JP2020092140A - 位置測定装置、及び、位置測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ないプロセスで測定対象の３次元位置を測定する技術を提供する。【解決手段】例示的実施形態に係る位置測定装置は測定対象の位置を測定する。位置測定装置は撮像装置と測距装置とを備える。撮像装置は予め設定された測定位置に配置された測定対象の平面像を取得する。測距装置は平面像の平面に交差する方向における位置であって測定位置に配置された測定対象の位置を測距する。撮像装置及び測距装置は測定位置に配置された測定対象に同時に対向するように設けられている。【選択図】図１

Description

本開示の例示的実施形態は、位置測定装置、及び、位置測定方法に関する。

プローブ装置に配置されるウエハの電極等の位置を検出する技術の一例が、特許文献１等に開示されている。特許文献１には検査装置および位置ずれ量取得方法に係る技術が開示されている。特許文献１の技術では、既存の針痕が形成されたパッドにプローブが接触した後に、基板を撮像してパッドを含む領域を示す接触後画像を取得する。画像記憶部は、プローブのパッドへの接触前のパッドを含む領域を示す接触前画像を、予め記憶する。最新針痕位置取得部は、接触前画像と接触後画像とを比較することによって、パッド上の複数の針痕にそれぞれ対応する接触後画像中の複数の針痕領域のうちプローブのパッドへの接触による最新の針痕領域の位置を取得する。

特開２００６−２７８３８１号公報

本開示は、少ないプロセスで測定対象の３次元位置を測定する技術を提供する。

例示的実施形態において、位置測定装置が提供される。位置測定装置は、測定対象の位置を測定する。位置測定装置は、撮像装置と測距装置とを備える。撮像装置は、予め設定された測定位置に配置された測定対象の平面像を取得する。測距装置は、平面像の平面に交差する方向における位置であって測定位置に配置された測定対象の位置を測距する。撮像装置及び測距装置は、測定位置に配置された測定対象に同時に対向するように設けられている。

例示的実施形態によれば、少ないプロセスで測定対象の３次元位置を測定し得る。

図１は、例示的実施形態に係る位置測定装置を備える位置測定機構の構成を概略的に例示する断面図である。 図２は、図１に示す位置測定装置の構成の一例を示す図である。

最初に本開示の種々の例示的実施形態を列記して説明する。例示的実施形態において、位置測定装置が提供される。位置測定装置は、測定対象の位置を測定する。位置測定装置は、撮像装置と測距装置とを備える。撮像装置は、予め設定された測定位置に配置された測定対象の平面像を取得する。測距装置は、平面像の平面（ＸＹ面という）に交差する方向（Ｚ軸方向という）における位置であって測定位置に配置された測定対象の位置を測距する。撮像装置及び測距装置は、測定位置に配置された測定対象に同時に対向するように設けられている。従って、測定対象が測定位置に配置されている場合に、当該測定対象について、撮像装置によって取得される平面像によってＸＹ面内の位置が測定され、測距装置による測距によって取得される位置によってＺ軸方向における位置が測定され得る。このように、測定対象を一の測定位置に配置すれば、測定対象の３次元位置の測定プロセスを例えばＸＹ面内の位置の測定プロセスとＺ軸方向の位置の測定プロセスとに分けることなく、測定対象の３次元位置の測定を単一のプロセスで行い得る。

例示的実施形態は、レチクルを更に備える。レチクルは、撮像装置の焦点位置と撮像装置の光学系との間に配置される。レチクルを用いることによって、測定対象の平面位置がより正確に測定可能となる。

例示的実施形態において、位置測定方法が提供される。位置測定方法は、測定対象の位置を位置測定装置によって測定する。位置測定装置は撮像装置及び測距装置を備える。撮像装置は予め設定された測定位置に配置された測定対象の平面像を取得する。測距装置は平面像の平面（ＸＹ面という）に交差する方向（Ｚ軸方向という）における位置であって測定位置に配置された測定対象の位置を測距する。撮像装置及び測距装置は測定位置に配置された測定対象に同時に対向するように設けられる。位置測定方法は、測定位置に測定対象が配置された状態で、撮像装置による測定対象の撮像と測距装置による上記方向における測定対象の位置の測距とを行う。従って、測定対象が測定位置に配置されている場合に、当該測定対象について、撮像装置によって取得される平面像によってＸＹ面内の位置が測定され、測距装置による測距によって取得される位置によってＺ軸方向における位置が測定され得る。このように、測定対象を一の測定位置に配置すれば、測定対象の３次元位置の測定プロセスを例えばＸＹ面内の位置の測定プロセスとＺ軸方向の位置の測定プロセスとに分けることなく、測定対象の３次元位置の測定を単一のプロセスで行い得る。

以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。図１を参照して、位置測定機構（プローバ装置）１００の構成の一例を説明する。図２を参照して、図１に示す位置測定装置３の構成について説明する。

位置測定機構１００は、ウエハＷの表面に設けられた電極等の測定対象の位置を測定する装置である。以下、位置測定の測定対象は、本実施形態において、ウエハＷの表面に設けられた電極であるとする。

位置測定機構１００は、ウエハアライメントユニット１、上カメラ１Ａ、ステージ２、下カメラ２Ａ、位置測定装置３、照明部４、制御回路Ｃｎｔ、移動機構Ｔｒａを備える。なお、位置測定機構１００は、位置測定装置３を、複数のプローブを備えたプローブカードに代えれば、プローブ装置として用いられ得る。

ウエハアライメントユニット１には、上カメラ１Ａが設けられている。ウエハアライメントユニット１は、ステージ２に対面している。

ステージ２は、ウエハアライメントユニット１の下方に配置されている。ステージ２の表面には、ウエハＷが載置され得る。ウエハＷの表面には、位置測定の対象である電極等が形成されている。

ウエハＷが載置されるステージ２の表面は、ウエハアライメントユニット１に対面している。ステージ２には、下カメラ２Ａが設けられている。

位置測定装置３は、支持板３Ａ、撮像装置３Ｂ、測距装置３Ｃを備える。測距装置３Ｃは、撮像装置３Ｂに固定されている。支持板３Ａは、撮像装置３Ｂ及び測距装置３Ｃを支持している。なお、位置測定装置３には、基準位置を示すマーク等が設けられおり、このマーク等は下カメラ２Ａから認識可能になっている。このマークを下カメラ２Ａで認識することにより、下カメラ２Ａと位置測定装置３の相対位置が確定される。

撮像装置３Ｂは、予め設定された測定位置ＣＦに配置された測定対象の平面像を、取得する。測定位置ＣＦは、ステージ２と位置測定装置３との間にあり、撮像装置３Ｂ及び測距装置３Ｃの近傍にある。測定位置ＣＦは、撮像装置３Ｂの焦点位置ＦＰを含み得る。

撮像装置３Ｂは、光学系３Ｄを備える。光学系３Ｄは、対物レンズ等を備える。測定対象が焦点位置ＦＰに配置されている場合、光学系３Ｄには、焦点位置ＦＰから伝搬する測定対象の光像Ｌ１が入射する。撮像装置３Ｂは、この光像Ｌ１を用いて、測定対象の平面像である撮像画像を取得する。

位置測定装置３は、レチクル３Ｆを備えても良い。レチクル３Ｆは、焦点位置ＦＰと光学系３Ｄとの間に配置される。レチクル３Ｆには、位置測定用のマークが設けられている。レチクル３Ｆに設けられた位置測定用のマークは、例えば、光透過率の分布（濃淡、色等）を用いて表された四角形状、十文字形状等の図形であり得る。

一実施形態においては、撮像される測定対象には、レチクル３Ｆに設けられた位置測定用のマークと同様の（または相似形の）位置測定用のマークが設けられ得る。測定対象に設けられた位置測定用のマークの光透過率の分布は、レチクル３Ｆに設けられた位置測定用のマークの光透過率の分布とは逆の分布（相補的な分布）を有してもよい。この場合、測定対象に設けられた位置測定用のマークと、レチクル３Ｆに設けられた位置測定用のマークとの重なり具合によって、測定対象と焦点位置ＦＰとの平面内における位置ずれがより明確になり得る。

このように、位置測定用のマークが設けられたレチクル３Ｆを用いることによって、測定対象の平面位置がより正確に測定可能となる。

測距装置３Ｃは、撮像装置３Ｂによって取得される測定対象の平面像の平面に交差する方向（Ｚ軸方向）における位置であって測定位置ＣＦに配置された測定対象の位置を測距する。測距装置３Ｃは、測定光であるレーザ光Ｌ２を用いて、測定対象までの距離を測距する。測定対象の平面位置を移動させ、その都度Ｚ方向における位置を測定することで、各測定箇所の相対位置（平行度や撓み等）を確認することも可能となっている。測距装置３Ｃと撮像装置３Ｂとは、測定位置ＣＦに配置された測定対象に同時に対向するように設けられている。

測距装置３Ｃは、撮像装置３Ｂに接続（例えば、固定）されている。測距装置３Ｃは、光反射部材３Ｅを備える。

光反射部材３Ｅは、レーザ光Ｌ２を反射する機能を有しており、レーザ光Ｌ２の進路方向は、光反射部材３Ｅによって変えられる。測距に用いられるレーザ光Ｌ２は、測距装置３Ｃと測定位置ＣＦにある測定対象との間を、光反射部材３Ｅを介して進路方向を変えつつ、往復する。光反射部材３Ｅの材料は、レーザ光Ｌ２を反射し得る材料であり、例えば、ミラー等であり得る。

光反射部材３Ｅによって、撮像装置３Ｂと測距装置３Ｃとの間の距離によらずに、レーザ光Ｌ２を焦点位置ＦＰのより近傍に照射可能となる。このように光反射部材３Ｅを用いれば、撮像装置３Ｂと測距装置３Ｃとの間の距離によらずに、測定対象のＸＹ面内の位置とＺ軸方向の位置とを同じタイミングで取得し得る。ＸＹ面は、一実施形態において、例えば水平面を表す。Ｚ軸方向は、一実施形態において、例えば鉛直方向（鉛直下方）を表す。

特に、焦点位置ＦＰを含む比較的に狭い領域の測定位置ＣＦに測定対象がある場合であっても、ハーフミラーである光反射部材３Ｅを光学系３Ｄと焦点位置ＦＰとの間に配置すれば、測定対象のＸＹ面内の位置及びＺ軸方向の位置を同じタイミングで取得し得る。

制御回路Ｃｎｔは、ＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを備える。ＣＰＵがメモリに格納された各種のコンピュータプログラムを実行することによって、制御回路Ｃｎｔは位置測定機構１００の各部（例えば、上カメラ１Ａ、下カメラ２Ａ、ウエハアライメントユニット１、ステージ２、位置測定装置３）の動作を統括的に制御する。制御回路Ｃｎｔは、測定対象に対する位置測定の実行時に当該測定対象が測定位置ＣＦに配置されるように、ウエハＷが載置されたステージ２を、移動機構Ｔｒａを用いて位置測定装置３に近付ける。

制御回路Ｃｎｔは、測定位置ＣＦに測定対象が配置された状態で撮像装置３Ｂによって取得された測定対象の平面像に基づいて、測定対象の平面位置（水平面であるＸＹ面内における位置）を測定する。制御回路Ｃｎｔは、測定位置ＣＦに測定対象が配置された状態で測距装置３Ｃによって行われる測距の結果に基づいて、測定対象のＺ軸方向における位置を測定する。制御回路Ｃｎｔは、撮像装置３Ｂと測距装置３Ｃとを用いて、測定対象の３次元位置（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々における位置）の測定を、略同一のタイミングで行い得る。

照明部４は、位置測定機構１００に設けられた複数のライト（図示略）を介して、ステージ２上に載置されるウエハＷを照明可能である。位置測定機構１００に設けられた上記の複数のライトは、例えば、上カメラ１Ａのレンズの近傍、下カメラ２Ａのレンズの近傍等に設けられ得る。

移動機構Ｔｒａは、ウエハアライメントユニット１及びステージ２等を移動可能である。移動機構Ｔｒａは、特に、ステージ２をＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動させ得る。

以上説明した構成を備える位置測定装置３によれば、例えば以下の効果を一例として奏し得る。すなわち、測定対象が測定位置ＣＦに配置されている場合に、当該測定対象について、撮像装置３Ｂによって取得される平面像によってＸＹ面内の位置が測定され、測距装置３Ｃによる測距によって取得される位置によってＺ軸方向における位置が測定され得る。このように、測定対象を一の測定位置に配置すれば、測定対象の３次元位置の測定プロセスを例えばＸＹ面内の位置の測定プロセスとＺ軸方向の位置の測定プロセスとに分けることなく、測定対象の３次元位置の測定を単一のプロセスで行い得る。これにより、従来では難しかったステージ２によりウエハＷをプローブとの接触想定位置に配置した際の実際のウエハＷの３次元位置を同時に位置測定装置３により測定することが可能となる。また、位置測定装置３による位置測定により、実際のプローブと接触位置確認用のウエハとを使った接触位置の確認を行うことなくプローブとウエハ上の電極との接触位置の精度を確認・向上させることが可能となる。

上述において種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる例示的実施形態における要素を組み合わせて他の例示的実施形態を形成することが可能である。

以上の説明から、本開示の種々の例示的実施形態は本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の例示的実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。

１…ウエハアライメントユニット、１００…位置測定機構、１Ａ…上カメラ、２…ステージ、２Ａ…下カメラ、３…位置測定装置、３Ａ…支持板、３Ｂ…撮像装置、３Ｃ…測距装置、３Ｄ…光学系、３Ｅ…光反射部材、３Ｆ…レチクル、４…照明部、ＣＦ…測定位置、Ｃｎｔ…制御回路、ＦＰ…焦点位置、Ｌ１…光像、Ｌ２…レーザ光、Ｔｒａ…移動機構、Ｗ…ウエハ。

Claims (3)

1. 測定対象の位置を測定する位置測定装置であって、
   予め設定された測定位置に配置された前記測定対象の平面像を取得する撮像装置と、
   前記平面像の平面に交差する方向における位置であって前記測定位置に配置された前記測定対象の位置を測距する測距装置と、
   を備え、
   前記撮像装置及び前記測距装置は、前記測定位置に配置された前記測定対象に同時に対向するように設けられている、
   位置測定装置。
2. レチクルを更に備え、
   前記レチクルは、前記撮像装置の焦点位置と該撮像装置の光学系との間に配置される、
   請求項１に記載の位置測定装置。
3. 測定対象の位置を位置測定装置によって測定する位置測定方法であって、該位置測定装置は撮像装置及び測距装置を備え、該撮像装置は予め設定された測定位置に配置された該測定対象の平面像を取得し、該測距装置は該平面像の平面に交差する方向における位置であって該測定位置に配置された該測定対象の位置を測距し、該撮像装置及び該測距装置は該測定位置に配置された該測定対象に同時に対向するように設けられ、該方法は、
   前記測定位置に前記測定対象が配置された状態で、前記撮像装置による該測定対象の撮像と前記測距装置による前記方向における該測定対象の位置の測距とを行う、
   位置測定方法。

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