JP6684992B2 - 突起検査装置及びバンプ検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハや回路基板等の各種基板に形成された突起やバンプの高さ又は欠陥を検査する突起検査装置に関するものである。
本発明は、ＴＳＶウエハ等に形成されたバンプを高精度で且つ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、ウエハに形成されたバンプの全数を高速で検査することが要請されている。特に、ウエハ間の良好な電気的接続を確保する上で、バンプの高さ管理は極めて重要であり、バンプの高さの絶対値を高精度で測定できる突起検査装置の開発が強く要請されている。

ＴＳＶウエハのバンプは微細化する傾向にあり、直径が１５μｍ以下の半球状のバンプが使用され、例えば直径が4μｍの半球状のバンプの高さを０．１μｍの精度で検出できることが要請されている。このようなバンプの高さを測定する方法として、共焦点顕微鏡を用いてＺ軸方向（バンプの高さ方向）にスキャンする方法がある。共焦点顕微鏡を利用した高さ測定では、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、共焦点顕微鏡による検査では、各バンプごとにＺ軸スキャンを行う必要があるため、バンプ検査に長時間かかり、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表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。しかしながら、この既知の測定方法では、１つの撮像系を用いてバンプの頂部と基板表面の両方を検出するため、焦点深度の深い対物レンズが必要である。そのため、開口数（ＮＡ）の小さい対物レンズが用いられるため、解像度が低く、その結果十分な測定精度が得られない欠点があった。

別の共焦点光学系を利用した突起検査装置として、対物レンズを介して照明ビームを基板に向けて投射し、バンプから出射した反射光を２本の反射ビームに分割し、一方の受光素子は前ピン位置に配置し他方の受光素子は後ピン位置に配置し、２つの受光素子からの出力信号の差分信号を形成し、差分信号に基づいてバンプの高さを測定する微小突起物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、２つの受光素子からの出力信号について２値化処理を行い、２値化画像を隣接する画像比較により欠陥が検出されている。
特開２００２−３３４８９９号公報 特開２００１−３１１６０８号公報

ＴＳＶウエハのバンプ検査では、単に欠陥を検出するだけでなく、バンプの高さを高精度に検出することが要求されている。特に、ＴＳＶウエハでは、バンプが微細化しており、例えば直径が４μｍのバンプについて０．１μｍの精度で高さ測定することが要求されている。従って、上述した特許文献１に記載された突起検査装置では、ＮＡの大きな対物レンズが使用できないため、有効な解像度が得られず、バンプの高さを現在要求されている精度で測定できないものである。また、特許文献２に記載された既知の検査装置では、共焦点光学系により撮像された画像を２値化処理された画像に変換して欠陥検出しているため、欠陥は検出されるものの、バンプの高さ情報を出力できないものである。

本発明の目的は、各種基板に形成された突起物やバンプの高さを高精度に高速で計測できる突起検査装置を実現することにある。
本発明の別の目的は、ＴＳＶウエハに形成されたバンプを高精度で検査できるバンプ検査装置を提供することにある。

本発明による突起検査装置は、各種基板に形成された突起を検査する突起検査装置であって、
突起が形成されている基板を支持するステージと、
第１の検査ビームを発生する第１の照明光源、及び、第１の検査ビームを突起が形成されている基板表面に対して垂直に投射する対物レンズを含む照明光学系と、突起の頂部で反射した反射光を前記対物レンズを介して受光する検出系とを有し、突起の頂部の光軸方向の位置ないし変位を検出する第１の測定系と、
第２の検査ビームを発生する第２の照明光源、第２の検査ビームを前記対物レンズの光路に結合する結合光学系、及び、基板表面で反射した反射光を前記対物レンズを介して受光する光検出手段を有し、突起が形成されている基板表面の光軸方向の位置ないし変位を検出する第２の測定系と、
前記第１及び第２の測定系から出力される出力信号を用いて突起の高さ情報を出力する信号処理装置とを具えることを特徴とする。

ＴＳＶウエハに形成されているバンプは、直径が４μｍ程度の半球状の突起物である。半球状の突起物の頂部は平面ではなく凸状の湾曲面であるため、バンプの頂部の位置を高精度に検出することは極めて困難である。この課題を解決するため、本発明では、共焦点光学系を用いると共に開口数の大きな対物レンズを用いて落射照明を行う。開口数の大きな対物レンズを用いることにより、基板面方向（ＸＹ方向）の分解能が高くなる。すなわち、開口数の大きな対物レンズを用いることにより対物レンズの集光角が一層大きくなるため、バンプの頂部の広いエリアから出射した反射光が対物レンズにより集光され、バンプの頂部の検出を高精度に行うことができる。同時に、共焦点光学系を利用するため光軸方向（Ｚ軸方向）の分解能も高くなる。この結果として、直径が４μｍ程度の半球体のバンプの頂部を０．１μｍ程度の分解能で検出することが可能となる。

一方、ＮＡの大きな対物レンズを用いる場合、撮像系の焦点深度が浅くなるため、検査ビームをバンプの頂部に合焦させた場合、バンプが形成されている基板表面が合焦範囲から外れてしまい、バンプの頂部と基板表面の両方を一緒に検出できない問題点が発生する。この課題を解決するため、本発明では、２つの測定系を採用し、第１の測定系によりバンプの頂部を検出し、第２の測定系によりバンプが形成されている基板表面を検出する。２つの測定系を用いれば、バンプの頂部及び基板表面は、それぞれ開口数の大きな対物レンズを介して個別に検出されるので、高精度な検出が可能になる。

２つの測定系によりバンプの頂部及び基板表面をそれぞれ別々に検出する場合、２つの測定系の座標に共通性がないと、２つの測定系からの出力信号を統合できず、バンプの高さを簡単な信号処理により求められない問題点が発生する。そこで、本発明では、２つの測定系について対物レンズを共通に用いる。すなわち、対物レンズを共用すれば、２つの測定系について光軸方向の共通の基準座標が設定され、バンプの頂部及び基板表面について共通の基準位置からの変位量をそれぞれ計測でき、計測された２つの変位量を用いてバンプの高さを求めることができる。例えば、共通の基準位置として、対物レンズ又はその焦点の位置を利用することができる。この場合、初期設定として、対物レンズの焦点をバンプの頂部に設定する。その状態において、第１の測定系により対物レンズの焦点位置（基準位置）に対するバンプ頂部の変位量（ΔＴ）を測定し、第２の測定系により基準位置に対する基板表面の変位量（ΔＳ）を測定する。この場合、前もって計測したバンプの正規の高さ（ｄ0）に、検出された２つの変位量を加算するだけで、バンプの高さ（Ｈ）が検出される（Ｈ＝ｄ0＋ΔＴ＋ΔＳ）。尚、突起ないしバンプの高さ情報は、基板表面から突起ないしバンプの頂部までの距離を示す情報だけでなく突起やバンプの頂部の高さ方向の変位量を示す情報も含むものである。さらに、基板表面の変位量と突起頂部の変位量との加算値もバンプの高さ情報に含まれる。

本発明による突起検査装置の好適実施例は、前記第１の測定系は、突起の頂部で反射した反射光の輝度値に基づいて突起の頂部の光軸方向の位置を検出し、前記第２の測定系は、基板表面で反射した反射光の空間的な変位量に基づいて基板表面の光軸方向の位置を検出することを特徴とする。全てのバンプの頂部は同一材料で構成されているため、同一の反射率である。従って、バンプ頂部の反射光の輝度ないし強度に基づいて高さ検出を行うことができる。これに対して、各種基板の表面には、ウエハの表面上に配線層等が形成されているためシリコンウエハの反射率と配線層の反射率とが混在し、一様な反射率ではない。よって、基板表面の高さ変化を反射光の輝度値の変化から検出した場合、反射率の不均一性に起因して測定値が不安定になる欠点がある。そこで、本発明では、基板表面の位置検出については、反射ビームの空間的な変位に基づいて行うこととする。すなわち、本発明では、基板表面の高さが変化すると、基板表面から出射した反射光の位置が空間的に変化する。そして、基板表面から出射した反射光が空間的に変位すると、光検出手段上に形成されるライン像も空間的に変位する。よって、光検出手段におけるライン像の変位量を計測することにより基板表面の光軸方向の変位量を測定することができる。この場合、基板表面の反射率の要素が含まれることなく計測されるので、基板表面の反射率の不均一性に起因する不具合が解消される。

本発明による突起検査装置の好適実施例は、信号処理装置は、第１の測定系の検出系から出力される輝度信号を用いて突起の頂部の光軸方向の変位量を形成する第１の処理手段と、第２の測定系の光検出手段から出力される出力信号に基づいて基板表面の光軸方向の変位量を形成する第２の処理手段とを有することを特徴とする。

本発明による突起検査装置の別の好適実施例は、対物レンズと基板との間の相対距離を制御する駆動手段を有し、前記第２の処理手段から出力される変位信号を用いて、前記駆動手段を制御する制御信号が形成され、この制御信号により前記対物レンズと基板との間の距離が所定の値に維持されるように自動的に制御されることを特徴とする。基板表面の変位情報は、第１の測定系の焦点制御信号として利用することも可能である。すなわち、第２の測定系から出力される変位信号を第１の測定系の焦点制御信号として利用すれば、例えば対物レンズから基板表面までの距離が常時一定に維持された状態で検査が行われるので、検査精度が一層高くなる。

本発明による突起検査装置の好適実施例は、信号処理装置は、前記第１の処理手段から出力される第１の変位信号と第２の処理手段から出力される第２の変位信号とを加算する加算手段を有し、加算手段から出力される信号に基づいて突起の高さ情報が出力することを特徴とする。本発明では、バンプの高さ及びバンプが形成されている基板表面の位置は共に対物レンズの光軸方向の変位情報として計測される。従って、第１及び第２の測定系の処理手段からそれぞれ出力される変位信号を加算するだけでバンプの高さを計測することができる。

本発明によるバンプ検査装置は、ＴＳＶウエハに形成されたバンプの高さ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ウエハを支持するステージと、
ＴＳＶウエハに形成されたバンプの頂部を検出する第１の測定系と、
バンプが形成されているウエハ表面を検出する第２の測定系と、
前記第１及び第２の測定系から出力される出力信号を用いてバンプの高さ情報を出力する信号処理装置とを具え、
前記第１の測定系は、第１の検査ビームを発生する第１の照明光源、及び、第１の検査ビームを基板表面に対して垂直に投射する対物レンズを含む照明光学系と、バンプの頂部で反射した反射光を前記対物レンズを介して受光する検出系とを有し、
前記第２の測定系は、第２の検査ビームを発生する第２の照明光源と、第２の検査ビームを前記対物レンズの光路に結合する結合光学系と、基板表面で反射した反射光を前記対物レンズを介して受光する光検出手段とを含み、
前記信号処理装置は、前記第１の測定系の検出系から出力される出力信号を用いてバンプの頂部の光軸方向の変位量を示す第１の変位信号を形成する第１の処理手段と、前記第２の測定系の光検出手段から出力される出力信号に基づいてウエハ表面の光軸方向の変位量を示す第２の変位信号を形成する第２の処理手段とを有することを特徴とする。

本発明では、２つの測定系を用いてバンプの頂部及び基板表面をそれぞれ個別に検出してバンプの高さ情報を出力しているので、開口数の大きな対物レンズを用いることができる。この結果、測定系の分解能が一層高くなり、バンプの高さを高精度に検出することができる。さらに、２つの測定系は１つの対物レンズを共用しているので、前もって計測した正規のバンプの高さ情報（ｄ0）に、２つの測定系により計測された変位量（ΔＴ，ΔＳ）を加算処理するだけでバンプの高さ情報を出力することができ、この結果信号処理の処理速度及びスループットが一層高くなる。
さらに、基板表面の検出に際し、ライン状の検査ビームを用いて基板表面を走査し、基板表面から出射した反射光を２次元センサに入射させ、２次元センサ上におけるライン像の移動量（変位量）から基板表面の光軸方向の変位を計測しているので、基板表面の反射率の不均一性による影響を受けない利点が達成される。
また、基板表面の変位を計測する第２の測定系において、検査ビームとしライン状ビームを用いると共に光検出手段として複数の受光素子が２次元アレイ状に配列された２次元センサを用いているので、検査ビームが基板表面に形成されたバンプ上を走査しても、２次元センサ上において、バンプに起因して特異的な変位を示すライン像部分を選択的に測定範囲から除外することができる。この結果、バンプによる影響を受けない計測が可能になる。

本発明による突起検査装置の基本原理を示す図である。 本発明による突起検査装置の光学系の一例を示す図である。 対物レンズの視野中の照明ラインを示す図である。 対物レンズの視野中の第２の測定系の照明ラインを照明図である。 ２次元センサ上に形成されるライン像の変位を示す図である。 ２次元センサ上に形成されるライン像の形態を示す図である。 第１〜第３のラインセンサ３１〜３３から出力される出力信号の輝度値（信号強度）とバンプ頂部の高さとの関係を示すグラフ及び差分信号と高さ変位量との関係を示すグラフである Ｚ軸スキャン中における光軸方向の変位量と輝度値との関係を示すグラフである。 本発明による突起検査装置の信号処理装置の一例を示す図である。

発明の実施するための形態

図１は本発明による突起検査装置の基本原理を示す図である。本発明では、基板１に形成されたバンプ２の高さを計測する。バンプの高さは、基板の表面１ａからバンプ２の頂部２ａまでの距離とする。本発明では、第１の測定系から第１の検査ビームを投射し、第１の検査ビームは、ビームスプリッタ（結合光学系として機能する）３及び対物レンズ４を介してバンプ２の頂部２ａに向けて垂直に投射する。バンプの頂部で反射した反射光は対物レンズ４により集光され、ビームスプリッタ３を透過して検出系（図示せず）に入射する。また、第２の測定系から出射した第２の検査ビームは、ビームスプリッタ３により対物レンズ４の光路に結合され、対物レンズ４を介して基板表面１ａに斜めの角度で入射する。基板表面１ａで反射した反射光は、対物レンズ４を経てビームスプリッタ３に入射する。そして、ビームスプリッタで反射し、対物レンズの光路から出射し、検出系５に入射する。

ここで、基板表面１ａが対物レンズの光軸方向に変位すると、第２の検査ビームの基板表面から出射した反射光はａ又はｂ方向に空間的に変位する。従って、反射光の空間的な変位を光検出手段５により検出することにより、基板表面の変位量を計測することができる。また、後述するように、第１の測定系は共焦点光学系を形成しているので、バンプ２の頂部２ａが対物レンズの光軸方向に変位すると、バンプの頂部から出射した反射光の光検出手段により受光される光量が変化する。従って、バンプ頂部の光軸方向の変位量は、光検出手段から出力される出力信号の輝度値の変化として検出される。ここで、重要なことは、バンプの頂部及び基板表面は個別に検出されるので、対物レンズ４としてＮＡの大きな対物レンズを用いることができる。これにより、測定系の分解能が高くなり、高精度な高さ測定が可能になる。

さらに、本発明では、２つの測定系は対物レンズを共用しているので、２つの測定系に対して、光軸方向に共通の座標系を設定することができる。この結果、２つの測定系により検出された変位量を加算することにより、バンプの高さ情報を出力することができる。また、第２の測定系により検出された基板表面の変位量を用いてオートフォーカス用の焦点制御信号を形成することもでき、オートフォーカス制御を行いながらバンプの高さ計測を行うことができる。

尚、第２の検査ビームとして、ライン状の照明ビームを用いる場合、図１において、ライン状ビームの延在方向が紙面と直交する方向となるように設定する。また、ビームスプリッタ３は、ライン状ビームの延在方向軸線（紙面と直交する軸線）と平行になるように設定する。同時に、光検出手段５は、紙面と直交する方向に延在する分割線により受光エリアが２分割されたセンサが用いられる。この場合、基板表面１ａの光軸方向の変化に応じて基板表面から出射した反射ビームは分割線と直交する方向（図１における矢印ａ又はｂ方向）に変位するため、基板表面の高さ変化を反射ビームの空間的な変化として検出することが可能である。

図２は本発明による突起検査装置の光学系の一例を示す図である。本例では、ＴＳＶウエハに形成されたバンプの検査を行うバンプ検査装置について説明する。勿論、本発明は、ＴＳＶウエハ以外の各種回路基板や半導体ウエハに形成された突起物の検査にも適用される。バンプ検査の一例として、基板に形成されたバンプを検出してその位置すなわちアドレスを特定すると共に、検出されたバンプの基板表面から頂部までの高さ（距離）を検出し、アドレス情報と高さ情報とを対として出力する。勿論、バンプの高さだけでなく、バンプの有無を検査するミッシング、及びバンプの頂部の形状等を検査することもできる。

本発明による突起検査装置は、バンプの頂部を検出する第１の測定系と、バンプが形成されている基板表面を検出する第２の測定系とを有する。第１の測定系は、共焦点光学系を用いてバンプ頂部のＺ軸方向の位置（対物レンズの光軸方向の位置）を測定する。第２の測定系は、いわゆる光テコの原理を利用して基板表面のＺ軸方向の位置を測定する。第１の測定系及び第２の測定系により測定されたバンプ及び基板表面のＺ軸方向の位置情報は信号処理装置に供給され、バンプの高さ情報が各バンプごとに出力される。

第１の測定系は、バンプに向けて照明ビーム（検査ビーム）を投射する照明光学系と、バンプの頂部で反射した反射光を検出する検出系とを有し、検出系の出力信号を信号処理装置に供給し、バンプ検出を行うと共に検出されたバンプの高さ情報をアドレス情報と共に出力する。照明光学系は、照明光源１１を有し、本例では照明光源として水銀キセノンランプを用いる。勿論、レーザ光源やＬＥＤを照明光源として用いることもできる。照明光源１１から出射した光ビームは、光ファイバ１２を伝搬し、所望の位置から発散性ビームとして出射する。光ファイバ１２から出射した光ビームは、レンズ１３を介して視野絞り１４に入射する。視野絞り１４は、互いに平行に形成された３つのスリット開口を有し、これらスリット開口は紙面と直交する方向、すなわち第１の方向（Ｘ方向）に延在する。従って、視野絞りから、第１の方向に延在する３本のライン状検査ビームが出射する。

３本の検査ビームは、ビームスプリッタ１５に入射する。ビームスプリッタ１５は、照明光源からＴＳＶウエハに向かうビームとＴＳＶウエハで反射し光検出手段に向かうビームとを分離する作用を果たし、本例では、ハーフミラーで構成する。ビームスプリッタ１５で反射した照明ビームは、レンズ１６を介してガルバノミラー１７に入射する。ガルバノミラー１７は、ウエハの検査中は固定された全反射ミラーとして機能し、検出されたバンプや欠陥をレビューする際ビーム偏向装置として機能する。よって、ガルバノミラー１７は、レビュー中には第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ方向）に周期的に回動してＹ方向スキャンが行われ、２次元画像が撮像される。

ガルバノミラーで反射した検査ビームは、第１及び第２のリレーレンズ１８及び１９を通過し、さらに偏光ビームスプリッタ２０及び１／４波長板２１を経て対物レンズ２２に入射する。対物レンズ２２は、３本のライン状照明ビームを集束性ライン状ビームに変換し、ステージ上に配置したＴＳＶウエハ２３に向けて投射する。ＴＳＶウエハ２３には、多数の半球状のバンプが形成され、本例では、３本の照明ビームを用いて、バンプ検出すると共に検出されたバンプの頂部の光軸方向の位置ないし変位量を検出する。本例では、対物レンズの焦点は、検査すべきバンプの頂点の位置と一致するように設定する。この対物レンズの焦点設定は、検査に先立って、ＴＳＶウエハ２３を支持するステージをＺ軸方向にそってスキャンし、バンプの頂部から出射した反射光の輝度値が最大値となる位置を検出し、その位置に設定する。

ウエハ２３を支持するステージは、ＸＹステージ２４とＺステージ２５とを有するＸＹＺステージで構成する。すなわち、ＸＹステージ２４はＸ及びＹ方向にジッグザッグ状に移動する走査手段として機能する。また、Ｚステージ２５は、光軸方向（Ｚ軸方向）における検査ビームの集束点とバンプの頂点との間の距離を制御する機能を果たすと共にオートフォーカス系の駆動手段を構成する。尚、ＸＹステージ２４はＸＹステージドライバ２６からの駆動信号により駆動され、Ｚステージ２５はＺステージドライバ２７からの駆動信号により駆動する。

図３は対物レンズの視野中に形成される３本の検査ビームの形態を示す。対物レンズの視野２８中には、Ｘ方向に延在する３本のライン状ビームによる照明ライン１〜３が形成される。これら照明ライン１〜３はＹ方向にそって所定の間隔で形成され、これら３本の照明ラインにより形成される反射ビームはそれぞれ個別に検出する。

ステージ上に配置されたＴＳＶウエハ２３は、Ｘ方向に延在する３本の検査ビームに対するステージのＹ方向移動によりスキャンされ、バンプからの反射光は対物レンズ２２により集光され、光路を逆方向に進行する。すなわち、１／４波長板２１、偏光ビームスプリッタ２０、リレーレンズ１９及び１８、及びガルバノミラー１７を経てレンズ１６に入射する。本例では、レンズ１６は、光検出器に対する結像レンズとして作用する。結像レンズ１６から出射した３本の反射ビームは、ビームスプリッタ１５を透過して検出系３０に入射する。

検出系３０は、３つのラインセンサ（撮像素子）３１〜３３を有し、照明ライン１〜３により形成された反射光をそれぞれ個別に受光する。中央の照明ライン１により形成された反射光は直進して第１のラインセンサ３１に入射する。照明ライン２により形成された反射ビームは、全反射ミラー３４で反射し、第２のラインセンサ３２に入射する。照明ライン３により形成された反射ビームは、全反射ミラー３５で反射し、第３のラインセンサ３３に入射する。ここで、第１〜第３のラインセンサ３１〜３３の受光素子の配列方向は、照明ライン１〜３からそれぞれ出射した反射ビームの延在方向と対応するように設定する。また、第１〜第３のラインセンサ３１〜３３の配置位置に関して、第１のラインセンサ３１は、結像レンズ１６の合焦点位置に配置し、第２のラインセンサ３２は合焦点位置よりも対物レンズに近い側の前ピン位置に配置し、第３のラインセンサ３３は合焦点位置よりも対物レンズから遠い側の後ピン位置に配置する。第１〜第３のラインセンサからの出力信号は、信号処理装置に供給され、バンプの検出及び検出したバンプの頂部の変位量の検出に用いられる。

次に、第２の測定系４０について説明する。第２の測定系は、バンプが形成されている基板表面の対物レンズの光軸方向（Ｚ軸方向）の位置ないし変位量を検出する。検出された基板表面の位置情報とバンプ頂部の位置情報を用いてバンプの高さ情報を出力することができる。また、第２の測定系からの出力信号を用いてオートフォーカス系の焦点制御信号を形成することが可能である。すなわち、検査中に、第２の測定系により基板表面の基準点に対するＺ軸方向の変位量を検出し、検出された変位量を焦点誤差として利用する。すなわち、検出された変位量から焦点制御信号を形成し、ＴＳＶウエハを支持するステージのＺ軸方向の位置を制御する。この場合、検出された変位量を用いて第１の測定系により検出された変位量を補正することも可能である。この場合、オートフォーカスの遅延に起因する誤差を調整することができ、高精度な高さ測定が可能になる。

第２の測定系４０は、レーザ光源４１を有する。レーザ光源４１から出射したレーザビームを第２の測定系の検査ビームとして用いる。第２の検査ビームは、コリメターレンズ（図示せず）により拡大平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ４２に入射する。シリンドリカルレンズ４２は、入射したレーザビームを１方向にだけ集束性を有するライン状の楕円ビームに変換する。このライン状の第２の検査ビームは、紙面と直交する方向に延在する。第２の検査ビームは、レンズ４３及びビーム位置調整手段４４を通過し、偏光ビームスプリッタ２０に入射し、対物レンズ２２の光路に結合される。ここで、ビーム位置調整手段４４は、例えば平行平面板で構成され、光軸に対する角度を調整することにより、第２の検査ビームの光軸からの変位量が調整される。すなわち、ビーム位置調整手段を制御することにより、後述する２次元センサ上に形成されるライン像の位置を分割線上に位置するように調整することができる。さらに、第２の検査ビームは、１／４波長板２１を透過し、対物レンズ２２に入射する。そして、集束性のライン状ビームとしてＴＳＶウエハ２３上に斜めに投射され、照明ラインを形成する。尚、第２の検査ビームの延在方向に関し、その延在方向は、偏光ビームスプリッタ２０のミラー面と平行になるように設定する。

図４は、ＴＳＶウエハ上に形成される第２の測定系の照明ラインを示す。対物レンズの視野２８中には、第１の方向に対して斜めの角度（例えば、２０〜３０°）をなすように照明ラインを形成する。すなわち、ＴＳＶウエハや各種基板の表面にはバンプが形成されているため、表面高さは一様ではない。従って、断面が円形の検査ビームを用いた場合、検査ビームがバンプ上に位置する場合が発生し、基板表面とは異なる部位の位置を検出する不具合が発生する。このような不具合を解消するため、本発明では、第２の測定系の検査ビームについて、第１の測定系の照明ビームと同様にライン状ビームを用いる。検査ビームとしてライン状ビームを用いれば、当該ビームの一部部分がバンプ上を照明しても、残りのビーム部分が基板表面を照明するため、バンプからの反射光を測定範囲から除外（マスク）する処理を行うことにより、基板表面で反射した反射光だけにより変位量検出を行うことが可能になる。

ＴＳＶウエハ２３の表面で反射した反射ビームは、対物レンズ２２に集光され、光軸をはさんで反対側の光路を伝搬し、１／４波長板２１を透過し、偏光ビームスプリッタ２０で反射して対物レンズの光路から出射する。このライン状の反射ビームは、紙面と直交する方向に延在し、全反射ミラー４５で反射し、結像レンズ４６を経て光検出手段４７に入射する。本例では、光検出手段４７として、複数の受光素子が２次元マトリックス状に配列された２次元センサを用いる。２次元センサ上には反射ビームによるライン状のライン像が形成され、このライン像は、基板表面の光軸方向の変位に応じて変位する。本例では、ライン像の変位量から基板表面の光軸方向の変位量を検出する。尚、２次元センサ上に形成されるライン像の位置は、ビーム位置調整手段４４を調整することにより調整することがきる

前述したように、第２の検査ビームの一部がバンプを照明した場合、２次元センサ上に形成されるライン像の一部が大きく変位し、測定が不安定になる不具合が発生する。この課題を解決するため、本発明では、光検出手段として、複数の受光素子が２次元マトリックス状に配列された２次元センサを用いる。２次元センサを用いれば、第２の検査ビームの一部がバンプを照明することにより反射ビームの一部が部分的に変位しても、特異的に変位した受光素子からの出力信号をマスクすることにより、不安定なデータを測定範囲から除外することができ、バンプ等の突起物に起因する測定誤差を解消することができる。

図５は２次元センサ４７上に形成されるライン像の形態を示す。本発明では、ライン状の検査ビームを基板表面に向けて投射しているので、２次元センサ４７上には、ウエハ表面から出射したライン状の反射光によるライン像４８が形成される。このライン像４８は、基板表面の光軸方向の変位に応じて矢印方向に変位する。本発明では、２次元センサ４７には、ライン像の変位方向と直交する分割線４９（一点鎖線で示す）を規定し、分割線４９により２次元センサの受光エリアを２分割する。分割線を境界として、一方の側に位置する受光素子エリアを第１のエリア（受光エリアＡ）とし、分割線の反対側の受光素子エリアを第２のエリア（受光エリアＢ）とする。尚、分割線の設定は、受光素子のアドレス情報を用いて設定することが可能である。

図５において、中段に示す図５（Ｂ）はライン像が分割線４９上に位置するように調整された状態を示す。すなわち、ビーム位置調整手段４４（図２参照）の光軸に対する角度を調整することにより、第２の検査ビームの光軸からの変位量が調整され、これによりライン像が分割線４９と直交する方向に変位する。従って、検査に先立って、ビーム位置調整手段を調整することによりライン像を分割線上に位置決めすることができる。検査中に、基板表面の光軸方向の変位に応じて、２次元センサ上に形成されるライン像も変位し、検査中に基板表面が光軸方向の上方に変位すると、ライン状ライン像は、図５（Ａ）に示すように変位する。また、基板表面が下方に変位すると、図５（Ｃ）に示すようにライン像が変位する。従って、基板表面から出射した反射光の２つの受光エリアに対する受光面積比率から基板表面の変位量を求めることができる。すなわち、分割線４９により規定される２つの受光エリアＡ及びＢの受光素子について、ライン像を形成する受光素子数（反射光が入射した受光素子の数）をそれぞれ求め、反射光が入射した受光素子数の差分値を形成することにより基板表面の変位量を計測することができる。すなわち、受光エリアＡの受光素子のうち反射光が入射した受光素子の数をＳ1とし、受光エリアＢについて反射光が入射した受光素子の数をＳ2とし、差分値（Ｓ1−Ｓ2）又は（Ｓ1−Ｓ2）／（Ｓ1＋Ｓ2）を算出することにより、基板表面の変位量を求めることができる。ここで、Δｄ１＝（Ｓ1−Ｓ2）／（Ｓ1＋Ｓ2）を第１の変位信号と称することにする。この場合、第１の変位信号Δｄ１の大きさと基板表面の光軸方向の変位量との関係を予め測定し、基準データとして記憶する。そして、検査中に取得された変位量の測定データを基準データと比較することにより、基板表面の変位量を検出することが可能である。

次に、第２の検査ビームの一部がバンプを照明する場合について説明する。ＴＳＶウエハには多数のバンプが形成されているため、第２の検査ビームの一部が基板表面だけでなく、バンプも照明するケースが発生する。すなわち、ライン状の検査ビームの一部が基板表面を照明し、残りの一部がバンプを照明するケースが発生する。この場合、バンプは、基板表面からバンプの高さ分だけ上方に位置する（対物レンズに近い側に位置する）ため、２次元センサ４７上に形成されるライン像が部分的に且つ特異的に変位する。この状態を図６に示す。図６において、ライン状の検査ビームが２つのバンプを照明し、残りのビーム部分が基板表面を照明した状態を示す。尚、基板表面は光軸方向に変位せず基準点に位置しているものとする。図６において、符号５０ａ、５０ｃ及び５０ｅは第２の検査ビームがウエハ表面を照明することにより形成されたライン像部分を示し、符号５０ｂ及び５０ｄは当該検査ビームがバンプを照明することにより形成されたライン像部分を示す。

図６に示す形状のライン像が形成された場合、ライン像部分５０ｂ及び５０ｄはバンプによる変位情報を示し基板表面に起因する変位情報を示すものではない。従って、ライン像部分５０ｂ及び５０ｄを測定範囲に含めた場合、第１の変位信号Δｄ１に誤差が発生する。このような問題を解決するため、本発明では、検査中に特異的に変位するライン像部分を測定対象から除外する処理を行う。検査ビームがバンプ上を照明すると、図６において、バンプに対応するライン像部分は分割線４９から上方に大きく変位する。そこで、本発明では、２次元センサ上に上限閾値５１を設定する。そして、上限閾値５１を超えて変位したライン像部分を測定対象から除外（マスク）する。このようなマスク処理により、特異的に変位するライン像部分が測定対象から除外され、基板表面から出射した反射光による変位だけによる基板表面情報を出力することが可能になる。このマスク処理方法として、例えば、各受光素子から出力される輝度信号について閾値比較処理を行い、閾値を超える輝度値を出力した受光素子だけを抽出してライン像を形成する受光素子を抽出する。続いて、抽出された受光素子のアドレスについて、分割線４９からの離間距離を求めて、求めた離間距離を設定した上限閾値５１とアドレス比較を行い、閾値を超えたアドレスの受光素子の輝度信号をマスクする。このように、比較的簡単な信号処理により、特異的に変位した輝度信号をマスクすることができる。そして、上限閾値５１以下の変位を示す残りのライン像部分５０ａ、５０ｃ及び５０ｅを形成する受光素子の数を用いて第１の変位信号Δｄ１を求める。この処理により、特異的な変位を示すライン像が測定範囲から除外されるので、バンプによる影響を受けない測定が可能になり、高精度な変位量測定を行うことができる。尚、設定される上限閾値５１については、バンプの高さは予め知ることができるので、予めバンプの高さを計測し、計測されたバンプの高さに対応する変位量を考慮し、それよりも若干小さい値に設定する。

さらに、輝度値に関しても閾値設定することができる。すなわち、ウエハ表面や各種基板表面には、種々のパターンや金属配線が形成され、基板表面の反射率が一様ではない場合がある。例えば、金属配線の反射率はウエハ表面の反射率よりも高く、パターンのエッジの反射率はウエハ表面の反射率よりも低い。従って、反射率の不均一性による課題を解決するため、受光素子から出力される輝度信号について閾値設定を行い、輝度値に関して所定の範囲内の輝度値の信号だけを有効なデータとして用い、閾値の範囲から外れた輝度値の信号を排除することができる。例えば、ＴＳＶウエハの検査の場合、ＴＳＶウエハの表面反射率を予め測定し、予め設定した表面反射率に測定誤差を加味した閾値範囲を設定する。そして、設定された閾値範囲内の輝度値の輝度信号だけを有効なデータとして用いて変位量測定を行うことも可能である。この場合、反射率の相違により、金属配線やバンプからの反射光とウエハ表面からの反射光との間に輝度差が発生するため、この輝度差を利用して基準面（例えば、ウエハ表面又は金属配線層）以外からの反射光を選択的に除外することができる。すなわち、金属配線層を基準面とした場合において、金属配線の反射率が高く、バンプ表面の反射率が低い場合、第２の検査ビームによる反射光について、輝度値について閾値を設定し、閾値以下の反射光をマスクし、閾値以上の反射光だけを選択的に用いることにより、基準面である金属配線層からの反射光だけにより基板表面の変位量が計測されるため、バンプの影響が除かれた計測を行うことができる。或いは、バンプの反射率よりも低い反射率の面を基準面とする場合、閾値処理を行って閾値を超える反射光を選択的に除去することによりバンプの影響を受けない計測が可能になる。

次に、第１の測定系によるバンプ頂部の高さ測定について説明する。図７（Ａ）は第１〜第３のラインセンサ３１〜３３から出力される出力信号の輝度値（信号強度）とバンプ頂部の高さ変位量との関係を示すグラフである。符号６１（実線）は結像レンズの合焦点に配置された第１のラインセンサ３１からの出力信号の特性を示し、符号６２（１点鎖線）は前ピン位置に配置された第２のラインセンサ３２からの出力信号の特性を示し、符号６３（２点鎖線）は後ピン位置に配置された第３のラインセンサ３３からの出力信号の特性を示す。第１の測定系は共焦点光学系を形成するので、Ｚ軸スキャンを行った場合、照明系の集束点がバンプの頂部に位置したとき、検出系の結像位置に配置した光検出手段には最大の反射光が入射する。従って、対物レンズの焦点位置を基準点として設定する。基板を支持するステージをＺ軸方向に移動させてＺ軸スキャンを行う。Ｚ軸スキャンにおいて、バンプの頂部が対物レンズの焦点に位置した場合、第１のラインセンサ３１は最大強度の出力信号を出力し、バンプ頂部が基準位置から上方又は下方に変位するにしたがって、出力信号の強度は滑らかに減少する。第２のラインセンサの出力信号の強度は、基準点（対物レンズの焦点位置）より−側にピーク値を有し、ピーク位置から変位するにしたがって滑らかに減少する。また、第３のラインセンサの出力信号の強度は、基準点よりも＋側にピーク値を有し、ピーク値から滑らかに減少する。

図７（Ｂ）は、第２のラインセンサからの出力信号の強度と第３のラインセンサからの出力信号の強度との差分信号を示す。すなわち、第２及び第３のラインセンサからの出力信号の強度（輝度値）をＡ及びＢとした場合、基準点からの変位量に対する正規化された差分値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の変化を示す。ここで、Δｄ2＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は正規化された差分値であり、第２の変位信号と称する。図７（Ｂ）に示すように、第２の変位信号は、基準位置（対物レンズの焦点位置）を中心にして約±７μｍ程度の範囲内において、ほぼ線形に変化する。従って、第２の変位信号の強度と、基準位置に対するバンプ頂部の変位量との関係を示すデータを予め測定しておけば、第２の変位信号を用いてバンプ頂部の光軸方向の変位量を測定することができる。

次に、検査方法について説明する。本発明では、検査に先立って、第１の測定系について基準データを予め取得する。初めに、ステージ移動によりＺ軸スキャンを行い、基板表面及びバンプ頂部のＺ軸方向の位置を確認すると共に正規のバンプの高さｄ0を予め測定する。図８は、Ｚ軸スキャンの際の第１の測定系の第１のラインセンサ３１の出力信号を示す図である。本例では、第１の測定系の照明ライン1を利用して第1のラインセンサ３１からの出力信号を用いて光軸方向の位置と輝度値との関係を検出する。この際、照明ライン１の一部が基板表面を照明し、残りの一部がバンプを照明するように設定する。この状態において、基板が支持されているステージを対物レンズ２２に対して最接近するように位置決めする。次に、ステージを徐々に降下させ、Ｚ軸スケールを用いて光軸方向の位置を検出しながらＺ軸スキャンを行い、第1のラインセンサ３１の出力信号を検出する。図８に示すように、検査ビームの集束点が基板表面に近づき、その集束点が基板表面上に位置した時ピーク強度を形成する。このピーク強度はＺ軸スケールにより検出され、そのステージの光軸方向の位置を第1のピーク位置Ｐ1とする。さらに降下を続けると検査ビームの集束点はバンプの頂部に近づき輝度値も徐々に増大し、検査ビームの集束点がバンプの頂部上に到達する。この時、第１のラインセンサの出力は最大輝度値を示し、その位置をＰ2とし、第２のピーク位置とする。位置Ｐ2からさらに降下すると、第１のラインセンサからの出力信号の強度は徐々に低下する。

第１のピーク位置Ｐ1と第２のピーク位置Ｐ2との間の距離ｄ0はバンプの高さＨに相当し、Ｚ軸スケールにより求められる。従って、（Ｐ1−Ｐ2）の演算処理を行って、バンプの高さＨを予め求めることができる。さらに、上記正規のバンプについて、照明ライン２及び３を用いてＺ軸スキャンを行い、第２及び第３のラインセンサから出力される輝度値（Ａ，Ｂ）を求める。そして、第２の変位信号Δｄ2＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を算出し、第２の変位信号Δｄ2の値と基準位置からのバンプ頂部の変位量との関係を第２の変位量データとして予め形成し、メモリに記憶する。

続いて、第２の測定系の基準データの取得について説明する。第１の測定系の検査ビームの集束点がバンプの頂部上に位置する状態に設定する。この状態において、ビーム位置調整手段４４を操作して２次元センサ４７上に形成されるライン状のライン像の中心が分割線４９上に位置するように調整する。この状態において、Ｚ軸スキャンを行い、第１の変位信号Δｄ1＝（Ｓ1−Ｓ2）／（Ｓ1＋Ｓ2）と光軸方向の変位量との関係を求め、第１の基準データとしてメモリに記憶する。

次に、バンプ検査を開始する。検査に際し、バンプの頂部を対物レンズの焦点に位置決めする。この位置決めは、ステージ移動によりＺ軸スキャンを行って、第1のラインセンサが最大輝度値を出力する位置Ｐ2を検出し、検出された位置Ｐ2を基準点とする。続いて、検査が行われる。検査は、ステージのＸ及びＹ方向移動により基板の全面を第１及び第２の検査ビームにより走査する。

第１の測定系は以下のように動作する。第１の測定系から３本の照明ビームが基板に向けて投射され、中央に位置する照明ライン１によりバンプが検出され、アドレス検出手段により検出したバンプのアドレスを検出する。並行して、照明ライン２及び３を用いて、検出されたバンプのアドレスにおけるバンプ頂部の光軸方向の変位量を検出する。本発明の第１の測定系は共焦点光学系により構成されると共に第1の検査ビームの集束点はバンプの頂部に位置決めされているため、走査中、基板表面からの反射光の強度は相当低く、バンプ頂部からの反射光の強度は相当高い。従って、第１のラインセンサの各受光素子から出力される出力信号を閾値比較し、閾値を超える強度の反射光が受光された際、バンプが検出されたものとする。この時点において、バンプ検出信号を発生し、第２及び第３のラインセンサの受光素子から出力される出力信号から第２の変位信号Δｄ2＝(Ａ−Ｂ)／（Ａ＋Ｂ）を求める信号処理を行う。そして、得られた第２の変位信号の値について第２の基準データを照合し、バンプ頂部の基準位置に対する変位量ΔＴ（対物レンズの焦点位置からの変位量）を得ることができる。さらに、バンプが検出された際に発生するバンプ検出信号は第２の測定系にも供給する。さらに、バンプ検出信号はアドレス検出手段にも供給され、バンプが検出された時点におけるバンプのアドレスも検出する。

次に、第２の測定系について説明する。検査の開始後、第２の検査ビームにより基板表面及びバンプが走査される。第１の測定系からバンプ検出信号が入力した際、以下の信号処理が行われる。初めに、２次元センサの受光素子から出力される出力信号の輝度値について閾値比較を行い、基板表面及びバンプから出射した反射光によるライン像を形成する受光素子を特定する。続いて、ライン像を形成する受光素子のアドレスについて、アドレス閾値に対するアドレス比較を行う。すなわち、ライン像を形成する受光素子の分割線からの離間量について、閾値比較を行い、設定されている上限閾値を超えているアドレスの受光素子を測定対象から除外する。これにより、基板表面からの反射光だけが選択される。続いて、選択された受光素子からの出力信号について、信号処理を行い、第１の変位信号Δｄ1＝（Ｓ1−Ｓ2）／（Ｓ1＋Ｓ2）を求める。さらに、求めたΔｄ1について、変位信号強度と変位量との関係を規定した第1の基準データを参照し、基板表面の変位量を示すΔＳを求める。

バンプの高さＨは以下の式により与えられる。
Ｈ＝ｄ0＋ΔＴ＋ΔＳ （１）
ここで、ｄ0はバンプの正規の高さ情報であり、検査に先立って行われたＺ軸スキャンにより計測されている。従って、第１及び第２の検査ビームの走査により得られたバンプ頂部の変位量ΔＴと基板表面の変位量ΔＳとを加算するだけで、基板に形成された全てのバンプの高さを計測することができる。本発明では、検出されたバンプのアドレスとその高さＨとを対として出力する。或いは、検出されたバンプのアドレスと変位量（ΔＴ＋ΔＳ）とを対として出力する。或いは、オートフォーカス制御を行う場合、バンプのアドレスとバンプ頂部の変位量ΔＴとを対として出力することもできる。

検査中の基板表面の光軸方向の変位を示す第２の変位信号を用いて第１の測定系のオートフォーカス制御を行うことができる。オートフォーカス制御を行った場合、検査中に基板表面は基準位置（対物レンズの焦点位置から距離ｄ0だけ対物レンズから離れる側に変位した位置）に自動的に維持される。従って、バンプの高さＨは以下の式で与えられる。
Ｈ＝ｄ0＋ΔＴ （２）

基板表面が光軸方向に急激に変化する場合がある。このような場合、オートフォーカス制御に遅延が生じ、測定誤差が生じるおそれがある。そこで、急激な変化に対応するため、バンプ頂部の変位量ΔＴを基板表面の変位量ΔＳ用いて補正することができる。すなわち、第１の変位信号から基板表面の変位量ΔＳを算出し、バンプ頂部の変位量ΔＴに基板表面の変位量ΔＳを加算する補正処理を行う。この場合、バンプの高さＨは上記（２）式により与えられる。

図９は本発明による突起検査装置の信号処理装置の一例を示す図である。第１の測定系の照明ライン１による反射光を受光する第１のラインセンサ３１から出力される出力信号を用いてバンプ検出を行う。すなわち、第１の検査ビームがバンプ上を走査すると最大輝度値が発生する。よって、ラインセンサ３１の各受光素子から出力される出力信号を閾値比較することによりバンプを検出することができる。第１のラインセンサ３１からの出力信号をバンプ検出手段６０に供給し、閾値処理を行ってバンプを検出する。バンプが検出された際、受光素子のアドレスを含むバンプ検出信号を発生する。

第１の測定系の第２及び第３のラインセンサ３２及び３３の出力信号は第２の変位信号形成手段６１に供給する。第２の変位信号形成手段６１は、前述した信号処理を行って、第２の変位信号Δｄ2＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を形成する。尚、第２の変位信号形成手段６１は、バンプ検出信号の入力に応じて信号処理を開始し、バンプ検出信号が入力した時点における第２及び第３のラインセンサからの出力信号を用いて処理が実行される。

第２の変位信号は変位量形成手段６２に供給される。変位量形成手段６２は、第２のメモリ６３にアクセスする。第２のメモリ６３には、検査に先立って取得された変位信号Δｄ2の値と光軸方向の変位量との関係を示す第２の基準データ記憶されている。よって、変位量形成手段６２は、第２の基準データを参照してバンプ頂部の光軸方向の変位量ΔＴを出力する。

次に、第２の測定系について説明する。第２の測定系の光検出手段（２次元センサ）４７からの出力信号は、ライン像検出手段６４に供給される。ライン像検出手段６４は、２次元センサの受光素子から出力される出力信号の輝度値について閾値比較を行い、ライン像を形成する受光素子を検出すると共に、バンプから出射した反射光を受光した受光素子を選択的にマスクし、基板表面から出射した反射光だけによるライン像を形成する受光素子を選択的に検出する。そして、ライン像を形成する受光素子のアドレスないし分割線からの変位量を第１の変位信号形成手段６５に供給する。尚、ライン像検出手段６４は、バンプ検出信号の入力に応じて信号処理を開始し、バンプ検出信号が入力した時点における２次元センサ４７からの出力信号を用いて処理が実行される。ライン像検出手段において、金属配線層の表面又はウエハ表面を基準面した場合、検出されたライン像を形成する受光素子からの出力信号について、さらに輝度値について閾値範囲を設定して閾値比較処理を行って、バンプから出射した反射光を選択的に除外することができる。

第１の変位信号形成手段６５は、前述した信号処理を行って、第１の変位信号Δｄ1＝（Ｓ1−Ｓ2）／（Ｓ1＋Ｓ2）の値を算出する。算出された第１の変位信号は、第１の変位量形成手段６６に供給する。

第１の変位量形成手段６６は、第１のメモリ６７にアクセスする。第１のメモリには、検査に先立って取得した変位信号Δｄ1の値と光軸方向の変位量との関係を示す第1の基準データが記憶されている。第1の変位量形成手段は、入力した変位信号の値について第1の基準データを参照して基板表面の変位量ΔＳを出力する。

第１の変位信号はＺステージ２５を駆動するＺステージドライバ用の駆動信号を形成する駆動信号形成手段６８にも供給される。駆動信号形成手段は、オートフォーカス用の制御信号を形成する。すなわち、基板表面の変位量を示す変位信号に応じて、基板表面の変位量を減少させる制御信号を形成し、Ｚステージドライバ２７に供給する。これにより、オートフォーカス制御が行われ、対物レンズ又は対物レンズの焦点と基板表面との間の距離が常時所定の値に維持される。

バンプ検出信号はアドレス情報形成手段６９にも供給する。アドレス情報形成手段は、バンプが検出された時点のバンプのアドレスを形成する。すなわち、ＸＹステージ２４に連結されたエンコーダから出力されるＸＹアドレス情報とバンプ検出信号に含まれる受光素子のアドレス情報とを用いてバンプのアドレスを特定する。

基板表面の変位量を示す第１の変位量ΔＳ、バンプ頂部の変位量を示す第２の変位量ΔＴ、バンプのアドレスを示すアドレス情報及び検査に先立って計測したバンプの高さｄ0は、バンプ高さ情報形成手段７０に供給する。バンプ高さ情報形成手段７０は、バンプの高さHとして、検査に先立って計測したバンプ高さｄ0 にバンプ頂部の変位量ΔＴ及び基板表面の変位量ΔＳを加算し、計測されたバンプの高さとする。また、計測されたバンプ高さにアドレス情報を対として付加し、バンプ高さ情報として出力する。或いは、高さ情報形成手段は、第１の変位量ΔＳと第２の変位量ΔＴとの加算値及びアドレス情報を含むバンプ高さ情報を出力してもよい。

バンプ高さ情報は、欠陥検出手段７１に供給する。欠陥検出手段７１は、計測されたバンプの高さを予め設定した閾値と比較し、閾値範囲を超える場合、当該バンプを欠陥として出力する。また、第１の変位量と第２の変位量との加算値（ΔＳ＋ΔＴ）を閾値と比較し、閾値範囲を超える場合欠陥バンプと判定することもできる。

さらに、欠陥検出手段は、チィップ又はダイごとにバンプ検査を行い、検出されたバンプのアドレスを隣接するチィップ間でアドレス比較することによりバンプのミッシング情報（欠落情報）を出力することができる。すなわち、検出されたバンプのアドレスをダイごとに比較することにより、本来形成されるべきアドレスにバンプが形成されていないことを示すミッシングを検出することができる。この場合、バンプの基本アドレス情報を含むゴールデンダイを基準アドレスとし、基準アドレス（ゴールデンダイ）と検出されたバンプのアドレスとを比較してミッシング検査を行うこともできる。ミッシング情報は、ダイ又はチィップごとにミッシングの個数を計数して表示することができ。

或いは、（第１の変位信号Δｄ1と第２の変位信号Δｄ2とを加算した値を求め、値(Δｄ1＋Δｄ2)をバンプ高さ情報として所定の閾値範囲と比較し、閾値範囲内の場合は良品バンプと判定し、閾値範囲から外れた場合欠陥バンプとして判定することも可能である。この場合、第１の変位信号形成手段及び第２の変位信号形成手段からの出力信号を欠陥検出手段に直接供給する。

或いは、第１の変位量Δｄ1からオートフォーカス用の制御信号を形成してオートフォーカス制御を行い、バンプ頂部の変位量を示す第２の変位量Δｄ2をバンプ高さ情報とし、第２の変位量Δｄ2を閾値範囲と比較し、閾値範囲内の場合は良品のバンプであると判定し、閾値範囲から外れた場合欠陥バンプであると判定することも可能である。この場合、第２の変位信号形成手段６１からの出力信号を欠陥検出手段に直接供給して欠陥検出が行われる。

さらに、欠陥検出手段において、チィップ又はダイごとに欠陥の個数を計数し、ダイごとに欠陥数を表示することもできる。さらに、ダイごとに欠陥の種類と個数との組合せを求めて表示することもできる。

本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、ステージ移動により対物レンズと試料との間の相対距離を制御したが、ステージを固定し対物レンズを光軸方向に移動することにより対物レンズと試料との間の距離を制御することも可能である。

１ 基板
２ バンプ
３ ビームスプリッタ
４ 対物レンズ
１１ 照明光源
１２ 光ファイバ
１３ レンズ
１４ 視野絞り
１５ ビームスプリッタ
１６ レンズ
１７ ガルバノミラー
１８ 第１のリレーレンズ
１９ 第２のリレーレンズ
２０ 偏光ビームスプリッタ
２１ １／４波長板
２２ 対物レンズ
２３ ＴＳＶウエハ
２４ ＸＹステージ
２５ Ｚステージ
２６ ＸＹステージドライバ
２７ Ｚステージドライバ
３０ 検出系
３１，３２，３３ ラインセンサ
３４，３５ 全反射ミラー
４０ 第２の測定系
４１ レーザ光源
４２ シリンドリカルレンズ
４３ レンズ
４４ ビーム位置調整手段
４５ 全反射ミラー
４６ 結像レンズ
４７ 光検出手段（２次元センサ）

Claims (16)

1. 各種基板に形成された突起を検査する突起検査装置であって、
   突起が形成されている基板を支持するステージと、
   第１の検査ビームを発生する第１の照明光源、及び、第１の検査ビームを突起が形成されている基板表面に対して垂直に投射する対物レンズを含む照明光学系と、突起の頂部で反射した反射光を前記対物レンズを介して受光する検出系とを有し、突起の頂部の光軸方向の位置ないし変位を検出する第１の測定系と、
   第２の検査ビームを発生する第２の照明光源、第２の検査ビームを前記対物レンズの光路に結合する結合光学系、及び、基板表面で反射した反射光を前記対物レンズを介して受光する光検出手段を有し、突起が形成されている基板表面の光軸方向の位置ないし変位を検出する第２の測定系と、
   前記第１及び第２の測定系から出力される出力信号を用いて突起の高さ情報を出力する信号処理装置とを具えることを特徴とする突起検査装置。
2. 請求項１に記載の突起検査装置において、前記第１の測定系は、突起の頂部で反射した反射光の輝度値に基づいて突起の頂部の光軸方向の位置を検出し、前記第２の測定系は、基板表面で反射した反射光の空間的な変位量に基づいて基板表面の光軸方向の位置を検出することを特徴とする突起検査装置。
3. 請求項１又は２に記載の突起検査装置において、前記信号処理装置は、前記第１の測定系の検出系から出力される出力信号を用いて突起の頂部の光軸方向の変位量を示す第１の変位信号を形成する第１の処理手段と、前記第２の測定系の光検出手段から出力される出力信号を用いて基板表面の光軸方向の変位量を示す第２の変位信号を形成する第２の処理手段とを有することを特徴とする突起検査装置。
4. 請求項３に記載の突起検査装置において、さらに、前記対物レンズと基板との間の相対距離を制御する駆動手段を有し、
   前記第２の処理手段から出力される第２の変位信号を用いて、前記駆動手段を制御する制御信号が形成され、この制御信号により前記対物レンズと基板との間の距離が所定の値に維持されるように自動的に制御されることを特徴とする突起検査装置。
5. 請求項３又は４に記載の突起検査装置において、さらに、前記信号処理装置は、前記第１の処理手段から出力される第１の変位信号と第２の処理手段から出力される第２の変位信号とを加算する加算手段を有し、加算手段から出力される信号に基づいて突起の高さ情報を出力することを特徴とする突起検査装置。
6. 請求項５に記載の突起検査装置において、前記第１の処理手段から出力される第１の変位信号は、第２の処理手段から出力される第２の変位信号を用いて補正されることを特徴とする突起検査装置。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の突起検査装置において、前記第１の測定系の照明光学系は、照明光源と、照明光源から出射した光ビームから前記第１の方向にそって延在し、互いに平行な第１〜第３のライン状の検査ビームを形成する手段と、３本の検査ビームを基板表面に対して垂直に投射する対物レンズとを含み、
   前記検出系は、前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子を有し、前記第１〜第３の検査ビームによりそれぞれ形成されると共にバンプの頂部でそれぞれ反射した第１〜第３の反射光を結像レンズを介して受光する第１〜第３のラインセンサを含み、第１のラインセンサは前記結像レンズの合焦点位置に配置され、第２のラインセンサは合焦点位置よりも対物レンズに近い側の前ピン位置に配置され、第３のラインセンサは合焦点位置よりも対物レンズから遠い側の後ピン位置に配置され、
   前記信号処理装置は、前記第１のラインセンサからの出力信号を用いてバンプを検出すると共に検出されたバンプのアドレスを特定し、前記第２及び第３のラインセンサからの出力信号を用いて、検出されたバンプの頂部の光軸方向の変位量を検出することを特徴とする突起検査装置。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の突起検査装置において、前記第２の測定系において、前記第２の照明光源と結合光学系との間に、第２の照明光源から出射した光ビームをライン状の検査ビームに変換する手段が配置され、
   前記第２の測定系の光検出手段は、複数の受光素子が２次元アレイ状に配列された２次元センサにより構成され、
   前記２次元センサ上には、基板表面からの反射光によるライン状のライン像が形成され、当該ライン像の移動量に基づいて基板表面の光軸方向の変位量が求められることを特徴とする突起検査装置。
9. 請求項８に記載の突起検査装置において、前記２次元センサには、ライン状ライン像の延在方向と平行に延在し、２次元センサの受光エリアを第１及び第２の受光エリアに分割する分割線が規定され、前記ライン状のライン像は、基板表面の変位に応じて分割線と直交する方向に変位することを特徴とする突起検査装置。
10. 請求項８又は９に記載の突起検査装置において、前記信号処理装置は、２次元センサの各受光素子から出力される出力信号の輝度値又は強度値について閾値比較処理を行い、閾値以下又は閾値を超える輝度値又は強度値の出力信号を選択的に除外し、残りの受光素子からの出力信号を用いて第２の変位信号を形成することを特徴とする突起検査装置。
11. 請求項９又は１０に記載の突起検査装置において、前記信号処理装置は、前記第１及び第２の受光エリアについて、所定の閾値を超える輝度値を出力する受光素子の数Ｓ1及びＳ2を計測する手段、及び計測された受光素子数の差分値（Ｓ1−Ｓ2）を算出する手段を有し、算出された差分値（Ｓ1−Ｓ2）又は（Ｓ1−Ｓ2）／（Ｓ1＋Ｓ2）に基づいて基板表面の光軸方向の変位量が形成されることを特徴とする突起検査装置。
12. 請求項９、１０又は１１に記載の突起検査装置において、前記２次元センサには、前記分割線からその延在方向と直交する方向に受光素子数だけ変位した位置に閾値ラインが設定され、当該閾値ラインを超える位置の受光素子からの出力信号は測定対象から除外することを特徴とする突起検査装置。
13. ＴＳＶウエハに形成されたバンプの高さ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ウエハを支持するステージと、
    ＴＳＶウエハに形成されたバンプの頂部を検出する第１の測定系と、
    バンプが形成されているウエハ表面を検出する第２の測定系と、
    前記第１及び第２の測定系から出力される出力信号を用いてバンプの高さ情報を出力する信号処理装置とを具え、
    前記第１の測定系は、第１の検査ビームを発生する第１の照明光源、及び、第１の検査ビームを基板表面に対して垂直に投射する対物レンズを含む照明光学系と、バンプの頂部で反射した反射光を前記対物レンズを介して受光する検出系とを有し、
    前記第２の測定系は、第２の検査ビームを発生する第２の照明光源と、第２の検査ビームを前記対物レンズの光路に結合する結合光学系と、基板表面で反射した反射光を前記対物レンズを介して受光する光検出手段とを含み、
    前記信号処理装置は、前記第１の測定系の検出系から出力される出力信号を用いてバンプの頂部の光軸方向の変位量を示す第１の変位信号を形成する第１の処理手段と、前記第２の測定系の光検出手段から出力される出力信号に基づいてウエハ表面の光軸方向の変位量を示す第２の変位信号を形成する第２の処理手段とを有することを特徴とするバンプ検査装置。
14. 請求項１３に記載のバンプ検査装置において、さらに、前記対物レンズと基板との間の相対距離を制御する駆動手段を有し、
    前記第２の処理手段から出力される第２の変位信号を用いて前記駆動手段を制御する制御信号が形成され、前記対物レンズとウエハ表面との間の距離が常時一定値に維持されるように自動的に制御されることを特徴とするバンプ検査装置。
15. 請求項１３又は１４に記載のバンプ検査装置において、前記信号処理装置は、検出されたバンプの高さ情報を閾値と比較し、閾値範囲から外れたバンプを欠陥バンプと判定する欠陥検出手段を有することを特徴とするバンプ検査装置。
16. 請求項１３から１５までのいずれか１項に記載のバンプ検査装置において、前記第１の測定系はバンプを検出するバンプ検出手段を有し、前記信号処理装置は検出されたバンプのアドレスを特定する手段を有し、
    前記信号処理装置は、検出されたバンプのアドレス情報を用いてバンプの欠落を示すミッシング情報を出力することを特徴とするバンプ検査装置。
    

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