JP2007121015A - 半導体検査装置及びウエハチャック - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性の検査において、簡易な構成でウエハ裏面に対するケルビン接続を実現する半導体検査装置及びウエハチャックを提供する。
【解決手段】 半導体検査装置１の試料台１０の表面に、半導体ウエハ２の裏面に接触させる２種類以上の電極１１ｆ及び１１ｓを設けて構成し、各電極１１ｆ、１１ｓは帯状部分１２ｆ及び１２ｓをそれぞれ有するように形成され、異なる種類の電極の帯状部分１２ｆ及び１２ｓを試料台１０の表面上に交互に配置する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性を検査する半導体検査装置に関し、特に半導体ウエハに形成されたチップ等の表面電極と裏面電極との間に検査電流を流してこのとき現れる両電極間の電圧を測定する半導体検査装置に関する。

半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハ上に形成された半導体チップを検査して不良チップを発見し、不良チップについては後の組立工程を行なわないようにすることで製造効率を向上させている。このような検査には各半導体チップの電気的な特性の検査が含まれており、この電気的特性の検査では、半導体チップの表面電極と裏面電極との間に検査電流を流してこのとき現れる両電極間の電圧も測定される（このように測定される電圧を、本明細書における以下の説明で「被測定電圧」と記す）。このような被測定電圧を測定する検査としては、例えば、表面に電界効果型トランジスタのゲート及びソースが形成され裏面にドレインが形成された半導体ウエハにおいて、ウエハ表面に形成されたゲート電極とウエハ裏面との間の順方向電圧（オン抵抗）の測定検査も含まれる。

図１の（Ａ）は上記被測定電圧の電圧測定を行う従来の半導体検査装置の構成図の例である。図１の（Ａ）に示すとおり、半導体検査装置１は、ウエハ２を保持するウエハチャック（試料台）１０と、ウエハ２上に形成されたチップ（図示せず）に設けられたパッド（電極）３に接触してパッド３に検査電流を流し電圧測定を行うためのプローブ（針）３１ｆ及び３１ｓを備えたプローブカード３０と、チップのパッド３から裏面へ検査電流を流してそのときの電圧を測定するテスタ回路４０と、を備えている。なお、半導体検査装置１としてはプローブカード３０を備えないプローブヘッド形式のものも使用される。

プローブカード３０に設けられるプローブ３１ｆ及び３１ｓは、これらプローブとパッドとの間の接触抵抗に起因する電圧降下分が測定電圧に影響しないように、フォース用プローブ３１ｆとセンス用プローブ３１ｓとに別個に設けられ、下記特許文献１等に開示されようにケルビン接続が採用されている。
テスタ回路４０は、電源４２によってフォース用プローブ３１ｆを介してパッド３からウエハ２の裏面へと検査電流を流す一方で、そのときにパッド３とウエハ２の裏面との間に生じる電圧を、センス用プローブ３１ｓを介して電圧計４１で測定することにより、半導体チップの表面電極と裏面電極との間の上記被測定電圧を得る。
テスタ４０内の電圧計４１には、電圧計自身の抵抗値による電圧降下を防ぐためにハイインピーダンスの内部抵抗Ｒｉが直列に接続されており、検査電流は殆ど電圧計４１を通らない。このためにセンス用プローブ３１ｓとパッド３との間の接触抵抗は測定値へ影響が及ぼさない。

図１の（Ｂ）は図１（Ａ）の半導体検査装置１による検査回路の等価回路図である。図１の（Ｂ）において、Ｒ１ｆはフォース用プローブ３１ｆとパッド３との間の接触抵抗を示し、Ｒ１ｓはセンス用プローブ３１ｓとパッド３との間の接触抵抗を示し、Ｒ２はウエハ２の裏面側の接触抵抗を示す。
図１の（Ｂ）から分かるとおり、従来の半導体検査装置１の構成では、電圧計４１とパッド３及びウエハ２とを接続する直列回路には、検査電流が流れるウエハ２の裏面側の接触抵抗Ｒ２が含まれている。このために接触抵抗Ｒ２により生じる電圧降下分が測定結果に含まれることにより測定精度が劣化する問題があった。

この問題を解決するため、下記特許文献２に開示する半導体検査装置では、ウエハを保持するウエハステージに複数の貫通穴を設けて、そのそれぞれにコンタクトピンを配置し背面側からの押圧によってピンの先端がステージ表面からわずかに突出してウエハ裏面に当接するように構成する。一方でステージ裏側にはコンタクトピンを押し上げるためのフォース用コンタクト片及びセンス用コンタクト片を設け、これらコンタクト片が検査対象のチップの直下に移動してそれぞれ別個にコンタクトピンを押圧し、フォース用コンタクト片に接触するピンとセンス用コンタクト片に接触するピンとを別々にウエハ裏面に当接させることにより、ウエハ裏面においてもケルビン接続を実現する。

特開平１１−６４３８５号公報 特開２００４−３１１７９９号公報 特開平２００３−３２２３９５号公報

しかしながら、上記特許文献２の構成ではウエハに配置される各チップの裏面に、フォース用及びセンス用のピンが少なくとも１つずつ当接することが望まれるため、細かなピッチで多数のコンタクトピンを、背面から押圧された場合にステージ表面に突出しつつ背面から脱落しないように配置する必要がある。また、コンタクトピンを押し上げるコンタクト片を各チップのそれぞれの直下まで移動させる駆動機構をステージに組み込む必要がある。このため、上記特許文献２の構成ではステージ機構が非常に複雑となる問題があった。

上記問題に鑑み、本発明は半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性の検査において、簡易な構成でウエハ裏面に対するケルビン接続を実現する半導体検査装置及びウエハチャック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、本発明では、半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性を検査する半導体検査装置で半導体ウエハを保持するために使用される試料台（例えばウエハチャックなど）の表面に、前記半導体ウエハの裏面に接触させる２種類以上の電極を備える。そして、異なる種類の電極を、試料台の表面上に交互に配置する。
そして、試料台表面に設けられる電極のうち１種類の電極をセンス用電極とし、他の種類の電極のうちの１種類の電極をフォース用電極として、チップの電気的特性の検査のために、センス用電極及びフォース用電極を半導体ウエハの裏面に対してケルビン接続させる。

複数種類の電極を交互に配置し、そのうち１種類の電極をセンス用電極とし他の１種類の電極をフォース用電極とすることにより、センス用電極及びフォース用電極が試料台全面に亘って分散される。これによってウエハ上のどの場所のチップを検査していても、テスタから供給される検査電流を効率よくフォース用電極で集電することが可能となり、ウエハの裏面に対するケルビン接続を簡易な構成で実現することが可能となる
さらに、半導体ウエハ上には同じ大きさのチップが規則正しく配置されるのが通常であるから、電極の寸法を適切に設定することにより、全てのチップに対してセンス用電極及びフォース用電極を１つ以上接触させることが可能となる。これによりセンス用電極に流れ込む検査電流を更に低減して検査精度が高めることが容易に実現される。

本発明によって、簡易な構成でウエハ裏面に対するケルビン接続を実現する半導体検査装置及びウエハチャックが実現可能となる。これによって高い精度でチップの電気的特性の検査を行う半導体検査装置及びそのためのウエハチャックを安価に構成することが可能となる。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図２は、本発明の実施例に係る半導体検査装置の概略構成図である。図２に示すとおり、半導体検査装置１には、ＸＹ可動テーブル２０と、テーブル２０上に設けられ半導体ウエハ２を保持する真空チャックなどのウエハチャック（試料台）１０が設けられる。
チャック１０の上方には、チャック１０上に保持されるウエハ２表面に形成されたチップ４上のパッド３に接触してパッド３をテスタ回路４０に電気的に接続するためのプローブ３１ｆ及び３１ｓを備えたプローブカード３０が設けられる。なお、半導体検査装置１としてはプローブカード３０を備えないプローブヘッド形式としてもよい。

プローブカード３０に設けられたプローブ３１ｆは、パッド３からウエハ２の裏面へ検査電流を流すために、テスタ回路４０内の電源４２に電気的に接続されパッド３に電圧を印加するためのフォース用プローブであり、プローブ３１ｓは、パッド３とウエハ２の裏面との間の電圧（チップ４に関する上記被測定電圧電圧）を測定するために電圧計４１の一方の端子にパッド３を接続するセンス用プローブである。テスタ回路４０内の電圧計４１にはハイインピーダンスの内部抵抗Ｒｉが直列に接続されており、半導体検査装置１は、これらフォース用プローブ３１ｆ及びセンス用プローブ３１ｓとパッド３との間をケルビン接続する。

一方でウエハチャック１０の表面には、ウエハ２の裏面に接触してウエハ２の裏面をテスタ回路４０に電気的に接続するための２種類の電極１１ｆ及び１１ｓが設けられる。
チャック１０の表面に設けられた一方の種類の電極１１ｆは、テスタ回路４０内の電源４２に電気的に接続されるフォース用電極１１ｆであり、上記フォース用プローブ３１ｆと共にパッド３とウエハ２の裏面との間に電圧を印加することにより、パッド３とウエハ２の裏面との間に検査電流を流す。これら電極１１ｆ及び１１ｓは、ウエハチャック１０の表面上に導電体膜として形成することが可能である。

チャック１０の表面に設けられた他方の種類の電極１１ｓは、テスタ回路４０内の電圧計４１の他方の端子に接続されるセンス用電極である。上記センス用プローブ３１ｓによってパッド３が電圧計４１の一方の端子に電気的に接続され、センス用電極１１ｓによってウエハ２の裏面が電圧計４１の他方の端子に電気的に接続されることにより、パッド３とウエハ２の裏面との間の電位差が測定される。

図２に示すように、フォース用電極１１ｆ及びセンス用電極１１ｓは、それぞれ帯状部分１２ｆ及び１２ｓを有するように形成されており、かつこれらの電極の帯状部分１２ｆ及び１２ｓはチャック１０の表面において交互に配置される。このような配置によって、フォース用電極１１ｆ及びセンス用電極１１ｓがチャック１０の全面に亘って分布するように配置される。
フォース用電極１１ｆ及びセンス用電極１１ｓを分散させることによって、ウエハ２上のどの場所のチップ４のパッド３にフォース用プローブ３１ｆから検査電流を流し込んでも効率よくフォース用電極１１ｆで集電することが可能となる。したがってセンス用電極１１ｓへの検査電流の流入が無くなるため、ウエハ２の裏面に対してもフォース用電極１１ｆ及びセンス用電極１１ｓによるケルビン接続が実現する。

図３は図２に示す半導体検査装置による検査回路の等価回路図である。図１の（Ｂ）に示した従来の等価回路図との対比によって理解されるように、フォース用電極１１ｆ及びセンス用電極１１ｓによってウエハ２の裏面に対してケルビン接続が実現することによって、電源４２によってパッド３からウエハ２の裏面に電流を流すフォース用回路Ｃｆと、電圧計４１によってパッド３とウエハ２の裏面との間の電圧を測定するセンス用回路Ｃｓとが分離される。ここに図３に示す抵抗Ｒ２ｆはフォース用電極１１ｆとウエハ２裏面との間の接触抵抗であり、抵抗Ｒ２ｓはセンス用電極１１ｓとウエハ２裏面との間の接触抵抗である。
このため、図１の（Ｂ）に示す等価回路を参照して上述した、従来生じていたウエハ裏面の接触抵抗Ｒ２に起因する電圧降下分の測定電圧への重畳が防止され、測定精度を向上することが可能となる。

図４の（Ａ）は図２に示すウエハチャック１０上の電極配置の第１例を示す図であり、図４の（Ｂ）は図４の（Ａ）の電極とチップとの寸法の対比を説明する図である。図４の（Ａ）に示す例では、フォース用電極１１ｆ及びセンス用電極１１ｓを、それぞれの帯状部分１２ｆ及び１２ｓを歯部分とする櫛状の形状に形成する。そして、一方の電極１１ｆの歯部分（１２ｆ）の間に他方の電極１１ｓの歯部分（１２ｓ）を配置する。
このように１つの種類の電極１１ｆ（１１ｓ）を構成する複数の帯状部分１２ｆ（１２ｓ）を、この帯状部分以外の電極によって連結するように構成することにより、複数の帯状部分を別途配線する必要がなくなるため、チャック１０の構成が簡単になる。

電極１２ｆ及び１２ｓの寸法及び配置を定めるにあたっては、帯状部分１２ｆ及び１２ｓのうちの幅の広い方の帯状部分の寸法ｗｐと、これら電極を隔てる電極間隔ｗｓとの和が、測定されるチップの一辺の寸法よりも小さくなるように設計するのが好適である（図４の（Ｂ）参照）。このように電極寸法及び配置を決定することにより、各チップに最低１つずつ帯状部分１２ｆ及び１２ｓがそれぞれ接触することとなるため、フォース用電極１１ｆによる検査電流の集電を、さらに効率よく行うことが可能となる。

電極１１ｆ及び１１ｓは、必ずしも帯状に形成する必要はない。図５の（Ａ）は図２に示すウエハチャック１０上の電極配置の第２例を示す図である。この例では、フォース用電極１１ｆ及びセンス用電極１１ｓは矩形形状に形成され、ｘ方向に沿って交互に配置されている。電極１１ｆ及び１１ｓの形状は矩形でなくともよく、他の多角形や円などの形状にしてもよい。
各フォース用電極１１ｆ間を接続するフォース用電極間接続線１７ｆ、及び各センス用電極１１ｆ間を接続するフォース用電極間接続線１７ｓは、ウエハ２の裏面に接触しないようにウエハチャック１０の内部に配線することとしてもよく、又はウエハチャック１０の表面に電極１１ｆ及１１ｓと同様に導体膜で形成してウエハ２の裏面に接触していてもよい。

図５の（Ｂ）は図２に示すウエハチャック１０上の電極配置の第３例を示す図である。図示するようにフォース用電極１１ｆ及びセンス用電極１１ｓは市松模様状に、すなわちｘ方向及びｙ方向に沿って交互に配置されていてもよい。

図６の（Ａ）は図２に示すウエハチャック上の電極配置の第４例を示す図である。この例では、ウエハチャック１０を本体部分１５及び上面部材１６とで構成し、各々板状に形成した複数のフォース用電極１１ｆ及び複数センス用電極１１ｓを交互に並べ、これら電極間に板状の絶縁材１４を挟みこんで上面部材１６を構成する。このように各電極を板状の部材で形成することによって検査電流の導通を容易にし、大きな検査電流を用いた場合の耐性を高めることが可能となる。
図６の（Ｂ）は図２に示すウエハチャック上の電極配置の第５例を示す図である。この例では、各々輪帯状（リング状）に形成した複数のフォース用電極１１ｆ及び複数センス用電極１１ｓを交互に同心円状に並べ、これら電極間に帯状の絶縁材１４を挟みこんで上面部材１６を構成する。

なお上記実施例では、チャック１０の表面に、フォース用電極１１ｆ及びセンス用電極１１ｓの２種類の電極を設ける実施例のみを示したが、異なる目的の測定に使用するための２種類以上のセンス用電極及びセンス用プローブをそれぞれ別々に設けてもよい。この場合にチャック１０の表面に、１種類のフォース用電極及び２種類以上のセンス用電極からなる３種類以上の電極を設けてもよい。

本発明は、半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性を検査する半導体検査装置に関し、特に半導体ウエハに形成されたチップ等の表面電極と裏面電極との間に検査電流を流しこのとき現れる両電極間の電圧を測定する半導体検査装置に適用可能である。

（Ａ）は半導体ウエハに形成されたチップ等の表面電極と裏面電極との間に検査電流を流しこのとき現れる両電極間の電圧の測定を行う従来の半導体検査装置の一例の構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す半導体検査装置による検査回路の等価回路図である。 本発明の実施例に係る半導体検査装置の一例の概略構成図である。 図２に示す半導体検査装置による検査回路の等価回路図である。 （Ａ）は図２に示すウエハチャック上の電極配置の第１例を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の電極とチップとの寸法の対比を説明する図である。 （Ａ）は図２に示すウエハチャック上の電極配置の第２例を示す図であり、（Ｂ）は図２に示すウエハチャック上の電極配置の第３例を示す図である。 （Ａ）は図２に示すウエハチャック上の電極配置の第４例を示す図であり、（Ｂ）は図２に示すウエハチャック上の電極配置の第５例を示す図である。

符号の説明

１ 半導体検査装置
１０ ウエハチャック
１１ｆ フォース用電極
１１ｓ センス用電極
１２ｆ、１２ｓ 帯状部分
２０ ステージ
３０ プローブカード
３１ プローブ
４０ テスタ回路

Claims (14)

1. 試料台を備え、該試料台上に保持された半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性を検査する半導体検査装置において、
   前記試料台の表面に、前記半導体ウエハの裏面に接触させる２種類以上の電極を備え、
   異なる種類の前記電極が、前記試料台の表面上に交互に配置されることを特徴とする半導体検査装置。
2. 前記電極は、前記試料台の表面上に導電体膜として形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置。
3. 前記電極は各々板状に形成され、板状の各電極間に絶縁材を挟んで並べて配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置。
4. 前記電極は帯状部分を有するように形成され、異なる種類の前記電極の前記帯状部分が前記試料台の表面上に交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置。
5. ２つの前記電極が帯状の歯部分を有する櫛状に各々形成され、一方の前記電極の歯部分の間に他方の電極の歯部分が位置するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置。
6. 前記電極はリング状に形成され、同心円状に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置。
7. 前記電極のうち１種類の電極をセンス用電極とし、前記電極の他の種類の電極のうちの１種類の電極をフォース用電極として、
   前記チップの電気的特性の検査のために、前記センス用電極及び前記フォース用電極を前記半導体ウエハの裏面に対してケルビン接続させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体検査装置。
8. 半導体ウエハに形成されたチップの電気的特性を検査する際に前記半導体ウエハを保持するために用いられるウエハチャックにおいて、
   前記半導体ウエハと接触する表面に２種類以上の電極を備え、
   異なる種類の前記電極が、前記表面上に交互に配置されることを特徴とするウエハチャック。
9. 前記電極は、前記表面上に導電体膜として形成されることを特徴とする請求項８に記載のウエハチャック。
10. 前記電極は各々板状に形成され、板状の各電極間に絶縁材を挟んで並べて配置されることを特徴とする請求項８に記載のウエハチャック。
11. 前記電極は帯状部分を有するように形成され、異なる種類の前記電極の前記帯状部分が前記表面上に交互に配置されることを特徴とする請求項８に記載のウエハチャック。
12. ２つの前記電極が帯状の歯部分を有する櫛状に各々形成され、一方の前記電極の歯部分の間に他方の電極の歯部分が位置するように配置されることを特徴とする請求項８に記載のウエハチャック。
13. 前記電極はリング状に形成され、同心円状に配置されることを特徴とする請求項８に記載のウエハチャック。
14. 前記電極のうち１種類の電極をセンス用電極とし、前記電極の他の種類の電極のうちの１種類の電極をフォース用電極として、
    前記チップの電気的特性の検査のために、前記センス用電極及び前記フォース用電極を前記半導体ウエハの裏面に対してケルビン接続させることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項に記載のウエハチャック。

Images