JP2007235031A - 半導体試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自己診断を行う手間を軽減するとともに、自己診断の結果に応じてそれまでに行った試験結果が無駄になることを最小限に抑えることができる半導体試験装置を提供すること。
【解決手段】半導体試験装置は、複数のチップに対応する回路が形成されたウエハに対して半導体試験を行うものであり、一のウエハに含まれるチップの位置を順番に切り替えながら所定の測定を実施する半導体試験実行部１３１と、半導体試験実行部１３１による測定結果が所定数のチップについて連続してフェイルとなったときに、自己診断を実施する自己診断実行部１３４とを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウエハテストを行う半導体試験装置に関する。

従来から、製造プロセスによって微細回路が形成された半導体ウエハに対してプローバ装置を用いて各種の半導体試験を実施する半導体試験装置が知られている。このような半導体試験装置では、ウエハに含まれる複数のチップに対して所定の順番で半導体試験を実施することになるが、連続してフェイルが発生する場合がある。連続したフェイルの発生原因としては、各チップに欠陥があって本当に試験結果がフェイルになる場合の他に、プローバ装置に備わったプローブ針の接触異常や半導体試験装置内のピンエレクトロニクスに異常がある場合がある。このため、プローバ装置に通常の試験時にセットされていたプローブカードを自己診断用ボードに交換して半導体試験装置の故障の有無を自己診断する手法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−３０６７５０号公報（第２−３頁、図１−５）

ところで、特許文献１に開示された手法では、自己診断を実施する際に試験用のプローブカードを自己診断用ボードに交換する必要があり多大な手間がかかるという問題があった。また、手間がかかることなどを考慮して複数枚のウエハからなる１ロットの試験が終了した後に自己診断を実施していたため、自己診断前に実施した試験結果が無駄になる場合があるという問題があった。例えば、自己診断の結果、プローブ針の接触異常や半導体試験装置側のピンエレクトロニクスの異常が発見された場合には試験結果に信頼性がなくなるため、同じウエハに対して試験を再度実施する必要がある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、自己診断を行う手間を軽減するとともに、自己診断の結果に応じてそれまでに行った試験結果が無駄になることを最小限に抑えることができる半導体試験装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の半導体試験装置は、複数のチップに対応する回路が形成されたウエハに対して半導体試験を行うものであり、一のウエハに含まれるチップの位置を順番に切り替えながら所定の測定を実施する半導体試験実行手段と、半導体試験実行手段による測定結果が所定数のチップについて連続してフェイルとなったときに、自己診断を実施する自己診断実行手段とを備えている。ウエハ内の複数のチップにおいて連続フェイルが発生したときに自己診断が実施されるため、半導体試験装置自身の異常発生の有無をその可能性が生じたときにその都度確認することができ、半導体試験装置が正常でない状態で１ロットの全てのウエハに対して半導体試験を実施してそれまで行った試験結果が無駄になることを防止することができる。

また、上述した半導体試験実行手段において測定を実施する際にウエハに入力する信号を生成するとともにウエハから出力された信号を取り込むピンエレクトロニクスと、ピンエレクトロニクスとウエハとの間の電気的接続を行うプローブ針を有するプローブカードとをさらに備え、自己診断実行手段は、プローブ針をウエハに接触させたときの接触抵抗に基づいて自己診断を実施することが望ましい。これにより、自己診断用のボードに交換することなく、半導体試験装置による測定環境を維持しながら自己診断を行うことができ、自己診断を行う手間を軽減することができる。

また、上述した自己診断実行手段は、連続したフェイルが発生する直前に測定結果がパスとなったチップについて自己診断を実施することが望ましい。これにより、プローブ針の接触抵抗が徐々に大きくなったことにより測定結果がフェイルになったことを確実かつ簡単に確認することができる。

また、上述したプローブ針の先端を研磨する針先研磨手段をさらに備え、ウエハにおいて測定結果が最初にパスとなったチップとプローブ針の接触抵抗を基準抵抗値としたときに、自己診断実行手段によって、自己診断の対象となるチップの抵抗値がこの基準抵抗値に対して所定の範囲から外れることが確認されたときに、針先研磨手段による研磨が実施されることが望ましい。これにより、プローブ針の接触抵抗が徐々に大きくなって正常範囲を外れた異常状態を元の正常状態に戻すことが可能になる。また、定期的にプローブ針の針先研磨を行う場合に比べて研磨回数を減らすことができるため、プローブ針の寿命を延ばすことが可能となる。

また、上述したウエハにおいて測定結果が最初にパスとなったチップとプローブ針の接触抵抗を基準抵抗値としたときに、自己診断実行手段によって、自己診断の対象となるチップの抵抗値がこの基準抵抗値に対して所定の範囲内にあることが確認されたときに、半導体試験実行手段による測定が継続されることが望ましい。これにより、半導体試験装置自身に異常がない場合に半導体試験を継続することができるため、自己診断の手間の軽減とも相まって自己診断による半導体試験の中断時間を最小限に抑えることができる。

また、本発明の半導体試験装置は、複数のチップに対応する回路が形成されたウエハに対して半導体試験を行うものであり、一のウエハに含まれる複数のチップに対して所定の測定を実施する半導体試験実行手段と、半導体試験実行手段による測定結果がパスとなったチップの数の全チップ数に対する割合が基準値よりも小さくなったときに、自己診断を実施する自己診断実行手段とを備えている。各ウエハ毎のフェイルの数が多い場合に自己診断が実施されるため、半導体試験装置が正常でない状態で１ロットの全てのウエハに対して半導体試験を実施してそれまで行った試験結果が無駄になることを防止することができる。

また、上述した半導体試験実行手段において測定を実施する際にウエハに入力する信号を生成するとともにウエハから出力された信号を取り込むピンエレクトロニクスと、ピンエレクトロニクスとウエハとの間の電気的接続を行うプローブ針を有するプローブカードとをさらに備え、自己診断実行手段は、プローブ針とウエハとの接触を解除した状態で、ピンエレクトロニクス内の電流あるいは電圧の状態を調べることにより自己診断を実施することが望ましい。これにより、自己診断用のボードに交換することなく、プローブ針をウエハから離間するだけで自己診断を行うことができ、自己診断を行う手間を軽減することができる。

また、上述した自己診断実行手段による自己診断の結果、異常が検出されたときに、半導体試験実行手段による測定が中断され、異常発生を外部に知らせる通知手段をさらに備えることが望ましい。これにより、異常発生時に半導体試験の測定が中断されるため、それ以後測定を継続することによって試験結果が無駄になることを防止することができる。また、測定を中断したときに、その旨が外部に通知されるため、別の詳細な自己診断を実施したり、異常箇所を修理する等の処置が可能になる。

また、上述した自己診断実行手段による自己診断の結果、異常が検出されなかったときに、半導体試験実行手段による測定が継続されることが望ましい。これにより、半導体試験装置自身に異常がない場合に半導体試験を継続することができるため、自己診断の手間の軽減とも相まって自己診断による半導体試験の中断時間を最小限に抑えることができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の半導体試験装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の半導体試験装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の半導体試験装置は、テスタ本体１００、テスタヘッドユニット２００、プローバユニット３００を備えている。

テスタ本体１００は、被試験対象デバイス（ＤＵＴ）としてのウエハ上に形成された集積回路に対して行われる半導体試験の全体を制御するためのものであり、テスタバス１０を介してテスタヘッドユニット２００に接続され、ＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）ケーブル２０を介してプローバユニット３００に接続されている。テスタヘッドユニット２００は、ウエハに対して入力する試験パターンに対応する信号を発生するとともにウエハから出力される信号を取り込んで処理する。プローバユニット３００は、セットされたウエハの位置決めやウエハ上に形成されたパッドに対する電気的な接続を行う。

図２は、本実施形態の半導体試験装置の機能ブロック図である。図２に示すように、本実施形態の半導体試験装置は、テスタコントローラ（ＴＣ）１００、デバイス電源１２０、タイミング発生器（ＴＧ）２１０、パターン発生器（ＰＧ）２２０、データセレクタ（ＤＳ）２３０、フォーマット制御部（ＦＣ）２４０、ピンエレクトロニクス（ＰＥ）２５０、デジタルコンペア部（ＤＣ）２６０、アナログ測定部２７０、パフォーマンスボード（ＰＢ）２８０、プローブカード３１０、チャック３２０、プローブカード駆動機構３３０、針先研磨部３４０を備えている。

テスタコントローラ１１０は、デバイステストプログラムを実行して所定の半導体試験を実施するために必要な一連の制御を行う。テスタコントローラ１１０の内部構成および機能ブロックについては後述する。デバイス電源１２０は、ウエハ４００の電源端子に所定の動作電圧を印加する。

タイミング発生器２１０は、半導体試験動作の基本周期を設定するとともに、この設定した基本周期内に含まれる各種のタイミングエッジを生成する。パターン発生器２２０は、ウエハ４００の各端子（パッド）に入力するパターンデータを発生する。データセレクタ２３０は、パターン発生器２２０から出力される各種のデータと、このデータが入力されるウエハ４００の各端子とを対応させる。フォーマット制御部２４０は、パターン発生器２２０により生成されデータセレクタ２３０によって選択されたパターンデータと、タイミング発生器２１０により生成されたタイミングエッジとに基づいて、ウエハ４００に対して入力する実際のパターン波形を生成する。

ピンエレクトロニクス２５０は、ウエハ４００との間の物理的なインタフェースをとるためのものである。例えば、ピンエレクトロニクス２５０には、ウエハ４００上の対応する端子に所定のパターン波形を印可するドライバと、各端子に現れる電圧波形と所定のローレベル電圧およびハイレベル電圧との比較を行うコンパレータが含まれている。デジタルコンペア部２６０は、ウエハ４００の各端子の出力に対し、データセレクタ２３０で選択された各ピンの期待値データとの比較を行う。

アナログ測定部２７０は、ウエハ４００の各端子に所定の電圧を印加したり、所定の電流を流すことにより、各端子の電圧特性、電流特性等のアナログ特性を測定する。デバイス電源１２０は、半導体装置の電源端子に所定の動作電圧を印加する。

パフォーマンスボード２８０は、半導体試験用の接続がなされており、ピンエレクトロニクス２５０に接続される。

プローブカード３１０は、パフォーマンスボード２８０に接続され、取り付けられたプローブ針３１２をウエハ４００の所定位置に接触させる。ウエハ４００には試験終了後に切り分けられる複数個のチップに対応する集積回路が形成されており、プローブカード３１０は、いずれかのチップに対応するようにセットされる。このセット位置（試験対象となるチップ）は、プローブカード３１０をプローブカード駆動機構３３０によって移動させることにより変更することができる。なお、プローブカード３１０とウエハ４００上のチップとの対応は必ずしも１対１である必要はなく、２個あるいは４個等複数のチップに対して同時に半導体試験を実施する場合には、これらの同時測定の対象となる複数のチップに対応するようにプローブカード３１０の形状やプローブ針３１２の位置が決定される。

チャック３２０は、ウエハ４００を載せた状態で固定するとともに、その上下方向の位置を移動させる。ウエハ４００は、試験対象となる回路が上側を向くように固定され、上方からプローブカード３１０のプローブ針３１２が端子に接触する。

針先研磨部３４０は、プローブ針３１２の先端を研磨する。例えば、プローブカード駆動機構３３０によってプローブカード３１０を所定位置に移動させた後、針先研磨部３４０によってプローブ針３１２の先端の研磨が実施される。

例えば、上述したテスタコントローラ１１０とデバイス電源１２０がテスタ本体１００に、タイミング発生器２１０、パターン発生器２２０、データセレクタ２３０、フォーマット制御部２４０、ピンエレクトロニクス２５０、デジタルコンペア部２６０、アナログ測定部２７０、パフォーマンスボード２８０がテスタヘッドユニット２００に、プローブカード３１０、チャック３２０、プローブカード駆動機構３３０、針先研磨部３４０がプローバユニット３００にそれぞれ分散されて搭載されている。

図３は、テスタコントローラ１１０の内部構成を示す図である。図３に示すように、テスタコントローラ１１０は、ＣＰＵ１１１、メモリ１１２、ハードディスク装置１１３、ブリッジ回路１１４、ＧＰＩＢインタフェース（ＩＦ）１１５、外部インタフェース（ＩＦ）１１６、通信インタフェース（ＩＦ）１１７を備えている。

ＣＰＵ１１１は、ハードディスク装置１１３にインストールされた各種のプログラムを実行することにより、テスタコントローラ１１０としての制御動作を行う。例えば、デバイステストプログラム、自己診断プログラム、コンパクトチェッカプログラム、試験継続プログラムなどがインストールされて実行される。メモリ１１２は、ＣＰＵ１１１によって各種のプログラムを実行する際の作業領域として使用される。

ブリッジ回路１１４は、テスタコントローラ１１０の内部バスとテスタバス１０との間に接続されており、これら２つのバス間でデータや信号の入出力を行う。ＧＰＩＢインタフェース１１５は、ＧＰＩＢケーブル２０を介したデータや信号の入出力動作を制御する。外部インタフェース１１６は、外部に接続された図示しないオペレータコール（故障発生等を知らせるための警告灯）の点灯／非点灯動作を制御する。例えば、オペレータコールに備わった駆動部に外部インタフェース１１６から点灯指示が送られ、オペレータコールが点灯する。通信インタフェース１１７は、図示しない外部のパーソナルコンピュータや携帯電話等に対して電子メールを送信するために必要な通信制御を行う。例えば、イーサネット（登録商標）を介してパーソナルコンピュータが接続されている場合に、特定のＩＰアドレスを指定することで、このパーソナルコンピュータを操作する特定の利用者に対してメールを送ることができる。あるいは、通信インタフェース１１７を介してインターネットに接続可能な場合には、携帯電話のアドレスを指定することでこの携帯電話を所持する利用者に対してメールを送ることができる。

図４は、テスタコントローラ１１０の機能ブロック図である。図４に示すように、テスタコントローラ１１０は、半導体試験実行部１３１、テスタバスドライバ１３２、ＧＰＩＢドライバ１３３、自己診断実行部１３４、コンパクトチェッカ実行部１３５、ＬＲＱ（ロードリクエスト）ファイル１３６、試験継続処理部１３７、ＯＣ（オペレータコール）駆動処理部１３８、メール送信処理部１３９を備えている。

半導体試験実行部１３１は、ウエハ４００に対して機能試験、ＤＣ試験、ＡＣ試験等の各種の半導体試験を実施する。この半導体試験実行部１３１は、ＣＰＵ１１１によってデバイステストプログラムを実行したときに作成される。利用者は、任意のタイミングで半導体試験の開始を指示することができ、この開始指示に応じて半導体試験実行部１３１が作成される。

テスタバスドライバ１３２は、テスタバス１０を介した信号の入出力動作を行う。ＧＰＩＢドライバ１３３は、ＧＰＩＢケーブル２０を介した信号の入出力動作を行う。これらのテスタドライバ１３２、ＧＰＩＢドライバ１３３は、テスタコントローラ１１０の起動時に、それぞれのドライバ用プログラムを実行することにより作成される。

自己診断実行部１３４は、主にウエハ４００に対する半導体試験と並行して半導体試験の故障を自己診断する。本実施形態では、ＣＰＵ１１１によって自己診断プログラムを実行したときに作成されるが、この自己診断プログラムは、ＧＰＩＢドライバ１３３の機能の一部に含まれている。自己診断実行部１３４によって実施される動作には以下のようなものがある。

（１）プローブ針３１２の針圧の自動調整
（２）ウエハ４００内の各チップに対する連続フェイルの監視と監視結果に対応する一連の処理
（３）ウエハ４００毎の歩留まり監視と監視結果に対応する一連の処理
（４）コンパクトチェッカ実行部１３５の起動
（１）の針圧の自動調整は、プローブ針３１２の接触抵抗を監視しながらプローブカード３１０をウエハ４００に近づけることで行っている。例えば、プローブ針３１２とウエハ４００との接触点を含む信号経路に所定の電圧を印加したときに流れる電流値を測定したり、所定の電流を流したときに生じる電位差を測定したり、あるいはプローブ針３１２に接続されたダイオードの特性を測定することにより、プローブ針３１２の接触抵抗を検出することができる。また、本実施形態では、自己診断実行部１３４は、ＧＰＩＢドライバ１３３の機能の一部に含まれるため、ＧＰＩＢケーブル２０を介して指示を送ってプローバユニット３００において行われる。但し、接触抵抗の検出方法については、ピンエレクトロニクス２５０を用いてプローブ針３１２に関連する特定箇所の電圧特性や電流特性を測定することによって行うなどの他の方法を用いるようにしてもよい。（２）〜（４）の詳細については後述する。

コンパクトチェッカ実行部１３５は、ウエハ４００に対して半導体試験を実施するために用いられるパフォーマンスボード２８０が接続された状態であって、プローブカード３１０とウエハ４００とを接触させない状態で、ピンエレクトロニクス２５０やデバイス電源１２０、アナログ測定部２７０等に対して故障診断を行う。具体的には、ピンエレクトロニクス２５０内の電流あるいは電圧の状態を検出することにより、ピンエレクトロニクス２５０内の回路の異常やデバイス電源１２０の異常等を検出することができる。このような自己診断のためだけにピンエレクトロニクス２５０の内部構成を変更する必要は必ずしもないが、ピンエレクトロニクス２５０内あるいは外部に自己診断用の回路や配線を追加するようにしてもよい。すなわち、パフォーマンスボード２８０が接続された状態で自己診断を実施することができることが重要であり、この条件を満たせば回路等を追加してもよい。このコンパクトチェッカ実行部１３５は、コンパクトチェッカプログラムをＣＰＵ１１１によって実行したときに作成される。なお、本実施形態では、コンパクトチェッカプログラムはメモリ１１２に常駐させておくものとし、必要が生じたときにＣＰＵ１１１によって実行するものとする。この実行指示（コンパクトチェッカ実行部１３５に対する起動指示）は、自己診断実行部１３４によって所定のタイミングで行われる。

ＬＲＱ（ロードリクエスト）ファイル１３６は、コンパクトチェッカ実行部１３５による故障診断動作が終了後に作成されるファイルである。ウエハ４００に対して半導体試験を実施中に、自己診断実行部１３４によってコンパクトチェッカ実行部１３５を起動してピンエレクトロニクス２５０の故障診断を実施してしまうと、ピンエレクトロニクス２５０内の設定内容の一部が故障診断用に書き換わってしまい、故障診断終了後に半導体試験を継続することができなくなってしまう。この書き換わった設定内容は、再度デバイステストプログラムを実行して半導体試験実行部１３１を再作成することで復元することができる。しかし、一般に、ＧＰＩＢドライバ１３３（自己診断実行部１３４）が動作中は、その動作が終了するまでデバイステストプログラムの起動動作が待たされるため、自己診断実行部１３４によってデバイステストプログラムを実行してピンエレクトロニクス２５０内の設定内容を復元することはできない。

ところで、ＧＰＩＢドライバ１３３や半導体試験実行部１３１とは関係のない外部プログラムによってデバイステストプログラムを実行することで設定内容を復元することができる。しかし、コンパクトチェッカ実行部１３５による自己診断が終了した後に、ウエハ４００内の試験対象のチップを変更（プローブカード３１０を移動）する必要があり、その指示をＧＰＩＢドライバ１３３からプローバユニット３００に対して行う必要がある。ＧＰＩＢドライバ１３３からは外部プログラムの実行結果（設定内容の復元が終了したか否か）を確認することができないため、プローブカード３１０の移動が終了する前に、ピンエレクトロニクス２５０の設定内容の復元が終了して半導体試験が再開されるおそれがある。このように、外部プログラムを用いて、ＧＰＩＢドライバ１３３の動作と非同期にデバイステストプログラムを実行しただけでは、半導体試験の一連の動作に支障を生じるおそれがある。

このような不都合を解決するために、本実施形態では、ＬＲＱファイル１３６と試験継続処理部１３７が用いられている。試験継続処理部１３７は、外部プログラムである試験継続プログラムをＣＰＵ１１１によって実行することにより作成される。試験継続処理部１３７は、自己診断実行部１３４による動作が終了後（コンパクトチェッカ実行部１３５を起動することによる一連の動作が終了した後）に、ＬＲＱファイル１３６が作成されたか否かを監視する。ＬＲＱファイル１３６が作成されたことが確認されると、試験継続処理部１３７は、デバイステストプログラムを実行して半導体試験実行部を起動し、その後、ＧＰＩＢドライバ１３３からプローバユニット３００に向けて指示を送ってプローブカード３１０を次のチップに対応する位置に移動させる。このようにすることで、上記の不都合が回避され、次のチップに対する測定を継続することができる。

ＯＣ駆動処理部１３８は、外部インタフェース１１６に接続されたオペレータコールを駆動する処理を行う。メール送信処理部１３９は、通信インタフェース１１７を介してメールを送信する処理を行う。なお、本実施形態では、コンパクトチェッカ実行部１３５による自己診断の結果、ピンエレクトロニクス２５０に異常箇所が発見されたときにオペレータコールの点灯やメールの送信が行われるため、ＯＣ駆動処理部１３８とメール送信処理部１３９はコンパクトチェッカ実行部１３５に含ませるようにしてもよい。

上述した半導体試験実行部１３１が半導体試験実行手段に、自己診断実行部１３４、コンパクトチェッカ実行部１３５が自己診断実行手段に、針先研磨部３４０が針先研磨手段に、ＯＣ駆動処理部１３８、メール送信処理部１３９が通知手段にそれぞれ対応する。

本実施形態の半導体試験装置はこのような構成を有しており、次に１ロットに対応する複数枚のウエハ４００に対して半導体試験を行う場合の動作について説明する。図５および図６は、半導体試験と並行して行われる自己診断動作等の動作手順を示す図である。

半導体試験動作が開始されて１枚目のウエハ４００がプローバユニット３００のチャック３２０にセットされると（ステップ１０１）、まず、自己診断実行部１３４は、プローブ針３１２の針圧の自動調整を実施する（ステップ１０２）。

図７は、プローブ針３１２の針圧の自動調整の具体的内容を示す図である。初期状態として、チャック３２０の高さ（ウエハ４００の上面の高さ）がプローブ針３１２の先端位置から−２００μｍの位置（マイナスはプローブ針３１２よりも下方にチャック３２０の位置があることを示している）にセットされている。チャック３２０の高さが−１５０μｍに達するまでは、自己診断実行部１３４は、１回に２５μｍずつチャック３２０を上昇させ、その都度パスピンが発生するか否かを判定する。ここで、パスピンとは、ウエハ４００との間で導通状態が確認されたプローブ針３１２のことであり、各プローブ針３１２に接続されたダイオードの両端電圧を測定することによりプローブ針３１２のウエハ４００に対する接触抵抗が検出され、この接触抵抗に基づいてプローブ針３１２のウエハ４００への接触の有無が判定される。ダイオードの両端電圧の測定結果は、例えばアナログ測定部２７０から取得することができる。また、チャック３２０の高さがー１５０μｍに達した後は、自己診断実行部１３４は、１回に５μｍずつチャック３２０を上昇させ、その都度パスピンが発生するか否かを判定する。一つでもパスピンが発生した後は、自己診断実行部１３４は、全てのプローブ針３１２がパスピンになるまで、１回に２μｍずつチャック３２０を上昇させる。全てのプローブ針３１２がパスピンになると、自己診断実行部１３４は、そのときのチャック３２０の高さに所定のオーバードライブ分を加算してチャック３２０の高さを設定する。このようにして、全てのプローブ針３１２がパスピンになって安定した電気的接続がなされるような針圧の自動調整が行われる。

針圧自動調整が終了すると、半導体試験実行部１３１は、ＧＰＩＢドライバ１３３に指示を送ってプローブカード３１０を測定対象のチップ位置に移動させた後（ステップ１０３）、この最初のチップに対する測定を実施する（ステップ１０４）。自己診断実行部１３４は、この最初のチップに対する測定結果を監視しており、測定結果がパスか否かを判定する（ステップ１０５）。パスの場合には肯定判断が行われる。この場合には、次に、半導体試験実行部１３１は、測定対象となる次のチップが存在するか否かを判定する（ステップ１０６）。存在する場合には肯定判断が行われ、ステップ１０３に戻って次のチップに対するプローブカード３１０の移動動作以降が繰り返される。

一方、測定対象となるチップに対する測定結果がフェイルの場合にはステップ１０５において否定判断が行われ、次に、自己診断実行部１３４は、フェイルとなったチップが所定個数連続したか否かを判定する（ステップ１０７）。所定個数連続していない場合には否定判断が行われ、ステップ１０６に移行して次のチップの有無が判定される。

また、測定結果がフェイルになったチップが所定個数連続している場合にはステップ１０７において肯定判断が行われる。この場合には、自己診断実行部１３４は、連続したフェイルが発生した直前にパスとなったチップの位置にプローブカード３１０の位置を戻して、半導体試験実行部１３１は、このチップに対する再度の測定を実施する（ステップ１０８）。自己診断実行部１３４は、このチップに対する測定結果を監視しており、測定結果がパスか否かを判定する（ステップ１０９）。パスの場合には肯定判断が行われ、測定対象となるチップ位置を戻した後に（ステップ１１０）、ステップ１０４に移行して測定が継続される。また、再度の測定結果がフェイルの場合にはステップ１０９の判定において否定判断が行われ、自己診断実行部１３４は、プローブ針３１２の接触抵抗を測定し（ステップ１１１）、この測定結果が正常であるか否かを判定する（ステップ１１２）。正常である場合には肯定判断が行われ、ステップ１１０に移行してチップ位置を元に戻した後にステップ１０４に移行して測定が継続される。一方、抵抗値測定の結果が異常である場合にはステップ１１２の判定において否定判断が行われ、自己診断実行部１３４は、プローバユニット３００に対して指示を送ってプローブ針３１２の針先研磨を実施する（ステップ１１３）。その後、針先研磨前に測定したチップが再測定され（ステップ１１４）、自己診断実行部１３４は、測定結果がパスか否かを判定する（ステップ１１５）。パスの場合には肯定判断が行われ、ステップ１０４に戻って、連続フェイルが発生した最後のチップから再度の測定が実施される。また、フェイルの場合にはステップ１１５の判定において否定判断が行われる。この場合には、自己診断実行部１３４は、コンパクトチェッカ（ＣＣ）実行部１３５を起動する（ステップ１１６）。これにより、コンパクトチェッカ実行部１３５による診断が行われる。自己診断実行部１３４は、この診断の結果がパスであるか否かを判定し（ステップ１１７）、診断結果がフェイルであった場合には否定判断を行ってＯＣ駆動処理部１３８、メール送信処理部１３９に指示を送ってオペレータコールの点灯と特定のアドレスに向けて故障発生の旨を知らせるメールの送信を行う（ステップ１１８）。その後、測定動作が中断される（ステップ１１９）。

また、コンパクトチェッカ実行部１３５による診断結果がパスである場合にはステップ１１７において肯定判断が行われる。この場合には、ステップ１０４に戻って測定が継続される。

図８は、フェイル発生時にプローブ針３１２の抵抗値測定を実施する動作の説明図である。図８に示すウエハ４００内の１つの四角形枠が１つのチップを示しており、各チップ内に付された１〜１６の符号が各チップの測定順番を示している。また、○が測定結果がパスであることを、×が測定結果がフェイルであることをそれぞれ示している。図８に示す例では、番号１のチップから順番に測定を行っていった結果、番号１のチップの測定結果がフェイルであり、番号２のチップの測定結果がパスであったことが示されている。また、番号１６番のチップの測定結果がフェイルであり、番号１３〜１６で示された４つのチップが連続してフェイルになった場合を考える。例えば、ステップ１０７における連続フェイルの判断基準を４個とすると、番号１６のチップの測定結果がフェイルになったときにステップ１０７において肯定判断が行われる。この場合には、この連続フェイルが発生する直前のチップである番号１２のチップに戻ってプローブ針３１２の接触抵抗測定が実施される（ステップ１１１）。また、この測定結果に基づいてステップ１１２における正常か否かの判定は、測定対象となっているウエハ４００において最初に測定結果がパスになったチップを測定した際のプローブ針３１２の接触抵抗（この接触抵抗を「基準抵抗値」と称する）を基準にして行われる。すなわち、図８に示す例では、番号１２のチップに戻って測定した接触抵抗が、番号２のチップに対応する測定の際に得られた基準抵抗値に対して所定範囲内に収まっている場合には正常と判定される。所定範囲を超えて接触抵抗が大きくなっている場合には針先研磨が必要である異常状態であると判定され、ステップ１１３に移行して針先研磨が実施される。

次のチップが存在しない場合（ウエハ４００の全てのチップに対して測定が終了した場合であり、図８に示す例ではｎ番目のチップに対する測定が終了した場合）にはステップ１０６の判定において否定判断が行われる。この場合には、自己診断実行部１３４は、全てのチップに対して測定が終了したウエハ４００の歩留り率は基準値以上か否かを判定する（ステップ１２０）。ここで、歩留まり率とは、１枚のウエハ４００に含まれる全チップ数に対して測定結果がパスとなったチップの割合である。歩留り率が基準値以上の場合には肯定判断が行われる。次に、半導体試験実行部１３１は、１つのロットに含まれる全てのウエハ４００に対して測定が終了したか否かを判定する（ステップ１２５）。測定が終了していないウエハ４００が存在する場合には否定判断が行われ、ステップ１０１に戻って次のウエハ４００がプローバユニット３００のチャック３２０にセットされ、このウエハ４００に対する測定が開始される。

また、歩留り率が基準値よりも小さくなった場合にはステップ１２０の判定において否定判断が行われる。この場合には、自己診断実行部１３４は、コンパクトチェッカ（ＣＣ）実行部１３５を起動する（ステップ１２１）。これにより、コンパクトチェッカ実行部１３５による診断が行われる。自己診断実行部１３４は、この診断の結果がパスであるか否かを判定し（ステップ１２２）、診断結果がフェイルであった場合には否定判断を行ってＯＣ駆動処理部１３８、メール送信処理部１３９に指示を送ってオペレータコールの点灯と特定のアドレスに向けて故障発生の旨を知らせるメールの送信を行う（ステップ１２３）。その後、測定動作が中断される（ステップ１２４）。

また、コンパクトチェッカ実行部１３５による診断結果がパスである場合にはステップ１２２において肯定判断が行われる。これは、歩留り率は悪いが半導体試験装置自体は正常であることを意味している。すなわち、製造されたウエハ４００そのものに原因があってフェイルのチップが多数存在することになる。この場合には、測定を継続するためにステップ１２５に移行し、測定未終了のウエハ４００が存在するか否かの判定が行われる。

図９は、歩留り率の判定結果に応じた処理の概要を示す図である。図９に示すように、１ロットに含まれる各ウエハ４００に対する測定が終了したときに歩留り率が基準値と比較される。図９に示す例では、基準値として８０％が設定されている。例えば、２回目のウエハ４００の歩留りが７２％であって基準値を下回っているため、コンパクトチェッカ実行部１３５が起動される。その結果がパスの場合には次のウエハ４００に対して測定が継続される。また、結果がフェイルの場合には測定が中断され、オペレータコールの点灯とメール送信が行われる。

このように、本実施形態の半導体試験装置では、ウエハ４００内の複数のチップにおいて連続フェイルが発生したときに自己診断が実施されるため、半導体試験装置自身の異常発生の有無をその可能性が生じたときにその都度確認することができ、半導体試験装置が正常でない状態で１ロットの全てのウエハに対して半導体試験を実施してそれまで行った試験結果が無駄になることを防止することができる。特に、自己診断用のボードに交換することなく、半導体試験装置による測定環境を維持しながら自己診断を行うことができ、自己診断を行う手間を軽減することができる。

また、連続したフェイルが発生する直前に測定結果がパスとなったチップについて自己診断を実施することにより、プローブ針の接触抵抗が徐々に大きくなったことにより測定結果がフェイルになったことを確実かつ簡単に確認することができる。特に、針先研磨部３４０による針先研磨を実施することにより、プローブ針３１２の接触抵抗が徐々に大きくなって正常範囲を外れた異常状態を元の正常状態に戻すことが可能になる。また、定期的にプローブ針３１２の針先研磨を行う場合に比べて研磨回数を減らすことができるため、プローブ針３１２の寿命を延ばすことが可能となる。さらに、半導体試験装置自身に異常がない場合に半導体試験を継続することにより、自己診断の手間の軽減とも相まって自己診断による半導体試験の中断時間を最小限に抑えることができる。

また、本実施形態の半導体試験装置では、各ウエハ４００毎のフェイルの数が多い場合（歩留まりが悪い場合）に自己診断が実施されるため、半導体試験装置が正常でない状態で１ロットの全てのウエハに対して半導体試験を実施してそれまで行った試験結果が無駄になることを防止することができる。また、異常発生時に測定を中断したときに、その旨が外部に通知されるため、別の詳細な自己診断を実施したり、異常箇所を修理する等の処置が可能になる。

一実施形態の半導体試験装置の全体構成を示す図である。 本実施形態の半導体試験装置の機能ブロック図である。 テスタコントローラの内部構成を示す図である。 テスタコントローラの機能ブロック図である。 半導体試験と並行して行われる自己診断動作等の動作手順を示す図である。 半導体試験と並行して行われる自己診断動作等の動作手順を示す図である。 プローブ針の針圧の自動調整の具体的内容を示す図である。 フェイル発生時にプローブ針の抵抗値測定を実施する動作の説明図である。 歩留り率の判定結果に応じた処理の概要を示す図である。

符号の説明

１０ テスタバス
２０ ＧＰＩＢケーブル
１００ テスタ本体
１１０ テスタコントローラ（ＴＣ）
１１１ ＣＰＵ
１１２ メモリ
１１３ ハードディスク装置（ＨＤＤ）
１１４ ブリッジ回路
１１５ ＧＰＩＢインタフェース（ＩＦ）
１１６ 外部インタフェース（ＩＦ）
１１７ 通信インタフェース（ＩＦ）
１２０ デバイス電源
１３１ 半導体試験実行部
１３２ テスタバスドライバ
１３３ ＧＰＩＢドライバ
１３４ 自己診断実行部
１３５ コンパクトチェッカ実行部
１３６ ＬＲＱ（ロードリクエスト）ファイル
１３７ 試験継続処理部
１３８ ＯＣ（オペレータコール）駆動処理部
１３９ メール送信処理部
２００ テスタヘッドユニット
２１０ タイミング発生器（ＴＧ）
２２０ パターン発生器（ＰＧ）
２３０ データセレクタ（ＤＳ）
２４０ フォーマット制御部（ＦＣ）
２５０ ピンエレクトロニクス（ＰＥ）
２６０ デジタルコンペア部（ＤＣ）
２７０ アナログ測定部
２８０ パフォーマンスボード（ＰＢ）
３００ プローバユニット
３１０ プローブカード
３１２ プローブ針
３２０ チャック
４００ ウエハ

Claims (9)

1. 複数のチップに対応する回路が形成されたウエハに対して半導体試験を行う半導体試験装置において、
   一のウエハに含まれるチップの位置を順番に切り替えながら所定の測定を実施する半導体試験実行手段と、
   前記半導体試験実行手段による測定結果が所定数のチップについて連続してフェイルとなったときに、自己診断を実施する自己診断実行手段と、
   を備えることを特徴とする半導体試験装置。
2. 請求項１において、
   前記半導体試験実行手段において測定を実施する際に前記ウエハに入力する信号を生成するとともに前記ウエハから出力された信号を取り込むピンエレクトロニクスと、
   前記ピンエレクトロニクスと前記ウエハとの間の電気的接続を行うプローブ針を有するプローブカードと、
   をさらに備え、前記自己診断実行手段は、前記プローブ針を前記ウエハに接触させたときの接触抵抗に基づいて自己診断を実施することを特徴とする半導体試験装置。
3. 請求項２において、
   前記自己診断実行手段は、連続したフェイルが発生する直前に測定結果がパスとなったチップについて自己診断を実施することを特徴とする半導体試験装置。
4. 請求項３において、
   前記プローブ針の先端を研磨する針先研磨手段をさらに備え、
   前記ウエハにおいて測定結果が最初にパスとなったチップと前記プローブ針の接触抵抗を基準抵抗値としたときに、前記自己診断実行手段によって、自己診断の対象となるチップの抵抗値がこの基準抵抗値に対して所定の範囲から外れることが確認されたときに、前記針先研磨手段による研磨が実施されることを特徴とする半導体試験装置。
5. 請求項３において、
   前記ウエハにおいて測定結果が最初にパスとなったチップと前記プローブ針の接触抵抗を基準抵抗値としたときに、前記自己診断実行手段によって、自己診断の対象となるチップの抵抗値がこの基準抵抗値に対して所定の範囲内にあることが確認されたときに、前記半導体試験実行手段による測定が継続されることを特徴とする半導体試験装置。
6. 複数のチップに対応する回路が形成されたウエハに対して半導体試験を行う半導体試験装置において、
   一のウエハに含まれる複数のチップに対して所定の測定を実施する半導体試験実行手段と、
   前記半導体試験実行手段による測定結果がパスとなったチップの数の全チップ数に対する割合が基準値よりも小さくなったときに、自己診断を実施する自己診断実行手段と、
   を備えることを特徴とする半導体試験装置。
7. 請求項６において、
   前記半導体試験実行手段において測定を実施する際に前記ウエハに入力する信号を生成するとともに前記ウエハから出力された信号を取り込むピンエレクトロニクスと、
   前記ピンエレクトロニクスと前記ウエハとの間の電気的接続を行うプローブ針を有するプローブカードと、
   をさらに備え、前記自己診断実行手段は、前記プローブ針と前記ウエハとの接触を解除した状態で、前記ピンエレクトロニクス内の電流あるいは電圧の状態を調べることにより自己診断を実施することを特徴とする半導体試験装置。
8. 請求項７において、
   前記自己診断実行手段による前記自己診断の結果、異常が検出されたときに、前記半導体試験実行手段による測定が中断され、異常発生を外部に知らせる通知手段をさらに備えることを特徴とする半導体試験装置。
9. 請求項７において、
   前記自己診断実行手段による前記自己診断の結果、異常が検出されなかったときに、前記半導体試験実行手段による測定が継続されることを特徴とする半導体試験装置。
   

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