JP5370370B2 - プローバ、試験装置、及び半導体チップの検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、プローバ、試験装置、及び半導体チップの検査方法に関する。

LSI等の半導体装置の製造工程では、ウエハに回路を形成した後、その回路が所定の動作をするかどうかを確認するための電気的な試験が行われる。

その試験では、例えば、製品の温度保証範囲で回路が動作するかどうかを確認するために、加熱又は冷却されたステージ上にウエハを載せ、ウエハに集積形成された半導体チップに試験装置のプローブが当てられる。

試験を正常に行うには、そのプローブは、半導体チップの電極パッドに正確に当てられるべきである。

ところが、上記のようにステージを加熱又は冷却すると、ステージからの輻射熱によってプローブが変形し、その先端が電極パッドから外れてしまうことがある。その場合、電極パッド周囲のパッシベーション膜にプローブの先端が接触し、パッシベーション膜にプローブ痕が付いてしまう。また、最悪の場合には、パッシベーション膜にクラックが発生し、半導体装置において電源間リーク等の不具合が発生することもある。

特に、システムLSIのように外部接続端子の縮小化や狭ピッチ化が顕著な半導体装置では、上記したようなプローブの位置ずれが発生し易く、改善が求められる。

そのようなプローブの位置ずれを防止する方法として、例えば、所定個数のチップの試験が終了する度に、プローブカードの下方からカメラによりプローブを観察する方法がある。この場合、カメラによる観察でプローブの先端の位置を認識し、位置ずれが相殺されるような方向にステージを移動させることになる。

しかし、この方法では、プローブをカメラで認識するために、ステージをプローバから一旦退避させる必要があり、退避のための余計な時間が必要となる。しかも、ステージがプローバから退避している最中にプローブが自然冷却してしまうので、その間にプローブが変形し、プローブの先端の位置を正確に測れないという問題もある。

更に、この方法では、プローブと電極パッドとの位置ずれによりパッシベーション膜にプローブ痕が付いているかどうかを試験中に確認できず、試験後の外観検査工程においてプローブ痕を発見することになる。しかし、これでは、ステージ位置を正確に補正できなかった場合に、プローブ痕に起因した不良が連続した複数のチップに発生する恐れがあり、最悪の場合には一枚のウエハの全てのチップが不良になることもある。

その他の方法として、プローブと電極パッドとの位置決めを行うために、ステージをプロカードから一旦退避させ、プローブとの接触によって電極パッドについたプローブ痕を認識する方法もある。

しかし、この方法でも、ステージの退避を伴うため、自然冷却によるプローブの変形と退避のための試験時間の長期化が避けられない。更に、この方法は、プローブ痕が電極パッドについたのか、或いはプローブが電極パッドから外れたのかを判定するだけであり、電極パッドにプローブが当たればよい程度の位置決めしかできず、電極パッドとプローブとを高精度に位置合わせするのが難しい。

また、電極パッドに付いたプローブ痕の位置をカメラによって認識し、それにより電極パッドからプローブ痕がはみ出していることが分かった場合には警報を出して測定を停止させたり、プローブと電極パッドとの再位置決めを行ったりする方法もある。

しかしながら、この方法では、プローブ痕をカメラで認識するときに、カメラのある所までステージを搬送する必要があるので、搬送のための余計な時間が必要であると共に、搬送の間にプローブが自然冷却して変形するという既述の問題が解決できない。
特開昭６０−２４０３０号公報 特開昭５９−５６４１号公報 特公平７−１３９９０号公報 特開平７−１４７３０４号公報 特開２００８−１０８９３０号公報

プローバ、試験装置、及び半導体チップの検査方法において、ステージを大きく移動させなくても電極パッドを観察できるようにすることを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、支持基板と、前記支持基板に取り付けられたプローブとを備えるプローブカードと、被測定ウエハを載せるステージと、前記プローブカード上に設けられたカメラと、前記プローブカードに対する前記ステージの位置を移動させる移動手段と、を有し、前記カメラは、前記被測定ウエハに規則的に配列された等しいサイズを有する複数の半導体チップの電極パッドを観測し、前記プローブと前記カメラの視野中心との間隔は、前記半導体チップの前記サイズの整数倍であるプローバが提供される。

また、その開示の別の観点によれば、テスタ部と、前記テスタ部と電気的に接続されるプローバ部とを有し、前記プローバ部は、支持基板と、前記支持基板に取り付けられたプローブとを備えるプローブカードと、被測定ウエハを載せるステージと、前記プローブカード上に設けられたカメラと、前記プローブカードに対する前記ステージの位置を移動させる移動手段と、を有し、前記カメラは、前記被測定ウエハに規則的に配列された等しいサイズを有する複数の半導体チップの電極パッドを観測し、前記プローブと前記カメラの視野中心との間隔は、前記半導体チップの前記サイズの整数倍である試験装置が提供される。

更に、その開示の他の観点によれば、プローブカードの支持基板に取り付けられたプローブを、ステージ上の被測定ウエハにおいて等しいサイズで規則的に配列された第１の半導体チップの電極パッドに接触させ、前記第１の半導体チップの電気的特性を測定するステップを有し、前記第１の半導体チップの測定前若しくは測定後に、前記支持基板上或いは前記プローブカードの上方において、前記プローブと視野中心との間隔が前記第１の半導体チップの前記サイズの整数倍になるように設けられたカメラによって、前記第１の半導体チップの電極パッドを観察する半導体チップの検査方法が提供される。

図１は、第１実施形態に係る試験装置の構成図である。 図２は、第１実施形態の変形例に係る試験装置の構成図である。 図３は、被測定ウエハの断面図である。 図４は、第１実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。 図５は、この半導体チップの検査方法について示す模式図である。 図６は、第１実施形態の試験時における被測定ウエハの平面図 図７は、第１実施形態で作成される外観不良マップの一例を示す平面図である。 図８は、第２実施形態に係る試験装置の模式図である。 図９は、第３実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。 図１０は、第３実施形態に係る試験装置の模式図である。 図１１は、第３実施形態におけるプローブの痕のズレ量の算出方法について示す平面図である。 図１２は、第３実施形態におけるステージの回転補正量の算出方法について示す模式平面図である。 図１３は、第４実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。 図１４は、第４実施形態に係る試験装置の模式図である。 図１５（ａ）は、第４実施形態においてステージの高さ位置を補正する前の電極パッドの拡大平面図であり、図１５（ｂ）は、補正後の電極パッドの拡大平面図である。 図１６は、第５実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。 図１７（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態に係る半導体チップの検査方法について示す模式平面図である。 図１８は、第６実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。 図１９は、第６実施形態における試験時の電極パッドの拡大平面図である。 図２０は、第７実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。 図２１は、第７実施形態で作成される外観不良マップの一例を示す平面図である。 図２２は、第８実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。

（１）第１実施形態
図１は、本実施形態に係る試験装置の構成図である。

この試験装置１は、プローバ２とテスタ２０とを有する。

このうち、プローバ２は、被測定ウエハ４０を載せるステージ４と、そのステージ４を水平面内で並進若しくは回転させるステージ移動部３とを筐体７内に備える。なお、そのステージ移動部３は、ステージ４を鉛直方向に昇降させる機能も有する。

ステージ４の昇降や水平面内での移動は、ステージ移動部３に設けられた不図示のステッピングモータによって行われ、昇降量や移動量は制御部９から出力されるステージ駆動信号S_mによって制御される。

また、ステージ４には、被測定ウエハ４０を所定の温度に加熱又は冷却するための温度調節部５が内蔵される。被測定ウエハ４０を加熱するには、例えば抵抗加熱型のヒータを温度調節部５として設ければよい。一方、被測定ウエハ４０を冷却するには、水等の冷媒が流れる冷媒配管を温度調節部５として設ければよい。

更に、ステージ４の上方には、被測定ウエハ４０と対向するようにしてプローブカード１０が設けられる。

プローブカード１０は、周縁部が筐体７に固定された樹脂製の支持基板１１を備えており、その支持基板１１には複数本のプローブ１３が取り付けられる。各プローブ１３は、例えばタングステン等の金属細線よりなり、ガラスエポキシよりなる樹脂層１４によって各プローブ１３の間隔が確保される。

そして、支持基板１１において被測定ウエハ４０と対向する主面には、被測定ウエハ４０を観察するためのカメラ１２が設けられる。そのカメラ１２で得られた画像信号は、ケーブル８を介して制御部９に取り込まれる。また、その制御部９には、ハードディスクやRAM(Random Access Memory)等の記憶部９ａが設けられる。

一方、テスタ２０は、テストヘッド２１と試験部２２とを有する。

試験部２２は、テストヘッド２１に電気的に接続され、テストヘッド２１との間で試験信号S_tの授受を行う。

また、テストヘッド２１は、プローバ２の筐体７に開閉可能に取り付けられており、支持基板１１に設けられた電極パッド１１ａに当接する導電ピン２３を備える。被測定ウエハ４０に対して検査を行う際には、その導電ピン２１から電極パッド１１ａを介してプローブ１３に試験信号S_tが供給されることになる。

検査に際しては、被測定ウエハ４０に形成された第１の半導体チップ４１の上方にプローブ１３が位置するようにステージ４を水平面内で駆動する。その後、ステージ４を上昇させることにより、第１の半導体チップ４１の電極パッド４４にプローバ１３を当て、プローバ１３から第１の半導体チップ４１に試験信号S_tを供給する。

このようにプローバ１３が第１の半導体チップ４１の上方に位置しているとき、カメラ１２は、第１の半導体チップ４１とは別の第２の半導体チップ４２の上方に位置し、第２の半導体チップ４２の電極パッド４４を観察できるようになっている。

カメラ１２の倍率は特に限定されないが、電極パッド４４の状態を詳細に観察できるとうい観点からすると、半導体チップ４２に形成された複数の電極パッド４４のうちの一つのみが視野内に入る程度の倍率であるのが好ましい。

なお、本実施形態の構成は上記に限定されず、カメラ１２の取り付け位置を変形し、図２のような構成としてもよい。

図２は、第１実施形態の変形例に係る試験装置の構成図である。なお、図２において図１と同じ要素には図１と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図２の例では、テストヘッド２１にカメラ１２を設けると共に、支持基板１１においてカメラ１２に対応する位置に開口１１ａを形成する。このような構成とすることで、カメラ１２により開口１１ａを通じて被測定ウエハ４０が観察されることになる。

図３は、被測定ウエハ４０の断面図である。

その被測定ウエハ４０は、シリコン基板９０の上に、酸化シリコン膜等の層間絶縁膜４３とアルミニウム配線等の金属配線４５とを交互に積層してなる多層配線構造を有する。これらの膜厚は特に限定されないが、層間絶縁膜４３については１００〜１０００μm程度、金属配線４５については１００〜２０００μm程度とするのが好ましい。

そして、最上層の層間絶縁膜４３の上には、アルミニウム膜等の金属膜をパターニングしてなる０．４〜２μm程度の厚さの電極パッド４４と、窒化シリコン膜やポリイミド膜等のパッシベーション膜４６が形成される。そのパッシベーション膜４６は、例えば１〜２μm程度の厚さを有すると共に、電極パッド４４の表面が露出する開口４６ａを備える。

また、電極パッド４４の平面形状は矩形状であり、４０〜５０μm程度のピッチで１チップ内に複数配列される。

次に、この試験装置１を用いた半導体チップの検査方法について説明する。なお、その検査方法は、図１と図２のどちらの試験装置１を用いてもよい。これについては後述の各実施形態でも同様である。

図４は、本実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。また、図５は、この半導体チップの検査方法について示す模式図であり、図６は試験時における被測定ウエハの平面図である。

図５に示されるように、本実施形態では、未測定の第１の半導体チップ４１に先行して行われる第２の半導体チップ４２の測定時に、第１の半導体チップ４１を観察できる位置にカメラ１２を設ける。

そして、図４の最初のステップＳ１では、上記の第１の半導体チップ４１の電極パッド４４をカメラ１２により観察する。観察するタイミングは、第２の半導体チップ４２の上方にプローブ１３が退避しており、第２の半導体チップ４２に対する試験を行った直後である。

また、観察する電極パッド４４は特に限定されず、半導体チップ４１に形成された複数の電極パッド４４のうち、代表の数個を観察してもよいし、一つの電極パッド４４のみを観察してもよい。

このように電極パッド４４を観察して得られたカメラ１２の画像信号は、ケーブル８を介して制御部９に取り込まれる。

そして、図４のステップＳ２に移り、取り込まれた画像信号に基づき、制御部９が第１の半導体チップ４１の電極パッド４４に外観不良があるかどうかを判断する。

そのような外観不良としては、図６に示すように、電極パッド４４に付着した異物６１や、表面傷６２等がある。

ここで、外観不良がある（ＹＥＳ）と判断された場合には、図４のステップＳ７に移り、記憶部９ａ（図１参照）に第１の半導体チップ４１を外観不良チップとして登録する。

そして、ステップＳ８に移り、外観不良チップとして登録された第１の半導体チップ４１については測定をスキップするようにする。

一方、ステップＳ２において外観不良がない（ＮＯ）と判断された場合には、ステップＳ３に移り、制御部９が記憶部９ａに第１の半導体チップ４１を外観良品チップとして登録する。

そして、ステップＳ４に移り、所定個数の半導体チップの測定の後に第１の半導体チップ４１がプローブ１３の下方に移動してきたところで、制御部９の制御下でステージ４を上昇させる。これにより、第１の半導体チップ４１の電極パッド４４にプローブ１３が当たり、第１の半導体チップ４１の電気的特性が測定される。

次いで、ステップＳ５に移り、被測定ウエハ４０に形成されている全ての半導体チップの測定が終了したかどうかを制御部９が判断する。

ここで、終了していない（ＮＯ）と判断された場合には、カメラ１２による観察が終わっていない半導体チップに対し、ステップＳ１を再び行う。

一方、終了した（ＹＥＳ）と判断された場合には、ステップＳ６に移り、外観不良マップを作成する。本ステップは、記憶部９ａに登録された外観不良チップと外観良品チップに基づいて測定部９が行う。

図７は、この外観不良マップ７０の一例を示す平面図である。

外観不良マップ７０は、被測定ウエハ４０における外観不良チップと外観良品チップの位置を示すものである。

本実施形態では、ステップＳ８において外観不良と判断された半導体チップ４１に対しては測定をスキップするので、外観良品と判断された半導体チップに対してのみ測定が行われることになる。

以上により、本実施形態に係る半導体チップの検査方法の主要ステップを終了する。

上記した本実施形態によれば、図５に示したように、第１の半導体チップ４１に先行して行われる第２の半導体チップ４２の測定時に、第１の半導体チップ４１を観察できる位置にカメラ１２を設けるようにした。

そのため、カメラ１２により第１の半導体チップ４１を観察するためにステージ４を大きく移動させる必要がないので、ステージ４の移動のための無駄な時間を削減できる。

更に、このように第２の半導体チップ４２の測定に並行して第１の半導体チップ４１の外観を観察するので、被測定ウエハ４０に対する電気的な測定を行う工程と、外観を観察する工程とを同時に行うことができ、半導体装置の製造工程の短縮化に寄与できる。

しかも、観察によって外観不良があると判ったら、その半導体チップに対してはプローブ１３を用いた測定を行わないので、異物等との接触でプローブ１３が変形するのを未然に防止できる。

（２）第２実施形態
図８は、第２実施形態に係る試験装置の模式図である。なお、図７において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

本実施形態では、プローブ１３とカメラ１２の視野中心との間隔Dを、被測定ウエハ４０に形成されている各半導体チップ（例えば、第１の半導体チップ４１）のサイズSの整数倍とする。

このようにすると、第１の半導体チップ４１の測定の直後において、第１の半導体チップ４１の上方にプローブカード１０が退避しているときに、カメラ１２の視野に第２の半導体チップ４２の電極パッド４４が収まるようになる。よって、カメラ４２によって電極パッド４４を捉えるためにステージ４を移動させる必要がなく、ステージ４の移動時間を省略して効率的に電極パッド４４を観察することができる。

なお、プローブ１３による各半導体チップ４１、４２の測定の先後は限定されず、測定前の第２の半導体チップ４２をカメラ１２で観察してもよいし、測定後の第２の半導体チップ４２をカメラ１２で観察してもよい。

（３）第３実施形態
図９は、第３実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。

また、図１０は、第３実施形態に係る試験装置の模式図である。なお、図１０において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

本実施形態では、図１０に示すように、第１の半導体チップ４１の後に行われる第２の半導体チップ４２の測定時に、測定済みの第１の半導体チップ４１を観察できる位置にカメラ１２を設ける。

そして、図９の最初のステップＳ１０では、制御部９の制御下でステージ４を上昇させることにより第１の半導体チップ４１の電極パッド４４にプローブ１３を当て、第１の半導体チップ４１の電気的特性を測定する。

このとき、第１の半導体チップ４１の電極パッド４４には、プローブ１３との接触によって痕１３ａが付く。

次いで、ステップＳ１１に移り、ステージ４の上昇と移動とを繰り返し、第１の半導体チップ４１と第２の半導体チップ４２の間にある所定個数の半導体チップの電気的特性を測定する。

その後、ステップＳ１２に移り、制御部９の制御下において、ステージ４の上昇により第２の半導体チップ４２の電極パッド４４にプローブ１３を当て、第２の半導体チップ４２の電気的特性を測定する。これにより、第２の半導体チップ４２の表面には、プローブ１３の痕１３ｂが付くことになる。

そして、測定が終了したらステージ４を下降させる。このとき、図１０に示すように、カメラ１２の下方には第１の半導体チップ４１の電極パッド４４が位置している。

次いで、ステップＳ１３に移り、カメラ１２の下方にある第１の半導体チップ４１の電極パッド４４を観察し、これにより得られた画像データを制御部９が取得する。

ここで、第１の半導体チップ４１はカメラ１２の下方に位置しているので、半導体チップ４１の電極パッド４４をカメラで観察するためにステージ４を大きく移動させる必要がない。

そのため、プローブ１３がステージ４からの輻射熱を受けている状態を維持できるので、電極パッド４４の観察時に温度変化によってプローブ１３が変形するのを防止できると共に、ステージ４の移動に必要な無駄な時間を省くこともできる。

なお、観察する電極パッド４４は特に限定されず、第１の半導体チップ４１に形成された複数の電極パッド４４のうち、代表の数個を観察してもよいし、一つの電極パッド４４のみを観察してもよい。

そして、ステップＳ１４に移り、ステップＳ１３で取得した画像データを元にして、制御部９が電極パッド４４についたプローブ１３の痕１３ａの位置を把握する。

その後、ステージ４の上昇と移動とを繰り返すことにより、第１の半導体チップ４１と第２の半導体チップ４２の間にある所定個数の半導体チップの電気的特性を測定する。

そして、ステップＳ１５に移り、カメラ１２の下方に移動してきた第２の半導体チップ４２の電極パッド４４をカメラ１２により観察し、制御部９が該電極パッド４４の画像データを取得する。

このとき、第２の半導体チップ４２はカメラ１２の下方に位置している。そのため、電極パッド４４の観察のためにステージ４を大きく移動させる必要がない。

したがって、ステップＳ１３で第１の半導体チップ４１を観察したときと同様に、ステージ４からの輻射熱をプローブ１３が受けている状態を維持しながら電極パッド４４を観察できると共に、ステージ４の移動に必要な無駄な時間も削減できる。

また、観察する電極パッド４４は特に限定されないが、ステップＳ１３において第１の半導体チップ４１における代表の数個の電極パッド４４を観察した場合には、本ステップでもそれらと同じ電極パッド４４を観察するようにする。

次いで、ステップＳ１６に移り、ステップＳ１５で取得した電極パッド４４の画像データに基づき、第２の半導体チップ４２の電極パッド４４に付いたプローブ１３の痕１３ｂの位置を制御部９が把握する。

その後、ステップＳ１７に移り、ステップＳ１４とステップＳ１６で取得したプローブ１３の痕１３ａ、１３ｂのそれぞれの位置のズレ量を制御部９が算出する。

図１１は、そのズレ量の算出方法について示す平面図である。

この例では、各半導体チップ４１、４２にn個の電極パッド４４がある場合を想定しており、各半導体チップ４１、４２の隣接する二辺をX軸、Y軸とするX-Y直交座標系をチップ内に任意に設定している。

そして、第１の半導体チップ４１のi番目の電極パッド４４に付いた痕１３ａの中心の位置座標を（X_i ⁽¹⁾、Y_i ⁽¹⁾）とし、第２の半導体チップ４２のi番目の電極パッド４４に付いた痕１３ｂの中心の位置座標を（X_i ⁽²⁾、Y_i ⁽²⁾）としている。

この場合、i番目の電極パッド４４おける痕１３ａ、１３ｂのズレ量（ΔX_i, ΔY_i）を、次の式（１）のようにして制御部９が算出する。

次いで、図９のステップＳ１８に移り、以下のようにしてステージ４を並進及び回転させ、水平面内でのステージ４の位置を補正する。

まず、並進による補正については、上記のズレ量（ΔX_i, ΔY_i）に基づいて、n個の電極パッド４４におけるズレ量の平均（ΔX, ΔY）を次の式（２）のようにして制御部９が算出する。

そして、制御部９の制御下で、このズレ量の平均（ΔX, ΔY）の符号を逆にした（−ΔX,−ΔY）だけステージ４を水平面内で並進させる。

なお、式（２）のようにn個の全ての電極パッド４４についてズレ量（ΔX_i, ΔY_i）の平均を取るのではなく、数個の代表の電極パッド４４についての平均を取り、計算を簡略化してもよい。

例えば、半導体チップ４１、４２のコーナ部における電極パッド４４は、チップの中心から最も離れているので、痕１３ａ、１３ｂのズレ量（ΔX_i, ΔY_i）が大きくなり易く、代表の電極パッド４４として適している。

一方、回転による補正については、図１１に示した電極パッド４４の並びのうち、対向するパッド群５１、５２にのみ注目する。そして、左側のパッド群５１と右側のパッド群５２のそれぞれについて、プローブの痕１３ａ、１３ｂのY方向の平均のズレ量ΔY左、ΔY右を次のようにして算出する。

なお、式（３）、（４）においては、左側のパッド群５１には添え字がpから始まる電極パッド４４が全部でk個ある場合を想定し、右側のパッド群５２には添え字がqから始まる電極パッド４４が全部でk個ある場合を想定している。

但し、本実施形態はこれに限定されず、式（３）、（４）のようにk個の全ての電極パッド４４についての平均を取るのではなく、k個のなかから代表の電極パッド４４についての平均を取るようにしてもよい。

図１２は、このように求めたズレ量ΔY左、ΔY右に基づいたステージ４の回転補正量Δθの算出方法について示す模式平面図である。

なお、図１２において、長さLは、左側のパッド群５１と右側のパッド群５２のそれぞれの中心間距離である。また、電極パッド４４内で実線と点線で示すように、この例ではプローブ１３の痕が上記した平均のズレ量ΔY左、ΔY右だけずれている場合を想定している。

図１２に示されるように、電極パッド４４とプローバ１３とが全体的に角度Δθだけ回転ずれを起こしていると、角度Δθの正接は、(ΔY左＋ΔY右)／Lと近似できる。

よって、次の式（５）のように角度Δθを算出し得る。

このように算出した角度Δθに基づき、制御部９の制御下においてステージ４を−Δθだけ回転させることにより、ステージ４の位置補正を行うことができる。

上記のようにして水平面内においてステージ４を並進及び回転させることにより、本ステップでは、ズレ量の平均（ΔX, ΔY）が小さくなる方向にステージ４が補正されることになる。

次に、図９のステップＳ１９に移る。

そのステップＳ１９では、被測定ウエハ４０に形成されている全ての半導体チップについて電気的特性の測定が終了したかどうかを制御部９が判断する。

そして、終了していない（ＮＯ）と判断した場合には、電気的特性の終了していない半導体チップに対してステップＳ１１を再び行う。

一方、終了した（ＹＥＳ）と判断した場合には、この被測定ウエハ４０の測定を終了し、次の被測定ウエハの受け入れの準備をする。

以上により、本実施形態に係る半導体チップの検査方法の主要ステップが終了した。

上記した本実施形態では、ステップＳ１３、Ｓ１５において電極パッド４４を観察するとき、プローブ１３はステージ４の上方に位置しているので、観察中にプローブ１３はステージ４からの輻射熱を常に受けており、温度変化に伴うプローブ１３の変形を防止できる。

したがって、電極パッド４４の観察時と各半導体チップ４１、４２の測定時とでプローブ１３の形状が変形せず、測定時に電極パッド４４に付くプローブ１３の痕１３ａ、１３ｂ同士の位置ずれの要因からプローブ１３の熱変形を排除できる。

そのため、ステップＳ１８において、これらの後１３ａ、１３ｂに基づいてステージ４とプローブ１３との位置ずれを正確に補正できるようになり、補正後に電極パッド４４とプローブ１３との間に位置ずれが発生する危険性を抑制できる。その結果、電極パッド４４周囲のパッシベーション膜４６にプローブ１３の先端が接触することが原因でパッシベーション膜４６にクラックが生じるのを防止でき、半導体チップの信頼性を維持することが可能となる。

更に、ステップＳ１７では、プローブ１３の痕の位置ずれの計測基準として、１枚の被測定ウエハ４０のうち初期に測定される第１の半導体チップ４１についた痕１３ａを用いる。そのため、第１の半導体チップ４１の後に複数の半導体チップを連続して測定したことでプローブ１３が変形しても、その変形に伴う電極パッド４４とプローブ１３との位置ずれを見逃す危険性が減る。

（４）第４実施形態
図１３は、本実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。

また、図１４は、第４実施形態に係る試験装置の模式図である。なお、図１４において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

本実施形態でも、第３実施形態と同様に、第１の半導体チップ４１の後に行われる第２の半導体チップ４２の測定時に、測定済みの第１の半導体チップ４１を観察できる位置にカメラ１２を設ける。

そして、図１３の最初のステップＳ２０では、制御部９の制御下でステージ４を上昇させることにより第１の半導体チップ４１の電極パッド４４にプローブ１３を当て、第１の半導体チップ４１の電気的特性を測定する。

このようにプローブ１３を当てたことで、電極パッド４４にはプローブ１３の痕１３ａが付くことになる。

次いで、ステップＳ２１に移り、ステージ４の上昇と移動とを繰り返し、第１の半導体チップ４１と第２の半導体チップ４２の間の所定個数の半導体チップの電気的特性を測定する。

その後、ステップＳ２２に移り、制御部９の制御下においてステージ４を上昇させることにより、第２の半導体チップ４２の電極パッド４４にプローブ１３を当て、第２の半導体チップ４２の電気的特性を測定する。そして、測定が終了したらステージ４を下降させる。このとき、カメラ１２の下方には第１の半導体チップ４１の電極パッド４４が位置している。

次いで、ステップＳ２３に移り、カメラ１２により第１の半導体チップ４１の電極パッド４４を観察し、これにより得られた画像データを制御部９が取得する。

なお、観察する電極パッド４４は特に限定されず、第１の半導体チップ４１に形成された複数の電極パッド４４のうち、代表の数個を観察するようにしてもよい。或いは、一つの電極パッド４４のみを観察してもよい。

そして、ステップＳ２４に移り、ステップＳ２３で取得した画像データを元にして、制御部９が電極パッド４４についたプローブ１３の痕１３ａの面積S1を算出する。

その後、ステージ４の上昇と移動とを繰り返すことにより、所定個数の半導体チップの電気的特性を測定する。

そして、ステップＳ２５に移り、カメラ１２の下方に移動してきた第２の半導体チップ４２の電極パッド４４をカメラ１２により観察し、制御部９が該電極パッド４４の画像データを取得する。

このとき、第２の半導体チップ４２はカメラ１２の下方に位置しているため、電極パッド４４の観察のためにステージ４を大きく移動させる必要がないうえ、ステージ４からの輻射熱をプローブ１３が受けている状態を維持しながら電極パッド４４を観察できる。

また、観察する電極パッド４４は特に限定されないが、ステップＳ２３において第１の半導体チップ４１における代表の数個の電極パッド４４を観察した場合には、本ステップでもそれらと同じ電極パッド４４を観察するようにする。

次いで、ステップＳ２６に移り、ステップＳ２５で取得した電極パッド４４の画像データに基づき、第２の半導体チップ４２の電極パッド４４に付いたプローブ１３の痕１３ｂの面積S2を制御部９が算出する。

その後、ステップＳ２７に移り、ステップＳ２４とステップＳ２６で取得したプローブ１３の痕１３ａ、１３ｂのそれぞれの面積の差S2−S1を制御部９が算出する。

ここで、痕１３ａ、１３ｂの面積S1、S2は、測定時におけるステージ４の高さ位置の目安となり、その面積が大きいほどステージ４の位置が高くプローブ１３が電極パッド４４に強く押し当てられていることになる。

したがって、ステップＳ２４とＳ２６の間において、経時変化等によってプローブ１３の高さが変動していなければ、時間間隔をおいて測定された各面積S1、S2の差S2−S1は０になるはずである。

これに対し、差S2−S1が０でない場合には、経時変化等によってプローブ１３の高さが変動していると推定できる。

そこで、次のステップＳ２８では、上記の面積の差S2−S1が０に近づく方向にステージ４の高さ位置を補正する。

その補正は、制御部９の制御下において行われ、例えば、差S2−S1が正の規定値S_maxを超えている場合には負の所定量−ΔZだけステージ４を下降させ、差S2−S1が負の規定値−S_minよりも小さい場合には正の所定量ΔZだけステージ４を上昇させて行われる。

図１５（ａ）は、ステージ４の高さ位置を補正する前の電極パッド４４の拡大平面図であり、図１５（ｂ）は、補正後の電極パッド４４の拡大平面図である。

この例では、補正前（図１５（ａ））に電極パッド４４に付いたプローブ１３の痕１３ａが、補正によってステージ４の高さ位置を上昇させたことで、補正後（図１５（ｂ））ではその面積が増大している。

なお、ステップＳ２３、Ｓ２５で複数個の電極パッド４４を観察した場合には、個々の電極パッド４４について差S2−S1を求め、それらを観察した電極パッド４４の個数で平均し、当該平均値と各規定値S_max、−S_minとを比較して上記のように補正してもよい。

次に、図１３のステップＳ２９に移り、被測定ウエハ４０に形成されている全ての半導体チップについて電気的特性の測定が終了したかどうかを制御部９が判断する。

そして、終了していない（ＮＯ）と判断した場合には、電気的特性の測定が終了していない半導体チップに対してステップＳ２１を再び行う。

一方、終了した（ＹＥＳ）と判断した場合には、この被測定ウエハ４０の測定を終了し、次の被測定ウエハの受け入れの準備をする。

以上により、本実施形態に係る半導体チップの検査方法の主要ステップが終了した。

上記した本実施形態によれば、経時変化等によってプローブ１３の高さが変動した場合でも、電極パッド４４に付いたプローブ１３の痕１３ａ、１３ｂの面積を利用することにより上記のようにステージ４の高さを補正できる。そのため、電極パッド４４への過度な押し付けが原因でプローブ１３が変形するのを防止したり、電極パッド４４とプローブ１３との接触力が不足してこれらの間の電気的なコンタクトが不十分になるのを防止したりできる。

しかも、第３実施形態と同様に、本実施形態でも電極パッド４４を観察する際には各チップ４１、４２の上方にカメラ１２が位置しているので、観察のためにステージ４を移動させる必要がない。これにより、ステージ４の移動のための無駄な時間が不要になると共に、観察時にステージ４からの輻射熱をプローブ１３が常に受けることができ、温度変化によってプローブ１３が変形するのを防止できる。

（５）第５実施形態
図１６は、本実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。

なお、試験装置の構成については、第３実施形態で説明した図１０におけるのと同様なので、以下では省略する。

また、図１７（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る半導体チップの検査方法について示す模式平面図である。図１７（ａ）、（ｂ）において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図１６の最初のステップＳ３１では、制御部９の制御下においてステージ４の上昇と移動とを繰り返すことにより、所定個数の半導体チップの電気的特性を測定する。

次いで、ステップＳ３２に移り、制御部９の制御下においてステージ４を上昇させることで、第１の半導体チップ４１の電極パッド４４にプローブ１３を当て、第１の半導体チップ４１の電気的特性を測定する。

そして、所定個数の半導体チップを測定した後、ステップＳ３３に移り、カメラ１２の下方に移動してきた第１の半導体チップ４１の電極パッド４４をカメラ１２により観察し、制御部９が該電極パッド４４の画像データを取得する。

なお、観察する電極パッド４４は特に限定されず、半導体チップ４１に形成された複数の電極パッド４４のうち、代表の数個のみを観察してもよい。或いは、一つの電極パッド４４のみを観察してもよい。

次に、ステップＳ３４に移る。

本ステップでは、図１７（ａ）に示すように、上記の画像データを基にして、電極パッド４４に付いたプローブ１３の痕１３ａと電極パッド４４の輪郭との間隔Aが、規定値Bよりも大きいかどうかを制御部９が判断する。

その規定値Bは特に限定されないが、例えば５μm程度である。

そして、規定値Bよりも大きくない（ＮＯ）と判断した場合には、ステップＳ３５に移り、間隔Aが規定値Bよりも大きくなる方向にステージ４の位置を補正する。その補正は、制御部９の制御下で水平面内においてステージ４を並進又は回転させることにより行われる。

このような補正の結果、図１７（ｂ）に示すように、第１の半導体チップ４１の測定後に行われる第２の半導体チップ４２の測定においては、プローブ１３の痕１３ｂが電極パッド４４の中央寄りに付くことになる。

一方、ステップＳ３４において規定値Bよりも大きい（ＹＥＳ）と判断した場合には、ステップＳ３７に移り、ステージ４の補正をしないこととする。

その後、ステップＳ３６に移り、被測定ウエハ４０に形成されている全ての半導体チップについて電気的特性の測定が終了したかどうかを制御部９が判断する。

そして、終了していない（ＮＯ）と判断した場合には、電気的特性の測定が終了していない半導体チップに対してステップＳ３１を再び行う。

一方、終了した（ＹＥＳ）と判断した場合には、この被測定ウエハ４０の測定を終了し、次の被測定ウエハの受け入れの準備をする。

以上により、本実施形態に係る半導体チップの検査方法の主要ステップが終了した。

上記した本実施形態によれば、図１７（ａ）に示したように、電極パッド４４の輪郭と痕１３ａとの間隔Aが規定値Bよりも小さい場合に、ステージ４を補正して間隔Aが規定値Bよりも大きくなるようにする。

これにより、経時変化によってプローブ１３と電極パッド４４との接触位置が電極パッド４４の中心から次第にずれる場合でも、当該接触位置が電極パッド４４の輪郭に達する前にステージ４を補正できる。そのため、プローブ１３が電極パッド４４から外れてパッシベーション膜４６に当たる危険性が減り、プローブ１３との接触でパッシベーション膜４６にクラックが入るのを防止できる。

更に、ステップＳ３３においてカメラ１２により電極パッド４４を観察するときには、第１の半導体チップ４１の上方にカメラ１２があるので、観察のためにステージ４を大きく移動する必要がない。よって、移動のための時間が不要であると共に、ステージ４からの輻射熱をプローブ１３が受けた状態を維持でき、温度変化によってプローブ１３が変形するのを防止できる。

（６）第６実施形態
図１８は、本実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。

なお、試験装置の構成については、第３実施形態で説明した図１０におけるのと同様なので、以下では省略する。

また、図１９は、本実施形態における試験時の電極パッド４４の拡大平面図である。

図１８の最初のステップＳ４０では、制御部９の制御下において、被測定ウエハ４０の複数の半導体チップの中の一つである第１の半導体チップ４１の電気的特性を測定する。

その後、所定個数の半導体チップ４０の測定を行い、カメラ１２の下方に第１の半導体チップ４１が移動してきたところでステップＳ４１に移り、第１の半導体チップ４１の電極パッド４０をカメラ１２で観察する。この観察により得られた画像信号は、制御部９に取り込まれる。

また、本ステップにおいて観察する電極パッド４４は特に限定されず、半導体チップ４１に形成された複数の電極パッド４４のうち、代表の数個のみを観察してもよいし、一つの電極パッド４４のみを観察してもよい。

次に、ステップＳ４２に移り、カメラ１２から出力された画像信号に基づき、制御部９がプローブ１３の痕１３ａ（図１９参照）の位置を把握する。

そして、ステップＳ４３に移り、図１９のように痕１３ａが電極パッド４４からはみ出しているかどうかの判断を制御部９が行う。

そして、はみ出している（ＹＥＳ）と判断した場合には、ステップＳ４５に移り、第１の半導体チップ４１の測定後に行われる他の半導体チップの測定の中止を制御部９が決定する。

一方、はみ出していない（ＮＯ）と判断した場合には、ステップＳ４４に移り、被測定ウエハ４０に形成されている全ての半導体チップについて電気的特性の測定が終了したかどうかを制御部９が判断する。

そして、終了していない（ＮＯ）と判断した場合には、電気特性の測定が終わっていない半導体チップに対してステップＳ４０を再び行う。

一方、終了した（ＹＥＳ）と判断した場合には、この被測定ウエハ４０の測定を終了し、次の被測定ウエハの受け入れの準備をする。

以上により、本実施形態に係る半導体チップの検査方法の主要ステップが終了した。

上記した本実施形態によれば、ステップＳ４３においてプローブ１３の痕１３ａが電極パッド４４からはみ出していると判断した場合には、ステップＳ４５に移ってそれ以降の測定を中止する。

痕１３ａが電極パッド４４からはみ出る原因としては、例えば、電極パッド４４上の異物を踏んだことが原因でプローブ１３が過度に変形した場合があり、その場合はステージ４の位置補正だけでは電極パッド４４にプローブ１３を当てることができなくなる。

そのような場合に、上記のように測定を中止すれば、変形したプローブ１３が後続の半導体チップの電極パッド４４から外れてパッシベーション膜４６に当たるのを防止でき、パッシベーション膜４６の傷が原因で半導体チップの歩留まりが低下するのを抑制できる。

（７）第７実施形態
図２０は、本実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。

本実施形態は、ステップＳ４０〜Ｓ４３までは第６実施形態と同一であるが、ステップＳ４３での判断以降に行われるステップが以下のように第６実施形態とは異なる。

まず、ステップＳ４３において制御部９により痕１３ａが電極パッド４４からはみ出していない（ＮＯ）と判断された場合には、ステップＳ５０に移り、制御部９が第１の半導体チップ４０を記憶部９ａ（図１参照）に外観良品チップとして登録する。

一方、ステップＳ４３において制御部９により痕１３ａが電極パッド４４からはみ出している（ＹＥＳ）と判断された場合には、ステップＳ５３に移り、制御部９が第１の半導体チップ４０を記憶部９ａに外観不良チップとして登録する。

続いて、ステップＳ５１に移り、制御部９が被測定ウエハ４０に形成されている全ての半導体チップの測定が終了したかどうかを判断する。

ここで、終了していない（ＮＯ）と判断された場合には、電気特性の測定が終わっていない半導体チップに対してステップＳ４０を再び行う。

一方、終了した（ＹＥＳ）と判断された場合には、ステップＳ５２に移り、外観不良マップを作成する。本ステップは、記憶部９ａに登録された外観不良チップと外観良品チップに基づいて測定部９が行う。

図２１は、この外観不良マップ８０の一例を示す平面図である。

外観不良マップ８０は、被測定ウエハ４０における外観不良チップと外観良品チップの位置を示すものである。

以上により、本実施形態に係る半導体チップの検査方法の主要ステップが終了した。

上記した本実施形態によれば、被測定ウエハ４０に形成されている複数の半導体チップの測定と並行して、ステップＳ５０、Ｓ５３において外観不良チップと外観良品チップの判別を行う。

そのため、被測定ウエハ４０の電気的特性の測定を行った後、各半導体チップの外観を検査する外観検査工程が不要になり、半導体装置の製造工程の短縮化に寄与することができる。

（８）第８実施形態
本実施形態では、半導体チップの実際の量産工程への第１〜第７実施形態の適用方法について説明する。

図２２は、本実施形態に係る半導体チップの検査方法について示すフローチャートである。

本実施形態では、図２２の検査工程Ｓ６０において、複数の半導体チップが設けられた被測定ウエハ４０に対し、各半導体チップの電気的特性を検査する。そして、その検査の対象となる半導体チップに対し、第１〜第７実施形態で説明したようなカメラ１２による電極パッド４４の観察を行う。

次いで、リジェクト工程Ｓ６１に移り、検査工程Ｓ６０における電気的特性の検査で不良と判断された半導体チップを除いて、良品と判断された半導体チップのみを残すようにする。

以上により、本実施形態に係る半導体チップの検査方法の主要ステップを終了する。

本実施形態のように量産工程に第１〜第７実施形態を適用することで、電極パッド４４の観察時におけるプローバ１３の熱変形を防止できる等の効果を実際の量産工程で得ることができる。

Claims (9)

1. 支持基板と、前記支持基板に取り付けられたプローブとを備えるプローブカードと、
   被測定ウエハを載せるステージと、
   前記プローブカード上に設けられたカメラと、
   前記プローブカードに対する前記ステージの位置を移動させる移動手段と、
   を有し、
   前記カメラは、前記被測定ウエハに規則的に配列された等しいサイズを有する複数の半導体チップの電極パッドを観測し、
   前記プローブと前記カメラの視野中心との間隔は、前記半導体チップの前記サイズの整数倍であることを特徴とするプローバ。
2. テスタ部と、
   前記テスタ部と電気的に接続されるプローバ部とを有し、
   前記プローバ部は、
   支持基板と、前記支持基板に取り付けられたプローブとを備えるプローブカードと、
   被測定ウエハを載せるステージと、
   前記プローブカード上に設けられたカメラと、
   前記プローブカードに対する前記ステージの位置を移動させる移動手段と、
   を有し、
   前記カメラは、前記被測定ウエハに規則的に配列された等しいサイズを有する複数の半導体チップの電極パッドを観測し、
   前記プローブと前記カメラの視野中心との間隔は、前記半導体チップの前記サイズの整数倍であることを特徴とする試験装置。
3. 前記テスタ部は、前記プローブカードに当接するテストヘッドを備え、
   前記カメラが前記テストヘッド上に設けられ、且つ、前記支持基板において前記カメラに対応する位置に開口が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の試験装置。
4. プローブカードの支持基板に取り付けられたプローブを、ステージ上の被測定ウエハにおいて等しいサイズで規則的に配列された第１の半導体チップの電極パッドに接触させ、前記第１の半導体チップの電気的特性を測定するステップを有し、
   前記第１の半導体チップの測定前若しくは測定後に、前記支持基板上或いは前記プローブカードの上方において、前記プローブと視野中心との間隔が前記第１の半導体チップの前記サイズの整数倍になるように設けられたカメラによって、前記第１の半導体チップの電極パッドを観察することを特徴とする半導体チップの検査方法。
5. 前記カメラによる前記観察の結果に基づき、前記第１の半導体チップの前記電極パッドに付いた前記プローブの痕の位置を把握するステップと、
   前記第１の半導体チップの測定の後に、前記ステージ上の前記被測定ウエハに形成された第２の半導体チップの電極パッドに前記プローブを接触させ、前記第２の半導体チップの電気的特性を測定するステップと、
   前記第２の半導体チップの測定後に、前記カメラによって前記第２の半導体チップの電極パッドを観察するステップと、
   前記カメラによる前記観察の結果に基づき、前記第２の半導体チップの前記電極パッドに付いた前記プローブの痕の位置を把握するステップと、
   前記第１の半導体チップの前記電極パッドについた前記プローブの痕の位置と、前記第２の半導体チップの前記電極パッドについた前記プローブの痕の位置とのズレ量を計測するステップと、
   前記ズレ量が小さくなる方向に前記ステージの位置を補正するステップとを更に有することを特徴とする請求項４に記載の半導体チップの検査方法。
6. 前記カメラによる前記観察の結果に基づき、前記プローブの痕と前記電極パッドの輪郭との間隔が規定値よりも大きいかどうかを判断するステップと、
   前記間隔が前記規定値よりも大きくないと判断されたときに、前記間隔が前記規定値よりも大きくなる方向に前記ステージの位置を補正するステップとを更に有することを特徴とする請求項４に記載の半導体チップの検査方法。
7. 前記カメラによる前記観察の結果に基づき、前記第１の半導体チップの前記電極パッドに付いた前記プローブの痕の位置を把握するステップと、
   前記把握されたプローブの痕の位置に基づいて、前記痕が前記電極パッドからはみ出しているかどうかを判断するステップと、
   前記痕が前記電極パッドからはみ出していると判断された場合に、前記第１の半導体チップの測定後に行われる他の半導体チップの測定の中止を決定するステップとを更に有することを特徴とする請求項４に記載の半導体チップの検査方法。
8. 前記カメラによる前記観察の結果に基づき、前記第１の半導体チップの前記電極パッドに付いた前記プローブの痕の位置を把握するステップと、
   前記把握されたプローブの痕の位置に基づいて、前記痕が前記電極パッドからはみ出しているかどうかを判断するステップと、
   前記痕が前記電極パッドからはみ出していると判断した場合に、前記第１の半導体チップを外観不良チップとして記憶するステップと、
   前記痕が前記電極パッドからはみ出していないと判断した場合に、前記第１の半導体チップを外観良品チップとして記憶するステップと、
   前記記憶した前記外観不良チップと前記外観良品チップの前記被測定ウエハ内での位置を示すウエハマップを作成するステップとを更に有することを特徴とする請求項４に記載の半導体チップの検査方法。
9. 前記カメラによる前記観察の結果に基づき、前記第１の半導体チップの前記電極パッドに付いた前記プローブの痕の面積を把握するステップと、
   前記第１の半導体チップの測定の後に、前記ステージ上の前記被測定ウエハに形成された第２の半導体チップの電極パッドに前記プローブを接触させ、前記第２の半導体チップの電気的特性を測定するステップと、
   前記第２の半導体チップの測定後に、前記カメラによって前記第２の半導体チップの電極パッドを観察するステップと、
   前記カメラによる前記観察の結果に基づき、前記第２の半導体チップの前記電極パッドに付いた前記プローブの痕の面積を把握するステップと、
   前記第１の半導体チップの前記電極パッドについた前記プローブの痕の面積と、前記第２の半導体チップの前記電極パッドについた前記プローブの痕の面積との差を計測するステップと、
   前記差が０に近づく方向に前記ステージの高さ位置を補正するステップとを更に有することを特徴とする請求項４に記載の半導体チップの検査方法。

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