(57)【要約】【課題】半導体チップの検査測定における品質及び生産性の向上を目的とする。【解決手段】高温ステージ２６ａと低温ステージ２６ｂとを有するチップ測定用ステージ３００と、チップ測定用ステージ３００を移動する機構２８，２９と、チップ吸着固定部２４と、プローブ支持部２２とを有する半導体チップ検査装置１００において、チップ測定用ステージ３００は、チップを測定する位置に、高温ステージ２６ａ及び低温ステージ２６ｂが自動的に移動され、チップ吸着固定部２４は、プロービングストッパの構造を有し、かつ、熱伝導性が優れた部材を有し、プローブ支持部２２は、チップの材料またはチップの熱膨張係数と略同一の熱膨張係数の材料を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ測定用ステージと、該チップ測定用ステージを移動する機構と、チップ吸着固定部と、プローブ支持部とを有する半導体チップを検査するための半導体チップ検査装置において、
前記チップ測定用ステージは、高温ステージと、低温ステージとを有し、
前記チップ測定用ステージを移動する機構は、前記チップを測定する位置に、前記高温ステージ及び前記低温ステージが自動的に移動され、
前記チップ吸着固定部は、プロービングストッパの構造を有し、かつ、熱伝導性が優れた部材を有し、
前記プローブ支持部は、前記チップの材料または前記チップの熱膨張係数と略同一の熱膨張係数の材料を有することを特徴とする半導体チップ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの電気的特性について検査測定するために、温度設定機能とプローブを用いた検査測定機能とを有する半導体チップ検査装置が使用されている。そして、半導体チップ検査装置の構造、検査方法について、各種の技術が提案されている。
【０００３】
特許文献１においては、ウエハの固定チャックの温度変化を抑えて測定誤差を低減する空気流量制御装置を備えた、プローバ制御装置が記載されている。
【０００４】
特許文献２においては、プローブと半導体チップとの無理のない接触のために、模擬電極パッドとパイロットプローブを設け、位置決めステージと真空吸引力を用いた半導体チップテストソケットが記載されている。
【０００５】
特許文献３においては、半導体ウエハの高温低温検査方法及び装置において、特定の部材またはペルチェ素子等をプローブカード基板へ接着して、プローブカードの反り等の変形を防止し、プローブ針の接触の安定を図る技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１６５３２号公報
【特許文献２】特開２００７−２７８９０９号公報
【特許文献３】特開２００５−２０３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体チップの検査測定における、高温、低温の条件切替えに際し、プローブと半導体チップとの間の熱膨張差により発生する位置ずれが生じて、半導体チップの表面電極に損傷が生じたり、また、温度条件の切替えに要する時間の短縮が難しい等、検査測定に関して、半導体チップの品質及び生産性の向上が困難であった。
【０００８】
また、上記の特許文献には、何れも、検査測定の、品質及び生産性の向上のための方策について、半導体チップの検査装置の構造、材質について記載が見られない。
【０００９】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、プローブと半導体チップとの針当て回数を減少させ、かつ半導体チップ検査における検査時間を短縮化することにより、半導体チップの検査測定における、品質及び生産性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、チップ測定用ステージと、該チップ測定用ステージを移動する機構と、チップ吸着固定部と、プローブ支持部とを有する半導体チップを検査するための半導体チップ検査装置において、前記チップ測定用ステージは、高温ステージと、低温ステージとを有し、前記チップ測定用ステージを移動する機構は、前記チップを測定する位置に、前記高温ステージ及び前記低温ステージが自動的に移動され、前記チップ吸着固定部は、プロービングストッパの構造を有し、かつ、熱伝導性が優れた部材を有し、前記プローブ支持部は、前記チップの材料または前記チップの熱膨張係数と略同一の熱膨張係数の材料を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プローブと半導体チップとの針当て回数を減少させ、かつ半導体チップ検査における検査時間を短縮化することにより、半導体チップの検査測定における、品質及び生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体チップ検査装置を例示する図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体チップ検査装置の検査方法を例示する図である（その１）。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体チップ検査装置の製造方法を例示する図である（その２）。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体チップ検査装置の製造方法を例示する図である（その３）。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体チップ検査装置の製造方法を例示する図である（その４）。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体チップ検査装置の製造方法を例示する図である（その５）。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る半導体チップ検査装置の製造方法を例示する図である（その１）。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る半導体チップ検査装置の製造方法を例示する図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、半導体チップ検査装置における、プローブカード機構及びチップ測定用ステージ機構の１形態の例である。ここに、半導体チップ検査装置は、その構成として、計測部、温度条件設定用の加熱冷却系統、真空系統、装置制御部及びデータ処理部等を有している。計測部は、プローブカード機構及びチップ測定用ステージ機構等の、検査計測の対象に接して検査計測のデータを抽出するための機器を有する。
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。
【００１５】
図１は、半導体チップ検査装置の計測部１００における、プローブカード機構２００及びチップ測定用ステージ機構３００の構成を例示する図である。
【００１６】
（プローブカード機構）
プローブカード機構２００は、検査装置本体（図示せず）に固定されている。プローブカード機構２００は、プローブカード本体２１、プローブ保持部２２、プローブ２３、チップ吸着固定部２４を有している。
【００１７】
チップ吸着固定部２４は、チップ２５を吸着固定するための機能と、プロービングストッパの機能とを併せもっている。プロービングストッパの機能とは、プローブ保護の機能であって、チップ２５を真空吸着によって保持し固定するための先端形状を有し、かつ、プロービングの際のプローブの過度の撓みを防止するストッパとしての機能を指している。チップ吸着固定部２４の先端２４ａは、例えば、コレットチャック状の形状を有する。
【００１８】
（チップ測定用ステージ機構）
チップ測定用ステージ機構３００は、ステージ基盤２８及びその上に固定された、切替え可能な高温ステージ２６ａ及び低温ステージ２６ｂを有し、高温及び低温の温度条件の設定毎にステージ基盤２８全体を昇降させ、各温度ステージを半導体チップの裏面に密着させて、半導体チップの温度条件を設定する。ステージ基盤２８は、断熱性を有しており、その上の高温ステージ２６ａ及び低温ステージ２６ｂは、相互に熱的に遮断されている。
【００１９】
高温ステージ２６ａ及び低温ステージ２６ｂは、それぞれ加熱用機器３０ａ及び冷却用機器３０ｂを有している。これらの機器は、加熱冷却系統（図示せず）に接続されている。チップ測定用ステージ機構３００は、昇降、回転して、高温ステージ、低温ステージ等のステージを切替えて使用するので、切替えの動きに対応できるように、加熱用機器３０ａ及び冷却用機器３０ｂに接続された電気配線３１ａ及び熱媒体輸送用管３１ｂは、可撓性を有している。
【００２０】
ステージ機構３００の高温ステージ２６ａ及び低温ステージ２６ｂが、チップ厚さの方向（矢印Ｚ方向）に自動的に昇降し、また、チップ面に平行な面の方向（紙面に垂直なＸ，Ｙ方向）に移動し、自動的にチップ測定位置に設定されて高温状態及び低温状態の切替えを行う。
【００２１】
ステージ基盤２８のＸ，Ｙ方向の移動は、回転軸２９の回りの回転または並進運動による。
【００２２】
吸着固定されたチップ２５に対して、高温ステージ２６ａまたは低温ステージ２６ｂは、チップ２５の裏面２５ａに密着して、チップ２５の温度が、所定の高温及び低温に維持される。
【００２３】
（プローブカード機構におけるプローブの位置ずれの防止）
本発明において、プローブ保持部２２の材料に関して、チップの材料またはチップの熱膨張係数と略同一の熱膨張係数の材料を使用して、プローブの位置ずれを防止できる理由は、以下の通りである。
【００２４】
チップの温度条件について、高温条件及び低温条件における測定を連続して行う場合には、例えば、チップの材料がシリコンとすると、その熱膨張（熱膨張係数が２．５×１０−６／℃）に対して、熱膨張差によって、チップ２５とプローブ２３との位置ずれが生じることとなる。そのため、チップの有する表面電極２５０上の、プローブ圧痕が拡大して、損傷を生じる可能性が高くなる。熱膨張によるチップとプローブとの位置ずれ量については、例えば、１辺が１０ｍｍの角チップにおいて、チップ測定用ステージの１５０℃の高温ステージ及び−５０℃の低温ステージの温度差２００℃に対して、プローブの接触する位置が、チップの面方向に概ね５μｍの位置ずれが生じる。その結果、表面電極のプローブ圧痕について損傷が生じることとなる。
そこで、プローブカード機構２００において、プローブ２３を保持しているプローブ保持部２２を、チップ２５の材質と同様の熱膨張が生じるような材料の構成とし、またプローブカードへの短時間での熱伝導によって、チップとプローブの位置ずれを防止する。
【００２５】
チップ２５に接しているチップ吸着固定部２４の材料として、熱伝導性の優れた材料を設定して、チップ２５からの熱流を、熱伝導性の優れたチップ吸着固定部２４の内部に瞬時に通過させ、プローブ保持部２２に熱伝導させ、かつ、プローブ保持部２２の材料をチップの材料、または熱膨張係数がチップの熱膨張係数と略等しい材料として、プローブの熱膨張の挙動を、チップの熱膨張の挙動に近づける。係る設定によって、チップとプローブとの熱膨張による相対的な位置ずれの発生を防止することができ、従って、プローブに起因するチップの表面電極における位置ずれによる損傷を防止することができる。
【００２６】
プローブ保持部２２の材料として、例えば、シリコンまたは窒化アルミニウム若しくはムライト等のセラミック材料を使用することによって、チップとプローブとの相対的な位置ずれの発生を防止することができる。
【００２７】
また、プローブ吸着部２４の材料として、例えば、熱伝導性が優れた金属である銀、アルミニウム、銅またはそれらの合金を使用する。
【００２８】
なお、チップの厚さ方向（図１のＺ方向）への位置ずれは、プローブの撓み代の範囲で十分吸収することができる。
【００２９】
さらに、チップ測定の温度条件として、高温及び低温以外にも他の条件を有する場合には、ステージ基盤に載置固定されている各温度ステージの面積を変更して、相互位置を調整し、それら複数の温度に対応する複数のステージを設けた構造を用いる。
【００３０】
（第１の実施の形態の効果）
第１に、チップ検査測定において、プローブカード機構とチップ測定用ステージ機構の作動によって、一度チップを吸着し針当てすると、プローブの突き当て・離しを繰り返すことなく、針を当てたそのままの状態でチップを保持し、検査測定できるので、チップの表面電極のプロービング時に生じたプローブの圧痕を、最小限の面積範囲に留めることができ、半導体の品質を向上させることができる。
【００３１】
また、半導体チップの配線設計の条件により、半導体チップ自体の表面電極の直下に実素子がある場合においても、特に半導体パッケージ以降の後工程組立またはテスト時のプロービングにおいて、損傷を防ぐことができる。すなわち、ステージ毎の針当て及び測定の繰り返しによって、従来生じていたプロービングによる表面電極の損傷が、半導体回路にも破損の影響を与えてしまうところ、本発明を適用することによって、半導体回路の損傷を防ぐことができる。
【００３２】
第２に、針当て回数を減少させることにより、半導体チップ検査における測定時間を短縮させることができる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、半導体チップの高温・低温テストにおける検査方法の１形態の例である。係る検査方法の各工程は、測定準備工程（Ｓ１０１）、チップ吸着固定工程（Ｓ１０２）、高温条件チップ測定工程（Ｓ１０３）、ステージ移動工程（Ｓ１０４）、低温条件チップ測定工程（Ｓ１０５）、チップ吸着開放・搬出工程（Ｓ１０６）及びデータ処理工程（Ｓ１０７）の工程を有する。
【００３４】
図２〜図６は、各検査の工程における代表的な図を示している。以下、図２〜図６を参照しながら、各工程を説明する。
【００３５】
（Ｓ１０１：測定準備工程）
図２は、測定準備工程におけるチップ搬入の状態を示している。チップ２５が、計測部の高温ステージ２６ａ上に搬入され、載置される。高温ステージ２６ａは、準備位置にあり、上昇すればチップに接触できる状態にある。高温ステージ２６ａの温度は、例えば１５０℃の高温条件としての測定温度に保たれている。
【００３６】
（Ｓ１０２：チップ吸着固定工程）
図３は、チップ吸着固定工程において、チップが吸着固定され、チップの表面電極がプローブにより針当てされた状態を示している。
【００３７】
ステージ基盤２８の上昇によって、ステージ基盤２８に固定された高温ステージ２６ａが、高温ステージ２６ａに載置されたチップ２５をＺ方向に押し上げて、チップ吸着固定部２４の先端２４ａに当接させ、真空を利用した大気圧による押しつけによって、チップ２５をチップ吸着固定部２４に固定させる。同時に、プローブ２３の先端が、チップ２５の表面電極２５０に対して針当てされる。
【００３８】
チップ吸着固定部２４の先端２４ａは、プロービングストッパの機能（第１の実施の形態、（プローブカード機構）を参照）を有しているので、針当てに際して、プローブが表面電極２５０の酸化膜等を貫いて表面電極と接触し、また、プローブへ過負荷をかけることなく、良好な電気的接触状態を保つことができる。
【００３９】
チップ吸着の作動は、真空系統（図示せず）の作動によって行われる。
【００４０】
高温ステージ２６ａは、高温の設定温度に保たれて、チップ２５の裏面２５ａに密着する。高温ステージとチップの密着の直後に、熱伝導によってチップ２５の温度が高温ステージの温度（例えば高温１５０℃）に保持される。高温ステージの温度の設定及びその制御は、加熱冷却系統（図示せず）の作動による。
【００４１】
（Ｓ１０３：高温条件チップ測定工程）
図３に示す針当ての状態によって、高温条件におけるチップの測定を行う。測定データは、データ処理部（図示せず）において演算が施され、測定データ及び演算結果が蓄積される。
【００４２】
（Ｓ１０４：ステージ移動工程）
連続した高温・低温のチップ測定条件を設定するため、チップの裏面に密着して接触する各温度の専用のステージを切替える工程である。
【００４３】
図４は、低温ステージ２６ｂが、高温ステージ２６ａと切替えられた状態を示している。
【００４４】
ステージ基盤２８を、回転軸２９を中心に回転して、低温ステージ２６ｂを準備位置に設定した状態を示している。
【００４５】
ステージの切替え時に、チップ２５は、チップ吸着固定部２４に吸着固定したままで、プローブ２３とチップの表面電極２５０との相互位置は変化せず、接触状態はそのままの状態が保たれ、表面電極２５０における圧痕が拡大したり、損傷を生じたりすることがない。チップ２５の裏面２５ａが、温度ステージの表面と密着し、離れ、そしてまた別の温度のステージと密着することを繰り返しても、プローブ２３とチップ２５の表面電極２５０との接触の状態には影響を与えることはなく、位置ずれを生じることはない。
【００４６】
（Ｓ１０５：低温条件チップ測定工程）
図５は、低温条件におけるチップの測定の状態を例示している。針当ての状態は、上述したように（Ｓ１０４）、位置ずれ等の変化はない。測定データは、（Ｓ１０３）の工程と同様に、データ処理部（図示せず）において演算が施され、演算結果と共に、蓄積される。
（Ｓ１０６：チップ吸着開放・搬出工程）
図６は、チップ測定が終了して、チップの搬出を終えた状態を示している。低温条件チップ測定工程（Ｓ１０５）後、真空装置による真空からの大気圧への開放によって、チップ２５（図示せず）が吸着から開放され、ステージ基盤２８が下降した後、チップが計測部から搬出された状態を示している。
【００４７】
（Ｓ１０７：データ処理工程）
半導体チップの測定状態、測定条件、測定データ及び測定データの演算処理結果を測定の実績としてアウトプットするため、データ処理を行う。
【００４８】
（第２の実施の形態の効果）
本発明において示した半導体チップ検査装置を使用して行う検査方法によって、チップの表面電極のプロービング時に生じたプローブの圧痕を、最小限の面積範囲に留めることができ、半導体の品質を向上させることができる。
【００４９】
また、針当て回数を減少させることにより、半導体チップ検査における測定時間を短縮させることができる。
【００５０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、半導体チップの高温条件及び低温条件におけるチップ測定を交互に連続して行う検査方法の例である。検査方法は、前出の第２の実施の形態に比較して、高温条件及び低温条件での測定のサイクルを繰り返す点で、相違している。
【００５１】
前出の第２の実施の形態で示した低温条件チップ測定工程（Ｓ１０４）の工程の後、再び高温条件チップ測定工程（Ｓ１０３と同様）を行い、さらに、ステージ移動工程を経て、低温条件チップ測定工程を行い、以下、同様の高温条件及び低温条件での測定のサイクルを繰り返す。
【００５２】
図７及び図８は、第３の実施の形態の検査方法についての代表的な図である。
【００５３】
図７は、低温条件チップ測定工程（第２の実施の形態；Ｓ１０４）を終え、低温ステージ２６ｂ及びステージ基盤２８が下降した状態を示している。
【００５４】
図８は、ステージ基盤２８が回転軸２９の回りに回転して、高温ステージ２６ａが準備位置に設定された状態を示している。
【００５５】
次に、ステージ基盤２８が上昇し、前出の図３で示した状態と同様に、高温ステージ２６ａがチップの裏面２５ａに密着して、高温条件チップ測定を行う。
【００５６】
次に、図４と同様に、高温ステージ２６ａを低温ステージ２６ｂに切替える。
【００５７】
次に、図５と同様に、低温条件チップ測定を行う。低温条件チップ測定終了後、図７と同様に、低温ステージ２６ｂ及びステージ基盤２８が下降する。
【００５８】
以下、第３回目の高温条件及び低温条件でのチップ測定を行う場合には、上記の図８以降に示した温度条件での測定のサイクルを繰返す。測定が終了した後、（第２の実施の形態（Ｓ１０６）：チップ吸着開放・搬出工程）、さらに、次に（第２の実施の形態（Ｓ１０７）：データ処理工程）の工程に進んで、検査の工程を終える。
【００５９】
（第３の実施の形態の効果）
本発明の適用については、測定に際して、高温条件及び低温条件での測定のサイクルを、例えば、３回以上繰り返す場合、その顕著な効果を期待することができる。測定の対象として、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、縦型ＩＧＢＴ、縦型ダイオード等に関して、そのチップ測定において、本発明の適用の効果が期待できる。
【００６０】
高温及び低温の状態のステージを、瞬時にチップの裏面に接触させて交互の測定をする際、チップ及び、チップの表面電極に針当てされたプローブの温度が、短時間にステージと同じ温度に達して、プローブとチップの表面電極との、熱膨張による相対位置の変化が生じることがない。従って、チップの表面電極における圧痕が拡大したり、損傷を生じたりすることがなく、半導体の品質を向上させることができる。
【００６１】
また、針当て回数を減少させることにより、半導体チップ検査における測定時間を短縮させることができる。
【００６２】
高温条件及び低温条件の測定のサイクル数が多いほど、これらの効果は、顕著である。
【００６３】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００６４】
例えば、多数のプローブを有するプローブ群をプローブカードに設けることができる場合には、測定対象を半導体チップに限ることなく、ウエハ全体またはウエハの測定部位を分割して同時に測定できるようにプローブカードを設計して、本発明を適用し、測定に供することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
２１      プローブカード本体
２２      プローブ保持部
２３      プローブ
２４      チップ吸着部
２４ａ    チップ吸着固定部２４の先端
２５      チップ
２５ａ    チップ２５の裏面
２６ａ    の高温ステージ
２６ｂ    低温ステージ
２８      ステージ基盤
２９      回転軸
３０ａ    加熱用機器
３０ｂ    冷却用機器
３１ａ    電気配線
３１ｂ    熱媒体輸送用管
１００    半導体チップ検査装置の計測部
２００    プローブカード機構
２５０    表面電極
３００    チップ測定用ステージ機構
【図１】
2010210545.tif 000003
【図２】
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【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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