(57)【要約】【課題】本発明は、半導体チップの電気的特性を測定するときに、半導体チップの温度を効率的かつ精度よく制御できる測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る測定装置は、ステージと、上面と下面を有し、該下面が該ステージに接し、該上面に複数の第１凹部が形成された試験治具と、該試験治具の中に設けられた、該試験治具を加熱又は冷却する温度調整部と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージと、
上面と下面を有し、前記下面が前記ステージに接し、前記上面に複数の第１凹部が形成された試験治具と、
前記試験治具の中に設けられた、前記試験治具を加熱又は冷却する温度調整部と、を備えたことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記温度調整部は、前記試験治具の前記上面よりも下にあり、前記上面より上にはないことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記温度調整部を制御する制御部を備え、
前記温度調整部は、前記制御部によって個別に制御される、第１温度調整部と第２温度調整部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記第１温度調整部と前記第２温度調整部の間の前記試験治具には第２凹部が形成されたことを特徴とする請求項３に記載の測定装置。  
【請求項５】
前記試験治具の前記下面には、前記第１凹部の直下を避けて第３凹部が形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記第３凹部の中に設けられた、前記試験治具よりも熱伝導率が低い断熱部を備えたことを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記温度調整部は、前記試験治具の上面側に設けられた収納穴に収納されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記温度調整部は前記第３凹部の中に設けられたことを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
【請求項９】
前記温度調整部は、線状のヒータ、加熱空気若しくは冷却空気が通る配管、又はペルチエ素子であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記第１凹部の底に前記試験治具を貫通する貫通孔が形成され、
前記ステージの表面には溝と、前記溝の底に設けられた穴とが形成され、
前記貫通孔と前記溝がつながっていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記第１凹部の側面を斜面にしたことで、前記第１凹部の上端において前記第１凹部の開口幅が最大になることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記斜面は、前記第１凹部の側面の一部に形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の測定装置。
【請求項１３】
前記貫通孔の幅は、前記貫通孔の下端で最大になることを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１４】
前記貫通孔は、平面視で、前記第１凹部の中央からずれた位置に設けられたことを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１５】
前記試験治具の前記下面には、前記貫通孔と前記溝をつなぐ下面溝が形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１６】
前記ステージには、前記溝を途中で塞ぐ閉塞部が設けられたことを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１７】
前記試験治具は平面視で円形状であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１８】
コンタクトプローブを備え、
前記第１凹部の底に前記試験治具を貫通する貫通孔が形成され、
前記貫通孔は上端で幅が最小となっており、
前記制御部は、前記コンタクトプローブに電流及び電圧を印加することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項１９】
前記試験治具の前記下面に取り付けられた、弾性を有し、前記試験治具の外縁に沿う形状の枠部を備えたことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項２０】
前記試験治具と前記ステージは、導電性を有する材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項２１】
前記試験治具の温度を測定する温度計を備え、
前記制御部は、前記温度計で測定された温度が予め定められた温度になるように前記温度調整部を制御することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項２２】
前記温度調整部は、前記試験治具の前記下面よりも上にあり、前記下面より下にはないことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの電気的特性を測定する測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの状態で、被測定物である半導体装置の電気的特性を評価する際、真空吸着等により被測定物の設置面を、チャックステージの表面に接触して固定した後、被測定物の非設置面に、電気的な入出力を行うためのコンタクトプローブを接触して行う。そして以前から、コンタクトプローブの多ピン化が実施され、大電流、高電圧印加の要求に応えている。
【０００３】
このような状況の下、大電流、大電圧印加を伴った被測定物の評価中に、部分放電現象等に起因して、被測定物に破損又は不具合が生じることが知られている。被測定物が半導体ウエハの状態であれば、半導体ウエハに設けた個々の半導体装置は、半導体ウエハの破損、不具合に起因して、その後の工程では使えなくなる。また、被測定物が破損した場合、破損に伴い、チャックステージの表面に荒れが生じたり、破損した被測定物の一部がチャックステージの表面に密着したり、埋め込まれることもある。チャックステージ表面の不具合は、その後の評価において、被測定物とチャックステージの密着性を悪化させ、被測定物に傷又は欠けといったダメージを与える場合もあり、評価の精度又は歩留まりに悪影響を与える。そのため、チャックステージの表面を適切に保護することは重要である。
【０００４】
特許文献１には、半導体素子保管用トレイから半導体素子の移送に関して、半導体素子保管用トレイの半導体素子載置面と、半導体素子の密着を防ぎ、移送をスムーズに行うことができる半導体素子保管用トレイが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１３４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
チャックステージ表面を保護する方法の1つとして、半導体チップをのせた試験治具を接触、すなわち半導体チップを、試験治具を介してステージ上に載置する方法がある。また半導体装置の評価においてステージを加熱又は冷却することで、試験治具を介して半導体チップを加熱又は冷却することがある。この場合、試験治具自体が熱容量を有していることもあり、半導体チップの温度を効率的かつ精度よく制御することが困難であった。そのため、半導体チップの温度を効率的かつ精度よく制御できる測定装置が求められていた。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、半導体チップの温度を効率的かつ精度よく制御できる測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の発明に係る測定装置は、ステージと、上面と下面を有し、該下面が該ステージに接し、該上面に複数の第１凹部が形成された試験治具と、該試験治具の中に設けられた、該試験治具を加熱又は冷却する温度調整部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
その他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステージの上に設ける、半導体チップを収容する試験治具の中に温度調整部を設けるので、半導体チップの温度を効率的かつ精度よく制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る測定装置を示す図である。
【図２】試験治具の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った試験治具の断面図である。
【図４】１つの第１凹部の平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線における第１凹部の断面図である。
【図６】コンタクトプローブの動作を示す図である。
【図７】ステージの平面図である。
【図８】スライド工程後の試験治具と半導体チップの平面図である。
【図９】実施の形態２に係る試験治具とステージの一部断面図である。
【図１０】実施の形態３に係る試験治具とステージの一部断面図である。
【図１１】実施の形態３に係る試験治具とステージの一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る測定装置、及び半導体チップの測定方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る測定装置１０を示す図である。測定装置１０は、ステージ１２を備えている。ステージ１２は導電性を有する材料で形成されたチャックステージである。ステージ１２の側壁に接続部１４が固定されている。この接続部１４は、信号線１５により制御部１６と電気的に接続されている。ステージ１２の上に試験治具１３がのせられている。試験治具１３は複数の半導体チップを収容するものである。試験治具１３は、上面１３ａと下面１３ｂを有しており、下面１３ｂがステージ１２に接している。試験治具１３は例えば金属で形成されている。
【００１４】
試験治具１３の上方には、プローブカード２０が設けられている。プローブカード２０は、コンタクトプローブ２０ａ、絶縁基体２０ｂ及び接続部２０ｃを備えている。このプローブカード２０は、移動アーム２２によって任意の方向へ移動可能となっている。なお、プローブカード２０は複数の移動アーム２２により安定的に保持してもよい。また、プローブカード２０を移動するのではなく、プローブカード２０は固定してステージ１２を移動させてもよい。
【００１５】
コンタクトプローブ２０ａは、絶縁基体２０ｂに接続されている。コンタクトプローブ２０ａは、絶縁基体２０ｂの上に形成された金属板を介して接続部２０ｃに接続されている。接続部２０ｃは、信号線２４につながり、信号線２４は制御部１６に接続されている。制御部１６は、信号線２４、接続部２０ｃと金属板を介してコンタクトプローブ２０ａに電流及び電圧を印加することができる。
【００１６】
コンタクトプローブ２０ａは、例えば５Ａ以上の大電流を印加することを想定して、個々の半導体チップに対して複数個設置することが望ましい。各コンタクトプローブ２０ａの電流密度が略一致するように、接続部２０ｃから、ステージ１２の側面に設けた接続部１４までの電流経路長が、どのコンタクトプローブ２０ａを介しても略一致する位置に接続部２０ｃ、１４を設けるのがよい。具体的には、接続部２０ｃと接続部１４が対向し、その間にコンタクトプローブ２０ａを設けることが望ましい。
【００１７】
試験治具１３の側面には接続端子３０が接続されている。この接続端子３０は配線３１を介して接続部１４に接続されている。また、測定装置１０は、ウエハを搬送することができるウエハ搬送装置４０を備えている。ウエハ搬送装置４０は周知の装置であり、周知の使用方法としては、ウエハをステージ１２の上にのせたり、ステージ１２からウエハを回収したりするものである。
【００１８】
図２は、試験治具１３の平面図である。試験治具１３は平面視で円形状である。試験治具１３は、予め定めたサイズのウエハと概ね一致する外形にする。これにより、ウエハを搬送するための周知のウエハ搬送装置４０を利用して、試験治具１３をステージ１２へ搬送することができる。
【００１９】
試験治具１３の上面１３ａには複数の第１凹部１３Ａが形成されている。１つの第１凹部１３Ａに１つの半導体チップが収容される。第１凹部１３Ａは、半導体を材料とする半導体チップを位置決めして設置するためのザグリ部である。そしてここでは、第１凹部１３Ａを３２箇所に設けたことで、１つの試験治具１３に３２個の半導体チップを設置できるようにした。第１凹部１３Ａの数は任意の数に変更することができる。
【００２０】
試験治具１３の中には、試験治具１３を加熱する温度調整部５０が設けられている。温度調整部５０は、第１温度調整部５０ａ、第２温度調整部５０ｂ、第３温度調整部５０ｃ及び第４温度調整部５０ｄを備えている。第１温度調整部５０ａは、試験治具１３の左下の部分を加熱する線状のヒータである。第２温度調整部５０ｂは、試験治具１３の右下の部分を加熱する線状のヒータである。第３温度調整部５０ｃは、試験治具１３の右上の部分を加熱する線状のヒータである。第４温度調整部５０ｄは試験治具１３の左上の部分を加熱する線状のヒータである。これらのヒータは外側に絶縁被覆を備える。第１〜第４温度調整部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは、個別に接続端子３０に接続されている。これにより、制御部１６が、第１〜第４温度調整部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを個別に制御することができるようになっている。
【００２１】
第１凹部１３Ａの底面には貫通孔１３ｃが形成されている。金属製の試験治具１３にザグリ加工等の機械加工を施すことで、この貫通孔１３ｃと前述の第１凹部１３Ａを形成することができる。貫通孔１３ｃの位置は、第１凹部１３Ａの中央ではなく、第１凹部１３Ａの角部に近接した位置とした。ここでは、第１凹部１３Ａの左下角に近接した位置に貫通孔１３ｃを形成した。貫通孔１３ｃは半導体チップを試験治具１３に真空吸着させるために用いる穴である。貫通孔１３ｃを第１凹部１３Ａの角の近くに設けることで、様々なサイズの半導体チップを真空吸着できるようになる。例えば、平面形状が第１凹部１３Ａに比べて小さい半導体チップを第１凹部１３Ａに設けた後に、試験治具１３を傾けて当該小さい半導体チップを第１凹部１３Ａの左下角に寄せることで、小さい半導体チップを貫通孔１３ｃの直上に位置させることができる。
【００２２】
試験治具１３の上には、試験治具１３の温度を測定する温度計５２が設けられている。この温度計５２は、接続端子３０、配線３１、接続部１４及び信号線１５を介して制御部１６に接続されている。
【００２３】
図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った試験治具１３の断面図である。第１凹部１３Ａによって底面１３ｄと側面１３ｅが形成されている。底面１３ｄは、半導体チップの設置面にダメージを与えないために、洗浄又は研磨工程を経てフラットな面を確保することで、バリ又は突起がないようにすることが望ましい。第１凹部１３Ａの側面１３ｅを斜面にした。これにより、第１凹部１３Ａの上端において第１凹部１３Ａの開口幅が最大になっている。
【００２４】
貫通孔１３ｃは、第１凹部１３Ａの底に設けられ、試験治具１３を貫通する孔である。貫通孔１３ｃの側面を斜面にしたことで、貫通孔１３ｃはテーパ形状となっている。これにより、貫通孔１３ｃの幅は、貫通孔１３ｃの下端で最大になっている。
【００２５】
試験治具１３の上面には、収納穴１３Ｂが設けられている。温度調整部５０の第１温度調整部５０ａと第２温度調整部５０ｂは収納穴１３Ｂに収納されている。温度調整部５０は、全体が収納穴１３Ｂに収容されている。そのため、温度調整部５０は、試験治具１３の上面１３ａよりも下にあり、上面１３ａより上にはない。また、温度調整部５０は、試験治具１３の下面１３ｂよりも上にあり、下面１３ｂより下にはない。これにより試験治具１３とステージ１２を密着させることができる。
【００２６】
近接する各温度調整部が収容される収納穴１３Ｂ、ここでは第１温度調整部５０ａと第２温度調整部５０ｂの間の試験治具１３の収納穴１３Ｂ部には第２凹部１３Ｃが形成されている。第２凹部１３Ｃは収納穴１３Ｂの底面に形成され、試験治具１３の上面からの深さは収納穴１３Ｂより深い凹部となる。第１温度調整部５０ａは、第１温度調整部５０ａによって囲まれた部分だけを加熱し、第２〜第４温度調整部５０ｂ、５０ｃ、５０ｄについても、第２〜第４温度調整部５０ｂ、５０ｃ、５０ｄによって囲まれた部分だけをそれぞれ加熱することが好ましい。しかし、例えば第１温度調整部５０ａと第２温度調整部５０ｂが近接していると、第１温度調整部５０ａの熱が第２温度調整部５０ｂによって囲まれた領域を加熱したり、第２温度調整部５０ｂの熱が第１温度調整部５０ａによって囲まれた領域を加熱したりする。このような近接する領域の意図しない加熱を防止するために、ある温度調整部と別の温度調整部の間に、第２凹部１３Ｃを設ける。これにより、第１〜第４温度調整部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄによって、主として第１〜第４温度調整部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄで囲まれた領域だけを加熱し、意図しない領域への熱の移動を抑制できる。
【００２７】
試験治具１３の下面１３ｂには、第１凹部１３Ａの直下を避けて第３凹部１３Ｄが形成されている。第３凹部１３Ｄは、試験治具１３とステージ１２の接触面積を減少させるために設けられている。試験治具１３とステージ１２の接触面積を減らすことで、試験治具１３からステージ１２への熱の移動を抑制し、試験治具１３の昇温を効率化することができる。試験治具１３からステージ１２への熱伝導をさらに抑制するために、第３凹部１３Ｄの中に試験治具１３よりも熱伝導率が低い断熱部を設けることが好ましい。断熱部の材料は特に限定されないが、例えばグラスウールを用いることができる。
【００２８】
測定対象となる半導体チップが縦方向に電流を流す縦型デバイスである場合、試験治具１３のうち第１凹部１３Ａの下の部分に電流が流れる。第３凹部１３Ｄを第１凹部１３Ａの直下を避けて設けるのは、そのような電流路を確保するためである。
【００２９】
金属製の試験治具１３をステージ１２に載置し、ステージ１２の真空チャックを利用して試験治具１３をステージ１２に密着させる。金属製の試験治具１３はほとんどたわまないので、試験治具１３の外縁に沿った部分とステージ１２の間に、両者の密着を阻害する吸着漏れが生じうる。吸着漏れの原因は、試験治具１３とステージ１２の間に生じる隙間である。そのような吸着漏れを防ぐために、試験治具１３の下面１３ｂに枠部６０が取り付けられている。枠部６０は、試験治具１３の外縁に沿う形状を有している。したがって、試験治具１３の外縁に沿った部分とステージ１２の間には枠部６０がある。枠部６０は弾性を有する薄い材料で形成する。枠部６０として、例えばテフロン（登録商標）からなるシールテープ材を設けることが望ましい。
【００３０】
図４、５を参照して、第１凹部１３Ａを詳細に説明する。図４は、１つの第１凹部１３Ａの平面図である。第１凹部１３Ａの一部には溝１３ｆが設けられている。溝１３ｆは、側面１３ｅに沿って環状に設けられている。図５は、図４のＢ−Ｂ線における第１凹部１３Ａの断面図である。図５には、測定対象となる半導体チップ８０が示されている。半導体チップ８０は、半導体ウエハを個片化したものである。半導体チップの端部又はその近傍には異物が付着することが多く、そのような異物が半導体チップ８０と底面１３ｄとの間に入り込むと、測定不良の要因となり得る。そこで、上述の溝１３ｆを設け、その溝１３ｆに半導体チップから出た異物を収める。
【００３１】
図６は、コンタクトプローブ２０ａの動作を示す図である。図６Ａは、コンタクトプローブ２０ａと半導体チップ８０が離れた状態を示す図である。コンタクトプローブ２０ａは、コンタクト部２０ａ１を有する先端部２０ａ２と、押し込み部２０ａ３と、基体部２０ａ４と、電気的接続部２０ａ５とが組み立てられて形成される。コンタクト部２０ａ１は半導体チップ８０の表面の接続パッドに機械的かつ電気的に接触する部分である。押し込み部２０ａ３は内部にスプリング等のばね部材が組み込まれた部分である。ｚ方向の力を受けることで押し込み部２０ａ３のばね部材が縮み、外観上、押し込み部２０ａ３が縮む。基体部２０ａ４は絶縁基体２０ｂに固定される部分である。電気的接続部２０ａ５は、コンタクト部２０ａ１と電気的に通じた部分である。電気的接続部２０ａ５は、外部への出力端となる部分である。コンタクトプローブ２０ａは導電性を有する材料で形成される。例えば、銅、タングステン又はレニウムタングステンといった金属材料により作製することができる。導電性向上と耐久性向上等の観点から、コンタクト部２０ａ１に、例えば金、パラジウム、タンタル又はプラチナ等を被覆してもよい。
【００３２】
コンタクトプローブ２０ａは、図６Ａの初期状態から、ｚ軸下方の半導体チップ８０に向けて下降する。そうすると、図６Ｂに示すように、半導体チップ８０の上面の接続パッドとコンタクト部２０ａ１が接触する。その後、さらにコンタクトプローブ２０ａを下降させ、図６Ｃに示すように、押し込み部２０ａ３のばね部材を縮ませることで外観上押し込み部２０ａ３を縮ませて、コンタクト部２０ａ１と半導体チップ８０との接触を確実なものにする。
【００３３】
ここでは、ｚ軸方向に伸縮するスプリング式のコンタクトプローブ２０ａについて説明した。しかし、コンタクトプローブ２０ａはこれに限らず、任意の構成としてもよい。例えば、積層プローブ、ワイヤープローブ又はカンチレバー式のコンタクトプローブ等を利用することができる。
【００３４】
図７は、ステージ１２の平面図である。ステージ１２は、試験治具１３と、試験治具１３上の第１凹部１３Ａ内に載置された半導体チップをステージ１２側に真空吸着するためのチャックステージである。ステージ１２の表面には溝１２Ａが形成されている。ｘ方向に伸びる４本の溝１２Ａとｙ方向に伸びる４本の溝１２Ａが形成されている。この溝１２Ａの一部の底面には真空吸着のための穴１２Ｂが設けられている。この穴１２Ｂは、ステージ１２の外部の真空ポンプにつながっている。このようなステージ１２は周知である。
【００３５】
図７における破線の円は試験治具１３の外形を示す。また、図７には破線で第１凹部１３Ａと貫通孔１３ｃが示されている。貫通孔１３ｃが溝１２Ａの直上にあるので、貫通孔１３ｃと溝１２Ａがつながっている。したがって、ステージ１２の穴１２Ｂと溝１２Ａを真空引きすると、貫通孔１３ｃが真空引きされ、半導体チップが第１凹部１３Ａの底面１３ｄに真空吸着する。
【００３６】
ステージ１２には、溝１２Ａを途中で塞ぐ閉塞部１２Ｃが設けられている。閉塞部１２Ｃで溝１２Ａを分断することで、独立した複数の吸着経路を提供することができる。よってある溝１２Ａにおける影響が閉塞部１２Ｃで隔てられた別の溝１２Ａの吸着能力に影響を及ぼさない。
【００３７】
本発明の実施の形態１に係る測定装置１０を用いた半導体チップの測定方法について説明する。まず、図５に示されるように、試験治具１３の上面１３ａに設けられた複数の第１凹部１３Ａにそれぞれ１つの半導体チップ８０を収納する。この工程を収納工程と称する。収納工程では、１つの第１凹部１３Ａに１つの半導体チップ８０をのせる。第１凹部１３Ａの側面１３ｅを斜面にしたので、その斜面をガイドとして半導体チップ８０を滑らせ、半導体チップ８０を底面１３ｄに設置することが可能となる。これにより、半導体チップ８０の設置が容易となる。
【００３８】
次いで、試験治具１３を一旦傾けることで、複数の半導体チップを第１方向にスライドさせ、複数の半導体チップ８０を貫通孔１３ｃの直上に位置させる。第１方向というのは、第１凹部１３Ａの中央から貫通孔１３ｃへ向かう方向である。この場合、試験治具１３を傾けて複数の半導体チップ８０を第１凹部１３Ａの左下にスライドさせる。この工程をスライド工程と称する。底面１３ｄの中央よりも第１方向にずれた位置に貫通孔１３ｃを形成しておき、スライド工程において当該第１方向に半導体チップをスライドさせる。第１方向は任意の方向とすることができる。図８は、スライド工程後の試験治具１３と半導体チップ８０の平面図である。スライド工程により、すべての半導体チップ８０が、各第１凹部１３Ａの左下に寄せられる。図８では説明の便宜上貫通孔１３ｃを可視化した。
【００３９】
次いで、ウエハ搬送装置４０を用いて、半導体チップ８０をのせた試験治具１３をステージ１２の表面に設置する。このとき、図７に示すように、貫通孔１３ｃの直下にステージ１２の溝１２Ａが位置するように、試験治具１３の位置を調整する。この工程をステージ上設置工程と称する。貫通孔１３ｃの幅は貫通孔１３ｃの下端で最大になるので、貫通孔１３ｃと溝１２Ａの位置あわせは容易に行うことができる。しかも、貫通孔１３ｃは上端で幅が最小になっているので、半導体チップ８０に接触したコンタクトプローブ２０ａが貫通孔１３ｃの直上に位置して、コンタクトプローブ２０ａが半導体チップ８０にダメージを及ぼすことを防止できる。その後、試験治具１３の側面に設けられた接続端子３０と、ステージ１２の側面に設けられた接続部１４を配線３１で接続する。
【００４０】
次いで、試験治具１３が設置されて上部が覆われたステージ１２の穴１２Ｂと溝１２Ａの中の空気を真空引きすることで、溝１２Ａに通じた貫通孔１３ｃを介して、半導体チップ８０を試験治具１３に密着させる。これにともない、試験治具１３がステージ１２に密着する。これにより、半導体チップ８０と試験治具１３の接触抵抗を低下させることができる。このように、貫通孔１３ｃを真空引きすることで複数の半導体チップ８０を試験治具１３に固定した状態で、複数の半導体チップ８０の電気的特性を測定する。この工程を測定工程と称する。
【００４１】
測定工程では、図６を参照しつつ説明したとおり、コンタクトプローブ２０ａを半導体チップ８０に接触させ、制御部１６の制御により、半導体チップ８０の電気的特性を測定する。半導体チップ８０が縦方向に電流を流す縦型構造の場合、半導体チップ８０の裏面は、試験治具１３、ステージ１２及び接続部１４を介して制御部１６に電気的に接続される。試験治具１３とステージ１２は、銅又はアルミニウムのような導電性を有する材料で形成しておく。ただし、横方向に電流流す横型構造の半導体チップの測定に限るなら、試験治具１３とステージ１２に導電性は必要ない。その場合、試験治具１３とステージ１２は樹脂材のような絶縁材で作製してもよい。樹脂材を採用する場合、第１凹部１３Ａと貫通孔１３ｃ等を成形加工で容易に形成できる。
【００４２】
測定工程またはその前の段階で、制御部１６は、試験治具１３に取り付けられた温度計５２で測定された温度が予め定められた温度になるように温度調整部５０を制御する。本発明の実施の形態では、温度調整部５０により試験治具１３を予め定められた温度に昇温する。測定工程では、試験治具１３の中に設けられた温度調整部５０で試験治具１３を加熱し、試験治具１３の温度を制御した状態で、複数の半導体チップ８０の電気的特性を測定する。なお、試験治具１３及び半導体チップ８０の温度を正確に制御するために、試験治具１３の複数箇所に温度計５２を設置することが好ましい。
【００４３】
すべての半導体チップ８０についての測定工程を終えると、移動アーム２２を駆使してプローブカード２０を半導体チップ８０から離す。そして、接続端子３０につながっていた信号線を外し、ウエハ搬送装置４０により試験治具１３をステージ１２から退避させる。別の半導体チップについて続けて測定したい場合は、次の測定対象となる半導体チップを収容した別の試験治具１３をステージ１２にのせ、評価を継続する。
【００４４】
このとき、試験治具１３を交換せずに、直前の測定における試験治具１３の温度分布を変更して、次の測定を行うことがある。本発明の実施の形態１では図３に示す第２凹部１３Ｃにより熱の移動が抑制されているので、第１〜第４温度調整部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄにより試験治具１３の温度分布を任意に制御できる。また、第３凹部１３Ｄにより試験治具１３からステージ１２への熱伝導が抑制されているので、直前の測定における試験治具１３の温度が、試験治具１３を交換せずに行う次の測定に与える影響は小さい。
【００４５】
しかも、温度調整部５０は試験治具１３の上面１３ａより下にあるので、温度調整部５０がコンタクトプローブ２０ａの動きを妨害することはない。また、温度調整部５０を試験治具１３の中に設けることで、ステージ１２から試験治具１３を介して半導体チップ８０を加熱する場合と比べて、半導体チップ８０の温度を効率的かつ精度よく制御できる。本実施の形態では、試験治具１３を４つの領域に分割して、各領域を加熱する４つの温度調整部を設置し、それぞれ別個に昇温できる構成としている。こうすることで、例えば、複数の第１凹部１３Ａのすべてに半導体チップを設置しない場合に半導体チップを設置した領域のみを昇温し、余分な消費電力を抑制することができる。なお、温度調整部５０は、接続端子３０と接続部１４を介して外部電源と接続することが好ましい。
【００４６】
半導体チップを設置しない第１凹部１３Ａの下の貫通孔１３ｃは真空引きする必要はないので、ステージ１２にて、どの貫通孔１３ｃを真空引きするか切替可能とすることが好ましい。図７で示したようにステージ１２の溝１２Ａを閉塞部１２Ｃによって４つに分離したので、制御部１６の指令により、４つに分離された溝１２Ａの少なくとも１つを真空引きする。
【００４７】
本発明の実施の形態１によれば、円形状の試験治具１３を用いることで、半導体ウエハの測定に対応した従来の装置をそのまま利用することができる。具体的には、従来からある周知の構成である、ウエハ搬送装置４０、ステージ１２及びプローブカード２０を利用できるので、測定装置１０を非常に安価に提供することができる。また、半導体チップの測定時に、ステージ１２は試験治具１３によって保護されているので、測定にともないステージ１２がダメージを受けることを防止できる。
【００４８】
温度調整部５０は、試験治具１３を加熱又は冷却するものであれば特に限定されない。よって、温度調整部５０はヒータに限定されない。例えば、温度調整部５０として加熱空気若しくは冷却空気が通る配管、又はペルチエ素子を設けてもよい。また、温度調整部は、試験治具１３の上面１３ａ側に限らず、下面１３ｂ側、又は上面１３ａ側と下面１３ｂ側の双方に設置してもよい。例えば、温度調整部５０を第３凹部１３Ｄの中に設けてもよい。
【００４９】
測定対象となる半導体チップ８０は、縦方向に大きな電流を流す縦型構造に限定されず、半導体チップの１つの面において入出力を行う横型構造の半導体チップであってもよい。縦型構造の半導体チップを測定する際、半導体チップの上面にある接続パッドにコンタクトプローブ２０ａを接触させるとともに、半導体チップの下面を第１凹部１３Ａの底面１３ｄと接触させそれをステージ１２と同電位とする。他方、横型構造の半導体チップを測定する場合は、半導体チップの上面に設けられた入力端子と出力端子にコンタクトプローブ２０ａを接触させる。
【００５０】
貫通孔１３ｃは、平面視で、第１凹部１３Ａの左下の角に近い場所に設けたが、１つの試験治具１３を共有して使用する異なる半導体チップの様々なサイズに応じて第１凹部１３Ａの中央からずれた位置に設けられればよい。これらの変形は以下の実施の形態に係る測定装置及び半導体チップの測定方法について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る測定装置と半導体チップの測定方法については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００５１】
実施の形態２．
図９は、実施の形態２に係る試験治具１３とステージ１２の一部断面図である。第１凹部１３Ａの側面１３ｅの上部のみを斜面とし、それ以外の側面１３ｅは垂直面とした。第１凹部１３Ａの側面１３ｅの上部に限らず、側面１３ｅの一部に斜面を形成してもよい。
【００５２】
側面１３ｅの全体を斜面とするためには、相当の加工時間を要する。しかし、上記のように、側面１３ｅの一部だけを斜面とすることで、試験治具１３の加工時間を短縮できる。ある程度の強度を有する半導体チップであれば側面１３ｅの全体を斜面にしなくても、半導体チップは破損しない。しかしながら、例えば薄厚の半導体チップなどは破損しやすいので、側面１３ｅの全体を斜面にすることが望ましい。
【００５３】
実施の形態３．
図１０は、実施の形態３に係る試験治具１３とステージ１２の一部断面図である。１つの第１凹部１３Ａの底面に２つの貫通孔１３ｃが設けられている。そして、試験治具１３の下面には、試験治具１３の貫通孔１３ｃとステージ１２の溝１２Ａをつなぐ下面溝２９が形成されている。下面溝２９は２つの貫通孔１３ｃをつないでいる。実施の形態１では、ステージ１２の溝１２Ａの直上に、試験治具１３の貫通孔１３ｃを配置する必要があった。しかし、試験治具１３側に下面溝２９を設けることで、ステージ１２の溝１２Ａの直上に、下面溝２９が位置していれば貫通孔１３ｃを真空引きできる。これにより、試験治具１３のステージ１２に対する位置あわせの精度が緩和でき、位置あわせが容易になる。また、下面溝２９がない場合と比べて、貫通孔１３ｃの位置の自由度が向上し、貫通孔１３ｃの製造が容易となる。図１０では、下面溝２９のｘ方向長さが、第１凹部１３Ａのｘ方向長さよりも長くなっている。しかしながら、面積の大きい下面溝２９を設けると半導体チップ８０の電流が流れにくくなるおそれがあるので、下面溝２９のｘ方向長さは例えば２つの貫通孔１３ｃをつなぐ程度としてもよい。
【００５４】
図１１は、実施の形態３に係る試験治具１３とステージ１２の一部断面図である。図１０はｘｚ平面の図であるが、図１１はｙｚ平面の図である。図１１の破線で示した貫通孔１３ｃは仮想的に記載したものである。図１１の断面においては、ステージ１２の溝１２Ａの直上に貫通孔１３ｃがない。しかし、この溝１２Ａは下面溝２９を介して貫通孔１３ｃにつながっている。
【００５５】
なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０  測定装置、  １２  ステージ、  １２Ａ  溝、  １２Ｂ  穴、  １３  試験治具、  １３ａ  上面、  １３ｂ  下面、  １３ｃ  貫通孔、  １３Ａ  第１凹部、  １３Ｂ  収納穴、  １３Ｃ  第２凹部、  １３Ｄ  第３凹部、  ５０  温度調整部、  ５２  温度計、  ８０  半導体チップ  
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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