JP5326359B2 - 針跡検査装置、プローブ装置、及び針跡検査方法、並びに記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、例えばプローブ針を用いて検査した後の基板について電極パッドの下地層の露出の有無等の露出状況を自動的に検出する針跡検査装置、及び針跡検査方法、並びに針跡検査装置を備えたプローブ装置と、針跡検査方法の実行プログラムが記憶された記憶媒体に関する。

従来、半導体の基板上に形成されたＩＣチップの電気的な特性を測定する装置としてプローブ装置が使用されている。プローブ装置は、基板を載置して３次元方向に自由に移動可能なステージと、プローブカードとを備えており、基板上の配線パターンに接続された電極パッドにプローブカードのプローブ針を接触させる、所謂プローブテストを行うことによってチップの電気的測定を行う装置である。

プローブとしては一般的にプローブ針が使用され、電極パッドの表面の自然酸化膜を削り取るためにオーバドライブ（プローブ針と電極パッドとが接触してから更に電極パッドを上昇させること）をかけるようにしている。そしてプローブ針が横針の場合には、オーバドライブをかけたときにプローブ針が横滑りするために縦長の針跡が形成され、プローブ針が垂直針の場合でも、確実な接触を確保するために基板ステージを横に動かして縦長の針跡が形成されることもある。

従って、プローブテスト後に電極パッドの針跡を検出して電極パッド上に針跡が存在するか否かを把握し、針跡がない場合には測定不良と判断するようにしている。更にプローブ針が予定しているよりも深く電極パッドに突き刺さって電極パッドの下地層が露出した場合にはデバイスの信頼性が落ちるため、それらの電極パッドについては不良として取り扱う必要があり、またそのような深堀が起きると下地層の削り滓がプローブ針に付着してコンタミの要因となる。従って針跡の検出においては、速やかに露出の有無を検出する必要がある。

上記電極パッドの針跡検査については基板がプローブ装置から搬出された後、当該基板に対して作業者が金属顕微鏡等を使用して行っている。しかしながら一枚の基板からは多数例えば１０００個のチップが製造され、一つのチップには複数例えば１０個の電極パッドが形成されることから、針跡検査を行う電極パッドの数は膨大な数になる。そのため従来の針跡検査作業では検査に非常に長い時間が掛かるし、また金属顕微鏡を用意する必要があった。

このような問題に対し、ＣＣＤカメラ等によってウェハＷを撮像し、その撮像データを制御部にて解析して針跡検査を行う針跡検査装置がある。例えば特許文献１には、ウェハに形成されたチップをカメラで撮像して二値化し、形成された針跡の形状と、他の針跡の形状とを比較することにより、常に適切なオーバドライブ量となるようにコンタクト位置を調整するプローバが記載されている。また特許文献２には、ＣＣＤカメラにて電極パッド上に形成されるプロービング後の針跡を撮像し、針跡の長軸方向の長さと予め規定された長軸の規格値とを比較することによりオーバドライブ量を調整するウェハプローバーが記載されている。

また特許文献３には、測定針が非接触の状態でのパッド表面の画像データを取得しておき、測定針接触後のパッド表面の画像データを取得して両画像を比較することにより針跡以外のパッドのシミ等を除外して針跡の位置を判定する針跡検出方法が記載されている。また特許文献４には、パッドを撮像してパッド上の針跡を検出する際に、パッド上のある領域を特定し、その領域内に針跡が検出されるかどうかを確認して、針跡が確認された場合には、プローブテストが良好、それ以外の場合にはプローブテスト不良、と判定して、プローブテストの結果判定を高速化した針跡読取装置が記載されている。

しかしながら上述した各装置では、撮像手段としてモノクロカメラを使用するため、例えば図１７に示すように、基板を撮像すると電極パッド１００のデータがモノクロ画像として取得される。このとき電極パッド１００の中央に楕円形の針跡１１０が形成され、その中央部にプローブ針が電極パッド１００を突き破ったことによって下地の銅が露出した露出領域１１１が形成されており、またプローブ針は一方向から斜めに突き刺さるため針跡１１０の一端側には弧状に堆積した電極パッド１００の削り屑が形成され、その影部１１２が形成される。

そしてこの画像を二値化して判定を行うとした場合、グレイレベルの高い露出領域１１１と削り屑の影部１１２、及び針跡１１０における縁部１１０ａの影部が黒くなり他の領域が白くなる。そのため従来の各装置を利用して露出領域１１１を判定しようとした場合、図１８に示すように、図１８（ａ）のモノクロ画像から図１８（ｂ）に示す二値化画像が取得されてしまい、削り屑の影部１１２と露出領域１１１とを判別することができない。そのため露出領域１１１を削り屑の影部１１２と誤認識して、露出領域１１１が形成されたチップを良品と判定したり、逆に削り屑の影部１１２を露出領域１１１と誤認識して良品のチップを不良品と判定するという問題が発生し、電極パッド１００に露出領域１１１が形成されたかどうかを制御部にて判別することは困難であった。

削り屑はプローブテスト後に形成されるため、特に特許文献３の針跡検出方法を適用しても除去できず、他の文献にも削り屑と針跡の判別を行うことは記載されていないことから、従来の各装置ではパッド１００に露出領域１１１が形成されたかどうかを制御部にて判別することは困難であった。

特開平０５−３６７６５号公報（段落番号００２６、００２８） 特開平０７−２９９４６号公報（段落番号０００６、０００８） 特開２００２−３１８２６３号公報（段落番号００２０、００２１） 特開２００５−４５１９４号公報（段落番号０１０４〜０１０６）

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プローブ針を用いて検査した後の基板について電極パッドの下地層の露出の有無等の露出状況を自動的かつ高精度に検出することができる針跡検査装置と、当該装置を備えたプローブ装置、及び針跡検査方法とその検査方法の実行プログラムが記憶された記憶媒体を提供することにある。

本発明の針跡検出装置は、
被検査基板上の電極パッドにプローブ針を接触させて電気的測定を行った後に前記電極パッド上に形成された針跡を撮像し、電極パッドの下地層の露出の有無を検査する針跡検査装置であって、
電極パッドを撮像する撮像手段と、
この撮像手段により得られた画像データから針跡領域の画像データを抽出する手段と、
この手段により得られた針跡領域の画像データに対し、針跡領域の幅方向の中央位置において当該針跡領域の長手方向に伸びるライン上の画素の位置と画素のグレイレベルとを対応させたグレイレベルパターンを取得する手段と、
この手段により得られたグレイレベルパターンと、針跡から下地層が露出しているときの前記グレイレベルパターンに応じて決められた基準パターンとに基づいて、下地層が露出しているか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。

また前記グレイレベルパターンに対してピークをなまらせるためのフィルタ処理を行う手段を備えている。そして前記グレイレベルパターンを当該グレイレベルパターンに応じた閾値または予め定めた閾値により二値化して、閾値よりもグレイレベルが低い低レベル領域と閾値よりもグレイレベルが高い高レベル領域からなる二値化パターンを作成する手段と、前記判定手段は、「低レベル領域」、「高レベル領域」、「低レベル領域」の順に並んでいるパターンを基準パターンとして、グレイレベルパターンがこの基準パターンを含んでいるときには下地層が露出していると判定するものである。また前記二値化パターンにおける各低レベル領域全体に論理「１」及び論理「０」の一方を割り当てると共に、各高レベル領域全体に論理「１」及び論理「０」の他方を割り当て、前記二値化パターンを論理「１」及び論理「０」の組み合わせからなる論理パターンに当該二値化パターンを変換する手段を備え、前記論理パターンは論理「１」及び論理「０」の組み合わせからなる論理パターンであり、前記判定手段は、両者の論理パターンを比較して下地層が露出しているか否かを判定するものであってもよい。

また前記グレイレベルパターンに応じた閾値は、当該グレイレベルパターンのグレイレベルの平均値であることが望ましい。また前記グレイレベルパターンにおいて予め設定した閾値よりもグレイレベルが低い低レベル領域の長さが予め設定した長さ以下のときには、高レベル領域として取り扱う。そして本発明のプローブ装置は、載置台に基板を載置して、プローブカードのプローブ針を基板上のチップの電極パッドに接触させてチップの電気的測定を行うプローブ装置において、本発明の針跡検査装置を備えたことを特徴とする。

本発明の針跡検出方法は、
被検査基板上の電極パッドにプローブ針を接触させて電気的測定を行った後に前記電極パッド上に形成された針跡を撮像し、電極パッドの下地層の露出の有無を検査する針跡検査方法であって、
撮像手段により電極パッドを撮像する工程と、
この撮像手段により得られた画像データから針跡領域の画像データを抽出する工程と、
得られた針跡領域の画像データに対し、針跡領域の幅方向の中央位置において当該針跡領域の長手方向に伸びるライン上の画素の位置と画素のグレイレベルとを対応させたグレイレベルパターンを取得する工程と、
得られたグレイレベルパターンと、針跡から下地層が露出しているときの前記グレイレベルパターンに応じて決められた基準パターンとに基づいて、下地層が露出しているか否かを判定する工程と、を含むことを特徴とする。

そして本発明の記憶媒体は、
被検査基板上の電極パッドにプローブ針を接触させて電気的測定を行った後に前記電極パッド上に形成された針跡を撮像し、電極パッドの下地層の露出の有無を検査する針跡検査装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上記各針跡検査方法を実行するようにステップ群が構成されていることを特徴としている。

本発明によれば、針跡検出を行う際にパッド及びその周辺領域の画像データを撮像して針跡の位置と針跡領域を取得すると共に、針跡領域の幅方向の中央位置において当該針跡領域の長手方向に伸びるライン上の画素の位置と画素のグレイレベルとを対応させたグレイレベルパターンを取得する。そしてグレイレベルパターンと、針跡から下地層が露出しているときの前記グレイレベルパターンに応じて決められた基準パターンとに基づいて下地層が露出しているか否かを判定手段により判定する。これにより本発明ではパッドの深堀による下地層の露出を自動で速やかに精度良く確実に検出することができ、オペレータの負担も大幅に軽減できる。またプローブ装置内にて針跡の検査を行うことができるので従来のようにオペレータによる金属顕微鏡の作業領域に基板を搬送しなくても済み、更にプローブ針の異常やオーバドライブの異常などを速やかに把握することができる。

［第１の実施形態］
図１は本発明の実施の形態に係る針跡検査装置が組み込まれたプローブ装置を示す図である。このプローブ装置は、ベース２０を有し、このベース２０の上に第１ステージ２１がＸ方向に平行に伸びる第１ガイドレール２１ａに移動可能に支持された状態で積載され、この第１ステージ２１を軸通する図示しないボールネジとモータによって図示Ｘ方向へと移動可能となっている。また第１ステージ２１には、この第１ステージ２１と同態様で第２ステージ２２がＸ及びＺ方向と直交する図示しないＹ方向に移動可能となるように積載されており、第２ステージ２２上には、図示しないモータにより図示Ｚ方向に移動可能な第３ステージ２３が積載されている。

第３ステージ２３の移動体にはＺ軸を回転中心として微少量だけ回転自在な（θ方向に微少量例えば左右に１度ずつだけ移動自在な）載置台であるチャックトップ２４が備えられている。従ってこのプローブ装置では、第１、第２、第３ステージ２１、２２、２３、及びチャックトップ２４を駆動部として、ウェハＷをＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動させることが可能となっている。

またチャックトップ２４の上方には、プローブ装置の外装体の天井部に相当するヘッドプレート３０にインサートリング３１を介してプローブカード３２が配設されている。プローブカード３２は、図示しないテストヘッドに電気的に接続される電極群を上面側に有し、下面側には当該電極群に夫々電気的に接続されたプローブ針例えば斜め下方に伸びる金属線よりなるプローブ針３３が、チップ１の電極パッド２（後述する図２参照）の配列に対応して設けられている。尚プローブ針３３としては、ウェハＷの表面に対して垂直に伸びる垂直針（線材プローブ）や、フレキシブルなフィルムに形成された金バンプ電極などであってもよい。

第３ステージ２３には固定板２３ａが設けられており、この固定板２３ａにプローブ針３３の針先を拡大して撮るための高倍率の光学系７０ａとＣＣＤカメラ７０ｂとを組み合わせて構成された撮像手段である下カメラ７０が積載されている。また固定板２３ａには、プローブ針３３の配列を広範囲に亘って撮影するための低倍率カメラ７１が下カメラ７０と隣接するように積載され、下カメラ７０の合焦面に対して光軸と交差する方向に進退機構２６により進退できるようにターゲット２７が設けられている。

チャックトップ２４とプローブカード３２との間の領域には、下カメラ７０と同構成の上カメラ（撮像手段）７２が、図示しないガイドに沿って移動自在に支持されたカメラ搬送部３４に積載されており、ターゲット２７は、下カメラ７０及び上カメラ７２により画像認識できるように構成され、例えば透明なガラス板に、位置合わせ用の被写体が形成されている。またプローブ装置の外装体には、上カメラ７２によってウェハＷを撮像する際にウェハＷを照明する、例えば青色発光ダイオードからなる照明手段２８が設けられている。

またプローブ装置には、上述した各部材の駆動等を制御するための制御部４が設けられており、ＣＰＵ４０、ＲＯＭ（Read Only Memory）４１、ＲＡＭ（Random Access Memory）４２、入力部４３、画面等の表示部４４、プロービング用プログラム４５、針跡検査用プログラム４６等が備えられ、これらの各装置がバス４７によってデータや命令の授受を行うことが可能な態様で接続されている。そしてこの制御部４は、プローブ装置に接続されたコントローラとコントローラに接続されたパーソナルコンピュータとによって構成されている。プロービング用プログラム４５は、プローブ装置を制御してプローブテストを行うための命令群であり、第１〜第３ステージ２１〜２３、及びチャックトップ２４を駆動制御して載置されるウェハＷの位置を制御し、プローブテストを行う。

針跡検査用プログラム４６は、上カメラ７２によって取得したウェハＷの撮像データに対して処理を行いプローブテスト後の電極パッド２の針跡を検出検査するための命令群である。針跡検査用プログラム４６には、本発明の画像データから針跡領域の画像データを抽出する手段に対応する針跡領域抽出部５０、本発明のグレイパターンを取得する手段に対応するグレイレベルデータ取得部５１、本発明の二値化パターンを作成する手段に対応する二値化処理部５２、本発明の判定手段に対応する深堀判定部５３が備えられている。針跡領域抽出部５０は、グレースケールデータを処理して針跡領域を摘出する命令群である。グレイレベルデータ取得部５２は、針跡領域の長軸方向の中心線を取得すると共にその中心線上の画素のパターンを取得する命令群である。二値化処理部５２は、パターンから二値化パターンを形成すると共に二値化パターンの画素の値が所定値以上連続した領域を論理値領域に置き換える命令群である。深堀判定部５４は、二値化パターンの形状から針跡における下地層の露出領域の有無を判定する命令群である。そして本実施形態では、この針跡検査用プログラム４６と上カメラ７２と照明手段２８とで針跡検査装置を構成している。

次に上述実施形態の作用について説明する。まずプロービング用プログラム４５に従って被検査基板であるウェハＷのプローブテストが行われる。このウェハＷのチップ（ＩＣチップ）１における電極パッド２の配置部分の略解図を図２、３に示す。ウェハＷには、複数の半導体チップの原型となるチップ１が形成され、一つのチップ１の上面には電極となる例えばアルミニウム（Al）からなる電極パッド２が複数（図２では便宜上１０個）形成されている。この電極パッド２は、半導体の例えばシリコン（Si）で形成された基台５の上に成膜された例えば銅（Cu）からなる下地層６の上面に形成されている。

プローブテストにおいては、上カメラ７２によりウェハＷの電極パッド２を撮像すると共に下カメラ７０によりプローブカード３２のプローブ針３３の針先を撮像し、各撮像時におけるチャックトップ２４の駆動系、あるいはリニアスケールで特定されるＸ、Ｙ、Ｚ方向の座標位置を求め、これら座標位置に基づいて求めたコンタクト位置にウェハＷを移動させる。そしてプローブ針３３とウェハＷ上の電極パッド２とを接触させ、プローブカード３２に接続されたテストヘッドを介して接続されている図示しないテスタにより各チップ１の電気的特性が測定される。プローブテストが終了すると電極パッド２における針跡の検査が行われる。

次に針跡の検査について説明する。以下の一連の動作は針跡検査用プログラム４６に従って行われる。図４のフローチャートに示すようにまずプローブテスト後のウェハＷを照明手段２８で照明し、上カメラ７２で撮像してウェハＷ上面の画像を撮像データＤ１として取得する（ステップＳ１）。

次に撮像データＤ１から電極パッド２の検出を行う。撮像データＤ１では電極パッド２部分の光の反射量が大きいためグレイレベルが全体的に高くなる。そして撮像データＤ１の全ての画素に対して、画面上をスキャンして画素の座標位置とそのグレイレベルを対応させたデータを取得してＲＡＭ４２に記憶し、グレイレベルの高い連続した領域を検出すると共に領域の図示Ｘ軸方向及びＹ軸方向の端部の座標を検出してこれを繋ぐ矩形を検出する。

矩形を検出したら、予め記憶されている電極パッド２のマッチングテンプレートＴ１を読み出してその矩形と比較する（ステップＳ２）。図５はこのような一連の処理のイメージを示している。Ｄ１は撮像データ、Ｔ１はマッチングテンプレートである。そしてマッチングテンプレートＴ１と検出した矩形の一致率が、規定値例えば９０％以上になった場合には、検出した矩形が電極パッド２の領域であると判定し、逆にそれ以下の場合には検出をやり直す（ステップＳ３）。

ステップＳ２、Ｓ３を繰り返して撮像データＤ１の全領域で電極パッド２の検出が完了すると、電極パッド２の画像を切り出してその画像に一定の処理を行って針跡１０のＸ−Ｙ平面上の最も外側にある画素の座標位置を取得し、この座標位置を基に針跡１０と一致する、例えば針跡１０の外周側に接する矩形状の針跡領域１３と、その位置座標とを取得してそのデータをＲＡＭ４２に記憶させる（ステップＳ４）。そしてステップＳ３、Ｓ４を繰り返して全ての電極パッド２ごとの針跡領域１３及びその座標位置を検出してそのデータをＲＡＭ４２に記憶させる。尚本実施形態では上述した処理として針跡領域１３を取得する際に、電極パッド２の画像を予め定められた閾値に基づいて二値化し、二値化した画像の画素を探索する処理を行っている。尚上述した処理を行う電極パッド２の実際のグレースケール画像を参考の為に図６に示す。こうした針跡領域１３の検出は針跡領域抽出部５０により実行される。

全ての針跡領域１３を検出した後、まず図７（ａ）のように撮像データＤ１から針跡領域１３に対応する領域、例えば針跡領域１３とその外周４０Pixel分のデータを切り出す（ステップＳ５）と共に、針跡領域１３の長手方向の中心線Ｐと、中心線Ｐの始点Ｐ１及び終点Ｐ２の位置座標を取得する（ステップＳ６）。そして図７（ｂ）に示すように、中心線Ｐ上の画素のグレイレベルと位置座標のデータを取得し、グレイレベルを縦軸、画素数（基準位置からの距離）を横軸としたパターン（パターンデータ）１４を取得する（ステップＳ７）。尚本実施形態では、始点Ｐ１及び終点Ｐ２は夫々中心線Ｐと外接矩形１３の交点から外側に一定の距離、例えば３０Pixel離れた位置に設定されている。

パターン１４を生成した後、パターン１４の画素のグレイレベルを合計して、図７（ｂ）に一点鎖線で示すグレイレベルの平均値ｈ１を求め、この平均値ｈ１を閾値としてパターン１４を二値化する。これにより図７（ｃ）に示すような方形波状の二値化パターン（二値化パターンデータ）１５を取得し、このデータをＲＡＭ４２に記憶する（ステップＳ８）。そしてステップＳ５〜Ｓ８を繰り返して全ての針跡領域１３ごとの二値化パターン１５を取得してそのデータをＲＡＭ４２に記憶させる。

これ以降の動作を詳述する前に、その概要及び目的を簡単に述べて置く。図８は針跡１０の模式図であり、この針跡１０には露出領域１１が形成されている。この針跡１０の中心線Ｐ上の領域に便宜上da、db、dc、dd、deを割り当てている。dbは電極パッド２の削り滓の存在する領域、ddは露出領域１１に対応する領域、daは電極パッド２の表面、dc、deは電極パッド２の被切削面（アルミニウム部分）である。図７の二値化パターン１５においては、これらの領域da〜deを対応付けて表示している。

ここでプローブ針３３が横針（プローブカード３２から斜め下方に延びる針）であれば、各チップ１の電極パッド２毎に、どの方向に向かって削られていくのかが判っている。またプローブ針３３が垂直針であってもコンタクト時にウェハステージ２０を微量に移動させる方向が判っているので、電極パッド２毎にどの方向に向かって削られていくかが分かっている。つまり制御部４側では針跡１０の検査対象となっている電極パッド２がどのチップのどの電極パッド２であるかを把握できているので、プローブ針３３の削り方向が判る。従って中心線Ｐに沿って画素のグレイレベルを拾っていくときに、針跡１０に対してスキャン開始点となる始点Ｐ１がどちら側にあるのかが分かる。

そして針跡１０に露出領域１１が形成されている場合には、始点Ｐ１から終点Ｐ２に向かって二値化パターン１５を読み出すと、針跡１０から外れている電極パッド２の表面は明るく、次に電極パッド２の削り滓であるアルミニウムの削り滓の影部１２の部位は暗くなる。更に露出領域１１の前後は明るいことから、明るい領域全体に論理「１」を、また暗い領域全体に論理「０」を割り当てると、「１、０、１、０、１」の論理パターンが形成されることになる。従ってこの論理パターンを露出領域１１の有無の判定用基準パターンとして、各電極パッド２にて取得した論理パターンと比較することで、露出領域１１の有無を判定できることになる。なお経験的に針跡１０における露出領域１１の発生範囲が把握できていれば、二値化パターン１５は終点Ｐ２の位置まで取得する必要はなく、この例では針跡１０の長さ方向の中点よりも終点Ｐ２よりの位置Ｐ３（以下、中間点Ｐ３という）まで二値化パターン１５を取得するようにしている。

このような観点に基づいて具体的には次のようなステップが行われる。全ての二値化パターン１５を取得した後、例えば始点Ｐ１から１Pixelずつ画素の値をチェックして画素数を数えるカウンタを加算していき、画素の値が入れ替わる変更位置に到達した際にカウンタの値をＲＡＭ４２の記憶領域に記憶すると共にカウンタを初期化し、これを繰り返して二値化パターン１５における「１」の群、「０」の群の各々の長さを求める。そして、各「１」あるいは「０」の領域の長さが予め設定した閾値から外れていないかどうか確認処理を行う。本実施形態ではパッド２や針跡１０に形成された傷や、照明手段２８等の影響を排除するために領域に長さの閾値が設定されており、この閾値と各領域の長さとを比較することによって確認処理を行う。そして長さが閾値から外れた領域についてはその領域の論理値を反転させ、閾値内の領域については論理「１」または「０」を割り当てる（ステップＳ９）。即ち、図７（ｃ）に示すように論理「１」が連続して並ぶ領域全体に論理「１」を割り当て（白画素群全体領域に論理「１」を割り当て）、論理「０」が連続して並ぶ領域全体に論理「０」を割り当てる（黒画素群全体領域に論理「０」を割り当てる）。従って図７（ｃ）の二値化パターンは、論理パターン「１、０、１、０、１」として表される。尚本実施形態の閾値は、例えば切り出された中心線Ｐ上の画素の長さをＬ（Pixel）とすると、領域da、deの閾値は０．０５Ｌ〜０．２Ｌ（Pixel）、領域db、dcの閾値は０．０２L〜０．１Ｌ（Pixel）、領域ddの閾値は０．１L〜０．３Ｌ（Pixel）となっている。

この処理を行うことによって次のような事例を解消することができる。例えば図９に示す底部にプローブ針３３によって傷１１ａが形成され、この傷１１ａの影により図１０に示すようにddが非常に短い二値化パターン１５ａが生成された場合、上述した確認処理を行わない状態では、二値化パターン１５ａの領域の並び、即ち論理パターンは「１、０、１、０、１」になる。そのため二値化パターン１５ａに対応する針跡１０には露出領域１１が形成されていると誤認識されてしまう。これに対し二値化パターン１５ａに対して、上述した確認処理を行うと領域ddの長さが、設定されている閾値の範囲から外れるためこの領域については論理レベルが反転して領域dc、deと一体化し、論理パターンが「１、０、１、１、１」となり、誤認識の虞がない。

こうして得られた論理パターンと針跡１０に露出領域１１が形成されているときの論理パターンである基準論理パターンとを比較し、一致していれば対応する針跡１０に露出領域１１が形成されていると判定し、不一致であれば露出領域１１が存在しない（深堀ではない）と判定される（ステップＳ１０）。図７（ａ）に示す針跡領域１３に対応する論理パターンは、「１、０、１、０、１」であるから対応する針跡１０には露出領域１１が形成されていると判定し、その判定結果をパッド２に対応付けてＲＡＭ４２に記憶する（ステップＳ１１）。これに対し論理パターンが「１、０、１、０、１」になっていない場合には、その電極パッド２には露出領域１１が形成されていないと判定し、その結果を
当該電極パッド２と対応付けてＲＡＭ４２に記憶させる（ステップＳ１２）。

その後ＲＡＭ４２から各電極パッド２に対応する針跡１０の検査結果を読み出し、銅の露出領域１１が形成されている電極パッド２を含むチップ１については針跡１０が深堀である等の情報をそのチップ１に付しＲＡＭ４２に記憶する。このような情報が取得された後の処理についての一例を述べると、深堀と判断された電極パッド２について、その電極パッド２の画像をオペレータが表示部に表示させ、オペレータにより深堀の判断が適切か否かを確認するようにしてもよく、最終的に深堀と判断されればその電極パッド２を含むチップ１を不良品として取り扱う。またこうしたオペレータの確認を行わなくてもよいことは勿論である。針跡検査の結果を例えばウェハＷ上のチップ１の位置に対応付けて表示部に表示させ、例えば各チップ１にその結果に対応した色分け等を行うようにしてもよい。

尚本実施形態では、ステップＳ２からステップＳ４に対応する工程を針跡領域抽出部５０が、ステップＳ５からステップＳ７に対応する工程をグレイレベルデータ取得部５１が、ステップＳ８に対応する工程を二値化処理部５２、ステップＳ９からステップＳ１２に対応する工程を深堀判定部５３が、夫々行っている。

以上上述した本実施形態のプローブ装置は、針跡１０の検出を行う際に電極パッド２及びその周辺のウェハＷの撮像データＤ１を取得して針跡１０の位置と針跡領域１３を取得すると共に針跡領域１３の長手方向の中心線Ｐを取得し、中心線Ｐ上の画素の位置と画素のグレイレベルとを対応させたパターン１４を生成する。そしてこのグレースケールのパターン１４から二値化パターン１５を介して論理パターンを取得し、その論理パターンと、露出領域１１が存在するときのグレイレベルのパターン１４に応じて求められた基準パターンとを比較することにより、針跡１０の露出領域１１の有無を判定している。従ってプローブ針３３によるパッド２の深堀（下地層６まで掘ってしまう状態）を自動で速やかに精度良く確実に検出することができ、オペレータの負担も大幅に軽減できる。またプローブ装置内にて針跡１０の検査を行うことができるので従来のようにオペレータによる金属顕微鏡の作業領域にウェハＷを搬送しなくても済み、更にプローブ針の異常やオーバドライブの異常などを速やかに把握することができる。

尚本発明は、針跡領域の長手方向の中心軸とその位置座標を取得すると共に中心軸上の画素のグレイレベルと座標位置とを対応させたパターンを取得して、そのパターンの形状から針跡に露出領域が形成されていることを判定するものであることから、電極パッドの材質や下地層の材質は夫々、銅、アルミニウムに限られるものではなく、使用する各材質に応じてパターンの形状の判定基準を変更すればよい。ここで本発明の針跡検出装置は、プローブ装置に組み合わせて設けることに限らず、スタンドアローンとして構成してもよい。またグレースケールパターンを取得するためのラインは、針跡１０の中心線に限られず、中心から外れていても本実施形態の効果が得られるライン、つまり針跡領域の幅方向中央位置にて長手方向に伸びるラインであればよい。

また本実施形態では、中心線Ｐ上の始点Ｐ１から中間点Ｐ３までの画素とグレイレベルを対応させたパターン１４を取得して露出領域１１の検査を行っているが、本発明の実施の形態としては、パターン１４で露出領域１１が検出できなかった場合に終点Ｐ２から中点Ｐ３までの画素を抜き出してパターンを生成し、そのパターンを基に露出領域１１の再検出を行うようにしてもよく、この形態によれば露出領域１１が終点Ｐ２側に形成された場合でも露出領域１１を検出できる。勿論中心線Ｐ上の全ての画素についてパターン１４を形成して判定を行っても良い。

また本実施形態では撮像データＤ１から針跡領域１３の中心線Pに対応するパターン１４を生成しているが、本発明の実施の形態としては、先に撮像データＤ１を予め設定した閾値で二値化して、その二値化データから針跡領域１３の中心線P１上の画素を取得し、二値化パターン１５を取得して判定を行ってもよい。また二値化パターン１５の領域の値の並びが「１、０、１、０、１」になっていることを確認することによって、露出領域１１が形成されたことを判定しているが、本発明の実施の形態としては、図７（ｃ）に示す領域db、dc、ddの値の並びが「０、１、０」になっていること確認することによって露出領域１１が形成されていることを判定してもよい。そしてまた、既述のようにこの例では各電極パッド２毎に針跡１０の削り方向が把握されているが、その方向を把握せずにグレースケールパターンを取得し、最終的に得られた論理パターンに「０、１、０」が含まれているか否かを確認するようにしてもよい。

また本実施形態では、照明手段２８として明視野照明を使用し、ウェハＷを照明して撮像データＤ１を取得しているが、本発明の実施の形態としては、撮像データＤ１からウェハＷ上の影や傷等の影響を低減させるために明視野照明と暗視野照明を組み合わせて照明手段を構成しても良い。また本実施形態では、針跡領域として針跡１０に対応する矩形状の針跡領域１３を検出していたが、本発明の実施の形態としては、針跡領域は針跡１０に対応する楕円形でもよい。また本実施形態では、ウェハＷを撮像する際に電極パッド２とプローブ針３３のコンタクト位置を決めるための上カメラ７２で撮像していたが、本発明の実施の形態としては、例えば装置外装部等に針跡を検出するための専用のカメラユニットを別途設けて、プローブテスト直後にウェハＷを撮像して針跡検査を行ってもよい。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について図１１及び１４を参照しながら説明する。図１１に示す第２の実施形態に係るプローブ装置は、針跡検査用プログラム４６に、本発明のフィルタ処理を行う手段であるフィルタ処理部５４を備えている。フィルタ処理部５４は、図１２に示すフローチャートのステップＳ５の工程で撮像データＤ１に対して、撮像データＤ１の暗い部分と明るい部分との境界線を不鮮明にするフィルタ処理を行い、撮像データＤ１を修正撮像データＤ３に変換する。そして本実施形態では修正撮像データＤ３からパターン１４を生成する。尚図１２に示すフローチャートでは、ステップＳ１〜Ｓ４で第１の実施形態のステップＳ１〜ステップＳ４と同じ処理を行い、ステップＳ６〜ステップＳ１３で第１の実施形態のステップＳ５〜ステップＳ１２と同じ処理を行う。

このプローブ装置ではフィルタ処理部５４を備えたことにより、以下の図１３、１４で説明する作用を奏することが可能となる。図１３（ａ）に示すように、針跡に露出領域がなく傷のみが形成されている場合、この撮像データＤ１から針跡領域１３を取得し、上述したようにパターン１４を取得すると図１３（ｂ）に示すパターン１４が取得される。このパターン１４には、傷の影の影響により、グレイレベルの平均値ｈ１より低い領域が３箇所、電極パッド２の削り滓の影に対応する領域８１、針跡の傷に対応する領域８２、８３が形成されるため、このパターン１４から二値化パターン１５を取得し、二値化パターン１５から論理パターンを取得すると、論理パターンが基準パターンと一致する場合がある。そして傷の伸びる方向が中心線Ｐと同じ場合、傷の影と中心線Ｐとの重なる距離が長くなるので傷に対応する領域８２の長さが、閾値の範囲内に入ってしまうことがあり、第１の実施形態の確認処理を行ったとしても、論理パターンが基準パターンと一致してしまい、傷の影響を除去しきれずに露出領域有りと誤判定をする虞がある。

これに対し本実施形態では、図１３に示すような針跡の撮像データＤ１に対しても傷の影響を除去して露出領域無しと判定することができる。本実施形態では、図１４（ａ）に示すようにフィルタ処理部５４によって撮像データＤ１を修正撮像データＤ３に変換する。この修正撮像データＤ３は、幅の狭い傷の影の暗い部分と明るい部分との境界線を不明瞭化するため、影の暗い画素が明るい画素と交じり合って影の部分が全体的に明るくなり、逆に明るい部分は暗くなる。一方削り屑の影部や露出領域等、暗い画素の面積が広い領域では、明るい部分と暗い部分の境界線を不明瞭化したとしても、暗い部分の幅が広いためその部分については暗さが保たれる。そのため修正撮像データＤ３では、傷の形成された部分の明るさと周囲の明るさとの差が小さくなる。

そのため中心線Pのパターン１４を取得すると、図１４（ｂ）に示すようにグレイレベルの平均値ｈ１より低い箇所は削り屑の影部に対応する領域８０のみとなり、図１４（ｃ）に示すように二値化パターン１５を取得し、この二値化パターン１５から論理パターンを取得したとしても、論理レベルが「０」として扱われる領域が１つしかないため、論理パターンと基準パターンが不一致となり、露出領域１１が形成されていないと判定される。このような実施の形態においても、修正撮像データＤ３から針跡領域１３の中心線上の画素とグレイレベルとを対応させたパターン１４を取得して、例えば第１の実施形態と同様の処理を行うことができる。さらに電極パッド２とプローブ針３３の材質の組み合わせにより、電極パッド２に深い傷が付きやすい場合であっても、検査精度を低下させることなく露出領域１１の検出検査を行うことができる。また本発明のフィルタ処理としては、１０点平均法等によってパターン１４に対してフィルタ処理を行う態様であってもよい。

本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。まず第１の実験として第１の実施形態に係るプローブ装置を用い、図１５に示す４個の電極パッド２ａ〜２ｂについて針跡１０に露出領域１１が形成されているか検出を行った。尚この４個の電極パッド２ａ〜２ｂのうち、電極パッド２ａ、２ｂには露出領域１１が形成されており、電極パッド２ｃ、２ｄには、露出領域１１が形成されていないものを使用した。

第１の実験の結果、図１６に示すパターン１４ａ〜１４ｂが生成された。電極パッド２ａ、２ｂと対応するパターン１４ａ、１４ｂは、画素の値が高い領域の間に２箇所低い領域が形成されており、グレイレベルの平均値ｈ１が約１２０程度になるため二値化パターンを取得してもこの領域が画素の値が「０」の領域となり、その他が「１」の領域となる。そのため論理パターンが基準パターンと一致し、パッド２ａ、２ｂには露出領域１１が形成されていることが判る。一方電極パッド２ｃ、２ｄと対応するパターン１４ｃ、１４ｄでは、１箇所低い領域が形成されたのみであり、二値化パターンでも画素の値が「０」の領域が１箇所形成されるだけになる。そのため論理パターンが基準パターンと不一致になるので、パッド２ｃ、２ｄには露出領域１１が形成されていないことが判る。これにより本実施形態のプローブ装置では、針跡検査用プログラム４６によって自動的に露出領域１１の有無を検出することができることが確認できた。

次に第２の実験として第１の実施形態に係るプローブ装置を用い、ウェハＷを撮像して撮像データＤ１を取得する。そしてウェハＷを金属顕微鏡で目視して、露出領域１１の画素を「０」、それ以外の画素を「１」と置き換えて二値化した画像、つまり人間が目で見て作成した所謂Ground Truth画像（以下、単にGT画像）を生成し、その中から例えば４９個の電極パッド２をサンプルとして選択する。そしてGT画像の検出結果と、サンプルの撮像データＤ１に対する針跡検査用プログラム４６の検出結果とを比較して、針跡検査用プログラム４６における露出領域１１の検出精度を調べた。尚実験では、サンプルとして使用した４９個の電極パッド２のうち、２８個の電極パッド２に約２０μｍ径の露出領域１１が形成されている。この第２の実験の結果を表１に示す。

第２の実験では、以下の表１に示すように、露出領域１１が形成されている２８個の電極パッド２のうち、２７個について露出領域１１が形成されていると判定し、１個の電極パッド２についてのみ露出領域１１は形成されていないと判定した。一方露出領域１１が検出されていない２１個の電極パッド２については全て露出領域１１が検出されていないと判定した。つまり針跡検査プログラムの検出精度は、露出領域１１の検出率は９６．５％、露出領域１１が未形成の電極パッド２の検出率については１００％となり、非常に検出精度が高いことが判る。尚露出領域１１を検出できなかった電極パッド２を調べたところ電極パッド２上に傷があり、針跡１０の外接矩形１３の形状を正しく取得できなかったことが原因であった。この問題に対しては第２の実施形態のフィルタ処理部５６を設け、外接矩形１３を検出する際にフィルタ処理を行うことによって解消するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係るプローブ装置の構成図である。 本実施形態のウェハＷの平面図である。 本実施形態のウェハＷの概略断面図である。 本実施形態の針跡検査装置の検出手順を説明するフローである。 本実施形態の電極パッドの針跡検出を説明する説明図である。 本実施形態の電極パッドのグレースケール画像である。 露出領域の有無の判定について説明する第１の説明図である。 露出領域の有無の判定について説明する第２の説明図である。 露出領域の有無の判定について説明する第３の説明図である。 露出領域の有無の判定について説明する第４の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るプローブ装置の構成図である。 第２の実施形態の針跡検査装置の検出手順を説明するフローである。 第２の実施形態に係る針跡検査方法の第１の説明図である。 第２の実施形態に係る針跡検査方法の第２の説明図である。 本発明に係る第１の実験を説明するための説明図である。 本発明に係る第１の実験の結果を説明するための説明図である。 従来の針跡検査装置における課題を説明するための第１の説明図である。 従来の針跡検査装置における課題を説明するための第２の説明図である。

符号の説明

１ チップ
２ 電極パッド
４ 制御部
６ 下地層
１０ 針跡
１１ 露出領域
１２ 削り屑の影部
１３ 針跡領域
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ パターン（パターンデータ）
１５、１５ａ 二値化パターン（二値化パターンデータ）
２０ ウェハステージ
２８ 照明手段
３２ プローブカード
３３ プローブ針
４５ プロービング用プログラム
４６ 針跡検査用プログラム
５０ 針跡領域抽出部
５１ グレイレベルデータ取得部
５２ 二値化処理部
５３ 深堀判定部
５４ フィルタ処理部
７２ 上カメラ（撮像手段）
Ｄ１ 撮像データ
Ｄ２ 二値化データ
Ｄ３ 修正撮像データ
Ｗ ウェハ

Claims (14)

1. 被検査基板上の電極パッドにプローブ針を接触させて電気的測定を行った後に前記電極パッド上に形成された針跡を撮像し、電極パッドの下地層の露出の有無を検査する針跡検査装置であって、
   電極パッドを撮像する撮像手段と、
   この撮像手段により得られた画像データから針跡領域の画像データを抽出する手段と、
   この手段により得られた針跡領域の画像データに対し、針跡領域の幅方向の中央位置において当該針跡領域の長手方向に伸びるライン上の画素の位置と画素のグレイレベルとを対応させたグレイレベルパターンを取得する手段と、
   この手段により得られたグレイレベルパターンと、針跡から下地層が露出しているときの前記グレイレベルパターンに応じて決められた基準パターンとに基づいて、下地層が露出しているか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする針跡検査装置。
2. 前記グレイレベルパターンに対してピークをなまらせるためのフィルタ処理を行う手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の針跡検査装置。
3. 前記グレイレベルパターンを当該グレイレベルパターンに応じた閾値または予め定めた閾値により二値化して、閾値よりもグレイレベルが低い低レベル領域と閾値よりもグレイレベルが高い高レベル領域からなる二値化パターンを作成する手段を備え、
   前記判定手段は、「低レベル領域」、「高レベル領域」、「低レベル領域」の順に並んでいるパターンを基準パターンとして、グレイレベルパターンがこの基準パターンを含んでいるときには下地層が露出していると判定するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の針跡検査装置。
4. 前記二値化パターンにおける各低レベル領域全体に論理「１」及び論理「０」の一方を割り当てると共に、各高レベル領域全体に論理「１」及び論理「０」の他方を割り当て、前記二値化パターンを論理「１」及び論理「０」の組み合わせからなる論理パターンに変換する手段を備え、
   前記論理パターンは論理「１」及び論理「０」の組み合わせからなる論理パターンであり、
   前記判定手段は、両者の論理パターンを比較して下地層が露出しているか否かを判定するものであることを特徴とする請求項３に記載の針跡検査装置。
5. 前記グレイレベルパターンに応じた閾値は、当該グレイレベルパターンのグレイレベルの平均値であることを特徴とする請求項３または４に記載の針跡検査装置。
6. 前記グレイレベルパターンにおいて予め設定した閾値よりもグレイレベルが低い低レベル領域の長さが予め設定した長さ以下のときには、高レベル領域として取り扱うことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一項に記載の針跡検査装置。
7. 載置台に基板を載置して、プローブカードのプローブ針を基板上のチップの電極パッドに接触させてチップの電気的測定を行うプローブ装置において、
   請求項１ないし６のいずれか一項に記載の針跡検査装置を備えたことを特徴とするプローブ装置。
8. 被検査基板上の電極パッドにプローブ針を接触させて電気的測定を行った後に前記電極パッド上に形成された針跡を撮像し、電極パッドの下地層の露出の有無を検査する針跡検査方法であって、
   撮像手段により電極パッドを撮像する工程と、
   この撮像手段により得られた画像データから針跡領域の画像データを抽出する工程と、
   得られた針跡領域の画像データに対し、針跡領域の幅方向の中央位置において当該針跡領域の長手方向に伸びるライン上の画素の位置と画素のグレイレベルとを対応させたグレイレベルパターンを取得する工程と、
   得られたグレイレベルパターンと、針跡から下地層が露出しているときの前記グレイレベルパターンに応じて決められた基準パターンとに基づいて、下地層が露出しているか否かを判定する工程と、を含むことを特徴とする針跡検査方法。
9. 前記グレイレベルパターンに対してピークをなまらせるためのフィルタ処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の針跡検査方法。
10. 前記グレイレベルパターンを当該グレイレベルパターンに応じた閾値または予め定めた閾値により二値化して、閾値よりもグレイレベルが低い低レベル領域と閾値よりもグレイレベルが高い高レベル領域からなる二値化パターンを作成する工程と、
    「低レベル領域」、「高レベル領域」、「低レベル領域」の順に並んでいるパターンを基準パターンとして、グレイレベルパターンがこの基準パターンを含んでいるときには下地層が露出していると判定する工程と、を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の針跡検査方法。
11. 前記二値化パターンにおける各低レベル領域全体に論理「１」及び論理「０」の一方を割り当てると共に、各高レベル領域全体に論理「１」及び論理「０」の他方を割り当て、前記二値化パターンを論理「１」及び論理「０」の組み合わせからなる論理パターンに当該二値化パターンを変換する工程を含み、
    前記論理パターンは論理「１」及び論理「０」の組み合わせからなる論理パターンであり、
    前記判定する工程は、両者の論理パターンを比較して下地層が露出しているか否かを判定する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の針跡検査方法。
12. 前記グレイレベルパターンに応じた閾値は、当該グレイレベルパターンのグレイレベルの平均値であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の針跡検査方法。
13. 前記グレイレベルパターンにおいて予め設定した閾値よりもグレイレベルが低い低レベル領域の長さが予め設定した長さ以下のときには、高レベル領域として取り扱うことを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の針跡検査方法。
14. 被検査基板上の電極パッドにプローブ針を接触させて電気的測定を行った後に前記電極パッド上に形成された針跡を撮像し、電極パッドの下地層の露出の有無を検査する針跡検査装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項８ないし１３のいずれか一項に記載の針跡検査方法を実行するようにステップ群が構成されていることを特徴とする記憶媒体。

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