JP2001083208A - 半導体チップ解析用プローバ及び半導体チップ解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップの光検出を用いた半導体装置評
価解析において、表面解析と裏面解析の両方をより低コ
ストかつ短ＴＡＴにて行い得るようにする。 【解決手段】 解析用プローバ１０は、半導体ウェハと
同等の大きさを持つボード１と、ボード１の開口部に設
けられた石英板２と、ボード１上に設けられたマニピュ
レータ５を有する。プロービングの際のプローブ６から
の圧力を利用し、半導体チップ４を石英板２上に押しつ
けて固定する。表面解析時には、解析用プローバ１０を
通常用いられているウェハ解析装置のウェハステージ１
２上に（ａ）に示すように搭載し、プローブ６にて電気
的入力を行いつつ光学系１１を利用して解析を行う。裏
面解析時には、着脱可能板７を取り付けた上で（ｂ）に
示すように解析用プローバ１０を裏返しにしてウェハス
テージ１２上に搭載し、プローブ６にて電気的入力を行
いつつ光学系１１を利用して解析を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを解
析するための解析用プローバ及び解析装置に関し、特に
半導体チップを光学的に評価するための半導体チップ解
析用プローバと解析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の評価・解析を行う方法とし
て、半導体装置に電圧を印加しながら、故障箇所等から
発生する光を光検出装置にて観測するＥＭＳ(Emission
Microscope)法や、レーザー光で半導体チップ表面を走
査して、故障箇所等で発生する電流変化を検出するＯＢ
ＩＣ(Optical Beam Induced Current)法などがある。図
１３は、この種の半導体装置の評価・解析をウェハ状態
にて行うウェハ解析装置の従来例を示す断面図である。
ＣＣＤカメラやレーザー等の解析用の光学系１１が上方
に配置され、ウェハステージ１２に表面を上向きにして
半導体ウェハ１３を置く。解析用の光学系１１の下方に
被解析チップがくるようにウェハステージ１２を動かし
位置調整を行う。そして、半導体ウェハ１３は真空吸着
できる小多孔のあるウェハステージ１２により真空吸着
され固定される。その後、上方よりプローブ位置確認用
の顕微鏡１４を用いウェハ表面を確認しながら、プロー
ブ（金属探針）６の位置を以下の動作方法により設定
し、プロービングを行う。プローブ６の上下方向の動作
はプラテン１５に固定されたマニピュレータ５の調整ハ
ンドル２４ａを、また、半導体ウェハ表面方向の動作
は、調整用ハンドル２４ｂを用いて操作することにより
行われる。

【０００３】このようにプロービングされた後、プロー
ブ６を介して半導体チップ内の集積回路に電気的入力を
行い、上方から解析用の光学系１１を用いて故障箇所等
から発生した光の検出やレーザービームによる半導体チ
ップ表面の走査を行う。同時に、解析用の光学系１１
は、光の観測と合わせて被解析チップの表面像を観察
し、光の発生箇所や電流変化の発生箇所を特定すること
等により、被解析チップの評価解析を行う。上述より、
プロービングによる通常の解析においては、光学的な検
出や走査、及びプロービングはともにチップ表面から行
うことになる。尚、プローブ位置確認用の顕微鏡１４と
解析用の光学系１１は、両機能を備えた一体のものとし
て設置される場合もある。

【０００４】ところが、近年の半導体集積回路の大規模
化に伴い多層配線化が進み、金属配線に覆われたチップ
表面から故障箇所を特定することが困難になってきてお
り、このような集積回路の故障解析手法として、半導体
に対する透過率の高い赤外光を利用した、ＥＭＳ法、Ｏ
ＢＩＣ法などにより、チップ裏面から不良個所を検出す
る手法（裏面解析手法）が行われている。しかしなが
ら、利用できる光が赤外域に限定される裏面解析手法
は、より広い波長域が利用可能なチップ表面からの解析
に比べ、検出感度が鈍い等の問題があり、場合に依って
は表面解析手法が有効になる場合もある。そのような状
況に対処する必要から、チップ表面と裏面の両方から評
価・解析が可能な装置が多く市販されている。このよう
な解析装置においては、集積回路が形成されている半導
体チップの表面から電気的入力を行った上で、裏面解析
時はチップ裏面から、表面解析時はチップ表面から、光
学的な観察ができるような形態により半導体チップを保
持する必要がある。その為、このような解析装置におい
ては、不良箇所の検出機能を担う高価な解析用の光学系
は１系統に固定し、表面解析と裏面解析との場合によっ
て半導体チップの表裏を逆にして保持する手法が一般的
に採用されている。

【０００５】例えば、半導体チップを比較的加工の容易
なモールドパッケージ等に実装し、裏面解析手法に対し
てはチップ裏面側を、表面解析手法に対してはチップ表
面側を開封することにより、何れの解析手法にも比較的
容易に対応が可能である。即ち、パッケージ全体の表裏
を逆にして保持しても、集積回路の入出力端子はパッケ
ージ周辺のリード端子に引き出されている為、リード端
子を介して電気的入力が可能になる。但し、パッケージ
への実装と開封に掛かる時間の為、解析ＴＡＴ（turn a
round time）が長くなるという問題がある。図１４は、
裏面解析手法を示すモールドパッケージの断面図であ
る。半導体チップ４をアイランド１６にマウントした上
でワイヤボンディングを行って、集積回路の入出力端子
とリード１７を接続し、更にモールド樹脂１９により半
導体チップ４とボンディングワイヤ１８を固定する。そ
の後、チップ裏面のモールド樹脂１９とアイランド１６
を除去して、チップ裏面を露出させる裏面開口部２０を
開設する。そして、パッケージ収容機構を有する解析装
置において、リード１７より電気的入出力を行った上
で、裏面開口部２０を介して裏面解析を行う。

【０００６】一方、電気的入力にプロービングが必要
な、パッケージに実装していないチップ又はウェハ状態
のまま解析を行う場合には、チップの表裏を逆にすると
プロービングの方向も逆になる為、この変更は容易でな
い。図１５は、光学系１１が上方に配置され、半導体ウ
ェハに上・下方向よりプロービングが可能であるように
構成された解析装置の、裏面解析のために下側よりプロ
ービングを行う状態を示す断面図である。この場合に
は、着脱式ウェハステージ２１の中央部に開設された解
析用の開口部２２に、被解析チップがくるように半導体
ウェハ１３を置き、着脱式ウェハステージ２１側の接触
面に設けた多数孔を用い真空吸着により固定させる。そ
の後、解析装置に備えられたウェハステージ装着部（図
示なし）に、チップ裏面が上方を向くように着脱式ウェ
ハステージ２１をセットし、下方からプローブ位置確認
用のＣＣＤカメラ２３によりウェハ表面を確認しなが
ら、前記の従来例と同様に、プラテン１５に設置された
マニュピュレータ５の調整ハンドル２４ａ、２４ｂを操
作することによりプロービングを行なう。そして、プロ
ーブ６を介して半導体チップ内の集積回路に電気的入力
を行った上で、上記開口部２２から解析用の光学系１１
を用い裏面解析を行なう。なお、この解析装置を用いて
表面解析を行う場合には、マニュピュレータ５をプラテ
ン１５の反対側に取り付けるとともに着脱式ウェハステ
ージ２１とＣＣＤカメラ２３を取り外して、下方に表面
解析用のウェハステージを置き、半導体ウェハをその上
に固定した後、顕微鏡と一体化した解析用の光学系１１
により上方からプロービングと表面解析を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、半導
体チップをパッケージに実装して解析する場合、解析Ｔ
ＡＴが長くなるということであり、裏面解析を行う場合
には、特に解析ＴＡＴが長くなる。その理由は、半導体
集積回路への電気的入力を可能にする為、半導体チップ
をパッケージに実装した上で、不良解析の為に所望の箇
所を開封する必要がある為である。表面解析の際は、チ
ップ裏面をアイランド上に鑞材により固定した上、ボン
ディングを行うのみの簡易的な実装によっても、解析は
可能になるが、裏面解析の際は、チップ裏面を開放した
ままボンディングを行なうことが困難な為、簡易的な実
装で対処することは難しい。この場合、チップ裏面をア
イランド上に鑞材により固定し、ワイヤボンディングを
行なった後、モールド樹脂等により半導体チップとボン
ディングワイヤとリードを固定し、更に、チップ裏面側
のモールド樹脂、アイランド、及び鑞材の除去と、半導
体チップ裏面の鏡面研磨を行う必要がある。

【０００８】第２の問題点は、半導体チップにプロービ
ングした状態で、チップ表面とチップ裏面の何れの方向
からの解析も可能にする場合、解析コストが高くなるこ
とである。その理由は、表面解析と裏面解析を両立させ
た解析装置は高価になるためである。不良箇所の検出機
能を担う解析用の光学系を１系統に固定し、表面解析と
裏面解析とで、半導体チップの表裏を逆にして保持する
場合、プロービングの方向も逆になる為、特殊なプロー
ビング機構を備えた高価なプローバが必要になる。これ
に対して、不良箇所の検出機能を担う解析用の光学系を
２系統に増設すれば、プロービングの方向を一方に固定
した上で表面解析と裏面解析とが可能になる。しかしな
がら、裏面解析の為に光学的な検出を行うチップ裏面
と、プロービングを行うチップ表面を同時に露出させて
おく必要性は変わらず、高価な解析用の光学系の追加に
より、特殊なプロービング機構を追加するよりも、解析
装置は更に高価なものとなる。

【０００９】第３の問題点は、半導体チップ裏面を上方
に向けて、下方からプロービングする場合に、ステージ
に半導体チップを真空吸着により固定しようとすると、
半導体チップの形状が制約されてしまう為、特定の形状
の半導体チップ解析が困難となることである。その理由
は、裏面解析の為のステージ開口部よりも小さい寸法形
状のチップの場合は、チップ周辺部に真空吸着の為の保
持領域を確保出来ない為である。ステージ開口部が大き
すぎると、小さいチップは固定できず、ステージ開口部
が小さすぎると、チップ全体の観察が困難となる。一
方、開口部の大きさが異なるステージを多数用意すれ
ば、種々の形状・寸法の半導体チップの保持が可能にな
るが、真空吸着機構を備えたステージを多数用意するこ
とは、解析コストを引き上げることになる上、解析毎に
ステージを作成していては、解析ＴＡＴの長期化を招く
ことにもなる。又、真空吸着の為の保持領域は、ステー
ジに覆われて裏面解析を行うことが出来ないため、その
領域の不良は検出することが出来ないという問題もあ
る。したがって、真空吸着による固定方法においては、
ペレット状に切り出された半導体チップ全体を解析する
ことは困難ということである。

【００１０】第４の問題点は、半導体チップ裏面を上方
に向けて、下方からプロービングする場合、その作業性
には難点があることである。その理由は、半導体チップ
表面の観察をＣＣＤカメラ等の限られた視野内にて行わ
なければならない為である。半導体チップ表面を上方に
向けて解析を行う通常のウェハプローバの設定時におい
ては、被解析チップのウェハ内位置を目視により確認し
た上で、顕微鏡下に移動させ顕微鏡によりプローブと半
導体チップ上のパッド（電気端子部）の位置を確認しな
がら、マニピュレータを操作してプロービングを行う。
このとき、顕微鏡観察像が正立正像であれば、顕微鏡視
野にて観察されるプローブの方向と操作するマニピュレ
ータの方向が一致するために作業性が良い。ところが、
半導体チップ裏面を上方に向けた状態にて半導体チップ
表面を観察する場合は、目視においては下から上を見上
げる体勢になる為、プロービングの作業性が悪くなる。

【００１１】そこで、上記従来例のようにＣＣＤカメラ
等によるモニター画像が利用される場合が多いが、ＣＣ
Ｄカメラ等の限られた視野においては、同じパターンの
チップが多数並んだウェハ上から特定の被解析チップを
選定する作業を行う際の作業性が悪くなる。又、モニタ
ー映像を見ながら、マニピュレータを操作する場合、画
面上において観察されるプローブの方向と操作するマニ
ピュレータの方向が、感覚的に一致するようになるまで
には、多少の熟練性が必要となる。これらの作業性を改
善する為に、遠隔操作が可能な電動式マニピュレータと
電動式ステージを用い、コンピュータのモニター上でプ
ロービングの操作を行うことも可能ではあるが、それだ
け解析設備も高価になり、解析コストが上昇するという
問題がある。

【００１２】従って、本発明の課題は上述した従来技術
の問題点を解決することであって、その目的は、ウェハ
表面を上方に向けて固定するウェハプローバ用のウェハ
ステージを有する解析装置を用い、半導体チップにプロ
ービングを行った上に、チップ表面とチップ裏面の何れ
の方向からでも解析を可能にして、低コストかつ短ＴＡ
Ｔな不良解析を可能にすることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、半導体チップが搭載されるチップ
ステージと、前記半導体チップの表面側より該半導体チ
ップに接触する複数のプローブと、を備えた半導体チッ
プ解析用プローバであって、前記チップステージの少な
くとも半導体チップと接触する部分は赤外線透過板によ
って構成され、かつ、前記半導体チップは前記プローブ
のプロービング時の圧力により前記チップステージ上に
押しつけられて前記チップステージ上に固定されること
を特徴とする半導体チップ解析用プローバ、が提供され
る。

【００１４】そして、好ましくは、前記プローブは、前
記チップステージに支持されたマニピュレータにより上
下及び水平方向の移動が可能である。また、好ましく
は、前記ステージ上に、半導体チップの少なくとも一側
面を支える滑り止めが形成されている。さらに、好まし
くは、前記チップステージ上に、前記半導体チップに対
してプロービングを行った状態で、その上方を覆う着脱
可能な覆い板を設置することが可能である。

【００１５】また、上記の目的を達成するため、本発明
によれば、前記半導体チップに対してプロービングを行
った状態で上記の半導体チップ解析用プローバを、プロ
ーバステージ上に、前記チップステージまたは前記覆い
板の前記半導体チップと対向する面とは反対側の面を前
記プローバステージ上に接触させた状態にて、搭載し、
前記プローバステージ上方に設置された光学系を利用し
て前記半導体チップに対する解析を行うことができるこ
とを特徴とする半導体チップ解析装置、が提供される。

【００１６】そして、好ましくは、前記プローバステー
ジは、前記チップステージ又は前記覆い板を真空吸引す
ることにより前記半導体チップ解析用プローバを保持す
る。さらに、前記プローバステージ上方には、光学系が
備えられており、前記プローバステージと前記光学系の
少なくとも一方は水平方向に移動が可能である。

【００１７】

【作用】本発明の解析用プローバは、半導体ウェハから
切り出された半導体チップの状態にてプロービングを行
う為、小型化が可能な上、滑り止めが設けられているこ
とにより、プロービングの圧力により半導体チップを固
定することが可能になるという特徴がある。従って、真
空吸着の機構が不要になり、より様々な形状のチップの
固定が可能になるという効果が得られる上、構造が小型
で単純であることから、製造コストも低く抑えられる。
又、小型化により軽量化も可能な為、プロービングした
まま持ち運んだり、表裏を逆にする等の取扱いが容易に
なる。即ち、不良解析を行う上においては、プロービン
グのみによりパッケージに実装することと同じ効果が得
られることになり、パッケージに実装する時間が省略で
きる為、解析ＴＡＴの短縮が可能になる。

【００１８】又、本発明の解析用プローバは、赤外光の
透過可能な板に半導体チップの裏面を押し付けて固定す
るため、赤外線透過板を介して裏面解析を行なうことが
出来る特徴がある。従って、パッケージに実装して裏面
解析を行う場合に比べ、チップ裏面を開封する作業が不
要になり、解析ＴＡＴが更に短縮される効果が得られ
る。一方、半導体チップを真空吸着により固定してプロ
ービングを行う場合に比べ、チップ周辺部に真空吸着の
為の保持領域を必要としないため、より様々な形状の半
導体チップ裏面全体の解析が可能になるという効果が得
られる。更に、本発明の解析用プローバは、着脱可能板
を装着する機構を有することにより、表裏を逆転させて
も、ウェハ表面を上方に向けて固定する表面解析手法に
用いられるウェハプローバ用のウェハステージ上に真空
吸着により固定することが可能である。従って、通常の
表面解析手法に用いられるウェハプローバ用のウェハス
テージを有する解析装置により、表面解析と裏面解析の
両方の解析が可能になるため、高価な解析装置が不要と
なり、解析コストの上昇を抑えることが出来る効果を得
られる。

【００１９】

〔第１の実施の形態〕

〔構成の説明〕図１は本発明における第１の実施の形態
を説明する為の解析用プローバの縦断面図、図２はその
斜視図である。本発明の半導体チップ解析用プローバ１
０は、半導体ウェハ程度の寸法を有するボード１にて全
体のフレームが構成され、そのボード１の一部又は全部
は石英板２のような赤外光の透過可能な材質により構成
されている。そのボード１を基礎として上にはプロービ
ングを行う為の複数のマニピュレータ５が配置され、
又、そのボード上の赤外光が透過可能な領域内に、半導
体チップ４の少なくとも一側面を支える為の凸状の滑り
止め３が配置されている。尚、滑り止め３はプラスチッ
クやガラス等の加工し易いものにより形成されている。
更に、ボード１上にはボード上部を覆う着脱可能板７
と、それを支える為の支柱７ａが備えられている（図２
においては着脱可能板７及び支柱７ａは図示せず）。
尚、着脱可能板７は、必要に応じて（即ち、裏面解析時
に）ボード１にビス等により取り付けられるものであ
る。本実施の形態では、支柱７ａは着脱可能板７側に固
定されているが、支柱はボード側に固定しておき着脱可
能板をその支柱に着脱するようにしてもよい。

【００２０】尚、図１においてボード１は、２枚の金属
板の間に石英板２を挟み込む構造になっているが、これ
はマニピュレータ５や支柱７ａを配置する部分を金属に
より構成することによって、機械的な強度を維持する為
である。さらに、表面解析時にボード１をウェハプロー
バのウェハステージ上に真空吸着により固定させる際
は、ボード１底面がウェハステージ上に密着して置くこ
とが出来る程度に平坦に研磨され、かつ、金属板と石英
板２の間はゴム製のＯリング等を介すなどして密着させ
るようにすると良い。また、裏面解析を行う為に、少な
くとも半導体チップ４裏面と接触し固定されるボード１
の部分が、赤外光の透過可能な材料により構成されてい
なければならない。尚、着脱可能板７は、表面解析手法
に用いられる通常のウェハプローバ用のウェハステージ
上に、本発明の解析用プローバを置いて裏面解析を行う
場合に、真空吸着により固定する為のものである。従っ
て、その上面は、ウェハステージ上に密着して置くこと
が出来る程度に、平坦に研磨されていることが望まし
い。

【００２１】マニピュレータ５は、小型のプローバによ
って、より多くのプロービングを可能にする為、出来る
だけ小さい寸法形状のものを装備する。例えば、図１５
に示すような、プローブの位置調整を行うネジを回す為
の調整ハンドル２４ａ、２４ｂが付いた型式のマニピュ
レータは、寸法が大きくなるため図１に示すような、調
整ネジ５ａをドライバのような治具を用いてネジを回す
ような型式のものや、ハンドル部分が着脱可能な型式の
ものが望ましい。特に、通常のウェハプローバ用のウェ
ハステージ上に、本発明の解析用プローバを置いて裏面
解析を行う場合、半導体チップの固定位置が、通常の半
導体ウェハの位置よりも高くなるという問題が生じる。
このような場合においても、通常のウェハプローバ用の
ウェハステージによる裏面解析を可能にする為、解析用
の光学系の可動範囲以上に半導体チップの固定位置が高
くなることは避けなければならない。その為、図１に示
すような支柱７ａの高さを低く抑えることが出来るよう
な嵩の低い型のマニピュレータ５を用いれば、このよう
な要求を満たすことが可能になる。

【００２２】上記の構成から成る本発明の解析用プロー
バにおいては、表面解析あるいは裏面解析の際に、通常
のウェハプローバを有する解析装置のウェハステージ上
に真空吸着により固定させることが出来る。通常のウェ
ハ解析装置の中には、半導体チップ内の不良個所の特定
に、ウェハステージ上に座標を設定して利用できるよ
う、高精度なステージ移動能力を持っているものがあ
る。しかしながら、ウェハステージの移動精度が如何に
優れていても、ステージ上の半導体チップが十分に固定
されていなければ、ステージ移動の際の振動等により微
妙に固定位置がずれてしまう為、不良箇所の座標を正確
に特定することは出来なくなる。従って、解析による不
良個所の特定に、ウェハステージの座標を利用する場合
は、真空吸着による固定が不可欠である。

【００２３】〔動作の説明〕評価解析の実施に先立ち、
先ず、解析を行う半導体チップ４の底面をボード１に、
側面を滑り止め３にあてがった後、半導体チップ４を中
心に、滑り止め３と反対側の位置に配置されているマニ
ピュレータ５にてプローブ６を半導体チップ上のパッド
にあてがいプロービングする際の状態にして、図３
（ａ）に示されるように、例えば通常のウェハ解析装置
のウェハステージ１２上に真空吸着により固定する。そ
して、ウェハ解析装置に標準的に装備されている図外顕
微鏡を利用し、マニュピュレータ５の調整ネジ５ａを調
整してプロービングを行う。これにより、プローブ６か
らの力にて半導体チップ４はその底面方向、及び側面方
向に押しつけられて固定される。尚、このとき、この解
析装置に元から装備されているプロービング機構は取り
外される。あるいは、本半導体チップ解析用プローバ１
０と競合することのない位置に待避される。

【００２４】その後、評価・解析を表面解析の方法にて
行う場合は、この状態のままで、プローブ６を介して電
気的入力を行い、光学系１１を用いて半導体チップ４の
表面側から半導体チップ４の評価・解析を行う。裏面解
析の方法にて行う場合には、解析用プローバ１０をウェ
ハステージ１２から取り外した後、着脱可能板７をボー
ド上に装着し、図３（ｂ）に示されるように、解析用プ
ローバ１０全体を裏返し、着脱可能板７を下にして、ウ
ェハステージ１２上に載置し、真空吸引して固定する。
このような状態に設定した後、解析用プローバのプロー
ブ６を介して電気的入力を行い、石英板２を介して半導
体チップ４の裏面側から不良個所を検出していく。尚、
解析用プローバの位置調整が必要ならばウェハステージ
１２を動かすことにより調整を行う。

【００２５】次に、図４を参照してプロービング時に半
導体チップにかかる力の関係を説明する。マニピュレー
タと滑り止め３の位置は、半導体チップ４に対してプロ
ービングを行った際、その圧力により半導体チップ４が
滑り止め３に押し付けられるような位置に予め配置して
おく。半導体チップ４へのプロービングは、チップ面の
法線方向に対して傾斜を持たせたプローブ６の先端部
を、半導体チップ上のパッドへ押し当てて行う。このと
き半導体チップ４がプローブ６から受けるプローブ圧
は、図４に示すように、プローブ６の弾性により、下方
に押し付けようとするプローブ圧８ｖと、水平方向に滑
らせようとするプローブ圧８ｈとから成る。このうち、
前者は石英板２から受ける反発力９ｖと、後者は滑り止
め３から受ける反発力９ｈと釣合うことにより、半導体
チップ４が固定される。滑り止め３は接着剤３ａによ
り、石英板２上に固定するが、種々のチップ形状に対応
できるよう、容易に着脱可能な両面テープのようなもの
により固定しても良い。尚、ここで、半導体チップ４に
加わる重力は、プローブ圧に比較して小さいため無視で
きるものとする。

【００２６】続いて、半導体チップを固定させておく為
に必要な滑り止めの形状について説明する。図５〜図７
は、各々、滑り止め３の平面形状の例を示す平面図であ
る。図５の滑り止め３は半導体チップ４の一辺のみを支
えるものであり、プローブ圧がその一辺に集中している
場合には有効である。プロービング圧９の方向は、必ず
しも一方向に集中することは限らないが、電気的接続を
行わないプローブ６によって適当なチップ内位置をプロ
ービングするダミープロービングにより、全体としての
プローブ圧の方向を調整することは可能である。このよ
うなダミープロービングは、プロービング必要端子数が
少なく、裏面解析時の解析用プローバの裏返時も含め、
半導体チップ４を固定するのに必要なプローブ圧が不足
する場合にも有効である。

【００２７】しかしながら、プロービング必要端子数に
依っては、プローブ圧の方向を調整する為のダミープロ
ービングに利用可能なプローブが確保出来ない場合もあ
る。その場合、図６、図７に示すように、二辺を支える
ようにすることにより、半導体チップ４を安定して固定
することができる。図６の滑り止め３は半導体チップ４
の一角を中心にして支えるものであり、プローブ圧がそ
の一角付近に集中するように配置すると、より効果的で
ある。図７も半導体チップ４の二辺を支えるものである
が、各辺を別々の滑り止め３により支えるようにしてい
る為、半導体チップ４の切り出し方等に依存して、２辺
の成す角が直角から外れている場合でも、各滑り止め３
の成す角を調整出来る為、より安定して固定することが
可能である。更に、図８の滑り止め３は、半導体チップ
４端部の２点を支えるようにしている為、プロービング
圧９との釣合がとれるように半導体チップ４の向きを調
整することにより、割れたウェハの欠片等、より様々な
形状のチップにおいても、安定して固定することが出来
る。

【００２８】〔第２の実施の形態〕図９は本発明の第２
の実施の形態を説明する為の解析用プローバの縦断面
図、図１０はその斜視図である。一般にマニピュレータ
によるプロービングは、寸法形状やパッド配置の異なる
半導体チップに対しても柔軟に対応できるという利点が
あるが、マニピュレータ１個当たりのボード上における
占有面積が大きい為、ボードの面積によりプロービング
可能本数が制限されることになる。図１、図２に示され
るように第１の実施の形態においては、半導体チップ４
を中心に、滑り止め３と反対側の位置にのみマニピュレ
ータ５が配置されていた。これに対し、ボードの面積に
余裕が持てる場合には、図９、図１０に示されるような
第２の実施の形態にすると良い。その構造としては、半
導体チップ４を中心にして、滑り止め３と反対側の位置
のマニピュレータ５Ａに加え、滑り止め３と同じ側にも
マニピュレータ５Ｂが配置されている。その他の構造に
ついては、第１の実施の形態と同様である。また、不良
箇所の検出や解析の方法等も第１の実施の形態と同様に
して行う。よって、本実施の形態の装置を用いることに
より、さらに多くのプロービングを可能となる。

【００２９】次に、プロービング時に半導体チップにか
かる力の関係を説明する。滑り止め３と同じ側に配置さ
れたマニピュレータ５Ｂによるプローブ圧により発生す
る水平方向の力は、半導体チップ４を滑り止め３から引
き離す方向に働くことになるが、滑り止め３と反対側に
配置されたマニピュレータ５Ａによるプローブ圧により
発生する水平方向の力よりも大きくならない限り、全体
として半導体チップ４を滑り止め３に押し付けるような
圧力を掛けることは可能である。即ち、半導体チップ４
は、その底面をボード１に、側面を滑り止め３にあてが
われた後、まず、滑り止め３と反対側に配置されたマニ
ピュレータ５Ａによるプロービングにより、半導体チッ
プ４の底面、及び側面が押しつけられて固定される。そ
の後、滑り止め３と同じ側に配置されたマニピュレータ
５Ｂによりプロービングすることによって、半導体チッ
プ４の固定位置をずらすことなく、プロービングが可能
となる。この時、仮に滑り止め３と同じ側に配置された
マニピュレータ５Ｂによるプローブ圧により発生する水
平方向の力が、滑り止め３と反対側に配置されたマニピ
ュレータ５Ａによるプローブ圧により発生する水平方向
の力よりも大きくなり、全体として、半導体チップ４を
滑り止め３から引き離す方向の力が働いたとしても、そ
の力が半導体チップ４と石英板２の間に働く摩擦力より
も大きな力にならない限り、半導体チップ４の位置がず
れることはない。

【００３０】図１０のように、プロービング本数を増加
させているならば、半導体チップ４を石英板２に押し付
ける力が大きくなっており、石英板２から半導体チップ
４に働く反発力も大きくなっている。従って、滑り止め
３と同じ側に配置されたマニピュレータ５Ｂと、滑り止
め３と反対側に配置されたマニピュレータ５Ａの数が同
じ程度あるいはマニピュレータ５Ａの数が多い限り、上
記の手順でプロービングすることにより、半導体チップ
４をプロービング状態にて固定することは可能である。
さらには、第１の実施の形態と同様にして、ダミープロ
ービングにより、全体としてのプローブ圧の方向を調整
したり、半導体チップ４を固定してもよい。

【００３１】〔第３、４の実施の形態〕図１１、図１２
は、それぞれ本発明の第３、第４の実施の形態を示す縦
断面図である。第１、第２の実施の形態では、ボード１
を下にして解析用プローバ１０をウェハステージ上に搭
載するとき、ウェハステージの真空吸引により石英板２
が下に凸となるように曲がる恐れがある。第３、第４の
実施の形態は、この点に対処したものである。図１１に
示す第３の実施の形態では、石英板２を、下に突起部を
有する形状に構成して、石英板２の底面がボード１の底
面と一致するようにしている。これ以外は、図１に示す
第１の実施の形態と変わるところはない。

【００３２】図１２に示す第４の実施の形態では、石英
板２の外形をボード１の外形と同じにし、その中央部に
突起部を設けてそこに半導体チップ４を搭載するように
している。石英板２は接着剤等を用いてボード１に固着
されている。これ以外は、図１に示す第１の実施の形態
と変わるところはない。尚、この第４の実施の形態を変
更して、石英板２に突起部を設けずに、半導体チップ４
を平坦な石英板上に搭載するようにしてもよい。

【００３３】以上好ましい実施の形態について説明した
が、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請
求の範囲に記載された範囲内において適宜の変更が可能
なものである。例えば、上記の実施の形態では、本発明
に係る解析用プローバは、ウェハ解析装置のウェハステ
ージ上に搭載するものとして説明したが、必ずしもその
ようにする必要はなく、専用の解析装置を用意してこれ
を用いるようにしてもよい。この場合にも、本発明の解
析用プローバが装着されるステージは光学系に対し相対
的に精度よく水平方向に移動できるものであることが望
ましい。また、専用の解析装置を用意する場合には、本
発明の解析用プローバが載置されるステージに設ける真
空吸引用の細孔は、ボード１と接触する部分のみとして
もよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の効果として、パッケージに実装して解析する場合
に比べて、解析ＴＡＴの短縮が可能になる。その第一の
理由は、半導体ウェハから切り出された半導体チップの
状態にてプロービングを行うようにしたことにより、解
析用プローバとして、小型、軽量化を可能にし、プロー
ビングしたままで、持ち運んだり、表裏を逆にする等の
取扱いを容易にしたから為である。即ち、不良解析を行
う上においては、プロービングのみでもパッケージに実
装することと同じ効果が得られることになり、パッケー
ジに実装する時間が省略できるようになるからである。
その第二の理由は、赤外光の透過可能な材質のステージ
に半導体チップの裏面を押し付けて固定することによ
り、ステージを介して裏面解析を行うことが可能にな
り、実装されたチップ裏面を開封する作業が不要になる
からである。

【００３５】第２の効果として、プロービングにより解
析を行なう場合に、表面解析と裏面解析の両方の解析を
可能にしながら、解析コストの上昇を抑えることが可能
になる。その第一の理由は、半導体ウェハから切り出さ
れた半導体チップの状態にてプロービングを行い、その
プロービングの圧力によって半導体チップを固定するよ
うにしたことにより、専用の真空吸着の機構が不要にな
り、構造が小型かつ単純に出来る為、製造コストが低く
抑えられるからである。その第二の理由は、赤外光の透
過可能な材質のステージに半導体チップの裏面を押し付
けて固定するようにした上で、着脱可能板を装着する機
構を設けたため、通常のウェハ解析装置用のウェハステ
ージ上にて、表裏を逆転させるだけで、表面解析と裏面
解析の両方の解析が可能となり、高価な解析装置が不要
となるからである。

【００３６】第３の効果として、半導体チップを真空吸
着によって固定して裏面解析を行う場合に比べて、チッ
プの寸法形状に対する制約を緩和することが可能にな
る。その理由は、赤外光の透過可能な材質のステージに
半導体チップの裏面を押し付けて固定することにより、
チップ周辺部に真空吸着の為の保持領域を必要とせず、
より様々な形状のチップの固定が可能になるからであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における第１の実施の形態を説明する
為の解析用プローバの縦断面図。

【図２】 本発明における第１の実施の形態を説明する
為の解析用プローバの斜視図。

【図３】 本発明における第１の実施の形態による裏面
解析の設定を説明する為の縦断面図。

【図４】 本発明における第１の実施の形態を説明する
為に半導体チップにかかる力を示した縦断面図。

【図５】 本発明における半導体チップの固定方法を説
明する為の平面図（その１）。

【図６】 本発明における半導体チップの固定方法を説
明する為の平面図（その２）。

【図７】 本発明における半導体チップの固定方法を説
明する為の平面図（その３）。

【図８】 本発明における半導体チップの固定方法を説
明する為の平面図（その４）。

【図９】 本発明における第２の実施の形態を説明する
為の解析用プローバの縦断面図。

【図１０】 本発明における第２の実施の形態を説明す
る為の解析用プローバの斜視図。

【図１１】 本発明における第３の実施の形態を説明す
る為の解析用プローバの縦断面図。

【図１２】 本発明における第４の実施の形態を説明す
る為の解析用プローバの縦断面図。

【図１３】 従来におけるの表面解析手法を説明する為
のウェハプローバの縦断面図。

【図１４】 従来における裏面解析手法を説明する為の
縦断面図。

【図１５】 従来における裏面解析手法を説明する為の
ウェハプローバの縦断面図。

【符号の説明】

１ ボード ２ 石英板 ３ 滑り止め ３ａ 接着剤 ４ 半導体チップ ５、５Ａ、５Ｂ マニピュレータ ５ａ 調整ネジ ６ プローブ ７ 着脱可能板 ７ａ 支柱 ８ｖ、８ｈ プローブ圧 ９ｖ、９ｈ 反発力 １０ 半導体チップ解析用プローバ １１ 解析用の光学系 １２ ウェハステージ １３ 半導体ウェハ １４ 顕微鏡 １５ プラテン １６ アイランド １７ リード １８ ボンディングワイヤ １９ モールド樹脂 ２０ 裏面開口部 ２１ 着脱式ウェハステージ ２２ 開口部 ２３ ＣＣＤカメラ ２４ａ、２４ｂ 調整ハンドル

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップが搭載されるチップステー
   ジと、前記半導体チップの表面側より該半導体チップに
   接触する複数のプローブと、を備えた半導体チップ解析
   用プローバであって、前記チップステージの少なくとも
   半導体チップと接触する部分は赤外線透過板によって構
   成され、かつ、前記半導体チップは前記プローブのプロ
   ービング時の圧力により前記チップステージ上に押しつ
   けられて前記チップステージ上に固定されることを特徴
   とする半導体チップ解析用プローバ。
2. 【請求項２】 前記プローブは、前記チップステージに
   支持されたマニピュレータにより上下及び水平方向の移
   動が可能であることを特徴とする請求項１記載の半導体
   チップ解析用プローバ。
3. 【請求項３】 前記チップステージ上に、半導体チッ
   プの少なくとも一側面を支える滑り止めが形成されてい
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体チップ
   解析用プローバ。
4. 【請求項４】 赤外線透過板が、石英ガラスによって構
   成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに
   記載の半導体チップ解析用プローバ。
5. 【請求項５】 前記プローブには、前記半導体チップに
   対する電気的接続を伴わないダミーのプローブが含まれ
   ており、該ダミーのプローブによってもプロービングが
   行われることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載
   の半導体チップ解析用プローバ。
6. 【請求項６】 前記チップステージが、前記半導体チッ
   プが搭載される赤外線透過板と、前記赤外線透過板を保
   持し、前記マニュピュレータを支持するボードとを含ん
   で構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れ
   かに記載の半導体チップ解析用プローバ。
7. 【請求項７】 前記赤外線透過板の底面が、前記ボード
   の底面と概略一致していることを特徴とする請求項６記
   載の半導体チップ解析用プローバ。
8. 【請求項８】 前記赤外線透過板は、前記ボードに気密
   に保持されていることを特徴とする請求項６または７記
   載の半導体チップ解析用プローバ。
9. 【請求項９】 前記チップステージ上に、前記半導体チ
   ップに対してプロービングを行った状態で、その上方を
   覆う着脱可能な覆い板を設置することが可能であること
   を特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の半導体チッ
   プ解析用プローバ。
10. 【請求項１０】 前記チップステージ上には、前記覆い
    板を固定するための支柱が設けられていることを特徴と
    する請求項９記載の半導体チップ解析用プローバ。
11. 【請求項１１】 前記半導体チップに対してプロービン
    グを行った状態で請求項１〜１０の何れかに記載された
    半導体チップ解析用プローバを、プローバステージ上
    に、前記チップステージまたは前記覆い板の前記半導体
    チップと対向する面とは反対側の面を前記プローバステ
    ージ上に接触させた状態にて、搭載し、前記プローバス
    テージ上方に設置された光学系を利用して前記半導体チ
    ップに対する解析を行うことができることを特徴とする
    半導体チップ解析装置。
12. 【請求項１２】 前記プローバステージは、前記チップ
    ステージ又は前記覆い板を真空吸引することにより前記
    半導体チップ解析用プローバを保持することを特徴とす
    る請求項１１記載の半導体チップ解析装置。
13. 【請求項１３】 前記プローバステージには、ウェハを
    解析するための光学系を備えたウェハ解析装置のウェハ
    ステージが用いられることを特徴とする請求項１１また
    は１２記載の半導体チップ解析装置。