JP2010040750A - 半導体ウェハの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的特性検査を所定の検査温度で行う場合、検査温度による変位を補正し、プローブ端子の針先と半導体素子の電極とを正常に接触させて、信頼性の高い検査を行う方法の提供。
【解決手段】検査温度により変位したプローブ端子の針先と半導体素子の電極とを接触させるために、これら両者の接触位置を補正する。補正に用いる補正値として、検査時間と検査温度によるプローブ端子の変位量との関係から、針先と電極の接触位置を補正するための補正量を予め計算して求める。求めた補正量を用いて、一定の検査時間毎にプローブ端子の針先と半導体素子の電極との接触位置を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造工程終了後の半導体素子の電気的特性検査を高温または低温の状態として行うときに、プローブカードに有するプローブ端子の針先と半導体ウェハに形成された複数の半導体素子の電極とが終始適切な針圧で接触し、信頼性の高い検査を行うことができる半導体ウェハの検査方法に関するものである。

半導体ウェハの電気的特性検査を行うプローブ装置を図３に示す。図３に示すプローブ装置１０において、半導体ウェハ（被検査体）１２ａの高温（または低温）の検査を行う場合には、プローブカード１１が載置台（メインチャック）１２からの熱気（または冷気）により徐々に加熱（または冷却）され、検査を行っている最中にプローブカード１１が時間の経過につれて熱膨張（または熱収縮）し、この熱膨張（または熱収縮）によりプローブ端子１１ａの針先が基準位置から徐々に変位する。

例えば、低温検査では図３に示すプローブ端子１１ａの針先が数時間に渡ってＺ方向（載置台面に対して垂直な方向）に収縮するなどして、次の半導体ウェハ１２ａの検査を行うときにプローブ端子１１ａと、これらに対応する半導体ウェハ１２ａに形成された半導体素子の電極とが正常に接触できず、検査の信頼性を低下させるという課題がある。

以下、前述の課題に対する従来の検査方法について、図面を参照しながら説明する。従来のプローブ装置は、図４に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚおよびθ方向に移動可能で、かつ所定の検査温度まで加熱可能な載置台１２と、この載置台１２上に載置された半導体ウェハ（被検査体）１２ａに形成された各半導体素子の電極と針先が接触するプローブ端子１１ａを有するプローブカード１１と、この載置台１２の移動量を制御する制御装置（メインコントローラ１３）とを備え、この制御装置の制御下で載置台１２を介して被検査体を検査温度まで加熱するとともに、載置台を移動させて各半導体素子の電気的特性検査を順次行う。

また、図示しないがプローブ装置１０には、最初の半導体素子の検査開始前に、プローブカードの熱膨張するプローブ端子の接触位置を補正するために、プローブ端子のアライメントを実行するか否かを設定するカードコンタクト補正設定手段と、２番目以降の半導体素子の検査を行う毎に、それぞれの検査前でプローブ端子のアライメントを終了するか否かの基準となるアライメント終了条件を設定するアライメント終了条件設定手段と、これらの設定手段による設定内容を記憶するアライメント条件記憶手段と、アライメント条件記憶手段の記憶内容に基づいて、少なくともプローブ端子のアライメントを実行し、プローブ端子の針先と半導体素子の電極との接触位置を補正するカードコンタクト補正処理手段とを有している。

また、図５はカードコンタクト補正処理手段による処理を示すフローチャートである。イニシャルチップの検査後、または前のチップ測定終了後で、２番目のチップの検査を行う前に、カードコンタクト補正処理手段において予め設定された３つのアライメント終了条件を満たしているか否かを判断し（Ｓ１２）、その条件を満たしていないと判断した場合にはカードコンタクト補正処理手段からの指令信号に基づいてＸ−Ｙ移動機構１８および昇降機構（図示せず）を介して載置台１２が移動し、基準プローブピン（図示せず）のアライメントを行う（Ｓ１３）。

次いで、イニシャルチップの検査前に基準プローブピンの変位量が許容値内にあるか否かを判断し（Ｓ１４）、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のいずれか１つでも許容値を超えている場合にはアライメント終了条件のカウント数をクリア後（Ｓ１５）、１本の基準プローブピンを用いてプローブアラメントを行い、現在のピン先位置を画像認識し、接触位置を補正する（Ｓ１６）。

さらに、ウェハアライメント実行処理として、トータルアライメントを実行する旨の判断を行った後（Ｓ１７）、トータルアライメントチェックを実行する旨の判断を行う（Ｓ１８）。例えば、５点でトータルアライメントチェックを行う設定の場合には、ウェハアライメント実行処理においてその判断を行った後（Ｓ１９）、ウェハアライメント実行処理の信号に基づいてアライメントブリッジ２１Ｂがプローブセンタまで移動後、載置台１２が予め設定された５点が上ＣＣＤカメラ２１Ａの真下まで順次移動し、半導体ウェハ１２ａ内の５点の現在位置を画像認識によりチェックした後（Ｓ２０）、ウェハアライメントを行って半導体ウェハ１２ａのＸ、Ｙ、Ｚの各位置を補正し（Ｓ２１）、載置台１２がＸ−Ｙ移動機構１８および昇降機構を介して移動し、プローブ端子１１ａと２番目のチップの電極パッドが正確かつ確実に接触してそのチップの検査を確実に行う（Ｓ２２）。

前述の処理Ｓ１４において、カードコンタクト補正処理手段でイニシャルチップの検査前に基準プローブピンのピン先位置から現在のピン先位置までの変位量が許容値内であると判断したときには処理Ｓ２３へ移行する。そして、カードコンタクト補正処理手段において、イニシャルチップの実検査時間と最少検査時間とを比較し、実検査時間が最少検査時間を超えていると判断したときにはアライメント終了条件の連続カウントを１回加算した後（Ｓ２４）、このカウント数と予め設定されたアライメント回数とを比較し（Ｓ２５）、カウント数がアライメント回数の設定値に達していなければ、次のアライメントを実行することを前提に処理Ｓ２２へ移行して２番目のチップの検査を行う。

また、処理Ｓ２５において連続カウント数がアライメント回数の設定値に達しておれば、次回以降のチップ検査では毎チッププローブアライメント処理を行わないことを前提に処理Ｓ２２へ移行して２番目のチップの検査を行う。しかし、通常、この段階では処理Ｓ２６へ移行することはない。

処理Ｓ２３において、イニシャルチップの検査時間が最少検査時間に達していない場合にはアライメント終了条件のカウント数をゼロクリアした後（Ｓ２７）、処理Ｓ２２へ移行して２番目のチップの検査を行う。したがって、次回のチップ検査前にアライメント回数を最初からカウントする。

２番目のチップ検査を終了すると、処理Ｓ１２へ戻り、処理Ｓ１２からの前述の各処理を繰り返す。そして、検査したチップ数が増えて検査による累積時間が長くなって来ると、プローブカード１１が半導体ウェハ１２ａの検査温度に徐々に近づき、検査毎に基準プローブピンの変位量が漸減して来る。そのため、処理Ｓ１４から処理Ｓ２３へ移行するようになり、検査時間のみを判断するようになり、最終的にはアライメント回数を連続的にカウントするようになり、処理Ｓ２６へ移行し、その後はアライメントを行わなくても本来の検査を正確かつ確実に行えるようになる。
特開平１１−１５０１６４号公報

しかしながら、前述のプローブ装置による半導体ウェハの検査方法では、最初の半導体素子の検査開始前にカードコンタクト補正を行うため、最初の半導体素子の検査開始までに時間を必要とする。さらに、２番目以降の各半導体素子の検査を行う前に、プローブ端子の針先のアライメントを実行する時間を必要とする。したがって、前記２つのアライメントを実行する時間が余分に必要となり、検査のスループットを低下させるという課題が発生していた。

また、検査時に行われるアライメントの回数が増えるために、アライメント時の針認識において、誤認識が発生したときの人によるアシスト作業が発生する可能性があった。

本発明は、前記従来技術の問題を解決するものであり、高温または低温検査を行う場合の半導体ウェハの検査方法において、検査開始前に行うカードコンタクト補正と、２番目以降の各半導体素子（被検査体）の検査前に行うアライメントを実施せず、検査を行っている間にプローブカードのプローブ端子が熱変位しても、被検査体に形成された半導体素子の電極とプローブ端子の針先との針圧が常に安定して接触し、信頼性の高い検査を高スループットで行うことができる半導体ウェハの検査方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した半導体ウェハの検査方法は、Ｚ方向に移動可能な載置台を所定の検査温度まで冷却した後、披検査体の半導体ウェハを設置し、半導体ウェハに形成された複数の半導体素子それぞれの電極とプローブカードに設けられたプローブ端子の針先とを接触させて、複数の半導体素子の電気的特性検査を順次行う検査方法において、半導体素子の電極と熱収縮により変位したプローブ端子の針先との接触位置を補正するために、電気的特性検査の検査時間と熱収縮による針先の変位量との関係から接触位置の補正量を予め計算し、一定の検査時間毎に接触位置を補正することを特徴とする。

また、請求項２に記載した半導体ウェハの検査方法は、請求項１の載置台を所定の検査温度とするための冷却に代えて加熱とし、これに伴い、熱収縮を熱膨張としたものである。

また、請求項３に記載した発明は、請求項１，２の半導体ウェハの検査方法において、一定の検査時間毎に電極と針先との接触位置を補正する補正量が、検査を開始した直後でプローブ端子の針先でＺ方向変位量が大きい期間Ａと、検査を開始してから時間経過した後の変位量が小さい期間Ｂとにおいて、それぞれ異なる検査時間とプローブ端子の針先の接触位置を補正するため関係式によって計算され、この補正量を用いて、一定の検査時間毎に針先の接触位置を補正することを特徴とする。

また、請求項４に記載した発明は、請求項３の半導体ウェハの検査方法において、検査時間毎にプローブ端子の針先と半導体素子の電極との接触位置を補正する補正量を算出する関係式として、プローブ端子の針先でＺ方向変位量が大きい期間Ａにおいては１次関数近似式を用い、変位量が小さい期間Ｂにおいては２次関数近似式を用いて、プローブ端子の針先の接触位置を補正する補正量を計算することを特徴とする。

前記検査方法によれば、電気的特性検査中にプローブカードのプローブ端子が熱変位しても、各半導体素子の電極とプローブ端子の針先とを安定して接触させることができる。

本発明によれば、高温または低温の検査開始前のカードコンタクト補正と、２番目以降の各半導体素子の検査前に行うアライメントを実施することなく、検査を行っている間にプローブカードのプローブ端子が熱変位しても、各半導体素子の電極とプローブ端子の針先との針圧が常に安定して接触し、信頼性の高い検査を高スループットで行うことができる半導体ウェハの検査方法を提供することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における半導体ウェハの検査方法のフローチャートを示す図である。また、本実施形態１におけるプローブ装置は、前述の図３に示した従来のプローブ装置と同様に構成されている。

図３に示したように、プローブ装置１０には載置台１２が配設され、この載置台１２はＸ，ＹおよびＺ方向に移動するようになっている。さらに、載置台１２を加熱または冷却する機構により所定の検査温度に調整するようにしてある。このプローブ装置１０において、半導体ウェハ１２ａ上に形成された半導体素子の電極とこれに対応するプローブ端子１１ａの針先を接触させ検査をする。

いま、プローブ装置１０を用いて低温検査を行う場合、低温検査の最中にプローブカード１１は載置台１２からの冷気により熱収縮してプローブ端子１１ａの針先が基準位置から変位して、半導体素子の電極と接触ができなくなる恐れがある。

そのため、本実施形態１ではＺ方向に移動可能な載置台１２を所定の検査温度まで冷却した後、その載置台１２上に披検査体の半導体ウェハ１２ａを設置し、半導体ウェハ１２ａに形成された複数の半導体素子それぞれの電極と、プローブカード１１のプローブ端子１１ａの針先とを接触させて各半導体素子の電気的特性検査を順次行う。

図１に示すように、検査開始において、載置台１２を所定の検査温度まで冷却し、また、プローブカード１１の配置位置を調整する（Ｓ１）。半導体ウェハ１２ａを載置台１２上に配置し（Ｓ２）、その配置位置を調整する（Ｓ３）。その後、載置台１２は、プローブカード１１のプローブ端子１１ａの位置へ半導体ウェハ１２ａのイニシャル半導体素子を移動する（Ｓ４）。

そして、順次半導体素子の検査を行うため、まず、全ての半導体素子の検査終了か否かを確認する（Ｓ５）。処理Ｓ５にて、終了でないとき（Ｓ５のＮｏ）、検査処理の時間経過を所定の時間内か否か確認する（Ｓ６）。処理Ｓ６において、所定の時間内でないとき（Ｓ６のＮｏ）、後述する接触位置を補正する機能により計算した結果に基づき補正を行う（Ｓ７）。

処理Ｓ６にて、所定の時間内のとき（Ｓ６のＹｅｓ）、と同様に、プローブ端子１１ａの針先と半導体素子の電極を接触させ、検査を行う（Ｓ８）。その検査後に、次の検査をするため載置台１２は、プローブ端子１１ａの位置へ別の半導体素子を移動する（Ｓ９）。

本実施形態１は、半導体ウェハの検査方法において、プローブ端子１１ａが熱収縮により変位することから、プローブ端子１１ａの針先と半導体素子の電極とを接触させるために、これら両者の接触位置を補正する機能を設けたものである。この機能としては、検査時間と熱収縮による針先の変位量の関係から熱収縮するプローブ端子１１ａの針先との接触位置を補正するために必要な補正量を予め計算し、この補正量を用いて、一定の検査時間毎にプローブ端子１１ａの針先と半導体素子の電極との接触位置を補正するものである。

また、図１に示すように、処理Ｓ５において半導体素子の検査を終了したとき（Ｓ５のＹｅｓ）、半導体ウェハ１２ａを載置台１２から搬出し（Ｓ１０）、さらに検査する別の半導体ウェハの有無により検査終了を確認し（Ｓ１１）、検査終了でなければ（Ｓ１１のＮｏ）、処理Ｓ２へ移り次の半導体ウェハ１２ａの載置台１２上に配置する。終了であれば（Ｓ１１のＹｅｓ）、検査を終了する。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。本実施形態２は、前述した実施形態１と同様に、図３に示したプローブ装置１０を用いて高温検査を行う場合を例としている。この高温検査の最中にプローブカード１１は載置台１２からの放熱により熱膨張してプローブ端子１１ａの針先が基準位置から変位して、半導体素子の電極と接触ができなくなる恐れがある。

本実施形態２では、Ｚ方向に移動可能な載置台１２を所定の検査温度まで昇温した後に載置台１２上に披検査体の半導体ウェハ１２ａを設置し、半導体ウェハ１２ａに形成された複数の半導体素子それぞれの電極と、プローブカード１１のプローブ端子１１ａの針先とを接触させて各半導体素子の電気的特性検査を順次行う。

実施形態１と同様に、プローブ端子１１ａの熱膨張により変位することから、プローブ端子１１ａの針先と半導体素子の電極とを接触させるために、これら両者の接触位置を補正する機能を設けたものである。この機能は、検査時間と熱膨張による針先の変位量の関係から熱膨張するプローブ端子１１ａの針先との接触位置を補正するために必要な補正量を予め計算し、この補正量を用いて、一定の検査時間毎にプローブ端子１１ａの針先と半導体素子の電極との接触位置を補正するものである。

（実施形態３）
本発明の実施形態３において、前述した実施形態１，２で用いる、一定の検査時間毎にプローブ端子の針先と半導体素子の電極の接触位置を補正するための補正量を求める方法について説明する。図２は検査時間とプローブ端子の針先の位置におけるＺ方向変位量の関係図を示す図である。図２において、検査を開始した直後でプローブ端子１１ａの針先でＺ方向変位量が大きい期間Ａと、検査を開始してから時間経過した後の変位量が小さい期間Ｂにおいて、それぞれ異なる検査時間とプローブ端子１１ａの針先の接触位置を補正するための関係式によって補正量を計算する。この補正量を用いて、一定の検査時間毎に選択してプローブ端子１１ａの接触位置を補正するものである。

この検査時間とプローブ端子１１ａの針先の接触位置を補正する補正値を計算する関係式として、図２に示すように、検査を開始した直後でプローブ端子１１ａの針先でＺ方向変位量が大きい期間Ａでは１次関数近似式を用い、検査を開始してから時間経過した後の変位量が小さい期間Ｂでは２次関数近似式を用いる。

これにより、プローブ端子１１ａの針先の載置台１２から受ける温度の影響に沿った補正値を用いることが可能となり、半導体素子の電極とプローブ端子の針先との針圧が常に安定して接触し、信頼性の高い検査を高スループットで行うことができる。

本発明に係る半導体ウェハの検査方法は、半導体製造工程終了後の半導体素子の電気的特性検査を所定の検査温度で行うときに、検査開始前のカードコンタクト補正と、２番目以降の各半導体素子における検査前のアライメントを実施することなく、プローブカードのプローブ端子の針先と半導体ウェハに形成された複数の半導体素子の電極とが終始適切な針圧で接触し、信頼性の高い検査を高スループットで行うことができるので有効である。

本発明の実施形態１における半導体ウェハの検査方法のフローチャート 検査時間とプローブ端子の針先の位置におけるＺ方向変位量の関係図 半導体ウェハの電気的特性検査を行うプローブ装置を示す図 従来のプローブ装置の部分透過した概略構成を示す斜視図 従来の２番目以降の半導体素子を検査する検査方法のフローチャート

符号の説明

１ ローダ室
２ プローバ室
９ テスタ
１０ プローブ装置
１１ プローブカード
１１ａ プローブ端子
１２ 載置台
１２ａ 半導体ウェハ
１２ｂ ダミーパッド
１３ メインコントローラ
１４ 操作パネル／表示装置
１５ ウェハ搬送機構
１６ サブチャック
１８ Ｘ−Ｙ移動機構
２１ アライメント機構
２１Ａ ＣＣＤカメラ
２１Ｂ アライメントブリッジ
２１Ｃ ガイドレール

Claims (4)

1. Ｚ方向に移動可能な載置台を所定の検査温度まで冷却した後、披検査体の半導体ウェハを設置し、前記半導体ウェハに形成された複数の半導体素子それぞれの電極とプローブカードに設けられたプローブ端子の針先とを接触させて、前記複数の半導体素子の電気的特性検査を順次行う検査方法において、
   前記半導体素子の電極と熱収縮により変位した前記プローブ端子の針先との接触位置を補正するために、前記電気的特性検査の検査時間と前記熱収縮による針先の変位量との関係から前記接触位置の補正量を予め計算し、一定の検査時間毎に前記接触位置を補正することを特徴とする半導体ウェハの検査方法。
2. Ｚ方向に移動可能な載置台を所定の検査温度まで加熱した後、披検査体の半導体ウェハを設置し、前記半導体ウェハに形成された複数の半導体素子それぞれの電極とプローブカードに設けられたプローブ端子の針先とを接触させて、前記複数の半導体素子の電気的特性検査を順次行う検査方法において、
   前記半導体素子の電極と熱膨張により変位した前記プローブ端子の針先との接触位置を補正するために、前記電気的特性検査の検査時間と前記熱膨張による針先の変位量との関係から前記接触位置の補正量を予め計算し、一定の検査時間毎に前記接触位置を補正することを特徴とする半導体ウェハの検査方法。
3. 前記一定の検査時間毎に前記電極と前記針先との接触位置を補正する補正量が、検査を開始した直後でプローブ端子の針先でＺ方向変位量が大きい期間Ａと、検査を開始してから時間経過した後の変位量が小さい期間Ｂとにおいて、それぞれ異なる検査時間と前記プローブ端子の針先の接触位置を補正するため関係式によって計算され、前記補正量を用いて、一定の検査時間毎に前記針先の接触位置を補正することを特徴とする請求項１または２記載の半導体ウェハの検査方法。
4. 前記検査時間毎に前記プローブ端子の針先と前記半導体素子の電極との接触位置を補正する補正量を算出する関係式として、前記プローブ端子の針先でＺ方向変位量が大きい期間Ａにおいては１次関数近似式を用い、変位量が小さい期間Ｂにおいては２次関数近似式を用いて、前記プローブ端子の針先の接触位置を補正する補正量を計算することを特徴とする請求項３記載の半導体ウェハの検査方法。

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