JP2007109816A

JP2007109816A - 集積回路検査装置

Info

Publication number: JP2007109816A
Application number: JP2005298020A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kumashiro; 秀郎熊城
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】ウェハ面で温度分布が不均一であり、チャックの温度が不均一である場合においても、検査位置の温度を設定温度に確実に制御することが出来、正確な検査を行うことが出来る集積回路検査装置を提供する。
【解決手段】集積回路検査装置１は、ステージ２、電熱ヒータ線３、ヒータ電源５、温度センサ、マルチプレクサ８、制御部９及びブローブカード１１を備える。制御部９は、ステージ移動部４の駆動を制御してステージ２を所要距離移動させ、マルチプレクサ８からセンシング値を取得すべき温度センサを選択して、選択した温度センサのセンシング値に基づき、ヒータ電源５の電熱ヒータ線３への通電を制御してチャック面２ａの温度を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、ＣＣＤ、半導体メモリ等の半導体装置の製造工程において、ウェハ上に形成された半導体集積回路を検査する集積回路検査装置に関する。

集積回路検査装置（プローバ）はＩＣ、ＬＳＩ、ＣＣＤ、半導体メモリ等の半導体装置の製造工程において、ウェハ上に多数形成された半導体チップの回路の検査を行う装置である。チップのボンディングパッドに集積回路検査装置のプローブカードの探針を当て、チップ内の回路が正常に動作するか否かが検査される。この検査時に、ウェハはステージと呼ばれる台に支持されたチャックにより固定される。

チャックにはヒータが内蔵されており、室温（２５℃前後）よりも温度が高い、高温環境下での半導体装置の動作確認を行うことが出来るように構成されている。例えば、高温状態においてチップのジャンクションリーク電流値等を測定し、電流値が判定基準値よりも大きい場合、このチップを不良と判定する。ここでチャックの温度がばらつくと、リーク電流値も温度に依存して増減する。チャックの温度が設定温度より高い場合、リーク電流値が大きくなり、設定温度であれば良品と判定すべきチップを不良品と判定する等、正確な判定が出来なくなることがある。このため、一般的にチャックには温度センサが取り付けられており、温度センサの情報に基づき、チャックの温度が一定になるようにヒータを制御して、正確な検査を行うことが図られている。

特開平１０−４１３７５号公報には、集積回路検査装置のホットチャック温度制御装置の発明について開示されている。この装置においては、チャックにヒータ及び温度センサが埋設されており、この温度センサが検出した温度に基づいて、コントローラが、ヒータの電源をＯＮ−ＯＦＦ制御したり、チャックの裏側に設けられた空気吹き出し管から空気を吹き出させて、チャックの温度を制御するように構成されている。
特開平１０−４１３７５号公報

一般に、半導体装置の製造時においては、チップに実際にデータを書き込んで読み出し試験を行うが、その際、消費電力に比例した熱が発生する。この熱量は小さなものであり、デバイス単体においては特に問題とはならない。
ところで、昨今、半導体チップの検査を行う際に、検査効率を向上させるために、従来のカンチレバー方式のプローブカードに代わって、垂直型の針を有し、一回のタッチで数百チップを同時に検査できるプローブカードが用いられるようになっており、ウェハ一枚あたりの検査時間が飛躍的に短縮されている。カンチレバー方式のプローブカードにおいては、プローブ針が片持ち支持された構造を有するので、直線状の一列のボンディングパッドにしか接触出来ないのに対し、縦横に設けられた垂直針を有するプローブカードにおいては、複数列のボンディングパッドに接触することが出来る。その反面、一回の検査で同時に動作するチップの数が増大したので、検査中のチップ個々の発熱量の総和により、検査位置では非検査位置より部分的に温度が高くなるという現象が顕在化するようになり、リーク電流等につき正確に検査することが出来ないという問題が生じている。

上述した特開平１０−４１３７５号公報の集積回路検査装置においても、温度センサが検査位置の温度を正確に検出出来ず、検査位置で非検査位置より部分的に温度が高くなっているという状態には対応出来ないので、正確に検査することが出来ないという問題がある。

以上のように、従来技術では温度センサが一箇所しか設けられていないため、ウェハ面で温度分布が不均一である場合は、正確に温度を検出することが出来ず、正確な温度制御が出来なかった。そのため、正確な温度制御が要求されるジャンクションリーク電流検査等においては正確な検査が出来なくなるという不具合があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、検査位置との距離が近い温度センサが検出した温度に基づき、チャックの温度制御を行う構成にすることにより、ウェハ面で温度分布が不均一であり、チャックの温度が不均一である場合においても、検査位置の温度を設定温度に確実に制御することが出来、正確な検査を行うことが出来る集積回路検査装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、複数の温度センサが検出した温度の加重平均値を求める構成にすることにより、検査される集積回路の数と温度センサの配置数とが異なる場合においても、適切に検査位置の温度センシング値を得ることが出来、検査位置の温度を確実に設定温度に制御して、正確に検査を行うことが出来る集積回路検査装置を提供することを目的とする。

本発明の集積回路検査装置は、半導体集積回路が形成されたウェハをステージ上にチャックにより固定し、該チャックの温度を電熱ヒータにより制御して、複数の検査位置で前記半導体集積回路を検査する集積回路検査装置において、前記半導体集積回路の検査位置を把握する手段と、前記チャックの温度を複数位置で各別に検出する温度センサと、前記検査位置と各温度センサとの距離から、前記検査位置に近い温度センサを選択する手段と
、選択された温度センサが検出した温度を取得する手段と、該手段により取得された温度に基づいて、前記電熱ヒータの通電を制御する手段とを備えることを特徴とする。

本発明においては、検査位置との距離が近い温度センサが検出した温度に基づき、チャックの温度制御が行われるので、検査位置の温度を確実に設定温度に制御することが出来、正確な検査を行うことが可能になる。

本発明の集積回路検査装置は、半導体集積回路が形成されたウェハをステージ上にチャックにより固定し、該チャックの温度を電熱ヒータにより制御して、複数の検査位置で前記半導体集積回路を検査する集積回路検査装置において、前記半導体集積回路の検査位置を把握する手段と、前記チャックの温度を複数位置で各別に検出する温度センサと、該温度センサにより検出された温度を取得する取得手段と、前記検査位置と各温度センサとの距離に基づく加重係数を用いて、前記取得手段により取得された温度の加重平均値を求める手段と、該手段により求められた加重平均値に基づいて、前記電熱ヒータの通電を制御する手段とを備えることを特徴とする。

本発明においては、複数の温度センサが検出した温度の加重平均値を求めるので、検査の分割単位（検査される集積回路の数）と温度センサの配置数とが異なる場合においても、この不一致を補正して適切に検査位置の温度センシング値を得ることが出来、検査位置の温度を確実に設定温度に制御することが出来る。

本発明の集積回路検査装置は、前記半導体集積回路のボンディングパッドに当接させる垂直針を有するプローブカードを備えることを特徴とする。

本発明においては、垂直針により同時に多数の集積回路が検査され、検査されている集積回路の発熱量が多く、検査位置と非検査装置との温度差が大きい場合においても、検査位置近傍の温度センサの温度に基づき、又は複数の温度センサの検出温度の加重平均値に基づき、チャックの温度制御を行うので、正確に検査を行うことが出来る。

本発明による場合は、検査位置との距離が近い温度センサが検出した温度に基づき、チャックの温度制御を行うので、検査されるチップの発熱によりウェハ面で温度分布が不均一になり、チャックの温度が不均一である場合においても、検査位置の温度を確実に設定温度に制御することが出来、正確な検査を行うことが可能になる。

本発明による場合は、複数の温度センサが検出した温度の加重平均値を求めるので、検査の分割単位と温度センサの配置数とが異なる場合においても、この不一致を補正して適切に検査位置の温度センシング値を得ることが出来、検査位置の温度を確実に設定温度に制御して、正確に検査を行うことが出来る。

垂直針を有するプローブカードにより半導体集積回路を検査するように構成されている場合は、垂直針により同時に多数の集積回路が検査され、検査されている集積回路の発熱量が多く、検査位置と非検査装置との温度差が大きいときにおいても、検査位置近傍の温度センサの温度に基づき、又は複数の温度センサの検出温度の加重平均値に基づき、チャックの温度制御を行うので、正確に検査を行うことが出来る。

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて、具体的に説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る集積回路検査装置１を示す模式図である。円盤状のステージ２は、ステージ移動部４に備えられる円柱状の支持部４ａに支持されている。ステージ移動部４は、ステージ２をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構（図示せず）と、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸移動機構（図示せず）とを有する。ステージ２に吸着されるウェハ１３上の所要範囲が検査されるように、制御部９が、ステージ移動部４のモータ（図示せず）の駆動を制御して、Ｘ軸及びＹ軸方向にステージ２を所要距離移動させるように構成されている。

図２は、ステージ２を示す平面図である。ステージ２の表面はウェハ１３を吸着するチャック面２ａとなっている。チャック面２ａには、適宜の間隔を隔てて、複数のピン２ｂ，２ｂ，…が突設されている。ステージ２の半径の略１／２の長さを半径とする同心の円周上には、４等配で真空吸引部２ｃ，２ｃ，２ｃ，２ｃが設けられている。真空吸引部２ｃは円筒状をなし、ピン２ｂと同じ高さだけ突出し、底面はステージ２の底面と一致している。ウェハ１３は、ウェハ１３の裏面にピン２ｂが当接した状態で、図示しない真空機構により真空吸引部２ｃを介してチャック面２ａに真空吸引される。なお、図１において、真空吸引部２ｃは省略してある。

ステージ２の内部には、チャック面２ａが均一に加熱されるように、加熱用の電熱ヒータ線３が埋設されている。電熱ヒータ線３の両端部はヒータ電源５に接続されている。

チャック面２ａの中心を通る十文字で４分割された各部の中央部には、熱電対、サーミスタ等を用いてなる温度センサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが埋設されている。温度センサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、その埋設位置で検出した温度をマルチプレクサ８へ出力する。

ステージ２の上側には、プローブカード１１が配されている。プローブカード１１の下側には、ヘッド部１２が突設されている。ヘッド部１２には、縦横に垂直針が設けられている（図示せず）。ウェハ１３には、格子状にチップ１４が形成されており、ヘッド部１２が検査すべきチップ１４のボンディングパッドに対向するように、制御部９に制御されて、ステージ移動部４がステージ２を移動させる。そして、ヘッド部１２の垂直針をチップ１４のボンディングパッドに当接させて、プローブカード１１により、チップ１４内の回路の動作が検査される。

制御部９は、ステージ移動部４の駆動を制御してステージ２を所要距離移動させ、後述する方法により、マルチプレクサ８からセンシング値を取得すべき温度センサを選択して
、選択した温度センサのセンシング値に基づき、ヒータ電源５の電熱ヒータ線３への通電を制御してチャック面２ａの温度を制御する。

以下に、本実施形態の集積回路検査装置１におけるチャック面２ａの温度制御について説明する。図３は、制御部９の処理手順を示すフローチャート、図４は、検査エリア及び各温度センサの座標を示すグラフである。

図４に示されるように、ウェハ１３は、９個の検査エリアＡ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７及びＡ８に、縦横各３分割されて検査される。このグラフで、検査エリアＡｉ(ｉ＝0,1,…8）の中心Ｃｉの座標を(Ｘi,Ｙi)とし、温度センサ７ａの座標を（Ｘs1,Ｙs1)、７ｂの座標を(Ｘs2,Ｙs2)、７ｃの座標を(Ｘs3,Ｙs3)、７ｄの座標を(Ｘs4,Ｙs4)とする。

まず、制御部９は、検査開始のスイッチがＯＮされたか否かを判定する（Ｓ１）。制御部９は、検査開始のスイッチがＯＮされていないと判定した場合（Ｓ１：ＮＯ）、検査開始のスイッチがＯＮされるまで待機する。検査開始のスイッチがＯＮされたと判定した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、カウンタにおいてｉ＝０とする（Ｓ２）。

次に、ヘッド部１２の垂直針の真下に検査エリアＡｉが位置するように、ステージ移動部４のモータを駆動させて、ステージ２を移動させる（Ｓ３）。ｉ＝０の場合、Ａ０が検査エリアとなるようにステージ２を移動させる。

そして、検査エリアＡｉの中心Ｃｉに最も近い温度センサを選択する（Ｓ４）。各検査エリアＡｉと、各検査エリアＡｉの中心Ｃｉに最も近い温度センサとの対照表が予め作成してあり、制御部９は、この対照表に基づき温度センサを選択する。この対照表の作成に際し、例えば検査エリアＡｉがＡ０である場合、まず、温度センサ７ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｄそれぞれと中心Ｃ０との距離をＬｎ(n=1,2,3,4)としたときのＬｎを求める。Ｌｎは以下の式（１）で求められる。

求められたＬｎの中ではＬ1が最も小さいので、温度センサ７ａが中心Ｃ０に最も近いことになり、温度センサ７ａが選択される。他の検査エリアＡｉについても同様にして、その検査エリアＡｉの中心に最も近い温度センサが選択される。

制御部９は、マルチプレクサ８へ入力された温度センサのセンシング値のうち、選択した温度センサのセンシング値が出力されるように、スイッチを切り替えて、このセンシング値を取得する（Ｓ５）。そして、制御部９は、このセンシング値に基づき、ヒータ電源５のＯＮ−ＯＦＦ制御を行い、ウェハ１３の検査エリアＡ１の温度が設定温度となるように、チャック面２ａの温度を制御する（Ｓ６）。そして、検査を行う（Ｓ７）。

制御部９はインクリメントし（Ｓ８）、ｉ＝９であるか否かを判定する（Ｓ９）。ｉ＝９でないと判定した場合（Ｓ９：ＮＯ）、処理をＳ３へ戻す。ｉ＝９であると判定した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、処理を終了する。

本実施形態においては、検査エリアＡとの距離が最も近い温度センサが検出した温度に基づき、チャック面２ａの温度を制御して検査エリアＡの温度を制御するので、チップ１４の発熱によりウェハ１３面で温度分布が不均一になり、チャック面２ａの温度が不均一である場合においても、検査エリアＡの温度を確実に設定温度に制御することが出来、ジャンクションリーク電流等について、正確な検査を行うことが出来る。

本実施形態においては、複数列の垂直針を有するプローブカード１１を用いており、一度に検査するチップの数が多いので、検査されている集積回路の発熱量が多く、検査エリアＡと非検査エリアＡとの温度差が大きいが、正確に検査を行うことが出来る。

なお、本実施形態においては、制御部９が、対照表に基づき検査エリアＡの中心Ｃに最も近い温度センサを選択する場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、検査毎に、検査エリアＡの中心Ｃと各温度センサとの距離Ｌｎを算出し、Ｌｎが最小である温度センサを選択することにしてもよい。また、ヒータ電源５の制御はＯＮ−ＯＦＦ制御に限定されるものではない。そして、本実施形態においてはチャック面２ａが真空チャックである場合につき説明しているが静電チャックでもよく、また、ステージ２に一体形成されている場合に限定されない。
さらに、制御部９は、検査中のエリアＡを検出する構成にしてもよい。そして、検査エリアＡ毎に各別に温度が制御される構成にしてもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る集積回路検査装置２１を示す模式図である。図中、図１と同一部分は同一符号を付してある。集積回路検査装置２１は、実施の形態１に係る集積回路検査装置１とは、制御部１０の処理内容が一部異なる。

以下に、本実施形態に係る集積回路検査装置２１におけるチャック面２ａの温度制御について説明する。図６は、制御部１０の処理手順を示すフローチャートである。ウェハ１３は、図４に示されるように、９個の検査エリアＡ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７及びＡ８に、縦横に各３分割されて検査される。

まず、制御部１０は、検査開始のスイッチがＯＮされたか否かを判定する（Ｓ１１）。検査開始のスイッチがＯＮされていないと判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、検査開始のスイッチがＯＮされるまで待機する。検査開始のスイッチがＯＮされたと判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、カウンタにおいてｉ＝０とする（Ｓ１２）。

制御部１０は、ヘッド部１２の垂直針の真下に検査エリアＡｉが位置するように、ステージ移動部４のモータを駆動させて、ステージ２を移動させる（Ｓ１３）。ｉ＝０の場合、Ａ０が検査エリアとなるようにステージ２を移動させる。

次に、制御部１０は、各温度センサのセンシング値を取得する（Ｓ１４）。制御部１０には予め、検査エリアＡｉ毎に、各温度センサのセンシング温度に乗じるべき加重係数の対照表が作成されており、この対照表に従い、加重平均値Ｔａを求める（Ｓ１５）。上記式（１）に従い、その検査エリアＡｉの中心Ｃｉと温度センサ７ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｄそれぞれとの距離Ｌｎが求められており、加重係数はこの距離Ｌｎに対してリニアな寄与率とされている。この対照表の加重係数を各温度センサのセンシング値に乗じて、加重平均値Ｔａは、次の式（２）のように求められる。式（２）において、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃、Ｔ₄は、それぞれ温度センサ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄのセンシング温度である。

この式（２）では、上述したように、距離に対してリニアな寄与率としているが、距離が遠くなるほど寄与率を下げることにしてもよい。

制御部１０は、この加重平均値に基づき、ヒータ電源５のＯＮ−ＯＦＦ制御を行い、ウェハ１３の検査エリアＡ１の温度が設定温度となるように、チャック面２ａの温度を制御する（Ｓ１６）。そして、検査を行う（Ｓ１７）。

制御部１０は、インクリメントし（Ｓ１８）、ｉ＝９であるか否かを判定する（Ｓ１９）。ｉ＝９でないと判定した場合（Ｓ１９：ＮＯ）、処理をＳ１３へ戻す。ｉ＝９であると判定した場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、処理を終了する。

本実施形態によれば、複数の温度センサの加重平均値Ｔａを求めるので、本実施形態のように検査エリアＡの分割単位(９分割)と温度センサの配置数(４分割)とが一致しないような場合においても、適切な温度センシング値を得ることが出来、より正確にウェハ１３の温度を設定温度に制御することが出来る。また、加重係数は、方程式で表されるものに限定されず、表により求められるものであってもよい。

本発明の実施の形態１に係る集積回路検査装置を示す模式図である。ステージを示す平面図である。制御部の処理手順を示すフローチャートである。検査エリア及び各温度センサの座標を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る集積回路検査装置を示す模式図である。制御部の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１集積回路検査装置
２ステージ
２ａチャック面
２ｂピン
２ｃ真空吸引部
３電熱ヒータ線
４ステージ移動部
５ヒータ電源
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ温度センサ
９制御部
１０制御部
１１プローブカード
１２ヘッド部
１３ウェハ
１４チップ

Claims

半導体集積回路が形成されたウェハをステージ上にチャックにより固定し、該チャックの温度を電熱ヒータにより制御して、複数の検査位置で前記半導体集積回路を検査する集積回路検査装置において、
前記半導体集積回路の検査位置を把握する手段と、
前記チャックの温度を複数位置で各別に検出する温度センサと、
前記検査位置と各温度センサとの距離から、前記検査位置に近い温度センサを選択する手段と、
選択された温度センサが検出した温度を取得する手段と、
該手段により取得された温度に基づいて、前記電熱ヒータの通電を制御する手段と
を備えることを特徴とする集積回路検査装置。
半導体集積回路が形成されたウェハをステージ上にチャックにより固定し、該チャックの温度を電熱ヒータにより制御して、複数の検査位置で前記半導体集積回路を検査する集積回路検査装置において、
前記半導体集積回路の検査位置を把握する手段と、
前記チャックの温度を複数位置で各別に検出する温度センサと、
該温度センサにより検出された温度を取得する取得手段と、
前記検査位置と各温度センサとの距離に基づく加重係数を用いて、前記取得手段により取得された温度の加重平均値を求める手段と、
該手段により求められた加重平均値に基づいて、前記電熱ヒータの通電を制御する手段と
を備えることを特徴とする集積回路検査装置。
前記半導体集積回路のボンディングパッドに当接させる垂直針を有するプローブカードを備える請求項１又は２に記載の集積回路検査装置。