JP7262693B1

JP7262693B1 - ワーク検査装置

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Publication number: JP7262693B1
Application number: JP2023504339A
Authority: JP
Inventors: 満宏石原
Original assignee: Takaoka Toko Co Ltd
Current assignee: Takaoka Toko Co Ltd
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-04-21
Anticipated expiration: 2042-10-21
Also published as: CN118235234A; WO2024084715A1; US11915955B1; KR102675684B1; TWI833667B; KR20240056678A

Abstract

大型の検査ツールが適用される場合であっても、トレーに収容されたワークを、スループットを低下させることなく検査する。ワーク検査装置１０は、トレー２６に収容されたワーク３０ａを第１受渡位置３１において搬入した第１テーブル２１を検査位置３５に移送する第１ステージ１１と、この検査位置３５においてワーク３０を検査する検査ツール１５と、別のワーク３０ｂを第２受渡位置３２において搬入した第２テーブル２２を第１テーブル２１が退避した後の検査位置３５に移送する第２ステージ１２と、検査前のワーク３０をトレー２６から第１受渡位置３１及び第２受渡位置３２に搬入させるとともに検査後のワーク３０ａ，３０ｂを第１受渡位置３１及び第２受渡位置３２からトレー２６に搬出させる搬送部２５と、を備えている。

Description

本発明は、トレーに収容されたワークをピックアップして検査するワーク検査技術に関する。

半導体のパッケージあるいはウェハーから複数に切り離された後のチップ等の検査は、次の二つに大別される。一つ目は、被検査物であるワークを収容するトレーに、ワークを収容したまま検査するイントレー方式である（例えば、特許文献１）。二つ目は、トレーからワークを搬出し検査台に乗せて検査して、検査の終了後に再びトレーに搬入するピックアンドプレース方式である（例えば、特許文献２）。

特開２００９－２９５８１４号公報特開２００３－１１４２５１号公報

ところで、検査ツールが小型・軽量でＸＹステージに載せて移動できれば、イントレー方式で問題ない。しかし、バンプを検査する光学式三次元計測器のように光学系が大型である場合は、検査ツールをＸＹステージに載せて移動させることが困難なため、イントレー方式の実現は困難である。また、検査時にワークを吸着したり押さえたりする必要がある場合も、イントレー方式は適切でない。

一方において、ピックアンドプレース方式では、上述したイントレー方式の欠点が克服できるものの、検査対象のワークをトレーから搬出・搬入する交換作業が必要となる。このため、この交換作業に多くの時間がとられ、スループットが低下する課題がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、大型の検査ツールが適用される場合であっても、スループットを低下させることがないワーク検査技術を提供することを目的とする。

本発明に係るワーク検査装置は、ワークを第１受渡位置において搬入した第１テーブルを検査位置に移送する第１ステージと、固定された状態で前記検査位置において前記ワークを検査する検査ツールと、別のワークを第２受渡位置において搬入した第２テーブルを前記第１テーブルが退避した後の前記検査位置に移送する第２ステージと、互いに平行配置される前記第１ステージ及び前記第２ステージを、前記第１テーブル及び前記第２テーブルの各々の移送方向に対する交差方向に、移動させるステージ移動部と、検査前の前記ワークを前記第１受渡位置及び前記第２受渡位置に搬入させるとともに検査後の前記ワークを前記第１受渡位置及び前記第２受渡位置から搬出させる搬送部と、を備え、前記検査ツールが前記第１テーブルに載置した前記ワークの検査を終了し、ステージ移動部が前記検査位置において前記交差方向へ前記第１ステージを退避させて前記第２ステージに入れ替え、前記検査ツールが前記第２テーブルに載置した前記ワークを検査中、前記搬送部が前記第１受渡位置において検査後の前記ワークを搬出し検査前の前記ワークを搬入し、前記検査ツールが前記第２テーブルに載置した前記ワークの検査を終了し、ステージ移動部が前記検査位置において前記交差方向へ前記第２ステージを退避させて前記第１ステージに入れ替え、前記検査ツールが前記第１テーブルに載置した前記ワークを検査中、前記搬送部が前記第２受渡位置において検査後の前記ワークを搬出し検査前の前記ワークを搬入する、工程を実行する。

本発明により、大型の検査ツールが適用される場合であっても、スループットを低下させることがないワーク検査技術が提供される。

本発明の第１実施形態に係るワーク検査装置を示す上面図。（Ａ）～（Ｄ）第１実施形態に係るワーク検査装置の動作の説明図。（Ｅ）～（Ｈ）第１実施形態に係るワーク検査装置の動作の説明図。（Ｉ）～（Ｌ）第１実施形態に係るワーク検査装置の動作の説明図。（Ａ）本実施形態のワークとして適用される、バンプを上面に配列させた多層配線基板の上面透視図、（Ｂ）多層配線基板にＬＳＩチップを実装したＬＳＩパッケージの側面透視図。本発明の第２実施形態に係るワーク検査装置を示す上面図。本発明の第３実施形態に係るワーク検査装置に適用される、多層配線基板の底面を吸引する吸着治具の縦断面図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るワーク検査装置１０Ａ（１０）を示す上面図である。このようにワーク検査装置１０は、ワーク３０ａを第１受渡位置３１において搬入した第１テーブル２１を検査位置３５に移送する第１ステージ１１と、この検査位置３５においてワーク３０を検査する検査ツール１５と、別のワーク３０ｂを第２受渡位置３２において搬入した第２テーブル２２を第１テーブル２１が退避した後の検査位置３５に移送する第２ステージ１２と、検査前のワーク３０を第１受渡位置３１及び第２受渡位置３２に搬入させるとともに検査後のワーク３０ａ，３０ｂを第１受渡位置３１及び第２受渡位置３２から搬出させる搬送部２５と、を備えている。

実施形態において、トレー２６に収容された未検査のワーク３０を順番に第１受渡位置３１及び第２受渡位置３２に搬入し、検査済のワーク３０を第１受渡位置３１及び第２受渡位置３２から同一のトレー２６の同一の位置に搬出するというプロセスを説明する。しかし、ワーク３０の搬出・搬入のプロセスは、これに限定されることはない。例えば、搬入元のトレーと搬出先のトレーが別々である場合もあるし、検査結果（ＯＫ，ＮＧ）によって搬出先のトレーが異なる場合もある。

さらにワーク検査装置１０は、互いに平行配置される第１ステージ１１及び第２ステージ１２を、各々の長手方向に対し交差方向に移動させるステージ移動部１６を備えている。第１ステージ１１は、ステージ移動部１６と組み合わされることで、第１受渡位置３１と検査位置３５の間で、第１テーブル２１を繰り返し往復させる。同様に第２ステージ１２は、ステージ移動部１６と組み合わされることで、第２受渡位置３２と検査位置３５の間で第２テーブル２２を繰り返し往復させる。

さらに第１ステージ１１及び第２ステージ１２は、ステージ移動部１６に対し独立に移動できるように構成されている。これにより、検査ツール１５を固定したまま、ワーク３０を移動させて任意位置の検査を行える。

なおワーク検査装置１０の変形例として、このようなステージ移動部１６を必要としない形態もとり得る。例えば、検査位置３５を中心とする放射方向に沿って、長手方向を揃えた第１ステージ１１及び第２ステージ１２を配置する。これにより、第１ステージ１１及び第２ステージ１２の放射状端部の第１受渡位置及び第２受渡位置の各々からワーク３０を搬入し、その放射状中心の検査位置３５に移送することができる。

そして、ステージ移動部１６は、そのベースにガイドと固定の永久磁石を有し、可動する第１ステージ１１及び第２ステージ１２のベースに可動子コイルを配置した構造を持つムービングコイル型のリニアモータステージを採用することが好ましい。これにより、ステージ移動部１６は、コンパクトな構成で、第１ステージ１１及び第２ステージ１２をそれぞれ独立に動作させることができる。第１ステージ１１及び第２ステージ１２についてもムービングコイル型のリニアモータステージを採用することができる。なお、ステージ移動部１６、第１ステージ１１及び第２ステージ１２について、一般的なボールねじ方式を採用することもできる。

また搬送部２５は、検査前のワーク３０を収容した（満載させた）トレー２６を図中左側から取得する。そして、第１受渡位置３１及び第２受渡位置３２の近傍にトレー２６を交互に位置付けしてワーク３０の受け渡しを実行する。さらに、検査後のワーク３０を収容した（満載させた）トレー２６を図中左側に排出する。

このような動作をする搬送部２５は、トレー２６を載置して移動させるコンベア２７と、ワーク３０をピックアップしたりリリースしたりしてトレー２６と受渡位置３１，３２との相互間で受け渡しさせる輸送ロボット（２８ａ，２８ｂ）と、を有している。なお搬送部２５の動作は、図示されるように複数の直線運動を組み合わせて実現させるほかに、回転運動も併せ持つ多軸ロボットアームも組み合わせて実現させる場合もある。

コンベア２７は、ベルトあるいはプラスチックチェーン等で構成されるキャリアを二列に配置して構成されている。ワーク３０が二次元的に配置されているトレー２６は、その両端がコンベア２７に支持されて図中左右方向に移動し、第１受渡位置３１又は第２受渡位置３２の近傍に位置付けられる。

図２の（Ａ）～（Ｄ）、図３の（Ｅ）～（Ｈ）、図４の（Ｉ）～（Ｌ）に基づいて第１実施形態に係るワーク検査装置１０Ａの動作を説明する。図２（Ａ）の初期状態において、第１ステージ１１の第１テーブル２１は第１受渡位置３１にあり、第２ステージ１２の第２テーブル２２は第２受渡位置３２にある。そして搬送部２５は、検査前のワーク３０の収容されたトレー２６を、図中左側から取得し、第１受渡位置３１の近傍に位置付けする。この状態で、トレー２６に収容されたワーク３０ａが、第１受渡位置３１に位置する第１テーブル２１に搬入される。

次に、図２（Ｂ）に示すように、第１ステージ１１は、ワーク３０ａを載置した第１テーブル２１を検査位置３５に移送し、検査ツール１５はワーク３０ａの検査を開始する。一方で、搬送部２５は、検査前のワーク３０が収容されたトレー２６を、第２受渡位置３２の近傍に位置付けする。この状態で、トレー２６に収容されたワーク３０ｂが、第２受渡位置３２に位置する第２テーブル２２に搬入される。

次に、図２（Ｃ）に示すように、搬送部２５は、検査前のワーク３０が収容されたトレー２６を、第１受渡位置３１の近傍に位置付けする。そして、第２ステージ１２は、そのままの位置で、第２テーブル２２を反対側に移動させ、第１テーブル２１のワーク３０ａの検査が終了するまで待機状態に入る。

そして、図２（Ｄ）に示すように、ワーク３０ａの検査が終了すると、第１ステージ１１は検査位置３５から退避する。そして、これと同時に（入れ替わるように）第２ステージ１２は、これまで待機していた第２テーブル２２を検査位置３５に移送し、検査ツール１５はワーク３０ｂの検査を開始する。

次に、図３（Ｅ）に示すように、第２ステージ１２に載置されているワーク３０ｂの検査中に、第１ステージ１１は、そのままの位置で、検査後のワーク３０ａを載置した第１テーブル２１を第１受渡位置３１に移送する。そして搬送部２５は、検査後のワーク３０ａを第１受渡位置３１からトレー２６に搬出させる。

次に、図３（Ｆ）に示すように、第２ステージ１２に載置されているワーク３０ｂの検査中に、トレー２６に収容されていたワーク３０ｃが、第１受渡位置３１に位置する第１テーブル２１に搬入される。

次に、図３（Ｇ）に示すように、搬送部２５は、検査前のワーク３０が収容されたトレー２６を、第２受渡位置３２の近傍に位置付けする。そして、第１ステージ１１は、そのままの位置で、第１テーブル２１を反対側に移動させ、第２テーブル２２のワーク３０ｂの検査が終了するまで待機状態に入る。

次に、図３（Ｈ）に示すように、ワーク３０ｂの検査が終了すると、第２ステージ１２は検査位置３５から退避する。そして、これと同時に（入れ替わるように）第１ステージ１１は、これまで待機していた第１テーブル２１を検査位置３５に移送し、検査ツール１５はワーク３０ｃの検査を開始する。

次に、図４（Ｉ）に示すように、第１ステージ１１に載置されているワーク３０ｃの検査中に、第２ステージ１２は、そのままの位置で、検査後のワーク３０ｂを載置した第２テーブル２２を第２受渡位置３２に移送する。そして搬送部２５は、検査後のワーク３０ｂを第２受渡位置３２からトレー２６に搬出させる。

次に、図４（Ｊ）に示すように、第１ステージ１１に載置されているワーク３０ｃの検査中に、トレー２６に収容されていたワーク３０ｄが、第２受渡位置３２に位置する第２テーブル２２に搬入される。

次に、図４（Ｋ）に示すように、搬送部２５は、検査前のワーク３０が収容されたトレー２６を、第１受渡位置３１の近傍に位置付けする。そして、第２ステージ１２は、そのままの位置で、第２テーブル２２を反対側に移動させ、第１テーブル２１のワーク３０ｃの検査が終了するまで待機状態に入る。

そして、図４（Ｌ）に示すように、ワーク３０ｃの検査が終了すると、第１ステージ１１は検査位置３５から退避する。そして、これと同時に（入れ替わるように）第２ステージ１２は、これまで待機していた第２テーブル２２を検査位置３５に移送し、検査ツール１５はワーク３０ｄの検査を開始する。以降は、図３（Ｅ）からの流れを繰り返し、トレー２６に未検査のワーク３０が無くなったところで、搬送部２５は、このトレー２６を排出し、新規のトレーを取得する。

このように、一つのワーク３０の検査が終了したら、これを退避させるのと同時に（入れ替わるように）近隣で待機している次のワーク３０の検査を開始できる。これにより、第１ステージ１１及び第２ステージ１２により、検査位置３５にワーク３０を間断なく供給することができ、ワーク検査のスループットを低下させることはない。また、検査位置３５におけるワーク３０の検査中は、第１テーブル２１及び第２テーブル２２を検査ツール１５に対し小刻みに移動させることができる。これにより、検査ツール１５そのものの検査範囲が狭い場合であっても、ワーク３０を広範囲で検査することができる。

図５（Ａ）は、本実施形態のワークとして適用される、バンプ３７を上面に配列させた多層配線基板３８の上面透視図である。図５（Ｂ）は、この多層配線基板３８にＬＳＩチップ３６を実装したＬＳＩパッケージの側面透視図である。このＬＳＩパッケージは、多層配線基板３８の電極とＬＳＩチップ３６の電極とがバンプ３７により電気的に接合されている。さらにＬＳＩパッケージは、劣化や熱対策のために樹脂でパッケージングされている。このように、ボール状のバンプ３７を用いて電気接続する方式をフリップチップ実装という。

フリップチップ実装は、多層配線基板３８の電極とＬＳＩチップ３６の電極同士を直接重ね合わせるためバンプ３７の高さを揃える必要がある。バンプ３７の高さにバラツキがあると、接続不良が発生するためである。その他にバンプの位置、バンプの径、その他バンプの形状異常、さらには基板上の異物などの不良も検出することが求められる。なお、ワーク３０は、実施形態においてＬＳＩパッケージを例示しているが、これに限定されず、トレー２６、第１テーブル２１及び第２テーブル２２に載置できるものであれば該当する。

検査ツール１５は、多層配線基板３８の上面に配列させたバンプ３７の各種寸法を計測したり異物などを検出したりする計測・検査機器である。具体的には光を応用した表面形状計測機及び画像計測機もしくはこれら両方の機能を備え、表面の凸凹情報を計測することができる計測・検査機である。なお、検査ツール１５は特に限定されず、接触式であるか非接触式であるかにかかわらず、ワーク３０を検査するものであれば、適宜採用することができる。

（第２実施形態）
次に図６を参照して本発明における第２実施形態について説明する。図６は本発明の第２実施形態に係るワーク検査装置１０Ｂ（１０）を示す上面図である。第２実施形態のワーク検査装置１０Ｂは、上述した第１実施形態の構成に別件検査ツール１７（１７ａ，１７ｂ）をさらに追加した構成をとる。なお、図６において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

別件検査ツール１７ａ（１７）は、第１受渡位置３１とは反対側の第１ステージ１１においてワーク３０を別件検査するように位置している。そして、別件検査ツール１７ｂ（１７）は、第２受渡位置３２とは反対側の第２ステージ１２上においてワーク３０を別件検査するように位置している。

第２実施形態の第１ステージ１１及び第２ステージ１２は、第１実施形態よりも先端を伸ばして、検査ツール１５と別件検査ツール１７とが干渉し合わないようにすることができる。別件検査ツール１７による検査も、検査ツール１５による検査中に実施することができれば、ワーク検査のスループットを低下させることはない。

別件検査ツール１７の具体例としては、ワーク３０に刻印されている識別ＩＤの読取器等が挙げられる。これにより、別件検査ツール１７によるワーク３０の識別データと、検査ツール１５による検査データとを、紐付けて管理することが容易になる。なお、別件検査ツール１７は、このような識別ＩＤの読取器に限定されることははく、任意の機器を採用することができる。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係るワーク検査装置１０に適用される、多層配線基板の底面を吸引する吸着治具の縦断面図である。良好な電気接合を得るためには、バンプ３７の形状が揃っていることだけでなく、多層配線基板３８の反りや厚さのバラツキが無いかもしくは考慮することも求められる。

そこで第３実施形態では、多層配線基板３８の底面を吸引する吸着治具２０が、第１テーブル２１及び第２テーブル２２の各々に設置されていることを特徴とする。第３実施形態のワーク検査装置は、第１実施形態又は第２実施形態のワーク検査装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）に吸着治具２０を追加することで実現される。この吸着治具２０には、厚さ方向を貫通し減圧装置（図示略）に連通する複数の吸引孔２９が設けられている。

１０（１０Ａ，１０Ｂ）…ワーク検査装置、１１…第１ステージ、１２…第２ステージ、１５…検査ツール、１６…ステージ移動部、１７（１７ａ，１７ｂ）…別件検査ツール、２０…吸着治具、２１…第１テーブル、２２…第２テーブル、２５…搬送部、２６…トレー、２７…コンベア、２９…吸引孔、３０（３０ａ，３０ｂ）…ワーク、３１…第１受渡位置、３２…第２受渡位置、３５…検査位置、３６…ＬＳＩチップ、３７…バンプ、３８…多層配線基板。

Claims

ワークを第１受渡位置において搬入した第１テーブルを、検査位置に移送する第１ステージと、
固定された状態で、前記検査位置において前記ワークを検査する検査ツールと、
別のワークを第２受渡位置において搬入した第２テーブルを、前記第１テーブルが退避した後の前記検査位置に移送する第２ステージと、
互いに平行配置される前記第１ステージ及び前記第２ステージを、前記第１テーブル及び前記第２テーブルの各々の移送方向に対する交差方向に、独立して往復移動させるステージ移動部と、
検査前の前記ワークを前記第１受渡位置及び前記第２受渡位置に搬入させるとともに、検査後の前記ワークを前記第１受渡位置及び前記第２受渡位置から搬出させる搬送部と、を備え、
前記検査ツールが、前記第１テーブルに載置した前記ワークの検査を終了すると、
前記ステージ移動部が、前記検査位置において前記交差方向へ、前記第１ステージを退避させて前記第２ステージに入れ替え、
前記検査ツールが、前記第２テーブルに載置した前記ワークを検査中、前記搬送部が、前記第１受渡位置において検査後の前記ワークを搬出し検査前の前記ワークを搬入し、
前記検査ツールが、前記第２テーブルに載置した前記ワークの検査を終了すると、
前記ステージ移動部が、前記検査位置において前記交差方向へ、前記第２ステージを退避させて前記第１ステージに入れ替え、
前記検査ツールが、前記第１テーブルに載置した前記ワークを検査中、前記搬送部が、前記第２受渡位置において検査後の前記ワークを搬出し検査前の前記ワークを搬入する、工程を実行するワーク検査装置。
請求項１に記載のワーク検査装置において、
前記検査位置において前記検査ツールに対する前記第１テーブル及び前記第２テーブルの小刻みな移動を伴って前記ワークが検査されるワーク検査装置。
請求項１又は請求項２に記載のワーク検査装置において、
前記ワークは、ＬＳＩチップを電気的に接合させるバンプを上面に配列させた多層配線基板であるワーク検査装置。
請求項３に記載のワーク検査装置において、
前記第１テーブル及び前記第２テーブルの各々に設置され、前記多層配線基板の底面を吸引する吸着治具を備えるワーク検査装置。
請求項１又は請求項２に記載のワーク検査装置において、
前記第１受渡位置及び前記第２受渡位置とは反対側の前記第１ステージ及び前記第２ステージ上に位置する前記ワークを別件検査する別件検査ツールを備えるワーク検査装置。
請求項１又は請求項２に記載のワーク検査装置において、
前記搬送部は、
検査前の前記ワークを収容したトレーを取得し、
前記第１受渡位置及び前記第２受渡位置の近傍に前記トレーを交互に位置付けして前記ワークの受け渡しを実行し、
検査後の前記ワークを収容した前記トレーを排出するワーク検査装置。