JP2019197771A - Prober device - Google Patents

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Abstract

To calibrate the positional deviation generated in a chuck to which one end of a linear member is fixed.SOLUTION: A prober device 100 includes an XY stage 5 fixed to a main body housing 80, a Z stage 30 moved by the XY stage 5, a chuck 50 moved by the Z stage 30, and an image sensor 60 disposed above the chuck 50, and further includes a pipe 70 having one end fixed to the main body housing 80 and the other end fixed to the chuck 50, and a control device 90 that calculates an approximate expression (excluding the primary expression) obtained by approximating the least squares of the relationship between the target position of the XY stage 5 and the position of the chuck 50 measured by the image sensor 60.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、プローバ装置に関する。   The present invention relates to a prober device.

プローバ装置は、半導体ウェハをXYZθ方向に移動させつつ、プローブを接触させて半導体ウェハの電気的特性を測定する装置である。特許文献2には、XYθステージ及び撮像素子を用いる位置決め制御装置が開示されている。この特許文献2の技術は、テーブルの上に載置した位置決め対象(部品)を静止中に撮像して、位置決めを行う第1の位置決めと、移動中に撮像し、位置決めする第2の位置決めとを行うものである。また、最小二乗法により補正パラメータの最適値を求めている。   The prober apparatus is an apparatus that measures the electrical characteristics of a semiconductor wafer by moving the semiconductor wafer in the XYZθ directions while bringing the probe into contact therewith. Patent Document 2 discloses a positioning control device that uses an XYθ stage and an image sensor. The technique of Patent Document 2 captures a positioning target (part) placed on a table while still and images the first positioning for positioning, and second positioning for imaging and positioning while moving. Is to do. Further, the optimum value of the correction parameter is obtained by the least square method.

特開2012−137961号公報(段落0092)JP 2012-137916 A (paragraph 0092)

ところで、XYZθステージの上に配設され、半導体ウェハを固定するチャックは、半導体ウェハの結露を防止するために、窒素ガスやDRY AIRを該半導体ウェハに向けて吹き付ける必要がある。このため、チャックには、ホース(例えば、フッ素樹脂パイプ)の一端が固定されていることが多い。また、チャックには、温度制御を行うヒータやペルチェ素子のケーブルが取り付けられている。このため、ホースやケーブル等の線状部材をチャックに取り付けたときに、線状部材の弾性力や弾性変位によって、チャックの位置ズレが生じてしまう。しかも、この位置ズレや弾性変位は、XYZθステージの移動量に応じて、変動するものである。   By the way, the chuck that is disposed on the XYZθ stage and fixes the semiconductor wafer needs to blow nitrogen gas or DRY AIR toward the semiconductor wafer in order to prevent condensation of the semiconductor wafer. For this reason, one end of a hose (for example, a fluororesin pipe) is often fixed to the chuck. Also, a heater and a Peltier element cable for temperature control are attached to the chuck. For this reason, when a linear member such as a hose or a cable is attached to the chuck, the chuck is displaced due to the elastic force or elastic displacement of the linear member. Moreover, this positional deviation and elastic displacement vary depending on the amount of movement of the XYZθ stage.

特許文献1に記載の技術は、剛体のXYθステージを前提にしたものである。このため、特許文献1に記載の技術では、XYθステージの上に取り付けたテーブル(チャック)に線状部材を取り付けたときに生じる位置ズレまで校正することができない。   The technique described in Patent Literature 1 is based on a rigid XYθ stage. For this reason, with the technique described in Patent Document 1, it is not possible to calibrate the positional deviation that occurs when the linear member is attached to the table (chuck) attached on the XYθ stage.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、線状部材の一端が固定されたチャックに生じる位置ズレを校正することができるプローバ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a prober device capable of calibrating a positional shift generated in a chuck to which one end of a linear member is fixed. .

前記目的を達成するために、本発明は、本体筐体(80)に固定されたXYステージ(5)と、前記XYステージにより移動させられるZステージ(30)と、前記Zステージにより移動させられるチャック(50)と、前記チャックの上方に配設される撮像素子(60)とを備えたプローバ装置(100)であって、一端が前記本体筐体に固定され、他端が前記チャックに固定された線状部材(例えば、パイプ70、ケーブル75)と、前記XYステージの目標位置と前記撮像素子で計測した前記チャックの位置との関係を最小二乗近似した近似式(1次式を除く)を演算する制御装置(90)と、を備えることを特徴とする。なお、括弧内の符号や文字は、実施形態において付した符号等であって、本発明を限定するものではない。   In order to achieve the object, the present invention is moved by an XY stage (5) fixed to a main body casing (80), a Z stage (30) moved by the XY stage, and the Z stage. A prober device (100) comprising a chuck (50) and an image sensor (60) disposed above the chuck, wherein one end is fixed to the main body housing and the other end is fixed to the chuck. Approximate expression (excluding linear expression) that approximates the least squares of the relationship between the linear member (for example, pipe 70, cable 75) and the target position of the XY stage and the position of the chuck measured by the image sensor. And a control device (90) for calculating. In addition, the code | symbol and character in a parenthesis are the code | symbol attached | subjected in embodiment, etc., Comprising: This invention is not limited.

本発明によれば、線状部材の一端が固定されたチャックに生じる位置ズレを校正することができる。   According to the present invention, it is possible to calibrate a positional deviation that occurs in a chuck to which one end of a linear member is fixed.

本発明の第1実施形態であるプローバの構成図である。It is a block diagram of the prober which is 1st Embodiment of this invention. 校正用マスクのパターン図である。It is a pattern figure of the mask for calibration. ステージ校正方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating a stage calibration method. 本発明の第1実施形態におけるX軸方向の校正曲線を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calibration curve of the X-axis direction in 1st Embodiment of this invention. 校正式を用いてステージ駆動する方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the method of driving a stage using a calibration formula. 本発明の第2実施形態におけるX軸方向の校正曲線を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calibration curve of the X-axis direction in 2nd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」と称する)につき詳細に説明する。なお、各図は、本実施形態を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings. In addition, each figure is only shown roughly to such an extent that this embodiment can fully be understood. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the common component and the same component, and those overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明の第1実施形態であるプローバ装置の構成図である。
プローバ装置100は、Xステージ10と、Yステージ20と、θステージ40と、Zステージ30と、ステージコントローラ45と、柱状部材55と、チャック50と、撮像素子としてのCCDカメラ60と、ホース70と、ケーブル75と、チャンバ85と、閉口部材86と、本体筐体80と、制御装置90と、窒素ボンベ95とを備えて構成される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a prober apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The prober apparatus 100 includes an X stage 10, a Y stage 20, a θ stage 40, a Z stage 30, a stage controller 45, a columnar member 55, a chuck 50, a CCD camera 60 as an image sensor, and a hose 70. A cable 75, a chamber 85, a closing member 86, a main body housing 80, a control device 90, and a nitrogen cylinder 95.

Xステージ10は、Yステージ20を上部に搭載し、Yステージ20をX軸方向に移動させるものである。Yステージ20は、θステージ40を上部に搭載し、θステージ40をY方向に移動させるものである。なお、Xステージ10及びYステージ20で、XYステージ5を構成する。θステージ40は、Zステージ30を上部に搭載し、Zステージ30をZ軸廻りに回転させるものである。Zステージ30は、柱状部材55を介してチャック50をZ方向に移動させるものである。   The X stage 10 has a Y stage 20 mounted on the top, and moves the Y stage 20 in the X-axis direction. The Y stage 20 mounts the θ stage 40 on the upper part and moves the θ stage 40 in the Y direction. The X stage 10 and the Y stage 20 constitute the XY stage 5. The θ stage 40 has the Z stage 30 mounted thereon and rotates the Z stage 30 around the Z axis. The Z stage 30 moves the chuck 50 in the Z direction via the columnar member 55.

Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30は、それぞれ、自身の制御位置を計測するリニアスケール15,25,35を内蔵している。ステージコントローラ45は、リニアスケール15,25,35の計測位置と制御装置90が設定する設定位置(目標位置)とが一致するように、Xステージ10と、Yステージ20と、θステージ40と、Zステージ30との位置を帰還制御する。これらの構成により、チャック50は、X,Y,Z,θ方向に移動させられる。   Each of the X stage 10, the Y stage 20, and the Z stage 30 incorporates linear scales 15, 25, and 35 that measure their control positions. The stage controller 45 includes the X stage 10, the Y stage 20, the θ stage 40, and the like so that the measurement positions of the linear scales 15, 25, and 35 coincide with the setting positions (target positions) set by the control device 90. The position of the Z stage 30 is feedback-controlled. With these configurations, the chuck 50 is moved in the X, Y, Z, and θ directions.

チャック50は、ステージ校正時には、校正用マスク110を固定し、電気的特性又は温度特性の測定時には、半導体ウェハ120を固定するものである。柱状部材55は、円柱形状であり、Zステージ30の移動距離よりも長く形成されている。なお、柱状部材55は、角柱でも構わない。チャンバ85の底板85aには、円形状の開口部81が形成されている。開口部81の径は、柱状部材55がXY方向に移動しても、柱状部材55の側面と当接しない大きさに設定されている。   The chuck 50 fixes the calibration mask 110 during stage calibration, and fixes the semiconductor wafer 120 during measurement of electrical characteristics or temperature characteristics. The columnar member 55 has a cylindrical shape and is formed longer than the moving distance of the Z stage 30. The columnar member 55 may be a prism. A circular opening 81 is formed in the bottom plate 85 a of the chamber 85. The diameter of the opening 81 is set to a size that does not contact the side surface of the columnar member 55 even when the columnar member 55 moves in the XY direction.

閉口部材86は、円帯状(円環状)の板材であり、チャンバ85の底板85aの上面に載置され、開口部81を閉口する。但し、閉口部材86の内径は、柱状部材55の径よりも若干大きくなっている。これにより、閉口部材86は、柱状部材55が上下方向に移動しても、自重でチャンバ85の底板85aに当接する。なお、チャンバ85は、窒素やDRY AIRが充満する空間を形成し、半導体ウェハの結露を防止するものである。チャンバ85は、真空チャンバではないので、閉口部材86と柱状部材55との間の隙間からの窒素やDRY AIRの漏れを問題としない。   The closing member 86 is a circular (annular) plate material, is placed on the upper surface of the bottom plate 85 a of the chamber 85, and closes the opening 81. However, the inner diameter of the closing member 86 is slightly larger than the diameter of the columnar member 55. Thereby, even if the columnar member 55 moves in the vertical direction, the closing member 86 abuts on the bottom plate 85a of the chamber 85 by its own weight. The chamber 85 forms a space filled with nitrogen and DRY AIR to prevent dew condensation on the semiconductor wafer. Since the chamber 85 is not a vacuum chamber, leakage of nitrogen and DRY AIR from the gap between the closing member 86 and the columnar member 55 does not matter.

チャック50とチャンバ85の側板85bとの間には、線状部材としてのホース70が設けられている。ホース70には、半導体ウェハ120に吹き付ける窒素やDRY AIRが供給される。ホース70は、フッ素樹脂パイプ(テフロン(登録商標)パイプ)であり、硬く、屈曲性が低い。また、チャック50とチャンバ85の側板85cとの間には、線状部材としてのケーブル75が設けられている。ケーブル75は、図示しないヒータやペルチェ素子に通電するものである。また、ケーブル75は、半導体ウェハ120の電気特性を計測するプローブと計測器(図示せず)とを接続するものでもある。   A hose 70 as a linear member is provided between the chuck 50 and the side plate 85 b of the chamber 85. The hose 70 is supplied with nitrogen or DRY AIR sprayed onto the semiconductor wafer 120. The hose 70 is a fluororesin pipe (Teflon (registered trademark) pipe), is hard, and has low flexibility. A cable 75 as a linear member is provided between the chuck 50 and the side plate 85 c of the chamber 85. The cable 75 energizes a heater and a Peltier element (not shown). The cable 75 also connects a probe that measures the electrical characteristics of the semiconductor wafer 120 and a measuring instrument (not shown).

また、チャンバ85及びXステージ10は、本体筐体80に固定されている。このため、ホース70及びケーブル75の取付時の撓みにより、チャック50は、ホース70及びケーブル75の復元力を受ける。また、ホース70及びケーブル75の屈曲状態により、チャック50が受ける復元力の方向や大きさが異なる。   The chamber 85 and the X stage 10 are fixed to the main body housing 80. For this reason, the chuck 50 receives the restoring force of the hose 70 and the cable 75 due to the bending when the hose 70 and the cable 75 are attached. Further, the direction and magnitude of the restoring force received by the chuck 50 differ depending on the bent state of the hose 70 and the cable 75.

また、チャック50とXYステージ5との間には、θステージ40、Zステージ30及び柱状部材55が介挿されている。つまり、チャック50は、XYステージ5に対して、Z方向に高く配設されている。このため、チャック50は、傾倒し、X軸方向又はY軸方向に位置ズレする。したがって、チャック50の位置は、Xステージ10、Yステージ20が備えるリニアスケール15,25の測定位置とは異なる。   Further, a θ stage 40, a Z stage 30 and a columnar member 55 are interposed between the chuck 50 and the XY stage 5. That is, the chuck 50 is disposed higher in the Z direction than the XY stage 5. For this reason, the chuck 50 tilts and is displaced in the X-axis direction or the Y-axis direction. Therefore, the position of the chuck 50 is different from the measurement positions of the linear scales 15 and 25 provided in the X stage 10 and the Y stage 20.

なお、図1では、Yステージ20、Zステージ30、θステージ40及びチャック50がX軸方向に微小変位した状態を破線で示している。また、図1には、チャック50の変位量をΔXで示している。さらに、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30及びθステージ40の何れかのステージの移動により、ホース70及びケーブル75の反発力が変化し、チャック50の変位量(ΔX,ΔY,ΔZ)も変動する。   In FIG. 1, the Y stage 20, the Z stage 30, the θ stage 40, and the chuck 50 are shown by broken lines in a state where they are slightly displaced in the X-axis direction. In FIG. 1, the amount of displacement of the chuck 50 is indicated by ΔX. Furthermore, the repulsive force of the hose 70 and the cable 75 changes due to the movement of any one of the X stage 10, the Y stage 20, the Z stage 30, and the θ stage 40, and the displacement amount (ΔX, ΔY, ΔZ) of the chuck 50 Also fluctuate.

CCDカメラ60は、XYステージ5の中心の上方であって、チャンバ85の上板85dの下部に設けられている。これにより、CCDカメラ60は、チャック50に固定された校正用マスク110の一部を拡大して撮像する撮像素子である。   The CCD camera 60 is provided above the center of the XY stage 5 and below the upper plate 85d of the chamber 85. As a result, the CCD camera 60 is an image sensor that enlarges and images a part of the calibration mask 110 fixed to the chuck 50.

制御装置90は、PC(Personal Computer)であり、CPU(Central Processing Unit)がプログラムを実行することにより、図示しない位置制御部と画像計測部との機能を実現する。位置制御部は、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30、及びθステージ40を駆動するステージコントローラ45を制御する。画像計測部は、CCDカメラ60の撮像画像を用いて、チャック50の位置(画像計測位置)を計測する。   The control device 90 is a PC (Personal Computer), and realizes functions of a position control unit and an image measurement unit (not shown) when a CPU (Central Processing Unit) executes a program. The position control unit controls a stage controller 45 that drives the X stage 10, the Y stage 20, the Z stage 30, and the θ stage 40. The image measurement unit measures the position of the chuck 50 (image measurement position) using the image captured by the CCD camera 60.

また、制御装置90は、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30、及びθステージ40を移動させつつ、チャック50に生じる微小変位(例えば、ΔX)を計測し、ステージの校正を行う。また、制御装置90は、校正時に、チャック50の位置(画像計測位置)や微小変位を示す画像を表示装置(図示せず)に表示させる。なお、制御装置90と窒素ボンベ95とは、本体筐体80の外部に配置されている。   Further, the control device 90 measures a minute displacement (for example, ΔX) generated in the chuck 50 while moving the X stage 10, the Y stage 20, the Z stage 30, and the θ stage 40, and calibrates the stage. Further, the control device 90 displays an image indicating the position of the chuck 50 (image measurement position) and a minute displacement on a display device (not shown) at the time of calibration. Note that the control device 90 and the nitrogen cylinder 95 are disposed outside the main body housing 80.

図2は、校正用マスクのパターン図である。
校正用マスク110は、石英ガラスに酸化クロムのパターンを転写したものである。校正用マスク110のパターンは、平行且つ等間隔な複数の直線を縦横に配列したものであり、縦横一つづつの直線が中心点O(0,0)を通っている。校正用マスク110の中心点Oは、チャック50の位置を評価するためのものである。なお、方眼の間隔Dは、CCDカメラ60の撮像範囲(一点鎖線)よりも狭い。つまり、CCDカメラ60は、複数回の撮像で、全範囲を撮像する。
FIG. 2 is a pattern diagram of the calibration mask.
The calibration mask 110 is obtained by transferring a chromium oxide pattern onto quartz glass. The pattern of the calibration mask 110 is a pattern in which a plurality of parallel and equally spaced straight lines are arranged vertically and horizontally, and each straight line passes through the center point O (0, 0). The center point O of the calibration mask 110 is for evaluating the position of the chuck 50. Note that the grid interval D is narrower than the imaging range (dashed line) of the CCD camera 60. That is, the CCD camera 60 captures the entire range by performing multiple imaging.

図3は、ステージの校正方法を説明するためのフローチャートである。
このルーチンは、校正作業者が校正用マスク110をチャック50に固定し、制御装置90に格納されている校正用プログラムを起動したときに起動する。
FIG. 3 is a flowchart for explaining a stage calibration method.
This routine is activated when the calibration operator fixes the calibration mask 110 to the chuck 50 and activates the calibration program stored in the control device 90.

制御装置90は、CCDカメラ60の撮像画像を画像処理し、校正用マスク110の中心点Oを画像計測基準点に設定する(S11)。S11の処理後、制御装置90は、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30を所定のピッチで移動させる(S12)。このとき、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30の設定位置が記憶部に記憶される。S12の処理後、制御装置90は、校正用マスク110の交点位置(初回は、中心点O)を画像計測し(S13)、交点の座標を記憶部に格納する。   The control device 90 performs image processing on the image captured by the CCD camera 60, and sets the center point O of the calibration mask 110 as an image measurement reference point (S11). After the process of S11, the control device 90 moves the X stage 10, the Y stage 20, and the Z stage 30 at a predetermined pitch (S12). At this time, the setting positions of the X stage 10, the Y stage 20, and the Z stage 30 are stored in the storage unit. After the processing of S12, the control device 90 measures the image of the intersection position (first time, the center point O) of the calibration mask 110 (S13), and stores the coordinates of the intersection in the storage unit.

S13の処理後、制御装置90は、校正用マスク110の交点を追尾し、追尾した交点が撮像範囲内(画像計測範囲内)か否か判定する(S14)。追尾した交点が撮像範囲内であれば(S14で範囲内)、制御装置90は、交点の座標を記憶する(S16)。一方、追尾した交点が撮像範囲外に出たときには(S14で範囲外)、校正用マスク110の他の交点(例えば、座標(1,0)の交点)が撮像範囲内(画像計測範囲内)に入っている。この場合、制御装置90は、他の交点の座標を校正用マスクの方眼間隔Dで加算(例えば、X方向にシフト)し(S15)、加算した他の交点の座標(画像計測位置)を記憶する(S16)。   After the process of S13, the control device 90 tracks the intersection of the calibration mask 110 and determines whether the tracked intersection is within the imaging range (image measurement range) (S14). If the tracked intersection is within the imaging range (within S14), the control device 90 stores the coordinates of the intersection (S16). On the other hand, when the tracked intersection is out of the imaging range (out of range in S14), another intersection of the calibration mask 110 (for example, the intersection of coordinates (1, 0)) is within the imaging range (within the image measurement range). In. In this case, the control device 90 adds the coordinates of the other intersection at the grid interval D of the calibration mask (for example, shifts in the X direction) (S15), and stores the added coordinates of the other intersection (image measurement position). (S16).

S16の処理後、制御装置90は、XYZステージの設定位置が仕様範囲内(最大移動範囲内)であるか否か判定する(S17)。仕様範囲内であれば(S17で範囲内)、制御装置90は、処理をS12に戻し、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30を所定のピッチで移動させる(S12)。一方、仕様範囲外になれば(S17で範囲外)、制御装置90は、XYZステージの設定位置Xsに対する画像計測位置Xmを最小二乗近似する(S18)。つまり、制御装置90は、画像計測位置(例えば、X軸)を下記のようなn次式(但し、1次式を除く。)で最小二乗近似する。
f(Xs)=a+aXs+aXs+aXs+・・・・・ (1)
そして、近似式f(Xs)の係数a,a,a,a,・・・を記憶部に一時記憶する。
After the process of S16, the control device 90 determines whether or not the set position of the XYZ stage is within the specification range (within the maximum movement range) (S17). If within the specification range (within the range in S17), the control device 90 returns the process to S12 and moves the X stage 10, the Y stage 20, and the Z stage 30 at a predetermined pitch (S12). On the other hand, if it falls outside the specification range (out of range in S17), the control device 90 approximates the image measurement position Xm with respect to the set position Xs of the XYZ stage by least squares (S18). That is, the control device 90 approximates the image measurement position (for example, the X axis) with the following nth order equation (however, excluding the first order equation) as a least square.
f (Xs) = a 0 + a 1 Xs + a 2 Xs 2 + a 3 Xs 3 + (1)
Then, the coefficients a 0 , a 1 , a 2 , a 3 ,... Of the approximate expression f (Xs) are temporarily stored in the storage unit.

なお、S11で、校正用マスク110の中心点Oを画像計測基準点に設定している。このため、ホース70及びケーブル75をチャック50に取り付けた取付時に生じる中心点Oの位置ズレはゼロと見なされる。   In S11, the center point O of the calibration mask 110 is set as the image measurement reference point. For this reason, the positional deviation of the center point O generated when the hose 70 and the cable 75 are attached to the chuck 50 is regarded as zero.

図4は、本発明の第1実施形態におけるX軸方向の校正曲線を説明するための図である。
横軸は、S12で記憶されたXステージ10の設定位置Xsである。縦軸は、S16で記憶された校正用マスク110の交点のX座標(画像計測位置)Xmである。破線は、ステージ移動量と校正用マスクの位置とが一致(比例)する理想直線である。実線は、校正用マスク110の交点の計測値をn次式(例えば、2次式)で最小二乗近似した近似式である。図4では、実線と破線との差分(微小変位ΔX:ズレ量)がXステージ10の設定位置に応じて変動している。
FIG. 4 is a diagram for explaining a calibration curve in the X-axis direction in the first embodiment of the present invention.
The horizontal axis is the set position Xs of the X stage 10 stored in S12. The vertical axis represents the X coordinate (image measurement position) Xm of the intersection of the calibration mask 110 stored in S16. The broken line is an ideal straight line where the stage movement amount and the position of the calibration mask match (proportional). The solid line is an approximate expression obtained by approximating the measured value of the intersection point of the calibration mask 110 with a least square approximation by an nth order expression (for example, a quadratic expression). In FIG. 4, the difference (small displacement ΔX: deviation amount) between the solid line and the broken line varies depending on the set position of the X stage 10.

この近似式f(Xs)は、Xステージ10の設定位置Xsと校正用マスク110の交点の画像計測位置Xmとの関係を示したものである。近似式f(Xs)は、原点を通る傾き1の直線なので、
f(Xs)=Xs+aXs+aXs+・・・・・ (2)
となる。また、図4に示す近似式f(Xs)は、単調増加(df(Xs)/dXs>0)の条件を付している。これにより、校正用マスク110の中心点Oを目標位置(画像計測位置Xm)としたとき、2つのXステージ10の設定位置Xsが出てくることを防いでいる。
This approximate expression f (Xs) shows the relationship between the set position Xs of the X stage 10 and the image measurement position Xm at the intersection of the calibration mask 110. Since the approximate expression f (Xs) is a straight line having an inclination of 1 passing through the origin,
f (Xs) = Xs + a 2 Xs 2 + a 3 Xs 3 + (2)
It becomes. Further, the approximate expression f (Xs) shown in FIG. 4 has a condition of monotonic increase (df (Xs) / dXs> 0). As a result, when the center point O of the calibration mask 110 is set as the target position (image measurement position Xm), the two set positions Xs of the X stage 10 are prevented from appearing.

次に、制御装置90は、Xステージ10の設定位置Xsにおけるズレ量ΔXを最小二乗近似する。つまり、制御装置90は、設定位置Xsとズレ量ΔX=(f(Xs)−Xs)との関係を示す校正式の係数b,b,b,b,・・・を演算する。
ΔX(Xs)=b+bXs+bXs+bXs+・・・・ (3)
Next, the control device 90 approximates the deviation amount ΔX at the set position Xs of the X stage 10 by least squares. That is, the control device 90 calculates the coefficients b 0 , b 1 , b 2 , b 3 ,... Of the calibration formula indicating the relationship between the set position Xs and the deviation amount ΔX = (f (Xs) −Xs). .
ΔX (Xs) = b 0 + b 1 Xs + b 2 Xs 2 + b 3 Xs 3 +... (3)

なお、最小二乗近似は、ステージを移動させる全区間をn次式(n:2以上の整数)で近似させても構わないし、移動平均させても構わない。また、図4の計測値や校正曲線は、校正時に、制御装置90が表示部に表示させても構わない。   In the least-square approximation, all sections in which the stage is moved may be approximated by an nth-order equation (n: an integer equal to or greater than 2), or may be a moving average. 4 may be displayed on the display unit by the control device 90 at the time of calibration.

図3のフローチャートの説明に戻り、S18の処理後、制御装置90は、校正用マスク110の交点を画像計測した画像計測位置の各々と近似式の値とを差分演算し(S19)、差分値(残差)がプローバ位置精度の保証範囲内か否か判定する(S20)。精度保証範囲内であれば(S20で範囲内)、制御装置90は、(3)式で求めた校正式ΔX(Xs)の係数b,b,b,b,・・・をファイル出力する(S21)。このとき、(1)式で求めた近似式f(Xs)の係数a,a,a,a,・・・をファイル出力しても構わない。 Returning to the description of the flowchart of FIG. 3, after the processing of S <b> 18, the control device 90 calculates a difference between each of the image measurement positions where the intersection of the calibration mask 110 is imaged and the value of the approximate expression (S <b> 19). It is determined whether (residual) is within a guaranteed range of prober position accuracy (S20). If within the accuracy guarantee range (within the range in S20), the control device 90 calculates the coefficients b 0 , b 1 , b 2 , b 3 ,... Of the calibration equation ΔX (Xs) obtained by the equation (3). A file is output (S21). At this time, the coefficients a 0 , a 1 , a 2 , a 3 ,... Of the approximate expression f (Xs) obtained by the expression (1) may be output as a file.

一方、保証範囲外であれば(S20で範囲外)、制御装置90は、ピッチ間隔を変化させて(S22)、残差を小さくする。S22の処理後、制御装置90は、ステージの設定位置を初期状態に戻してから(S23)、処理をS12に戻し、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30を所定のピッチで移動させる。   On the other hand, if it is out of the guaranteed range (out of range in S20), the control device 90 changes the pitch interval (S22) to reduce the residual. After the process of S22, the control device 90 returns the set position of the stage to the initial state (S23), returns the process to S12, and moves the X stage 10, the Y stage 20, and the Z stage 30 at a predetermined pitch.

図5は、校正式を用いてステージ駆動する方法を説明するためのフローチャートである。このルーチン(S30)は、チャック50(図1)に半導体ウェハ120を固定し、電気的特性や温度特性を測定する場合であって、ステージを駆動する毎に起動する。また、このときには、予め、S21(図4)でファイル出力された校正式ΔX(Xs)の係数b,b,b,b,・・・が読み込まれており、ステージの目標位置(設定位置)が決定されているものとする。 FIG. 5 is a flowchart for explaining a method of stage driving using a calibration formula. This routine (S30) is a case where the semiconductor wafer 120 is fixed to the chuck 50 (FIG. 1) and the electrical characteristics and temperature characteristics are measured, and is activated every time the stage is driven. At this time, the coefficients b 0 , b 1 , b 2 , b 3 ,... Of the calibration equation ΔX (Xs) output in the file in S21 (FIG. 4) are read in advance, and the target position of the stage Assume that (setting position) has been determined.

制御装置90は、ファイルに格納された校正式の係数b,b,b,b,・・・を用いて、画像計測位置Xs(目標値)におけるズレ量ΔX(Xs)を演算する(S31)。S31の後、目標値Xsにズレ量ΔX(Xs)を減算して、ステージ設定値Xsを演算する(S32)。S32の後、制御装置90は、ステージ設定値Xsをステージコントローラ45に出力し、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30を駆動する(S33)。 The control device 90 calculates the shift amount ΔX (Xs) at the image measurement position Xs (target value) using the coefficients b 0 , b 1 , b 2 , b 3 ,... Stored in the file. (S31). After S31, the stage set value Xs is calculated by subtracting the deviation amount ΔX (Xs) from the target value Xs (S32). After S32, the control device 90 outputs the stage set value Xs to the stage controller 45, and drives the X stage 10, the Y stage 20, and the Z stage 30 (S33).

また、(1)式(近似式f(Xs))の増加・減少がある場合は、予め、極大点をファイルに格納しておき、Xステージ10の設定位置Xsが極大点から増加するときか、減少するときかの判定を行う。   When there is an increase / decrease in the expression (1) (approximate expression f (Xs)), the maximum point is stored in the file in advance, and the setting position Xs of the X stage 10 increases from the maximum point. Determine whether to decrease.

以上説明したように、プローバ装置100においては、線状部材としてのホース70、及びケーブル75がチャック50と本体筐体80との間に取り付けられている。このため、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30を移動すると、チャック50は、ホース70及びケーブル75の復元力によって、位置ズレを起こす。プローバ装置100は、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30を移動しつつ、チャック50に固定された校正用マスク110に形成された十字線の画像を撮像する。   As described above, in the prober device 100, the hose 70 and the cable 75 as linear members are attached between the chuck 50 and the main body housing 80. For this reason, when the X stage 10, the Y stage 20, and the Z stage 30 are moved, the chuck 50 is displaced due to the restoring force of the hose 70 and the cable 75. The prober apparatus 100 captures an image of a cross line formed on the calibration mask 110 fixed to the chuck 50 while moving the X stage 10, the Y stage 20, and the Z stage 30.

制御装置90は、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30の設定位置(目標位置)に対する画像計測した十字線の位置(画像計測位置)をn次式(n:2以上の整数)で最小二乗近似する。制御装置90は、画像計測位置と最小二乗近似した校正式との差分が精度保証範囲内になるまで、ピッチ間隔を変化させる。制御装置90は、精度保証範囲内になった近似式f(Xs)や校正式ΔX(Xs)をファイルに格納する。   The control device 90 minimizes the position of the crosshair (image measurement position) obtained by image measurement with respect to the set position (target position) of the X stage 10, Y stage 20, and Z stage 30 by an nth-order equation (n: integer of 2 or more). Approximate square. The control device 90 changes the pitch interval until the difference between the image measurement position and the calibration formula approximated by the least square is within the accuracy guarantee range. The control device 90 stores the approximate expression f (Xs) and the calibration expression ΔX (Xs) within the accuracy guarantee range in a file.

プローバ装置100は、読み出した校正式で補正し、補正した設定位置(目標位置)で、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30を位置制御する。これにより、Xステージ10、Yステージ20、Zステージ30の設定位置を変えたときに生じる弾性変位(位置ズレ)を補正することができる。   The prober apparatus 100 corrects by the read calibration formula, and controls the position of the X stage 10, the Y stage 20, and the Z stage 30 at the corrected set position (target position). As a result, it is possible to correct the elastic displacement (positional deviation) that occurs when the set positions of the X stage 10, Y stage 20, and Z stage 30 are changed.

(第2実施形態)
前記第1実施形態では、n次式(例えば、2次式)を用いて、ステージ移動量の全範囲を近似式で校正したが、ズレ量が点対称になる様な特別な場合は簡易的に校正することができる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the entire range of the stage movement amount is calibrated by an approximate expression using an nth-order expression (for example, a second-order expression), but it is simple in a special case where the deviation amount is point-symmetric. Can be calibrated.

図6は、本発明の第2実施形態におけるX軸方向の校正曲線を説明するための図である。
図4と同様に、図6の横軸は、ステージ移動量であり、縦軸は、CCDカメラ60で撮像したマスク位置である。破線は、ステージ移動量と校正用マスク110の位置とが一致(比例)する理想直線である。実線は、校正用マスク110の交点座標の軌跡である。実線と破線との差分がチャック50に生じた微小変位ΔXである。
FIG. 6 is a diagram for explaining a calibration curve in the X-axis direction in the second embodiment of the present invention.
As in FIG. 4, the horizontal axis in FIG. 6 is the stage movement amount, and the vertical axis is the mask position imaged by the CCD camera 60. The broken line is an ideal straight line where the stage movement amount and the position of the calibration mask 110 coincide (proportional). A solid line is a locus of intersection coordinates of the calibration mask 110. A difference between the solid line and the broken line is a minute displacement ΔX generated in the chuck 50.

図6では、微小変位ΔXがP点を中心に点対称のようになっている。つまり、画像計測位置Xmを近似する近似式f(Xs)は、ステージ移動量の3次式で近似することができる。また、P点を基準にステージ移動量Xを減少する減少時と増加する増加時とで、微小変位ΔXが逆方向になっている。このため、P点を基準に減少時と増加時との何れか一方を2次近似すれば、他方も近似することができる。   In FIG. 6, the minute displacement ΔX is point-symmetric about the point P. That is, the approximate expression f (Xs) that approximates the image measurement position Xm can be approximated by a cubic expression of the stage movement amount. Further, the minute displacement ΔX is in the opposite direction between when the stage movement amount X is decreased and when it is increased with reference to the point P. For this reason, if any one of the decrease time and the increase time is quadratic approximated with respect to the point P, the other can also be approximated.

また、前記第1実施形態と同様に、近似式f(Xs)に対して、単調増加(df(Xs)/dXs>0)の条件を付している。   Similarly to the first embodiment, a condition for monotonically increasing (df (Xs) / dXs> 0) is attached to the approximate expression f (Xs).

(変形例)
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
(1)前記実施形態のXステージ10、Yステージ20、Zステージ30は、それぞれ、リニアスケール15,25,35を内蔵し、計測位置と目標位置とが一致するように帰還制御されていた。ステッピングモータを用いて、ステージ位置をオープンループ制御しても構わない。
(2)前記実施形態のステージ装置100は、Xステージ10及びYステージ20と、Zステージ30との間に、θステージ40及び柱状部材55を介挿していたが、柱状部材55は無くても構わない。また、前記実施形態では、校正用マスク110を用いていたが、例えば、チャック50にマーク(目印)やスケールを付し、CCDカメラ60がマークやスケールを撮像して、チャック50の位置を画像計測しても構わない。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications such as the following are possible, for example.
(1) The X stage 10, the Y stage 20, and the Z stage 30 of the above embodiment incorporate linear scales 15, 25, and 35, respectively, and are feedback controlled so that the measurement position and the target position coincide. A stepping motor may be used to perform open-loop control of the stage position.
(2) In the stage apparatus 100 of the above-described embodiment, the θ stage 40 and the columnar member 55 are interposed between the X stage 10 and the Y stage 20 and the Z stage 30, but the columnar member 55 is not necessary. I do not care. In the above-described embodiment, the calibration mask 110 is used. For example, a mark (mark) or a scale is attached to the chuck 50, and the CCD camera 60 images the mark or scale so that the position of the chuck 50 is imaged. You can measure.

5 XYステージ
10 Xステージ
20 Yステージ
30 Zステージ
40 θステージ
50 チャック
55 柱状部材
60 CCDカメラ(撮像素子)
70 ホース(線状部材)
75 ケーブル(線状部材)
80 本体筐体
81 開口部
85 チャンバ
85a 底板(底部)
86 閉口部材
90 制御装置
95 窒素ボンベ
100 プローバ装置
110 校正用マスク
120 半導体ウェハ
5 XY stage 10 X stage 20 Y stage 30 Z stage 40 θ stage 50 Chuck 55 Columnar member 60 CCD camera (imaging device)
70 Hose (Linear member)
75 Cable (Linear member)
80 Body casing 81 Opening 85 Chamber 85a Bottom plate (bottom)
86 Closing member 90 Control device 95 Nitrogen cylinder 100 Prober device 110 Calibration mask 120 Semiconductor wafer

Claims (5)

本体筐体に固定されたXYステージと、
前記XYステージにより移動させられるZステージと、
前記Zステージにより移動させられるチャックと、
前記チャックの上方に配設される撮像素子とを備えたプローバ装置であって、
一端が前記本体筐体に固定され、他端が前記チャックに固定された線状部材と、
前記XYステージの第1目標位置と前記撮像素子で計測した前記チャックの位置との関係を最小二乗近似した近似式(1次式を除く)を演算する制御装置と、
を備えることを特徴とするプローバ装置。
An XY stage fixed to the main body housing;
A Z stage moved by the XY stage;
A chuck moved by the Z stage;
A prober device comprising an image sensor disposed above the chuck,
A linear member having one end fixed to the body housing and the other end fixed to the chuck;
A control device for calculating an approximate expression (excluding the linear expression) that approximates the least squares of the relationship between the first target position of the XY stage and the position of the chuck measured by the image sensor;
A prober device comprising:
請求項1に記載のプローバ装置であって、
前記制御装置は、前記撮像素子が出力する校正用マスクの撮像画像を用いて、該校正用マスクの基準点の位置を画像計測し、前記チャックの位置を求める
ことを特徴とするプローバ装置。
The prober device according to claim 1,
The prober device characterized in that the control device measures the position of the reference point of the calibration mask using the captured image of the calibration mask output from the imaging device to obtain the position of the chuck.
請求項2に記載のプローバ装置であって、
前記制御装置は、前記近似式と前記第1目標位置との差分と、前記第1目標位置との関係をファイルに格納する
ことを特徴とするプローバ装置。
The prober device according to claim 2,
The prober device, wherein the control device stores a relationship between the difference between the approximate expression and the first target position and the first target position in a file.
請求項3に記載のプローバ装置であって、
前記ファイルに格納された関係を用いて校正した第2目標位置で、前記XYステージ及び前記Zステージを位置制御する
ことを特徴とするプローバ装置。
The prober device according to claim 3,
A prober apparatus that controls the position of the XY stage and the Z stage at a second target position calibrated using the relationship stored in the file.
請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載のプローバ装置であって、
前記チャックと前記Zステージとの間に介挿される柱状部材をさらに備え、
前記柱状部材の長さは、前記Zステージの移動距離よりも長い
ことを特徴とするプローバ装置。
A prober device according to any one of claims 1 to 4, wherein
A columnar member inserted between the chuck and the Z stage;
The prober apparatus characterized in that a length of the columnar member is longer than a moving distance of the Z stage.
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