(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】P2024066989
(43)【公開日】2024-05-16
(54)【発明の名称】半導体装置の検査方法、半導体装置およびプローブカード
(51)【国際特許分類】
H01L 21/66 20060101AFI20240509BHJP
G01R 31/28 20060101ALI20240509BHJP
G01R 31/26 20200101ALI20240509BHJP
G01R 1/073 20060101ALI20240509BHJP
G01R 1/067 20060101ALI20240509BHJP
【ＦＩ】
H01L21/66 B
G01R31/28 V
G01R31/28 K
G01R31/26 G
G01R31/26 J
G01R1/073 E
G01R1/067 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023152115
(22)【出願日】2023-09-20
(31)【優先権主張番号】18/051,926
(32)【優先日】2022-11-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】302062931
【氏名又は名称】ルネサスエレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】谷村 政明
【テーマコード（参考）】
2G003
2G011
2G132
4M106
【Ｆターム（参考）】
2G003AA07
2G003AB16
2G003AC03
2G003AE08
2G003AF01
2G003AG03
2G003AG04
2G003AH05
2G011AA16
2G011AB01
2G011AB03
2G011AB04
2G011AE03
2G011AF07
2G132AB14
2G132AE23
2G132AF02
2G132AK07
2G132AL15
2G132AL21
4M106AA01
4M106BA01
4M106CA31
4M106DD03
4M106DD10
4M106DH14
4M106DH44
4M106DH45
4M106DH46
4M106DJ03
(57)【要約】
【課題】温度センサ回路の温度特性を高精度に補正する。
【解決手段】半導体装置は、センサ素子を含む温度センサ回路と、各種内部回路と、センサ素子に接続されるセンサ端子と、各種内部回路に接続される通常端子と、を備える。半導体検査装置は、第１のプローブと、第２のプローブとが装着されたプローブカードを用いることで、第１のプローブがセンサ端子に接触し、第２のプローブが半導体装置に接触しない第１の状態と、第１のプローブがセンサ端子に接触し、第２のプローブが通常端子に接触する第２の状態とで、ステージ上に搭載された半導体装置を検査する。半導体検査装置は、第１の状態を用いてセンサ素子の出力値を測定することで、センサ素子の実温度特性を算出し、当該実温度特性に基づいて、第２の状態でのセンサ素子の実温度を把握する。
【選択図】図７
【解決手段】半導体装置は、センサ素子を含む温度センサ回路と、各種内部回路と、センサ素子に接続されるセンサ端子と、各種内部回路に接続される通常端子と、を備える。半導体検査装置は、第１のプローブと、第２のプローブとが装着されたプローブカードを用いることで、第１のプローブがセンサ端子に接触し、第２のプローブが半導体装置に接触しない第１の状態と、第１のプローブがセンサ端子に接触し、第２のプローブが通常端子に接触する第２の状態とで、ステージ上に搭載された半導体装置を検査する。半導体検査装置は、第１の状態を用いてセンサ素子の出力値を測定することで、センサ素子の実温度特性を算出し、当該実温度特性に基づいて、第２の状態でのセンサ素子の実温度を把握する。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体検査装置を用いた半導体装置の検査方法であって、
前記半導体装置は、
温度に依存して出力値が変化するセンサ素子を含み、前記センサ素子の出力値に基づいて前記半導体装置の温度を検知する温度センサ回路と、
前記半導体装置が担う各種機能を実現する内部回路と、
前記センサ素子に接続されるセンサ端子と、
前記内部回路に接続される通常端子と、
を備え、
前記半導体検査装置は、
第１の長さと、前記第１の長さよりも短い第２の長さとに設定可能な第１のプローブと、前記第２の長さに設定される第２のプローブとが装着されたプローブカードを用いることで、前記第１のプローブが前記センサ端子に接触し、前記第２のプローブが前記半導体装置に接触しない第１の状態と、前記第１のプローブが前記センサ端子に接触し、前記第２のプローブが前記通常端子に接触する第２の状態とで、ステージ上に搭載された前記半導体装置を検査し、
前記ステージの温度を少なくとも２以上の温度に設定し、
各温度で、前記第１の状態を用いて前記センサ素子の出力値を測定し、前記ステージの温度を前記センサ素子の実温度とみなすことで、前記センサ素子の実温度と前記センサ素子の出力値との関係を表す実温度特性を算出し、
前記各温度で、前記第２の状態を用いて、前記センサ素子の出力値の測定と前記温度センサ回路の出力値の取得とを含めて前記半導体装置全体を検査し、前記ステージの温度を前記センサ素子の実温度とみなさずに、前記センサ素子の出力値を前記実温度特性に基づいて実温度に換算することで、前記センサ素子の実温度と前記温度センサ回路の出力値との関係を算出する、
半導体装置の検査方法。
前記半導体装置は、
温度に依存して出力値が変化するセンサ素子を含み、前記センサ素子の出力値に基づいて前記半導体装置の温度を検知する温度センサ回路と、
前記半導体装置が担う各種機能を実現する内部回路と、
前記センサ素子に接続されるセンサ端子と、
前記内部回路に接続される通常端子と、
を備え、
前記半導体検査装置は、
第１の長さと、前記第１の長さよりも短い第２の長さとに設定可能な第１のプローブと、前記第２の長さに設定される第２のプローブとが装着されたプローブカードを用いることで、前記第１のプローブが前記センサ端子に接触し、前記第２のプローブが前記半導体装置に接触しない第１の状態と、前記第１のプローブが前記センサ端子に接触し、前記第２のプローブが前記通常端子に接触する第２の状態とで、ステージ上に搭載された前記半導体装置を検査し、
前記ステージの温度を少なくとも２以上の温度に設定し、
各温度で、前記第１の状態を用いて前記センサ素子の出力値を測定し、前記ステージの温度を前記センサ素子の実温度とみなすことで、前記センサ素子の実温度と前記センサ素子の出力値との関係を表す実温度特性を算出し、
前記各温度で、前記第２の状態を用いて、前記センサ素子の出力値の測定と前記温度センサ回路の出力値の取得とを含めて前記半導体装置全体を検査し、前記ステージの温度を前記センサ素子の実温度とみなさずに、前記センサ素子の出力値を前記実温度特性に基づいて実温度に換算することで、前記センサ素子の実温度と前記温度センサ回路の出力値との関係を算出する、
半導体装置の検査方法。
【請求項2】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、
前記センサ端子は、
前記センサ素子に外部からバイアスを印加するための第１のセンサ端子および第２のセンサ端子と、
前記バイアスの印加に応じて前記センサ素子に生じる出力値を外部で測定するための第３のセンサ端子および第４のセンサ端子と、
を備え、
前記第１のプローブは、前記第１のセンサ端子～前記第４のセンサ端子にそれぞれ接触する４本のプローブを備え、
前記半導体検査装置は、前記第１のプローブを介して前記第１のセンサ端子および前記第２のセンサ端子に前記バイアスを印加し、前記第３のセンサ端子および前記第４のセンサ端子に生じた前記センサ素子の出力値を前記第１のプローブを介して測定する、
半導体装置の検査方法。
前記センサ端子は、
前記センサ素子に外部からバイアスを印加するための第１のセンサ端子および第２のセンサ端子と、
前記バイアスの印加に応じて前記センサ素子に生じる出力値を外部で測定するための第３のセンサ端子および第４のセンサ端子と、
を備え、
前記第１のプローブは、前記第１のセンサ端子～前記第４のセンサ端子にそれぞれ接触する４本のプローブを備え、
前記半導体検査装置は、前記第１のプローブを介して前記第１のセンサ端子および前記第２のセンサ端子に前記バイアスを印加し、前記第３のセンサ端子および前記第４のセンサ端子に生じた前記センサ素子の出力値を前記第１のプローブを介して測定する、
半導体装置の検査方法。
【請求項3】
請求項２記載の半導体装置の検査方法において、
前記センサ素子に印加される前記バイアスは、電流であり、
前記センサ素子の出力値は、電圧値である、
半導体装置の検査方法。
前記センサ素子に印加される前記バイアスは、電流であり、
前記センサ素子の出力値は、電圧値である、
半導体装置の検査方法。
【請求項4】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、
前記半導体検査装置は、前記第２の状態で検査を行う際に、前記センサ素子の前記実温度特性に基づいて、前記センサ素子の実温度が本来の検査温度となるように、前記ステージの温度を設定する、
半導体装置の検査方法。
前記半導体検査装置は、前記第２の状態で検査を行う際に、前記センサ素子の前記実温度特性に基づいて、前記センサ素子の実温度が本来の検査温度となるように、前記ステージの温度を設定する、
半導体装置の検査方法。
【請求項5】
請求項１記載の半導体装置の検査方法において、
前記半導体検査装置は、プローバと、テスタと、を有し、
前記プローバは、
前記ステージを駆動することで前記第１の状態または前記第２の状態を構築し、
前記第１の状態を構築した場合には第１の検査開始命令を前記テスタへ送信し、
前記第１の検査開始命令に応じて前記テスタから受信した第１の検査終了通知に応じて前記第２の状態を構築し、
前記第２の状態を構築した場合には第２の検査開始命令を前記テスタへ送信し、
前記テスタは、
前記プローバからの前記第１の検査開始命令に応じて、第１の検査プログラムを実行することで前記センサ素子の出力値を測定し、
前記センサ素子の出力値を測定したのち前記第１の検査終了通知を前記プローバへ送信し、
前記プローバからの前記第２の検査開始命令に応じて、第２の検査プログラムを実行することで、前記センサ素子の出力値の測定と前記温度センサ回路の出力値の取得とを含めて前記半導体装置全体を検査し、
前記半導体装置全体の検査を終了したのち第２の検査終了通知を前記プローバへ送信する、
半導体装置の検査方法。
前記半導体検査装置は、プローバと、テスタと、を有し、
前記プローバは、
前記ステージを駆動することで前記第１の状態または前記第２の状態を構築し、
前記第１の状態を構築した場合には第１の検査開始命令を前記テスタへ送信し、
前記第１の検査開始命令に応じて前記テスタから受信した第１の検査終了通知に応じて前記第２の状態を構築し、
前記第２の状態を構築した場合には第２の検査開始命令を前記テスタへ送信し、
前記テスタは、
前記プローバからの前記第１の検査開始命令に応じて、第１の検査プログラムを実行することで前記センサ素子の出力値を測定し、
前記センサ素子の出力値を測定したのち前記第１の検査終了通知を前記プローバへ送信し、
前記プローバからの前記第２の検査開始命令に応じて、第２の検査プログラムを実行することで、前記センサ素子の出力値の測定と前記温度センサ回路の出力値の取得とを含めて前記半導体装置全体を検査し、
前記半導体装置全体の検査を終了したのち第２の検査終了通知を前記プローバへ送信する、
半導体装置の検査方法。
【請求項6】
請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体装置の検査方法において、
前記通常端子の数は、１０００個以上である、
半導体装置の検査方法。
前記通常端子の数は、１０００個以上である、
半導体装置の検査方法。
【請求項7】
温度に依存して出力値が変化するセンサ素子を含み、前記センサ素子の出力値に基づいて半導体装置の温度を検知する温度センサ回路と、
前記半導体装置が担う各種機能を実現する内部回路と、
外部への検査用端子の一部であり、前記センサ素子に接続されるセンサ端子と、
前記検査用端子の他の一部であり、前記内部回路に接続される通常端子と、
を備える、
半導体装置。
前記半導体装置が担う各種機能を実現する内部回路と、
外部への検査用端子の一部であり、前記センサ素子に接続されるセンサ端子と、
前記検査用端子の他の一部であり、前記内部回路に接続される通常端子と、
を備える、
半導体装置。
【請求項8】
請求項７記載の半導体装置において、
前記センサ端子は、
前記センサ素子に外部からバイアスを印加するための第１のセンサ端子および第２のセンサ端子と、
前記バイアスの印加に応じて前記センサ素子に生じる出力値を外部で測定するための第３のセンサ端子および第４のセンサ端子と、
を備える、
半導体装置。
前記センサ端子は、
前記センサ素子に外部からバイアスを印加するための第１のセンサ端子および第２のセンサ端子と、
前記バイアスの印加に応じて前記センサ素子に生じる出力値を外部で測定するための第３のセンサ端子および第４のセンサ端子と、
を備える、
半導体装置。
【請求項9】
請求項７記載の半導体装置において、
さらに、前記センサ素子と前記センサ端子との間の配線に直列に挿入されるＥＳＤ（Electro Static Discharge）保護素子を備える、
半導体装置。
さらに、前記センサ素子と前記センサ端子との間の配線に直列に挿入されるＥＳＤ（Electro Static Discharge）保護素子を備える、
半導体装置。
【請求項10】
請求項７記載の半導体装置において、
前記半導体装置を、第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向のそれぞれで２等分することで４個の領域に区別した場合、
前記温度センサ回路または前記センサ端子の一方は、前記４個の領域の中で点対称となる２個の領域の一方に配置され、前記温度センサ回路または前記センサ端子の他方は、前記点対称となる２個の領域の他方に配置され、前記センサ端子は、配置される領域の中で前記半導体装置の外周に近い箇所に配置される、
半導体装置。
前記半導体装置を、第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向のそれぞれで２等分することで４個の領域に区別した場合、
前記温度センサ回路または前記センサ端子の一方は、前記４個の領域の中で点対称となる２個の領域の一方に配置され、前記温度センサ回路または前記センサ端子の他方は、前記点対称となる２個の領域の他方に配置され、前記センサ端子は、配置される領域の中で前記半導体装置の外周に近い箇所に配置される、
半導体装置。
【請求項11】
請求項１０記載の半導体装置において、
前記温度センサ回路および前記センサ端子の組を複数組備え、
前記複数組のそれぞれにおいて、前記温度センサ回路または前記センサ端子の一方は、前記点対称となる２個の領域の一方に配置され、前記温度センサ回路または前記センサ端子の他方は、前記点対称となる２個の領域の他方に配置され、前記センサ端子は、配置される領域の中で前記半導体装置の外周に近い箇所に配置される、
半導体装置。
前記温度センサ回路および前記センサ端子の組を複数組備え、
前記複数組のそれぞれにおいて、前記温度センサ回路または前記センサ端子の一方は、前記点対称となる２個の領域の一方に配置され、前記温度センサ回路または前記センサ端子の他方は、前記点対称となる２個の領域の他方に配置され、前記センサ端子は、配置される領域の中で前記半導体装置の外周に近い箇所に配置される、
半導体装置。
【請求項12】
請求項７～１１のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、前記内部回路としてプロセッサおよびメモリを含んだＳＯＣ（System On a Chip）である、
半導体装置。
前記半導体装置は、前記内部回路としてプロセッサおよびメモリを含んだＳＯＣ（System On a Chip）である、
半導体装置。
【請求項13】
半導体検査装置で用いられるプローブカードであって、
第１の長さと、前記第１の長さよりも短い第２の長さとに設定可能な第１のプローブと、
前記第２の長さに設定される第２のプローブと、
を備え、
前記第１のプローブが非検査デバイスである半導体装置に接触し、前記第２のプローブが前記半導体装置に接触しない第１の状態と、前記第１のプローブおよび前記第２のプローブの両方が前記半導体装置に接触する第２の状態とを構築することが可能となっている、
プローブカード。
第１の長さと、前記第１の長さよりも短い第２の長さとに設定可能な第１のプローブと、
前記第２の長さに設定される第２のプローブと、
を備え、
前記第１のプローブが非検査デバイスである半導体装置に接触し、前記第２のプローブが前記半導体装置に接触しない第１の状態と、前記第１のプローブおよび前記第２のプローブの両方が前記半導体装置に接触する第２の状態とを構築することが可能となっている、
プローブカード。
【請求項14】
請求項１３記載のプローブカードにおいて、
前記半導体装置は、温度に依存して出力値が変化するセンサ素子と、前記センサ素子に接続されるセンサ端子と、前記半導体装置が担う各種機能を実現する内部回路と、前記内部回路に接続される通常端子と、を備え、
前記第１のプローブは、前記センサ端子に接触するためのプローブであり、
前記第２のプローブは、前記通常端子に接触するためのプローブである、
プローブカード。
前記半導体装置は、温度に依存して出力値が変化するセンサ素子と、前記センサ素子に接続されるセンサ端子と、前記半導体装置が担う各種機能を実現する内部回路と、前記内部回路に接続される通常端子と、を備え、
前記第１のプローブは、前記センサ端子に接触するためのプローブであり、
前記第２のプローブは、前記通常端子に接触するためのプローブである、
プローブカード。
【請求項15】
請求項１３記載のプローブカードにおいて、
前記第１のプローブは、
第１のバレルと、
前記第１のバレル内に収納される第１のバネと、
前記第１のバレル内に挿入され、前記第１のバネによって挿入量が制限される第１のプランジャと、
を備え、
前記第２のプローブは、
前記第１のバレルと同じ長さの第２のバレルと、
前記第２のバレル内に収納され、前記第１のバネよりも硬い第２のバネと、
前記第２のバレル内に挿入され、前記第２のバネによって挿入量が制限され、前記第１のプランジャよりも短い第２のプランジャと、
を備える、
プローブカード。
前記第１のプローブは、
第１のバレルと、
前記第１のバレル内に収納される第１のバネと、
前記第１のバレル内に挿入され、前記第１のバネによって挿入量が制限される第１のプランジャと、
を備え、
前記第２のプローブは、
前記第１のバレルと同じ長さの第２のバレルと、
前記第２のバレル内に収納され、前記第１のバネよりも硬い第２のバネと、
前記第２のバレル内に挿入され、前記第２のバネによって挿入量が制限され、前記第１のプランジャよりも短い第２のプランジャと、
を備える、
プローブカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置の検査方法、半導体装置およびプローブカードに関し、例えば、温度センサ回路を搭載した半導体装置における温度センサ回路の補正技術に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、広い面積にわたって電極パッドにプローブさせる場合に、全てのプローブに均等な圧力を加えることが可能な半導体検査用プローブ装置が示される。具体的には、プローブ装置のステージ上において、ウエハ搭載領域の周囲に、ウエハと同じ厚さのスペーサが設置される。これにより、プローブ構造体は、ウエハとスペーサの両方に対向した状態で押圧されるため、プローブ構造体がウエハの表面に対して傾斜するのを防止することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００３－１４２５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば、温度センサ回路を搭載したＳＯＣ（System On a Chip）等の半導体装置が広く用いられている。温度センサ回路を搭載することで、半導体装置の温度を検知することができ、例えば、半導体装置を過温度等から保護すること等が可能になる。このような半導体装置では、近年の大規模化に伴い、パッケージ形態が、ＱＦＰ（Quad Flat Package）からＦＣ－ＢＧＡ（Flip Chip-Ball Grid Array）等へと移行している。これに伴い、半導体装置の端子、すなわち電極パッドは、半導体装置、言い換えれば半導体チップの全面に配置され、端子数は、数１０００個以上となってきている。
【0005】
一方、このような半導体装置が形成された半導体ウエハを検査する際には、各温度での検査結果に基づいて温度センサ回路の温度特性をトリミングやＬＵＴ（Look Up Table）などで補正することが望まれる。そのためには、検査時における半導体装置の実温度を正しく把握することが必要となる。しかしながら、半導体装置の実温度は、半導体装置の端子数が増加するほど把握し難くなる。すなわち、半導体装置は、半導体検査装置の温度調整機構から熱を印加されると共に、各端子からプローブを介して常温環境等に設置されるテスタ等にも接続される。このため、端子数、ひいてはプローブ数が増加するほど、温度調整機構の設定温度は、半導体装置の実温度に一致し難くなる。
【0006】
また、このような要因に加えて、大規模化に伴い半導体装置の発熱量が増加することによっても、温度調整機構の設定温度は、半導体装置の実温度に一致し難くなる。これらの要因によって、検査時における半導体装置の実温度を正しく把握できない、すなわち、温度調整機構の設定温度を半導体装置の実温度とみなせない結果、温度センサ回路の温度特性を高精度に補正することが困難となるおそれがあった。
【0007】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0008】
一実施の形態の半導体装置の検査方法は、半導体検査装置を用いた方法である。半導体装置は、温度に依存して出力値が変化するセンサ素子を含み、当該センサ素子の出力値に基づいて半導体装置の温度を検知する温度センサ回路と、半導体装置が担う各種機能を実現する内部回路と、センサ素子に接続されるセンサ端子と、内部回路に接続される通常端子と、を備える。半導体検査装置は、第１のプローブと、第２のプローブとが装着されたプローブカードを用いることで、第１のプローブがセンサ端子に接触し、第２のプローブが半導体装置に接触しない第１の状態と、第１のプローブがセンサ端子に接触し、第２のプローブが通常端子に接触する第２の状態とで、ステージ上に搭載された半導体装置を検査する。この際に、半導体検査装置は、ステージの温度を少なくとも２以上の温度に設定し、各温度で、第１の状態を用いてセンサ素子の出力値を測定し、ステージの温度をセンサ素子の実温度とみなすことで、センサ素子の実温度とセンサ素子の出力値との関係を表す実温度特性を算出する。また、半導体検査装置は、各温度で、第２の状態を用いて、センサ素子の出力値の測定と温度センサ回路の出力値の取得とを含めて半導体装置全体を検査し、当該センサ素子の出力値を実温度特性に基づいて実温度に換算することで、センサ素子の実温度と温度センサ回路の出力値との関係を算出する。
【発明の効果】
【0009】
一実施の形態の半導体装置の検査方法を用いることで、温度センサ回路の温度特性を高精度に補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【0012】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【0013】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【0014】
（実施の形態１）
＜半導体検査装置および半導体装置の概略および前提となる問題点＞
図１は、実施の形態１による半導体検査装置の構成例および前提となる問題点を示す概略図である。図１に示す半導体検査装置は、テスタ１と、プローバ２と、プローブカード３とを備える。テスタ１は、テスタ本体１０と、テストヘッド１１とを備える。テストヘッド１１は、外部へ信号を出力するドライバや、外部からの信号を入力するレシーバや、外部へ電源電圧または電源電流を供給し、電源電流または電源電圧を測定可能な電源ユニット等を備える。テスタ本体１０は、所定の検査プログラム等に基づいて、ドライバからの出力信号や電源ユニットからの電源等を制御し、レシーバへの入力信号や、電源ユニットでの測定値等を評価する。
＜半導体検査装置および半導体装置の概略および前提となる問題点＞
図１は、実施の形態１による半導体検査装置の構成例および前提となる問題点を示す概略図である。図１に示す半導体検査装置は、テスタ１と、プローバ２と、プローブカード３とを備える。テスタ１は、テスタ本体１０と、テストヘッド１１とを備える。テストヘッド１１は、外部へ信号を出力するドライバや、外部からの信号を入力するレシーバや、外部へ電源電圧または電源電流を供給し、電源電流または電源電圧を測定可能な電源ユニット等を備える。テスタ本体１０は、所定の検査プログラム等に基づいて、ドライバからの出力信号や電源ユニットからの電源等を制御し、レシーバへの入力信号や、電源ユニットでの測定値等を評価する。
【0015】
プローバ２は、ウエハチャック等と呼ばれるステージ２０と、温度調整機構２１と、温度測定ユニット２２と、ステージ駆動機構２３と、を備える。ステージ２０上には、複数の半導体チップＣＰ、言い換えれば半導体装置が形成される半導体ウエハＷＦが搭載される。温度調整機構２１は、ヒータや冷却器等を含み、ステージ２０の加熱または冷却を行う。温度測定ユニット２２は、ステージ２０の温度を測定する。プローバ２は、温度測定ユニット２２によって測定された温度を反映して温度調整機構２１を制御することで、ステージ２０、ひいては半導体ウエハＷＦを所定の設定温度に制御する。
【0016】
プローブカード３は、テストインタフェース１２を介してテストヘッド１１に接続される。プローブカード３は、テストヘッド１１またはプローバ２に対して着脱可能となっている。プローブカード３は、メイン基板３０と、変換基板３１と、補強板３２と、複数のプローブＰＢが取り付けられたプローブユニット３３とを備える。補強板３２は、メイン基板３０と変換基板３１とを連結し、その連結状態を固定する。プローブユニット３３は、変換基板３１に装着される。メイン基板３０は、テストインタフェース１２と変換基板３１との間を接続する複数の配線を有し、当該配線によって信号または電源を伝送する。変換基板３１は、メイン基板３０と複数のプローブＰＢとの間を接続する複数の配線を有し、当該配線によって信号または電源を伝送する。
【0017】
プローバ２内のステージ駆動機構２３は、ステージ２０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させる。ステージ２０の各軸方向の移動量は、任意に設定可能となっている。明細書では、半導体ウエハＷＦの面方向またはステージ２０の面方向を、Ｘ軸方向およびＸ軸方向と直交するＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とする。ステージ駆動機構２３は、被検査デバイスとなる半導体チップＣＰを検査する際には、ステージ２０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させたのち、プローブカード３に装着されるプローブＰＢが半導体チップＣＰの端子に接触するように、ステージ２０をＺ軸方向に移動させる。
【0018】
図２は、図１における半導体装置の構成例を示す概略図である。図２に示す半導体装置、すなわち半導体チップＣＰは、例えば、ＳＯＣであり、単数または複数、この例では複数の温度センサ回路ＴＨＳ１，ＴＨＳ２と、半導体装置が担う各種機能を実現する内部回路とを備える。明細書では、複数の温度センサ回路ＴＨＳ１，ＴＨＳ２を総称して温度センサ回路ＴＨＳと呼ぶ。
【0019】
内部回路には、例えば、プロセッサＰＲＣ、メモリ、アクセラレータＡＣＣ、通信インタフェースＣＩＦ、アナログディジタル変換器ユニットＡＤＣＵ、ディジタルアナログ変換器ユニットＤＡＣＵ等が含まれる。メモリには、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリＶＭＥＭや、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリＮＶＭＥＭが含まれる。
【0020】
複数の温度センサ回路ＴＨＳ１，ＴＨＳ２は、半導体チップＣＰ内のそれぞれ異なる位置での温度を検知する。プロセッサＰＲＣは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等であり、メモリに格納された所定のプログラムを実行することで所定の機能を実現する。アクセラレータＡＣＣは、半導体装置に求められる専用の機能を担う回路である。通信インタフェースＣＩＦは、所定の通信プロトコルに基づき、装置外部と通信を行う。
【0021】
図３Ａおよび図３Ｂは、図２における温度センサ回路の詳細な構成例を示す回路図である。図３Ａに示す温度センサ回路ＴＨＳａは、電流源ＣＳと、センサ素子ＳＥの一例であるダイオードＤｓと、差動アンプＤＡＭＰと、電源レギュレータＬＤＯと、アナログディジタル変換器ＡＤＣと、を備える。電流源ＣＳは、ダイオードＤｓに定電流を供給する。定電流が供給されたダイオードＤｓは、温度に応じた出力値ＶＭ、ここでは出力電圧を発生する。ダイオードＤｓの温度係数は、例えば、－２ｍＶ／℃等である。
【0022】
差動アンプＤＡＭＰは、ダイオードＤｓの出力値ＶＭを固定のゲインで増幅する。アナログディジタル変換器ＡＤＣは、差動アンプＤＡＭＰから出力されるアナログ信号を、ディジタル信号となる出力値ＶＯに変換する。半導体チップＣＰは、このようにして得られた温度センサ回路ＴＨＳａからの出力値ＶＯに基づいて、自身の温度を把握する。電源レギュレータＬＤＯは、外部電源電圧ＶＣＣから内部電源電圧ＶＤＤを生成し、内部電源電圧ＶＤＤを、電流源ＣＳ、差動アンプＤＡＭＰおよびアナログディジタル変換器ＡＤＣに供給する。
【0023】
図３Ｂに示す温度センサ回路ＴＨＳｂは、図３Ａとはセンサ素子ＳＥの構成が異なっている。すなわち、図３Ｂでは、センサ素子ＳＥとしてｐｎｐ型のバイポーラトランジスタＢＴが用いられ、センサ素子ＳＥの出力値ＶＭは、バイポーラトランジスタＢＴのベース・エミッタ間電圧となっている。なお、この例では、センサ素子ＳＥとして、ダイオードＤｓ等を用いたが、これに限らず、場合によっては、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ素子等を用いてもよい。この場合、センサ素子ＳＥに対して、電流を印加して電圧を検出する方式や、電圧を印加して電流を検出する方式を適用できる。
【0024】
ここで、特に、図２に示したＳＯＣ等の半導体チップＣＰでは、多機能化、大規模化に伴い、半導体チップＣＰの全面に多数の検査用端子、例えば電極パッドが配置される。検査用端子の数は、例えば、１０００個以上であり、数１０００個となる場合もある。このため、図１に示したような半導体検査装置を用いて当該半導体チップＣＰを検査する際には、多数の検査用端子にそれぞれ接続される多数のプローブＰＢが必要となる。プローブＰＢは、比較的熱抵抗が小さい導電材料で構成される。
【0025】
一方、図１に示したような検査時には、前述した内部回路の検査に加えて、温度センサ回路ＴＨＳの温度特性を補正することが望まれる。具体的には、例えば、温度調整機構２１を用いてステージ２０を所定の設定温度に設定した状態で、温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯを取得すればよい。そして、ステージ２０の設定温度を半導体チップＣＰの実温度とみなして、当該設定温度を温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯに関連付ければよい。
【0026】
ただし、実際には、特に、２つの要因（１）（２）によって、ステージ２０の設定温度を半導体チップＣＰの実温度とみなすことが困難となり得る。要因（１）として、半導体チップＣＰが大規模化するほど、検査時での半導体チップＣＰの発熱４０ａが増加する。この場合、半導体チップＣＰの実温度は、ステージ２０の設定温度よりも高くなるように作用する。要因（２）として、プローブＰＢの数が増加するほど、半導体チップＣＰと、常温環境下に設置されるテストヘッド１１との間の熱伝導４０ｂが生じ易くなる。この場合、半導体チップＣＰの実温度は、常温に近づくように作用する。そこで、以下に述べる実施の形態の方式を用いることが有益となる。
【0027】
＜プローブカードの詳細＞
図４は、図１におけるプローブカードの詳細な構成例を示す断面図である。図４には、図１の場合と同様のプローブカード３が示される。ここで、図４に示されるプローブカード３は、図１に示したプローブＰＢとして、２種類のプローブＰＢ１，ＰＢ２を備える。プローブＰＢ１は、長さＬ１と、長さＬ１よりも短い長さＬ２とに設定可能なものである。一方、プローブＰＢ２は、長さＬ１には設定されず、長さＬ２に設定されるものである。
図４は、図１におけるプローブカードの詳細な構成例を示す断面図である。図４には、図１の場合と同様のプローブカード３が示される。ここで、図４に示されるプローブカード３は、図１に示したプローブＰＢとして、２種類のプローブＰＢ１，ＰＢ２を備える。プローブＰＢ１は、長さＬ１と、長さＬ１よりも短い長さＬ２とに設定可能なものである。一方、プローブＰＢ２は、長さＬ１には設定されず、長さＬ２に設定されるものである。
【0028】
具体的な構成例として、プローブＰＢ１は、バレル３５と、バレル３５内に収納されるバネ３７ａと、バレル３５内に挿入され、バネ３７ａによって挿入量が制限されるプランジャ３６ａと、を備える。図１に示したステージ駆動機構２３によって、プランジャ３６ａのバレル３５内への挿入量を調整することで、プローブＰＢ１は、長さＬ１と長さＬ２とに設定される。
【0029】
同様に、プローブＰＢ２も、バレル３５と、バレル３５内に収納されるバネ３７ｂと、バレル３５内に挿入され、バネ３７ｂによって挿入量が制限されるプランジャ３６ｂと、を備える。プローブＰＢ２のバレル３５は、プローブＰＢ１のバレル３５と同じ長さを有する。一方、プローブＰＢ２のバネ３７ｂは、プローブＰＢ１のバネ３７ａよりも硬いもの、すなわちバネ定数が大きいものが用いられる。さらに、プローブＰＢ２のプランジャ３６ｂは、プローブＰＢ１のプランジャ３６ａよりも短い長さを有する。このような構成の違いにより、プローブＰＢ２は、図１に示したステージ駆動機構２３によって、長さＬ２のみに設定される。
【0030】
ここで、プローブＰＢ１は、例えば、温度センサ回路ＴＨＳ内のセンサ素子ＳＥに接続されるセンサ端子に接触するためのものである。一方、プローブＰＢ２は、図２で述べた内部回路に接続される通常端子に接触するためのものである。このため、例えば、プローブＰＢ２の本数は、１０００本以上であるのに対して、プローブＰＢ１の本数は、数本程度となり得る。
【0031】
図５Ａおよび図５Ｂは、図４に示したプローブカードを用いた場合での半導体装置の検査状態の一例を示す図である。図５Ａおよび図５Ｂには、図１に示した半導体検査装置と同様の構成が示される。ただし、図５Ａでは、プローブＰＢ１が長さＬ１に設定されることで、プローブＰＢ１が半導体チップＣＰのセンサ端子に接触し、プローブＰＢ２が半導体チップＣＰの通常端子に接触しない状態ＳＴ１が構築されている。また、図５Ｂでは、プローブＰＢ１，ＰＢ２の両方が長さＬ２に設定されることで、プローブＰＢ１が半導体チップＣＰのセンサ端子に接触し、プローブＰＢ２が半導体チップＣＰの通常端子に接触する状態ＳＴ２が構築されている。
【0032】
詳細には、ステージ駆動機構２３は、ステージ２０を、予め設定したＺ軸方向の移動量を表すオーバードライブ量ＯＤ１に基づいて移動させることで、図５Ａに示した状態ＳＴ１を構築する。同様に、ステージ駆動機構２３は、ステージ２０を、図５Ａの場合よりも大きいオーバードライブ量ＯＤ２に基づいて移動させることで、図５Ｂに示した状態ＳＴ２を構築する。
【0033】
ここで、図５Ａに示した状態ＳＴ１では、図５Ｂに示した状態ＳＴ２と比較して、半導体チップＣＰに接触するプローブＰＢの数は、極度に少ない。このため、図１および図２で述べた要因（２）を排除する、すなわちプローブＰＢを介した熱伝導４０ｂを抑制することが可能になる。さらに、図５Ａに示した状態ＳＴ１では、図５Ｂに示した状態ＳＴ２と異なり、動作する回路は、温度センサ回路ＴＨＳ、詳細には、その中のセンサ素子ＳＥのみに限定される。このため、図１および図２で述べた要因（１）を排除する、すなわち半導体チップＣＰの発熱４０ａを抑制することも可能になる。
【0034】
これらの結果、状態ＳＴ１では、ステージ２０の設定温度を半導体チップＣＰの実温度とみなすことが可能になる。そして、温度センサ回路ＴＨＳ、詳細にはその中のセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭと、センサ素子ＳＥひいては半導体チップＣＰの実温度との関係を表す実温度特性を算出することができる。一方、図５Ｂに示した状態ＳＴ２では、図１および図２で述べたように、ステージ２０の設定温度を半導体チップＣＰの実温度とみなすことが困難となり得る。ただし、状態ＳＴ２では、プローブＰＢ１を介してセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭを測定することで、当該出力値ＶＭを、状態ＳＴ１で算出したセンサ素子ＳＥの実温度特性に基づいて実温度に換算することができる。これにより、状態ＳＴ２においても、半導体チップＣＰの温度を正確に把握することが可能になる。
【0035】
このようにして、半導体チップＣＰの温度を正確に把握できる結果、温度センサ回路ＴＨＳの温度特性を高精度に補正することが可能になる。具体的な補正方法として、例えば、温度センサ回路ＴＨＳにフューズを搭載し、レーザトリミングやヒューズカットによってセンサ素子ＳＥの抵抗値を物理的に調整する方法が挙げられる。または、温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯを温度に換算する際に用いられる換算テーブルや換算式を補正する方法が挙げられる。換算テーブルは、例えば、ＬＵＴ（Look Up Table）によって実現され得る。換算式は、例えば、換算式に含まれるゲインやオフセット等のパラメータを記憶するメモリによって実現され得る。この場合、プロセッサは、当該換算式を用いて出力値ＶＯを温度に換算する処理を実行すればよい。
【0036】
なお、この例では、状態ＳＴ１において、温度センサ回路ＴＨＳ内のセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭと実温度との関係を表す実温度特性を算出したが、場合によっては、温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯと実温度との関係を表す実温度特性を算出してもよい。この場合、半導体チップＣＰに、例えば、温度センサ回路ＴＨＳのみを動作させ、その出力値ＶＯを取得できる仕組みを設け、それに必要な端子をセンサ端子として設ければよい。
【0037】
ただし、状態ＳＴ１において、温度センサ回路ＴＨＳの実温度特性を算出する場合、センサ素子ＳＥの実温度特性を算出する場合と比較して、必要なセンサ端子の数が増えるおそれや、温度センサ回路ＴＨＳ全体が動作することにより、発熱が増加するおそれがある。この観点では、状態ＳＴ１においては、温度センサ回路ＴＨＳではなくセンサ素子ＳＥの実温度特性を算出することが望ましい。
【0038】
＜半導体装置の検査方法＞
図６は、図５Ａに示した状態での詳細な検査方法の一例を説明する等価回路図である。図６には、テストヘッド１１の一部と、プローブカード３の一部と、半導体チップＣＰ内の温度センサ回路ＴＨＳの一部とが示される。半導体チップＣＰには、例えば、４個のセンサ端子Ｐ１～Ｐ４が設けられる。センサ端子Ｐ１，Ｐ２は、センサ素子ＳＥの両端にそれぞれ接続され、センサ素子ＳＥに外部からバイアスを印加するための端子である。センサ端子Ｐ３，Ｐ４は、センサ素子ＳＥの両端にそれぞれ接続され、バイアスの印加に応じてセンサ素子ＳＥに生じる出力値ＶＭを外部で測定するための端子である。
図６は、図５Ａに示した状態での詳細な検査方法の一例を説明する等価回路図である。図６には、テストヘッド１１の一部と、プローブカード３の一部と、半導体チップＣＰ内の温度センサ回路ＴＨＳの一部とが示される。半導体チップＣＰには、例えば、４個のセンサ端子Ｐ１～Ｐ４が設けられる。センサ端子Ｐ１，Ｐ２は、センサ素子ＳＥの両端にそれぞれ接続され、センサ素子ＳＥに外部からバイアスを印加するための端子である。センサ端子Ｐ３，Ｐ４は、センサ素子ＳＥの両端にそれぞれ接続され、バイアスの印加に応じてセンサ素子ＳＥに生じる出力値ＶＭを外部で測定するための端子である。
【0039】
プローブカード３は、当該４個のセンサ端子Ｐ１～Ｐ４と、テストヘッド１１とをプローブＰＢ１を介して接続する。寄生抵抗ｒ１～ｒ４は、この接続に伴うものであり、プローブＰＢ１の抵抗や、各基板上の配線抵抗や、各箇所の接触抵抗等を表すものである。テストヘッド１１は、電源ユニットＩＦＳ，ＶＦＳと、レシーバＶＭＥａ，ＶＭＥｂとを備える。電源ユニットＩＦＳ，ＶＦＳは、寄生抵抗ｒ１，ｒ２およびセンサ端子Ｐ１，Ｐ２を介して、センサ素子ＳＥに定電流Ｉｒを供給する。この際に、電源ユニットＩＦＳは、電流源として機能し、電源ユニットＶＦＳは、センサ端子Ｐ２を所定の電圧、例えば０Ｖ等に固定する電圧源として機能する。
【0040】
一方、レシーバＶＭＥａ，ＶＭＥｂは、センサ端子Ｐ３，Ｐ４および寄生抵抗ｒ３，ｒ４を介して、センサ素子ＳＥの出力値ＶＭ、詳細にはセンサ素子ＳＥの両端に生じる出力電圧を入力し、その出力電圧の値を測定する。このような測定方法は、４端子法と呼ばれる。４端子法を用いると、定電流Ｉｒを寄生抵抗ｒ１，ｒ２の影響を受けずに供給でき、また、センサ素子ＳＥの出力値ＶＭを寄生抵抗ｒ３，ｒ４の影響を受けずに測定できる。すなわち、仮に２端子のみで同様の測定を行う場合には、寄生抵抗に伴う誤差が生じ得る。
【0041】
なお、電源ユニットＩＦＳによる定電流Ｉｒは、例えば、温度センサ回路ＴＨＳ内の電流源ＣＳからの定電流と同じ値に設定される。また、温度センサ回路ＴＨＳ内の電流源ＣＳや差動アンプＤＡＭＰは、電源が供給されないため非動作状態となる。ただし、このような非動作状態の箇所への定電流Ｉｒの漏洩経路を遮断するため、この例では、電流源ＣＳとセンサ素子ＳＥとの間に、デフォルトでオフとなるスイッチＳＷが挿入されている。また、定電流Ｉｒの漏洩経路が他にもある場合には、同様にしてスイッチが挿入される。
【0042】
図７は、実施の形態１による半導体装置の検査方法の一例を示すフロー図である。図８は、図７に示した処理内容を説明するための模式図である。図８には、温度と、センサ素子ＳＥの出力値ＶＭおよび温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯとの関係が示される。図７において、まず、プローバ２は、温度調整機構２１を用いてステージ２０を所定の設定温度Ｔ１、例えば、－４０℃に設定する（ステップＳ１０１）。次いで、プローバ２は、ステージ駆動機構２３を用いて、図５Ａに示した状態ＳＴ１を構築する（ステップＳ１０２）。この状態ＳＴ１を用いて、テスタ１は、プローブＰＢ１およびセンサ端子Ｐ１～Ｐ４を介してセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ１［１］を測定する（ステップＳ１０３）。
【0043】
続いて、プローバ２は、ステージ駆動機構２３を用いて、図５Ｂに示した状態ＳＴ２を構築する（ステップＳ１０４）。この状態ＳＴ２を用いて、テスタ１は、プローブＰＢ１およびセンサ端子Ｐ１～Ｐ４を介してセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ１［２］を測定する（ステップＳ１０５）。また、これと並行して、テスタ１は、プローブＰＢ２および通常端子を介して、温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯ１［２］の取得を含め、半導体チップＣＰ全体の検査、すなわち図２で述べた内部回路の検査を行う（ステップＳ１０６）。
【0044】
その後、プローバ２は、温度調整機構２１を用いてステージ２０を所定の設定温度Ｔ２、例えば、１２５℃に設定する（ステップＳ１０７）。次いで、プローバ２は、ステージ駆動機構２３を用いて、図５Ａに示した状態ＳＴ１を構築する（ステップＳ１０８）。この状態ＳＴ１を用いて、テスタ１は、プローブＰＢ１およびセンサ端子Ｐ１～Ｐ４を介してセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ２［１］を測定する（ステップＳ１０９）。
【0045】
続いて、プローバ２は、ステージ駆動機構２３を用いて、図５Ｂに示した状態ＳＴ２を構築する（ステップＳ１１０）。この状態ＳＴ２を用いて、テスタ１は、プローブＰＢ１およびセンサ端子Ｐ１～Ｐ４を介してセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ２［２］を測定する（ステップＳ１１１）。また、これと並行して、テスタ１は、プローブＰＢ２および通常端子を介して、温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯ２［２］の取得を含め、半導体チップＣＰ全体の検査、すなわち図２で述べた内部回路の検査を行う（ステップＳ１１２）。
【0046】
その後、テスタ１は、状態ＳＴ１でのセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ、すなわち設定温度Ｔ１での出力値ＶＭ１［１］（ステップＳ１０３）と、設定温度Ｔ２での出力値ＶＭ２［１］（ステップＳ１０９）と、に基づいて、図８に示されるようなセンサ素子ＳＥの実温度特性ＳＰｅを算出する（ステップＳ１１３）。センサ素子ＳＥの実温度特性ＳＰｅは、センサ素子ＳＥ、ひいては半導体チップＣＰの実温度とセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭとの関係を表す。また、当該実温度特性ＳＰｅを算出する際に、テスタ１は、設定温度Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ、センサ素子ＳＥの実温度とみなす。
【0047】
次いで、テスタ１は、状態ＳＴ２でのセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ、すなわち設定温度Ｔ１での出力値ＶＭ１［２］（ステップＳ１０５）と、設定温度Ｔ２での出力値ＶＭ２［２］（ステップＳ１１１）とを、ステップＳ１１３で算出したセンサ素子ＳＥの実温度特性ＳＰｅに基づいて、実温度Ｔ１ｒ，Ｔ２ｒに換算する（ステップＳ１１４）。すなわち、この際に、テスタ１は、設定温度Ｔ１，Ｔ２をセンサ素子ＳＥの実温度とみなさない。
【0048】
続いて、テスタ１は、状態ＳＴ２での温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯ、すなわち、設定温度Ｔ１での出力値ＶＯ１［２］（ステップＳ１０６）と、設定温度Ｔ２での出力値ＶＯ２［２］（ステップＳ１１２）とを、それぞれ、ステップＳ１１４で換算した実温度Ｔ１ｒ，Ｔ２ｒに関連付ける。そして、この関連付けによって、テスタ１は、図８に示されるような温度センサ回路ＴＨＳの実温度特性ＳＰｃを算出する（ステップＳ１１５）。温度センサ回路ＴＨＳの実温度特性ＳＰｃは、センサ素子ＳＥ、ひいては半導体チップＣＰの実温度と温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯとの関係を表す。この温度センサ回路ＴＨＳの実温度特性ＳＰｃは、例えば、図２に示したメモリに保存され、実使用上で、温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯを実温度に換算する際に用いられる。
【0049】
図８において、状態ＳＴ２では、－４０℃の設定温度Ｔ１に対する実温度Ｔ１ｒは－３０℃となっており、１２５℃の設定温度Ｔ２に対する実温度Ｔ２ｒは１１０℃となっている。この例では、例えば、２５℃といった常温から離れるほど、設定温度と実温度との誤差が大きくなっている。また、ここでは、２通りの設定温度Ｔ１，Ｔ２で検査を行うことで、実温度特性ＳＰｅ，ＳＰｃを、一次特性として算出した。ただし、２通りの設定温度に限らず、例えば、３通り以上の設定温度で検査を行い、３点以上で直線近似を行うことで、実温度特性ＳＰｅ，ＳＰｃを算出してもよい。または、一次特性に限らず、他の特性に近似してもよい。
【0050】
図９は、図１に示した半導体検査装置において、テスタとプローバとの間の主な処理手順の一例を示すシーケンス図である。前提として、テスタ１とプローバ２は、所定の通信プロトコルに基づく通信回線を介して接続されている。図９において、プローバ２は、温度調整機構２１を用いて、ステージ２０を所定の温度、例えば、図７における温度Ｔ１に設定する（ステップＳ２０１）。
【0051】
続いて、プローバ２は、ステージ駆動機構２３を用いてステージ２０を駆動することで、半導体ウエハＷＦ上のある半導体チップＣＰを被検査デバイスとして、第１の状態ＳＴ１を構築する（ステップＳ２０２）。プローバ２は、第１の状態ＳＴ１を構築した場合、テスタ１へ、通信回線を介して第１の検査開始命令ＴＥＳ１を送信する（ステップＳ２０３）。
【0052】
テスタ１は、プローバ２からの第１の検査開始命令ＴＥＳ１に応じて、第１の検査プログラムを実行することで、被検査デバイスにおけるセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭを測定する（ステップＳ２０４）。そして、テスタ１は、センサ素子ＳＥの出力値ＶＭを測定したのち、第１の検査終了通知ＴＥＥ１をプローバ２へ送信する（ステップＳ２０５）。
【0053】
プローバ２は、テスタ１からの第１の検査終了通知ＴＥＥ１に応じて、同じ半導体チップＣＰを被検査デバイスとして、第２の状態ＳＴ２を構築する（ステップＳ２０６）。プローバ２は、第２の状態ＳＴ２を構築した場合、第２の検査開始命令ＴＥＳ２をテスタ１へ送信する（ステップＳ２０７）。テスタ１は、プローバ２からの第２の検査開始命令ＴＥＳ２に応じて、第２の検査プログラムを実行することで、被検査デバイスにおけるセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭの測定と温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯの取得とを含めて被検査デバイス全体を検査する（ステップＳ２０８）。
【0054】
そして、テスタ１は、被検査デバイス全体の検査を終了したのち、第２の検査終了通知ＴＥＥ２をプローバ２へ送信する（ステップＳ２０９）。プローバ２は、テスタ１からの第２の検査終了通知ＴＥＥ２を受けて、同じ半導体ウエハＷＦ上の次の半導体チップＣＰを被検査デバイスとして、第１の状態ＳＴ１を構築する。これにより、テスタ１およびプローバ２は、半導体ウエハＷＦ全体の検査を終えるまで、ステップＳ２０２～ステップＳ２０９の処理を繰り返す。
【0055】
また、プローバ２は、半導体ウエハＷＦ全体の検査を終えた場合で、別の温度で検査を行う場合には、温度調整機構２１を用いて、ステージ２０を別の温度、例えば、図７における温度Ｔ２に設定する。これにより、テスタ１およびプローバ２は、全ての温度での検査を終えるまで、ステップＳ２０１～ステップＳ２０９の処理を繰り返す。このような処理手順を用いることで、半導体ウエハＷＦ全体を対象に、図７に示したような第１の状態ＳＴ１と第２の状態ＳＴ２とを用いた検査を行うことが可能になる。
【0056】
＜実施の形態１の主要な効果＞
以上のように、実施の形態１の方式では、長さが異なる２種類のプローブが装着されたプローブカードを用いることで、センサ素子のみにプロービングされる第１の状態と、半導体装置全体にプロービングされる第２の状態とを構築することができる。そして、第１の状態を用いることで、センサ素子の実温度特性を高精度に算出することができ、当該実温度特性に基づいて、第２の状態であってもセンサ素子の実温度を高精度に把握することが可能になる。
以上のように、実施の形態１の方式では、長さが異なる２種類のプローブが装着されたプローブカードを用いることで、センサ素子のみにプロービングされる第１の状態と、半導体装置全体にプロービングされる第２の状態とを構築することができる。そして、第１の状態を用いることで、センサ素子の実温度特性を高精度に算出することができ、当該実温度特性に基づいて、第２の状態であってもセンサ素子の実温度を高精度に把握することが可能になる。
【0057】
その結果、半導体装置における温度センサ回路の温度特性を高精度に補正することが可能になる。特に、発熱の増大やプローブ数の増加が生じる大規模な半導体装置であっても、高精度な補正が実現できる。そして、温度センサ回路を高精度に補正することで、例えば、半導体装置を過温度等から適切に、すなわちオーバースペックやアンダースペックを生じさせることなく保護することが可能になる。
【0058】
（実施の形態２）
＜半導体装置の構成＞
図１０は、実施の形態２による半導体装置において、温度センサ回路に関する主要部の構成例を示す回路図である。図１０には、図６の場合と同様の温度センサ回路ＴＨＳおよびセンサ端子Ｐ１～Ｐ４が示される。ただし、図１０に示される半導体装置、すなわち半導体チップＣＰは、図６の構成例と異なり、ＥＳＤ（Electro Static Discharge）保護素子ＰＥ１～ＰＥ４を備える。ＥＳＤ保護素子ＰＥ１～ＰＥ４は、センサ素子ＳＥとセンサ端子Ｐ１～Ｐ４との間の配線にそれぞれ直列に挿入される。
＜半導体装置の構成＞
図１０は、実施の形態２による半導体装置において、温度センサ回路に関する主要部の構成例を示す回路図である。図１０には、図６の場合と同様の温度センサ回路ＴＨＳおよびセンサ端子Ｐ１～Ｐ４が示される。ただし、図１０に示される半導体装置、すなわち半導体チップＣＰは、図６の構成例と異なり、ＥＳＤ（Electro Static Discharge）保護素子ＰＥ１～ＰＥ４を備える。ＥＳＤ保護素子ＰＥ１～ＰＥ４は、センサ素子ＳＥとセンサ端子Ｐ１～Ｐ４との間の配線にそれぞれ直列に挿入される。
【0059】
一般的に、製品としての外部端子には、ＥＳＤ保護素子が設けられる。一方、センサ端子Ｐ１～Ｐ４は、例えば、検査用端子であり、製品としての外部端子には属しないものである。ただし、検査の際に、プローブカード３のプローブＰＢ１を介してセンサ端子Ｐ１～Ｐ４に静電気が印加されるおそれがあるため、この例では、ＥＳＤ保護素子ＰＥ１～ＰＥ４が設けられる。
【0060】
ここで、外部端子用のＥＳＤ保護素子は、通常、外部端子と電源との間に接続されるクランプ素子等によって構成される。ただし、センサ端子Ｐ１～Ｐ４にこのようなクランプ素子を設けると、センサ素子ＳＥの出力値ＶＭの測定が困難となり得る。そこで、図１０の例では、ＥＳＤ保護素子ＰＥ１～ＰＥ４は、配線に直列に挿入される高抵抗素子等によって構成される。高抵抗素子を用いた場合であっても、実施の形態１で述べた４端子法を用いることで、センサ素子ＳＥの出力値ＶＭを高精度に測定できる。
【0061】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、実施の形態２による半導体装置において、温度センサ回路およびセンサ端子の配置構成例を示す模式図である。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、ここでは、半導体装置、すなわち半導体チップＣＰを、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれで２等分することで、４個の領域ＡＲ１～ＡＲ４に区別する。領域ＡＲ１は、Ｘ軸方向で領域ＡＲ２に隣接し、Ｙ軸方向で領域ＡＲ４に隣接する。領域ＡＲ３は、Ｘ軸方向で領域ＡＲ４に隣接し、Ｙ軸方向で領域ＡＲ２に隣接する。その結果、領域ＡＲ１と領域ＡＲ３とは、点対称な領域となり、領域ＡＲ３と領域ＡＲ４も、点対称な領域となる。
【0062】
図１１Ａには、半導体チップＣＰが、温度センサ回路ＴＨＳおよびセンサ端子Ｐ１～Ｐ４の組を１組備える場合の配置構成例が示される。図１１Ａに示されるように、温度センサ回路ＴＨＳ１またはセンサ端子Ｐ１～Ｐ４の一方は、４個の領域ＡＲ１～ＡＲ４の中で点対称となる２個の領域の一方に配置され、温度センサ回路ＴＨＳ１またはセンサ端子Ｐ１～Ｐ４の他方は、当該点対称となる２個の領域の他方に配置される。
【0063】
この例では、温度センサ回路ＴＨＳ１は、領域ＡＲ４に配置され、センサ端子Ｐ１～Ｐ４は、領域ＡＲ２に配置される。さらに、センサ端子Ｐ１～Ｐ４は、配置される領域ＡＲ２の中で半導体チップＣＰの外周に近い箇所に配置される。この例では、半導体チップＣＰの最外周に配置される。なお、当該センサ端子Ｐ１～Ｐ４を除く端子は、図２で述べた内部回路に接続される通常端子である。
【0064】
ここで、センサ端子Ｐ１～Ｐ４は、図１等で述べたように、プローブＰＢ１を介して常温等の熱が伝導される端子である。この場合、温度センサ回路ＴＨＳ１とセンサ端子Ｐ１～Ｐ４との距離が長くなるほど、センサ端子Ｐ１～Ｐ４における熱が温度センサ回路ＴＨＳ１に与える影響を小さくすることができる。すなわち、図５Ａに示した第１の状態ＳＴ１において、センサ素子ＳＥの温度と、ステージ２０の設定温度との誤差を低減することができる。そこで、図１１Ａに示したような配置構成例を用いることが有益となる。
【0065】
図１１Ｂには、半導体チップＣＰが、温度センサ回路ＴＨＳおよびセンサ端子Ｐ１～Ｐ４の組を複数組、ここでは３組備える場合の配置構成例が示される。この場合も図１１Ａの場合と同様であり、各組において、温度センサ回路ＴＨＳとセンサ端子Ｐ１～Ｐ４とが、点対称となる２個の領域に分けて配置される。
【0066】
この例では、温度センサ回路ＴＨＳ１は、領域ＡＲ４に配置され、そのセンサ端子Ｐ１～Ｐ４は、領域ＡＲ２に配置される。温度センサ回路ＴＨＳ２に関しても、温度センサ回路ＴＨＳ１の場合と同様である。また、温度センサ回路ＴＨＳ３は、領域ＡＲ３に配置され、そのセンサ端子Ｐ１～Ｐ４は、領域ＡＲ１に配置される。なお、ここでも、各温度センサ回路ＴＨＳ１～ＴＨＳ３のセンサ端子Ｐ１～Ｐ４は、半導体チップＣＰの最外周に配置される。
【0067】
＜実施の形態２の主要な効果＞
以上、実施の形態２の半導体装置を用いると、センサ端子にＥＳＤ保護素子を設けることで、検査時において、温度センサ回路を静電気から保護することが可能になる。また、温度センサ回路とセンサ端子とを離れた位置に配置することで、センサ端子における熱が温度センサ回路に与える影響を小さくすることができ、センサ素子の実温度特性をより高精度に算出することが可能になる。その結果、半導体装置における温度センサ回路の温度特性も、より高精度に補正することが可能になる。
以上、実施の形態２の半導体装置を用いると、センサ端子にＥＳＤ保護素子を設けることで、検査時において、温度センサ回路を静電気から保護することが可能になる。また、温度センサ回路とセンサ端子とを離れた位置に配置することで、センサ端子における熱が温度センサ回路に与える影響を小さくすることができ、センサ素子の実温度特性をより高精度に算出することが可能になる。その結果、半導体装置における温度センサ回路の温度特性も、より高精度に補正することが可能になる。
【0068】
（実施の形態３）
＜半導体装置の検査方法＞
図１２は、実施の形態３による半導体装置の検査方法の一例を示すフロー図である。図１３は、図１２に示した処理内容を説明するための模式図である。図１３には、図８の場合と同様に、温度と、センサ素子ＳＥの出力値ＶＭおよび温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯとの関係が示される。例えば、図７および図８に示した検査方法では、第２の状態ＳＴ２において、半導体チップＣＰの実温度と、ステージ２０の設定温度とが異なる状態で検査が行われる。その結果、半導体チップＣＰの実際の検査温度、例えば、図８における１１０℃が、本来の検査温度、例えば１２５℃とは異なる状態となり得る。
＜半導体装置の検査方法＞
図１２は、実施の形態３による半導体装置の検査方法の一例を示すフロー図である。図１３は、図１２に示した処理内容を説明するための模式図である。図１３には、図８の場合と同様に、温度と、センサ素子ＳＥの出力値ＶＭおよび温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯとの関係が示される。例えば、図７および図８に示した検査方法では、第２の状態ＳＴ２において、半導体チップＣＰの実温度と、ステージ２０の設定温度とが異なる状態で検査が行われる。その結果、半導体チップＣＰの実際の検査温度、例えば、図８における１１０℃が、本来の検査温度、例えば１２５℃とは異なる状態となり得る。
【0069】
そこで、実施の形態３では、半導体検査装置は、第２の状態ＳＴ２で検査を行う際に、センサ素子ＳＥの実温度特性ＳＰｅに基づいて、センサ素子ＳＥ、ひいては半導体チップＣＰの実温度が本来の検査温度となるように、ステージ２０の温度を設定する。その一例として、図１２および図１３には、特に、高温側の検査温度を本来の検査温度に設定する方法が示される。
【0070】
図１２において、まず、プローバ２は、温度調整機構２１を用いてステージ２０を所定の設定温度Ｔ１、例えば－５０℃に設定する（ステップＳ３０１）。この際の設定温度Ｔ１は、図７のステップＳ１０１の場合と異なり、第２の状態ＳＴ２におけるセンサ素子ＳＥの実温度Ｔ１ｒが本来の検査温度である例えば－４０℃に近くなるように、予め実験的に定めた値である。ただし、当該設定温度Ｔ１は、アンダースペックの検査温度、すなわち－４０℃よりも高い温度とならないように定められる。
【0071】
続いて、ステップＳ３０２～Ｓ３１１において、図７に示したステップＳ１０２～Ｓ１１１の場合と同様の処理が行われる。すなわち、第１の状態ＳＴ１を用いて、温度Ｔ１でセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ１［１］と、温度Ｔ２、例えば１２５℃での出力値ＶＭ２［１］とが測定される（ステップＳ３０３，Ｓ３０９）。また、第２の状態ＳＴ２を用いて、温度Ｔ１でのセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ１［２］と、温度Ｔ２での出力値ＶＭ２［２］とが測定される（ステップＳ３０５，Ｓ３１１）。さらに、第２の状態ＳＴ２を用いて、温度Ｔ１での温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯ１［２］が取得される（ステップＳ３０６）。
【0072】
その後、テスタ１は、図７のステップＳ１１３の場合と同様に、状態ＳＴ１でのセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ、すなわち各設定温度Ｔ１，Ｔ２での各出力値ＶＭ１［１］，ＶＭ２［１］に基づいて、図１３に示されるようなセンサ素子ＳＥの実温度特性ＳＰｅを算出する（ステップＳ３１２）。続いて、テスタ１は、算出したセンサ素子ＳＥの実温度特性ＳＰｅに基づいて、ステップＳ３１１で測定したセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ２［２］、すなわち温度Ｔ２かつ第２の状態ＳＴ２での測定値を実温度Ｔ２ｒに換算する（ステップＳ３１３）。
【0073】
次いで、テスタ１およびプローバ２は、実温度Ｔ２ｒ、例えば１１０℃が本来の検出温度である温度Ｔ２、例えば１２５℃となるように、ステージ２０の設定温度を温度Ｔ２から温度Ｔ３に補正する（ステップＳ３１４）。具体的な補正方法の一例として、テスタ１は、まず、設定温度Ｔ２と実温度Ｔ２ｒとの誤差を算出し、この誤差の分だけステージ２０の設定温度を上げるようにプローバ２に指示する。そして、テスタ１は、ステージ２０の設定温度を上げた状態、かつ第２の状態ＳＴ２で、逐次、センサ素子ＳＥの出力値ＶＭ３［２］を監視しながら、ステップＳ３０９で得られた出力値ＶＭ２［１］と同じ値が得られるように、プローバ２を介してステージ２０の設定温度を調整する。
【0074】
ここで、ステップＳ３０９で得られたセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ２［１］は、実温度が温度Ｔ２、すなわち１２５℃であることを表す値である。したがって、ステップＳ３１４で得られたステージ２０の補正後の設定温度Ｔ３、例えば１４０℃は、第２の状態ＳＴ２でのセンサ素子ＳＥの実温度Ｔ３ｒを、本来の検査温度である温度Ｔ２、すなわち１２５℃に定めるための値となる。
【0075】
このようにして、ステージ２０の設定温度を温度Ｔ３に補正した状態、かつ第２の状態ＳＴ２で、テスタ１は、プローブＰＢ１を介して、センサ素子ＳＥの出力値ＶＭ３［２］を測定する（ステップＳ３１５）。これと並行して、テスタ１は、プローブＰＢ２を介して、温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯ３［２］の取得を含め、半導体チップＣＰ全体の検査、すなわち図２で述べた内部回路の検査を行う（ステップＳ３１６）。
【0076】
次いで、テスタ１は、第２の状態ＳＴ２で得られたステップＳ３０５でのセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ１［２］、すなわち設定温度Ｔ１での測定値と、ステップＳ３１５でのセンサ素子ＳＥの出力値ＶＭ３［２］、すなわち設定温度Ｔ３での測定値と、を実温度特性ＳＰｅに基づいて、実温度Ｔ１ｒ，Ｔ３ｒに換算する（ステップＳ３１７）。図１３の例では、実温度Ｔ１ｒは、－４３℃である。また、実温度Ｔ３ｒは、温度Ｔ２、すなわち１２５℃にほぼ等しい値となる。
【0077】
続いて、テスタ１は、第２の状態ＳＴ２で得られたステップＳ３０６での温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯ１［２］、すなわち設定温度Ｔ１での取得値と、ステップＳ３１６での温度センサ回路ＴＨＳの出力値ＶＯ３［２］、すなわち設定温度Ｔ３での取得値とを、それぞれ、ステップＳ３１７で換算した実温度Ｔ１ｒ，Ｔ３ｒに関連付ける。そして、この関連付けによって、テスタ１は、図１３に示されるような温度センサ回路ＴＨＳの実温度特性ＳＰｃを算出する（ステップＳ３１８）。
【0078】
なお、ステージ２０の設定温度の補正方法は、図１２および図１３に示した方法に限らず、第１の状態ＳＴ１を用いて算出したセンサ素子ＳＥの実温度特性ＳＰｅに基づく方法であれば、様々な方法であってよい。例えば、ある半導体ウエハＷＦ内の一つの半導体チップＣＰを対象に、第１の状態ＳＴ１を用いてセンサ素子ＳＥの実温度特性ＳＰｅを算出しておく。さらに、当該半導体チップＣＰを対象に、第２の状態ＳＴ２において、センサ素子ＳＥの実温度が本来の検査温度となるようなステージ２０の設定温度を、実温度特性ＳＰｅに基づいて探索しておく。この際には、例えば、ステップＳ３１４と同様の方法を用いればよい。
【0079】
このようにして、一つの半導体チップＣＰで得られる補正後のステージ２０の設定温度は、例えば、半導体チップＣＰおよび半導体ウエハＷＦの種類が変わらず、半導体検査装置の種類も変わらなければ、流用することが可能である。この場合、この補正後のステージ２０の設定温度を、単に、図７のステップＳ１０１，Ｓ１０７における温度Ｔ１，Ｔ２に適用すればよい。
【0080】
＜実施の形態３の主要な効果＞
以上、実施の形態３の方式を用いることで、実施の形態１で述べた各種効果に加えて、半導体装置の実温度を本来の検査温度に設定した上で、半導体装置の検査を行うことが可能になる。その結果、半導体装置の品質をより確実に保証することが可能になる。
以上、実施の形態３の方式を用いることで、実施の形態１で述べた各種効果に加えて、半導体装置の実温度を本来の検査温度に設定した上で、半導体装置の検査を行うことが可能になる。その結果、半導体装置の品質をより確実に保証することが可能になる。
【0081】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【0082】
１ テスタ
２ プローバ
２０ ステージ
２１ 温度調整機構
３ プローブカード
ＣＰ 半導体チップ（半導体装置）
Ｐ１－Ｐ４ センサ端子
ＰＢ プローブ
ＳＥ センサ素子
ＳＰｅ 実温度特性
ＳＴ１，ＳＴ２ 状態
ＴＨＳ 温度センサ回路
２ プローバ
２０ ステージ
２１ 温度調整機構
３ プローブカード
ＣＰ 半導体チップ（半導体装置）
Ｐ１－Ｐ４ センサ端子
ＰＢ プローブ
ＳＥ センサ素子
ＳＰｅ 実温度特性
ＳＴ１，ＳＴ２ 状態
ＴＨＳ 温度センサ回路
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】