JP2876171B2 - 検査方法 - Google Patents

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、検査方法に関する。

【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して個々にプロ―ブピンを
高精度に接触させ、テスタ側との電気的な接続を行わな
ければならない。このような要求に対して、従来からあ
る実装基板の検査装置では、個々のチップの電極パッド
に対して高精度にプロ―ブピンを接触させるという点に
ついて、対応が充分とは言えず、また現状のプロ―バ技
術を流用しただけでは検査効率の低下が見込まる。

【０００５】すなわち、現状のプロ―バ技術では、各チ
ップの電極パッドとプロ―ブピンとの位置合せ、いわゆ
るファインアライメントを顕微鏡による目視や画像認識
等によって行っている。しかし、上述した半導体モジュ
―ルにおいては、規格の異なるチップが塔載されるた
め、それぞれのチップに対応した接触端子と当該チップ
とのファインアライメントを行わなければならず、位置
合せに要する時間が大幅に増加し、検査効率が大幅に低
下してしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、規格
の異なる複数のチップを内部配線が施された基板上に塔
載し、モジュ―ルとしての動作を可能にした半導体モジ
ュ―ルの総合的な検査は、検査精度の向上を図る上でチ
ップの電極パッドに対して高精度にプロ―ブピンを電気
的に接触させることが必要不可決である。また、検査効
率の向上を図るためには、規格の異なる複数のチップ
と、それぞれのチップに対応する接触端子との位置合せ
を短時間にかつ確実に行う必要があり、このような要求
を満足する半導体モジュ―ルの検査方法の開発が強く望
まれている。

【０００７】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、基板に設けられた規格の異なる複数
の被検査体に対し、個々の位置合せを省き、短時間でか
つ高精度の位置合せを行うことを可能とし、高検査精度
を満足しつつ検査効率の向上を可能とした検査方法を提
供することを目的とするものである。

【０００８】［発明の構成］

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、基
板に設けられた複数の被検査体の電極端子に検査端子を
接触させ、前記被検査体の所定の検査を行うに際し、前
記基板上の所定位置に予め複数の基準ターゲットを設
け、検査待機状態とされた前記基板の該基準ターゲット
を撮像し、その位置を前記基板側の座標位置として求め
る工程と、前記検査端子側に設けられた補正用マークを
撮像し、その位置をイニシャルアライメントで求めた基
準点からの距離として求めて前記検査端子側の座標位置
を設定する工程と、前記基板に設けられた被検査体の位
置を前記基準ターゲットに基づいて示す座標情報を得る
とともに、この座標情報と前記検査端子側の座標位置と
から、該被検査体と前記検査端子とをアライメントする
工程と、前記検査端子を該被検査体の電極端子に接触さ
せ、前記検査を行う工程とを有することを特徴としてい
る。

【００１０】

【作用】複数の被検査体が設けられた基板に、被検査体
の位置を示す基準タ―ゲットを予め設け、この基準タ―
ゲットの位置を検査端子側の座標位置として求める。こ
の測定した基準タ―ゲットの検査端子側の座標位置と、
情報として得た基板上における基準タ―ゲットの座標位
置とを座標変換することによって、該被検査体の位置を
検査端子側の座標位置として求めることができる。従っ
て、この検査端子側座標による被検査体の位置に基づい
て検査端子を移動させることにより、個々の被検査体に
対する目視等による詳細な位置合せを行うことなく、各
被検査体の電極端子と検査端子との正確な位置合せが実
施できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の検査方法を半導体モジュ―ル
の検査装置に適用した実施例について、図面を参照して
説明する。

【００１２】図１および図２は本発明方法を適用した検
査装置の一実施例の構成を模式的に示す図であり、装置
本体１は、被検査体となる半導体モジュ―ル２を搬送お
よび検査可能な状態としたワ―ク３に対し非導電性液体
中で所定の検査を行う検査部１０と、基板に複数の被検
査体例えば半導体素子を配列して構成した半導体モジュ
―ル２上半導体素子（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２０とから構成されてお
り、装置本体１の検査部１０側の端部には、上記ワ―ク
３をワ―クセットテ―ブル３１からロ―ドあるいはワ―
クセットテ―ブル３１へアンロ―ドするためのワ―クロ
―ダ―部３０が着脱自在に設置されている。また、装置
本体１およびワ―クロ―ダ―部３０上には、それぞれワ
―クロ―ダ―部３０、検査部１０、検査端子供給部２０
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４０と検査端子移動機構５０とが
塔載されている。

【００１３】なお上記ワ―ク３は、例えば図３に示すよ
うに、複数例えば36個のチップ２ａが内部配線を有する
多層セラミックス基板２ｂ上にボンディングされて構成
された半導体モジュ―ル２の下部に、この半導体モジュ
―ル２の図示を省略した各入出力ピンと電気的に接触さ
れたソケット４およびソケットボ―ド５が配置され、ま
た半導体モジュ―ル２の外周側に押え板６とＯリング７
とによって液密シ―ルが形成されたクランプ部となるサ
ポ―トボ―ド８が配置されて構成されたものである。ま
た、図示を省略したがチップ２ａの周囲には測定用電極
パッドが、多層セラミックス基板２ｂの上面の 3角には
アライメント用タ―ゲットが、下面には対角線上の 2角
に熱膨脹補正用タ―ゲットが設けられており、またサポ
―トボ―ド８下面の 4角には位置決め孔が設けられてい
る。

【００１４】上記検査部１０は、装置本体１の基台１ａ
上に設置された検査部基台１１の上面側に突設された槽
外壁１１ａおよび槽内壁１１ｂと、例えばネオプレンゴ
ム等によって形成されたシ―ル部を有するロ字状のワ―
ク載置台１２およびワ―ク３自体とによって形成される
液槽１３を有しており、ワ―ク３はクランプ１４によっ
てワ―ク載置台１２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１３内に注入された非
導電性液体中にワ―ク３を浸漬し、その状態で検査が行
われる。

【００１５】また、上記ロ字状のワ―ク載置台１２の開
口部下方には、ワ―ク３のソケットボ―ド５に対して差
込まれ電気的な接続を行う図示を省略した多数のピンが
突設されたワ―クセットベ―スユニット１５が、またワ
―ク３のセラミックス基板２ｂの下面に設けられた一対
の熱膨脹補正用タ―ゲットの形成位置に応じて下アライ
メントカメラ１６ａ、１６ｂが配置されている。

【００１６】また、検査端子供給部２０は、半導体モジ
ュ―ル２に塔載されたチップ２の周囲に形成された測定
用電極パッド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２１を個々に保持する
複数のピンブロックチェンジャ２２と、検査端子移動機
構５０側に受け渡されたピンブロック２１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２３とによって構成
されている。

【００１７】上記ピンブロックチェンジャ２２は、ピン
ブロック２１を挟持する保持部２４と、この保持部２４
を検査端子移動機構５０側に上昇させる例えばシリンダ
機構２５とによって構成されており、検査プログラムに
応じて使用ピンブロック２１を個別に上昇させ、検査端
子移動機構５０に供給する。

【００１８】ワ―ク搬送機構４０は、ロ―ダ部基台３２
および装置本体１の基台１ａ上面に設けられＸ方向に連
結されたレ―ル３２ｂ、１ｂ上をＸ方向に沿って移動可
能とされており、このワ―ク搬送機構４０により上記ワ
―クロ―ダ部３０と検査部１０との間で搬送可能な保持
部４１を有している。

【００１９】また、検査端子移動機構５０は、レ―ル１
ｂ上に塔載されたロ字形状を有するＸステ―ジ５１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５２と、上記Ｘステ―ジ５１およ
びＹステ―ジ５２の開口部内に配置されたＺステ―ジ５
３とにより、このＺステ―ジ５３に固定された測定ヘッ
ド５４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。

【００２０】この測定ヘッド５４には、ピンブロック２
１のチャック部５５と、多層セラミックス基板２ｂ上に
形成された基準タ―ゲットを撮像することによって半導
体モジュ―ル２上に塔載されたチップ２ａ位置を求める
上アライメント用カメラ５６とが設置されている。また
チャック部５５は、図示を省略したθ駆動機構によって
回転自在とされている。そして、上記チャック部５５に
保持されたピンブロック２１は、Ｚステ―ジ５３によっ
て検査部１０の液槽１３内まで下降し、液槽１３内に浸
漬されているワ―ク３との接触が行われる。

【００２１】なお、測定ヘッド５４には、上記チャック
部５５に近接して図示を省略した冷却機構に接続された
非導電性液体導入管５７が配設されており、またチャッ
ク部５５の上部にはピンブロック２１と図示を省略した
テスタ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２１とテスタ
との電気的な接続が行われている。

【００２２】上記構成の半導体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３１
の収容部内に載置されたワ―ク３をワ―ク搬送機構４０
により検査部１０のワ―ク載置台１２上に搬送する。こ
の際、検査端子移動機構５０は接触端子供給部２０側へ
と移動する。

【００２３】次に、ワ―ク移載ピン１７が上昇して、サ
ポ―トボ―ド８下面の4角に設けられた位置決め孔内に
ワ―ク移載ピン１７の先端が挿入され、ワ―ク３の位置
決めを行いつつワ―ク載置台１２上にワ―ク３が載置さ
れる。ワ―ク載置台１２上に載置されたワ―ク３は、ク
ランプ１４によって液密に固定されると共に、ワ―ク３
のソケットボ―ド５と検査部１０側のワ―クセットベ―
スユニット１５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１６ａ、１６ｂによって、ワ
―ク３の多層セラミックス基板２ｂの下面に設けられた
熱膨脹補正用タ―ゲットを撮像し、多層セラミックス基
板２ｂの初期位置を認識する。

【００２４】ワ―ク３のセッティングと相前後して、ピ
ンブロック２１の装着が行われる。ピンブロック２１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２ａに対応したピンブロック２１
上にチャック部５５が位置するように、検査端子移動機
構５０を移動させ、所定のピンブロック２１を保持す
る。

【００２５】次に、ピンブロック２１の保持状態の確認
（ピンブロックアライメント）および検査部１０に保持
されたワ―ク３とピンブロック２１との位置合せ（ワ―
クアライメント）が順に行われる。これら各アライメン
トについて、図４および図５を参照して説明する。

【００２６】まず、ピンブロックアライメントに先立っ
てイニシャルアライメントを行う。このイニシャルアラ
イメントは、装置本体１側からピンブロック補正用カメ
ラ２３上に突出したイニシャル用タ―ゲット（図示せ
ず）を、所定の位置に固定されたピンブロック補正用カ
メラ２３と、上アライメントカメラ５６とによってそれ
ぞれ撮像し、上アライメントカメラ５６の基準位置例え
ば画像中心をピンブロック補正用カメラ２３の画像中心
と合致させると共に焦点を合せ、その際の上アライメン
トカメラ５６の画像中心の検査端子移動機構５０側のＸ
−Ｙ−Ｚステ―ジ座標（以下、測定側座標と記す）にお
ける位置座標を基準座標として記憶する。ここで、Ｚ座
標は例えば焦点距離によって求めることが可能である。

【００２７】次に、図４に示すように、ピンブロック２
１を保持したチャック部５５をピンブロック補正用カメ
ラ２３上に移動させ、ピンブロックアライメントを行
う。このピンブロックアライメントは、図５に示すよう
に、ピンブロック２１のプロ―ブピン２１ａ突出面の 4
角の所定位置例えば対角線上における各角部から所定距
離の位置に設けられた補正用マ―ク２１ｂ例えば直径
0.3mm程度の孔を、定められた位置に固定されたピンブ
ロック補正用カメラ２３でそれぞれ撮像することにより
行われる。

【００２８】すなわち、 4角に設けられた補正用マ―ク
２１ｂをピンブロック補正用カメラ２３で撮像し、それ
ぞれの位置を上記イニシャルアライメントで求めた基準
座標からのＸ、Ｙ、Ｚ方向に対する距離として求める。
次いで、これら 4点の補正用マ―ク２１ｂの位置情報か
らピンブロック２１の中心を算出し、このピンブロック
２１の中心点とイニシャルアライメントで求めた上アラ
イメントカメラ５６の画像中心との測定側座標上におけ
る相対的な位置関係を求めると共に、ピンブロック２１
のθ方向へのずれを求める。

【００２９】ピンブロックアライメントが終了した後、
検査端子移動機構５０は検査部１０上方へと移動し、ワ
―クアライメントが実施される。このワ―クアライメン
トは、まず図４に示したように、まず上アライメントカ
メラ５６によって多層セラミックス基板２ｂの 3角に設
けられたアライメント用タ―ゲット２ｃ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２ｃの
位置を測定側座標の位置座標として検出する。

【００３０】ここで、各チップ２ａは、 3点のアライメ
ント用タ―ゲット２ｃの位置に基づいて、多層セラミッ
クス基板２ｂ上に塔載されており、このセラミックス基
板２ｂ上における各チップ２ａの周囲に形成された測定
用電極パッド２ｄの位置は、3点のアライメント用タ―
ゲット２ｃの位置に基づいた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。

【００３１】そして、予め入力されたアライメント用タ
―ゲット２ｃの位置と上記上アライメントカメラ５６に
よって検出したアライメント用タ―ゲット２ｃ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２ｄの位置を算出する。次い
で、チップ２ａの測定用電極パッド２ｄ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５６とピンブロック２１との相対距離
に基づいてピンブロック２１のプロ―ブ位置が決定さ
れ、Ｘステ―ジ５１、Ｙステ―ジ５２およびθステ―ジ
５５ａを駆動してチップ２ａの周囲に形成された測定用
電極パッド２ｄとピンブロック２１に植設されたプロ―
ブピン２１ａとがアライメントされる。

【００３２】また、このワ―クアライメントの終了後
に、非導電性液体導入管５７から例えばフッ素系不活性
液が液槽１３内に供給され、ワ―ク３は非導電性液体内
に浸漬された状態となる。

【００３３】この後、非導電性液体を測定対象チップ２
ａ上およびその周囲に供給しつつ、Ｚステ―ジ５３を駆
動することによって測定ヘッド５４を下降させ、ピンブ
ロック２１のプロ―ブピン２１ａを非導電性液体中に浸
漬しつつ、測定用電極パッド２ｄに当接させる。そし
て、半導体モジュ―ル２にテスト電圧を供給し当該チッ
プ２ａの検査を行う。

【００３４】以上の動作により 1つのチップ２ａに対す
る検査は終了する。次に、半導体モジュ―ル２内に同一
規格のチップ２ａが存在する場合は、まず下アライメン
トカメラ１６ａ、１６ｂによって熱膨脹等による多層セ
ラミックス基板２ｂの初期位置からのずれの有無を確認
し、必要に応じてピンブロック２１の当接位置の補正を
行った後、同様に次のチップ２ａの検査を行う。

【００３５】同一規格のチップが終了した後、未検査の
チップ２ａが存在する場合は、一旦検査端子移動機構５
０を検査端子供給部２０の上方位置まで移動させ、ピン
ブロック２１の交換を行い、上記ピンブロックアライメ
ント工程を同様な手順に従って行い、ワ―クアライメン
トによって求めた位置情報に従って当該チップ２ａの検
査を実施する。

【００３６】そして、以上の工程を繰返し行うことによ
って全チップ２ａの検査が終了した後、非導電性不活性
液体を液槽１３から排出し、液排出後、検査部１０上方
まで移動したワ―ク搬送機構４０にワ―ク移載ピン１７
によってワ―ク３を移載する。そして、ワ―ク搬送機構
４０をワ―クロ―ダ―部３０まで移動してワ―ク３を搬
出し、一連の検査工程が終了する。

【００３７】このように、この実施例の半導体モジュ―
ル検査装置においては、ピンブロック２１が塔載される
測定ヘッド５４に上アライメントカメラ５６を塔載し、
ピンブロック２１と共に移動するこの上アライメントカ
メラ５６を用いて、半導体モジュ―ル２に塔載されたチ
ップ２ａとピンブロック２１とのワ―クアライメントを
実施している。すなわち、半導体素子２ａの塔載位置を
示す基準タ―ゲット２ｃの位置を、上アライメントカメ
ラ５６によって検査端子移動機構５０側ステ―ジのＸ−
Ｙ−Ｚ座標として検出し、この位置座標に基づいてチッ
プ２ａとピンブロック２１との詳細な位置合せを実施し
ている。

【００３８】これによって、規格の異なる複数のチップ
に対して個々に顕微鏡観察等による位置合せが不要とな
り、かつ 1回のアライメント工程で固定された半導体モ
ジュ―ル２の位置を求めることにより、全てのチップ２
ａに対する位置合せが自動的に行え、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。なお、この実
施例においては、 1チップ毎にセラミックス基板２ｂの
熱収縮を求め、それによってピンブロック２１の位置補
正を実施しているため、より正確な検査が期待できる。

【００３９】また、この実施例の半導体モジュ―ル検査
装置においては、規格の異なる複数のチップ２ａに対し
てそれぞれに対応するピンブロック２１を用意し、これ
らを自動的に交換することによって、検査効率の向上を
図っている。そこで、ピンブロック２１の装着状態を各
ピンブロック２１毎に掌握する必要が生じるが、この実
施例においては各ピンブロック２１毎に補正用マ―ク２
１ｂを設け、この補正用マ―ク２１ｂの位置をピンブロ
ック補正用カメラ２３によって撮像し、上アライメント
カメラ５６との相対的な位置関係を常に求めているた
め、ピンブロック２１の交換に伴う位置ずれの発生が防
止でき、常に高精度の位置合せが可能となる。

【００４０】なお、上記実施例ではプロ―ビングを非導
電性液体中で行っているが、これは各チップ２ａ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。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の検査方法
によれば、基板に設けられた規格の異なる複数の被検査
体とそれぞれに対応した検査端子との個々の位置合せを
省いた上で、全体的な位置合せを高精度にかつ短時間に
行うことが可能となる。よって、検査効率および検査精
度の大幅な向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を適用した半導体モジュ―ル検査装
置の一構成例を示す斜視図である。

【図２】図１に示した検査装置のＸ方向断面図である。

【図３】被検査体として使用した半導体モジュ―ルの一
例を示す断面図である。

【図４】図１に示した検査装置におけるアライメント工
程を模式的に示す図である。

【図５】図４におけるピンブロックアライメントを模式
的に示す図である。

【符号の説明】

１……装置本体 ２……半導体モジュ―ル ２ａ……チップ ２ｂ……多層セラミックス基板 ２ｃ……アライメント用タ―ゲット ２ｄ……測定用電極パッド ３……ワ―ク １０……検査部 １６ａ、１６ｂ……下アライメントカメラ ２０……検査端子供給部 ２１……ピンブロック ２１ａ……プロ―ブピン ２１ｂ……ピンブロック補正用マ―ク ２３……ピンブロック補正用カメラ ３０……ワ―クロ―ダ―部 ４０……ワ―ク搬送機構 ５０……検査端子移動機構 ５１、５２、５３……ステ―ジ ５４……測定ヘッド ５５……ピンブロックチャック部 ５６……上アライメントカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成島 正樹 東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東 京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−254279（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/66

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に設けられた複数の被検査体の電極
   端子に検査端子を接触させ、前記被検査体の所定の検査
   を行うに際し、 前記基板上の所定位置に予め複数の基準ターゲットを設
   け、検査待機状態とされた前記基板の該基準ターゲット
   を撮像し、その位置を前記基板側の座標位置として求め
   る工程と、前記検査端子側に設けられた補正用マークを撮像し、そ
   の位置をイニシャルアライメントで求めた基準点からの
   距離として求めて前記検査端子側の座標位置を設定する
   工程と、 前記基板に設けられた被検査体の位置を前記基準ターゲ
   ットに基づいて示す座標情報を得るとともに、この座標
   情報と前記検査端子側の座標位置とから、該被検査体と
   前記検査端子とをアライメントする工程と、前 記検査端子を該被検査体の電極端子に接触させ、前記
   検査を行う工程とを有することを特徴とする検査方法。