JP2020071219A - プローブ位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブ位置合わせの精確度を向上することができると共に、画像分析の計算の複雑度を減少することが可能なプローブ位置合わせ装置を提供する。【解決手段】測定待機物とプローブ素子との間に設けられており、三角形を呈する透光可能な二つのプリズムで構成され、第１光出射面と、第２光出射面と、光入射面と、を有し、第１光出射面と第２光出射面とは、それぞれプローブ素子と測定待機物とに面し、二つのプリズムの接合面は半分透過可能な反射面を構成し、これにより、光入射面を通過する光線は、反射面に反射されてプローブ素子に入射する分光素子と、分光素子の光入射面に設けられている画像センシング装置と、分光素子の光入射面の対向側に設けられており、一部が反射面を透過する光線は、光反射素子に反射されて反射面に戻して、測定待機物に投射する光反射素子と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体のテストに関し、特に、プローブ位置合わせ装置に関するものである。

半導体のスポット計測技術は、プローブが測定待機物とのテスト点に直接に接触することにより、信号を取って、周辺のテスト機器に合わせて、テストの目的を達成する。プローブをテスト点に精確に接触するために、プローブ位置合わせ（Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）は半導体のスポット計測技術の極めて重要な技術の一つである。

図１は従来のプローブ位置合わせ装置１０を示す図である。従来のプローブ位置合わせ装置１０は、図１に示すように、位置合わせするために、２組の画像キャプチャモジュール１２, １４が必要である。一組の画像キャプチャモジュール１２は、測定待機物１６（例えばウエハー）をスキャンして、測定待機物１６の表面の画像を撮るためのものである。他組の画像キャプチャモジュール１４は、一般的に、測定待機物１６の積載プラットフォーム１１の近傍に設けられており、これにより、プローブカード１８の特定の針先端の画像を撮るためのものである。この二つの画像は、画像処理されて対比して分析を行う。これにより、それに対応するＸＹ座標を取ることができる。

画像キャプチャモジュール１２, １４は、それぞれ独立である。このため、従来のプローブ位置合わせ装置１０は、同じ軸心で測定待機物１６の表面をスキャンする画像（例えば電極パッド、プローブの跡など）とプローブ先端の画像とを取って校正することができず、プローブ位置合わせの精確度が影響されやすい。

本発明の主な目的は、測定待機物の表面の画像、プローブの跡およびプローブ先端の画像を同じ軸心で位置合わせを行うことができ、プローブ位置合わせの精確度を向上することが可能なプローブ位置合わせ装置を提供することにある。

本発明に係るプローブ位置合わせ装置によると、プローブ素子を測定待機物に位置合わせするためのものであり、
測定待機物とプローブ素子との間に設けられており、三角形を呈する透光可能な二つのプリズムで構成され、第１光出射面と、第２光出射面と、光入射面と、を有し、第１光出射面と第２光出射面とは、それぞれプローブ素子と測定待機物とに面し、二つのプリズムの接合面は半分透過可能な反射面を構成し、これにより、光入射面を通過する光線は、反射面に反射されてプローブ素子に入射する分光素子と、
分光素子の光入射面に設けられている画像センシング装置と、
分光素子の光入射面の対向側に設けられており、一部が反射面を透過する光線は、光反射素子に反射されて反射面に戻して、測定待機物に投射する光反射素子と、
を備えるプローブ位置合わせ装置において、
分光素子は、第１光出射面が接収するプローブ素子の画像と第２光出射面が接収する測定待機物の画像と、を光入射面を透過して外部へ出射し、画像センシング装置は、プローブ素子の画像と測定待機物の画像とを取って位置合わせを行うためのものであることを特徴とする。

本発明に係るプローブ位置合わせ装置によると、第１光出射面と第２光出射面とは、それぞれ分光素子の両側に位置することを特徴とする。

本発明に係るプローブ位置合わせ装置によると、分光素子は分光器であることを特徴とする。

本発明に係るプローブ位置合わせ装置によると、更に、光経路変更素子を備え、光経路変更素子は、分光素子に移動可能に設けられており、これにより、第１光出射面または第２光出射面を選択的に遮蔽することができることを特徴とする。

本発明に係るプローブ位置合わせ装置によると、更に、光遮蔽素子を備え、光遮蔽素子は、分光素子に移動可能に設けられており、これにより、第１光出射面を選択的に遮蔽することができることを特徴とする。

本発明に係るプローブ位置合わせ装置によると、更に、光源を備え、光源は、分光素子の光入射面に位置合わせられて、分光素子を介して、光線をプローブ素子と測定待機物とに投射することを特徴とする。

本発明に係るプローブ位置合わせ装置によると、光源は同軸光源であることを特徴とする。

本発明に係るプローブ位置合わせ装置によると、更に、環状光源を備え、環状光源は、分光素子とプローブ素子との間に設けられており、光線をプローブ素子に投射し、又は分光素子と測定待機物との間に設けられており、光線を測定待機物に投射することを特徴とする。

本発明に係るプローブ位置合わせ装置によると、画像センシング装置は、分光素子を介して測定待機物をスキャンするためのものであることを特徴とする

本発明に係るプローブ位置合わせ装置によれば、測定待機物の表面の画像、プローブの跡およびプローブ先端の画像を同じ軸心で位置合わせを行うことができる。これにより、プローブ位置合わせの精確度を向上することができると共に、画像分析の計算の複雑度を減少することが可能であるという効果を有する。

従来のプローブ位置合わせ装置を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るプローブ位置合わせ装置を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るプローブ位置合わせ装置を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るプローブ位置合わせ装置を示す図である。 本発明の第４実施形態に係るプローブ位置合わせ装置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施形態の図面における各部材の比例は、説明を容易に理解するために示され、実際の比例ではない。

（第１実施形態）
図２は、係本発明の第１実施形態に係るプローブ位置合わせ装置１００を示す図である。プローブ位置合わせ装置１００は、プローブ素子２０（例えばプローブカード(ｐｒｏｂｅ ｃａｒｄ)）を測定待機物３０（例えばウエハー(ｗａｆｅｒ)、チップまたは電子回路）に位置合わせするためのものである。具体的には、プローブ位置合わせ装置１００は、プローブ素子２０のプローブの先端を測定待機物３０上の接触接点に位置合わせて、その後のスポット計測プロセスを行うためのものである。

プローブ位置合わせ装置１００は、図２に示すように、積載プラットフォーム１１０と、光源１２０と、分光素子１４０と、光反射素子１６０と、画像センシング装置１８０と、を備える。

積載プラットフォーム１１０は、測定待機物３０を固定するためのものである。本実施形態では、積載プラットフォーム１１０が、移動可能であり、水平方向に沿って移動することができる。光源１２０により、光線が発生してプローブ素子２０と測定待機物３０とに投射して、プローブ素子２０と測定待機物３０との画像を生じる。

分光素子１４０は、測定待機物３０とプローブ素子２０との間に設けられている。分光素子１４０は、第１光出射面Ａ１と、第２光出射面Ａ２と、光入射面Ａ３と、を有する。第１光出射面Ａ１と第２光出射面Ａ２とは、それぞれプローブ素子２０と測定待機物３０とに面する。

本実施形態では、プローブ位置合わせ装置１００の光源１２０は同軸光源である。すなわち、光源１２０は、分光素子１４０の光入射面Ａ３に位置合わせされて、分光素子１４０により、図２における矢印のように、光源１２０からの光線が二つのビームに分けられて、プローブ素子２０と測定待機物３０とに同時に投射する。

本実施形態では、第１光出射面Ａ１と第２光出射面Ａ２とは、それぞれ分光素子１４０の両側（図２における上下側）に位置する。分光素子１４０は、分光器(ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ)でもよく、例えば、図２に示すように、透光可能な立方体である。このような立方体は、二つの三角形を呈する透光可能なプリズムで構成される。この二つのプリズムの接合面は、半分透過反射面Ａ４を構成し、分光の目的を達成することができる。

光反射素子１６０は、分光素子１４０の光入射面Ａ３の対向側に設けられている。光源１２０からの光線が半分透過反射面Ａ４に投射された後、一部の光線は、半分透過反射面Ａ４を経由して上へ反射して第１光出射面Ａ１に入射して、第１光出射面Ａ１を透過してプローブ素子２０に投射し、その他の光線は、半分透過反射面Ａ４を透過して、光反射素子１６０（例えば光反射メッキ層）に投射して反射されて、半分透過反射面Ａ４に戻して、半分透過反射面Ａ４を経由して下へ反射して第２光出射面Ａ２に入射して、測定待機物３０に投射する。

光の経路は逆走可能なため、プローブ素子２０と測定待機物３０とからの反射の光線は、それぞれ第１光出射面Ａ１と第２光出射面Ａ２とを経由して分光素子１４０に入射し、且つ同じ光束が光入射面Ａ３から外へ投射するようになる。これにより、分光素子１４０は、第１光出射面Ａ１と第２光出射面Ａ２とからの画像を接収することができ、第１光出射面Ａ１と第２光出射面Ａ２とからの画像は同じ軸心に位置して、光入射面Ａ３から外へ投射する。

特に、前記光出射面と光入射面とは、分光素子１４０が分光に利用される状態によって定義される。本実施形態では、光入射面にも光線の出射があり、光出射面にも光線の入射がある。

画像センシング装置１８０は、分光素子１４０の光入射面Ａ３に設けられており、第１光出射面Ａ１と第２光出射面Ａ２とからの画像を接収する。画像センシング装置１８０は、電荷結合素子(ＣＣＤ)または相補型ＭＯＳ(ＣＭＯＳ)である。分光素子１４０は、第１光出射面Ａ１が接収するプローブ素子の画像と、第２光出射面Ａ２が接収する測定待機物の画像と、を光入射面Ａ３を介して外へ出射する。画像センシング装置１８０は、プローブ素子の画像と測定待機物の画像とを取って位置合わせを行う。本実施形態に係る画像センシング装置１８０は、プローブ素子の画像と測定待機物の画像とを同時に取って位置合わせを行う。例えばこの二つの画像を重ねて対比する。しかし、本発明はこれに限定されない。別の実施形態に係る画像センシング装置１８０は、まず、測定待機物の画像を取って分析を行って、プローブ素子の画像を取って位置合わせを行う。

これにより、第１光出射面Ａ１からの画像は、半分透過反射面Ａ４に反射されて、分光素子１４０の光入射面Ａ３に投射し、第２光出射面Ａ２からの画像は、半分透過反射面Ａ４に反射されて、光反射素子１６０に投射して、光反射素子１６０に反射されて、分光素子１４０の光入射面Ａ３に投射する。

特に、本実施形態に係る画像センシング装置１８０は、プローブ素子の画像を取って位置合わせを行うことが可能であると共に、測定待機物３０をスキャンして、測定待機物３０の表面の画像を取ることが可能である。このため、プローブ位置合わせ装置１００は、同じ軸心で、測定待機物３０の表面の画像（例えば電極パッド、プローブの跡など）とプローブ素子２０のプローブ先端の画像とを取って、校正を行うことができる。これにより、プローブ位置合わせの精確度を向上することができる。一方、プローブ位置合わせ装置１００は、同じ軸心で、測定待機物３０の表面の画像とプローブ先端の画像とを取って対比して校正することができるため、スポット計測位置合わせプロセスのソフトウェア画像処理への依存を減少でき、更に、プローブ素子の画像と測定待機物の画像を直接に重ねて位置合わせを行うことができる。これにより、スポット計測位置合わせプロセスを簡単化することができ、装置のコストを減少することもできる。

本実施形態では、光源１２０、分光素子１４０、光反射素子１６０及び画像センシング装置１８０は、一つの画像キャプチャモジュールに整合される。この画像キャプチャモジュールと積載プラットフォーム１１０とは、それぞれ独立である。測定待機物３０の表面の画像を取ろうとするときには、積載プラットフォーム１１０を制御して移動させ、測定待機物３０と画像キャプチャモジュール（特に、第２光出射面Ａ２）との相対的な位置を変更することにより、測定待機物３０の表面の画像を取る。プローブ素子の画像を取って位置合わせを行おうとするときには、プローブ素子２０または画像キャプチャモジュールを制御して移動させる。

（第２実施形態）
図３は、係本発明の第２実施形態に係るプローブ位置合わせ装置２００を示す図である。図２の実施形態に比べると、本実施形態に係るプローブ位置合わせ装置２００は、更に、光経路変更素子２７０を備える。光経路変更素子２７０は、分光素子１４０に設けられており、第１光出射面Ａ１又は第２光出射面Ａ２を選択的に遮蔽することができる。本実施形態に係る光経路変更素子２７０は、遮蔽板２７２,２７４を備える。遮蔽板２７２,２７４は、それぞれ分光素子１４０の上下側に移動可能に設けられており、第１光出射面Ａ１又は第２光出射面Ａ２を選択的に遮蔽することができる。

画像センシング装置１８０は、第２光出射面Ａ２からの測定待機物の画像を取って分析を行おうとするときには、例えば測定待機物３０の表面をスキャンしようとするときに、光経路変更素子２７０の遮蔽板２７２により第１光出射面Ａ１を遮蔽すると、第１光出射面Ａ１からのプローブ素子の画像が、取られた測定待機物の画像を干渉することを回避できる。逆に、画像センシング装置１８０は、第１光出射面Ａ１からのプローブ素子の画像を取って位置合わせを行おうとするときには、光経路変更素子２７０の遮蔽板２７４により第２光出射面Ａ２を遮蔽すると、第２光出射面Ａ２からの測定待機物の画像が、取られたプローブ素子の画像を干渉することを回避できる。

（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係るプローブ位置合わせ装置３００を示す図である。図２の実施形態に比べると、本実施形態に係るプローブ位置合わせ装置３００は、更に、光遮蔽素子３７０を備える。光遮蔽素子３７０は、分光素子１４０に移動可能に設けられており、第１光出射面Ａ１を選択的に遮蔽する。本実施形態に係る光遮蔽素子３７０は遮蔽板である。

画像センシング装置１８０は、第２光出射面Ａ２からの測定待機物の画像を取って分析を行おうとするときには、例えば測定待機物３０の表面をスキャンしようとするときに、光遮蔽素子３７０により第１光出射面Ａ１を遮蔽すると、第１光出射面Ａ１からのプローブ素子の画像が、取られた測定待機物の画像を干渉することを回避できる。画像センシング装置１８０は、プローブ素子の画像を取って位置合わせを行おうとするときには、光遮蔽素子３７０を外すと、第１光出射面Ａ１からのプローブ素子の画像を取ることができる。

（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係るプローブ位置合わせ装置４００を示す図である。図４の実施形態に比べると、本実施形態に係るプローブ位置合わせ装置４００は、更に、環状光源４３０を備える。環状光源４３０は、分光素子１４０とプローブ素子２０との間に設けられている。本実施形態に係る環状光源４３０は、補助光源として光線をプローブ素子２０に投射する。環状光源４３０の中央に設けられている貫通孔により、プローブ素子２０からのプローブ素子の画像が遮蔽されることを回避できる。環状光源４３０を利用することにより、プローブ素子の画像の明るさとコントラストとを向上でき、プローブ位置合わせの精確度を増加できる。

本実施形態に係る環状光源４３０は、分光素子１４０とプローブ素子２０との間に設けられており、光線をプローブ素子２０に投射する。しかし、本発明はこれに限定されない。別の実施形態に係る環状光源は、分光素子１４０と測定待機物３０と間に設けられており、光線を測定待機物３０に投射する。もちろん、環状光源は、両面発光でもよい。これにより、光線をプローブ素子２０と測定待機物３０とに同時に投射することができ、図５に示す光源１２０を取り代わることができる。

本発明に係るプローブ位置合わせ装置によれば、測定待機物の表面の画像と、プローブの跡と、プローブ先端の画像と、を同じ軸心で、位置合わせを行うことができる。これにより、プローブ位置合わせの精確度を増加でき、画像分析の計算の複雑度を減少することもできる。

このように、本発明の特定の例を参照して説明したが、それらの例は、説明のためだけのものであり、本発明を限定するものではなく、この分野に通常の知識を有する者には、本発明の要旨および特許請求の範囲を逸脱することなく、ここで開示された実施例に変更、追加、または、削除を施してもよいことがわかる。

１０,１００,２００,３００,４００ プローブ位置合わせ装置
１２, １４ 画像キャプチャモジュール
１６, ３０ 測定待機物
１８ プローブカード
２０ プローブ素子
１１, １１０ 積載プラットフォーム
１２０ 光源
１４０ 分光素子
１６０ 光反射素子
１８０ 画像センシング装置
２７０ 光経路変更素子
２７２, ２７４ 遮蔽板
３７０ 光遮蔽素子
４３０ 環状光源
Ａ１ 第１光出射面
Ａ２ 第２光出射面
Ａ３ 光入射面
Ａ４ 半分透過反射面

Claims (9)

1. プローブ素子を測定待機物に位置合わせするためのものであり、
   前記測定待機物と前記プローブ素子との間に設けられており、三角形を呈する透光可能な二つのプリズムで構成され、第１光出射面と、第２光出射面と、光入射面と、を有し、前記第１光出射面と前記第２光出射面とは、それぞれ前記プローブ素子と前記測定待機物とに面し、前記二つのプリズムの接合面は半分透過可能な反射面を構成し、これにより、前記光入射面を通過する光線は、前記反射面に反射されて前記プローブ素子に入射する分光素子と、
   前記分光素子の前記光入射面に設けられている画像センシング装置と、
   前記分光素子の前記光入射面の対向側に設けられており、一部が前記反射面を透過する光線は、光反射素子に反射されて前記反射面に戻して、前記測定待機物に投射する光反射素子と、
   を備えるプローブ位置合わせ装置において、
   前記分光素子は、前記第１光出射面が接収するプローブ素子の画像と前記第２光出射面が接収する測定待機物の画像と、を前記光入射面を透過して外部へ出射し、前記画像センシング装置は、前記プローブ素子の画像と前記測定待機物の画像とを取って位置合わせを行うためのものである、プローブ位置合わせ装置。
2. 前記第１光出射面と前記第２光出射面とは、それぞれ前記分光素子の両側に位置する、請求項１に記載のプローブ位置合わせ装置。
3. 前記分光素子は分光器である、請求項１または２に記載のプローブ位置合わせ装置。
4. 更に、光経路変更素子を備え、前記光経路変更素子は、前記分光素子に移動可能に設けられており、これにより、前記第１光出射面または前記第２光出射面を選択的に遮蔽することができる、請求項１から３のいずれか一項に記載のプローブ位置合わせ装置。
5. 更に、光遮蔽素子を備え、前記光遮蔽素子は、前記分光素子に移動可能に設けられており、これにより、前記第１光出射面を選択的に遮蔽することができる、請求項１から４のいずれか一項に記載のプローブ位置合わせ装置。
6. 更に、光源を備え、前記光源は、前記分光素子の前記光入射面に位置合わせられて、前記分光素子を介して、光線を前記プローブ素子と前記測定待機物とに投射する、請求項１から５のいずれか一項に記載のプローブ位置合わせ装置。
7. 前記光源は同軸光源である、請求項６に記載のプローブ位置合わせ装置。
8. 更に、環状光源を備え、前記環状光源は、前記分光素子と前記プローブ素子との間に設けられており、光線を前記プローブ素子に投射し、又は前記分光素子と前記測定待機物との間に設けられており、光線を前記測定待機物に投射する、請求項６または７に記載のプローブ位置合わせ装置。
9. 前記画像センシング装置は、前記分光素子を介して前記測定待機物をスキャンするためのものである、請求項１から８のいずれか一項に記載のプローブ位置合わせ装置。

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