(57)【要約】 【課題】  チップとプローブ針との接触抵抗に起因する誤判定を防止し、チップの良または不良の判定精度を向上する。【解決手段】  半導体ウエハに形成されるチップにプローブ針を複数回接触させ、その電気的特性を測定して良否を判定する半導体ウエハの検査方法を、以下のように実行する。チップに対してプローブ針を接触させるごとに電気的特性を測定し、予め定める回数だけ電気的特性の測定を繰返し行う。複数回測定した電気的特性同士を比較し、さらに最新の測定結果である電気的特性を所定基準と比較する。電気的特性同士を比較した結果得られる差が予め定められる許容範囲内であり、かつ電気的特性が予め定める所定基準を満足するとき、チップが良品であると判定する。電気的特性が所定基準を満足しないとき所定処理を行い、その後再度電気的特性を測定する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハに形成されるチップにプローブ針を複数回接触させることによって、チップの電気的特性を測定し、その良否を判定する半導体ウエハの検査方法において、
１つのチップに対してプローブ針を接触させるごとに電気的特性を測定し、予め定める回数だけプローブ針の接触による電気的特性の測定を繰返し行うステップと、
複数回測定した電気的特性同士を比較するステップと、
複数回測定した電気的特性のうち最新の測定結果である電気的特性を所定基準と比較するステップと、
電気的特性同士を比較した結果得られる差が予め定める許容範囲内であり、かつ電気的特性が予め定める所定基準を満足するとき、チップが良品であると判定するステップと、
電気的特性が所定基準を満足しないとき所定処理を行うステップと、
所定処理を行った後、チップに対してプローブ針を接触させて電気的特性を測定するステップとを含むことを特徴とする半導体ウエハの検査方法。
【請求項２】
複数回測定した電気的特性同士を比較した結果得られる差が、予め定める許容範囲外であるとき、
再度チップに対してプローブ針を接触させて電気的特性を測定するステップと、
電気的特性の今回測定結果と前回測定結果とを比較するステップとを行うことを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハの検査方法。
【請求項３】
再度チップに対してプローブ針を接触させて電気的特性を測定するステップと、
電気的特性の今回測定結果と前回測定結果とを比較するステップとの繰返しを、予め定める回数実行し、電気的特性の今回測定結果と前回測定結果とを比較した結果得られる差が、予め定める許容範囲外であるとき、チップを不良と判定することを特徴とする請求項２記載の半導体ウエハの検査方法。
【請求項４】
所定処理が、
チップに対して電圧を印加する処理または電流を流す処理であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体ウエハの検査方法。
【請求項５】
所定処理が、
半導体ウエハに対して空気を吹付ける処理であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体ウエハの検査方法。
【請求項６】
所定処理が、
プローブ針の針先を研磨する処理であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体ウエハの検査方法。
【請求項７】
プローブ針の針先を研磨する処理は、
１度実行された後、プローブ針をチップに接触させて電気的特性を測定する回数が予め定める回数に達するまで実行されないことを特徴とする請求項６記載の半導体ウエハの検査方法。
【請求項８】
所定処理が、
チップに対して電圧を印加する処理または電流を流す処理と、半導体ウエハに対して空気を吹付ける処理と、プローブ針の針先を研磨する処理とであり、
所定処理を行った後に測定した電気的特性と所定基準とを比較するステップとをさらに含み、
電気的特性が所定基準を満足しないとき、チップを不良と判定することを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体チップの検査方法。
【請求項９】
電気的特性が所定基準を満足しないとき所定処理を行うステップは、
満足されない所定基準が、接触抵抗に起因する項目に関して定められる基準であるときにのみ実行されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体ウエハの検査方法。
【請求項１０】
チップを不良と連続して判定する回数が、予め定める規定回数以上であるとき、
警報を発するステップを含むことを特徴とする請求項３または８記載の半導体ウエハの検査方法。
【請求項１１】
半導体ウエハに形成されるチップにプローブ針を複数回接触させることによって、チップの電気的特性を測定し、その良否を判定する半導体ウエハの検査装置において、
チップに接触させるプローブ針を備え、チップの電気的特性を測定する測定手段と、
測定手段によって測定される電気的特性および電気的特性に関して予め定める所定基準を記憶する特性記憶手段と、
測定される電気的特性と特性記憶手段に記憶されている電気的特性とを比較または特性記憶手段に記憶されている電気的特性同士を比較するとともに、測定される電気的特性または特性記憶手段に記憶されている電気的特性と特性記憶手段に記憶される所定基準とを比較する特性比較手段と、
プローブ針をチップに接触させて電気的特性を測定した回数および電気的特性と所定基準とを比較した回数を計数し、予め定める回数と比較する測定回数計数手段と、
半導体ウエハを載置し、半導体ウエハを少なくともプローブ針に対して近接離反する方向に移動するウエハ移動手段と、
半導体ウエハに空気を吹付ける空気吹付手段と、
プローブ針の針先を研磨する針先研磨手段と、
チップに電圧を印加または電流を通電する電力供給手段と、
特性比較手段の比較結果の出力に応答し、チップの良／不良を判定するとともに、測定手段、ウエハ移動手段、空気吹付手段、針先研磨手段、電力供給手段の動作を制御する制御手段と、
制御手段によるチップの良／不良の判定回数を計数するとともに、連続して不良判定される回数を予め定められる規定回数と比較する判定回数計数手段と、
判定回数計数手段による不良判定連続回数が規定回数以上であることの出力に応答し、警報を発生する警報発生手段とを含むことを特徴とする半導体ウエハ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの検査方法および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハに形成されるチップは、半導体デバイスに部品として組込まれて製品化されるまでの多岐にわたる各工程において種々の検査が行われるけれども、半導体ウエハ上に形成された時点においても、その健全性、主として電気的特性が検査される。
【０００３】
典型的な半導体ウエハの検査装置は、プローブ装置（プローバ）と半導体試験装置（テスタ）とを備え、ウエハ上に多数形成されるチップの電極パッドにプローバのプローブ針を接触させ、このプローブ針に接続されているテスタによって電気的特性を測定するように構成される。
【０００４】
通常の半導体ウエハ検査装置のプローバは、半導体ウエハを真空チャック等によってウエハステージに固定し、このウエハステージをＸ，Ｙ方向とＺ軸の周方向であるθ方向に移動制御することによってチップの電極パッドとプローブ針との位置合わせを行い、次いでＺ軸方向にウエハステージを移動させて、プローブ針と電極パッドとを接触させる。 テスタは、大きく分類すると、チップに電圧を印加または電流を通電したり、電圧または電流を測定するテスト系回路と、外部に接続されるプローバ等の機器を制御する外部制御回路とにわかれ、その他プログラムの管理および全体を制御する中央処理回路、電源回路等で構成される。
【０００５】
図３は、典型的な半導体ウエハ検査装置による従来の半導体ウエハ検査方法を説明するフローチャートである。図３を参照して従来の半導体ウエハ検査方法について説明する。ステップａ０では、ウエハステージ上に検査対象である半導体ウエハが載置され、プローバによってチップの電極パッドとプローブ針との位置合わせが行われた状態である。
【０００６】
ステップａ１では、ウエハステージを上昇（プローブ針へ近接する方向へ移動）させて、チップの電極パッドとプローブ針とを接触させる。ステップａ２では、チップの電気的特性たとえば接触抵抗、電気増幅率などを測定する。ステップａ３では、測定された電気的特性と、テスタに備えられる記憶部に予め記憶されている基準値とを比較し、測定された電気的特性が基準値以内の値であるか否かが判定される。判定結果が、肯定のときステップａ４へ進み、否定のときステップａ５に進む。
【０００７】
ステップａ４では、チップが良品と判定され、ステップａ５では、チップが不良品と判定される。チップが良品または不良品のいずれと判定された場合も、ステップａ６へ進む。ステップａ６では、ウエハステージを下降（プローブ針から離反する方向へ移動）させて、チップの電極パッドとプローブ針との接触を解除させる。ステップａ７では、ウエハステージ上の半導体ウエハを移動させ、次の測定対象であるチップとプローブ針との位置合わせを行ってステップａ１へ戻り、次の測定に移行する。
【０００８】
このような従来の半導体ウエハ検査方法では、電気的特性を測定する機会が１回のみであるため、プローブ針の針圧不足、チップの電極パッド面における異物の付着、チップの電極パッド面における自然酸化膜の形成等によって、プローブ針と電極パッドとの間の接触抵抗が大きくなり、これに起因して精度よく測定が行われないことがあると、良品歩留を低下、また逆に不良品を良品と判定してしまうという問題がある。
【０００９】
このような問題を解決する従来技術がいくつか提案されている。従来技術の一つに、プローブ針の針圧不足による検査不良の対策として、電気的特性の測定結果に不良が発生した場合、針圧を自動で増加させて再測定し、電気的特性が良好であれば、増加させた針圧で測定を継続し、電気的特性が再度不良であれば、針圧を元に戻して次のチップの測定に移行するという半導体ウエハ検査方法が提案されている（特許文献１参照）。
【００１０】
また他の従来技術では、電気的特性の不良チップが連続して規定数発生すると、再度１つ前の良品チップまで戻り、再度測定を繰返す方法が提案されている（特許文献２参照）。
【００１１】
さらに他の従来技術では、パッケージされた半導体デバイスの検査を実施するハンドラにおいて、半導体デバイスの電極とハンドラのコンタクトピンとの間の接触抵抗を測定する試験を行い、１回目と２回目との各試験結果を比較し、比較結果が不一致のときには、指定回数まで再試験動作を実施する半導体試験装置（特許文献３参照）、また被検査物の特性不良の原因が、被検査物の電極とハンドラのコンタクトピンとの接触抵抗にある場合のみ接触動作を行い、再測定を行う検査装置が提案されている（特許文献４参照）。
【００１２】
しかしながら、従来技術に開示される検査方法では、以下のような問題がある。まず、第１の問題は、１回目のテストで測定値が、チップの良品としての判定基準値を満たしている場合、良品と判定してしまうことである。プローブ針とチップの電極パッドとの接触抵抗は、通常 ０．１Ω〜数Ω程度であるけれども、接触抵抗が大きくなると、１０Ωを超えることもある。チップの良品としての判定基準値が数Ω〜数十Ωである場合、チップがショート状態（導通抵抗が０Ω）の不良であるにも関わらず、酸化膜等の接触抵抗により測定値が前記の判定基準内となり、良品と判定されてしまうことがある。
【００１３】
また直接抵抗値として表れない測定項目の場合であっても、接触抵抗に起因する電圧低下等によって測定条件が変動し、測定値が判定基準値に近い方向にシフトすることもある。このように、プローブ針とチップの電極パッドとの接触抵抗が大きい場合、良品チップが不良と判定されることがあり、また本来不良のチップが良品と判定されることもある。
【００１４】
第２の問題は、従来技術に開示される接触不良に対する対策のほとんどが、プローブ針による接触動作の繰返し、またはプローブ針圧に関することである。接触不良の原因は、針圧不足、電極パッドの自然酸化膜の付着、表面保護膜の残存、電極パッド表面の変質、異物の付着等さまざまであり、チップを製造したプロセスによってもその内容が異なる。したがって、接触動作の繰返しで接触抵抗が改善されることもあるけれども、接触動作の繰返しだけでは改善できないことも多々ある。
【００１５】
【特許文献１】特開平８−３２７６９０号公報
【特許文献２】特開平２−１４５３８号公報
【特許文献３】実開平５−９２７６２号公報
【特許文献４】特開平８−２２０１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、チップとプローブ針との接触抵抗に起因する誤判定を防止し、チップの良または不良の判定精度を向上することのできる半導体ウエハの検査方法および検査装置を提供することである。
【００１７】
なお、本発明は、電極パッドが小さいＩＣ（Integrated Circuit）チップまたは小信号用チップに関するものであり、電力用チップ等の電極が大きいチップで採用されている複
数本のプローブ針によるケルビン接続はできないチップに関するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、半導体ウエハに形成されるチップにプローブ針を複数回接触させることによって、チップの電気的特性を測定し、その良否を判定する半導体ウエハの検査方法において、
１つのチップに対してプローブ針を接触させるごとに電気的特性を測定し、予め定める回数だけプローブ針の接触による電気的特性の測定を繰返し行うステップと、
複数回測定した電気的特性同士を比較するステップと、
複数回測定した電気的特性のうち最新の測定結果である電気的特性を所定基準と比較するステップと、
電気的特性同士を比較した結果得られる差が予め定める許容範囲内であり、かつ電気的特性が予め定める所定基準を満足するとき、チップが良品であると判定するステップと、
電気的特性が所定基準を満足しないとき所定処理を行うステップと、
所定処理を行った後、チップに対してプローブ針を接触させて電気的特性を測定するステップとを含むことを特徴とする半導体ウエハの検査方法である。
【００１９】
また本発明は、複数回測定した電気的特性同士を比較した結果得られる差が、予め定める許容範囲外であるとき、
再度チップに対してプローブ針を接触させて電気的特性を測定するステップと、
電気的特性の今回測定結果と前回測定結果とを比較するステップとを行うことを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、再度チップに対してプローブ針を接触させて電気的特性を測定するステップと、
電気的特性の今回測定結果と前回測定結果とを比較するステップとの繰返しを、予め定める回数実行し、電気的特性の今回測定結果と前回測定結果とを比較した結果得られる差が、予め定める許容範囲外であるとき、チップを不良と判定することを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、所定処理が、
チップに対して電圧を印加する処理または電流を流す処理であることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、所定処理が、
半導体ウエハに対して空気を吹付ける処理であることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、所定処理が、
プローブ針の針先を研磨する処理であることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、プローブ針の針先を研磨する処理は、
１度実行された後、プローブ針をチップに接触させて電気的特性を測定する回数が予め定める回数に達するまで実行されないことを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、所定処理が、
チップに対して電圧を印加する処理または電流を流す処理と、半導体ウエハに対して空気を吹付ける処理と、プローブ針の針先を研磨する処理とであり、
所定処理を行った後に測定した電気的特性と所定基準とを比較するステップとをさらに含み、
電気的特性が所定基準を満足しないとき、チップを不良と判定することを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、電気的特性が所定基準を満足しないとき所定処理を行うステップは、
満足されない所定基準が、接触抵抗に起因する項目に関して定められる基準であるときにのみ実行されることを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、チップを不良と連続して判定する回数が、予め定める規定回数以上であるとき、警報を発するステップを含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明は、半導体ウエハに形成されるチップにプローブ針を複数回接触させることによって、チップの電気的特性を測定し、その良否を判定する半導体ウエハの検査装置において、
チップに接触させるプローブ針を備え、チップの電気的特性を測定する測定手段と、
測定手段によって測定される電気的特性および電気的特性に関して予め定める所定基準を記憶する特性記憶手段と、
測定される電気的特性と特性記憶手段に記憶されている電気的特性とを比較または特性記憶手段に記憶されている電気的特性同士を比較するとともに、測定される電気的特性または特性記憶手段に記憶されている電気的特性と特性記憶手段に記憶される所定基準とを比較する特性比較手段と、
プローブ針をチップに接触させて電気的特性を測定した回数および電気的特性と所定基準とを比較した回数を計数し、予め定められる回数と比較する測定回数計数手段と、
半導体ウエハを載置し、半導体ウエハを少なくともプローブ針に対して近接離反する方向に移動するウエハ移動手段と、
半導体ウエハに空気を吹付ける空気吹付手段と、
プローブ針の針先を研磨する針先研磨手段と、
チップに電圧を印加または電流を通電する電力供給手段と、
特性比較手段の比較結果の出力に応答し、チップの良／不良を判定するとともに、測定手段、ウエハ移動手段、空気吹付手段、針先研磨手段、電力供給手段の動作を制御する制御手段と、
制御手段によるチップの良／不良の判定回数を計数するとともに、連続して不良判定される回数を予め定められる規定回数と比較する判定回数計数手段と、
判定回数計数手段による不良判定連続回数が規定回数以上であることの出力に応答し、警報を発生する警報発生手段とを含むことを特徴とする半導体ウエハ検査装置である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、複数回測定した電気的特性たとえば接触抵抗同士を比較し、さらに複数回測定した接触抵抗のうち最新の測定データを所定基準と比較して、チップの良または不良を判定する。このように測定された接触抵抗に問題がないことを確認してチップの品質判定を行うので、判定精度を向上することができる。
【００３０】
また本発明によれば、複数回測定した電気的特性同士を比較した結果が、予め定める許容範囲外であるとき、再度チップに対してプローブ針を接触させて電気的特性を測定し、電気的特性の今回測定結果と前回測定結果とを比較する。このように電気的特性を繰返し測定し、かつその測定結果同士を比較するので、電気的特性がたとえば接触抵抗であるとき、チップの品質判定に関して接触抵抗に問題があるか否かについて正確な判断をすることができる。
【００３１】
また本発明によれば、再度チップに対してプローブ針を接触させて電気的特性を測定し、電気的特性の今回測定結果と前回測定結果とを比較することを、予め定める回数だけ繰返し実行し、電気的特性の今回測定結果と前回測定結果とを比較した結果得られる差が、予め定める許容範囲外であるとき、チップを不良と判定する。このように繰返し電気的特性を測定し、測定結果同士を比較し、比較した結果の差異が予め定める許容範囲外であるときに初めて不良と判定するので、チップ品質の判定精度を高めることができる。
【００３２】
また本発明によれば、測定された電気的特性が所定基準を満足しないときに行われる所定処理が、チップに対して電圧を印加する処理または電流を流す処理、半導体ウエハに対して空気を吹付ける処理、プローブ針の針先を研磨する処理のうちから選択される１つ以上の処理である。このように、電気的特性がたとえば接触抵抗であるとき、プローブ針の接触動作の繰返しのみでは改善されない接触不良についても、上記の所定処理を行うことによって改善を実施し、接触不良が原因で不良と判定することを防止できる。
【００３３】
また本発明によれば、プローブ針の針先を研磨する処理は、１度実行された後、プローブ針をチップに接触させて電気的特性を測定する回数が予め定める回数に達するまで実行されないようにする。プローブ針は、通常の検査においても、予め定める測定間隔に応じて研磨処理されている。したがって、測定された電気的特性が所定基準を満足しないという結果が得られるごとに、プローブ針の研磨を行うと、予め定める測定間隔ごとの研磨処理と重なり、過度の研磨によるプローブ針の磨耗を惹起することになるので、研磨の機会を規制することが、プローブ針の寿命の観点から好ましい。
【００３４】
また本発明によれば、測定された電気的特性が所定基準を満足しないとき、チップに対して電圧を印加する処理または電流を流す処理、半導体ウエハに対して空気を吹付ける処理、プローブ針の針先を研磨する処理のすべてを実行し、それでもなお電気的特性が所定基準を満足しないとき、チップを不良と判定する。このように、所定処理をすべて実行した上でチップ品質を判定するので、チップ品質の誤判定が防止される。
【００３５】
また本発明によれば、所定処理は、満足されない所定基準が、接触抵抗に起因する項目に関して定められる基準であるときにのみ実行される。このように、接触抵抗に関する所定基準が満足されない場合にのみその改善策が実行されるので、改善策実行後の電気的特性を再度測定することによって、接触抵抗に問題があるのか否かについて明確な判断をすることが可能になる。
【００３６】
また本発明によれば、所定処理を実行した後に電気的特性を測定しても連続して不良と判定され、その判定回数が規定回数以上である場合、警報が発せられる。このように警報を発することによって、検査作業者は、チップの品質以外に問題のあることを予測することができるので、たとえば検査を中断し、問題解決の対応をとることが可能になる。
【００３７】
本発明によれば、チップの品質検査においてチップとプローブ針との接触抵抗に起因する良品／不良品の誤判定を防止し、テスト精度の向上と、歩留向上を実現することのできる半導体ウエハの検査装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１は、本発明の実施の一形態である半導体ウエハの検査装置１の構成を簡略化して示すブロック図である。半導体ウエハの検査装置１（以後、単に検査装置１と略称する）は、半導体ウエハ４に形成されるチップにプローブ針５を複数回接触させることによって、チップの電気的特性を測定し、その良否を判定することに用いられる。
【００３９】
検査装置１は、大略ウエハプローバ２と、半導体テスタ３とを含んで構成される。ウエハプローバ２は、半導体ウエハ４に形成されるチップの電気的特性の測定検出部であり、半導体テスタ３は、電気的特性の測定データの記憶および処理に係る処理回路部および電源回路部である。
【００４０】
ウエハプローバ２は、チップに接触させるプローブ針５を備え、チップの電気的特性を測定する測定手段であるプローブカード６と、半導体ウエハ４を載置し、半導体ウエハ４
を少なくともプローブ針５に対して近接離反する方向である矢符７方向に移動するウエハ移動手段８と、半導体ウエハ４に空気を吹付ける空気吹付手段であるエアーブロー装置９と、プローブ針５の針先を研磨する針先研磨手段である針先研磨装置１０と、ウエハ移動手段８、エアーブロー装置９、針先研磨装置１０の動作を制御する制御手段であるプローバ制御回路１１とを含んで構成される。
【００４１】
プローブ針５を備えるプローブカード６には、公知のものを用いることができる。プローブカード６は、ウエハプローバ２の本体部分に装着され、その装着位置、より正確にはプローブカード６に備わるプローブ針５の装着位置は、予めプローバ制御回路１１の記憶部に記憶される。このプローブカード６は、信号ケーブル１４によって半導体テスタ３に接続される。
【００４２】
ウエハ移動手段８は、測定対象である半導体ウエハ４を、たとえば真空吸引などによって吸着保持し、Ｘ−Ｙ−Ｚの３軸方向かつＺ軸まわりの周方向であるθ方向に移動可能に構成されるウエハステージ１２と、ウエハステージ１２をＸ−Ｙ−Ｚ軸方向およびθ方向に駆動させるウエハステージ駆動機構１３とを含む。
【００４３】
ウエハステージ１２には、不図示のたとえばＣＣＤカメラと画像認識回路とからなるウエハ位置検出手段が設けられ、ウエハ位置検出手段の検出したウエハ位置信号がプローバ制御回路１１に与えられる。なお、ウエハのＺ方向の位置は、たとえば静電センサなどによって検出される。
【００４４】
プローバ制御回路１１は、たとえば大規模集積回路（略称ＬＳＩ）などからなる処理および記憶回路であり、制御ケーブル１５によって、半導体テスタ３に接続される。プローバ制御回路１１は、ウエハ位置検出手段から与えられるウエハ位置信号と、予め与えられるプローブ針５の位置とに基づいて、ウエハステージ駆動機構１３に動作指令を出力し、プローブ針５と半導体ウエハ４上のチップとの位置合わせをするとともに、半導体ウエハ４がプローブ針５に近接離反するように、ウエハステージ１２を移動させる。
【００４５】
エアーブロー装置９は、たとえばエアーコンプレッサと、コンプレッサ電源制御部と、エアーコンプレッサに一端部が接続されるエアー配管と、エアー配管の他端部に接続されてウエハステージ１２に載置される半導体ウエハ４の近傍に配置されるエアーノズルとを含む。エアーブロー装置９のコンプレッサ電源制御部は、プローバ制御回路１１に接続される。エアーブロー装置９は、プローバ制御回路１１から出力される動作指令に従ってコンプレッサ電源制御部が動作し、エアーコンプレッサから空気をエアーノズルへ供給し、エアーノズルから半導体ウエハ４に対して空気を吹付け、半導体ウエハ４上の異物等を除去することができる。
【００４６】
針先研磨装置１０は、研磨板と研磨板が装着される研磨板ステージとを含んで構成される。研磨板は、平板部材上に公知の研磨素材、たとえばカーボランダムなどが結着剤によって固着されたものである。研磨板ステージは、Ｘ−Ｙ−Ｚの３軸方向に移動可能に構成され、ウエハステージ１２と同様にウエハステージ駆動機構１３によって駆動される。針先研磨装置１０は、研磨板ステージがウエハステージ１２の近傍に位置するように設けられる。プローバ制御回路１１から出力される動作指令に従い、研磨板を装着した研磨板ステージが、ウエハステージ駆動機構１３によって、プローブ針５の下に移動され、チップへの接触と同様にしてＺ方向に複数回往復移動される。このように、プローブ針５は、研磨板と接触、非接触を繰返すことによって、その針先を研磨することができる。
【００４７】
半導体テスタに３は、検査装置１全体の動作制御を実行する中央処理回路（略称ＣＰＵ）２１と、動作電力を供給する電源回路２２とを含む。ＣＰＵ２１には、さらに種々の回
路と警報発生手段２９とが接続され、ＣＰＵ２１が、種々の回路を介して検査装置１における検査動作を制御するとともに、警報発生手段２９の動作を制御して警報を発生させる。本実施の形態の半導体テスタ３では、以下の諸回路、テスト系回路２３、テストデータ保存回路２４、テストデータ比較回路２５、テスト回数カウント回路２６、外部制御系回路２７、テスト結果カウント回路２８が、ＣＰＵ２１に接続される。
【００４８】
テスト系回路２３は、たとえばＬＳＩなどで構成され、その記憶部にはプローブカード６を動作させてチップの電気的特性を測定するための動作プログラムが予めストアされている。テスト系回路２３は、信号ケーブル１４によってプローブカード６に接続され、ＣＰＵ２１からの動作指令に従い、プローブカード６を動作させる信号を、信号ケーブル１４を介してプローブカード６へ伝送し、プローブカード６によるチップの電気的特性の測定を実行するとともに、電気的特性の測定結果を、信号ケーブル１４を介して受取る。
【００４９】
テストデータ保存回路２４は、たとえばランダムアクセスメモリ（略称ＲＡＭ）などによって構成され、プローブカード６によって測定されてテスト系回路２３が受取ったチップの電気的特性を記憶する特性記憶手段である。またこの特性記憶手段であるテストデータ保存回路２４には、電気的特性の所定基準が予め記憶される。なお電気的特性の所定基準とは、たとえば接触抵抗値の範囲であり、一例を挙げると０．１Ω〜３Ωなどの範囲である。またテストデータ保存回路２４には、電気的特性同士を比較した結果得られる差の許容範囲が予めストアされる。たとえば電気的特性が接触抵抗であるとき、第１の接触抵抗値Ｒ１と、第２の接触抵抗値Ｒ２との比較結果である両接触抵抗値の差ΔＲ（＝Ｒ２−Ｒ１）に対する許容範囲Ｒｓがストアされる。
【００５０】
テストデータ比較回路２５は、たとえばＬＳＩなどで構成される演算処理回路であり、プローブカード６によって測定される電気的特性とテストデータ保存回路２４に記憶されている電気的特性とを比較し、測定される電気的特性とテストデータ保存回路２４に予め記憶されている前記所定基準とを比較する特性比較手段である。なお、テストデータ比較回路２５が比較に用いる電気的特性は、測定されたものに限定されることなく、測定された電気的特性が、一旦テストデータ保存回路２４に保存されたうえで、読出されて比較に用いられてもよい。
【００５１】
テストデータ比較回路２５による演算処理を詳述すると、プローブカード６によって測定される電気的特性とテストデータ保存回路２４に記憶されている電気的特性との差を演算し、さらに得られた差とテストデータ保存回路２４に予めストアされている許容範囲の最大値および最小値との差を演算し、許容範囲内であるか否かを判断する。またテストデータ比較回路２５は、電気的特性とテストデータ保存回路２４に予め記憶される所定基準の最大値および最小値との差を演算し、許容範囲内であるか否かを判断する。これらのテストデータ比較回路２５による比較結果、すなわち演算結果は、ＣＰＵ２１に与えられる。
【００５２】
テスト回数カウント回路２６は、記憶部を備える演算回路であり、プローブ針５をチップに接触させて電気的特性を測定した回数および電気的特性と所定基準とを比較した回数を計数し、予め定められる回数と比較する測定回数計数手段である。電気的特性を測定した回数は、テスト系回路２３からテスト回数カウント回路２６に与えられ、電気的特性と所定基準とを比較した回数はテストデータ比較回路２５からテスト回数カウント回路２６に与えられる。
【００５３】
外部制御系回路２７は、たとえばＬＳＩからなる処理回路であり、プローバ制御回路１１と制御ケーブル１５によって接続され、ＣＰＵ２１の動作指令に従って、ウエハプローバ２の動作制御に係る動作指令をプローバ制御回路１１へ与える処理を実行する。
【００５４】
テスト結果カウント回路２８は、演算処理回路であり、判定回数計数手段を構成する。
テスト結果カウント回路２８は、ＣＰＵ２１により行われるチップの良／不良の判定回数を計数し、チップが連続して不良と判定されるとき、該連続不良判定回数を予め定められる規定回数と比較し、連続不良判定回数が規定回数以上であるか否かの判断結果をＣＰＵ２１へ出力する。
【００５５】
電源回路２２は、たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路などによって実現される変圧回路であり、不図示の商用電源に接続され、商用電源を所望の電圧値に変圧して、ＣＰＵ２１を初め諸回路および警報発生手段２９へ電力供給する。また電源回路２２は、テスト系回路２３、信号ケーブル１４およびプローブカード６を介して半導体ウエハ４のチップに電圧を印加または電流を通電する電力供給手段を構成する。
【００５６】
警報発生手段２９は、たとえば圧電素子などによって構成される。圧電素子は、ＣＰＵ２１による動作指令に従い、電源回路２２によって印加される電圧変動に伴って振動する。この振動が、空気の波動を惹起するので音として感知され、警報音となる。警報発生手段２９は、圧電素子に限定されることなく、たとえばエレクトロルミネッセンスなどからなり、警報ランプとして機能するものであってもよい。
【００５７】
ＣＰＵ２１は、チップの良または不良を判定する判定手段であり、テストデータ比較回路２５からの出力に応答し、電気的特性同士を比較した結果得られる差が予め定める許容範囲内であり、かつ電気的特性が予め定める所定基準を満足するとき、チップ品質が良と判定し、所定回数だけ電気的特性の測定を繰返しても電気的特性同士の差が予め定める許容範囲内にならないとき、または所定処理を行っても電気的特性が所定基準を満足しないとき、チップ品質が不良と判定する。
【００５８】
またＣＰＵ２１は、チップの品質が規定回数以上連続して不良と判定するとき、電源回路２２に動作指令を出力し、警報発生手段２９を動作させて警報音を発生させる。さらにＣＰＵ２１は、テスト系回路２３および外部制御系回路２７を介して、ウエハプローバ２に備わるプローブカード６、ウエハ移動手段８、エアーブロー装置９、針先研磨装置１０の動作も制御する。
【００５９】
なお、本実施の形態では、検査装置１の半導体テスタ３は、ＣＰＵ２１に諸回路が接続されて構成されるけれども、これに限定されることなく、諸回路の動作をＣＰＵのプログラム上で実行させる形態とし、ＣＰＵの他にテスト系回路、外部制御系回路および電源回路を備える構成であってもよい。
【００６０】
図２は、本発明の一実施態様である半導体ウエハの検査方法を説明するフローチャートである。以下図２を参照して半導体ウエハの検査方法について説明する。
【００６１】
ステップｓ０のスタートでは、ウエハステージ１２上に検査対象である半導体ウエハ４が載置され、検査作業者によって、不図示の装置操作盤に備えられる装置電源スイッチおよび検査動作開始スイッチがオンにされる。検査動作開始スイッチがオンにされることによって、ＣＰＵ２１は、予め記憶部にストアされている動作プログラムに従って検査動作を実行するべく検査開始信号を諸回路に伝送する。ＣＰＵ２１から出力された動作指令は、外部制御系回路２７に伝送され、さらに外部制御系回路２７はプローバ制御回路１１に対して動作指令を出力し、プローバ制御回路１１が、ウエハステージ駆動機構１３に動作指令を出力し、ウエハステージ１２を駆動させて、半導体ウエハ４のチップとプローブ針５との位置合わせを行う。
【００６２】
ステップｓ１では、プローバ制御回路１１からの動作指令に従って、ウエハステージ駆動機構１３がウエハステージ１２をプローブ針５へ近接する方向へ駆動し、プローブ針５と半導体ウエハ４のチップとを接触させる。このように、ウエハステージ１２をプローブ針５へ近接する方向へ駆動させることによって、プローブ針５とチップとが接触するので、以後、この動作を便宜上接触動作と呼ぶ。ステップｓ２では、チップに接触したプローブ針５によって、チップの電気的特性、たとえば接触抵抗、電気増幅率などの測定が行われる。測定された電気的特性のデータは、信号ケーブル１４を介してテスト系回路２３へ送られ、さらにテスト系回路２３からテストデータ保存回路２４へ送られて、テストデータ保存回路２４に記憶される。この測定の動作指令は、ＣＰＵ２１からの動作指令の出力に従ってテスト系回路２３が出力する。電気的特性の測定動作は同一の動作指令系統によって実行されるので、以下の測定動作ステップでは、動作指令系統の説明を省略することがある。
【００６３】
ステップｓ３では、プローバ制御回路１１からの動作指令に従って、ウエハステージ駆動機構１３がウエハステージ１２をプローブ針５から離反する方向へ駆動し、プローブ針５とチップとの接触を解除する。このように、ウエハステージ１２をプローブ針５から離反する方向へ駆動させることによって、プローブ針５とチップとの接触が解除されて、プローブ針５とチップとが非接触になるので、以後、この動作を便宜上非接触動作と呼ぶ。ステップｓ４では、再び接触動作が実行されて、プローブ針５とチップとが接触される。ステップｓ５では、再び電気的特性の測定動作が実行され、測定された電気的特性のデータは、テストデータ保存回路２４にストアされる。
【００６４】
ステップｓ６では、テストデータ比較回路２５が、テストデータ保存回路２４から、２回測定した電気的特性データと、電気的特性同士を比較した結果得られる差の許容範囲とを読出し、電気的特性データ同士の差を演算し、さらにその差と許容範囲の上下限値との差を演算し、２つの電気的特性の測定データが同じであるか否かを判定する。なお、電気的特性データ同士の差が、許容範囲の上限値以下であり、かつ下限値以上の範囲にあるとき同じと判定する。２つの電気的特性の測定データが同じであるとき、ステップｓ７へ進み、２つの電気的特性の測定データが同じでないとき、ステップｓ１１へ進む。
【００６５】
まず２つの電気的特性の測定データが同じでないときについて説明する。ステップｓ１１では、テスト回数カウント回路２６によって、電気的特性の測定繰返し回数が５回以上であるか否かが判定される。測定回数が５回未満のときステップｓ３へ戻り、測定回数が５回以上のときステップｓ２６へスキップする。なお、ここまでの説明における現況では、測定繰返し数が２回なので、ステップｓ３へ戻ることになる。
【００６６】
ステップｓ３〜ｓ５を実行し、再度ステップｓ６へ進んだとき、ステップｓ６では、テストデータ比較回路２５が、テストデータ保存回路２４にストアされている最新の２回分のデータである今回測定データと前回測定データとを比較する。すなわち前述と同様にして演算処理し、今回測定データと前回測定データとが同じであるか否かを判定する。２回分の測定データの比較を５回繰返しても両データが同じと判定されず、電気的特性が測定の都度変化しているとき、ステップｓ２６へスキップし、ＣＰＵ２１がチップを不良と判定する。
【００６７】
ステップｓ７では、２つの電気的特性の測定データが同じであることから、接触抵抗が小さく正常な状態と判断し、最新すなわち今回の測定データによって、電気的特性が所定基準を満足するか否かを判定する。この判定は、テストデータ比較回路２５が、テストデータ保存回路２４から今回の測定データと所定基準とを読出し、演算処理することによって行う。電気的特性の測定データが所定基準を満足するとき、ステップｓ８へ進む。ステップｓ８では、ＣＰＵ２１が、テストデータ比較回路２５の比較結果の出力を受けてチッ
プが良品であるとの判定を行い、該判定結果を諸回路へ出力し、ステップｓ９へ進む。
【００６８】
電気的特性の測定データが所定基準を満足しないとき、ステップｓ１２へ進む。ステップｓ１２では、所定基準を満足しない電気的特性が接触抵抗に係る項目であるか否かが、判断される。この判断は、たとえばテストデータ保存回路２４に予め記憶する所定基準の項目のうち、接触抵抗に係る項目にデータマーカを付しておき、テストデータ比較回路２５が、電気的特性の測定データと比較するべくテストデータ保存回路２４から読出す所定基準の項目にデータマーカが検出されるか否かによって、行うことができる。所定基準の項目が、接触抵抗に係るものではないとき、ステップｓ１３に進む。ステップｓ１３では、ＣＰＵ２１が、テストデータ比較回路２５の判定結果の出力を受けて、チップが接触抵抗起因以外の不良品であるとの判定を行い、該判定結果を諸回路へ出力し、ステップｓ９へ進む。
【００６９】
所定基準の項目が、接触抵抗に係るものであるとき、ステップｓ１４に進む。ステップｓ１４では、テスト回数カウント回路２６によって、電気的特性の測定データが所定基準を満足しないという判定のなされたのが１回目であるか否かが判断される。１回目であると判断されるとき、ステップｓ１５へ進む。ステップｓ１５では、所定処理の１つであるチップに対して電圧を印加する処理または電流を流す処理が行われる。この処理は、テスト回数カウント回路２６の出力に応答し、ＣＰＵ２１が、電源回路２２およびテスト系回路２３に対して動作指令を出力することによって実行される。
【００７０】
このチップに対して電圧を印加する処理または電流を流す処理では、電気的特性を測定する場合の条件よりは大きく、チップに悪影響を与えない程度の電流の通電または電圧を印加する。この処理の目的は、自然酸化膜または残存する保護膜などの薄膜を電圧または電流で貫通させる（薄膜の絶縁破壊）ことによって、接触抵抗の改善を図ることである。なお印加する電圧または通電する電流は、測定するチップの端子間の耐圧、内部抵抗により異なり、またすべての端子に印加できるとも限らない。この所定処理後、ステップｓ２５へ進み、電気的特性の測定動作が実行されてステップｓ７へ戻る。
【００７１】
ステップｓ７では、再び測定データが所定基準を満足するか否かが判定され、ステップｓ１２およびステップｓ１４のルートをたどるとき、ステップｓ１４では、所定基準を満足しないという判定が１回目ではないので、ステップｓ１６へ進む。ステップｓ１６では、テスト回数カウント回路２６によって、判定のなされたのが２回目であるか否かが判断される。２回目であると判断されるとき、ステップｓ１７へ進む。ステップｓ１７では、非接触動作が実行され、ステップｓ１８へ進む。ステップｓ１８では、もう１つの所定処理である半導体ウエハ４に対する空気吹付処理が行われる。この処理は、テスト回数カウント回路２６の出力に応答し、ＣＰＵ２１が、外部制御系回路２７およびプローバ制御回路１１に対して動作指令を出力することによって実行される。所定処理後、ステップｓ１９へ進んで接触動作が行われ、さらにステップｓ２５へ進み、電気的特性の測定動作が実行されてステップｓ７へ戻る。
【００７２】
ステップｓ７では、さらに測定データが所定基準を満足するか否かが判定され、ステップｓ１２、ステップｓ１４、ステップｓ１６のルートをたどるとき、ステップｓ１６では、所定基準を満足しないという判定が２回目ではないので、ステップｓ２０へ進む。ステップｓ２０では、テスト回数カウント回路２６によって、判定のなされたのが３回目であるか否かが判断される。３回目であると判断されるとき、ステップｓ２１へ進む。
【００７３】
ステップｓ２１では、前回プローブ針５の針先研磨を実行したときから、予め定める回数（規定回数）だけ測定動作が実行されたか否かが判断される。この判断は、テスト回数カウント回路２６が、予め与えられる規定回数と、測定動作の実行回数とを比較すること
によって行うことができる。判断結果が肯定であるときステップｓ２２へ進み、判断結果が否定であるとき、チップを不良品と判定するステップｓ２６へ進む。
【００７４】
本実施の態様のフローにおいて、ステップｓ２１を設ける理由について以下に説明する。プローブ針５の針先研磨は、通常の検査作業においても、たとえば数百チップの測定ごとに１回の割合で実施されている。したがって、針先を頻繁に研磨しても無意味なこともあり、また針先研磨によるプローブ針５の磨耗を防止するために、フローで針先研磨を行うべきステップに至っても、前回の研磨の実行からチップとプローブ針５との接触回数、すなわちチップの測定回数が規定の回数、たとえば５０回に達していない場合、研磨を行わずにチップの不良判定を行うことにした。
【００７５】
ステップｓ２２では、非接触動作が実行され、ステップｓ２３へ進む。ステップｓ２３では、さらにもう１つの所定処理であるプローブ針５の針先研磨処理が行われる。この処理は、テスト回数カウント回路２６の出力に応答し、ＣＰＵ２１が、外部制御系回路２７およびプローバ制御回路１１に対して動作指令を出力することによって実行される。所定処理後、ステップｓ２４へ進んで接触動作が行われ、さらにステップｓ２５へ進み、電気的特性の測定動作が実行されてステップｓ７へ戻る。
【００７６】
ステップｓ７では、さらに測定データが所定基準を満足するか否かが判定され、ステップｓ１２、ステップｓ１４、ステップｓ１６、ステップｓ２０のルートをたどるとき、ステップｓ２０では、所定基準を満足しないという判定が３回目ではないので、ステップｓ２６へ進む。このステップｓ２６へは、先のステップｓ１１における判断結果が肯定の場合およびステップｓ２１における判断結果が否定の場合も進む。ステップｓ２６では、テスト回数カウント回路２６の出力に応答し、ＣＰＵ２１は、チップの品質が不良の判定を行い、判定結果を諸回路へ出力する。
【００７７】
ステップｓ２７では、ＣＰＵ２１の判定結果の出力に応答し、テスト結果カウント回路２８は、チップを不良と連続して判定した回数が、予め定める規定回数以上であるか否かを判断する。不良と連続して判定された回数が、規定回数以上であるときステップｓ２８へ進み、規定回数未満であるときステップｓ９へ進む。ステップｓ２８では、テスト結果カウント回路２８の出力に応答し、ＣＰＵ２１が電源回路２２に動作指令を出力し、警報発生手段２９に電力供給して動作させ、警報音を発生させる。
【００７８】
ステップｓ９では、ＣＰＵ２１が、ステップｓ８におけるチップの良品判定結果、ステップｓ１３におけるチップの不良品判定結果、またはテスト結果カウント回路２８によるチップの連続不良判定回数が規定回数未満の判断出力に応答し、外部制御系回路２７およびプローバ制御回路１１へ動作指令を出力し、非接触動作を実行させる。ステップｓ１０では、プローバ制御回路１１が、ウエハ移動手段８を動作制御して半導体ウエハ４を移動させ、次の測定対象となるチップとプローブ針５との位置合わせを行い、ステップｓ１以降の動作を繰返す。
【００７９】
半導体ウエハ４上のすべてのチップの測定が行われた場合、一連の検査動作が終了され、ウエハステージ１２上の半導体ウエハ４が交換された後、ステップｓ０からの動作が実行される。
【００８０】
なお、ステップｓ２８において警報が発せられる場合、接触抵抗に起因するチップの不良が連続して規定回数以上発生していることになるので、不良の原因が、真にチップ側の接触抵抗のみにあるのではなく、装置側に原因の存在する可能性が考えられる。このような場合、たとえば針圧不足、ブローブ針の破損、接続ケーブルの断線などを点検し、不備な点について対策を施した後、検査を再開する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の一形態である半導体ウエハの検査装置１の構成を簡略化して示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施態様である半導体ウエハの検査方法を説明するフローチャートである。
【図３】典型的な半導体ウエハ検査装置による従来の半導体ウエハ検査方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１  半導体ウエハの検査装置
２  ウエハプローバ
３  半導体テスタ
４  半導体ウエハ
５  プローブ針
６  プローブカード
８  ウエハ移動手段
９  エアーブロー装置
１０  針先研磨装置
１１  プローバ制御回路
１２  ウエハステージ
１３  ウエハステージ駆動機構
２１  ＣＰＵ
２２  電源回路
２３  テスト系回路
２４  テストデータ保存回路
２５  テストデータ比較回路
２６  テスト回数カウント回路
２７  外部制御系回路
２８  テスト結果カウント回路
２９  警報発生手段
【図１】
2005286050.tif 000003
【図２】
2005286050.tif 000004
【図３】
2005286050.tif 000005