JPH0680717B2

JPH0680717B2 - 検査装置

Info

Publication number: JPH0680717B2
Application number: JP59069072A
Authority: JP
Inventors: 勉半野; 龍次米田; 忠飛留間; 登雄石渡
Original assignee: Hitachi Device Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Japan Display Inc
Priority date: 1984-04-09
Filing date: 1984-04-09
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPS60213040A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、半導体ウエーハ加工工程において、プローブ
検査工程に使用されるウエーハプローバ装置に関するも
のである。

〔発明の背景〕

一般にプローブ検査工程では、半導体ICテスターと連動
してウエーハ上に形成されたチツプのプロービングを順
次実行する自動ウエーハプローバ装置が使用されてい
る。

第１図に、従来用いられているこの種のウエーハプロー
バ装置の構成例を示す。図において、プローブ検査され
るウエーハ１は、X,Y,Zおよび回転方向に移動するXYZΘ
テーブル２に真空固着される。XYZΘテーブル２は、モ
ーター、ねじ送りなどにより直線および回転方向に駆動
される。モータアンプ部３は、これらXYZΘに電力を与
え、位置検出部４はXYZΘテーブル２に取付けられたXYZ
および回転位置検出センサからのテーブル位置情報を受
ける。XYZΘテーブル制御ユニツト５は、演算制御部６
の指令を受け位置検出部４の検出出力に応じてモータア
ンプ部３を制御しテーブル２の速度制御および位置決め
制御を行なう。

プローバ装置ベース７にはウエーハ１の粗位置を検出す
るウエーハ位置検出器８が取付けられ、ウエーハ１の外
周およびオリフラ位置を演算検出するためウエーハ位置
検出インターフエース部９に電気接続されている。ま
た、ベース７にはウエーハ１上のチップパターンを認識
するウェーハ認識装置10が設置され、ウエーハ認識制御
部11に接続されている。ウエーハ認識制御部11は、演算
制御部６とインターフエースをとつてウエーハ１上のチ
ツプパターンを演算認識させ、高精度の位置検出を行な
う。

次に、後述するテイーチイン作業が完了し、プロープ針
群12の位置が演算制御部６に既に記憶されている場合の
通常作業について、上記プローバ装置におけるプロービ
ング作業を説明する。

ウエーハ１はXYZΘテーブル２に対し±2mm程度のばらつ
きで、また回転方向は不定の状態で自動供給される。し
たがつて、プローバ基準点からのウエーハ１の位置は不
明である。そこで、次の手順により位置検出を行なう。

すなわち、プローバ基準点に対するXYZΘテーブル２の
位置は位置検出部４からの情報により既知であるため、
演算制御部６はテーブル制御ユニツト５に指令を出して
ウエーハ位置検出器８下の特定位置へテーブル２を送
る。次にその位置でテーブル２を回転させ、ウエーハ１
をウエーハ位置検出器８下で回転させる。この場合検出
器８はウエーハ１外部が振れても十分な検出範囲を持つ
ている。

回転中に、ウエーハ位置検出インターフエース部９を通
して演算制御部６はウエーハ１の中心位置およびオリフ
ラの位置を演算検出する。次いでその求めた位置を基準
としてさらに高精度の位置決めを行なうために次の作業
を行なう。

すなわち、ウエーハ１の中心位置および回転方向がウエ
ーハ位置検出器８のレベルの精度で既知となつたため、
次にXYZΘテーブル２を移動させウエーハ上のなる特定
のチツプパターン部分をウエーハ認識装置10下の検出領
域に入れることができる。演算制御部６は、ウエーハ認
識制御部11と交信しチツプパターンからチツプの位置を
高精度に演算認識する。このようなチツプパターンを予
めウエーハ内の離れた位置に２個以上選定しておき、２
個所以上の位置情報から、演算制御部６において最終的
にウエーハ位置を所定の精度で検知する。

以上の作業でウエーハ１の位置がプローバ基準点に対し
高精度で既知になる。プローブ針群12の位置は演算制御
部６において既知であるため、XYZΘテーブル制御ユニ
ツト５に指令を出してプローブ針群12をウエーハ１上の
チツプ内にあるボンデイングパツドに正確に位置決め接
触させることができる。また、ウエーハ１上の各チツプ
間のＸ方向ピツチ、Ｙ方向ピツチの情報は予め記憶され
ているので、ウエーハ１上の多数のチツプを順次ブロー
ビングすることができる。

しかし、プローブカード13の交換または取外し調整を行
なつた場合には、一般にプローブ針群の位置が移動し、
演算制御部６に記憶されているプローブ針群12の位置情
報が無効となる。この場合、新たにプローバ装置ベース
７に装着されたプローブカード13についてプローブ針群
12の位置を検出する必要がある。そこで次にこの位置の
検出および演算制御部６へのその位置情報のテイーチイ
ン作業が必ず必要になる。次にこの作業について説明す
る。

まず、あるウエーハをXYZΘテーブル２に自動供給す
る。次にこのウエーハについて、上述したウエーハ位置
検出作業を実施させ、プローバ基準位置に対するウエー
ハ位置を既知とする。ここで、手動操作によりXYZΘス
テツク14を操作し、XYZΘテーブル２を移動させ、ウエ
ーハ上の特定チツプのボンデイングパツドをプローブ針
群12の位置合せ接触させる。この位置合せ作業には顕微
鏡15を使用し、目視により感応作業でボンデイングパツ
ドとプローブ針との相対位置の判定をし、両者の目合せ
一致を図る。この間、演算制御部６はXYZΘステツク14
にXYZΘテーブル２が追従するようにXYZΘテーブル制御
ユニツト５に指令を出しており、目合せ一致がとれたと
ころでXYZΘテーブル２の位置情報を位置検出部４から
取り出し、XYZΘテーブル制御ユニツト５を通じて演算
制御部６にテイーチインさせる。

このように位置の既知なウエーハにプローブ針を目合せ
し、その時のXYZΘテーブル２の位置情報を記憶するこ
とにより新たに装着されたプローブ針群の位置がプロー
バ基準位置に対して既知となり演算制御部６に記憶され
る。なお、これらの作業は演算制御部６に予めストアさ
れた制御プログラム6aに実行により実施される。

以上説明したように、従来のウエーハプローバ装置にお
いては、プロープカードを取外す毎に、プローブ針群の
位置検出作業およびその位置情報の演算制御部へのテイ
ーチイン作業が必要となる。この作業は、顕微鏡下の目
視作業であり、熟練を要するとともに時間を要する。ま
た、感応作業のためテイーチインされる位置情報も正確
さを欠き、プロービングミスの低減は困難である。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その
目的は、プローブ針群の位置検出およびその位置情報の
演算制御部へのテイーチイン作業を正確かつ自動的に行
なうことが可能なウエーハプローバ装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

このような目的を達成するために、本発明は、対物受像
口とプローブ針群とをXYZ方向に相対スキヤン運動させ
るXYZスキヤン機構部と、各受像口からの光学画像を光
学処理し電気信号に変換する光学撮像部と、上記電気信
号を画像処理してプローブ針群、つまり針寸法および位
置を認識するパターン認識処理部とを設け、その認識結
果情報から演算制御部においてプローブ針群の寸法ばら
つきおよび平均位置を認識演算するようにしたものであ
る。以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示す構成図である。本実施
例は、対物受像口15aをXYZΘテーブル２のXYZ可動部に
取り付けたサポート16により支持しXYZスキヤン運動さ
せることを特徴とする。XYZΘテーブル２は、従来通り
モータアンプ部３によりXYZおよび回転方向に駆動され
る。すなわちXYZΘテーブル２は、ウエーハ１をXYZおよ
び回転方向に移動させるとともに対物受像口15aをXYZ方
向に移動させる機能を兼ねている。

一方、受像口15aから入つたプローブ針群12の像は、フ
アイバースコープ17で送られ光学撮像部18においてこの
像の倍率を調整し、内蔵した撮像素子により光学−電気
変換する。また光源19はフアイバーガイド20により照明
光を伝送し光学撮像部18内のハーフミラーおよびフアイ
バースコープ17を介して対物受像口15aよりプローブ針
群12の照明を行ない、光学画像のコントラストを調整す
る。

テレビ信号発生部21は、光学撮像部18内の撮像素子を駆
動し、またビデオ信号を発生させてパターン認識処理部
22にこれを伝送する。パターン認識処理部22は、ビデオ
信号をデジタル化し、メモリに記憶させ、記憶された画
像情報をハード的に実時間で処理する方式または内蔵し
た演算回路のソフト処理による方式などによりプローバ
針群12の位置およびばらつき程度を認識する。演算制御
部６はこのパターン認識処理部22とインターフエース
し、認識に必要な情報を与えるとともに認識結果情報を
受け取り、最終的にプローバ針群12の位置およびばらつ
きなどを演算により求め決定する。

本実施例によれば、通常のプロービング作業は従来通り
行なえるとともに、プローブカード13を交換したときな
どのプローブ針群12の位置検出作業すなわち、テイーチ
イン作業を自動で行なうことができる。次に、この作業
について説明する。

プローバ装置ベース７に新たに着装されたプローブカー
ド13は、プロービング作業ができる程の位置精度は持た
ないがXY方向において±1mm以内には入つている。した
がつて、XYZΘテーブルを予め決めておいた位置に移動
させたとき、対物受像口15aはプローブ針群12の像を捕
えることができる。第３図において円Ａで示した範囲が
このときの対物受像口15aの視野とする。位置検出精度
を３μｍとした場合プローブ針12aを３本程度視野に入
れるようにする。

次に、XYZΘテーブル２をＺ方向にスキヤンしながらパ
ターン認識処理部22を制御し、対物受像口15aのフオー
カスを自動調整する。演算制御部６において、このとき
の位置検出センサのＺ方向の位置情報を位置検出部４よ
り読めば、Ａ視野でのプローブ針群の高さ、すなわちＺ
位置が既知となる。さらにＡ視野の画像をパターン認識
処理部22における別のハードおよびソフト処理すること
によりプローブ針12aの先端位置および先端ピツチを認
識し検知する。演算制御部６においてこの情報を記憶す
ることにより、Ａ視野のプローブ針12aの位置および先
端のばらつきが既知となる。

次いでXYZΘテーブル２を駆動し対物受像口15aをＢの視
野までスキヤンさせる。Ｂ視野でも上述したと同様のパ
ターン認識処理を行ない、Ｂ視野でのプローブ針の位置
および先端のばらつきが既知となる。さらに、例えばC,
D視野について、あるいはさらに多くの視野について同
様に認識し、そこでのプローブ針の位置および先端のば
らつきが既知となる。

演算制御部６は、これらの視野の位置データを総合し、
演算してプローブ針群12のXYZ平均位置および回転を知
り、位置検出作業が終了すると同時にテイーチイン作業
も終了したこととなる。なお、プローブ針の位置検出精
度、光学撮像部18内の撮像素子の分解能およびプローブ
カード13の大きさを考慮し、受像口15aを適宜スキヤン
運動させてプローブ針群12の必要位置検出精度を得る。

以上の作業は、演算制御部６の制御プログラム6aに追加
した位置検出作業制御プログラム部6bの実行として自動
的に行なう。

次に、第４図は本発明の他の実施例を示す構成図であ
る。本実施例は、第１対物受像口24および第２対物受像
口25の２台の受像口を備え、それぞれ第１光学系XYZス
キヤン機構部26と第２光学系XYZスキヤン機構部27に支
柱28,29により保持されプローブ針群12をスキヤンする
構造をとつていることを特徴とする。

第１制御ユニツト30および第２制御ユニツト31は、それ
ぞれ第１光学系XYZスキヤン機構26および第２光学系XYZ
スキヤン機構部27の位置決め作業をコントロールし、ま
た現在位置を情報として保持し検出していくことができ
る。これら各制御ユニツト30,31も、演算制御部６の指
令により制御される。

第１対物受像口24および第２対物受像口25から入る光学
像は、第１フアイバースコープ32、第２フアイバースコ
ープ33で光学転送され、それぞれ第１光学撮像部34、第
２光学撮像部35により、像の倍率を調整された上で内蔵
された撮像素子により電気信号に変換される。また、第
１光源36および第２光源37は第２図の例と同様に光学画
像を得るための照明を行ない、さらに画像のコントラス
トを調整する。第１テレビ信号発生部38および第２テレ
ビ信号発生部39もまた第２図の例と同様に撮像素子を駆
動させ、またビデオ信号を発生させパターン認識処理部
40に伝送する。パターン認識処理部40は、第１テレビ信
号発生部38および第２テレビ信号発生部39の２チヤンネ
ルに指令を出し、また伝送された２チヤンネルのビデオ
信号を処理する。

本実施例では、XYZΘテーブル２はモータアンプ部３、
位置検出部４によりコントロールされ、またXYZΘテー
ブル制御ユニツト５を介して演算制御部６に接続され
る。ウエーハ位置検出器も、ウエーハ位置検出インター
フエース部９を介して演算制御部６に接続されるが、第
２図のウエーハ認識装置10およびウエーハ認識制御部11
のようなプローブ針群12から離れた位置でチツプパター
ン針群12直下でチツプパターン像をとり、パターン認識
処理部40で高精度の認識、位置決めを行なう方式をとる
ことを特徴とする。次に本実施例におけるこれらのプロ
ービング作業を説明する。

プローブカード13の交換または取外し調整作業を実施し
た場合、本実施例においても、プローブ針群の位置と通
常のプロービング作業の前に予め検出しておいた方がプ
ロービング作業時間を短縮するために有利であるので、
まずこのテイーチイン作業について説明する。

プローバ装置ベース７にセツトされたプローブカード13
のベース７に対する取付精度は、低くはあつてもある範
囲内に入るため、第１光学系XYZスキヤン機構部26によ
り第１対物受像口24を予め決定された特定位置に移動さ
せたとき例えば第３図の視野Ａの像が第１対物受像口24
で得ることができる。さらに同様の作業により第２対物
受像口25の視野Ｃの像を得ることができる。次いで第２
図の例と同様に第１対物受像口24でプローブ針12a先端
のフオーカス自動合せおよび視野Ａから視野Ｂまでのス
キヤン動作をさせ、また第２対物受像口25でもプローブ
針先端のフオーカス自動合せおよび視野ＣからＤへのス
キヤン動作を行なわせることなどにより、プローブ針の
位置および寸法ばらつきが演算制御部６において求めら
れる。これにより、プローブ針群12の位置および寸法ば
らつきが既知となり、テイーチイン作業が終る。

次に、プロービング作業について説明する。投入された
ウエーハ１は、XYZΘテーブル２に固着され、従来装置
と同様にウエーハ位置検出器８によりウエーハ１の中心
位置およびオリフラ位置が検出される。これにより、ウ
エーハの粗い位置情報が既知となる。

次いでXYZΘテーブル２を特定の位置まで駆動位置決め
させると、第１対物受像口24および第２対物受像口25に
よりそれぞれ第５図に示した視野Ｅおよび視野Ｆを捕え
ることができる。先に述べたプローブ針の位置認識と同
様にウエーハ１上のチツプ41のパターン像を処理し、チ
ツプのXYZ位置寸法および回転角を演算により求める。
これによりウエーハの位置が高精度で既知となる。ここ
でウエーハの位置情報と先に求めたプローブ針の位置情
報とから両者のずれ量を算出し、そのずれ量をなくす方
向で、プローブ針群12をウエーハ１上のチツプ内にある
ボンデイングパツド42に第６図に示したように正確に位
置決め接触させることができる。

本実施例ではさらに次のような閉ループによる位置決め
作業により、さらに信頼性の高いプロービング作業が行
なえる。すなわち、対物受像口がプローブ針群12とボン
デイングパツド42が位置決め接触されたときのプローブ
針群、チツプパターンの画像の同時取込みのできる配置
であるため、高精度で相対位置ずれ量を認識できるとと
もに、このずれ量を次のピツチ移動後のチツプにおける
XYZΘテーブル２の位置決めにフイードバツクし、ここ
でもプローブ針、チツプパターンの同時画像を得て順々
に次のチツプへとずれ量をフイードバツク修正して行く
閉ループ位置決め作業が可能となる。これらの作業は、
演算制御部６の制御プログラム6cの実行として行なう。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、、対物受像口と
プローブ針群とをXYZ方向に相対スキヤン運動させるXYZ
スキヤン機構部と、各受像口からの光学画像を電気信号
に変換する光学撮像部と、上記電気信号を画像処理して
プローブ針寸法を認識するパターン認識処理部とを設け
たことにより、プローブ針群の位置検出および当該位置
情報のテイーチイン作業を手動で行なう必要がなくな
り、顕微鏡下の目視作業も不要となる。このため、作業
のスピードアツプが図れるとともに、プロービングミス
も減少させることができる。特に対物受像口をプローブ
針群とチツプパターンとの重なつた光学画像が得られる
配置とし、閉ループ方式をとることにより、プロービン
グ作業の信頼度をさらに向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のウエーハプローバ装置の一例を示す構成
図、第２図は本発明の一実施例を示す構成図、第３図は
対物受像口の視野を説明するための平面図、第４図は本
発明の他の実施例を示す構成図、第５図は対物受像口の
視野を説明するための平面図、第６図はプロービング完
了状態を示す平面図である。１…ウエーハ、２…XYZΘテーブル、６…演算制御部、6
a…制御プログラム、6b…位置検出作業制御プログラ
ム、6c…演算制御プログラム、15a,24,25…対物受像
口、18,34,35…光学撮像部、22,40…パターン認識処理
部、26,27…光学系XYZスキヤン機構部、34,35…光学撮
像部、40…パターン認識処理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者米田龍次千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所茂原工場内 (72)発明者飛留間忠千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所茂原工場内 (72)発明者石渡登雄千葉県茂原市早野3350番地の２日立デバイスエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献特開昭59−17260（ＪＰ，Ａ) 実開昭54−183284（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のプローブ針を有するプローバをセッ
トするためのプローバセット機構と、該プローバセット
機構と被検査体との相対的な移動を可能とする移動機構
と、受像口からの像を撮像する光学撮像部と、上記光学
撮像部から出力される信号を処理するパターン認識部
と、上記パターン認識部から出力される信号を処理し上
記移動機構を制御する信号を出力する演算制御部とを具
備して成り、上記光学撮像部の受像口と上記プローバセ
ット機構が相対的に移動可能であり、上記光学撮像部は
異なる複数の視野から上記プローブ針を撮像することが
可能で、上記演算制御部は、上記光学撮像部から得られ
る、複数の視野の位置データを総合し上記プローブ針の
位置情報を得ることを特徴とする検査装置。
【請求項２】上記光学撮像部は複数の受像口を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の検査装置。
【請求項３】上記検査装置は半導体装置を検査すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載
の検査装置。