JPH06242016A

JPH06242016A - バンプ外観検査装置

Info

Publication number: JPH06242016A
Application number: JP3227193A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsukahara; 博之塚原; Yoshitaka Oshima; 美隆大嶋; Takashi Fuse; 貴史布施; Fumiyuki Takahashi; 文之高橋
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-02-22
Filing date: 1993-02-22
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は基板上に形成されたバンプ電極の形
状を検査するバンプ外観検査装置に関し、バンプ電極の
表面光沢を自動的かつ高精度に検査することを目的とす
る。【構成】ウエハ２２に形成されるチップ１１上に設け
られたバンプ電極に光源３０ａ，３０ｂより照明光を照
射し、その反射光をカメラ２９で撮像する。この撮像画
像より検査手段３１の係数検出回路４３により光反射率
における光反射係数及び拡散反射量における散乱反射係
数を求め、これよりボンディング性検査回路４４でバン
プ電極の表面状態を評価、検査する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に形成されたバ
ンプ電極の形状を検査するバンプ外観検査装置に関す
る。

【０００２】近年、ＬＳＩの大規模化により、チップの
Ｉ／Ｏ（入出力）数が増加すると共に、実装密度が増加
しており、Ｉ／Ｏ手段としてチップ面上にバンプ電極を
複数形成し、フリップチップにより接続することが行わ
れている。そのため、多数形成されるバンプ電極の欠陥
検査を自動的かつ短時間で行うことが望まれている。

【０００３】

【従来の技術】図５に、検査対象を説明するための図を
示す。図５（Ａ）は、ＬＳＩチップ１１の表面に形成さ
れたパッド（図示せず）上にバンプ電極１２がそれぞれ
形成されたものである。ここでは、ＬＳＩチップ１１の
全面に形成されたバンプ電極１２の総てをエリアバンプ
と称する。例えば、ＬＳＩチップ１１の一辺が１０mm以
上で、バンプ電極１２の径が１００μm ，数はＬＳＩチ
ップ１１上で数千個形成される。

【０００４】また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＬＳＩ
チップ１１のエリアバンプが一枚の配線基板１３上に複
数フェイスダウンでボンディングされたものである。図
５（Ｂ）に示すように、一枚の配線基板１３に複数のＬ
ＳＩチップ１１を実装する方式は、マルチチップモジュ
ールといわれ、高性能計算機等に用いられているもので
ある。

【０００５】そこで、図６に、バンプ欠陥を説明するた
めの図を示す。図６（Ａ）は、形状が大き過ぎる欠陥バ
ンプ１２ａと、小さ過ぎる欠陥バンプ１２ｂを示してい
る。

【０００６】これは、バンプ電極１２の形状寸法が異な
ると、配線基板１３にボンディングするときに、接合さ
れないバンプ電極１２が発生することになる。

【０００７】図６（Ｂ）は、バンプ電極１２を形成する
際のウェットバック工程（加熱して球状にする工程）で
隣同士が繋がったもので、ショートと呼ばれる欠陥バン
プ１２ｃを示したものである。

【０００８】また、図６（Ｃ）は、バンプ電極１２の表
面が酸化した欠陥バンプ１２ｄを示したものである。こ
れは、ソルダバンプに発生し易く、酸化することによっ
てその部分で基板１３と接合できなくなるものである。

【０００９】従って、上述のような欠陥バンプ１２ａ〜
１２ｄを除去する必要があり、そのためにはバンプ電極
１２の高さ、寸法、表面光沢を計測しなければならな
い。

【００１０】このうち、表面光沢の計測により、バンプ
外観検査装置においてバンプ電極１２の表面の酸化度合
から配線基板１３にボンディングするときのボンディン
グ性を予測する必要がある。

【００１１】従来より、バンプ外観検査装置でバンプ電
極１２の表面光沢を計測する方法として、該バンプ電極
１２を照明したときの輝度を検査し、その輝度から表面
の光沢度を計るという方法や、作業者の経験による目視
検査による方法が用いられている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、バンプ電極１
２の表面における輝度からだけでは表面酸化状態を十分
に評価することが困難であると共に、目視検査では個人
差により計測結果にバラツキを生じるという問題があ
る。

【００１３】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、バンプ電極の表面光沢を自動的かつ高精度に検
査するバンプ外観検査装置を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、チップ上に
二次元配列で形成されたバンプ電極に、照明光を照射す
る照明手段と、該照明光による該バンプ電極からの反射
光を受光する検知手段と、該検知手段からの該反射光よ
り、該照明光に対する光反射率及び拡散反射量を検出し
て該バンプ電極の表面状態を検査する検査手段とで構成
することにより解決される。

【００１５】

【作用】上述のように、バンプ電極に照明光を照射し
て、その反射光を検知手段により受光する。検査手段で
はこの反射光より、光反射率と拡散反射量を検出する。
すなわち、光反射率と拡散反射量の二つの要素でバンプ
電極の表面状態を検査することにより、従来光反射率に
相当する輝度でバンプ電極の表面状態を検査することに
比べて、高精度に検査することが可能となり、しかもこ
れらを自動的に行うことが可能となる。

【００１６】

【実施例】図１に、本発明の一実施例の構成図を示す。
図１において、バンプ外観検査装置２１は、バンプ電極
（１２）が二次元配列で設けられた所定数のチップ１１
が形成されたウエハ２２が、搬送装置２３によりプレア
ライメントステージ２４に送られて、ウエハ２２のオリ
フラ合せが行われる。

【００１７】このウエハ２２は搬送装置２５により２軸
ステージ２６に送られる。この２軸ステージ２６上でバ
ンプ電極（１２）の外観検査が行われる（後述する）。
そして、検査終了後に搬送装置２７によりウエハ２２が
排出される。

【００１８】一方、２軸ステージ２６の上方に結像レン
ズ２８及びカメラ２９で構成する撮像手段が配置される
（位置設定は図３において説明する）。また、結像レン
ズ２８の両側に照明手段である光源３０ａ，３０ｂが配
置され、チップ１１上のバンプ電極（１２）に照明光を
照射する。そして、カメラ２９により撮像された画像が
検査手段３１に送られる。

【００１９】検査手段３１は、Ａ／Ｄ（アナログ／ディ
ジタル）変換回路４１，画像メモリ、係数検出回路４
３，ボンディング性検査回路４４，及び制御回路４５に
より構成される。制御回路４５は、ボンディング性検査
回路４４による検査タイミングを計って、搬送装置２
３，２５，２７，プレアライメントステージ２４，及び
２軸ステージ２６の駆動を制御する。

【００２０】ここで、図２に、図１の係数検出回路のブ
ロック図を示す。図２において、係数検出回路４３は、
散乱反射係数検出回路５１，光反射係数検出回路５２，
及び基準係数設定部５３により構成される。この基準係
数設定部５３には、基準となる拡散反射量における散乱
反射係数が予め設定される。

【００２１】そこで、まず図１及び図２により全体の動
作について説明する。ウエハ２２が２軸ステージ２６上
に送られると、検査部分のチップ１１上のバンプ電極
（１２：図５）に光源３０ａ，３０ｂより照明光を照射
し、その反射光を結像レンズ２８を介してカメラ２９に
より受光して撮像する。撮像画像は、Ａ／Ｄ変換回路４
１によりディジタル信号の画像データに変換され、画像
メモリ４２に格納する。この画像データは主に光強度の
データとなる。

【００２２】画像メモリ４２からの画像データは、係数
検出回路４３において、図２に示すように、散乱反射係
数検出回路５１に送られると共に、光反射係数検出回路
５２により光反射率における光反射係数が検出されて散
乱反射係数検出回路５１に送られる。

【００２３】散乱反射係数検出回路５１では、画像デー
タの光反射係数及び予め既知の照明光の入射光強度に基
づいて、基準係数設定部５３に設定されている基準の散
乱反射係数から当該画像データに対応するものを選択的
に求めて散乱反射係数を検出する。そして、この光反射
係数と散乱反射係数をボンディング性検査回路４４に送
る。

【００２４】図１に戻って、ボンディング性検査回路４
４では、光反射係数及び散乱反射係数より、バンプ電極
（１２）の表面（酸化）状態が検査される。すなわち、
光反射係数が高く、散乱反射係数により鏡面的であれば
バンプ電極の表面光沢が良好であり、ボンディング性が
良好であると評価される。

【００２５】そして、ボンディング性検査回路４４での
検査が終了すると、その旨が制御回路４５に送られる。
これに基づいて２軸ステージを駆動して次のバンプ電極
（１２）の検査を行わせる。ウエハ２２の総てのチップ
１１上の総てのバンプ電極（１２）の検査が終了する
と、搬送装置２７により排出し、次のウエハ２２を搬送
装置２３，２５により、プレアライメントステージ２４
を介して２軸ステージ２６上に位置させ、同様の検査を
行わせるものである。

【００２６】そこで、図３に、本発明の検査原理の説明
図を示す。図３（Ａ）において、いま検査対象物（バン
プ電極１２）に照明光（光強度Ｌ₁）が照射されると、
入射角と同じ反射角で反射光（光強度Ｌ₂）が反射され
る。この場合、反射光は鏡面反射光であり、これより光
反射率（光反射係数）が求められることになる。

【００２７】一方、反射光（Ｌ₂）より角度θの方向に
視線を位置させた場合の反射光は散乱反射光であり、反
射光及び散乱反射光の光強度がＬｓとなる。

【００２８】ところで、ＣＧ（コンピュータグラフィ
ックス）においてシェーディングモデルを作成する手法
がある。このシェーディングモデルとは、二次元空間の
中に物体や光源があるときに物体の各点がどのような
色、明るさに見えるかを近似的に計算する方式であり、
環境光、散乱光、反射光の３種類を扱う。このシェーデ
ィングモデルを作成する場合、以下のシェーディング関
数の式が用いられる。

【００２９】Ｌｓ＝Ｌ₁・Ｗ・（cos θ）ⁿ ・・・ (1) この場合のＬｓ，Ｌ₁，Ｗ，θは上述と同様の意味のも
のであり、ｎは鏡面反射光（反射光Ｌ₂）の散乱反射係
数（表面粗さ）を示す。例えばｎ＝∞のときは完全な鏡
面となる。

【００３０】そこで、このシェーディングモデルを、バ
ンプ電極の表面状態の光モデルとして画像を作成し、実
際の撮像画像と合わせることにより、シェーディング関
数における光反射の強度を示す係数（Ｗ）及び表面粗さ
を示す係数（ｎ）とから、実際のバンプ電極の表面状態
の検査に適用するものである。

【００３１】ここで、図３（Ｂ）において、チップ１１
上のバンプ電極１２に照明光（光強度Ｌ₁）を照射する
場合、照明角度を、予めバンプ電極１２の頂点付近に当
たった反射光がバンプ電極１２上方の結像レンズ２８に
入射する角度に設定する。また、照明光Ｌ₁がバンプ電
極１２に当たった位置から発した光源（散乱光）が結像
レンズ２８に入射する範囲を順次視線として、反射光の
角度θとするものである。

【００３２】すなわち、図３（Ｂ）において、入射光強
度Ｌ₁，角度θは実際の装置上から求められ、結像レン
ズ２８を介してカメラ２９で撮像された画像から視線方
向における光強度Ｌｓが求められる。

【００３３】このＬ₁，θ，Ｌｓを（１）式に当てはめ
ることで、光反射係数Ｗ及び散乱反射係数ｎが、図２で
示す係数検出回路４３において求められることになる。

【００３４】ここで、図４に、光反射係数と散乱反射係
数の関係の説明図を示す。図４は、光反射係数Ｗの高低
と散乱反射係数ｎの粗面から鏡面との関係であり、光反
射係数ｎが高いほど、また散乱反射係数ｎが鏡面状態を
示すほどバンプ電極１２の表面状態が良好であることを
示している。すなわち、図４の所定の境界以上の領域Ａ
をバンプ電極１２の表面状態が酸化されておらずボンデ
ィング性が良好であるものと評価し、境界以下の領域Ｂ
では酸化が進みボンディング性が悪いものと評価する。
この評価は図１におけるボンディング性検査回路４４に
おいて自動的に行われるもので、２つの検査パラメータ
により、高精度に判定できるものである。

【００３５】なお、バンプ電極の表面状態の評価は、同
一チップの総てのバンプ電極における光反射係数及び散
乱反射係数の平均、総和又は分散等の統計量がチップ単
位で行われ、又はこのチップが形成されるウエハ単位で
行われ、又は該ウエハの製造ロット単位で行われて検査
されるものである。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、バンプ電
極に照明手段により照明光を照射し、検知手段で受光し
た反射光より、検査手段において光反射率と拡散反射量
を検出してバンプ電極の表面状態を検査することによ
り、バンプ電極の表面状態を検査することにより、バン
プ電極の表面光沢を自動的かつ高精度に検査することが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】図１の係数検出回路のブロック図である。

【図３】本発明の検査原理の説明図である。

【図４】光反射係数と散乱反射係数の関係の説明図であ
る。

【図５】検査対象を説明するための図である。

【図６】バンプ欠陥を説明するための図である。

【符号の説明】

１１チップ１２バンプ電極２１バンプ外観検査装置２２ウエハ２３，２５，２７搬送装置２４プレアライメントステージ２６２軸ステージ２８結像レンズ２９カメラ３０ａ，３０ｂ光源３１検査手段４１Ａ／Ｄ変換回路４２画像メモリ４３係数検出回路４４ボンディング性検査回路４５制御回路５１散乱反射係数検出回路５２光反射係数検出回路５３基準係数設定回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋文之神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チップ（１１）上に二次元配列で形成さ
れたバンプ電極（１２）に、照明光を照射する照明手段
（３０ａ，３０ｂ）と、該照明光による該バンプ電極（１２）からの反射光を受
光する検知手段（２８，２９）と、該検知手段（２８，２９）からの該反射光より、該照明
光に対する光反射率及び拡散反射量を検出して該バンプ
電極（１２）の表面状態を検査する検査手段（３１）
と、を有することを特徴とするバンプ外観検査装置。
【請求項２】前記検知手段を撮像手段（２８，２９）
で構成し、前記検査手段（３１）において、鏡面反射における前記
バンプ電極（１２）の表面状態における画像の光モデル
を作成し、該光モデルに対する前記光反射率における光
反射係数及び前記拡散反射量における鏡面反射の散乱反
射係数を、該撮像手段（２８，２９）による撮像画像よ
り検出して該表面状態を検査することを特徴とする請求
項１記載のバンプ外観検査装置。
【請求項３】前記検査手段（３１）は、前記光反射係
数及び散乱反射光数を、前記撮像画像の場所的輝度むら
を表わす関数に基づいて検出することを特徴とする請求
項２記載のバンプ外観検査装置。
【請求項４】前記検査手段（３１）は、前記光反射係
数を、前記関数に基づいて、予め設定される基準散乱反
射係数より選択的に求めることを特徴とする請求項３記
載のバンプ外観検査装置。
【請求項５】前記検査手段（３１）は、所定数の前記
チップ（１１）、該チップ（１１）が形成されるウエハ
（２２）、又は該ウエハ（２２）を形成するロット上
で、前記光反射係数及び散乱反射係数の所定の統計量よ
り前記バンプ電極（１２）の表面状態を検査する請求項
２記載のバンプ外観検査装置。