JP2014175345A

JP2014175345A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2014175345A
Application number: JP2013044171A
Authority: JP
Inventors: Kiyohiro Tsuru; 清宏津留
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-22
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: JP6053579B2

Abstract

【課題】電極プロープ針跡が適切にパッド内に形成されて、電気特性が測定された半導体装置を選別し、製造する。
【解決手段】基準パッドの領域の最外周部分について，ｎ等分（ｎ＝２、３、４、・・・）し、検査対象パッドの測定針による接触測定を行った時に、まず最外周部分の領域の黒点数を計測し、ある閾値以上の場合には、基準パッドと実際のパッドの領域がずれていると判断し、ずれた方向を計算し、基準パッドの領域の中心値をずらして、再計算を行う。中心値をずらしたのち、再計算を繰り返し、基準パッドと実際のパッドのズレ量が最小となる座標を決定し、その座標系を用いて、検査対象パッドの測定針による接触測定を行った後の状態の検査を行い、針跡の合否を判定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。特に、自動外観検査装置およびプローバーを用いたプローブ針跡の検査する工程を有するに半導体装置の製造方法に関する。

半導体ウェハ上に形成された半導体装置の製造プロセスにおいて、電気特性の検査のために該半導体装置内の電極パッドに電気特性検査用プローブ針を接触させ電気特性を測定するときに、プローブ針が電極パッドに正常に接触したかどうかを合否判定することを目的として、半導体装置をＣＣＤカメラ等で撮像し、電極パッド内におけるプローブ針の針跡の有無、位置、大きさなどを全数の半導体装置について自動判別する工程がある（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開２００２−３１８２６３号公報特開２００９−２３９０５７号公報

電極パッド部の針跡検査において、基準電極パッド（測定針による接触測定前の状態）と、検査対象である実電極パッドの測定針による接触測定を行った後の状態とを比較する方法において、基準電極パッドの領域と実際の電極パッドの領域がずれると、二値化により、本来は電極パッド上の明るい点として白点となるべきところが、保護膜上になってしまい暗い点である黒点となってしまうので、正確な判定ができなくなってしまうという問題があった。

上記課題解決のために以下のような手段を用いた。
電極パッドに付けられたプローブ針の針跡を検査することを含む半導体装置の製造方法であって、基準となるアライメントパターンに対して、それぞれの基準電極パッドの画素領域の位置座標を決めるステップと、前記基準電極パッドの画素領域の位置座標より任意の画素数だけ内側に判定領域を設けるステップと、前記判定領域を任意の数にて分割するステップと、前記分割された判定領域における画像データを任意の閾値にて２値化するステップと、前記分割された判定領域における２値化データにおける白点数または黒点数をかぞえ予め決めた規格値と比較し判定するステップと、前記判定結果により基準電極パッドと実電極パッドとの位置ずれを確認するステップと、前記位置ずれに基づいて前記基準電極パッドの位置座標を変更して前記基準電極パッドと前記実電極パッドを重畳させるステップと、前記実電極パッド内のプローブ針跡の適否を検査するステップからなることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。

上記手段により、電極プロープ針跡が適切にパッド内に形成されて、電気特性が測定された半導体装置を選別し、製造できる。

検査対象のチップにおけるアライメントパターンと電極パッドの関係を示す概念図である。基準画像におけるアライメントパターンと電極パッドの位置座標の関係を示す概念図である。基準画像における基準電極パッドと実際の実電極パッドの位置座標の関係を示す概念図である。基準画像における基準電極パッドと実際の実電極パッドとの位置座標の関係を判定するための判定領域の位置関係を示す概念図である。

１個の半導体装置の中に矩形の電極パッドが４個形成されている場合の実施例について図を用いて説明する。
図１のように、１個の半導体装置１には、複数個の電極パッド１１、１２、１３、１４が形成されている。通常、画像データを取得して外観を検査する方法において、半導体装置１の画像データを取得後、半導体装置１の基準画像を作成する工程において、半導体装置１の中にある特徴的なパターンを選んで、アライメントパターン１０として定義する。

複数個の電極パッドのうち代表して電極パッド１１について、以下説明する。
図２のように、半導体装置１の基準画像において、まず、アライメントパターン１０の範囲の座標を定義する。いまアライメントパターン１０は矩形にとり、以下のような頂点の座標を持つとする。

１０Ａの座標＝（Ｘ１０Ａ、Ｙ１０Ａ）
１０Ｂの座標＝（Ｘ１０Ｂ、Ｙ１０Ｂ）
１０Ｃの座標＝（Ｘ１０Ｃ、Ｙ１０Ｃ）
１０Ｄの座標＝（Ｘ１０Ｄ、Ｙ１０Ｄ）
続いて、基準電極パッド１１の範囲の座標を定義する。そして、基準電極パッド１１と同様に、電極パッド１２、１３、１４についても範囲の座標を定義することとなる。

本発明における最適な座標の単位については、ＣＣＤカメラなどの撮像データの画素を座標の単位にすることが望ましいので、以後、座標と記述した場合、画素を単位とした座標を表すものとする。

図３は、アライメント後の基準電極パッド１１と実電極パッド２１との位置関係を図示したものである。アライメントマークを利用してアライメントを行っても、両者はアライメント許容範囲内で、ある程度ずれていることがある。基準電極パッド１１の内側が当初画定された検査対象領域であるが、実電極パッド２１の内側の領域と同一ではないため、基準電極パッドの内側領域と実電極パッドで重なっている部分については正しく検査されるが、非重畳部分では正しい検査が行われない。なお、ここで、本発明においては、実際の電極パッド２１の全て範囲の座標について状態を正確に求めるものではないことに注意する必要がある。実際使用する上で問題となる可能性のある範囲についてのみ検査ができればよいのである。

図４は、半導体装置１の基準画像における基準電極パッド１１の内側の領域に判定領域３１を設けた図である。図のように、判定領域３１は内側領域の外端部、すなわち外周部に設けられている。

本発明における最適な判定領域３１の設定方法は、電極パッド１１に対して、任意の画素分だけ内側に設定し、上下左右４つの判定領域３１Ｔ、３１Ｌ、３１Ｒ、３１ＢＴに設定するものである。

例えば、以下の通りである。
１１Ａの座標＝（Ｘ１１Ａ、Ｙ１１Ａ）
１１Ｂの座標＝（Ｘ１１Ｂ、Ｙ１１Ｂ）
１１Ｃの座標＝（Ｘ１１Ｃ、Ｙ１１Ｃ）
１１Ｄの座標＝（Ｘ１１Ｄ、Ｙ１１Ｄ）
判定領域３１Ｔの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ａ、Ｙ１１Ａ）、（Ｘ１１Ｄ、Ｙ１１Ｄ）
（Ｘ１１Ａ、Ｙ１１Ａ−α）、（Ｘ１１Ｄ、Ｙ１１Ｄ−α）
判定領域３１Ｌの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ａ、Ｙ１１Ａ）、（Ｘ１１Ａ＋β、Ｙ１１Ａ）
（Ｘ１１Ｂ、Ｙ１１Ｂ）、（Ｘ１１Ｂ＋β、Ｙ１１Ｂ）
判定領域３１Ｒの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ｄ−γ、Ｙ１１Ｄ）、（Ｘ１１Ｄ、Ｙ１１Ｄ）
（Ｘ１１Ｃ−γ、Ｙ１１Ｃ）、（Ｘ１１Ｃ、Ｙ１１Ｃ）
判定領域３１ＢＴの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ｂ、Ｙ１１Ｂ−δ）、（Ｘ１１Ｃ、Ｙ１１Ｃ−δ）
（Ｘ１１Ｂ、Ｙ１１Ｂ）、（Ｘ１１Ｃ、Ｙ１１Ｃ）
ここで、α、β、γ、δは画素数を示し、整数で以下のような値をとる。
α＝１、２、・・・、β＝１、２、・・・。
γ＝１、２、・・・、δ＝１、２、・・・。

各判定領域の画素数（面積）は、下記のようになる。
上判定領域３１Ｔの画素数（面積）＝ＡＢＳ（Ｘ１１Ａ−Ｘ１１Ｄ）×α
左判定領域３１Ｌの画素数（面積）＝ＡＢＳ（Ｙ１１Ａ−Ｙ１１Ｂ）×β
右判定領域３１Ｒの画素数（面積）＝ＡＢＳ（Ｙ１１Ｃ−Ｙ１１Ｄ）×γ
下判定領域３１ＢＴの画素数（面積）＝ＡＢＳ（Ｘ１１Ｂ−Ｘ１１Ｃ）×δ
撮像により得られた画像データは、一般的にｎ階調となっているが、ここで電極パッドに針跡が無い時の画像データを２値化したときに、電極パッド内が白点“０”になり、電極パッドの外周部分が黒点“１”になるように２値化の閾値を予め決めておき、その２値化の閾値を用いて、各判定領域３１Ｔ、３１Ｌ、３１Ｒ、３１ＢＴの白点“０”または黒点“１”の数をかぞえる。基準画像における基準電極パッド１１と実電極パッド２１が一致していれば、各判定領域の白点数は、ほぼ同じ数となるが、基準画像における基準電極パッド１１と実電極パッド２１がずれている場合には、ある判定領域の白点数“０”が少なくなり黒点数“１”の数が多くなる。その場合には、ずれている方向に基準画像における基準電極パッド１１の座標を１画素分ずらしてあげ、再度、各領域の白点“０”または黒点“１”の数をかぞえ、上下左右の各判定領域における白点数が、ほぼ同じ数となるまで、繰り返し実施し、基準画像における基準電極パッド１１の座標を決定させる。このとき、繰り返し数については、２回もしくは３回と予め決めておく必要がある。上下左右の各判定領域における白点数が同じになった時点で、基準電極パッド１１と実電極パッド２１の内側領域が完全に重畳したとみなされ、実電極パッド２１の内側の全領域が、検査領域となる。

図４に示すように、基準電極パッド１１に対し実電極パッド２１が右下にずれている場合について説明する。
最初に定義された基準画像における電極パッド１１の座標は下記のようになる。
１１Ａの座標＝（Ｘ１１Ａ、Ｙ１１Ａ）
１１Ｂの座標＝（Ｘ１１Ｂ、Ｙ１１Ｂ）
１１Ｃの座標＝（Ｘ１１Ｃ、Ｙ１１Ｃ）
１１Ｄの座標＝（Ｘ１１Ｄ、Ｙ１１Ｄ）

判定領域３１の座標は、下記のようになる。
判定領域３１Ｔの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ａ、Ｙ１１Ａ）、（Ｘ１１Ｄ、Ｙ１１Ｄ）
（Ｘ１１Ａ、Ｙ１１Ａ−α）、（Ｘ１１Ｄ、Ｙ１１Ｄ−α）
判定領域３１Ｌの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ａ、Ｙ１１Ａ）、（Ｘ１１Ａ＋β、Ｙ１１Ａ）
（Ｘ１１Ｂ、Ｙ１１Ｂ）、（Ｘ１１Ｂ＋β、Ｙ１１Ｂ）
判定領域３１Ｒの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ｄ−γ、Ｙ１１Ｄ）、（Ｘ１１Ｄ、Ｙ１１Ｄ）
（Ｘ１１Ｃ−γ、Ｙ１１Ｃ）、（Ｘ１１Ｃ、Ｙ１１Ｃ）
判定領域３１ＢＴの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ｂ、Ｙ１１Ｂ−δ）、（Ｘ１１Ｃ、Ｙ１１Ｃ−δ）
（Ｘ１１Ｂ、Ｙ１１Ｂ）、（Ｘ１１Ｃ、Ｙ１１Ｃ）
ここで、α、β、γ、δは整数であり、画素数を示し、以下のような値をとる。
α＝１、２、・・・、β＝１、２、・・・。
γ＝１、２、・・・、δ＝１、２、・・・。

各領域の白点“０”または黒点“１”の数をかぞえて、仮に領域３１Ｔと領域３１Ｌの方向にずれていることがわかった場合には、基準電極パッド１１の座標を右下方向に１画素分ずらしてあげることになるが、その場合の座標は下記のようになる。
１１Ａの新しい座標＝（Ｘ１１Ａ＋１、Ｙ１１Ａ−１）
１１Ｂの新しい座標＝（Ｘ１１Ｂ＋１、Ｙ１１Ｂ−１）
１１Ｃの新しい座標＝（Ｘ１１Ｃ＋１、Ｙ１１Ｃ−１）
１１Ｄの新しい座標＝（Ｘ１１Ｄ＋１、Ｙ１１Ｄ−１）

また、判定領域３１の新しい座標は、下記のようになる。
判定領域３１Ｔの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ａ＋１、Ｙ１１Ａ−１）、（Ｘ１１Ｄ＋１、Ｙ１１Ｄ−１）
（Ｘ１１Ａ＋１、Ｙ１１Ａ−１−α）、（Ｘ１１Ｄ＋１、Ｙ１１Ｄ−１−α）
判定領域３１Ｌの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ａ＋１、Ｙ１１Ａ−１）、（Ｘ１１Ａ＋１＋β、Ｙ１１Ａ−１）
（Ｘ１１Ｂ＋１、Ｙ１１Ｂ−１）、（Ｘ１１Ｂ＋１＋β、Ｙ１１Ｂ−１）
判定領域３１Ｒの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ｄ＋１−γ、Ｙ１１Ｄ−１）、（Ｘ１１Ｄ＋１、Ｙ１１Ｄ−１）
（Ｘ１１Ｃ＋１−γ、Ｙ１１Ｃ−１）、（Ｘ１１Ｃ＋１、Ｙ１１Ｃ−１）
判定領域３１ＢＴの範囲：下記の４座標で囲まれた領域
（Ｘ１１Ｂ＋１、Ｙ１１Ｂ−１−δ）、（Ｘ１１Ｃ＋１、Ｙ１１Ｃ−１−δ）
（Ｘ１１Ｂ＋１、Ｙ１１Ｂ−１）、（Ｘ１１Ｃ＋１、Ｙ１１Ｃ−１）
ここで、α、β、γ、δは整数であり、画素数を示し、以下のような値をとる。
α＝１、２、・・・、β＝１、２、・・・。
γ＝１、２、・・・、δ＝１、２、・・・。

ここで、再度各判定領域の白点“０”または黒点“１”の数をかぞえて、各判定領域における白点数が同じになれば、基準電極パッドと実電極パッドが完全に重畳したと判定する。未だ、ずれていれば、図の右下方向にさらに１画素分ずらして、上記同様に画素数をかぞえる。そうして、上下左右の各判定領域における白点数が同じになった時点で、基準電極パッド１１と実電極パッド２１の内側領域が完全に重畳したとみなされ、実電極パッド２１の内側の全領域が、検査領域とする準備が完成する。その後、実電極パッド内に付けられたプローブ針跡を検査することで、プローブ針跡の良否を確認できる。プローブ針跡検査においては、実電極パッドの内側領域の適切な領域に判定領域を設け、そこにおける白点と黒点の数をかぞえることで針跡の大きさや位置の適否を判定することができる。

以上では、基準電極パッドに対し実電極パッドがずれていることを前提に説明を行ったが、ずれて１回目の判定で、ずれていないと判断される場合もあり、その場合は、次のプローブ針跡検査工程に移行することができる。

本発明は半導体装置（半導体集積回路）が形成されたウエハ（半導体基板）の外観検査を行う外観検査装置もしくは電気特性を評価するプローバー装置を用いた半導体装置の製造方法であり、特に半導体装置の電極パッド内に生じた電気特性検査用プローブ針の針跡箇所の検出を行う装置を利用したものである。

１基準画像における半導体装置
１０基準画像におけるアライメントパターン
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ基準画像におけるアライメントパターンの領域を示す座標
１１、１２、１３、１４基準画像における基準電極パッド
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ基準画像における基準電極パッドの領域を示す座標
２１実際のチップにおける実電極パッド
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ実際のチップにおける実電極パッドの領域を示す座標
３１基準画像における基準電極パッドと実際のチップにおける実電極パッドの位置関係を判定するための判定領域
３１Ｔ上判定領域
３１Ｌ左判定領域
３１Ｒ右判定領域
３１ＢＴ右判定領域

Claims

電極パッドに付けられたプローブ針の針跡を検査することを含む半導体装置の製造方法であって、
基準となるアライメントパターンに対して、基準電極パッドの画素領域の位置座標を決めるステップと、
前記基準電極パッドの画素領域の位置座標より定められた画素数だけ内側に判定領域を設けるステップと、
前記判定領域を任意の数にて分割するステップと、
前記分割された判定領域における画像データを定められた閾値にて二値化して二値化データとするステップと、
前記分割された判定領域における前記二値化データにおける白点数または黒点数をかぞえ予め決めた規格値と比較し判定するステップと、
前記白点数または黒点数と前記規格値との比較判定結果により基準電極パッドと実電極パッドとの位置ずれを確認するステップと、
前記位置ずれに基づいて前記基準電極パッドの位置座標を変更して前記基準電極パッドと前記実電極パッドを重畳させるステップと、
前記実電極パッド内のプローブ針跡の適否を検査するステップと、
からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記プローブ針跡の適否を検査するステップは、
前記実電極パッドの内側領域に第２の判定領域を設けるステップと、
前記第２の判定領域における白点と黒点の数をかぞえるステップと、
を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。