特開 2023-7926 検査装置及び検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023007926

(43)【公開日】2023-01-19

(54)【発明の名称】検査装置及び検査方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20230112BHJP

   G01R 31/26 20200101ALI20230112BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 B

G01R31/26 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021111076

(22)【出願日】2021-07-02

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】石井 滋樹

(72)【発明者】

【氏名】成川 健一

(72)【発明者】

【氏名】榑林 信弥

【テーマコード（参考）】

2G003

4M106

【Ｆターム（参考）】

2G003AA10

2G003AB02

2G003AF01

2G003AF02

2G003AF06

2G003AG04

2G003AH01

2G003AH04

2G003AH05

4M106AA01

4M106AA02

4M106BA01

4M106CA04

4M106DD10

4M106DD30

(57)【要約】

【課題】測定時間を短くする検査装置及び検査方法を提供する。
【解決手段】複数の被検査体に所定の出力電圧を印加する電力供給部と、電流を測定する前記被検査体を切り替える切替部と、前記切替部で選択された前記被検査体の電流を測定する測定部と、前記切替部を制御する制御部と、を有する、検査装置であって、前記制御部は、設定した電流測定に関する設定値に基づいて、一の被検査体に対し所定回数の電流測定を行った後、前記切替部を切り替えて、他の被検査体に対し所定回数の電流測定を行う順次方式と、一の被検査体に対し電流測定を行った後、前記切替部を切り替えて、他の被検査体に対し電流測定を行うことを所定回数繰り返すスキャン方式と、を切り替える、検査装置。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の被検査体に所定の出力電圧を印加する電力供給部と、
電流を測定する前記被検査体を切り替える切替部と、
前記切替部で選択された前記被検査体の電流を測定する測定部と、
前記切替部を制御する制御部と、を有する、検査装置であって、
前記制御部は、
設定した電流測定に関する設定値に基づいて、
一の被検査体に対し所定回数の電流測定を行った後、前記切替部を切り替えて、他の被検査体に対し所定回数の電流測定を行う順次方式と、
一の被検査体に対し電流測定を行った後、前記切替部を切り替えて、他の被検査体に対し電流測定を行うことを所定回数繰り返すスキャン方式と、を切り替える、
検査装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記設定値に基づいて、前記順次方式における電流測定時間と前記スキャン方式における電流測定時間とを算出し、
算出した前記電流測定時間に基づいて、前記順次方式と前記スキャン方式とを切り替える、
請求項１に記載の検査装置。

【請求項3】

前記設定値は、
同一の前記被検査体に対して、電流測定を開始してから次の電流測定が許可されるまでの時間であるインターバル時間と、
１つの前記被検査体に対して電流測定を繰り返す回数である平均化回数と、を含む、
請求項１または請求項２に記載の検査装置。

【請求項4】

前記設定値は、
前記被検査体の１回の測定時間と、
前記切替部を切り替えた後、電流測定を開始するまでの待ち時間と、を含む、
請求項３に記載の検査装置。

【請求項5】

前記電力供給部は、複数の前記被検査体に対応して複数設けられる、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の検査装置。

【請求項6】

複数の被検査体に所定の出力電圧を印加し、選択された前記被検査体の電流を測定する検査装置の検査方法であって、
設定した電流測定に関する設定値に基づいて、一の被検査体に対し所定回数の電流測定を行った後に他の被検査体に対し所定回数の電流測定を行う順次方式の電流測定時間と、一の被検査体に対し電流測定を行った後に他の被検査体に対し電流測定を行うことを所定回数繰り返すスキャン方式の電流測定時間と、を算出するステップと、
算出した前記電流測定時間に基づいて、前記順次方式又は前記スキャン方式を選択するステップと、
選択された方式で前記被検査体の電流を測定するステップと、を有する、
検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、検査装置及び検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、検査対象である半導体デバイスの電気的特性を検査するデバイス検査回路が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－２５５１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、複数の半導体デバイスの電気的特性を測定する検査装置では、測定時間を短くすることが求められている。

【0005】

一の側面では、本開示は、測定時間を短くする検査装置及び検査方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、一の態様によれば、複数の被検査体に所定の出力電圧を印加する電力供給部と、電流を測定する前記被検査体を切り替える切替部と、前記切替部で選択された前記被検査体の電流を測定する測定部と、前記切替部を制御する制御部と、を有する、検査装置であって、前記制御部は、設定した電流測定に関する設定値に基づいて、一の被検査体に対し所定回数の電流測定を行った後、前記切替部を切り替えて、他の被検査体に対し所定回数の電流測定を行う順次方式と、一の被検査体に対し電流測定を行った後、前記切替部を切り替えて、他の被検査体に対し電流測定を行うことを所定回数繰り返すスキャン方式と、を切り替える、検査装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

一の側面によれば、測定時間を短くする検査装置及び検査方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る検査装置の構成を説明する断面模式図の一例である。

【図2】本実施形態に係る検査装置の回路構成を示す回路図の一例である。

【図3】電流測定方法を説明するタイムチャートの一例である。

【図4】平均化回数と電流測定時間の関係を示すグラフの一例である。

【図5】コンピュータの制御の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0010】

＜検査装置＞
本実施形態に係る検査装置１０について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る検査装置１０の構成を説明する断面模式図の一例である。

【0011】

検査装置１０は、ウエハ（基板）Ｗに形成された複数の半導体デバイス（被検査体、ＤＵＴ；Device Under Test）の各々の電気的特性の検査を行う装置である。なお、被検査体を有する基板は、ウエハＷに限られるものではなく、半導体デバイスが配置されたキャリア、ガラス基板、チップ単体などを含む。検査装置１０は、ウエハＷを載置するチャック１１を収容する収容室１２と、収容室１２に隣接して配置されるローダ１３と、収容室１２を覆うように配置されるテスター１４と、を備える。

【0012】

収容室１２は、内部が空洞の筐体形状を有する。収容室１２の内部には、ウエハＷを載置するチャック１１と、チャック１１に対向するように配置されるプローブカード１５と、が収容される。プローブカード１５は、ウエハＷの各半導体デバイスの電極に対応して設けられた電極パッドや半田バンプに対応して配置された多数の針状のプローブ（接触端子）１６を有する。

【0013】

チャック１１は、ウエハＷをチャック１１へ固定する固定機構（図示せず）を有する。これにより、チャック１１に対するウエハＷの相対位置の位置ずれを防止する。また、収容室１２には、チャック１１を水平方向及び上下方向に移動させる移動機構（図示せず）が設けられる。これにより、プローブカード１５及びウエハＷの相対位置を調整して各半導体デバイスの電極に対応して設けられた電極パッドや半田バンプをプローブカード１５の各プローブ１６へ接触させる。

【0014】

ローダ１３は、搬送容器であるＦＯＵＰ（図示せず）から半導体デバイスが配置されたウエハＷを取り出して収容室１２の内部のチャック１１へ載置し、また、検査が行われたウエハＷをチャック１１から除去してＦＯＵＰへ収容する。

【0015】

プローブカード１５は、インターフェース１７を介してテスター１４へ接続され、各プローブ１６がウエハＷの各半導体デバイスの電極に対応して設けられた電極パッドや半田バンプに接触する際、各プローブ１６はテスター１４からインターフェース１７を介して半導体デバイスへ電力を供給し、若しくは、半導体デバイスからの信号をインターフェース１７を介してテスター１４へ伝達する。

【0016】

テスター１４は、半導体デバイスが搭載されるマザーボードの回路構成の一部を再現するテストボード（図示しない）を有し、テストボードは半導体デバイスからの信号に基づいて半導体デバイスの良否を判断し、制御を行うコンピュータ１８に接続される。テスター１４ではテストボードを取り替えることにより、複数種のマザーボードの回路構成を再現することができる。

【0017】

次に、本実施形態に係る検査装置１０の回路構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る検査装置１０の回路構成を示す回路図の一例である。

【0018】

検査装置１０は、複数の半導体デバイス１を電気的特性を検査する検査装置である。図２に示す例において、検査装置１０は、１６個の半導体デバイス１を検査する検査装置であるものとして説明する。また、以下の説明において、１６個の半導体デバイス１は、それぞれ、ＤＵＴ１、ＤＵＴ２、……、ＤＵＴ１６とも称する。

【0019】

検査装置１０のテスター１４（図１参照）は、電流センスアンプ２と、電流検出抵抗３と、アンプ４と、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）５と、切替部６と、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）７と、コントローラ（制御部）８と、を有する。また、電流センスアンプ２、電流検出抵抗３、及び、アンプ４は、半導体デバイス（ＤＵＴ）１に電力を供給する電力供給部９を形成する。電力供給部９は、半導体デバイス１に対応して、１６個設けられている。

【0020】

コンピュータ１８は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのコントローラ８に対して命令を出し、テスター１４の制御を行う。

【0021】

コントローラ８は、各ＤＡＣ５に設定電圧信号（デジタル信号）を出力する。ＤＡＣ５は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、アンプ４に出力する。アンプ４は、入力されたアナログ信号に基づいて、所定の出力電圧を半導体デバイス１に印加する。

【0022】

また、アンプ４の出力には、アンプ４から半導体デバイス１に供給される電流を測定するための電流検出抵抗３が接続される。半導体デバイス１に所定の出力電圧を印加した際、電流検出抵抗３には、アンプ４から半導体デバイス１に供給される電流に対応する電位差が生じる。電流センスアンプ２は、電流検出抵抗３の電位差を増幅し、増幅された電圧信号（アナログ信号）を切替部６を介して、ＡＤＣ７に出力する。

【0023】

即ち、電力供給部９は、コントローラ８から設定電圧信号（デジタル信号）が入力される。また、電力供給部９は、入力された設定電圧信号（デジタル信号）に基づいて、所定の出力電圧を半導体デバイス１に印加する。また、半導体デバイス１に供給される電流に対応する信号として、増幅された電圧信号（アナログ信号）を切替部６を介して、ＡＤＣ７に出力する。

【0024】

切替部６は、コントローラ８によって制御され、複数の電力供給部９のうち、ＡＤＣ７と接続する電力供給部９を切り替える。換言すれば、切替部６は、複数の半導体デバイス１のうち、電流を測定する半導体デバイス１を切り替える。切替部６は、コントローラ８によって開閉が制御される複数のリレースイッチを有する。リレースイッチの一端は、対応する電力供給部９と接続される。リレースイッチの他端はＡＤＣ７と接続される。コントローラ８は、リレースイッチを切り替えることで、ＡＤＣ７と接続する電力供給部９を切り替える。

【0025】

ＡＤＣ７は、切替部６で選択された電力供給部９（電流センスアンプ２）から増幅された電圧信号（アナログ信号）が入力される。ＡＤＣ７は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、コントローラ８に出力する。また、コントローラ８は、コンピュータ１８にデジタル信号を出力する。これにより、コントローラ８は、半導体デバイス１に供給される電流を測定する。即ち、ＡＤＣ７、コントローラ８及びコンピュータ１８は、切替部６で選択された半導体デバイス１に供給される電流を測定する測定部を構成する。

【0026】

また、検査装置１０は、複数（図２の例では１６個）の半導体デバイス１を検査する。このため、検査装置１０は、半導体デバイス１に対応して、複数（図２の例では１６個）の電力供給部９を備える。一方、検査装置１０は、複数の電力供給部９に対して、１個のＡＤＣ７を備える。これにより、検査装置１０は、切替部６のチャンネルを切り替えることにより、１つのＡＤＣ７で複数の半導体デバイス１に供給される電流を測定することができる。

【0027】

次に、電流測定方法について、図３を用いて説明する。図３は、電流測定方法を説明するタイムチャートの一例である。ここで、検査装置１０は、１つの半導体デバイス１に対して、ｎ回の電流測定を行い平均化する。これにより、精度よく電流を測定する。即ち、検査装置１０は、１６個の半導体デバイス１（ＤＵＴ１～ＤＵＴ１６）に対して、それぞれ平均化回数ｎ回の電流測定を行う。以下の説明において、１６個のＤＵＴに対してそれぞれｎ回の電流測定を行うのに要する時間を、「電流測定時間」と称する。

【0028】

ここで、同一の半導体デバイス１に対して、電流測定を開始してから次の電流測定が許可されるまでの時間を、インターバル時間ｔ１とする。

【0029】

また、切替部６のチャンネルを切り替える場合、切替部６等の待ち時間が必要となる。切替部６のチャンネルを切り替えた後、電流測定を開始するまでの時間を、チャンネル待ち時間（CH WAIT）ｔ２とする。

【0030】

また、半導体デバイス１の１回の測定時間をｔ３とする。

【0031】

なお、インターバル時間ｔ１及び平均化回数ｎは、例えば半導体デバイス１の検査に応じてユーザーが指定し、コンピュータ１８に入力される。また、チャンネル待ち時間ｔ２及び１回の測定時間ｔ３は、例えば検査装置１０の特性（例えば、切替部６、ＡＤＣ７の応答時間等）によって予め設定される値であり、予めコンピュータ１８に記憶される。

【0032】

図３（ａ）は、順次方式の電流測定方法を説明するタイムチャートの一例である。順次方式の電流測定方法では、１つのＤＵＴ１に対してｎ回の電流測定を繰り返して行い、切替部６のチャンネルを切り替え、次にＤＵＴ２に対してｎ回の電流測定を繰り返して行う。以下、ＤＵＴ１６まで繰り返す。即ち、順次方式の電流測定方法では、一の半導体デバイス１に対し所定回数の電流測定を行った後、切替部６を切り替えて、他の半導体デバイス１に対し所定回数の電流測定を行う。

【0033】

順次方式の電流測定方法では、まず、切替部６のチャンネルをＤＵＴ１を測定するように切り替える。チャンネル待ち時間ｔ２の後、ＤＵＴ１の１回目の測定を行う。ここで、ｔ１＞ｔ３の場合、インターバル時間ｔ１経過後にＤＵＴ１の２回目の測定を行う。一方、ｔ１≦ｔ３の場合、ＤＵＴ１の１回目の測定後すぐにＤＵＴ１の２回目の測定を行う。以下、ＤＵＴ１の測定をｎ回となるまで実施する。

【0034】

次に、切替部６のチャンネルをＤＵＴ２を測定するように切り替える。チャンネル待ち時間ｔ２の後、ＤＵＴ２の１回目の測定を行う。以下、ＤＵＴ１の場合と同様に、ＤＵＴ２の測定をｎ回となるまで実施する。

【0035】

これをＤＵＴ１～ＤＵＴ１６まで実施することにより、検査装置１０によるＤＵＴ１～ＤＵＴ１６の電流測定が完了する。

【0036】

順次方式における電流測定時間は、下記の式（１）（２）で計算することができる。
ｔ１＞ｔ３の場合 （ｔ１×ｎ＋ｔ２）×１６ ・・・（１）
ｔ１≦ｔ３の場合 （ｔ３×ｎ＋ｔ２）×１６ ・・・（２）

【0037】

図３（ｂ）は、スキャン方式の電流測定方法を説明するタイムチャートの一例である。スキャン方式の電流測定方法では、切替部６のチャンネルを切り替えてＤＵＴ１～ＤＵＴ１６に対して１回目の電流測定を行い、次に切替部６のチャンネルを切り替えてＤＵＴ１～ＤＵＴ１６に対して２回目の電流測定を行う。以下、測定回数がｎ回となるまで繰り返す。即ち、スキャン方式の電流測定方法では、一の半導体デバイス１に対し電流測定を行った後、切替部６を切り替えて、他の半導体デバイス１に対し電流測定を行うことを所定回数繰り返す。

【0038】

スキャン方式の電流測定方法では、まず、切替部６のチャンネルをＤＵＴ１を測定するように切り替える。チャンネル待ち時間ｔ２の後、ＤＵＴ１の１回目の測定を行う。次に、切替部６のチャンネルをＤＵＴ２を測定するように切り替える。チャンネル待ち時間ｔ２の後、ＤＵＴ２の１回目の測定を行う。これをＤＵＴ１からＤＵＴ１６まで実施し、ＤＵＴ１～ＤＵＴ１６の１回目の測定が完了する。

【0039】

ここで、ｔ１＞（ｔ２＋ｔ３）×１６の場合、インターバル時間ｔ１経過後にＤＵＴ１～ＤＵＴ１６の２回目の測定を行う。一方、ｔ１≦（ｔ２＋ｔ３）×１６の場合、ＤＵＴ１～ＤＵＴ１６の１回目の測定後すぐにＤＵＴ１～ＤＵＴ１６の２回目の測定を行う。以下、ＤＵＴ１～ＤＵＴ１６の測定をｎ回となるまで実施する。

【0040】

スキャン方式における電流測定時間（１６個のＤＵＴに対してそれぞれｎ回の検査）は、下記の式（３）（４）で計算することができる。
ｔ１＞（ｔ２＋ｔ３）×１６の場合 ｔ１×ｎ ・・・（３）
ｔ１≦（ｔ２＋ｔ３）×１６の場合 （（ｔ２＋ｔ３）×１６）×ｎ ・・・（４）

【0041】

このように、順次方式及びスキャン方式の電流測定時間は、インターバル時間ｔ１、チャンネル待ち時間ｔ２、１回の測定時間ｔ３、平均化回数ｎの４つのパラメータ（設定値）によって定まる。図４は、平均化回数ｎと電流測定時間の関係を示すグラフの一例である。横軸は、平均化回数ｎを示し、縦軸は電流測定時間を示す。また、実線は、スキャン方式における電流測定時間を示し、破線は、順次方式における電流測定時間を示す。図４の例では、平均化回数ｎがｎ１未満の場合、スキャン方式における電流測定時間が順次方式における電流測定時間よりも短い。また、平均化回数ｎがｎ１以上の場合、順次方式における電流測定時間がスキャン方式における電流測定時間よりも短い。

【0042】

コンピュータ１８は、設定されたパラメータ（インターバル時間ｔ１、チャンネル待ち時間ｔ２、１回の測定時間ｔ３、平均化回数ｎ）に基づいて、順次方式及びスキャン方式のうち測定時間が短くなる測定方式を選択し、選択された測定方式で検査を実施する。

【0043】

図５は、コンピュータ１８の制御の一例を示すフローチャートである。

【0044】

ステップＳ１０１において、コンピュータ１８は、パラメータ（設定値）の入力を受け付ける。例えば、ユーザーがコンピュータ１８に半導体デバイス１の検査に応じて、インターバル時間ｔ１及び平均化回数ｎを入力する。なお、チャンネル待ち時間ｔ２及び１回の測定時間ｔ３は、予めコンピュータ１８に入力されていてもよく、ユーザーがコンピュータ１８に入力してもよい。

【0045】

ステップＳ１０２において、コンピュータ１８は、パラメータ及び式（１）（２）に基づいて、順次方式による電流測定時間を算出する。

【0046】

ステップＳ１０３において、コンピュータ１８は、パラメータ及び式（３）（４）に基づいて、スキャン方式による電流測定時間を算出する。

【0047】

ステップＳ１０４において、コンピュータ１８は、算出された電流測定時間に基づいて、測定方法を選択する。

【0048】

ステップＳ１０５において、コンピュータ１８は、選択された測定方法で半導体デバイス１（ＤＵＴ１～ＤＵＴ１６）の電流測定を実施する。

【0049】

本実施形態に係る検査装置１０によれば、電流測定時間が短くなる測定方法を選択し、選択した測定方法で電流測定を実施する。即ち、本実施形態に係る検査装置１０によれば、検査条件に応じて順次方式とスキャン方式を切り替えることにより、電流測定時間を短くすることができる。

【0050】

以上、検査装置１０について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

【符号の説明】

【0051】

１ 半導体デバイス（被検査体）
２ 電流センスアンプ
３ 電流検出抵抗
４ アンプ
５ デジタルアナログコンバータ
６ 切替部
７ アナログデジタルコンバータ（測定部）
８ コントローラ（制御部）
９ 電力供給部
１０ 検査装置
１４ テスター
１８ コンピュータ
Ｗ ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】