JP2017084958A - 半導体装置の評価装置及び評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで半導体装置のインク打点の有無を検出することができる半導体装置の評価装置及び評価方法を得る。
【解決手段】複数の半導体装置３が形成されたウエハ２をチャックステージ１が固定する。絶縁基板５にプローブ４が固定されている。評価部１０がプローブ４を介して半導体装置３に電流を流して半導体装置３の電気特性を評価する。半導体装置３のインク打点の有無を検出するインク打点検出部１３が絶縁基板５に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インク打点検出機能を備えた半導体装置の評価装置及び評価方法に関する。

ウエハに形成された複数の半導体装置に対してそれぞれ電気特性等の評価が行われる。この評価において、不良と判断された半導体装置（不良チップ）にはインクを打点し、良好と判断された半導体装置（良品チップ）との区別を行う。しかし、不良判別後、つまりはインクを打点した後のウエハを購入する場合などでは、不良チップの位置情報（マップ情報）は無い。このため、ウエハに形成された全ての半導体装置の再テストにおいて、不良チップのインクがプローブに接触するため、再テストができない。また、目視により良品数や位置情報の取得となるため、手間がかかり、誤認識もある。

このため、特に再テストにおいて、正確な不良チップの位置情報（マップ情報）を取得することは重要である。このような状況の下、マーキング後の良否選別方法として、磁性体を含有した磁気インクをマーキング材として使用し、良否選別を磁気センサにて行う手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、ＴＶカメラにより不良マークの適、不適を判別する装置も開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５２−９５９６５号公報 特開昭６２−１３６０４１号公報

しかし、磁性体を含有した特殊な磁気インクを使用する方法ではコストが増加するという問題がある。そして、購入した半導体装置の再テストにおいては、購入元で磁性体を含有した特殊な磁気インクの検知が必要なため、運用に困難を伴う。さらに、従来の評価装置に容易に流用できるものではなかった。

また、ＴＶカメラを用いる方法ではＴＶカメラの設置位置が不明であり、従来の装置の流用が困難であった。そして、ＴＶカメラの位置や角度を変えて評価対象の半導体装置に対向させることができず、複数の半導体装置に対応できるものではなかった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は低コストで半導体装置のインク打点の有無を検出することができる半導体装置の評価装置及び評価方法を得るものである。

本発明に係る半導体装置の評価装置は、複数の半導体装置が形成されたウエハを固定するチャックステージと、絶縁基板と、前記絶縁基板に固定されたプローブと、前記プローブを介して前記半導体装置に電流を流して前記半導体装置の電気特性を評価する評価部と、前記絶縁基板に設けられ、前記半導体装置のインク打点の有無を検出するインク打点検出部とを備えることを特徴とする。

本発明では、プローブが固定された絶縁基板にインク打点検出部を追加している。これにより、従来の評価装置を流用できるため、低コストで半導体装置のインク打点の有無を検出することができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の評価装置を示す図である。 プローブの動作を説明するための側面図である。 評価対象である複数の半導体装置が形成されたウエハを示す平面図である。 図３のＩ−ＩＩに沿った断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の評価方法を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の評価方法の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の評価装置を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の評価装置を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の評価装置を示す図である。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の評価装置及び評価方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の評価装置を示す図である。チャックステージ１がウエハ２を固定する。ウエハ２には、評価対象である複数の半導体装置３が形成されている。チャックステージ１は、ウエハ２の設置面（裏面）と接触してウエハ２を固定する台座である。ウエハ２を固定する手段は例えば真空吸着であるが、これに限るものではなく静電吸着等でもよい。

半導体装置３は、装置の縦方向（面外方向）に大きな電流を流す縦型構造の半導体装置３である。ただし、これに限るものではなく、半導体装置３は、その一面において入出力を行う横型構造の半導体装置でもよい。

複数のプローブ４が絶縁基板５に固定されている。複数のプローブ４は、絶縁基板５上に設けられた金属板等の配線（不図示）により接続部６に接続されている。複数のプローブ４、絶縁基板５、接続部６、及び配線（不図示）によりプローブ基体部７が構成される。プローブ基体部７は、移動アーム８により任意の方向へ移動可能である。ここでは、一つの移動アーム８でプローブ基体部７を保持する構成としたが、これに限るものではなく、複数の移動アームで安定的に保持してもよい。また、プローブ基体部７を移動させるのではなく、チャックステージ１及びウエハ２側を移動させてもよい。

縦型構造の半導体装置３の評価の際、複数のプローブ４が半導体装置３の表面に設けられた表面電極に電気的に接続され、チャックステージ１が半導体装置３の裏面に設けられた裏面電極に電気的に接続される。

絶縁基板５の接続部６は、信号線９を介して評価・制御部１０に接続されている。チャックステージ１の表面は、チャックステージ１の側面に設けられた接続部１１及び信号線１２を介して評価・制御部１０に接続されている。評価・制御部１０は複数のプローブ４を介して半導体装置３に電流を流して半導体装置３の電気特性を評価する。

なお、評価用のプローブ４は大電流（例えば５Ａ以上）を印加することを想定して複数個設置されている。各プローブ４に加わる電流密度が略一致するように、絶縁基板５の接続部６とチャックステージ１の接続部１１の距離が、どのプローブ４を介しても略一致することが望ましい。従って、接続部６と接続部１１はプローブ４を介して互いに対向する位置に配置されていることが望ましい。

本実施の形態では、インク打点検出部として画像処理用カメラ１３が絶縁基板５に設けられている。画像処理用カメラ１３は、評価時にプローブ４が接触する半導体装置３に対向する。画像処理用カメラ１３は半導体装置３の表面を撮影する。この画像を画像処理部１４が画像処理（例えば２値化で比較）して、被測定物である半導体装置３の表面に付与されたインク打点の有無を検出する。インク打点の有無により、各半導体装置３の表面にはコントラストの差が生じている。コントラストの差は、例えば２値化の画像処理手法を用いて認識可能なため、インク打点の検出が可能となる。

図２は、プローブの動作を説明するための側面図である。プローブ４は、半導体装置３の表面電極１５と機械的かつ電気的に接触する先端部４ａと、絶縁基板５に固定される基台であるバレル部４ｂと、内部に組み込まれたスプリング等のばね部材を介して接触時に摺動可能な押し込み部４ｃを含むプランジャ部４ｄと、プランジャ部４ｄと電気的に接続されて外部への出力端となる電気的接続部４ｅとを有する。

プローブ４は導電性を有する材料、例えば銅、タングステン、レニウムタングステンといった金属材料により作製される。ただし、これらに限るものではなく、特に先端部４ａには導電性向上や耐久性向上等の観点から、別の部材、例えば金、パラジウム、タンタル、プラチナ等を被覆してもよい。

図２（ａ）の初期状態からプローブ４を半導体装置３に向けてＺ軸下方に下降させると、まず図２（ｂ）に示すように半導体装置３の表面電極１５と先端部４ａが接触する。さらに下降させると、図２（ｃ）に示すように押し込み部４ｃがバレル部４ｂ内にばね部材を介して押し込まれ、半導体装置３の表面電極１５との接触を確実なものにする。

ここでは、プローブ４はＺ軸方向に摺動性を備えたバネ部を内蔵するが、これに限るものではなくバネ部を外部に備えたものでもよい。また、放電抑制の観点からスプリング式としているが、これに限るものではなくカンチレバー式、積層プローブ、又はワイヤープローブ等でもよい。

図３は、評価対象である複数の半導体装置が形成されたウエハを示す平面図である。図４は図３のＩ−ＩＩに沿った断面図である。複数の半導体装置３のうち不良チップにインク打点１６が付与されている。ここでは４つのチップが不良であり、インク打点１６は４つである。

外部から購入したウエハ２に既に良品チップ、不良チップの判別が行われている場合があり、その場合には良品と区別するために不良チップにインク打点１６のマーキング処理がなされている。インク打点１６は、インカーによりインクがチップ表面に塗布され、硬化したもので、塗布量や塗布時のインク粘度等により異なるが、半導体装置の表面に対して数百μｍ程度凸状態となっている。

続いて、本実施の形態に係る半導体装置の評価方法を説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の評価方法を示す図である。まず、絶縁基板５に設けられた画像処理用カメラ１３を用いて、ウエハ２に形成された複数の半導体装置３の全てについて１チップずつインク打点の有無を検出する。それに合わせて、ウエハ２における半導体装置３の位置情報（アドレス）を取得する。インク打点の有無と位置情報により不良チップ位置情報を形成する。図中の破線矢印は、インク打点検出時にプローブ基体部７が移動する方向を示す。検出結果は画像処理部１４に接続された評価・制御部１０にて保存する。その後、絶縁基板５に固定されたプローブ４を用いて、インク打点１６が無い半導体装置の電気特性を評価する。

図６は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の評価方法の変形例を示す図である。複数の半導体装置３の全てについて１チップずつインク打点の有無を検出する。それに合わせて、位置情報としてウエハ２の中心からの半導体装置３の距離（図中の破線矢印）を検出する。インク打点の位置をウエハマップレイアウトと重ね合わせて不良チップ位置情報を形成する。検出結果は画像処理部１４に接続された評価・制御部１０にて保存する。その後、絶縁基板５に固定されたプローブ４を用いて、インク打点１６が無い半導体装置の電気特性を評価する。

また、各半導体装置について１つずつインク打点の有無の検出と電気特性の評価を連続して実施してもよい。これにより、ウエハ２上をプローブ基体部７が移動する回数が減るため、工程を短縮することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、プローブ４が固定された絶縁基板５（プローブカード）にインク打点検出部である画像処理用カメラ１３を追加している。これにより、従来の評価装置を流用できるため、低コストで半導体装置３のインク打点の有無を検出することができる。

また、画像処理用カメラ１３は、評価時にプローブ４が接触する半導体装置３に対向する。これにより、評価の直前に、評価対象となる半導体装置３のインク打点の有無を検出することができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の評価装置を示す図である。実施の形態１ではインク打点検出部である画像処理用カメラ１３が評価時にプローブ４が接触する半導体装置３に対向していたが、本実施の形態では画像処理用カメラ１３は評価時にプローブ４が接触する半導体装置に隣接する半導体装置に対向する。即ち、画像処理用カメラ１３はプローブ４に対して１つの半導体装置分だけ横方向にずらして配置されている。これにより、次に評価の対象となる半導体装置３のインク打点の有無を事前に検出することができるため、工程を短縮できる。

なお、画像処理用カメラ１３が、評価時にプローブ４が接触する半導体装置３と、その半導体装置３に隣接する半導体装置３の両方に対向するようにしてもよい。これにより、ダブルチェックで誤検出を防止することができる。

また、絶縁基板５にスリットを設けて、画像処理用カメラ１３が絶縁基板５に対して位置を変えることができるようにしてもよい。また、リンク機構等により、画像処理用カメラ１３が絶縁基板５に対して角度を変えて、対向させる方向を変えることができるようにしてもよい。これにより、画像処理用カメラ１３がインク打点の有無を検出できる範囲を容易に変えることができる。従って、評価対象となる半導体装置３の大きさが変わっても同一のプローブカードで対応できるため、低コストであり、工程を短縮できる。

また、インク打点検出部は、画像処理用カメラ１３に限らず、半導体装置３の表面までの距離を計測する光学式距離センサでもよい。光学式距離センサの光源は例えば半導体レーザ又は赤外線等である。インク打点がある部分は、半導体装置３の他の表面部分と比較して凸であるため、プローブカード側から光学式距離センサにて距離を計測することでインク打点の有無を容易に検出することができる。

また、インク打点検出部は、距離検出用カメラでもよい。距離検出用カメラがインク打点を撮影し、その表面にピントを合わせてインク打点までの距離を計測することでインク打点の有無を容易に検出することができる。距離検出用カメラであれば従来装置を流用できるため、低コストである。

また、インク打点検出部は、放射率を固定した放射温度計でもよい。物質の放射率は材質によって異なるため、半導体装置３の表面にある接続パッドの導電材とインク打点のインク材とは放射率が異なる。放射温度計によりそれらの表面温度を検出すると、検出時において同一温度であっても放射率が異なるため、検出温度に差が生じる。このような検出温度の変化でインク打点の有無を容易に検出することができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の評価装置を示す図である。実施の形態１，２では非接触でインク打点の検出を行うため、インク打点検出部をプローブ４の先端よりＺ方向に凹ませてインク打点や半導体装置表面との接触を避けていた。これに対して、本実施の形態では、インク打点検出部として、半導体装置３に対向する接触センサ１７を用いる。接触センサ１７は、プローブ４の先端よりＺ軸下方向に突出している。

インク打点１６は半導体装置３の表面より凸なため、評価時にプローブ基体部７を半導体装置３に向けて下降した時、接触センサ１７は評価用のプローブ４より先にインク打点１６に接触する。接触センサ１７による接触の検出時間が短ければインク打点ありと判断できるため、インク打点の有無を検出することができる。

なお、接触センサ１７として、電気的評価を行なわず押し込み量を検出するダミープローブを用いてもよい。半導体装置の表面に接触する場合と、インク打点に接触する場合とでは、押し込み量に差が生じるため、インク打点の有無を検出することができる。押し込み量を検出する場合には接触センサ１７をプローブ４に対して突出させなくてもよい。

実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の評価装置を示す図である。複数のインク打点検出部１８を設けている。これにより、例えば、評価対象の半導体装置だけでなく、一つ評価前の半導体装置についてもインク打点の有無の検出を実施する。複数回検出を行うことにより誤検出の抑制が可能となる。複数のインク打点検出部１８は上述のカメラ又はセンサ等であるが、同一の種類に限らず、異なる種類のものでもよい。

１ チャックステージ、２ ウエハ、３ 半導体装置、４ プローブ、５ 絶縁基板、１０ 評価・制御部（評価部）、１３ 画像処理用カメラ（インク打点検出部）、１４ 画像処理部、１７ 接触センサ（インク打点検出部）、１８ インク打点検出部

Claims (16)

1. 複数の半導体装置が形成されたウエハを固定するチャックステージと、
   絶縁基板と、
   前記絶縁基板に固定されたプローブと、
   前記プローブを介して前記半導体装置に電流を流して前記半導体装置の電気特性を評価する評価部と、
   前記絶縁基板に設けられ、前記半導体装置のインク打点の有無を検出するインク打点検出部とを備えることを特徴とする半導体装置の評価装置。
2. 前記インク打点検出部は、評価時に前記プローブが接触する半導体装置に対向することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の評価装置。
3. 前記インク打点検出部は、評価時に前記プローブが接触する前記半導体装置に隣接する半導体装置に対向することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の評価装置。
4. 前記インク打点検出部は、評価時に前記プローブが接触する半導体装置と、その半導体装置に隣接する半導体装置の両方に対向することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の評価装置。
5. 前記インク打点検出部は、前記絶縁基板に対して位置を変えることができることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置の評価装置。
6. 前記インク打点検出部は、前記絶縁基板に対して角度を変えることができることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置の評価装置。
7. 前記インク打点検出部は、前記半導体装置の表面を撮影する画像処理用カメラと、前記画像処理用カメラが撮影した画像を画像処理する画像処理部とを有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置の評価装置。
8. 前記インク打点検出部は、前記半導体装置の表面までの距離を計測する光学式距離センサを有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置の評価装置。
9. 前記インク打点検出部は、前記半導体装置の表面までの距離を計測する距離検出用カメラを有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置の評価装置。
10. 前記インク打点検出部は、放射率を固定した放射温度計を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置の評価装置。
11. 前記インク打点検出部は、接触センサを有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置の評価装置。
12. 絶縁基板に設けられたインク打点検出部を用いて、ウエハに形成された複数の半導体装置のインク打点の有無を検出する工程と、
    前記絶縁基板に固定されたプローブを用いて、前記インク打点が無い半導体装置の電気特性を評価する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の評価方法。
13. 前記複数の半導体装置の全てについてインク打点の有無と位置情報を検出した後に、前記インク打点が無い半導体装置の電気特性を評価することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の評価方法。
14. 前記位置情報として前記ウエハの中心からの前記半導体装置の距離を検出することを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の評価方法。
15. 各半導体装置について１つずつ前記インク打点の有無の検出と前記電気特性の評価を連続して実施することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の評価方法。
16. 評価対象の半導体装置だけでなく、一つ評価前の半導体装置についても前記インク打点の有無の検出を実施することを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の評価方法。

Images