JP2007095766A - プローバ装置及び半導体デバイスの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異物の付着や傷などが付いた半導体デバイスを不良品として判定し、検査工程を効率良く行なう。
【解決手段】プローバ装置１０は、プローブカード２０、プローブカード２０が装着されるテストヘッド２１、外観検査用カメラ２２，２３、半導体ウェハ１２を保持するウェハチャック２４、ウェハチャック２４を移動させる移動機構２５、判定回路２６、コントローラ３０とを備える。半導体ウェハ１２には、多数の半導体デバイス１１が設けられている。判定回路２６は、カメラ２２，２３で撮像した半導体デバイス１１の画像データから外観状態が良品又は不良品かの判定を行なう。外観状態が良品と判定されたとき、コントローラ３０は、テストヘッド２１を駆動してプローブカード２０から半導体デバイス１１へ電気信号を授受して電気的特性検査を行い、外観状態の判定で不良品と判定されたときには、電気的特性検査を行なわない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プローバ装置及び半導体デバイスの検査方法に関するものである。

従来、半導体チップの製造においては、半導体基板に多数の半導体デバイスが形成されたウェハ状態のとき、又はウェハから個別のダイに切り出されたときに、電気的特性を検査する検査工程が行なわれる。この検査工程では、プローバと呼ばれる装置にプローブカードを装着し、このプローブカードに設けられているプローブ針を半導体チップの電極に接触させる。そして、このプローブ針を介して上記電極に電気信号を導通し、半導体チップの電気的特性の検査を行なう。

このような検査工程に関しては、例えば特許文献１，２に記載されている。特許文献１に記載されているウェーハプロービング装置では、測定前に不良マーキングの有無を認識し、このマーキング跡を認識した場合、当該ペレットの電気的測定を行なわず、次のペレットにインデックスを行なう構成としている。

また、特許文献２に記載されている半導体装置及びそのマーキング方法では、ウェハー上の半導体ペレットの特性評価を行い、評価基準を満たさない不良ペレットの表面には、当該半導体ペレットの端部に配置されるペレット認識マーム上にインクマークが打点される。そして、半導体ペレットは個々に切り離され、インクマークの有無から良否が認識され、良品の半導体ペレットのみが選択されてパッケージにマウントされる。
特開平５−７４８８５号公報 特開平１０−１８９６６７号公報

しかしながら、上述のような検査工程を行なう場合、電気的測定を行なうことで半導体チップの良品・不良品の判定を行なうことができるが、このような電気的性能の良否以外に、半導体チップに塵埃などの異物が付着していたり、傷が付いたりしているものについても不良品となることは明らかであるにも係わらず、従来のプローバ装置及び検査方法では電気的測定を行なわなければ良品・不良品の判定を行なうことが出来ず、検査工程の効率が悪かった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、異物の付着や傷などが付いた半導体デバイスを不良品として判定し、検査工程を効率良く行なうことが可能なプローバ装置及び半導体デバイスの検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のプローバ装置は、半導体デバイスに設けられた被検査用パッドに接触させて前記半導体デバイスと電気的な導通を行なう検査用プローブ針と、この検査用プローブ針及び前記入出力パッドを介して前記半導体デバイスと電気信号の授受を行なうことにより半導体デバイスの電気的特性を検査するテストヘッドと、このテストヘッドによる電気的特性検査に基づいて半導体デバイスの良品又は不良品の判定を行なう電気的特性判定手段とを備えたプローバ装置において、前記テストヘッドに固定され、半導体デバイスの表面を撮像する撮像装置と、この撮像装置によって撮像された画像データから前記半導体デバイスの外観状態が良品又は不良品かの判定を行なう外観判定手段と、この外観判定手段により外観状態が良品と判定された半導体デバイスは前記電気的特性検査を行い、外観状態が不良品と判定された半導体デバイスは前記電気的特性検査を行なわないように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。なお、前記撮像装置は、前記電気的特性検査を行なう検査位置又は検査前の待機位置にある半導体デバイスとは別の半導体デバイスに対して撮像を行なって外観状態の判定を行なうことが好ましい。

請求項３記載の半導体デバイスの検査方法では、半導体デバイスの表面を撮像して外観状態が良品又は不良品かの判定を行ない、外観状態の判定で良品と判定されたときには、半導体デバイスに設けられた被検査用パッドに検査用プローブ針を接触させて、前記半導体デバイスの電気的特性検査を行い、外観状態の判定で不良品と判定されたときには、前記電気的特性検査を行なわないことを特徴とする。なお、前記半導体デバイスに対する電気的特性の検査、又は検査位置での待機中に、その半導体デバイスとは別の半導体デバイスに対して表面を撮像して外観状態の判定を行なうことが好ましい。

本発明のプローバ装置及び半導体チップの検査方法によれば、半導体デバイスの表面を撮像して外観状態が良品又は不良品かの判定を行ない、外観状態の判定で良品と判定されたときには、半導体デバイスに設けられた被検査用パッドに検査用プローブ針を接触させて、前記半導体デバイスの電気的特性検査を行い、外観状態の判定で不良品と判定されたときには、前記電気的特性検査を行なわないように制御を行なっているので、異物の付着や傷などが付いた半導体デバイスを不良品として判定し、電気的特性検査を行なう必要がないから、検査時間を短縮して検査工程を効率良く行なうことができる。

なお、前記半導体デバイスに対する電気的特性の検査、又は検査位置での待機中に、その半導体デバイスとは別の半導体デバイスに対して表面を撮像して外観状態の判定を行なうことによって、さらに時間を短縮して検査工程の高効率化を図ることが可能となる。

以下、図面を用いて本発明を適用したプローバ装置について説明する。プローバ装置１０は、図１に示すように、プローブカード２０と、プローブカード２０が装着されるテストヘッド２１と、外観検査用カメラ２２，２３と、半導体ウェハ１２（図３参照）を、例えば真空吸着等で保持するウェハチャック２４、ウェハチャック２４を移動させる移動機構２５と、判定回路（外観判定手段）（電気的特性判定手段）２６と、筐体２７と、コントローラ３０とを備えている。ウェハチャック２４は、その上面に半導体デバイス１１がセットされる。移動機構２５は、ウェハチャック２４をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させる。

このプローバ装置１０は、半導体デバイス１１の電気的特性の検査、半導体デバイス１１表面の外観状態の検査を行なうものである。半導体デバイス１１は、図２及び図３に示すように、シリコンウェハなどからなる半導体ウェハ１２に多数配列して設けられており、検査終了後に個別のダイに切り出されて半導体チップとなる。なお、図２及び後述する図４においては、半導体ウェハ１２上に１０個の半導体デバイス１１が設けられているが、１枚の半導体ウェハ１２に設けられる半導体デバイス１１の個数はこれに限るものではない。

半導体デバイス１１は、その一方の面に入出力パッド（被検査用パッド）１６、及び識別用パッド１７が設けられている。入出力パッド１６は、外部機器などとの電気的接続に使用されて信号や電源の入出力端子となる。識別用パッド１７は、電気的接続などには使用されず、後述する識別用マーキング工程で使用されるものである。これらの入出力パッド１６と識別用パッド１７は、例えば、Ｃｕなどの金属を用いて形成されている。

プローバ装置１０は、半導体ウェハ１２を移動させながら、この半導体ウェハ１２に設けられた半導体デバイス１１をそれぞれ検査するものであり、例えば図４に示すような順番で半導体デバイス１１の検査を行なう。なお、図４においては、以下での説明の都合上から、半導体デバイス１１の検査の順番に対応して１１ａ〜１１ｌまでの符号を付している。そして、この図４では、半導体ウェハ１２の外周縁付近に位置する半導体デバイス１１ａから、その隣に位置する半導体デバイス１１ｂ、そして次の列の半導体デバイス１１ｃ〜１１ｆ、その次の列の半導体デバイス１１ｇ〜１１ｊ、最後に半導体デバイス１１ｋ，１１ｌへと順次検査を行なう。

プローブカード２０には、半導体デバイス１１の入出力パッド１６の位置に合わせて配置された多数の検査用プローブ針３１がその下面側に取り付けられている。テストヘッド２１は、支持部材３３に支持されて固定されている。

このプローブカード２０とテストヘッド２１とは、電気的に接続されており、プローブカード２０のプローブ針３１が半導体デバイス１１の入出力パッド１６に接触して電気的に導通するので、このプローブカード２０を介してテストヘッド２１と半導体デバイス１１とが電気的に接続される。なお、プローブカード２０は、筐体２７に形成された開口２７ａに進入して正確に位置決めされている。

テストヘッド２１は、コントローラ３０に接続され、各部が制御される。さらにコントローラ３０には、移動機構２５及び判定回路２６が接続されている。コントローラ３０は、検査プログラムに応じてテストヘッドを駆動し、プローバカード２１から半導体デバイス１１への電気信号の授受を行なわせる。またコントローラ３０は、内部にメモリ３０ａを備える。

さらに、筐体２７の内部には、外観検査用カメラ２２，２３が固定されている。外観検査用カメラ２２，２３は、プローブカード２１の付近に位置しており、半導体デバイス１１の表面を撮像し、その画像データを判定回路２６に出力するものである。この検査用カメラとしては、イメージセンサを用いたＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどを使用する。また、外観検査用カメラ２２，２３の付近には、補助光源４２，４３が設けられており、半導体デバイス１１へ光を照射する。補助光源４２，４３としては例えばＬＥＤなどが用いられる。

検査工程でウェハチャック２４の所定位置に半導体ウェハ１２が保持されると、上述した順番通りに半導体ウェハ１１を水平移動させるとともに、プローブカード２１下方に検査対象の半導体デバイス１１が位置する検査待機位置と、半導体ウェハ１１が、プローブカード２１に接触する検査位置との間で上下移動する。

所定の半導体デバイス１１が検査待機位置に合わせられると、移動機構２５はウェハチャック２４を上方の検査位置へと移動させる。そして、ウェハチャック２４が検査位置に移動すると、半導体デバイス１１上の入出力パッド１６に、プローブカード２０の検査用プローブ針３１が接触し、この検査用プローブ針３１から電気信号を授受して半導体デバイス１１の電気的特性を検査する。この検査を終えるとウェハチャック２４は退避位置に戻る。

コントローラ３０は、判定回路２６を制御して電気的特性の検査に基づく半導体デバイス１１についての良品・不良品の判定、及び外観検査用カメラ２２，２３による半導体デバイス１１の画像から外観状態の良品・不良品の判定を行なう。なお、この判定回路２６による外観状態の良品・不良品の判定方法としては、例えば、半導体デバイス１１の表面を撮像した画像データと、予め設定された基準パターンとを比較するパターンマッチング法などで、塵埃などの異物の付着や傷の有無を判定する。そして、この判定回路２６の判定結果をメモリ３０ａに記憶するとともに、判定結果に基づいて次の識別マーキング工程を行なう。この識別マーキング工程を行なうマーキング機構５０は、電気的特性及び外観状態の検査から半導体デバイス１１が不良品と判定されたときには、識別用パッド１７にインクを付着させてマーキングしたり、識別用パッド１７にキズ（針跡）を付けてマーキングしたりすることができる。一方、判定回路２６によって良品と判定されたときには、識別用パッド１７へのマーキングを行なわない。なお、マーキング方法としてはこれらに限らず、またマーキング箇所も識別用パッド１７の位置に限らず、マーキングし易い位置であればよい。

上記構成のプローバ装置１０による半導体デバイス１１の電気的特性及び外観状態の検査のシーケンスについて図５に示すフローチャートに沿って説明する。検査工程では、先ずウェハチャック２４に半導体ウェハ１２を保持させる。そして、上述の図４で示すような順番で半導体ウェハ１２を順次移動させながら検査工程を行なっていく。先ず、最初の半導体デバイス１１ａを検査するときには、左側の外観検査用カメラ２２の位置に半導体デバイス１１ａの位置を合わせて表面を撮像し、その画像データから判定回路２６が外観状態を判定する。外観状態の検査を終えると、コントローラ３０は移動機構２５によってウェハチャック２４を右側へ移動させて、半導体デバイス１１ａをプローブカード２１下方の検査待機位置にする。そして、外観状態が良品と判定されたときには、ウェハチャック２４が上方へ移動して半導体デバイス１１ａは電気的特性の検査が行なわれるが、外観状態が不良品と判定されたときには、ウェハチャック２４は移動せず、電気的特性の検査を行なわない。なお、この半導体デバイス１１ａが検査待機位置にあるとき、その隣に位置する半導体デバイス１１ｂの表面を外観検査用カメラ２２で撮像し、その画像データから外観状態を判定する。

そして、半導体デバイス１１ｂの外観状態の判定を終えると、ウェハチャック２４を右側へ移動させて、半導体デバイス１１ｂをプローブカード２１下方の検査待機位置に移動させ、半導体デバイス１１ａのときと同様に外観状態が良品のときは続けて電気的特性の検査を行い、外観状態が不良品のときは電気的特性の検査を行なわずに、次の半導体デバイス１１ｃの検査へと移行する。上述したように、半導体デバイス１１ａが検査待機位置にあるときに同時に半導体デバイス１１ｂの外観状態の検査を行なうことができるので、検査工程の時間を短縮し、効率良く行なうことができる。

その後、次の列の半導体デバイス１１ｃ〜１１ｆの検査に移行する。この半導体デバイス１１ｃ〜１１ｆの検査のときも、上記と同様にして、半導体デバイス１１ｃ〜１１ｅのうち既に外観状態の検査を終えたものが電気的特性の検査待機位値にあるとき、その隣に位置する半導体デバイス１１ｄ〜１１ｆの外観状態の検査も同時に行なう。但し、この場合、上述の半導体デバイス１１ａ，１１ｂのときとは異なり、右側から左側へと半導体ウェハ１２が移動していくので、右側の外観検査用カメラ２３を使用して半導体デバイス１１ｃ〜１１ｆの外観状態の検査を行なう。

以後、その次の列の半導体デバイス１１ｇ〜１１ｊ、最後の列の半導体デバイス１１ｋ，１１ｌへと順に検査工程を行なっていく、そして、上記と同様に半導体ウェハ１２が左側から右側へと移動していく列では、左側の外観検査用カメラ２２を使用し、右側から左側へと半導体ウェハ１２が移動していく列では、右側の外観検査用カメラ２３を使用して外観状態の検査を行なう。そして、全ての半導体ウェハ１２に設けられた全ての半導体デバイス１１の検査を終えると、次の識別マーキング工程に移行する。コントローラ３０は、外観状態及び電気的特性検査の少なくとも一方で不良品と判定された半導体デバイス１１の順番をメモリ３０ａに記憶し、識別マーキング工程では、その順番に対応する半導体デバイス１１の識別用パッド１７にマーキングを行って不良品として識別できるようにする。

このようにして、外観状態が不良品の半導体デバイス１１については、電気的特性の検査を行なわず、また、外観状態の検査及び電気的特性の検査の間の時間を短縮し、効率良く検査工程を行なうことができる。なお、上記実施形態においては、半導体デバイス１１が検査待機位置にあるときに、その隣の半導体デバイス１１に対して表面を撮像して外観状態の判定を行なっているが、本発明はこれに限るものではなく、半導体デバイス１１が検査位置で電気的特性の検査が行なわれているときに、その隣の半導体デバイス１１の表面を撮像してもよい。また、上記実施形態においては、半導体デバイスが検査待機位置又は検査位置にあるとき、その隣の半導体デバイスに対して表面の撮像及び外観状態の判定を行なっているが、撮像及び外観状態の判定を行なう半導体デバイスはこれに限らず、検査待機位置又は検査位置にある半導体デバイスとは別の位置にある半導体デバイスであれば良い。

なお、上記実施形態においては、プローブ針を取り付けたプローブカードからなるプローバ装置を例に上げているが、本発明はこれに限るものではなく、周知のカンチレバーからなるプローバ装置に適用することもできる。

また、上記実施形態においては、ウェハ状態で検査工程を行なう場合を例に上げて説明しているが、本発明はこれに限るものではなく、ウェハ状態から個別に切り出された半導体チップの検査工程にも適用することができる。

本発明を適用したプローバ装置の一例を示す正面図である。 半導体ウェハの一例を示す斜視図である。 半導体ウェハの一部を拡大した斜視図である。 半導体ウェハの検査順序を示す説明図である。 プローバ装置が検査工程を行なうときのシーケンスを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ プローバ装置
１１，１１ａ〜１１ｌ 半導体デバイス
１２ 半導体ウェハ
１６ 入出力パッド（被検査用パッド）
２０ プローブカード
２１ テストヘッド
２２，２３ 外観検査用カメラ
２４ ウェハチャック
２６ 判定回路（外観判定手段）（電気的特性判定手段）
３０ コントローラ
３１ プローブ針

Claims (4)

1. 半導体デバイスに設けられた被検査用パッドに接触させて前記半導体デバイスと電気的な導通を行なう検査用プローブ針と、この検査用プローブ針及び前記入出力パッドを介して前記半導体デバイスと電気信号の授受を行なうことにより半導体デバイスの電気的特性を検査するテストヘッドと、このテストヘッドによる電気的特性検査に基づいて半導体デバイスの良品又は不良品の判定を行なう電気的特性判定手段とを備えたプローバ装置において、
   前記半導体デバイスの表面を撮像する撮像装置と、この撮像装置によって撮像された画像データから前記半導体デバイスの外観状態が良品又は不良品かの判定を行なう外観判定手段と、この外観判定手段により外観状態が良品と判定された半導体デバイスは前記電気的特性検査を行い、外観状態が不良品と判定された半導体デバイスは前記電気的特性検査を行なわないように制御する制御手段とを備えたことを特徴とするプローバ装置。
2. 前記撮像装置は、前記電気的特性検査を行なう検査位置又は検査前の待機位置にある前記半導体デバイスとは別の半導体デバイスに対して撮像を行なって外観状態の判定を行なうことを特徴とする請求項１記載のプローバ装置。
3. 半導体デバイスの表面を撮像して外観状態が良品又は不良品かの判定を行ない、外観状態の判定で良品と判定されたときには、半導体デバイスに設けられた被検査用パッドに検査用プローブ針を接触させて、前記半導体デバイスの電気的特性検査を行い、外観状態の判定で不良品と判定されたときには、前記電気的特性検査を行なわないことを特徴とする半導体デバイスの検査方法。
4. 前記半導体デバイスに対する電気的特性の検査、又は検査位置での待機中に、その半導体デバイスとは別の半導体デバイスに対して表面を撮像して外観状態の判定を行なうことを特徴とする請求項３記載の半導体デバイスの検査方法。
   

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