JPS6170735A - 電気測定用アライメントマ−クを有するウエハまたはチツプ - 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】 １１ユｐ困月分！ 本発明は電気測定用アライメントマークを有するウェハ
またはチップ、特に半導体基板上に形成された半導体装
置を、オートプローバでウェハ状態で順次電気的測定を
行う際に、該プローブの接触不良による誤測定を防止し
、正確なデータ収集を行うことを可能とするアライメン
トマークを有するウェハまたはチップに関する。

従来の技術 半導体集積回路（ＩＣ）等の製造段階や製造終了後にお
いては、これらが意図された所定の電気的特性を維持し
ているかどうかを検査する必要がある。例えば、ＩＣは
それ自体が一つの回路機能をもつものであるから、多数
の入出力端子を有しており、そのために検査すべき電気
的特性も多項目にわたっている。従って、これを手作業
で行うことは極めて非能率的であるので、早くから自動
化が進められており、ウェハ状態での測定では従来から
ウエハプローバと呼ばれる／’ｉンドリング装置が試験
装置と共に使用され、これによってプロービング、測定
、不良チップのマーキング、ウェハ送りなどが一連の操
作で行われていた。一方、製品試験ではオートハンドラ
と呼ばれる装置が使用され、試験装置と連動して一連の
ＩＣの供給、測定、選別等の作業が自動的に行えるよう
になっている。

このようなオートブローバの１例を第２図に概略的に示
した。これはウェハを固定支持し、ｘ１ＹＳＺ方向に移
動可能なステージ１１と、測定器、コントローラ、ブロ
ーバステージ駆動回路と接続されたプローブ１２とから
主として構成されている。

このようなウエハプローバでは、まずマニピュレータな
どによってウェハが固定支持されるステージ１１に対し
てプローブ１２を適切な位置に設定しなければならない
。これは、検査すべきウェハの被検パターンに合せて、
ステージ１１の周囲の適切な位置にマニピュレータを固
定し、ウェハがステージ上の正しい位置に配置された際
に該ウェハの所定の測定点にプローブが接触するように
、顕微鏡観察しながらオペレータがプローブをマニピュ
レータ本体に対して水平に移動させ、次いで高さの調整
を行うことにより実施されていた。

また、プローブボードを使用することもでき、この場合
、まず検査すべきウェハ等の被検パターンに合ったプロ
ーブボードを選択して装着した後、ステージ上の試料と
プローブボードの探針部分とをオペレータが顕微鏡で観
察しながら、ステージを移動させて、試料を正しい初期
位置に位置付けしていた。

このようなウエハプローバにより、半導体基板上に形成
された半導体装置をウェハ状態で電気測定するためには
、上記のように全てのマニピュレータをステージの回り
に固定し、位置調整した後、移動可能なステージ１１上
にウェハ１３を固定支持させ、その上に形成された半導
体装置の電極パッドとプローブ１２とを接触させる。こ
の状態で、１つのチップの測定を実行し、その測定の完
了後、ステージを下げてプローブを離し、ＸあるいはＹ
方向に、チップの繰返し周期に相当する距離だけステー
ジを移動させた後、再度Ｚ方向に上昇させ、次のチップ
の測定を開始する。このような操作を繰返すことにより
、ウェハ上に形成された各半導体装置の電気測定が実施
される。

しかしながら、ステージ１１の水平方向の移動は図のＸ
方向およびＹ方向であるので、予めチップの配列方向を
正確にＸ、Ｙ方向に合せておかないと、ステージ１１を
順次平行移動させるに伴って、徐々にプローブ１２が半
導体装置の電極パッドからずれてしまうために、誤測定
を生じたり、更にはプローブで半導体装置を破損してし
まう恐れが十分にあった。

そこで、実際にはチップの配列方向と、ステージの移動
方向とを正確に合わせるため、測定前にステージをＸ方
向あるいはＹ方向に往復運動させ、ウェハ全面に渡りプ
ローブとパッドとが正確に接触するように、ステージを
Ｚ軸の回りに回転させることからなる平行出し調整が行
われている。

この平行出し調整は、ステージ上のウェハサンプルをテ
レビカメラ、顕微鏡などで上方から観察し、例えばウェ
ハ上に予め設けられているチップ位置識別マークを検出
し、そのマークが所定の位置にくるように、上記の如く
、ステージをＸ−Ｙ座標上で移動させ、サンプルの各測
定点が各マニピュレータのプローブと接触するように、
オペレータが目視で操作することにより実施されていた
。

このようなオペレータによる手動調整は、全自動ブロー
バ即ちオートブローバと呼ばれる最新式のウエハプロー
バであっても、避けることのできない重要な作業である
。

この手動調整の際の、例えば顕微鏡観察における視野は
第３図（ａ）に示すようなものであり、プローブ２１自
身が視野の大半を占め邪魔になるので、真の接触部を正
しく観察することができない。そのために、プローブ先
端が摩耗してきたり（第３図（ｂ）参照）、プローブ先
端部が曲ったすした場合（第３図（Ｃ）参照）に、プロ
ーブ２１とパッド２２とが正しく接触しているか否かの
判定が困難であった。

従来、これらの問題はプローブ先端がパッドに触れてか
ら、更にプローブを下降させ、パッド上でのプローブ先
端のすべり量や、この際にパッドに残された針跡を観察
して、接触が確保されていたか否かを判定していた。し
かしながら、前者の方法は、特に第３図（Ｃ）のような
状況下ではプローブ先端がパッドと接触していない場合
であっても、プローブはウェハ上ですべりをもたらすし
、さらに後者の場合にあっても、パッドに針跡が強く残
されると、該針跡は、後に行われるウェハプロセスやボ
ンディング時等において大きな障害となる可能性があっ
た。

発明が解決しようとする問題点 以上述べたように、ＩＣ，ＬＳＩ等については、製造段
階、製造終了後において、これらが所定の電気的特性を
有しているか否かを検査する必要があり、そのためにオ
ートブローバなどが利用されている。しかしながら、ウ
ェハ上のパッドとプローブとが正確に接触しているか否
か、またチップの配列方向とオートプローバのステージ
の移動方向とが正確に一致しているか、否かをチェック
する操作は、顕微鏡観察などにより目視で行われていた
ために、既に述べたような各種の改良されるべき欠点が
あった。

このような従来法の諸欠点は、チップ位置識別マークを
工夫することによって解決されるものと考えられるが、
いままでのところそのようなものは開発されていない。

そこで、本発明の目的は従来の上記の如き問題点を解決
することを可能とする電気測定用アライメントマークを
有するウェハあるいはチップを提供することにあり、ま
たこのようなマークが形成されたウェハあるいはチップ
を用いることにより誤測定を効果的に防止すると共に、
正確なデータ収集を行うことを可能とするウェハ上に形
成された半導体装置の電気的特性の検査方法を提供する
ことも本発明の目的の一つである。

問題点を解決するための手段 本発明者等は上記の如き従来法の諸欠点を克服し得る新
たな技術を開発すべく種々検討、研究した結果、半導体
基板上に半導体装置を形成するためにフォトリングラフ
ィと呼ばれる技術を利用するが、その際マスク合せが必
要とされ、そのためにアライメントマークと呼ばれるマ
スク合せ用のパターンがウェハ上に形成されていること
に着目し、このようなアライメントマークを、電気測定
時に、プローブ先端部との接触状態を判定し得るように
形成することが、上記本発明の目的達成のために極めて
有効であることを知り、かかる新規知見に基き本発明を
完成した。

即ち、本発明の電気測定用アライメントマークを有する
ウェハまたはチップは、半導体基板と、その上に形成さ
れた半導体装置のボンディングパッドの配置と同一の配
置関係にあり、かつ該ボンディングパッドの大きさより
も小さなアライメントマークと、該マーク周辺部の絶縁
層または高抵抗層と、該マーク各々を相互に接続するた
めの金属配線とを含むことを特徴とする。

本発明の電気測定用アライメントマークを有するウェハ
またはチップにおいて、該アライメントマークは、フォ
トリングラフィによるパターン形成時のアライメントマ
ーク用チップ領域内に形成されていてもよい。従って、
この電気測定用アライメントマークは、フォトリングラ
フィによるパターン形成用のウェハアライメントマーク
として機能させることも当然可能となる。

、作置 一般に、半導体基板上に半導体装置を形成する際には、
フォトリソグラフィと呼ばれる技術が利用される。この
方法は、典型例に従えば、まず必要に応じて基板の洗浄
を行い、次いでレジスト（ポジレジスト、ネガレジスト
等）を塗布した後プレベークし、複数回のホトエツチン
グを実施する場合にはマスク合せをし、次いで露光、現
像後、ポストベークし、最後にエツチング処理して所定
のパターンを基板上に形成し、不要となったレジストを
除去する各工程を含む。

上記マスク合せは、ウェハ上の２点（２チツプ）のみで
精密な位置合せを行い、あとはステージのＸ、Ｙ方向の
移動をレーザ干渉計で制御して次々とステップ露光を行
うウェハ・アライメント方法、あるいはより一層高精度
の位置合せが要求される場合には各チップ毎に位置合せ
をするチップ・アライメント方法がよく知られている。

いずれにしても、位置合せ用のマーク（アライメントマ
ーク）が使用され、これは第１回目のマスク合せ工程で
ウェハ上に焼付けられているマークが第２回目以後のフ
ォトリングラフィのためのアライメントマークとして機
能し、目的とするＩＣ回路などを得ることができる。

最近では、夫々特有のアライメントマークを用いて自助
的な重ね合せを実施できる各種露光装置が開発されてお
り、例を挙げればコンタクト露光装置、反射式投影露光
装置、縮小投影露光装置などがある。

かくして、上記のようなフォトリングラフィとよばれる
技術を繰返し利用することにより、ウェハ上に必要なパ
ターンが順次形成される。パターン形成時には、それ以
前に形成されたパターンと次に形成すべきパターンとを
正確に位置合せする必要があり、そのために前述のよう
に、アライメントマークと呼ばれる位置合せ用のパター
ンが予めウェハ上に形成される。パターン形成の際アラ
イメントマークが正確に重り合うように順次位置合せを
行うことにより、得られる回路チップも正確に位置合せ
されることになる。このようなアライメントマークは、
通常、ウェハ内の数ケ所に回路チップと同じ大きさで設
けられていた。

本発明の電気測定用アライメントマークを有するウェハ
またはチップでは、アライメントマークはプローブとの
接触状態が判定できるように、パッドの、配置と同一の
配置関係とし、アライメントマーク表面は金属層で覆わ
れ、かつその周辺部は絶縁体層あるいは高抵抗層で構成
されているので、第３図（ｂ）のようなプローブとの配
置関係にある場合には、このプローブと他のプローブと
の間は非導通であり、また第３図（Ｃ）のような位置関
係では、アライメントマーク周辺部が絶縁体層もしくは
高抵抗層で構成しているので、同様にこのプローブと他
のプローブとの間は非導通もしくは高抵抗となる。従っ
て、各プローブの任意の２つの間がいずれも導通状態、
または低抵抗状態である場合に、第３図（ａ）にみられ
るようにすべてのプローブが正しくパッドと接触してい
るものと判定することができる。

本発明において、アライメントマークの寸法は、一般に
ボンディングパッドの大きさが約１００μｍ角程度であ
るから、これよりも小さく、例えば８０μｍ角以下から
プローブ先端部断面積程度までであることが好ましい。

このような大きさのマークを用いて電気測定時の位置合
せの良否を判定することにより、より厳密なかつ正確な
判定が実施されることになり、プローバの移動時の誤差
によるウェハ周辺部でのプローブとパッドとの接触不良
等に基く測定ミスをより少なくすることが可能となり。

ひいては半導体装置製造歩留りを大きくし、製造コスト
の低下を図ることが可能となる。

また、該アライメントマークの形状は矩形、円形、正方
形、十字形、Ｌ字形等各種の形状をとることができる。

尚、電気測定用アライメントマークを、フォトリングラ
フィ用のウェハアライメントマークとしても機能するよ
うに形成する場合には、従来のウェハアライメントマー
クと同様な形状、例えば十字形、Ｌ字形等とすることが
有利である。更に、アライメントマークが、パッドと同
程度の大きさであるとアライメントに支障がある場合に
は、電気測定用アライメントマークと、フォトリソグラ
フィ用のウェハアライメントマークとを別々に形成する
ことも当然可能であり、この場合も前者はボンディング
パッドと同一配置に形成される。

本発明における電気測定用のアライメントマークは、基
板上に半導体装置を形成する際に同時に形成される。従
って、実際には、フォトリングラフィ、蒸着法等の公知
の各種技術により形成できる。

ボンディングパッド上の金属部分並びに金属配線部分は
ＡＩ、＾Ｕなどであり、また絶縁体としては５１３Ｎ４
．５１０２等、もしくはまた、基板自身が表面酸化など
により絶縁性膜を形成する場合にはそのものが利用でき
、また、高抵抗層とは例えばイオン注入、拡散法などに
より逆方向の接合あるいはまた半導体基板のむき出し部
などであり得、更に半導体装置に保護膜を形成する場合
には絶縁体層、もしくは高抵抗層としてこれを利用する
ことも可能である。いずれにしろ、電気測定に際してプ
ローブとマークとが完全に接続していれば、任意の２つ
のプローブ間の導通がみられ、しかも抵抗は極めて低い
はずであるから、これと明らかに区別できるような抵抗
値を与えるような態様であれば、マーク周辺部はいかな
るものであってもよいことが理解されよう。

かくして、本発明による電気測定用アライメントマーク
を有するウェハまたはチップを使用することにより、プ
ローブの接触不良による誤測定を防止することができ、
その結果正確なデータ収集を行うことが可能となる。

半導体基板上に形成された半導体装置をウェハ状態で電
気測定するには、第２図に示したようなオートプローバ
を測定装置に接続し、まずプローバの位置設定を行う（
詳しい操作は、既に「従来の技術」で述べた通りである
）。

次いで、パッドとプローブとの位置合せを行うが、これ
は顕微鏡などで目視観察すると共に、任意に選んだ多対
のプローブ間の導通性を確認することにより行うことが
できる。

従って、電気測定時の誤測定が効果的に回避されるので
、誤測定に基き不良品として排除される製品が減じられ
ることが期待され、半導体デバイスの製造歩留りを改善
することが可能であり、また電気測定用マークとフォト
リソグラフィ用マークとを共通とした場合には、ウェハ
内の回路チップ数を減する必要もない。

本発明の技術的思想は通常のウェハ、チップに限らず、
厚膜ＩＣ等の製造技術においても極めて有効に利用し得
るものである。

実施例 以下、実施例に基き本発明を更に具体的に説明する。し
かしながら、本発明の範囲は以下の例により何等制限さ
れない。

実施例 アライメントマークの金属部および金属配線部材料とし
てＡＩを、また半導体基板としてＳｌを使用した。従っ
て、マーク周辺部の絶縁体層は表面酸化膜ＳｉＯ□をそ
のまま利用した。マークの寸法は８０μｍ角とし、添付
第１図に示すようないくつかの形状で本発明のアライメ
ントマークを有するウェハを１等だ。

第１図（ａ）は電気測定用アライメントマークと、フォ
トリングラフィ用ウェハアライメントマークとが共通と
された例であり、同図（ｂ）はこれらを別々に形成した
例を示すものである。また、第３図（Ｃ）は比較のため
に従来のフォトリソグラフィ用ウェハアライメントマー
クを示すものである。

第１図において、点線で囲まれた領域は半導体チップ１
であり、その中に複数の電気測定用アライメントマーク
２が形成されており、該アライメントマークはボンディ
ングパッド３よりも小さな金属部４と絶縁体（Ｓ　ｉ　
’０２　）層５とからなり、これらは金属配線６によっ
て相互に電気的に接続されている。また、第１図（ｂ）
および（Ｃ）において、フォトリソグラフィ用アライメ
ントマークは参照番号７で示した。第１図（ａ）ではア
ライメントマーク２がフォトリソグラフィ用ウエハアラ
イメントマーりとじても機能する。

発明の効果 以上詳しく記載したように、本発明の電気測定用アライ
メントマークを有するウェハまたはチップによれば、ボ
ンディングバッドの配列と同一の配列とし、その大きさ
よりも小さな寸法とし、その周辺部に絶縁体層もしくは
高抵抗層を設け、またこれらマークを金属配線で相互に
電気的に接続したことに基き、オートプローバによるウ
ェハ状での電気測定時のプローブとの接触状態を完全に
確認することができ、その結果プローブとパッドとの接
触不良に基く誤測定を未然に防止することが可能となる
。また、特にプローブボードを使用した場合には、プロ
ーブ先端部の曲り、摩耗、プローブ配置のずれ等を検出
することも可能となる。

本発明の別の特徴によれば、フォトリングラフィ用ウェ
ハアライメントマークと、電気測定時のプローブとパッ
ド間のアライメントマークとを共用あるいは同一チップ
内に納めることができるので、ウェハ内の回路チップ数
を減らす必要がなく、単位ウェハ当たりのチップ収率は
低下しない。逆に、誤測定により不良品としてはねられ
る製品が減少することが予想され、むしろ半導体チップ
の製造歩留りは改善されることが期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気測定用アライメントマークを有す
るウェハの例を模式的に示した図であって、（ａ）はフ
ォトリソグラフィ用マークと共通の例であり、（５）は
これらを別々に設けた例でり、（Ｃ）は比較のために従
来のフォトリソグラフィ用のアライメントマークを示し
たものであり、 第２図は電気測定用のオートプローバを概略的に示した
図であり、 第３図（ａ）〜（Ｃ）は従来のアライメントマークを使
用して、位置合せする際の顕微鏡観察における視野を模
式的に示した図である。 （主な参照番号） １°半導体チップ、 ２　゛電気測定用アライメントマーク、３．２２゛ポン
デイングパツド、　　４　金属部、５　絶縁体層、　６
″°金属配線、 ７゛フオトリソグラフイ用アライメントマーク、１１゛
ステージ、　１２．２１・パ・プローブ、１３°ウエハ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、その上に形成される半導体装置の
   ボンディングパッドの配置と同一の配置関係にあり、か
   つ該ボンディングパッドの大きさより小さなアライメン
   トマークと、該マーク周辺部の絶縁層または高抵抗層と
   、該マーク各々を相互に接続するための金属配線とを含
   むことを特徴とする電気測定用アライメントマークを有
   するウェハまたはチップ。
2. （２）前記アライメントマークが、フォトリソグラフィ
   によるパターン形成時のアライメントマーク用チップ領
   域内に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電気測定用アライメントマークを有するウ
   エハまたはチップ。
3. （３）前記電気測定用アライメントマークが、フォトリ
   ソグラフィによるパターン形成用ウェハアライメントマ
   ークとしても機能することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の電気測定用アライメントマー
   クを有するウェハまたはチップ。