JP2008010473A - ウエハプロービング装置及びウエハプロービング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査測定の進度にかかわらず、半導体ウエハ上の集積回路の電気的特性を精度良く安定的に検査測定できるウエハプロービング装置を提供する。
【解決手段】ウエハプロービング装置は、プローバーを用いて、半導体ウエハ上に形成された集積回路の電気的特性を検査測定するウエハプロービング装置であって、半導体ウエハを搭載する移動可能なチャック２と、チャック２のサイズを測定可能にするチャックサイズ測定用マーク２ａと、チャック２に対向するように設けられ、チャックサイズ測定用マーク２ａの位置情報７ａを検出するマーク認識部３と、半導体ウエハの検査測定中における位置情報７ａに基づいて、チャック２の位置を移動させることにより、集積回路上のパッドとプローブとの位置合わせを行うプローブアライメントを実行する駆動部４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ上の集積回路の電気的特性を検査測定するウエハプロービング装置及びウエハプロービング方法に関し、特に、室温以外の温度状態で検査測定する際に、プローブアライメントを高精度に行うことができるウエハプロービング装置及びウエハプロービング方法に関する。

従来から、半導体ウエハ上の集積回路の電気的特性を自動的に検査測定するために、ウエハプロービング装置とテスターとが用いられている。ウエハプロービング装置に設けられたチャック上に半導体ウエハを搬送した後、予め登録されているチップサイズ、ショットサイズ、又は移動量に基づいてチャックを移動し、多点測定を実行することで検査測定を行っている。

検査測定では、ウエハ上の集積回路から引き出された配線の終端にあるパッドとウエハプロービング装置に取り付けられたプローブカードのプローブとの位置合わせを行うプローブアライメントを実行した後に、パッドとプローブとを接触させることにより、半導体ウエハ上の集積回路に電位を印加している。

ところが、室温ではない環境、言い換えると、高温状態又は低温状態にて上記の検査測定を行うと、パッドとプローブとの接触不良を引き起こしてしまうという問題があった。つまり、ウエハ及びプローブが、室温ではない環境において、熱による膨張又は収縮を起こすため、所定の電位がパッドに印加されず、見かけ上、デバイス不良と判定されてしまい、正確な検査測定ができないという問題があった。

この問題を解決するために、従来、例えば低温状態での検査測定では、ウエハの収縮によって発生したパッドとプローブとの間の接触不良を防止する目的で、チャックを低温環境にした後に、パッドとプローブとが接触するように、チャックをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向、及び周回転方向に微調整してプローブアライメントを行う。これにより、所定の電位をパッドに印加できるため、ウエハ上の集積回路の電気的特性を正確に検査測定できるとする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

以下に、上記従来のウエハプロービング方法について、図４を参照しながら説明する。

図４に示すように、半導体ウエハ１１を収納する収納カセット１４から、半導体ウエハ１１を取り出して搬送し、載架台１３に設置した後に、載架台１３に設けられた冷却ジャケット１５に冷却液供給源よりフレキシブルチューブ１７を介して供給される冷却液によって半導体ウエハ１１を所定の温度まで冷却する。次に、冷却された半導体ウエハ１１が設置された載架台１３をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向、及び周回転方向に、載架台１３を駆動制御することプローブアライメントを行った後に、検査位置１８に半導体ウエハ１１を搬送し、パッドにプローブを接触させることにより、半導体ウエハ１１上の集積回路の電的気特性を測定する。

この従来のウエハプロービング方法によると、載架台１３を介して半導体ウエハ１１を冷却するので効率良く冷却できると共に、冷却過程で半導体ウエハ１１が熱収縮に伴って位置ずれを起こしても、冷却後にプローブアライメントを行うため、正確なプロービングを行うことが可能である。
特開平４−２１０００２号公報

しかしながら、上記従来のウエハプロービング方法では、パッドとプローブとが接触するように、室温から低温状態にした後にチャックを駆動制御してプローブアライメントを実行しても、検査測定が進行するに連れて、パッドとプローブとの接触不良が発生するという問題が発生することが判明した。

前記に鑑み、本発明の目的は、検査測定の進度にかかわらず、半導体ウエハ上の集積回路の電気的特性を精度良く安定的に検査測定できるウエハプロービング装置及びウエハプロービング方法を提供することである。

前記の目的を達成するために、本件発明者は、種々の検討を重ねた結果、検査測定が進行するに連れてパッドとプローブとの接触不良が発生する原因を見出した。すなわち、検査測定を開始する際に、パッドとプローブとが接触するように、チャックを駆動制御してプローブアライメントを実行しても、時間の経過と共に、チャック又はプローブ等の収縮が更に進行してパッドとプローブとの位置ずれが生じるため、検査測定を開始する際における室温から低温状態にした環境でのプローブアライメントだけでは不十分であるからである。また、このような問題は室温から低温状態にして検査測定する場合に限るものではなく、室温から高温状態にした場合であっても、チャック又はプローブ等が膨張することによって同様の問題が発生し、検査測定を開始する際における室温から高温状態にした環境でのプローブアライメントだけでは不十分である。

前述の知見に鑑みて本発明はなされたものであって、具体的には、本発明の一側面に係るウエハプロービング装置は、プローバーを用いて、半導体ウエハ上に形成された集積回路の電気的特性を検査測定するウエハプロービング装置であって、半導体ウエハを搭載する移動可能なチャックと、チャックのサイズを測定可能にするチャックサイズ測定用マークと、チャックに対向するように設けられ、チャックサイズ測定用マークの位置情報を検出するマーク認識部と、半導体ウエハの検査測定中における位置情報に基づいて、チャックの位置を移動させることにより、集積回路上のパッドとプローブとの位置合わせを行うプローブアライメントを実行する駆動部とを備えている。

本発明の一側面に係るウエハプロービング装置において、駆動部は、半導体ウエハの検査測定中における位置情報に基づいて、チャックのサイズを測定し、測定されたチャックのサイズに基づいて、プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定することが好ましい。

本発明の一側面に係るウエハプロービング装置において、駆動部は、プローブアライメントを繰り返し実行するものであり、プローブアライメントを実行する毎に、プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定することが好ましい。

本発明の一側面に係るウエハプロービング装置において、駆動部は、測定されたチャックのサイズと、設定温度に対応する予め設定したチャックのサ本発明の一側面に係るウエハプロービング装置において、イズとを比較して、プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定することが好ましい。

本発明の一側面に係るウエハプロービング装置において、チャックサイズ測定用マークは、チャックに設けられたマーク、又は、半導体ウエハ上に形成されたパターンであることが好ましい。

本発明の一側面に係るウエハプロービング方法は、プローバーを用いて、半導体ウエハ上に形成された集積回路の電気的特性を検査測定するウエハプロービング方法であって、半導体ウエハを搭載する移動可能なチャックに設けられたマーク、又は半導体ウエハ上に形成されたパターンであるチャックサイズ測定用マークの位置情報を検出する工程（ａ）と、半導体ウエハの検査測定中における位置情報に基づいて、チャックの位置を移動させることにより、集積回路上のパッドとプローブとの位置合わせを行うプローブアライメントを実行する工程（ｂ）とを備える。

本発明の一側面に係るウエハプロービング方法において、工程（ｂ）は、半導体ウエハの検査測定中における位置情報に基づいて、チャックのサイズを測定し、測定されたチャックのサイズに基づいて、プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定する工程を含むことが好ましい。

本発明の一側面に係るウエハプロービング方法において、工程（ｂ）は、プローブアライメントを繰り返して実行すると共に、プローブアライメントを実行する毎に、プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定する工程を含むことが好ましい。

本発明の一側面に係るウエハプロービング方法において、工程（ｂ）は、測定されたチャックのサイズと、設定温度に対応して予め設定したチャックのサイズとを比較して、プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定する工程を含むことが好ましい。

以上説明したように、本発明の一側面に係るウエハプロービング装置及びウエハプロービング方法によると、検査測定開始後にも、パッドとプローブとの位置合わせを行うプローブアライメントを実行するため、検査測定開始後のチャック又はプローブなどの膨張又は収縮に応じたプローブアライメントが実行でき、パッドとプローブとの接触不良を回避して、半導体ウエハ上の集積回路の電気的特性を精度良く安定的に検査測定することができる。

また、検査測定開始後に、プローブアライメント毎にその実行頻度又は実行間隔を設定しながらプローブアライメントを繰り返して行うことにより、プローブアライメントが適切な頻度又はタイミングで行れ、検査測定を効率良く行うことができると共に、パッドとプローブとの接触不良をより確実に回避して、半導体ウエハ上の集積回路の電気的特性をより精度良く且つ安定的に検査測定することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るウエハプロービング装置及びウエハプロービング方法について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るウエハプロービング装置の構成を示しており、プローバーを用いて、半導体ウエハ上に形成された集積回路の電気的特性を検査測定するものである。

図１に示す本発明の一実施形態に係るウエハプロービング装置１は、チャック測定用マーク２ａを設けたチャック２と、マーク認識部３と、駆動部４とを含んでいる。

チャック２は、例えば半導体ウエハ収納カセットから搬送される被測定対象となる半導体ウエハ（図示せず）を搭載し、水平方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向）、上下方向（Ｚ軸方向）、及び周回転方向（θ方向）に移動可能に構成されている。

また、チャック２には、該チャック２のサイズを測定可能にするチャックサイズ測定用マーク２ａが設けられている。なお、チャックサイズ測定用マーク２ａは必ずしもチャック２本体に設けられている必要はなく、チャック２上に搭載された半導体ウエハ上の集積回路を構成するパターンをチャックサイズ測定用マーク２ａとして用いてもよい。このように代用できるのは、半導体ウエハの熱伝導率は高いため、チャック２の温度とその上に搭載された半導体ウエハの温度とがほぼ同一の温度であるからである。

マーク認識部３は、チャック２に対向して設けられた例えばカメラであり、チャック２上のチャックサイズ測定用マーク２ａの位置情報を検出する。なお、マーク認識部３としては、カメラ以外の他の認識手段を用いてもよい。

駆動部４は、チャック２を上述した方向に移動させるチャック駆動機構５と、該チャック駆動機構５を駆動制御するチャック駆動制御システム６と、チャックサイズ測定用マーク２ａの位置情報７ａ及び設定温度に対応する予め設定したチャックサイズの情報等のプローブアライメント情報７ｂとを格納する記憶部７とを含んでいる。駆動部４は、チャック駆動制御システム６が記憶部７に格納された情報７ａ、７ｂに基づいてチャック駆動機構５を駆動制御することにより、例えば半導体ウエハ上の集積回路の終端にあるパッドとプローブ（図示せず）とが接触するように、チャック２とプローブとの位置合わせを行うプローブアライメントを実行する。

図２は、本発明の一実施形態に係るウエハプロービング方法のフローを示している。

まず、被測定対象の半導体ウエハを搭載するチャック２が設定温度に到達した時点で、例えば従来技術で説明したように、パッドとプローブとが接触するようにチャック２を駆動制御してプローブアライメントを実行した後に、半導ウエハ上の集積回路の電気的特性の検査測定を開始する。

次に、ステップＳ１では、マーク認識部３により、チャック２上のチャックサイズ測定用マーク２ａの位置情報７ａを検出する。ここでは、例えばチャックサイズ測定用マーク２ａ間の距離を測定する。

次に、ステップＳ２では、駆動部４により、プローブアライメントの実行と、プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定する。具体的には、記憶部７に格納され、ステップ１において測定されたチャックサイズ測定用マーク２ａ間の距離（情報７ａ）とプローブアライメント情報７ｂとに基づいて、チャック駆動制御システム６にて演算すると共に、その演算結果に基づいてチャック駆動機構５を駆動制御して、チャック２を水平方向、上下方向、及び周回転方向に移動させることにより、パッドとプローブとが接触するように、チャック２とプローブとの位置合わせを行う。

また、チャックサイズ測定用マーク２ａ間の距離（情報７ａ）から得られるチャックサイズと、プローブアライメント情報７ｂに含まれる設定温度に対応する予め設定したチャックサイズとに基づいて、プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定する。具体的には、測定したチャックサイズと、記憶部７に予め格納した設定温度に対応するチャックサイズとの例えば比較結果又は比率の算出結果に基づいて、チャックサイズ測定用マークの位置情報７ａを次に検出するまでの時間を設定する。このようにして、プローブアライメント実行頻度又はプローブアライメント実行間隔を設定する。以下に、プローブアライメント実行頻度又は実行間隔を設定する方法をより具体的に説明する。

ここで、図３は、検査測定を開始した後の測定時間の経過（横軸）と、測定されたチャックサイズの変化（縦軸）との関係を示している。

図３に示すように、チャック２の温度を設定温度に到達させて検査測定を開始してから測定時間が進行していく過程において、測定されたチャック２のサイズ３Ｒと、予め格納された設定温度に対応するチャックサイズ３Ｓとは一致しておらず、測定されたチャック２のサイズ３Ｓの値は、測定時間が経過するに伴って設定温度に対応するチャックサイズ３Ｓに徐々に近づく傾向を示していることが分かる。なお、このような傾向を示すことが、課題において説明したように、プローブアライメントを検査測定の開始時にだけ実行することが不十分になるということを示すものです。

そこで、チャック駆動制御システム６において、記憶部７内のプローブアライメント情報７ａを構成する設定温度に対応するチャックサイズ３Ｓと、測定されたチャックサイズ３Ｒとの差を算出し、算出された差に対応するプローブアライメント実行間隔を求めて、ウエハプロービング装置に設定されているプローブアライメント条件を更新する。

例えば、記憶部７に格納された設定温度でのチャックサイズ３Ｓと、測定されたチャック２のサイズ３Ｒとの差が“３Ａ”の場合には、次に実行するプローブアライメントまでの時間間隔を“３ａ”と設定し、また、次に測定されたチャック２のサイズ３Ｒとの差が“３Ｂ”の場合には、次に実行するプローブアライメントまでの時間間隔を“３ｂ”と設定する。ここで、時間間隔“３ｂ”としては、図示するように、時間間隔“３ａ”よりもその間隔が長く設定変更されていることになる。さらに、次に測定されたチャック２のサイズ３Ｒとの差が“３Ｃ”と小さくなると、次に実行するプローブアライメントまでの時間間隔を“３ｃ”と設定し、これは時間間隔“３ｂ”よりもその間隔がさらに長く設定変更されることになる。

このように設定変更が進む理由は、図示するように、検査測定が進行するに伴って、すなわち測定時間が経過するに伴って、測定されたチャック２のサイズ３Ｒが設定温度に対応するチャックサイズ３Ｓに向けて飽和するように傾斜が徐々になだらかに挙動するので、検査測定の測定時間が進行するに伴ってプローブアライメントの時間間隔を長く設定すればよいからである。

次に、ステップＳ３に進んで、検査測定を継続する。

次に、ステップＳ４に進んで、検査測定の対象となっている半導体ウエハが最終のチップであるか否かを判定し、最終チップであれば（ステップＳ４でＹＥＳ）検査測定を終了する一方、最終チップでない場合には（ステップＳ４でＮＯ）ステップＳ５に進む。

次に、ステップＳ５において、チャックサイズ測定用マーク２ａの位置情報７ａを検出する検出時間に到達したか否かを判定し、検出時間に到達すれば（ステップＳ５でＹＥＳ）ステップＳ１に戻って、上述したステップＳ１〜Ｓ５を繰り返す。一方、ステップＳ５において、検出時間に到達していない場合には（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ３に戻り、検査測定の対象となるチップが最終チップになるか（ステップＳ４でＹＥＳ）、検出時間に到達するまで（ステップＳ５でＹＥＳ）、検査測定を継続する。このように、ステップＳ４で検査測定の対象となるチップが最終チップに該当するまで（ステップＳ４でＹＥＳ）の間は、ステップＳ５で検出時間に到達すれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、その時点でのチャックサイズ測定用マークの位置情報７ａに基づいてプローブアライメントの実行とプローブアライメントの実行頻度又は実行間隔の設定という工程（ステップＳ１及びＳ２参照）を繰り返しながら検査測定を継続していくので（ステップＳ３）、検査測定開始後のチャック２などの膨張又は収縮に応じたプローブアライメントが実行できる。

以上のように、本発明の一実施形態に係るウエハプロービング装置及びウエハプロービング方法によると、室温以外の環境、すなわち高温状態又は低温状態での検査測定で生じる、測定開始後のチャックなどの収縮又は膨張によるパッドとプローブとの接触不良を回避することが可能となる。これにより、半導体ウエハ上の集積回路の電気的特性を精度良く安定的に検査測定することができる。また、検査測定開始後に、プローブアライメント毎にその実行頻度又は実行間隔を設定しながらプローブアライメントを繰り返して行うことにより、プローブアライメントが適切な頻度又はタイミングで行れ、検査測定を効率良く行うことができると共に、パッドとプローブとの接触不良をより確実に回避して、半導体ウエハ上の集積回路の電気的特性をより精度良く且つ安定的に検査測定することができる。

以上のように、本発明に係るウエハプロービング装置及びウエハプロービング方法は、室温以外の測定環境において発生する経時的なパッドとプローブとの接触不良を原因とする測定異常を回避することができるものであり、半導体プロセスなどを評価する際に測定の安定化及び測定の効率化を図るための半導体装置の評価方法に有用である。

本発明の一実施形態に係るウエハプロービング装置の構成を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るウエハプロービング方法のフローを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るウエハプロービング方法におけるプローブアライメント実行時間間隔を決定する方法を示す説明図である。 従来のウエハプロービング装置の構成を示す説明図である。

符号の説明

１ ウエハプロービング装置
３ マーク認識部
２ａ チャックサイズ測定用マーク
２ チャック
４ 駆動部
５ チャック駆動機構
６ チャック駆動制御システム
７ 記憶部
７ａ 位置情報
７ｂ プローブアライメント判定情報

Claims (9)

1. プローバーを用いて、半導体ウエハ上に形成された集積回路の電気的特性を検査測定するウエハプロービング装置であって、
   前記半導体ウエハを搭載する移動可能なチャックと、
   前記チャックのサイズを測定可能にするチャックサイズ測定用マークと、
   前記チャックに対向するように設けられ、前記チャックサイズ測定用マークの位置情報を検出するマーク認識部と、
   前記半導体ウエハの検査測定中における前記位置情報に基づいて、前記チャックの位置を移動させることにより、前記集積回路上のパッドとプローブとの位置合わせを行うプローブアライメントを実行する駆動部とを備えていることを特徴とするウエハプロービング装置。
2. 前記駆動部は、前記半導体ウエハの検査測定中における前記位置情報に基づいて、前記チャックのサイズを測定し、測定された前記チャックのサイズに基づいて、前記プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定することを特徴とする請求項１に記載のウエハプロービング装置。
3. 前記駆動部は、前記プローブアライメントを繰り返し実行するものであり、前記プローブアライメントを実行する毎に、前記プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定することを特徴とする請求項２に記載のウエハプロービング装置。
4. 前記駆動部は、測定された前記チャックのサイズと、設定温度に対応する予め設定した前記チャックのサイズとを比較して、前記プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定することを特徴とする請求項２又は３に記載のウエハプロービング装置。
5. 前記チャックサイズ測定用マークは、前記チャックに設けられたマーク、又は、前記半導体ウエハ上に形成されたパターンであることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のウエハプロービング装置。
6. プローバーを用いて、半導体ウエハ上に形成された集積回路の電気的特性を検査測定するウエハプロービング方法であって、
   前記半導体ウエハを搭載する移動可能なチャックに設けられたマーク、又は前記半導体ウエハ上に形成されたパターンであるチャックサイズ測定用マークの位置情報を検出する工程（ａ）と、
   前記半導体ウエハの検査測定中における前記位置情報に基づいて、前記チャックの位置を移動させることにより、前記集積回路上のパッドとプローブとの位置合わせを行うプローブアライメントを実行する工程（ｂ）とを備えることを特徴とするウエハプロービング方法。
7. 前記工程（ｂ）は、前記半導体ウエハの検査測定中における前記位置情報に基づいて、前記チャックのサイズを測定し、測定された前記チャックのサイズに基づいて、前記プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載のウエハプロービング方法。
8. 前記工程（ｂ）は、前記プローブアライメントを繰り返して実行すると共に、前記プローブアライメントを実行する毎に、前記プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載のウエハプロービング方法。
9. 前記工程（ｂ）は、測定された前記チャックのサイズと、設定温度に対応して予め設定した前記チャックのサイズとを比較して、前記プローブアライメントの実行頻度又は実行間隔を設定する工程を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載のウエハプロービング方法。

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