの影を撮像する。この場合、撮像装置の受光素子に形成されるバンプの影の割合と受光素子から出力される輝度値とは対応関係があるため、バンプ像のエッジに位置する画素の輝度値を高さ方向の長さや幅方向の長さに変換することにより、バンプ像の高さ及び幅を計測することができる。すなわち、バンプ像は、複数画素の画素ブロックとして形成されるので、高さ方向の端部に位置する画素の輝度値を影の長さ又はエッジ位置に変換することにより、影の高さが計測される。また、幅方向のエッジに位置する画素の輝度値を影の長さ又は像のエッジ位置に変換することによりバンプ像の幅が計測される。さらに、バンプ像の先端側の隣接する画素の輝度値の差分は、バンプの先端の湾曲度を示すので、隣接画素の輝度値の差分を検出することにより、バンプの先端の頂部の湾曲度を検査することができ、先端の形状が特異的なバンプを識別することが可能になる。

さらに、本発明では、各バンプの影の像は複数画素の画素ブロックとして検出しているので、ミッシング検査を並行して行うことも可能である。すなわち、バンプ像が形成された画素ブロックのアドレスを検出し、検出されたアドレスを基準アドレス情報と照合することにより、ウエハ上の所定の位置にバンプが形成されているか否かを示す欠落情報も並行して出力することが可能になる。

本発明では、バンプが形成されている基板の表面を斜めに照明し、バンプにより形成される影の像（バンプ像）を含む２次元画像を撮像し、２次元画像から各バンプ像を形成し、個々のバンプ像に基づいて良否判定を行っているので、膨大な数のバンプの全数を高速で検査することができる。さらに、各バンプ像は複数画素の画素ブロックとして形成され、バンプ像のエッジを示す画素の輝度値を高さ方向や幅方向の長さ又はエッジ位置に変換しているので、ピクセルサイズの大きな受光素子の撮像装置を用いることができ、信号処理時間が大幅に短縮され、スループットの高いバンプ検査が可能になる。さらに、本発明では、バンプにより形成される影の像を検出しているので、バンプの高さ検査や幅検査だけでなく、バンプが正規の位置に形成されているか否かを確認するミッシング検査及び異物検査を並行して行うことができる。さらに、バンプの影の像を検出しているので、バンプの表面状態による影響を受けることなくバンプ検査を行うことができる。

本発明によるバンプ検査装置の全体構成を示す図である。 TSVウエハの一例を示す平面図である。 バンプの高さ測定の原理を示す図である。 バンプの影の像及び輝度分布を示す図である。 バンプの幅測定の原理を説明するための図である。 バンプの影の幅と輝度値との関係を示す図である。 画素の輝度値と影の幅方向の長さとの関係を直線近似した図である。 輝度判定した影の像及びその輝度分布を示す図である。 バンプの頂部の湾曲度を説明する図である。 信号処理装置の一例を示す図である。 第１の計測手段の一例を示す図である。

TSVウエハのバンプ検査の特徴として、各バンプの高さの絶対値を計測することは必要ではなく、周囲のバンプの高さとは異なる特異的な高さのバンプを検出すること及び各バンプの高さが所定の許容範囲内に設定されているか否かを検査することが重要である。さらに、多数のウエハが積層されることより、予め定めた位置にバンプが形成されているか否かを確認するミッシング検査（欠落検査）も重要である。さらに、膨大な数のバンプを短時間で検査しなければならず、高いスループットが要求される。これらの事項を鑑み、本発明では、バンプにより形成される影の像（バンプ像）を撮像し、バンプ像の高さ及び幅を検出し、バンプの良否判定を行う。また、バンプが所定の位置に形成されていない場合、バンプ像が検出されないため、バンプ像の有無を検出することにより並行してミッシング検査を行うことができる。さらに、ウエハの表面に異物が存在する場合、異物の影の像はバンプの像とはサイズ及び形状が大幅に相違するため、検出された影の像のサイズ及び形状から異物検査を同時並行して行うことができる。

図１は本発明によるバンプ検査装置の全体構成を示す図である。検査すべきバンプが形成されたウエハ１は、ステージ２上に配置する。本例では、検査すべきウエハとして、多数のバンプが形成されたTSVウエハを用いる。勿論、TSVウエハ以外の各種基板に形成されたバンプを検査対象とすることもできる。ステージ２はＸＹステージにより構成され、Ｘ方向（紙面と直交する方向）及びＸ方向と直交するＹ方向（紙面内方向）に自在に移動することができる。本例では、Ｙ方向を主走査方向として、ステージをＹ方向に移動することにより多数のバンプが形成されているTSVウエハを照明ビームにより２次元走査する。ステージのＹ方向の位置は第１の位置センサ３により検出され、Ｘ方向の位置は第２の位置センサ４により検出され、それらの位置情報は信号処理装置５に供給する。

ステージ２の上方に検査光学系６を配置する。検査光学系６は照明光源７を有する。照明光源７は、Ｘ方向にライン状に延在する光放出部を有し、Ｘ方向に延在するライン状の照明ビームをウエハ１に向けて斜めに投射する。照明光源７は、例えばＸ方向に配列した複数のＬＥＤとＬＥＤ列の前面に配置した拡散板とで構成することができる。尚、照明光源として、他の照明光源、例えばレーザと音響光学素子との組み合わせを用いることも可能である。照明光源７の照明角、すなわちライン状照明光のウエハ１の表面に対する入射角は、バンプのＹ方向の配列間隔に基づいて設定され、例えば２０°〜６０°の範囲に設定することができる。本例では、一例として４５°に設定する。照明光源７から出射した照明ビームは、ウエハ上においてＹ方向に所定の照明幅を有し、ウエハの表面及びバンプをエリア照明する。尚、ウエハ１の表面は鏡面に仕上げられているため、ウエハに入射した照明ビームはウエハの表面で正反射し、正反射光として出射する。

ウエハ及びバンプから出射した反射光のうち、正反射光は撮像レンズ８を介して撮像装置９上に結像される。すなわち、撮像レンズ８及び撮像装置９は、ウエハから出射した正反射光を受光するように、それらの光軸はウエハ表面に対して４５°の角度をなすように設定する。撮像レンズ８は低倍率のレンズが用いられ、例えば倍率が１倍の撮像レンズが用いられる。撮像装置９は、Ｘ方向にそってライン状に配列された複数の受光素子を有するラインセンサにより構成する。ラインセンサ以外の撮像装置として、ＴＤＩセンサを用いることも可能であり、例えば段数が４段のＴＤＩセンサも好適である。撮像装置９の各受光素子は所定の周波数で読み出され、それらの出力は輝度信号として信号処理装置５に供給する。

TSVウエハのバンプ検査では、高速で全数のバンプを検査することが要請されている。この場合、ピクセルサイズの小さい受光素子により構成されるラインセンサを用いた場合、処理時間が長すぎ、要求されるスループットを満たすことができない。そこで、本発明では、高速でバンプ検査を行うため、大きなピクセルサイズとなる光学倍率とし、本例では一例として試料上のピクセルサイズが５μｍ×５μｍとなるような光学倍率に設定する。各受光素子に蓄積された電荷は所定の周波数で順次読み出され、輝度信号として信号処理装置５に供給される。検査中に、ステージはＹ方向に移動するため、ウエハ及びバンプはライン状の光源が発生した照明ビームによりエリア照明され、２次元走査される。この際、バンプに入射した照明光の大部分は撮像レンズの瞳の外に反射し又は散乱するため、ラインセンサにより受光されず、ウエハの表面で正反射した正反射光及びバンプの頂部で反射した照明光だけがラインセンサ９により受光される。また、ウエハの表面上に異物が存在する場合、異物に入射した照明光も殆どが撮像レンズの瞳の外に反射又は散乱し、ラインセンサには入射しない。従って、ラインセンサ９は、正反射方向から見たバンプの影の像及び異物による影の像を含むTSVウエハ表面の２次元輝度画像を撮像する。

ステージ２の上方には、共焦点顕微鏡１０を配置する。ステージ移動によりウエハ１は共焦点顕微鏡１０の真下に位置することができる。共焦点顕微鏡１０は、レーザ光源１１、音響光学素子１２、ビームスプリッタ１３、振動ミラー１４、対物レンズ１５及びラインセンサ１６を有し、バンプの共焦点画像を撮像する。共焦点顕微鏡は、対物レンズをＺ軸方向に走査しながらバンプを撮像することにより、バンプの直径及び高さを高精度に測定することができ、例えば０．１μｍの分解能でバンプの高さ及び直径を計測することができる。また、バンプの3次元画像を撮像することも可能である。さらに、バンプの頂部の湾曲状態を計測することもできる。検査において、共焦点顕微鏡１０により測定したバンプの高さ情報を基準情報として用い、検査光学系６により検出された各バンプの高さを基準情報と比較し、バンプ検査を行うことも可能である。例えば、共焦点顕微鏡により測定されたバンプの高さを基準高さとし、基準高さを４５°の入射角で照明した際の影の長さに変換し、変換された影の長さを基準情報とする。そして、検査光学系により検出されたバンプの像の高さを基準情報と比較し、その差分が所定の閾値を超えるか否かに基づいて不良なバンプや周囲のバンプとは異なる特異的な高さのバンプを検出することができる。また、共焦点顕微鏡により計測された高さ情報を用いて、バンプの影の長さを規定する関数を補正することも可能である。さらに、検査において不良をバンプであると判定されたバンプを共焦点光学系により観察することも可能である。

図２はTSVウエハの一例を示す線図的平面図である。ウエハ上には、多数のバンプがＸ方向及びＹ方向にそって２次元アレイ状に形成されている。バンプはウエハの表面に垂直に延在する円柱体であり、その形状は高さ及び幅により特定される。よって、Ｘ方向に延在するライン状の撮像領域と試料の相対位置を走査することにより、１回の走査により複数のバンプの影の像を含む２次元画像を撮像することができる。ここで、各バンプのアドレスは、ステージに連結した位置センサ３によりＹ方向の位置が特定され、Ｘ方向に配列されたラインセンサの各受光素子の位置情報によりＸ方向の位置が特定される。従って、位置センサから出力されるＹ方向の位置情報及びラインセンサのＸ方向の位置情報により、各バンプのアドレス（座標）が特定され、ウエハ上に形成された全てのバンプのアドレスを特定することができる。また、検出されたバンプの影の像のアドレスを基準アドレス（例えば、設計値）と比較することにより、所定の位置にバンプが形成されているか否かのミッシング検査（欠落検査）を行うことができる。

図３はバンプの影の撮像原理を説明する図であり、図３（Ａ）はＸ方向から見た光線図であり、図３（Ｂ）はラインセンサにより撮像されたバンプの影の像を模式的に示す。図３（Ａ）を参照するに、ウエハの表面１ａ及びバンプ２０に向けて４５°の入射角で照明光が入射する。ウエハの表面１ａは鏡面とほぼ同等であり、照明光はウエハの表面で正反射してラインセンサに入射する。一方、バンプに入射した照明光はバンプの側面で反射又は散乱し、その大部分はラインセンサに入射しない。この状態で、ウエハ及びバンプ２０はＹ方向に移動し、スキャンが行われる。よって、バンプ２０のＹ方向移動により、照明光源から出射した照明光及びウエハの表面１ａで反射した正反射光はバンプによって遮られ、正反射方向から見たバンプによる影がラインセンサにより撮像される。従って、ラインセンサは、正反射方向から見たバンプの影の像を含む２次元輝度画像を撮像する。

バンプの高さをＨとし、バンプの直径（幅）をＷとすると、ラインセンサにより撮像されるバンプ像の高さ方向の長さＬ（ウエハに対して正反射方向から見たバンプ像の長さ）は、以下の式で近似することができる。
Ｌ＝２×（ｓｉｎ４５°×Ｈ）＋Ｗ／ｓｉｎ４５°＝√２×Ｈ＋Ｗ／√２
従って、バンプの高さＨは、以下の式で近似される。
Ｈ＝（Ｌ−Ｗ／√２）／√２ （１）
上記（１）式より、バンプの高さＨは、バンプの正反射方向から見たバンプ像の高さ方向の長さＬと対応関係があり、バンプ像の高さＬとバンプの影の幅（直径）Ｗを求めることにより計測することができる。従って、バンプ検査において、バンプの高さの絶対値を測定せず、バンプ像の高さＬと影の幅Ｗについて検査を行い、検出された高さＬ及び幅Ｗを基準情報と比較し、所定の許容範囲内か否かを検査することにより、周囲のバンプとは異なる特異的なバンプを検出することができる。

バンプの影の像の幅Ｗ及び長さＬを測定するに際し、ピクセルサイズが０．１μｍ程度の高い分解能のラインセンサを用いることにより、高精度に測定することが可能である。しかしながら、ピクセルサイズの小さいラインセンサを用いた場合、撮像に長時間かかり、高速検査に適合せず、TSVウエハのバンプ検査に適合しない課題がある。この課題を解決するため、本発明では、必要な分解能よりも十分に大きなピクセルサイズを導入する。すなわち、必要な分解能（例えば、０．１μｍ）の約５０倍ほどの大きな画素サイズのラインセンサを用いてバンプの影の像を撮像し、バンプ像のエッジが存在する画素の輝度値（信号強度）を影の長さないし影のエッジ位置に変換することによりバンプ像のエッジ位置ないし像の長さを特定する。本例では、一例としてバンプの高さは０．１μｍの精度で検査するものとし、ラインセンサとして受光素子の画素サイズが５μｍ×５μｍのラインセンサを用いる。すなわち、本例では、直径が１０μｍで高さが２０μｍのバンプを画素サイズが５μｍ×５μｍの受光素子を有するラインセンサで撮像する。

図４はラインセンサにより撮像されたバンプの影の２次元輝度画像（バンプ像）を示す。図４において、四角のブロックはラインセンサの各受光素子、すなわち各画素を示し、各画素の濃淡は輝度値を示す。すなわち、白のブロックは受光素子全体に照明光が入射した画素を示し、黒のブロックは入射した照明光の光量が一番少ない画素を示し、中間の濃度のブロックは受光素子に照明光が部分的に入射した画素を示す。また、バンプ像の輪郭は太い実線で示す。直径が１０μｍで高さが２０μｍの規格値のバンプの場合、その影の像の幅Ｗは、Ｗ＝１０μｍであり、影の像の高さＬは、約Ｌ＝３５μｍである。従って、バンプ像は、３×８個の画素ブロックで形成される。本例では、バンプ像の周囲が受光素子全体に照明光が入射する画素で包囲されたバンプ像を形成する。そのため、幅方向に５個の画素をとり、高さ方向に１０個の画素をとり、５×１０個の画素ブロックをバンプ像の単位画素ブロックとする。そして、５×１０の画素ブロックにより構成されるバンプ像を検査の１単位とし、画素ブロックごとに検査を行う。また、バンプ像のアドレスは、単位画素ブロックの重心位置に設定することができる。

図４に示すように、バンプ像は、高さ方向及び幅方向に輝度分布が形成される。本発明では、バンプ像のエッジが位置する画素の輝度値を影の像のエッジ位置ないし影の像の長さに変換し、各バンプ像の幅及び高さを求める。輝度値を像の長さに変換するに際し、予め求めておいた輝度値と像のエッジ位置ないし影の像の長さとの関係を規定した関数や変換データを用いる。

画素の輝度値をエッジ位置に変換する変換データの作成方法について説明する。初めに、幅方向の変換データの作成方法について説明する。本発明では、サブピクセル処理により変換データを作成する。検査に先立って、１つの受光素子を特定し、ステージをＸ方向に低速で相対移動させながらバンプ像を連続的に撮像し、バンプの受光素子に対する相対移動量と当該受光素子から出力される信号強度（輝度値）との関係を予め測定する。本例の場合、ステージを１／５０の速度でＸ方向にスキャンしながら連続的に撮像することにより、０．１μｍの精度で計測することができる。図５はステージの相対移動量と受光素子から出力される輝度値との関係を示す図である。図５において、横軸はステージの相対移動量を示し、縦軸は受光素子から出力される輝度値を示す。尚、輝度値は、１２ビットのデジタル処理を行い、反転処理を行い、反転した輝度値を示す。すなわち、受光素子全体に照明光が入射した際の輝度値を０とし、入射光量が最小の画素の反転輝度値を最大レベル（ビット値１０２３）で示す。図５において、初めに受光素子全体に照明光が入射する位置に設定される。この時、受光素子から出力される反転輝度値は０である。ステージ移動によりバンプが相対移動し、徐々に照明光はバンプにより遮られ、受光素子全体がバンプにより遮られると、最大の反転輝度値を示す。その後、再び受光素子全体に照明光が入射する位置まで移動する。この場合、反転輝度値が０の位置から再び０になるまのでの相対移動距離がバンプ像の幅に相当する。

ここで、相対移動距離は、バンプ像のエッジ位置に対応するから、反転輝度値と相対移動量との関係を変換データとすることができ、すなわち反転輝度値からバンプ像のエッジ位置ないしバンプ像の影の長さを求めることができる。本例では、移動量を影の幅方向の長さとし、反転輝度値が０の位置から最大値に到達するまでの間の反転輝度値と影の長さとの関係を変換データとして記憶する。この際、変換データを関数として表すこともでき、或いは変換データ表としてルックアップテーブルに記憶することもできる。

一方、共焦点光学系によりバンプの幅は高精度に測定することが可能である。よって、共焦点光学系により測定したバンプの幅の値を真値として用い、計測された変換データを補正することも可能である。図５において、共焦点光学系により計測された幅を真値として表示し、真値に対応する輝度値を補正値として用い、補正値を用いて変換データを補正することができる。

バンプ像の高さ方向の変換データの作成方法について説明する。高さ方向の変換データもサブピクセル処理により形成する。幅方向の変換データの形成方法と若干異なり、１行の受光素子を特定し、ステージをＹ方向に低速で相対移動させながらバンプを連続的に撮像し、バンプの受光素子に対する相対移動量と当該受光素子から出力される輝度値との関係を測定する。受光素子から出力される輝度値について、輝度反転を行い、受光素子全体に照明光が入射した際の輝度値を０とし、最大輝度値をビット値１０２３で示す。また、バンプ像は２次元画像であり、各画素の輝度もそれぞれ相違する。そのため、２次元輝度画像を１次元輝度データに変換する。本例では、幅方向のプロジェクション処理を利用して１次元輝度データを形成する。プロジェクション処理においては、例えば５×１０の単位画素ブロックのバンプ像の幅方向について各画素の輝度値を加算し、１次元の輝度値データを作成する。この輝度反転したプロジェクションデータを用いて輝度値と影の高さ方向の長さとの関係を規定する。この輝度値と影の長さとの関係は関数として規定することができ、或いはルックアップテーブル変換データ表として記憶することもできる。

図６はバンプのＹ方向の相対移動量と、反転処理及びプロジェクション処理された１次元輝度データとの関係を示す。図６において、横軸はプロジェクション処理された１次元輝度データを示し、縦軸はバンプの相対移動量を示す。図６において、初めに受光素子全体に照明光が入射する位置に設定する。この時、受光素子から出力される反転輝度値は０であり、プロジェクション処理されたデータ値も０である。ステージ移動によりバンプが相対移動し、徐々に照明光はバンプにより遮られ、受光素子全体がバンプにより遮られると、最大の反転輝度値を示す。その後、再び受光素子全体に照明光が入射する位置まで移動する。この場合、１次元輝度データが０の位置から再び０になるまのでの移動距離がバンプ像の高さに相当する。尚、バンプの高さデータは、共焦点光学系を用いて測定したバンプの高さの値を用いて補正することができる。

図６に示すように、１次元輝度データが０となる位置から最大値に到達するまでのデータ及び最大値から０に到達するまでのデータを変換データとしてメモリに記憶する。そして、実際の検査において、バンプ像の先端側の画素及び後端側の画素のプロジェクション処理されたデータ値を変換データと照合してバンプ像の高さを算出する。

次に、実際の検査におけるバンプ像の高さ及び幅計測について説明する。ステージをＹ方向にスキャンしてバンプ像を含む２次元画像を撮像する。得られた２次元画像からバンプ像を検出する。初めに、バンプ像の幅Ｗの計測手法について説明する。図７（Ａ）はラインセンサにより撮像されたバンプ像について輝度反転した像を示す。本例では、バンプ像は５×１０の画素ブロックとして撮像される。また、図７（Ｂ）はバンプ像の中間部における各画素の輝度分布（ａ−ａ線にそった輝度分布）を示す。図７（Ａ）において、バンプ像の輪郭は太い実線で示す。

バンプ像の高さ方向のほぼ中間に位置する５個の画素の輝度値について、メモリに記憶されている変換データと照合し、５個の画素の幅方向の長さを求め、加算する。バンプ像の幅Ｗは、Ｗ＝０＋Δｘ1＋Ｘ0＋Δｘ2＋０で与えられる。尚、Ｘ０は受光素子のピクセルサイズであり、本例の場合５μｍである。

次に、バンプ像の高さの計測手法について説明する。図８において、左側にバンプ像を示し、右側に検出されたバンプ像のプロジェクション処理された１次元輝度データを示す。バンプ像は５×１０の画素ブロックとして撮像される。この画素ブロックの画素について、輝度反転処理を行い、続いてプロジェクション処理を行って、１次元輝度データに変換する。得られた１次元輝度データの先端側及び後端側の画素について、メモリに記憶した変換データと照合し、高さ方向の影の長さに変換する。中間に位置する６個の画素については長さがＹ0＝５μｍの影とする。バンプ像の高さＬは、１０個の画素の長さを加算することにより得られ、Ｌ＝０＋ΔＹ1＋６Ｙ0＋ΔＹ2＋０として表される。

次に、バンプの頂部の湾曲度の検査について説明する。TSVウエハに形成されるバンプでは、バンプの先端に半田層が形成される。半田層はリフローされ、その外形は湾曲面を形成する。この場合、半田層の湾曲度が異常に急峻な場合や湾曲度が異常に緩やかな場合、電気的な接続に問題が発生する。従って、バンプの頂部の湾曲度も検査することが望ましい。本発明では、バンプの影の頂部付近の輝度値の変化に基づいて湾曲度を検査する。すなわち、バンプの先端が急峻な場合、影の頂部付近の輝度値が大きく変化する。これに対して、バンプの先端の湾曲度が小さく平坦に近い場合、輝度値の変化量は小さい。従って、影の頂部付近の輝度値の変化に基づいて湾曲度を検査し、所定の湾曲度の範囲から外れている場合、不良と判定することができる。

図９はバンプの頂部の湾曲度を説明する図であり、図９（Ａ）は湾曲度が小さい例を示し、図９（Ｂ）は湾曲度が大きく先鋭な例を示す。本例では、輝度値の半値を基準とし、半値の両側に位置する２個の画素の輝度値の差分を検出し、その差分が所定の許容範囲内か否かに基づいて良否判定を行う。例えば、図９（Ａ）に示すバンプの場合、先端の湾曲度が小さいため、半値をはさむ２個の画素間の輝度値差Ｄ1は小さい値を示す。これに対して、図９（Ｂ）に示すバンプの場合、先端の湾曲度が大きく、隣接する２つの画素間の輝度値差Ｄ2は大きい値を示す。このように、バンプの影の像の先端付近の隣接する２つの画素の輝度値の差分を用いて先端の湾曲度を指標することが可能である。従って、２つの画素の輝度値差が基準の範囲を超えた場合、異常であると判定することができる。

次に、バンプのミッシング検査(欠落検査)について説明する。TSVウエハに形成されるバンプの数は膨大な量であり、１つのバンプが欠落しただけでも製造の歩留りが大幅に低下する。従って、TSVウエハにおいては、ミッシング検査も重要な検査である。本発明では、バンプ像の有無に基づいてミッシング検査を行う。初めに、バンプ像の検出について説明する。ラインセンサから出力される輝度信号を用いて２次元輝度画像が形成される。この２次元輝度画像は、バンプによる影の像及び異物による影の像を含む。これら影の像の輝度値は相対的に低い値である。そこで、所定の輝度値を設定し、所定値以下の輝度値の画素を検出し、マッピングすることにより影の像が検出される。バンプ像を構成する画素ブロックが検出された場合、その重心位置を検出されたバンプ像のアドレスとする。一方、バンプのアドレスは、設計データとして管理されている。よって、設計データを基準データとして用い、基準データと検出されたバンプ像のアドレスとを照合し、所定の位置にバンプが形成されているか否かを判定する。このように、検出された影の像を利用することにより、簡単な手法でミッシング検査を行うことができる。尚、ミッシング検査は、ダイ対ダイ比較検査により行うこともできる。すなわち、検査をウエハに形成されているダイごとに行い、先に検査されたダイのバンプのアドレスを基準アドレス情報として利用してミッシング検査を行うことも可能である。また、バンプが所定のピッチで２次元アレイ状に形成されている場合、ピッチを用いてバンプアドレスを計算し、得られたバンプアドレスを基準アドレスとして用いることも可能である。

次に、異物検査について説明する。TSVウエハの場合、ウエハの表面に異物が存在すると、接続不良を起こす危険性があるため、異物検査も重要である。ウエハ付着した異物のサイズは０．１μｍ〜数１００μｍ程度である。このような大きさの異物がウエハ上に存在すると、異物による影の像が検出される。一方、異物により形成される影の像のサイズはバンプの影のサイズとは大幅に相違する。また、異物の影の形状もバンプの影の形状とは大幅に相違する。従って、影のサイズ及び形状から異物を特定することができる。例えば、異物による影の像は単一の画素又は数個の画素に出現する。本例では、検出される影のサイズ及び形状から異物を検出する。すなわち、影が検出された場合、検出された影のサイズ及び形状を所定の基準情報と比較し、基準情報とは異なる場合、異物による影であると判定する。

図１０は信号処理装置の一例を示す図である。撮像装置９から出力される輝度信号はＡ／Ｄ変換器２０に供給され、例えば１２ビットのデジタル信号に変換される。デジタル値に変換された輝度信号は２次元画像形成手段２１に供給され、バンプ及び異物による影の像を含む２次元輝度画像が形成される。形成された２次元画像は影の像検出手段２２に供給される。影の像検出手段は、所定の閾値以下の輝度値の画素をマッピングし、影の像を検出することができる。検出された影の像はバンプ像検出手段２３に供給され、バンプ像が検出される。バンプ像検出手段は、上下方向及び左右方向に同様な輝度分布を有する矩形エリア、例えば５×１０の画素ブロックをバンプ像として検出する。

検出された影の像は異物検出手段２４にも供給される。異物検出手段２４は、所定の閾値以下の輝度値の画素数から異物による影を検出し、異物検出を行う。例えば、影の像が単一画素で構成される場合又は数個の画素で構成される場合、検出された影の像は異物による像と判定する。そして、判定結果を異物検出情報として出力する。

検出されたバンプ像は輝度反転手段２５に供給され、輝度反転処理が行われる。輝度反転処理により、受光素子全体に照明光が入射した画素の輝度値は０に設定され、入射する照明光の光量が最小の受光素子による画素の輝度値は最大レベルに設定される。尚、輝度反転処理は、必要に応じて行う。

検出されたバンプ像は順次後段の処理に供される。バンプ像は、第１の計測手段２６に供給され、バンプ像の高さが計測される。図１１（Ａ）は、第１の計測手段２６の一例を示す。輝度反転されたバンプ像はプロジェクション形成手段２６ａに入力し、プロジェクション処理された１次元輝度データに変換され、変換手段２６ｂに供給される。変換手段２６ｂは、予め計測され基準データメモリ２７に記憶されている基準となる１次元輝度データの変換データを参照し、影の長さに変換する。変換された影の長さは加算手段２６ｃに供給され、全ての画素の長さを加算してバンプ像の高さを出力する。

計測されたバンプ像の高さ出力は良否判定手段２８に供給され、基準情報と比較し、良否反転が行われる。基準情報として、ダイ対ダイ比較を行い、計測されたバンプ像の高さと基準情報との差分を検出し、差分が所定の閾値を超えるか否か以て良否判定を行う。尚、基準情報として、隣接するバンプ像の高さを基準情報として利用することもでき、或いは先に検査されたバンプ列のバンプ像の高さを基準情報とすることも可能である。或いは、共焦点光学系により撮像された高精度なバンプの高さをバンプ像の高さに変換して基準情報とすることもできる。

輝度反転されたバンプ像は第２の計測手段２９に供給され、バンプ像の幅が計測される。図１１（Ｂ）は、第２の計測手段の一例を示す。輝度反転されたバンプ像は、変換手段２９ａに供給され、バンプ像の中間部分の幅方向の画素列の輝度値について、基準データメモリ３０に記憶されている変換データを参照して各画素の輝度値を幅方向の長さに変換する。変換された各画素の長さは加算手段２９ｂに供給され、バンプ像の幅が出力される。影の幅の計測結果は、良否判定手段３１に供給され、基準情報と比較され、計測されたバンプ像の幅が所定の範囲内か否かが判定される。尚、基準情報は、第１の計測手段と同様な基準情報を用いることができる。

輝度反転したバンプ像は先端湾曲度検出手段３２に供給され、バンプ像の先端の湾曲度が計測される。バンプ像の湾曲度の計測結果は、良否判定手段３３に供給され、基準情報と比較され、計測された湾曲度が所定の範囲内か否かが判定される。良否反転は、例えばダイ対ダイ比較により行うことができる。或いは、共焦点光学系により撮像された高精度な先端画像から求めた基準情報を用いることも可能である。

さらに、バンプ像はバンプ像位置検出手段３４に供給され、ミッシング検査が行われる。バンプ像位置検出手段３４は、位置センサ３から供給されるＹ方向の位置情報とラインセンサ９の受光素子の配列番号情報（図示せず）をＸ方向の位置情報とし、これらＸ方向及びＹ方向の位置情報からバンプ像のアドレスを特定する。特定されたバンプ像のアドレスはアドレス照合手段３５に供給され、基準位置情報と照合される。基準位置情報として、例えば設計情報を用いることができる。そして、基準位置情報が示す位置にバンプ像が形成されていない場合、欠落情報を出力する。

上述した検査結果は、出力手段３６に供給され、検査結果が出力される。出力手段は種々の形態で検査結果を出力することができ、例えばダイ対ダイ比較検査を行う場合、各ダイごとに不良なバンプのアドレス及びその合計数を出力することができる。

本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変更や変形が可能である。例えば、上述した実施例では光源装置としてＬＥＤ列と拡散位置との組み合わせを用いたが、光放出部が１方向に延在する種々の光源装置を用いることができ、例えば、ランプから出射した照明ビームをシリンドリカルレンズ等を用いてライン状の照明ビームに変換し、ライン状の照明ビームを発生する光源装置を用いることも可能である。また、レーザ光源と音響光学素子とを有し、１方向に高速振動する光源装置を用いることもできる。

１ ウエハ
２ ステージ
３ 第１の位置センサ
４ 第２の位置センサ
５ 信号処理装置
６ 検査光学系
７ 照明光源
８ 撮像レンズ
９ 撮像装置（ラインセンサ）
１０ 共焦点光学系
１１ レーザ
１２ 音響光学素子
１３ ビームスプリッタ
１４ 振動ミラー
１５ 対物レンズ
１６ ラインセンサ

Claims (9)

1. TSVウエハに形成された多数のバンプを高速で検査するバンプ検査装置であって、
   バンプが形成されているTSVウエハを支持すると共に第１の方向及び第１の方向と直交する第２の方向に移動可能なステージと、
   第１の方向に延在するライン状の照明ビームを、ステージ上に配置したTSVウエハに向けて斜めの入射角で投射する光源装置と、
   前記第１の方向に沿って配列された複数の受光素子を有し、ウエハ表面で正反射した正反射光を受光するように配置されたライセンス又はＴＤＩセンサと、
   前記ライセンス又はＴＤＩセンサから出力される輝度信号を用いて、ウエハ表面で正反射した正反射光により形成される２次元輝度画像を形成し、形成された２次元輝度画像を用いて個々のバンプについて良否判定を行う信号処理装置とを具え、
   前記TSVウエハは、ステージが第２の方向に移動することにより、第１の方向に延在するライン状の照明ビームにより２次元的に走査され、
   前記２次元輝度画像は、ウエハ表面で正反射した正反射光により形成されるバンプの影の２次元像を含み、
   前記信号処理装置は、
   前記２次元輝度画像から、Ｍ及びＮを正の整数とした場合に、バンプの影の２次元画像の高さ方向に配列されたＭ個の画素と幅方向に配列されたＮ個の画素により構成されるＭ×Ｎ個の画素ブロックとして構成されるバンプの影の２次元画像を検出するバンプ像検出手段、
   検出された画素ブロックの画素の輝度値を用いて、バンプの影の２次元画像の高さを計測する第１の計測手段、及び、
   計測された高さ出力を基準情報と比較して良否判定を行う良否判定手段を有し、
   前記第１の計測手段は、
   受光素子上に形成されたバンプの影の２次元画像の高さ方向の長さと当該受光素子から出力される輝度信号により形成される画素の輝度値との関係を規定した変換データ、
   前記検出された画素ブロックの画素の輝度値を、前記変換データを用いてバンプの影の２次元画像の高さ方向の長さに変換する手段、及び、
   変換された各画素のバンプの影の２次元画像の高さ方向の長さを、高さ方向にそって配列されたＭ個の画素について加算する手段を含むことを特徴とするバンプ検査装置。
2. 請求項１に記載のバンプ検査装置において、前記信号処理装置は、さらに、検出された画素ブロックの画素の輝度値を用いて、バンプの影の２次元画像の幅を計測する第２の計測手段、及び、計測された幅出力を基準情報と比較して、検出されたバンプの影の２次元画像について良否判定を行う良否判定手段を有し、
   前記第２の計測手段は、
   受光素子上に形成されたバンプの影の２次元画像の幅方向の長さと当該受光素子から出力される輝度信号により形成される画素の輝度値との関係を規定した変換データ、
   前記検出された画素ブロックの画素の輝度値を、前記変換データを用いてバンプの影の２次元画像の幅方向の長さに変換する手段、及び、
   変換された各画素のバンプの影の２次元画像の幅方向の長さを、幅方向にそって配列されたＮ個の画素について加算する手段を含むことを特徴とするバンプ検査装置。
3. 請求項１に記載のバンプ検査装置において、前記バンプ像検出手段の後段に、輝度反転手段が配置され、輝度反転したバンプの影の２次元画像が前記第１の計測手段に供給されることを特徴とするバンプ検査装置。
4. 請求項２に記載のバンプ検査装置において、前記バンプ像検出手段の後段に、輝度反転手段が配置され、輝度反転したバンプの影の２次元画像が前記第１及び第２の計測手段に供給されることを特徴とするバンプ検査装置。
5. 請求項１、２、３又は４に記載のバンプ検査装置において、前記第１の計測手段は、前記バンプの影の２次元画像又は輝度反転したバンプの影の２次元画像をプロジェクション処理により高さ方向に延在する１次元輝度データに変換するプロジェクション手段を有し、変換された１次元輝度データを用いてバンプの影の２次元画像の高さを計測することを特徴とするバンプ検査装置。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載のバンプ検査装置において、前記信号処理装置は、さらに、前記バンプの影の２次元画像からバンプの先端の湾曲度を検出する手段、及び検出された湾曲度について良否判定を行う第３の良否判定手段を有することを特徴とするバンプ検査装置。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載のバンプ検査装置において、前記信号処理装置は、検出したバンプの影の２次元画像のアドレスを検出する手段、及び、検出されたアドレスを基準アドレス情報と比較するアドレス比較手段をさらに有し、バンプの欠落情報を出力することを特徴とするバンプ検査装置。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載のバンプ検査装置において、前記信号処理装置は、前記２次元輝度画像から異物の像を検出する手段を有し、検出された異物の像のサイズ及び／又は形状から異物検出を行うことを特徴とするバンプ検査装置。
9. TSVウエハに形成されたバンプを検査するバンプ検査装置であって、
   バンプが形成されているTSVウエハを支持すると共に第１の方向及び第１の方向と直交する第２の方向に移動可能なステージと、
   ステージの上方に配置した検査光学系と、
   ステージの上方に配置され、バンプの高さ及び幅を含むバンプパラメータを計測する共焦点光学系と、
   前記検査光学系から出力される輝度信号を用いて、ウエハ表面で正反射した正反射光により形成される２次元輝度画像を形成し、形成された２次元輝度画像から個々のバンプについて良否判定を行う信号処理装置とを具え
   前記検査光学系は、前記第１の方向に延在するライン状の照明ビームを前記ステージ上に配置したTSVウエハに向けて斜めの入射角で投射する照明光源と、前記第１の方向に沿って配列された複数の受光素子を有し、ウエハ表面で正反射した正反射光を受光するように配置されたラインセンサ又はＴＤＩセンサとを含み、
   前記TSVウエハは、ステージが第２の方向に移動することにより、第１の方向に延在する照明ビームにより２次元的に走査され、
   前記信号処理装置により形成される２次元輝度画像は、ウエハ表面で正反射した正反射光により形成されるバンプの影の２次元画像を含み、
   前記信号処理装置は、
   前記２次元輝度画像から、Ｍ及びＮを正の整数とした場合に、バンプの影の２次元画像の高さ方向に配列されたＭ個の画素と幅方向に配列されたＮ個の画素により構成されるＭ×Ｎ個の画素ブロックとして構成されるバンプの影の２次元画像を検出するバンプ像検出手段、
   検出された画素ブロックの画素の輝度値を用いて、バンプの影の２次元画像の高さを計測する第１の計測手段、及び、
   計測された高さ出力を基準情報と比較して良否判定を行う良否判定手段を有し、
   前記第１の計測手段は、
   受光素子上に形成されたバンプの影の２次元画像の高さ方向の長さと当該受光素子から出力される輝度信号により形成される画素の輝度値との関係を規定した変換データ、
   前記検出された画素ブロックの画素の輝度値を、前記変換データを用いてバンプ像の高さ方向の長さに変換する手段、及び、
   変換された各画素のバンプ像の高さ方向の長さを、高さ方向にそって配列されたＭ個の画素について加算する手段を含むことを特徴とするバンプ検査装置。