JPH03292750A - 半導体ウエハ検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウェハ検査装置に関する。

（従来の技術） 近年、半導体製造技術の進歩に伴って、繰り返しパター
ンを多数有する大容ｊｉＲＡＭやＡＳＩＣ用ＬＳＩが実
用化されている。このように集積度が高まるにつれて、
半導体ウェハ（以下ウェハと略記する）の半導体素子の
一部の不良回路の存在によって半導体素子そのものを不
良と判定することは、製造コスト上非常に無駄が多い。

そこで、半導体回路内に予め欠陥救済用の予備回路（冗
長回路）を設けておき、検査結果に基づいて不良回路と
冗長回路とを接続替えすることにより、素子そのものを
救済する、いわゆる冗長設計手法（リダンダンシ）を採
用することが増加しつつある。これらの手段は当業者に
おいて周知である。

このような欠陥救済システムは、具体的にはウエハブロ
ーバ等によって検査が終了した半導体ウェハを、例えば
回路切断用のレーザ照射機構を有するリダンダンシ装置
に搬送し、ウエノ＼ブローバから転送された検査結果デ
ータに基づいて不良回路と予備回路との接続替えを行う
ことによって実施されている。さらに、欠陥救済を終了
したウェハは、再度ウエハブローバにおいてウェハ検査
を実施している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来の半導体ウニｌＸ検査装置
に使用されている欠陥救済システムでは、ウエハブロー
バによって検査を終了したウニＩ＼をウエハブローバと
は独立したりダンダンシ装置に持ち運び設定作業を行い
、リダンダンシ装置によって欠陥救済を行った後、欠陥
救済されたウエノ＼を再度ウエハプローバに持ち運び、
設定作業を行わなければならない。このように従来の欠
陥救済システムては、ウエノ＼検査−欠陥救済−ウエ／
％再検査の各工程が各々別装置であるため、その間のウ
ェハの持ち運びに人手を必要とし、さらに各装置におい
て改めて設定作業をする必要があるため、工数が非常に
大きく、作業効率の低下や製造コストの増加を招いてし
まうという問題かあった。

また、上記ウェハ検査−欠陥救済−ウエノ１再検査の各
工程間において、ウエノ＼検査データをデータ通信手段
または磁気記録媒体手段により転送しているため、デー
タと半導体ウニｌ−との対応をとることか重要な条件と
なり、そのために作業の繁雑性、効率低下を招くほか、
作業の慎重性を欠くと、測定検査された素子とデータと
が一致しなかったり、ウェハ内のデバイスの位置と検査
データとが一致しない等、致命的な障害を招く恐れがあ
るという問題があった。

一方、ウエハブローバにおいては、測定時にプローブカ
ードのプローブ針に対して半導体素子の電極端子を正確
に接触させる必要がある。従って、プローブ針列の上方
、かつプローブ針列の取り付は中心と同軸的に、針合わ
せ監視用マイクロスコープが設置されている。また、テ
スタのピンエレクトロニクスカード（ドライバ／コンパ
レータ）を実装したテストヘッドがウェハ検査用ステー
ジ上方に配置されているため、従来のウエノ＼プローバ
に欠陥救済用の光学系を設置しようとしても、構造上不
可能である。

さらに、欠陥救済用デバイスは大型であるため、一般に
冗長回路の特定パターン位置をサーチするために、約１
０秒以上の時間を必要としている。従って、従来のウエ
ハブローバに従来方式の欠陥救済手段を単に設置しただ
けでは、上記欠陥救済手段における冗長回路の特定パタ
ーンのサーチ時間がウェハ検査の時間に対して無視出来
ない時間になり、このため、その間テスタが休止する結
果となり、ウエハブローバとしてテスタの稼動率を大幅
に低下させた非効率的な装置となる恐れがある。

本発明は、このような課題に対処するためになされたも
ので、冗長回路手法を用いて欠陥デバイスを救済する際
にトータル工数を大幅に削減し、製造コストの低減を行
うほか、従来の各工程における作業の繁雑性を無くし、
ウエノ＼検査データと半導体ウェハ問および各デバイス
の測定データとデバイス間の不一致を起こす恐れのない
半導体ウェハ検査装置を提供することを目的とするもの
である。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の半導体ウェハ検査装置は、半導体ウェハに形成
された多数の半導体素子の電極端子列に、テスタのプロ
ーブ針列を個々の素子毎に接触させて検査を行う検査装
置において、前記素子の検査結果に基いて、前記半導体
素子内の不良回路を各半導体素子内に予め設けられた冗
長回路と接続替えする欠陥救済手段を具備することを特
徴とするものである。

特に、ウェハ検査のために各デバイスをブローブカ〜ト
のプローブ針の位置に移動するウェハ搬送ステージと、
欠陥救済のために不良デバイスを欠陥救済手段用光学系
の位置に移動するウェハ搬送ステージとを同一ステージ
とする。すなわち、欠陥救済用光学系をウェハ検査のた
めのウェハ搬送ステージ上に設置することが好ましい。

また、ウェハ検査の結果、各測定デバイスの位置に対応
する、良・不良のマツプデータを記憶し、欠陥救済およ
び再検査の各工程にて、その記憶されているマツプデー
タを直接使用できるように、共通のファイルシステムと
して構成することが好ましい。

また本発明の装置は、上記した半導体ウェハ検査装置に
おいて、前記欠陥救済手段用の光学系と、前記半導体ウ
ェハの検査における針合わせ用光学系とを共有化し、こ
の光学系が前記プローブ針列の取付は中心と同軸的に設
置されていることを特徴とするものである。

すなわち、欠陥救済手段用光学系における冗長回路の特
定パターンを検出するための光学系と、ウェハ検査にお
けるプローブ針と測定デバイスの電極端子との当接状態
を監視する針合わせ用光学系とを同一光学系とし、欠陥
救済手段用光学系における冗長回路のパターン切断のた
めのビーム投光用光学系を上記光学系に付加している。

これにより、欠陥救済手段用光学系と針合わせ用光学系
を共に、プローブカードと同軸的に設置することが実現
できる。また、上記光学系の設置構造により、欠陥救済
手段用光学系の光軸を測定デバイスの冗長回路に合わせ
ることが可能となるため、作動シーケンスとしてｌデバ
イスの測定毎に、そのデバイスの欠陥救済を行うことが
可能となる。さらに、ｌデバイスの欠陥救済毎に再測定
を行うことも可能となる。

さらに本発明の装置は、上記した半導体ウエノ１検査装
置において、前記欠陥救済手段は、前記冗長回路の検出
位置、パターンデータおよびビーム照射位置の各データ
をメモリに記憶し、同一品種の半導体ウェハが投入され
た場合に上記記憶されたデータを基準データとして比較
チェックすることにより、位置決めするよう構成されて
いることを特徴とするものである。

すなわち、新品種（過去に記憶されていない品種）の半
導体ウェハが投入された時に、冗長回路の特定の位置と
、その特定パターンの画像データと、パターン切断をお
こなうためにビームを照射する位置を記憶する。この場
合、ビーム照射位置はテスタから受けるカテゴリデータ
に対応して記憶する。以後、同一品種が投入された場合
に、上記特定位置に移動した後、特定パターンの画像デ
ータを基準として、欠陥救済手段用光学系のみを微少に
サーチ制御することにより、冗長回路の特定位置を正確
に位置決めすることが可能となる。

また、ビーム照射位置が記憶されているため、ビームを
制御し、照射位置を自動設定することが可能となる。

（作　用） 本発明の半導体ウェハ検査装置は、ウェハ搬送ステージ
上に測定用プローブカードと欠陥救済用光学系とを設置
するものである。これによって、ウェハ検査−欠陥救済
−ウェハ再検査の各工程間のウェハの持ち運びは全く不
用となり、人手は必要なくなる。また、ウェハ検査、欠
陥救済、ウェハ再検査におけるウェハの設定作業は、最
初のウェハ検査工程において一度実施したら、以後は不
用となる。これらにより、各工程における人的工数が大
幅に削減され、生産効率の向上、さらには製造原価の低
減が図れる。

また、上記各工程を同一装置にて実施することにより、
マツプデータを共通のファイルシステムとすることか可
能となり、これにより各工程におけるウェハ検査データ
と半導体ウェハ間は常に−致し、そのための作業の繁雑
性はなくなる。

また、欠陥救済手段用光学系と針合わせ用光学系とを共
有化し、この光学系をプローブカードと同軸的に設置す
ることにより、デバイスの測定後、不良デバイスに対し
て１デバイス毎に欠陥救済を実行し、さらに再測定を実
行することが可能となる。これによって、ウェハ検査−
欠陥救済−ウェハ再検査の各工程間の無意味な作業時間
はほぼなくなり、最適な欠陥救済システムを実現するこ
とができる。ここに、トータルスループットを向上する
ことか可能となり、より一層生産効率が向上する。また
、上記したように１デバイス毎に測定−欠陥救済−再測
定を実行することにより、各デバイスの測定データとデ
バイス間は常に一致し、そのための作業の繁雑性はなく
なるほか、不一致による致命的な障害は皆無となる。

さらに、欠陥救済手段において、冗長回路の特定の検出
位置とビーム照射位置を基準データとして記憶すること
により、特定パターンのサーチは非常に短じかい時間で
達成することが可能となる。

これによってウエハブローバに欠陥救済手段を設置し、
デバイスの測定−欠陥救済の作動を実行した場合に、テ
スタの稼動率を低下させることなく、効率の良い欠陥救
済システムを提供することか可能となる。

（実施例） 以下、本発明の半導体ウェハ検査装置の実施例について
図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例のウエハプローバの基本構
成を説明するための図である。

この実施例のウエハブローバ１は、被測定物となる半導
体ウェハをロート・アンロード位置、検査位置およびリ
ダンダンシ位置間において移動させるステージ系２と、
キャリア内に収容された半導体ウェハをステージ側に自
動供給するオートローダ系３と、針合せ用の光学系を兼
ねる光学ヘッドを有し、不良回路を冗長回路と接続替え
するりダンダンシ系４と、テスタ５に電気的に接続され
たプローブカードが装着されるテストヘッド６と、リダ
ンダンシ用の各種情報やアライメント時の位置情報等を
記憶する記憶部７と、これら各機構の動作制御と情報の
制御を行う制御部８とから主として構成されている。

上記構成のウエハブローバ１は、具体的には第２図に示
すように、上方にテストヘッド６およびリダンダンシ系
４が搭載されたステージ系２を有するブローバ本体９の
側面に、オートローダユニット１０（オートローダ系３
）が配設されて構成されている。

上記ブローバ本体９内には、半導体ウェハ１１を吸着保
持する試料台１２がウェハ搬送ステージ１３によってｘ
−ｙ−ｚ−θ方向に移動自在に配置されている。また、
その上方に配設されたテストヘッド６の下部には、ヘッ
ドプレート１４が設置されており、このヘッドプレート
１４の中央部には、プローブカード１５を保持すると共
に、テストへラド６に電気的に接続するインサートリン
グ１６が配設されている。

上記テストヘッド６の中央部には、プローブカード１５
と同軸的に貫通孔６ａが設けられており、この貫通孔６
ａ内にリダンダンシ系４のうちの鏡筒ユニット１７が取
り付けられている。また、テストヘッド６の背面には、
リダンダンシ系４のうちのレーザ光源ユニット１８が設
置されており、上記鏡筒ユニット１７とレーザ光源ユニ
ット１８間はファイバケーブル１９で連結されている。

リダンダンシ系４は、第１図に示した通り、機能的には
パターン検出用光学系とレーザビーム照射用光学系とに
分けられ、さらにパターン検出用光学系は冗長回路の特
定パターン、ビーム照射パターンを検出し、画像データ
として受けとる他、ウェハ検査における針合わせ監視用
画像データを受けとるものである。

テストヘッド６は、ブローバ本体９に対してヒンジ軸２
０を中心に旋回可能な構造とされている。

また、鏡筒ユニット１７は、プローブカード１５に植設
されたプローブ針１５Ｈの中心軸に、その先軸を合わせ
て設定されている。鏡筒ユニット１７は、手動により垂
直方向にスライド可能な構造とされている。そして、テ
ストヘッド６の旋回および鏡筒ユニット１７の垂直駆動
後に、各々の軸が大きくずれないような構造とされてい
る。また、プローブカード１５の交換後においても、そ
の方向および位置か大きくはすれないよう、ガイドによ
りインサートリング１６に位置決めされている。

第３図は、上記リダンダンシ系４の光路概要図である。

照明用光源２１からの光線は、同軸落射によりウェハ１
１の面上に集光され、反射光は対物光学系２２、アッテ
ネータ２３を通って、カメラ２４に入射される。その間
、オートフォーカス２５により、自動的に焦点を合わせ
る構造になっている。また切替操作により、接眼ユニッ
ト２６によってウェハ１１のパターンを目視することが
可能とされている。カメラ２４の出力はエンコーダボー
ド２７により処理され、モニタ２８および制御部８へ出
力される。

また、レーザ光源ユニット１８は、レーザチュブユニッ
ト２９と集光レンズ３０とより構成され、冷却ファン３
１によりレーザチューブユニット２９の発熱を防いてい
る。レーザビームは、制御部８から出力される信号によ
りパルス駆動されてＯＮ、　ＯＦＦする。このレーザビ
ームは、ファイバケーブル１９により伝達され、鏡筒ユ
ニット１７内の平行変換器３２により平行光に変換され
、最終的には対物光学系２２により、ウェハ面上に集光
されて、レーザパワーがパターン上の　１点に投下され
ることになる。また、対物光学系２２は冗長回路の特定
パターンの検出、針合わせのためのウェハパターンの検
出およびレーザビームの照光の各シーケンスに従い、そ
の倍率を自動的に設定可能な構造とされている。

プローバ本体９には、ｘ−ｙ−ｚおよびθ軸を駆動して
、ウェハ載置台１２に載置されているウェハ１１を駆動
制御するウェハ搬送ステージ１３が取り付けられている
。ウェハ搬送ステージ１３は、ウェハ１１の全測定デバ
イスをプローブ針１５ａの位置に移動する他、ウェハの
θ調整を行うためのアライメントユニット３３の検出位
置、ウェハ１１をオートローダユニット１０との間でノ
＼ンドリングするためのロードポジション３４に移動で
きるよう構成されている。

上記のウェハ搬送ステージ１３の駆動、アライメントユ
ニット３３の制御、検出、リダンダンシ光学系１７．１
８の制御、パターンの検出、オドローダユニット１０の
制御、さらにはテスタ５間の通信、各データのファイル
管理は、制御部８により行われる。

記憶部７のファイルは第４図に示す通りである。

特に、次に示すリダンダンシのためのファイルを持ち、
その作動シーケンスの中で、そのファイルを読み出し適
宜使用する。

２−■　リダンダンシ用テスタデータ：現在流れている
ウェハのテスタからの指示データ。特にリダンダンシの
ためにパターン切断を行う位置パラメータとして記憶さ
れる。

３−■　リダンダンシ用鏡筒部の設定データ：光軸のデ
バイスセンターに対するＸ、Ｙ方向のずれ。自動調整後
位置修正したデータとなる。

３−■　リダンダンシ用ビーム照射条件：リダンダンシ
のためのビームスポット、ビームパワーおよびパターン
サーチのためのパラメータ。

４−■　リダンダンシ用冗長回路の特定パターンデータ
： パターン切断を行う位置を決定するための基準となる特
定パターンの画像データ（品種対応）４−■　特定パタ
ーンの位置データ： ４−■の特定パターンの位置として、デバイスセンター
からのＸ、Ｙ座標。

４−■　パターン切断の位置データ： ４−■の特定パターンに対するパターン切断を行うＸ、
Ｙ座標。本データは、全てのりダンダンシ用テスタデー
タに対応して記憶されている。

また、オートローダユニット１０内には、被測定物であ
る半導体ウェハ１１が複数棚積み収容されたウェハキャ
リヤ３５が配置されており、図示を省略したウェハ搬送
機構により、ウェハキャリヤ３５内のウェハ１１が載置
台３６へ、また載置台３６上のウェハ１１かウェハキャ
リヤ３５の所定の棚へ搬送されるよう構成されている。

上記載置台３６は、回転機構とウェハエツジを検出する
検出部とを有し、この載置台３６により予めウェハ１１
のθ粗調整、すなわちプリアライメントが行われる。オ
ートローダユニット１０とプローバ本体９との境界には
、ウェハ搬送アーム３７が配設されており、このウェハ
搬送アーム３７によって載置台３６とブローバ本体９の
ロードポジション３４間でウェハ１１の移載が行われる
。

次に、上記構成のウェハプローバ１の動作にっいて、第
５図のフローチャートを参照して以下に説明する。

まず、投入された半導体ウエノ＼１１が新品種であるど
うかを判定しく第５図−１０１）　、新品種である場合
には、以下のセットアツプ工程を行う。

オートローダユニット１０からθ粗調整が行われたウェ
ハ１１を搬送し、試料台１２上に載置する（第５図−１
０２）。次に、ウエノ１搬送ステージ１３を駆動して、
アライメントユニット３・３の下にてウェハθの精調整
を行う（第５図−１０３）。また、アライメントユニッ
ト３３の光学系により、検出した画像データは針合わせ
用パターンデータ［第４図４−■］として記憶される。

次に、プローブカード１５の下方、すなちプローブセン
タに移動後（第５図−１０４）　、オペレータはモニタ
２８の画面を見ながら針合せを行う（第５図−１０５）
。この際の修正データはプローブ針の設定データ［第４
図３−■］として記憶される（第５図−１０６）。

次に、冗長回路の特定パターンをモニタ２８の基準位置
（クロスマーク）に合せ（第５図−１０７）、その位置
と特定パターンの画像データ［第４図４＝■、■コを記
憶する（第５図−１０８）。さらに、！マターン切断位
置に合せることにより、その位置データ［第４図４−■
］を記憶する。以上の操作により新品種、すなわち登録
されていない半導体ウェハ１１についてのセットアツプ
工程か終了する。

また、−旦投入されたウエノＸ１１か再度投入された場
合には、ウェハ１１かロードされた後（第５図−１０９
）　、記憶されているデータに基づき、ウェハθの自動
調整か行われる（第５図−１１０）。

次に、上述した記憶されたデータに基づき、プローブ針
１５ａに各半導体素子の電極端子を自動的に針合わせを
しだ後（第５図−１１１）　、ウェハテストが実行され
る（第５図−１１２）。この場合、自動針合わせは既に
終了しているため、全デフくイスに対する針合わせはプ
リセットされたインデクス量だけ移動することで充分で
ある。

ウェハテストの結果、テスタ５から良・不良の判定信号
を受け（第５図−１１３）　、測定デノくイスの位置（
ｘ、ｙ座標）に対するノくス・ファイルマ、ツブを記憶
する（第５図−１１４）。この時、不良の場合にはりダ
ンダンシ処理を行うための不良カテゴリ情報［第４図２
−■］を受けて記憶する。

上記ウェハテストの結果、不良の場合にはその品種に対
応する特定パターンの位置データ［第４図４−■］に基
づき移動し、パターンデータ［第４図４−■］を基準パ
ターンとして特定パターンをサーチすることにより位置
決めする（第５図−１１５）。

次いで、品種ファイルのパターンカットの位置データ［
第４図４−■コを読み出し、測定デバイスのテスタデー
タを参照して、所定のパターン切断位置を決定し、光軸
に切断位置を合せる（第５図−１１６）。この後、オー
トフォーカスを作動させて調整後、リダンダンシ用ビー
ム照射条件に従ってレーザビームを照射し、不良回路と
冗長回路との接続替えを行う（第５図−１１７）。

リダンダンシの作動を実行後、再度テスタ５にテストス
タート信号を送り、再テストを行う（第５図−１１８）
。再テストの結果（第５図−１１９）　、不良ならば、
再度リダンダンシを行うかどうかを判定する（第５図−
１２０）。またテストの結果、良品ならば、欠陥救済は
完了したことになる。

また、上記再テストの結果判定において、不良の場合に
、再びリダンダンシを実施しない場合には不良デバイス
としてマーキングを行う（第５図−１２１）。

このようにして、半導体ウエノ１１１上の全デバイスに
ついてテストを実施し、不良デバイスについては、リダ
ンダンシを行って処理した後、そのウェハ１１は、オー
トローダユニット１０のウェハキャリヤ３５内に格納さ
れる。また、現行ロットのウェハ１１全てについて、上
記と同様の作動を実行する。

以上のように、この実施例のウエノ＼ブローバ１におい
ては、プローブカード１５とリダンダンシ用光学系１７
が同軸的に取り付けられているため、第５図の作動フロ
ーチャートに示す通りブロービング工程、リダンダンシ
工程、再テスト工程を連続的に行うことができる。従っ
て、上記工程間のウェハ１１の移動に伴う時間が大幅に
短縮される他、以上の工程における人的工数は不要とな
る。

また、ウェハ品種対応の冗長回路の位置情報が記憶され
、この位置情報に従ってウェハ搬送ステージ１３を駆動
し、さらに予め記憶されている冗長回路の特定パターン
データを基準としてｌデバイス毎に最小エリアをパター
ンサーチすることにより、リダンダンシに対する処理時
間を大幅に短縮することが可能となる。

このように、ウェハ検査−欠陥救済−再検査の工程を効
率良く作動する欠陥救済システムが一体化され、優れた
システムを提供することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の半導体ウエノ＼検査装置
によれば、ウェハテストとりダンダンシを同一装置にて
同時に実施することができるため、作業効率およびスル
ーブツトの大幅な向上が図れる。これら作業効率やスル
ーブツトの向上と共に、さらに人的作業の大幅な短縮が
図れることから、半導体デバイスのコスト低減に大きく
寄与することかできる。また、設備費や装置の設置領域
の低減にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるウエハブローバの主構
成を説明するための図、第２図（ａ）はウエハプローバ
の一構成例を示す正面図、第２図（ｂ）はその平面図、
第３図は針合せ用光学系とりダンダンシ用光学系とを一
体構造とした光路の概要図、第４図は記憶部のファイル
構成の一例を示す図、第５図は本発明の一実施例のウニ
／％ブローバの動作シーケンスを示すフローチャートで
ある。 １・・・ウエハブローバ、２・・・ステージ系、３・・
・・・・オートローダ系、４・・・・・・リダンダンシ
系、５・・・・・・テスタ、６・・・・・・テストヘッ
ド、７・・・・・・記憶部、８・・・・・・制御部、９
・・・・・・ブローバ本体、１０・・・・・・オートロ
ーダユニット、１１・・・・・・半導体ウエノ＼　１２
・・・・・・試料台、１３・・・・・・ウェハ搬送ステ
ージ、１４・・・・・・ヘッドプレート、１５　、＝プ
ローブカード、１＼ ６・・・・・・インサートリング、１７・・・・・・リ
ダンダンシ用鏡筒ユニット、１８・・・・・・レーザ光
源ユニット、２８・・・・・・モニタ、３３・・・・・
・アライメントユニット、３５・・・・・・ウニ／＼キ
ャリヤ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェハに形成された多数の半導体素子の電
   極端子列に、プローブ針列を個々の半導体素子毎に接触
   させて検査を行う検査装置において、前記半導体素子の
   検査結果に基いて、前記半導体素子内の不良回路を各半
   導体素子内に予め設けられた冗長回路と接続替えする欠
   陥救済手段を具備することを特徴とする半導体ウェハ検
   査装置。
2. （２）請求項１記載の半導体ウェハ検査装置において、 前記欠陥救済手段用の光学系と、前記半導体ウェハの検
   査における針合せ用光学系とを共有化し、この光学系が
   前記プローブ針列の取付け中心と同軸的に設置されてい
   ることを特徴とする半導体ウェハ検査装置。
3. （３）請求項１記載の半導体ウェハ検査装置において、 前記欠陥救済手段は、前記冗長回路の検出位置、パター
   ンデータおよびビーム照射位置の各データをメモリに記
   憶し、同一品種の半導体ウェハが投入された場合に、上
   記記憶されたデータを基準データとして比較チェックす
   ることにより、位置決めするよう構成されていることを
   特徴とする半導体ウェハ検査装置。