(57)【要約】【課題】ウエハ検査の際のボンディングパッド内でのプローブ針の位置精度を向上するとともに、チップサイズを低減することを目的とする。【解決手段】外部接続用のボンディングパッドを表面に有した複数の半導体集積回路装置が形成された半導体ウエハにおいて、ボンディングパッドあるいはそれとは別個に設けた検査用のパッドである位置合わせ用パッド４Ａの下に、圧力によって特性が変動するトランジスタなどの圧力検知素子９が好ましくはアレイ状に配置され、これら複数の圧力検知素子９の特性の変動を個別に測定するための回路部が設けられる。これにより、パッド４Ａ内でのプローブ針６の接触位置を容易に精度よく検出することが可能になり、半導体集積回路装置に対するプローブカードの位置合わせを適正に行える。【選択図】図２
2007214392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部接続用のパッドを表面に有した複数の半導体集積回路装置が形成された半導体ウエハにおいて、前記外部接続用のパッドあるいはそれとは別個に設けた検査用のパッドの下に、圧力によって特性が変動する圧力検知素子が配置され、前記圧力検知素子の特性の変動を個別に測定するための回路部が設けられた半導体ウエハ。
【請求項２】
圧力検知素子がアレイ状に配置された請求項１記載の半導体ウエハ。
【請求項３】
圧力検知素子がトランジスタである請求項１記載の半導体ウエハ。
【請求項４】
回路部は、いずれかの圧力検知素子を選択するデコード回路を有している請求項１記載の半導体ウエハ。
【請求項５】
検査用のパッドと回路部の入出力用のパッドとの内の少なくとも一方は、半導体集積回路装置を個片化するためのスクライブレーンに配置されている請求項１記載の半導体ウエハ。
【請求項６】
請求項１記載の半導体ウエハ上の半導体集積回路装置をプローブカードを用いて検査するウエハプローブ方法であって、前記半導体集積回路装置上の圧力検知素子を備えたパッドとプローブカードのプローブ針とを接触させ、各圧力検知素子の特性の変動を個別に測定し、測定された特性の変動量より当該パッド内におけるプローブ針の接触位置を検出し、検出結果に基づいて前記半導体集積回路装置とプローブカードとを位置合わせするウエハプローブ方法。
【請求項７】
半導体集積回路装置上の圧力検知素子を備えたパッドに少なくとも２本のプローブ針が接触するように設計されたプローブカードを用い、前記半導体集積回路装置上の圧力検知素子を備えたパッドとプローブカードのプローブ針とを接触させ、各圧力検知素子の特性の変動を個別に測定し、測定された特性の変動量より当該パッド内における各プローブ針の接触位置を検出するとともに、各プローブ針の接触位置からプローブカードの回転を検出する請求項６記載のウエハプローブ方法。
【請求項８】
半導体集積回路装置上に圧力検知素子を備えたパッドが少なくとも２つ形成されているときには、前記半導体集積回路装置上の圧力検知素子を備えた各パッドとプローブカードの各プローブ針とを接触させ、各圧力検知素子の特性の変動を個別に測定し、測定された特性の変動量より各々のパッド内におけるプローブ針の接触位置を検出するとともに、各プローブ針の接触位置からプローブカードの回転を検出する請求項６記載のウエハプローブ方法。
【請求項９】
各圧力検知素子の特性の変動量よりプローブ針の針圧を判定し調整する請求項６〜請求項８のいずれかに記載のウエハプローブ方法。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体ウエハから個片化された半導体集積回路装置であって、外部接続用のパッドを表面に有し、前記外部接続用のパッドあるいはそれとは別個に設けられた検査用のパッドの下に、圧力によって特性が変動する圧力検知素子がアレイ状に配置された半導体集積回路装置。
【請求項１１】
請求項６記載のウエハプローブ方法を実施するように構成されたプローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハおよびウエハプローブ方法に関し、特にプローブカードを位置合せする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ上に形成した複数の半導体集積回路装置は、半導体ウエハの状態で、プローブ針が配列されたプローブカードを用いて、半導体集積回路装置ごとの電気的特性の検査を行っている。
【０００３】
従来の半導体ウエハの検査方法（ウエハプローブ方法）を説明する。
図１１（ａ）（ｂ）に示すように、半導体ウエハ１上には複数の半導体集積回路装置２が碁盤目状に形成され、各半導体集積回路装置２の外周側にスクライブレーン領域３が設けられており、各半導体集積回路装置２の主表面には、内部回路（図示せず）の配線と接続された複数のボンディングパッド４（入出力端子）が形成されている。
【０００４】
ウエハ検査の際には、検査対象の半導体集積回路装置２（複数でもよい）の上方にプローブカード５を、互いのボンディングパッド４とプローブ針６とが対向するように配置し、次いでボンディングパッド４とプローブ針６とを接触させ、その状態でプローブ針６を通じて半導体集積回路装置２に電気信号を入出力させて検査するということを、プローブカード５を矢印で示すように順次に相対移動させて行う。
【０００５】
なおその際には、たとえば図１２に示すように、検査対象の半導体集積回路装置２の表面に配置されている少なくとも１つのマーク７を画像認識により読み取り、プローブカード５との位置合わせを行っている。
【０００６】
他の位置合せ方法としては、図１３に示すように、半導体集積回路装置ごとに、ボンディングパッドよりも小さい所定の面積を有する３個の導通検出用パッド８Ａ，８Ｂ，８Ｃを互いに電気的に導通させて設けておき、３本のプローブ針６Ａ，６Ｂ，６Ｃが３個の導通検出用パッド８Ａ，８Ｂ，８Ｃに接触している場合は中央のプローブ針６Ｂから電気信号を観測し、その状態を適正位置とし、中央のプローブ針６Ｂが導通検出用パッド８Ｂから逸脱して電気信号が観測できない場合を不正位置とすることで、適正に位置合わせする方法が提案されている（特許文献１）。さらに他の位置合せ方法として、同一のボンディングパッドに金属配線を介して接続する２個のモニタパッドを設けておき、ボンディングパッドと一方のモニタパッドとの間に電流を供給し、ボンディングパッドと他方のモニタパッドとの間の電圧を測定して、プローブ針とボンディングパッドとの接触抵抗を求め、導通を確認する方法も提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平６−０４５４１９号公報
【特許文献２】特開平８−３３０３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した画像認識を用いる位置合せ方法では、ボンディングパッド４とプローブ針６とは間接的にアライメントされるので、またプローブ針６の位置はプローブカード５のプローバ装置本体への取付け精度にも依存するので、個々のボンディングパッド４内でのプローブ針６の位置精度が十分でなかった。
【０００８】
３個の導通検出用パッド８Ａ，８Ｂ，８Ｃを利用する方法では、中央の導通検出用パッド８Ｂはプローブ針６Ａ，６Ｂ，６Ｃの位置ばらつきより小さくすることはできず、またプローブ針６Ａ，６Ｂ，６Ｃの位置合せ精度を上げることはできず、したがって導通検出用パッド８Ａ，８Ｂ，８Ｃのサイズはプローブ針６Ａ，６Ｂ，６Ｃの位置ばらつきに依存する。その結果、導通検出用パッド３Ａ，３Ｂ，３Ｃが関連づけられるボンディングパッド４のサイズもプローブ針８Ａ，８Ｂ，８Ｃの位置ばらつきに依存することになり、このことが、近年の半導体集積回路のパターンの微細化は著しいにもかかわらずチップサイズを低減できない要因となっていた。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑み、ボンディングパッド内でのプローブ針の位置精度を向上するとともに、チップサイズを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の半導体ウエハは、外部接続用のパッドを表面に有した複数の半導体集積回路装置が形成された半導体ウエハにおいて、前記外部接続用のパッドあるいはそれとは別個に設けた検査用のパッドの下に、圧力によって特性が変動する圧力検知素子が配置され、前記圧力検知素子の特性の変動を個別に測定するための回路部が設けられたことを特徴とする。
【００１１】
圧力検知素子がアレイ状に配置されるのが好ましい。圧力検知素子としてトランジスタを用いることができる。回路部は、いずれかの圧力検知素子を選択するデコード回路を有したものとすることができる。検査用のパッドと回路部の入出力用のパッドとの内の少なくとも一方は、半導体集積回路装置を個片化するためのスクライブレーンに配置されているのが好ましい。
【００１２】
上記した半導体ウエハ上の半導体集積回路装置をプローブカードを用いて検査する際には、前記半導体集積回路装置上の圧力検知素子を備えたパッドとプローブカードのプローブ針とを接触させ、各圧力検知素子の特性の変動を個別に測定し、測定された特性の変動量より当該パッド内におけるプローブ針の接触位置を検出し、検出結果に基づいて前記半導体集積回路装置とプローブカードとを位置合わせすることができる。
【００１３】
半導体集積回路装置上の圧力検知素子を備えたパッドに少なくとも２本のプローブ針が接触するように設計されたプローブカードを用い、前記半導体集積回路装置上の圧力検知素子を備えたパッドとプローブカードのプローブ針とを接触させ、各圧力検知素子の特性の変動を個別に測定し、測定された特性の変動量より当該パッド内における各プローブ針の接触位置を検出するとともに、各プローブ針の接触位置からプローブカードの回転を検出するようにしてもよい。
【００１４】
半導体集積回路装置上に圧力検知素子を備えたパッドが少なくとも２つ形成されているときには、前記半導体集積回路装置上の圧力検知素子を備えた各パッドとプローブカードの各プローブ針とを接触させ、各圧力検知素子の特性の変動を個別に測定し、測定された特性の変動量より各々のパッド内におけるプローブ針の接触位置を検出するとともに、各プローブ針の接触位置からプローブカードの回転を検出するようにしてもよい。
【００１５】
各圧力検知素子の特性の変動量よりプローブ針の針圧を判定し、調整することもできる。
上記した半導体ウエハから個片化された半導体集積回路装置であって、外部接続用のパッドを表面に有し、前記外部接続用のパッドあるいはそれとは別個に設けられた検査用のパッドの下に、圧力によって特性が変動する圧力検知素子がアレイ状に配置された半導体集積回路装置も本発明の一部を構成する。
【００１６】
上記したウエハプローブ方法を実施するように構成されたプローブ装置も本発明の一部を構成する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体ウエハは、パッドの下に圧力検知素子を好ましくはアレイ状に配置し、各々の特性変動を個別に測定するための回路部を設けるという簡単な構成により、プローブ針が接触しているパッド内での位置を容易に精度よく検出することが可能となり、そのパッドが、外部接続用のパッドである場合はもちろん、検査用のパッドであっても当然に外部接続用のパッドと関係づけて配置されるので、プローブ針と外部接続用のパッドとの位置合せ精度を向上させることが可能となる。
【００１８】
各圧力検知素子の特性の変動量よりプローブ針の針圧を判定し、その調整を、プローブカードのドライブ量を制御することによって直接に行うこともできる。したがって、パッド上でのプローブ針のすべりをなくすことができ、それによりパッドサイズを縮小することが可能となり、さらにそれにより半導体集積回路装置のチップサイズを縮小することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態の半導体ウエハの一部を模式的に示した平面図である。
半導体ウエハ１上には複数の半導体集積回路装置２が碁盤目状に形成され、各半導体集積回路装置２の外周側にスクライブレーン領域３が設けられており、各半導体集積回路装置２の主表面の周縁部には、中央部に形成された内部回路（図示せず）の配線と接続された複数のボンディングパッド４が形成されている。
【００２０】
この半導体ウエハ１が従来のものと相違するのは、半導体集積回路装置２上のボンディングパッド４の内の１個が、プローブカード（上述した図１１参照）との位置合せの機能も担っている点である。以下、このボンディングパッド４を位置合わせ用パッド４Ａと呼ぶ。
【００２１】
位置合わせ用パッド４Ａの下には、図２に示すように、圧力によって電気的特性が変動する圧力検知素子９がアレイ状に配置されている。ここでは、位置合わせ用パッド４Ａは５０μｍ×５０μｍのサイズであり、その下に、ゲート幅２μｍ、ゲート長２μmのトランジスタがパッド外形に沿うＸ方向Ｙ方向に５行５列に各々１０μｍピッチで配置されている。説明を容易にするために、位置合わせ用パッド４Ａの外側にＸ方向Ｙ方向における位置番号を付し、プローブ針６をパッド表面に接触した状態で示している。
【００２２】
位置合わせ用パッド４Ａの下あるいは近傍には、図３に示すように、圧力検知素子９の特性変動を個別に測定するための回路部１０が設けられている。圧力検知素子９としてはトランジスタが形成されている。トランジスタ、なかでもＭＯＳトランジスタは、圧力によってその飽和電流値が変動すること、またゲート幅とゲート長が大きいほど圧力に対応して飽和電流値が大きく変動することが知られている。各トランジスタのゲート電極はデコード回路１１，ゲート端子１２に接続され、各トランジスタのドレイン電極はデコード回路１３，ドレイン端子１４に接続され、全てのトランジスタのソース電極は共通のソース端子１５に接続されている。デコード回路１１，１３は信号入力端子１６に接続されている。
【００２３】
そして、信号入力端子１６から入力される測定位置設定信号Ｓ１は、デコード回路１１によって、１個のトランジスタのゲートを選択し、ゲート端子１２にゲート電圧Ｖgを印加することを指令するとともに、デコード回路１３によって、１個のトランジスタのドレインを選択し、ドレイン端子１４にドレイン電圧Ｖdを印加することを指令する。
【００２４】
したがって、たとえば上記の図２に示したように位置合わせ用パッド４Ａにプローブ針６が接触した状態で、信号入力端子１６から測定位置設定信号Ｓ１が与えられると、圧力検知素子９としての各トランジスタの位置に相応する測定位置が順次に指定され、各測定位置のトランジスタでプローブ針６の針圧に応じたドレイン電流が流れ、ソース端子１５より測定信号Ｓ２として出力される。
【００２５】
図４は、上記の位置合わせ用パッド４Ａ内の図２に示した位置にプローブ針６が接触したときのドレイン電流の変動率を示す。位置（２，２）のドレイン電流の変動率は６％であるのに対し、それ以外の位置ではドレイン電流の変動はない。このことより、位置（２，２）を、プローブ針６が接触している位置として検出することができる。
【００２６】
このようにして、圧力検知素子９としてのトランジスタの特性の変動から、プローブ針６が位置合わせ用パッド４Ａ内のどの位置に接触しているのかを容易に検出することができる。そして検出結果に基づいて、半導体集積回路装置２とプローブカード５とが適正に対面するように位置合わせ（位置補正）することができる。
【００２７】
位置合わせ用パッド４Ａの下に配置する圧力検知素子９のサイズや数などは上記のように限定されるものではなく、たとえば圧力検知素子９の配置のピッチを変えることにより、プローブ針６の接触位置（測定位置）を検出する位置精度を変えることができる。圧力検知素子９は、圧力に応じて特性が変動する素子であれば、トランジスタ以外の素子であってよい。
【００２８】
図５は、上記の位置合わせ用パッド４Ａにプローブ針６が接触したときの、プローブ荷重とドレイン電流変動との相関図である。図示されているように、プローブ荷重とドレイン電流変動量とは、ほぼ比例関係にある。したがって、ドレイン電流変動量からプローブ針６の針圧が過重であるか判定することができ、過重である場合にはプローブカードのドライブ量を制御することによって直接に調整することができる。よって、位置合わせ用パッド４Ａ上でのプローブ針６のすべりをなくすことができ、それによりパッドサイズを縮小することが可能となり、さらにそれにより半導体集積回路装置のチップサイズを縮小することも可能となる。
【００２９】
図６に示すように、位置合わせ用パッド４Ａに同時に２本のプローブ針６が接触するように、位置合わせ用パッド４Ａあるいはプローブカードを構成してもよい。
このようにすると、図７に示すように、各プローブ針６の接触位置の下の圧力検知素子９の特性が変動するので、測定される特性の変動量より位置合わせ用パッド４Ａ内における各プローブ針６の接触位置を検出できるとともに、両プローブ針６の接触位置からプローブカードの相対回転角度θを検出することができる。よって、検出結果に基づいて、半導体集積回路装置とプローブカードとを適正に対面するように位置合わせ（位置補正）することが可能である。位置合わせ用パッド４Ａに同時に接触するプローブ針６の数は３本以上であってもよい。
【００３０】
図８に示すように、２つの位置合わせ用パッド４Ａを、たとえば半導体集積回路装置２内の対角の位置に配置してもよい。このことにより、２つの位置合わせ用パッド４Ａに同時に接触する２本のプローブ針６の接触位置を検出できるとともに、両プローブ針６の接触位置からプローブカードの相対回転角度を検出することができる。よって、検出結果に基づいて、半導体集積回路装置とプローブカードとを適正に対面するように位置合わせ（位置補正）することが可能である。半導体集積回路装置内に配置する位置合わせ用パッド４Ａの数は３個以上であってもよい。
【００３１】
図９に示すように、外部接続用のパッド４とは別個の専用の位置合わせ用パッド４Ｂを、半導体集積回路装置２の外部、たとえばスクライブレーン領域３に配置してもよい。
ここでは、上述した回路部１０の入出力用のパッド（ゲート端子１２、ドレイン端子１４、ソース端子１５、信号入力端子１６）もスクライブレーン領域に配置している。
【００３２】
位置合わせ用パッド４Ｂを、半導体集積回路装置２内に配置してもよいが、それよりも、このようにスクライブレーン領域３に配置した方が、チップサイズを低減することが可能になり、有利である。専用の位置合わせ用パッド４Ｂに対しては専用のプローブ針をプローブカードに設けておく必要がある。
【００３３】
図１０は、上記した本発明のウエハプローブ方法を実施するためのプローブ装置の構成を示す。このプローブ装置は、プローブ針６が配列されたプローブカード５と、半導体ウエハ１を搭載する移動自在なウエハステージ２１と、プローブ針６を通じて半導体ウエハ１に測定位置設定信号Ｓ１を送る測定位置設定回路２２と、測定位置設定信号Ｓ１に応答して半導体ウエハ１からプローブ針６を通じて送られる測定信号Ｓ２から電気特性の変動量を測定する測定回路２３と、位置補正部２４とを備えている。
【００３４】
そして、測定位置設定回路２１で設定された測定位置と測定回路２３での測定結果とに基づいて、上述の位置合わせ用パッド４Ａ，４Ｂの下の電気特性が変動している圧力検知素子９を特定して、位置合わせ用パッド４Ａ，４Ｂ内でのプローブ針６の接触位置を検出し、その検出結果と基準位置設定とを比較し、所定の差があれば位置補正を決定し、ウエハステージ２１に向けて位置補正信号Ｓ３を出力する。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の半導体ウエハおよびウエハプローブ方法は、半導体ウエハに形成された半導体集積回路装置の検査の高品質化、高効率化に有用であるとともに、半導体集積回路装置のチップサイズの縮小に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態の半導体ウエハの一部を模式的に示した平面図
【図２】図１の半導体ウエハ上の半導体集積回路装置に形成された位置合わせ用パッドの位置合わせ原理を説明する外観図
【図３】位置合わせ用パッドの下あるいは近傍の構成を示す回路図
【図４】位置合わせ用パッドにプローブ針が接触したときのドレイン電流変動率を示す模式図
【図５】位置合わせ用パッドにプローブ針が接触したときのプローブ荷重とドレイン電流変動との相関図
【図６】位置合わせ用パッドに２本のプローブ針が接触したときの位置合わせ原理を説明する外観図
【図７】図６の状態でのドレイン電流変動率を示す模式図
【図８】本発明の他の実施形態の半導体ウエハの一部を模式的に示した平面図
【図９】本発明のさらに他の実施形態の半導体ウエハの一部を模式的に示した平面図
【図１０】本発明のウエハプローブ方法を実施するためのプローブ装置の構成図
【図１１】従来より行われているウエハ検査方法を説明する平面図および断面図
【図１２】プローブカードとの位置合わせのためのマークが形成されている従来の半導体ウエハの一部平面図
【図１３】プローブカードとの位置合わせのための導通検出用パッドが形成されている従来の半導体ウエハの一部平面図
【符号の説明】
【００３７】
１・・・半導体ウエハ
２・・・半導体集積回路装置
３・・・スクライブレーン
４・・・ボンディングパッド
4A,4B ・位置合わせ用パッド
５・・・プローブカード
６・・・プローブ針
９・・・圧力検出素子
10・・・回路部
【図１】
2007214392.tif 000003
【図２】
2007214392.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007214392.tif 000011
【図１０】
2007214392.tif 000012
【図１１】
2007214392.tif 000013
【図１２】
2007214392.tif 000014
【図１３】
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