JPH11307567A

JPH11307567A - バンプ検査工程を有する半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11307567A
Application number: JP10182600A
Authority: JP
Inventors: Toru Nishino; 徹西野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】チップ表面上に形成されたバンプの形状の検査
をより正確に行う。【解決手段】チップ１の所定の領域内の小領域の画像デ
ータを評価して、テンプレート画像として適切な画像を
登録し、更に、複数のバンプ２を検出して登録したテン
プレート画像との相対的位置を登録し、それらをティー
チングデータとして利用して被検査チップ上のバンプの
形状の検査を行う。更に、小領域の画像データの評価
を、濃度のヒストグラムの双峰性ヒストグラムの分散値
が高く、周りの画像との正規化相関値が低いか否かによ
り行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップの表面に複
数のバンプが形成された半導体装置の製造方法に関し、
特に、上記チップ表面のバンプ形状の新規な検査工程及
びそのバンプ形状の検査工程で使用するテンプレート画
像の新規な選択の方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高密度化の為に、複数の半
導体チップをパッケージ基板上に搭載するマルチチップ
構成が採用されている。このマルチチップ構成を可能に
する為に、半導体チップとパッケージ基板との接続をワ
イヤーボンディングではなくて、チップ表面の電極上に
形成した接続用の半田バンプを利用する。即ち、表面に
複数の半田バンプを形成したチップがフェースダウンで
パッケージ基板表面に搭載され、半田バンプを介してパ
ケージ基板表面の接続電極とチップ表面の電極とが接続
される。

【０００３】図１は、かかる複数のバンプが設けられた
半導体チップの平面図である。図２は、その半導体チッ
プの断面図である。図１及び２に示される通り、チップ
１の表面に複数の半田バンプ２が形成される。この複数
の半田バンプ２は、チップ上に高密度に配置されている
ので、半田バンプを溶融することによりチップの電極が
パッケージ基板上の電極に適正に接続される為には、そ
のバンプ形状が適正な大きさを有することが必要であ
る。

【０００４】図２に示された半田バンプ２のうち、バン
プ２ａは他のバンプ２に比較して大きく、また、バンプ
２ｂは他のバンプ２に比較して小さい。このように、バ
ンプの形状が適正な形状よりも大きい場合は、半田接続
時に、隣接するバンプとの間で短絡することがしばしば
生じる。また、バンプ形状が適正な形状よりも小さい場
合は、パッケージ基板表面の電極との接続不良がしばし
ば生じる。

【０００５】半田バンプを利用したボンディング方法で
は、フェースダウンの形でチップ表面が基板上に搭載さ
れるので、複数の半田バンプが基板の電極に適切に接続
されたか否かを目視により検査することはできない。従
って、基板にボンディングする前に、チップ表面に形成
された複数の半田バンプの形状が適切な大きさであるか
否かを評価するバンプ形状の検査工程が必要になる。

【０００６】半田バンプは、ほぼ球形をしているので、
バンプの高さと形状との間には一定の相関関係がある。
即ち、バンプの高さが高いとその形状は大きく、バンプ
の高さが低いとその形状は小さい。従って、バンプ形状
の検査工程では、主にバンプの高さが検出され、その高
さが適正な範囲内にあるか否かの評価が行われる。

【０００７】一般にバンプの高さ検出は、チップ表面を
レーザ光を走査し、バンプの頂点近傍領域で反射する反
射光の位置をＰＳＤ（Position Sensitive Device ）や
二分割フォトダイオードを利用して検出する三角測量法
により行われる。しかしながら、バンプ形状がほぼ球形
であるので、バンプの頂点近傍領域の外側では、レーザ
光が乱反射したりバンプの影になって反射光が遮蔽され
たりする。その結果、チップ表面をレーザ光で走査して
得られる高さ検出信号は、多くのノイズを含むことにな
る。このノイズを除去してバンプ頂点の高さを検出する
為には、チップ表面の複数のバンプの位置を認識するこ
とが必要である。そのためには、被検査チップ表面との
位置合わせ（アライメント）工程が必要になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体チップの
集積度の飛躍的向上に伴い、従来チップのコーナ部や周
辺部に形成されていた位置合わせマーク用のパターン
は、形成されなくなってきている。即ち、被検査チップ
のバンプの位置を認識する為に必要な位置合わせ工程
で、予め形成された位置合わせマーク用のパターンを利
用することができなくなってきた。この傾向は今後も続
くことが予想され、将来は位置合わせマーク用のパター
ンがなくても、被検査チップの位置合わせを可能にしな
ければならない。

【０００９】その一つの手段として、被検査チップ表面
から位置合わせに適切な画像を選択し、その画像をテン
プレート画像として位置データと共に登録する方法があ
る。しかし、従来、かかるテンプレート画像の選択は人
手により行われており、画像を表示した画面内での位置
ずれや、不適切な画像の選択などの問題があり、バンプ
形状の検査工程には不適切である。

【００１０】更に、半導体チップの多様化に伴い、チッ
プ上のバンプの位置データを有する設計データであるＣ
ＡＤデータが多様化する傾向にある。従って、様々な形
式のＣＡＤデータの中からバンプの位置データを抽出し
て、上記のバンプ検査工程に利用することは、より煩雑
になることが予想される。

【００１１】テンプレート画像の登録方法については、
例えば特公平６−６８７００号に、画素濃度の分散値を
利用して最適なテンプレート画像を選択する技術が開示
されている。また、特開平７−１６８９４１号には、一
定の大きさの第１の部分領域毎に自己相関値を求め、そ
の自己相関値が閾値を超える領域を検出し、更にその第
１の部分領域の近傍の第２の部分領域との相互相関値を
求め、その相互相関値が閾値以下である時に、第１の部
分領域の画像をテンプレート画像とする技術が開示され
ている。

【００１２】しかしながら、これらの先行技術には、テ
ンプレート画像の登録方法が開示されているだけであ
り、バンプ検査に特有の上記の課題を解決することがで
きる技術は開示されていない。

【００１３】そこで、本発明の目的は、位置合わせマー
ク用のパターンが形成されていないチップであっても、
そのチップ表面に形成された複数のバンプの形状を適切
に検査することができる方法を提供することにある。

【００１４】更に、本発明の目的は、チップの設計デー
タであるＣＡＤデータがなくても、被検査チップ内の複
数のバンプの位置データを取得して適切にバンプ形状を
検査することができる方法を提供することにある。

【００１５】更に、本発明の目的は、バンプ形状の検査
に適した位置合わせ用のテンプレート画像の選択方法を
提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する為
に、本発明は、チップ表面に所定のパターンと共に複数
のバンプが形成された半導体装置の製造方法において、
前記チップ表面の所定の領域の画像を撮像する工程と、
前記所定の領域内の複数の小領域の画像データを評価
し、当該小領域の画像データについて前記所定領域内の
他の小領域の画像データとの正規化相関度が低い小領域
を検出し、該検出した小領域の第１の位置データと画像
データとをテンプレート画像データとして記録する工程
と、前記チップ表面に形成された前記複数のバンプを検
出し、該検出したバンプの前記第１の位置との相対的な
第２の位置データを記録する工程と、被検査チップの表
面のパターンと前記テンプレート画像とのテンプレート
マッチングを行って、前記被検査チップ表面の前記テン
プレート画像に対応するパターンの位置を検出するテン
プレートマッチング工程と、前記被検査チップの表面を
光学的手段により走査して前記表面の高さ検出信号を取
得し、前記第２の位置データに従って前記複数のバンプ
の頂点近傍領域に対応する前記高さ検出信号を抽出し、
当該抽出した高さ検出信号に基づいて前記複数のバンプ
形状の評価を行う工程とを有することを特徴とする。

【００１７】上記の方法によれば、チップの所定の領域
内の小領域の画像データを評価して、テンプレート画像
として適切な画像を登録し、更に、複数のバンプを検出
して登録したテンプレート画像との相対的位置を登録
し、それらをティーチングデータとして利用して被検査
チップ上のバンプの形状の検査を行う。従って、被検査
チップの表面に位置合わせ用のマークが形成されていな
くても、チップ表面に形成された配線などのパターンか
ら適切なテンプレート画像を選択して、位置合わせを可
能にする。更に、テンプレート画像の位置に対するバン
プの相対的位置も同時に検出することにより、チップの
ＣＡＤデータに依存することなくバンプの位置データを
取得することができる。そして、テンプレート画像とそ
の位置及び複数のバンプの位置をティーチングデータと
して最初に登録した後で、複数の被検査チップをそのテ
ィーチングデータに従って検査することができる。

【００１８】更に、上記の目的を達成するために、本発
明は、チップ表面に所定のパターンと共に複数のバンプ
が形成された半導体装置の製造方法において、前記チッ
プ表面の所定の領域内の複数の小領域の画像について、
前記小領域の画像の濃度ヒストグラムに含まれる双峰性
ヒストグラムの分散値が所定の第１の閾値よりも大き
く、且つ当該小領域から所定距離離れた他の小領域との
正規化相関度が所定の第２の閾値よりも低い小領域を検
出し、該検出した小領域の位置データと画像データとを
テンプレート画像データとして記録する工程と、被検査
チップの表面のパターンと前記テンプレート画像とのテ
ンプレートマッチングを行って、前記被検査チップ表面
の前記テンプレート画像に対応するパターンの位置を検
出するテンプレートマッチング工程と、前記テンプレー
ト画像の位置に対応する前記バンプの位置データに従っ
て、前記複数のバンプの頂点近傍領域の高さを検出し、
当該検出したバンプの高さに基づいて前記複数のバンプ
形状の評価を行う工程とを有することを特徴とする。

【００１９】上記の方法によれば、テンプレート画像を
選択するために、小領域の画像の濃度ヒストグラムに含
まれる双峰性ヒストグラムの分散値が高いもの選び、更
に、その小領域から所定距離離れた別の小領域との正規
化相関値が低いものを選ぶ。両条件を満足する小領域の
画像をテンプレート画像として登録する。かかる方法に
よれば、バンプ検査工程での位置合わせに最適なテンプ
レート画像を選択することができる。しかも、上記の方
法によれば、濃度ヒストグラムに含まれる双峰性ヒスト
グラムの分散値を評価基準とするので、テンプレート画
像として不適切なバンプを含む小領域の画像を容易に排
除することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術
的範囲がその実施の形態に限定されるものではない。

【００２１】図３は、本実施の形態例のバンプ検査工程
で利用されるバンプ検査装置を示す図である。また、図
４は、本実施の形態例のバンプ検査工程を説明する為の
チップ表面の拡大図である。更に、図５は、本実施の形
態例のバンプ検査工程のフローチャート図である。

【００２２】図３に示されたバンプ検査装置は、チップ
１を搭載し、Ｘ、Ｙ方向の移動と回転方向の移動が可能
なステージ２０と、ステージ２０上に配置された高倍率
のカメラ２１および低倍率のカメラ２２、ステージ２０
上に配置されたレーザ発光装置２７、チップおよびバン
プ上で反射した反射光を受光する受光位置検査素子２８
を有する。カメラ２１，２２は、例えばＣＣＤ撮像素子
と光学系レンズを内蔵し、撮像素子からの画像信号が、
Ａ／Ｄ変換器２３で例えば２５６階調のデジタルの画像
データに変換され、その画像データが画像メモリ２４に
記憶される。この画像メモリ２４内の画像データは、表
示装置３０により表示される。

【００２３】バンプ検査装置の制御部２５は、画像メモ
リ２４に接続され、ファイル装置２６に格納された画像
処理プログラムに従って後述する画像処理を行う。ま
た、位置検出素子２８は、例えばＰＳＤであり、その出
力信号ａ，ｂが演算部２９に与えられ、演算部２９は例
えば（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）なる演算により高さ検出信
号３２を生成し、制御部２５に供給する。かかる高さ検
出信号３２も、ファイル装置２６に格納される。更に、
ステージ２０は、制御部２５によりその移動制御が行わ
れる。制御部２５、画像メモリ２４およびファイル装置
２６が、制御コンピュータを構成する。

【００２４】図４に示される通り、複数のバンプが形成
されたチップ表面は、太い配線パターン１７などの比較
的濃淡がはっきりしたパターンや、細かい配線パターン
１８などの濃淡がはっきりしないパターンなどが混在す
る。図４には示されないが、例えば図中のパターン１
８，１９の部分は金属配線等であり濃度が低い明るい領
域であり、それ以外の部分１９は絶縁物質等であり濃度
が高く暗い領域である。更に、バンプ検査の対象となる
チップ１には、当然に複数のバンプ２が形成される。カ
メラ２１、２２の焦点をチップ１の表面に合わせると、
高さを有するバンプ２の頂点近傍領域は、合焦領域から
はずれて、図示されるように暗い領域となる。

【００２５】この様なチップの表面の画像の場合、位置
合わせ用のテンプレート画像としては、例えば太い配線
バターン１７の単純な形状を有する領域１４の画像が適
している。細かい配線パターン１８を有する領域や、合
焦位置からずれたバンプ２を含む領域の画像は、テンプ
レート画像としては不適切である。その理由は、領域１
４の画像のほうが、それ以外の細かい配線パターン１８
やバンプ２を有する領域の画像よりも、テンプレートマ
ッチングを容易に行うことができ、また精度を高くする
ことができるからである。例えば、細い配線パターン１
８を有する領域の画像をテンプレート画像とする場合
は、後の被検査チップの位置合わせにおけるテンプレー
トマッチングで、被検査チップに対するわずかな焦点ず
れによっても被検査チップの対応する領域の画像データ
が失われてしまい、テンプレートマッチングが困難にな
る。更に、立体的なバンプ領域の画像は合焦が困難であ
り、類似の画像が多いのでテンプレートマッチングが困
難であり、テンプレート画像としては不適切である。テ
ンプレート画像の選択方法については、後に詳述する。

【００２６】図５のフローチャートに従って、本実施の
形態例のバンプ検査工程を説明する。図５のフローチャ
ートのステップＳ１０〜Ｓ１３は、バンプ検査のティー
チングデータを生成する工程である。それらの工程にお
いて、被検査チップと同じチップから、最適なテンプレ
ート画像が抽出されて登録され、更にバンプの位置が検
出され、テンプレート画像データとその位置データおよ
びバンプの位置データからなるティーチングデータが生
成される。更に、ステップＳ１４〜Ｓ１８において、複
数の被検査チップに対して、上記のティーチングデータ
を利用してバンプの形状の検査が行われる。

【００２７】まず、被検査チップ１がステージ２０上に
載せられ、図４に示される通り、チップ１のあるコーナ
が検出され、コーナ１２の位置が、仮原点として登録さ
れる（Ｓ１０）。ここで、登録とは、コーナ１２の位置
データがファイル装置２６に記録されることを意味す
る。次に、チップ１の表面のコーナ１２から所定の領域
１０を撮像し、その領域１０の画像データを画像メモリ
２４に記録し、表示装置の画面に表示する（Ｓ１１）。
コーナ１２の検出には、検査装置の低倍率カメラ２２と
高倍率カメラ２１とが適宜利用される。

【００２８】図１６は、上記の仮原点登録工程Ｓ１０の
詳細フローチャート図である。先ず、被検査チップ１を
ステージ２０上に載せて、カメラの撮影位置に移動する
（Ｓ１０１）。そして、チップの１つの角における辺の
傾きを検出して、チップのＸ、Ｙ軸に対する傾きを検出
し、その検出した傾き分だけステージ２０を回転する。
これにより、チップの傾きが概ね修正される。そして、
チップの残りの角の位置を検出し、その位置データから
チップの傾きを高精度に検出する。そして、その傾き分
だけステージ２０を回転して、高精度にチップの傾きを
修正する（Ｓ１０３）。そして、チップの１つの角を、
仮原点として登録する（Ｓ１０４）。

【００２９】次に、領域１０内の小領域の画像を評価
し、テンプレート画像として適切か否かの評価を行い、
最適な小領域の画像をテンプレート画像として選択して
登録し、更にその位置データも登録する（Ｓ１２）。そ
して、この登録されたテンプレート画像の位置がその後
の検査工程での原点となる。

【００３０】図６は、このテンプレート画像の選択を説
明する為の図である。チップのコーナ１２の近傍の所定
の領域１０の画像が、表示画面４０に表示されていると
する。テンプレート画像の選択の為には、画面４０内で
水平方向と垂直方向に少しづつずらして形成される小領
域Ｒ１、Ｒ２、... Ｒｍの画像データを評価する。仮に
表示画面４０が、横６４０ピクセル、縦４８０ピクセル
で構成され、小領域を１００×１００ピクセルにしたと
すると、小領域Ｒ１、Ｒ２、... Ｒｍは、５４０×３８
０＝２０５, ２００領域となる。

【００３１】この小領域の画像データを評価して最適な
小領域の画像を、テンプレート画像として選択する。そ
の選択の条件は、小領域の画像の濃淡ができるだけはっ
きりしていて、更に、所定距離離れた領域に、類似の画
像が存在しないことである。この条件自体は、上記した
先行技術にも開示されている。本実施の形態例では、バ
ンプ検査工程の種々の課題を解決できるテンプレート画
像の選択方法を採用する。その方法については、後述す
る。

【００３２】さて、図４に示された様に、小領域１４の
画像がテンプレート画像として選択されたとすると、そ
の画像データがテンプレート画像データとして、そし
て、その小領域１４の中心位置１６の座標が原点データ
として、ファイル装置２６に格納される。これで、テン
プレート画像の登録が完了する。

【００３３】図１７は、テンプレート登録工程Ｓ１２の
詳細フローチャート図である。先ず、上記の通り、テン
プレート画像として適切な小領域を検出する（Ｓ１２
１）。その後、この小領域が表示画面の中心の位置に表
示されるように、ステージを移動する（Ｓ１２２）。こ
の理由は、カメラに起因する位置や傾きの誤差を除去す
るためである。即ち、表示画面内の所定の位置は、ステ
ージのＸ、Ｙ座標値に、表示画面内の位置に表示倍率を
乗算した相対座標値を加算することにより求められる。
通常表示画面内の原点は画面の中心に置かれる。その場
合、画面内の画素上での距離と実際の距離との間に何ら
かの誤差が存在する。また、カメラの回転誤差に伴う画
面内での回転誤差も存在する。従って、小領域が表示画
面の周辺部に位置する場合は、上記の誤差が含まれるこ
とになる。かかる誤差を除去する為には、表示画面内の
中心位置にその小領域を移動させ、ステージのＸ、Ｙ座
標値に従ってその小領域の位置を決定することが有効で
ある。画面の中心位置であれば、上記の誤差が含まれな
い。この様に、画面の中心位置に移動してから、その小
領域の位置と画像をテンプレート画像として登録する
（Ｓ１２３）。

【００３４】次に、本実施の形態例では、更にチップ１
上の複数のバンプ２を検出し、原点１６との相対的位置
を示すデータが登録される（Ｓ１３）。即ち、原点１６
の座標系内の各バンプ２の座標が求められる。

【００３５】バンプ２の位置を検出するためには、最初
に低倍率の撮像カメラ２２を使用して、チップ全体のバ
ンプを含む画像から、各バンプのおおよその位置を取得
する。その後、高倍率の撮像カメラを利用して、それぞ
れのバンプの画像を取得し、その画像に対して２値化及
び差分処理を行って、バンプの位置を精度良く算出す
る。

【００３６】図７および図８は、バンプ２を検出する方
法を示す図である。バンプ図７に示される通り、チップ
１上のバンプ２に対して、高倍率の撮像用のカメラ２１
の焦点４６をバンプ２の頂点とチップ１の表面の中間位
置に合わせ、更にその焦点深度４８を浅く設定する。そ
の結果、バンプ周りの配線パターンやゴミの影響のな
い、検出が容易なバンプ２の画像が得られる。図８Ａに
は、撮像カメラ２１の焦点深度が深い場合の画像を示
す。バンプ２の画像と共にチップ表面のアルミニウムか
らなる明るい配線パターン４２も含まれる。それに対し
て、図７の如く、バンプ２の中間の高さの位置に焦点深
度４８を浅くして合焦させると、図８Ｂに示される通
り、チップ表面の配線パターン４４は不鮮明になり、更
にバンプ２の周辺が鮮明に現れる。

【００３７】上記の通り、図７に示した様に撮像カメラ
の焦点を制御することにより、バンプ２の輪郭を顕在化
させて、その検出を容易に行うことができる。各バンプ
２が検出されると、テンプレート画像の原点１６からの
相対的位置がバンプの位置データとして登録される。上
記のテンプレート画像データ、位置データおよびバンプ
の位置データとで、ティーチングデータが構成され、そ
れらはファイル装置２６内に格納される。

【００３８】図１８は、バンプ位置登録工程Ｓ１３の詳
細フローチャート図である。先ず、上記の通り、画像か
らバンプ位置を検出する（Ｓ１３１）。その場合、画面
内にはカメラの回転誤差が存在する。従って、予めキャ
リブレーションにより検出しておいたカメラの回転誤差
に従って、検出したバンプ位置を補正する（Ｓ１３
２）。これらの工程に従って、全てのバンプの位置を検
出し（Ｓ１３３）、最後に検出して補正したバンプ位置
をティーチングデータとして保存する（Ｓ１３４）。

【００３９】次に、上記の生成されたティーチングデー
タを利用して、複数の被検査チップのバンプ検査が繰り
返し行われる（Ｓ１４〜Ｓ１８）。このバンプ検査工程
では、最初に被検査チップの原点の検出が行われる（Ｓ
１４）。即ち、登録したテンプレート画像データを利用
したテンプレートマッチングにより、被検査チップ表面
のテンプレート画像に対応する画像を検出する。テンプ
レートマッチングは、一般的な方法により行われる。例
えば、画像の濃度（階調）が一致するピクセル数が大き
い場合は、その正規化相関値が大きくなり、テンプレー
ト画像と同じ画像が検出される。この結果、新たな被検
査チップの原点が検出される。

【００４０】次に、被検査チップ表面をレーザ光により
走査する。図３に示される通り、レーザ発光装置２７か
らのレーザ光が、例えば図示しない音響光学偏向器を利
用して連続的に偏向されて、チップ１の表面上を走査さ
れる。音響光学偏向器の走査できない方向は、ステージ
２０を移動することにより、チップ１全面のレーザ光に
よる走査が行われる。

【００４１】このレーザ光の走査工程において、チップ
１の表面上やバンプ２の頂点領域上を反射した光が、位
置検出素子（ＰＳＤ）２８に受光され、受光位置に応じ
た検出信号ａ，ｂが、演算器２９に与えられる。一般的
な三角測量法の原理に従って、バンプ２の頂点の高さに
応じた高さ検出信号３２（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）が、制
御部２５に供給される。この高さ検出信号３２は、ファ
イル装置２６に格納される。

【００４２】さて、レーザ光をチップ表面とその上に点
在するバンプ２の頂点領域とを走査して検出された高さ
検出信号３２には、バンプ２の頂点領域の高さ検出信号
とそれ以外の多くのノイズ信号が含まれる。最も顕著な
ノイズ信号は、バンプ２の周辺の領域にレーザ光が照射
された時に発生する。例えば、位置検出素子２８がバン
プ２の影になるチップ表面にレーザ光が照射されると、
その表面からの反射光はバンプにより、位置検出素子２
８に達することはできない。また、バンプ２の頂点近傍
領域の周りの領域にレーザ光が照射される時にも、高さ
検出信号にはノイズが含まれる。即ち、かかる頂点近傍
領域の周りの領域は、水平ではなく、球形のバンプの曲
率に従って大きく傾いている。従って、その領域で反射
するレーザ光は、反射面の高さ位置に応じて位置検出素
子２８の受光位置が変化するという三角測量法の原理に
反して、高さが頂点より低い領域でも頂点の高さに対応
する高さ検出信号が生成されたりする。従って、かかる
頂点近傍領域の周りの領域を走査している時の高さ検出
信号を、除くことが必要である。

【００４３】本実施の形態例では、先に求めたティーチ
ングデータに、原点１６に対するバンプの位置データを
含む。従って、このティーチングデータを利用すること
により、上記のバンプの頂点近傍領域以外のノイズ発生
領域における高さ検出信号を、除去することが可能であ
る。即ち、被検査チップ全面をレーザ光で走査し、検出
された高さ検出信号３２から、ティーチングデータを利
用して、バンプの頂点近傍領域での高さ検出信号を抽出
する（Ｓ１６）。

【００４４】そして、その抽出した高さ検出信号によ
り、全てのバンプの高さを検出し、その検出された高さ
から、バンプの形状を評価する（Ｓ１７）。検出された
バンプの高さが適切な形状のバンプの高さと同等であれ
ば、そのバンプの形状は適切であることが判明する。検
出されたバンプ高さが適切でなければ、バンプの形状も
適切でないと判断することができる。

【００４５】上記のステップＳ１４〜Ｓ１７が、全ての
被検査チップに対して行われる。

【００４６】上記のバンプ検査工程によれば、被検査チ
ップに含まれる配線パターン等を有する小領域の画像デ
ータを評価して、最適な小領域の画像データをテンプレ
ート画像として選択し、その位置データと共に画像デー
タを登録する。そして、そのテンプレート画像の位置に
対する複数のバンプの位置データも登録する。そして、
これらのデータをティーチングデータとして、その後の
バンプの頂点近傍領域に対応する高さ検出信号の抽出に
利用する。

【００４７】それに対して、従来の手作業により予め形
成されている位置合わせマークに対してテンプレート画
像の位置を登録する場合は、表示画面上での位置ずれの
問題を解決することができない。また、位置ずれしたテ
ンプレート画像を利用して、被検査チップの原点の検出
を行うと、原点がずれて検出される。従って、位置合わ
せマークの位置とバンプの位置のデータを有するＣＡＤ
データを、検出された原点に基づいて適用した場合は、
バンプの頂点近傍領域の位置もずれてしまうことにな
る。

【００４８】図９は、上記の従来の手作業によるテンプ
レート登録の問題点を示す図である。図９の例では、チ
ップに予め位置合わせマーク用のパターンが形成されて
いる。そして、その位置合わせマーク用のパターンの位
置とバンプの位置のデータは、設計値データであるＣＡ
Ｄデータから抽出することができる。従って、オペレー
タが行うべきことは、ティーチングデータとして最初の
被検査チップの位置合わせマーク用のパターンをテンプ
レート画像として登録することである。そのために、オ
ペレータは、予めチップのコーナ部等の形成されている
位置合わせ用のパターン５０を表示画面４０内に表示
し、テンプレート画像用の小領域Ｒｎの登録中心５１
を、位置合わせ用のパターン５０の設計中心５３に一致
させて、登録する。図中、垂直線Ｅｘと水平線Ｅｙとの
交点が小領域Ｒｎの登録中心５１である。また、垂直線
５４と水平線５５との交点が設計上のマーク５０の中心
５３である。この様に一旦テンプレート画像が登録され
ると、次の被検査チップ上の位置合わせマーク５０とテ
ンプレート画像とのテンプレートマッチングが行われ
る。マッチングすると、テンプレート画像の登録中心５
１に、設計値上の中心５３が位置しているとの前提の上
で、上記のＣＡＤデータにより各パッドの位置が認識さ
れる。

【００４９】図９の例では、設計中心５３と登録中心５
１とがわずかにずれている。表示画面４０を見ながら両
方の中心を一致させることはかなりの熟練を要し、熟練
したオペレータであっても、数画素のずれは生じる。

【００５０】かかるずれをもって、テンプレート画像の
登録中心５１が位置合わせマークの設計上の中心５３と
の前提で、ＣＡＤデータに従ってバンプの位置が判断さ
れると、当然に判断されたバンプの位置もずれることに
なる。

【００５１】上記した本実施の形態例によれば、予め形
成される位置合わせマークの位置とバンプの位置のデー
タを有するＣＡＤデータを利用することはしない。しか
も、予め位置合わせマークが形成されようがされまい
が、被検査チップの表面から最もテンプレート画像に適
切な小領域の画像を選択する。そして、更に、その選択
したテンプレート画像の位置に対するバンプの位置デー
タも、バンプを画像認識で検出することにより取得す
る。即ち、テンプレート画像とその位置データおよびバ
ンプの位置データを、実際の被検査チップから直接取得
する。従って、従来のようなオペレーションの熟練度に
依存したテンプレート画像の登録を行う必要はない。

【００５２】［テンプレート画像の選択方法］図１０
は、適切なテンプレート画像について説明する為の図で
ある。図４において、登録されるべきテンプレート画像
は、太いパターンであって濃淡のはっきりした画像が好
ましいことを説明した。図１０の例は、登録後のテンプ
レートマッチングでの誤り検出を示している。

【００５３】図１０の例では、図中左下のテンプレート
画像Ｒｎが登録されているとする。ところが、その後の
テンプレートマッチングにおいて、表示画面４０内に表
示された所定の領域内には、３つの類似するパターン６
１，６２，６３が存在したと仮定する。この場合に、表
示画面４０内の３つのパターン６１、６２、６３に対し
て、破線で示した様に登録されたテンプレート画像Ｒｎ
とテンプレートマッチングされると、いずれのパターン
もその正規化相関値が高く検出されてしまう。従って、
誤ったパターンの位置が原点として検出されることにな
る。

【００５４】従って、登録すべきテンプレート画像は、
その周囲に類似の画像が存在しないことが条件である。
そのためには、登録する前にその条件を確認する必要が
ある。

【００５５】以上のように、テンプレート画像として選
ばれる条件は、テンプレートマッチングが容易にできる
太いパターンで濃淡がはっきりした画像であることと、
周囲に類似の画像が存在しないことである。

【００５６】図１１は、テンプレート画像を選択して登
録するまでのフローチャート図である。即ち、図１１
は、図５に示した全体のバンプ形状検査工程のステップ
Ｓ１２の部分の詳細なフローチャートである。図６で説
明した通り、例えばチップのコーナ部の所定の領域が撮
像カメラで撮影されて、その領域の画像データが画像メ
モリ２４に記録されて、領域４０内の小領域Ｒ１〜Ｒｍ
がそれぞれ評価される。図１１に示される通り、所定の
領域の画像が入力され、評価のために切り出される小領
域の座標が計算される（Ｓ２０）。そして、最初に切り
出される小領域の画像データが画像メモリ２４から読み
出される（Ｓ２１）。その小領域の画像データから小領
域の評価値が計算される。

【００５７】この評価値は様々な値が考えられるが、こ
こでは、上記の通り濃淡がはっきりした画像か否かを評
価する値である。本実施の形態例では、かかる評価値と
して、画像データの濃度のヒストグラムの双峰性ヒスト
グラムの分散値を利用する。その分散値が大きいと、濃
度の濃い部分と薄い部分とが完全に分かれていることを
意味する。

【００５８】図１２は、理想的なテンプレート画像の濃
度ヒストグラムの例を示す図である。即ち、画素の濃度
（階調）を横軸にとりそれぞれの濃度レベルでの画素数
（頻度）を縦軸にとった濃度ヒストグラムの形状が、図
１２に示される通り双峰性であり、２つの峰の間が離れ
ているものが、理想的なテンプレート画像である。そこ
で、本実施の形態例では、この双峰性ヒストグラムの分
散値を評価値とし、その分散値が大きいものをテンプレ
ート画像に選択する。

【００５９】いま、濃度レベルを１〜ｍ、濃度レベルｉ
の頻度をｎ_iとする。この時、全画素数Ｎは、

【００６０】

【数１】

【００６１】各レベルでの確率ｐ_iは、ｐ_i＝ｎ_i／Ｎとすることができる。そこで、濃度レベルｋで分割し
て、それぞれのクラスＣ₀とＣ₁との二つのクラスに分
けたとすると、クラスＣ₀とＣ₁の生起確率ω₀、ω₁
は、

【００６２】

【数２】

【００６３】となり、Ｃ₀とＣ₁の平均値η₀、η
₁は、

【００６４】

【数３】

【００６５】となる。そして、全画素の平均値ηは、

【００６６】

【数４】

【００６７】である。従って、 η＝ω₀η₀＋ω₁η₁ となる。かかる２つのクラスの間の分散値δ²（ｋ）
は、

【００６８】

【数５】

【００６９】となる。

【００７０】そこで、この分散値δ²（ｋ）を評価値と
し、評価値が最大になるレベルｋを求めて、その時の評
価値を、小領域の評価値とする。尚、このδ（ｋ）は、
統計上は標準偏差値である。

【００７１】上記の評価値は、上記に限定されずに別の
求め方もある。例えば、全画素の平均値ηが与えられ
時、図１２に示される通り、平均値ηとそれより濃度の
低いクラスＣ₀の各画素の濃度との差の平均値ａ１と、
平均値ηとそれより濃度の高いクラスＣ₁の各画素の濃
度との差の平均値ａ２とから評価値Ｖａｌが次の様に求
められる。

【００７２】

【数６】

【００７３】この評価値Ｖａｌは、平均値ηで除算し
て、照明の影響を排除している。

【００７４】それ以外にも、評価値を求める演算として
は、上記の分散値δ²（ｋ）でレベルｋを平均値ηに対
する値として、閾値を変化して最大値を求める演算を省
略してもよい。

【００７５】上記の評価値の演算は、制御コンピュータ
を構成する制御部２５、ファイル装置２６および画像メ
モリ２４により行われる。評価値の演算用のプログラム
がファイル装置２６に格納されている。

【００７６】図１３は、不適切なテンプレート画像の濃
度ヒストグラムの例を示す図である。画像の濃淡がはっ
きりしないものである。

【００７７】図１１のテンプレート画像登録のフローチ
ャートに戻ると、小領域の画像データから評価値が計算
されると（Ｓ２２）、その評価値と小領域の位置をファ
イル装置２６に保存する（Ｓ２３）。上記の小領域の画
像データの読み出し、評価値の計算、その評価値と位置
の保存を、図６で示した通り、小領域Ｒ１〜Ｒｍ全てに
ついて行う（Ｓ２４）。

【００７８】全ての小領域の評価値と位置が保存される
と、評価値が大きい順にファイル装置内で並び替えられ
る（Ｓ２５）。そして、評価値が最大の小領域の画像デ
ータが読み出される（Ｓ２６）。評価値が最大というこ
とは、最も画像の濃淡がはっきりしているものである。

【００７９】次に、この評価値が高い小領域と同じ画像
が、所定領域内であって所定の距離離れた領域内に存在
しないか否かの確認が行われる。そのために、評価値が
高い小領域からある程度離れた領域の小領域が、確認対
象の小領域として、それらの位置が計算される（Ｓ２
７）。そして、確認対象の小領域の比較画像データが読
み出される（Ｓ２８）。

【００８０】次に、評価値が高い小領域の画像と確認対
象の比較画像との正規化相関値（マッチング）が演算さ
れる（Ｓ２９）。そして、その正規化相関値が一定値以
下であることが確認される（Ｓ３０）。正規化相関値が
一定値以下であることは、画像が類似していないことを
意味する。確認すべき全ての比較画像との正規化相関値
が全て一定値以下であると（Ｓ３２）、その評価値が高
い小領域の画像が、テンプレート画像として登録され
る。（Ｓ３３）。そして、登録したテンプレート画像の
位置が計算され、その位置データも登録される（Ｓ３
４）。この位置が原点となる。

【００８１】ステップＳ３０にて、正規化相関値が一定
値より大きいと、次に大きい評価値を持つ小領域の画像
に対して、同様に確認対象の小領域の画像との正規化相
関値の確認が行われる。

【００８２】正規化相関値の例を示すと、次の通りとな
る。

【００８３】

【数７】

【００８４】このようにして、所定領域内の他の小領域
に類似の画像が存在しないことが確認されると、その対
象となっている評価値の高い小領域の画像が、最も適し
たテンプレート画像として選択される。

【００８５】図１４は、具体的なテンプレート画像とそ
れに対する濃度ヒストグラムの例を示す図である。図１
４（１）は、具体的なテンプレート画像の例が示され
る。この例に示される通り、半導体チップの表面は、ア
ルミニウム等の明るい配線パターンとその間の絶縁層な
どの暗いパターンとが混在している。従って、かかる画
像の濃度ヒストグラムは、図１４（２）に示される通
り、双峰性のヒストグラムとなる。

【００８６】それに対して、図１５は、バンプを含む小
領域の画像とその濃度ヒストグラムの例を示す図であ
る。バンプはチップ表面より高いので、画像としては暗
い領域となる。その結果、その濃度ヒストグラムは、図
１５（２）の如くなる。即ち、極端に暗い画素が多く存
在するために、双峰性のヒストグラムにはならない。か
かるバンプを含む画像では、バンプ自体が焦点ぼけして
とらえられた画像であるので、テンプレート画像には不
向きである。上記した評価値を利用することにより、バ
ンプを含む小領域の画像がテンプレート画像に選択され
ることはない。

【００８７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、半
導体チップ表面に形成された複数のバンプの形状の検査
を、より精度よく行うことができる。

【００８８】本発明によれば、チップ表面の画像から最
適なテンプレート画像を選択して、その画像データと位
置データを登録し、更に複数のバンプを検出してそのテ
ンプレート画像の位置に対する相対的な位置データも登
録し、それらをティーチングデータとして、複数のチッ
プ表面のバンプ形状検査を行う。テンプレート画像を利
用したテンプレートマッチングにより、被検査チップの
位置合わせを行い、レーザスキャンして得られた高さ検
出信号からティーチングデータに従ってバンプの頂点近
傍領域の高さ検出信号を選んで、正確にバンプの高さを
検出する。

【００８９】従って、あらかじめチップに位置合わせ用
のマークを形成する必要がなく、更に、位置合わせよう
マーク位置とバンプの位置を有するＣＡＤデータも必要
がない。更に、テンプレート画像の登録時のオペレータ
の操作による位置ずれの問題も解決することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】複数のバンプが設けられた半導体チップの平面
図である。

【図２】複数のバンプが設けられた半導体チップの断面
図である。

【図３】本実施の形態例のバンプ検査工程で利用される
バンプ検査装置を示す図である。

【図４】本実施の形態例のバンプ検査工程を説明する為
のチップ表面の拡大図である。

【図５】本実施の形態例のバンプ検査工程のフローチャ
ート図である。

【図６】テンプレート画像の選択を説明する為の図であ
る。

【図７】バンプ２を検出する方法を示す図である。

【図８】バンプ２を検出する方法を示す図である。

【図９】手作業によるテンプレート登録の問題点を示す
図である。

【図１０】適切なテンプレート画像について説明する為
の図である。

【図１１】テンプレート画像を選択して登録するまでの
フローチャート図である。

【図１２】理想的なテンプレート画像の濃度ヒストグラ
ムの例を示す図である。

【図１３】不適切なテンプレート画像の濃度ヒストグラ
ムの例を示す図である。

【図１４】理想的なテンプレート画像とそれに対する濃
度ヒストグラムの例を示す図である。

【図１５】バンプを含む小領域の画像とその濃度ヒスト
グラムの例を示す図である。

【図１６】仮原点登録工程Ｓ１０の詳細フローチャート
図である。

【図１７】テンプレート登録工程Ｓ１２の詳細フローチ
ャート図である。

【図１８】バンプ位置登録工程Ｓ１３の詳細フローチャ
ート図である。

【符号の説明】

１チップ２バンプ２１撮像カメラ４０所定領域Ｒｍ小領域Ｒｎテンプレート画像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チップ表面に所定のパターンと共に複数の
バンプが形成された半導体装置の製造方法において、前記チップ表面の所定の領域の画像を撮像する工程と、前記所定の領域内の複数の小領域の画像データを評価
し、当該小領域の画像データについて前記所定領域内の
他の小領域の画像データとの正規化相関度が低い小領域
を検出し、該検出した小領域の第１の位置データと画像
データとをテンプレート画像データとして記録するテン
プレート画像登録工程と、前記チップ表面に形成された前記複数のバンプを検出
し、該検出したバンプの前記第１の位置との相対的な第
２の位置データを記録する工程と、被検査チップの表面のパターンと前記テンプレート画像
とのテンプレートマッチングを行って、前記被検査チッ
プ表面の前記テンプレート画像に対応するパターンの位
置を検出するテンプレートマッチング工程と、前記被検査チップの表面を光学的手段により走査して前
記表面の高さ検出信号を取得し、前記第２の位置データ
に従って前記複数のバンプの頂点近傍領域に対応する前
記高さ検出信号を抽出し、当該抽出した高さ検出信号に
基づいて前記複数のバンプ形状の評価を行う工程とを有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】請求項１において、前記テンプレート画像登録工程において、前記検出され
た小領域の画像の濃度ヒストグラムに含まれる双峰性ヒ
ストグラムの分散値が所定の閾値よりも大きいことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】請求項１において、前記第２の位置データを記録する工程において、前記複
数のバンプに対して、合焦範囲がチップ表面より高く、
バンプの高さ範囲内になるように撮像カメラが設定さ
れ、該撮像カメラからの画像データに従って前記バンプ
の位置が検出されることを特徴とする半導体装置の製造
方法。
【請求項４】請求項１において、前記バンプ高さ検出信号は、三角測量法により検出され
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】チップ表面に所定のパターンと共に複数の
バンプが形成された半導体装置の製造方法において、前記チップ表面の所定の領域内の複数の小領域の画像に
ついて、前記小領域の画像の濃度ヒストグラムに含まれ
る双峰性ヒストグラムの分散値が所定の第１の閾値より
も大きく、且つ当該小領域から所定距離離れた他の小領
域との正規化相関度が所定の第２の閾値よりも低い小領
域を検出し、該検出した小領域の位置データと画像デー
タとをテンプレート画像データとして記録する工程と、被検査チップの表面のパターンと前記テンプレート画像
とのテンプレートマッチングを行って、前記被検査チッ
プ表面の前記テンプレート画像に対応するパターンの位
置を検出するテンプレートマッチング工程と、前記テンプレート画像の位置に対応する前記バンプの位
置データに従って、前記複数のバンプの頂点近傍領域の
高さを検出し、当該検出したバンプの高さに基づいて前
記複数のバンプ形状の評価を行う工程とを有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。