JP6802081B2 - ウエーハ型チップトレイおよび外観検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、チップ部品を収納するチップトレイおよび、そのチップトレイに収納されたチップ部品およびウエーハのいずれか一方を選択して検査ステージに載置してその外観を検査する外観検査装置に関するものである。

（当該分野の説明）
従来より半導体デバイスやＩＣチップ、ＬＥＤチップなどのチップ部品の搬送のために、チップトレイと呼ばれる、複数に区画されたれたポケットを有するワッフル形状のトレイが用いられており（例えば、特許文献１）、トレイに収納されたＩＣチップの外観検査を行う装置（つまり、チップ外観検査装置）がある（例えば、特許文献２）。

そして、チップ部品をチップトレイにより搬送する形態の場合、外観検査装置にチップトレイをセットするのは人手で行う場合が多い。

一方、ＩＣチップなどの回路パターンやＬＥＤチップなどの繰り返しパターンが形成されたウエーハの外観検査を行う装置も提案されている（例えば、特許文献３）。

そしてウエーハは、カセットやマガジン、フープと呼ばれる多段収納治具にて搬送され、ここから一枚ずつ搬送ロボットで抜き出されて、外観検査装置への受け渡し（いわゆる、ロボットによる自動ハンドリング）が行われる形態が一般的である。

特開２０１２−２４０６９７号公報 特開平５−１５２４０６号公報 特開２０１０−１６４５３４号公報

特許文献１，２等に開示されている様なチップトレイと、特許文献３等に開示されている様なウエーハとでは、外形の形状や厚み、ハンドリング形態が大きく異なる。そのため、同一の外観検査装置で双方の形態に対応させることができず、チップトレイやウエーハを載置する載置台（いわゆる、検査ステージ）を段取り替えする必要があった。

しかし、段取り替えを行うと、検査カメラと検査ステージとの相対位置が変わってしまうため、アライメント精度に狂いが生じてしまい、各チップ部品の欠陥座標にずれが生じてしまう。そのため、アライメント精度を維持するためには、段取り替え作業の後、検査カメラと検査ステージと相対位置の確認や再調整等するための時間を要し、一つの外観検査装置で双方の形態に対応させることが困難であった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、自動外観検査装置などの自動的にウエーハを枚葉処理できる装置でもハンドリングが可能な、ウエーハ型チップトレイを提供することを目的としている。

また、ハンドリングするウエーハとチップトレイとの厚みが異なる場合にあっては、双方に対応させる外観検査装置を提供することを、第２の目的としている。

以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
複数のチップ部品をそれぞれ並べて収納する本体部を有するチップトレイであって、
外周側面が円弧状および位置決め基準部を有するウエーハ形状をしており、
本体部には、
位置決め基準部と所定の位置関係を有する、チップ部品を個別に収納するために区画された凹み部からなるチップ搭載部と、
チップ搭載部に収納されたチップ部品に設定された検査領域よりも外側の非検査領域に当接させるチップ押さえ板と、
チップ押さえ板を当該本体部側に引き寄せるように磁力で保持するマグネット部を備えたことを特徴とする、ウエーハ型チップトレイである。

また、本発明に係る第２の一態様は、
上記一態様のウエーハ型チップトレイを載置する検査ステージと、
ウエーハ型チップトレイに収納されたチップ部品の外観を検査する検査部とを備え、
ウエーハ型チップトレイの厚みに応じて、検査ステージと検査部との相対距離を調整する相対距離調節機構を備えた、外観検査装置である。

上記の一態様によれば、ウエーハの表面上にパターニングされたチップでも、チップトレイに収納されたチップ部品でも、自動的にウエーハを枚葉処理できる装置でのハンドリングが可能となる。

また、上記の第２の一態様によれば、ハンドリングするウエーハとチップトレイとの厚みが異なる場合であっても、１つの外観検査装置で双方に対応させることができる。

本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。 本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図である。 本発明を具現化する第２の一態様の一例の全体構成を示す概略図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。なお、以下の説明では、直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面を水平面、Ｚ方向を鉛直方向とする。特に、Ｚ方向は矢印の方向を上、その逆方向を下と表現する。

図１は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。図１には、本発明に係るウエーハ型チップトレイ１の斜視図が示されている。

ウエーハ型チップトレイ１は、複数のチップ部品Ｃをそれぞれ並べて収納する本体部２を有するチップトレイであり、外周側面Ｅが円弧状（円弧状部）および位置決め基準部Ｆを有するウエーハ形状をしている。

本体部２には、チップ搭載部３、チップ押さえ板４、マグネット部５が備えられている。具体的には、本体部２は、プラスチックなどの樹脂やアルミ等で構成されている。

チップ搭載部３は、位置決め基準部Ｆと所定の位置関係を有しつつ、チップ部品Ｃを個別に収納するために区画された凹み部Ｐからなる。

図２は、本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図である。図２には、図１に図示したウエーハ型チップトレイ１の本体部２の平面図が示されており、チップ搭載部３を構成する凹み部Ｐと位置決め基準部Ｆとの位置関係が示されている。

具体的には、チップ搭載部３は、Ｘ方向に４つ並んで配置された凹み部Ｐで構成されており、位置決め基準部Ｆに対して、Ｘ方向にｄ１離れた位置に、それぞれ幅Ｐｘで、互いの間隔がｄ２，ｄ３，ｄ４で、Ｙ方向にｄ５離れた位置に、幅Ｐｙで配置されている。

位置決め基準部Ｆは、ウエーハ型チップトレイ１におけるチップ搭載部３の方向や位置を定義づける基準となるものであり、位置決め基準部Ｆを所定の方向や位置に合わせる（いわゆる、アライメントする）ことで、チップ搭載部３に収納されたチップ部品Ｃの方向や位置を揃えるものである。

具体的には、位置決め基準部Ｆは、ウエーハ型チップトレイ１の外周側面Ｅに２ヶ所設けられており、それぞれが平坦面で構成されている。また、それぞれの平坦面がなす角度は、９０度に設定されている。

凹み部Ｐは、チップ部品Ｃを個別に収納するものである。具体的には、凹み部Ｐは、本体部２の上面よりも掘り下げられた形状（いわゆる、凹んだ形状）をしており、隣接する凹み部Ｐとは互いに区画されている。より具体的には、凹み部Ｐは、チップ部品Ｃの外形とは僅かな隙間がある程度の寸法（つまり、Ｘ方向に幅Ｐｘ、Ｙ方向に幅Ｐｙ）に設定されている。

チップ押さえ板４は、チップ搭載部３に収納されたチップ部品Ｃに設定された検査領域Ｒよりも外側の非検査領域Ｔに当接させるものである。

具体的には、チップ押さえ板４は、Ｘ方向に並んだ４つのチップ部品Ｃを一括して下向きに押さえるものである。

より具体的には、チップ押さえ板４は、磁性のあるフェライト系のステンレス材：ＳＵＳ４３０で構成されている。
マグネット部５は、チップ押さえ板４を本体部２側に引き寄せるように磁力で保持するものである。具体的には、マグネット部５は、本体部２のチップ押さえ板４が配置される部位に埋設されている。より具体的には、マグネット部５は、ネオジム磁石やフェライト磁石などで構成されている。

本発明に係るウエーハ型チップトレイ１は、この様な構成をしているため、一般的な形状のウエーハを扱うように搬送したり、自動検査装置等に投入したりすることができる。この際、チップ搭載部３の凹み部Ｐに並べて収納されたチップ部品Ｃは、マグネット部５とチップ押さえ板４により下向き（つまり、本体部２側）に押さえられるため、搬送中や検査中にチップ部品Ｃが脱落・位置ずれすることを防ぐことができる。

［変形例］
なお上述では特筆していなかったが、ウエーハ型チップトレイ１は、一般的なウエーハと同じ厚みにしておくことが好ましい。そうすることで、一般的なウエーハと同様にハンドリングが可能である。しかし、ウエーハ型チップトレイ１は、一般的なウエーハと同じ厚みにできない場合であっても、一般的なウエーハ収納カセットに収納可能な程度の厚みにしておくことが好ましい。一方、搬送工程や外観検査装置などでハンドリングが可能であれば、ウエーハ型チップトレイ１は、適宜所望の厚みに設定しても良い。

［外観検査装置について］
図３は、本発明を具現化する第２の一態様の一例の全体構成を示す概略図である。図３には、本発明に係る外観検査装置１０の概略図が示されている。

外観検査装置１０は、上述のウエーハ型チップトレイ１に収納されたチップ部品Ｃおよびウエーハのうち、選択された一方の外観を検査するものである。具体的には、外観検査装置１０は、検査ステージ１１、検査部１２、相対距離調節機構１３等を備えている。

検査ステージ１１は、ウエーハ型チップトレイ１およびウエーハのうち、選択された一方（以下、ワークＷと呼ぶ）を載置するものである。

具体的には、検査ステージ１１には、上下方向に出没可能なリフトピンとその昇降機構（いずれも、図示せず）が取り付けられており、プリアライナーと呼ばれる搬送ロボットにより、ワークハＷの搬送・受け渡しが行われる。また、検査ステージ１１の上面には、格子状の溝や点在する穴が設けられており、切替バルブなどを介して真空源や大気と接続されている。そのため、ワークＷが受け渡しされた後、リフトピンを加工させ、ワークＷの下面側を負圧吸引（いわゆる、真空吸着）させる。

より具体的には、検査ステージ１１は、装置フレーム１０ｆに搭載されたＸ軸スライダー機構１０Ｘ、Ｙ軸スライダー機構１０Ｙ、回転機構１０θからなるＸＹθ機構の上に取り付けられている。そのため、検査ステージ１１を、Ｚ方向を回転中心軸とするθ方向に所定の角度回転させたり、所定の角度で静止させたり、Ｘ方向やＹ方向に所定の速度で移動させたり、所定の位置で静止させることができる。

検査部１２は、選択された、ウエーハ型チップトレイ１に収納されたチップ部品Ｃ又はウエーハの外観を検査するものである。

具体的には、検査部１２は、検査領域を撮像した画像と基準画像とを比較したり、検査領域を撮像した画像中の隣接パターン同士を比較したりして、欠陥や異物の有無などを検査するものである。

より具体的には、検査部１２は、照明１２ａ、対物レンズ１２ｂ、鏡筒１２ｃ、撮像カメラ１２ｄ、画像処理部１２ｅ、コンピュータ部１２ｆ等を備えて構成されている。

照明１２ａは、撮像のために必要な光（いわゆる、照明光）をワークＷに向けて照射するものである。具体的には、照明１２ａは、鏡筒１２ｃの側面に取り付けられ、鏡筒１２ｃ内に組み込まれたプリズムやハーフミラー等で撮像光軸と合致した状態で、対物レンズ１２ｂを通じてワークＷに照明光が照射される。

対物レンズ１２ｂは、ワークＷの撮像対象エリアに焦点を合わせ、所定の倍率で撮像カメラ１２ｄの撮像素子に結像させるためのものである。なお、対物レンズ１２ｂは、倍率の異なるレンズを複数備え、レボルバーと呼ばれる回転機構で切替できる構成をしている。

鏡筒１２ｃは、照明１２ａ、対物レンズ１２ｂ、撮像カメラ１２ｄ等を所定の間隔で固定し、照明１２ａから照射された光をワークＷに向けて照射させたり、ワークＷの撮像対象エリアに対応する像を撮像カメラ１２ｄに結像させるためのものである。

撮像カメラ１２ｄは、撮像素子を備え、撮像した画像を外部へ出力するものである。

画像処理部１２ｅは、撮像カメラ１２ｄで撮像した画像を取得し、取得した画像に対して所定の画像処理（フィルタ処理など）を行い、処理後の画像（検査対象）と基準画像（または、隣接パターン画像、良品学習画像など）と比較して検査処理を行うものである。

コンピュータ部１２ｆは、予め登録されたプログラムに基づいて、画像処理部１２ｅに対するレシピ切替指令や、相対距離調節機構１３などの外部機器の制御を行ったり、上位システム（ホストコンピュータなど）や隣接装置（プリアライナやローダ・アンローダなど）、オペレータ等とのインターフェスとなるものである。また、コンピュータ部１２ｆは、検査対象として受け入れるワークＷの厚み情報を取得し、その厚みに応じて相対距離調節機構１３を制御するものである。

相対距離調節機構１３は、ウエーハ型チップトレイ１およびウエーハの厚みに応じて、検査ステージ１１と検査部１２との相対距離を調整するものである。

具体的には、相対距離調節機構１３は、装置フレーム１０ｆに取り付けられた連結金具１０ｂに取り付けられており、照明部１２ａ、対物レンズ１２ｂ、鏡筒１２ｃ、撮像カメラ１２ｄを、一体的に上下方向に移動させ、所定の高さで静止させる物である。

より具体的には、相対距離調節機構１３は、ステッピングモータ１３ａ、ボールネジ１３ｂ、ガイドレール１３ｃ、スライダー１３ｄ、コントローラ１３ｅ等を備えて構成されている。

ステッピングモータ１３ａは、コントローラ１３ｅと接続されており、コントローラ１３ｅからの駆動信号に基づいて所定の角度回転したり静止したりするものである。

ボールネジ１３ｂは、ステッピングモータ１３ａの回転をスライダー１３ｄに伝達するものである。

ガイドレール１３ｃは、スライダー１３ｄの移動方向を一方向（つまり、Ｚ方向）に規制するものである。

スライダー１３ｄは、ボールネジ１３ｂが回転することでＺ方向（つまり、上下方向）に移動したり、所定の高さで静止するものである。スライダー１３ｄには、連結金具などを介して鏡筒１２ｃが取り付けられている。

コントローラ１３ｅは、コンピュータ部１２ｆと接続されており、コンピュータ部１２ｆからの制御信号に基づいて、ステッピングモータ１３ａを所定の角度回転させるものである。

本発明に係る外観検査装置１０は、この様な構成をしているため、上述のウエーハ型チップトレイ１でも、一般的な形状のウエーハでも取り扱うことが可能で、それらの厚み違いに応じて、相対距離調節機構１３を制御し、所望のフォーカス高さで検査を行うことができる。そのため、外観検査装置１０は、ウエーハの表面上にパターニングされたチップでも、チップトレイに収納されたチップ部品でも、自動的にウエーハを枚葉処理できる装置でのハンドリングが可能となる。

［他の形態］
なお上述では、チップ押さえ板４としてフェライト系のステンレス材：ＳＵＳ４３０を例示したが、下記のような材料で構成されていても良い。
（１）他のフェライト系（ＳＵＳ４０５など）、マルテンサイト系（ＳＵＳ４１０など）、オーステナイト・フェライト系（二相系）（ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌなど）などの磁性のあるステンレス材
（２）非磁性のオーステナイト系（ＳＵＳ３０４など）のステンレス材に、磁性化処理を施したもの
（３）鉄、ニッケル、コバルトやそれを含む合金で磁性のあるもの
（４）アルミ、真鍮、チタンなどの非磁性金属や、プラスチックなどの樹脂にてチップ押さえ板の本体部を構成し、マグネット部５と対向する部分ないし周囲に磁石または磁性のある材料を埋め込んだもの
なお凹み部Ｐの上面は、本体部を構成する材料（プラスチックなどの樹脂やアルミ等）が露出していても良いし、錆止め加工などが施されていても良い。あるいは、シリコンやゴムなどの樹脂を薄くコーティングし、チップ部品Ｃが移動中に位置ずれしない様な滑り止め加工を施しても良い。なお、この滑り止め加工は、凹み部Ｐの上面全体であっても良いし、所定の間隔で点在するような配置であっても良い。

なお上述では、ウエーハ型チップトレイ１の外周側面Ｅに有している位置決め基準部Ｆとして、オリエンテーション・フラットと呼ばれる平坦な面が２ヶ所に設けられた構成を例示した。しかし、位置決め基準部Ｆは、このような構成に限定されず、平坦面が１ヶ所に設けられた構成であっても良いし、平坦面に代えてノッチと呼ばれる凹み部で構成されていても良い。すなわち、これら平坦面やノッチと所定の位置関係を有するように、チップ搭載部３の凹み部Ｐがそれぞれ配置されていれば良く、一般的なウエーハを取り扱う場合と同様に各チップ部品Ｃが位置決めできる構成であれば良い。

なお上述では、ウエーハ型チップトレイ１の本体部２が、プラスチックなどの樹脂やアルミ等で構成されている例を示した。このような材料であれば、チップトレイ全体が軽量で、凹み部Ｐの成形や加工がしやすいため、好ましい。しかし、本体部２は、この様な材料に限定されず、ハンドリングする工程の環境等に適合するように、耐腐食性の高いステンレスや他の金属合金で構成したり、耐熱性の高いチタン材料で構成したりできる。また、本体部２は、単一の材料で形成しても良いし、外周部とチップ搭載部３とが異なる材料で構成されて組み合わされたものであっても良い。

１ ウエーハ型チップトレイ
２ 本体部
３ チップ搭載部
４ チップ押さえ板
５ マグネット部
１０ 外観検査装置
１１ 検査ステージ
１２ 検査部
１３ 相対距離調節機構
Ｅ 外周側面
Ｆ 位置決め基準部（オリフラ、ノッチ）
Ｃ チップ部品
Ｐ 凹み部
Ｒ 検査領域
Ｔ 非検査領域
Ｗ ワーク（ウエーハ、ウエーハ型チップトレイ）

Claims (2)

1. 複数のチップ部品をそれぞれ並べて収納する本体部を有するチップトレイであって、
   外周側面が円弧状および位置決め基準部を有するウエーハ形状をしており、
   前記本体部には、
   前記位置決め基準部と所定の位置関係を有する、前記チップ部品を個別に収納するために区画された凹み部からなるチップ搭載部と、
   前記チップ搭載部に収納された前記チップ部品に設定された検査領域よりも外側の非検査領域に当接させるチップ押さえ板と、
   前記チップ押さえ板を当該本体部側に引き寄せるように磁力で保持するマグネット部を備えたことを特徴とする、ウエーハ型チップトレイ。
2. 請求項１に記載のウエーハ型チップトレイを載置する検査ステージと、
   前記ウエーハ型チップトレイに収納されたチップ部品の外観を検査する検査部とを備え、
   前記ウエーハ型チップトレイの厚みに応じて、前記検査ステージと前記検査部との相対距離を調整する相対距離調節機構を備えた、外観検査装置。

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