JP2016072455A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【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との位置関係を解析する。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。
【選択図】図３

Description

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。

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。

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のプローブ針（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や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の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。

特開平７―２９７２４２号公報

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。

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。

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載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を解析する解析ステップと、を有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。

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。

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を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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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をコンピュータ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。

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。

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。

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。

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センサや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。

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。

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の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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の摩耗やがたつき、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (12)

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載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を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。
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。
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。
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を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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。