JP5854713B2

JP5854713B2 - プローバにおけるウエハ上のチップ配列検出方法

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Publication number: JP5854713B2
Application number: JP2011192695A
Authority: JP
Inventors: 伯耆田　貴浩; 貴浩伯耆田; 徹夫吉田; 英次船木
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: JP2013055233A

Description

本発明は、半導体ウエハ（以下、単にウエハと称する。）上に形成された複数の半導体チップ（ダイ）（以下、単にチップと称する。）の電気的な検査を行うために、テスタの端子をチップの電極パッドに接続するプローバに関し、特にプローバにおいて、ウエハ上に形成されているチップの配列に関するデータが無い状態で、チップ配列を検出する方法に関する。

半導体製造工程では、薄い円板状の半導体ウエハに各種の処理を施して、半導体装置（デバイス）をそれぞれ有する複数のチップ（ダイ）を形成する。各チップは電気的特性が検査され、その後ダイサーで切り離なされた後、リードフレームなどに固定されて組み立てられる。上記の電気的特性の検査は、プローバとテスタを組み合わせたウエハテストシステムで行われる。プローバは、ウエハをウエハステージに固定し、各チップの電極パッドにプローブを接触させる。テスタは、プローブに接続される端子から、電源および各種の試験信号を供給し、チップの電極に出力される信号をテスタで解析して正常に動作するかを確認する。

プローバは、ウエハを保持するウエハステージと、ウエハステージの移動・回転部と、プローブの位置を検出するプローブ位置検出カメラと、ウエハアライメントカメラと、プローブカードが取り付けられるカードホルダと、を有する。プローブカードは、検査するデバイスの電極配置に応じて配置されたプローブを有し、検査するデバイスに応じて交換される。プローブ位置検出カメラはプローブの配置及び高さ位置を検出し、ウエハアライメントカメラはウエハＷ上の半導体チップ（ダイ）の電極パッドの位置を検出する。ウエハアライメントカメラの検出した画像の位置を示す座標系は、プローバのウエハステージの移動・回転機構の座標系と関連付けられている。ここでは、ウエハアライメントカメラの座標系と移動・回転機構の座標系を合わせてプローバの座標系と称する。

プローバでの検査シーケンスは、検査するデバイスに応じてプローブカードが交換されるごとに設定される。この時、一般に、ウエハのサイズおよびチップのサイズ（インデックス）等の情報は提供されるが、チップの配列等の情報は提供されない。そこで、プローバでは、ウエハアライメントカメラによりウエハのサンプルを撮像し、その画像をモニタ画面に表示し、オペレータが、チップの間のストリートと称される部分を認識し、画面上のストリートの交点を指示した上で、さらにチップ内のアライメントマークを指示する登録動作を行なう必要がある。プローバの制御部は、指示されたストリートの交点およびアライメントマークを登録し、さらに異なるチップのアライメントマークを検出して、２個のアライメントマークの位置関係から、プローバの座標系におけるチップの配列を検出する。

ウエハアライメントカメラは、撮影倍率を複数の段階に切替可能であるのが一般的であり、広い範囲を表示する場合には低倍率で、回路パターンなどを表示・検出する場合には高倍率で、撮影する。特許文献１は、既に検出したストリートの位置に基づいて、ウエハアライメントカメラをウエハに対して相対的に移動して複数の高倍率の画像を撮影し、複数の画像を合成してチップ全体の高倍率画像を生成することを記載している。

登録動作において、オペレータがストリートを認識するために、ウエハアライメントカメラによりウエハのサンプルを撮像する場合、できるだけ広い範囲を表示するために、ウエハアライメントカメラは低倍率の画像を撮像し、その画像をモニタ画面に表示する。オペレータは、表示された画面中にストリート交点が無い場合には、ウエハステージを移動してウエハアライメントカメラとウエハの相対位置を変更し、ストリート交点を探す作業を行なう。

以上のようにしてプローバの位置座標系におけるチップの配列を検出した後、チップの配列方向がプローバの座標系に合うように、すなわちウエハ上のストリートの方向がプローバの座標系のＸ軸およびＹ軸方向に一致するように調整した後、ストリートの交点とアライメントマークの位置を再登録する。なお、プローバには、ウエハステージに載置されたウエハの厚さおよび円形のウエハの中心を検出する機能が設けられており、ウエハの中心からのストリートの交点位置を登録する。

上記のような登録処理が終了すると、同じデバイスのウエハであれば、２回目以降、ウエハの中心を検出すれば、ストリートの交点およびアライメントマークを画像処理により自動的に検出することが可能であり、全自動で測定が行なえる。

特開２００４−２４１６８６号公報特開２００３−９７９３０号公報

これまで、チップサイズは、最大でも２０ｍｍ×２０ｍｍ程度が一般的であった。ウエハアライメントカメラが低倍率の撮影した画像サイズは、１０ｍｍ程度であり、ウエハの画像を撮影すると、チップ全体を撮影することはできなくても、表示された画像内にストリートが存在する可能性はかなり高かった。そのため、オペレータは、容易にストリートおよびストリート交点を認識することができた。また、画像内にストリートが存在しない場合でも、ウエハステージを少し移動して撮像するウエハ上の位置を少し変更するだけで、画面内にストリートおよびストリート交点が現れ、容易に認識することができた。

しかし、近年５０ｍｍ×５０ｍｍ以上のサイズの大チップが作られる場合がある。このような大チップ場合、表示された画像内にストリートが存在する可能性は非常に小さくなる。画像内にストリート交点が存在しない場合、ウエハステージを移動して撮像するウエハ上の位置を変えて、表示される画像内にストリート交点が出現するのを探すことになるが、広い範囲を移動しなければならない場合もあり、表示される画像にストリート交点が存在し、それを認識するのに大きな時間を要する場合が起こる。

一般に、ウエハ表面を撮像した画像、特に低倍率の画像は、ウエハ表面に形成されたパターン等の関係で認識が難しい画像である。そのため、上記のようにストリート交点を探す作業は非常に煩雑で、オペレータにとって負担の大きな作業であり、作業時間も長くなるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するもので、大チップの場合でも、ウエハ上のチップ配列の検出が、オペレータの負担を軽減して行えるようにすることを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明のウエハ上のチップ配列の検出方法は、ウエハアライメントカメラで、ウエハとの相対位置を変化させながら撮像した複数の画像を合成して所定範囲のウエハの表面画像を生成し、所定範囲の全体が表示されるように、合成ウエハ表面画像を表示することにより、オペレータがストリートを容易に認識できるようにする。

すなわち、本発明のプローバは、ウエハ上に規則的に形成されたチップの動作を電気的に検査するため、テスタの各端子をチップの電極に接続するプローバにおいて、ウエハステージ上にロードされた前記ウエハ上のチップの配列を検出する方法であって、ウエハの中心位置を検出し、ウエハアライメントカメラで、ウエハとの相対位置を変化させながらウエハの表面画像を複数回撮像し、撮像した画像を合成してウエハの中心位置から所定範囲のウエハの表面画像を生成し、所定範囲の全体が表示されるように、合成ウエハ表面画像を表示し、指示されたチップの間の部分であるストリートの交点を登録し、ストリートの交点に対して、指示されたチップ内のアライメントマークを登録し、登録したアライメントマークを含むチップと異なるチップのアライメントマークを検出して、２個のアライメントマークの位置関係から、ウエハ上のチップの配列を算出する、ことを特徴とする。

所定範囲は、チップのサイズから、かならずストリート交点が含まれるように決定する。

本発明によれば、ウエハの中心位置から所定範囲のウエハの表面画像を合成して表示する。所定範囲をチップのサイズ以上とすれば、合成画像にはかならずストリートが含まれるので、オペレータは表示された合成画像において、ストリート交点を容易に認識できる。
プローバにおける一連の動作は、コンピュータにより構成される制御部により行われる。

本発明によれば、チップ配列等の情報が提供されないウエハのストリート交点およびチップ内のアライメントマークの登録動作を行なう際のオペレータの負担を軽減することができるという効果を奏する。

プローバとテスタでウエハ上のチップを検査するウエハテストシステムの基本構成を示す図である。ウエハ上に形成された大チップの配列例を示す図である。実施形態におけるウエハのストリート交点およびチップ内のアライメントマークの登録動作フローを示す図である。合成画像の例を示す図である。

図１は、実施形態のウエハテストシステムの概略構成を示す図である。ウエハテストシステムは、プローバ１０とテスタ３０とで構成される。図示のように、プローバ１０は、ウエハＷを保持するウエハステージ１６と、ウエハステージ１６をＺ軸方向に移動すると共にＺ軸を中心として回転するＺ軸移動・回転部１５と、プローブの位置を検出するプローブ位置検出カメラ１８と、プローブ位置検出カメラ１８をＺ軸方向に移動するカメラ移動機構１７と、Ｚ軸移動・回転部１５及びカメラ移動機構１７を支持してＸ軸方向に移動する（Ｘ軸）移動台１４と、Ｘ軸移動台１４を支持してＹ軸方向に移動するＹ軸移動台１３と、Ｙ軸移動台１３を支持する移動ベース１２と、移動ベース１２を支持する基台１１と、基台１１に支持される支柱１９及び２０と、支柱１９及び２０に支持されるヘッドステージ２１と、図示していない支柱に設けられたウエハアライメントカメラ２２と、ヘッドステージ２１に設けられたカードホルダ２３と、カードホルダ２３に取り付けられるプローブカード２４と、を有する。移動・回転機構については広く知られているので、ここでは説明を省略する。また、プローバ１０は、図示していないが、制御部、ディスプレイおよびコントロールパネルを有している。制御部は、例えば、コンピュータにより構成される。また、ディスプレイは、ウエハアライメントカメラ２２およびプローブ位置検出カメラ１８の撮像した画像や、オペレータへの指示・情報などを表示する。オペレータは、ディスプレイを見ながらコントロールパネルを介してウエハテストシステムに指示を与える。制御部は、方向キーやマウス等によりオペレータが指示した画面上の位置を、プローバの座標系の位置として読み取る機能を有する。

プローブカード２４は、検査するデバイスの電極配置に応じて配置されたプローブ２５を有し、検査するデバイスに応じて交換される。プローブ位置検出カメラ１８はプローブの配置及び高さ位置を検出し、ウエハアライメントカメラ２２はウエハＷ上の半導体チップ（ダイ）の電極パッドの位置を検出する。

テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体３１に設けられたコンタクトリング３２とを有する。プローブカード２５には各プローブに接続される端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テスタ本体３１は、図示していない支持機構により、プローバ１０に対して保持される。

検査するウエハＷは、図示していないウエハロード機構により、プローバ１０の外部のカセットからウエハステージ１６上に搬送され、検査の終了したウエハは、ウエハアンロード機構により、プローバ１０の外部のカセットに搬送される。ウエハロードとウエハアンロードを、同一の機構で行なう場合もある。

ウエハロード機構は、ウエハＷの外周およびノッチまたオリフラを検出し、ある程度の位置精度でウエハをウエハステージ１６上に搬送する。したがって、ウエハステージ１６上にチャックされたウエハＷは、プローバの座標系に対してある程度の位置精度で配置され、ストリートもプローバの座標系に対してある程度の方向精度で載置されている。また、前述のように、ウエハアライメントカメラ２２の検出した画像は、プローバの座標系と関連付けられている。

検査するデバイスに応じてプローブカードが交換されると、ウエハ上のチップの配列を規定するため、ストリートの交点およびチップ内のアライメントマークの登録動作を行なう必要がある。

図２は、実施形態でストリートの交点およびチップ内のアライメントマークの登録を行なうウエハＷ上に形成された大チップの配列例を示す図である。この例では、ウエハＷ上に９個のチップＣが、３×３の配列で形成され、チップＣの間の部分がストリートＳであり、ストリートＳの交点がストリート交点Ｓ’である。図２において、Ａは、ウエハアライメントカメラ２２を低倍率にして撮像する時の撮像範囲を示す。高倍率にした場合には、撮像範囲はさらに小さくなる。

図２に示すように、低倍率でのウエハアライメントカメラ２２の撮像範囲Ａは、チップＣのサイズに比べて小さく、ストリートＳおよびストリート交点Ｓ’を探すのが容易でないことが分かる。

図３は、実施形態におけるウエハのストリート交点およびチップ内のアライメントマークの登録動作フローを示す図である。一連の動作は、制御部により制御される。

ステップＳ１１では、ウエハロード機構により、ウエハＷのノッチまたはオリフラおよび外周が検出される。

ステップＳ１２では、ウエハロード機構により、ウエハＷがウエハステージ１６上に搬送（ロード）される。ウエハステージ１６上に搬送されチャックにより固定されたウエハＷは、ウエハステージ１６上にある程度の位置精度で位置している。したがって、ウエハＷの中心は、ウエハステージ１６上の中心付近に値しており、ウエハＷのストリートもプローバの移動機構のＸ軸およびＹ軸方向に近似した方向に伸びている。言い換えれば、チャックされたウエハＷは、プローバの座標系に対してある程度の位置精度で配置されている。しかし、プローブを電極パッドに接触させて検査を行なうには不十分である。

ステップＳ１３では、ウエハＷの厚さおよび中心位置を検出する。ウエハＷの厚さは、専用の厚さ測定器を使用して測定しても、ウエハアライメントカメラ２２でウエハＷの表面の焦点位置を検出して測定することも可能である。ウエハＷの厚さおよび中心位置は、例えば、ウエハアライメントカメラ２２で、円形のウエハＷのエッジを３箇所以上、例えば４箇所検出することにより算出することができる。

ステップＳ１４では、ウエハアライメントカメラ２２がウエハＷの中心位置を撮像するように、ウエハステージ１６を移動する。

ステップＳ１５では、ウエハＷをウエハアライメントカメラに対して、ウエハアライメントカメラ２２の撮像範囲ずつ移動して複数の画像を撮像し、ウエハＷの中心位置に対して所定範囲の合成画像を生成する。このような動作は一般に走査と呼ばれる。所定範囲は、例えば、チップＣのサイズより若干大きな範囲であり、その場合、所定範囲の合成画像内にかならずストリート交点Ｓ’が含まれる。

一般に、検査するデバイスを変更する時には、ウエハに関する情報としてチップサイズを示すインデックスが外部から指示される。チップが長方形の場合には、Ｘ方向のインデックスＸＩとＹ方向のインデックスＹＩが指示される。ウエハアライメントカメラ２２の撮像範囲のサイズがＸＳ×ＹＳの場合、ｍＸＳ＞ＸＩおよびｎＹＳ＞ＹＩとなるように、ｍおよびｎを決定し、ｍ×ｎ個の画像を合成する。

ステップＳ１６では、所定範囲がすべて表示されるように、合成画像をディスプレイに表示する。この時、少なくとも１個のストリート交点Ｓ’が画面上に表示される。合成画像の画素数は、ディスプレイの画素数より大きいので、合成画像を圧縮するか画素を間引いて、画素数を合わせて表示する。

図４は、合成画像の表示例を示す図である。
図４の（Ａ）は、図２において、所定範囲の中心にウエハＷの中心が位置するように走査を行って画像を合成した場合の例であり、合成画像は１５×１５個の撮像範囲の画像Ａを合成しており、４個のストリート交点Ｓ’が画面Ｄ上に表示される。ストリートＳは、画面のＸ軸およびＹ軸に対して傾いている。

図４の（Ｂ）は、１５×１５個の撮像範囲の画像Ａの合成画像であり、１個のストリート交点Ｓ’が画面Ｄ上に表示される。

前述のように、ウエハＷ上のチップＣの配列は各種あり、それに関する情報は供給されない。また、ウエハＷの中心位置に対して所定範囲をどのように設定するかは任意であり、どのような合成画像が生成されるかは、合成画像を生成するまで分からない。例えば、図２と異なり、ウエハＷの中心位置付近にストリート交点Ｓ’が存在する場合もある。また、ウエハＷの中心位置に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向について±（所定範囲）／２の範囲を走査する場合も、ウエハＷの中心位置からＸ軸方向およびＹ軸方向についてそれぞれ一方向に走査する場合もある。

いずれにしても、上記のようにして所定範囲の合成画像を生成すれば、少なくとも１個のストリート交点Ｓ’が合成画像に含まれ、ディスプレイに表示される。
オペレータは、ディスプレイに表示された合成画像を観察し、画面上にストリート交点Ｓ’の位置を、コントローラを介して入力する。

ステップＳ１７では、指示されたストリート交点Ｓ’の位置をプローバ１０の座標系において登録する。

ステップＳ１８では、ストリートＳの方向を検出する。傾いているストリートＳの検出は、例えば、特許文献２に記載された方法で行う。なお、オペレータにディスプレイに表示した合成画像上でストリート交点Ｓ’以外のストリートＳ上の位置を指示するように要求し、指示されたストリートＳ上の位置と既に指示されているストリート交点Ｓ’からストリートＳの方向を検出してもよい。

オペレータは、ディスプレイに表示された合成画像を観察し、アライメントマークを指示する。アライメントマークは、チップ内に１個のみあり、且つ識別が容易なパターンであることが望ましい。例えば、電極パッドなどは識別が容易であるが、同じ形状のものが他にも存在するため、アライメントマークとして好ましくない。オペレータはこのような条件を満たすパターンを指示する。

ステップＳ１９では、ウエハアライメントカメラ２２で、オペレータの指示したアライメントマークを高倍率で撮像し、その画像をストリート交点Ｓ’との位置関係を含めて登録する。

ステップＳ２０では、登録したアライメントマークを含むチップと異なるチップのアライメントマークを検出する。登録されたアライメントマークから、ステップＳ１８で算出したストリートの方向に、インデックス（チップサイズ）分移動すると、別のチップアライメントマークに到達する。もし、複数のインデックス分移動すると、さらに離れたアライメントマークに到達する。このようにして他のチップのアライメントマークを容易に検出することができる。

制御部は、以上の動作を行なって、異なるチップのアライメントマークを高倍率で撮像し、登録されているアライメントマークとの位置関係から、チップの配列方向θ、すなわちストリートの方向を精密に算出する。

ステップＳ２１では、算出したチップの配列方向θが、プローバの座標系のＸ軸およびＹ軸に一致するように、ウエハステージ１６の回転位置を補正する。その後、ストリートの交点とアライメントマークの位置を自動で再登録する。

以上で、ウエハのストリート交点およびチップ内のアライメントマークの登録動作が終了する。

なお、検査を行なうには、さらに、プローブ位置検出カメラが検出したプローブの配列にチップの電極パッドの配列を一致させる必要がある。そこで、ウエハステージを回転してチップの電極パッドの配列をプローブの配列に一致させると共に、プローバの座標系におけるプローブの配列を登録する。これ以後の移動動作は、この登録したプローバの座標系におけるプローブの配列に基づいて行なう。例えば、プローブの配列がプローバの座標系に対して微少量回転している場合には、この微少量の回転を無視して長い距離移動すると誤差が大きくなりプローブが電極パッド外に接触するという問題が生じる。そこで、ウエハステージを微少量回転すると共に、プローバの座標系における移動を、この微少量分補正しながら行う。さらに、プローブの配列を精密に測定するため、プローブを実際に電極パッドに接触させた時の接触痕（針跡）をウエハアライメントカメラにより検出する場合もある。

上記の動作が終了すると、ウエハＷ上のチップの検査が行える状態になる。検査を行う場合には、ウエハロード機構により、ノッチまたはオリフラおよび外周を検出したウエハＷをウエハステージ１６上に搬送し固定する（ロードする）。さらに、ウエハステージ１６上に固定されたウエハＷの厚さおよび中心位置を検出し、異なるチップのアライメントマークを検出してθを精密に検出し、ウエハステージ１６を回転して、プローブの配列との関係を含めてθ補正を行う。そして、アライメントマークまたはストリート交点との位置関係が規定されている電極パッドの位置を検出もしくは算出し、電極パッドが対応するプローブの直下に位置するようにウエハステージ１６を移動させた後、ウエハステージ１６を上昇させて、プローブ２５を電極パッドに接触させる。以上で、テスタ３０による検査が行なえる状態になる。
以上、実施形態を説明したが、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。

１２移動ベース
１４Ｘ軸移動台
１５Ｚ軸移動・回転部
１６ウエハステージ
１８プローブ位置検出カメラ
２２ウエハアライメントカメラ
２４プローブカード
２６プローブ

Claims

ウエハ上に規則的に形成されたチップの動作を電気的に検査するため、テスタの各端子を前記チップの電極に接続するプローバにおいて、コンピュータが、ウエハステージ上にロードされた前記ウエハ上の前記チップの配列を検出する方法であって、
前記ウエハの中心位置を検出し、
ウエハアライメントカメラで、前記ウエハとの相対位置を変化させながら前記ウエハの表面画像を複数回撮像し、撮像した画像を合成して前記ウエハの前記中心位置から所定範囲の前記ウエハの表面画像を生成し、
前記所定範囲の全体が表示されるように、前記合成ウエハ表面画像を表示し、
前記チップの間の部分であるストリートの交点の位置を指示する入力を受け、
指示されたストリートの交点を登録し、
前記ストリートの交点に対して、指示された前記チップ内のアライメントマークを登録し、
登録した前記アライメントマークを含む前記チップと異なるチップの前記アライメントマークを検出して、２個の前記アライメントマークの位置関係から、前記ウエハ上の前記チップの配列を算出する、ことを特徴とする方法。
前記所定範囲は、前記チップのサイズから、前記ストリートの交点を含むように決定される請求項１記載の方法。