JPH09266238A - 電子回路の欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハの状態で電子回路の不良箇所を
特定できる電子回路の欠陥検査装置を提供する。 【解決手段】 半導体ウエハ１を支持する検査ステージ
２と、検査ステージ２に支持された半導体ウエハ１上の
電子回路に電気的に接続可能な探針３と、探針３を介し
てウエハ上の電子回路に電圧を印加する電源４と、半導
体ウエハ１と探針３との相対位置を変えるためのステー
ジユニット７と、電源４によって電子回路に電圧を印加
した際に、その電子回路の発熱状態を検出する検出手段
１０，１１，１２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ上に
形成された電子回路の欠陥を検査する際に用いて好適な
電子回路の欠陥検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の電子部品や電子回路は小型化・集
積化が急速に進められており、その一方で機器の安全性
・信頼性が強く要求されている。一般に、電子部品の温
度と信頼性との間には密接な関係があり、トラブルの原
因が熱によることが多い。こうした点から、温度計測が
重要視されていることは勿論、電子機器の故障箇所の発
見においても、従来からの電気的方法では発見できなか
ったものが、発熱画像の観察によって容易に発見できる
場合が数多く見られる。

【０００３】図６はこの種の欠陥検査装置の一例を示す
概略構成図である。図６に示す欠陥検査装置は、検査対
象となるサンプル部品３１がセットされる検査ステージ
３２と、この検査ステージ３２にセットされたサンプル
部品３１に電圧を印加するための電源３３と、電圧印加
時におけるサンプル部品３１の発熱画像を取り込む画像
取込部３４と、この画像取込部３４によって取り込まれ
た発熱画像に画像処理を施す画像処理部３５と、この画
像処理部３５によって画像処理された発熱画像を表示す
る表示部３６とから構成されている。

【０００４】上記構成からなる欠陥検査装置では、検査
ステージ３２上に設けられたサンプルホルダ３２ａにサ
ンプル部品３１がセットされ、この状態で電源３３から
サンプル部品３１への電圧印加が行われる。このとき、
電圧印加によってサンプル部品３１の所定箇所が発熱
し、その発熱画像が画像取込部３４によって取り込まれ
る。また、こうして取り込まれた発熱画像は画像処理部
３５へと送られ、そこで所定の画像処理、例えば輝度変
調をかけるなどの処理が行われたのち、ディスプレイ等
の表示部３６に表示される。その際、サンプル部品３１
に何らかの不良があると、その不良箇所の温度分布が正
常時とは異なったかたちで表示される。したがって検査
員は、表示部３６に表示された発熱画像からサンプル部
品３１の不良箇所を特定できることになる。

【０００５】ところで半導体製造分野では、組み立てが
終了した半導体パッケージについて電気的な特性検査を
行い、そこで不良と判断されたものについて上述の欠陥
検査装置を使って不良箇所を特定している。さらに、欠
陥検査装置で特定した不良箇所については、その不良原
因を電子顕微鏡等を用いて解析し、その解析結果を製造
工程にフィードバックして、適切な対策を講じるように
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら半導体製
造分野におけるこの種の欠陥検査装置では、欠陥検査の
ための発熱画像を得るのに、半導体素子上の電子回路
（集積回路）に電圧を印加する必要があることから、組
み立てが完了した半導体パッケージを検査対象として構
成されていた。したがって、不良解析の結果を得るため
には、パッケージ組立用の設備だけでなく、半導体パッ
ケージを組み立てるための時間が必要となり、不良対策
に大幅な遅れが生じてしまうという不都合があった。ま
た従来においては、赤外線カメラ等を介して取り込んだ
発熱画像と正常品の発熱画像とを検査員が見比べて不良
箇所を特定しているため、不良箇所を見つけ出すのに非
常に手間がかかっていた。さらに、このように欠陥検査
装置を使って電子回路の不良箇所を特定しても、その特
定された位置を不良解析用の電子顕微鏡等で探し出す必
要があり、このことが不良解析の作業を遅らせる要因に
もなっていた。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その主たる目的は、半導体ウエハの状態で
電子回路の不良箇所を特定できる電子回路の欠陥検査装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、半導体ウエハ上に形成さ
れた電子回路の欠陥を検査するための装置であって、半
導体ウエハを支持する検査ステージと、この検査ステー
ジに支持された半導体ウエハ上の電子回路に電気的に接
続可能な探針と、この探針を介して電子回路に電圧を印
加する電源と、半導体ウエハと探針との相対位置を変え
るための駆動機構と、電源によって電子回路に電圧を印
加した際に、その電子回路の発熱状態を検出する検出手
段とを備えた構成となっている。

【０００９】上記構成からなる電子回路の欠陥検査装置
においては、サンプル部品である半導体ウエハが検査ス
テージに支持され、この状態で半導体ウエハと探針との
相対位置を駆動機構にて調整することにより、探針が電
子回路に電気的に接続される。さらに、電源から供給さ
れた電圧が探針を介して電子回路に印加されると、その
回路構成に従った温度分布で電子回路に発熱箇所が現れ
るため、その発熱状態が検出手段により検出される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明に係
わる電子回路の欠陥検査装置の一実施形態を示す概略構
成図である。図１に示す欠陥検査装置は、半導体ウエハ
１上に形成された電子回路（集積回路）を検査対象とし
たもので、主として、サンプル部品となる半導体ウエハ
１を支持する検査ステージ２と、この検査ステージ２に
支持された半導体ウエハ１上の電子回路に電気的に接続
可能な探針３と、この探針３を介して半導体ウエハ１上
の電子回路に電圧を印加する電源４と、半導体ウエハ１
と探針３との相対位置を変えるための駆動機構（後述）
と、電源４によって半導体ウエハ１上の電子回路に電圧
を印加した際に、その電子回路の発熱画像を検出する検
出手段（後述）とから構成されている。

【００１１】このうち、検査ステージ２の上面にはウエ
ハホルダ５が取り付けられている。このウエハホルダ５
にはウエハ吸着用の穴が１個または複数個あけられてお
り、この穴にバキュームライン６が接続されている。ま
た検査ステージ２は、例えば既存のＸＹＺステージ等に
搭載されることで、互いに直交する水平２軸（Ｘ−Ｙ軸
方向）と上下方向（Ｚ軸方向）に対してそれぞれ移動可
能となっている。このステージ支持機構を動作させる手
段としては、マクロメータヘッド等を利用した手動式の
ものやモータ等を利用した自動式のものなど、種々の形
態を採用することができる。

【００１２】探針３は、例えばタングステンやベリリウ
ム銅等からなる針状の導電体を曲げ加工し、これによっ
て適度な弾性をもたせたもので、電子回路とのコンタク
ト部分となる先端部分が電子回路側の電極（パッド）の
大きさに合わせて先細状に形成されている。この探針３
は、少なくとも２本（正極、負極）の針状導電体から構
成され、それぞれの配置状態は、検査対象となる電子回
路の電極配置に合わせて適宜設定されている。また探針
３の基端部（根元部分）は、例えばＸＹＺステージ等か
らなるステージユニット７に連結され、このステージユ
ニット７によって上記駆動機構が構成されている。さら
にステージユニット７は、検査ステージ２の側壁上部に
取り付けられた支持台８上に固定されている。ここで、
探針３とステージユニット７とは電気的に絶縁されてお
り、電源４から引き出された電源ライン９が探針３に電
気的に接続されている。

【００１３】一方、電子回路の発熱画像を検出する検出
手段は、大きくは、画像取込部１０、画像処理部１１及
び表示部１２を有した構成となっている。このうち、画
像取込部１０は、電圧印加時における電子回路の発熱画
像を取り込むもので、これは、例えば多結晶ゲルマニウ
ム、シリコン、ガリウム砒素等の材料からなる赤外線レ
ンズ（ＩＲ・レンズ）とその支持体からなる赤外線光学
系１３、及び、二次元赤外線固体撮像素子（ＩＲ・ＣＣ
Ｄ）とその駆動回路からなる赤外線検出器１４から成
る、いわゆる赤外線カメラによって構成されるものであ
る。画像処理部１２は、画像取込部１０によって取り込
まれた発熱画像に所定の画像処理を施すもので、これは
例えばパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと称
す）の本体部分に組み込まれた画像処理回路から構成さ
れるものである。表示部１２は、画像処理部１１によっ
て画像処理された発熱画像を表示するもので、これは、
例えば陰極線管（ＣＲＴ）や液晶表示装置（ＬＣＤ）等
によって構成されるものである。

【００１４】さらに検出手段の構成としては、図２に示
すように、画像取込部１０によって取り込まれた発熱画
像や他の画像入力手段（例えばイメージスキャナ等）に
よって入力された画像を記憶するための画像メモリ１５
と、検査ステージ２に支持された半導体ウエハ１上に二
次元座標系（Ｘ−Ｙ座標系）を設定する座標設定部１６
と、この座標設定部１６によって設定された二次元座標
系から電子回路の不良箇所を特定する不良箇所特定部１
７とを有している。このうち、画像メモリ１５は、パソ
コン本体内に組み込まれたメモリや外部記憶装置等から
構成されるもので、座標設定部１６及び不良箇所特定部
１７は、パソコン本体内に組み込まれた座標設定回路及
び座標演算回路によって構成されるものである。

【００１５】続いて、上記構成からなる欠陥検査装置の
動作手順について説明する。先ず、ステージユニット７
の昇降動作によって探針３を上方に退避させた状態で、
検査ステージ２のウエハホルダ５上に半導体ウエハ１を
載せる。次に、図示せぬ真空装置を駆動することによ
り、バキュームライン６を介して真空引きを行う。これ
により、ウエハホルダ５上に載置された半導体ウエハ１
の裏面側が負圧状態に保持されるため、検査ステージ２
に半導体ウエハ１が固定された状態となる。

【００１６】次いで、検査ステージ２を水平方向（ＸＹ
方向）に移動させることにより、半導体ウエハ１上に形
成されている多数の電子回路のうち、最初に検査される
電子回路を画像取込部１０の光軸上に位置決め配置す
る。続いて、画像取込部１０を支持する図示せぬ支持機
構を昇降させて、その焦点を検査対象の電子回路に合わ
せる。さらに、ステージユニット７の水平移動と昇降動
作とによって、上記電子回路の所定の電極部分に探針３
の先端部分を接触させ、この状態から電源４によって電
子回路に所定の電圧を印加する。

【００１７】この電圧印加に伴って電子回路が作動し、
その回路構成に従った温度分布で電子回路に発熱箇所が
現れるため、この電子回路の発熱状態が検出手段によっ
て検出される。すなわち、電圧印加時における電子回路
の発熱画像（赤外線画像）は赤外線光学系１３によって
赤外線検出器１４の固体撮像素子上に結像され、そこで
光電変換されて画像データとして取り出される。こうし
て取り出された画像データは画像処理部１１に転送さ
れ、そこで所定の処理、例えば輝度変調などの処理が施
される。さらに本発明の特徴部分として、画像処理部１
１では、上述のごとく画像取込部１０によって取り込ま
れた発熱画像を受け取ると、その都度、画像メモリ１５
に記憶されている正常品の画像（正常画像）を読み出し
て、上記発熱画像と正常画像との差分を演算する。そし
て、この演算処理によって得られた差分画像を表示部１
２に出力する。これにより表示部１２には、上記演算処
理によって得られた差分画像が表示される。

【００１８】ここで、画像処理部１１での画像の差分演
算について、図３を参照しつつ概略的に説明する。先
ず、図３（ａ）〜（ｂ）の各画像のうち、ハッチング部
分が発熱箇所を示している。また、図３（ａ）は画像メ
モリ１５に記憶された正常画像の例を示し、図３（ｂ）
は実際に画像取込部１０によって取り込まれた発熱画像
の例を示している。このとき、図３（ｂ）の発熱画像の
中で、特にＰ点での発熱状態に異常が現れ、そこが電子
回路の不良箇所となっている場合を想定する。そうした
場合、画像処理部１１では、例えば図３（ａ）に示す正
常画像をマスク画像として、図３（ｂ）に示す発熱画像
との差分を演算する。これにより、双方の画像の中で、
同一の温度分布を示す領域の階調値は、互いに相殺され
て０（ゼロ）と算出されることから、算出された階調値
が０でない領域部分を着色画素（黒画素等）、それ以外
の部分を白画素とした２値画像（差分画像）を得る。こ
れを図３の例に当てはめると、正常画像（図３（ａ））
と発熱画像（図３（ｂ））の相違点となるＰ点の部分が
着色画素、それ以外の部分が白画素となるため、差分画
像としては図３（ｃ）に示すように、不良箇所のＰ点だ
けが抽出されたかたちの画像が得られることになる。

【００１９】上記構成からなる欠陥検査装置において
は、半導体ウエハ１をサンプル部品として、電子回路の
欠陥検査を行うことが可能となる。そのうえ、表示部１
２には、図３（ｃ）に示すような差分画像が表示される
ことから、その表示された差分画像から電子回路の不良
箇所Ｐを容易に見つけ出すことが可能となる。ちなみ
に、電子回路に異常があるか否かを検査するような場合
には、電圧印加時における電子回路全体の赤外線量を検
出し、その検出量と正常品の赤外線量との比較結果に基
づいて不良箇所の有無を検出することで、赤外線光学系
を省略することも可能である。但し、その場合には、欠
陥検査装置の構成を簡略化できる反面、不良箇所を特定
することは不可能となる。

【００２０】ところで、上述のごとくデスプレイ等の画
面上に差分画像を表示し、その差分画像から検査員が電
子回路の不良箇所Ｐを見つけ出せたとしても、その不良
箇所の位置を特定するにあたっては、あくまでも検査員
の目安的なレベルにとどまってしまう。

【００２１】そこで本実施形態においては、差分画像か
ら見つけ出した電子回路の不良箇所Ｐを以下のように特
定することとした。先ず、画像取込部１０によって取り
込まれた電子回路の発熱画像、又は画像処理部１１での
差分演算によって得られた差分画像が表示部１２に表示
された段階で、例えばパソコ本体に接続されたポインデ
ィングデバイス等の入力手段により座標設定の基準とな
る参照点を入力する。この参照点の入力にあたっては、
例えば図４に示すように、半導体ウエハ１上に形成され
た回路チップ（半導体素子）２０の、相対応するコーナ
部に設けられた電極２１，２２の一点Ｐ１，Ｐ２を参照
点として入力する。こうして入力された参照点は、上述
した座標設定部１６に与えられる。そうすると座標設定
部１６では、最初に入力された参照点Ｐ１を座標中心点
として、これらの参照点Ｐ１、Ｐ２を結ぶ軸をＸ軸、こ
れと直交する軸をＹ軸とした二次元座標系を半導体ウエ
ハ１上に設定する。

【００２２】こうして半導体ウエハ１上に二次元座標系
が設定された状態で、再び、上記ポインディングデバイ
ス等によって電子回路の不良箇所Ｐの位置情報が入力さ
れると、この情報が不良箇所特定部１７に与えられる。
そうすると不良箇所特定部１７では、半導体ウエハ１上
に設定された二次元座標系において先に入力された不良
箇所Ｐの座標データＰ（ｘ，ｙ）を演算し、その演算結
果を表示部１２に表示するとともに、フロッピーディス
ク等の記録媒体に記録する。

【００２３】これにより、電子回路内での不良箇所Ｐを
定量的なデータ（座標データ）として特定することがで
きる。したがって、その後の不良解析作業では、電子顕
微鏡等のステージに半導体ウエハ１をセットしたのち、
解析対象となる半導体ウエハ１上に先程と同様にして二
次元座標系を設定し、この状態で、予め欠陥検査装置に
て特定された不良箇所の座標Ｐ（ｘ，ｙ）が装置光学系
の光軸上に位置するようにステージを移動させることに
より、不良解析用の電子顕微鏡等においても電子回路の
不良箇所Ｐを迅速かつ的確に探し出すことが可能とな
る。

【００２４】なお、電子回路の不良箇所を特定する際
は、画像取込部１０によって取り込まれた発熱画像をそ
のまま用いてもよいし、正常画像との差分画像を用いる
ようにしてもよい。また、二次元座標を設定する際の参
照点の設定ポイントとしても、回路チップの電極以外の
箇所、例えば電極形成領域の内側に区画される回路形成
領域（有効領域）に設定するようにしてもよい。その
際、特に形状や大きさに特徴をもった部分、例えば複数
の電極のうちで形状の異なるものが幾つか存在する場合
は、その異形状の電極の一点を参照点として規定すれ
ば、検査員としては参照点の入力ポイントを何ら迷うこ
となく視認できるため、人為的な入力ミスを未然に防止
することができる。

【００２５】さらに、座標設定部１６と不良箇所特定部
１７による不良箇所Ｐの座標データ取得形態としては、
以下のような形態も考えられる。すなわち、画像取込部
１０の光学系にその光軸に一致する照準点を設けて、検
査ステージ２の水平移動により図４に示す参照点Ｐ１，
Ｐ２と上記照準点とを順次一致させることにより、座標
設定用の参照点Ｐ１，Ｐ２を入力する。このとき座標設
定部１６では、検査ステージ２の水平移動に連動した二
次元座標系を設定し、その後、電子回路の不良箇所Ｐを
上記照準点に一致させるべく、検査ステージ２を水平移
動させることにより、先に設定した二次元座標系から照
準点の座標を不良箇所特定部１７にて演算し、これによ
って得られた座標データ：Ｐ（ｘ，ｙ）を電子回路の不
良箇所として特定する。

【００２６】加えて上記実施形態においては、検査対象
となる個々の電子回路に対して二次元座標系を設定する
ようにしたが、これ以外にも例えば、予め規定された半
導体ウエハ１上の参照点を基に、半導体ウエハ１全体に
対して二次元座標系を設定し、この二次元座標系を共通
の座標系として、個々の電子回路の不良箇所を特定する
ようにしてもよい。

【００２７】図５は本発明に係わる電子回路の欠陥検査
装置の他の実施形態を示す概略構成図である。なお、本
実施形態では、先に述べた実施形態と同様の構成部分に
同じ符号を付して説明する。図５に示す欠陥検査装置と
図１に示す欠陥検査装置との相違点は、主として探針３
の支持形態にある。すなわち、探針３の基端部はステー
ジユニット７に連結され、このステージユニット７が画
像取込部１０の支持台１０ａに固定された構成となって
いる。さらに詳述すると、支持台１０ａの一部は略Ｌ字
形に屈曲して検査ステージ２の上方に延出しており、そ
の延出部分にステージユニット７が搭載されている。ま
た検査ステージ２は、先述の実施形態と同様に既存のＸ
ＹＺステージ等の支持機構によって支持されているが、
本実施形態ではそのステージ支持機構が上記ステージユ
ニット７とともに、半導体ウエハ１と探針３との相対位
置を変えるための駆動機構として構成されている。

【００２８】上記構成からなる欠陥検査装置において
は、半導体ウエハ１上に形成された任意の電子回路の欠
陥検査が終わって、次の電子回路を画像取込部１０の光
軸上に位置決めすべく検査ステージ２を水平移動させた
場合でも、画像取込部１０の支持台１０ａ側に探針３が
支持されていることから、画像取込部１０の光学系と探
針３との水平方向における相対位置が変化することがな
い。したがって、半導体ウエハ１上の最初の電子回路を
検査する際に、ステージユニット７の水平動作によって
探針３の位置を調整した後は、その設定条件を変更する
ことなく、検査ステージ２側の水平移動だけで、他の電
子回路の電極位置に探針３を位置決め配置することがで
きる。

【００２９】その結果、欠陥検査時における装置の動作
回数を減らすことができるため、欠陥検査を効率的に行
うことが可能となる。また、ステージユニット７の動作
ストロークとしては、一つの電子回路に対する探針３の
位置を微調整し得る程度で十分となるため、ステージユ
ニット７の小型化とともに高精度化を図ることが可能と
なる。さらに、図１に示す装置構成では、検査ステージ
２を水平移動させる度にステージユニット７の水平移動
によって探針３の位置を補正する必要があることから、
双方の精度的な誤差が累積されて探針３が規定の電極か
ら外れてしまうことも懸念されるが、図５に示す装置構
成では、探針３の位置が固定状態に保持されることか
ら、個々の電子回路に対して探針３を規定の電極に確実
に接触（電気的に接続）させることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる電
子回路の欠陥検査装置によれば、検査ステージにて支持
した半導体ウエハと探針との相対位置を駆動機構にて調
整することで、半導体ウエハ上の電子回路に探針を電気
的に接続し、この状態から電源によって電子回路に電圧
を印加して、その発熱状態を検出手段により検出する構
成としたので、半導体ウエハの状態であっても、ウエハ
上に形成された電子回路の不良箇所を特定することが可
能となる。その結果、半導体ウエハ上の電子回路の欠陥
検査を行うにあたっては、従来のように最終的なパッケ
ージ形態まで組み立てる必要がなくなるため、より短期
間で電子回路の不良解析結果を得ることが可能となる。
また、こうして得られた解析結果に基に、ウエハ処理工
程では迅速に不良対策を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図２】検出手段の構成を示す機能ブロック図である。

【図３】画像処理部での差分演算を説明する図である。

【図４】不良箇所の特定手順を説明する図である。

【図５】本発明装置の他の実施形態を示す概略構成図で
ある。

【図６】従来装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ 半導体ウエハ ２ 検査ステージ ３ 探針
４ 電源 ７ ステージユニット（駆動機構） １０ 画像取込
部 １１ 画像処理部 １２ 表示部 １６ 座標設定
部 １７ 不良箇所特定部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハ上に形成された電子回路の
   欠陥を検査するための装置であって、 前記半導体ウエハを支持する検査ステージと、 前記検査ステージに支持された前記半導体ウエハ上の電
   子回路に電気的に接続可能な探針と、 前記探針を介して前記電子回路に電圧を印加する電源
   と、 前記半導体ウエハと前記探針との相対位置を変えるため
   の駆動機構と、 前記電源によって前記電子回路に電圧を印加した際に、
   その電子回路の発熱状態を検出する検出手段とを備えた
   ことを特徴とする電子回路の欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、電圧印加時における電
   子回路の発熱画像を取り込む画像取込部と、この画像取
   込部によって取り込まれた発熱画像に所定の画像処理を
   施す画像処理部と、この画像処理部によって画像処理さ
   れた発熱画像を表示する表示部とを有することを特徴と
   する請求項１記載の電子回路の欠陥検査装置。
3. 【請求項３】 前記画像処理部は、前記画像取込部によ
   って取り込まれた発熱画像と予め与えられた正常画像と
   の差分を演算し、この演算によって得られた差分画像を
   前記表示部に出力することを特徴とする請求項２記載の
   電子回路の欠陥検査装置。
4. 【請求項４】 前記検出手段はさらに、前記検査ステー
   ジに支持された前記半導体ウエハ上に二次元座標系を設
   定する座標設定部と、この座標設定部によって設定され
   た二次元座標系から前記電子回路の不良箇所を特定する
   不良箇所特定部とを有することを特徴とする請求項２記
   載の電子回路の欠陥検査装置。