JP2009170730A - Inspecting apparatus for back irradiating type solid-state imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウエハの検査装置に関し、特に、裏面照射型固体撮像素子が形成された半導体ウエハの検査装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor wafer inspection apparatus, and more particularly to a semiconductor wafer inspection apparatus on which a back-illuminated solid-state imaging device is formed.
デジタルカメラ等の電子カメラに使用されるCCD(Charge Coupled Device)型やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像素子は、半導体ウエハにマトリクス状に配列された状態で形成され、半導体ウエハをチップ状に分割する前にウエハ状態で検査(ウエハ検査)が行われている。 CCD (Charge Coupled Device) type and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type solid-state imaging devices used in electronic cameras such as digital cameras are formed in a matrix on a semiconductor wafer. Inspection (wafer inspection) is performed in a wafer state before dividing the wafer.
このウエハ検査工程では、半導体ウエハを保持するとともに、半導体ウエハ内の所望の固体撮像素子の電極パッドに測定プローブを当て、電気的導通を図るウエハプローバと、このウエハプローバを介して固体撮像素子との間で電気信号を入出力し、固体撮像素子の電気的特性を検査する半導体テスタと、各固体撮像素子に検査用の光を入射させる光源装置とを備えた検査装置が用いられる。検査内容としては、電極パッド間の導通・非導通等を調べるDC(直流)測定や、受光面に光を照射するとともに駆動パルスを供給して固体撮像素子から正しく信号出力がなされるか否かを調べる撮像測定がある。 In this wafer inspection process, a wafer prober that holds a semiconductor wafer and applies a measurement probe to an electrode pad of a desired solid-state imaging device in the semiconductor wafer to achieve electrical conduction, and a solid-state imaging device via the wafer prober An inspection apparatus is used that includes a semiconductor tester that inputs and outputs electrical signals between them and inspects the electrical characteristics of the solid-state imaging device, and a light source device that causes inspection light to enter each solid-state imaging device. The contents of the inspection include DC (direct current) measurement for checking conduction / non-conduction between the electrode pads, and whether the light receiving surface is irradiated with light and a driving pulse is supplied to correctly output a signal from the solid-state imaging device. There are imaging measurements to examine.
固体撮像素子は、通常、電極パッドと受光面とが同一面に形成されているため、電極パッド及び受光面が形成されていない半導体ウエハの裏面側を真空チャック等により保持し、受光面上が開口されたプローブカード(測定プローブを配したカード)により電極パッドに針当てを行った状態で、プローブカードの開口から受光面に光を照射することにより、検査が行われる(例えば、特許文献1参照)。
ところで、近年、固体撮像素子として、開口率を向上させ高感度化を図るために、電極パッド及び配線層が形成された表面側とは反対の裏面側から入射した光を受光するように構成した裏面照射型固体撮像素子が知られている(例えば、特許文献2,3参照)。 By the way, in recent years, as a solid-state imaging device, in order to improve the aperture ratio and increase the sensitivity, it is configured to receive light incident from the back side opposite to the front side where the electrode pad and the wiring layer are formed. A back-illuminated solid-state imaging device is known (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
しかしながら、この裏面照射型固体撮像素子が形成された半導体ウエハは、前述の真空チャック等により保持を行う裏面側が受光面とされているため、上記の検査装置では受光面に光を入射させることができず、検査を行うことができないといった問題がある。このため、裏面照射型固体撮像素子については、半導体ウエハを素子ごとにチップ状に分割し、各チップをパッケージ化した後、検査を行うことが考えられるが、この検査方法では、ウエハ状態で不良品を予め除外することができないため、検査のために不良品をパッケージ化することになり、無駄が多く、製造コストが増大してしまう。 However, since the semiconductor wafer on which this back-illuminated solid-state imaging device is formed has a light-receiving surface on the back side that is held by the above-described vacuum chuck or the like, in the inspection apparatus described above, light can be incident on the light-receiving surface. There is a problem that the inspection cannot be performed. For this reason, it is conceivable to inspect the backside illuminated solid-state imaging device after dividing the semiconductor wafer into chips for each device and packaging each chip, but with this inspection method, it is not possible in the wafer state. Since good products cannot be excluded in advance, defective products are packaged for inspection, which is wasteful and increases manufacturing costs.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、ウエハ状態のまま検査を行うことを可能とする裏面照射型固体撮像素子の検査装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a back-illuminated solid-state imaging device inspection apparatus that enables inspection in a wafer state.
上記目的を達成するために、本発明の裏面照射型固体撮像素子の検査装置は、電極パッドが形成された表面とは反対側の裏面から受光を行う裏面照射型固体撮像素子が複数形成された半導体ウエハの裏面側を保持する透明部材で形成された保持手段と、検査光を、前記保持手段を透過させて前記半導体ウエハの裏面側に照射する検査光照射手段と、前記半導体ウエハの表面側から前記電極パッドとの導通を図り、電気的検査を行う検査手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the backside illumination type solid-state imaging device inspection apparatus of the present invention has a plurality of backside illumination type solid-state imaging devices that receive light from the back surface opposite to the surface on which the electrode pads are formed. A holding unit formed of a transparent member that holds the back side of the semiconductor wafer; an inspection light irradiating unit that irradiates the back side of the semiconductor wafer with inspection light transmitted through the holding unit; and a front side of the semiconductor wafer And an inspection means for conducting electrical inspection with respect to the electrode pad.
なお、検査光照射手段は、前記保持手段の底面に固着されたELシートであることが好ましい。 The inspection light irradiating means is preferably an EL sheet fixed to the bottom surface of the holding means.
また、前記保持手段は、前記半導体ウエハが載置され、前記裏面照射型固体撮像素子の形成領域外に位置するように吸引孔が配設されたチャックトップと、開放された上部に前記チャックトップが嵌め込まれるように形成された支持容器とからなる真空チャックであることが好ましい。 The holding means includes a chuck top on which the semiconductor wafer is placed and a suction hole disposed so as to be located outside the formation region of the backside illumination type solid-state imaging device, and the chuck top on an open upper portion. It is preferable that it is a vacuum chuck which consists of a support container formed so that can be fitted.
また、前記検査手段は、前記電極パッドに接触される測定プローブを備えたプローブカードと、前記プローブカードを介して前記電極パッドに電気信号を与える半導体テスタとからなることが好ましい。 The inspection means preferably includes a probe card including a measurement probe that is in contact with the electrode pad, and a semiconductor tester that applies an electrical signal to the electrode pad via the probe card.
本発明の裏面照射型固体撮像素子の検査装置は、半導体ウエハの裏面側を保持する透明部材で形成された保持手段と、この保持手段を透過させて半導体ウエハの裏面側に照射する検査光照射手段とを備えるので、ウエハ状態のまま裏面照射型固体撮像素子の検査を行うことができる。 An inspection apparatus for a backside illumination type solid-state imaging device according to the present invention includes a holding unit formed of a transparent member that holds the backside of a semiconductor wafer, and an inspection light irradiation that passes through the holding unit and irradiates the backside of the semiconductor wafer. The back-illuminated solid-state imaging device can be inspected in the wafer state.
図1において、本発明に係わる検査装置10は、検査対象の半導体ウエハ11を保持するとともに、半導体ウエハ11に形成された裏面照射型固体撮像素子30の電極パッド31(図2参照)に電気的導通を図るためのウエハプローバ12と、ウエハプローバ12を介して半導体ウエハ11との間で電気信号を入出力し、裏面照射型固体撮像素子30の電気的特性を検査する半導体テスタ13とから構成されている。
In FIG. 1, an inspection apparatus 10 according to the present invention holds a
半導体テスタ13は、コンピュータを内蔵し、テストプログラムに基づいてDC特性や撮像特性検査用の電気信号を発生して検査対象の裏面照射型固体撮像素子30に入力し、入力されたテスト信号に応じて検査対象の裏面照射型固体撮像素子30から出力された電気信号を検出して良否の判定を行う周知の半導体測定装置である。
The
ウエハプローバ12には、半導体ウエハ11を載置するステージ14が設置されている。ステージ14は、コントローラ15の制御の下でステージ移動機構16及び位置検出センサ17を介して、上下及び水平方向に精度良く移動するように構成されている。また、詳しくは後述するが、ステージ14には、半導体ウエハ11の裏面側に検査光を照射するための光源装置が設けられている。
The wafer prober 12 is provided with a
ステージ14の直上には、プローブカード18が着脱自在に備え付けられている。プローブカード18には、半導体ウエハ11に形成された裏面照射型固体撮像素子30の各電極パッド31に対応するように複数の測定プローブ19が配設されている。なお、このプローブカード18及び半導体テスタ13は、特許請求の範囲に記載の検査手段に対応する。
A
ステージ14の近傍には、CCDカメラ等からなる画像認識機構20が配設されている。画像認識機構20は、半導体ウエハ11の表面及び測定プローブ19の先端をそれぞれ画像認識する。この画像認識情報は、コントローラ15に送信され、コントローラ15は、位置検出センサ17によって検出されるステージ14の位置情報に基づいてステージ移動機構16を制御し、半導体ウエハ11上の裏面照射型固体撮像素子30の電極パッド31を、これに対応する測定プローブ19にアライメントする。
An
図2において、半導体ウエハ11は、円盤状のシリコン単結晶基板に裏面照射型固体撮像素子30を2次元マトリクス状に複数形成したものである。半導体ウエハ(半導体基板)11の表面11aには、裏面照射型固体撮像素子30の内部回路に電気信号を入出力するための外部端子としての電極パッド31が複数形成されている。
In FIG. 2, a
図3は、裏面照射型固体撮像素子30の受光部の断面構造を示す。受光素子32は、半導体ウエハ11内に形成された埋め込み型のフォトダイオードであり、上記表面11aとは反対側の裏面11b側から入射した光を受光する。受光素子32は、数μmのピッチで、半導体ウエハ11内に2次元配列されている。半導体ウエハ11は、裏面11b側からの光入射を可能とするように、約10μmの厚みに薄板化されており、裏面11b側には、入射光を分光するカラーフィルタ33が各受光素子32に対応するように設けられている。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the light receiving portion of the backside illumination type solid-state imaging device 30. The light receiving element 32 is an embedded photodiode formed in the
受光素子32は、入射光を受け、光量に応じた信号電荷を生成して蓄積する素子であり、半導体ウエハ11の表面11a側には、受光素子32に蓄積された信号電荷を、電荷転送路(裏面照射型固体撮像素子30がCCD型の場合)やアンプ(裏面照射型固体撮像素子30がCMOS型の場合)に転送するためのゲート電極34が設けられている。ゲート電極34は、ポリシリコンなどの導電性シリコンからなり、その周囲は、酸化シリコンなどからなる層間絶縁層35により覆われている。
The light receiving element 32 is an element that receives incident light and generates and accumulates signal charges corresponding to the amount of light. The signal charges accumulated in the light receiving elements 32 are transferred to the
層間絶縁層35の表面は平坦化されている。層間絶縁層35上には、コンタクトプラグ(図示せず)を介してゲート電極34に接続された、アルミニウムなどからなる配線層36が形成されている。この配線層36上は、酸化シリコンなどからなる保護絶縁層37により覆われている。なお、配線層36は、表面11a側に露出した前述の電極パッド31に接続されている。
The surface of the interlayer insulating layer 35 is planarized. A wiring layer 36 made of aluminum or the like connected to the
このように、裏面照射型固体撮像素子30では、ゲート電極34や配線層36等の構造物が受光素子32の光入射側に位置しないため、高い開口率が得られる。このため、マイクロレンズをカラーフィルタ上に設けなくても十分な受光感度が得られる。
As described above, in the backside illumination type solid-state imaging device 30, structures such as the
図4は、ステージ14の構造を示す。ステージ14は、半導体ウエハ11を吸着保持するための真空チャック40と、半導体ウエハ11に検査光を照射するためのEL(エレクトロルミネッセンス)シート41とにより構成されている。真空チャック40は、ガラス等の透明部材により形成された支持容器42及びチャックトップ43が接着材44により接合されてなる。なお、真空チャック40及びELシート41は、特許請求の範囲に記載の保持手段及び検査光照射手段にそれぞれ対応する。
FIG. 4 shows the structure of the
支持容器42は、上部開放型の有底円筒容器であり、円筒の最上部には、チャックトップ43が嵌め込まれる。チャックトップ43は、円盤状であり、上下に貫通する微小な貫通孔(吸引孔)43aが複数形成されている。チャックトップ43の表面には、半導体ウエハ11が載置される。貫通孔43aは、半導体ウエハ11の裏面照射型固体撮像素子30が形成された領域外に位置するように、図5に示すように、半導体ウエハ11の外縁部に相当する位置に配置されている。
The
支持容器42の上部にチャックトップ43を嵌め込むことにより、容器内に封止空間が生じる。支持容器42の側部には、吸引口45が形成されている。吸引装置46により吸引口45から封止空間内の空気を吸引することで、チャックトップ43の貫通孔43aから空気が吸い込まれる。これにより、半導体ウエハ11は、チャックトップ43の表面上に吸着保持される。なお、半導体ウエハ11は、裏面11b側がチャックトップ43の表面に対向するように載置する。
By fitting the
ELシート41は、高誘電率バインダー中に分散した蛍光体に、電圧を印加することにより発光を行うEL素子をシート状にした面発光型の光源装置であり、支持容器42の底面に固着されている。ELシート41は、半導体ウエハ11よりやや大きい円盤状とされ、射出された光は、透明部材からなる真空チャック40を透過して半導体ウエハ11の裏面11b(光入射面)に入射する。
The
図6に示すように、ELシート41は、支持容器42の表面に接合する機能を有する透明な接合層50、EL素子を含み全面が均一に発光するEL層51、EL層51の表面を保護する保護層52が順に積層されたものである。EL層51は、透明電極層51a、発光層51b、誘電体層51c、背面電極層51d、絶縁層51eから構成され、透明電極層51aと背面電極層51dとに電圧が印加されることによって、発光層51bが発光するものである。EL層51への電圧の供給は、コントローラ15によって行われる。なお、EL層51の発光色は、発光層51b中の発光材料により決定される。発光層51bが白色発光を行う場合には、射出側にカラーフィルタを配することにより、検査光の色を調整してもよい。
As shown in FIG. 6, the
次に、上記のように構成された検査装置10の作用を説明する。検査が開始すると、まず、コントローラ15の制御の下でステージ移動機構16が水平移動し、ステージ14に載置された半導体ウエハ11内の検査対象の裏面照射型固体撮像素子30がプローブカード18の測定プローブ19下に位置するように、位置決めが行われる(ステップS1)。位置決めが終了すると、コントローラ15の制御の下でステージ移動機構16が上方に移動し、検査対象の裏面照射型固体撮像素子30の表面11aに形成された電極パッド31が測定プローブ19に接触される(ステップS2)。
Next, the operation of the inspection apparatus 10 configured as described above will be described. When the inspection starts, first, the
電極パッド31が測定プローブ19に接触されると、半導体テスタ13によりDC測定用の検査信号がプローブカード18を介して検査対象の裏面照射型固体撮像素子30に入力され、DC測定が行われる(ステップS3)。DC測定が終了すると、ELシート41が作動し、真空チャック40を透過した検査光が半導体ウエハ11の裏面11b(光入射面)に照射される(ステップS4)。この状態で、半導体テスタ13により撮像測定用の電気信号がプローブカード18を介して検査対象の裏面照射型固体撮像素子30に入力され、撮像測定が行われる(ステップS5)。
When the electrode pad 31 is brought into contact with the
撮像測定が終了すると、コントローラ15の制御の下でステージ移動機構16が下方に移動して、測定プローブ19が電極パッド31から離反される(ステップS6)。この後、未検査の裏面照射型固体撮像素子30が存在するか否かが判定される(ステップS7)。未検査の裏面照射型固体撮像素子30が存在する場合には、ステップS1〜S6が繰り返され、半導体ウエハ11内のすべての裏面照射型固体撮像素子30が検査されると、検査が終了する。
When the imaging measurement is completed, the
以上のように、検査装置10を用いることにより、裏面照射型固体撮像素子30を半導体ウエハ11に形成された状態のまま検査することができ、裏面照射型固体撮像素子30をチップ状に個片化してパッケージ化する前に予め不良品を除外することができる。
As described above, by using the inspection apparatus 10, the back-illuminated solid-state image sensor 30 can be inspected as it is formed on the
なお、上記実施形態では、支持容器とチャックトップとの2つの透明部材により真空チャックを形成しているが、本発明はこれに限定されず、真空チャックを透明部材により一体形成してもよい。また、半導体ウエハを吸着するための貫通孔(吸引孔)は、素子形成領域外であれば、適宜位置に形成してよい。 In the above embodiment, the vacuum chuck is formed by the two transparent members of the support container and the chuck top. However, the present invention is not limited to this, and the vacuum chuck may be integrally formed by the transparent member. Further, the through hole (suction hole) for adsorbing the semiconductor wafer may be formed at an appropriate position as long as it is outside the element formation region.
また、上記実施形態では、ELシートを用いて光源装置を構成しているが、本発明はこれに限定されず、ハロゲンランプやLED(発光ダイオード)により構成された光源装置を用いてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the light source device is comprised using an EL sheet, this invention is not limited to this, You may use the light source device comprised by the halogen lamp and LED (light emitting diode).
10 検査装置
11 半導体ウエハ
11a 表面
11b 裏面
12 ウエハプローバ
13 半導体テスタ(検査手段)
14 ステージ
18 プローブカード(検査手段)
19 測定プローブ
30 裏面照射型固体撮像素子
31 電極パッド
32 受光素子
40 真空チャック(保持手段)
41 ELシート(検査光照射手段)
42 支持容器
43 チャックトップ
43a 貫通孔(吸引孔)
45 吸引口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
14
19 Measurement probe 30 Back-illuminated solid-state imaging device 31 Electrode pad 32 Light receiving device 40 Vacuum chuck (holding means)
41 EL sheet (inspection light irradiation means)
42
45 Suction port
Claims (4)
検査光を、前記保持手段を透過させて前記半導体ウエハの裏面側に照射する検査光照射手段と、
前記半導体ウエハの表面側から前記電極パッドとの導通を図り、電気的検査を行う検査手段と、
を備えたことを特徴とする裏面照射型固体撮像素子の検査装置。 A holding means formed of a transparent member that holds the back side of the semiconductor wafer on which a plurality of backside illuminated solid-state imaging elements that receive light from the back side opposite to the surface on which the electrode pads are formed;
Inspection light irradiating means for irradiating the back side of the semiconductor wafer with inspection light transmitted through the holding means;
Conducting with the electrode pad from the surface side of the semiconductor wafer, inspection means for performing an electrical inspection,
A back-illuminated solid-state imaging device inspection apparatus comprising:
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