(57)【要約】【課題】  プローブの数を多くすることと、均一な押圧力を得ることとを両立できる、半導体チップの半導体検査装置を提供する。【解決手段】  この半導体検査装置は、被試験体である半導体チップの上表面に接触させる複数の上プローブと、半導体チップの下表面に接触させる下部端子と、複数の上プローブの上端に当接または固定されたシートと、シートの上表面に接触しており、複数の上プローブよりも数が少ない、複数の上アームと、複数の上アームの各押圧力を同一の押圧力に調整する流体方式の圧力調整装置とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの電気的試験を行う半導体検査装置であって、
被試験体である半導体チップの上表面に接触させる複数の上プローブと、
半導体チップの下表面に接触させる下部端子と、
複数の上プローブの上端に当接または固定された上部シートと、
上部シートの上表面に接触しており、複数の上プローブよりも数が少ない、複数の上アームと、
複数の上アームの各押圧力を同一の押圧力に調整する流体方式の圧力調整装置とを備えた半導体検査装置。
【請求項２】
上部シートは、グランドに電気的に接続されるＧＮＤ系導電シートと、上プローブに電気的に接続される信号系導電シートと、ＧＮＤ系導電シートと信号系導電シートを絶縁する絶縁シートを少なくとも備えた多層シートである、請求項１に記載の半導体検査装置。
【請求項３】
上部シートは、さらに補強シートを備える、請求項２に記載の半導体検査装置。
【請求項４】
下部端子は、圧力調整装置によって上アームの押圧力と同一の押圧力にその押圧力が調整される複数の下プローブを含んでいる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体検査装置。
【請求項５】
下部端子は、複数の下プローブを含んでおり、
半導体検査装置は、
複数の下プローブの下端に当接または固定された下部シートと、
下部シートの下表面に接触しており、前記複数の下プローブよりも数が少ない、複数の下アームとをさらに含んでおり、
前記圧力調整装置は、前記複数の下アームの各押圧力を上アームの押圧力と同一の押圧力に調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの電気的試験を行う半導体検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２には、ウェハの上表面にプローブを接触させて電気的試験を行うプローブ装置が記載されている。特許文献１では、プローブは、ウェハの上表面を押圧して接触する剛性の円弧状部分を備えている。円弧状部分は、プローブカード基板に一端が接続されており、ウェハの反りや変形に応じて、円弧状部分とプローブカード基板との接続角が変化する。これによって、円弧状部分のウェハの上表面との接触点が変わり、プローブとウェハとの接触が維持される。特許文献２では、複数のプローブピンと、プローブピン毎にプローブピンと当接する複数のピストンを備えている。各ピストンには同一シリンダ内の流体の流体圧が作用し、これによって、各プローブピンには同一の流体圧が作用する。そして、流体圧を調整することによってプローブピンがウェハ上表面を押圧する圧力が調整される。流体圧を利用することによって、プローブピンがウェハを押圧する力が均一化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４５０６９号公報
【特許文献２】特開２００３−２９７８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように機械的な押圧力を利用する機械方式のプローブを用いると、半導体チップの反りが大きい箇所ほどプローブの押圧力が高くなり、半導体チップが損傷する原因となる。プローブの押圧力を均一化するためには、特許文献２のように流体圧を利用して加圧する流体方式のプローブを利用する方法がある。しかしながら、流体方式のプローブは、プローブ数が多くなると、各プローブを均一に加圧することが困難になる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、半導体チップの電気的試験を行う半導体検査装置を提供する。この半導体検査装置は、被試験体である半導体チップの上表面に接触させる複数の上プローブと、半導体チップの下表面に接触させる下部端子と、複数の上プローブの上端に当接または固定された上部シートと、上部シートの上表面に接触しており、複数の上プローブよりも数が少ない、複数の上アームと、複数の上アームの各押圧力を同一の押圧力に調整する流体方式の圧力調整装置とを備えている。
【０００６】
上記の半導体検査装置では、複数の上アームは、流体方式の圧力調整装置によって押圧力が均一に制御され、上部シートを押圧する。上部シートは、上プローブに当接または固定されており、上部シートを介して上アームの押圧力が上プローブに作用する。上アームの数は、上プローブの数よりも少ないため、流体方式による均一な押圧力を確保できる。上プローブの数を多くすることと、均一な押圧力を得ることとを両立できる。
【０００７】
なお、上記の半導体検査装置は、パワー半導体素子が形成された半導体チップの検査に好適に用いることができる。パワー半導体素子が形成された半導体チップには、電気的試験の際に数百Ａの大電流が流されるため、プローブの数を多くすることが望まれる。また、半導体チップには大電流が流れることで、半導体チップが発熱し、半導体チップに反りが生じ易い。上記の半導体検査装置は、多数のプローブを均一に押圧することができると共に、半導体チップの反りに応じてプローブの位置が変化することができる。したがって、パワー半導体素子が形成された半導体チップの検査に有効に用いることができる。
【０００８】
上記の半導体検査装置では、上部シートは、グランドに電気的に接続されるＧＮＤ系導電シートと、上プローブに電気的に接続される信号系導電シートと、ＧＮＤ系導電シートと信号系導電シートを絶縁する絶縁シートを少なくとも備えた多層シートであることが好ましい。さらに、上部シートは、補強シートを備えていてもよい。
【０００９】
下部端子は、圧力調整装置によって上アームの押圧力と同一の押圧力にその押圧力が調整される複数の下プローブを含んでいてもよい。半導体チップが反った場合に、半導体チップの下表面と、下部端子との接触面積を維持することができる。
【００１０】
上プローブと同様の機構で、下プローブに押圧力を付与してもよい。すなわち、下部端子は、複数の下プローブを含んでおり、半導体検査装置は、複数の下プローブの下端に当接または固定された下部シートと、下部シートの下表面に接触しており、複数の下プローブよりも数が少ない、複数の下アームとをさらに含んでおり、圧力調整装置は、前記複数の下アームの各押圧力を上アームの押圧力と同一の押圧力に調整するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の半導体検査装置に被試験体である半導体チップが設置されている状態を概念的に示す図である。
【図２】実施例に係る上部シートの上表面を示す図である。
【図３】図１の半導体検査装置の上部構造の断面を模式的に示す図である。
【図４】図１の半導体検査装置の下部構造の断面を模式的に示す図である。
【図５】実施例に係るプローブを示す図である。
【図６】図１の半導体検査装置について、半導体チップが反った状態を示す図である。
【図７】実施例２の半導体検査装置に被試験体である半導体チップが設置されている状態を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
図１に示すように、半導体検査装置１００は、上部端子１４０と、下部端子１５０と、上部シート１３０と、上部シート１３０の上表面に接触している複数の上アーム１１１と、複数の上アーム１１１の押圧力を調整する流体方式の圧力調整装置１６０とを備えている。なお、半導体チップ１には、縦型のパワー半導体素子（例えばＩＧＢＴ）が形成されている。半導体チップ１は、薄型のチップであり、半導体基板の厚さは１００〜２００μｍ程度であり、半導体基板の上下面に形成された電極層の厚さは、数μｍ程度である。半導体チップ１の上下表面は、１辺が１０〜１５ｍｍ程度の正方形または長方形である。
【００１３】
上部端子１４０は、複数の上プローブ１４１と、上プローブ１４１が貫通する板状のガイド１４２とを備えている。上プローブ１４１は、それぞれの先端１４１ａにおいて半導体チップ１の上表面に接触する。上プローブ１４１の上端は、上部シート１３０に固定されており、上部シート１３０の上表面に上アーム１１１の下端が接触する。上アーム１１１が上部シート１３０を下方向に押圧すると、上プローブ１４１に下方向の押圧力が付与されて、先端１４１ａがウェハ１の上表面を下方向に押圧する。
【００１４】
図２に示すように、上部シート１３０は、Ｄ１＝１０〜１５ｍｍ、Ｄ２＝１０〜１５ｍｍ程度の正方形もしくは長方形状に形成されており、その表面の１２個のブロック１１のそれぞれに上アーム１１１が１つずつ接触するように設計されている。ブロック１１は、１辺が２〜３ｍｍの正方形または長方形状に形成されており、上部シート１３０の表面に略均等に配置されている。すなわち、実施例１では、上アーム１１１は１２本であり、上部シート１３０の上表面に略均等に配置されている。上アーム１１１は、上プローブ１４１よりも数が少なく、例えば、上アーム１１１が１２本程度であるのに対して、上プローブ１４１は４０〜２００本程度配置される。
【００１５】
図１に示すように、下部端子１５０は、第１ステージ１０５と、第２ステージ１０６と、複数の下プローブ１５１とを備えている。半導体チップ１は、第２ステージ１０６の上面に載置される。下プローブ１５１は、第１ステージ１０５を貫通しており、それぞれの先端１５１ａにおいて半導体チップ１の下表面に接触する。下プローブ１５１は、第２ステージ１０６の周囲をとり囲むように配置されているが、図１では、簡略的にその一部のみが図示されている。下プローブ１５１は、１０〜２０本程度配置されることが好ましい。下プローブ１５１の押圧力も圧力調整装置１６０によって調整される。
【００１６】
圧力調整装置１６０は、圧力調整機構１０８と、上部コンタクト圧調整部１１０と、下部コンタクト圧調整部１２０とを備えている。圧力調整機構１０８と、上部コンタクト圧調整部および下部コンタクト圧調整部１２０は、配管１０９によって接続されている。上アーム１１１は、上部コンタクト圧調整部１１０に取り付けられており、上部コンタクト圧調整部１１０は、上アーム１１１の下方向の押圧力を調整する。下プローブ１５１は、下部コンタクト圧調整部１２０に取り付けられており、下部コンタクト圧調整部１２０は、下プローブ１５１の上方向の押圧力を調整する。
【００１７】
図１、図３に示すように、上部コンタクト圧調整部１１０は、流体が充填されたシリンダ室１１２と駆動部１１３とを備えており、駆動部１１３は、流体が充填された配管１０９を介して圧力調整機構１０８と接続されている。シリンダ室１１２の下方には、上アーム１１１の上部が摺動可能に挿入されており、シリンダ室１１２の上方には、駆動部１１３のピストンが摺動可能に挿入されている。駆動部１１３のピストンは、シリンダ室１１２内の流体の圧力と配管１０９内の流体の圧力とのバランスで上下方向に摺動する。上アーム１１１には、シリンダ室１１２内の流体の圧力に応じて、下方向の押圧力が付与される。図１、図４に示すように、下部コンタクト圧調整部１２０は、流体が充填されたシリンダ室１２２と駆動部１２３とを備えており、駆動部１２３は、流体が充填された配管１０９を介して圧力調整機構１０８と接続されている。シリンダ室１２２の上方には、下プローブ１５１の下部が摺動可能に挿入されており、シリンダ室１２２の下方には、駆動部１２３のピストンが摺動可能に挿入されている。駆動部１２３のピストンは、シリンダ室１２２内の流体の圧力と配管１０９内の流体の圧力とのバランスで上下方向に摺動する。下プローブ１５１には、シリンダ室１２２内の流体の圧力に応じて、上方向の押圧力が付与される。シリンダ室１１２，１２２の内部には、それぞれ流体が充填されている。圧力調整機構１０８としては、例えば、シリンダとピストンを用いることができる。シリンダ室１１２，１１３、配管１０９に充填される流体は、エア等の気体を用いてもよいし、オイル等の液体を用いてもよい。また、これらの流体は、全て同じでもよいし、それぞれ相違していてもよい。
【００１８】
図３に示すように、上部シート１３０は、多層シートであり、下表面側から順に、ＧＮＤ用導電シート１３１、絶縁シート１３２、信号用導電シート１３３、補強シート１３４が積層されている。複数の上プローブ１４１は、そのうちの多数がＧＮＤ用導電シート１３１に差し込まれて固定されており、ＧＮＤ用導電シート１３１と電気的に接続している。その他の一部の上プローブ１４１は、ＧＮＤ用導電シート１３１、絶縁シート１３２を貫通しており、ＧＮＤ用導電シートおよび信号用導電シート１３３と電気的に接続している。信号用導電シート１３３は、信号処理装置（図示しない）に接続されており、信号処理装置は、電気的試験に際して得られる電気信号を処理する。ＧＮＤ用導電シート１３１は、接地されている。上部シート１３０は、柔軟性を備える材料によって形成されている。ＧＮＤ用導電シート１３１、信号用導電シート１３３としては、例えば、銅箔等の柔軟性を有する導電シートを好適に用いることができる。絶縁シート１３２としては、例えば、ポリイミド等の柔軟性を有する絶縁シートを好適に用いることができる。補強シートとしては、例えば、ポリイミド等の柔軟性を有するシートを利用することができる。
【００１９】
図４に示すように、第２ステージ１０６には、その上表面の略中央に開口する吸着穴１０７が設けられている。半導体チップ１を第２ステージ１０６上に設置し、吸着穴１０７を用いて吸引することによって、チップテスト中に第２ステージ１０６上で半導体チップ１の位置がずれないようにすることができる。下プローブ１５１、第１ステージ１０５、第２ステージ１０６は、電気的に接続されている。
【００２０】
図５を用いて、実施例１に係る好適なプローブの一例を説明する。図５に示すように、上プローブ１４１は、ワイヤー型のプローブであり、先端１４１ａの近傍においてガイド１４２を貫通している。ガイド１４２によって、先端１４１ａが半導体チップ１の上表面に対して略均等に配置されるように設計されている。上プローブ１４１の先端１４１ａは、導電性の高い金（Ａｕ）等によって形成されており、先端１４１ａの上部は、樹脂等の絶縁材料によって被覆されている。下プローブ１５１についても、図５のような形態のプローブを好適に利用できる。図１等には図示していないが、上プローブ１４１と同様に、下プローブ１５１においても、先端１５１ａの付近にガイドを配置してもよい。図５を用いて、好適なプローブについて説明したが、その他の一般的なプローブを利用することもできる。
【００２１】
半導体検査装置１００を用いたチップテストについて説明する。チップテストは、出荷する製品の機能を確認する目的、またはエージングする目的で行われる。チップテスト前には、半導体チップ１は、複数個が１つのトレイに載せられている。半導体チップ１は、トレイから１つずつ半導体検査装置１００に搬送され、チップテストを行った後、再びトレイに搬送される。まず、第２ステージ１０６に半導体チップ１を載置し、加熱（例えば１５０℃程度）する。その後、第２ステージ１０６に載置された半導体チップ１に上プローブ１４１および下プローブ１５１を所定の押圧力で接触させる。図１は、半導体チップ１に反りが発生していない状態を示している。半導体チップ１は、第２ステージ１０６の略中央に吸着されて位置合わせされている。半導体チップ１の下表面は第２ステージ１０６の上表面全体および下プローブ１５１の先端１５１ａと接触している。第２ステージ１０６の上表面の高さと、それぞれの下プローブ１５１の先端１５１ａの高さは、ほぼ同じである。それぞれの下プローブ１５１の押圧力は、下部コンタクト圧調整部１２０によって均一化されている。半導体チップ１の上表面は、上プローブ１４１の先端１４１ａと接触している。それぞれの上プローブ１４１の先端１４１ａの高さは、ほぼ同じである。上アーム１１１によって上プローブ１４１に押圧力が付与されており、上アーム１１１の押圧力は、上部コンタクト圧調整部１１０によって均一化される。上アーム１１１は１２本程度であるため、流体方式の圧力調整装置１６０によって、押圧力を均一化できる。均一化された押圧力が上部シート１３０を介して複数の上プローブ１４１に付与されるため、上プローブ１４１の本数が多くても（例えば４０〜２００本であっても）、それぞれの上プローブ１４１の押圧力は、均一化される。
【００２２】
次に、半導体チップ１に通電し、電気的試験を行う。ＧＮＤ用導電シート１３１によって上プローブ１４１は接地されている。下プローブ１５１および第２ステージ１０６を高電圧側に電気的に接続して、半導体チップ１に上下方向に通電すると、一部の上プローブ１４１に電気的に接続する信号用導電シート１３３によって得られる電気信号が、信号処理装置に送られる。半導体チップ１には、パワー半導体素子が形成されているため、電気的試験によって大電流を流すため、発熱量が大きくなり易い。また、半導体チップ１は、薄型のチップであるため、発熱によって反りやすい。
【００２３】
図６は、図１に係る半導体検査装置において、半導体チップ１が反った状態を概念的に示す図である。図６に示すように半導体チップ１の周縁が上方向に反ると、第２ステージ１０６の外縁側と半導体チップ１が離反し、第２ステージ１０６の上表面と半導体チップ１の下表面との接触面積が小さくなる。下プローブ１５１は、第２ステージ１０６の外縁に反って、その周囲に配置されているため、下プローブ１５１の先端１５１ａの位置が変化しないと、半導体チップ１の下表面が下プローブ１５１の先端１５１ａから遠ざかることとなる。下プローブ１５１は上下方向に移動可能にシリンダ室１２２に取付けられているため、下プローブ１５１は半導体チップ１の変形に応じて上昇し、シリンダ室１２２の内部の圧力と釣り合うように下プローブ１５１の先端１５１ａが半導体チップ１の下表面に所定の押圧力で押圧する。これによって、下プローブ１５１と半導体チップ１との接触面積が確保される。
【００２４】
一方、半導体チップ１の周縁は、上プローブ１４１の先端１４１ａに近づく方向に反るため、先端１４１ａに作用する上方向の圧力が一時的に増大し、上部シート１３０を介して、上部シート１３０の周縁側の上アーム１１１に作用する上方向の圧力が増大する。すると、シリンダ室１１２の内部の圧力と釣り合うように、上プローブ１４１は、上アーム１１１および上部シート１３０と一体となって、先端１４１ａが半導体チップ１の上表面に所定の押圧力で接触する状態となるまで上昇する。これによって、上プローブ１４１と半導体チップ１との接触面積が確保される。なお、半導体チップ１が図６と逆方向に沿った場合であっても、同様に、上プローブ１４１および下プローブ１５１と半導体チップ１との接触面積が確保され、それぞれのプローブの押圧力が所定の値に調整されることは、明らかである。
【００２５】
上記の通り、本実施例に係る半導体検査装置１００によれば、複数の上アーム１１１は、流体方式の圧力調整装置１６０によって押圧力が均一に制御され、上部シート１３０を押圧する。上部シート１３０は、上プローブ１４１に固定されており、上部シート１３０を介して上アーム１１１の押圧力が上プローブ１４１に作用する。上アーム１１１の数は、上プローブ１４１の数よりも少ないため、流体方式による均一な押圧力を確保できる。上プローブ１４１の数を多くすることと、流体方式の圧力調整装置１６０によって均一な押圧力を得ることとを両立できる。本実施例に係る半導体検査装置は、大電流を流すためにプローブ数が多くなるパワー半導体素子の検査に特に有効である。
【実施例２】
【００２６】
本発明に係る半導体検査装置は、実施例１で説明した半導体検査装置１００に限定されない。例えば、図７に示す実施例２に係る半導体検査装置２００のように、第１ステージ１０５、第２ステージ１０６に代えて、上支持アーム２７１、下支持アーム２７３を備えており、これによって半導体チップ１を上下から押圧して、半導体チップ１を所定の位置に固定するものであってもよい。
【００２７】
また、下部端子も上部端子と同様の構成であってもよい。例えば、半導体検査装置２００は、複数の下アーム２７５と下部シート２３５を備えており、下部コンタクト圧調整部２２０によって均一化された下アーム２７５の押圧力を下部シート２３５を介して下プローブ２５１に付与するものであってもよい。
【００２８】
また、上部コンタクト圧調整部２１０のシリンダ室２１２と下部コンタクト圧調整部２２０のシリンダ室２２２が配管２０９によって直結されていてもよい。
【００２９】
図７に示すように、上支持アーム２７１の上部は、上アーム２１１とともに上部コンタクト圧調整部２１０に摺動可能に挿入されており、上アーム２１１と同様に、シリンダ室２１２内の流体の圧力に応じてその押圧力が調整される。下支持アーム２７３の下部は、下アーム２７５とともに下部コンタクト圧調整部２２０に摺動可能に取り付けられており、下アーム２７５と同様に、シリンダ室２２２内の流体の圧力に応じてその押圧力が調整される。上支持アーム２７１は、上部シート２３０を貫通しており、下支持アーム２７３は、下部シート２３５を貫通している。下部シート２３５は、実施例１の上部シート１３０と同様に、導電シート、絶縁体、導電シートを積層した多層シートを用いている。下部シート２３５と下プローブ２５１は固定されている。下部シート２３５の導電シートと下プローブ２５７は電気的に接続されているため、下部シート２３５を介して、下プローブ２５１に電圧を印加することができる。実施例２に係る半導体検査装置２００のその他の構成は、実施例１において説明した半導体検査装置１００と同様であるため、１００番台の符号を２００番台に読み替えることによって、重複説明を省略する。
【００３０】
実施例２に係る半導体検査装置２００によれば、半導体チップ１が反った場合に、実施例１と同様に、上プローブ２４１および下プローブ２５１と半導体チップ１の上下表面との接触面積が確保される。さらに、上支持アーム２７１および下支持アーム２７３と半導体チップ１との上下表面との接触面積が確保される。
【００３１】
なお、上プローブを高電位側とし、下プローブを接地するようにしてもよい。例えば、下部シート２３５が、ＧＮＤ用導電シート、絶縁シート、信号用導電シートがこの順序で積層された多層シートであり、ＧＮＤ用導電シートが接地され、信号用導電シートが信号処理装置に接続されていてもよい。
また、上記の実施例においては、上部シートおよび下部シートが多層シートである場合を例示して説明したが、単層のシート（例えば導電シート）を用いてもよい。
【００３２】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、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。
【００３３】
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合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合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し得るものであり、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】
【００３４】
１      半導体チップ
１１    ブロック
１００，２００  半導体検査装置
１０５  第１ステージ
１０６  第２ステージ
１０７  吸着穴
１０８  圧力調整機構
１０９，２０９  配管
１１０，２１０  上部コンタクト圧調整部
１１１，２１１  上アーム
１１２，１１３，２１２，２１３  シリンダ室
１１３，１２３  駆動部
１２０，２２０  下部コンタクト圧調整部
１３０，２３０  上部シート
１３１  ＧＮＤ用導電シート
１３２  絶縁シート
１３３  信号用導電シート
１３４  補強シート
１４０，２４０  上部端子
１４１，２４１  上プローブ
１４１ａ，１５１ａ，２４１ａ，２５１ａ  先端
１４２  ガイド
１５０，２５０  下部端子
１５１，２５２  下プローブ
１６０ 圧力調整装置
２３５ 下部シート
２７１ 上支持アーム
２７３ 下支持アーム
２７５ 下アーム
【図１】
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【図２】
2012058191.tif 000004
【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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