JPH01296177A

JPH01296177A - 検査装置

Info

Publication number: JPH01296177A
Application number: JP63124943A
Authority: JP
Inventors: Wataru Karasawa; 唐沢　渉
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-05-24
Filing date: 1988-05-24
Publication date: 1989-11-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】見匪立１孜（産業上の利用分野）本発明は、半導体製品を製造する過程において、半導体
ウェハに形成された半導体チップ等の半導体素子の電気
的諸特性の試験又は検査測定を行う検査装置に関するも
のである。

（従来の技術）従来、例えばウェハ上の半導体チップ等の半導体素子の
電気的諸特性検査におけるこの種装置は。

例えば特公昭５８−２４９４６号公報に示す如く。

第１２図（ａ）、（ｂ）のような処理機構からなってい
た。すなわち、■ウェハ９０が多数収納された供給マガ
ジン９１からウェハ搬送ステージ９２に任意の向きでウ
ェハ９０を搬出・供給する第１機構９３と、■そのウェ
ハ９０を搬送ステージ９２位置においてローラ９４等に
より機械的に回転させ、その外形に形成した基準面たる
オリエンテーション・フラット（以下、単にオリ・フラ
という）を案内板面と角度照合することにより、Ｘ、Ｙ
。

０方向の大体の位置合せ（プリアライメント）を行う第
１の位置合せ機構と、■真空チャック等の吸着部材を用
いて該位置合せされたウェハ９０を吸着して測定テーブ
ル９５上まで搬送する第２の搬送機構９６と、■この測
定テーブル９５上に載置されたウェハ９０を更にＸ、Ｙ
、Ｚ、θ方向に精密位置合せ（手動によるものも含む）
する第２の位置合せ機構と、■該測定テーブル９５上で
精密位置合せされたウェハ９０上の各半導体素子に図示
しないプローブ針を順次接触させその電気的特性を測定
するプロービング機構とからなっていた。

但し、上記大体の位置合せを行う第１の位置合せ機構は
、ローラ９４等によるウェハ外周の損傷、ゴミの付着、
塵の拡散などを防止し、かつウェハ９０の測定精度を向
上させるため、特に図示しないが、特開昭６０−８５５
３６号公報に示すように、オリ・フラＯＦを有するウェ
ハ９０を真空チャック等により固定して回転させ、光電
式位置検出器を使用してウェハと接触することなく精密
に事前位置合せ（プリアライメント）する装置も用いら
れている。

また、当該精密位置合せを行う上記第２の位置合せ機構
においては、例えば特開昭５７−１４７２４７号公報に
示される、主として光学的センサ装置により、測定ステ
ージにおけるウェハの一層精度の高いＸ、Ｙ、Ｚ、　　
θ方向の各位置合せが行われている。特に、近年、ウェ
ハの高密度化等に伴い、各半導体素子毎の各別のＺ方向
の位置決めも行われている。これは、プ々ローブ位置に
おいてプローブ針が一定の針圧でウェハチップの電極に
接触しているか否かが検査精度に大きく影響し。

しかも、これが不適正であると検査結果が異常を示した
り、後工程でワイヤボンディングする時に正しくボンデ
ィングされなかったり、プローブ針に過度の負荷がかか
ってプローブ針が変形したり。

ウェハチップを痛める原因となるからである。このよう
に各チップ毎の２方向の位置決めをも行う機構に関し１
本願出願人は、先に、ハイドセンサ（容量センサ）を用
いてウェハ上の１チツプ毎にその特定点の高さを検出し
記憶しておき、各半導体素子に応じてウェハのＺ軸方向
移動量を自動調整することにより、ウェハの各半導体素
子にくい込むプローブ針の量を常に一定に保持する機構
を提案した。

さらに第２の位置合わせ機構において、まず。

ハイドセンサを用いて載置台のウェハの中心座標を求め
、そのデータから光学的センサ装置による精度の高いｘ
、ｙ、ｚ、θ方向の各位置合わせを始めるウェハ上の場
所を算出したり、ウェハエッヂ部分のかけたチップの面
積を計算し、余計なかけたチップを測定することによる
スループットの低下を防いだり、測定結果としてウェハ
マツプを描く時にウェハのパターン焼き付は工程におけ
るズレがあっても各チップに振り分けられたアドレスが
変化しない様にウェハ上のある基準チップを光学的セン
サ装置により見つけるが、その基準チップ位置を早く判
別する為に上記のウェハ中心の座標が使われていた。

（発明が解決しようとする課Ｍ）しかしながら、上記従来の検査装置では、ウェハ供給マ
ガジン９１から任意の向きで搬出・供給されたウェハ９
０につき、測定ステージ９５上に搬送する前に一層ブリ
アライメントを行い、その上で該測定ステージ９５上に
おいて更に精密な位置合せを行う必要があるため、はと
んど同じような大型の位置合せ機構（主としてセンサを
使用した光学的なもの）を各々別に設けなければならな
いという問題がある。しかも、この精密位置合せに際し
て、更にウェハ９０上の各半導体素子毎のＺ軸方向位置
合せをも行うとすると、精密位置合せ機構として高価で
かつ大型のハイドセンサ機構。

モニタ機構などを設けなければならず、多大なコストア
ップになる。

また、第１２図に示したように、プリアライメントをロ
ーラ等の部材を用いてオリ・フラの基準面合せで行うの
では、品質維持の面で到底現在の水準をクリアできず、
検査精度も十分ではない。

本発明は、以上の課題に鑑み発明されたもので、ハイド
センサ等の大型の位置合せ機構を排して位置合せ（アラ
イメント）機構の簡略化を図ると共に、ウェハチップ等
の各半導体素子毎のＺ軸方向位置合せを達成し得る検査
装置を提供することを目的とする。

充」Ｂ髪４戒。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記課題を解決するため次の構成を採用した
。

すなわち、触針（プローブ）を用いてウェハ上の半導体
集積回路等の半導体素子の各種電気的特性の試験又は検
査を行う検査装置であって、半導体素子収納場所である
供給マガジンから半導体素子を第１のステージ上に搬出
する第１の搬送機構と、該第１のステージ上のウェハの
中心位置を求める位置合せ機構と、該ウェハの中心位置
を記憶しっつウェハを載置台の中心に移動させる第２の
搬送機構と、半導体素子表面の凹凸を自動的にセンシン
グしつつ順次連続的に半導体素子の各種電気特性の試験
又は検査を行うプロービング機構とを具えるようにした
。

（作用）本発明によると、第１の搬送機構により供給マガジンか
ら所定の第１ステージ上に搬出されたウェハは、位置合
せ機構によりウェハ中心が求められ、第２の搬送機構に
より該位置合せされた場所を記憶しつつ載置台の中心に
動がされる。このとき、第２の搬送機構は、搬送にょる
ウェハの位置ずれを自動的に補正し、アライメントされ
た各所定の位置を保ってウェハを移動させる。従って、
従来各半導体素子毎に時間をかけて載置台上にのったウ
ェハの中心を求める位置合せは、行う必要がない。しか
も、本発明においては、プロービング測定位置における
ハイドセンサ等を用いた大掛かりな各半導体素子毎のＺ
方向位置決台せは行わない。

次いで１本発明のプロービング機構は、ウェハ上に形成
された半導体素子の表面の凹凸を自動的にセンシングす
るので、各半導体素子毎のＺ方向位置合せは、このプロ
ービング機構により行われる。該プロービング機構は、
例えばウェハ上の各半導体素子の厚さ等の凹凸を自動的
にセンシングするＺ方向の位置合せを各半導体素子のプ
ロービングと並行して行う。この場合、センシングシス
テムは種々のものが利用でき、又、凹凸等の自動センシ
ングと同様の作用を有する他の手段１例えば、各半導体
素子にプローブが接触するまでの速度及び初期接触圧力
を非常に弱くしておき、接触までのプローブ移動距離を
可変長に構成するようにしておいてもよい。

このようにして、プロービングされたウェハ上の半導体
集積回路等の半導体素子については、従来と同様の機構
により、例えば不良品・良品にマーキングされ、各々所
定の収納位置に戻される。

（実施例）以下１本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の検査装置の全体構成を示す概略図、
第２図乃至第４図は第１の搬送機構Ａの一実施例を示す
部分斜視図及びプログラム図、第５図乃至第８図は位置
合せ機構Ｂの各実施例を示すブロック図及び概略図、第
９図及び第１０図は第２の搬送機構Ｃの一実施例を示す
説明図、第１１図はプロービング機構りの一実施例を示
す説明図である。

図中、１はプローバ、２はウェハ、３は該ウェハ２上に
形成された各半導体素子、４は該ウェハ２のオリエンテ
ーション・フラット（以下、単にオリ・フラという）、
５はウェハ２を収納保管する供給マガジンである。

第２図に示すように、各半導体素子３が形成されたウェ
ハ２は、オリ・フラ面を合せることなくランダムなＯ方
向で供給マガジン５内に多数収納されており、第３図に
示すように、エレベータテーブル６の搬送ハンド７によ
り供給マガジン５から搬出され、更に、ウェハ２は、エ
レベータテーブル６の横方向移動その他により図示しな
い第１のステージ８に搬送される。第４図にウェハ搬出
のチャートを示す、なお２本実施例に係る第１の搬送機
構Ａは、簡易なエレベータ機構と搬送ハンド７等からな
っているが、ウェハ２を図示しないエレベータ機構で供
給マガジン５から降ろし、図示しないコンベアベルトに
載せてプローバ本体１の第１のステージ８上に搬送され
るように構成してもよい。

ここで、第１のステージ８（アライメントステージ）は
、第６図などに示すように、ウェハ２を真空吸着するサ
ブチャック９．ウェハ２のＸ方向の誤差を修正するピン
セット１０、ウェハ２の２方向位置決めを行うＺステー
ジ１１を具え、前記第１の搬送機構によって搬出された
ウェハ２をそのサブチャック９上に載置吸引し、このサ
ブチャックを図示しないステップモータ等により回転駆
動する。第５図（ａ）、（ｂ）は、第６図〜第８図に示
す装置を用いて、光学的手段によりオリ・フラの位置、
ウェハ中心位置等を判別してウェハ２のＸ、　ｙ、Ｚ、
　θ方向の偏心補正１位置合せを行う場合のフローチャ
ートの一例を示したもので、コンピュータ制御によりオ
リ・フラの位置等を判別してアライメントを行うもので
ある。

第６図は、サブチャック９によってウェハ２を回転させ
ながら発光体１２からの照射光をラインセンサ１３によ
り受光し、オリ・フラＯＦの位置、ウェハ２の偏心等を
測定し、ウェハ２の位置決めを行う位置合せ機構の一実
施例を示すもので、同図（ａ）は全体概略図、同図（ｂ
）は要部側面図である。なお、図中、１４は発光体１２
からの照射光をライン状に通すラインスリット、１５は
ラインセンサ１３の取付アームである。

第７図は、同じくウェハ２の位置合せ機構の他の実施例
を示し、特にＳＯＳウェハ、ガラスウェハなど光透過性
のウェハに使用される位置合せ機構であって、同図＜ａ
）は要部側面図、同図（ｂ）は斜め照射光の反射等の作
用を示す説明図である。

同図において、２０はウェハ２のエッヂに向けて斜め照
射光を出す発光素子、２１は照射光の受光素子５２２は
該発光素子２０及び受光素子２１の取付アームである６
本実施例においては、第５図（ｂ）に示す手順によりウ
ェハ２を一回転させながら、第７図（ｂ）に示すように
ウェハ２のエッヂに光を照射するので、光透過性のウェ
ハであっても該ウェハ２のエッヂライン及び偏心量等を
極めて正確に検出でき、高精度なアライメントを行うこ
とができる。

第８図は、同じくウェハ２の位置合せ機構の更に他の実
施例を示すもので、特に、少なくとも１回のセンシング
及び位置決め操作で高精度な位置合せを可能にしたもの
であって、同図（、）は全体ブロック図、同図（ｂ）は
光センサの受光とウェハの中心及びオリ・フラ位置との
関係を示す模式平面図である。

本実施例においては、サブチャック９に載置されるウェ
ハ２の外周エッヂ近傍に光センサ機構３０から発光光を
照射し、同時に該ウェハ２をパルスモータによりサブチ
ャック９ごと１回転させる。

そして、図中Ｂ部分を通過する光を例えば太陽電池など
の受光素子３１で受光し、該受光量に応じて起電される
センサ出力電流を、電圧変換回路、ローパスフィルタ、
増幅回路、サンプル・ホールド回路（Ｓ／Ｈ）、Ａ／Ｄ
変換回路、コントロール回路等を介してマイクロコンピ
ュータの中央処理装置（ＣＰ　Ｕ）に入力する１次いで
、該マイクロコンピュータの演算回路において、各０１
．θ２θ３とサブチャック回転中心Ｏ，ウェハ中心位置
０′、照射光とエッヂの交点中心位置とのベクトル関係
により１回の演算で該ウェハの中心位置、偏心量、オリ
・フラＯＦ中心位置等を求め、該結果に基づいてＣＰＵ
からパルスモータの駆動制御信号を出力してサブチャッ
ク９等を駆動しウェハ２のアライメントを行うものであ
る。

なお、以上のような位置合せ機構は、上記各実施例に限
らず、適宜の機構を用いることが可能である。

第９図及び第１０図は第２の搬送機構Ｃの一実施例を示
すハンド部分の拡大図及び全体概略図で、上記した機構
により精密に位置合せされたウェハ２は、本例に係る搬
送機構により、図示しない測定ステージに搬送される。

この搬送手段は、ステップモータ４０により駆動される
ハンドリングアーム４１のハンド部４２上にウェハ２を
載置し。

該ハンドリングアーム４１に具えた真空吸着機構により
ウェハ２を真空吸着して、前記位置合せされた状態を保
持しつつ、ウェハ２を測定位置に搬送する１本実施例に
おいては、ハンドリングアーム４１の高精度な駆動制御
を実行するため、高性能なステッピングモータ４０のシ
ャフト４３にハンドリングアーム４１を直接取付けてい
る・また。

搬送中にウェハ２の位置ずれが生じないようした真空吸
着機構は、具体的には、ハンドリングアーム４１の内部
に設けた吸引孔４４と該シャフト４３に設けた貫通孔４
５を連通させ、下側のシャフト４３にシャフト４３が回
転しても継手は回転しないいわゆるフレキシブルパイプ
継手４６を接続して、この継手４６を介して図示しない
真空ポンプ等のバキューム吸引装置を接続したものであ
る。

なお、図中４７は吸引孔４４の出口部、４８はハンド部
４２に設けた吸引のための切欠孔である。

なお、ウェハ２の搬送距離、ハンドリングアーム４１の
回転角度に応じて、２枚目以降のウェハ２をの位置ズレ
が生じないように、搬送距離、搬送位置を図示しないマ
イクロコンピュータに記録、中の位置ずれ補正を自動的
に行うように構成することも可能である。

このようにして、プロービングステージのプローブ位置
に搬送されたウェハ２に対して、プロービング機構りに
よりプローブ検査が実行されるが、その際、各半導体素
子３毎のＺ方向の位置合せはプロービング機構りにおい
て行なう。

すなわち、ウェハ２の表面に形成された各半導体素子３
には厚さの変化があり、微妙な凹凸があるが、プローブ
（触針）がその変化をセンシングし、これに対応してプ
ロービングを行うよう構成して、不規則に配列された半
導体素子３の凹凸位置にかかわらず、プロービング端子
部に正確に位置合せするものである。

このプロービング機構りの一実施例の概略を第１１図に
示す。同図（ａ）に示すごとく、プローブ位置１にはウ
ェハ２の各半導体素子３の凹凸を自動的に読み取る自動
触針装置５０が具えられ、プロービング部５２に具えた
１例えばエッチセンサ一方式やニードルセンサ一方式に
よる図示しないセンシング装置で２方向誤差及び凹凸を
センシングして、その結果を基にＣＰＵで当該ウェハに
おけるＺ軸方向誤差及び触針長さ、針圧等を記憶、演算
して、以後順次連続的に触針を行い計測し、ＬＳＩテス
タ５１で判別する。二の場合、センシングシステムは種
々のものが利用できる。

又、同図（ｂ）乃至（ｄ）に示すように、自動触針装置
５０のプロービング部５２に例えばバーコードリーダ等
の光学読取部５３を設け、ウェハ２の各半導体素子３上
に予め符号情報５４を形成し、光学読取部５３で読み取
った符号の情報に応じて選択部５５がＬＳＩテスタ５１
の各テストプログラムを選択して切換えるようにしても
よい。その際、プロービングしたデータをも取込んで以
後の検査を行うことにすれば更によい。

このようにして、プロービングが行われ、後は通常のプ
ローブ装置同様、長部分・不良部分に分けられてマーキ
ング処理がされ、ウェハ保管場所に返還される。その際
、第２の搬送機構に更に別のハンドリングアームを加え
て同時処理するよう構成してもよいが、通常の機構のま
までも差し仕えない。

以上説明したように、本実施例では、ウェハ２の位置合
せ機構としてのハイドセンサを用いることなく１位置合
せ・プロービングを行っている。

次に、上記実施例の作用について説明する。

第１の搬送機構Ａにより供給マガジン５から所定の第１
ステージ８上に搬出されたウェハ２は、サブチャック９
、ピンセット１０．２ステージ１１等の位置合せ機構已
によりウェハ中心位置が求められ、ハンドリングアーム
４１上のハンド部４２に真空吸引されつつ載置され、第
２の搬送機構Ｃにより該位置合せされた場所を記憶しつ
つ載置台の中心に動かされる。このとき、第２の搬送機
構Ｃは、アライメントされた各所定の位置を保ってウェ
ハを移動させる。従って、従来各半導体素子３毎に時間
をかけて載置台上にのったウェハの中心を求める位置合
せは行う必要がなく、ハイドセンサ、モニタカメラ等の
大掛かりな位置合せ装置は不要となる。

次いで、上記実施例に係るプロービング機構りは、ウェ
ハ２上に形成された半導体素子の表面の凹凸をプロービ
ングと並行して自動的にセンシングするので、各半導体
素子毎のＺ方向位置合せは、このプロービング機構によ
り行われる。この場合、センシングシステムは種々のも
のが利用でき、光学読取部５３等を設けて、センシング
と並行して半導体素子３に形成された符号情報５４を読
取るようにもできる。

更に、ウェハ内部で又はウェハ毎にウェハ表面の凹凸が
少ない場合は、前記センシング装置にである１点又は複
数点の２の高さを記憶しておき、そのデータをそのウェ
ハ又は他のウェハにも適用してよい。

また、プロービングの最初のウェハにて初期設定、例え
ばＺの高さの記憶があるが、上記センシングシステムの
ニードルセンサ方式にて、ある信号をテスター側に送り
その信号を受はテスターはプローブ針に電圧をかけ、プ
ローバのＺを上昇させる。そして、針とウェハが接触す
ると、テスターから与えられた電圧がウェハ載置台を通
り、載置台につながれた比較器で基準電圧と比較して２
の上昇を止めるという方法もある。

災班勿羞米以上のことから明らかなように、本発明によれば、ハイ
ドセンサ等の大型の位置合せ機構を排して位置合せ機構
の簡略化を図ることができ、プローブ工程の簡略化によ
る処理時間の短縮、従来に比して大幅なコストダウンを
図ることができる。

しかも、プローブ検査自体の精度は、従来と何ら変わる
ことがなく、現在の要求水準を十分にクリアする等の効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の検査装置の全体構成を示す概略図、
第２図乃至第４図は第１の搬送機構Ａの一実施例を示す
部分斜視図及びプｑグラム図、第５図乃至第８図は位置
合せ機構Ｂの各実施例を示すブロック図及び概略図、第
９図及び第１０図は第２の搬送機構Ｃの一実施例を示す
説明図、第１１図はプロービング機構りの一実施例を示
す説明図であり、又、第１２図は半導体素子の電気的諸
特性検査における従来のウエハプローバ装置の一例を示
す全体平面図及び側面図である。１・・・プローバ　　　２・・φウェハ３・・・各半導
体素子４・・・オリエンテーシミン・フラット５・・・供給マ
ガジン　６・・・エレベータテーブル７・・・搬送ハン
ド　　８・・・第１のステージ９・・・サブチャック　
１０・・・ピンセット１１・・・Ｚステージ　　１２・
・・発光体Ｉ３・・・ラインセンサ　２０・・・発光素
子２１・・・受光素子　　　４０・・・ステップモータ
４１・・・ハンドリングアーム４２・・・ハンド部５０
・・・自動触針装置　５２・・・プロービング部５３・
・・光学読取部　　５４・・・符号情報特許出願人　東
京エレクトロン株式会社〜イへ第１図（載置貧）第５図（Ｑ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ
）第６図第７図第９図　　　　、第１０図４貰第Ｈ図（ｂ）第１２図（ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

　触針（プローブ）を用いてウェハ上の半導体集積回路
等の半導体素子の各種電気的特性の試験又は検査を行う
検査装置であって、半導体素子収納場所である供給マガ
ジンから半導体素子を第１のステージ上に搬出する第１
の搬送機構と、該第１のステージ上のウェハの中心位置
を求める位置合せ機構と、該ウェハの中心位置を記憶し
つつウェハを載置台の中心に移動させる第２の搬送機構
と、半導体素子表面の凹凸を自動的にセンシングしつつ
順次連続的に半導体素子の各種電気特性の試験又は検査
を行うプロービング機構とを具えた検査装置。