KR100615086B1 - 반도체 웨이퍼 칩 검사장치 및 이를 이용한 검사방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼 칩 검사장치 및 이를 이용한 검사방법 Download PDF

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Abstract

반도체 웨이퍼 검사장치 및 이를 이용한 검사방법이 개시된다. 이러한 검사장치 및 방법은 반도체 웨이퍼의 전기적 결함을 검사한 후 웨이퍼 패드 상에 남게되는 프로빙 마크를 검사함에 있어서 웨이퍼에 형성된 복수 개의 칩들 중 동시에 검사할 수 있는 영역의 동일한 위치의 칩 상으로 하고 그 칩 상의 동일한 위치의 패드에서 불량패턴이 발생되는 것이 규칙적으로 일어나는 지 여부를 일련의 프로그램을 통하여 자동으로 분석하여 프로브 미스(패드의 깨짐)로 판단한다.

Description

반도체 웨이퍼 칩 검사장치 및 이를 이용한 검사방법{SEMICONDUCTOR WAFER CHIP INSPECTION SYSTEM AND METHOD THERE OF}
도 1은 종래의 PMI검사설비에 의해 패드의 깨짐이 검출된 상태를 도시한 도면,
도 2는 종래의 PMI검사설비에 의해 패드에 파티클이 검출된 상태를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 칩 검사장치의 구성을 도시한 도면,
도 4a는 상기 도 3에 도시된 웨이퍼에 칩이 배열된 상태를 도시한 평면도,
도 4b는 상기 도 3의 단위 칩의 구성을 도시한 확대도,
도 5는 상기 도 3에 도시된 프로브카드의 프로브 배열상태를 도시한 평면도,
도 6은 칩 상의 패드에 프로브가 접촉된 상태를 도시한 사시도,
도 7은 상기 도 3의 구성에 의해 반도체 웨이퍼 침 검사가 실시되는 과정을 도시한 순서도,
도 8a는 도 3의 PMI설비에 의해 실질적인 프로빙 미스(패드 깨짐)를 검출한 것을 도시한 도면,
도 8b는 도 3의 PMI설비에 의해 파티클이 쌓인 것을 검출한 것을 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 프로빙장치 10 : 프로버
12 : 웨이퍼 12a: 칩
12b : 패드 17 : 프로브카드
17a : 프로브 17b : 프로브니들
70 : 주제어기 77 : 웨이퍼테스트결과데이터베이스
77 : 프로버데이터베이스 90 : PMI설비
110 : PMI판독결과판독기
본 발명은 반도체 웨이퍼 검사장치 및 이를 이용한 검사방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼의 전기적 결함을 검사한 후 웨이퍼 패드 상에 남게되는 프로빙 마크를 검사하여 패드 깨짐 여부를 판단하는 반도체 웨이퍼 검사장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체장치의 제조에서는 웨이퍼(WAFER)상에 패턴(PATTERN)을 형성시키는 패브릭케이션(FABRICATION)공정과, 상기 패턴이 형성된 웨이퍼를 각 단위 칩(CHIP)으로 조립하는 어셈블리 공정이 수행된다.
그리고, 상기 공정들 사이에 웨이퍼를 구성하고 있는 각 단위 칩의 전기적 특성을 검사하는 이디에스(Electric Die Sorting : 이하 “EDS”라 칭함)공정이 수 행된다.
이러한 EDS공정은 웨이퍼를 구성하고 있는 단위 칩 들 중에서 불량 칩을 판별하기 위하여 수행하는 것이다.
여기서 EDS 공정은 웨이퍼를 구성하는 칩들에 전기적 신호를 인가시켜 인가된 전기적 신호로부터 체크되는 신호에 의해 불량을 판단하는 검사장치를 주로 이용한다.
이 같은 검사는 웨이퍼를 구성하는 칩들의 전기적 상태를 검사할 수 있도록 상기 웨이퍼와 접촉하여 전기적 신호를 인가시킬 수 있는 프로브 니들을 주로 이용한다.
프로브카드를 이용한 테스트의 결과가 양품으로 판정되는 반도체 디바이스는 패키징 들의 후 공정에 의해서 완성품으로서 제작된다.
반도체 웨이퍼의 전기적 특성검사는 통상 반도체 웨이퍼의 전극패드에 프로브카드의 프로브니들을 접촉시키고, 이 프로브니들을 통해 측정 전류를 통전시킴으로써 그때의 전기적 특성을 측정하게 된다.
그런데, 상기와 같이 프로브니들이 상기 웨이퍼의 전극패드와 접촉을 하는 동안 프로브니들이 휘어지거나 강한 외압이 작용할 경우 전극패드가 깨지는 문제점이 발생하였다.
이를 검사하기 위하여 웨이퍼 전극패드의 전기적 결함 검사를 마친 후 프로빙 마크 인스펙션(PROBING MARK INSPECTION: 이하 "PMI"라 칭함) 설비를 통하여 전극패드의 깨짐 여부를 검사하였다.
그 PMI검사는 도 1에 도시된 바와 같이 패드(1)의 주위에 소정의 영역(A)을 지정한 후 그 영역(A)을 벗어남이 발견되면 프로빙 미스(PROBING MISS: 패드의 깨짐)로 판단하였다.
그러나, 이와 같이 단순히 지정된 영역(A)을 벗어난 경우 모두 프로빙 미스로 판단함에 따라 실제 패드(1)가 깨지지 않고 도 2에 도시된 바와 같이 파티클(Particle)이 발생되어 영역(A)을 벗어난 경우에도 이를 패드(1)가 깨진 것으로 인식하였다.
따라서, 종래에는 PMI검사를 실시한 후에 불량으로 판정된 패드를 일일이 작업자가 현미경을 통해 확인하여 패드(1)가 실제 깨져서 일어나는 불량인지 아니면 파티클이 발생되어 생긴 불량인지를 판단하였다.
이와 같이 종래에는 PMI검사를 할 경우 패드의 깨짐 여부를 확인하기 위하여 작업자가 일일이 확인해야만 하는 번거로움이 있었다. 특히, 웨이퍼의 대구경화 추세에 있는 현 시점에서는 이러한 작업은 그 검사 수율을 저하시키는 문제점으로 작용된다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 PMI검사 결과를 일련의 프로그램을 통해 분석하여 동일한 위치의 패드에 반복적인 결함이 발생되는 지 여부를 판단하여 프로빙 미스를 판단하도록 하는 반도체 웨이퍼 검사장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 두 번째 목적은 PMI 검사 결과를 일련의 프로그램을 통해 분석하여 웨이퍼에 형성된 복수 개의 칩들 중 동시에 검사할 수 있는 영역마다 동일한 위치에 위치하는 칩으로 하고 그 칩상의 동일한 위치의 패드에 결함이 발생하는 지 여부를 분석하여 프로빙 미스를 판단하도록 하는 반도체 웨이퍼 검사 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1관점에 의하면, 복수개의 칩들이 형성된 웨이퍼, 상기 웨이퍼를 고정하는 기판 고정대, 상기 기판 고정대 상측에 위치하는 프로브 카드, 및 상기 프로브 카드와 전기적으로 접속되는 테스터를 구비하여 상기 칩들의 전기적 결함을 검사하는 프로빙장치와; 상기 프로빙장치를 통해 검사된 결과를 저장하는 웨이퍼테스트결과데이터베이스와 프로브카드의 종류에 대한 정보 및 상기 칩들 중 동시에 검사할 수 있는 칩들의 검사영역에 대한 정보를 저장하는 프로버데이터베이스가 마련된 주제어기와; 상기 프로빙장치를 통해 전기적 결함 검사를 마친 웨이퍼 칩의 패드 상에 프로빙 마크(프로브침과의 접촉 상태)를 검사하는 프로빙 마크 검사 설비; 및 상기 프로빙 마크 검사 설비의 검사결과를 기초로 불량 패턴의 규칙성을 분석하여 프로빙 미스임을 판단하는 프로빙 마크 검사 결과 판독기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사장치가 제공된다. 상기 규칙성은 프로버데이터베이스를 통한 검사영역 정보를 기초로 하여 상기 각 검사영역의 동일한 위치의 칩 상으로 하고 그 칩 상의 동일한 위치의 패드에서 불량패턴이 발생된 것으로 함이 바람직하다. 상기 프로빙 마크 검사 결과 판독기를 통한 판독 결과는 상기 주제어기로 전달되어 상기 웨이퍼 테스트 검사결과의 데이터 정보와 합병(MERGING)되도록 되어 웨이퍼의 칩의 불량결과를 이루도록 함이 바람직하다.
본 발명의 제 2관점에 의하면, 웨이퍼 칩의 패드 상에 프로브침이 접촉되어 전기적 결함을 검사하는 단계와; 상기 전기적 결함에 대한 검사결과를 주제어기의 웨이퍼검사결과데이터베이스에 저장하는 단계와; 상기 프로브침이 상기 패드상에 접촉된 마크를 검사하는 프로빙 마크 검사 단계; 및 상기 프로빙 마크 검사단계를 통해 검사된 불량패턴의 규칙성 여부를 프로빙 마크 검사 결과 판독기가 판단하여 프로빙 미스여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사방법이 제공된다. 상기 프로빙 미스 여부 판단은 상기 주제어기의 프로버데이터베이스를 통한 검사영역 정보를 기초로 하여 상기 각 검사영역의 동일한 위치의 칩 상으로 하고 그 칩 상의 동일한 위치의 패드에서 불량패턴이 발생될 경우 프로빙 미스로 판단함이 바람직하다. 상기 프로빙 마크 검사결과 판독기의 결과는 상기 웨이퍼검사결과데이터베이스에 저장된 데이터와 합병되어 웨이퍼 칩 검사의 최종결과를 이루도록 함이 바람직하다.
다음은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 반도체 웨이퍼 검사장치 및 검사방법에 대하여 좀더 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 에에 의한 반도체 웨이퍼 검사장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 프로버(10)와, 테스트헤드(30)와, 테스터(50)를 포함하는 프로빙장치(1)와, 주제어기(70), 프로빙 마킹 검사설비(90: Probing Marking Inspection 설비, 이하 "PMI설비"라 칭함), PMI결과판독기(110)로 구성된다.
테스트헤드(30)는 테스트신호를 프로브카드(17)로 전달하고, 그 프로브카드(17)의 응답신호를 전달한다.
테스터(50)는 테스트 신호를 상기 테스트헤드(30)로 지령하고, 상기 테스트헤드(30)로부터 응답신호를 전달받아 각 칩(12a)에 대한 불량여부를 판독하는 기능 을 수행한다.
프로버(10)는 X축, Y축, Z축이동기구와, θ회전기구로 구성되는 얼라인먼트스테이지(11)의 상측에 마련됨과 아울러 그 상면에 검사를 실시할 피검사기판(이하 “웨이퍼(12)”라 칭함)을 탑재하는 기판고정대(13)와, 상기 기판고정대(13)의 상측에 장착링(15)에 의해서 지지되는 프로브카드(17)로 구성된다.
상기 프로브카드(17)는 포고블럭(18)을 매개로 상기 테스트헤드(30)와 접속된다.
도 4a는 반도체 웨이퍼에 칩이 배열된 예를 도시한 도면이고, 도 4b는 도 4a의 단위 칩을 확대해서 도시한 확대도이다.
도 4a를 참조하면, 웨이퍼(12)는 복수개의 칩(12a)이 소정의 행·열로 배치된다. 이때, 그 칩(12a)의 배치는 도시된 예에 한정되는 것은 아니며, 이와 다른 형태로 배치 가능하다. 도 4a에서 상기 프로브카드(17)가 웨이퍼(12)에 배치된 복수개의 칩(12a)을 동시에 검사할 수 있는 검사 영역의 단위를 “샷”(SHOT)이라 칭하며, 도면에서는 7개의 샷으로 분할된 영역을 나타내고 있다. 이때, 프로브카드(17)의 종류에 따라 그 샷의 영역은 달라진다.
도 4b를 참조하면, 각 칩(12a)에는 전기적으로 접속되는 전극패드(12b)가 배치된다.
도 5는 상기 도 4의 웨이퍼에 적용되는 프로브카드(17)의 프로브(17a)배열 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 프로브(17a)는 64개가 배열되어 웨이퍼(W)를 7개의 검사영 역(SHOT)으로 분할하여 검사하도록 구성되어 있다. 여기서 프로브(17a)가 64개로 됨은 테스트를 동시에 실시할 수 있는 칩(12a)의 개수를 규정하는 것으로서, 그 수치는 정해진 것이 아니라 웨이퍼(12)상에 형성된 칩(12a)의 구조 등에 따라 달라질 수 있다.
도 6은 칩 상의 패드에 프로브(17a)가 접촉된 상태를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 프로브(17a)는 도 2b에 도시된 단위 칩(12a)상에 형성된 각 패드(12b)와 접촉되는 복수의 프로브니들(17b)이 배열되어 있다. 이와 같이 하여 프로브니들(17b)은 각 샷(SHOT)에 해당하는 동일한 단위 칩(12a)상의 동일한 위치에 있는 패드(12b)와 접촉된다.
그에 대하여 좀더 상세히 설명하면, 1SHOT의 18번 단위 칩(12a) 상의 1번 위치에 있는 패드(12b)와 접촉하는 프로브니들(17b)은 2~7 SOHT 상의 18번 칩의 1번 위치에 있는 패드와 동일하게 접촉된다.
다시 도 3을 참조하면, 주제어기(70)는 테스트프로그램이 수록되어서 이 테스트프로그램에 따라서 프로빙장치(1)의 전체를 제어한다. 이를 위하여 프로브카드(17)종류 또는 SHOT에 대한 정보, 웨이퍼에 대한 정보 등을 저장하는 프로버데이터베이스(77)가 마련된다.
이에 더하여 상기 테스터(50)를 통해 판독된 각 칩(12a:후술함)에 대한 불량(전기적 결함)여부에 관련된 데이터를 저장하는 웨이퍼 테스트결과데이터베이스(79)가 마련된다.
PMI설비(90)는 프로빙장치(1)를 통해 웨이퍼 칩(12a)의 전기적 결함검사를 마친 웨이퍼(12)의 칩(12a)상의 패드(12b)가 프로브니들(17b)과 접촉하여 프로빙 미스(Probing Miss: 패드 깨짐)가 발생하였는 지 여부를 검사한다.
도 8a, 도 8b는 PMI설비(90)를 통해 프로빙 미스를 검사하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8a,8b를 참조하면, 일련의 PMI검사 프로그램이 수행되어 각 패드(12b)에 검사영역(A)이 설정된 후 그 검사영역(A)을 벗어나는 지 여부를 판단하는 것에 의해 프로빙미스 여부를 판단하도록 구성된다. 이때, 프로빙미스로 검출되는 예는 도 8a에서와 같이 실질적으로 프로빙미스 즉 실제 패드(12b)가 깨져서 일어나는 경우(Pm으로 표시함)와, 도 8b에 도시된 바와 같이 단순히 프로브니들(17b)이 패드(12b)의 표면을 긁어서 발생된 파티클(Pa)이 쌓인 상태를 감지하여 잘못된 프로빙미스를 검출하는 경우가 있다.
PMI결과판독기(110)는 PMI설비(90)를 통해 검사된 결과를 분석하여 그 결함의 패턴이 각 샷(1~7shot)의 동일한 위치의 칩 상으로 하고 그 칩 상의 동일한 위치의 패드에서 규칙적으로 일어나는 지 여부를 판단하여 실제로 프로빙 미스(패드의 깨짐)가 일어난 것을 정확하게 판단하도록 구성된다.
다음은 도 7을 참조하여 반도체 웨이퍼 검사 과정 특히, 패드 깨짐을 판별하는 과정에 대해서 좀더 상세히 설명한다.
먼저, 프로빙장치(1)를 통해 웨이퍼 칩(12a)들의 전기적 결함을 검사(S10)한다.
그 후, 각 단위 칩(12a)에 대한 전기적 결함 여부에 대한 정보는 주제어기(70)의 웨이퍼 칩 테스트 결과 데이터베이스(77)상에 저장(S30)된다.
다음, PMI설비(90)를 통하여 패드(12b)의 깨짐 여부를 검사한다.(S50)
여기서, PMI설비(90)는 일련의 프로그램 수행에 의하여 도 8a,8b에 도시된 바와 같이 단위 칩(12a)상의 각 패드(12b)에 검사영역(A)을 설정하여, 그 검사영역(A)의 내부에 프로빙 마크가 존재하는 지 여부를 판단하여 프로빙 미스를 판단한다.
이때, 프로빙미스로 판단함에 있어 도 8a에 도시된 바와 같이 실제 패드(12b)의 깨진 부분(Pm)을 인식하거나, 도 8b에 도시된 바와 같이 단순히 프로브니들(17b)에 의하여 패드(12b)가 긁혀져서 발생되는 파티클(Pa)을 인식하여 둘 다 프로빙 미스로 감지한다.
PMI결과판독기(110)는 상술한 두 가지 유형에 대한 데이터를 기초로 하여 실질적으로 패드(12b)에 깨짐이 발생되었는지 여부를 정확하게 판단(S70)한다.
이에 대하여 좀더 상세히 설명하면, 단위 소정의 배열구조를 이루는 프로브니들(17b)은 웨이퍼(12)의 각 샷(1~7샷)의 동일한 위치의 단위 칩(18번 칩으로 가상함)으로 하고 그 칩의 동일한 위치로 배열된 패드(1번째 패드로 설정함)와 각각 접촉하게 된다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 18번 프로브(17a)에서 1번째 프로브니들(17b)은 각 샷(1~7)에 해당하는 18번 칩 상에 형성된 1번째 패드와 각각 반복적으로 접촉된다.
따라서, 만약 그 1번째 프로브니들(17b)이 휘어짐이 발생하거나 강하게 눌려 지게 될 경우 패드(12b)와의 프로빙 미스가 발생된다면, 각 샷(1~7샷)의 18번 째 칩 상의 1번째 패드에서 발생되는 패턴 불량은 동일하게 일어나게 될 것이다.
그러나, 만일 도 8b에 도시된 바와 같은 단순히 프로브니들(17b)이 패드(12b)의 표면을 긁어서 파티클 발생되는 경우는 규칙적으로 일어나지 않는다.
이러한 정보를 PMI결과 판독기(110)가 분석하여 실질적인 프로빙 미스(패드가 깨지는 결함)를 정확하게 인식하게 된다. 이때 PMI결과판독기(110)는 주제어기(70)의 프로버데이터베이스(77)로 부터 프로브카드정보, 또는 SHOT에 대한 정보를 불러 들여(S91) 이를 기초로 하여 상술한 판독과정을 실시한다.
이와 같이 PMI결과판독기(110)를 통해 패드불량여부(S90)가 판단되면, 그 결과는 다시 주제어기(70)의 웨이퍼테스트결과데이터베이스(79)에 저장된 결과와 합병(MERGING:S110)되어 총괄적인 웨이퍼 검사 데이터를 형성한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 PMI설비를 통한 검사결과를 분석하여 실질적으로 패드가 깨진 것을 찾는 작업을 수작업이 아닌 일련의 분석프로그램에 의함에 따라 그 검사 수율을 향상시키는 이점이 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

  1. 복수개의 칩들이 형성된 웨이퍼, 상기 웨이퍼를 고정하는 기판 고정대, 상기 기판 고정대 상측에 위치하는 프로브 카드, 및 상기 프로브 카드와 전기적으로 접속되는 테스터를 구비하여 상기 칩들의 전기적 결함을 검사하는 프로빙장치;
    상기 프로빙장치를 통해 검사된 결과를 저장하는 웨이퍼테스트결과데이터베이스와, 상기 프로브 카드의 종류에 대한 정보 및 상기 칩들 중 동시에 검사할 수 있는 칩들의 검사영역에 대한 정보를 저장하는 프로버데이터베이스가 마련된 주제어기;
    상기 프로빙장치를 통해 전기적 결함 검사를 마친 상기 칩들의 패드 상에 프로빙 마크(프로브침과의 접촉 상태)를 검사하는 프로빙 마크 검사 설비; 및
    상기 프로빙 마크 검사 설비의 검사결과를 기초로 불량 패턴의 규칙성을 분석하여 프로빙 마크 불량임을 판단하는 프로빙 마크 검사 결과 판독기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 규칙성은 상기 프로버데이터베이스를 통한 검사영역 정보를 기초로 하여 상기 각 검사영역의 동일한 위치의 칩 상으로 하고 그 칩 상의 동일한 위치의 패드에서 불량패턴이 발생된 것으로 함을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 프로빙 마크 검사 결과 판독기를 통한 판독 결과는 상기 주제어기로 전달되어 상기 웨이퍼 테스트 검사결과의 데이터 정보와 합병(MERGING)되도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사장치.
  4. 웨이퍼 칩의 패드 상에 프로브침이 접촉되어 전기적 결함을 검사하는 단계;
    상기 전기적 결함에 대한 검사결과를 주제어기의 웨이퍼검사결과데이터베이스에 저장하는 단계;
    상기 프로브침이 상기 패드 상에 접촉된 마크를 검사하는 프로빙 마크 검사 단계; 및
    상기 프로빙 마크 검사단계를 통해 검사된 불량패턴의 규칙성 여부를 프로빙 마크 검사 결과 판독기가 판단하여 프로빙 미스여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 프로빙 미스 불량여부 판단은 상기 주제어기의 상기 프로버데이터베이스를 통한 검사영역 정보를 기초로 하여 상기 각 검사영역의 동일한 위치의 칩 상으로 하고 그 칩 상의 동일한 위치의 패드에서 불량패턴이 발생될 경우 프로빙 미스로 판단하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 프로빙 마크 검사결과 판독기의 결과는 상기 웨이퍼검사결과데이터베이스에 저장된 데이터와 합병되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사방법.
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