JP2009008420A

JP2009008420A - 半導体デバイスの良否判定装置

Info

Publication number: JP2009008420A
Application number: JP2007167412A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Shiotani; 真章塩谷
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】半導体デバイスの良否判定を迅速かつ正確に行うことが出来る半導体デバイスの良否判定装置を提供する。
【解決手段】半導体デバイスの良否判定装置であって、半導体デバイスを着脱自在に保持する保持手段と、半導体デバイスに電力を供給する電力供給手段と、半導体デバイスの主面に投光しつつこれを撮像する撮像手段と、保持手段と撮像手段との間に配置されて撮像手段による撮像領域の１部を遮光する遮光手段と、を有する良否判定装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスからの異常発光を発見して良否判定する半導体デバイスの良否判定装置に関するものである。

近年においては、半導体デバイスの高集積化及び高機能化が進み、半導体デバイスの製造工程が以前にもまして複雑かつ微細になってきている。また、半導体デバイスは様々な用途に使用される故、市場において半導体デバイスに対して要求される信頼性レベルが以前よりもまして高まってきている。

市場が要求する高度な信頼性レベルを確保するためには、半導体デバイスの設計プロセスの開発段階から半導体デバイスの製造段階において信頼性を作り込む必要がある。また、市場における半導体デバイスの同じ原因によって繰り返し起こる故障を防止するために、製造工程及び市場における故障品を解析して、明確となった故障モード及びメカニズムを設計プロセス及び製造工程にフィードバックする必要がある。

半導体デバイスの故障解析には様々な種類の解析方法があり、その１例として光学的なデバイス解析がある。光学的なデバイス解析の具体例としては、発光解析やＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change）解析等が従来から知られている。発光解析は、電流リークに伴って発生する極微弱な発光場所特定し、半導体デバイスの２次元画像と共に表示する技術である。かかる発光現象としては、トランジスタのチャネルリーク又はＰＮ接合リーク等の際に発生する高電界下でのホットキャリア生成による発光や、ＣＯＭＳのラッチアップ現象のようにＰＮ接合に順方向電流が流れた際に発生するキャリアの再結合による発光が知られている。また、ＯＢＩＲＣＨ解析は、半導体デバイスへのレーザ光の照射による部分的な加熱に伴う温度変化により配線抵抗が変化するために起こる電流の変化によって故障箇所を特定する技術である。

従来は、上述する解析を行なうためには極めて高価な多数の特殊な機器が必要であり、手軽に解析を行なうことが出来なかった。かかる問題を解決するために、暗室内に設置したステージ上に半導体チップ組立体を反転させて載置し、ＴＥＧ用電極に電気的に接続した導電箔に所要の電圧を印加して光学顕微鏡によりモニター用半導体チップの発光解析を行う解析方法が特許文献１に開示されている。
特開２００１−２８１３０５号公報

特許文献１に記載された解析装置の構成によって、定常的な微小電流が発生することがないＣＭＯＳトランジスタで構成されるデジタル回路においては、故障箇所の電流リークに伴って発生する極微弱な発光を容易に発見することが出来る。

しかしながら、バイポーラトランジスタ及びＭＯＳトランジスタで構成されるアナログ回路においては、レギュレータ等に定常的な微小電流が流れることによって発光が確認されることがあった。従って、定常的な微小電流が流れる箇所における定常発光によって、本来解析すべき故障箇所における異常発光を発見することが出来ない問題点があった。

定常発光箇所の影響を抑制するために、定常電流が発生する箇所への電圧供給を停止することによって対応する方法が考えられるが、電圧供給の停止を行なうと本来の解析条件から外れてしまい、正確な解析を行なうことが出来ない。また、画像処理によって定常発光箇所の画像のみを覆う方法も考えられるが、検出される異常発光は定常発光からの影響を受けた状態である故、正確な異常発光を解析することが出来ない。

本発明は、以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、撮像領域の１部を遮光することで、故障箇所の異常発光を発見することが出来る半導体デバイスの良否判定装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、半導体デバイスの良否判定装置であって、前記半導体デバイスを着脱自在に保持する保持手段と、前記半導体デバイスに電力を供給する電力供給手段と、前記半導体デバイスの主面に投光しつつこれを撮像する撮像手段と、前記保持手段と前記撮像手段との間に配置されて前記撮像手段による撮像領域の１部を遮光する遮光手段と、を有する良否判定装置を提供される。

前記遮光手段は、例えば、前記半導体デバイスが前記保持手段によって保持されている状態において、前記半導体デバイスの主面に並行な面内において位置決め自在な少なくとも１つの遮光板を含んでいても良い。また、前記遮光手段は、位置決め信号に応じて前記遮光板を位置決めする位置決め手段と、前記位置決め信号を前記位置決め手段に供給する位置決め制御手段と、を含んでいても良い。

さらに、前記遮光手段は、前記半導体デバイスが前記保持手段によって保持されている状態において、前記半導体デバイスの主面に並行に配置されて駆動信号に応じて少なくとも１つの不透明領域及び少なくとも１つの透明領域を生じる遮光フィルタと、前記半導体デイバスの種別に応じて変化するドライブ信号を前記駆動信号として前記遮光フィルタに供給するフィルタ駆動手段と、を含んでいても良い。

本発明の良否判定装置においては、撮像領域の１部を遮光しつつ故障箇所の異常発光を発見する故、半導体デバイスの良否判定を迅速かつ正確に行うことが出来る。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の１つの実施例としての良否判定装置を表す概略断面図である。

図１に示されているように、良否判定装置１０は、半導体デイバス１００を保持するため保持治具１１を有している。保持治具１１は、半導体デイバス１００を保持するべく開口加工が施されており、保持治具１１は上方向に開口した開口部１２を備えている。上述する保持治具１１の構成によって、半導体デイバスは着脱自在となっている。例えば、保持治具１１は、ＩＣソケットであっても良い。開口部１２の底面には、保持される半導体デバイス１００と電気的に接続されるための接続ピン１３が設けられている。接続ピン１３は図１に示された数量に限られることはなく、半導体デバイスの外部接続パッド（図示せず）に応じた数量であっても良い。また、複数の接続ピン１３を備えるピンヘッド（図示せず）を保持治具１１に着脱自在にすることで、保持された半導体デバイス１００の外部接続パッドの数量に適合したピンヘッドへの変更を可能にしても良い。また、保持治具１１によって保持された半導体デバイス１００に所定の電力を供給するために、配線１４を介して接続ピン１３には電力供給部１５が接続されている。なお、半導体デバイス１００の保持治具１１への着脱は、手動で行なっても良く、またロボットアームの先端に取り付けられた負圧を用いて吸着を行なうチャッカー等（図示せず）を使っても良い。

保持治具１１の開口部１２の上方には、保持治具１１によって保持された半導体デバイス１００に投光して撮像するための冷却ＣＣＤカメラ１６及び撮像を拡大可能とする光学顕微鏡１７が配置されている。

また、良否判定装置１０は、冷却ＣＣＤカメラ１６にて撮像した半導体デバイス１００の画像パターンを表示する画像表示装置１８を有している。具体意的には、画像表示装置１８は表示部１９、入力装置２０及び制御部２１を備えている。表示部１９は、冷却ＣＣＤカメラ１６にて撮像した画像パターンを表示するだけでなく、冷却ＣＣＤカメラ１６及び光学顕微鏡１７等の設定状況等を表示可能としても良い。入力装置２０は、冷却ＣＣＤカメラ１６、光学顕微鏡１７及び後述する位置決め装置の設定値並びに保持治具１１に保持された半導体デイバス１００の種別を表す種別コード等を入力するための装置である。例えば、入力装置２０は、キーボード又はテンキー（いずれも図示せず）であっても良い。制御部２１は、入力装置２０によって入力された設定値及び種別コード等に応じて冷却ＣＣＤカメラ１６、光学顕微鏡１７及び位置決め装置を制御する。

保持治具１１に保持された半導体デバイス１００の主面に並行に、遮光板２２が保持治具１１と光学顕微鏡１７との間に配置されている。例えば、遮光板２２は、アルミ等の金属であっても良い。また、遮光板２２の形状は、長方形や正方形であっても良く、後述する遮光箇所に応じた形状にしても良い。遮光板２２は、画像処理装置１８と接続された位置決め装置２３によって半導体デバイス１００の主面に並行に位置決め自在に固定されている。例えば、遮光板２２は、破線矢印１ａに沿って左右に移動自在としても良い。また、破線矢印１ａと垂直に交差する方向（すなわち、図１に示された保持治具１１の奥行き方向）に移動自在であっても良い。位置決め装置２３は、上述する種別コード若しくは入力装置２０によって直接入力された位置に遮光板２２を位置決めすることが出来る構造である。

例えば、位置決め装置２３は、半導体デバイス１００と同程度の大きさの開口を有する支持台、支持台の上面に回転自在なローラ及びローラを回転せしめる駆動モータ（いずれも図示せず）によって構成され、かかるローラに取り付けられた遮光板２２を、制御部２１からの送信される信号に基づいてローラを回転し、遮光板２２の位置決めを行なうこととしても良い。また、位置決め装置２３は、駆動モータ、ラック及びピニオン（いずれも図示せず）によって構成され、制御部２１から送信される信号に基づいて駆動モータが回転し、遮光板２２の位置決めを行なうこととしても良い。

なお、遮光板２２は、位置決め装置２３によらず、手動にてその遮光位置を変更可能としても良い。例えば、遮光板２２を半導体デバイス１００の主面上に直接置いても良い。また、遮光板２２の数量は図１に示された数量に限られることなく、複数設けても良い。

図１に示されているように、遮光板２２は破線矢印１ａの方向に移動自在である故、半導体デイバス１００の発光箇所２４ａ、２４ｂ、２４ｃのうち発光箇所２４ａからの発光のみを遮光することが出来る。また、遮光板２２をさらに右方向移動することによって、発光箇所２４ｂからの発光も遮光することが出来る。

次に、半導体デバイス１００の遮光位置の具体的な位置の１例について、図２を参照しつつ詳細に説明する。図２は、半導体デイバス１００を示すブロック図であって、半導体デイバスからの発光を表す発光箇所を更に加えて示している。

図２（ａ）に示されているように、半導体デバイス１００はアナログ回路３１、デジタル回路３２及びアンプ３３から構成されている。アナログ回路３１のレギュレータ（図示せず）に定常的に流れる微小電流によって、アナログ回路からは定常的な発光があり、かかる発光箇所を定常発光箇所３４ａとする。また、アナログ回路３１の隣接する位置から半導体デイバス１００の故障に伴う異常発光が検出される発光箇所を異常発光箇所３４ｂとする。定常発光箇所３４ａと異常発光箇所３４ｂとは隣接しかつ異常発光は微小な発光である故、定常発光箇所３４ａに異常発光箇所３４ｂが埋もれてしまう。従って、異常発光箇所３４ｂの発見が困難となり、故障箇所の特定が困難となる。なお、発光箇所３４ａ、３４ｂは、図２の位置に限られる訳ではない。

定常発光箇所３４ａはアナログ回路３１に表れることがあらかじめ判っている故、図２（ｂ）で示されているように、アナログ回路３１上に遮光板２２を配置することによって定常発光を遮光することが出来る。従って、アナログ回路３１からの定常発光を遮光板２２によって遮光することによって、異常発光箇所３４ｂからの異常発光のみを定常発光の影響を受けることなく検出することが出来る。

また、アナログ回路３１からの定常発光以外にもあらかじめ発光箇所が特定されている位置がある場合においては、かかる部分からの発光を遮光板２２で遮光することによって、本来検知すべきである異常発光のみを発見することが出来る。例えば、半導体デバイス１００への電圧供給状態、半導体デバイス１００の設計不良及び製造不良等によってあらかじめ特定されている発光箇所を遮光板２２によって遮光することとしても良い。

次に、図３を参照しつつ本発明の良否判定装置による半導体デイバスの良否判定フローの１例を詳細に説明する。

先ず、半導体デバイス１００を保持治具１１によって保持する（ステップＳ１）。入力装置１９によって入力された遮光位置情報に基づいて遮光板２２の位置決めを行なう（ステップＳ２）。保持された半導体デイバス１００へ接続ピン１３及び配線１４を介して電力供給部１５から所定の電力を供給する（ステップＳ３）。

次に、冷却ＣＣＤカメラ１６及び光学顕微鏡１７によって半導体デイバス１００の主面に投光しつつ半導体デイバス１００を撮像する。撮像した半導体デイバス１００の画像パターン上の発光の有無を確認し（ステップＳ４）、発光が確認された（すなわち、発光を検出した）場合には、ステップＳ５に進む。半導体デイバス１００からの発光が検出されなければ、半導体デイバス１００に故障がないと判定し、良否判定を終了する。

発光を観測した場合には、かかる発光は異常発光であるとして、光学顕微鏡１７の倍率変更等によって異常発光箇所を詳細に解析する（ステップＳ５）。

なお、本発明の良否判定装置は、良否判定を行うことに限定されることなく、不良品として市場から返品された半導体デバイス又は製造不良の半導体デイバス等の故障原因である発光箇所を発見するために使用することも出来る。

以上のように、本実施例による良否判定装置によれば、遮光板によって撮像領域の１部を遮光しつつ故障箇所の異常発光を発見する故、半導体デバイスの良否判定を迅速かつ正確に行うことが出来る。

実施例１における良否判定装置１０の遮光板２２及び位置決め装置２３以外の部分については、実施例１の良否判定装置１０と同様の構成とし、遮光板２２及び位置決め装置２３に変えて遮光フィルタによって遮光する構成を用いても良い。かかる良否判定装置について図４を参照しつつ詳細に説明する。なお、実施例１と同様部分については同じ符号とし、説明は省略する。

保持治具１１によって保持された半導体デイバス１００の上方には、半導体デバイス１００の主面に並行に、遮光フィルタとして機能する液晶パネル４１が配置されている。液晶パネル４１は、画像処理装置１８の制御部２１と電気的に接続されている。また、液晶パネル４１は透明であって、後述する制御部２１からの駆動信号に応じて遮光しない状態においては、半導体デバイス１００からのすべての発光を透過する。なお、液晶パネル４１は、半導体デイバス１００の主面全体を遮光可能とする大きさが望ましい。また、液晶パネル４１は、金属等のフレーム（図示せず）によって固定されても良い。

制御部２１は、入力装置２０から入力される半導体デバイス１００の種別コードに応じたドライブ信号（例えば、水平同期信号に同期した水平スキャン信号及び垂直データ信号）を、後述する透明領域及び不透明領域を生じせしめる駆動信号として、液晶パネル４１の水平及び垂直端子群に順次供給する。なお、半導体デイバス１００の主面上の遮光位置を入力装置２０から直接入力し、かかる入力信号に応じたドライブ信号を駆動信号として送信しても良い。

次に、液晶パネルによる遮光について図５を参照しつつ詳細に説明する。

図５に示されているように、液晶パネル４１は、Ｘ方向及びＹ方向においてそれぞれ８個の区画に分けられている。液晶パネル４１は、制御部２１から送信される駆動信号に応じて、遮光領域（すなわち、遮光する各区画）全体を黒色にて表示する（すなわち、不透明領域を生成する）。具体的には、Ｘ方向の区画番地が２及び３であってＹ方向の区画番地が２から７までの区画が遮光領域となる。また、Ｘ方向の区画番地が６であってＹ方向の区画番地が２及び３の区画と、Ｘ方向の区画番地が６及び７であってＹ方向の区画番地が７の区画についても遮光領域となる。上述する以外の区画については、黒色に変化せずに透明（すなわち、透明領域）のままである。なお、遮光領域は図５で示された区画に限られることはない。遮光領域を黒色にて表示されることによって、遮光領域の下方に位置する半導体デバイス１００の部分からの発光を遮光することが出来る。

従って、制御部２１からの駆動信号に応じて遮光領域の数量及び形状を自在に変更することが出来る故、液晶パネル４１自体の移動が不要となる。また、１枚の液晶パネルから複数の遮光領域を生成することが出来き、半導体デイバス１００の種別に応じても容易に遮光領域を変更することが出来る。

なお、図５に示されている区画数に限られることはなく、区画数を増加することで遮光領域をより細かく設定可能としても良い。また、遮光が可能であれば、遮光領域を黒以外の色にて表示しても良い。

なお、遮光フィルタは液晶パネルに限定されることがなく、透明領域及び不透明領域を生じることが出来れば、他の材料からなる遮光フィルタであっても良い。

以上のように、本実施例による良否判定装置によれば、透明領域及び不透明領域を生じる遮光フィルタによって撮像領域の１部を遮光しつつ故障箇所の異常発光を発見する故、半導体デバイスの良否判定を迅速かつ正確に行うことが出来る。

本発明の実施例としての良否判定装置の概略断面図である。（ａ）は遮光前の半導体デイバスの正面図、（ｂ）は遮光板による遮光後の半導体デイバスの正面図である。本発明の実施例における良否判定を示すフローチャートである。本発明の他の実施例としての良否判定装置の概略断面図である。本発明の遮光フィルタである液晶パネルの区画番地の振り分けを示す図である。

符号の説明

１０良否判定装置
１１保持治具
１５電力供給部
１６冷却ＣＣＤカメラ
１７光学顕微鏡
１８画像処理装置
１９表示部
２０入力装置
２１制御部
２２遮光板
２３位置決め装置
４１液晶パネル
１００半導体デイバス

Claims

半導体デバイスの良否判定装置であって、
前記半導体デバイスを着脱自在に保持する保持手段と、
前記半導体デバイスに電力を供給する電力供給手段と、
前記半導体デバイスの主面に投光しつつこれを撮像する撮像手段と、
前記保持手段と前記撮像手段との間に配置されて前記撮像手段による撮像領域の１部を遮光する遮光手段と、を有する良否判定装置。
前記遮光手段は、前記半導体デバイスが前記保持手段によって保持されている状態において、前記半導体デバイスの主面に並行な面内において位置決め自在な少なくとも１つの遮光板を含むことを特徴とする請求項１記載の良否判定装置。
前記遮光手段は、位置決め信号に応じて前記遮光板を位置決めする位置決め手段と、前記位置決め信号を前記位置決め手段に供給する位置決め制御手段と、を含むことを特徴とする請求項２記載の良否判定装置。
前記遮光手段は、前記半導体デバイスが前記保持手段によって保持されている状態において、前記半導体デバイスの主面に並行に配置されて駆動信号に応じて少なくとも１つの不透明領域及び少なくとも１つの透明領域を生じる遮光フィルタと、前記半導体デイバスの種別に応じて変化するドライブ信号を前記駆動信号として前記遮光フィルタに供給するフィルタ駆動手段と、を含むことを特徴とする請求項１記載の良否判定装置。