(57)【要約】【課題】  共通の半導体検査装置によって、様々な種類の半導体チップに対して電気的試験を行うことができる技術を提供する。【解決手段】  半導体検査装置は、積層基板と、複数のプローブピンと、駆動機構と、を備える。積層基板は、第１電極層と、第１電極層の上面に絶縁層を介して積層された第２電極層と、を有する。複数のプローブピンは、積層基板を貫通して積層基板の下面から突出し、上下方向に沿って第１位置と第２位置と第３位置の間で移動可能であり、その軸周りに第１角度と第２角度の間で回動可能である。駆動機構は、複数のプローブピンのそれぞれを独立して、上下方向に沿って移動させるとともに、その軸周りに回動させる。複数のプローブピンのそれぞれは、第１位置で第１角度にあるときに第１電極層と導通し、第２位置で第２角度にあるときに第２電極層と導通する。第３位置が、第１位置及び第２位置よりも上側の位置である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの電気的試験を行う半導体検査装置であって、
第１電極層と、前記第１電極層の上面に絶縁層を介して積層された第２電極層と、を有する積層基板と、
前記積層基板を貫通して前記積層基板の下面から突出し、上下方向に沿って第１位置と第２位置と第３位置の間で移動可能であり、その軸周りに第１角度と第２角度の間で回動可能な複数のプローブピンと、
前記複数のプローブピンのそれぞれを独立して、上下方向に沿って移動させるとともに、その軸周りに回動させる駆動機構と、
を備えており、
前記複数のプローブピンのそれぞれは、前記第１位置で前記第１角度にあるときに前記第１電極層と導通し、前記第２位置で前記第２角度にあるときに前記第２電極層と導通し、
前記第３位置が、前記第１位置及び前記第２位置よりも上側の位置である、
半導体検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体検査装置に関する。
【０００２】
特許文献１には、半導体チップの電気的試験を行う半導体検査装置が開示されている。この装置は、基板と、基板の下面から突出する複数のプローブピンと、を備える。この装置を用いて電気的試験を行う際には、複数のプローブピンを半導体チップの表面に設けられた複数の電極に接触させる。そして、複数のプローブピンを介して半導体チップに電流を流すことによって、半導体チップの電気的試験を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０２９５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
検査対象となる半導体チップには様々な種類が存在するため、半導体チップのチップサイズや電極配置がそれぞれ異なる。このため、特許文献１の技術では、それぞれの半導体チップに対して電気的試験を行うために、検査対象となる半導体チップのチップサイズや電極配置に応じたプローブピンを有する半導体検査装置を要する。すなわち、検査対象となる半導体チップの種類ごとに異なる半導体検査装置を要する。
【０００５】
また、半導体チップに設けられた複数の電極は、それぞれ異なる材料により形成されたり、異なる厚さを有する場合がある。このような場合、特許文献１の技術では、複数のプローブピンを複数の電極に対して一様に接触させるため、軟質材料により形成された電極や、厚さが薄い電極にプローブピンを接触させた場合に、プローブピンがこれらの電極を貫通して適切に電気的試験を行うことができない場合がある。
【０００６】
本明細書では、共通の半導体検査装置によって、様々な種類の半導体チップに対して電気的試験を行うことができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する半導体検査装置は、半導体チップの電気的試験を行う。前記半導体検査装置は、積層基板と、複数のプローブピンと、駆動機構と、を備える。前記積層基板は、第１電極層と、前記第１電極層の上面に絶縁層を介して積層された第２電極層と、を有する。前記複数のプローブピンは、前記積層基板を貫通して前記積層基板の下面から突出し、上下方向に沿って第１位置と第２位置と第３位置の間で移動可能であり、その軸周りに第１角度と第２角度の間で回動可能である。前記駆動機構は、前記複数のプローブピンのそれぞれを独立して、上下方向に沿って移動させるとともに、その軸周りに回動させる。前記複数のプローブピンのそれぞれは、前記第１位置で前記第１角度にあるときに前記第１電極層と導通し、前記第２位置で前記第２角度にあるときに前記第２電極層と導通する。前記第３位置が、前記第１位置及び前記第２位置よりも上側の位置である。
【０００８】
上記の半導体検査装置では、駆動機構が、複数のプローブピンのそれぞれを独立して上下方向に沿って移動させるとともに、その軸周りに回動させる。そして、複数のプローブピンのそれぞれは、第１位置と第２位置と第３位置との間で移動可能であり、第１位置で第１角度にあるときに第１電極層と導通し、第２位置で第２角度にあるときに第２電極層と導通する。第３位置は、第１位置及び第２位置よりも上側に位置する。
【０００９】
表面に複数の電極が設けられた所定の半導体チップの電気的試験を行う際には、駆動機構は、電極が配置されている位置に対応するプローブピンを第１位置又は第２位置に移動させ、電極が配置されていない位置に対応するプローブピンを第３位置に移動させる。第１位置又は第２位置にあるプローブピンは、所定の角度に回動させることにより電極層と導通し、電気的試験を行う際には、半導体チップに設けられた電極に接触する。一方、第３位置は、第１位置及び第２位置よりも上側の位置であるため、第３位置にあるプローブピンは、半導体チップに接触しない。このように、検査対象となる半導体チップのチップサイズや電極配置に対応するプローブピンのみを電極に接触する位置に移動させることができる。
【００１０】
また、駆動機構は、プローブピンを接触させる電極の材料や厚みに応じてプローブピンを導通させる電極層を選択することにより、プローブピンを上下方向に沿った異なる位置（第１位置又は第２位置）に移動させることができる。このため、上記の半導体検査装置は、電極に対するプローブピンの接触圧力を、電極の材料や厚みに応じて変更することができる。
【００１１】
以上に説明したように、上記の構成によれば、共通の半導体試験装置によって、様々な種類の半導体チップに対して電気的試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】検査対象の一例である半導体チップ１０の平面図。
【図２】半導体チップ１０が設置された半導体検査装置２０の側面図。
【図３】プローブソケット３４の透視図。
【図４】プローブソケット３４の上面図。
【図５ａ−ｄ】プローブ接点部４２と各極層接点部を導通させる様子を説明するための図。
【図６】各プローブピン３２が半導体チップ１０の各電極１４、１６に接触している状態を示す斜視図。
【図７】図６に対応する説明図であって、半導体チップ１０に接触しているプローブピン３２の位置を示す図。
【図８】半導体チップ１０とは異なる半導体チップ１００の各電極１１４、１１６に、各プローブピン３２が接触している状態を示す斜視図。
【図９】図８に対応する説明図であって、半導体チップ１００に接触しているプローブピン３２の位置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、実施例の半導体検査装置２０（以下、単に検査装置２０という。）によって検査される半導体チップ１０の平面図を示している。半導体チップ１０は、半導体層１２と、複数の表面電極１４と、複数の信号用電極１６と、保護膜１８とを有する。半導体層１２は、例えば、Ｓｉ（シリコン）を主成分とする半導体により構成されている。本実施例では、半導体層１２には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が形成されている。なお、図示されていないが、半導体層１２の下面には裏面電極（すなわち、コレクタ電極）が設けられている。
【００１４】
半導体層１２の表面には、表面電極１４が形成されている。表面電極１４は、例えば、ＡｌＳｉ（アルミニウムシリコン）を含有する金属層と、その表面に設けられたメッキ層（例えば、ニッケル）と、によって構成されている。本実施例では、２つの表面電極１４が半導体層１２の中央に配列されている。本実施例では、表面電極１４は、エミッタ電極として機能する。
【００１５】
表面電極１４の隣には、複数の信号用電極１６が形成されている。各信号用電極１６は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）を含有する金属によって構成されている。本実施例では、４つの信号用電極１６が半導体層１２の外周端部に沿って一列に配列されている。各信号用電極１６には、例えば、半導体チップ１０の温度を示す電圧を出力するもの、半導体チップ１０に流れる電流値を示す電圧を出力するもの、半導体チップ１０のゲートパッドとなるもの等がある。
【００１６】
保護膜１８は、絶縁性材料によって構成されている。保護膜１８は、半導体層１２の上面のうち、表面電極１４及び信号用電極１６に覆われていない範囲を覆っている。
【００１７】
図２、３に示すように、検査装置２０は、ステージ２２と、積層基板２４と、複数のプローブピン３２と、複数のプローブソケット３４と、駆動機構４８と、通電装置５０と、を有する。
【００１８】
ステージ２２は、導電性の材料により構成されている。ステージ２２には、検査対象の半導体チップ１０が載置される。
【００１９】
積層基板２４は、第１電極層２６と、第２電極層２８と、複数の絶縁層３０を有する。第２電極層２８は、絶縁層３０を介して第１電極層２６の上面に積層されている。第２電極層２８の上面と第１電極層２６の下面には、それぞれ絶縁層３０が配置されている。すなわち、積層基板２４は、絶縁層３０と各電極層２６、２８が、交互に積層された多層構造を有する。第１電極層２６と第２電極層２８は、その間に設けられた絶縁層３０によって互いから絶縁されている。積層基板２４には、その上面から下面まで貫通する複数の貫通孔が設けられている。
【００２０】
複数のプローブピン３２は、積層基板２４を貫通して積層基板２４の下面から突出している。後述するが、各プローブピン３２は、上下方向に沿って第１位置と第２位置と第３位置の間で移動可能である。第２位置は第１位置よりも上側の位置であり、第３位置は第２位置よりも上側の位置である。また、各プローブピン３２は、その軸周りに第１角度と第２角度の間で回動可能である。
【００２１】
図３は、プローブソケット３４を透視した図である。図３に示すように、各プローブソケット３４は、ハウジング３６と、回動部材３８と、弾性部材４０と、プローブ接点部４２と、第１電極層接点部４４と、第２電極層接点部４６と、を有する。
【００２２】
ハウジング３６は、絶縁性の材料により構成されており、後述する回動部材３８、弾性部材４０、プローブ接点部４２、第１電極層接点部４４及び第２電極層接点部４６を収容する。回動部材３８は、中空の円柱形状を有する。回動部材３８には、プローブピン３２が挿入されて固定される。回動部材３８が回動することによって、プローブピン３２が共に回動する。回動部材３８は、絶縁性の材料により構成されている。
【００２３】
弾性部材４０は、回動部材３８に取り付けられており、回動部材３８が上下方向に移動することによって伸縮する。弾性部材４０は、回動部材３８を上方向に付勢する。弾性部材４０は、本実施例では、コイルばねである。
【００２４】
プローブ接点部４２は、ハウジング３６内であって、回動部材３８の外側に設けられている。プローブ接点部４２は、導電性の材料により構成されている。プローブ接点部４２は、回動部材３８に挿入されたプローブピン３２と導通している。
【００２５】
図３及び図４に示すように、第１電極層接点部４４及び第２電極層接点部４６は、ハウジング３６の上部であって、ハウジング３６の内周面に沿ってハウジング３６の周方向に間隔を空けて配置されている。第１電極層接点部４４は、第１電極層接点部４４の下端から上端に向かって設けられた第１切欠き部４４ａを有している。第２電極層接点部４６は、第２電極層接点部４６の下端から上端に向かって設けられた第２切欠き部４６ａ（図５（ｃ）参照）を有している。第２切欠き部４６ａの深さは、第１切欠き部４４ａの深さよりも深い。第１電極層接点部４４及び第２電極層接点部４６は、導電性の材料により構成されている。第１電極層接点部４４は、不図示の配線によって第１電極層２６と導通している。第２電極層接点部４６は、不図示の配線によって第２電極層２８と導通している。
【００２６】
駆動機構４８は、各プローブピン３２のそれぞれを独立して、上下方向に沿って移動させるとともに、その軸周りに回動させる。具体的には、駆動機構４８が回動部材３８を上下方向に沿って移動させるとともに、その軸周りに回転させることによって、回動部材３８に対して固定されたプローブピン３２が追随して移動、回転する。
【００２７】
通電装置５０は、定電圧電源または定電流電源等によって構成されている。通電装置５０は、正極端子５０ａと負極端子５０ｂを有している。通電装置５０は、正極端子５０ａと負極端子５０ｂの間に電流を流す。正極端子５０ａは、配線によってステージ２２に接続されている。正極端子５０ａは、ステージ２２を介して半導体チップ１０の下面に接続される。負極端子５０ｂは、配線によって各電極層２６、２８に接続されている。したがって、半導体チップ１０の表面電極１４又は信号用電極１６にプローブピン３２が接触していると、通電装置５０は、プローブピン３２を介して半導体チップ１０に電流を流すことができる。これにより、半導体チップ１０の電気的試験を実施する。
【００２８】
図５は、プローブピン３２の動作を示している。まず、図３に示す状態から、図５（ａ）に示すように、駆動機構４８によって、回動部材３８を弾性部材４０の付勢力に抗して矢印Ａ１の方向に押し込みながら、矢印Ａ２の方向に軸周りに第１角度まで回動させる。回動部材３８を第１角度に回動させた状態で、回動部材３８に加えていた力を開放すると、図５（ｂ）に示すように、回動部材３８が弾性部材４０の付勢力によって矢印Ａ３の方向に移動する。これにより、プローブ接点部４２が、第１電極層接点部４４の第１切欠き部４４ａに係合する。この結果、プローブ接点部４２と第１電極層接点部４４が導通する。これにより、回動部材３８に挿入されたプローブピン３２が第１位置で第１角度に配置され、第１電極層２６と導通する。なお、上述した説明において、回動部材３８を軸周りに第２角度まで回動させ、プローブ接点部４２を第２電極層接点部４６の第２切欠き部４６ａに係合させることによって、図５（ｃ）に示すように、プローブピン３２と第２電極層２８と導通させることができる。また、図５（ｄ）に示すように、プローブ接点部４２がいずれの切欠き部４４ａ、４６ａとも係合していない状態（以下、初期状態という。）では、プローブピン３２は、第３位置（第１位置及び第２位置よりも上側）に配置される。
【００２９】
半導体チップ１０に対して電気的試験を行う際には、表面電極１４の位置に対応するプローブピン３２を、第１位置で第１角度まで駆動させることにより第１電極層２６に導通させる。また、信号用電極１６の位置に対応するプローブピン３２を、第２位置で第２角度まで駆動させることにより第２電極層２８に導通させる。また、各電極１４、１６が配置されていない位置（保護膜１８に覆われている範囲）に対応するプローブピン３２は、初期状態のまま（第３位置のまま）いずれの電極層２６、２８にも導通させない。それぞれのプローブピン３２を、上記のように設定した状態で、図６に示すように、第１位置及び第２位置にあるプローブピン３２を対応する電極１４、１６に接触させる。詳細には、図７において黒丸及び白丸で示されるように、第１位置にあるプローブピン３２（黒丸）が各表面電極１４に接触し、第２位置にあるプローブピン３２（白丸）が各信号用電極１６に接触する。破線で示すプローブピン３２は、第３位置にあり、半導体チップ１０に接触しない高さである。この状態において、通電装置５０によって、プローブピン３２を介して、半導体チップ１０に電流を流すことにより電気的試験を行う。
【００３０】
図８は、半導体チップ１０よりも小さいサイズの半導体チップ１００に対してプローブピン３２を接触させている状態を示している。ここでは、図９において黒丸及び白丸で示されるように、第１位置にあるプローブピン３２（黒丸）が各表面電極１１４に接触し、第２位置にあるプローブピン３２（白丸）が各信号用電極１１６に接触している状態である。破線で示すプローブピン３２は、第３位置にあり、半導体チップ１００に接触しない高さである。この状態において、通電装置５０によって、プローブピン３２を介して、半導体チップ１００に電流を流すことにより電気的試験を行う。
【００３１】
上述したように、検査装置２０を用いて電気的試験を行う際には、駆動機構４８は、各電極１４、１６、１１４、１１６が配置されている位置に対応するプローブピン３２を第１位置又は第２位置に移動させ、各電極１４、１６、１１４、１１６が配置されていない位置に対応するプローブピン３２を第３位置に移動させる。第１位置又は第２位置にあるプローブピン３２は、所定の角度に回動させることにより各電極層２６、２８と導通し、電気的試験を行う際には、半導体チップ１０、１００に設けられた各電極１４、１６、１１４、１１６に接触する。一方、第３位置は、第１位置及び第２位置よりも上側の位置であるため、第３位置にあるプローブピン３２は、半導体チップ１０、１００に接触しない。このように、検査対象となる半導体チップのチップサイズや電極配置によらず、対応するプローブピン３２のみを各電極１４、１６、１１４、１１６に接触する位置に移動させることができる。
【００３２】
また、半導体チップ１０において、表面電極１４はメッキ層を有するのに対して、信号用電極１６はメッキ層を有しない。すなわち、信号用電極１６は、表面電極１４よりも耐圧力性が低い。このため、信号用電極１６に対するプローブピン３２の接触圧力が大きいと、プローブピン３２が信号用電極１６を貫通して適切な電気的試験を行うことができない場合がある。しかしながら、本実施例の検査装置２０では、駆動機構４８が、表面電極１４に対応する位置のプローブピン３２を第１位置に移動させ、信号用電極１６に対応する位置のプローブピン３２を第２位置に移動させる。第２位置は第１位置よりも上側の位置であるため、プローブピン３２を各電極１４、１６に接触させたときに、表面電極１４に対するプローブピン３２の接触圧力よりも信号用電極１６に対するプローブピン３２の接触圧力を低くすることができる。このように、本実施例の検査装置２０では、プローブピン３２を接触させる電極の材料等に応じて、プローブピン３２を上下方向に沿った異なる位置（第１位置又は第２位置）に移動させることができる。
【００３３】
以上に説明したように、検査装置２０によれば、検査対象となる半導体チップのチップサイズや電極配置によらず、様々な半導体チップに対して電気的試験を行うことができる。
【００３４】
上述した実施例では、積層基板２４が２つの電極層２６、２８を有していた。しかしながら、積層基板２４は、３つ以上の電極層を有してもよい。そして、各プローブピン３２は、導通する電極層に応じた高さ（第１位置、第２位置及び第３位置とは異なる位置）に配置されるように構成されてもよい。このような構成では、半導体チップに設けられる各電極の材料や厚みに応じて、各電極に対するプローブピン３２の接触圧力をより微細に調整することができる。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
１０：半導体チップ
１２：半導体層
１４：表面電極
１６：信号用電極
１８：保護膜
２０：半導体検査装置
２２：ステージ
２４：積層基板
２６：第１電極層
２８：第２電極層
３０：絶縁層
３２：プローブピン
３４：プローブソケット
３６：ハウジング
３８：回動部材
４０：弾性部材
４２：プローブ接点部
４４：第１電極層接点部
４４ａ：第１切欠き部
４６：第２電極層接点部
４６ａ：第２切欠き部
４８：駆動機構
５０：通電装置
【図１】
2019138702.tif 000003
【図２】
2019138702.tif 000004
【図３】
2019138702.tif 000005
【図４】
2019138702.tif 000006
【図５ａ−ｄ】
2019138702.tif 000007
【図６】
2019138702.tif 000008
【図７】
2019138702.tif 000009
【図８】
2019138702.tif 000010
【図９】
2019138702.tif 000011