JP5718978B2 - ウェーハの検査方法 - Google Patents

Description

本発明はウェーハの検査方法に関するものであり、特に、半導体ウェーハ(以下、単に「ウェーハ」という)上に形成された半導体チップのパッドに、プローブカードに設けられた複数のプローブを同時に接触させて電気的検査を行うウェーハの検査方法に関するものである。

半導体製造工程では、薄い円板状のウェーハに各種の処理を施して、電子デバイスを有する複数のチップ(ダイ)を形成する。各チップは電気的特性が検査され、その後、ダイサーで切り離された後、リードフレーム等に固定されて電子デバイスとして組み立てられる。上記の電気特性の検査は、プローブカードとテスタを利用して行われる。また、ウェーハをステージ上のチャックに固定し、各チップのパッドにプローブを接触させる。テスタは、プローブに接続される端子から、電源及び各種の試験信号を供給し、チップのパッドに出力される信号をテスタで解析して正常に動作するかを確認する（例えば、特許文献１参照）。

ところで、電子デバイスは、広い用途に使用されており、広い温度範囲で使用される。そのため、電子デバイスを設けたウェーハの検査を行う場合、例えば、チャックに載せたウェーハが２００℃になるような高温、及び−５５℃になるような低温で、検査する必要がある。

また、ウェーハ上には複数のチップが整列された状態で設けられており、その各チップにはそれぞれ複数のパッドが設けられている。そのパッドの形状も矩形状のもの、五角形、八角形、多角形、円形をしたもの等がある。パッドの表面においても無地のもの、縞模様、幾何学模様もの等がある。また、パッドの素材もアルミのもの、金、半田バンプのもの等がある。

そして、各チップの電気的検査を行う場合は、各チップに設けられた複数のパッドに略対応してプローブカードに設けられている複数のプローブを、パッドに同時に接触させて行う。そのため、電気的検査に先立ち、上記のパッド情報を基にウェーハ上に設けられた各チップにおけるパッドの位置を登録する必要がある。ウェーハの検査時には、その各チップにおけるパッドの位置情報に基づいてウェーハの各パッドと各プローブとの位置を計算し、各プローブを各パッドの中心に対して正確に接触させる必要がある。

そのパッドの位置の登録には、作業者が１つのチップを、顕微鏡若しくはカメラ(以下、これを総称して「カメラ」という)に対して移動させ、カメラの映像内にパッドを映し出すとともに、そのパッドの位置を制御部に記録するようにしている。また、制御部においては、そのデータに基づいてウェーハ種別毎のパッド位置情報を作成し、そのパッド位置情報に基づいてプローブカードのプローブ位置との補正計算を行い、位置補正した状態で検査を行うようにしている。なお、このパッドの位置を登録するのに要する作業時間には、現状では１つのチップのパッド１つに対して２〜３秒程度の作業時間を要している。したがって、１つのチップの全パッドを登録するのに要する作業時間は、登録パッド数にパッド1つ当たりの作業時間（２〜３秒）を乗じたものとなる。パッドの数が増加するにつれ作業時間が増加する。

特許第４８７８９１９号公報

しかしながら、上述したように上記パッド位置情報を登録するには、１つのチップに対して数分から数百分程度の作業時間を要することもあり、また２００℃で測定する場合には、高温雰囲気内において検査が行われている。そのため、カメラを支持している各種の部材や、レンズ及びチップが熱膨張を起こし、位置認識を開始した箇所で受ける熱の影響と位置認識を終了する箇所で受ける熱の影響とでは、その影響を受けている程度が異なる。

さらに、図面を用いて詳しく説明すると、図５は、２００℃での高温雰囲気内で認識作業を行ったときに、カメラ光軸のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向における各変位量の変化を時間経過と共に示したものである。また、図中、縦軸は変位量(単位：μｍ)、横軸は時間(単位：分)を示している。図５では、約２１分程度までは、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向における各変位量は熱膨張によって大きく変わり、２１分以降は変化量はそのまま維持される。

したがって、カメラのＸ、Ｙ、Ｚの各軸方向における変位量の影響は、例えば図６に示すように現れる。すなわち、図６において、カメラに対してチップ５０が矢印６０方向に移動しながら認識作業を行う場合とすると、開始直後における実際のパッド５１の位置Ｐ１ａとカメラで認識されたパッド５１の位置Ｐ２ａは共に熱の影響を受けていないので、ほぼ同じ位置で認識される。しかし、時間が経過するに連れて、カメラを保持している筐体自身の熱膨張やレンズの熱膨張等の熱の影響が出始め、約２１分後には、実際のパッド５１の位置Ｐ２ｎとカメラで認識されたパッド５１の位置Ｐ２ｎとの間には大きな差異が生じる。

そのため、１回の認識作業で得られたパッド位置情報を使用してウェーハの検査を行った場合には、最初の箇所での認識と後の方での認識では熱膨張の影響が異なり、パッドとプローブとの間に差異が生じ、パッドの中心位置にプローブが接触しなくなる虞がある。そこで、従来では、カメラを支持している各種部材の熱膨張変化やレンズの変化量を算出して予め補正をする方法や、高温の雰囲気内で少なくとも２０分以上、好ましくは８０分以上放置し、カメラの筐体やレンズ等が安定した後から認識作業を行って登録するようにしている。

しかしながら、カメラを支持している各種部材の熱膨張変化やレンズの変化量を算出して補正する方法は、あくまでも推測での補正であり、十分な補正が行われるものではなかった。そのため、検査精度にも影響を与えていた。一方、高温の雰囲気内に長時間放置して、カメラ等が安定した後からに認識作業を行って登録するようにした場合では、作業に時間がかかり、作業効率が悪いという問題点があった。

そこで、熱の影響を受けずに、検査精度の向上とスループットの向上を図ることができるようにしたウェーハの検査方法を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ウェーハ上のチップに存在する複数のパッドに、プローブカードに設けられた複数のプローブを同時に接触させて電気的検査を行うウェーハの検査方法において、制御部が前記ウェーハをウェーハチャックにより保持して検査温度まで加熱するチャックステップと、前記ウェーハ内に存在する任意の１チップのパッド情報を基に前記パッドの全ての位置に関する入力情報を制御部が記憶する第１の位置認識ステップと、電気的検査を行う前に、前記ウェーハチャックによる加熱により熱膨張から生じる前記パッドの位置ズレに関する入力情報を前記制御部が記憶する第２の位置認識ステップと、前記制御部が、前記第１の位置認識ステップのパッドの位置を基に前記第２の位置認識ステップで認識した前記パッドの位置情報を更新し、前記プローブとの接触位置を補正する補正ステップと、を設けるウェーハの検査方法を提供する。

この方法によれば、熱変形が進行している状況下で行われる第１の位置認識ステップによるパッドの位置認識と、熱変形が止まった状況下（パッドの位置認識を素早く行うことにより熱による影響が小さい状態）で行われる第２位置認識ステップによるパッドの位置認識の、２回位置認識を行う。そして、第１の位置認識ステップで認識されたパッドの位置を基に各パッドの位置を更新し、パッドに対するプローブの位置を補正してプローブの先端をパッドの中心に接触させて検査を正確に行うことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の方法において、前記第２の位置認識ステップは、前記チップ内の全パッドまたは一部のパッドを登録するウェーハの検査方法を提供する。

この方法によれば、２回目の認識を行う第２の位置認識ステップでは、チップ内の全パッドまたは一部のパッドだけを認識し、その認識結果からパッドの位置を容易に更新することができるので、パッドの登録に要する時間を短縮させることができ、作業効率の向上が期待できる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の方法において、前記第２の位置認識ステップは、前記チップ内の全チップを認識するウェーハの検査方法を提供する。

この方法によれば、２回目の認識を行う第２の位置認識ステップでは、チップ内の全パッドの位置を認識し、その認識結果からパッドの位置を更新するので、熱による影響を小さく正確に登録することができ、検査精度の向上が期待できる。

請求項４記載の発明は、請求項１、２または３に記載の方法において、前記第２の位置認識ステップは、前記ウェーハ内の一部のチップを認識するウェーハの検査方法を提供する。

この構成によれば、２回目の認識を行う第２の位置認識ステップでは、ウェーハ内の全パッドまたは一部のパッドだけを認識し、その認識結果からパッドの差異を容易に推定することができるので、登録に有する時間を短縮させることができ、作業効率の向上が期待できる。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の方法において、前記第１の位置認識ステップと前記第２の位置認識ステップによるパッドの位置認識は、予め演算装置に登録された前記任意の１チップに存在するパッド形状、パッド表面模様、パッドの素材に関する情報を基に行うウェーハの検査方法を提供する。

この方法によれば、予めパッド情報を登録することにより第１の位置認識ステップと第２の位置認識ステップでパッドの位置を作業者の目視によって手動登録で演算装置に記録する作業を省くことができ、作業効率の向上が期待できる。

本発明によれば、熱変形が進行している状況下で行われる第１の位置認識ステップによるパッドの位置認識と、熱変化が飽和した状況下で行われる第２位置認識ステップによるパッドの位置認識の、２回位置認識を行い、第１の位置認識ステップで認識されたパッドの位置を基に前記第２の位置認識ステップで認識したパッドの位置を更新する。登録したパッドに対するプローブでの位置を補正するので、補正の精度が向上する。そして、全てのパッドの略中心にプローブを各々接触させて精度良く検査を行うことができる。また、チャック等の熱が安定するのを待たなくても、パッドの位置認識を直ぐに開始することができるので、作業効率の向上が期待できる。

プローブカードのプローブをウェーハ上のパッドに接触させてチップの電気的検査を行うウェーハ検査装置の基本構成を示す図。 ウェーハの一例を示す斜視図。 チップに設けられたパッドの一例と、その検査例を説明する図。 本発明に係るウェーハの検査手順の一例を説明するチャート図。 温度変化による時間経過と顕微鏡光軸のＸ、Ｙ、Ｚ方向変位を説明する図。 従来のチップに設けられたパッドの一例と、検査例を説明する図。 パッドの種類の一例を示す図。 パッド情報の応用例を説明する図で、(ａ)と(ｂ)はそれぞれ針立て領域中心位置を異なる位置に設けた場合を示している。

本発明は、検査精度の向上と作業効率の向上を図ることができるようにしたウェーハの検査方法を提供するという目的を達成するために、ウェーハ上のチップに存在する複数のパッドに、プローブカードに設けられた複数のプローブを同時に接触させて電気的検査を行うウェーハの検査方法において、制御部が前記ウェーハをウェーハチャックにより保持して検査温度まで加熱するチャックステップと、前記ウェーハ内に存在する任意の１チップのパッド情報を基に前記パッドの全ての位置に関する入力情報を制御部が記憶する第１の位置認識ステップと、電気的検査を行う前に、前記ウェーハチャックによる加熱により熱膨張から生じる前記パッドの位置ズレに関する入力情報を前記制御部が記憶する第２の位置認識ステップと、前記制御部が、前記第１の位置認識ステップのパッドの位置を基に前記第２の位置認識ステップで認識した前記パッドの位置情報を更新し、前記プローブとの接触位置を補正する補正ステップと、を設けるようにしたことにより実現した。

以下、本発明の実施形態によるウェーハの検査方法を図面を参照しながら、好適な実施例について詳細に説明する。

図１は、ウェーハ上のパッドをプローブカードのプローブに接触させて、チップの電気的検査を行うウェーハ検査装置の基本構成を示す図である。同図に示すように、ウェーハ検査装置１０は、基台１１と、その基台１１上に設けられた移動ベース１２と、Ｙ軸移動部１３と、Ｘ軸移動部１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７と、ステージ１８と、プローブ位置合わせカメラ１９と、支柱２０及び２１と、ヘッドステージ２２と、図示していない支柱に設けられたウェーハアライメントカメラ２３と、ヘッドステージ２２に設けられたカードホルダ２４と、そのカードホルダ２４に取り付けられるプローブカード２５と、ウェーハ検査装置１０の全体を制御する制御部２７とを有する。

図２は、ウェーハ検査装置１０で使用されるウェーハＷの一例を示すものであり、ウェーハＷ上には複数のチップ４０、４０…が設けられている。また、図３に示すように、各チップ４０、４０…には電極としての複数のパッド４１が各々設けられている。なお、パッド４１の形状及び配置は、ウェーハ品種によって異なる。

また、図１において、前記制御部２７は、ウェーハ検査装置１０の全体を決められた手順に従って制御するためのものであり、例えばコンピュータである。

前記プローブカード２５には、カンチレバー型やスプリングピン型、垂直針型、クラウンピン型等のプローブ２６が設けられる。前記移動ベース１２と、Ｙ軸移動部１３と、Ｘ軸移動部１４と、Ｚ軸移動部１５と、Ｚ軸移動台１６と、θ回転部１７は、ステージ１８を３軸方向及びＺ軸の回りに回転する移動・回転機構を構成しており、それらの動作は制御部２７で制御されるステージ移動制御部３３により駆動される。

前記プローブカード２５は、検査するチップ４０のパッド４１の配置に対応して配置されたプローブ２６を有しており、検査するチップ４０の品種に応じて交換される。

前記ステージ１８内には、そのステージ１８を高温または低温にするためのヒータ・冷却液路２８が設けられており、制御部２７で制御される温度制御部２９により、ヒータに供給する電力及び冷却液路に循環させる冷却液の温度が調整される。これにより、ステージ１８を、高温から低温の間の所望の温度に調整することができ、それに応じてステージ１８に保持されたウェーハＷを所望の温度にして検査を行うことができるようになっている。

前記テスタ３０は、テスタ本体３１と、テスタ本体３１に設けられたコンタクトリング３２とを有する。プローブカード２５には、各プローブ２６に接続される図示しない端子が設けられており、コンタクトリング３２はこの端子に接触するように配置されたスプリングプローブを有する。テスタ本体３１は、図示していない支持機構により、ウェーハ検出装置１０に対して保持される。

そして、ウェーハＷにおけるチップ４０の検査を行う場合には、プローブ位置合わせカメラ１９がプローブ２６の下に位置するように、Ｚ軸移動台１６を移動させ、プローブ位置合わせカメラ１９でプローブ２６の先端位置を検出する。このプローブ２６の先端位置の検出及び補正調整は、プローブカード２５を交換した時及びウェーハ品種が変わる毎に必ず行う必要がある。

また、ウェーハ品種が変わる時には、そのウェーハ品種のパッド４１の位置を予め登録しているパッド位置情報に基づいて、プローブカード２５のプローブ２６とパッド４１との接触位置を計算する。したがって、ウェーハ品種のパッド４１の位置は予めウェーハアライメントカメラ２３によって検出されて、パッド位置情報として計算される。

図４は、ウェーハＷ品種毎にパッド４１を登録してパッド位置情報を登録する手順を説明するフローチャートである。パッド位置情報を登録する場合は、制御部２７がＸ軸移動部１４を制御し、ウェーハＷを保持しているステージ１８を、図１中に点線で示すウェーハアライメントカメラ２３の下側の位置に配置するとともに、ステージ１８の温度を検査温度(例えば、−５５℃〜２００℃)まで上昇させる(ステップＳ１：チャックステップ)。

続いて、ウェーハアライメントカメラ２３の下側において、ウェーハＷを保持しているステージ１８を、その基準となる位置から、ウェーハアライメントカメラ２３に対してＸ、Ｙ方向に移動させる。同時に、ウェーハアライメントカメラ２３の図示しないモニタに
映し出されたパッド４１の位置を作業者が手動で登録し、その登録された位置を順に制御部２７に記録する。これを、１チップ４０の全パッドまたは一部のパッド４１について行う(ステップＳ２：第１の位置認識ステップ)。なお、認識して行く方向は、例えばチップの任意エリアのX方向、Y方向、チップの４辺、またはチップ全体などを千鳥状にスキャンする方向等であり、任意であってよい。

また、パッド４１には、例えば図７で示すような様々な形態が想定される。すなわち、図７のようにパッドの形状が十字型をしたもの情報１、六角形をしたものを情報２、楕円形をものを情報３として、その形態情報を制御部２７にあらかじめ登録しておく。そして、図７の情報１〜情報３を基に顕微鏡２３で写し出された画像のパッド４１と照らし合わせて全パッド４１を認識する。

続いて、第１の位置認識ステップ１で認識したチップ４０、例えば検出を行ったチップ４０に戻り、２回目の認識検査を行い、これを1回目と同様に制御部２７に記録する(ステップＳ３：第２の位置認識ステップ)。なお、この第２の位置認識ステップＳ３で認識を行う場合は、１チップ４０の中で、例えば図３中に符号４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄで示す特定箇所のパッド４１だけを抽出して認識を行うようにしてもよい。このようにすると作業時間の短縮が図れ、作業効率を向上させることができる。

次いで、制御部２７では、第１の位置認識ステップＳ２で認識されたパッド４１の位置と第２の位置認識ステップＳ３で認識されたパッド４１の位置を判断し、熱膨張による影響を補正した後、パッド位置情報として登録する。すなわち、第１の位置認識ステップＳ２で認識されたパッド４１の位置と第２の位置認識ステップＳ３で認識されたパッド４１の位置の差異は、ウェーハアライメントカメラ２３の筐体やレンズ等の熱膨張による変化である。そして、このパッド位置情報を使用してプローブ２６とパッド４１とを接触させることにより、熱変化の影響を排除して、パッド４１の中心位置にプローブ２６を接触させて正確に検査を行うことができる。

したがって、本発明による方法では、熱変化が進行している状況下で１回目の位置認識を行っても、熱変化が安定した状態にある２回目に行うパッド４１の位置認識によって、熱膨張の影響によるパッド４１の位置を更新できるので、次のウェーハＷの検査時には、パッド４１とプローブとの接触位置を補正して接触させることができる。これにより、パッド４１の中心にプローブ２６を正確に接触させて、精度良く検査を行うことができる。また、第１の位置認識ステップＳ２において、ステージ１８の温度が検査温度に到達する前に位置認識を開始しても、第２の位置認識ステップＳ３で熱影響を受けた後の位置を認識し、第１の位置認識ステップＳ２と第２の位置認識ステップＳ３とで得られた位置との差異から補正量を容易に認識することができるので、ステージ１８の温度が検査温度に到達するまで作業を待たなくても済み、作業効率の向上が期待できる。

なお、上記実施例で説明した図７で示す情報１〜情報３の他に、例えば図８の(ａ)、(ｂ)に示すような情報も登録することができる。図８では(ａ)に示すようにパッド７０に対し針立て領域７１ａが同一の領域の場合、針立て領域７１ａにプローブとの接触位置は針立て領域中心位置７２ａになる。これをパッド７０に対し針立て領域７１ｂとして別領域の情報を登録することで針立て領域７１ｂとプローブとの接触位置は針立て領域中心位置７２ｂになる。したがって、パッド７０の領域に対して針立て領域、ボンディング領域として区別することができ、パッド領域の意図しない位置にプローブが接触することを防ぐことができる。

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明はウェーハのチップにおける検査をする場合について説明をしたが、ウェーハのチップを検査する以外にも応用できる。

１０ ウェーハ検査装置
１１ 基台
１２ 移動ベース
１３ Ｙ軸移動部
１４ Ｘ軸移動部
１５ Ｚ軸移動部
１６ Ｚ軸移動台
１７ θ回転部
１８ ステージ
１９ プローブ位置合わせカメラ
２０、２１ 支柱
２２ ヘッドステージ
２３ ウェーハアライメントカメラ
２４ カードホルダ
２５ プローブカード
２６ プローブ
２７ 制御部
２８ ヒータ・冷却液路
３０ テスタ
３１ テスタ本体
３２ コンタクトリング
３３ ステージ移動制御部
４０ チップ
Ｗ ウェーハ

Claims (5)

1. ウェーハ上のチップに存在する複数のパッドに、プローブカードに設けられたプローブを同時に接触させて電気的検査を行うウェーハの検査方法において、
   制御部が、前記ウェーハをウェーハチャックにより保持して検査温度まで加熱するチャックステップと、
   前記ウェーハ内に存在する任意の１チップのパッド情報を基に前記パッドの全ての位置に関する入力情報を前記制御部が記憶する第１の位置認識ステップと、
   電気的検査を行う前に、前記ウェーハチャックによる加熱により熱膨張から生じる前記パッドの位置ズレに関する入力情報を前記制御部が記憶する第２の位置認識ステップと、
   前記制御部が、前記第１の位置認識ステップのパッドの位置を基に前記第２の位置認識ステップで認識した前記パッドの位置情報を更新し、前記プローブとの接触位置を補正する補正ステップと、
   を設けることを特徴とするウェーハの検査方法。
2. 前記第２の位置認識ステップは、前記チップ内の一部のパッドを認識することを特徴とする請求項１に記載のウェーハの検査方法。
3. 前記第２の位置認識ステップは、前記チップ内の全パッドを認識することを特徴とする請求項１に記載のウェーハの検査方法。
4. 前記補正ステップは、一部の前記チップのパッドから熱膨張による位置ズレ分を補正することを特徴とする請求項１、２または３に記載のウェーハの検査方法。
5. 前記第１の位置認識ステップと前記第２の位置認識ステップによるパッドの位置と形状の検出は、予め演算装置に登録された前記任意の１チップに存在するパッド形状、パッド表面模様、パッドの素材に関する情報を基に行うことを特徴とする請求項１に記載のウェーハの検査方法。

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