JP2023090977A - 傾き角度検出装置及び傾き角度検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の方式ではプリアライメントできない四角い形状の基板をプリアライメントする。【解決手段】搬送部（搬送アーム４８）により搬送方向（引き出し方向Ｂ）に沿って搬送される四角形状の基板Ｗの傾き角度θを検出する傾き角度検出装置において、基板Ｗが搬送方向に沿って搬送されるときに、搬送方向とは異なる方向に離れた基板Ｗの両縁のみを連続的に検出する幅・角度検出センサ６１と、幅・角度検出センサ６１により検出した基板Ｗの両縁から基板Ｗの傾き角度θを検出する検出部（制御部２５）と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウェーハ上に形成された複数のチップの電気的な検査を行うプローバおよびそのプリアライメント方法に関する。

近年、新しいパッケージの製造手段としてFOWLP(Fan Out Wafer Level Package)が注目されている。この基板は、特許文献１および２のような従来の円形のシリコンウェーハとは異なり、四角い形状で製作される場合がある。

特開２０１６－１９２４８４号公報 特開２０１６－１５７８８３号公報

対象となる四角の基板を搬送しようとした時に、従来の円形のウェーハで行っていたようなプリアライメント方式が適用できない。例えば、検査関連装置であるプローバでワークを検査する検査台（チャック）までワークを搬送する場合に、ワークの向きをある程度合わせなければいけない（プリアライメント）。従来行っていたようにウェーハの中心を保持し回転させることで、オリフラやノッチをセンサで検出する方式は、四角い形状のためにできない。また、基板にウェーハのオリフラやノッチに相当する位置決めの形状もない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、従来の方式ではプリアライメントできない四角い形状の基板をプリアライメントできるプローバを提供することを目的とする。

本発明は、四角形状の基板が格納された格納部から基板をプリアライメント部に搬送し、プリアライメント部によってプリアライメントされた基板を検査部に搬送し、検査部によって基板を検査するプローバにおいて、基板が格納部からプリアライメント部に搬送されるときに、基板の搬送方向に沿った長さを検出する長さ検出センサと、基板が格納部からプリアライメント部に搬送されるときに、基板の搬送方向に直交する方向に沿った幅を連続的に検出する幅検出センサと、を備えるプローバを提供する。

上記のプローバは、長さ検出センサの検出した基板の長さと、幅検出センサの連続的に検出した基板の幅とから、所定の基準座標に対する基板の偏芯量およびウェーハの搬送方向に対する基板の傾き角度を算出する算出部を備え、プリアライメント部は、算出部の算出した所定の基準座標に対する基板の偏芯量および傾き角度に基づいて、基板のプリアライメントを行うことが好ましい。

また、長さ検出センサはファイバアンプで構成されることが好ましい。

また、幅検出センサは測距センサで構成されることが好ましい。

また、本発明は、四角形状の基板が格納された格納部から基板をプリアライメント部に搬送し、プリアライメント部によってプリアライメントされた基板を検査部に搬送し、検査部によって基板を検査するプローバであって、基板が格納部からプリアライメント部に搬送されるときに、基板の搬送方向に沿った長さを検出する長さ検出センサと、基板が格納部からプリアライメント部に搬送されるときに、基板の搬送方向に直交する方向に沿った幅を連続的に検出する幅検出センサと、を備えるプローバが、長さ検出センサの検出した基板の長さと、幅検出センサの連続的に検出した基板の幅とから、所定の基準座標に対する基板の偏芯量および基板の搬送方向に対するウェーハの傾き角度を算出するステップと、所定の基準座標に対する基板の偏芯量および傾き角度に基づいて、基板のプリアライメントを行うステップと、を実行するプリアライメント方法を提供する。

本発明によれば、搬送アームが移動する際に四角い形状の基板をプリアライメントできるので、プリアライメントのためだけに要する時間がなく、従来のウェーハのプリアライメントと比較して大きく時間削減ができ、スループットが向上する。

プローバ１０の構成を示した上面図 検査部１６の側面図 基板用チャック２０の上面斜視図 ローダ部１４の上面斜視図 基板用カセット４６の上面斜視図 プリアライメントセンサユニット６０の構成を示した斜視図 校正治具Ｑの中心座標を説明するための図 基板Ｗの偏芯量および傾き角度を説明するための図 プリアライメントの処理の流れを示すフローチャート

以下、添付図面に従って本発明に係るプローバの好ましい実施形態について詳説する。

図１は、本発明の実施形態のプローバ１０の構成を示した上面図である。

〔プローバ１０の構成〕
プローバ１０は、プローバ本体１２と、プローバ本体１２に隣接されたローダ部１４とから構成される。プローバ本体１２は、基板Ｗが載置される保持面１８を有する基板用チャック２０を有する。基板Ｗは四角形状すなわち正方形または長方形であってもよい。

また、ローダ部１４は、搬送ユニット４０、ロードポート４５、基板用カセット４６、およびプリアライメントセンサユニット６０を有する。搬送ユニット４０は、搬送アーム４８、搬送ユニット４０側のサブチャック５０ａを有する。ローダ部１４は、搬送ユニット４０側のサブチャック５０ａとは異なるステージ上にサブチャック５０ｂを有する。サブチャック５０ｂは反りの大きな基板Ｗを回転させるためのものである。

基板用カセット４６は、ロードポート４５に載せられる専用カセットである。基板用カセット４６内の基板Ｗは、図示しないマッピングセンサにより検出する。基板Ｗが反っていることが想定されるので、基板用カセット４６の基板Ｗ取り出し側面と反対面に相対するロードポート４５の正面中央部にマッピングセンサを配置するとよい。

図２は、プローバ本体１２（図１参照）の内部に配置された検査部１６の側面図である。また、基板用チャック２０は縦断面を示している。

検査部１６は、基板Ｗが載置される保持面（基板保持面）１８を有する基板用チャック２０と、基板用チャック２０の保持面１８に載置された基板Ｗの半導体デバイス（不図示）に接触されて半導体デバイスの電気的特性を検査するプローブ２２と、を備える。

〔基板用チャック２０の構成〕
図２に示すように、基板用チャック２０の保持面１８には、基板用チャック２０の中心軸を中心とした吸着溝１９が設けられる。吸着溝１９は、真空経路２１を介して真空源２３に接続される。真空源２３によって真空経路２１の空気を吸引することにより、基板用チャック２０の保持面１８に載置された基板Ｗが吸着溝１９によって真空吸着されて基板用チャック２０の保持面１８に吸着保持される。また、真空経路２１には、真空経路２１を大気開放する電磁バルブ２４が設けられ、電磁バルブ２４の開閉は制御部２５によって制御されている。

基板用チャック２０には、鉛直方向に貫通した複数の貫通孔２６が備えられており、これらの貫通孔２６には、例えば３本の直棒状のピン（突き上げ部材）２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃがそれぞれ挿入されている。ピン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃは、基板用チャック２０の中心軸を中心とした同心円上に沿って配置されている。すなわち、ピン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃは互いに離れた位置に設けられている。

ピン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの下端は、基板用チャック２０の下方において、水平方向に配置されたプレート３０の水平面に連結されている。プレート３０は、その右端部がボールねじ装置（ウェーハ剥離機構）３２のねじ軸３４に螺合されたナット３６に連結されている。

ねじ軸３４は、鉛直方向に配置され、また、ナット３６には、ナット３６の鉛直方向の移動をガイドする直動ガイド３８が連結されている。更に、プレート３０の左端部には、プレート３０の鉛直方向の移動をガイドする直動ガイド４０が備えられている。

したがって、ボールねじ装置３２のモータ４２を駆動してねじ軸３４を正転、又は逆転させることにより、ナット３６をねじ軸３４に沿って鉛直方向に移動させることができる。よって、ナット３６を上昇移動させると、プレート３０を介して３本のピン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃが一斉に上昇移動され、ピン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの上端部が、二点鎖線で示すように基板用チャック２０の保持面１８から上方に突出される。突出されたピン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの上端が基板Ｗの受け取り位置に移動すると、モータ４２の駆動が停止され、図１のローダ部１４から搬送されてきた基板Ｗが、ピン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの上端に載置される。

この後、ナット３６を下降移動させ、３本のピン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの上端を、実線で示すように基板用チャック２０の保持面１８から一斉に没入させる。これにより、基板Ｗが基板用チャック２０の保持面１８に載置される。

保持面１８に載置された基板Ｗは、前述の如く保持面１８に吸着保持され、その後、プローブ２２及びテスタ（不図示）によって半導体デバイスの電気的特性が検査される。この電気的特性の検査方法は公知であるので、ここでは省略する。

図３は、基板用チャック２０の上面斜視図である。基板用チャック２０の保持面１８には、ウェーハチャック２０の中心軸を中心とした矩形状の吸着溝１９が設けられる。吸着溝１９には供給口２７が設けられている。図２の真空源２３によって、真空経路２１に接続された供給口２７から空気を吸引することにより、基板用チャック２０の保持面１８に載置されたウェーハＷが吸着溝１９によって真空吸着されて、基板用チャック２０の保持面１８に基板Ｗが吸着保持される。

図１、図４および図５のように、ローダ部１４は、ロードポート４５に載せられた基板用カセット４６、搬送アーム４８、サブチャック５０ａ・５０ｂ、及びプリアライメントセンサ５２等から構成される。

図１のように基板用カセット４６に収納された検査前の基板Ｗは、矢印Ａ方向に直進動作された搬送アーム４８によって、その下面が真空吸着保持される。その後、ウェーハＷは、搬送アーム４８の矢印Ｂ方向の直進動作によって基板用カセット４６から取り出され、サブチャック５０ａに受け渡される。基板Ｗは、サブチャック５０ａに吸着保持される。

サブチャック５０ａには、サブチャック５０ａを、鉛直軸を中心に回転させる回転部が連結されており、この回転部によってサブチャック５０ａに吸着されたウェーハＷが回転される。回転部による基板Ｗの回転動作によって、基板Ｗは、目的の角度に回転されて所定の位置に位置決めされる。以上の動作によって、プローバ本体１２の基板用チャック２０の保持面１８に載置する前のプリアライメントが完了する。

プリアライメントが完了すると、基板Ｗは、搬送アーム４８によってその下面が吸着保持される。この後、基板Ｗは、プローバ本体１２に向けて水平方向に９０度回動された後、図１の搬送アーム４８の矢印Ｃ方向の直進動作によってプローバ本体１２に搬入され、図２の二点鎖線で示したピン２８Ａ～２８Ｃの上端に受け渡される。この後、搬送アーム４８は、図１の矢印Ｄ方向に直進動作され、元の初期位置に復帰する。また、図２のプローブ２２による検査が終了すると、搬送アーム４８は、検査終了した基板Ｗを受け取るために、矢印Ｃ方向の直進動作によってプローバ本体１２に再度移動される。

〔プリアライメントセンサユニット６０の構成〕
図６はプリアライメントセンサユニット６０の構成を示した要部拡大斜視図である。

プリアライメントセンサユニット６０は、二対のセンサからなる幅・角度検出センサ６１、一対のセンサからなる長さ検出センサ６２、駆動モータ６３を有する。

幅・角度検出センサ６１は、公知のレーザー式測距センサなどで構成されうる。長さ検出センサ６２は、公知のファイバセンサなどで構成されうる。なおこれらのセンサは画像撮影が可能な撮像装置などによっても代用できる。

幅・角度検出センサ６１は、搬送アーム４８による矢印Ｂ方向への基板Ｗの引き出し時に、Ｂ方向に沿った基板Ｗの両縁に相当する両線分と校正治具Ｑの両端部（図８参照）との距離とを連続的に検出することで、搬送アーム４８による矢印Ｂの引き出し方向に対する基板Ｗの傾き角度（以下単に傾き角度と称する）を検出する。なお、基板Ｗが台形であっても、台形の底辺が基板Ｗの引き出し方向Ｂと平行であれば、基板Ｗの幅を連続的に検出できる。

長さ検出センサ６２は、搬送アーム４８による矢印Ｂ方向への基板Ｗの引き出し時に、矢印Ｂ方向に沿った基板Ｗの長さを検出する。具体的には、基板Ｗの引き出しに要した時間すなわち基板Ｗの検出開始から検出終了までの時間を検出し、この引き出し時間に搬送アーム４８の引き出し速度を乗算することで検出できる。なお校正治具Ｑの両端部との距離を検出することで基板Ｗの長さを検出してもよい。

駆動モータ６３は、幅・角度検出センサ６１および長さ検出センサ６２をセンサ駆動方向Ｘに駆動することで、様々なサイズの基板Ｗの幅、傾き角度および長さの検出を可能にする。なお、長さ検出センサ６２は可動せず固定でもよい。

制御部２５は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)などのコンピュータで構成され、搬送アーム４８による矢印Ｂ方向への基板Ｗの引き出しに連動して駆動モータ６３を動作させるよう制御する。また、制御部２５は、基板Ｗの品種ごとの基板の縦および横サイズを規定した品種データを管理する内蔵型または取り出し可能なメモリを有する。

図７および図８は、幅・角度検出センサ６１および長さ検出センサ６２によるプリアライメント計算方法を示す。まず、図７に示すように、幅・角度検出センサ６１および長さ検出センサ６２によって、予め決められた大きさかつ一辺が基板引き出し方向Ｂと平行に配置された正方形状の校正治具Ｑをスキャンし、幅および長さを検出する。制御部２５は、検出された幅および長さを１／２にすることにより、校正治具Ｑの中心座標を算出する。そして制御部２５は、この校正治具Ｑの中心座標Ｏを、プリアライメント計算の座標軸の中心とする。なお校正治具Ｑの中心座標Ｏは、サブチャック５０ａの回転中心と一致しているものとする。

次に、制御部２５は、搬送アーム４８による矢印Ｂ方向への基板Ｗの引き出し時に、矢印Ｂ方向に沿った基板Ｗの傾き角度および長さを検出するよう、幅・角度検出センサ６１、長さ検出センサ６２、および駆動モータ６３を制御する。

図８の（ａ）部分に示すように、制御部２５は、検出された基板Ｗの幅および長さと校正治具Ｑの中心座標Ｏとから、搬送アーム４８の搬送方向に沿った基板Ｗの引き出し方向Ｂに対する基板Ｗの中心線の傾きを示す一次関数y=α₁x+β₁と、引き出し方向Ｂと直交する方向に対する基板Ｗの中心線の傾きを示す一次関数y=1/α₁x+β₂とを求める。これらの傾きおよび切片は、幅・角度検出センサ６１および長さ検出センサ６２で検出可能な６つの座標a₁ (X_a1,Y_a1)、b₁(X_b1,Y _b1)、c₁(X_c1,Y_c1)、d₁(X_d1,Y_d1)、L_1a(X_L1a,Y_L1a) 、L_1b(X_L1b,Y_L1b)から求められる。

図８の（ｂ）部分に示すように、制御部２５は、これらの一次式の係数（傾きα1および1/α₁，切片β₁およびβ₂）に基づき、引き出し方向Ｂに関する校正治具Ｑの中心座標Ｏと基板Ｗの中心とのずれ量（偏芯量）Ｘ、引き出し方向Ｂと直交する方向に関する校正治具Ｑの中心座標Ｏと基板Ｗの中心とのずれ量（偏芯量）Ｙ、引き出し方向Ｂに対する基板Ｗの傾き角度θを求める。

この基板Ｗの偏芯量Ｘ，Ｙおよび傾き角度θを相殺する分だけ基板Ｗを移動および回転させることで、プリアライメントが完了する。

図９はプリアライメントの処理の流れを示すフローチャートである。この処理は制御部２５によって制御される。またこの処理を規定するプログラムは、制御部２５と接続されたメモリに格納されている。

Ｓ１では、駆動モータ６３は、品種データに規定された基板Ｗのサイズに基づいて、幅・角度検出センサ６１および長さ検出センサ６２を、基板Ｗの側面端部にあたる位置（図６のＰ０－６１，Ｐ０－６２参照）に移動させる。この動作は搬送アーム４８の移動開始よりも前に行われるため、スループットに影響することはない。この後搬送アーム４８が、基板用カセット４６から基板Ｗを引き出す。

Ｓ２では、幅・角度検出センサ６１および長さ検出センサ６２は、搬送アーム４８による基板Ｗの引き出しに連動して、基板Ｗの幅と長さを検出する。

Ｓ３では、幅・角度検出センサ６１および長さ検出センサ６２による検出結果から、基板Ｗの偏芯量Ｘ，Ｙおよび傾き角度θが計算される。搬送アーム４８は基板Ｗの偏芯量Ｘ，Ｙを参照し、基板Ｗ中心と治具中心Ｏとが合致するように、基板Ｗをサブチャック５０ａに載置する。

Ｓ４では、サブチャック５０ａにて、基板Ｗの傾き角度θを相殺するよう基板Ｗを回転させる。

Ｓ５では、搬送アーム４８によって、基板Ｗの中心と基板用２０の中心とが一致する位置に、基板Ｗを搬送する。この後、基板用チャック２０に載った基板Ｗのプロービングが行われる。プロービング後、基板用チャック２０から基板Ｗが搬送アーム４８によってアンロードされ、カセット内に収納される。

上記の処理により、搬送アーム４８が移動する際に四角い形状の基板をプリアライメントできるので、プリアライメントのためだけに要する時間がなく、従来のウェーハのプリアライメントと比較して大きく時間削減ができ、スループットが向上する。

なお、従来のプリアライメントセンサ、モータなどもプローバ１０に配置してもよい。こうすることにより、従来の円形のウェーハも搬送可能である。

１０…プローバ、２０…基板用チャック、４８…搬送アーム、５０ａ…サブチャック、６１…幅・角度検出センサ、６２…長さ検出センサ

Claims (2)

1. 搬送部により搬送方向に沿って搬送される四角形状の基板の傾き角度を検出する傾き角度検出装置において、
   前記基板が前記搬送方向に沿って搬送されるときに、前記搬送方向とは異なる方向に離れた前記基板の両縁のみを連続的に検出する幅・角度検出センサと、
   前記幅・角度検出センサにより検出した前記基板の両縁から前記基板の傾き角度を検出する検出部と、
   を備える傾き角度検出装置。
2. 搬送部により搬送方向に沿って搬送される四角形状の基板の傾き角度を検出する傾き角度検出方法において、
   前記基板が前記搬送方向に沿って搬送されるときに、幅・角度検出センサにより、前記搬送方向とは異なる方向に離れた前記基板の両縁のみを連続的に検出するステップと、
   前記幅・角度検出センサにより検出した前記基板の両縁から前記基板の傾き角度を検出するステップと、
   を有する傾き角度検出方法。

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