JP3691040B2 - 半導体ウエハー試験システムと方法 - Google Patents

Description

〔発明の背景〕
本発明は、共通ウエハーにおける複数の半導体デバイスを試験するための装置および方法に関するものであり、より詳しくは、ウエハーに欠陥の大きなクラスタがある可能性があっても、半導体デバイスを大規模に並行検査できる装置と方法とに関するものである。
【０００１】
共通ウエハーから半導体デバイスを取り外す前に、品質保証試験をウエハーにおける半導体デバイスに行うことが望ましい。実際、ウエハーにおける特定の半導体デバイスには欠陥があるという認識は、欠陥のある半導体デバイスの注意深い取り外しとパッケージングとに関連する経費を回避できる。
【０００２】
図１は、ウエハー１０に集積されたままで半導体デバイス１２を試験するための知られている技術を示す。ウエハー１０は、複数の半導体デバイス１２を備えており、実際、ウエハーは半導体デバイス１２をいくつ備えていてもよく、通常約５００個である。半導体デバイス１２を試験するための試験装置２０は、試験信号生成器２２、ドライバ２４、信号検出回路２６を備えていてもよい。試験信号生成器２２は、ドライバ２４によって変更されてもよい試験信号を生成する。例えば、ドライバ２４は、試験信号と比較してより大きな電圧振幅または電流可能出力の、１つあるいは両方を有する、増幅された試験信号を生成するために、試験信号を増幅させてもよい。多くの場合、ドライバ２４は、単に試験信号生成器２２のみが供給するのよりも大きい電源を供給する。
【０００３】
ドライバ２４によって生成された増幅試験信号は、半導体デバイス１２の一部分と自動的に接続および切断されるウエハーレベル接触器３０Ａによって、半導体デバイス１２へと供給される。より詳しくは、半導体デバイス１２は、電子回路部分１４Ａと複数の端子（またはパッド）１６Ａ，１６Ｂなどを備えていてもよい。端子１６は、電子回路部分１４Ａの様々な接続点へ入力／出力接続を行うものである。（後に、製造プロセスにおいて、端子１６は、電子回路部分１４を、半導体パッケージの外部導線と接続するために使用される。）ウエハーレベル接触器３０Ａは、ドライバ２４からの増幅された試験信号が電子回路部分１４へ配信され、品質保証試験が行えるように、端子１６Ａと接続されている。
【０００４】
既知の品質保証試験では、２つ以上のウエハーレベル接触器３０が、半導体デバイス１２に接続されている必要がある。説明のため、２つのウエハーレベル接触器（またはプローブ）３０Ａと３０Ｂとを示す。信号検出回路２６は、半導体デバイス１２に欠陥があるかどうかを判断するために、品質保証試験の間に半導体デバイス１２へ提供される１つまたは複数の信号の電圧および／または電流を監視する機能を有する。
【０００５】
品質保証試験の例としては、半導体デバイス１２の端子１６Ａのような任意の端子が、半導体デバイス１２の端子１６Ｂのような、端子のもう一方に対して短絡しているかどうかを判断するための短絡回路試験でもよい。この試験は、特定の入力端子１６が、電子回路部分１４のＶＳＳまたはＶＤＤに対して短絡しているかどうか判断するのに使用されてもよい。試験信号生成器２２が、増幅された試験信号の電位を、端子１６Ｂにおける電位を超過して実質的に上昇させる場合に、ウエハーレベル接触器３０Ａを通したドライバ２４からの大きな電流の流れは、端子１６Ａと端子１６Ｂとの間の短絡回路を示唆している。信号検出回路２６は、電流変成器または直列連結抵抗器Ｒを介する電圧降下により、電流を測定してもよい。
【０００６】
品質保証試験手順の能率を上げるため、品質保証試験を、ウエハー１０の半導体デバイス１２の全てに、実質的には同時に（すなわち、並行して）行うことが望ましい。図２を参照すると、半導体デバイス１２の全て（簡易化するため、４つの半導体デバイス１２Ａ−Ｄのみを示す）は、装置５０を用いて並行して試験されてもよい。装置５０は、図１の試験信号生成器２２、ドライバ２４および信号検出回路２６を備えているが、ドライバ２４と接続されている複数の分離抵抗器５２も備えている。分離抵抗器５２は、各信号を、半導体デバイス１２Ａ−Ｄの各端子１６（図示せず）に接続されている複数のウエハーレベル接触器３０Ａ−Ｄに生成する。
【０００７】
分離抵抗器５２は、半導体デバイス１２の１つにある欠陥が他の半導体デバイス１２の品質保証テストを覆すことを緩和する。例えば、短絡回路試験が行われるとき、半導体１２Ａに存在する短絡回路は、ドライバ２４から非常に大きな電流を引き出す傾向がある。電流は、分離抵抗器の１つ（例えば、抵抗器５４）を通り、半導体デバイス１２Ａの短絡回路を通って、接地（ドライバ１２が、接地よりも高い電位を有する増幅試験信号を生成したとする）へと流れる。短絡回路電流は、分離抵抗器５４を介して電圧降下を引き起こす。半導体デバイス１２Ａが欠陥を有している（すなわち、短絡回路を含んでいる）ということを検出するために、信号検出回路２６によって、この電圧降下が測定されてもよい。
【０００８】
理想的には、半導体デバイス１２Ａにおける短絡回路（および、分離抵抗器５４を通した、ドライバ２４からの、結果として生じる増加電流）は、並行して行われる、半導体デバイス１２Ｂ−Ｄの品質保証試験に大きく影響しないことが望ましい。言い換えれば、ウエハーレベル接触器３０Ｂ−３０Ｄを介して半導体デバイス１２Ｂ−Ｄに配信される試験信号の品質は、半導体デバイス１２Ａの欠陥によって影響されないことが理想的である。しかし、実際の回路では、複数の半導体デバイス１２のうち少数にのみ欠陥のある場合、影響は大抵非常にわずかであるにもかかわらず、半導体デバイス１２Ａにおける短絡回路が原因で分離抵抗器５４を通してドライバ２４から引き出される増加電流が、他の半導体デバイス１２Ｂ−Ｄに供給される試験信号の品質に影響を及ぼす。
しかし、従来の装置５０は、対応する数の分離抵抗器５２を使用することによって、１００個以上の半導体デバイス１２を保守点検するために、１つのドライバ２４を使用してもよい。多数の欠陥のある半導体デバイス１２は、ドライバ２４から、過度の電流を引き出し、このとき、他の半導体デバイス１２へ供給される試験信号が極度に悪化する。
【０００９】
図３を参照すると、第１ドライバ２４Ａは、ウエハー１０の第１ゾーン６０における半導体デバイス１２の全てを保守点検してもよい。分離抵抗器５２Ａの第１設定は、第１ゾーン６０の各半導体デバイス１２へ供給される試験信号を分離するのに使用されてもよい。同じく、第２ドライバ２４Ｂは、第２ゾーン６２における半導体デバイス１２の全てを、分離抵抗器５２Ｂの第２設定によって保守点検してもよい。簡易化するため、第３および第４ドライバは図示していないが、これらが、他のゾーンの半導体デバイスを保守点検してもよい。
【００１０】
ウエハー１０の第１ゾーン６０に存在するデバイス１２の比較的少数にのみ欠陥がある場合、ドライバ２４Ａは、第１ゾーン６０における他の半導体デバイス（欠陥のない半導体デバイス）へ提供される試験信号の品質を維持するために、接続されている分離抵抗器５２Ａと欠陥のある半導体デバイス１２に流すのに必要な電流を調達するための十分に高い定格電流を有していてもよい。
しかし、かなりの数の半導体デバイス１２に欠陥がある場合、欠陥７０の大きなクラスタの場合のように、ドライバ２４Ａは、欠陥のない半導体デバイス１２のための、他の試験信号の完全な状態を維持するのに十分な電流を、接続されている分離抵抗器５２Ａを通して供給することができないこともある。例えば、ドライバ２４によって生成された試験信号は、著しく減衰することがある。残念ながら、これが生じると、信号検出回路２６は、欠陥のない半導体デバイス１２と欠陥のある半導体デバイス１２とを区別することができないこともある。そのため、半導体デバイス１２の全てに欠陥があると推測されることもある。このことは、品質保証試験工程によって生産性が不利に減少することに繋がる。
【００１１】
任意のゾーン内にある半導体デバイス１２の数が減少するように、ドライバ２４の数を増やすことはできるが、結果として生じる試験装置経費、メンテナンス、電力消耗などの増加は、実用的ではないし望ましくない。
【００１２】
従って、ウエハーにおける任意のゾーン内における欠陥のある半導体デバイスの大きなクラスタにより引き起こされる欠陥試験の失敗という心配が実質的にはない、共通ウエハーにおける半導体デバイスを試験する技術的に新しい装置および方法が必要である。
【００１３】
〔発明の概要〕
本発明の１つあるいは複数の観点に基づく、共通ウエハーにおける複数の半導体デバイスを試験するための装置は、それぞれ中間試験信号を源試験信号の関数として生成するように使用できる複数のドライバ回路と、複数組の分離構成部であって、任意の１組の分離構成部それぞれが、（ｉ）この組と接続されているドライバ回路の１つから中間試験信号を受信し、（ｉｉ）各ウエハーレベル試験信号が少なくとも部分的に、電気的に相互分離されるようにウエハーレベル試験信号を生成する、複数組の分離構成部と、それぞれが分離構成部の各１つと連結されており、半導体デバイスの１つと電気的に接続するように使用でき、ウエハーレベル試験信号の各１つを、その半導体デバイスへと導くことのできる複数のウエハー接触器とを備えている。
【００１４】
このウエハー接触器は、ウエハーにおける隣接している半導体デバイスが異なる組の分離構成部からのウエハーレベル試験信号を受信するように、分離構成部と連結されていることが好ましい。ウエハー接触器は、分離構成部の任意の１組からのウエハーレベル試験信号が、ウエハー上に実質的に均一に配置されている半導体デバイスに割り当てられるように、分離構成部と連結されていてもよい。
【００１５】
この分離構成部は、抵抗器を備えていることが好ましい。例えば、複数組のうち任意の１組の分離構成部それぞれは、接続されているドライバ回路とウエハー接触器の１つとの間に直列に連結されている抵抗器を備えていてもよい。
【００１６】
この装置は、（ｉ）ウエハーレベル試験信号の１つまたは複数の電位、（ｉｉ）分離構成部の１つまたは複数を通る電流、の少なくとも１つ、を監視するように使用できる、少なくとも１つの信号検出回路を更に備えていてもよい。例えば、装置は、半導体デバイスに短絡回路試験を実施するように使用できるものでもよい。この場合、少なくとも１つの信号検出回路は、複数組の抵抗器のうちの少なくとも１つからのウエハーレベル試験信号の電位を監視するように使用でき、半導体デバイスの任意の１つは、これに配信された少なくとも１つのウエハーレベル信号の大きさが、所定の閾値未満に下降する場合、短絡回路試験に不合格とされる。複数組の抵抗器のうちの１つからのウエハーレベル信号の１つが、所定の閾値未満に下降する各事実は、この１組の抵抗器に接続されていドライバ回路から引き出される電流が相当して増加することを示唆している。ウエハーにおける欠陥のある半導体デバイスのクラスタは、ドライバ回路のそれぞれから引き出される電流を、それぞれ実質的に同じように増加させる。
【００１７】
本発明の少なくとも１つの更なる観点に基づく、共通半導体ウエハーにおける複数の半導体デバイスを試験するための方法は、各中間試験信号を、複数の各ドライバ回路を使用して、少なくとも１つの源試験信号の関数として生成し、１つの組の各ウエハーレベル試験信号が少なくとも部分的に、電気的に相互分離されるように、分離構成部の各組を使用して中間試験信号のそれぞれからのウエハーレベル試験信号の各組を生成し、ウエハーにおける隣接する半導体デバイスが異なる組の分離構成部からウエハーレベル試験信号を受信するように、各ウエハー接触器を使用して、各ウエハーレベル試験信号を半導体デバイスへ導くこと含んでいる。
【００１８】
この方法は、（ｉ）ウエハーレベル試験信号の１つまたは複数の電位、（ｉｉ）分離構成部の１つまたは複数を通る電流、の少なくとも１つ、を検出することを更に含んでいてもよい。例えば、半導体デバイスの任意の１つは、これに配信される少なくとも１つのウエハーレベル信号の大きさが、所定の閾値未満に下降する場合に、上記短絡回路試験に不合格とされてもよい。
【００１９】
他の目的、特性および長所は、当業者にとって、添付の図を併せて考慮すれば、この開示により技術的に明らかである。
【００２０】
〔詳細な説明〕
さて、類似番号が類似部材を示している図を参照すると、共通ウエハー１０の複数の半導体デバイス１２を同時に試験するための、図４に示す装置１００がある。半導体装置１００は、試験信号生成器２２、複数のドライバ回路２４（例として４つのこのような駆動回路２４Ａ−Ｄを示す）、および、複数組の分離構成部５２Ａ−Ｄを備えている。試験信号生成器２２は、線１２２に源試験信号を生成する。線１２２は、各中間試験信号を線１２４Ａ−Ｄにそれぞれ生成する各ドライバ回路２４Ａ−Ｄによって使用される。分離構成部５２Ａ−Ｄの各組は、抵抗器または他の知られている分離を行うのに適しているなんらかの装置などの複数の分離構成部を備えている。任意の１組５２Ａ−Ｄの各分離構成部は、この組５２Ａ−Ｄに接続されているドライバ回路２４からの中間試験信号を受信でき、他の組５２Ａ−Ｄの分離構成部によって生成される他のウエハーレベル試験信号から、少なくとも部分的に、電気的に分離されているウエハーレベル試験信号を生成できることが好ましい。
【００２１】
上述のウエハー接触器３０と実質的に類似している、複数のウエハー接触器３０（矢印によって図式的に示す）は、各組５２Ａ−Ｄの各分離構成部と連結されている。ウエハー接触器３０は、半導体デバイス１２の１つと電気的に接触でき、ウエハーレベル試験信号の各１つをこの半導体デバイスへ伝導できる。ウエハー接触器３０は、ウエハー１０の隣接している半導体デバイス１２が異なる組の分離構成部５２Ａ−Ｄからのウエハーレベル試験信号を受信するように、分離構成部と連結されていることが好ましい。言い換えれば、ウエハー接触器３０は、各半導体デバイス１２に対して、隣接する半導体デバイス１２が異なるドライバ２４から出るウエハーレベル試験信号を受信するように、ウエハー１０上に分布している。ウエハー接触器３０は、分離構成部１５２Ａ−Ｄの任意の１組からの隣接するウエハーレベル試験信号が、ウエハー１０上に実質的に均一配置されている半導体デバイス１２に割り当てられるように、分離構成部と連結されていることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る装置１００は、各ドライバ２４Ａ−Ｄにおける定格電流を超過する可能性を大幅に減少させることように、ウエハー１０における欠陥７０のクラスタによって生じる電流付加を、相当な数のドライバ２４Ａ−Ｄへ分散させることが利点である。事実、分離構成部５２Ａの任意の１組は、任意のゾーン内とは対照的に、ウエハー１０に全面的に配置されている半導体デバイス１２と連結されている。従って、欠陥７０のクラスタが、ドライバ２４Ａ−Ｄの１つから他よりも非常に大きい電流を引き出すことがほとんどない。このことは、任意の１組５２Ａ−Ｄの分離構成部の一部のみがこのドライバ回路の接地電位に短絡した場合に、たとえ、任意のドライバ回路２４Ａ−Ｄが定格電流を超過しても、同様である。
【００２３】
装置１００は、半導体デバイス１２における欠陥を検出するために、（ｉ）ウエハーレベル試験信号の１つまたは複数の電位、（ｉｉ）分離構成部の１つまたは複数を通る電流、のいずれかまたは両方を監視するように使用できる少なくとも１つの信号検出回路２６を備えることも好ましい。例えば、短絡回路試験は、半導体デバイス１２に、ウエハーレベル試験信号の電位を監視することによって行われてもよく、この場合、少なくとも１つのウエハーレベル試験信号の大きさが所定の閾値未満に下降すると、半導体デバイス１２の任意の１つが、短絡回路試験に不合格とされる。
【００２４】
図５を参照すると、本発明の１つまたは複数の観点に係る、複数の半導体デバイス１２を試験するための方法が、フローチャートに示されている。この方法では、複数の各ドライバ回路を使用して、各中間試験信号が、少なくとも１つの源試験信号の関数として、生成される（動作２００）。動作２０２では、各分離構成部を利用して、ウエハーレベル試験信号の各組が、中間試験信号の各々から生成される。１組の各ウエハーレベル試験信号の各々は、少なくとも部分的に、電気的に相互分離されている。各ウエハーレベル試験信号は、ウエハーにおける隣接する半導体デバイスが、異なる組の分離構成部からのウエハーレベル試験信号を受信するように、各ウエハー接触器を用いて、半導体デバイスへ導かれる（動作２０４）。動作２０６では、半導体デバイスにおける欠陥を発見するために、（ｉ）ウエハーレベル試験信号の１つまたは複数の電位、（ｉｉ）分離構成部の１つまたは複数を通した電流、の少なくとも１つ、が検出される（動作２０６）。任意の試験が短絡回路試験の場合、半導体デバイスは、これに供給される少なくとも１つのウエハーレベル試験信号の大きさが、所定の閾値未満に下降するときに、欠陥であると判定される（動作２０８）。
【００２５】
本発明は、特定の実施形態を参考にして説明したが、この実施形態は、単に本発明の原理と応用との説明である。従って、数々の変更が説明の実施形態に行われてもよく、従属請求項によって定義するような本発明の精神と範囲とに反しない他の構造も考えられる。
【００２６】
本発明を説明するため、図に示された現在好ましい形態があるが、本発明は、示された特定の配置および図に限定されないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウエハーにおける半導体デバイスを試験するための従来の装置を示すブロック図である。
【図２】ウエハーにおける複数の半導体デバイスを同時に試験するための装置を示すブロック図である。
【図３】図２の装置を更に詳しくした概略図である。
【図４】本発明の１つまたは複数の観点に基づく、共通ウエハーにおける複数の半導体デバイスを同時に試験するための装置の概略図である。
【図５】本発明の１つまたは複数の観点に基づいて実施されてもよい動作を示すフローチャートである。

Claims (14)

1. それぞれが、試験信号生成器からの信号の関数として中間試験信号を生成する複数のドライバ回路と、
   複数組の分離構成部であって、任意の１組の分離構成部における各１つが、（ｉ）この１組の分離構成部に対応する１つのドライバ回路からの中間試験信号を受信し、（ｉｉ）各ウエハーレベル試験信号が少なくとも部分的に、電気的に相互分離されるようにウエハーレベル試験信号を生成する、複数組の分離構成部と、
   複数のウエハー接触器であって、それぞれが分離構成部の各１つと連結されており、半導体デバイスの１つと電気的に接続するように使用でき、ウエハーレベル試験信号の各１つを、該半導体デバイスへと導くことのできる複数のウエハー接触器とを備え、
   上記ウエハー接触器は、ウエハーにおける隣接する半導体デバイスが異なる組の分離構成部からウエハーレベル試験信号を受信するように、上記分離構成部と連結されている、共通ウエハーの複数の半導体デバイスを試験するための装置。
2. 上記各ウエハー接触器が、任意の１組の分離構成部からのウエハーレベル試験信号がウエハー上にて均一に配置されている半導体デバイスに割り当てられるように、分離構成部の各１つと連結されている、請求項１の装置。
3. 上記分離構成部は、抵抗器を備えている、請求項１の装置。
4. 任意の１組の分離構成部における各１つは、接続されているドライバ回路とウエハー接触器の１つとの間に直列に連結された抵抗器を備えている、請求項３の装置。
5. 上記ウエハー接触器の一群が上記ドライバ回路の接地電位に短絡した場合に、少なくとも１つのドライバ回路に通常より多い電流が流れる請求項４の装置。
6. （ｉ）ウエハーレベル試験信号の１つまたは複数の電位、（ｉｉ）分離構成部の１つまたは複数を通る電流のうちの少なくとも１つ、を監視するように使用できる少なくとも１つの信号検出回路を更に備えている、請求項４の装置。
7. 半導体デバイスにおける短絡回路試験を実施するように使用でき、
   少なくとも１つの信号検出回路はウエハーレベル試験信号の電位を監視するように使用でき、半導体デバイスの任意の１つは、それに送られるウエハーレベル信号の大きさが所定の閾値未満に下降する場合に短絡回路を含んでいると判定される、請求項６記載の装置。
8. ウエハーにおける欠陥のある半導体デバイスのクラスタによって、各ドライバ回路から引き出される電流それぞれが同じように増加する請求項７の装置。
9. ウエハー接触器の一群がこのドライバ回路の接地電位に短絡した場合に、少なくとも１つの上記ドライバ回路に通常より多い電流が流れる請求項８の装置。
10. それぞれが、試験信号生成器からの信号の関数として中間試験信号を生成する複数のドライバ回路と、
    複数組の分離構成部であって、任意の１組の分離構成部における各１つが、（ｉ）この１組の分離構成部に対応する１つのドライバ回路からの中間試験信号を受信し、（ｉｉ）各ウエハーレベル試験信号が少なくとも部分的に、電気的に相互分離されるようにウエハーレベル試験信号を生成する、複数組の分離構成部と、
    それぞれ分離構成部の各１つと連結されており、半導体デバイスの１つと電気的に接続するように使用でき、ウエハーレベル試験信号の各１つを、その半導体デバイスへと伝導できる複数のウエハー接触器とを備え、
    上記ウエハー接触器は、隣接する半導体デバイスが異なる組の分離構成部からウエハーレベル試験信号を受信するように、ウエハーにおける各半導体デバイスに関連して配置されている、共通ウエハーの複数の半導体デバイスを試験するための装置。
11. 複数のドライバ回路を使用して試験信号生成器からの信号の少なくとも１つの関数として各中間試験信号を生成し、
    中間試験信号のそれぞれから、ウエハーレベル試験信号の各組を、１組のウエハーレベル試験信号の各１つが、少なくとも部分的に、電気的に相互分離されるように、各ドライバ回路に対応する１組の分離構成部を使用して生成し、
    ウエハーの隣接する半導体デバイスが、各ウエハー接触器を使用して、異なる組の分離構成部からウエハーレベル試験信号を受信するように、各ウエハーレベル試験信号を半導体デバイスへと導くことを含んでいる、共通半導体ウエハーの複数の半導体ウエハーを試験する方法。
12. 任意の１組の分離構成部における各１つは、接続されているドライバ回路とウエハー接触器の１つとの間に直列に連結されている抵抗器を備えている、請求項１１の方法。
13. （ｉ）ウエハーレベル試験信号の１つまたは複数の電位、（ｉｉ）分離構成部の１つまたは複数を通る電流のうちの少なくとも１つを検出することを更に含んでいる、請求項１２の方法。
14. 半導体デバイスの任意の１つは、それに供給されるウエハーレベル信号の大きさが所定の閾値未満に下降する場合に短絡回路を含んでいると判定される、請求項１３の方法。

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