JPH02281159A - 半導体検査装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、例えばパッケージングされた半導体素子を検
査する半導体検査装置に関する。

（従来の技術） 従来、パッケージング済みの半導体の電気的諸特性を検
査する工程では、半導体素子のパッケジが多種多用にわ
たるため、夫々のパッケージの種類に合わせた専用検査
装置（ＩＣハンドラ）が必要とされていたが、近年の半
導体素子の多品種少量生産化に対応し、測定部のユニッ
ト等を交換することで１台で多くの形状の半導体素子の
測定か可能ないわゆるユニバーサルハンドラが開発され
ている。

このようなユニバーサルハンドラへの半導体素子供給形
態として、トレ一方式が知られている。

このトレ一方式のＩＣハンドラは、トレー上に多数例え
ば格子状に素子収容部を設け、この素子収容部内にパッ
ケージ済みの半導体素子例えばＱＦＰ、ＳＯＰ等を収容
し、該トレーから半導体素子を１つずつ取出して、ＩＣ
ハンドラのテストへラドに設けられたプローブ針等の検
査端子に上記トレー上の各半導体素子を順次当接して検
査するように構成されている。

ところで、半導体素子の高集積化に伴い、このパッケー
ジングされた半導体素子の端子も多端子化、端子の狭ピ
ッチ化が進んでおり、このような多端子化、狭ピッチ化
された半導体素子の測定を行う場合には、高精度の位置
合せが必要とされ、また、装置のスループットを向上さ
せるために、この高精度の位置合せを高速にて行う必要
があるため、高精度の位置合せおよび位置合せの高速化
が可能な半導体検査装置の開発が要望されていた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上述した従来の事情を鑑みてなされたもので
、その目的とするところは、高精度の位置合せが高速で
行え、検査精度および装置スルプツトの向上が図れる半
導体検査装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、半導体素子を検査台上に載置し、半導体素子
の電極端子とプローブ針とを当接させて検査を行う半導
体検査装置において、上記半導体素子を上記検査台に載
置する前に、プリアライメントに必要なプリアライメン
ト用データを検出するプリアライメント用データ検出手
段と、検出された上記プリアライメント用データに基づ
いて上記検査台を位置修正する位置修正手段と、上記プ
リアライメント用データ検出手段によりプリアライメン
ト用データが検出された半導体素子を、上記位置修正手
段により位置修正された上記検査台に移送する移送手段
とを具備することを特徴とするものである。

（作　用） 本発明では、半導体素子を検査台に載置する前に、プリ
アライメント用データ検出手段によって、プリアライメ
ントに必要なプリアライメント用データを検出する。そ
して、位置修正手段によって、検出された上記プリアラ
イメント用データに基づいて上記検査台を所定量移動し
プリアライメントを行う。その後、移送手段によって上
記半導体素子を上記載置台に移送する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例に係る半導体検査装置について
図を参照して説明する。

第３図に示すように装置本体１は、半導体素子例えばフ
ラットパッケージ型ＩＣ（以下、チップと呼ぶ）２を多
数例えば格子状に配列収容したトレー３をロードφアン
ロードするためのトレーローダ−系４と、このトレー３
から一つずっ取出されたチップ２を検査台上に搭載し、
該チップ２を検査部へ搬送する検査ステージ系５とから
構成されている。また、上記トレーローダ−系４の検査
ステージ県側境界部には、チップ２を一つずつ保持して
トレーローダ−系４＃検査ステージ系５間でのチップ移
載を行うためのチップ移載機構６が具備されている。

本実施例に用いるトレー３は、例えば第４図に示すよう
に、導電性樹脂からなる２ＧＯＸ　２２０ＩＩ１ｍ　ｓ
厚さ　６．５ｍｍの長方形状のトレー本体３１の表面に
チップ２を収容する収容四部３２を５行６列の格子状に
形成し、該収容凹部３２にチップ２を収容するように構
成されている。また、トレー本体３１の４隅から　２行
２列の四部は、後述するトレー搬送機構の保持部により
トレー２を保持するための保持板３３を形成している。

また、トレー本体３１の４隅の一角には、トレー２の方
向性を規定するための面取り部３４が形成されている。

ところで、上記トレーローダ−系４には、トレ＝３を多
数棚積み積層した昇降自在のセンダー機構７、空トレー
を一時保管するためのトレーバッファ機構８、検査の終
了したチップ２を収容したトレー３を多数棚積み積層し
た昇降自在のレシバ機構９が夫々上記チップ移載機構６
に沿って並設されている。以下これらセンダー機構７、
トレー搬送機構８、レシーバ機構９の並設方向をＹ方向
とし、これに直交する方向をＸ方向とする。

チップ移載機構６の構成は、トレーローダ−系４と検査
ステージ系５の境界に配置した基台１０を中心にしてチ
ップ移載のための各種機構を展開した構成となっており
、基台１０のトレーローダ系４側側面には、センダー機
構７、トレーバッファ機構８、レシーバ機構９の」１方
に沿ってＹＺ力方向移動自在なトレー移載機構１１か配
設されている。このトレー移載機構１］の保持部１１ａ
により上述第４図に示したトレー３の保持板３３か吸着
保持される。

また、基台１０のセンダー機構７側端部に直交して、セ
ンダー機構７の最上段に棚積みされたトレー３から一つ
ずつチップ２を保持して検査ステジ系５へと搬送するチ
ップ搬入機構１２が設けられており、−刃基台］０のレ
ンーハ機＋＋（７９側端部に直交して、検査ステージ系
５で検査の終了したチップ２を保持してレシーバ機構９
の最上段に棚積みされたトレー３上へと搬送するチップ
搬出機構１３か設けられている。

これらチップ搬入機構１２およびチップ搬出機構１３は
、夫々、Ｙ方向へ突出した搬送腕１４をＸ−Ｚ方向に移
動させるための例えばＬＭガイドとボールスクリュー等
から組合されるＸ−Ｚステジ１５と、搬送腕１４の側面
にＹ方向に対して移動自在に設けられチップ２を保持例
えば吸着保持するための保持部１６とから構成されてい
る。

基台１０の検査ステージ系５側側面には、チップ２を保
持例えば吸着保持するための保持部１７ａ、１７ｂを所
定の間隔をおいて一対設け、一方の保持部１．７　ａで
上記チップ搬入機構１２により検査ステージ系５へと搬
送されたチップ２を検査ステージ系５の検査台］８上へ
と移載すると同時に、他方の保持部１７ｂで検査台１８
上の検査終了済みのチップ２を上記チップ搬出機構１３
への受渡し部へと移載するダブル移載機構１７がＹＺ力
方向移動自在に配設されている。

上記検査ステージ系５の中央部には、チップ２を載置す
る検査台１８と、この検査台１８を搭載し該検査台］８
をＸ−Ｙ−Ｚ−θ方向に移動させる検査台ステージ１つ
と、検査台１８の移動軌道上に配設され検査台１８上の
チップ２の画像を撮像し、最終の位置合せ（以下、ファ
インアライメントと呼ぶ）時における位置合せ情報を検
査台ステージ１９の駆動制御機構へと提供するファイン
アライメント機構２０とが配置され、ている。

このファインアライメント機構２０は第２図に示すよう
に、チップ２のリード列における所定の部位の面積を撮
像するリード撮像部２０ａと、このリード撮像部２０ａ
における重心を算出する重心算出部２０ｂと、該算出し
た重心の基準位置情報と予め定められている基準の重心
位置情報とを比較してそのずれ量情報を求めるすれ量算
出部２０ｃと、算出されたずれ量情報に基づいて検査台
ステージ１９の駆動を制御して検査台１８を適量移動さ
せファインアライメントを行うためのファインアライメ
ント実行部２０ｄとを有する。

また、検査ステージ系５のチップ搬入機構１２側には、
チップ搬入機構１２により搬送されたチップ２が載置さ
れる粗位置合せ（以下、プリアライメントと呼ぶ）用載
置台２１か配置され、このプリアライメント用載置台２
１上には、載置台２１上のチップ２の画像を撮像して正
規の基や位置情報とのずれ量を横用するプリアライメン
ト川面像認識機構２２か設けられている。

このプリアライメント用画像認識機構２２は第１図に示
すように、チップ２のモールド部における所定の部位の
面積を撮像するモールド撮像部２２ａと、このモールド
撮像部２２ａにおける重心を算出する重心算出部２２ｂ
と、該算出した重心の基準位置情報とカメラの中心座標
とを比較してそのずれ量情報を求めるすれ量算出部２２
ｃと、算出されたずれ量情報に基づいて検査台ステージ
１９の駆動を制御して検査台１８を適量移動させプリア
ライメントを行うためのプリアライメント実行部２２ｄ
とを有する。

検査ステージ系５のチップ搬出機構１３側には、チップ
搬出機構１３へ受渡すためのチップ２が載置される受渡
し載置台２３が配置される。

このような構成の半導体検査装置の動作について以下に
説明する。

ます、チップ搬入機構１２のＸ−Ｙステージを駆動して
、搬送腕］４をトレー３上の所定のチップ列上へ搬送さ
せた後、搬送腕１４のチップ保持部１６をＸ方向に移動
させて検査を行うチップ上に移動し、搬送腕１４を下降
させてチップ２を保持部１６にて保持例えば吸着保持す
る。

この後、チップ搬入機構１２を駆動して吸容保持したチ
ップ２を検査ステージ系５側のプリアライメント用載置
台２１上へと搬送し、該プリアライメント用載置台２１
上に移載する。

ここで、プリアライメント用画像認識機構２２により、
プリアライメント用載置台２１上のチップ２のモールド
部の画像を撮像し、正規の基準位置情報とのずれ量を検
出する。

このときのプリアライメント用画像認識部２２の動作の
詳細を第５図のフローチャートに基づいて説明する。

まず、撮像部２２ａは、第７図に示すようにチップ２の
モールド部２ａ全体の像Ｆ１およびＸ方向に所定距離り
を隔てた平行な２つのウーインドＷ１　、Ｗ２を通して
得られる像Ｆ２、Ｆ３を撮像する（ステップ５０１）。

なお、モールド部２ａは反射光量の少ない例えば黒色で
あり、リード列部２ｂは反射光量の多い例えば銀白色で
ある。また、プリアライメント用載置台２１のステージ
表面は、リード列部２ｂ同様反射光量の多い例えば白色
に設定されている。そして、撮像部２２ａの例えばＣＣ
Ｄカメラにより得られる受光量の違いに応じて、所定の
閾値に基づいて２値化することにより、モールド部２ａ
を識別することができる。

重心算出部２２ｂは、像Ｆ１のＸ、Ｘ方向の面積に基づ
いてＸ方向の重心座標ＧｘｌおよびＸ方向の重心座標ｃ
ｙｔを算出し、この重心座標ＧＸＩ、Ｇｙｌの交点から
像Ｆ１の重心Ｇ１を算出する（ステップ５０２）。また
、像Ｆ２、Ｆ３に基づいてそれぞれの像の重心Ｇ２、Ｇ
３を算出する（ステップ５０３）。

ずれ全算出部２２ｃは、重心Ｇ１と、カメラの中心座標
Ｇｏとを比較して、重心Ｇ１とＧＯとのＸ、Ｘ方向のず
れ量を求める（ステップ５０４）。

また、重心Ｇ２、Ｇ３と距離りに基づいてθ方向のずれ
量を算出する（ステップ５０５）。なお、この時のθ方
向のずれ量「θ」は、重心Ｇ２、Ｇ３のＸ方向の重心座
標をそれぞれＧｙ２、Ｇｙ３とすると、 「θ−ｔａｎ’　　（Ｇ　ｙ２−　Ｇ　ｙ３／　Ｌ　）
Ｊの式で表される。

プリアライメント実行部２０ｄは、これらのＸ１Ｙ、θ
方向のずれ量の情報に基づいて検査台ステージ１９の駆
動を制御して検査台１８を適量移動させプリアライメン
トを行わせる（ステップ５０６）。

こうして、プリアライメント用の位置情報を算出した後
、ダブル移載機構１７の一方のチップ保持部１７ａにて
プリアライメント用載置台２１上のチップ２を保持し、
検査ステージ系５の検査台１８上へと搬送移載するとと
もに、ダブル移載機構１７の他方のチップ保持部１７ｂ
にて検査台１８上の検査終了済みチップ２を上記チップ
搬出機構］−３への受渡し部である受渡し載置台２３上
へと搬送移載する。

このプリアライメント用載置台２１から検査台１８への
チップ移載動作の際には、検査台１８は］３ 予め所定の受渡し位置例えば基台１０の検査ステージ系
５側側面の略中央部にて待機しているが、上記プリアラ
イメント用画像認識機構２２によりチップ２の位置ずれ
が検出された場合には、上述したステップ５０６により
、この位置ずれ情報に基づいて、チップ２か検査台１８
の予め定められた基準位置上に載置されるように位置ず
れ分秒動補正した状態で待機する。こうして、チップ２
は、常に、検査台１８の定められた位置上に搭載される
。

チップ２を搭載した検査台１８は、テストカード２４等
を配設した検査部２５へ移動する途中、ファインアライ
メント機構２０下方で一旦停止し、ここでチップ２のフ
ァインアライメント動作が行われる。

ここて、ファインアライメント機構２０により、検査台
１８上のチップ２の直交する２辺のリード列２ｂの一部
を撮像し、この撮像した情報から撮像“した部分の重心
位置を算出し、該算出した重心位置情報と、予め定めら
れている基準の重心位置情報とを比較して位置すれ量を
算出し、該位置ずれ量の情報に基づいてチップ２か正規
の位置となるように検査台１８を移動させる。

このときのファインアライメント機＋１１１１２０の動
作の詳細を第６図のフローチャー１・に基づいて説明す
る。

ます、撮像部２０ａは、第８図に示すようにＹ方向に縦
長のウィンドＷ３を通して、チップ２のＸ方向の一辺の
リード列２ｂの一部の像ｆｌを撮像し、また、ウィンド
Ｗ３に対してＸ方向に所定距離ρを隔てたウィンドＷ４
を通してチップ２のＸ方向の一辺のリード列２ｂの一部
の像ｆ２を撮像し、さらにまた、Ｘ方向に縦長でかっ、
ウィンドＷ４に対して直交するウィンドＷ５を通して、
チップ２のＹ方向の−Ｊ４のリード列の一部の像ｆ３を
撮像する（ステップ６０］）。なお、検査台１８のステ
ージ表面は、モールド部２ａ同様反射光量の少ない例え
ば茶褐色に設定されている。そして、撮像部２０ａの例
えばＣＣＤカメラにより得られる受光量の違いに応じて
、撮像部２２ａ同様所定の閾値に基づいて２値化するこ
とにより、リード列２ｂを識別することができる。

重心算用部２０ｂは、像ｆｌ、ｆ２のＹ方向の面積に基
づいてそれぞれＹ方向の重心座標ｇｙｌ、ｇｙ２を′！
、ｆ１１出する（ステップ６０２）。また、像ｆ３のＸ
方向の面積に基づいてＸ方向の重心座標ｇｘ３を算出す
る（ステップ６０３）。

ずれ量算出部２０ｃは、重心座標ｇｘ３と、ウィンドＷ
５に関して予め定められている正規の重心座標ｇｘＯの
基準位置情報とを比較して、重心ｇｘ３と重心ｇｘｏと
のＸ方向のずれ量を求める（ステップ６０４）。また、
重心座標ｇｙ２と、ウィンドＷ４に関して予め定められ
ている正規の重心座標ｇｙＯの基準位置情報とを比較し
て、重心座標ｇＹ２と重心座標ｇｙｏとのＹ方向のずれ
量を求める（ステップ６０５）。さらにまた、重心座標
ｇＹＩ、ｇＹ２と距離りとに基づいてθ方向のずれ皿を
算出する（ステップ６０６）。なお、このときのθ方向
のずれ量「θ」は、ウィンドＷ３に関して予め定められ
ている正規の重心座標をｇ　ｙｏｏとすると、「θ−ｔ
ａｎ−’　　［（（ｇ　ｙｌ　−ｇ　ｙｏＯ）（ｇｙ２
−　ｇｙＯ）ｌ　　／ρ］　」の式で表される。

ファインアライメント実行部２０ｄは、これらのＸＳＹ
、θ方向のずれ量の情報に基づいて検査台ステージ１９
の駆動を制御して検査台１８を適量移動させファインア
ライメントを行イっせる（ステップ６０７）。

なお、上記像ｆ１と像ｆ２・ｆ３の撮像を、例えば撮像
部２０ａの例えば１台のＣＣＤカメラのシャッタを切換
えて行うようにすれば、装置の簡素化を図ることができ
る。

こうしてチップ２のファインアライメントを終了した後
、検査台１８をテストカード２４の下方へと移動させ、
検査台１８を上昇させてチップ２のリード列をテストカ
ード２４下面に設けられた図示を省略したプローブ針に
当接させ検査を行う。

なお、上記の正規の重心座標ｇｘｏ、ｇ　ｙｏ、　ｇ　
ｙ。

Ｏは予め、次のようなティーチング処理により設定する
。

すなわち、ます、検査台］８上に金属のブレトを載置し
、プローブ針に当接させ、これを所定のセンサにより検
出することにより、検査台１８からテストカード２４の
プローブ針までの高さを求める。次に検査台１８上にカ
ーボン紙を載置し、プローブ針に当接させて、検査台１
８上にプローブ針の跡を付け、この跡を撮像部２０ａの
ＣＣＤカメラで撮像して読取ることにより、検査台１８
上におけるプローブ針の位置を求める。データに合わせ
て最初のデバイスを合わせ、その時の重心座標をｇｘｏ
、ｇｙｏ、ｇ　ｙｏｏと設定する。

検査終了後は、検査台１８を再び移載位置まで移動させ
て、ここで、ダブル移載機構１７の一方のチップ保持部
１７ｂにて検査台１８上の検査終了済みチップ２を保持
しチップ受渡し載置台２３上へと搬送移載するとともに
、ダブル移載機構１７の他方のチップ保持部１７ａにて
プリアライメント用載置台２１上の次検査用チップ２を
保持し、検査台１８上へと搬送移載する。

検査終了済みチップ２をチップ受渡し載置台２３上へ移
載した後、チップ搬出機構１３の搬送腕１４に設けられ
たチップ保持部１６にてチップ２を保持例えば吸着保持
し、この搬送腕１４をレシーバ機構９のトレー３上へと
移動させ、トレー３上の所定の位置に該チップ２を搭載
する。このとき、検査により不良と判定されたチップ２
は、搬送腕１４の移動軌道の下方に配置された不良品収
容箱２６に落される。

上述した一連の動作を繰返すことにより、センダー機構
７のトレー３に収容されたチップ２が順次検査されてレ
シーバ機構９のトレー３上へと収容される。

そして、センダー機構７のトレー３上のチップ２が全て
検査終了し、レシーバ機構９のトレー２がチップ２を満
載した状態となると、トレー移載機構１１がそのトレー
保持部１１ａによりセンダー機構７の空トレー３ａを保
持例えば吸着保持してレシーバ機構９のチップ２を満載
したトレー３上へ搬送しこれを搭載する。この後、セン
ダー機構７は、次検査用のトレーが上記空トレー３ａの
あった位置と同様の位置になるように該次検査用トレー
を上昇させ、一方、レシーバ機構９は、搭載された空ｌ
・レー３ａが上記チップ２を満載したトレー３と同様な
位置となるように該空トレー３ａを下降させる。

また、不良チップが発生した場合には、レシバ機構９の
トレー３がチップ満載状態となる前にセンダー機構７の
トレー３が空！・レーとなり、次検査用トレーをセツテ
ィングすることが不可能となるが、このような場合には
、センダー機構７とレシーバ機構９間に配設されたトレ
ーバッファ機構８上にて空トレー３ａを一時待機させる
。そして、レシーバ機構９のトレー２かチップ満載状態
となった際に、上記動作と同様にしてトレーバッファ機
構８に待機した空トレー３ａをレシーバ機構９へ搭載す
ることにより、センダー機構７の次検査トレーが空トレ
ー３ａによりセツティング不可能となる状態が防止でき
、連続的な処理が可能となる。

このように、本実施例の半導体検査装置によれば、プリ
アライメントおよびファインアライメントを検査台１８
上で直接行うことが可能であるため、従来行われている
ようなプリアライメントを独立したアライメント機構に
より行った後検査台に移載する間接的な方式と異なり、
プリアライメント後の検査台移載時における位置ずれの
発生がなく高精度の位置合せが可能となる。

また検査台１８上で全ての位置合せを行う位置合せ機構
を用いたことにより位置合せ速度が向上し、また検査終
了済みチップと次検査チップとを同時搬送するチップ移
載機構により搬送効率が向上し、これらの作用により装
置スループットの向上を図ることが可能である。

さらに、従来のような独立したプリアライメント機構が
不要となることから、装置が簡素化し、低コスト化を図
ることもできる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の半導体検査装置によれば
、半導体素子の位置合せを高精度かつ高速で行うことが
可能となり、検査精度の向上とともに装置のスループッ
ト向上を図ることが可能となる。また、位置合せ機構の
簡素化により装置の低コスト化を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第３図に示すプリアライメント用画像認識機構
２２の構成を示すブロック図、第２図は第３図に示すフ
ァインアライメント機構２０の構成を示すブロック図、
第３図は本発明の一実施例に係る半導体検査装置の構成
を示す平面図、第４図は第３図に示すトレー３を示す平
面図、第５図はプリアライメント用画像認識機構２２の
動作を示すフローチャート、第６図はファインアライメ
ント機構２０の動作を示すフローチャート、第７図はプ
リアライメントの際の撮像状態を示す図、第８図はファ
インアライメントの際の撮像状態を示す図である。 ２０・・・ファインアライメント機構、２０ａ・・・リ
ド撮像部、２０ｂ・・・重心算出部、２０ｃ・・・ずれ
量算出部、２０ｄ・・・ファインアライメント実行部、
２２・・・プリアライメント用画像認識機構、２２ａモ ル ト撮像部、 ｂ　・・ 重心算出部、 つ すれ量算出部、 ｄ・・・プリアライ メ ト実行 部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子を検査台上に載置し、半導体素子の電
   極端子とプローブ針とを当接させて検査を行う半導体検
   査装置において、 上記半導体素子を上記検査台に載置する前に、プリアラ
   イメントに必要なプリアライメント用データを検出する
   プリアライメント用データ検出手段と、 検出された上記プリアライメント用データに基づいて上
   記検査台を位置修正する位置修正手段と、上記プリアラ
   イメント用データ検出手段によりプリアライメント用デ
   ータが検出された半導体素子を、上記位置修正手段によ
   り位置修正された上記検査台に移送する移送手段と を具備することを特徴とする半導体検査装置。