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技術 位置精度検査方法、位置精度検査装置及び位置検査ユニット

出願人 東京エレクトロン株式会社
発明者 齊木健太田中俊彦田村宗明輿水一彦赤池伸二
出願日 2014年9月30日 (5年5ヶ月経過) 出願番号 2014-200912
公開日 2016年5月9日 (3年10ヶ月経過) 公開番号 2016-072455
状態 特許登録済
技術分野 電子回路の試験 半導体等の試験・測定 光学的手段による測長装置
主要キーワード ステージ用モータ Y座標 中空柱状 補正角θ 位置検査 駆動プロファイル 検査電流 筐体形状
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

被検査基板に形成された検査チップ接触式検査を行う際の接触位置の検査を簡単に高精度で行う。

解決手段

ステージ11に載置されたウエハWに形成された半導体デバイスプローバによる検査を行う際に、半導体デバイスの電極パッド71〜75に対するプローブ針の接触位置を事前に検査する。プローブ針が配置される位置にプローブ針に代えて、プローブ針の位置を示す図形61〜65が形成されたレチクル31を配置し、レチクル31を通してウエハWに形成された半導体デバイスを撮像素子33により撮像し、撮像した画像からレチクル31に形成された図形と電極パッド71〜75との位置関係解析する。必要に応じて、図形61〜65の中心と電極パッド71〜75の中心とを一致させるようにステージ11の位置を補正する。

概要

背景

被検査基板の一例である半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)に形成された被検査チップの一例である半導体デバイス電気的特性検査する装置としてプローブ装置(以下「プローバ」という)が知られている。

プローバの一例として、ウエハに形成された複数の半導体デバイスのうちの1つの半導体デバイスに接触させる所定数プローブ針探針)を有するプローブカードと、ウエハを載置して上下左右に自在に移動するステージとを備え、プローブ針を半導体デバイスの電極パッド半田バンプに接触させ、各プローブ針から電極パッドや半田バンプへ検査電流を流すことによって半導体デバイスの電気的特性を検査するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。

この特許文献1に記載されたプローバでは、ステージを二次元的に移動させることによってプローブ針に対向する半導体デバイスの位置を変更して、逐次、検査対象となる半導体デバイスを変更し、検査を行う。これにより、ウエハに形成された一部又は全部の半導体デバイスの電気的特性を検査することができる。

このようなプローバによる半導体デバイスの検査では、プローブカードに設けられたプローブ針をウエハに形成された半導体デバイスの電極パッドや半田バンプに対して確実に接触させる必要がある。そのため、製品として製造されたウエハの検査に先立って、検査対象となるウエハと同等の半導体デバイスが形成され、ウエハにおいて半導体デバイスが形成されている位置が既知基準ウエハを用いて、プローブ針が半導体デバイスに正確に接触するか否かを検査している。

具体的には、ステージに対して基準ウエハをアライメントし、基準ウエハに形成された所定の半導体デバイスがプローブ針の直下に位置するようにステージを駆動し、プローブ針をその直下の半導体デバイスの電極パッドに対して押し当てる。これにより、電極パッドに針痕が残るため、ウエハを取り出して針痕を目視で確認することで、所定の半導体デバイスがプローブ針に対して許容領域内に位置決めされているか否かを検査することができる。

概要

被検査基板に形成された検査チップ接触式検査を行う際の接触位置の検査を簡単に高精度で行う。ステージ11に載置されたウエハWに形成された半導体デバイスのプローバによる検査を行う際に、半導体デバイスの電極パッド71〜75に対するプローブ針の接触位置を事前に検査する。プローブ針が配置される位置にプローブ針に代えて、プローブ針の位置を示す形61〜65が形成されたレチクル31を配置し、レチクル31を通してウエハWに形成された半導体デバイスを撮像素子33により撮像し、撮像した画像からレチクル31に形成された形と電極パッド71〜75との位置関係解析する。必要に応じて、形61〜65の中心と電極パッド71〜75の中心とを一致させるようにステージ11の位置を補正する。

目的

本発明の目的は、被検査基板に形成された検査チップの接触式検査を行う際の接触位置の検査を簡単に高精度で行うことを可能にする位置精度検査方法、位置精度検査装置及び位置検査ユニットを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

被検査基板に形成された被検査チップの特定の領域に対して探針による接触式検査を行う際の接触位置を検査する位置精度検査方法であって、前記被検査基板を基板置台に載置する載置ステップと、前記探針が配置される位置に、前記探針に代えて、前記被検査基板に接触させる前記探針の位置を示す図形が形成されたガラス基板を配置し、前記ガラス基板を通して前記被検査基板に形成された前記被検査チップを撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにより得られた画像から、前記図形と前記特定の領域との位置関係解析する解析ステップと、を有することを特徴とする位置精度検査方法。

請求項2

前記解析ステップにより得られた前記図形と前記特定の領域との位置関係に基づいて、前記探針を前記特定の領域に接触させることができるか否かを判定する判定ステップを有することを特徴とする請求項1記載の位置精度検査方法。

請求項3

前記判定ステップでは、前記図形の中心と前記特定の領域の中心との距離が予め定められた所定の閾値以内であるときに、前記探針を前記特定の領域に接触させることができると判定することを特徴とする請求項2記載の位置精度検査方法。

請求項4

前記判定ステップにおいて前記図形の中心と前記特定の領域の中心とが所定の精度で一致しないと判定されたときに、前記図形の中心と前記特定の領域の中心とが一致するように前記基板載置台の座標補正する補正ステップを有することを特徴とする請求項2又は3記載の位置精度検査方法。

請求項5

前記撮像ステップにおいて、前記基板載置台を動かさずに前記ガラス基板を通して前記被検査基板に形成された前記被検査チップを少なくとも2つ以上撮像し、得られた各画像に対して前記解析ステップと前記判定ステップを行い、少なくとも1つの画像について前記図形の中心と前記特定の領域の中心とが所定の精度で一致しないと判定されたときに前記補正ステップを実行することを特徴とする請求項4に記載の位置精度検査方法。

請求項6

前記被検査基板は、半導体ウエハであり、前記被検査チップは、半導体デバイスであり、前記特定の領域は、前記半導体デバイスの電極パッド又は半田バンプであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の位置精度検査方法。

請求項7

被検査基板に形成された被検査チップの特定の領域に対して探針による接触式検査を行う際の接触位置を検査する位置精度検査装置であって、前記被検査基板を載置する基板載置台と、前記基板載置台の上方に配置される撮像ユニットと、前記撮像ユニットにより撮像された画像を解析する解析装置とを備え、前記撮像ユニットは、前記探針が配置される位置に前記探針に代えて配置され、前記被検査基板に接触させる前記探針の位置を示す図形が形成されたガラス基板と、前記ガラス基板を通して前記基板載置台に載置された前記被検査基板を撮像する撮像素子とを有し、前記解析装置は、前記ガラス基板を通して前記被検査基板に形成された前記被検査チップを撮像して得られた画像から、前記図形と前記特定の領域との位置関係を解析することを特徴とする位置精度検査装置。

請求項8

複数の前記位置検査ユニットを備えることを特徴とする請求項7記載の位置精度検査装置。

請求項9

前記解析装置は、前記図形と前記特定の領域との位置関係に基づいて、前記探針を前記特定の領域に接触させることができるか否かを判定することを特徴とする請求項7又は8記載の位置精度検査装置。

請求項10

前記基板載置台の載置面と平行な面内方向で前記基板載置台を移動させると共に、前記載置面と直交する軸を中心として前記基板載置台を回転させる駆動装置を備え、前記解析装置は、前記図形の中心と前記特定の領域の中心とが所定の精度で一致しないと判定したときに、前記図形の中心と前記特定の領域の中心とが一致するように前記駆動装置を制御して前記基板載置台の座標を補正することを特徴とする請求項9記載の位置精度検査装置。

請求項11

前記被検査基板は、半導体ウエハであり、前記被検査チップは、半導体デバイスであり、前記特定の領域は、前記半導体デバイスの電極パッド又は半田バンプであることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載の位置精度検査装置。

請求項12

半導体ウエハに形成された半導体デバイスの電極パッド又は半田バンプに対してプローブ針を接触させて電気的特性を検査する際に、前記電極パッド又は前記半田バンプに対する前記プローブ針の接触位置を事前に検査するために前記半導体ウエハの上方に配置される位置検査ユニットであって、前記位置検査ユニットは、撮像ユニットと、前記撮像ユニットを保持する保持基板とを備え、前記撮像ユニットは、前記プローブ針が配置される位置に前記プローブ針に代えて配置され、前記プローブ針の位置を示す図形が形成されたガラス基板と、前記ガラス基板を通して前記半導体ウエハに形成された前記半導体デバイスを撮像する撮像素子とを有することを特徴とする位置検査ユニット。

技術分野

0001

本発明は、半導体ウエハ等の被検査基板に形成された半導体デバイス等の被検査チップに対して接触式検査を行う際の接触位置を検査するための位置精度検査方法位置精度測定ユニット及び位置精度検査装置に関する。

背景技術

0002

被検査基板の一例である半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)に形成された被検査チップの一例である半導体デバイスの電気的特性を検査する装置としてプローブ装置(以下「プローバ」という)が知られている。

0003

プローバの一例として、ウエハに形成された複数の半導体デバイスのうちの1つの半導体デバイスに接触させる所定数プローブ針探針)を有するプローブカードと、ウエハを載置して上下左右に自在に移動するステージとを備え、プローブ針を半導体デバイスの電極パッド半田バンプに接触させ、各プローブ針から電極パッドや半田バンプへ検査電流を流すことによって半導体デバイスの電気的特性を検査するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。

0004

この特許文献1に記載されたプローバでは、ステージを二次元的に移動させることによってプローブ針に対向する半導体デバイスの位置を変更して、逐次、検査対象となる半導体デバイスを変更し、検査を行う。これにより、ウエハに形成された一部又は全部の半導体デバイスの電気的特性を検査することができる。

0005

このようなプローバによる半導体デバイスの検査では、プローブカードに設けられたプローブ針をウエハに形成された半導体デバイスの電極パッドや半田バンプに対して確実に接触させる必要がある。そのため、製品として製造されたウエハの検査に先立って、検査対象となるウエハと同等の半導体デバイスが形成され、ウエハにおいて半導体デバイスが形成されている位置が既知基準ウエハを用いて、プローブ針が半導体デバイスに正確に接触するか否かを検査している。

0006

具体的には、ステージに対して基準ウエハをアライメントし、基準ウエハに形成された所定の半導体デバイスがプローブ針の直下に位置するようにステージを駆動し、プローブ針をその直下の半導体デバイスの電極パッドに対して押し当てる。これにより、電極パッドに針痕が残るため、ウエハを取り出して針痕を目視で確認することで、所定の半導体デバイスがプローブ針に対して許容領域内に位置決めされているか否かを検査することができる。

先行技術

0007

特開平7—297242号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、基準ウエハに、直接、針痕を付ける方法には、一度、針痕を付けた半導体デバイスは二度と使うことができず、そのため、定期的に基準ウエハを作成する必要が生じるという問題がある。また、プローブ針の消耗が進むことによってプローブカードの寿命が短くなり、コストが嵩むという問題がある。更に、針痕の目視での確認では、プローブ針が電極パッドや半田バンプに接触したことは検査できるが、目視結果からウエハのアライメント精度を高めることは難しいという問題がある。

0009

本発明の目的は、被検査基板に形成された検査チップの接触式検査を行う際の接触位置の検査を簡単に高精度で行うことを可能にする位置精度検査方法、位置精度検査装置及び位置検査ユニットを提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

上記目的を達成するために、請求項1記載の位置精度検査方法は、被検査基板に形成された被検査チップの特定の領域に対して探針による接触式検査を行う際の接触位置を検査する位置精度検査方法であって、前記被検査基板を基板置台に載置する載置ステップと、前記探針が配置される位置に、前記探針に代えて、前記被検査基板に接触させる前記探針の位置を示す図形が形成されたガラス基板を配置し、前記ガラス基板を通して前記被検査基板に形成された前記被検査チップを撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにより得られた画像から、前記図形と前記特定の領域との位置関係解析する解析ステップと、を有することを特徴とする。

0011

請求項2記載の位置精度検査方法は、請求項1記載の位置精度検査方法において、前記解析ステップにより得られた前記図形と前記特定の領域との位置関係に基づいて、前記探針を前記特定の領域に接触させることができるか否かを判定する判定ステップを有することを特徴とする。

0012

請求項3記載の位置精度検査方法は、請求項2記載の位置精度検査方法において、前記判定ステップでは、前記図形の中心と前記特定の領域の中心との距離が予め定められた所定の閾値以内であるときに、前記探針を前記特定の領域に接触させることができると判定することを特徴とする。

0013

請求項4記載の位置精度検査方法は、請求項2又は3記載の位置精度検査方法において、前記判定ステップにおいて前記図形の中心と前記特定の領域の中心とが所定の精度で一致しないと判定されたときに、前記図形の中心と前記特定の領域の中心とが一致するように前記基板載置台の座標補正する補正ステップを有することを特徴とする。

0014

請求項5記載の位置精度検査方法は、請求項4に記載の位置精度検査方法において、前記撮像ステップにおいて、前記基板載置台を動かさずに前記ガラス基板を通して前記被検査基板に形成された前記被検査チップを少なくとも2つ以上撮像し、得られた各画像に対して前記解析ステップと前記判定ステップを行い、少なくとも1つの画像について前記図形の中心と前記特定の領域の中心とが所定の精度で一致しないと判定されたときに前記補正ステップを実行することを特徴とする。

0015

請求項6記載の位置精度検査方法は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の位置精度検査方法において、前記被検査基板は、半導体ウエハであり、前記被検査チップは、半導体デバイスであり、前記特定の領域は、前記半導体デバイスの電極パッド又は半田バンプであることを特徴とする。

0016

上記目的を達成するために、請求項7記載の位置精度検査装置は、被検査基板に形成された被検査チップの特定の領域に対して探針による接触式検査を行う際の接触位置を検査する位置精度検査装置であって、前記被検査基板を載置する基板載置台と、前記基板載置台の上方に配置される撮像ユニットと、前記撮像ユニットにより撮像された画像を解析する解析装置とを備え、前記撮像ユニットは、前記探針が配置される位置に前記探針に代えて配置され、前記被検査基板に接触させる前記探針の位置を示す図形が形成されたガラス基板と、前記ガラス基板を通して前記基板載置台に載置された前記被検査基板を撮像する撮像素子とを有し、前記解析装置は、前記ガラス基板を通して前記被検査基板に形成された前記被検査チップを撮像して得られた画像から、前記図形と前記特定の領域との位置関係を解析することを特徴とする。

0017

請求項8記載の位置精度検査装置は、請求項7記載の位置精度検査装置において、複数の前記位置検査ユニットを備えることを特徴とする。

0018

請求項9記載の位置精度検査装置は、請求項7又は8記載の位置精度検査装置において、前記解析装置は、前記図形と前記特定の領域との位置関係に基づいて、前記探針を前記特定の領域に接触させることができるか否かを判定することを特徴とする。

0019

請求項10記載の位置精度検査装置は、請求項9記載の位置精度検査装置において、前記基板載置台の載置面と平行な面内方向で前記基板載置台を移動させると共に、前記載置面と直交する軸を中心として前記基板載置台を回転させる駆動装置を備え、前記解析装置は、前記図形の中心と前記特定の領域の中心とが所定の精度で一致しないと判定したときに、前記図形の中心と前記特定の領域の中心とが一致するように前記駆動装置を制御して前記基板載置台の座標を補正することを特徴とする。

0020

請求項11記載の位置精度検査装置は、請求項7乃至10のいずれか1項に記載の位置精度検査装置において、前記被検査基板は、半導体ウエハであり、前記被検査チップは、半導体デバイスであり、前記特定の領域は、前記半導体デバイスの電極パッド又は半田バンプであることを特徴とする。

0021

上記目的を達成するために、請求項12記載の位置検査ユニットは、半導体ウエハに形成された半導体デバイスの電極パッド又は半田バンプに対してプローブ針を接触させて電気的特性を検査する際に、前記電極パッド又は前記半田バンプに対する前記プローブ針の接触位置を事前に検査するために前記半導体ウエハの上方に配置される位置検査ユニットであって、前記位置検査ユニットは、撮像ユニットと、前記撮像ユニットを保持する保持基板とを備え、前記撮像ユニットは、前記プローブ針が配置される位置に前記プローブ針に代えて配置され、前記プローブ針の位置を示す図形が形成されたガラス基板と、前記ガラス基板を通して前記半導体ウエハに形成された前記半導体デバイスを撮像する撮像素子とを有することを特徴とする。

発明の効果

0022

本発明では、被検査基板に形成された被検査チップの特定の領域に対して探針による接触式検査を行う際の特定の領域と探針との接触位置を、事前に、探針が配置される位置に探針に代えて被検査基板に接触させる探針の位置を示す図形が形成されたガラス基板を配置し、ガラス基板を通して被検査基板に形成された被検査チップを撮像し、撮像した画像からガラス基板に形成された図形と被検査チップの特定の領域との位置関係を解析する。

0023

これにより、非接触で高精度なサブミクロンレベルで、被検査チップに対して接触式検査を行う際に、事前に、接触精度の検査と合否判定を行うことができる。また、ガラス基板に形成された図形(パターン)と被検査基板に形成された特定の領域との位置ズレを定量的に把握することができる。更に、従来のように、実際に探針によって特定の領域に針痕を付けることがないため、基準となる基板を用いずに被検査基板で事前に接触精度の合否を判定することが可能になる。

図面の簡単な説明

0024

プローバの概略構成を示す斜視図である。
図1のプローバが備えるステージとその駆動機構概略構造を示す斜視図である。
図1のプローバに着脱可能な位置検査ユニットの概略構成と、本発明の実施の形態に係る位置精度検査装置の概略構成を示す図である。
本発明の実施の形態に係る位置精度検査装置の第1の使用方法での画像処理の内容を模式的に示す図である。
本発明の実施の形態に係る位置精度検査装置の第2の使用方法での画像処理の内容を模式的に示す図である。
本発明の実施の形態に係る位置精度検査装置の第4の使用方法を実行するために用いられる位置検査ユニットの概略構成を示す裏面図である。

実施例

0025

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態では、プローバによりウエハに形成された半導体デバイスの電気的特性を検査するための事前処理として、ウエハに形成された半導体デバイスの電極パッド等の領域がプローブカードに設けられたプローブ針(探針)に対して許容領域内に位置決めされているか否かを検査し、必要に応じて、ウエハを載置するステージ(基板載置台)の座標をプローブ針の位置に対して補正する位置精度検査装置について説明する。

0026

位置精度検査装置のこのような目的と使用態様に鑑み、本発明の実施の形態に係る位置精度検査装置として、プローバが備えるプローブカードを後述する位置検査ユニットに置き換えた構造を有するものを取り上げて、以下に説明する。そこで、先ず、プローバの概略構造について説明し、その後、プローバを変形させた位置精度検査装置について説明することとする。

0027

図1は、プローバの概略構成を示す斜視図である。プローバ10は、ウエハWを載置するステージ11(基板載置台)を内蔵する本体12と、本体12に隣接して配置されるローダ13と、本体12を覆うように配置されるテストヘッド14(検査部)とを備え、大口径、例えば、直径が300mmや450mmのウエハWに形成された半導体デバイスの電気的特性の検査を行う。

0028

本体12は、内部が空洞の筐体形状を呈する。本体12の天井部12aには、ステージ11に載置されたウエハWの上方において開口する開口部12bが設けられている。そして、開口部12bには、後述するプローブカード17(図2参照)が配置され、プローブカード17はウエハWと対向する。ウエハWは、ステージ11に対する相対位置がずれないように、ステージ11へ静電吸着される。

0029

テストヘッド14は方体形状を呈し、本体12上に設けられたヒンジ機構15によって上方向へ回動可能に構成される。テストヘッド14が本体12を覆う際、テストヘッド14は不図示のコンタクトリングを介してプローブカード17と電気的に接続される。また、テストヘッド14は、プローブカード17から伝送される半導体デバイスの電気的特性を示す電気信号を測定データとして記憶する不図示のデータ記憶部や、測定データに基づいて検査対象のウエハWの半導体デバイスの電気的な欠陥の有無を判定する不図示の判定部を有する。

0030

ローダ13は、ウエハWの搬送容器である不図示のFOUP或いはMACに収容されている、半導体デバイスが形成されたウエハWを取り出して、本体12のステージ11へ載置し、また、半導体デバイスの電気的特性の検査が終了したウエハWを、ステージ11から取り出して、FOUP或いはMACへ収容する。

0031

プローブカード17の下面には、ウエハWに形成された半導体デバイスの電極パッドや半田バンプに対応して、所定数のプローブ針(不図示)が配置される。ステージ11は、プローブカード17及びウエハWの相対位置を調整して半導体デバイスの電極パッド等を各プローブ針へ接触させる。

0032

半導体デバイスの電極パッド等にプローブ針を接触させたときに、テストヘッド14は、プローブカード17の各プローブ針を介して半導体デバイスへ検査電流を流し、その後、半導体デバイスの電気的特性を示す電気信号をテストヘッド14のデータ記憶部に伝送する。テストヘッド14のデータ記憶部は、伝送された電気信号を測定データとして記憶し、判定部は記憶された測定データに基づいて、検査対象の半導体デバイスの電気的な欠陥の有無を判定する。

0033

プローブカード17が備えるプローブ針は、検査対象となるウエハWに形成された半導体デバイスにおける電極パッドや半田バンプの位置に対応している必要がある。そのため、プローブカード17は、検査対象となるウエハWに形成された半導体デバイスの形態に応じて交換することができるように構成されている。

0034

図2は、プローバ10が備えるステージ11の移動機構の概略構成を示す斜視図である。図2に示すように、ステージ11の移動機構18は、図2中に示すY方向に沿って移動するYステージ19と、同図中に示すX方向に沿って移動するXステージ20と、同図中に示すZ方向に沿って移動するZ移動部21とを有する。

0035

Yステージ19は、Y方向に沿って配置されたボールねじ22の回動によってY方向に高精度に駆動され、ボールねじ22は、ステップモータであるYステージ用モータ23によって回動される。Xステージ20は、X方向に沿って配置されたボールねじ24の回動によってX方向に高精度に駆動される。ボールねじ24もステップモータである不図示のXステージ用モータ25(図3参照)によって回動される。また、ステージ11は、Z移動部21の上において、θ回転用モータ26(図3参照)により、図2中に示すθ方向に移動自在に配置され、ステージ11上にウエハWが載置される。

0036

Yステージ19、Xステージ20、Z移動部21及びステージ11が協働して、ウエハWに形成された半導体デバイスをプローブカード17と対向する位置に移動させ、これにより、半導体デバイスの電極パッド等へのプローブ針の接触を可能とする。Yステージ用モータ23、Xステージ用モータ25及びθ回転用モータ26は、モータ制御装置27(図3参照)により駆動制御される。

0037

次に、本発明の実施の形態に係る位置精度検査装置100の構成と使用方法について説明する。図3(a)は、本発明の実施の形態に係る位置精度検査装置100を構成する位置検査ユニット30の概略構造を示す裏面図である。図3(b)は、本発明の実施の形態に係る位置精度検査装置100の概略構成を示す図である。

0038

位置精度検査装置100は、図1及び図2を参照して説明したプローバ10に取り付けられていたプローブカード17を取り外し、プローブカード17の代わりに、図3(a)に示す位置検査ユニット30を取り付けると共に、位置検査ユニット30に設けられている撮像ユニット40から出力される画像信号コンピュータ50にて画像解析する構成を有する。なお、図3(b)では、撮像ユニット40は、図3(a)の矢視A−A断面図で示している。また、コンピュータ50の機能は、プローバ10の動作制御を行うコンピュータに担わせることもできる。

0039

プローバ10においてプローブカード17は、極めて高い精度で位置決めされて本体12に保持されるが、これと同様に、位置検査ユニット30も、本体12に位置決めされて、保持される。位置検査ユニット30は、保持基板37と撮像ユニット40とで構成されており、保持基板37の外径はプローブカード17の外径と同じである。保持基板37による撮像ユニット40の保持方法は、特に制限されるものではないが、保持基板37に対する撮像ユニット40の保持位置にがたつきがなく、位置ズレを起こさない保持方法が用いられる。

0040

撮像ユニット40は、筐体35、レチクル31、ミラー32、撮像素子33及びレンズ34を備える。中空柱状の筐体35が保持基板37に保持された状態で、筐体35において保持基板37の中央に対応する部分には窓部が形成されており、この窓部を塞ぐようにレチクル31が筐体35に取り付けられている。

0041

レチクル31は、透光性を有するガラス基板である。レチクル31には、後に説明する図4(a)に示すように、検査対象となる半導体デバイスの電極パッドや半田バンプの形状に対応する図形(パターン)が形成されている。レチクル31は、検査対象となる半導体デバイスの形状に合わせて、交換可能となっている。

0042

ミラー32は、レチクル31と窓部を通じて筐体35内に進入した光を撮像素子33に向けて反射する。レンズ34は、ミラー32からの光が撮像素子33に光学像として結像するように光路を調節する。撮像素子33は、CCDセンサCMOSセンサ等であり、ステージ11上に載置されたウエハWに形成されている半導体デバイスを、レチクル31を通して撮像する。

0043

コンピュータ50は、撮像ユニット40及びモータ制御装置27と接続される。撮像素子33の撮像動作により撮像素子33から出力される映像信号アナログ電気信号)は、コンピュータ50に入力される。コンピュータ50は、アナログ電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換器(不図示)を有しており、A/D変換後にデジタル信号からなる画像データを生成する。コンピュータ50は、画像データに対して画像処理を施し、画像処理後の画像をコンピュータ50が備えるディスプレイ50aに映像(画像)として表示する。

0044

ウエハWを載置したステージ11の水平方向での位置制御は、Yステージ用モータ23とXステージ用モータ25のそれぞれに設けられたエンコーダパルス数に基づいて行われる。よって、ステージ11はエンコーダのパルス数によって管理されるX−Y座標を移動する。モータ制御装置27は、コンピュータ50の制御下で、Yステージ用モータ23とXステージ用モータ25に駆動信号を供給してステージ11のX−Y座標上の位置を制御する。また、ステージ11を図2中に示すθ方向(Z軸回り)に回転させる動作は、θ回転用モータ26の駆動制御によって行われる。モータ制御装置27は、コンピュータ50の制御下で、θ回転用モータ26に駆動信号を供給して駆動制御を行う。

0045

位置検査ユニット30において、レチクル31の中心と保持基板37の中心とは、撮像ユニット40が保持基板37に保持されている状態において高精度で一致している。また、レチクル31が取り付けられている位置は、プローブカード17においてプローブ針が配置されている位置と高精度で対応している。即ち、プローブカード17と位置検査ユニット30とを外周が一致するように厚さ方向に重ねて、厚さ方向から見たときに、プローブ針が設けられている領域とレチクル31の領域とが重なる。そして、撮像ユニット40は、レチクル31を通してステージ11の直上からステージ11に載置されたウエハWを観察して撮像を行う。したがって、結果的に、撮像ユニット40は、プローブカード17においてプローブ針が設けられている位置から、検査対象となる半導体デバイスを観察していることになる。よって、レチクル31においてプローブ針に対応する位置に図形をパターン形成しておき、レチクル31を通してウエハWに形成された半導体デバイスを撮像することで得られる画像に基づいて、半導体デバイスの電極パッドや半田バンプが、プローブ針と接触することができる位置にあるか否かを検査し、判定することができる。

0046

そこで、次に、位置精度検査装置100の第1の使用方法について説明する。位置精度検査装置100の第1の使用方法では、電気的特性の検査対象となっているウエハWを用い、ウエハWに形成された半導体デバイスの電極パッド及び半田バンプの位置とレチクル31に形成されたパターンとが所定の精度の範囲内で一致するか否かの判定を行う。

0047

図4は、位置精度検査装置100の第1の使用方法において、コンピュータ50が実行する画像処理の内容を模式的に示す図である。図4(a)には、ステージ11にウエハWが載置されていない状態で撮像素子33によって撮像された画像例を示している。撮像素子33はレチクル31を通してステージ11の上面を撮像するため、撮像した画像には、レチクル31に形成されているパターンが現れる。図4(a)の画像では、レチクル31が光を多く透過した領域が灰色で示され、相対的に光の透過量が少ない領域が白色(図4が描画されている用紙の地の色の領域)で示されるように画像処理が行われている。

0048

領域66は、ディスプレイ50aに表示される領域であり、撮像ユニット40により撮像可能な全体領域を示している。領域60は、レチクル31に形成されている半導体デバイスの形状パターンを示す領域である。領域60内には、レチクル31に形成されている形状パターンにしたがって、図形61,62,63,64,65が表示されている。

0049

図形61〜64のそれぞれの中心は、プローブ針の位置に対応する。レチクル31において、図形61〜65の領域(灰色で示した領域)に対応する領域は、実質的に透明で、光を良好に透過する領域であり、領域66から領域60を除いた領域(灰色で示した領域)に対応する領域も同様である。一方、レチクル31において、領域60から図形61〜65を除外した領域(図4(a)において用紙の地の色の領域)に対応する領域は、図形61〜65の領域よりも光の透過率が小さくなっている。

0050

続いて、ステージ11にウエハWを載置して、撮像ユニット40によって半導体デバイスを観察する。ウエハWは、ステージ11にアライメントされて、一定位置に保持される。ウエハWに形成された半導体デバイスの位置(座標)は、製造過程での設定条件から既知であり、ステージ11に対するウエハWの保持位置も、位置精度検査装置100(プローバ10)の機械的構成から既知である。更に、ステージ11の座標に対するレチクル31の座標(プローブ針の座標)も既知である。よって、レチクル31の直下に検査対象となる半導体デバイスが位置するように、ステージ11を駆動することができる。

0051

図4(b)は、ステージ11にウエハWが載置され、所定の半導体デバイスを撮像素子33によって撮像した画像例を示している。半導体デバイスは、図形61〜64に対応する電極パッド71,72,73,74を備えるものとする。コンピュータ50での画像処理によって、電極パッド71〜74は、図4(b)において白色(用紙の地の色)で示されている。

0052

図形61〜64の各形状は、電極パッド71〜74の各形状と相似形に設定されており、図形61〜64の外形の方が電極パッド71〜74の外形よりも、若干、大きくなっている。これにより、図形61〜64と電極パッド71〜74とがそれぞれどのような形態で重なっても、図形61〜64の各中心の座標と電極パッド71〜74の各中心の座標を、画像処理によって区別して求めることができる。

0053

なお、図形65の形状は、電極パッド75の形状とは完全な相似形ではないが、図形65の中心座標と電極パッド75の中心座標とが合致した状態では、電極パッド75は図形65に包含される大きさに設定されている。また、レチクル31に形成する図形は、必ずしも電極パッドや半田バンプの形状と相似形である必要はなく、後述するように、撮像ユニット40により撮像したときに電極パッドや半田バンプと重複したとしても、電極パッドや半田バンプと区別が可能な図形であればよい。

0054

前述の通り、図形61〜64のそれぞれの中心が、プローブ針の位置に対応している。そのため、ウエハWに形成された半導体デバイスを観察したときに、半導体デバイスの電極パッド71〜74の各領域内に図形61〜64の各中心が位置していれば、プローバ10において、電極パッド71〜74とプローブ針との接触が保証されることになる。図4(b)では、電極パッド71〜74の各領域内に、図形61〜64の各中心が位置していることがわかる。

0055

しかし、半導体デバイスの電極パッド71〜74の各領域の外周近傍に図形61〜64の各中心が来る場合には、電極パッド71〜74とプローブ針とが良好に接触しなくなるおそれがある。そこで、半導体デバイスの電極パッド71〜74がプローブ針に対して許容領域内に位置決めされているか否かの判定(半導体デバイスに形成された電極パッド及び半田バンプとプローブ針との接触精度(以下、単に「接触精度」という)の合否判定)を行うために、図形61〜64と電極パッド71〜74の位置関係に判定基準を設ける。そして、この判定基準が満たされるときに、接触精度を合格と判定し、この判定基準が満たされないときには、接触精度を不合格とする。

0056

図形61〜64と電極パッド71〜74の位置関係の判定基準は、特に限定されるものではなく、例えば、図形61〜64のそれぞれの領域内に電極パッド71〜74が収まっていれば、接触精度を合格と判定する判定基準を用いてもよく、その判定基準によれば、図4(b)の状態は合格と判定される。また、電極パッド71〜74の中心と図形61〜64の中心との距離が予め定められた所定の閾値Th以内であれば、接触精度を合格と判定する判定基準を用いることもできる。

0057

1つの半導体デバイスについて接触精度が合格と判定されれば、半導体デバイスの製造過程では、位置制御は厳密になされているため、他の半導体デバイスについての接触精度の合否判定を行う必要はないが、複数の半導体デバイスについて接触精度の合否判定を行うようにしてもよい。複数の半導体デバイスについて接触精度の合否判定を行った結果、接触精度が不合格となる半導体デバイスが現れた場合には、後述する位置精度検査装置100の第2の使用方法によるステージ11の位置補正を行う。

0058

このような位置精度検査装置100の第1の使用方法によれば、従来よりも高精度なサブミクロンレベルで、接触精度の検査と合否判定が可能になる。また、レチクル31に形成された図形とウエハWに形成された電極パッド等との位置ズレを、画像処理によって定量的に把握することができる。更に、従来のように、実際にプローブ針によって電極パッド等に針痕を付けることがないため、基準ウエハを用いずに、検査対象のウエハWで事前に接触精度の合否を判定することができる。

0059

上述した位置精度検査装置100の第1の使用方法により、検査した半導体デバイスについて接触精度が合格であると判定された場合には、ウエハWに対するプローバ10による電気的特性の検査へと移行するために、位置検査ユニット30をプローブカード17へ交換して、位置精度検査装置100をプローバ10へと変形させ、プローバ10としての使用を開始する。一方、検査した半導体デバイスについて接触精度が不合格であると判定された場合には、判定基準が満たされるようにステージ11の位置補正(座標校正)を行う。これを、位置精度検査装置100の第2の使用方法として以下に説明する。

0060

位置精度検査装置100の第2の使用方法は、上述した位置精度検査装置100の第1の使用方法に続いて行われるため、ここでは、図4(b)に示す図形61〜64と電極パッド71〜74の位置関係では、接触精度が不合格であると判定されたために、ステージ11の位置補正を行うことになったものとして説明する。

0061

図5は、位置精度検査装置100の第2の使用方法において、コンピュータ50が実行する画像処理の内容を模式的に示す図である。図5(a)における図形61〜65と電極パッド71〜75の位置関係は、図4(b)と同じである。ステージ11のX−Y面内での位置補正は、X方向、Y方向及びθ方向の各方向でのずれを修正すればよいため、少なくとも2カ所で図形の中心と電極パッドの中心を一致させればよい。ここでは、対角位置にある図形62,64の中心(白四角)と電極パッド72,74の中心(黒丸)とを、画像処理によって一致させることとする。

0062

図5(b)において、図形64の中心P0の座標を(x0,y0)、電極パッド74の中心P1の座標を(x1,y1)、図形62の中心P2の座標を(x2,y2)、電極パッド72の中心P3の座標を(x3,y3)として、これらの中心P0〜P3の各座標を画像処理によって求める。そして、X軸(又はY軸)を基準として、P0,P2の回転補正角θ0と、P1,P3の回転補正角θ1を求める。回転補正角θ0,θ1から回転補正角の差分として、θ補正量(=θ0−θ1)を求め、コンピュータ50は求めたθ補正量を記憶する。続いて、コンピュータ50は、θ回転用モータ26を駆動するための信号をモータ制御装置27へ供給し、ステージ11を補正角θだけ回転させて、P0,P2を結ぶ線とP1,P3を結ぶ線とを平行にする。これにより、θ方向補正が終了する。

0063

θ方向補正により、P1,P3の座標がそれぞれ、P1´(x1´,y1´),P3´(x3´,y3´)へ移動する。なお、P0,P2は不動である。よって、P0,P1´の座標から第1のX方向補正量ΔX1(=x0−x1´)と、第1のY方向補正量ΔY1(=y0−y1´)を求める。また、P2,P3´の座標から第2のX方向補正量ΔX2(=x2−x3´)と、第2のY方向補正量ΔY2(=y2−y3´)を求める。

0064

理想的には、ΔX1=ΔX2、ΔY1=ΔY2、となるが、画像処理の計算過程で微差が生じることもあり、その場合には、X方向補正量ΔXとしてΔX1,ΔX2の平均値を、Y方向補正量ΔYとしてΔY1,ΔY2の平均値を採用すればよい。但し、これに限定されず、小さい方の値或いは大きい方の値を採用してもよい。コンピュータ50は、求めたX方向補正量ΔXとY方向補正量ΔYを記憶する。P1´をP0に合わせ、P3´をP2に合わせるように、コンピュータ50は、Xステージ用モータ25とYステージ用モータ23を駆動するための信号をモータ制御装置27へ供給し、ステージ11をX方向補正量ΔXとY方向補正量ΔYだけ駆動し、上述した第1の使用方法による接触精度の合否判定を行う。

0065

図5(b)は、θ方向補正、X方向補正及びY方向補正を行った後の図形61〜65と電極パッド71〜75の位置関係を示している。図形61〜65の各中心の座標と電極パッド71〜75の各中心の座標とが一致し、図形61〜65のそれぞれの中央に電極パッド71〜75が位置するように、ステージ11の座標(ウエハWの位置)が補正されたことがわかる。こうして、接触精度は合格と判定されることになる。

0066

したがって、ウエハWに対するプローバ10による電気的特性の検査へと移行することができるようになる。そして、プローバ10での半導体デバイスの電気的特性の検査では、位置精度検査装置100の第2の使用方法で求めた補正パラメータ(θ補正量、X方向補正量ΔX、Y方向補正量ΔY)を用いて、プローブ針に対するウエハWの位置を補正する。これにより、プローブ針を確実にウエハWに形成された半導体デバイスの電極パッドや半田バンプに接触させることができる。

0067

なお、上記説明では、対角位置にある2カ所として図形62,64の中心と電極パッド72,74の中心とを一致させたが、これに限定されず、他の2カ所の中心を一致させてもよいし、3カ所以上の中心を所定の精度で一致させるようにしてもよい。また、ここでは、位置精度検査装置100の第1の使用方法において、接触精度の合否判定の結果が不合格となった場合に、第2の使用方法によるステージ11の位置補正を行った。但し、これに限定されず、接触精度の合否判定が合格となった場合でも、図形の中心と電極パッドの中心とが所定の精度(判定基準よりも高い精度)で一致していない場合には、第2の使用方法によるステージ11の位置補正を行うようにしてもよい。

0068

次に、位置精度検査装置100の第3の使用方法について説明する。位置精度検査装置100の第3の使用方法は、ステージ11をX方向とY方向でそれぞれスキャンしながら、ウエハWに形成された複数の半導体デバイスについて、逐次、位置精度検査装置100の第1の使用方法で説明した接触精度の合否判定を行う。

0069

例えば、最初の測定点の半導体デバイスでは接触精度が合格であっても、ステージ11の部品精度や組み付け精度、経時的な摺動による部品摩耗やがたつき、ウエハWにおける半導体デバイスの形成位置にずれが生じている等の理由によって、X方向或いはY方向に所定距離を移動させた後の測定点での半導体デバイスでは接触精度が不合格となることが起こる可能性がある。

0070

この場合には、接触精度が不合格と判定された半導体デバイスの座標を記憶し、その半導体デバイスに対して位置精度検査装置100の第2の使用方法で説明したステージ11の位置補正を行う。その後、X方向とY方向の残る半導体デバイスについて、逐次、位置精度検査装置100の第1の使用方法で説明した接触精度の合否判定を続ける。こうして得られたステージ11の駆動特性データを、プローバ10での電気的特性の検査の際のステージ11の駆動に利用する。これにより、プローブ針を確実にウエハWに形成された半導体デバイスの電極パッドに接触させることができる。また、ステージ11がX方向とY方向に正確に駆動されているか否かを検査することができる。

0071

なお、第3の使用方法によってウエハWに形成された全ての半導体デバイスについて接触精度の合否判定を行い、全ての半導体デバイスについて接触精度が合格となるステージ11の駆動プロファイル(ステージ11の位置補正を含む)をコンピュータ50に記憶させておき、記憶されたステージ11の駆動プロファイルを用いて、プローバ10での電気的特性の検査を行う構成としてもよい。

0072

次に、位置精度検査装置100の第4の使用方法について説明する。位置精度検査装置100の第4の使用方法では、位置精度検査装置100の第1の使用方法に係る接触精度の合否判定を、ステージ11(ウエハW)を動かさずに2つ以上の半導体デバイスに対して行う。

0073

図6は、位置精度検査装置100の第4の使用方法を実行するために用いられる位置検査ユニット30Aの概略構成を示す裏面図である。位置検査ユニット30Aには、構造が同等の2つの撮像ユニット40,40Aを有する。位置検査ユニット30Aにおいて、撮像ユニット40,40Aのレチクル31がそれぞれ配置される位置は、検査対象となるウエハWに形成された半導体デバイスの位置に合わせられている。2カ所の半導体デバイスについて接触精度の合否判定を行うことにより、判定精度を高めることができる。なお、少なくとも一方の半導体デバイスについて接触精度が不合格となった場合には、位置精度検査装置100の第2の使用方法によるステージ11の位置補正を行う。

0074

なお、位置検査ユニット30Aでは、レチクル31を保持基板37の中心と外縁部に配置しているが、レチクル31の配置位置、つまり、ウエハWに形成された半導体デバイスの観察位置は、これに限定されるものではなく、任意の2カ所にレチクル31(観察位置)が配置されるように撮像ユニット40,40Aが保持基板37に保持された構成としてもよい。また、保持基板37に3つ以上の位置検査撮像ユニットを配置した構成としてもよい。

0075

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。例えば、基準ウエハを用いて、第1の使用方法を実施することにより、基準ウエハに針痕を残すことなく、ステージ11の座標精度やステージ11に対するウエハWのアライメント精度を検査することもできる。なお、基準ウエハは、プローバ10(図1,2参照)による電気的特性の検査対象となるウエハWと同等の半導体デバイスが形成され、形成された半導体デバイスの位置(座標)が既知のウエハである。

0076

30,30A位置検査ユニット
31レチクル
33撮像素子
40,40A撮像ユニット
61,62,63,64.65 図形
71,72,73,74,75電極パッド
100位置精度検査装置

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