JP2006100352A - Method of analyzing fault of semiconductor chip - Google Patents
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Description
本発明は、LSI等の半導体チップの故障解析方法に関するものであり、特にウエハ上における故障箇所の分布を解析するものである。 The present invention relates to a failure analysis method for a semiconductor chip such as an LSI, and in particular, to analyze the distribution of failure locations on a wafer.
従来の半導体装置の故障解析方法は、エミッション顕微鏡を使用して所定のウエハ上に形成された複数の半導体記憶装置それぞれの発光状況を前記所定のウエハ上に一括表示する発光ウエハマップを生成するステップと、各製造工程毎の欠陥をウエハ上に一括表示する複数の欠陥ウエハマップを生成するステップとを備え、前記複数の半導体記憶装置の不良ビットを前記所定のウエハ上に一括表示するフェイルビットマップを生成するステップと、ネットワークにより、前記発光ウエハマップ、前記複数の欠陥ウエハマップおよび前記フェイルビットマップのデータ管理および上記3種類のマップのうち2種類のマップ間の照合処理を行い、前記複数の半導体記憶装置の故障解析を行うステップと、をさらに備えていた(例えば、特許文献1参照)。 According to a conventional failure analysis method for a semiconductor device, a step of generating a light emitting wafer map that collectively displays the light emission statuses of a plurality of semiconductor memory devices formed on a predetermined wafer on the predetermined wafer using an emission microscope. And a step of generating a plurality of defect wafer maps that collectively display defects for each manufacturing process on the wafer, and a fail bit map that collectively displays defective bits of the plurality of semiconductor memory devices on the predetermined wafer And a network to perform data management of the light emitting wafer map, the plurality of defective wafer maps and the fail bit map, and a matching process between two types of maps among the three types of maps, And a step of performing a failure analysis of the semiconductor memory device (for example, Patent Document 1). Irradiation).
しかしながら、上記従来の故障解析方法は、良品を含む複数の半導体記憶装置が形成されたウエハをそのまま故障解析試料として用い、故障解析後に故障解析によって特定された箇所をSEM(走査電子顕微鏡)やTEM(透過電子顕微鏡)等で詳細に観察したり、元素分析する物理解析を行っていた。この物理解析は、ウエハに種々の加工処理を施しながら特定した故障位置を観察・分析し、故障を引き起こした物理的な原因を明らかにするための解析で、ウエハ表面の絶縁膜や金属配線などを除去して行なう破壊解析となる。それゆえ、上記従来技術では、ウエハ上に存在する良品の半導体記憶装置も破壊されてしまい、良品の半導体記憶装置(良品チップ)が無駄になってしまうという問題点があった。 However, in the above-described conventional failure analysis method, a wafer on which a plurality of semiconductor memory devices including non-defective products are formed is used as a failure analysis sample as it is, and a location specified by failure analysis after failure analysis is determined by SEM (Scanning Electron Microscope) or TEM. Observations were made in detail with a (transmission electron microscope) or physical analysis for elemental analysis was performed. This physical analysis is an analysis to observe and analyze the specified failure location while performing various processing on the wafer, and to clarify the physical cause that caused the failure. Destructive analysis is performed by removing. Therefore, the conventional technology has a problem that a non-defective semiconductor memory device existing on the wafer is destroyed, and a non-defective semiconductor memory device (non-defective chip) is wasted.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、良品チップを無駄にすることなく、複数の半導体チップのウエハ上の故障分布状況を解析することができる半導体チップの故障解析方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a failure analysis method for a semiconductor chip that can analyze a failure distribution situation on a wafer of a plurality of semiconductor chips without wasting non-defective chips. With the goal.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の半導体チップの故障解析方法は、良品チップと不良品チップが識別されたウエハをダイシングカットし、ダイシングカットされたウエハから良品チップを抜き取る第1のステップと、残った不良品チップのウエハ上の位置を判別し、該不良品チップのウエハ上の位置を示す第1の位置情報を記憶するとともに、前記不良品チップをピックアップして解析ステージ上に移送する第2のステップと、解析ステージ上の各不良品チップを故障解析することにより各不良品チップ内での故障位置を示す第2の位置情報を作成し、作成した第2の位置情報および前記記憶された第1の位置情報に基づきウエハマップ上に不良品チップおよび不良品チップ内での故障位置を識別表示する第3のステップと、を含むことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the failure analysis method for a semiconductor chip according to the present invention performs dicing cutting on a wafer in which good chips and defective chips are identified, and converts the non-defective chips from the dicing cut wafer. A first step of extracting and determining a position of the remaining defective chip on the wafer; storing first position information indicating a position of the defective chip on the wafer; and picking up the defective chip A second step of transferring to the analysis stage, and a second position information indicating a failure position in each defective product chip by creating a failure analysis of each defective product chip on the analysis stage and creating the second And a third step for identifying and displaying the defective chip and the failure position in the defective chip on the wafer map on the basis of the position information and the stored first position information. It is characterized in that comprises a flop, a.
ウエハをダイシングカットして良品チップを抜き取って製品製造ラインへ戻し、残った不良品チップのみを故障解析して、ウエハマップ上に不良品チップおよび不良品チップ内での故障位置を識別表示する。 The wafer is diced and the non-defective chips are extracted and returned to the product manufacturing line. Only the remaining defective chips are analyzed for failure, and the defective chip and the failure position in the defective chip are identified and displayed on the wafer map.
良品チップを無駄にすることなく、複数の半導体チップのウエハ上の故障分布状況を解析することができる半導体チップの故障解析方法が得られる。 A semiconductor chip failure analysis method that can analyze the failure distribution status of a plurality of semiconductor chips on a wafer without wasting non-defective chips is obtained.
以下に、本発明にかかる半導体チップの故障解析方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a semiconductor chip failure analysis method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる半導体チップの故障解析方法の概略を示す図であり、図2はダイシングカットされてウエハから分離された不良品チップの管理方法を示す図であり、図3は、半導体チップの故障解析装置の概略構成を示す図であり、図4は、半導体チップの故障解析方法を示すフローチャートであり、図5−1は、故障解析装置の実施の形態1のアライメント装置の平面図であり、図5−2は、同縦断面図である。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a semiconductor chip failure analysis method according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a management method for defective chips that have been diced and separated from a wafer, and FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a failure analysis apparatus for a semiconductor chip, FIG. 4 is a flowchart illustrating a failure analysis method for a semiconductor chip, and FIG. 5A is a plan view of the alignment apparatus according to the first embodiment of the failure analysis apparatus. FIG. 5B is a longitudinal sectional view of the same.
実施の形態1の半導体チップの故障解析方法では、図1の左上の図に示すように、まず、ウエハ1上に形成された複数の半導体チップについてLSIテスタ等を用いてその電気特性を評価し、良品チップ2と不良品チップ3とを識別する。次に、裏面にエキスパンドシートを貼った状態でウエハ1を行列状にダイシングカットし、各半導体チップを切り分け、良品チップ2をウエハ1から抜き取り製品製造ラインへ戻す。図1の左上の図は、ウエハ1をダイシングカット後、良品チップ2(図の白抜き部分)を抜き取った後の状態を示している。
In the semiconductor chip failure analysis method of the first embodiment, as shown in the upper left diagram of FIG. 1, first, the electrical characteristics of a plurality of semiconductor chips formed on the
その後、図1の中央下の図に示すように、残った各不良品チップ3(以下、単に「チップ3」という。)を解析ステージ10に載置してプローブ13を接触させ、チップの裏面から近赤外線レーザ光31を照射して故障解析を行ない、各チップ3内での故障位置情報を各チップ3のウエハ1上の位置情報とともにワークステーションとしてのコンピュータに入力し記憶させる。全チップ3の故障箇所3aを解析した故障位置情報をコンピュータに入力後、各チップ3内での故障位置情報をウエハ1上の位置情報に基づいて合成し、図1の右上の図に示すように、モニタのウエハマップ4上に識別表示する。
Thereafter, as shown in the lower diagram in FIG. 1, each remaining defective chip 3 (hereinafter simply referred to as “
次に、図2〜図4を参照して、ウエハ1上からのチップ3のピックアップとチップトレイ5への移し替え、および第1の位置情報としてのチップ3のウエハ上の位置情報のワークステーションとしてのコンピュータ20への入力方法について説明する。まず、第1のステップとして、故障解析装置100のコンピュータ20によりダイシングカッタ80を制御して、良品チップ2と不良品チップ3が識別され裏面にエキスパンドシートが貼られたウエハ1をダイシングカットし、エキスパンドシートを引っ張って各半導体チップを分離する。次に、良品チップ2をウエハ1から抜き取り、製品製造ラインへ戻す。
Next, referring to FIG. 2 to FIG. 4, the pick-up of the
続いて、第2−1のステップとして、コンピュータ20によりチップピッキング装置90を制御してウエハ1上に残った不良品チップ3の存在箇所を判別し、チップ3をピックアップして所定のチップトレイ5(#N)の所定のポケット(n,m)に移送する。チップピッキング装置90は、チップ3を真空吸着する真空吸着ノズル91の近傍に、チップの存在をパターン認識することができる光学センサ92を備えていて、ウエハ1上のチップ3を順次判別し、これをピックアップし、複数のチップトレイ5の空いているポケットを判別し、チップ3を順番に並べていく。また、チップピッキング装置90は、チップ3のピックアップ時に、そのチップの第1の位置情報としてのウエハ1上のXY座標位置情報(a,b)をコンピュータ20に入力し記憶させる。
Subsequently, as a step 2-1, the
また、第2−2のステップとして、チップピッキング装置90は、チップトレイ5の空きポケットを判別し、そのチップ3をポケットに置くときに、当該チップトレイ5の番号を示すチップトレイ番号情報(#N)および当該ポケットの位置を示すポケット座標位置情報(n,m)を、第1の位置情報としてのウエハ1上のXY座標位置情報(a,b)と対応させてコンピュータ20に入力し記憶させる。このようにしてウエハ1上の全ての不良品チップ3を、ウエハ1枚分を1カセットとしたチップトレイ5(#1)〜(#N)に移すとともに、ウエハ1上のXY座標位置情報(a,b)およびトレイ位置情報(#N(n,m))をコンピュータ20に入力し記憶させる。
Further, as a step 2-2, the
次に、第2−3のステップとして、チップピッキング装置90によりチップ3をチップトレイ5からピックアップし、解析ステージ10上に載置する。次に、第2−4のステップとして、コンピュータ20によりアライメント制御部11を制御してプローブカード12に保持されたプローブ13とチップ3とのアライメントをとって位置合わせし、プローブ13をチップ3の電極に接触させる。この第2−4のステップの詳細については、後述する。
Next, as a 2-3 step, the
次に、図3を参照して、第3−1のステップとしての、周知の故障解析装置100によるチップ3のエミッション解析、OBIC解析およびOBIRCH解析方法について説明する。
Next, the emission analysis, OBIC analysis, and OBIRCH analysis method of the
発光源30から近赤外レーザ光31を発射し、ミラー32で反射させてハーフミラー33を通してチップ3の裏面に照射する。コンピュータ20により走査制御部34を制御して走査部36を走査駆動し、近赤外レーザ光31でチップ3の裏面を走査する。
Near-
チップ3からの反射光35をハーフミラー33で反射し、フォトダイオード40で受光して光電変換し、増幅器41で増幅してイメージプロセッサ50に入力する。一方、チップ3の表面の電極にプローブ13を接触させて、バイアス電圧を加え、レーザ光31の照射によって発生したOBIC(光ビーム励起電流)や、OBIRCH(光加熱抵抗変化)を検出し、増幅器60で増幅してイメージプロセッサ50に入力する。
The
発光源30、ミラー32、ハーフミラー33、走査制御部34、走査部36、フォトダイオード40、増幅器41、イメージプロセッサ50および増幅器60等が、裏面故障解析装置110を構成している。
The
イメージプロセッサ50に入力された反射光検出信号、OBIC検出信号およびOBIRCH検出信号と、走査制御部34から出力された走査信号とは、演算処理部51で演算処理される。走査信号と、これに同期して得られた反射光検出信号、OBIC検出信号およびOBIRCH検出信号とを処理して得られた第2の位置情報としての不良品チップ3内での故障位置情報である光学像形成信号、OBIC像形成信号およびOBIRCH像形成信号が、コンピュータ20に入力され記憶される。このとき、これらの像形成信号は、第1の位置情報としてのウエハ1上のXY座標位置情報(a,b)、およびトレイ位置情報(#N(n,m))と対応させてコンピュータ20に入力され記憶される。
The reflected light detection signal, the OBIC detection signal and the OBIRCH detection signal input to the
上記の故障解析後に、チップ3は、チップピッキング装置90により、チップトレイ5の元のポケットに戻される。チップ3は、この故障解析の後に特定の故障箇所の拡大解析画像を取得して行なう詳細解析や、故障解析によって特定された箇所をSEM(走査電子顕微鏡)やTEM(透過電子顕微鏡)等で詳細に観察したり元素分析する物理解析に備えてチップトレイ5により保管・管理される。以上が第3−1のステップである。
After the failure analysis, the
第3−2のステップとして、故障解析を行なうコンピュータ20では、キーボード21等で操作することにより、第2の位置情報としての不良品チップ3内での故障位置情報である記憶された光学像形成信号、OBIC像形成信号およびOBIRCH像形成信号と、これらのウエハ1上のXY座標位置情報(a,b)に基づき、OBIC像、OBIRCH像およびこれに対応した光学像をモニタ22のウエハマップ上に表示する。
As a step 3-2, in the
次に、図5−1および図5−2を参照して、第2−4のステップとしての、実施の形態1による不良品チップ3とプローブカード12(プローブ13)との位置合わせ方法について説明する。図示していないが、図5−1および図5−2に示す解析ステージ10は、図3に示す故障解析装置100を備えている。解析ステージ10にウエハ1を固定するときは、真空吸着により固定することができたが、チップ3を固定する場合は、解析ステージ10への固定方法が問題となる。
Next, with reference to FIGS. 5A and 5B, a method for aligning the
円形の解析ステージ10の中央部には、透明部としての円形の石英ガラス14が取付けられ、石英ガラス14上には、チップ3の一隅を位置決めする鉤形の固定ガイド15が設けられている。固定ガイド15に対向して、チップ3の他の隅を固定ガイド15に向けて押圧するY字形の可動ガイド16が設けられている。固定ガイド15でチップ3の一隅を位置決めし、他の隅を可動ガイド16で固定ガイド15に向けて押圧することによりチップ3を石英ガラス14上に位置決めし固定する。その後、プローブカード12をチップ3上に降ろし、プローブ13の先端をチップ3の上面から少し離間させた状態で概略の位置決めをする。
A
次に、裏面故障解析装置110を作動させ、発光源30から近赤外レーザ光31を発射してチップ3の裏面に照射し、コンピュータ20により走査制御部34を制御して走査部36を走査駆動し、近赤外レーザ光31でチップ3の裏面を走査する。チップ3およびプローブ13からの反射光35を受け、これらの光学像を取得する。モニタ22で光学像を見ながらチップ3とプローブ13のアライメントが合うようにアライメント制御部11を制御して解析ステージ10をプローブ13に対して移動・回転させ位置合わせする。
Next, the back surface
位置合わせ後、プローブカード12を下降させ、プローブ13をチップ3の電極に接触させる。最後に可動ガイド16をチップ3から離間させる。以上が、第2−4のステップとしての、実施の形態1によるチップ3とプローブカード12(プローブ13)との位置合わせ方法である。このように、裏面故障解析装置110を用いて位置合わせを行なうことができる。
After alignment, the
以上説明した実施の形態1の半導体チップの故障解析方法によれば、良品チップ2を無駄にすることなく、複数の半導体チップのウエハ1上の故障分布状況を解析することができる半導体チップの故障解析方法が得られる。
According to the semiconductor chip failure analysis method of the first embodiment described above, the failure of the semiconductor chip that can analyze the failure distribution status of the plurality of semiconductor chips on the
実施の形態2.
次に、図6を参照して、第2−4のステップとしての、実施の形態2によるチップ3とプローブカード12(プローブ13)との位置合わせ方法について説明する。図6は、実施の形態2の位置合わせ方法を示す解析ステージ10の縦断面図である。図示していないが、図6の解析ステージ10は、図3に示す故障解析装置100を備えている。
Next, with reference to FIG. 6, a method of aligning the
円形の解析ステージ10の中央部には、透明部としての円形の石英ガラス14が取付けられている。チップ3は、チップピッキング装置90の真空吸着ノズル91に吸着された状態で石英ガラス14上に位置決めされる。その後、プローブカード12をチップ3上に降ろし、プローブ13の先端をチップ3の上面から少し離間させた状態で概略の位置決めをする。
A
次に、裏面故障解析装置110を作動させ、発光源30から近赤外レーザ光31を発射してチップ3の裏面に照射し、コンピュータ20により走査制御部34を制御して走査部36を走査駆動し、近赤外レーザ光31でチップ3の裏面を走査する。チップ3およびプローブ13からの反射光35を受け、これらの光学像を取得する。
Next, the back surface
モニタ22で光学像を見ながらチップ3とプローブ13のアライメントが合うように、チップピッキング装置90を制御して真空吸着ノズル91を移動・回転させ位置合わせする。位置合わせ後、プローブカード12を下降させ、プローブ13をチップ3の電極に接触させる。このように、チップピッキング装置90および裏面故障解析装置110を用いて位置合わせを行なうことができる。
The
実施の形態3.
次に、図7−1および図7−2を参照して、第2−4のステップとしての、実施の形態3によるチップ3とプローブカード12(プローブ13)との位置合わせ方法について説明する。図7−1、7−2は、実施の形態3の位置合わせ方法を示す解析ステージ10aの縦断面図である。図示していないが、図7−1、7−2の解析ステージ10aは、図3に示す故障解析装置100を備えている。
Next, with reference to FIGS. 7-1 and 7-2, a method for aligning the
ウエハの故障解析用の解析ステージ10aの中心部には吸引口10bが設けられ、外周部には透明部としての石英ガラス14が取付けられている。チップ3は、チップピッキング装置90により、解析ステージ10aの吸引口10b上に載置され、吸引されて固定される。
A
プローブカード12とチップ3との間に、コンピュータ20に接続され上下面を撮像可能な撮像装置としてのCCDカメラ17を挿入し、プローブ13とチップ3の光学像を取得する。モニタ22上で2つの光学像を重ね合わせ、プローブ13とチップ3のアライメントが合うようにアライメント制御部11を制御して解析ステージ10aをプローブ13に対して移動・回転させる。
A
アライメントを合わせた後、CCDカメラ17を移動させ、チップピッキング装置90の真空吸着ノズル91でチップ3を吸着・固定し、解析ステージ10aの吸引口10bの吸引を停止させる。次に、図7−2に示すように、解析ステージ10aをスライドさせてチップ3およびプローブカード12を石英ガラス14上に移動させる。その後、チップ3を石英ガラス14上に降ろし、続いてプローブカード12をチップ3上に降ろし、プローブ13をチップ3の電極に接触させる。このように、ウエハの故障解析用の解析ステージ10aおよびCCDカメラ17を用いて位置合わせを行なってもよい。
After the alignment, the
なお、上記実施の形態では、第2のステップで不良品チップ3を一旦チップトレイ5に移してから解析ステージ10上に移送したが、不良品チップ3をウエハ1上から直接、解析ステージ10上に移送し、裏面故障解析が終わったらウエハ1上の元の位置に戻し、エキスパンドシートの粘着力により不良品チップ3を保持・保管してもよい。
In the above embodiment, the
以上のように、本発明にかかる半導体チップの故障解析方法は、良品チップを無駄にしない故障解析方法として有用である。 As described above, the semiconductor chip failure analysis method according to the present invention is useful as a failure analysis method that does not waste non-defective chips.
1 ウエハ
2 良品チップ
3 不良品チップ(チップ)
4 ウエハマップ
10、10a 解析ステージ
13 プローブ
20 ワークステーション
100 故障解析装置
110 裏面故障解析装置
1
4
Claims (5)
残った不良品チップのウエハ上の位置を判別し、該不良品チップのウエハ上の位置を示す第1の位置情報を記憶するとともに、前記不良品チップをピックアップして解析ステージ上に移送する第2のステップと、
解析ステージ上の各不良品チップを故障解析することにより各不良品チップ内での故障位置を示す第2の位置情報を作成し、作成した第2の位置情報および前記記憶された第1の位置情報に基づきウエハマップ上に不良品チップおよび不良品チップ内での故障位置を識別表示する第3のステップと、
を含むことを特徴とする半導体チップの故障解析方法。 A first step of dicing cutting a wafer in which good chips and defective chips are identified, and extracting the non-defective chips from the diced wafer;
The position of the remaining defective chip on the wafer is determined, first position information indicating the position of the defective chip on the wafer is stored, and the defective chip is picked up and transferred to the analysis stage. Two steps,
By analyzing failure of each defective product chip on the analysis stage, second position information indicating a failure position in each defective product chip is generated, and the generated second position information and the stored first position A third step of identifying and displaying the defective chip and the failure position in the defective chip on the wafer map based on the information;
A failure analysis method for a semiconductor chip, comprising:
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