(57)【要約】【課題】半導体チップに特別な構造を形成することなく、半導体チップの試験中に半導体チップの温度が急激に上昇することを防止することができる半導体試験装置を提供する。【解決手段】半導体試験装置１は、半導体チップ４０の第１電極４１に接触するように構成されている導電プローブ１１を備える。導電プローブ１１は、導電プローブ１１の空洞１２内に冷媒１３を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの電極に接触するように構成されている導電プローブを備え、
前記導電プローブは、前記導電プローブの空洞内に冷媒を含む、半導体試験装置。
【請求項２】
前記冷媒は、前記空洞内に封入されている、請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項３】
前記導電プローブは、複数の導電プローブ部分を含み、
前記複数の導電プローブ部分は、複数の空洞部分をそれぞれ含み、前記複数の空洞部分は前記空洞を構成し、
前記冷媒は、前記複数の空洞部分内に含まれている、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の半導体試験装置。
【請求項４】
前記冷媒は、前記半導体チップの試験開始時において固体である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体試験装置。
【請求項５】
前記冷媒は、インジウム、有鉛はんだまたは無鉛はんだである、請求項４に記載の半導体試験装置。
【請求項６】
前記冷媒は、前記半導体チップの試験開始時において液体である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体試験装置。
【請求項７】
前記冷媒は、水、ヨウ素、ナフタレンまたはパーフルオロポリエーテルフッ素系流体である、請求項６に記載の半導体試験装置。
【請求項８】
前記導電プローブは、前記空洞内にメッシュ部材及び多孔質部材の少なくとも１つを含む、請求項６または請求項７に記載の半導体試験装置。
【請求項９】
前記冷媒の融点または昇華点は、前記半導体チップの前記試験開始時の前記半導体チップの温度よりも高く、かつ、前記電極の融点よりも低い、請求項４または請求項５に記載の半導体試験装置。
【請求項１０】
前記冷媒の沸点は、前記半導体チップの前記試験開始時の前記半導体チップの温度よりも高く、かつ、前記電極の融点よりも低い、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の半導体試験装置。
【請求項１１】
前記導電プローブの先端において前記空洞を画する前記導電プローブの壁の厚さは、０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の半導体試験装置。
【請求項１２】
前記導電プローブの前記先端に、凹凸構造が形成されている、請求項１１に記載の半導体試験装置。
【請求項１３】
前記導電プローブを案内しかつ収容するケースをさらに備え、前記ケースは、前記導電プローブの一部が突出する開口を含み、さらに、
前記導電プローブを前記開口に向けて付勢する弾性部材をさらに備える、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の半導体試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを試験する半導体試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）や金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）またはダイオードのような半導体チップを試験する際、導電プローブを半導体チップに接触させて、半導体チップに電流を流す。半導体チップに流す電流が増加するほど、半導体チップの発熱量が増加し、半導体チップはより高温になる。特に、半導体チップが不良である場合、半導体チップを流れる電流が局所的に集中するため、半導体チップの温度が局所的に急激に高くなることがある。
【０００３】
半導体チップの試験中に半導体チップの温度が急激に上昇すると、半導体チップの電極が溶融し、導電プローブに電極の溶融物が付着する。電極の溶融物はプローブから突出している。そのため、電極の溶融物が付着したプローブを用いて別の半導体チップを試験すると、この半導体チップは破壊されることがあった。また、電極の溶融物の表面は電極の材料の酸化物で覆われている。そのため、電極の溶融物が付着したプローブを用いて別の半導体チップを試験することができなくなることがあった。
【０００４】
特許第５７７６７２８号明細書（特許文献１）は、被試験デバイスである半導体チップに吸熱層を形成することによって、半導体チップの試験中に半導体チップの温度が急激に上昇することを防止することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５７７６７２８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では、半導体チップに吸熱層を形成するため、半導体チップは特別な構造を有しかつ大型化し、半導体チップの製造コスト及び製造時間が増大する。本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体チップに特別な構造を形成することなく、半導体チップの試験中に半導体チップの温度が急激に上昇することを防止することができる半導体試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体試験装置は、半導体チップの電極に接触するように構成されている導電プローブを備える。導電プローブは、導電プローブの空洞内に冷媒を含む。
【発明の効果】
【０００８】
半導体チップの試験中に半導体チップから発生した熱は、冷媒に吸収される。本発明の半導体試験装置によれば、半導体チップに特別な構造を形成することなく、半導体チップの試験中に半導体チップの温度が急激に上昇することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の半導体試験装置の概略断面図である。
【図２】実施の形態１の半導体試験装置の概略部分拡大平面図である。
【図３】実施の形態１の半導体試験装置の変形例の概略部分拡大断面図である。
【図４】実施の形態１の半導体試験方法のフローチャートを示す図である。
【図５】実施の形態２の半導体試験装置の概略断面図である。
【図６】実施の形態３の半導体試験装置の概略断面図である。
【図７】実施の形態３の半導体試験装置に含まれるメッシュ部材の概略拡大斜視図である。
【図８】実施の形態３の変形例の半導体試験装置の概略断面図である。
【図９】実施の形態３の変形例の半導体試験装置に含まれる多孔質部材の概略拡大斜視図である。
【図１０】実施の形態４の半導体試験装置の概略断面図である。
【図１１】実施の形態４の半導体試験装置の概略部分拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１１】
実施の形態１．
図１及び図２を参照して、実施の形態１の半導体試験装置１を説明する。半導体試験装置１は、導電プローブ１１を主に備える。半導体試験装置１は、ケース２０と、弾性部材２２とをさらに備えてもよい。半導体試験装置１は、支持部材２４と、テスト回路３０と、ステージ１０と、駆動部３２と、制御部３４とをさらに備えてもよい。半導体試験装置１は、ヒータ３６をさらに備えてもよい。
【００１２】
導電プローブ１１は、被試験体である半導体チップ４０の第１電極４１に接触するように構成されている。導電プローブ１１の先端１１ｔは、半導体チップ４０の第１電極４１に接触し得る。導電プローブ１１の先端１１ｔは、ステージ１０に面している。半導体チップ４０は、特に限定されないが、パワー半導体素子であってもよい。半導体チップ４０は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）や金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）またはダイオードであってもよい。半導体チップ４０は、第１電極４１と、第２電極４２とを含んでいる。第１電極４１は、例えば、ＩＧＢＴのエミッタ電極、ＭＯＳＦＥＴのソース電極、または、ダイオードのカソード電極であってもよい。第１電極４１及び第２電極４２は、例えば、アルミニウム（融点６６０℃）、金（融点１０６４℃）またはニッケル（融点１４５０℃）のような導電性金属で構成されてもよい。
【００１３】
半導体チップ４０は、半導体チップ４０の第１電極４１側の表面の周縁部に、絶縁保護膜４３を含んでもよい。絶縁保護膜４３は、第１電極４１上に形成されてもよいし、半導体チップ４０の第１電極４１の平面視において、第１電極４１を取り囲んでもよい。絶縁保護膜４３は、１００ｎｍ以上３００μｍ以下の厚さを有してもよい。図２に示されるように、導電プローブ１１が半導体チップ４０の第１電極４１に接触したときの導電プローブ１１と絶縁保護膜４３との間の最大間隔Ｇmaxは、１００μｍ以下であってもよい。そのため、導電プローブ１１は、半導体チップ４０の第１電極４１と広い面積で接触する。導電プローブ１１と第１電極４１との間の接触抵抗が減少して、半導体チップ４０がより正確に検査され得る。導電プローブ１１が半導体チップ４０の第１電極４１に接触したときの導電プローブ１１と絶縁保護膜４３との間の最小間隔Ｇminは、２０μｍ以上であってもよい。そのため、導電プローブ１１を絶縁保護膜４３に接触させることなく、絶縁保護膜４３に対して導電プローブ１１は容易にアライメントされ得る。
【００１４】
導電プローブ１１は、その内部に空洞１２を含む。導電プローブ１１の先端１１ｔにおいて空洞１２を画する導電プローブ１１の壁の厚さｔは、１０ｍｍ以下であってもよく、６ｍｍ以下であってもよい。そのため、半導体チップ４０で発生した熱が冷媒１３に低い熱抵抗で伝達されて、半導体チップ４０は冷媒１３によって効率的に冷却され得る。導電プローブ１１の先端１１ｔにおいて空洞１２を画する導電プローブ１１の壁の厚さｔは、０．２ｍｍ以上であってもよく、２ｍｍ以上であってもよい。そのため、導電プローブ１１を半導体チップ４０の第１電極４１に接触させたときに、導電プローブ１１の先端１１ｔが破壊されることが防止される。
【００１５】
導電プローブ１１は、空洞１２内に冷媒１３を含む。冷媒１３は導電プローブ１１の空洞１２内にあるため、冷媒１３が半導体チップ４０に漏れ出して、半導体チップ４０を汚染すること、及び、導電プローブ１１と半導体チップ４０の第１電極４１との間の電気的導通が悪化することが防止され得る。空洞１２は、導電プローブ１１によって閉鎖された空間であってもよく、冷媒１３は、空洞１２内に封入（密封）されてもよい。空洞１２は、冷媒１３が供給または排出される配管（図示せず）を介して、導電プローブ１１の外部に連通していてもよい。
【００１６】
図１に示されるように、導電プローブ１１は、空洞１２を有する第１ブロック１４と、第１ブロック１４に接触して空洞１２を閉鎖している第２ブロック１５とを含んでもよい。第１ブロック１４及び第２ブロック１５は、例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、プラチナ（Ｐｔ）、またはこれらの合金のような金属で形成されてもよい。第２ブロック１５の外径は、第１ブロック１４の外径より大きくてもよい。第２ブロック１５は、フランジ部を含んでもよい。空洞１２内に冷媒１３を配置した後、第２ブロック１５は第１ブロック１４に溶接されてもよい。空洞１２内に冷媒１３を配置した後、第２ブロック１５は、ねじまたはビスのような固定具（図示せず）または接着剤のような接合部材（図示せず）を用いて、第１ブロック１４に固定されてもよい。
【００１７】
図３に示されるように、第２ブロック１５は、第１ブロック部分１５ｐと第２ブロック部分１５ｑとを含んでもよい。第１ブロック部分１５ｐは、第１ブロック１４に接触して、空洞１２を閉鎖している。第１ブロック部分１５ｐは、第１ブロック１４に固定されている。第１ブロック部分１５ｐは、第１ブロック１４に溶接されてもよい。第１ブロック部分１５ｐは、接着剤のような接合部材（図示せず）を用いて、第１ブロック１４に固定されてもよい。第１ブロック部分１５ｐの外径は、第１ブロック１４の外径と同じであってもよい。第２ブロック部分１５ｑは貫通孔１５ｈを含んでもよく、かつ、第２ブロック部分１５ｑは、貫通孔１５ｈに挿入されるねじまたはビスのような固定具１５ｉを用いて、第１ブロック部分１５ｐに固定されてもよい。第２ブロック部分１５ｑの外径は、第１ブロック１４の外径及び第１ブロック部分１５ｐの外径より大きくてもよい。第２ブロック部分１５ｑは、フランジ部を含んでもよい。
【００１８】
本実施の形態では、冷媒１３は、半導体チップ４０の試験開始時において固体である。冷媒１３は、例えば、インジウム（融点１５７℃）、有鉛はんだ（融点１８３℃）または無鉛はんだ（融点２１７℃）であってもよい。冷媒１３の融点または昇華点は、半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度よりも高く、かつ、半導体チップ４０の第１電極４１の融点よりも低くてもよい。そのため、半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０から発生した熱は、冷媒１３の融解熱または昇華熱として冷媒１３に吸収される。半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０の温度が急激に上昇することが防止され得る。半導体チップ４０の第１電極４１が溶融することが防止され得る。
【００１９】
冷媒１３の融点または昇華点は、例えば、半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度よりも、２０℃以上高くてもよく、５０℃以上高くてもよい。冷媒１３の融点または昇華点は、例えば、半導体チップ４０の第１電極４１の融点よりも、１００℃以上低くてもよく、２００℃以上低くてもよく、３００℃以上低くてもよい。冷媒１３の融点または昇華点は、例えば、８０℃以上であってもよく、９０℃以上であってもよく、１５０℃以上であってもよい。冷媒１３の融点または昇華点は、例えば、３００℃以下であってもよく、２５０℃以下であってもよく、２２０℃以下であってもよい。
【００２０】
半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度は、例えば、０℃以上であってもよいし、１０℃以上であってもよい。半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度は、例えば、２００℃以下であってもよいし、１６０℃以下であってもよい。半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度は、制御部３４によってヒータ３６を制御することによって設定され得る。
【００２１】
半導体チップ４０の試験開始時において、固体である冷媒１３は、空洞１２内の一部にのみ充填されてもよい。半導体チップ４０の試験開始時において、固体である冷媒１３の体積は、例えば、空洞１２の体積の４０％以下であってもよく、３０％以下であってもよく、２０％以下であってもよい。半導体試験装置１を用いて複数の半導体チップ４０を試験する間、冷媒１３は、融解（または昇華）と凝固とを繰り返す。冷媒１３の体積が変動して、空洞１２の内部の圧力が高くなる。冷媒１３を空洞１２内の一部にのみ充填することによって、半導体チップ４０の試験中に空洞１２の内部の圧力が過度に高くなることが抑制されて、導電プローブ１１が変形することが防止され得る。
【００２２】
半導体チップ４０の試験開始時において、固体である冷媒１３の体積は、例えば、空洞１２の体積の２％以上であってもよく、５％以上であってもよく、１０％以上であってもよい。冷媒１３は、半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０から発生した熱を吸収する。半導体チップ４０の温度が急激に上昇することが防止され得る。半導体チップ４０の第１電極４１が溶融することが防止され得る。
【００２３】
ケース２０は、導電プローブ１１を案内しかつ収容するように構成されている。ケース２０は、導電性を有し、導電プローブ１１に電気的及び機械的に接触している。ケース２０は、導電プローブ１１の一部が突出する開口２０ａを含む。開口２０ａの径は、第２ブロック１５の外径よりも小さい。弾性部材２２は、導電プローブ１１をケース２０の開口２０ａに向けて付勢する。具体的には、弾性部材２２は、導電プローブ１１の先端１１ｔとは反対側の端部１１ｕを押圧している。弾性部材２２は、開口２０ａに対向するケース２０の内表面２０ｉに取り付けられてもよい。弾性部材２２は、導電性を有してもよく、導電プローブ１１及びケース２０に電気的及び機械的に接触してもよい。
【００２４】
支持部材２４は、ケース２０を支持している。支持部材２４は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、アルミナまたは窒化珪素のような絶縁性材料で構成されてもよい。
【００２５】
ステージ１０は、被試験体である半導体チップ４０が載置されるように構成されている。半導体チップ４０は、ステージ１０の主面１０ｍ上に載置される。ステージ１０は、導電性を有し、半導体チップ４０の第２電極４２に電気的に接触している。駆動部３２は、ステージ１０及び支持部材２４の少なくとも１つを移動させるように構成されている。駆動部３２は、ステージ１０の主面１０ｍに沿う方向（ｘ方向及びｙ方向）に沿って、ステージ１０及び支持部材２４の少なくとも１つを移動させてもよい。駆動部３２は、ステージ１０の主面１０ｍに垂直な方向（ｚ方向）に沿って、ステージ１０及び支持部材２４の少なくとも１つを移動させてもよい。駆動部３２は、例えば、モータ（図示せず）と、ステージ１０及びモータに接続されているボールネジ（図示せず）とを含んでもよい。
【００２６】
ヒータ３６は、ステージ１０に取り付けられている。ヒータ３６は、ステージ１０を加熱する。ヒータ３６の温度を制御することによって、ステージ１０の温度及び半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度が設定される。
【００２７】
テスト回路３０は、被試験体である半導体チップ４０に、試験電流または試験電圧を印加するように構成されている。具体的には、テスト回路３０は、ケース２０と、ステージ１０とに電気的に接続されている。テスト回路３０は、ケース２０及び導電プローブ１１を介して、または、ケース２０、弾性部材２２及び導電プローブ１１を介して、半導体チップ４０の第１電極４１に電気的に接続されている。テスト回路３０は、ステージ１０を介して、半導体チップ４０の第２電極４２に電気的に接続されている。
【００２８】
テスト回路３０は、半導体チップ４０に対して、直流試験、交流試験及び機能試験の少なくとも１つを行うように構成されている。直流試験は、例えば、半導体チップ４０に直流電流（または直流電圧）を印加して、半導体チップ４０の短絡の確認などを行う試験である。交流試験は、例えば、半導体チップ４０に交流電流（または交流電圧）を印加して、半導体チップ４０からの出力波形を確認するテストである。機能試験は、例えば、半導体チップ４０に試験信号を印加して、半導体チップ４０の機能を確認する試験である。
【００２９】
制御部３４は、テスト回路３０、駆動部３２及びヒータ３６に接続されている。制御部３４は、テスト回路３０を制御して、被試験体である半導体チップ４０に印加する試験電流または試験電圧を制御するように構成されている。制御部３４は、駆動部３２を制御して、導電プローブ１１に対する半導体チップ４０の相対的な位置を制御するように構成されている。制御部３４は、ヒータ３６を制御して、半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度を制御するように構成されている。
【００３０】
図４を参照して、半導体試験装置１を用いた、本実施の形態の半導体チップ４０の試験方法を説明する。
【００３１】
本実施の形態の半導体チップ４０の試験方法は、被試験体である半導体チップ４０をステージ１０上に載置すること（Ｓ１）を備える。半導体チップ４０は、ステージ１０の主面１０ｍに載置される。半導体チップ４０の第２電極４２は、ステージ１０に接触して、ステージ１０に電気的に接続される。本実施の形態の半導体チップ４０の試験方法は、半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度を設定すること（Ｓ２）を備える。具体的には、制御部３４によりヒータ３６を制御して、ステージ１０の温度及び半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度を設定する。
【００３２】
本実施の形態の半導体チップ４０の試験方法は、導電プローブ１１を半導体チップ４０の第１電極４１に接触させること（Ｓ３）を備える。具体的には、制御部３４により駆動部３２を制御して、ステージ１０及び支持部材２４の少なくとも１つを移動させる。こうして、導電プローブ１１は、半導体チップ４０の第１電極４１に接触する。図２に示されるように、導電プローブ１１が半導体チップ４０の第１電極４１に接触したときの導電プローブ１１と絶縁保護膜４３との間の最大間隔Ｇmaxは、１００μｍ以下であってもよい。導電プローブ１１が半導体チップ４０の第１電極４１に接触したときの導電プローブ１１と絶縁保護膜４３との間の最小間隔Ｇminは、２０μｍ以上であってもよい。
【００３３】
本実施の形態の半導体チップ４０の試験方法は、テスト回路３０から、半導体チップ４０に試験電流または試験電圧を印加すること（Ｓ４）を備える。具体的には、制御部３４によりテスト回路３０を制御して、テスト回路３０から、ステージ１０、ケース２０及び導電プローブ１１を介して、半導体チップ４０に試験電流または試験電圧が印加される。こうして、半導体試験装置１を用いて、半導体チップ４０が検査される。
【００３４】
半導体チップ４０が不良である場合、半導体チップ４０を流れる電流が局所的に集中して、半導体チップ４０から大量の熱が発生することがある。半導体試験装置１は、導電プローブ１１の空洞１２内に冷媒１３を含んでいる。半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０から発生した熱は、冷媒１３の融解熱または昇華熱として冷媒１３に吸収される。本実施の形態の半導体試験装置１及び半導体試験方法によれば、半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０の温度が急激に上昇することが抑制され得る。半導体チップ４０の試験中に、半導体チップ４０の第１電極４１が溶融すること、及び、第１電極４１の溶融物が導電プローブ１１に付着することが防止され得る。
【００３５】
本実施の形態の半導体チップ４０の試験方法は、半導体チップ４０の試験を終えること（Ｓ５）を備える。具体的には、制御部３４によりテスト回路３０を制御して、テスト回路３０から半導体チップ４０への試験電流または試験電圧の印加を停止する。制御部３４により駆動部３２を制御して、ステージ１０及び支持部材２４の少なくとも１つを移動させて、導電プローブ１１を半導体チップ４０の第１電極４１から離す。制御部３４によりヒータ３６を制御して、ステージ１０を介したヒータ３６による半導体チップ４０の加熱を停止する。半導体チップ４０が、ステージ１０から取り除かれる。こうして、半導体チップ４０の試験が終了する。半導体チップ４０の試験を終えた後、冷媒１３は自然冷却される。半導体チップ４０で発生した熱により液化または昇華していた冷媒１３は、自然冷却されて、固体状態に戻る。
【００３６】
本実施の形態の半導体試験装置１の効果を説明する。
本実施の形態の半導体試験装置１は、半導体チップ４０の電極（第１電極４１）に接触するように構成されている導電プローブ１１を備える。導電プローブ１１は、導電プローブ１１の空洞１２内に冷媒１３を含む。半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０から発生した熱は、冷媒１３に吸収される。半導体試験装置１によれば、半導体チップ４０に特別な構造を形成することなく、半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０の温度が急激に上昇することを防止することができる。半導体チップ４０の試験中に、半導体チップ４０の第１電極４１が溶融すること、及び、第１電極４１の溶融物が導電プローブ１１に付着することが防止され得る。
【００３７】
本実施の形態の半導体試験装置１では、冷媒１３は、空洞１２内に封入されてもよい。冷媒１３が導電プローブ１１内の空洞１２から半導体チップ４０に漏れ出して、半導体チップ４０を汚染すること、及び、導電プローブ１１と半導体チップ４０の電極（第１電極４１）との間の電気的導通が悪化することが防止され得る。長期間にわたって、半導体チップ４０は安定的に検査され得る。
【００３８】
冷媒１３の沸点または昇華点は、半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度よりも高く、かつ、半導体チップ４０の電極（第１電極４１）の融点よりも低くてもよい。そのため、半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０から発生した熱は、冷媒１３の気化熱または昇華熱として冷媒１３に吸収される。半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０の温度が急激に上昇することが防止され得る。半導体チップ４０の試験中に、半導体チップ４０の第１電極４１が溶融すること、及び、第１電極４１の溶融物が導電プローブ１１に付着することが防止され得る。
【００３９】
実施の形態２．
図５を参照して、実施の形態２の半導体試験装置１ｂを説明する。本実施の形態の半導体試験装置１ｂは、実施の形態１の半導体試験装置１と同様の構成を備え、同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。
【００４０】
本実施の形態では、冷媒１３は、半導体チップ４０の試験開始時において液体である。冷媒１３は、水（沸点１００℃）、ヨウ素（沸点１８４℃）またはナフタレン（融点２１８℃）であってもよい。液体は、ガルデン（登録商標）ＨＴ１７０（沸点１７０℃）、ガルデン（登録商標）ＨＴ２００（沸点２００℃）、ガルデン（登録商標）ＨＴ２３０（沸点２３０℃）またはガルデン（登録商標）ＨＴ２７０（沸点２７０℃）のような、パーフルオロポリエーテルフッ素（ＰＦＰＥ）系流体であってもよい。冷媒１３の沸点は、半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度よりも高く、かつ、第１電極４１の融点よりも低い。そのため、半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０から発生した熱は、冷媒１３の気化熱として冷媒１３に吸収される。半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０の温度が急激に上昇することが防止され得る。半導体チップ４０の第１電極４１が溶融することが防止され得る。
【００４１】
冷媒１３の沸点は、例えば、半導体チップ４０の試験開始時の半導体チップ４０の温度よりも、２０℃以上高くてもよく、５０℃以上高くてもよい。冷媒１３の沸点は、例えば、半導体チップ４０の第１電極４１の融点よりも、１００℃以上低くてもよく、２００℃以上低くてもよく、３００℃以上低くてもよい。冷媒１３の沸点は、例えば、８０℃以上であってもよく、９０℃以上であってもよく、１５０℃以上であってもよい。冷媒１３の沸点は、例えば、３００℃以下であってもよく、２５０℃以下であってもよく、２２０℃以下であってもよい。
【００４２】
半導体チップ４０の試験開始時において、液体である冷媒１３は、空洞１２内の一部にのみ充填されてもよい。半導体チップ４０の試験開始時において、固体である冷媒１３の体積は、例えば、空洞１２の体積の３０％以下であってもよく、２０％以下であってもよい。半導体試験装置１ｂを用いて複数の半導体チップ４０を試験する間、液体は、気化と液化とを繰り返す。冷媒１３の体積が変動して、空洞１２の内部の圧力が高くなる。冷媒１３を空洞１２内の一部にのみ充填することによって、半導体チップ４０の試験中に空洞１２の内部の圧力が過度に高くなることが抑制されて、導電プローブ１１が変形することが防止され得る。
【００４３】
半導体チップ４０の試験開始時において、固体である冷媒１３の体積は、例えば、空洞１２の体積の２％以上であってもよく、５％以上であってもよい。冷媒１３は、半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０から発生した熱を吸収する。半導体チップ４０の温度が急激に上昇することが防止され得る。半導体チップ４０の第１電極４１が溶融することが防止され得る。
【００４４】
本実施の形態の空洞１２の体積は、実施の形態１の空洞１２の体積よりも大きくてもよい。本実施の形態において、液体である冷媒１３が気体になるときの冷媒１３の体積の増加は、実施の形態１において、固体である冷媒１３が液体になるときの冷媒１３の体積の増加よりも大きい。本実施の形態における半導体チップ４０の試験中の空洞１２の内部の圧力は、実施の形態１における半導体チップ４０の試験中の空洞１２の内部の圧力よりも高くなりやすい。本実施の形態の空洞１２の体積を実施の形態１の空洞１２の体積よりも大きくすることによって、半導体チップ４０の試験開始時において冷媒１３が液体であっても、半導体チップ４０の試験中に空洞１２の内部の圧力が過度に高くなることが抑制されて、導電プローブ１１が変形することが防止され得る。
【００４５】
空洞１２は、導電プローブ１１によって閉鎖された空間であってもよく、冷媒１３は、空洞１２内に封入されてもよい。空洞１２は、冷媒１３が供給または排出される配管（図示せず）を介して、導電プローブ１１の外部に連通していてもよい。例えば、冷媒１３は、冷媒供給源（図示せず）と、配管（図示せず）と、空洞１２とを循環してもよい。
【００４６】
半導体試験装置１ｂを用いた本実施の形態の半導体チップ４０の試験方法は、半導体試験装置１を用いた実施の形態１の半導体チップ４０の試験方法と同様の工程を有するが、以下の点で主に異なる。
【００４７】
半導体チップ４０が不良である場合、半導体チップ４０を流れる電流が局所的に集中して、半導体チップ４０から大量の熱が発生することがある。半導体試験装置１は、導電プローブ１１の空洞１２内に冷媒１３を含んでいる。半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０から発生した熱は、冷媒１３の気化熱として冷媒１３に吸収される。本実施の形態の半導体試験装置１ｂ及び半導体試験方法によれば、半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０の温度が急激に上昇することが抑制され得る。半導体チップ４０の試験中に、半導体チップ４０の第１電極４１が溶融すること、及び、第１電極４１の溶融物が導電プローブ１１に付着することが防止され得る。半導体チップ４０の試験を終えた後、冷媒１３は自然冷却される。半導体チップ４０で発生した熱により気化していた冷媒１３は、自然冷却されて、液体状態に戻る。
【００４８】
実施の形態３．
図６及び図７を参照して、実施の形態３の半導体試験装置１ｃを説明する。本実施の形態の半導体試験装置１ｃは、実施の形態２の半導体試験装置１ｂと同様の構成を備え、同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。
【００４９】
導電プローブ１１は、空洞１２内にメッシュ部材１７を含む。メッシュ部材１７の少なくとも一部は、冷媒１３から露出している。メッシュ部材１７の下端部は、液体である冷媒１３に接触し、かつ、メッシュ部材１７の上端部は、液体である冷媒１３から露出してもよい。メッシュ部材１７の全ては、冷媒１３から露出してもよい。メッシュ部材１７は空洞１２の上部に配置されており、メッシュ部材１７の全体は、液体である冷媒１３から離れて配置されてもよい。
【００５０】
半導体チップ４０の試験中に、半導体チップ４０から発生する熱によって、液体である冷媒１３は気化する。気化した冷媒１３は、空洞１２の上部に移動して、熱を放出して、凝縮して、液滴となる。メッシュ部材１７は、液滴に対して毛細管作用を有する。メッシュ部材１７の毛細管作用は、液滴となった冷媒１３が導電プローブ１１の空洞１２の底に向けて移動することを促進する。こうして、メッシュ部材１７は、半導体チップ４０の試験中に、導電プローブ１１の空洞１２から液体である冷媒１３が枯渇することを防止して、冷媒１３の冷却機能を持続させる。
【００５１】
メッシュ部材１７は、毛細管作用をもたらすような目開きを有している。メッシュ部材１７の目開きは、例えば、１００μｍ以下であってもよく、８０μｍ以下であってもよく、５０μｍ以下であってもよい。メッシュ部材１７は、例えば、銅、ニッケル、チタン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂で形成されてもよい。
【００５２】
図８及び図９を参照して、本実施の形態の変形例の半導体試験装置１ｄを説明する。本実施の形態の変形例の半導体試験装置１ｄは、本実施の形態の半導体試験装置１ｃと同様の構成を備え、同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。
【００５３】
導電プローブ１１は、空洞１２内に多孔質部材１７ｄを含む。多孔質部材１７ｄの少なくとも一部は、冷媒１３から露出している。多孔質部材１７ｄの下端部は、液体である冷媒１３に接触し、かつ、多孔質部材１７ｄの上端部は、液体である冷媒１３から露出してもよい。多孔質部材１７ｄの全ては、冷媒１３から露出してもよい。多孔質部材１７ｄは空洞１２の上部に配置されており、多孔質部材１７ｄの全体は、液体である冷媒１３から離れて配置されてもよい。
【００５４】
半導体チップ４０の試験中に、半導体チップ４０から発生する熱によって、液体である冷媒１３は気化する。気化した冷媒１３は、空洞１２の上部に移動して、熱を放出して、凝縮して、液滴となる。多孔質部材１７ｄは、液滴に対して毛細管作用を有する。多孔質部材１７ｄの毛細管作用は、液滴となった冷媒１３が導電プローブ１１の空洞１２の底に向けて移動することを促進する。こうして、多孔質部材１７ｄは、半導体チップ４０の試験中に、導電プローブ１１の空洞１２から液体である冷媒１３が枯渇することを防止して、冷媒１３の冷却機能を持続させる。
【００５５】
多孔質部材１７ｄは、毛細管作用をもたらすような細孔径を有している。多孔質部材１７ｄの細孔径は、例えば、１００μｍ以下であってもよく、８０μｍ以下であってもよく、５０μｍ以下であってもよい。本明細書において、多孔質部材１７ｄの細孔径は、水銀圧入法によって測定された多孔質部材１７ｄの細孔径分布のピークとなる細孔径として定義される。多孔質部材１７ｄは、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはアルミナで形成されてもよい。
【００５６】
このように、導電プローブ１１は、空洞１２内にメッシュ部材１７及び多孔質部材１７ｄの少なくとも１つを含む。メッシュ部材１７及び多孔質部材１７ｄの少なくとも１つは、空洞１２の底に接触していなくてもよい。そのため、メッシュ部材１７及び多孔質部材１７ｄの少なくとも１つが第１ブロック１４よりも低い熱伝導を有していても、半導体チップ４０と冷媒１３との間の熱抵抗が増加することが防止される。
【００５７】
一例では、メッシュ部材１７及び多孔質部材１７ｄの少なくとも１つは、筒形状を有し、空洞１２を画する導電プローブ１１の側面に沿って配置されてもよい（図６を参照）。特定的には、メッシュ部材１７及び多孔質部材１７ｄの少なくとも１つは、第１ブロック１４の側面に沿って配置されてもよい。メッシュ部材１７及び多孔質部材１７ｄの少なくとも１つは、空洞１２の高さの半分よりも第２ブロック１５側の空洞１２の部分まで延在してもよい（図６を参照）。メッシュ部材１７及び多孔質部材１７ｄの少なくとも１つは、第２ブロック１５に接してもよい。
【００５８】
別の例では、メッシュ部材１７及び多孔質部材１７ｄの少なくとも１つは、空洞１２を横切るように配置されてもよい（図８を参照）。メッシュ部材１７及び多孔質部材１７ｄの少なくとも１つは、空洞１２の高さの半分よりも第２ブロック１５側の空洞１２の部分に配置されてもよい（図８を参照）。メッシュ部材１７及び多孔質部材１７ｄの少なくとも１つは、第２ブロック１５に接してもよい。
【００５９】
導電プローブ１１の先端１１ｔに、凹凸構造１１ｒが形成されてもよい。凹凸構造１１ｒは、例えば、導電プローブ１１の先端１１ｔをローレット加工することによって形成されてもよい。凹凸構造１１ｒは、半導体チップ４０の第１電極４１の表面に存在する自然酸化膜を破壊して、導電プローブ１１と第１電極４１との間の接触抵抗を低減させる。半導体チップ４０は、より正確に検査され得る。
【００６０】
実施の形態４．
図１０及び図１１を参照して、実施の形態４の半導体試験装置１ｅを説明する。本実施の形態の半導体試験装置１ｅは、実施の形態１の半導体試験装置１と同様の構成を備え、同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。
【００６１】
導電プローブ１１は、実施の形態１の第１ブロック１４に代えて、複数の導電プローブ部分１４ｄを含む。複数の導電プローブ部分１４ｄは、例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、プラチナ（Ｐｔ）、またはこれらの合金のような金属で形成されてもよい。複数の導電プローブ部分１４ｄは、複数の空洞部分１２ｄをそれぞれ含む。複数の導電プローブ部分１４ｄは、各々、空洞部分１２ｄを含む柱状体であってもよい。複数の空洞部分１２ｄは、空洞１２（図１を参照）を構成している。冷媒１３は、複数の空洞部分１２ｄ内に含まれている。
【００６２】
冷媒１３は、複数の空洞部分１２ｄ内に分散して配置されている。複数の導電プローブ部分１４ｄ一つ当たりの冷媒１３の量は、実施の形態１の空洞１２内の冷媒１３の量よりも少ない。複数の導電プローブ部分１４ｄ一つ当たりの冷媒１３の熱容量は、実施の形態１の空洞１２内の冷媒１３の熱容量よりも少ない。そのため、本実施の形態における半導体チップ４０から発生する熱に対する冷媒１３の熱応答速度は、実施の形態１における半導体チップ４０から発生する熱に対する冷媒１３の熱応答速度よりも大きい。本実施の形態の半導体試験装置１ｅでは、半導体チップ４０の試験中に、半導体チップ４０はより素早く冷却される。半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０の温度が急激に上昇することが抑制され得る。半導体チップ４０の試験中に、半導体チップ４０の第１電極４１が溶融すること、及び、第１電極４１の溶融物が導電プローブ１１に付着することが防止され得る。
【００６３】
テスト回路３０から半導体チップ４０に試験電流として交流電流を印加することにより、半導体チップ４０を交流試験する場合、表皮効果により、電流は導体の表面に集中する。本実施の形態では、複数の導電プローブ部分１４ｄは、複数の側壁をそれぞれ有する。半導体チップ４０の試験中に導電プローブ１１を流れる電流は、複数の導電プローブ部分１４ｄの複数の側壁の表面を主に流れる。半導体チップ４０の試験中に導電プローブ１１を流れる電流は、複数の導電プローブ部分１４ｄの複数の側壁の表面に分散して流れるため、半導体チップ４０を流れる電流が局所的に集中することが防止され得る。半導体チップ４０の試験中に半導体チップ４０の温度が急激に上昇することが抑制され得る。半導体チップ４０の試験中に、半導体チップ４０の第１電極４１が溶融すること、及び、第１電極４１の溶融物が導電プローブ１１に付着することが防止され得る。
【００６４】
第２ブロック１５は、複数の導電プローブ部分１４ｄを収容する凹部１５ｒを含んでもよい。複数の導電プローブ部分１４ｄは、第２ブロック１５に電気的及び機械的に接触している。第２ブロック１５は、フランジ部を含んでもよい。導電プローブ１１は、弾性部材１８を含んでもよい。弾性部材１８は、第２ブロック１５と複数の導電プローブ部分１４ｄとの間に配置されている。複数の導電プローブ部分１４ｄは、弾性部材１８によって挟持されており、かつ、弾性部材１８を用いて、第２ブロック１５の凹部１５ｒの側壁１５ｓに固定されてもよい。弾性部材１８は、導電性を有してもよい。
【００６５】
今回開示された実施の形態１−４及びそれらの変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態１−４及びそれらの変形例の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【００６６】
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ  半導体試験装置、１０  ステージ、１０ｍ  主面、１１  導電プローブ、１１ｒ  凹凸構造、１１ｔ  先端、１１ｕ  端部、１２  空洞、１２ｄ  空洞部分、１３  冷媒、１４  第１ブロック、１４ｄ  導電プローブ部分、１５  第２ブロック、１５ｈ  貫通孔、１５ｉ  固定具、１５ｐ  第１ブロック部分、１５ｑ  第２ブロック部分、１５ｒ  凹部、１５ｓ  側壁、１７  メッシュ部材、１７ｄ  多孔質部材、１８，２２  弾性部材、２０  ケース、２０ａ  開口、２０ｉ  内表面、２４  支持部材、３０  テスト回路、３２  駆動部、３４  制御部、３６  ヒータ、４０  半導体チップ、４１  第１電極、４２  第２電極、４３  絶縁保護膜。 
【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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