JPS6239822B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体、セラミツク等のウエハを
検査、測定、加工等するに際しこれらの位置決め
を行うためのウエハの自動位置決め方法に関す
る。

従来この種ウエハの自動位置決め装置は、集積
回路製造において各種処理工程を終了した半導体
等のウエハ（以下、単に「ウエハ」と称す）の性
能検査を行うために、チツプの移動と試験を繰返
すウエハプローバとして多く使用されている。

このウエハの最終チエツク工程を担うウエハプ
ロービング工程において、ウエハの大口径化とと
もにその取扱いの確実化、省力化（自動化）のた
めにウエハの自動ロード／アンロード化が進めら
れている。

この構成においては、複数枚（例えば25枚）の
ウエハを収納できるカセツトからウエハが順次１
枚ずつ丸ベルトコンベアにより、ロード位置（プ
リアライメントステージ）に移送される。そし
て、この移送されたウエハをベルヌイチヤツク等
を使用したトランスフアアームによつてプロービ
ングマシンのウエハチヤツクテーブル（測定台）
に移送させる。一方、測定が終了したウエハは、
ウエハチヤツクテーブルから、アンロード位置に
吹き出し空気圧等により搬送され、丸ベルトコン
ベアにより、収納カセツトに収められる。また、
プロービングマシンでは、ITV等のイメージセン
サからの映像信号をデイジタルパターン信号に変
換しこれを、パターン認識することによつて、チ
ツプあるいはサブチツプを画成する区分線（以下
「スクライブライン」と呼ぶ）を検出するという
アライニング及びチツプに対する針合せを自動的
に行なう。

ところで本発明者は、ウエハ上の位置が特定さ
れている特定チツプ及びこの特定チツプに対する
相対位置が定められている（アドレスが管理され
ている）複数チツプを１枚のウエハ上に形成し、
アドレスが管理されている複数個のチツプについ
て各種測定を行ない、その測定結果に基づいて、
ウエハ全体の評価を行なうことを考えた。しか
し、上記従来の全自動ウエハプローバでは、単に
ウエハチツプの針合せだけを目的とするものであ
つたため、特定チツプに対するアドレスを管理す
るという要求には応えられないという欠点があ
る。

また、例えば、研究試作用のウエハにみられる
ように、異なる種類のチツプが形成されたウエハ
に対しては、それぞれのチツプの種類を判別する
ことが、上記の全自動ウエハプローバでは出来な
いという欠点がある。

すなわち、第１図に示すように、点線で示され
た異なる９種類のウエハチツプ（ここではサブチ
ツプと呼ぶ）が実線で示すようにチツプ（ここで
はチツプ群と呼ぶ）ごとに規則的に配列された場
合、同一サブチツプについて測定するためにはＸ
軸方向には、３サブチツプ分ずつ、Ｙ軸方向に
は、３サブチツプ分ずつ、とびとびに測定する必
要がある。そしてウエハの上部周辺に位置する第
１番目のチツプICに含まれる一部のサブチツプ
は、チツプ形成工程での焼きずれによつてウエハ
上から欠落する場合があり、ウエハごとに一定し
ない。

したがつて、従来の全自動ウエハプローバのよ
うに、ウエハの上部周辺に位置する第１番目のチ
ツプから順にチツプの針合せを行なう位置決め方
法では、上述のようなアドレスの管理及びチツプ
種類の判別を伴なう針合せを行なうことができな
い。

本発明は上述した従来方法の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的はウエハについて絶対
的な位置決めを行うことができるウエハの自動位
置決め方法を提供することにある。

以下本発明の詳細を実施例によつて説明する。

第２図は、この発明の一実施例に使用する自動
ウエハプローバの一構成例を示す概略平面図であ
る。この構成例における自動ウエハプローバ１
は、プロービングマシン部１ａとウエハ移送部１
ｂとからなる。このプロービングマシン部１ａ
は、上面に載置されたウエハを真空源により、吸
引固定するウエハチヤツクテーブル５をＸ、Ｙス
テージにより、Ｘ、Ｙ方向に移動させると共に、
水平面内のθ方向に回転させる。これにより、固
定されたプローブカード等で構成されるととも
に、尖端が測定電極に対応して配列されている探
針に対しウエハの相対位置を任意に変える。これ
らのＸ、Ｙステージの移動量及びθ方向の回転量
は、それぞれパルスモータを用いて高精度に制御
される。

またウエハチヤツクテーブル５は、エア又はパ
ルスモータを用いて紙面と直交するＺ方向（アツ
プ／ダウン）に移動させられる。すなわちＸ、Ｙ
ステージ等による位置合せ動作はウエハチヤツク
テーブル５を下げた状態で行なわれ、一方測定時
には、ウエハチヤツクテーブル５が押し上げられ
た状態で探針とチツプの電極（ボンデイングパツ
ド）とが所要の接触圧をもつて電気的に接続され
る。さらにアライニングを含む自動位置合せのた
めにウエハ表面を拡大して撮影する撮像装置ITV
が設けられている。そして、撮像装置ITVからの
映像信号を受けて、上記拡大した画像を表示する
デイスプレイ装置（図示せず）が設けられてい
る。

また、プロービングマシン部１ａには、トラン
スフアアーム（図示せず）が取付けられている。
これによりロードステージ３に移送されたウエハ
を、ロードポジシヨン５ａに移動させられたウエ
ハチヤツクテーブル５上に搬送する。一方測定が
終了したウエハは、ウエハチヤツクテーブル５が
アンロードポジシヨン５ｂに移動した後、吸着口
からのエアー等の吹き出しによりアンロード位置
４に搬送される。

ウエハ移送部１ｂは、上述したウエハの自動ロ
ード／アンロード機構を備えたプロービングマシ
ン部１ａに対しウエハが収納されているカセツト
を設置する４個のエレベータ機構（サドル）２
ａ，２ｂ並びにロード位置３及びアンロード位置
４のそれぞれに連なるベルトコンベヤ６ａ，６
ｂ，７ａ及び７ｂで構成されている。

ロード位置３を構成するプリアライメントステ
ージは、丸ベルトコンベヤ６ａ，７ａによつて移
送されたウエハ１０を回転させて、フオトセンサ
（反射型）１３によつてオリエンテーシヨンフラ
ツトを検出する。これにより、ウエハ１０のウエ
ハチヤツクテーブル５に対するθ方向の位置合せ
を容易にする。上記ロード位置３までの移送ルー
トにおいて、送り側カセツトが設置されたエレベ
ータ機構２ａの一方のカセツトからベルトコンベ
ヤ６ａによりウエハが順に引き出されて丸ベルト
コンベヤ７ａに移送される。

一方アンロード位置４のウエハは、丸ベルトコ
ンベヤ７ｂにより、収納すべき受側のカセツトが
設置されているエレベータ機構に連なる丸ベルト
コンベヤ６ｂまで移送され、この丸ベルトコンベ
ヤ６ｂとエレベータ機構２ｂを介して所定のカセ
ツトに順に収納させられる。

これらの各機能を有する全自動ウエハプローバ
の各動作は、第３図に示すような構成の制御シス
テムの制御プログラムに従つて行なわれる。

マイクロプロセツサCPUは、次のような各制
御プログラムに従つて、信号バスラインを介して
接続された各制御ユニツトを制御する。パネルユ
ニツトPANLはCPUの起動、停止を行うと共に、
各制御プログラムにおいて必要なプリセツト情報
を入力ないし指示を行なう。またステージ制御ユ
ニツトSTGCに対するマニユアル制御のための制
御信号を入力するためにも用いられる。

ローダ部制御ユニツトRODCは前記エレベータ
機構、丸ベルトコンベヤ及びプリアライメントを
制御し、またトランスフアアーム及びウエハチヤ
ツクテーブルの空気流方向の制御を受け持つ。

プリアライメント動作においては、ウエハのオ
リエンテーシヨンフラツトの合わせが行なわれ
る。次にトランスフアアームとベルヌーイチヤツ
クを制御して、ウエハをウエハチヤツクテーブル
５に搬送させる。このときには、ウエハチヤツク
テーブル５は、ロードポジシヨン５ａに移動させ
られている。ステージ制御ユニツトSTGCは、パ
ルス信号を受けて、パルスモータを駆動するもの
であり、Ｘ、Ｙ、Ｚステージ制御及びθステージ
制御が、各動作に応じて行なわれる。

上記ロードポジシヨン５ａにおいて、ウエハの
搬送が行なわれた後、ウエハチヤツクテーブル５
は一定量移動させられ、撮像装置ITV直下の撮像
ポジシヨン５ｃで停止する。このとき、ウエハチ
ヤツクテーブル５は、撮像装置ITVでの撮像面が
ウエハのほぼ中央になるように停止する。

撮像装置ITVからの映像信号は、Ａ／Ｄ変換器
ADCでデイジタル化され、記憶装置MEMに書き
込まれる。このときに、撮像装置ITVで映し出さ
れるウエハのエリアは特に限定されないが、1.2
mm×1.2mm程度であり、１走査線の幅は５μｍに
対応している。したがつて、デイジタル化された
画素は、256×256ドツトで構成されることにな
る。次に水平面内回転角の調整（自動プリアライ
メント）が次のように行なわれる。

スクライブラインに相当する明度の画素がＸ方
向にウエハ内のチツプ形成領域にわたつて連続
し、かつＹ方向に50μｍないし300μｍの幅を有
することを、XYステージのＸ方向、Ｙ方向及び
回転方向を自動的に調整することにより検出し
て、水平面内角度の調整を行なう。

(1) 上記の手順に従つて、水平面内角度の調整を
終了した後、最初のウエハに対し手動操作によ
り以下のステツプに従つて、上記角度調整終了
時のステージ位置から、空間的に固定されてい
る撮像装置ITVの視野内に位置決め用特定チツ
プを収めることができる位置までステージを移
動させ、このステージ移動量を検出して記憶さ
せると共に位置決め用特定チツプ内に含まれて
いる位置決め用パターンMKを記憶させる操作
を行う。

(1‐1) まずジヨイステイツクを手動操作して、第
４図に示すような位置決め用パターンMKを
含むチツプICMが撮像装置ITVの視野（デイ
スプレイ画面）内に収まるようにステージを
移動させる。このようなパターンMKは、そ
の存在を操作者がデイスプレイ画面上で容易
に見分けることができる程度の適宜な大き
さ、例えば32×32ドツトの大きさとパターン
的な特徴を有している。

位置決め用パターンMKを含む特定チツプ
がウエハ内に１個しか形成されていない場合
には、この特定チツプのウエハ上の位置が予
め定められているので、この情報に基づき、
ウエハ表面と撮像装置ITVとの相対位置を直
接目視しながらステージの移動を行わせるこ
ともできる。

また、位置決め用パターンMKを含むチツ
プがウエハ上に多数形成されている場合に
は、撮像装置ITVの画面を見ながらこのよう
なパターンMKを含む最寄りのチツプの１つ
を撮像装置ITVの視野内に収めるようにステ
ージの移動を行わせる。なおチツプ又はサブ
チツプの寸法は２mm〜６mm角程度である。

(1‐2) パターンMKを含むチツプを撮像装置ITVの
視野内に収め終ると、全自動プリアライメン
ト終了直後の位置から現在の位置までのステ
ージ移動量を記憶装置MEM内に記憶させ
る。なおパターンMKを含むチツプがウエハ
上に多数形成されている場合には、どのチツ
プを視野内に収めたかを明らかにするため、
このチツプとマスク合せマークＭ１との相対
位置情報（例えばマークＭ１から右方向に何
個めのチツプという情報）を記憶装置MEM
内に記憶させる。

(1‐3) 次にパネルユニツトPANLの押釦を操作し
て、画面上のパターンMKと同一又は多小大
きめの大きさを有する小枠をデスプレイ画面
上に表示する。

(1‐4) デイスプレイ装置を操作して画面上のパタ
ーンMKが上記枠内に収まるように枠を移動
させる。

(1‐5) 押釦操作により枠内の画素データすなわち
位置決め用パターンMKを記憶装置MKM内
の半固定記憶領域に記憶させる。

(2) 最初のウエハについて上述の手動操作が完了
すると、２枚目以降のウエハについて以下の手
順に従つて自動位置決め操作が行われる。

(2‐1) ２枚目以降のウエハに対し上述した自動プ
リアライニングの全操作が終了すると、上記
操作(1‐2) で記憶したステージ移動量が記憶
装置MKMから読出されてステージ制御ユニ
ツトSTGCに転送される。これを受けたステ
ージ制御ユニツトSTGCは、このステージ移
動量に等しい分だけステージを移動させる。

(2‐2) 次にデイスプレイ画面上の枠内に含まれる
現在の撮像装置ITVからの画信号と、上記操
作(1‐5) で記憶装置MEM内の半固定記憶領域
に記憶させた位置決め用パターンとの一致検
出を行う。

前述した自動プリアライニング終了直後の
ステージ位置がウエハごとに多少ずれるた
め、上記一致検出結果は必ずしも一致しな
い。この場合、自動的にステージが１ドツト
ずつ左右上下に移動せしめられてその都度一
致検出が行われ、この操作は一致検出結果が
得られるまで自動的に繰返えされる。パター
ンMKを含むチツプを１個だけ含むウエハに
ついては、一致が検出されると、このウエハ
は最初のウエハと同一位置に位置決めされた
ことになる。

(2‐3) パターンMKを含むチツプが多数個形成さ
れているウエハについては、一致が検出され
たのち、このパターンMKを含むチツプとマ
スク合せマークＭ１との相対距離が検出さ
れ、この検出結果が上記操作(1‐2) により記
憶装置MEM内に記憶されたマスク合せマー
クＭ１との相対位置情報と一致するか否かが
検査される。一致の場合にはこのウエハと同
一位置に位置決めされたことになる。一方不
一致の場合には、現在のステージ位置を中心
として１チツプ分ずつ、サブチツプ構成をと
るウエハにおいては１チツプ群ずつ、Ｘ、Ｙ
ステージを制御して螺旋状、放射状にステー
ジを移動させながら上記ステツプ(2‐2) とこ
のステツプ(2‐3) を繰返し、パターンが一致
し、かつマークＭ１との相対位置が一致した
ときに操作を終了する。このとき、２枚目以
降のウエハは最初のウエハと同一位置に位置
決めされたことになる。

以上が最初のウエハと同じ位置に２枚目以降の
ウエハを自動的に位置決めする方法であり、これ
はまたウエハ上の特定チツプを見付ける方法であ
るともいえる。このようにして位置決めが終了し
た後は、ウエハ内のチツプ相互間の相対位置情報
に基いて試料チヤツクテーブルを移動させること
によつてウエハ上の所望チツプを選択して検査装
置TSTとCPU間で入出力インターフエイスＩ／
Ｏを介して測定に必要なデータの授受が行われ
る。検査装置TSTはプローブカードPCを介して
測定すべきチツプのボンデイングパツトと電気的
に接続され、各種の測定が行われる。

上記実施例において、特定チツプICMを決定す
るために用いるマスク合せマークＭ１が存在しな
い場合には、ウエハ上にパターンが形成されてい
る領域の端を基準にして、これらの位置から何個
目のチツプを上記特定チツプICMとするように指
定するものであつてもよい。あるいは、マスク合
せマークＭ１と上記パターン形成領域の端の両方
を組合せて用いるものであつてもよい。さらに、
撮像装置としては、CCD等を利用した個体イメ
ージセンサー、あるいは、レーザ光線でウエハ上
を走査することにより検出された反射光を光電変
換して映像信号を形成するもの等であつてもよ
い。

また、上記実施例においては、ステツプ(2‐2)
におけるステージ移動量の手動操作による検出、
記憶を最初のウエハについてだけ行つたが、この
ステージ移動量の検出を複数枚のウエハについて
手動操作で行い、この結果得られたステージ移動
量の平均値を記憶させておき、以後のウエハにつ
いてはこの記憶されたステージ移動量の分だけス
テージを自動的に移動させる構成とすることもで
きる。

以上詳細に説明したように、本発明は、少くと
も最初のウエハについては手動操作により平面内
回転角の調整終了時の位置から位置決め用パター
ンの位置までのステージ移動量、及び位置決め用
パターンを記憶させておき、以後のウエハについ
ては記憶してあるステージ移動量及び位置決め用
パターンを用いて自動的に最初のウエハと同一位
置にウエハを位置決めする（特定チツプを見付け
る）構成であるから、チツプの絶対的な位置決め
が可能であり、例えば研究、開発段階のウエハの
ようにチツプが異種のサブチツプから構成されて
いても、相対的な位置決めしかできない従来方法
と異り、所望チツプに対して確実に自動針合わせ
を行うことができるという利点がある。

また特定チツプに対するアドレスが管理された
複数個のウエハチツプについて各種測定を行な
い、それらの確実に同一のチツプについての測定
結果の関係に基づいて、製造工程上、及び回路設
計の歩留りの要因を把握することができる。

したがつて特定のチツプに不良が集中した場合
には、たとえば原因として考えられるマスク不良
について確認をおこない必要時には、マスク交換
を行なう等の対策をとることができる。

さらにこの発明を適用してサブチツプの確認を
行い、チツプの管理はウエハ領域の内外を検出す
るエツジセンサを用いることによつて行うことも
可能である。この場合、チツプ管理の基準となる
特定チツプを検出しないために、ウエハ上へのチ
ツプパターンの焼きずれおよびプローバへのウエ
ハのロードのずれにより座標の管理において１チ
ツプ分程度のずれが生じる可能性がある。

この発明は、電気特性測定を行うためのウエハ
上のチツプへの針合せの他、各種試料についての
表面検査、寸法測定等の各種検査測定およびレー
ザ光線等による加工等のウエハ処理に広く利用で
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は研究用ウエハの一例を示すチツプパタ
ーン図、第２図は本発明の一実施例に使用する自
動ウエハプローバの一構成例を示す平面図、第３
図は第２図示の自動ウエハプローバの制御システ
ムの一実施例を示す回路ブロツク図、第４図は第
２図示のプローバの動作を説明するためのチツプ
パターン図である。 １…自動ウエハプローバ、１ａ…プロービング
マシン部、１ｂ…ウエハ移送部、２ａ，２ｂ…エ
レベータ機構、３…ロード位置、４…アンロード
位置、５…ウエハチヤツクテーブル、５ａ…ロー
ドポジシヨン、５ｂ…アンロードポジシヨン、５
ｃ…撮影ポジシヨン、６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ…
丸ベルトコンベア、ITV…撮像装置、CPU…マイ
クロプロセツサ、PANL…パネルユニツト、
STGC…ステージ制御ユニツト、RODC…ローダ
部制御ユニツト、MEM…記憶装置、ADC…Ａ／
Ｄ変換器、Ｉ／Ｄ…入出力インターフエイス、
TST…検査装置、PC…プローブカード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自動試料移送装置からプリアライメント装置
   置を介して試料チヤツクテーブル上にウエハを載
   置し該ウエハが載置された試料チヤツクテーブル
   を空間的に固定されている撮像装置の視野内に移
   動させる手順、及び前記ウエハ上に形成されてい
   るチツプ画成用区分線が前記撮像装置の視野内の
   所定の方向に向くように試料チヤツクテーブルの
   水平面内回転角を調整する角度調整手順を含むウ
   エハの自動位置決め方法において、 前記ウエハ上の単一チツプに位置決め用の特定
   のパターンを予め形成し、最初のウエハについて
   前記角度調整手順終了時の第１の位置から前記位
   置決め用特定パターンを前記撮像装置の視野内に
   含む第２の位置まで前記試料チヤツクテーブルを
   手動操作によりＸ及び／又はＹ方向に移動させ該
   移動量及び前記撮像装置の所定視野内に含まれる
   特定パターンを記憶させる手順、及び後続の各ウ
   エハについて前記角度調整手順終了時の第１の位
   置から前記記憶している移動量の分だけ自動的に
   前記試料チヤツクテーブルをＸ及び／又はＹ方向
   に移動させた後前記撮像装置の所定視野内に含ま
   れている画信号が前記記憶されている特定パター
   ンに一致する位置まで前記試料チヤツクテーブル
   を自動的にＸ及び／又はＹ方向に移動させる手順
   を含むことを特徴とするウエハの自動位置決め方
   法。 ２ 自動試料移送装置からプリアライメント装置
   を介して試料チヤツクテーブル上にウエハを載置
   し該ウエハが載置された試料チヤツクテーブルを
   空間的に固定されている撮像装置の視野内に移動
   させる手順、及び前記ウエハ上に形成されている
   チツプ画成用区分線が前記撮像装置の視野内の所
   定の方向に向くように試料チヤツクテーブルの水
   平面内回転角を調整する角度調整手順を含むウエ
   ハの自動位置決め方法において、 前記ウエハ上の複数チツプに位置決め用の特定
   のパターンを予め形成すると共にチツプパターン
   と異なりかつ前記特定パターンとも異なるマーク
   又はパターンを少数個予め形成し、最初のウエハ
   について前記角度調整手順終了時の第１の位置か
   ら前記位置決め用の特定パターンを前記撮像装置
   の視野内に含む第２の位置まで前記試料チヤツク
   テーブルを手動操作によりＸ及び／又はＹ方向に
   移動させ該第１の移動量及び前記撮像装置の所定
   視野内に含まれる特定パターンを記憶させ前記第
   ２の位置からチツプパターン及び特定パターンと
   異なる前記マーク又はパターンを前記撮像装置の
   視野内に含む第３の位置までＸ及び／又はＹ方向
   に移動させ該第２の移動量及びチツプパターン及
   び特定パターンと異なる前記マーク又はパターン
   を記憶させる手順、及び後続の各ウエハについて
   前記角度調整手順終了時の第１の位置から前記記
   憶している第１の移動量分だけ自動的に前記試料
   チヤツクテーブルをＸ及び／又はＹ方向に移動さ
   せた後、前記撮像装置の所定視野内に含まれてい
   る画信号が前記記憶している特定パターンに一致
   する位置まで前記試料チヤツクテーブルを自動的
   にＸ及び／又はＹ方向に移動させる手順、及び該
   一致位置を前記第３の位置までの移動量が前記記
   憶している第２の移動量に一致しかつチツプパタ
   ーン及び特定パターンと異なる前記マーク又はパ
   ターンに一致する位置まで前記試料チヤツクテー
   ブルを自動的にＸ及び／又はＹ方向に移動させる
   手順を含むことを特徴とするウエハの自動位置決
   め方法。