JP2694468B2

JP2694468B2 - 位置検出方法および検査装置

Info

Publication number: JP2694468B2
Application number: JP1330100A
Authority: JP
Inventors: 隆一竹渕
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1997-12-24
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JPH03189502A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

この発明は、ウェーハに形成された電極をプローブ針
に接触させて検査を行なう検査装置およびこの検査装置
による検査に先立ち、ウェーハのオリエンテーションフ
ラットを検出して予備位置合わせを行なう直線部検出方
法に関する。

【従来の技術】

半導体素子に、特にICの製造時には、円形の半導体ウ
ェーハ上に500〜600個の半導体チップを同時に形成し、
これを個々のチップに分割したのち、所定のパッケージ
に収納しているが、この場合、チップに分割する前に、
半導体ウェーハの段階で各チップの電気的特性を測定し
ている。この測定は、半導体チップのボンディングパッド（電
極パッドともいう）列に複数のプローブ針列を各々接触
させ、これらプローブ針を通じて半導体チップを測定装
置に接続することにより行われる。この場合に、プローブ針列と半導体ウェーハ上のボン
ディングパッド列を正しく接触させるには、それぞれ相
対的に正しい方向を向くように位置合わせをする必要が
ある。の位置合わせ方法は、一般的に半導体ウェーハの
直線部分であるオリエンテーションフラット（以下オリ
フラと称する）を用いて行なうようにしている。従来においては、以下に説明するような電気的方法あ
るいは機械的方法によりオリフラによる予備位置合わせ
を行なった後、予め定められた基準パターンに合致する
ように、ウェーハを回転させて位置合わせを行ってい
た。すなわち、前者の電気的方法は、所定の角度ずつステ
ップ的に半導体ウェーハを回転させるとともに、このと
きの回転中心と、半導体ウェーハのエッジとの距離を半
導体ウェーハの全周分に渡って測定し、回転中心と上記
エッジとの距離が最小となっている回転位置をオリフラ
位置として検出するものである。また、ウェーハ外周位
置を検出するセンサを少なくとも３個並列に並べ、この
３個のセンサが同時にウェーハを検出すると、この同時
に検出したところをオリフラ位置として検出する方法も
ある。上記技術は、特公昭55−39901号公報等に記載さ
れている。また、機械的方法は、半導体ウェーハを回転させると
ともに、このとき、その半導体ウェーハのエッジを基準
面に対接させておき、オリフラが基準面に対接したと
き、その回転が停止することを利用したものである。こ
の技術については、特公昭58−24946号公報等に記載さ
れている。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、上述の電気的方法によるときには、半導体
ウェーハを真空吸着しているチャックの回転中心と、半
導体ウェーハの中心とが一致していないと、オリフラを
正しく求めることができない。このため、オリフラの検
出と、半導体ウェーハの中心の検出とを交互に実行して
両者を正しい状態に収束させている必要があり、時間が
かかってしまう。さらに、円形の半導体ウェーハの一部に欠けがある
と、この欠けた部分をオリフラと誤認してしまう。ま
た、半導体ウェーハを回転させるとき、その１ステップ
当たりの回転角を比較的小さくする必要があり、データ
量が増加してしまう。さらに、半導体ウェーハの１回転
分すべてのデータが必要であり、このデータを取るため
データ時間が長くかかり、作業性を低下させている。また、機械的方法によるときには、半導体ウェーハに
欠けがあると、この欠けの部分で回転が停止し、その欠
けを上記と同様にオリフラと誤認してしまう。この発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、こ
の発明の目的は、不完全な半導体ウェーハ形状であって
も、位置合わせができる位置検出方法および検査装置を
提供することにある。

【課題を解決するための手段】

この発明は、全体がほぼ円形で、そのエッジの一部に
直線部を有する被検体の前記直線部を、前記被検体を回
転させながら検出する検出方法であって、前記被検体を
回転し、その回転中心と前記エッジとの距離を、前記回
転中心に対する前記直線部の開角度の1/3以下の回転角
毎に測定する測定工程と、前記測定工程での２回以上の測定により得られる前記
距離を用いて、前記回転中心を頂点とし、今回の距離測
定回転角位置のエッジと前回の距離測定回転角位置のエ
ッジを結んだ線分を底辺とする三角形の、少なくとも前
回の距離測定回転角位置のエッジ側の内角を算出する内
角算出工程と、前記内角算出工程で算出した今回の距離測定回転角位
置についての前記内角を、前回の距離測定回転角位置に
ついて算出された前記内角と前記距離測定の単位回転角
との和と比較することにより、前記三角形の底辺が前記
直線部の一部であるか否かを判定する判定工程と、とを備えることを特徴とする。また、さらに、前記判定工程で直線部が検出されたと
きに、被検体の回転を停止した後、直線部と位置合わせ
基準面との角度ずれを検出し、この角度ずれを補正し
て、被検体を位置合わせ基準面に位置合わせするように
することを特徴とする。

【作用】

上述の構成のこの発明による直線部検出方法によれ
ば、例えばウェーハのオリエンテーションフラットを検
出する場合には、オリエンテーションフラットのウェー
ハの回転中心に対する開角度の1/3以下の回転角ごと
に、ウェーハのエッジとウェーハの回転中心との距離が
測定される。したがって、オリエンテーションフラット
では、少なくとも３点のエッジについて、回転中心から
エッジまでの距離が求められ、オリエンテーションフラ
ットを底辺とする少なくとも２個の三角形が形成され
る。例えば、後述する第１図に示すように、オリエンテー
ションフラット２の部分で３点のエッジC,D,Eについて
の距離が測定され、前回の距離測定回転角位置でのエッ
ジ位置がＤで、今回の距離測定回転角位置でのエッジが
Ｅであるとすると、前回の距離測定回転角位置での三角
形の内角OCDと回転角αとの和が、今回の距離測定回転
角位置での三角形ODEの内角ODEに等しくなると、この内
角ODEは、前回の距離測定回転角位置での三角形の外角
になっており、線分CDEは直線となっていることが判明
する。この性質を利用して、オリエンテーションフラッ
トが検出される。すなわち、今回の距離測定回転角位置での回転中心か
らエッジまでの距離が測定され、前回の距離測定回転角
位置での三角形の内角と回転角αとの和が、今回の距離
測定回転角位置での三角形の内角に等しいかどうかを判
定することでオリエンテーションフラットが検出され
る。そして、この検出結果が得られた時点で、ウェーハ
の回転を即座に停止して、その位置で基準位置合わせ面
に位置合わせすることができる。

【実施例】

この発明による検査装置の構成を説明する前に、この
検査装置で使用するオリフラの検出方法において、第１
図〜第４図を参照しながら説明する。第１図に示すように、被検体例えば半導体ウェーハ１
を角度αずつ矢印方向に回転させた場合を考える。この場合、この角度αは、その直線部分であるオリフ
ラ２が占める角間隔の1/3以下に設定される。したがっ
て、オリフラ３上で、少なくとも３点で回転を停止し、
そのオリフラ２上の少なくとも３点も測定点となる。回転中心Ｏが、半導体ウェーハ１の中心に一致してい
ると仮定すると、オリフラ以外のエッジ点例えば点A,B
と回転中心Ｏとの成す三角形OABは、二等辺三角形を形
成している。一方、オリフラ２上の２点C,Dと回転中心Ｏとのなす
三角形のOCDは、二等辺三角形にはならない。しかし、
オリフラ２は直線であるので、三角形の外角の性質か
ら、 ∠OCD＋∠α＝∠ODE（三角形OCDの外角） …（１）となる。よって、半導体ウェーハを角度αずつ回転することに
より、回転中心Ｏとその時のエッジと、その前のエッジ
とにより形成される三角形について上記（１）式が成立
するか否かを判定することにより、オリフラ２の位置を
検出することが可能である。上記（１）式が成立するか
どうかは、回転中心と隣り合う２つのエッジで形成され
る三角形の２つの底角の内、回転方向にみて、上記１つ
前のエッジにおいて形成される∠β_ｉを検出し、これを
１つ前の三角形の該当角β_i-1と回転角αとの和と比較
すればよい。上記の関係は、回転中心Ｏが半導体ウェーハの中心と
ずれていても全く同様である。上記角度βは、以下に説明するように、回転中心Ｏと
エッジとの距離ｒから求めることができる。第２図において、回転中心Ｏは、半導体ウェーハ１の
回転中心とはずれている。この第２図において、 P₁〜P_n;ウェーハ１を角度αずつ回転させたときのエッジ上における点 P_i、P_j;点P1〜Pnのうちの任意の点と、その次の点 r₁〜r_n;点P₁〜P_nにおける半径 r_i〜r_j;半径r₁〜r_nのうちの任意の半径と、その次の半径 β_i ;∠OP_iP_j γ_i ;∠OP_jP_i とすると、三角形OP_jP_iにおいて、二辺とその挟む角が
判明すれば、その三角形が確定することは自明の理であ
るから、次式が成り立つ。 β_ｉ＝tan^-1r_j・sin α／（r_i−r_j・cos α） …（２）となる。したがって、中心点Ｏからウェーハ１のエッジ上の点
P_i、P_jまでの距離r_i、r_jを求めれば、角度αは装置によ
り予め定めてあり既知なので、（２）式から１つ前のエ
ッジ点P_iと回転中心Ｏと今回のエッジ点P_jとのなす角度
β_ｉを求めることができる。そして、（１）式に示した
ように、この角度β_ｉが、その１つ前の角度β_i-1と回
転角度αとの和に等しいか否かを検出してオリフラ２の
検出を行なうことができる。第２図においては、β６＝
α＋β５として、オリフラ２を検出することができる。次に、基準面にオリフラ２を合わせる方法について以
下説明する。今、回転中心Ｏからエッジまでの距離を検出するため
のセンサは、第３図に示すように、回転中心から位置合
わせ基準面３上に垂線を引いたとき、その垂線上に有る
ものとする。そして、第３図に示すように、点P_jがオリ
フラ２の上にあり、このオリフラ２が、合わせ基準面３
に対して角度θだけ反時計方向にずれていた状態（β_ｉ
＞90゜）で検出されたとする。すると、 θ＝β_ｉ−90゜ …（３）（Ａ）θ≧０゜→時計方向にθだけ回転（Ｂ）θ＜０゜→半時計方向にθだけ回転となる。すなわち、この場合には、ウェーハ１を角度θだけ時
計方向に回転させれば、オリフラ２を、合わせ基準面３
に一致させる（平行にする）ことができる。また、第４図に示すように、点P_jがオリフラ２の上に
あり、このオリフラ２が、合わせ基準面３に対して角度
θだけ時計方向にずれていた状態（β_ｉ≦90゜）で検出
されたとする。すると、 β_ｉ＋θ＝90゜であるから、この式から θ＝90゜−β_ｉ …（４）となる。すなわち、この場合には、ウェーハ１を角度θだけ反
時計方向に回転させれば、オリエンテーションフラット
２を、合わせ基準面３に一致させる（平行にする）こと
ができる。以下、この発明による検査装置の一実施例を、ウェー
ハプローバにおいて、テスト前の半導体ウェーハのアラ
イメントに適用した場合を例にとって、第５図を参照し
ながら説明する。チャック11は、半導体ウェーハ１を支持して、テスト
位置に半導体ウェーハ１を移送すると共に、テスト位置
において、プローブ方向（半導体チップの配列方向）に
上記ウェーハ１を移送するため、Ｘ−Ｙステージ12上に
取り付けられて、互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移
動可能とされる。また、チャック11は、回転機構13によ
り回転移動も可能とされている。すなわち、X,Y,θステ
ージとなる。第６図に示すように、チャック11の回転中心から予め
設定されたＸ方向の延長線上の位置であって、半導体ウ
ェーハ１の約半径分だけ離れた位置には、センサ14が設
けられている。このセンサ14は、上述したチャック11の
回転中心から第２図に示すような半導体ウェーハ１のエ
ッジまでの前記距離r_i、r_jを測定するためのものであ
り、この例においては、チャック11の径が半導体ウェー
ハ１の径よりも大きいので、センサ14は例えば静電容量
センサが用いられる。勿論、エッジを検出できればよい
ので、光電センサでもよい。この場合、センサ14は、その検出電極と、チャック11
及びウェーハ１との対向間隔が、チャック11とウェーハ
１とでは異なるので、その静電容量の変化点を検出し、
その変化点のセンサ14における上記半径方向の位置を検
出することにより、半導体ウェーハ１のエッジの位置を
検出し、上記距離r_i、r_jを検出できるものである。この
例の場合、位置合わせ基準面３は、Ｘ方向に直交する状
態となっている。そして、センサ14の検出電極は、検出回路15に接続さ
れており、センサ14の上記半径方向の一端から他端に至
る各位置での検出容量がこの検出回路15から得られる。
そして、この検出回路15の検出出力が、A/Dコンバータ1
6に供給されてデジタルデータとされてからマイクロコ
ンピュータ（以下マイコンと略称する）17に供給され
る。また、このマイコン17からドライブ回路18を通じて回
転機構13に駆動信号が与えられ、チャック11が回転し、
ウェーハ１が回転する。この場合、回転機構13のモータがステップモータのと
きには、ドライブ回路18は単なるパルスアンプであり、
モータは、マンコン17の出力パルスの数に対応した回転
角だけ回転するものである。また、回転機構13のモータ
が直流モータのときには、ドライブ回路18はサーボ回路
であり、マイコン17の出力を目標値としてその目標値だ
けモータを回転させるものである。そして、この例では、マイコン17の出力に基づいて半
導体ウェーハ１が角度αずつ、例えばα＝3.6゜ずつ回
転させられる。なお、マイコン17からはＸ−Ｙステージ12にもドライ
ブ回路19を通じて駆動信号が与えられ、チャック11のＸ
方向及びＹ方向の移動が制御されている。次に、第５図の装置の動作について、第２図をも参照
しながら以下説明する。先ず、半導体ウェーハ１は、図示しない搬送機構によ
りウェーハチャック11上に載置される。この際、予め半
導体ウェーハ１は、ガイド等により、チャック11上から
半導体ウェーハ１がはみでないように載置されるが、チ
ャック11の回転中心とウェーハ１の中心は数mmずれてい
てもよい。そして、チャック11に対して半導体ウェーハ
１は、真空吸引されて固定される。この位置において、Ｘ−Ｙステージ12をＸ方向に移動
し、センサ14の上記半径方向の各位置の検出容量から、
マイコン17において、半導体ウェーハ11のエッジ位置と
なる容量変化点が検出され、この容量変化位置からチャ
ック11の回転中心Ｏからこのときのエッジ位置P_iまでの
距離r₁が検出される。次に、マイコン17からドライブ回路18を通じて回路機
構13に回転駆動信号が供給されて、チャック11が、した
がってウェーハ１が3.6゜回転させられる。そして、こ
の位置において、上記と同様にして、エッジ検出がなさ
れると共に、そのエッジ位置P₂のチャック11の回転中心
Ｏからの距離r₂が検出される。次に、このエッジ位置P₂における距離r₂と、１つ前の
エッジ位置P₁における距離r₁とから、∠OP₁P₂（＝
β_１）が、前記（２）式から求められる。次に、マイコン17からドライブ回路18を通じて回転機
構13に回転駆動信号が供給されて、チャック11が、した
がってウェーハ１が、さらに3.6゜回転させられる。そ
して、この位置において、上記と同様にして、エッジ検
出がなされると共に、そのエッジ位置P₃のチャック11の
回転中心Ｏからの距離r₃が検出される。次に、このエッジ位置P₃における距離r₃と、１つ前の
エッジ位置P₂における距離r₂とから、∠OP₂P₃（β_２）
が、同様にして前記（２）式から求められる。そして、
前記（１）式に基づいて、この角度β_２が、その１つ前
の角度β_１と回転角α＝3.6との和（α＋β_１）に等し
いか否か判別される。等しければ、このエッジ位置P₂を
オリフラ上の位置として、オリフラ２を検出する。等し
くなければ、さらに、ウェーハ１を3.6゜ずつ回転し、
上述と同様の手順でオリフラ２の検出を行なう。以上のようにして、ウェーハ１を相対的に予め定めら
れた角度αずつ回転するごとに、マイコン17において、
（２）式に基づいて、そのエッジ位置における距離r
_jと、その１つ前のエッジ位置における距離r_iとから角
度βｉを計算し、半導体ウェーハ１のオリフラ２を見付
ける。そして、オリフラ２が見つかったときは、前述し
たように、その角度βｉの大きさが鋭角か鈍角かによ
り、前記（３）式あるいは（４）式に基づいて求められ
た補正角θだけウェーハ１の回転角位置が補正され、そ
のオリフラ２が、合わせ基準面に一致ないし平行とされ
る。こうして、半導体ウェーハ１のオリエンテーションフ
ラット２を合わせ基準面に一致ないし平行とすることが
できたら、マイコン17は、Ｘ−Ｙステージ12に駆動信号
を供給し、チャック11を移送して、ウェーハをテスト位
置に移動し、テストを行なうものである。なお、センサ14としては、静電容量センサに限らず、
光学センサ（ラインセンサ）その他のセンサを使用でき
ることはもちろんである。また、この発明は、ウェーハプローバに限らず、半導
体ウェーハの位置合わせを必要とする種々の装置に適用
可能である。また、被検体は、半導体ウェーハに限らず、円形のも
ので、その一部に直線部を有し、その直線部を用いて位
置合わせを行なう場合のすべてに、この発明は適用可能
である。

【発明の効果】

この発明によれば、一部に直線部を有する円形の被検
体の回転中心Ｏから上記被検体のエッジの点P_i、P_jまで
の距離r_i、r_jを円周方向に求める、すなわち角度αづつ
円周方向に求め、この距離r_i、r_jの変化を検出すること
により被検体の直線部を検出しているので、被検体の中
心点Ｏと回転中心とがずれていても直線部を検出するこ
とができる。また、被検体に欠けがあっても、それがオリエンテー
ションフラットと同等以上の直線的な欠けでなければ、
これを誤認することがない。さらに、被検体の回転角αは、予想される直線部の開
き角の1/3程度でよく、しかも、被検体の全周分につい
て回転中心からエッジまでの距離を求める必要はなく、
直線部のエッジであれば、それを即座に検出できるの
で、短時間で直線部を検出でき、迅速な位置合わせを行
なうことができる。また、回転角αが直線部の開き角の1/3以下であれ
ば、角度が大きくても合わせの精度の低下がない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明の考え方を説明するための
図、第５図はこの発明の一実施例を示す系統図、第６図
はその一部を説明するための図である。 1;半導体ウェーハ 2;オリエンテーションフラット 3;合わせ基準面 11;ウェーハチャック 13;回転機構 14;センサ 15;検出回路 17;マイクロコンピュータ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】全体がほぼ円形で、そのエッジの一部に直
線部を有する被検体の前記直線部を、前記被検体を回転
させながら検出する検出方法であって、前記被検体を回転し、その回転中心と前記エッジとの距
離を、前記回転中心に対する前記直線部の開角度の1/3
以下の回転角毎に測定する測定工程と、前記測定工程での２回以上の測定により得られる前記距
離を用いて、前記回転中心を頂点とし、今回距離測定回
転角位置のエッジと前回距離測定回転角位置のエッジを
結んだ線分を底辺とする三角形の、少なくとも前回距離
測定回転角位置のエッジ側の内角を算出する内角算出工
程と、前記内角算出工程で算出した今回距離測定回転角位置に
ついての前記内角を、前回距離測定回転角位置について
算出された前記内角と前記距離測定の単位回転角との和
と比較することにより、前記三角形の底辺が前記直線部
の一部であるか否かを判定する判定工程と、を備える位置検出方法。
【請求項２】前記判定工程で前記直線部が検出されたと
きに、前記被検体の回転を停止して前記直線部の検出作
業を終了した後、前記直線部と位置合わせ基準面との角
度ずれを検出し、この角度ずれを補正して、前記被検体
を前記位置合わせ基準面に位置合わせするようにする請
求項（１）に記載の位置検出方法。
【請求項３】ウェーハに形成された電極をプローブ針に
接触させて検査を行なう検査装置において、前記ウェーハを載置する載置台と、前記載置台を回転させる回転機構と、前記載置台に載置されて回転するウェーハの、回転中心
からエッジ位置までの距離を検出するセンサと、前記センサからの情報を受け、この情報から前記ウェー
ハのオリエンテーションフラットを検出するマイクロコ
ンピュータとを備え、前記マイクロコンピュータは、前記センサからの情報から前記ウェーハのオリエンテー
ションフラットの前記回転中心に対する開角度の1/3以
下の回転角ごとの前記距離の情報を取得し、この取得し
た距離の情報を用いて、前記ウェーハの回転中心を頂点
とし、今回距離情報取得回転角位置のエッジと前回距離
情報取得回転角位置のエッジを結んだ線分を底辺とする
三角形の、少なくとも前記距離情報取得回転角位置のエ
ッジ側の内角を算出し、算出した今回距離測定回転角位
置についての内角を、前回距離測定回転角位置について
算出された内角と前記距離情報を取得する単位回転角と
の和と比較することにより、前記三角形の底辺が前記オ
リエンテーションフラットの一部であるか否かを判定
し、その判定結果により前記回転機構を制御して、オリ
エンテーションフラットを検出したときにはウェーハの
回転を終了させ、オリエンテーションフラットが検出さ
れなければ継続させるようにしたことを特徴とする検査
装置。