JPH04307953A - 位置合せ方法 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、位置合せ方法に関する
。

【０００３】

【従来の技術】最近の半導体分野においては、演算処理
の高速化や複雑化等に対応するために、内部配線が施さ
れた多層セラミックス基板上等に機能の異なる複数のチ
ップを塔載し、モジュ―ル化してチップアレイとして直
接利用することが徐々に増加しつつあり、このような半
導体モジュ―ルの二次検査への対応が強く望まれている
。

【０００４】このような半導体モジュ―ルの二次検査は
、個々のチップのボンディング状態や多層セラミックス
基板内の配線状態等の検査、さらにはモジュ―ルとして
の動作特性の検査の他に、機能や規格（電極パッド数、
電極パッド配列等）の異なる個々のチップの基本性能や
入力から出力までの中間過程における動作特性等の検査
も必要とされる。このような半導体モジュ―ルの二次検
査を実施するためには、上記したような規格の異なる各
チップの電極パッドに対応させた複数の検査端子を用い
、個々に高精度に電気的な接続を行わなければならない
。そこで、半導体モジュ―ル側を固定して検査端子側を
移動可能とすることが有利となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
ＬＳＩチップ等は高集積化や処理速度の高速化に伴って
、通電時の発熱量が上昇する傾向にあり、数十μｍ　オ
―ダの精度で電気的な接触を必要とする半導体モジュ―
ルの検査においては、検査精度を向上させる上でチップ
からの発熱によって生じる基板側の熱膨脹を考慮して検
査端子の当接を行わなければならない。そこで、基板に
熱膨脹補正用マ―ク例えば十字マ―クを設け、このマ―
クを撮像し画像処理によって上記熱膨脹によって生ずる
位置ずれ量を検出し、この検出量に基づいて熱膨脹補正
を行いつつ検査端子の接触を行うことが考えられるが、
半導体モジュ―ル側を固定とした場合、保持位置のずれ
を見込んだ上でマ―クを確実に撮像しなければならない
。

【０００６】このような要求に対して、撮像手段側を移
動可能として対処することは容易ではあるが、例えば移
動用のステ―ジを設置するには比較的大きなスペ―スを
必要とし、装置内スペ―スの点で許容されない場合も考
慮しなければならない。また、検査端子側の移動機構と
は別に移動機構を設けることによって装置コストも大幅
に上昇してしまう。

【０００７】このような課題は、半導体モジュ―ルの検
査装置に限らず、撮像手段と位置合せを必要とする被処
理物とが共に固定の場合に、必然的に生じるものである
。

【０００８】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、被処理物と撮像手段とが共に固定状
態の場合においても、位置合せ用マ―クの検出を確実に
行うことを可能にした位置合せ方法を提供することを目
的とするものである。

【０００９】［発明の構成］

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の位置
合せ方法は、被処理物の所定部位に設けられた位置合せ
用マ―クを撮像手段によって撮像し、得られた画像情報
から該位置合せ用マ―クの中心位置のずれ量を検出し、
該被処理物の位置合せを行うに際し、前記位置合せ用マ
―クの中心位置を示す中心マ―クと、この中心マ―クか
ら位置合せ方向に沿った所定の位置に前記撮像手段の視
野に対して該位置合せ用マ―クの占有範囲が充分となる
よう設けられた複数の補助マ―クとにより、前記位置合
せ用マ―クを構成するとともに、前記中心マ―クまたは
補助マ―クの位置を検出することにより、初期位置から
の被処理物のずれ量を検出することを特徴とするもので
ある。

【００１１】本発明方法は、特に被処理物および撮像手
段が共に固定保持され、上記位置合せ用マ―クの中心位
置のずれ量を検出することによって、被処理物に対する
処理位置を決定する場合に有効である。

【００１２】

【作用】被処理物側の保持位置や被撮像位置にずれが生
じ、撮像手段の視野から中心マ―クが外れた場合、この
中心マ―クから所定距離の位置に、撮像手段の視野に対
して位置合せ用マ―クの占有範囲が充分となるよう設け
られた複数の補助マ―クを有しているため、補助マ―ク
の位置を検出することによって、初期位置からのずれ量
を検出することができる。従って、被処理物および撮像
手段が共に固定保持されている場合においても、被処理
物の位置検出や位置合せが確実に実施できる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明方法の実施例について、図面を
参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明方法を適用した一実施例の
位置確認方法を説明するための図である。図中、符号１
は位置合せを実施する被処理物であり、この実施例では
図示を省略した複数の半導体素子を内部配線を有するセ
ラミックス基板２上に塔載することによって構成された
半導体モジュ―ル３を例として説明する。セラミックス
基板２の下面には、　２角の対角線上の所定位置に位置
合せ用マ―ク１０がそれぞれ設けられている。なお、こ
の半導体モジュ―ル３の外周側にはクランプ用のサポ―
トボ―ド４が、また下面側には検査用のソケットボ―ド
５が配置されており、ソケットボ―ド５には位置合せ用
マ―ク１０を視認可能とするための透過孔５ａが、位置
合せ用マ―ク１０の形成位置に応じて設けられている。

【００１５】ここで、半導体モジュ―ル２を主要部とす
る被処理物１は、　２個の位置合せ用カメラ６のそれぞ
れの視野の上方に、セラミックス基板２に設けられた位
置合せ用マ―ク１０がそれぞれ略位置するようクランプ
７によって固定保持されている。上記位置合せ用カメラ
６は、位置合せ用マ―ク１０を撮像して位置合せ用の画
像情報を得るためのものであり、得られた光学的な画像
情報を処理し、明暗のピ―ク波形として出力するよう構
成されており、これら位置合せ用カメラ６も、それぞれ
所定の位置に固定されている。

【００１６】位置合せ用マ―ク１０としては、図２に示
すように、十字状の中心マ―ク１１の周囲に、中心マ―
ク１１の図中Ｘ方向およびＹ方向に沿ってそれぞれ両端
部から所定距離の位置に位置合せ用マ―ク１０の占有範
囲を拡大する如く円形状の第１の補助マ―ク１２ａ、１
２ｂを設けると共に、中心マ―ク１１の側方に画像処理
時における出力波形のピ―ク数をＸ方向およびＹ方向そ
れぞれに増大させる如く円形状の第２の補助マ―ク１３
を設けたものが例示される。なお、第１の補助マ―ク１
２ａ、１２ｂも出力波形のピ―クとして検出される。

【００１７】また、図３に示すように、円形のマ―ク１
４を画像処理時の出力波形における強度の異なる複数の
ピ―クがＸ方向およびＹ方向それぞれに対して得られる
ように組合せたもの等、各種形状の位置合せ用マ―ク１
０を用いることが可能である。なお、図３に示した位置
合せ用マ―ク１０においては、ＸおよびＹ方向における
中心位置の円形マ―ク１４が中心マ―クとなる。

【００１８】次に、上述図２に示した位置合せ用マ―ク
１０を用いた位置合せ方法について説明する。

【００１９】まず、熱膨脹を受けていない、図１に示し
た状態で、予め位置合せ用カメラ６で位置合せ用マ―ク
１０を撮像し、カメラ出力に図４に示すような出力波形
６ｂを得る。この出力波形６ｂの中の幾つかのピ―ク位
置のうち、視野６ａの中心６ｃに最も近い位置のピ―ク
ｐ０　の画素座標ｔ０　を基準座標として記憶する。さ
らに、上記ピ―クｐ０　を中心とした一定範囲の波形パ
タ―ンｑ０　を基準パタ―ンとして記憶する。

【００２０】実際に、熱膨脹による変形量を検出する場
合には、位置合せ用カメラ６で位置合せ用マ―ク１０を
撮像し、カメラ出力に図５に示すような出力波形６ｂの
中から基準パタ―ンｑ０　に一致するパタ―ンｑ１　を
自動的に検出する。この波形パタ―ンｑ１　の中のピ―
クｐ１　の画素座標ｔ１　を求め、上記基準座標ｔ０　
からの相対的な距離ｌを算出し、この距離ｌをＸおよび
Ｙ方向それぞれに対して算出することにより、基準位置
からのずれ量が検出される。

【００２１】なお、具体的な位置合せとしては、上記ず
れ量（距離ｌ）に基づいて被処理物１の保持位置を変更
したり、また被処理物１に対する各種処理例えばプロ―
ブピンを多数植設した検査端子の当接位置を補正する等
が例示される。

【００２２】このように中心マ―ク１１と補助マ―ク１
２、１３とを組合せて位置合せ用マ―ク１０を構成する
ことによって、被処理物１と位置合せ用カメラ６とが共
に固定されている場合においても、確実に位置合せ用マ
―ク１０の基準位置からのずれ量を検出することができ
る。

【００２３】次に、上記実施例の位置合せ方法を半導体
モジュ―ルの検査装置における熱膨脹補正に適用した例
について図６および図７をも参照して説明する。

【００２４】図６および図７は本発明方法を適用した半
導体モジュ―ル検査装置の一構成例を模式的に示す図で
ある。装置本体２０は、上述位置合せ方法の説明内で例
示した被処理物１、すなわち被検査体となる半導体モジ
ュ―ル３を搬送および検査可能な状態としたワ―ク２１
に対し、非導電性液体中で所定の検査を行う検査部３０
と、半導体モジュ―ル３上に塔載された被検査体となる
複数の半導体素子３ａ（以下、チップと記す）に対応し
た複数の検査用接触端子が収容され、これらの交換およ
び位置合せを行う検査端子供給部４０とから構成されて
おり、装置本体２０の検査部３０側の端部には、上記ワ
―ク２１をワ―クセットテ―ブル５１からロ―ドあるい
はワ―クセットテ―ブル５１へアンロ―ドするためのワ
―クロ―ダ―部５０が着脱自在に設置されている。また
、装置本体２０およびワ―クロ―ダ―部５０上には、そ
れぞれワ―クロ―ダ―部５０、検査部３０、検査端子供
給部４０の並列方向（以下、Ｘ方向とよぶ）に沿って移
動可能とされたワ―ク搬送機構６０と検査端子移動機構
７０とが塔載されている。

【００２５】なお、上記ワ―ク２１における多層セラミ
ックス基板２上面の　３角には、アライメント用タ―ゲ
ット２ａが設けられてあり、また下面には対角線上の　
２角に前述した位置合せ用マ―ク１０が熱膨脹補正用タ
―ゲットとして設けられている。上記検査部３０は、検
査部基台３１の上面側に突設された槽外壁３１ａおよび
槽内壁３１ｂと、例えばネオプレンゴム等によって形成
されたロ字状のシ―ル部を有するワ―ク載置台３２およ
びワ―ク２１自体とによって形成される液槽３３を有し
ており、ワ―ク２１はクランプ３４によってワ―ク載置
台３２に対し、液密シ―ルを形成するように密着固定さ
れる。そして、液槽３３内に注入された非導電性液体中
にワ―ク２１を浸漬し、その状態で検査が行われる。

【００２６】また、上記ロ字状のワ―ク載置台３２の開
口部下方には、ワ―ク２１のソケットボ―ド５に対して
電気的な接続を行う図示を省略したワ―クセットベ―ス
ユニットが、またセラミックス基板２の下面に設けられ
た一対の熱膨脹補正用タ―ゲット１０の形成位置に応じ
て、前述の位置合せ方法で使用した位置合せ用カメラ６
が下アライメントカメラ３５ａ、３５ｂとして配置され
ている。

【００２７】また、検査端子供給部４０は、半導体モジ
ュ―ル３に塔載されたチップ３ａの周囲に形成された測
定用電極パッド３ｂの形状およびピッチに応じてプロ―
ブピンが植設された複数のピンブロック４１を個々に保
持する複数例えば　９個のピンブロックチェンジャ４２
と、検査端子移動機構７０側に受け渡されたピンブロッ
ク４１の保持状態の確認および後述する上アライメント
カメラとの相対距離を求めるピンブロック補正用カメラ
４３とによって構成されている。

【００２８】ワ―ク搬送機構６０は、ロ―ダ―部基台５
２および装置本体２０の上面にＸ方向に沿って設けられ
たレ―ル５１ｂ、２０ａ上を移動可能に塔載されており
、ワ―ク２１の下面を支持するＸ方向に進退自在の一対
のつめ６１により、ワ―クロ―ダ部５０のワ―クセット
テ―ブル５１と検査部３０との間で上記ワ―ク２１を搬
送可能な如く構成されている。

【００２９】また、検査端子移動機構７０は、ワ―ク搬
送機構６０と同様に上記レ―ル２０ａ上に塔載されたロ
字形状を有するＸステ―ジ７１と、このＸステ―ジ上に
配置された同様の開口面積を有するロ字形状のＹステ―
ジ７２と、上記Ｘステ―ジ７１およびＹステ―ジ７２の
開口部内に配置されたＺステ―ジ７３とによって、この
Ｚステ―ジ７３に固定された測定ヘッド７４が、Ｘ−Ｙ
−Ｚ方向に対して移動可能となるように構成されている
。この測定ヘッド７４には、ピンブロック４１のチャッ
ク部７５と、多層セラミックス基板２上に形成された基
準タ―ゲット２ａを撮像することによって半導体モジュ
―ル３上に塔載されたチップ３ａの位置を求める上アラ
イメント用カメラ７６とが設置されている。またチャッ
ク部７５は、θテ―ブル７７によって回転自在とされて
いる。

【００３０】なお、チャック部７５の上部にはピンブロ
ック４１と図示を省略したテスタとに接続されたタッチ
プレ―トが配置されており、このタッチプレ―トによっ
てピンブロック４１とテスタとの電気的な接続が行われ
ている。

【００３１】上記構成の検査装置における検査手順を以
下に説明する。まず、ワ―クセットテ―ブル５１内に載
置されたワ―ク２１をワ―ク搬送機構６０により検査部
３０のワ―ク載置台３２上に搬送する。この際、検査端
子移動機構７０は、接触端子供給部４０側へと移動する
。

【００３２】次に、ワ―ク２１は位置決めされつつワ―
ク載置台３２上に載置され、クランプ３４によって液密
に固定されると共に、ワ―ク２１のソケットボ―ド５と
検査部３０側のワ―クセットベ―スユニットとが電気的
に接続される。またこの際に、下アライメントカメラ３
５ａ、３５ｂによって、セラミックス基板２の下面に設
けられた熱膨脹補正用タ―ゲット１０を撮像し、下アラ
イメントカメラ３５ａ、３５ｂの画像の出力波形より、
画像中心（前述６ｃ）に近いピ―ク位置の画素座標をＸ
およびＹ方向それぞれに対して求め、この座標値をセラ
ミックス基板２の初期位置として記憶する。

【００３３】ワ―ク２１のセッティングと相前後して、
ピンブロック４１の装着が行われる。このピンブロック
４１の装着は、まず検査プログラムに応じて自動的に、
第１番目に検査を行うチップ３ａに対応したピンブロッ
ク４１を選択し、接触端子移動機構７０を上記ピンブロ
ック４１上に移動させて、上記選択したピンブロック４
１を保持する。この後、ピンブロック補正用カメラ４３
によって、ピンブロック４１の保持状態を撮像し、上ア
ライメントカメラ７６との相対位置確認（ピンブロック
アライメント）が行われた後、検査部３０上方へと検査
端子移動機構７０は移動する。

【００３４】次に、検査部３０上方へと移動した検査端
子移動機構７０の上アライメントカメラ７６によって、
ワ―ク２１とピンブロック４１との位置合せ（ワ―クア
ライメント）が行われる。このワ―クアライメントは、
図７に示したように、まず上アライメントカメラ７６に
よって多層セラミックス基板２の　３角に設けられたア
ライメント用タ―ゲット２ａをそれぞれ撮像し、これら
の画像からアライメント用タ―ゲット２ａの位置を検査
端子移動機構７０のＸ−Ｙ−Ｚ座標（以下、測定側座標
）内の位置座標として検出する。なおＺ座標は上アライ
メントカメラ７６の焦点距離から求められる。

【００３５】ここで、各チップ３ａの周囲に形成された
測定用電極パッド３ｂの位置は、　３点のアライメント
用タ―ゲット２ａの位置に基づて形成されており、この
位置座標が例えば製造装置側の位置座標として、予め本
半導体モジュ―ル検査装置の図示を省略した制御部へと
入力される。そして、予め入力されたアライメント用タ
―ゲット２ａ位置と上記上アライメントカメラ７６によ
って検出したアライメント用タ―ゲット２ａの測定側座
標における位置座標とを座標変換し、測定側座標内にお
ける測定用電極パッド３ｂの位置を算出する。

【００３６】次いで、測定用電極パッド３ｂの位置座標
に従い、上記ピンブロックアライメントによって求めた
上アライメントカメラ７６とピンブロック４１との相対
距離に基づいてピンブロック４１のプロ―ブ位置が決定
され、Ｘステ―ジ７１、Ｙステ―ジ７２およびθステ―
ジ７７を駆動して測定用電極パッド３ｂとピンブロック
４１に植設されたプロ―ブピンとがアライメントされる
。

【００３７】このように、測定用電極パッド３ｂの位置
検出を、アライメント用タ―ゲット２ａの画像処理を用
いた位置確認と位置情報に基づく座標変換とによって行
っているため、工程内の位置合せ時間を大幅に短縮する
ことが可能となる。また、このワ―クアライメントの終
了後に、非導電性液体例えばフッ素系不活性液が液槽３
３内に供給され、ワ―ク２１は非導電性液体内に浸漬さ
れた状態となる。

【００３８】この後、非導電性液体を測定対象チップ３
ａ上およびその周囲に供給しつつ、Ｚステ―ジ７３を駆
動することによって測定ヘッド７４を下降させ、ピンブ
ロック４１に植設されたプロ―ブピンを非導電性液体中
に浸漬しつつ、測定用電極パッド３ｂに当接させ、半導
体モジュ―ル３にテスト電圧を供給し当該チップ３ａの
検査を行う。以上の動作により　１つの半導体素子３ａ
に対する検査は終了する。

【００３９】次に、半導体モジュ―ル３内に同一規格の
チップ３ａが存在する場合は、同一のピンブロック４１
をそのまま用い、次の同一規格のチップ３ａの検査を行
う。この場合、まずチップ３ａの動作に伴う発熱による
多層セラミックス基板２の熱膨脹の有無を検出し、多層
セラミックス基板２の熱膨脹が生じている場合は、この
検出結果に基いて熱膨脹による測定用電極パッド３ｂの
位置ずれを補正する。すなわち、下アライメントカメラ
３５ａ、３５ｂによって多層セラミックス基板２の熱膨
脹補正用タ―ゲット１０を撮像し、この時点における熱
膨脹補正用タ―ゲット１０のピ―ク位置をＸおよびＹ方
向それぞれについて求める。そして、前述した初期位置
からの位置ずれ量を算出し、半導体素子３ａの熱膨脹の
有無およびその量を検知し、この結果に基づいて測定用
電極パッド３ｂの位置に関する情報を修正し、ピンブロ
ック４１を当接させる。

【００４０】同一規格の半導体素子が終了した後、未検
査のチップ３ａが存在する場合は、一旦接触端子移動機
構７０を接触端子供給部４０の上方位置まで移動させ、
ピンブロック４１の交換を行う。そして、同様に下アラ
イメントカメラ３５ａ、３５ｂによって多層セラミック
ス基板２の熱膨脹の有無およびその量を検出し、この結
果に基づいて位置ずれを補正することにより測定用電極
パッド３ｂにピンブロック４１を正確に当接させ、当該
半導体素子３ａの検査を実施する。

【００４１】そして、以上の工程を繰返し行うことによ
って全半導体素子３ａの検査を行い、検査が終了した後
は非導電性液体を排出し、ワ―ク２１を検査部３０から
ワ―ク搬送機構６０によってワ―クロ―ダ―部５０まで
移動し、ワ―ク２１を搬出して一連の検査工程が終了す
る。

【００４２】なお、上記実施例ではプロ―ビングを非導
電性不活性液体中で行っているが、これは各チップ３ａ
の動作発熱を吸収して検査精度を高めると共に、実動作
温度を想定したものであり、必要に応じて実施するもの
である。

【００４３】このように、この実施例の半導体モジュ―
ル検査装置によれば、下アライメントカメラ３５ａ、３
５ｂによって多層セラミックス基板２の熱膨脹補正用タ
―ゲット１０を撮像することにより、　１チップ毎にセ
ラミックス基板２の熱収縮を求め、それによってピンブ
ロック４１の位置補正を実施しているため、発熱量の大
きい半導体素子３ａを塔載した半導体モジュ―ル３に対
しても、より正確な検査が期待できる。また、ワ―ク２
１および下アライメントカメラ３５ａ、３５ｂは共に固
定状態とされているが、熱膨脹補正用の位置合せ用マ―
ク１０として第２図に示したような中心マ―クと補助マ
―クとの組合せマ―クを使用しているため、確実に位置
検出を行うことが可能となる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位置合せ
方法によれば、被処理物と撮像手段とが共に固定状態の
場合においても、位置合せ用マ―クの検出を確実に行う
ことができ、高精度な位置あわせを確実に実施すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置合せ方法の一実施例を説明するた
めの図である。

【図２】本発明に用いる位置合せ用マ―クの一具体例を
示す図である。

【図３】本発明に用いる位置合せ用マ―クの他の具体例
を示す図である。

【図４】図１に示す位置合せ方法を説明するための図で
ある。

【図５】図１に示す位置合せ方法を説明するための図で
ある。

【図６】本発明方法を適用した半導体モジュ―ルの検査
装置の構成を示す図である。

【図７】図６に示す検査装置の要部を模式的に示す図で
ある。

【符号の説明】

１……被処理物 ２……多層セラミックス基板 ３……半導体モジュ―ル ６……位置合せ用カメラ ６ａ…カメラ視野 ６ｂ…検出波形 ６ｃ…画像中心 １０…位置合せ用マ―ク １１…中心マ―ク １２ａ、１２ｂ……第１の補助マ―ク １３…第２の補助マ―ク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被処理物の所定部位に設けられた位置
   合せ用マ―クを撮像手段によって撮像し、得られた画像
   情報から該位置合せ用マ―クの中心位置のずれ量を検出
   し、該被処理物の位置合せを行うに際し、前記位置合せ
   用マ―クの中心位置を示す中心マ―クと、この中心マ―
   クから位置合せ方向に沿った所定の位置に前記撮像手段
   の視野に対して該位置合せ用マ―クの占有範囲が充分と
   なるよう設けられた複数の補助マ―クとにより、前記位
   置合せ用マ―クを構成するとともに、前記中心マ―クま
   たは補助マ―クの位置を検出することにより、初期位置
   からの被処理物のずれ量を検出することを特徴とする位
   置合せ方法。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の位置合せ方法において
   、被処理物および撮像手段が共に固定保持されており、
   位置合せ用マ―クの中心位置のずれ量を検出することに
   より、前記被処理物への処理位置を決定することを特徴
   とする位置合せ方法。