JP2020004879A

JP2020004879A - 試料位置決め装置

Info

Publication number: JP2020004879A
Application number: JP2018123797A
Authority: JP
Inventors: 啓順北田; Haruyori Kitada
Original assignee: Daitron Co Ltd
Current assignee: Daitron Co Ltd
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2020-01-09

Abstract

【課題】試料を正しい位置に配置することを可能とする試料位置決め装置を提供する。【解決手段】試料が載せ置かれ、独立して移動可能な試料ステージ１４と、試料２００を試料ステージ１４上に搬送して載せ置くチップ供給ユニット２０と、試料ステージ１４に載せ置かれる前に試料の画像を撮像する撮像部２２とを備え、撮像部２２において撮像された画像から試料２００の姿勢を求め、姿勢に応じて試料ステージ１４を移動させて試料の位置決めを行ったうえでチップ供給ユニット２０を用いて試料２００を試料ステージ１４上に載せ置く検査装置１００とする。【選択図】図１

Description

本発明は、試料位置決め装置に関する。

半導体チップ等の電子素子の検査を行う場合、測定台上において検査体となる半導体チップを正しい位置に位置決めする必要がある。例えば、半導体チップに対してプローブを接触させて電気特性を測定する場合、プローブの先端を半導体チップに設けられた電極に正しく接触させるように半導体チップの位置を決める必要がある。

検査体を作業面上において位置決めする技術として、位置規制板を動かして検査体の縁を位置規制板の枠に沿うようにすることで検査体を正しい位置に定める技術が開示されている（特許文献１，２）。

また、トレイに載置された半導体チップを光学装置によって撮像し、所定の位置とのずれ量を画像処理によって検出し、ずれ量に応じてトレイの位置を制御して半導体チップの位置を決定する技術が開示されている（特許文献３）。また、検査対象である半導体チップの近傍にモニタチップを配置し、モニタチップの位置を画像処理によって検出することによって検査対象である半導体チップの位置を検出する技術が開示されている（特許文献４）。

また、予備認識ステージに載置された電子部品を撮像装置によって撮像して得られる位置データに基づいて角錐コレットの位置を修正し、位置修正された角錐コレットによって電子部品をピックアップして搭載ステージ上に位置決めして載せ置く技術が開示されている（特許文献５）。

特開平１１−３５１８５４号公報特開２００２−７１３３７号公報特開昭６１−４４３０４号公報特開平７−１３０８２３号公報特開２００２−３６８４９３号公報

ところで、規制爪や位置規制板を半導体チップの縁に接触させて位置決めする構成では、検査体の外形の大きさや形状に応じて位置決めの再現性が低下するおそれがある。また、検査体に応じて規制爪や位置規制板を変更する必要があり、検査における作業が煩雑になる。

また、規制爪や位置規制板との接触による半導体チップの割れや欠けが発生するおそれがある。さらに、接触による破片等の飛散により、検査装置が汚染されてしまうおそれがある。また、ステージ上で半導体チップを動かすことによって、ステージが摩耗したり、半導体チップに傷が生じたりするおそれもある。

また、検査体の位置を定めた後にプローブ等の接触により位置がずれてしまった場合、その位置ずれの補正ができないという問題がある。

本発明の１つの態様は、試料が載せ置かれ、独立して移動可能な試料ステージと、試料を前記試料ステージ上に搬送して載せ置く搬送部と、前記試料ステージに載せ置かれる前に試料の画像を撮像する第１撮像部と、を備え、前記第１撮像部において撮像された前記画像から試料の姿勢を求め、当該姿勢に応じて前記試料ステージを移動させて試料の位置決めを行ったうえで前記搬送部を用いて試料を前記試料ステージ上に載せ置くことを特徴とする試料位置決め装置である。

ここで、試料の特性を測定するための特性検査部をさらに備え、前記特性検査部は、前記試料ステージを移動させて試料の位置決めを行ったうえで前記試料ステージに載せ置かれた試料を測定することが好適である。

また、さらに、前記試料ステージに載せ置かれた後、前記特性検査部を用いた測定の前に試料の画像を撮像する第２撮像部を備え、前記第２撮像部において撮像された前記画像から試料の姿勢を求め、当該姿勢に応じて前記試料ステージを移動させて試料の位置決めを行ったうえで前記特性検査部を用いて試料の検査を行うことが好適である。

また、前記試料ステージを複数備え、前記特性検査部及び前記第２撮像部が前記試料ステージ毎にそれぞれ設けられていることが好適である。

また、さらに、前記試料ステージとは独立に移動可能なテーブルを備え、前記試料ステージは、前記テーブル上に配置されていることが好適である。

また、前記テーブルは、前記試料ステージを回転軸周りに旋回させる回転テーブルであることが好適である。

また、前記試料ステージは、試料の載置面に対して垂直な回転軸及び平行な少なくとも１つの移動軸について移動可能であることが好適である。

また、前記搬送部は、前記試料ステージの載置面に対して平行な少なくとも１つの移動軸について試料を移動させることが好適である。

また、前記試料ステージは、温度調整手段を備えることが好適である。

また、前記試料ステージを移動させるためのモータ及びドライバは前記テーブルに配置されていることが好適である。

本発明によれば、試料の破損を抑制しつつ、試料を正しい位置に配置することを可能とする試料位置決め装置を提供することができる。

本発明の実施の形態における試料位置決め装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態における試料の位置決め処理を説明する図である。本発明の実施の形態における試料の撮像画像の例を示す図である。

本発明の実施の形態における検査装置１００は、図１の平面図に示すように、支持台１０、テーブル１２、試料ステージ１４（１４ａ〜１４ｆ）、撮像部（第２撮像部）１６（１６ａ〜１６ｆ）、特性検査部１８（１８ａ〜１８ｄ）、チップ供給ユニット２０、撮像部（第１撮像部）２２及び制御部２４を含んで構成される。

支持台１０は、検査装置１００のテーブル１２、試料ステージ１４及び撮像部１６を装備するための台である。支持台１０は、これらの構成要素を機械的に支持できるような強度を有する材料で構成される。

テーブル１２は、支持台１０の上面に配置され、試料ステージ１４が載置される平板上の構成要素を含む。テーブル１２は、支持台１０の周囲に配置された撮像部１６及び特性検査部１８に対して試料ステージ１４を相対的に移動させるための駆動手段を備える。すなわち、テーブル１２は、後述する試料ステージ１４の駆動機構とは独立した駆動機構を備える。本実施の形態では、テーブル１２は中心軸（Ｚ軸）を回転軸として回転する円盤状の回転テーブルとされている。

試料ステージ１４は、試料２００を載せ置くためのステージである。検査装置１００では、６つの試料ステージ１４ａ〜１４ｆがテーブル１２の周方向に沿って６０°毎の等間隔に配置された例を示している。ただし、試料ステージ１４の個数は、これに限定されるものではなく、検査項目に応じて増減させてもよい。

試料ステージ１４は、図２に示すように、半導体チップ等の特性検査の対象物である試料２００を載せ置くステージ本体３０を備える。ステージ本体３０は、試料２００を載せ置くための平坦な上面３０ａを有する。試料ステージ１４は、上面３０ａに載せ置かれた試料２００をステージ本体３０に固定できる手段、例えば、真空チャック手段を備えることが好適である。

また、試料ステージ１４は、テーブル１２及び特性検査部１８に対してステージ本体３０を相対的に移動させるためのステージ駆動手段を備える。試料ステージ１４は、ステージを複数の軸方向に沿って駆動できることが好ましい。本実施の形態では、図２に示すように、試料ステージ１４ａにおける試料２００の載置面に平行なＸ軸方向（テーブル１２の周の接線方向）に沿った平行移動と試料２００の載置面に垂直なＺ軸を中心軸とした回転移動とが可能なステージ駆動手段を備えるものとする。

但し、ステージ駆動手段は、これに限定されるものではなく、後述する画像処理によって試料２００の位置決めが正しくできるものであればよい。例えば、試料ステージ１４ａにおいて試料２００の載置面に平行なＸ軸方向（テーブル１２の周の接線方向）とＹ軸方向（テーブル１２の径方向）に沿った平行移動と試料２００の載置面に垂直なＺ軸を中心軸とした回転移動とが可能なステージ駆動手段を備えるものとしてもよい。また、さらに、試料２００の載置面に垂直なＺ軸方向へ平行移動が可能なステージ駆動手段を備えてもよい。

なお、試料ステージ１４はテーブル１２の回転と共に旋回させられるので、図１において試料ステージ１４ｂ〜１４ｆのステージの駆動方向は図示したＸ軸方向及びＹ軸方向からずれるが、いずれもテーブル１２の周の接線方向（及び／又は径方向）に沿った平行移動とＺ軸を中心軸とした回転移動とが可能な状態となる。

ステージ駆動手段は、例えば、ボールネジや回転シャフト等の駆動力伝達部によってステージ本体３０に接続されたモータやドライバ等の駆動部によって構成することができる。本実施の形態における検査装置１００では、テーブル１２と共に旋回可能な試料ステージ１４を駆動するためにステージ駆動手段の駆動部や駆動力伝達部はテーブル１２と共に旋回可能なように配置することが好適である。これにより、検査装置１００を小型化及び高速化することができる。

撮像部１６は、試料ステージ１４のステージ本体３０に載せ置かれた試料２００を撮像する撮像手段を備える。撮像部１６は、例えば、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の撮像手段によってステージ本体３０に載せ置かれた試料２００の画像を上面方向から撮像して取得する。撮像部１６で撮像された試料２００の画像は、制御部２４へ入力されて、試料ステージ１４における試料２００の位置決め処理に利用される。当該位置決め処理については後述する。なお、この撮像部１６によって撮像された試料２００の画像を用いて、試料２００の表面状態や寸法・形状などの外観を検査することも可能である。

なお、本実施の形態における検査装置１００では、６つの撮像部１６ａ〜１６ｆがテーブル１２の周方向に沿って６０°毎の等間隔に配置された例を示している。

特性検査部１８は、試料２００の電気特性、光学特性、温度特性等の特性を検査する手段である。特性検査部１８ａは、試料ステージ１４ａに載せ置かれた試料２００に設けられた電極パッドに対して電気的に接触するプローブ針を備え、該プローブ針を介して試料２００に電流を印加してそのときの試料２００の光出力を測定する光学特性検査手段である。特性検査部１８ｂは、上記と同様のプローブ針を備え該プローブ針を介して試料ステージ１４ｂに載せ置かれた試料２００に電流を印加して、そのときの試料２００のリーク電流を測定する電気特性検査手段と発光波長を測定する光学特性検査手段とを備える。特性検査部１８ｃは、上記と同様のプローブ針を備え該プローブ針を介して試料ステージ１４ｃに載せ置かれた試料２００に電流を印加して、そのときに試料２００から放射される光の水平方向の広がりを測定する光学特性検査手段である。特性検査部１８ｄは、上記と同様のプローブ針を備え該プローブ針を介して試料ステージ１４ｄに載せ置かれた試料２００に電流を印加して、そのときに試料２００から放射される光の垂直方向の広がりを測定する光学特性検査手段である。また、特性検査部１８ａ〜１８ｄのいずれかに温度調整手段を設けて、試料ステージ１４に載せ置かれた試料２００の温度を変化させつつ上記電気特性又は光学特性を測定する温度特性検査手段としてもよい。特性検査部１８ａ〜１８ｄは、上記の検査手段を複数組み合わせて試料２００の特性を測定するものとしてもよいし、試料２００の外観上の傷やコンタミネーション又はパターン等の外観を検査する外観検査手段としてもよい。特性検査部を外観検査手段のみとする場合には、試料に電流を印加する必要が無いのでプローブ針は不要となる。さらに、特性検査部１８ａにおいては、試料２００に一定電流を印加してその光出力を測定していたが、パルス電流を印加して光出力を測定してもよい。

なお、本実施の形態における検査装置１００では、４つの特性検査部１８ａ〜１８ｄがテーブル１２の周囲に沿って６０°毎の間隔に配置された例を示している。テーブル１２を回転させることによって、テーブル１２上に配置された６つの試料ステージ１４ａ〜１４ｆに載せ置かれた試料２００が順に特性検査部１８ａ〜１８ｄに搬送されて、各々において試料２００の検査が行われる。ただし、特性検査部１８の個数は４つに限定されるものではなく、必要に応じて増減させてもよい。

チップ供給ユニット２０は、試料２００を試料ステージ１４へ搬送するための搬送部である。試料トレイ２０ａ、チップ供給アーム２０ｂ及びアーム移動手段２０ｃを含んで構成される。試料トレイ２０ａは、検査前の試料２００を載せ置くための台である。試料トレイ２０ａには、例えば、ウエハからダイシングで切り出された半導体チップ等の試料２００が載せ置かれる。チップ供給アーム２０ｂは、試料２００を試料トレイ２０ａから試料ステージ１４（１４ａ〜１４ｆ）へ順に搬送して載せ置くためのアームである。チップ供給アーム２０ｂの先端部には、試料トレイ２０ａ上の試料２００を１つずつ取り上げ、試料ステージ１４（１４ａ〜１４ｆ）のステージ本体３０の上面３０ａまで搬送して載せ置くためのヘッド部が設けられている。ヘッド部は、例えば、真空吸引によって試料２００をチャックすることができる真空チャック手段を有するものとすればよい。アーム移動手段２０ｃは、チップ供給アーム２０ｂを移動及び回転させる手段である。本実施の形態では、アーム移動手段２０ｃは、少なくとも試料２００の載置面に垂直な回転軸を中心としてチップ供給アーム２０ｂを旋回するための回転機構を備えるものとする。ただし、アーム移動手段２０ｃは、回転機構のみならず、チップ供給アーム２０ｂを試料２００の載置面に平行な方向に平行移動させる移動機構を備えてもよい。例えば、アーム移動手段２０ｃは、チップ供給アーム２０ｂの延設方向（回転の径方向）に沿ってヘッド部を移動することができる移動機構を備えてもよい。

撮像部（第１撮像部）２２は、試料２００を撮像する撮像手段を備える。撮像部２２は、チップ供給ユニット２０によって試料トレイ２０ａから試料ステージ１４のステージ本体３０に搬送される途中において試料２００を撮像する。すなわち、撮像部２２は、チップ供給ユニット２０のチップ供給アーム２０ｂが旋回して試料トレイ２０ａから試料ステージ１４へ試料２００を搬送する途中経路において試料２００を撮像できる位置に配置される。撮像部２２は、例えば、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の撮像手段によって試料２００の画像を下面方向から撮像して取得する。撮像部２２で撮像された試料２００の画像は、制御部２４へ入力されて、試料ステージ１４における試料２００の位置決め処理に利用される。当該位置決め処理については後述する。なお、この撮像部２２によって撮像された試料２００の画像を用いて、試料２００の裏面（下面）状態や寸法・形状などの外観を検査することも可能である。

図1においては、試料２００を試料ステージ１４に供給するチップ供給ユニット２０に撮像部２２が設けられている。しかしながら、これに限らず、試料２００が取り出される試料ステージ１４に同様の撮像部１６を設けるとともに試料ステージ１４から試料２００を取り出すユニットにも同様の撮像部２２を設けることによって、取り出される試料２００の次の装置への位置決めを行うことも可能である。例えば、取り出された試料２００を外部のシートに貼りつける場合に、その位置を正確に制御することができる。

制御部２４は、検査装置１００における試料２００の搬送制御及び位置決め制御、試料ステージ１４の移動・回転制御、テーブル１２の回転制御、特性検査部１８の測定制御を行う。制御部２４は、これらの制御のためのプログラムによって動くコンピュータとすることができる。

以下、図２及び図３を参照しつつ、本実施の形態の検査装置１００における試料２００の位置決め処理について説明する。まず、チップ供給ユニット２０を用いて試料トレイ２０ａから試料ステージ１４へ試料２００を搬送する際の試料２００の位置決め処理について説明する。

図２（図２（ａ）〜図２（ｄ））は、位置決め処理における試料ステージ１４でのステージ本体３０の駆動状態を示す。図３は、撮像部２２において撮像された試料２００の撮像画像を示す。ここで、図２及び図３では、試料２００の姿勢（位置及び角度）を示すために十字の中心線を有する枠を併せて表している。試料ステージ１４のステージ本体３０に試料２００が載せ置かれた際に、試料２００の中心が中心線の交点に位置すると共に試料２００の外縁の各辺が中心線に沿った状態であるときに特性検査部１８において検査を行う際に正しい位置にあることを示している。ただし、試料２００の正しい位置は、これに限定されるものではなく、試料２００の外形及び大きさに応じてステージ本体３０との位置関係が予め定められた正しい位置となるようなものであればよい。

制御部２４は、チップ供給アーム２０ｂによって試料トレイ２０ａに置かれた検査前の試料２００を１つ取り上げ、チップ供給アーム２０ｂを旋回させて撮像部２２によって試料２００を撮像する。例えば、図３に示すように、試料２００の姿勢（位置及び角度）を写した画像が得られる。図３は、試料２００が中心線に対してずれた姿勢で撮像された例を示している。

制御部２４は、撮像部２２の撮像画像を受けて、試料２００の姿勢を求めて当該姿勢に応じて試料ステージ１４における試料２００の位置決めを行ったうえでチップ供給ユニット２０によって試料２００を試料ステージ１４のステージ本体３０上に載せ置く制御を行う。このとき、撮像画像に対する画像解析によって得られた試料２００の姿勢に合わせてステージ本体３０の移動及び／又は回転させたうえで試料２００が載せ置かれるように制御を行う。

図２（ａ）は、試料ステージ１４のステージ本体３０の基準姿勢（角度及び位置）を示している。制御部２４は、撮像部２２で撮像された試料２００の姿勢に応じて、ステージ本体３０が基本姿勢にあるときに試料２００の中心が中心線の交点に位置すると共に試料２００の外縁の各辺が中心線に沿った状態となるようにステージ本体３０を移動及び回転させる。図２（ｂ）は、図３に示した撮像画像の例に対して位置決め制御によって試料２００が載せ置かれる前にステージ本体３０を移動及び回転させた状態を示す。制御部２４は、このようにステージ本体３０を移動及び回転させた状態において、図２（ｃ）に示すように、チップ供給ユニット２０を制御して試料２００をステージ本体３０上に搬送して上面３０ａに載せ置かせる。そして、試料２００をステージ本体３０に固定（真空チャック等）した後、ステージ本体３０を再び基準姿勢に戻す制御を行う。

その後、制御部２４は、テーブル１２を回転させて試料２００を載せ置いた試料ステージ１４を所望の検査を行うための特性検査部１８の位置まで搬送する。

上記のような試料２００の位置決め処理によって、図２（ｄ）に示すように、特性検査部１８において正しい位置でプローブ針４０を接触させる等して試料２００の特性を高い精度で測定することができる。

なお、さらに、試料２００が試料ステージ１４に載せ置かれた後、特性検査部１８における検査の前に特性検査部１８毎に設けられた撮像部１６において試料２００の画像を撮像し、当該撮像画像に基づいてステージ本体３０の姿勢を微調整するようにしてもよい。この場合、制御部２４は、ステージ本体３０の姿勢を制御することで、特性検査部１８に対する試料２００の位置決めの微調整をしたうえで試料２００の検査を行うことができる。

以上のように、本実施の形態によれば、規制爪等の試料２００の縁に接触する部材を用いることなく、試料２００の位置決め処理を行うことができる。したがって、接触による試料２００の縁の欠けや割れ等の発生を抑制することができる。また、接触による装置の汚染を防ぐことができる。

また、試料ステージ１４のステージ本体３０自体を移動・回転させることによって位置決めを行うので、ステージ本体３０上において試料２００を動かすことがなく、ステージ本体３０の上面３０ａの摩耗や傷の発生を抑制することができる。

また、試料２００の形状や大きさによらず、試料２００を撮像した画像に基づいた画像処理によって試料２００の姿勢を求め、試料２００がステージ本体３０上において正しい姿勢となるように位置決めすることができる。また、ステージ本体３０を動かす構成としたことで、テーブル１２を移動中等においても位置決めの補正が可能であり、試料２００の検査を高速で行うことが可能になる。

また、撮像部１６を複数設けることによって、試料ステージ１４の各々において位置ずれ補正が可能となり、検査の再現性をより高めることができる。特に、試料ステージ１４がテーブル１２によって移動させられるような構成において、テーブル１２の駆動精度によらず、特性検査部１８の各々の位置において試料２００の位置決めの微調整を行うことができる。

なお、本実施の形態では、試料２００の検査を行う検査装置１００を例として試料位置決め装置の説明を行ったが、本願発明は検査装置１００以外にも適用することができる。すなわち、本願発明は、半導体チップ等の試料を所望の位置及び角度で位置決めする装置や処理であれば適用することができる。

１０支持台、１２テーブル、１４（１４ａ〜１４ｆ）試料ステージ、１６（１６ａ〜１６ｆ）撮像部、１８（１８ａ〜１８ｄ）特性検査部、２０チップ供給ユニット、２０ａ試料トレイ、２０ｂチップ供給アーム、２０ｃアーム移動手段、２２撮像部、２４制御部、３０ステージ本体、３０ａ上面、４０プローブ針、１００検査装置、２００試料。

Claims

試料が載せ置かれ、独立して移動可能な試料ステージと、
試料を前記試料ステージ上に搬送して載せ置く搬送部と、
前記試料ステージに載せ置かれる前に試料の画像を撮像する第１撮像部と、
を備え、
前記第１撮像部において撮像された前記画像から試料の姿勢を求め、当該姿勢に応じて前記試料ステージを移動させて試料の位置決めを行ったうえで前記搬送部を用いて試料を前記試料ステージ上に載せ置くことを特徴とする試料位置決め装置。
請求項１に記載の試料位置決め装置であって、
試料の特性を測定するための特性検査部をさらに備え、
前記特性検査部は、前記試料ステージを移動させて試料の位置決めを行ったうえで前記試料ステージに載せ置かれた試料を測定することを特徴とする試料位置決め装置。
請求項２に記載の試料位置決め装置であって、
さらに、前記試料ステージに載せ置かれた後、前記特性検査部を用いた測定の前に試料の画像を撮像する第２撮像部を備え、
前記第２撮像部において撮像された前記画像から試料の姿勢を求め、当該姿勢に応じて前記試料ステージを移動させて試料の位置決めを行ったうえで前記特性検査部を用いて試料の検査を行うことを特徴とする試料位置決め装置。
請求項３に記載の試料位置決め装置であって、
前記試料ステージを複数備え、
前記特性検査部及び前記第２撮像部が前記試料ステージ毎にそれぞれ設けられていることを特徴とする試料位置決め装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の試料位置決め装置であって、
さらに、前記試料ステージとは独立に移動可能なテーブルを備え、
前記試料ステージは、前記テーブル上に配置されていることを特徴とする試料位置決め装置。
請求項５に記載の試料位置決め装置であって、
前記テーブルは、前記試料ステージを回転軸周りに旋回させる回転テーブルであることを特徴とする試料位置決め装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の試料位置決め装置であって、
前記試料ステージは、試料の載置面に対して垂直な回転軸及び平行な少なくとも１つの移動軸について移動可能であることを特徴とする試料位置決め装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の試料位置決め装置であって、
前記搬送部は、前記試料ステージの載置面に対して平行な少なくとも１つの移動軸について試料を移動させることが可能であることを特徴とする試料位置決め装置。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の試料位置決め装置であって、
前記試料ステージは、温度調整手段を備えることを特徴とする試料位置決め装置。
請求項５に記載の試料位置決め装置であって、
前記試料ステージを移動させるためのモータ及びドライバは前記テーブルに配置されていることを特徴とする試料位置決め装置。