(57)【要約】【課題】故障個所や故障原因を容易に特定することができる半導体チップの検査方法及び検査装置を提供すること。【解決手段】本発明では、プローバーを操作することによってチャンバー内の半導体チップの所要位置にプローブを接触させ、その後、前記プローブに接続した検査器を用いて前記半導体チップの検査を行う半導体チップの検査方法において、前記プローバーの操作時は、前記チャンバーの内部を真空状態とする一方、前記検査器での検査時は、前記チャンバーの内部を大気圧状態とすることにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローバーを操作することによってチャンバー内の半導体チップの所要位置にプローブを接触させ、その後、前記プローブに接続した検査器を用いて前記半導体チップの検査を行う半導体チップの検査方法において、
前記プローバーの操作時は、前記チャンバーの内部を真空状態とする一方、前記検査器での検査時は、前記チャンバーの内部を大気圧状態とすることを特徴とする半導体チップの検査方法。
【請求項２】
前記半導体チップの全ての配線パターンに予めパターン幅と同等サイズのパッドを形成しておき、そのパッドに前記プローブを接触させて前記半導体チップの検査を行うことを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
【請求項３】
圧力変更手段を設けたチャンバーの内部に、半導体チップを載置するための検査台と、前記半導体チップの所要位置にプローブを接触させるためのプローバーとを配設するとともに、前記プローブに検査器を接続した半導体チップ検査装置において、
前記圧力変更手段で前記チャンバーの内部を真空状態にして前記プローバーの操作を行うプローバー操作モードと、前記圧力変更手段で前記チャンバーの内部を大気圧状態にして前記検査器での検査を行う検査モードとに切替可能に構成したことを特徴とする半導体チップ検査装置。
【請求項４】
前記検査台及び前記プローバーは、防振手段を介して前記チャンバーの内部に配設したことを特徴とする請求項３に記載の半導体チップ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップの検査方法及びその方法を用いた半導体チップ検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より各種電子機器に広く使用されている半導体装置は、製造後に動作試験を行い、良品と判定されたもののみを出荷する一方、不良品と判定されたものについて不良原因の解析を行っていた。
【０００３】
かかる半導体装置の不良解析においては、半導体装置のパッケージを開封して内部の半導体チップの表面を露出させた後に、半導体チップの表面に形成された保護膜を集束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）法や反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いて除去し、その後、半導体チップ検査装置を用いて半導体チップの所要回路を部分的に順に動作させることによって不良個所の特定を行っていた。
【０００４】
そして、従来の半導体チップ検査装置は、半導体チップ上に形成される素子や配線の微細化に伴って、走査型電子顕微鏡と微細プローバーとを組合わせたものが使用されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この半導体チップ検査装置は、吸引ポンプを接続した真空チャンバーの内部に走査型電子顕微鏡と微細プローバーと検査台とを収容配設するとともに、微細プローバーに検査器を接続して構成していた。
【０００６】
そして、従来の半導体チップ検査装置では、半導体チップの表面に酸化膜が形成されることによってプローブと半導体チップとの接触不良が発生するのを防止するとともに、走査型電子顕微鏡を用いて半導体チップの表面を良好に観察できるようにするために、真空チャンバーの内部を真空状態としたままで、微細プローバーの操作や検査器での検査を行っていた。
【０００７】
すなわち、従来の半導体チップ検査装置では、検査台の上部に表面を露出させた半導体チップを載置した後に、吸引ポンプを用いて真空チャンバーの内部を真空状態とし、その状態で微細プローバーを操作することによって半導体チップの所要位置にプローブを接触させ、その後、検査器を用いて半導体チップの所要回路に電源やテスト信号を入出力することによって半導体チップの検査を行っていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２１７２５８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の半導体チップの検査にあっては、真空チャンバーの内部を真空状態としたままで検査器での検査を行っていたために、大気圧下での実際の使用状態と大幅に試験環境が異なっており、半導体チップの温度が上昇してしまい、半導体チップの故障状態を再現することができず、故障個所や故障原因を特定することが困難であった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る本発明では、プローバーを操作することによってチャンバー内の半導体チップの所要位置にプローブを接触させ、その後、前記プローブに接続した検査器を用いて前記半導体チップの検査を行う半導体チップの検査方法において、前記プローバーの操作時は、前記チャンバーの内部を真空状態とする一方、前記検査器での検査時は、前記チャンバーの内部を大気圧状態とすることを特徴とする半導体チップの検査方法を提供するものである。
【００１１】
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記半導体チップの全ての配線パターンに予めパターン幅と同等サイズのパッドを形成しておき、そのパッドに前記プローブを接触させて前記半導体チップの検査を行うことにした。
【００１２】
また、請求項３に係る本発明では、圧力変更手段を設けたチャンバーの内部に、半導体チップを載置するための検査台と、前記半導体チップの所要位置にプローブを接触させるためのプローバーとを配設するとともに、前記プローブに検査器を接続した半導体チップ検査装置において、前記圧力変更手段で前記チャンバーの内部を真空状態にして前記プローバーの操作を行うプローバー操作モードと、前記圧力変更手段で前記チャンバーの内部を大気圧状態にして前記検査器での検査を行う検査モードとに切替可能に構成したことを特徴とする半導体チップ検査装置を提供するものである。
【００１３】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項３に係る本発明において、前記検査台及び前記プローバーは、防振手段を介して前記チャンバーの内部に配設することにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る半導体チップ検査装置は、チャンバーの内部の圧力を真空状態と大気圧状態とに変更するための圧力変更手段をチャンバーに接続し、このチャンバーの内部に、検査対象となる半導体チップを載置するための検査台と、半導体チップの所要位置にプローブを接触させるためのプローバーとを防振手段を介して配設するとともに、プローブに検査器を接続し、さらには、チャンバーの内部に走査型電子顕微鏡を配設している。
【００１５】
しかも、半導体チップ検査装置は、圧力変更手段でチャンバーの内部を真空状態にしてプローバーの操作を行うプローバー操作モードと、圧力変更手段でチャンバーの内部を大気圧状態にして検査器での検査を行う検査モードとに切替ることができるように構成している。
【００１６】
そして、半導体チップの故障解析などの検査を行うに際しては、まず、半導体装置のパッケージを開封して内部の半導体チップの表面を露出させた後に、半導体チップの表面に形成された保護膜を集束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）法や反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いて除去する。
【００１７】
なお、半導体チップには、全ての配線パターンの所定位置にパターン幅とほぼ同幅（同径）の円柱状のパッドを形成しており、保護膜を除去することによって全てのパッドの上端面を露出させている。
【００１８】
次に、半導体装置の周辺回路を実装したテスト基板に半導体チップを搭載し、検査台の上部に半導体チップをテスト基板とともに載置する。
【００１９】
次に、半導体チップ検査装置の動作モードをプローバー操作モードにして、チャンバーの内部を真空状態にする。そして、その状態で半導体チップの表面を走査型電子顕微鏡で観察しながらプローバーを操作することによって半導体チップの所要位置にプローブを接触させる。
【００２０】
次に、半導体チップ検査装置の動作モードを検査モードに切替えて、チャンバーの内部を大気圧状態にする。そして、プローブに接続した検査器を用いて半導体チップの検査を行う。
【００２１】
なお、１回の検査だけでは半導体チップの故障個所や故障原因を特定することができない場合には、再度半導体チップ検査装置の動作モードをプローバー操作モードにして、プローブの接触位置を変更した後に、動作モードを検査モードに切替えて検査を行い、これを半導体チップの故障個所や故障原因を特定できるまで繰り返し行うことになる。
【００２２】
このように、本発明では、真空状態で走査型電子顕微鏡で観察しながら半導体チップにプローブを接触させているため、半導体チップの表面に酸化膜が形成されてしまうのを未然に防止することができ、プローブと半導体チップとの接触不良の発生を防止することができるとともに、走査型電子顕微鏡を用いて半導体チップの表面を良好に観察することができる。
【００２３】
しかも、本発明では、大気圧状態で検査器を用いて半導体チップの検査を行っているため、半導体チップの実際の使用状態とほぼ同様の環境下で検査器を用いた半導体チップの検査を行うことができ、半導体チップの温度上昇を防止することができるので、半導体チップの故障状態を再現することができて、故障個所や故障原因を容易に特定することができる。
【００２４】
特に、チャンバーの内部に検査台及びプローバーを防振手段を介して配設しているため、チャンバーの内部を真空状態から大気圧状態に変更した際に、チャンバーの内部で振動が発生しても、半導体チップの表面からプローブの先端が離反してしまうのを防止することができ、半導体チップの検査を正確に行うことができる。
【００２５】
また、半導体チップの全ての配線パターンに予めパターン幅と同等サイズのパッドを形成しておき、そのパッドにプローブを接触させて半導体チップの検査を行った場合には、半導体チップ上に形成された全ての素子についての検査を行うことができる。
【００２６】
また、半導体チップとしてアナログ集積回路を形成したものを用いた場合には、アナログ集積回路の故障解析を行うことができる。
【００２７】
以下に本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
本発明に係る半導体チップ検査装置１は、半導体チップ２の故障解析に用いられるものであり、図１に示すように、矩形箱形状の真空チャンバー３の底壁に防振手段としての４個のダンパー４の基端部を取付け、同ダンパー４の先端部に矩形板状の検査台５を取付け、同検査台５の左上部にプローバー６を取付けている。
【００２９】
プローバー６は、操作部７での操作に連動して微細プローブ８が前後左右に変位移動するように構成している。
【００３０】
そして、プローバー６には、真空チャンバー３の外部に配置した検査器９が接続されており、同検査器９と微細プローブ８とが電気的に接続されている。
【００３１】
この検査器９は、電源装置、アナログ・ディジタル信号発生器、オシロスコープなどの各種電源や測定器具から構成している。
【００３２】
また、半導体チップ検査装置１は、真空チャンバー３の天井部に走査型電子顕微鏡１０を取付けている。この走査型電子顕微鏡１０は、真空チャンバー３に移動可能に取付けて、半導体チップ２の検査時に真空チャンバー３の外部にまで移動できるようにしてもよい。
【００３３】
さらに、半導体チップ検査装置１は、真空チャンバー３の右側壁に圧力変更手段１１を連通連結している。
【００３４】
この圧力変更手段１１は、真空ポンプ、圧力調整弁、排気弁、開閉弁などから構成されており、真空ポンプで真空チャンバー３の内部の空気を吸引することによって真空チャンバー３の内部を真空状態にし、また、排気弁を開放することによって真空チャンバー３の内部を大気圧状態にすることができる。
【００３５】
そして、プローバー６や検査器９や走査型電子顕微鏡１０や圧力変更手段１１には、これらの装置を駆動制御する制御装置１２が接続されている。
【００３６】
この制御装置１２には、半導体チップ検査装置１の動作モードを切替えるためのモードスイッチ１３が設けられており、このモードスイッチ１３を操作することによって、半導体チップ検査装置１の動作モードをプローバー操作モードと検査モードとの切替えられるようになっている。
【００３７】
ここで、プローバー操作モードとは、操作者が走査型電子顕微鏡１０で半導体チップ２の表面を観察しながらプローバー６の操作部７を操作して、半導体チップ２の表面の所要位置に微細プローブ８の先端を接触（当接）させる動作モードである。
【００３８】
そして、モードスイッチ１３によって動作モードがプローバー操作モードになっている場合には、制御装置１２は、プローバー６と走査型電子顕微鏡１０と圧力変更手段１１を駆動し、特に圧力変更手段１１によって真空チャンバー３の内部を真空状態にする。
【００３９】
これにより、プローバー操作モードでは、真空状態で走査型電子顕微鏡１０で観察しながら半導体チップ２に微細プローブ８を接触させることができる。そのため、プローバー操作モードでは、半導体チップ２の表面に酸化膜が形成されてしまうのを未然に防止することができ、微細プローブ８と半導体チップ２との接触不良の発生を防止することができるとともに、走査型電子顕微鏡１０を用いて半導体チップ２の表面を良好に観察することができる。
【００４０】
一方、検査モードとは、操作者が検査器９を用いて半導体チップ２の各種検査を行う動作モードである。
【００４１】
そして、モードスイッチ１３によって動作モードが検査モードになっている場合には、制御装置１２は、検査器９と圧力変更手段１１を駆動し、特に圧力変更手段１１によって真空チャンバー３の内部を大気圧状態にする。
【００４２】
これにより、検査モードでは、大気圧状態で検査器９を用いて半導体チップ２の検査を行うことができる。そのため、検査モードでは、半導体チップ２の実際の使用状態とほぼ同様の環境下（圧力下）で検査器９を用いた半導体チップ２の検査を行うことができ、半導体チップ２の温度上昇を防止することができるので、半導体チップ２の故障状態を再現することができて、故障個所や故障原因を容易に特定することができる。
【００４３】
しかも、モードスイッチ１３をプローバー操作モードから検査モードに切替えることによって真空チャンバー３の内部を真空状態から大気圧状態に変更した際に真空チャンバーの内部で振動が発生するおそれがあるが、半導体チップ検査装置１では、真空チャンバー３の底壁と検査台５及びプローバー６との間に防振手段を介設しているため、真空チャンバー３の内部での振動を防振手段で吸収することができ、これにより、半導体チップ２の表面から微細プローブ８の先端が離反してしまうのを防止することができ、半導体チップ２の検査を正確に行うことができる。
【００４４】
半導体チップ検査装置１は、以上のように構成されており、検査時には、半導体装置１４の周辺回路を実装したテスト基板１５に半導体チップ２を搭載し、検査台５の上部に半導体チップ２をテスト基板１５とともに載置する。
【００４５】
そして、半導体チップの故障解析などの検査を行うに際しては、図２に示すように、半導体装置１４のパッケージ１６を開封して内部の半導体チップ２の表面を露出させ、その後、半導体チップ２の表面に形成された保護膜を除去しておく。
【００４６】
また、半導体チップ２には、図３に示すように、全ての配線パターン１７の所定位置にパターン幅とほぼ同幅（同径）の円柱状のパッド１８を形成しており、保護膜を除去することによって全てのパッド１８の上端面を露出させておき、このパッド１８の上端面に微細プローブ８の先端を接触させる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４８】
すなわち、請求項１に係る本発明では、プローバーを操作することによってチャンバー内の半導体チップの所要位置にプローブを接触させ、その後、前記プローブに接続した検査器を用いて前記半導体チップの検査を行う半導体チップの検査方法において、前記プローバーの操作時は、前記チャンバーの内部を真空状態とする一方、前記検査器での検査時は、前記チャンバーの内部を大気圧状態としているため、半導体チップの実際の使用状態とほぼ同様の環境下で検査器を用いた半導体チップの検査を行うことができ、半導体チップの温度上昇を防止することができるので、半導体チップの故障状態を再現することができて、故障個所や故障原因を容易に特定することができる。
【００４９】
また、請求項２に係る本発明では、半導体チップの全ての配線パターンに予めパターン幅と同等サイズのパッドを形成しておき、そのパッドにプローブを接触させて半導体チップの検査を行うため、半導体チップ上に形成された全ての素子についての検査を行うことができる。
【００５０】
また、請求項３に係る本発明では、圧力変更手段を設けたチャンバーの内部に、半導体チップを載置するための検査台と、前記半導体チップの所要位置にプローブを接触させるためのプローバーとを配設するとともに、前記プローブに検査器を接続した半導体チップ検査装置において、前記圧力変更手段で前記チャンバーの内部を真空状態にして前記プローバーの操作を行うプローバー操作モードと、前記圧力変更手段で前記チャンバーの内部を大気圧状態にして前記検査器での検査を行う検査モードとに切替可能に構成しているため、半導体チップ検査装置の動作モードを検査モードとすることで、半導体チップの実際の使用状態とほぼ同様の環境下で検査器を用いた半導体チップの検査を行うことができ、半導体チップの温度上昇を防止することができるので、半導体チップの故障状態を再現することができて、故障個所や故障原因を容易に特定することができる。
【００５１】
また、請求項４に係る本発明では、前記検査台及び前記プローバーを防振手段を介して前記チャンバーの内部に配設しているため、チャンバーの内部を真空状態から大気圧状態に変更した際に、チャンバーの内部で振動が発生しても、半導体チップの表面からプローブの先端が離反してしまうのを防止することができ、半導体チップの検査を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体チップ検査装置を示す説明図。
【図２】半導体装置を示す説明図。
【図３】半導体チップを示す説明図。
【符号の説明】
１  半導体チップ検査装置
２  半導体チップ
３  真空チャンバー
４  ダンパー
５  検査台
６  プローバー
７  操作部
８  微細プローブ
９  検査器
１０  走査型電子顕微鏡
１１  圧力変更手段
１２  制御装置
１３  モードスイッチ
１４  半導体装置
１５  テスト基板
１６  パッケージ
１７  配線パターン
１８  パッド
【図１】
2004325385.tif 000003
【図２】
2004325385.tif 000004
【図３】
2004325385.tif 000005