JP2959862B2 - 位置合せ方法 - Google Patents

位置合せ方法

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JP2959862B2
JP2959862B2 JP7296891A JP7296891A JP2959862B2 JP 2959862 B2 JP2959862 B2 JP 2959862B2 JP 7296891 A JP7296891 A JP 7296891A JP 7296891 A JP7296891 A JP 7296891A JP 2959862 B2 JP2959862 B2 JP 2959862B2
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正樹 成島
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】[発明の目的]
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は、位置合せ方法に関す
る。
【0003】
【従来の技術】最近の半導体分野においては、演算処理
の高速化や複雑化等に対応するために、内部配線が施さ
れた多層セラミックス基板上等に機能の異なる複数のチ
ップを塔載し、モジュ―ル化してチップアレイとして直
接利用することが徐々に増加しつつあり、このような半
導体モジュ―ルの二次検査への対応が強く望まれてい
る。
【0004】このような半導体モジュ―ルの二次検査
は、個々のチップのボンディング状態や多層セラミック
ス基板内の配線状態等の検査、さらにはモジュ―ルとし
ての動作特性の検査の他に、機能や規格(電極パッド
数、電極パッド配列等)の異なる個々のチップの基本性
能や入力から出力までの中間過程における動作特性等の
検査も必要とされる。このような半導体モジュ―ルの二
次検査を実施するためには、上記したような規格の異な
る各チップの電極パッドに対応させた複数の検査端子を
用い、個々に高精度に電気的な接続を行わなければなら
ない。そこで、半導体モジュ―ル側を固定して検査端子
側を移動可能とすることが有利となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
LSIチップ等は高集積化や処理速度の高速化に伴っ
て、通電時の発熱量が上昇する傾向にあり、数十μm オ
―ダの精度で電気的な接触を必要とする半導体モジュ―
ルの検査においては、検査精度を向上させる上でチップ
からの発熱によって生じる基板側の熱膨脹を考慮して検
査端子の当接を行わなければならない。そこで、基板に
熱膨脹補正用マ―ク例えば十字マ―クを設け、このマ―
クを撮像し画像処理によって上記熱膨脹によって生ずる
位置ずれ量を検出し、この検出量に基づいて熱膨脹補正
を行いつつ検査端子の接触を行うことが考えられるが、
半導体モジュ―ル側を固定とした場合、保持位置のずれ
を見込んだ上でマ―クを確実に撮像しなければならな
い。
【0006】このような要求に対して、撮像手段側を移
動可能として対処することは容易ではあるが、例えば移
動用のステ―ジを設置するには比較的大きなスペ―スを
必要とし、装置内スペ―スの点で許容されない場合も考
慮しなければならない。また、検査端子側の移動機構と
は別に移動機構を設けることによって装置コストも大幅
に上昇してしまう。
【0007】このような課題は、半導体モジュ―ルの検
査装置に限らず、撮像手段と位置合せを必要とする被処
理物とが共に固定の場合に、必然的に生じるものであ
る。
【0008】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、被処理物と撮像手段とが共に固定状
態の場合においても、位置合せ用マ―クの検出を確実に
行うことを可能にした位置合せ方法を提供することを目
的とするものである。
【0009】[発明の構成]
【0010】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の位置
合せ方法は、被処理物の所定部位に設けられた位置合せ
マークを撮像手段によって撮像し、得られた画像情報か
ら該被処理物の位置合せを行うに際し、前記位置合せ用
マークの中心位置を示す中心マークと、この中心マーク
を中心として所定距離離間した位置に、前記撮像手段の
視野に対して該位置合せ用マークの占有範囲が充分とな
るように設けられた複数の補助マークとにより、前記位
置合せ用マークを構成するとともに、前記撮像手段によ
って撮像された前記位置合せ用マークの画像情報から前
記中心マークまたは補助マークの位置を検出し、前記位
置合せマークの中心の初期位置を検出する初期位置検出
工程と、 前記初期位置検出工程と同一位置に固定された
前記撮像手段によって撮像された前記位置合せ用マーク
の画像情報から前記中心マークまたは補助マークの位置
を検出し、前記位置合せマークの中心の熱膨張による初
期位置からのずれ量を検出する工程とにより、 前記被処
理物の熱膨張によるずれ量を検出し、位置合せを行う
とを特徴とするものである。また、請求項2の発明は、
請求項1記載の位置合せ方法において、前記位置合せ用
マークの中心位置のずれ量を検出することにより、前記
被処理物への処理位置を決定することを特徴とするもの
である。
【0011】本発明方法は、特に被処理物および撮像手
段が共に固定保持され、上記位置合せ用マ―クの中心位
置のずれ量を検出することによって、被処理物に対する
処理位置を決定する場合に有効である。
【0012】
【作用】被処理物側の保持位置や被撮像位置にずれが生
じ、撮像手段の視野から中心マ―クが外れた場合、この
中心マ―クから所定距離の位置に、撮像手段の視野に対
して位置合せ用マ―クの占有範囲が充分となるよう設け
られた複数の補助マ―クを有しているため、補助マ―ク
の位置を検出することによって、初期位置からのずれ量
を検出することができる。従って、被処理物および撮像
手段が共に固定保持されている場合においても、被処理
物の位置検出や位置合せが確実に実施できる。
【0013】
【実施例】次に、本発明方法の実施例について、図面を
参照して説明する。
【0014】図1は、本発明方法を適用した一実施例の
位置確認方法を説明するための図である。図中、符号1
は位置合せを実施する被処理物であり、この実施例では
図示を省略した複数の半導体素子を内部配線を有するセ
ラミックス基板2上に塔載することによって構成された
半導体モジュ―ル3を例として説明する。セラミックス
基板2の下面には、 2角の対角線上の所定位置に位置合
せ用マ―ク10がそれぞれ設けられている。なお、この
半導体モジュ―ル3の外周側にはクランプ用のサポ―ト
ボ―ド4が、また下面側には検査用のソケットボ―ド5
が配置されており、ソケットボ―ド5には位置合せ用マ
―ク10を視認可能とするための透過孔5aが、位置合
せ用マ―ク10の形成位置に応じて設けられている。
【0015】ここで、半導体モジュ―ル2を主要部とす
る被処理物1は、 2個の位置合せ用カメラ6のそれぞれ
の視野の上方に、セラミックス基板2に設けられた位置
合せ用マ―ク10がそれぞれ略位置するようクランプ7
によって固定保持されている。上記位置合せ用カメラ6
は、位置合せ用マ―ク10を撮像して位置合せ用の画像
情報を得るためのものであり、得られた光学的な画像情
報を処理し、明暗のピ―ク波形として出力するよう構成
されており、これら位置合せ用カメラ6も、それぞれ所
定の位置に固定されている。
【0016】位置合せ用マ―ク10としては、図2に示
すように、十字状の中心マ―ク11の周囲に、中心マ―
ク11の図中X方向およびY方向に沿ってそれぞれ両端
部から所定距離の位置に位置合せ用マ―ク10の占有範
囲を拡大する如く円形状の第1の補助マ―ク12a、1
2bを設けると共に、中心マ―ク11の側方に画像処理
時における出力波形のピ―ク数をX方向およびY方向そ
れぞれに増大させる如く円形状の第2の補助マ―ク13
を設けたものが例示される。なお、第1の補助マ―ク1
2a、12bも出力波形のピ―クとして検出される。
【0017】また、図3に示すように、円形のマ―ク1
4を画像処理時の出力波形における強度の異なる複数の
ピ―クがX方向およびY方向それぞれに対して得られる
ように組合せたもの等、各種形状の位置合せ用マ―ク1
0を用いることが可能である。なお、図3に示した位置
合せ用マ―ク10においては、XおよびY方向における
中心位置の円形マ―ク14が中心マ―クとなる。
【0018】次に、上述図2に示した位置合せ用マ―ク
10を用いた位置合せ方法について説明する。
【0019】まず、熱膨脹を受けていない、図1に示し
た状態で、予め位置合せ用カメラ6で位置合せ用マ―ク
10を撮像し、カメラ出力に図4に示すような出力波形
6bを得る。この出力波形6bの中の幾つかのピ―ク位
置のうち、視野6aの中心6cに最も近い位置のピ―ク
0 の画素座標t0 を基準座標として記憶する。さら
に、上記ピ―クp0 を中心とした一定範囲の波形パタ―
ンq0 を基準パタ―ンとして記憶する。
【0020】実際に、熱膨脹による変形量を検出する場
合には、位置合せ用カメラ6で位置合せ用マ―ク10を
撮像し、カメラ出力に図5に示すような出力波形6bの
中から基準パタ―ンq0 に一致するパタ―ンq1 を自動
的に検出する。この波形パタ―ンq1 の中のピ―クp1
の画素座標t1 を求め、上記基準座標t0 からの相対的
な距離lを算出し、この距離lをXおよびY方向それぞ
れに対して算出することにより、基準位置からのずれ量
が検出される。
【0021】なお、具体的な位置合せとしては、上記ず
れ量(距離l)に基づいて被処理物1の保持位置を変更
したり、また被処理物1に対する各種処理例えばプロ―
ブピンを多数植設した検査端子の当接位置を補正する等
が例示される。
【0022】このように中心マ―ク11と補助マ―ク1
2、13とを組合せて位置合せ用マ―ク10を構成する
ことによって、被処理物1と位置合せ用カメラ6とが共
に固定されている場合においても、確実に位置合せ用マ
―ク10の基準位置からのずれ量を検出することができ
る。
【0023】次に、上記実施例の位置合せ方法を半導体
モジュ―ルの検査装置における熱膨脹補正に適用した例
について図6および図7をも参照して説明する。
【0024】図6および図7は本発明方法を適用した半
導体モジュ―ル検査装置の一構成例を模式的に示す図で
ある。装置本体20は、上述位置合せ方法の説明内で例
示した被処理物1、すなわち被検査体となる半導体モジ
ュ―ル3を搬送および検査可能な状態としたワ―ク21
に対し、非導電性液体中で所定の検査を行う検査部30
と、半導体モジュ―ル3上に塔載された被検査体となる
複数の半導体素子3a(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
び位置合せを行う検査端子供給部40とから構成されて
おり、装置本体20の検査部30側の端部には、上記ワ
―ク21をワ―クセットテ―ブル51からロ―ドあるい
はワ―クセットテ―ブル51へアンロ―ドするためのワ
―クロ―ダ―部50が着脱自在に設置されている。ま
た、装置本体20およびワ―クロ―ダ―部50上には、
それぞれワ―クロ―ダ―部50、検査部30、検査端子
供給部40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―ク搬送機構60と検査端子移動機
構70とが塔載されている。
【0025】なお、上記ワ―ク21における多層セラミ
ックス基板2上面の 3角には、アライメント用タ―ゲッ
ト2aが設けられてあり、また下面には対角線上の 2角
に前述した位置合せ用マ―ク10が熱膨脹補正用タ―ゲ
ットとして設けられている。上記検査部30は、検査部
基台31の上面側に突設された槽外壁31aおよび槽内
壁31bと、例えばネオプレンゴム等によって形成され
たロ字状のシ―ル部を有するワ―ク載置台32およびワ
―ク21自体とによって形成される液槽33を有してお
り、ワ―ク21はクランプ34によってワ―ク載置台3
2に対し、液密シ―ルを形成するように密着固定され
る。そして、液槽33内に注入された非導電性液体中に
ワ―ク21を浸漬し、その状態で検査が行われる。
【0026】また、上記ロ字状のワ―ク載置台32の開
口部下方には、ワ―ク21のソケットボ―ド5に対して
電気的な接続を行う図示を省略したワ―クセットベ―ス
ユニットが、またセラミックス基板2の下面に設けられ
た一対の熱膨脹補正用タ―ゲット10の形成位置に応じ
て、前述の位置合せ方法で使用した位置合せ用カメラ6
が下アライメントカメラ35a、35bとして配置され
ている。
【0027】また、検査端子供給部40は、半導体モジ
ュ―ル3に塔載されたチップ3aの周囲に形成された測
定用電極パッド3bの形状およびピッチに応じてプロ―
ブピンが植設された複数のピンブロック41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42
と、検査端子移動機構70側に受け渡されたピンブロッ
ク41の保持状態の確認および後述する上アライメント
カメラとの相対距離を求めるピンブロック補正用カメラ
43とによって構成されている。
【0028】ワ―ク搬送機構60は、ロ―ダ―部基台5
2および装置本体20の上面にX方向に沿って設けられ
たレ―ル51b、20a上を移動可能に塔載されてお
り、ワ―ク21の下面を支持するX方向に進退自在の一
対のつめ61により、ワ―クロ―ダ部50のワ―クセッ
トテ―ブル51と検査部30との間で上記ワ―ク21を
搬送可能な如く構成されている。
【0029】また、検査端子移動機構70は、ワ―ク搬
送機構60と同様に上記レ―ル20a上に塔載されたロ
字形状を有するXステ―ジ71と、このXステ―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―
ジ72と、上記Xステ―ジ71およびYステ―ジ72の
開口部内に配置されたZステ―ジ73とによって、この
Zステ―ジ73に固定された測定ヘッド74が、X−Y
−Z方向に対して移動可能となるように構成されてい
る。この測定ヘッド74には、ピンブロック41のチャ
ック部75と、多層セラミックス基板2上に形成された
基準タ―ゲット2aを撮像することによって半導体モジ
ュ―ル3上に塔載されたチップ3aの位置を求める上ア
ライメント用カメラ76とが設置されている。またチャ
ック部75は、θテ―ブル77によって回転自在とされ
ている。
【0030】なお、チャック部75の上部にはピンブロ
ック41と図示を省略したテスタとに接続されたタッチ
プレ―トが配置されており、このタッチプレ―トによっ
てピンブロック41とテスタとの電気的な接続が行われ
ている。
【0031】上記構成の検査装置における検査手順を以
下に説明する。まず、ワ―クセットテ―ブル51内に載
置されたワ―ク21をワ―ク搬送機構60により検査部
30のワ―ク載置台32上に搬送する。この際、検査端
子移動機構70は、接触端子供給部40側へと移動す
る。
【0032】次に、ワ―ク21は位置決めされつつワ―
ク載置台32上に載置され、クランプ34によって液密
に固定されると共に、ワ―ク21のソケットボ―ド5と
検査部30側のワ―クセットベ―スユニットとが電気的
に接続される。またこの際に、下アライメントカメラ3
5a、35bによって、セラミックス基板2の下面に設
けられた熱膨脹補正用タ―ゲット10を撮像し、下アラ
イメントカメラ35a、35bの画像の出力波形より、
画像中心(前述6c)に近いピ―ク位置の画素座標をX
およびY方向それぞれに対して求め、この座標値をセラ
ミックス基板2の初期位置として記憶する。
【0033】ワ―ク21のセッティングと相前後して、
ピンブロック41の装着が行われる。このピンブロック
41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3aに対応したピンブロッ
ク41を選択し、接触端子移動機構70を上記ピンブロ
ック41上に移動させて、上記選択したピンブロック4
1を保持する。この後、ピンブロック補正用カメラ43
によって、ピンブロック41の保持状態を撮像し、上ア
ライメントカメラ76との相対位置確認(ピンブロック
アライメント)が行われた後、検査部30上方へと検査
端子移動機構70は移動する。
【0034】次に、検査部30上方へと移動した検査端
子移動機構70の上アライメントカメラ76によって、
ワ―ク21とピンブロック41との位置合せ(ワ―クア
ライメント)が行われる。このワ―クアライメントは、
図7に示したように、まず上アライメントカメラ76に
よって多層セラミックス基板2の 3角に設けられたアラ
イメント用タ―ゲット2aをそれぞれ撮像し、これらの
画像からアライメント用タ―ゲット2aの位置を検査端
子移動機構70のX−Y−Z座標(以下、測定側座標)
内の位置座標として検出する。なおZ座標は上アライメ
ントカメラ76の焦点距離から求められる。
【0035】ここで、各チップ3aの周囲に形成された
測定用電極パッド3bの位置は、 3点のアライメント用
タ―ゲット2aの位置に基づて形成されており、この位
置座標が例えば製造装置側の位置座標として、予め本半
導体モジュ―ル検査装置の図示を省略した制御部へと入
力される。そして、予め入力されたアライメント用タ―
ゲット2a位置と上記上アライメントカメラ76によっ
て検出したアライメント用タ―ゲット2aの測定側座標
における位置座標とを座標変換し、測定側座標内におけ
る測定用電極パッド3bの位置を算出する。
【0036】次いで、測定用電極パッド3bの位置座標
に従い、上記ピンブロックアライメントによって求めた
上アライメントカメラ76とピンブロック41との相対
距離に基づいてピンブロック41のプロ―ブ位置が決定
され、Xステ―ジ71、Yステ―ジ72およびθステ―
ジ77を駆動して測定用電極パッド3bとピンブロック
41に植設されたプロ―ブピンとがアライメントされ
る。
【0037】このように、測定用電極パッド3bの位置
検出を、アライメント用タ―ゲット2aの画像処理を用
いた位置確認と位置情報に基づく座標変換とによって行
っているため、工程内の位置合せ時間を大幅に短縮する
ことが可能となる。また、このワ―クアライメントの終
了後に、非導電性液体例えばフッ素系不活性液が液槽3
3内に供給され、ワ―ク21は非導電性液体内に浸漬さ
れた状態となる。
【0038】この後、非導電性液体を測定対象チップ3
a上およびその周囲に供給しつつ、Zステ―ジ73を駆
動することによって測定ヘッド74を下降させ、ピンブ
ロック41に植設されたプロ―ブピンを非導電性液体中
に浸漬しつつ、測定用電極パッド3bに当接させ、半導
体モジュ―ル3にテスト電圧を供給し当該チップ3aの
検査を行う。以上の動作により 1つの半導体素子3aに
対する検査は終了する。
【0039】次に、半導体モジュ―ル3内に同一規格の
チップ3aが存在する場合は、同一のピンブロック41
をそのまま用い、次の同一規格のチップ3aの検査を行
う。この場合、まずチップ3aの動作に伴う発熱による
多層セラミックス基板2の熱膨脹の有無を検出し、多層
セラミックス基板2の熱膨脹が生じている場合は、この
検出結果に基いて熱膨脹による測定用電極パッド3bの
位置ずれを補正する。すなわち、下アライメントカメラ
35a、35bによって多層セラミックス基板2の熱膨
脹補正用タ―ゲット10を撮像し、この時点における熱
膨脹補正用タ―ゲット10のピ―ク位置をXおよびY方
向それぞれについて求める。そして、前述した初期位置
からの位置ずれ量を算出し、半導体素子3aの熱膨脹の
有無およびその量を検知し、この結果に基づいて測定用
電極パッド3bの位置に関する情報を修正し、ピンブロ
ック41を当接させる。
【0040】同一規格の半導体素子が終了した後、未検
査のチップ3aが存在する場合は、一旦接触端子移動機
構70を接触端子供給部40の上方位置まで移動させ、
ピンブロック41の交換を行う。そして、同様に下アラ
イメントカメラ35a、35bによって多層セラミック
ス基板2の熱膨脹の有無およびその量を検出し、この結
果に基づいて位置ずれを補正することにより測定用電極
パッド3bにピンブロック41を正確に当接させ、当該
半導体素子3aの検査を実施する。
【0041】そして、以上の工程を繰返し行うことによ
って全半導体素子3aの検査を行い、検査が終了した後
は非導電性液体を排出し、ワ―ク21を検査部30から
ワ―ク搬送機構60によってワ―クロ―ダ―部50まで
移動し、ワ―ク21を搬出して一連の検査工程が終了す
る。
【0042】なお、上記実施例ではプロ―ビングを非導
電性不活性液体中で行っているが、これは各チップ3a
の動作発熱を吸収して検査精度を高めると共に、実動作
温度を想定したものであり、必要に応じて実施するもの
である。
【0043】このように、この実施例の半導体モジュ―
ル検査装置によれば、下アライメントカメラ35a、3
5bによって多層セラミックス基板2の熱膨脹補正用タ
―ゲット10を撮像することにより、 1チップ毎にセラ
ミックス基板2の熱収縮を求め、それによってピンブロ
ック41の位置補正を実施しているため、発熱量の大き
い半導体素子3aを塔載した半導体モジュ―ル3に対し
ても、より正確な検査が期待できる。また、ワ―ク21
および下アライメントカメラ35a、35bは共に固定
状態とされているが、熱膨脹補正用の位置合せ用マ―ク
10として第2図に示したような中心マ―クと補助マ―
クとの組合せマ―クを使用しているため、確実に位置検
出を行うことが可能となる。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の位置合せ
方法によれば、被処理物と撮像手段とが共に固定状態の
場合においても、位置合せ用マ―クの検出を確実に行う
ことができ、高精度な位置あわせを確実に実施すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の位置合せ方法の一実施例を説明するた
めの図である。
【図2】本発明に用いる位置合せ用マ―クの一具体例を
示す図である。
【図3】本発明に用いる位置合せ用マ―クの他の具体例
を示す図である。
【図4】図1に示す位置合せ方法を説明するための図で
ある。
【図5】図1に示す位置合せ方法を説明するための図で
ある。
【図6】本発明方法を適用した半導体モジュ―ルの検査
装置の構成を示す図である。
【図7】図6に示す検査装置の要部を模式的に示す図で
ある。
【符号の説明】
1……被処理物 2……多層セラミックス基板 3……半導体モジュ―ル 6……位置合せ用カメラ 6a…カメラ視野 6b…検出波形 6c…画像中心 10…位置合せ用マ―ク 11…中心マ―ク 12a、12b……第1の補助マ―ク 13…第2の補助マ―ク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 27/04 (72)発明者 水上 正巳 東京都新宿区西新宿2丁目3番1号 東 京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−274141(JP,A) 特開 昭63−75504(JP,A) 特開 昭61−104203(JP,A) 特開 平1−112311(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/66

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理物の所定部位に設けられた位置合
    せマークを撮像手段によって撮像し、得られた画像情報
    ら該被処理物の位置合せを行うに際し、 前記位置合せ用マークの中心位置を示す中心マークと、
    この中心マークを中心として所定距離離間した位置に、
    前記撮像手段の視野に対して該位置合せ用マークの占有
    範囲が充分となるように設けられた複数の補助マークと
    により、前記位置合せ用マークを構成するとともに、前記撮像手段によって撮像された前記位置合せ用マーク
    の画像情報から前記中心マークまたは補助マークの位置
    を検出し、前記位置合せマークの中心の初期位置を検出
    する初期位置検出工程と、 前記初期位置検出工程と同一位置に固定された前記撮像
    手段によって撮像された前記位置合せ用マークの画像情
    報から前記中心マークまたは補助マークの位置を検出
    し、前記位置合せマークの中心の熱膨張による初期位置
    からのずれ量を検出する工程とにより、 前記被処理物の熱膨張によるずれ量を検出し、位置合せ
    を行う ことを特徴とする位置合せ方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の位置合せ方法において、 前記位置合せ用マークの中心位置のずれ量を検出するこ
    とにより、前記被処理物への処理位置を決定することを
    特徴とする位置合せ方法。
JP7296891A 1991-04-05 1991-04-05 位置合せ方法 Expired - Lifetime JP2959862B2 (ja)

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