JP2008124049A - 半導体チップの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の検査方法では、第１および第２の検査環境で測定した電源電流値が、それぞれ基準値を満たしていても、電源電流値の温度依存性が温度に比例して減少している不良品の半導体チップを検出することができないという問題を有している。
【解決手段】 本発明に係る検査方法では、第１の検査環境下で半導体チップの電気的特性を測定する第１検査工程と、第１検査工程で得られた第１の測定値を記憶装置に記憶する第１測定値記憶工程と、第２の検査環境下で半導体チップの電気的特性を測定する第２検査工程と、第２検査工程で得られた第２の測定値と前記第１の測定値との比が所定の規格値を満たすか否かを判定する測定値比較工程とを有することで、上記課題を解決することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体チップの検査方法に関し、特に半導体チップの電気的特性を異なる検査環境下で測定し、それらの測定結果を用いて良品、不良品を判別する半導体チップの検査方法に関する。

従来の検査装置は、例えば図４に示すように半導体チップの電気的特性の検査を行うプローブ装置１００とプローブ装置１００の制御や半導体チップの電気的特性の検出などを行う半導体試験装置２００とを備えて構成される。プローブ装置１００には、被試験半導体ウェハ１０６が不図示のウェハ転送部から転置される載置台１０４と、載置台１０４の上下左右方向の移動を制御する駆動機構１０２と、半導体チップの電気的特性の検査を行うためのプローブ針１０８を有するプローブカード１１０と、プローブ針１０８に電気的信号を供給するためのプローブヘッド１１２とが配置されている。半導体試験装置２００には、駆動機構１０２やプローブヘッド１１２の動作制御などを行う制御部２０２と半導体チップの電気的特性が所定の規格値を満たしているか否かを判別する比較部２０４などが備えられている。

図５は、被試験半導体ウェハ１０６の詳細な構成を示す図である。被試験半導体ウェハ１０６上には、複数の半導体チップ４が形成されている。図６は、半導体チップ４の詳細な構成を示す図である。半導体チップ４には、半導体集積回路１２が形成され、半導体集積回路１２に接続される電源電圧パッド６とＧＮＤパッド８が形成されている。半導体集積回路１２は、例えば、直列に接続されたインバータなどによって構成されている。

次に、図７に示すフローチャートを用いて従来の検査装置の半導体チップ４の検査方法を説明する。まず、ステップＳ１で半導体チップ４を検査するための第１の検査環境に設定する。ここでは、被試験半導体ウェハ１０６が第１の温度となるような環境に設定する。具体的には、載置台１１０内に設けられた内部ヒーター１１４を不図示の外部制御装置によって制御し、第１の温度となるように制御する。載置台１１４は内部ヒーター１１４によって第１の温度に到達し、載置台１１４を介して被試験ウェハ１０６が第１の温度に設定される。ここで、第１の温度は、例えば、２５℃に設定される。次に、ステップＳ２でプローブ装置１００の載置台１１０上に被試験ウェハ１０４を不図示のウェハ転送部から転置する。

ステップＳ３で被試験ウェハ１０６に設けられた半導体チップ４の電源パッド６とＧＮＤパッド８をプローブカード１１０に設けられたプローブ針１０８に接触させ、半導体チップ４の電気的特性を測定する（第１測定値）。ここで、第１測定値とは、半導体チップ４の電源パッド６とＧＮＤパッド８の間を流れる電源電流値を意味する。第１測定値は、プローブヘッド１１２を介して、半導体試験装置２００の制御部２０２に転送される。

次に、ステップＳ４で第１測定値の情報は比較部２０４に転送され、予め決められていた第１基準値と比較して、第１測定値が基準値を満たしているか否かを判定する。第１測定値が第１基準値を満たしていない場合は、不良品と判断され、ステップＳ５で半導体チップ４にマーキング１０が付され、その後、ステップＳ６に進む。一方、第１基準値を満たしている場合は、そのままステップ６に進む。

ステップＳ６で被試験ウェハ１０６上の全ての半導体チップ４の検査が終了しているか否かをチェックする。全ての半導体チップ４の検査が終了していなければ、次の半導体チ
ップ４の電気特性を測定する。一方、全ての半導体チップ４の検査が終了すれば、ステップＳ７に進む。ステップＳ７で全ての被試験半導体ウェハ１０６の検査が終了したか否かをチェックする。全ての被試験半導体ウェハ１０６の半導体チップ４の検査が終了していなければ、次の被試験半導体ウェハの半導体チップ４の検査に移る。全ての被試験半導体ウェハのチェックが終了すれば、１次検査が完了する。

所定数の被試験半導体ウェハ１０６の第１次検査が終了すれば、第１次検査を終えた半導体ウェハ１０４に対し、第２次検査を行う。第２の検査環境は、第１の検査環境よりも高温で行われる。第２次検査においても、ステップＳ８〜Ｓ１４に示すように第１次検査と同様の検査手順で検査を行う。

図８に従来の検査方法による第１及び第２次検査での検査結果を示す。直線aで示す検査結果は、第１次及び第２次検査で基準値を満たすと判断された良品の半導体チップ４である。直線ｂで示す検査結果も第１次及び第２次検査で基準値を満たすと判断された良品の半導体チップ４である。点線ｃで示す検査結果は、第１次検査で第１基準値を超え、不良品と判断された半導体チップ４の検査結果である。直線ｄで示す検査結果は、第１次および第２次検査で基準値を満たし、良品と判断された半導体チップ４である。

しかしながら、直線ｄで示された半導体チップ４は、第１次及び第２次検査における第１及び第２の測定値がそれぞれ基準値を満たしているため良品と判断されるが、測定された電源電流値が温度の上昇とともに減少している。このような半導体チップ４は、電源パッド６に接続される配線などが劣化している不良品の半導体チップ４である。従来の検査方法では、このような半導体チップ４を不良と検出していなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、半導体チップ４を不良品として検出し、製品の品質向上に資する検査方法を提供するものである。

上記問題点を解決するために、本発明の半導体チップの検査方法は、第１の検査環境下で半導体チップの電気的特性を測定する第１次検査工程と、第１次検査工程で得られた第１の測定値を記憶装置に記憶する第１測定値記憶工程と、第２の検査環境下で半導体チップの電気的特性を測定する第２次検査工程と、第２次検査工程で得られた第２の測定値と第１の測定値との比が所定の基準値を満たすか否かを判定する測定値比較工程とを備えたものである。

本発明における半導体チップの検査方法では、第１の検査環境下での半導体チップの第１測定値と、第２の検査環境下での第２測定値との比が所定の基準値を満たすか否かを判定する測定値比較工程を設けることによって、半導体チップの電源電流値の温度依存性が温度の上昇とともに減少する半導体チップを不良と検出できる。

本発明に係る半導体チップ４の検査方法の一実施例を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の半導体チップ４の検査装置の主要部を示す図である。本発明における検査装置は、従来と共通のプローブ装置１００に加え、検査結果を記憶する記憶部５４と第１及び第２の検査結果の比を計算する演算部５６と第１及び第２の検査結果が第１及び第２の基準値を満たしているか否か、或いは第１及び第２の検査結果の比が所定の基準値
を満たしているか否かを判定する比較部５８を有する半導体試験装置５０から構成される。被試験ウェハ１０６及び半導体チップ４は、図５及び図６に示すものと同様の構成である。

次に、図２に示すフローチャートを用いて、本発明における半導体チップ４の検査方法について説明する。まず、ステップＳ１で半導体チップ４の第１次検査を行うための第１の検査環境に設定する。ここでは、例えば被試験ウェハ１０６が第１の温度となるような環境に設定する。具体的には、内部ヒーター１１４を備える載置台１１０を第１の温度となるように制御する。内部ヒーター１１４は、不図示の外部制御装置によって制御され、第１の温度を保つように制御される。第１の温度は、例えば２５℃に設定される。ステップＳ２でプローブ装置１００の載置台１０４上に被試験ウェハ１０６を不図示のウェハ転送部から転置する。被試験ウェハ１０６は、第１の温度に保たれている載置台１０４によって、第１の温度に設定される。被試験ウェハ１０６が第１の温度になるには、所定の時間を要するため、所定の時間経過後、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３で、半導体チップ４の電気的特性を測定する。具体的には、駆動機構１０２を上昇させることによって、被試験ウェハ１０６に設けられた半導体チップ４の電源パッド６とＧＮＤパッド８をプローブカード１１０に設けられたプローブ針１０８に接触させる。半導体試験装置５０の制御部５２からプローブヘッド１１２を介して、プローブ針１０８に電流を流し、電源パッド６とＧＮＤパッド８間の電源電流を測定する（第１測定値）。ステップ４で第１測定値は、制御部５２から比較部５８に転送され、比較部５８において、予め設定された第１基準値を満たすか否かを判定する。ここで、第１基準値は、例えば６０（μＡ）に設定され、第１測定値が第１基準値以下の場合には第１基準値を満たすと判定され、ステップＳ６に進む。一方、第１測定値が第１基準値よりも大きいと、不良品と判定され、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、不良品と判断された半導体チップ４にマーキング１０が付され、その後、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、第１次検査において第１基準値を満たした半導体チップ４の第１測定値を半導体チップ４のチップ情報（ウェハ番号、アドレス番号など）と共に記憶部５４に記憶する。ここで、半導体チップ４が不良と判定された場合には、第１測定値は記憶せずに、チップ情報のみを記憶するのが好ましい。その後、ステップＳ７で被試験ウェハ１０６の全ての半導体チップ４の検査が終了したか否かをチェックする。全ての半導体チップ４の検査が終了していなければ、次の半導体チップ４の検査を行う。全ての半導体チップ４の検査が終了していれば、ステップＳ８に進み、全ての被試験ウェハ１０６上の半導体チップ４の検査が終了したか否かをチェックする。検査が終了していなければ、次の被試験半導体ウェハ１０６の検査に移行する。全ての被試験半導体ウェハ１０６の検査が終了すれば、１次検査が完了する。

所定数の被試験半導体ウェハ１０６の第１次検査が終了すれば、第１次検査を終えた被試験ウェハ１０６に対し、第２次検査を行う。まず、ステップＳ９で半導体チップ４の第２次検査を行うために第２の検査環境に設定する。ここでは、例えば、内部ヒーター
１１４の温度を調整し、載置台１１０を第２の温度に設定する。

ステップＳ１０で第２の温度に設定された載置台１０４の上に第１次検査を終了した被試験ウェハ１０６をセットする。被試験ウェハ１０６が第２の温度に到達する所定時間経過後、半導体チップ４の電気的特性を測定する。ここで、第２の温度は第１の温度よりも高温に設定されており、例えば、８５℃とすることができる。第２次検査における半導体チップ４の電気的特性の測定は、第１次検査での測定と同様に行われる。つまり、半導体チップ４の電源パッド６とＧＮＤパッド８にプローブ針１０８を接触させ、電源パッド６とＧＮＤパッド８間を流れる電源電流を測定する（第２測定値）。第２測定値は、半導体
試験装置５０の制御部５２を介して比較部５８に転送される。ステップＳ１２で、第２測定値が第２基準値を満たすか否かの判断がなされる。ここで、第２基準値は、例えば２５０（μＡ）と設定され、第２測定値が第２基準値を満たしている場合は、ステップＳ１４に進む。一方、第２測定値が第２基準値を満たしていない場合は不良品と判定され、ステップＳ１３で半導体チップ４にマーキング１０がなされる。

ステップＳ１４で、第１及び第２次検査で第１及び第２基準値を満たしていると判定された半導体チップ４の第１測定値と第２測定値との比（第２測定値／第１測定値）を計算する。具体的には、第１次検査での第１測定値が記憶部５４から演算部５６に呼び出され、演算部５６で第２測定値との比が計算される。ステップＳ１５で、計算結果が予め設定された第３基準値よりも大きいか否かが判定される（測定値比較工程）。計算結果が第３基準値よりも大きい場合、その半導体チップ４は、良品と判断される。一方、第３基準値以下の場合は、ステップＳ１６で半導体チップ４にマーキング１０が付され、不良品と判定される。ここで、半導体チップ４の電源電流値の温度特性が温度の上昇とともに減少するものを不良と判定するために、第３基準値は１とすることができる。

ステップＳ１７で被試験半導体ウェハ１０６上の全ての半導体チップ４の検査が終了したか否かをチェックする。全ての半導体チップ４の検査が終了していなければ、次の半導体チップ４の検査に移る。一方、検査が終了していれば、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、所定数の全ての被試験半導体ウェハ１０６の検査が終了したか否かをチェックする。全ての被試験半導体ウェハ１０６の検査が終了していなければ、次の被試験半導体ウェハ１０６の検査に移る。一方、全ての被試験半導体ウェハ１０６の検査が終了していれば、半導体ウェハの検査が終了する。

図３は、本発明における半導体チップ４の検査方法における検査結果を示す図である。直線a及びｂで示す検査結果は、第１及び第２検査で良品と判断され、さらに、測定値比較工程においても良品と判断された半導体チップ４に関するものである。点線ｃで示す検査結果は、第１次検査において不良と判断された半導体チップ４に関するものである。直線ｄで示す検査結果は、第１及び第２次検査では良品と判断されるが、測定値比較工程で第３基準値を満たさないと判定された不良の半導体チップ４に関するものである。直線a、ｂ、及び点線ｃで示す検査結果は、従来の検査方法でも良品、不良品を判断することができる。一方、直線ｄに示す検査結果は、第１及び第２次検査において、良品と判断されるため従来の検査方法では良品と判断されていた。しかし、直線ｄにかかる半導体チップ４は、その電源電流値の温度依存性が温度の上昇とともに減少しており、該半導体チップ４は不良と判断されるべきだが、従来の検査方法ではそれが不可能であった。それに対して、本発明における検査方法では、測定値比較工程において、第１測定値と第２測定値との比を計算し、その計算結果が第３基準値よりも大きいか否かを判定するため、点線ｄで示す半導体チップ４を不良と判定することができる。以上のことにより、本発明における検査方法では、従来よりも製品の品質を向上させた検査方法を提供できる。
本発明における半導体チップ４の検査方法は、本実施形態に限られるものではない。例えば、第１の温度を２５℃としたが、第２の温度よりも低ければよい。同様に第２の温度も８５℃としたが、第１の温度よりも高ければよい。つまり、第１の温度と第２の温度とが異なっていればよい。

また、第１次検査での第１温度を第２次検査での第２の温度よりも高く設定して検査を行ってもよい。この場合、第１測定値と第２測定値の比は、（第１測定値／第２測定値）を計算すればよく、計算結果が第３基準値よりも大きいか否かを判定すればよい。

また、本実施形態では、第１の温度と第２の温度からなる２つの検査環境下での半導体チップ４の電源電流値を測定したが、本発明はこれに限られるものではない。つまり、２
以上の温度環境下で電源電流値の測定を行ってもよい。この場合、電源電流値が温度の上昇とともに上昇しているか否かを判定すればよい。

また、本実施形態では、不良と判断された半導体チップ４には、ステップＳ５、Ｓ１３、Ｓ１６でマーキングが付されていたが、本発明はこれに限られるものではない。第１、第２次検査で不良と判断された半導体チップ４のチップ情報（ウェハ番号、アドレス番号など）を半導体試験装置５０の記憶部５４に記憶させることもできる。この場合、半導体チップ４にマーキングする工程を省略することができ、また、半導体チップ４の良品／不良品の情報を電子データとして管理することができるので、より簡易な方法で検査を行うことができる。もちろん、半導体チップ４にマーキングを付す方法とチップ情報を電子データとして記憶部５４に記憶する方法との両方を併用してもよい。

また、本実施形態では、第１及び第２次検査での測定値を電子データとして記憶部５４に記憶しているが、本発明はこれに限られるものではなく、半導体チップ４に複数のヒューズ素子を設け、２進法によって測定値を記憶させてもよい。例えば、２本のヒューズ素子を設けた場合、ヒューズ素子が切られた状態を「１」、ヒューズ素子が切られていない状態を「０」とすれば、４つの値を記憶することができる。この場合、例えば、５０〜２５０（μＡ）の範囲で測定値が得られるとすれば、５０、１００、１５０、２５０（μＡ）などのように４つの値を記憶することができる。すなわち、ヒューズ素子の数に応じて、２のべき乗の値を半導体チップ４に記憶させることができる。さらに、ヒューズ素子の代わりにフラッシュメモリなどの記憶素子を半導体チップ４に設けても良い。この場合、第１次検査での測定値を第２次検査の時点まで記憶する必要があるため、不揮発性の記憶素子であることが好ましい。以上より、本発明において、第１及び第２次検査での測定値を記憶する場合、半導体試験装置５０内に記憶部５４を設けて記憶しても良いし、半導体チップ４にヒューズ素子やフラッシュメモリなどの記憶素子を設けて記憶しても良い。

また、図１の半導体試験装置５０において、記憶部５４と演算部５６と比較部５８とを分離して図示したが、これは便宜的なものであり、これらを一体として形成してもよい。さらに、第１及び第２測定値の情報は制御部５２を介して、比較部５８などに転送されるとしたが、必ずしも制御部５２を介する必要はなく、比較部５８などに直接転送する構成としてもよい。

また、本実施形態では、半導体チップ４の電気的測定値として電源パッド６とＧＮＤパッド８との間を流れる電源電流値を測定したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、半導体チップ４が仕様の範囲内（規格内）で動作するのを保証する最大／最小の限界電源電圧などとしてもよい。ここで、限界電源電圧とは、半導体チップ４が正常に動作するか否かの閾値を示す電圧と言うことができる。例えば、仕様書で電源電圧値が４．５〜５．５Ｖで動作するとされていれば、最小の限界電源電圧は３．５Ｖであったり、最大の限界電源電圧は６．５Ｖであったりする。したがって、本発明においては、通常の半導体チップ４の検査で測定されるあらゆる電気的測定値に適用することができる。以上のように、本発明に係る検査方法は、その使用態様、使用状況に応じて、適宜変更可能である。

また、本実施形態では、パッケージ化されていない半導体チップ４の検査方法を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、パッケージ化された後に、本発明における検査方法を行ってもよい。

本発明での半導体チップの検査装置である。 本発明での半導体チップの検査方法にかかるフローチャート図である。 本発明での半導体チップの検査方法における電源電流値の温度依存性を示す図である。 従来の半導体チップの検査装置である。 被試験ウェハを示す模式図である。 半導体チップを示す模式図である。 従来の半導体チップの検査方法にかかるフローチャート図である。 従来の半導体チップの検査方法における電源電流値の温度依存性を示す図である。

符号の説明

４ 半導体チップ、 ６ 電源パッド、 ８ ＧＮＤパッド、 １０ マーキング、１２ 半導体集積回路、 ５０ 半導体試験装置、 ５２ 制御部、 ５４ 記憶部、 ５６ 演算部、 ５８ 比較部、 １００ プローブ装置、 １０２ 駆動機構、 １０４ 載置台、 １０６ 被試験ウェハ、 １０８ プローブ針、 １１０ プローブカード、 １１２ プローブヘッド、 １１４ 内部ヒーター。

Claims (3)

1. 半導体ウェハ上に形成された複数の半導体チップの電気的特性を測定することで、前記半導体チップが所定の基準値を満たすか否かを判定する半導体チップの検査方法において、
   第１の検査環境下で前記半導体チップの電気的特性を測定する第１次検査工程と、
   前記第１次検査工程で得られた第１測定値を記憶装置に記憶する第１測定値記憶工程と、
   第２の検査環境下で前記半導体チップの電気的特性を測定する第２次検査工程と、
   前記第２次検査工程で得られた第２測定値と前記第１測定値との比が所定の基準値を満たすか否かを判定する測定値比較工程と、を有することを特徴とする半導体チップの検査方法。
2. 請求項１に記載の検査方法において、前記第１及び第２の検査環境は、前記半導体チップの温度状態であり、前記第２の検査環境は、前記第１の検査環境と異なる温度であることを特徴とする半導体チップの検査方法。
3. 請求項１〜２に記載の検査方法において、前記第１及び第２測定値は、前記半導体チップの電源パッドとＧＮＤパッド間を流れる電源電流値であることを特徴とする半導体チップの検査方法。

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