JP2008041859A - Testing apparatus for semiconductor wafer, and testing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体チップに作りこまれた、例えば温度センサなど温度によって特性が変化する素子の特性検査を半導体ウエハの状態で行なうための試験装置及び試験方法に関するものである。 The present invention relates to a test apparatus and a test method for performing, in a semiconductor wafer, a characteristic inspection of an element that has a characteristic that changes depending on temperature, such as a temperature sensor.
半導体集積回路のウエハ状態での性能試験は、一般にプローバーと呼ばれる試験装置を用いて行なわれる。この試験装置は、例えば真空排気による吸着力を利用して被試験体を保持する保持面をもつチャック方式のウエハステージを備えており、ウエハステージの温度を高温や低温に制御することで保持面に保持されている半導体ウエハの温度を任意の温度に制御して各半導体素子の検査を行なうことができる。 A performance test of a semiconductor integrated circuit in a wafer state is generally performed using a test apparatus called a prober. This test apparatus includes a chuck-type wafer stage having a holding surface for holding a device under test, for example, using suction force by vacuum evacuation. The holding surface is controlled by controlling the temperature of the wafer stage to a high temperature or a low temperature. Each semiconductor element can be inspected by controlling the temperature of the semiconductor wafer held on the substrate to an arbitrary temperature.
一般的な試験装置のウエハステージは、１つの温度制御用温度センサを備え、この温度センサの検出温度に基づいてウエハステージの温度が設定温度になるようにヒータのオン・オフが切り替えられて温度制御が行なわれている。 A wafer stage of a general test apparatus has one temperature control temperature sensor, and the heater is turned on and off so that the temperature of the wafer stage becomes a set temperature based on the temperature detected by the temperature sensor. Control is taking place.
このような温度制御方法で、ヒータのオン・オフ制御とウエハステージの温度制御との間の遅れ時間によって、ウエハステージが設定温度に達するのに時間がかかるという問題があった。そこで、ウエハステージの表面温度を冷却する冷却手段をさらに設けてウエハステージの温度をより早く設定温度に近づけることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
ウエハステージ保持面には面内温度ばらつきが存在する。この温度ばらつきは、半導体ウエハを吸引力で保持するための溝やヒータの配置によるものである。そして、その温度ばらつきの大きさは設定温度によって異なるが、±２℃程度が既存技術におけるばらつきの限界であり、それよりも面内温度ばらつきを小さくするには複雑で高価な装置になってしまう。 There is in-plane temperature variation on the wafer stage holding surface. This temperature variation is due to the arrangement of grooves and heaters for holding the semiconductor wafer with a suction force. The magnitude of the temperature variation differs depending on the set temperature, but about ± 2 ° C is the limit of variation in the existing technology, and in order to reduce the in-plane temperature variation, it becomes a complicated and expensive device. .
従来の試験装置では、試験対象である半導体チップの電気特性の許容誤差範囲を示す検査規格はウエハステージに取り付けられた１つの温度センサの検出温度に基づいて設定されていた。しかし、ウエハステージの半導体ウエハ保持面には面内温度ばらつきがあるため、実際の温度（実温度）が設定温度と異なる位置の半導体チップでは、半導体チップの電気信号を正確な検査規格で評価することができず、たとえその半導体チップが正常に動作していても試験では不良と判定されてしまうという問題があった。 In the conventional test apparatus, the inspection standard indicating the allowable error range of the electrical characteristics of the semiconductor chip to be tested is set based on the detection temperature of one temperature sensor attached to the wafer stage. However, since the semiconductor wafer holding surface of the wafer stage has in-plane temperature variations, the semiconductor chip electrical signal is evaluated with an accurate inspection standard for the semiconductor chip at a position where the actual temperature (actual temperature) is different from the set temperature. However, there is a problem that even if the semiconductor chip is operating normally, it is judged as defective in the test.
そこで本発明は、ウエハステージの面内温度ばらつきを評価できるようにすることを目的とするものである。 Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to evaluate in-plane temperature variations of a wafer stage.
本発明の試験装置は、被試験体である半導体ウエハを保持する保持面を備えたウエハステージと、ウエハステージの温度を測定する測温部を備え、測温部によってウエハステージの温度観察しながらその温度が設定温度になるように調節する温調部と、ウエハステージに設けられてウエハステージの温度を検出する温度センサと、半導体ウエハに形成されている任意の半導体チップの電気信号を検出する検出部と、ウエハステージの保持面の温度分布データを保持している温度分布データ保持部、及び温度センサの出力信号と温度分布データ保持部に保持されている温度分布データに基づいて保持面における任意領域の実温度を算出する温度算出部を含む演算部と、を備えていることを特徴とするものである。
ここでの温度分布データの一例は、ウエハステージの保持面を複数の領域に分割設定して、それぞれの領域と特定の位置、例えば中心部との温度差との関係が示されたものである。
また、温調部は、測温部のほか、ウエハステージを加熱するヒータやヒータの加熱動作を制御する制御部を含んでおり、制御部は測温部によって検出した温度に基づいてヒータの加熱動作を制御するようになっている。
測温部は上記のウエハステージの実温度算出に用いられるものとは別のものである。
The test apparatus of the present invention includes a wafer stage having a holding surface for holding a semiconductor wafer as a device under test and a temperature measuring unit for measuring the temperature of the wafer stage, while observing the temperature of the wafer stage by the temperature measuring unit. A temperature control unit that adjusts the temperature to a set temperature, a temperature sensor that is provided on the wafer stage and detects the temperature of the wafer stage, and detects an electrical signal of an arbitrary semiconductor chip formed on the semiconductor wafer On the holding surface based on the temperature distribution data held in the detection unit, the temperature distribution data holding unit holding the temperature distribution data of the holding surface of the wafer stage, and the output signal of the temperature sensor and the temperature distribution data holding unit And a calculation unit including a temperature calculation unit that calculates an actual temperature in an arbitrary region.
An example of the temperature distribution data here is that the holding surface of the wafer stage is divided into a plurality of regions, and the relationship between each region and a specific position, for example, the temperature difference between the central portion is shown. .
In addition to the temperature measurement unit, the temperature control unit includes a heater for heating the wafer stage and a control unit for controlling the heating operation of the heater. The control unit heats the heater based on the temperature detected by the temperature measurement unit. It is designed to control the operation.
The temperature measuring unit is different from that used for calculating the actual temperature of the wafer stage.
本発明の試験装置において、温度算出部は検出部から検出しようとする半導体チップの位置座標信号を入力し、その位置座標信号に基づいて半導体チップが配置されている領域を任意領域としてその領域の実温度を算出するようになっていることが好ましい。 In the test apparatus of the present invention, the temperature calculation unit inputs a position coordinate signal of a semiconductor chip to be detected from the detection unit, and an area in which the semiconductor chip is arranged based on the position coordinate signal is set as an arbitrary area. It is preferable to calculate the actual temperature.
さらに、検出部は半導体チップの温度依存性をもつ特性を電気信号として検出するものであり、演算部は温度算出部が算出した実温度に従って特性の正常範囲を示す検査規格を調整する規格調整部をさらに含むものであることが好ましい。
そのような試験装置で試験される半導体チップとして測温素子を含んだものを挙げることができ、その場合の検出部は半導体チップの測温素子の温度検出信号を検出するものである。
Furthermore, the detection unit detects a temperature-dependent characteristic of the semiconductor chip as an electric signal, and the calculation unit adjusts an inspection standard indicating a normal range of the characteristic according to the actual temperature calculated by the temperature calculation unit. It is preferable that it is further included.
As a semiconductor chip to be tested by such a test apparatus, a semiconductor chip including a temperature measuring element can be cited, and the detection unit in that case detects a temperature detection signal of the temperature measuring element of the semiconductor chip.
ウエハステージに取り付けられている温度センサは例えば４個であり、円柱状のウエハステージの周面に沿って均等に配置されていてもよい。 The number of temperature sensors attached to the wafer stage is, for example, four and may be evenly arranged along the peripheral surface of the cylindrical wafer stage.
本発明の試験方法は、被試験体である半導体ウエハを保持する保持面を備えたウエハステージと、ウエハステージの温度を観察しながらウエハステージの温度を設定温度になるように調節する温調部と、を備えた試験装置を用いて半導体ウエハに形成されている半導体チップの電気信号を検出して試験を行なう試験方法において、前処理として、ウエハステージに温度センサを取り付けて、温度センサの検出温度に対応する保持面の温度分布データを作成しておき、試験時は、温度センサの検出温度と温度分布データに基づいて保持面における任意領域の実温度を算出するものである。 The test method of the present invention includes a wafer stage having a holding surface for holding a semiconductor wafer as a device under test, and a temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the wafer stage to a set temperature while observing the temperature of the wafer stage. In a test method for performing a test by detecting an electrical signal of a semiconductor chip formed on a semiconductor wafer using a test apparatus equipped with a temperature sensor as a pretreatment, The temperature distribution data of the holding surface corresponding to the temperature is created, and at the time of the test, the actual temperature in an arbitrary region on the holding surface is calculated based on the detected temperature of the temperature sensor and the temperature distribution data.
任意領域は、試験を行なう半導体チップが配置されている領域であることが好ましい。
その場合、検出する半導体チップの電気信号は温度依存性をもつ特性であり、半導体チップが配置されている領域の実温度に従って特性の正常範囲を示す検査規格を調整することが好ましい。
The arbitrary region is preferably a region where a semiconductor chip to be tested is arranged.
In that case, the electrical signal of the semiconductor chip to be detected has a temperature-dependent characteristic, and it is preferable to adjust the inspection standard indicating the normal range of the characteristic according to the actual temperature of the region where the semiconductor chip is disposed.
本発明の試験装置及び試験方法では、ウエハステージの温度を検出する温度センサを追加し、その温度センサの出力信号と予め作成された温度分布データに基づいて保持面における任意領域の実温度を算出するようにしたので、ウエハステージの保持面の任意の領域の実温度を容易に得ることができる。 In the test apparatus and test method of the present invention, a temperature sensor for detecting the temperature of the wafer stage is added, and the actual temperature in an arbitrary region on the holding surface is calculated based on the output signal of the temperature sensor and the temperature distribution data created in advance. As a result, the actual temperature of an arbitrary region of the holding surface of the wafer stage can be easily obtained.
本発明の試験装置及び試験方法で、試験を行なう半導体チップが配置されている領域の実温度を算出するようにすれば、試験を行なう半導体チップの実温度を正確に得ることができる。 If the actual temperature of the region where the semiconductor chip to be tested is arranged is calculated by the test apparatus and test method of the present invention, the actual temperature of the semiconductor chip to be tested can be accurately obtained.
本発明の試験装置及び試験方法における試験は半導体チップの温度依存性をもつ特性を電気信号として検出するものであり、半導体チップが配置されている領域の実温度を算出し、算出した実温度に従って特性の正常範囲を示す検査規格を調整するようにすれば、検査規格が実温度に従ったものとなり、半導体チップの電気信号を正確に評価することができる。
本発明の試験方法で、検出する半導体チップの電気信号は温度依存性をもつ特性とし、半導体チップが配置されている領域の実温度に従って検査規格を調整するようにすれば、検査規格が実温度に従ったものとなり、半導体チップの電気信号を正確に評価することができる。
The test in the test apparatus and test method of the present invention detects the temperature-dependent characteristics of the semiconductor chip as an electrical signal, calculates the actual temperature of the region where the semiconductor chip is arranged, and according to the calculated actual temperature If the inspection standard indicating the normal range of the characteristics is adjusted, the inspection standard follows the actual temperature, and the electrical signal of the semiconductor chip can be accurately evaluated.
According to the test method of the present invention, if the electrical signal of the semiconductor chip to be detected has a temperature-dependent characteristic, and the inspection standard is adjusted according to the actual temperature of the region where the semiconductor chip is disposed, the inspection standard becomes the actual temperature. The electrical signal of the semiconductor chip can be accurately evaluated.
現在では、例えば温度センサ用半導体チップの試験を行なう場合などは、低温又は高温において設定温度±０.２℃程度の範囲内で試験を行なうことが要求されている。しかし、既述のように、既存の技術では、ウエハステージのばらつきを±２℃程度に抑えるのが限界であり、設定温度±０.２℃以内で温度制御を行なうことは極めて困難である。
そこで、本発明の試験装置及び試験方法で用いる温度センサとして、測定誤差が０．２℃以下である高精度な温度センサを用いることで、その温度センサの検出温度に基づいて算出される実温度及び電気信号の検査規格の正確性が向上するので、より精度の高い試験を行なうことができる。
At present, for example, when testing a semiconductor chip for a temperature sensor, it is required to perform the test within a range of about a set temperature ± 0.2 ° C. at a low temperature or a high temperature. However, as described above, in the existing technology, it is the limit to suppress the wafer stage variation to about ± 2 ° C., and it is extremely difficult to control the temperature within the set temperature ± 0.2 ° C.
Therefore, by using a high-precision temperature sensor with a measurement error of 0.2 ° C. or less as the temperature sensor used in the test apparatus and test method of the present invention, the actual temperature calculated based on the temperature detected by the temperature sensor. In addition, since the accuracy of the electrical signal inspection standard is improved, a test with higher accuracy can be performed.
図１は本発明の試験装置の一実施例を示すブロック図である。
被試験体である半導体ウエハ４が上面を保持面とするウエハステージ２上に保持されている。ウエハステージ２は保持面に保持された半導体ウエハ４の温度を調節するための温調部８を備え、温調部８によって保持面温度が設定温度に調節されるようになっている。温調部８はウエハステージ２の温度を検出する測温部の温度センサ（図示は省略）、ウエハステージ２を加熱するヒータ（図示は省略）及びヒータの加熱動作を制御する制御部（図示は省略）を含み、ウエハステージ２の温度を観察しながら、ウエハステージ２の温度が設定温度になるようにヒータがオン・オフするようになっている。温調部８に含まれている温度センサは、例えばウエハステージ２の中心部に裏面側から埋め込まれて取り付けられている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a test apparatus of the present invention.
A
６は温調部８の温度センサとは別にウエハステージ２に取り付けられた温度センサである。温度センサ６は、例えばウエハステージ２の側面など、保持面の温度変化を精度良く検出できる位置に取り付けられているのが好ましい。
A
９はウエハステージ２に保持された半導体ウエハ４に形成されている半導体チップの電気信号を検出するための検出部である。ウエハステージ２の保持面上には座標が設定されており、検出部９は入力された位置座標データに基づいてその座標に対応する位置に配置されている半導体チップの電気信号を検出するようになっている。
１０は演算部であり、温度センサ６によって検出した温度に基づいて試験する半導体チップが配置されている位置の実温度を算出する温度算出部１１と、試験する半導体チップの電気信号の検査規格を温度算出部１１で算出した実温度に基づいて調整する規格調整部１２と、予め作成されたウエハステージ２の保持面の温度分布データを保持する温度分布データ保持部１３とを含んでいる。
温度分布データ保持部１３に保持されている温度分布データは、例えばウエハステージ２の保持面を複数の領域に分割設定し、それぞれの領域と基準位置（例えば保持面中心部）との温度差が記録されたものである。温度算出部１１は温度センサ６によって検出した温度と温度分布データ保持部１３に保持されている温度分布データに基づいて、保持面の任意の領域の実温度を算出するようになっている。
The temperature distribution data held in the temperature distribution
温度分布データの作成手順の一例を図２を参照しながら説明する。
ウエハステージ２の保持面を含む正方形領域を横軸（Ｘ軸）に８等分、縦軸（Ｙ軸）に８等分して６４の領域を設定し、このうちのウエハステージ２の保持面を含む領域を１〜６０の温度分布領域１４として設定する。
ウエハステージ２の保持面中心部に表面温度計をセットする。このとき、ウエハステージ２の保持面温度が周囲の環境の影響を受けないようにしておくのが好ましい。次に、温調部８によってウエハステージ２の温度を所望の温度（例えば、８０℃）付近で安定させる。ウエハステージ２の温度が安定したら、以下（Ａ）〜（Ｅ）の操作を順に行なう。
An example of the procedure for creating the temperature distribution data will be described with reference to FIG.
A square area including the holding surface of the
A surface thermometer is set at the center of the holding surface of the
（Ａ）表面温度計によりウエハステージ２の保持面中心部の温度を測定する。
（Ｂ）表面温度計をウエハステージ２の保持面の任意の温度分布領域１４の位置に移動させ、温度を安定させるために一定時間（例えば２分）待ってから、その温度分布領域１４の温度を測定する。
（Ｃ）次に、表面温度計をウエハステージ２保持面の中心部に再度移動させて、温度を安定させるために一定時間（例えば２分）待ってから、保持面の中心部の温度を測定する。ここで測定した温度と上記操作（Ａ）で測定した温度の平均値をウエハステージ２保持面の中心部の温度とする。
（Ｄ）上記操作（Ｂ）で測定した温度と上記操作（Ｃ）で算出したウエハステージ２保持面の中心部の温度との温度差をその温度分布領域１４の相対温度として記録する。
（Ｅ）残りのすべての温度分布領域１４について上記（Ａ）〜（Ｄ）の操作を行なう。
（Ｆ）表面温度計によりウエハステージ２保持面の中心部の温度を測定し、ウエハステージ２に取り付けられている温度センサ６の検出温度との差を温度センサ６の相対温度として記録しておく。なお、この操作は（Ａ）の前に行なってもよい。
なお、ここではウエハステージ２保持面の中心部の温度を基準温度として各温度分布領域１４の相対温度を記録しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、保持面中心部以外の位置を基準点としてもよい。
(A) The temperature at the center of the holding surface of the
(B) The surface thermometer is moved to the position of an arbitrary
(C) Next, the surface thermometer is moved again to the center of the holding surface of the
(D) The temperature difference between the temperature measured in the operation (B) and the temperature at the center of the
(E) The operations (A) to (D) are performed on all remaining
(F) The temperature of the central portion of the
Here, the relative temperature of each
図１に戻って、半導体チップの電気信号の検査の一連の流れを説明する。
演算部１０の温度分布データ保持部１３に作業者によって予め作成された温度分布データが保持されているとする。温調部８によりウエハステージ２の温度を設定温度付近で安定した状態で、温度センサ６によりウエハステージ２の温度が検出される。温度算出部１１により、温度センサ６の検出温度と温度分布データに基づいてウエハステージ２保持面の中心部の温度が算出される。温度分布データにおいて温度センサ６の検出温度とウエハステージ２保持面の中心部の温度は相対温度として関係付けられており、その関係に基づいてウエハステージ２保持面の中心部の温度が算出される。さらに温度算出部１１により、算出したウエハステージ２保持面の中心部の温度と温度分布データに基づいて、被試験体となっている半導体チップが配置されている温度分布領域１４の実温度が算出される。規格調整部１３により、算出された実温度に基づいて電気信号の検査規格が調整される。
Returning to FIG. 1, a series of flow of the inspection of the electric signal of the semiconductor chip will be described.
It is assumed that temperature distribution data created in advance by an operator is held in the temperature distribution
図３は同実施例の試験装置を用いた試験方法を示すフローチャート図である。
まず、ウエハステージ２保持面を複数の温度分布領域１４に分割設定する（ステップＳ１）。各温度分布領域１４の表面温度とウエハステージ２中心部の表面温度との温度差、及び温度センサ６の検出温度とウエハステージ２中心部の表面温度との温度差が記録された面内温度分布データを作成する（ステップＳ２）。ウエハステージ２保持面に保持された半導体ウエハ４の各半導体チップを温度分布領域１４に対応させる。すなわち、各半導体チップがどの温度分布領域１４（１〜６０）に配置されているかを記録する（ステップＳ３）。ここまでは試験を行なうための前準備段階である。
試験を開始する。温調部８によりウエハステージ２の温度を調節して、設定温度付近で安定させる（ステップＳ４）。試験を行なう半導体チップを指定して、温度センサ６による検出温度を読み取り（ステップＳ５）、その検出温度と予め作成された温度分布データに基づいて被試験体である半導体チップが配置されている温度分布領域１４の実温度を算出し、その実温度から半導体チップの電気信号の検査規格の上限と下限を調整する（ステップＳ６）。検出部９により試験を行なう半導体チップの電気信号を検出する（ステップＳ７）。検出部９で検出した電気信号が設定された規格の上限と下限の間にあるかどうかを評価する（ステップＳ８）。検出した電気信号が規格の上限と下限の間にあれば正常と判定し、なければ不良と判定する。判定終了後、試験の行なわれていない半導体チップを被試験体として指定し、ステップＳ５からの操作を繰り返し行なう。
FIG. 3 is a flowchart showing a test method using the test apparatus of the embodiment.
First, the
Start the test. The temperature of the
次に、図４、図５及び図６を参照して、試験装置及び試験方法の具体例を説明する。図４は図１に示した試験装置のウエハステージ２の具体的な一例を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。
ウエハステージ２ａは上面が半導体ウエハ４を保持する保持面となっており、保持面に半導体ウエハ４を吸着するために溝１８ａ，１８ｂ及び溝１８ａ，１８ｂに接続された吸排気口１６ａ，１６ｂを備えている。４つの温度センサ６ａ,６ｂ,６ｃ,６ｄが温度センサ６（図１を参照）としてウエハステージ２ａの周面に沿って均等に貼りつけられて取り付けられている。ここでは、温度センサ６ａ,６ｂ,６ｃ,６ｄとしてＬＭ９２ＣＩＭ（ナショナルセミコンダクター社製）が用いられており、精度は０.３３℃である。
Next, specific examples of the test apparatus and the test method will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6. 4A and 4B are diagrams showing a specific example of the
The upper surface of the
本発明者による試験により、ウエハステージ２ａの周面温度の動向がウエハステージ２ａの裏面よりも保持面温度の動向に近く、ウエハステージ２ａの側面に温度センサを取り付ければ、保持面の温度変化をリアルタイムで検出することができることがわかっている。
さらに、温度センサ６ａ,６ｂ,６ｃ,６ｄは、ウエハステージ２ａに取り付ける前にキャリブレーションを行なえば、それぞれの温度センサがもつ誤差をキャンセルすることができ、誤差０.１℃以下での正確な温度検出を行なうことができる。
According to the test by the present inventors, the trend of the peripheral surface temperature of the
Furthermore, if the
温調部８（図１を参照）として、ウエハステージ２ａに内臓されたヒータ（図示は省略）、ウエハステージ２ａ中心部の裏面側に埋め込まれた測温部としての温度センサ（図示は省略）、及びヒータのオン／オフの切替えを制御する制御装置（図示は省略）が設けられている。制御装置は、ウエハステージ２ａ中心部の裏面側に埋め込まれた温度センサの検出温度が所望の温度となるようにヒータのオン／オフの切替えを制御する。
As the temperature control unit 8 (see FIG. 1), a heater (not shown) built in the
次に、ウエハステージ２ａの保持面の面内温度分布データの作成方法の一例を説明する。例えば図５に示されるように、ウエハステージ２ａの保持面を含む正方形領域を横軸（Ｘ軸：１〜８）に８等分、縦軸（Ｙ軸：１〜８）に８等分して（Ｘ,Ｙ）＝（１〜８,１〜８）の６４エリアを設定する。ここでは、（Ｘ,Ｙ）＝（１〜４,１〜４）の領域に温度センサ６ｄ、（Ｘ,Ｙ）＝（１〜４,４〜８）の領域に温度センサ６ａ、（Ｘ,Ｙ）＝（４〜８,１〜４）の領域に温度センサ６ｃ、（Ｘ,Ｙ）＝（４〜８,４〜８）の領域に温度センサ６ｂが配置されるように分割設定する。これら６４の領域のうちウエハステージ２ａの保持面を含む１〜６０の領域を温度分布領域１４とする。
Next, an example of a method for creating in-plane temperature distribution data of the holding surface of the
ウエハステージ２ａの保持面中心部に表面温度計をセットする。このとき、ウエハステージ２の保持面温度が周囲の環境の影響を受けないようにしておくのが好ましい。ヒータをオンにしてウエハステージ２ａの温度が安定するまで一定時間（例えば２時間）放置する。ウエハステージ２ａの温度が設定温度（例えば、８０℃）で安定したら、以下（Ａ）〜（Ｅ）の操作を順に行なう。
（Ａ）表面温度計によりウエハステージ２ａ保持面の中心部の温度を測定する。
（Ｂ）表面温度計をウエハステージ２ａの保持面の任意の温度分布領域１４の位置に移動させ、温度を安定させるために一定時間（例えば２分）待ってから、その温度分布領域１４の温度を測定する。
（Ｃ）次に、表面温度計をウエハステージ２ａ保持面の中心部に再度移動させて、温度を安定させるために一定時間（例えば２分）待ってから、保持面の中心部の温度を測定する。ここで測定した温度と上記操作（Ａ）で測定した温度の平均値をウエハステージ２ａ保持面の中心部の温度とする。
（Ｄ）上記操作（Ｂ）で測定した温度と上記操作（Ｃ）で算出したウエハステージ２保持面の中心部の温度との温度差をその温度分布領域１４の相対温度として記録する。
（Ｅ）残りのすべての温度分布領域１４について上記（Ａ）〜（Ｄ）の操作を行なう。
（Ｆ）表面温度計によりウエハステージ２ａ保持面の中心部の温度を測定し、ウエハステージ２ａに取り付けられている温度センサ６ａ,６ｂ,６ｃ,６ｄの検出温度との差を温度センサ６の相対温度として記録しておく。なお、この操作は（Ａ）の前に行なってもよい。
なお、ここではウエハステージ２ａ保持面の中心部の温度を基準温度として各温度分布領域１４の相対温度を記録しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、保持面中心部以外の位置を基準点としてもよい。
A surface thermometer is set at the center of the holding surface of the
(A) The temperature of the center portion of the
(B) The surface thermometer is moved to the position of an arbitrary
(C) Next, the surface thermometer is moved again to the center of the holding surface of the
(D) The temperature difference between the temperature measured in the operation (B) and the temperature at the center of the
(E) The operations (A) to (D) are performed on all remaining
(F) The temperature at the center of the holding surface of the
Here, the relative temperature of each
上記の面内温度分布データを用いて、以下の手順により半導体チップの電気信号の検査規格の上限と下限の調整を行なう。
まず、４つの温度センサ６ａ,６ｂ,６ｃ,６ｄのそれぞれに図５に示したエリアＮｏ.１〜６０の温度分布領域１４を割り当てる。この実施例では、（Ｘ,Ｙ）＝（１〜４,１〜４）の領域に含まれる温度分布領域１４を温度センサ６ｄに割り当て、（Ｘ,Ｙ）＝（１〜４,４〜８）の領域に含まれる温度分布領域１４を温度センサ６ａに割り当て、（Ｘ,Ｙ）＝（４〜８,１〜４）の領域に含まれる温度分布領域１４を温度センサ６ｃに割り当て、（Ｘ,Ｙ）＝（４〜８,４〜８）の領域に含まれる温度分布領域１４を温度センサ６ｂに割り当てる。
Using the in-plane temperature distribution data, the upper and lower limits of the inspection standard of the electrical signal of the semiconductor chip are adjusted by the following procedure.
First, the
検査時は、図示されていないウエハステージ２ａ中心部の裏面側に埋め込まれた温度センサの検出温度に基づいてウエハステージ２ａの温度制御を行ない、ウエハステージ２ａを設定温度付近で安定させる。検査対象の半導体チップが配置されている温度分布領域１４が割り当てられている温度センサの検出温度と面内温度分布データとに基づいてウエハステージ２ａ保持面の中心部の温度を算出する。ウエハステージ２ａの温度制御はウエハステージ２ａ中心部の裏面側に埋め込まれた温度センサの検出温度に基づいて行なわれているため、ウエハステージ２ａ保持面の中心部の実際の温度は必ずしも設定温度とは一致しない。そこで、予め作成したウエハステージ２ａ保持面の面内温度分布データを用いることで、ウエハステージ２ａ保持面の中心部の温度を正確に求めることができる。
ウエハステージ２ａ保持面の中心部の温度と面内温度分布データとに基づいて検査対象の半導体チップが配置されている温度分布領域１４の実温度を算出する。算出した実温度に従って、評価基準である検査規格の上限と下限を設定温度によるものから実温度によるものに調整する。
At the time of inspection, the temperature of the
Based on the temperature at the center of the
以下に、検査規格の調整方法の具体例を示す。
図６は半導体チップの電気特性の一例を示す図であり、（Ａ）は温度と電圧の関係を示すグラフで、横軸は温度（℃）、縦軸は出力電圧（Ｖ）を示し、（Ｂ）は（Ａ）温度（℃）と出力電圧（Ｖ）の関係を数値で示した表である。
ここでは、温度分布領域１４（図５を参照）に配置されている半導体チップを検査する場合について説明する。狙いとする製品デバイスが図６に示されるような電気特性を示すものであるとする。また、予め作成された面内温度分布データにおいて、エリアＮｏ.１の温度分布領域１４のウエハステージ２ａ保持面の中心部に対する相対温度は＋２.５℃であり、温度センサ６ｄのウエハステージ２ａ保持面の中心部に対する相対温度は＋１.５℃であるとする。
検査条件は、ウエハステージ２ａの設定温度が８５℃、８５℃における製品デバイスの出力電圧が１.９６７Ｖ、被測定デバイスの温度精度保証は±１３.３ｍＶ（±１℃）であるとする。
Below, the specific example of the adjustment method of an inspection standard is shown.
FIG. 6 is a diagram showing an example of the electrical characteristics of a semiconductor chip, (A) is a graph showing the relationship between temperature and voltage, the horizontal axis shows temperature (° C.), the vertical axis shows output voltage (V), B) is a table showing the relationship between (A) temperature (° C.) and output voltage (V) in numerical values.
Here, a case where a semiconductor chip disposed in the temperature distribution region 14 (see FIG. 5) is inspected will be described. Assume that the target product device has electrical characteristics as shown in FIG. In the in-plane temperature distribution data created in advance, the relative temperature of the
The inspection conditions are set such that the set temperature of the
温度センサ６ｄの検出温度が８８℃であったとする。温度分布データにより温度センサ６ｄの検出温度はウエハステージ２ａ保持面の中心部の温度＋１.５℃であるので、ウエハステージ２ａ保持面の中心部の実温度は８６.５℃となる。
次に、面内温度分布データによりエリアＮｏ.１の温度分布領域１４の温度はウエハステージ２ａ保持面の中心部の温度＋２.５℃であるので、エリアＮｏ.１の温度分布領域１４の温度は、８６.５＋２.５＝８９.０℃となる。８９.０℃での狙いとする製品デバイスの出力電圧は２.０２０Ｖであり検査規格が±１３.３ｍＶであるから、エリアＮｏ.１の温度分布領域１４に配置されている半導体チップの規格の上限は２.０３３Ｖとなり、下限は２.００７Ｖとなる。
It is assumed that the detected temperature of the
Next, since the temperature in the
図６に示されるように、従来通り設定温度８５℃に基づいて規格の上限と下限を設定すると、狙いとする製品デバイスの検査規格は上限が１.９８０Ｖ、下限が１.９５３Ｖとなり、実温度に従って２.００７Ｖ〜２.０３３Ｖの間の出力電圧を示して正確に動作している半導体チップが検査規格から外れて不良と判定されてしまうことになる。しかし、この実施例のように、ウエハステージ２ａ保持面の温度ばらつきを評価して、検査対象となっている半導体チップが配置されている領域の実温度に従って検査規格の上限と下限を調整するようにすれば、ウエハステージ２ａの保持面の面内温度ばらつきによる影響を受けずに正確に試験を行なうことができる。
As shown in FIG. 6, when the upper limit and the lower limit of the standard are set based on the set temperature of 85 ° C. as usual, the inspection standard for the target product device is 1.980V for the upper limit and 1.953V for the lower limit. Accordingly, an output voltage between 2.007 V and 2.033 V is shown, and a semiconductor chip that is operating correctly deviates from the inspection standard and is determined to be defective. However, as in this embodiment, the temperature variation of the holding surface of the
なお、図２及び図５では、ウエハステージ２ａの保持面を含む正方形領域を横軸（Ｘ軸：１〜８）に８等分、縦軸（Ｙ軸：１〜８）に８等分して６４のエリアを設定して１〜６０の温度分布領域１４を設定しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、より多くの温度分布領域１４を設定してもよいし、より少ない温度分布領域１４を設定してもよい。また、図５に示した温度センサへの温度分布領域１４の割り当てはほんの一例にすぎない。
2 and 5, the square region including the holding surface of the
２,２ａ ウエハステージ
４ 半導体ウエハ
６,６ａ,６ｂ,６ｃ,６ｄ 温度センサ
８ 温調部
９ 検出部
１０ 演算部
１１ 温度算出部
１２ 規格調整部
１３ 温度分布データ保持部
１４ 温度分布領域
１６ａ,１６ｂ 吸入チャック用吸排気口
１８ａ,１８ｂ 半導体ウエハ吸着用溝
2,
Claims (10)
前記ウエハステージの温度を測定する測温部を備え、前記測温部によって前記ウエハステージの温度を観察しながらその温度が設定温度になるように調節する温調部と、
前記ウエハステージに設けられて前記ウエハステージの温度を検出する温度センサと、
前記半導体ウエハに形成されている任意の半導体チップの電気信号を検出する検出部と、
前記ウエハステージの前記保持面の温度分布データを保持している温度分布データ保持部、及び前記温度センサの出力信号と前記温度分布データ保持部に保持されている温度分布データに基づいて前記保持面における任意領域の実温度を算出する温度算出部を含む演算部と、を備えていることを特徴とする試験装置。 A wafer stage having a holding surface for holding a semiconductor wafer as a device under test;
A temperature measuring unit for measuring the temperature of the wafer stage, and a temperature adjusting unit for adjusting the temperature to be a set temperature while observing the temperature of the wafer stage by the temperature measuring unit;
A temperature sensor provided on the wafer stage for detecting the temperature of the wafer stage;
A detection unit for detecting an electrical signal of an arbitrary semiconductor chip formed on the semiconductor wafer;
A temperature distribution data holding unit holding temperature distribution data of the holding surface of the wafer stage, and the holding surface based on an output signal of the temperature sensor and the temperature distribution data held in the temperature distribution data holding unit; And a calculation unit including a temperature calculation unit for calculating an actual temperature in an arbitrary region in the test apparatus.
前記演算部は前記温度算出部が算出した実温度に従って前記特性の正常範囲を示す検査規格を調整する規格調整部をさらに含むものである請求項２に記載の試験装置。 The detection unit detects a temperature-dependent characteristic of the semiconductor chip as an electrical signal,
The test apparatus according to claim 2, wherein the calculation unit further includes a standard adjustment unit that adjusts an inspection standard indicating a normal range of the characteristic according to the actual temperature calculated by the temperature calculation unit.
前処理として、前記ウエハステージに温度センサを取り付けて、前記温度センサの検出温度に対応する前記保持面の温度分布データを作成しておき、
試験時は、前記温度センサの検出温度と前記温度分布データに基づいて前記保持面における任意領域の実温度を算出することを特徴とする試験方法。 A wafer stage having a holding surface for holding a semiconductor wafer as a device under test; and a temperature control unit for adjusting the temperature of the wafer stage to a set temperature while observing the temperature of the wafer stage. In a test method for performing a test by detecting an electrical signal of a semiconductor chip formed on the semiconductor wafer using a test apparatus,
As pre-processing, a temperature sensor is attached to the wafer stage, and temperature distribution data of the holding surface corresponding to the detected temperature of the temperature sensor is created,
During the test, a test method is characterized in that an actual temperature in an arbitrary region on the holding surface is calculated based on the temperature detected by the temperature sensor and the temperature distribution data.
The test method according to claim 6, wherein the wafer stage has a cylindrical shape, the temperature sensor includes four temperature sensors, and the wafer stage is uniformly attached along a peripheral surface of the wafer stage.
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|---|---|---|---|---|
| JP2013081031A (en) * | 2011-10-03 | 2013-05-02 | Seiko Epson Corp | Temperature compensation data creation method of electronic component and manufacturing method of electronic component |
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