JPH1137723A - 高さ検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検査対象の高さ検査において、検査対象の位
置又は鏡筒の位置の上下移動を不要とし、画像入力時間
を短縮をする。 【解決手段】 高さ検査装置１１において、ハロゲン光
源１３から出射され、検査対象１８から反射した光は対
物レンズ１７、第一ハーフミラー１９、第一結像レンズ
２１を透過した後、複数の反射面２４を有し、回転中心
から各反射面までの距離がそれぞれ異なる回転多面鏡２
３で反射され、第一ＣＣＤカメラ２５で結像されるよう
に構成する。この時、回転多面鏡２３をモーター３３で
回転し、反射面が変わると第一結像レンズ２１から第一
ＣＣＤカメラ２５までの光路長が変化し、光軸に対し焦
点面が上下すると共にその焦点位置が垂直方向にずれ
る。よって画像処理部４３で得た複数画像の焦点の合い
具合は、各々異なっており、これを評価して最も焦点の
合った画像に対応するＣＣＤカメラ画像上のずれの高さ
を高さ検査部４５を用いて検出し、検査対象の高さを算
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高さ検査装置に関
する。そして、特に、被検出体の高さを光学的な手段を
用いて検出する高さ検査装置に関する。近年のＬＳＩチ
ップの多ピン化、高密度化に伴ってＬＳＩチップ上の表
面電極を絶縁基板又はパッケージの配線用電極に直接に
接続（ボンディング）するフリップチップ・ボンディン
グ方式が注目されている。

【０００２】図９にＬＳＩチップ２０１上に形成された
エリアバンプ（半田のこぶ。以下、バンプと称す。）２
０２の外観の概略図を示す。実際は一辺が１０ｍｍ前後
のＬＳＩチップ上には直径１００μｍ程度のほぼ球形を
したバンプが数千個程度形成されている。バンプはＬＳ
Ｉチップ２０１をフェイスダウンして基板２０３にボン
ディングされる。一枚の基板に複数のＬＳＩチップを実
装する方式をＭＣＭ（マルチ・チップ・モジュール）方
式と呼ぶ。ＭＣＭは高性能計算機等に用いられる。

【０００３】バンプ２０２のサイズ（径又は高さ）にば
らつきがあると、フェイスダウンしたときに図１０に示
すようにショート欠陥２０４又はオープン欠陥２０５が
生じる。従って、フェイスダウン前にバンプ２０２のサ
イズを検査して、サイズ不良を発見することが欠陥の防
止において重要となる。エリアバンプは数千個のバンプ
が高密度に形成されているため、一つ一つのバンプのサ
イズを人間が目視によって検査することは非常に困難で
ある。そのため、バンプの外観検査の自動化が望まれて
いる。

【０００４】

【従来の技術】図１１に従来の高さ検査装置の光学系の
構成を示す。従来の高さ検査装置２１１では、ハロゲン
光源２１２から出た光は、ファイバー２１３で鏡筒２１
４に導かれ、集光レンズ２１５で集光された後、ハーフ
ミラー２１６で反射し、対物レンズ２１７を通してＸＹ
Ｚステージ２２３上の検査対象２１８に照射される。検
査対象２１８から反射した光２１９は対物レンズ２１７
で集光され、ハーフミラー２１６を透過した後、結像レ
ンズ２２０で結像されてＣＣＤカメラ２２１と画像処理
装置２２２で撮像される。

【０００５】次に、従来の高さ検査装置を用いた高さ検
査の手順を説明する。先ず、検査対象２１８をＸＹＺス
テージ２２３で適当な検査位置を確保できるように位置
決めする。そしてＸＹＺステージ２２３のＺステージに
より検査対象２１８を所定の高さに上下移動させて撮像
するというステップを繰り返す。レンズ系の焦点深度は
Ｚステージの１ステップの移動距離よりも十分に浅い。

【０００６】尚、ＸＹＺステージ２２３のＺステージを
上下移動させるのではなく、鏡筒２１４を上下に移動さ
せて撮像することも行われることがある。図１２を用い
て従来の高さ検査法を説明する。図１２（ａ），（ｂ）
に示すように、真上から照射された光２３１はチップ２
３２上のバンプ２３３の頂点部２３４では真上に反射す
るため明るく、傾斜部２３５では斜め方向に反射するた
め暗く、チップ領域２３６でがそれらの中間的な明るさ
（グレイ調）に撮像される。図１２（ｂ）のＡ−Ｂ線に
沿った明るさのプロファイルは図１２（ｃ），（ｄ）に
よって示されるが、その焦点の合い具合によって異なっ
てくる。

【０００７】図１２（ｃ）のプロファイルは焦点がバン
プ頂点部２３４（高さＺ１）に合った状態の明るさのプ
ロファイルであり、図１２（ｃ−２）はそのプロファイ
ルを明るさの微分値で表現したものである。また、図１
２（ｄ）のプロファイルは焦点がバンプ頂点部２３４か
らはずれた状態（高さＺ２又はＺ３）の明るさのプロフ
ァイルであり、図１２（ｄ−２）はそのプロファイルを
明るさの微分値（変化率）で表現したものである。

【０００８】焦点がバンプ頂点部２３４（高さＺ１）に
合った状態では図１２（ｃ）のように明るさはＳ１と大
きくなり、その明るさの微分値の絶対値も図１２（ｃ−
２）のように大きい。焦点がバンプ頂点部２３４からは
ずれた状態（高さＺ２又はＺ３）では図１２（ｄ）のよ
うに明るさはＳ２と小さくなり、その明るさの微分値の
絶対値の図１２（ｄ−２）のように小さくなる。

【０００９】従って、バンプ頂点部２３４の明るさ、又
は微分値の大きさが最大になるときの撮像の高さを、検
査対象の高さ（Ｚ方向）調節を行うＸＹＺステージ等を
用いて検出することにより、バンプ頂点の高さ情報を得
ることができる。以上の高さ検査法は通常、焦点法と称
されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の焦点法を用いた
高さ検査装置では、図１１に示されるように、検査対象
２１８から鏡筒２１４までの距離を変化させる必要があ
るためにＸＹＺステージ２２３のＺステージを用いてい
た。ところが、ＣＣＤカメラ２２１の撮像時間に比べて
移動時間が長くなり、画像入力時間がかかるという問題
を有していた。

【００１１】また、鏡筒２１４を動かす場合にも、一般
的に鏡筒は重量が大きく、ＸＹＺステージ等を用いて上
下させるとき、検査の妨害となる振動の発生や、大型で
強力なＺステージが必要となるなどという物理的又はコ
スト的な問題を有していた。従って、検査対象の高さ検
査において、検査対象の位置又は鏡筒の位置の上下移動
を不要とし、画像入力時間を短縮をすることが課題とな
る。

【００１２】本発明は上記の課題を解決した新規な高さ
検査装置の提供を目的とする。また、本発明の別の目的
は、新規な光学系の採用により検査対象の位置又は鏡筒
の位置の上下移動を不要とする高さ検査装置の提供を目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
検査対象の高さの検査を行う高さ検査装置において、検
査対象と具備する光センサとの間の光路長を変えて、該
検査対象の高さ情報を該光センサ上の位置情報に変換す
る光学系を備えることを特徴とする。請求項２記載の発
明は、請求項１記載の高さ検査装置において、前記光学
系は移動可能な反射手段を具備し、該反射手段の移動に
従い検査対象の高さ情報を前記光センサ上の位置情報に
変換するものであることを特徴とする。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項２記載の高
さ検査装置において、前記光学系は回転中心からの距離
が異なる複数の反射面からなる回転多面鏡を備え、前記
反射手段は該複数の反射面から選択された一の反射面に
よって構成され、前記反射手段の移動は該回転多面鏡の
回転による該一の反射面の選択をもってなされることを
特徴とする。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項３記載の高
さ検査装置において、前記回転多面鏡の反射面は回転中
心に向かって傾斜を有し、該反射面の構成する形状が実
質的な多角錐形状又は多角錐台形状であることを特徴と
する。請求項５記載の発明は、請求項３記載の高さ検査
装置において、前記回転多面鏡は、更に、隣接する前記
反射面の前記回転中心から距離の差が粗である箇所と密
である箇所を有することを特徴とする。

【００１６】請求項６記載の発明は、請求項３記載の高
さ検査装置において、前記回転多面鏡は、前記回転中心
となる中心軸からの距離の等しい前記反射面と同数の面
により構成されて該中心軸に垂直な断面での形状が実質
的に正多角形である回転多面鏡本体に、該本体の面上で
厚みの異なる鏡体を結合して形成されたものであること
を特徴とする。

【００１７】請求項７記載の発明は、請求項２記載の高
さ検査装置において、前記光学系は、回転中心からの距
離が異なる複数の反射面からなる回転多面鏡を二つ以上
備え、前記反射手段は、該二つ以上の回転多面鏡のそれ
ぞれの複数の反射面から各一つずつ選択された二つ以上
の反射面の組をもって構成され、前記反射手段の移動
は、該二つ以上の回転多面鏡のそれぞれの複数の反射面
から、それぞれの回転中心に従う回転により各一つずつ
反射面を選択することによりなされるものであることを
特徴とする。

【００１８】請求項８記載の発明は、請求項３乃至請求
項６の何れか一項記載の高さ検査装置において、光照射
装置と、第二の光センサと、該第二の光センサの指示に
より前記検査対象の高さ情報を該光センサ上の位置情報
に変換するための画像処理を行う画像処理装置と、を更
に具備すると共に、該光照射装置と第二の光センサは、
前記の回転多面鏡の回転による一の反射面の選択完了時
に該光照射装置からの光が該光センサの光軸と平行状態
を形成するように設定されており、該回転多面鏡の回転
時に該平行状態の形成を該光センサが検出し、該検出に
続く該指示により該画像処理装置による該画像処理がな
されることを特徴とする。

【００１９】請求項９記載の発明は、請求項３記載の高
さ検査装置において、前記第二の光センサは複数のセン
サ本体からなると共に、該複数のセンサ本体はそれぞれ
が他のセンサ本体と前記の反射面の選択完了時の該光照
射装置からの光の光軸を挟むように構成されており、各
センサ本体での該光の検出量の実質的な同一をもって前
記平行状態の形成を検出するものであることを特徴とす
る。

【００２０】請求項１及び請求項２記載の高さ検査装置
によれば、高さ検査に用いる光学系は、検査対象と該検
査対象の高さ情報としての画像を受像する光センサ間の
光路長を変えることにより、該画像を該光センサ受光面
上での受像位置の違いとして取得する事が可能である。
そして、該光路長を検査対象と独立して該光学系の具備
する移動可能な反射面により可変とすることができる。

【００２１】従って、検査対象を上下動させる必要が無
く、求められる上下の動作に対し長時間を要すると共
に、検査対象に検査の妨害となりうる振動を与える可能
性のあるＸＹＺステージ等の検査対象昇降手段に頼る必
要がない。よって、短時間での大幅な光路長変更を、検
査対象に振動を与えること無く行うことができ、短時間
で正確な高さ検査を行う高さ検査装置を提供することが
できる。

【００２２】請求項３記載の高さ検査装置によれば、高
さ検査に用いる光学系は、回転中心からの距離の異なる
複数の反射面を備えて回転可能であって、該具備する複
数の反射面が該回転により何れも検査対象の発する光の
光路の一部を構成することが可能な回転多面鏡を有す
る。従って、該回転反射鏡の該回転により該反射面を選
ぶことにより、検査対象と該検査対象の高さ情報として
の画像を受像する光センサ間の光路長を変えることがで
き、該光路長の違いを該画像を該光センサ受光面上での
受像位置の違いとして取得する事が可能である。

【００２３】よって、該検査対象の高さ情報を該光セン
サ受光面上での受像位置の違いとして取得する事が可能
であり、検査対象を上下動させる必要が無く、求められ
る上下の動作に対し長時間を要すると共に、検査対象に
検査の妨害となりうる振動を与える可能性のあるＸＹＺ
ステージ等の検査対象昇降手段に頼る必要がない。以上
より、短時間での大幅な光路長変更を、検査対象に振動
を与えること無く、短時間で正確な高さ検査を行う高さ
検査装置を提供することができる。

【００２４】請求項４記載の高さ検査装置によれば、用
いる回転多面鏡の反射面に回転中心に向かう傾斜を設け
ることにより、検査対象から来る光を反射して光センサ
に送る際にその反射方向の自由度が増大し、必要とされ
る方向により希望通りに光の反射を行うことが可能とな
る。従って、正確な高さ検査を行う高さ検査装置を提供
することができる。

【００２５】請求項５記載の高さ検査装置によれば、隣
り合う反射面における回転中心からの距離の差が必ずし
も一定でない回転多面鏡を使用することが可能となる。
よって、検査する高さ範囲において、高分解能で検査し
たい範囲若しくは検査対象の高さ近辺の範囲において
は、隣り合う反射面における回転中心からの距離の差を
密にして、高い分解能をもって高さ検査をすることがで
き、そうでない範囲においては粗にして検査をすること
ができる。

【００２６】従って、短時間での大幅な光路長変更を、
検査対象に振動を与えること無く行うことができ、短時
間で正確な高さ検査を行う高さ検査装置を提供すること
ができる。請求項６記載の発明によれば、高さ検査装置
において、用いる光路変更用の回転多面鏡に比較的容易
に且つ安価に製造可能な回転多面鏡を使用することがで
きる。

【００２７】よって、短時間で正確な高さ検査を行う安
価な高さ検査装置を提供することができる。請求項７記
載の発明によれば、回転多面鏡を複数設けることが可能
となり、光路長の変更をより細かく行うことが可能とな
り、高い分解能で高さ検査を行うことが可能となる。

【００２８】よって、短時間で正確な高さ検査を行う安
価な高さ検査装置を提供することができる。請求項８及
び請求項９記載の発明によれば、光路長の変更を行う回
転多面鏡の回転に連動させて光センサでの検査対象の画
像取得を行うことが可能となり、検査の自動化が可能と
なる。

【００２９】よって、短時間での大幅な光路長変更を、
検査対象に振動を与えること無く行うことができ、短時
間で正確な高さ検査を自動で行う高さ検査装置を提供す
ることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の検査原理について図１、
図２、図３を用いて説明する。図１〜図３は検査対象に
検査のための光を入射させた場合を想定し、その反射光
の挙動を示して検査原理を示すものであり、図１は反射
ミラーの移動を利用した本発明の検査原理を説明する図
であり、図１（ａ）は検査のための光学系の焦点位置に
設けた基準面の上の点Ｐ１から出た光が対物レンズ１に
よって結像される様子を示している。

【００３１】本来ならば点Ｐ１から出た光は点Ｒ１に結
像されるが、光軸３方向に位置Ｘ１にある反射ミラー２
によって光軸３から距離Ｄだけ離れた結像面上の点Ｑ１
に結像される。図１（ｂ）は基準面よりも対物レンズ１
寄りの点Ｐ２から出た光が対物レンズ１によって結像さ
れる様子を示している。反射ミラー２が位置Ｘ１にあれ
ば点Ｐ２から出た光は点Ｑ２よりも光軸３から離れた点
に結像されるが、反射ミラー２の位置をＸ２に移動させ
ることにより、光軸から距離Ｄ離れた点Ｑ２に結像させ
ることができる。

【００３２】このとき、対物レンズ１から結像面までの
光路長は点Ｒ１とＲ２との位置関係からも明らかなよう
に、点Ｑ１までよりも点Ｑ２までの距離の方が長い。図
１（ｃ）は基準面よりも対物レンズ１から離れた点Ｐ３
から出た光が対物レンズ１によって結像される様子を示
している。図１（ｂ）同様に、点Ｐ３から出た光は反射
ミラー２の位置をＸ３に移動させることにより、光軸か
ら距離Ｄ離れた点Ｑ３に結像させることができる。この
とき、対物レンズ１から結像面までの光路長は点Ｒ１と
Ｒ３との位置関係からも明らかなように、点Ｑ１までよ
りも点Ｑ３までの距離の方が短い。

【００３３】従って、光を発する点Ｐ１〜３に対して対
物レンズ１の後段にある反射ミラー２の位置を調節する
ことによって、対物レンズ１までの距離が異なる面の像
を、光軸から一定距離は慣れた同一面上に、図１（ｄ）
に示すようにその位置を違えて結像させることができ
る。図２は回転多面鏡を利用した本発明の検査原理を説
明する図であり、検査対象の検査対象面（対象面）上の
位置Ｐ１１から反射した光を対物レンズ５で集光し、回
転多面鏡（反射面Ｍ１〜Ｍ８の８面体構造）６の４５度
傾いた反射面Ｍ１で光路を変更して、垂直方向に配置し
た結像面に結像させる様子を示している。尚、この結像
面は本発明の場合、後に説明するようにＣＣＤカメラ等
光センサのセンサ面となる。

【００３４】回転多面鏡６は回転中心７から各反射面
（Ｍ１〜Ｍ８）までの距離（以降、回転半径と称す）が
Ｒ１〜Ｒ８まで異なっている。Ｐ１１を発した光である
画像のセンサ面への入力は、回転多面鏡６を回転させて
反射面をＭ１〜Ｍ８まで順に切り換え、反射面Ｍ１〜Ｍ
８が４５度になる位置で行う。この場合、回転多面鏡６
の反射面は８面あり、回転多面鏡６が４５度回転する毎
に該画像の入力を行う。

【００３５】検査対象の高さが変化する場合、検査対象
から対物レンズ５までの距離が変化するので、センサ面
上に焦点を合わせるためには対物レンズ５からセンサ面
までの光路長を変化させる必要がある。この時回転多面
鏡６は具備する異なった回転半径の反射面を利用して、
それらからの適当な選択により光路長の変化に有効に作
用する。

【００３６】図３は、回転多面鏡の反射面の位置の違い
を利用した本発明の検査原理を説明する図であり、回転
多面鏡６の反射面（Ｍ１，Ｍ２）の位置（回転半径）の
違いによって反射光８の光路が変化する様子を拡大して
示している。図中、実線で示される回転多面鏡６は反射
面Ｍ１を利用して光路を変更し、点線で示される回転多
面鏡６は反射面Ｍ２を利用して光路を変更する。

【００３７】反射面Ｍ１（回転半径Ｒ１）で光路変更し
た光は、センサ面の位置Ｚ１に結像され、焦点が合って
いる。一方、反射面Ｍ２（回転半径Ｒ２）で光路変更し
た光は、センサ面で位置Ｚ１より上方の位置Ｚ２に結像
され、焦点がぼやけている。これらの様子をセンサ面上
での光強度のプロファイルで示すと、図３（ｂ），
（ｃ）に示すように、反射面Ｍ１を用いた場合の図３
（ｂ）では光強度が高く、反射面Ｍ２を用いた場合の図
３（ｃ）に比べて明らかにその強度は高くなる。

【００３８】これは、回転多面鏡６が、回転半径の異な
る反射面（Ｍ１〜Ｍ８）を切り換えることによって、対
物レンズ５から光センサのセンサ面までの光路長を変化
させるように作用するためである。このように回転多面
鏡の回転半径の異なる反射面を切り換えて光路長を変化
させると、焦点の合い具合が変化すると共に、検出でき
る位置も変化する。従って、回転半径の異なる複数の反
射面で光路変更して入力した複数の画像の中から、その
焦点の最も合った画像を抽出し、そのときのセンサ上の
Ｚ方向位置の検出することにより、検査対象の高さを算
出することができる。

【００３９】つまり、検査対象の高さ情報をセンサ上の
位置情報に変換して、その高さを検出することができ
る。尚、このとき、回転多面鏡６の隣り合う反射面にお
ける回転中心からの距離の差は必ずしも一定でなくて良
い。図４は回転多面鏡の各反射面の回転中心からの距離
に対応するセンサ面上での結像位置（Ｚ１〜Ｚ８）を示
す図であるが、図４（ａ），（ｂ）に示すように、検査
する高さ範囲において、高分解能で検査したい範囲若し
くは検査対象の高さ近辺の範囲においては結像位置の密
度が密に、そうでない範囲においては粗にしても構わな
い。

【００４０】そのように結像位置の粗・密を設けること
で限られた範囲内での必要な部分のより高精度の高さ検
査が可能となる。従来測定法によれは、測定範囲はＸＹ
Ｚステージ等の手段による検査対象の移動範囲であり、
高さ検査における結像位置の密度を粗にしようとすれ
ば、それだけＸＹＺステージにより検査対象を動かす必
要があり、その移動距離に比例する所要時間を要してい
た。よって、広い範囲での高さ検査は好ましいものでは
なかった。

【００４１】しかし、本発明にかかる高さ検査原理によ
る高さ検査装置においては、従来法におけるＸＹＺステ
ージ等の手段による検査対象の移動に対応する動作が、
例えば、回転多面鏡の回転により瞬時に達成することが
でき、高さ検査における検査対象を動かすための時間を
大幅に省略することができ、その検査範囲も従来に比
べ、非常に広い範囲に設定することが可能である。

【００４２】

【実施例】以下、図面を用いて本発明にかかる実施例に
ついて説明する。 （実施例１）図５は、本発明にかかる第一実施例である
高さ検査装置の要部構成を示す構成図である。

【００４３】本装置の要部となる光学系の構成と作用を
中心に以下説明を行う。本実施例の高さ検査装置１１の
光学系は、ハロゲン光源１３と、集光レンズ１５と、対
物レンズ１７と、第一ハーフミラー１９と、第一結像レ
ンズ２１と、回転多面鏡２３と光センサとしての第一Ｃ
ＣＤカメラ２５とを主要部として構成される。

【００４４】そして、ステージコントローラ２６を具備
して検査対象の位置決め可能なＸＹＺステージ２７と、
第二ハーフミラー２９と、第二結像レンズ３１と、第二
ＣＣＤカメラ３２を更に備える。尚、集光レンズ１５と
対物レンズ１７と第一ハーフミラー１９と第一結像レン
ズ２１と回転多面鏡２３と第二ハーフミラー２９と第二
結像レンズ３１とは、鏡筒（図示されない）に納められ
て一体となっている。

【００４５】光路長変更用の回転多面鏡２３はモーター
コントローラ３５を具備した回転用のモーター３３を有
し、モーター３３は更に、回転動作の制御用に位置検出
機３７を結合して有する。また、高さ検査装置１１は、
第二及び第一ＣＣＤカメラ３２，２５で取得した画像信
号をもとに検査対象１８の位置決めと及び高さ検査を行
うために、画像入力部３９と、画像メモリ４１と、画像
処理部４３と、高さ検査部４５を有する。

【００４６】そして、画像入力部３９等を制御して装置
１１の画像の処理機能を制御すると共に、ステージコン
トローラ２６を介してＸＹＺステージ２７の制御、及び
位置検出器３７に指示されてモーターコントローラ３５
を介してモーター３３を、ひいては回転多面鏡２３を制
御する制御部４７を有する。以上の構成からなる本実施
例の高さ検査装置１１においては、ハロゲン光源１３か
ら出射された光はハロゲン光源１３に取り付けられた光
ファイバー１４で該鏡筒に導かれ、集光レンズ１５で集
光された後、第一ハーフミラー１９で反射し、対物レン
ズ１７を通して半導体チップである検査対象１８を照射
する。

【００４７】検査対象１８から反射した光は対物レンズ
１７で集光され、第一ハーフミラー１９を透過した後、
第二ハーフミラーで第二結像レンズ３１側に反射する光
と、第一結像レンズ２１側に透過する光に分岐される。
第二結像レンズ３１に到達した光は第二ＣＣＤカメラ３
２に結像される。第二結像レンズ３１の光学系の焦点深
度は絞りを用いて第一結像レンズ２１の光学系よりも深
くし、第二ＣＣＤカメラ３２で撮像される広い範囲の画
像を検査対象の傾きの程度の検出等を含む位置決めに用
いる。

【００４８】第一結像レンズ２１に到達した光は回転多
面鏡２３で反射され、第一ＣＣＤカメラ２５で結像され
る。回転多面鏡２３は複数の反射面（ミラー）２４を有
し、回転中心から各反射面までの距離はそれぞれ異なっ
ている。尚、反射面の数は撮像する高さ範囲と高さ分解
能から決定される。よって、必要に応じて上記の８面の
回転多面鏡に変えてより少ない面数の回転多面鏡や、よ
り面数の多いものを用いることも可能である。ここで
は、反射面の数は８面で、各反射面間の回転中心からの
距離差は数十μｍ程度である。

【００４９】回転多面鏡２３をモーター３３で回転し、
反射面２４で反射した光の光軸が第一ＣＣＤカメラ２５
に対して垂直になるときに第一ＣＣＤカメラへ入力トリ
ガをかけて撮像を行う。図１（ａ），（ｂ）において示
したように、反射面が変わってその位置が変わると第一
結像レンズ２１から第一ＣＣＤカメラ２５までの光路長
が変化する。即ち、焦点面が上下する。

【００５０】回転多面鏡２３を回転させるモーター３３
の軸には位置（角度）検出器３７を結合してあり、この
出力をモーターコントローラ３５にフィードバックして
一定の回転数に制御する。尚、この位置（角度）検出器
にはロータリーエンコーダ等を使用することが出来る。
制御部４７は、位置検出器３７の出力を取込み、回転多
面鏡２３の反射面２４が第一ＣＣＤカメラ２５の撮像面
に対して４５度になる（この時、反射面２４で反射した
光の光軸が第一ＣＣＤカメラ２５（撮像面）に対して垂
直になる。）時刻にトリガ信号を出力して、シャッター
画像入力を行う。

【００５１】制御部４７が位置検出器３７の出力を受け
てから、シャッター撮像するまでの時間は数百ナノ秒程
度である。カメラの撮像時間を１／３０秒とすると反射
面が８面の場合、回転周期は０．２６６６秒で、回転速
度は毎分２２５回転である。あるいは、回転多面鏡の回
転角を指示して位置決めを行い、回転多面鏡が停止した
後に画像入力を行ってもよい。

【００５２】次に、高さ検査の手順について説明する。
ＸＹＺステージ２７は検査対象１８の位置決めと、チッ
プ上の各領域で画像を入力できるように撮像領域を移動
させる。一つの領域に対して回転多面鏡２３の一回転分
の画像を取り込む。撮像したアナログ画像信号は、画像
入力部３９で２５６階調のディジタル画像信号に変換さ
れて、画像メモリ４１に格納される。入力した画像は前
述した検出原理に従い反射面で反射した後の光軸が垂直
方向にずれる。

【００５３】従って、入力される領域が第一ＣＣＤカメ
ラの撮像面（センサ面）上で水平方向にずれるが、前述
のオーダー（数十μｍ）からＣＣＤカメラ等光学系の視
野に比べて十分に小さいので高さ検査上の影響はない。
画像処理部４３で得られた一つの領域で入力した複数の
画像の焦点の合い具合は、各々異なっている。焦点の合
い具合は従来技術たる焦点法で説明したような公知の手
法により評価し、最も焦点の合った画像に対応する高さ
を高さ検査部４５を用いて検出する。

【００５４】この時、検査対象の検査位置がバンプ上で
あるなら、検出された高さがバンプ頂点の高さであり、
バンプのサイズ検査が行われる。そして、従来法で問題
となったＸＹＺステージの移動にかかる時間が不要とな
り、回転多面鏡の回転に従う瞬時の自動高さ検査が可能
となった。 （実施例２）図６は、本発明にかかる第二実施例である
高さ検査装置の要部構成を示す構成図である。

【００５５】第二実施例である高さ検査装置５１は、第
一実施例と比べ、第一ＣＣＤカメラ５３に画像を入力す
る画像入力トリガをかける機構と回転多面鏡５５の構造
にその特徴的な点を有する。そしてそのとき、高さ検査
のための主要な光学系は第一実施例と同一であり、ＸＹ
Ｚステージ等の位置決めのための構成や光センサたるＣ
ＣＤカメラからの画像を処理するための構成、及びこれ
らの機能を制御する制御部も同一である。

【００５６】従って、特徴的な部位のみ図６（ａ），
（ｂ）を用いて説明し、第一実施例と重複する部分につ
いては説明を省略する。回転多面鏡５５は、８面の反射
面（ミラー）５７を有し、回転中心から各反射面までの
距離はそれぞれ異なっている。尚、当然ではあるが、そ
の距離の評価については、各反射面間で、例えば反射面
の下端と回転中心との距離を評価するなど、同一の基準
で評価した上でそれぞれの距離が異なるとされたもので
ある。

【００５７】そしてその回転中心が垂直（Ｚ軸方向）と
なるように設定されると共に、反射面はそれぞれ回転中
心に対して４５度の傾斜を有しており、その縦断面が台
形である八角錐台状の形状を持つ。その結果、装置５１
を規定するＸＹＺ座標におけるＸＺ面において４５度傾
くことになる。回転多面鏡５５はモーター５９を備え、
モーター５９の軸６１の中心が各反射面の位置の基準と
なる回転中心となる。

【００５８】画像入力トリガをかける機構は、レーザー
光源６２と集光レンズ６３と第三ハーフミラー６５と第
三の光センサ６７とトリガ発生器６９と上記の制御部と
は別のカメラコントローラ７１を有する。画像入力トリ
ガをかける方法は、回転多面鏡５５の反射面５７に対
し、ＸＺ平面で斜め下４５度方向であって、ＸＹ平面で
第一ＣＣＤカメラ５３の光軸と一致する方向からレーザ
ー光を照射する。集光レンズ６３で集光されたレーザー
光は第三ハーフミラー６５を透過して反射面５７に入射
する。そして反射面５７で反射したレーザー光を第三ハ
ーフミラー６５で反射させ、上方の第三の光センサ６７
で検出する。

【００５９】第三の光センサ６７は図５（ｂ）に示すよ
うに、ＸＹ平面を境界とする二つの独立して光強度の検
知が可能な光センサ本体７３，７５から構成されてい
る。よって、レーザー光の入射の際に該境界で分割され
る各々の光の強度が同一として光センサ本体７３，７５
により検知されたとき、トリガ発生器６９がカメラコン
トローラ７１に指示信号を出力し、第一ＣＣＤカメラ５
３でシャッター画像入力を行う。

【００６０】シャッター画像入力のタイミングの取り方
が第一実施例の高さ検査装置に比べより直接的であり、
正確なシャッター画像入力に従う正確な自動高さ検査が
可能となった。 （実施例３）図７は、本発明にかかる第三実施例である
高さ検査装置の要部構成を示す構成図である。

【００６１】第三実施例である高さ検査装置８１は、第
一実施例と比べ、回転多面鏡を二つ使用し、それに対応
して第一ＣＣＤカメラの配置が変更されている点にその
特徴的な部分を有する。他の構成については第一実施例
と同一であり、特徴的な部分のみ図６（ａ），（ｂ）を
用いて説明し、第一実施例と重複する部分については説
明を省略する。

【００６２】第一回転多面鏡８３と第二回転多面鏡８５
は、図５の第一実施例の回転多面鏡（２３）の位置に第
一回転多面鏡８３がその回転中心を垂直（Ｚ軸方向）に
して設置され、第二回転多面鏡８５がその横にやはりそ
の回転中心を垂直（Ｚ軸方向）にして設置され、対応す
る上方に、第一ＣＣＤカメラ８７がその撮像面を下に向
けて設置されている。

【００６３】そして、第一回転多面鏡８３と第二回転多
面鏡８５は、各々回転中心からの距離が異なる８つの反
射面（Ｎ１〜Ｎ８、Ｍ１〜Ｍ８）を有し、それぞれの面
が図６の第二実施例の高さ検査装置で使用した回転多面
鏡（５５）と同様に回転中心に対し４５度の傾斜を持っ
ており、縦断面が台形である八角錐台状の形状を有して
いる。

【００６４】検査対象の高さ検査においては、図７
（ｂ）に示すように、先ず第一回転多面鏡８３の反射面
をＮ１に固定しておき、第二回転多面鏡８５をＭ１，Ｍ
２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７，Ｍ８の順で順次回
転させる。次に先ず第一回転多面鏡８３の反射面をＮ２
に固定しておき、第二回転多面鏡８５をＭ１，Ｍ２，Ｍ
３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７，Ｍ８の順で順次回転させ
る。

【００６５】このようにして順次反射面を組み合わせる
と、測定対象の高さ検査に使用できる二つの面の組み合
わせ、つまり光路長は６４通りある。従って、光路長が
八通りの第一実施例の高さ検査装置に比べその検出の高
さ範囲を広くすること、又はより細かい分解能で高さ検
査を行うことが可能となる。 （実施例４）次に、本発明にかかる高さ検査装置に使用
可能な回転多面鏡の製造方法について説明する。

【００６６】図８は、八面の反射面を有する回転多面鏡
の製造方法を説明する図である。図８（ａ）に示すよう
に該回転多面鏡は、回転中心となる中心軸９１からの距
離の等しい八つの面により構成されて中心軸９１に垂直
な断面での形状が実質的に正多角形である回転多面鏡本
体９３に、本体９３の面上で厚み（ｔ１〜ｔ８）の異な
る鏡体９５〜１０２を結合して形成することができる。
厚みの選択は任意である。

【００６７】このとき回転多面鏡本体９３の形状が実質
的に正八角柱形状である回転多面鏡本体９３ａを使用
し、鏡体として回転多面鏡本体９３ａとの結合時にその
結合面と平行となる鏡面を持つ鏡体１０３を使用して回
転多面鏡を形成すれば、回転中心となる中心軸９１に平
行な反射面であって、中心軸９１からの距離のそれぞれ
異なる反射面を有し、該反射面の構成する形状が実質的
な多角柱形状である回転多面鏡を製造できる。

【００６８】また、回転多面鏡本体９３の形状が実質的
に正八角柱形状である回転多面鏡本体９３ｂを使用し、
鏡体として回転多面鏡本体９３ａとの結合時にその結合
面に対し傾斜する鏡面を持つ鏡体１０４を使用して回転
多面鏡を形成すれば、回転中心となる中心軸９１に対し
て中心軸側に傾斜した反射面であって、中心軸９１から
の距離のそれぞれ異なる反射面を有し、該反射面の構成
する形状が実質的な多角錐台形状又は多角錐形状である
回転多面鏡を製造できる。

【００６９】更に、回転多面鏡本体９３の形状が実質的
に正八角錐台形状である回転多面鏡本体９３ｃを使用
し、鏡体として回転多面鏡本体９３ｃとの結合時にその
結合面と平行となる鏡面を持つ鏡体１０５を使用して回
転多面鏡を形成すれば、回転中心となる中心軸９１に対
して中心軸側に傾斜した反射面であって、中心軸９１か
らの距離のそれぞれ異なる反射面を有しし、該反射面の
構成する形状が実質的な多角錐台形状又は多角錐形状で
ある回転多面鏡を製造できる。

【００７０】以上より、反射面の中心軸からの距離、及
び隣接する反射面との中心軸から距離における差異を任
意に選択して回転多面鏡を製造できる。よって、本発明
にかかる高さ検査装置の高さ測定の範囲と分解能を望み
のように設定でき、高精度の高さ検査が可能となる。

【００７１】

【発明の効果】請求項１及び請求項２記載の高さ検査装
置によれば、検査対象を上下動させる必要が無く、求め
られる上下の動作に対し長時間を要すると共に、検査対
象に検査の妨害となりうる振動を与える可能性のあるＸ
ＹＺステージ等の検査対象昇降手段に頼る必要がない。

【００７２】よって、短時間での大幅な光路長変更を、
検査対象に振動を与えること無く行うことができ、短時
間で正確な高さ検査を行う高さ検査装置を提供すること
ができる。請求項３記載の高さ検査装置によれば、検査
対象の高さ情報を該光センサ受光面上での受像位置の違
いとして取得することが可能であり、検査対象を上下動
させる必要が無く、求められる上下の動作に対し長時間
を要すると共に、検査対象に検査の妨害となりうる振動
を与える可能性のあるＸＹＺステージ等の検査対象昇降
手段に頼る必要がない。

【００７３】よって、短時間での大幅な光路長変更を、
検査対象に振動を与えること無く、短時間で正確な高さ
検査を行う高さ検査装置を提供することができる。請求
項４記載の高さ検査装置によれば、正確な高さ検査を行
う高さ検査装置を提供することができる。請求項５記載
の高さ検査装置によれば、短時間での大幅な光路長変更
を、検査対象に振動を与えること無く行うことができ、
短時間で正確な高さ検査を行う高さ検査装置を提供する
ことができる。

【００７４】請求項６記載の発明によれば、短時間で正
確な高さ検査を行う安価な高さ検査装置を提供すること
ができる。請求項７記載の発明によれば、短時間で正確
な高さ検査を行う安価な高さ検査装置を提供することが
できる。請求項８及び請求項９記載の発明によれば、短
時間での大幅な光路長変更を、検査対象に振動を与える
こと無く行うことができ、短時間で正確な高さ検査を自
動で行う高さ検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】反射ミラーの移動を利用した本発明の検査原理
を説明する図である。

【図２】回転多面鏡を利用した本発明の検査原理を説明
する図である。

【図３】回転多面鏡の反射面の位置の違いを利用した本
発明の検査原理を説明する図である。

【図４】回転多面鏡の各反射面の回転中心からの距離に
対応するセンサ面上での結像位置を示す図である。

【図５】本発明にかかる第一実施例である高さ検査装置
の要部構成を示す構成図である。

【図６】本発明にかかる第二実施例である高さ検査装置
の要部構成を示す構成図である。

【図７】本発明にかかる第三実施例である高さ検査装置
の要部構成を示す構成図である。

【図８】八面の反射面を有する回転多面鏡の製造方法を
説明する図である。

【図９】ＬＳＩチップ上に形成されたエリアバンプの外
観の概略図である。

【図１０】ショート故障とオープン故障を説明する図で
ある。

【図１１】従来の高さ検査装置の光学系の構成を示す図
である。

【図１２】従来の高さ検査法を説明する図である。

【符号の説明】

１，５，１７ 対物レンズ ２ 反射ミラー ３ 光軸 ６，２３，５５ 回転多面鏡 ７ 回転中心 ８ 反射光 １１，５１，８１ 高さ検査装置 １３ ハロゲン光源 １４ ファイバー １５，６３ 集光レンズ １８ 検査対象 １９ 第一ハーフミラー ２１ 第一結像レンズ ２４，５７ 反射面 ２５，５３，８７ 第一ＣＣＤカメラ ２６ ステージコントローラ ２７ ＸＹＺステージ ２９ 第二ハーフミラー ３１ 第二結像レンズ ３２ 第二ＣＣＤカメラ ３３，５９ モーター ３５ モーターコントローラ ３７ 位置検出器 ３９ 画像入力部 ４１ 画像メモリ ４３ 画像処理部 ４５ 高さ検出部 ４７ 制御部 ６１ 回転軸 ６２ レーザー光源 ６５ 第三ハーフミラー ６７ 第三の光センサ ６９ トリガ発生器 ７１ カメラコントローラ ７３，７５ 光センサ本体 ８３ 第一回転多面鏡 ８５ 第二回転多面鏡 ９１ 中心軸 ９３，９３ａ，９３ｂ，９３ｃ， 回転多面鏡本体 ９５，９６，９７，９８，９９，１００，１０１，１０
２，１０３，１０４，１０５ 鏡体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 陽二 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 布施 貴史 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 高橋 文之 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象の高さの検査を行う高さ検査装
   置において、 検査対象と具備する光センサとの間の光路長を変えて、
   該検査対象の高さ情報を該光センサ上の位置情報に変換
   する光学系を備えることを特徴とする高さ検査装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高さ検査装置において、 前記光学系は移動可能な反射手段を具備し、該反射手段
   の移動に従い検査対象の高さ情報を前記光センサ上の位
   置情報に変換するものであることを特徴とする高さ検査
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の高さ検査装置において、 前記光学系は回転中心からの距離が異なる複数の反射面
   からなる回転多面鏡を備え、前記反射手段は該複数の反
   射面から選択された一の反射面によって構成され、前記
   反射手段の移動は該回転多面鏡の回転による該一の反射
   面の選択をもってなされることを特徴とする高さ検査装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の高さ検査装置において、 前記回転多面鏡の反射面は回転中心に向かって傾斜を有
   し、該反射面の構成する形状が実質的な多角錐形状又は
   多角錐台形状であることを特徴とする高さ検査装置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の高さ検査装置において、 前記回転多面鏡は、更に、隣接する前記反射面の前記回
   転中心から距離の差が粗である箇所と密である箇所を有
   することを特徴とする高さ検査装置。
6. 【請求項６】 請求項３記載の高さ検査装置において、 前記回転多面鏡は、前記回転中心となる中心軸からの距
   離の等しい前記反射面と同数の面により構成されて該中
   心軸に垂直な断面での形状が実質的に正多角形である回
   転多面鏡本体に、該本体の面上で厚みの異なる鏡体を結
   合して形成されたものであることを特徴とする高さ検査
   装置。
7. 【請求項７】 請求項２記載の高さ検査装置において、 前記光学系は、回転中心からの距離が異なる複数の反射
   面からなる回転多面鏡を二つ以上備え、 前記反射手段は、該二つ以上の回転多面鏡のそれぞれの
   複数の反射面から各一つずつ選択された二つ以上の反射
   面の組をもって構成され、 前記反射手段の移動は、該二つ以上の回転多面鏡のそれ
   ぞれの複数の反射面から、それぞれの回転中心に従う回
   転により各一つずつ反射面を選択することによりなされ
   るものであることを特徴とする高さ検査装置。
8. 【請求項８】 請求項３乃至請求項６の何れか一項記載
   の高さ検査装置において、 光照射装置と、第二の光センサと、該第二の光センサの
   指示により前記検査対象の高さ情報を該光センサ上の位
   置情報に変換するための画像処理を行う画像処理装置
   と、を更に具備すると共に、 該光照射装置と第二の光センサは、前記の回転多面鏡の
   回転による一の反射面の選択完了時に該光照射装置から
   の光が該光センサの光軸と平行状態を形成するように設
   定されており、 該回転多面鏡の回転時に該平行状態の形成を該光センサ
   が検出し、該検出に続く該指示により該画像処理装置に
   よる該画像処理がなされることを特徴とする高さ検査装
   置。
9. 【請求項９】 請求項３記載の高さ検査装置において、 前記第二の光センサは複数のセンサ本体からなると共
   に、該複数のセンサ本体はそれぞれが他のセンサ本体と
   前記の反射面の選択完了時の該光照射装置からの光の光
   軸を挟むように構成されており、各センサ本体での該光
   の検出量の実質的な同一をもって前記平行状態の形成を
   検出するものであることを特徴とする高さ検査装置。