JP2869570B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は検査装置に関する。

（従来の技術） 近年、複数の半導体素子（以下チップと称す）をセラ
ミック基板上に搭載してなる半導体モジュールの利用が
高まり、この半導体モジュールに対する検査への対応が
望まれている。

ところで、チップは、高集積化や処理速度の高速化等
に伴って通電時の動作発熱量が上昇する傾向にあること
から、検査中に基板が熱膨脹して数μｍオーダーで変
形、移動し、電極パッドの位置と検査端子との整合がと
れなくなるという不具合が生じる。

このような点に鑑みて、最近、半導体モジュールを例
えば不活性液体中に浸漬する等して冷却しながら検査を
行う方法が考えられているが、必ずしもこれにより確実
に基板の熱膨脹が防止されるとは限らない。

そこで、基板の裏側に位置確認用のマークを設け、こ
のマークを焦点固定カメラ等の所定の撮像手段により撮
像して基板の位置ずれを検出するという方法が注目され
ている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような撮像手段を用いた基板位置
ずれ検出機構を構成する場合、基板の背面は撮像のため
開放しておく必要があり、特別な構造を有する基板支持
部材が要求される。

また、基板表面を数倍の倍率で撮像するためには焦点
合せを行うことが必要になることから、捩れや反りのあ
る基板に対しては、撮像手段であるカメラを基板表面に
対して垂直方向に移動させる機構が必要となる。

ところが、基板の下には多数のケーブル類等が高密度
に納められていることが多いことから、こうした場所に
上述したカメラの移動機構を配置するスペースを確保す
ることは、装置サイズの拡大を招くことになる。そこ
で、スペースを極力要しない光学系の開発が望まれてい
た。

本発明はこのような課題を解決するためのもので、簡
単な構成で、正確な位置決めを行うことができ、検査精
度を向上させることのできる検査装置を提供しようとす
るものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の検査装置は、被検査体を、当該被検査体の検
査を行う載置台にロード・アンロードするローダ部と、 前記載置台の上方に設けられ、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に移動
可能とされた測定部と、 前記測定部に設けられ、前記被検査体の電極と当接さ
れる複数のプローブピンが設けられたピンブロックを保
持するチャック部と、 前記チャック部に保持された前記ピンブロックをθ方
向に回転させるθ駆動機構と、 前記載置台の下側に設けられ、前記被検査体の下面側
に設けられた熱膨脹補正用ターゲットを撮像して前記被
検査体の熱膨脹による伸縮を認識し前記測定部による前
記ピンブロックの駆動量を補正するためのCCDカメラ
と、 前記測定部に設けられ、前記被検査体の上面側に設け
られたアライメント用ターゲットを撮像し、予め入力さ
れたアライメント用ターゲット位置に基づいて前記被検
査体の位置を認識して前記測定部及び前記θ駆動機構に
よる前記ピンブロックの駆動量を調節し前記被検査体の
前記ピンブロックとのアライメントを行うためのアライ
メントカメラと、 を具備したことを特徴とする。

（作用） 本発明の検査装置では、簡単な構成で、正確な位置決
めを行うことができ、検査精度を向上させることができ
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第１図および第２図は本発明に係る一実施例の検査装
置の構成を示す図である。

装置本体１は、被検査体である半導体モジュール２を
搬送および検査可能な状態としたワーク３の所定の検査
を実行する検査部10と、半導体モジュール２上に搭載さ
れた複数の半導体素子（以下、チップと記す）に対応し
た複数の検査用接触端子が収容され、これらの交換およ
び位置合せを行う接触端子供給部20とから構成されてい
る。

装置本体１の検査部10側の端部には、上記ワーク３を
ロード・アンロードするためのワークローダー部30が設
置されている。装置本体１およびワークローダー部30上
には、それぞれワークローダー部30、検査部10、接触端
子供給部20の並列方向（以下、Ｘ方向とよぶ）に沿って
移動可能とされたワーク搬送機構40と接触端子移動機構
50とが搭載されている。

第３図から第５図は上記したワーク３の構成を示して
いる。

同図に示すように、半導体モジュール２は、種類の異
なる複数のチップ2aをセラミックス基板2b上に搭載して
なっている。ワーク３は、ソケットボード４上に、半導
体モジュール２の図示を省略した各入出力ピンと電気的
に接触してこれにテスト電圧を供給するためのソケット
５と、半導体モジュール２を水平方向から押える押え板
６と、押え板６を支持するとともに半導体モジュール２
を支持するための３つのブラケット（突出部）７を水平
方向に突出してなるサポートボード８とから主体部が構
成されている。なお、このサポートボード８における３
つのブラケット７は、３点による支持で半導体モジュー
ル２裏面の対角位置に設けられたターゲットの高さが常
に一定となるような位置に設けられている。

またセラミックス基板2bと押え板６との間には、この
間を液密封止するための例えばＯリング等のリング状パ
ッキン９が挟持されている。なお、図示は省略したが、
チップ2aの周囲には測定用電極パッドが、多層セラミッ
クス基板2bの上面の３角にはアライメント用ターゲット
が、下面には対角線上の２角に熱膨脹補正用ターゲット
が設けられており、サポートボード８の４角には位置決
め孔が設けられている。

上記検査部10は、液槽13を有している。また、ワーク
載置台12の開口部下方には、ワーク３のソケットボード
４に接触して電気的な接続を行う図示を省略した多数の
ポゴピンが突設されたワークセットベースユニット17が
配置されている。またワーク３のセラミックス基板2bの
下面に設けられた一対の熱膨脹補正用ターゲットの形成
位置と対向する位置に、焦点方向に移動機構を持たない
下アライメントカメラ18a、18bが配置されている。例え
ば、さらにワーク搬送機構40およびワーク載置台12間に
おけるワーク３の移載を行う昇降可能なワーク移載ピン
19が設けられている。

ここで、下アライメントカメラ18a、18bの構成につい
て第６図を用いて説明する。

下アライメントカメラ18a、18bは、ボアスコープ18
c、アダプタ18e、CCDカメラ18fが、この順に一体的に構
成されてなっている。そしてワーク載置台12の下面に取
付けられた固定部18g、および支持部材18h、18iに取付
けられた固定部18jに、ロングカラー18kが接着剤等によ
り固定されたボアスコープ18cが摺動自在に挿入されて
いる。またボアスコープ18cには、雄ねじ18lを有したハ
ンドル18mおよびカラー18nが取付けられており、この雄
ねじ18lは、固定部18jに形成された雌ねじ18pに噛合っ
ている。そしてハンドル18mを回転させると、下アライ
メントカメラ18a、18bは上下方向へ移動するようなされ
ている。

また、接触端子供給部20は、半導体モジュール２に搭
載されたチップ2aの周囲に形成された測定用電極パッド
の形状およびピッチに応じてプロープピンが植設された
複数のピンブロック21を個々に保持する複数例えば９個
のピンブロックチェンジャ22と、接触端子移動機構50側
に受け渡されたピンブロック21の位置確認を行うピンブ
ロックアライメントカメラ23とによって構成されてい
る。

上記ピンブロックチェンジャ22は、ピンブロック21を
挟持する保持部24と、この保持部24を接触端子移動機構
50側に上昇させる機構によって構成されており、検査プ
ログラムに応じて使用ピンブロック21を個別に上昇さ
せ、接触端子移動機構50に供給する。

ワークローダー部30は、ローダー部基台31と、ワーク
３を収容しつつ移動可能とされたワークセットテーブル
32と、ワーク３をワーク搬送機構40へと受渡すワーク昇
降機構33とにより構成されている。また、上記ワーク昇
降機構33によって上昇したワーク３を保持する保持部41
を有している。この保持部41は、ワーク３の下面を支持
するＸ方向に進退自在の一対のつめ42によって構成され
ている。

また、接触端子移動機構50は、ワーク搬送機構40と同
様に、上記ステージ用ガイド30a、1b上に搭載されたロ
字形状を有するＸステージ51、このＸステージ上に配置
された同様の開口面積を有するロ字形状のＹステージ5
2、上記Ｘステージ51およびＹステージ52の開口部内に
配置されたＺステージ53によって、このＺステージ53に
固定されたピンブロック21のチャック部54と上アライメ
ント用カメラ55とが設置された測定部56が、Ｘ−Ｙ−Ｚ
方向に移動可能に構成され、また図示を省略したθ駆動
機構によってチャック部54が回転自在とされている。そ
して、上記チャック部54に保持されたピンブロック21
は、Ｚステージ53によって検査部10の液槽13内まで下降
し、液槽13内に浸漬されているワーク３との接触が行わ
れる。

測定部56には、非導電性不活性液体導入管57が配設さ
れている。またチャック部54の上部にはピンブロック21
と図示を省略したテスタに接続されたタッチプレートが
配置されており、このタッチプレートによってピンブロ
ック21とテスタとの電気的な接続が行われている。

次にこの半導体検査装置における検査手順について説
明する。

まず、ワークセットテーブル32の収容部内に配置され
たワーク３をワーク搬送機構40により検査部10の保持部
41のワーク載置台12上に搬送し、ワーク載置台12上に位
置決めされて載置される。この際、接触端子移動機構50
は、接触端子供給部側へと移動する。

この後、ワーク載置台12上に載置されたワーク３は、
クランプ14によってワーク載置台12に対して液密に固定
されると共に、ワーク３のソケットボード４と検査部10
側のワークセットベースユニット17との電気的な接続が
行われる。

またこの際に、下アライメントカメラ18a、18bによっ
て、ワーク３の多層セラミックス基板2bの下面に設けら
れた熱膨脹補正用ターゲットの初期位置が認識される。

ワーク３のセッティングと相前後して、ピンブロック
21の装着が行われる。ピンブロック21の装着は、まず検
査プログラムに応じて自動的に、第１番目に検査を行う
チップ2aに対応したピンブロック21を選択し、接触端子
移動機構50をピンブロック21上に移動させて、上記選択
したピンブロック21を保持する。

この後、ピンブロック補正用カメラ23によって、ピン
ブロック21の保持状態を撮像し、上アライメントカメラ
55との位置確認が行われた後、検査部10上方へと接触端
子移動機構50は移動する。

次に、検査部10上方へと移動した接触端子移動機構50
の測定部56に配置された上アライメントカメラ55によっ
て、ワーク３とピンブロック21とのアライメントが行わ
れる。このアライメントは、まず上アライメントカメラ
55によって多層セラミックス基板2bの表面を撮像しつつ
その３角に設けられたアライメント用ターゲットの位置
を、接触端子移動機構50側のＸ−Ｙステージにおける位
置座標として認識し、予め入力されたアライメント用タ
ーゲット位置に基づいた各チップ2a位置がＸ−Ｙステー
ジの位置座標として求められる。そして、チップ2aの位
置座標にしたがってピンブロック21の位置が決定され、
Ｘステージ51、Ｙステージ52および図示を省略したθ駆
動機構を駆動してチップ2aの周囲に形成された測定用電
極パッドとピンブロック21に植設されたプローブピンと
のアライメントが行われる。

このアライメントを行った後、不活性液が液槽13内に
供給され、ワーク３は非導電性不活性液体15内に浸漬さ
れた状態となる。

この後、非導電性液体15を測定対象チップ2a上および
周囲に供給しつつ、Ｚステージ53を駆動することによっ
て測定部56を下降させ、ピンブロック21のプローブピン
を非導電性液体15中に浸漬しつつ、測定用電極パッドに
当接させる。そして半導体モジュール２にテスト電圧を
供給し当該チップ2aの検査を行う。

以上の動作によりチップ2aに対する検査が終了する。

かくしてこの実施例の半導体検査装置によれば、ワー
ク３において、サポートボード８に、３つのブラケット
７を水平方向に突出して設け、このブラケット７で半導
体モジュール２の反りや捩れがあっても、ターゲットの
高さが一定となるように支持したので、セラミックス基
板2bの背面を下アライメントカメラ18a、18bにより撮像
できるよう開放した状態で安定してセラミックス基板2b
を支持することができる。

また、コンパクトで長焦点深度、高分解能な光学系を
使用したことにより、焦点合せ機構を不要とする簡単な
方式となった。

また、上述した実施例では、検査対象としてパッケー
ジされた複数種の半導体素子をセラミック基板に設けた
半導体モジュールとして説明したが本発明はこれに限定
されるものでない。例えば、被検査体は、パッケージさ
れた半導体素子でなくても、チップ状態のものでもよ
い。また、半導体ウエハに異品種のチップが搭載された
ものでもよい。さらに半導体でなくてもLCDやプリント
基板を搭載したものであってもよい。また、被検査体の
基板への実装は、片面だけでなく両面でもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の検査装置によれば、簡単
な構成で、正確な位置決めを行うことができ、検査精度
を向上させることができる。また、反りや捩れがある基
板でも焦点合せ用の移動機構無しで数倍の倍率で撮像が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の検査装置を示す斜視
図、第２図は第１図の断面図、第３図は第１図における
ワークの構成を説明するための断面図、第４図は第３図
の一部を拡大して示す断面図、第５図は第３図における
サポートボードを示す斜視図、第６図は下アライメント
カメラの構成を示す断面図である。 ２……半導体モジュール、2a……チップ、2b……セラミ
ックス基板、３……ワーク、７……ブラケット、８……
サポードボード、18a、18b……下アライメントカメラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河西 繁 東京都新宿区西新宿１丁目26番２号 東 京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−243535（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査体を、当該被検査体の検査を行う載
   置台にロード・アンロードするローダ部と、 前記載置台の上方に設けられ、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に移動可
   能とされた測定部と、 前記測定部に設けられ、前記被検査体の電極と当接され
   る複数のプローブピンが設けられたピンブロックを保持
   するチャック部と、 前記チャック部に保持された前記ピンブロックをθ方向
   に回転させるθ駆動機構と、 前記載置台の下側に設けられ、前記被検査体の下面側に
   設けられた熱膨脹補正用ターゲットを撮像して前記被検
   査体の熱膨脹による伸縮を認識し前記測定部による前記
   ピンブロックの駆動量を補正するためのCCDカメラと、 前記測定部に設けられ、前記被検査体の上面側に設けら
   れたアライメント用ターゲットを撮像し、予め入力され
   たアライメント用ターゲット位置に基づいて前記被検査
   体の位置を認識して前記測定部及び前記θ駆動機構によ
   る前記ピンブロックの駆動量を調節し前記被検査体と前
   記ピンブロックとのアライメントを行うためのアライメ
   ントカメラと、 を具備したことを特徴とする検査装置。