JP4605387B2 - 温度特性検査装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体デバイスの低温での動作特性をチップの状態で検査することができるようにした低温温度特性の検査装置である。半導体デバイスは−４０℃の低温から＋８５℃の高温まで良好に動作することが求められる。発光素子、受光素子のような光電変換素子の場合も、ＦＥＴ論理素子の場合も同様に広い温度範囲で動作が保証されなければならない。全部の温度範囲（−４０℃〜＋８５℃）で検査するのは難しいので、例えば両端の温度と中間の温度を選び３点での動作特性を調べるというようなことがなされる。たとえば、＋８５℃、＋２５℃、−４０℃での素子の動作特性を調べるということがなされる。とくに低温の−４０℃での検査が問題である。空気中でー４０℃のような低温に冷却すると空気から水分が凝結して検査の妨げになる。実際には−４２℃〜−４５℃の特性を調べることもある。そのような検査を大気中で行うのは結露のために極めて困難である。

半導体デバイスはウエハ−の段階、チップの段階を経てパッケージされた完成品の段階に至る。パッケージに収容したものは内部が真空であるか不活性ガスで置換してあるから低温にしても水分が発生しない。パッケージに実装した状態で動作特性を調べて合格のものと不合格のものを区別して不良のものは廃棄する。合格のものの比率を歩留まりという。歩留まりがあまり高くない場合に問題が生ずる。

半導体デバイスの動作状態をパッケージに収容した完成品の段階で検査して不良品がたくさん出ると配線、パッケージングの工数やパッケージなど部品も無駄になってしまう。であるからパッケージされた状態よりもチップの状態で動作特性を検査できた方が無駄が少ない。チップよりウエハ−の段階で動作が分かれば良いが、光電変換用のデバイスの場合はそのような訳には行かない。ＬＥＤやＬＤのような発光素子の場合は発光させてみなければ分からない。ＰＤの場合も実際に光を当てて光電流を測定しなければならない。であるから光電変換用半導体デバイスの場合はウエハ−の段階で纏めて検査するというわけに行かない。

それで発光デバイスの場合は、チップをパッケージに実装した完成品の状態で温度を−４０℃〜＋８５℃にして発光性能などの検査をしている。それが実情である。パッケージ後の検査で不良となるとチップの実装やパッケージの溶接などの手間が無駄だしパッケージ自体も無駄になるので好ましくない。

チップに切り出してパッケージに実装する前にそのチップが良品であるのか不良品であるのかが分かれば好都合である。パッケージのコストやパッケージへの実装コストを省くことができるからである。しかし発光素子でチップのままで性能を検査することができるような装置は現在のところ存在しない。チップを何らかの検査台に載せて＋８５℃、＋２５℃の温度に保持し通電して発光特性を測定することはできる。しかし−４０℃のような低温にすると空気中の水分が凝結しチップやプローブ、検査台が濡れるので測定できないしチップも不良品になってしまう。

特開平１０−２８９９３４号「プローブ装置及びプローブ方法」

特許文献１はデバイスを既に作製した大口径のＳｉウエハ−を結露を防止しながら素子単位ごとに検査をするようにしたプローブ装置を提案している。ＸＹＺ移動可能なステージとプローブを有するプローブ室と、搬送装置を備えたローダ室と両者の間の隔壁を有し、デバイスを表面に作製したＳｉウエハ−を搬送装置の先端に乗せて隔壁の穴を通過させ、プローブ室のステージ（メインチャック）に乗せ、搬送装置のアームを引き戻し、ステージの温度調整装置によってウエハ−を冷却し、冷却されたウエハ−を乗せたステージを上昇させウエハ−とプローブを接触させ、プローブ室へ露点が−７０℃の乾燥空気を供給しながら−６０℃に保持したウエハ−を複数のプローブ針に接触させ通電して素子の性能を検査する。

搬送機構で検査済みのウエハ−をローダ室に運び８０℃の熱風を吹き付けてウエハ−を高温にして水分が付着しないようにする。検査済みの冷却ウエハ−に熱風を吹き付けて温度を上げローダ室で水分やゴミがつかないようにしたというのが工夫である。１２インチ（直径３００ｍｍ）の大型のＳｉウエハ−の上に作製した多数の素子の検査を一挙に行うものである。ステージを昇降し、ステージにウエハ−を搬送機構のアームで運んだりするのでプローブ室は大型であり内部空間は広く必要な乾燥空気の量も多い。

これはウエハ−の状態で多数の電気的素子の良不良を一挙に検査する大型のものでありプローブで調べることのできるトランジスタ、ＦＥＴ、ＬＳＩなどの電気的特性しか分からない。発光素子や受光素子のように光を発生したり受光したりする素子の場合はウエハ−のままで検査できない。特許文献１はＬＥＤ、ＬＤなどの検査には利用できない。低温での半導体装置の検査方法を提案しているのでここに説明した。

特開平１０−３２１６８３「プローブ装置及び低温検査方法」

特許文献２は、特許文献１と同様の３０ｍｍ直径のデバイスを作製したＳｉウエハ−の電気的特性を調べるための装置である。プローブ室とローダ室を含み、ローダ室とプローブ室の間のウエハ−の搬送は横方向に伸縮する搬送装置のアームによって行う。プローブ室のステージ（メインチャック）はウエハ−を所定の温度まで冷却できる。ステージは昇降可能でありアームからウエハ−を受け取った後、上昇してプローブ室の上面に設けた複数のプローブとウエハ−の素子単位を接触させる。特許文献２は特にウエハ−が上昇させプローブと接触させたときにプローブとウエハ−の間の狭い空間が閉じられた状態になるから、スローブ室へ乾燥空気を導入してもプローブとウエハ−の間の狭い空間には乾燥空気が十分に入らずもとの空気が残留する可能性がありそれが冷却によってウエハ−、プローブを濡らすということを問題にする。

そこで特許文献２は、ウエハ−とプローブの対向する狭い空間へパイプを通して乾燥空気を導くようにしている。特許文献２もウエハ−の状態で検査するものであって光を出したり受けたりする光素子の検査には使えない。３００ｍｍＳｉウエハ−の上に作製した素子の電気特性を検査するものである。ＬＥＤやＬＤ、ＰＤなどの光電変換素子の検査には利用できない。乾燥空気を用いるのでここに述べた。

ＬＥＤ、ＬＤなどの半導体発光素子、ＰＤ、ＡＰＤなどの半導体受光素子の動作は光を発生させたり受けたりする必要があるのでウエハ−のままでは検査できない。特許文献１、２の技術は発光素子、受光素子の検査に応用できない。

現在の検査方法は、発光素子、受光素子をパッケージに実装してから検査するというものである。発光素子の場合はリードピンから駆動電流を流してパッケージの前方の窓から出てくる光を測定する。受光素子の場合はリードピンに逆バイアスをかけ所定の光を当ててリードピンに流れる電流を測定する。

パッケージに実装してからの検査で不合格となると、全体を廃棄することになるので、パッケージも無駄になるし、パッケージへの実装の工数も無駄になってしまう。パッケージというのはリードピンを付けた円形のステム、レンズを付けたレンズキャップなどを含む。それは部品コストの問題であるが実装のコストもかかっている。良品の歩留まりが１００％に近ければ損失も少ないが、必ずしも歩留まりが高いとは限らない。

パッケージに取り付ける前のチップの段階で、チップの良、不良を検査できることが望まれる。チップの段階で不良であることが分かればそのチップだけを廃棄すればよく、パッケージやパッケージに実装する手間を省くことができる。それによって不良品に伴うコストを約１／５程度に削減することが可能である。

しかし現在のところＬＥＤ、ＬＤ、ＰＤなどをチップのまま性能を検査するような装置はない。チップを−４０℃もの低温にすると周囲の空気から水分が凝結しチップや、チップを保持するステージ、チップを押さえるプローブが濡れてしまい使えないようになる。恒温槽に入れて−４０℃の低温に下げて通電し発光パワーを測定するということもあり得ようが、大型の恒温槽にチップ一つを入れて低温にし測定して再び温度を上げるというサイクルを行うとするとチップ当たりの時間がかかりすぎて検査コストの低減にならない。そのような訳もあって現在のところ光素子をチップのまま特性検査する装置はない。

本発明の温度特性検査装置は、遮蔽板によって囲まれ冷却された検査台に発光素子又は受光素子チップを置きプローブを立て、冷却した乾燥空気を吹き付けた状態で連続的に発光素子又は受光素子チップの光特性を検査するようにしたものである。乾燥空気の流路には、上流から下流にかけて、ガス供給吹出し口、ガス流路、ガス排出口がある。本発明において、ガス流路の構成のうち、ガス供給吹き出し口が、ガス流路断面と同形状、同面積であり、排出口の断面積がガス供給吹き出し口より小さいという特徴がある。
遮蔽板が矩形状の空間を形成し上流の乾燥空気チャンバから下流の開口部まで淀みなく乾燥空気が流れる。遮蔽板によって乾燥空気流れが整流されるので、外部空気を巻き込み乱れを生ずるということがない。またガス供給面積を大きく、ガスの排出面積を小さくして、上流の流速を相対的に小さくすることで静圧を確保し、巻き込みを防いでいる。
また本発明において、開口部は遮蔽板の前方から上方にかけて切り欠かれた乾燥空気排出口であり、半導体チップの出入り口である。この構造により光特性を検出する装置を前方にも上方にも設置でき、全発光、受光素子の測定が可能になる。

発光素子の場合は、遮蔽板で囲まれ冷却された検査台に発光素子チップを置き、冷却した乾燥空気を吹き付けた状態で、検査台に置いた発光素子チップにプローブを立てて駆動電流を流し発光させて前方で発光パワーやスペクトルを測定する。

受光素子の場合は、遮蔽板で囲まれ冷却された検査台に受光素子チップを置き、冷却した乾燥空気を吹き付けた状態で、検査台に置いた受光素子チップにプローブを立て受光素子に試験光を当てて光電流の強度や応答速度を検出する。

発光素子チップ、受光素子チップは搬送用コレットによって真空吸着して検査台の上へ運び、検査後は検査台から運び去る。チップは小さく軽量である。例えば半導体レーザ（ＬＤ）の場合、３００μｍ×２００μｍ×１００μｍというような小さなものである。熱容量はごくごく小さい。搬送用コレットは常温近くの温度である。チップを吸着して搬送用コレットで運び、検査台にチップを置き、搬送用コレットを直ちに引上げる。検査台の上のチップ温度は直ちに冷却される。チップは所望の温度（−４０℃）に一瞬にして下がる。乾燥空気が吹き付けているからチップが低温になっても水滴が付いたりしない。冷却した乾燥空気を流した状態で検査するからチップ、プローブは水分によって濡れるということはない。発光検査は数秒で終わる。搬送用コレットが下りてきてチップを掴むがこのとき検査台を離れたチップは搬送用コレットの熱で常温近くまで直ちに加熱される。

乾燥空気雰囲気を離脱して外界の空気のある領域に出るが、もはや低温でないのでチップ面に結露しない。チップの温度は、搬送用コレットと検査台との接触によって、所望の低温と常温の間を迅速に往復変化する。常温に戻すために高熱の空気を吹き付ける必要はない。
また本発明の特徴は光通信用発光素子又は受光素子チップを乗せて検査するための検査台が乾燥空気チャンバから乾燥空気を遮蔽板の内部へ供給する乾燥ガスの流れの下流にあり、遮蔽板の前方から上方にかけて切り欠かれた乾燥空気排出口であり半導体チップの出入り口である開口部の近傍にあることである。
この構造により効率的に半導体チップの搬送と検査が可能になる。

検査台の冷却機構の能力が十分に高い場合は常温又は常温に近い乾燥用空気を用いることもできる。乾燥用空気が常温であってもよいが、乾燥用空気の温度が高いと検査台を冷却する冷却機構の負担が増大する。

冷却機構に余分な負担を掛けないためには、乾燥用空気は低温である方が望ましい。乾燥空気温度が低温であると、検査台を冷却しやすい。熱交換のために冷却液を冷却機構へ送り熱を奪った冷却液は外部へ取り出すようにする。冷却液は循環させるのが望ましい。その冷却液を乾燥用空気の冷却にも利用するとより好都合である。そのために、乾燥用空気と冷却液の熱交換器を設けるとよい。乾燥用空気が通るチャンバに冷却液を通すようにすれば乾燥用空気と冷却液の間で熱交換がなされる。

乾燥空気の流路は遮蔽板で囲まれている。チップの熱容量は小さい。検査のたびに冷却するのはチップだけなので、結露を防ぐための乾燥空気の必要量は少ない。例えば０．５ｍ／秒程度の遅い流れでも十分である。

検査台は冷却しなければならない。チップを乗せるだけの小さい検査台であるからペルチエ素子を冷却機構として用いることができる。ペルチエ素子は電流を一方の電極から他方の電極へ流すことによって電極間に温度差を生ずる素子である。多数の素子を重ねることによって温度差を大きくとることができる。低温側が検査台側になる。高温側から熱を奪って常に冷却しなければならない。そのために冷却液を高温側に接触させる。冷却液は高温側に接触しペルチエ素子の高温側を冷却する。冷却液はペルチエ素子によって加熱され装置外へ排出される。

ペルチエ素子の上に検査台を乗せてその上にチップを載せるようにしてもよい。その場合ペルチエ素子を交換したときに検査台の高さを一定高さに調整しなければならない。

ペルチエ素子を横向きにしてその先に検査台側面を付けるようにすると、ペルチエ素子を交換した後も検査台の高さは変わらないから高さ調整は不要である。
ペルチエ素子からでる熱を除去する冷却液を供給する冷却液入口管と冷却液を排出する冷却液出口管が乾燥空気チャンバ内を貫通し乾燥空気の流れに沿って熱交換ブロックまで配管されてもよい。冷却台の負荷を減少させるとともに低温の冷却液配管の結露防止ができる。
乾燥空気と外部空間を遮断する遮蔽板は断熱のための多孔質材料が貼り付けられてもよい。これにより断熱性を増し、熱負荷を軽減する。
遮蔽板には乾燥空気の流れと直角方向に乾燥空気が流れ出る抜け穴を穿孔してもよい。これにより外壁の結露を防止できる。
前記開口部がチップを搬入搬出するための上開口部と、光を通すための前開口部とに分離してもよい。これにより断熱と結露防止の効果を増すことができる。
チップを搬入搬出するための上開口部と、光を通すための前開口部とを分離して遮蔽板に設けており、検査時に上開口部を覆い、チップ交換時に上開口部を露呈する摺動蓋を上開口部近傍に設けてもよい。これにより断熱と結露防止の効果を更に増すことができる。

より具体的な本発明の温度特性検査装置は次のように与えられる。
半導体チップを載せて検査するための検査台と、検査台を冷却するための冷却機構と、冷却機構を冷却するための冷却液を導入する冷却液入口管と冷却機構を冷却した冷却液を排出するための冷却液排出管と、乾燥空気を導入し冷却液と乾燥空気を熱交換させるための乾燥空気チャンバと、乾燥空気チャンバから乾燥空気を検査台に向かって供給する乾燥空気供給板と、半導体チップを検査台へ運び検査台から運び去るための搬送用コレットと、半導体チップの電極に接触し電流又は電圧を与えるプローブと、半導体チップの光特性を検出する装置とからなっている。

半導体チップが発光素子の場合は、次のようになる。
発光素子チップを載せて検査するための検査台と、検査台を冷却するための冷却機構と、冷却機構を冷却するための冷却液を導入する冷却液入口管と冷却機構を冷却した冷却液を排出するための冷却液排出管と、乾燥空気を導入し冷却液と乾燥空気を熱交換させるための乾燥空気チャンバと、乾燥空気チャンバから乾燥空気を検査台に向かって供給する乾燥空気供給板と、半導体チップを検査台へ運び検査台から運び去るための搬送用コレットと、発光素子チップの電極に接触し駆動電流を与えるプローブと、半導体チップから発生する光を検出する装置とからなっている。

半導体チップが受光素子の場合は、次のようになる。
受光素子チップを載せて検査するための検査台と、検査台を冷却するための冷却機構と、冷却機構を冷却するための冷却液を導入する冷却液入口管と冷却機構を冷却した冷却液を排出するための冷却液排出管と、乾燥空気を導入し冷却液と乾燥空気を熱交換させるための乾燥空気チャンバと、乾燥空気チャンバから乾燥空気を検査台に向かって供給する乾燥空気供給板と、半導体チップを検査台へ運び検査台から運び去るための搬送用コレットと、受光素子チップの電極に接触し電圧を与えるプローブと、受光素子チップへ検査光を当てる装置とからなっている。

本発明は、乾燥空気を送りながらチップの光特性を検査するので低温であっても、チップ、検査台などが結露しない。例えば−４０℃の低温であっても良好な状態でチップの光特性の検査を行うことができる。これまで発光素子、受光素子は、パッケージに実装したものしか低温での特性検査ができなかったが、本発明は、パッケージに実装する前のチップの状態にある発光素子、受光素子の低温での光電特性を測定することができる。チップのままの状態で連続的に室温（２５℃）領域から乾燥空気を供給して低温（−４０℃）の特性検査をすることができるようにしたのは本発明が最初である。チップの段階で不良品を選別することができるのでパッケージのコストやパッケージ実装のコストを省くことができる。不良に伴うコストを約１／５に削減することができる。

それに１素子当たりの検査時間を短縮することができる。従来の、パッケージに収納した発光素子、受光素子の検査の場合は、１００個程度のソケットを有するボードにパッケージ入りの素子を差し込んで恒温槽に入れ乾燥空気で恒温槽を置換し冷却して定常温度になってから発光検査をしていた。検査後も徐々に温度を上げて十分に温度が上がってから恒温層から取り出し結露を防止するようにしていた。そのようにすると時間がかかり、１回サイクル当たり２時間〜３時間を要した。

本発明の場合はチップを１つ１つ取り替えて連続的に結露を防ぎながら低温での検査を行う。チップの熱容量は小さいから冷却加熱は瞬時に行われる。１チップ当たりの検査時間は３０秒程度で済む。検査時間が少ないという利点もある。

遮蔽板が矩形状の空間を形成し上流の乾燥空気チャンバから下流の開口部まで淀みなく乾燥空気が流れる。遮蔽板によって乾燥空気流れが整流されるので、外部空気を巻き込み乱れを生ずるということがない。

またガス供給面積を大きく、ガスの排出面積を小さくして、上流の流速を相対的に小さくすることで静圧を確保し、巻き込みを防いでいる。

乾燥空気と冷却液を熱交換するようにすれば、乾燥空気が予め冷却され検査台やチップの冷却速度を速めることができる。

箱状の遮蔽板の中の検査台の上にチップを置きプローブで押さえ電流、電圧をかけて光電特性を検査し開口部からチップを交換するようにした本発明の温度特性検査装置は、チップのまま光特性を検査するという点で従来のパッケージ収納素子を検査するものに比較して優れたものである。検査時間を短縮できる。パッケージが無駄にならない。

箱状の遮蔽板は乾燥空気を検査台の周囲に閉じ込める作用がある。遮蔽板の前端に開口部を設け、開口部からチップを検査台に搬入し検査台から搬出するようにすると１つずつ連続的にチップの検査を行うことができる。遮蔽板の断面を一様にすることによって乾燥空気の流れを整流することができる。乾燥空気流れが一様であれば外部空気を巻き込むことがない。流れに乱れが生じないので検査台の温度（例えば−４０℃）が安定する。検査台の温度が安定しているのでチップを検査台に置いた後すぐにチップの光特性を検査をすることができる。

遮蔽板の断面の形状が上流から下流にかけて一様にするには、遮蔽板の形状を直方体とか円筒状とか流れの方向に一様な形状にすればよい。前方の開口部はチップ交換のために必要である。検査光を通すための開口部とチップ交換のための開口部を分けて開口部の全面積を減らすことができる。開口部面積を減らすと乾燥空気の消費量を節減できる。

検査台を冷却するにはペルチエ素子を用いればよい。ペルチエ素子を重ねたものを横にしその先に検査台を取り付けるようにすると、ペルチエ素子を交換したときに高さに狂いが生じない。その場合検査台の調整が不要になる。

乾燥空気が常温であると検査台に接触すると強い温度勾配が生じて熱的に不安定になる。だから乾燥空気は予め冷却しておくことが望ましい。そのために乾燥空気を一旦チャンバに入れ、チャンバに冷却液管を通し、冷却液と乾燥空気の間で熱交換させるようにすればよい。

遮蔽板の開口部から搬送用コレットを使ってチップを検査台に搬入し、検査台からチップを運び去るようにすれば、次から次へとチップの検査をすることができる。開口部は搬送用コレットが通ればよいのであって、ぎりぎりの寸法であってもよい。

乾燥空気チャンバと遮蔽板に囲まれた空間の間に圧力差を持たせ、ガスの吹出し面内の流速を均一にするために、乾燥空気チャンバに***を多数持つ乾燥空気供給板を設ける。***が面に直角方向に穿孔されていると乾燥空気供給板から平行に空気が吹き出されるので吹き出し口で乾燥空気が整流される。乾燥空気供給板は多孔質の板であってもよい。多孔質の乾燥空気供給板としては、多孔質のプラスチック、セルメットなどを用いることができる。

［実施例１：遮蔽板上前部に一つの開口部；図１〜５］
図１は本発明の第１の実施例に係る温度特性検査装置の遮蔽板を外した状態の斜視図である。実際には遮蔽板が付いているが内部構造をはっきり示すため図１はで遮蔽板を除いている。図２は遮蔽板を取り付けた状態の斜視図である。図３は搬送用コレットによって開口部を通して半導体チップＳを検査台へ運びあるいは検査台から取り除く行程を示す図。図４は被検査体である半導体チップＳをプローブで押さえて発光させ特性を調べている状態を示す断面。図５は冷却媒体の流れと乾燥空気の流れを示すための横断面図。

図１において後方の直方体の箱が乾燥空気チャンバ２である。これは乾燥空気を一次貯留して圧力を高め全面の乾燥空気供給板３から一様分布の乾燥空気流を吹き出すような作用がある。乾燥空気供給板３は金属、プラスチック、セラミックの板に小さい吹き出し用穴を多数穿孔したようなものであってもよい。穿孔穴は必要空気流量、平均の流速、圧損などを顧慮して寸法、形状、密度などを設計する。あるいは多孔質の板を乾燥空気供給板３としてもよい。多孔質板とすれば穴穿孔の手間を省くことができる。

乾燥空気チャンバ２を前後方向に貫いて冷却液入口管４と冷却液排出管５が設けられる。冷却液入口管４と冷却液排出管５の先端に直角をなすように熱交換ブロック６が設けられる。図５に示すように、冷却液７は冷却液入口管４から流入し乾燥空気チャンバ２の内部を通過し前方の熱交換ブロック６で流れ方向を変え、熱交換ブロック６の熱を奪う。さらに流れの方向を変えて冷却液排出管５を流れて外部へ排除されてゆく。熱交換ブロック６では熱交換の効率を高めるために配管を蛇行させるとか流路に邪魔板を交互に入れるとかいうような工夫をしてもよい。

熱交換ブロック６の前部中央にはペルチエ素子８が固定してある。これは複数層のペルチエ素子を重ねて設けてある。ペルチエ素子を重ねると両面間の温度差を大きく取ることができる。ペルチエ素子の電流導入端子の図示は省略してある。ペルチエ素子８の面が縦方向にあり、法線方向が水平を向いている。横方向にペルチエ素子を設けるのには訳がある。ペルチエ素子は高さ方向の製品ばらつきがある。複数層重ねるとばらつきも増える。複数段重ねると±１００μｍ程度も高さばらつきが生ずることがある。ここでは横（前後方向）にペルチエ素子を重ねて設けるから高さの誤差が前後方向に現れるがそれは差し支えない。

ペルチエ素子８のさらに前面には検査台９が取り付けられている。検査台９は前面２０、上面２２、下面２５、左側面２３、右側面２４、後面２６を有し後面２６がペルチエ素子８に接合されている。検査台９の上面２２に被検査体である半導体チップＳが一時的に置かれる。ペルチエ素子の上に検査台があるのではなく検査台側面と熱交換ブロック側面がペルチエ素子に接合される。検査台９、ペルチエ素子８、熱交換ブロック６が横向きに並ぶ。検査台９の上面の高さはペルチエ素子の高さに±１００μｍの誤差があったとしても、それは検査台９の前面２０の位置の誤差を引き起こすだけである。検査台９の上面２２の高さはペルチエ素子厚みによらない。だからペルチエ素子の厚み誤差が、半導体チップＳの検査位置の狂いを引き起こすということがない。

冷却液入口管４は、乾燥空気チャンバ２の壁の通し穴２７と、乾燥空気供給板３の通し穴２８を貫いている。冷却液排出管５は、乾燥空気供給板３の通し穴２９と乾燥空気チャンバ２の壁の通し穴３０を貫く。冷却液入口管４、冷却液排出管５は乾燥空気チャンバ２壁と乾燥空気供給板３によって保持される。乾燥空気チャンバ２の中で乾燥空気は冷却液によって冷却される。冷却液とほぼ同じ温度の低温になっているので乾燥空気は検査台を加熱しない。半導体チップの低温動作特性の検査は−４０℃で行うことが多いので、検査台９は−４０℃程度に冷却する。ペルチエ素子８によって検査台９を冷却する。ペルチエ素子によって検査台から除去した熱を速やかに外部に排除するために、冷却液７が熱交換ブロック６の内部を循環している。だから冷却液は乾燥空気と検査台の両方を冷却しているのである。

半導体チップＳを搬送するのは搬送コレット３２である。これは半導体チップＳを真空吸着して昇降移動、水平移動させるための治具である。被検査体の半導体チップＳからの光を観測するために、チップの前方には受光用ＰＤ３３と、検査用ファイバ３５の先端を把持した検査用フェルール３４が設けられる。これは半導体チップＳが半導体レーザの場合の検査装置である。

受光用ＰＤ３３は被検査体である半導体レーザ（半導体チップ）Ｓから出てくる全パワーＷを調べる（全ての波長の光の合計光量）。検査用フェルール３４は半導体レーザＳから出てきた光をファイバ３５によって分光器へ導き波長ごとのパワーＰ（λ）を調べる。半導体チップＳの駆動電流Ｉは決まっており、それに対する半導体チップＳの全発光パワーＷと発光スペクトルＰ（λ）を一度で検査することができる。

乾燥空気供給配管１８が乾燥空気チャンバ２の側壁の差込口１９から内部へ連通するように設けられる。実際には図２のように箱状の遮蔽板４０が、熱交換ブロック６、ペルチエ素子８、検査台９、冷却液入口管４、冷却液排出管５などを包囲するように設けられる。遮蔽板４０は乾燥空気を内部に閉じ込め乾燥空気を整流し外部に対し内部の冷気を維持し半導体チップの周囲の検査台９での結露を防ぐ作用がある。遮蔽板４０がないと乾燥空気はすぐに拡散してなくなってしまう。被検査体の半導体チップのすぐ近くに露点の高い通常の空気があるとすぐに結露して検査台９、チップＳ、プローブ６０が濡れて測定不可能になる。それを防ぐため乾燥空気の流路を囲み半導体チップＳ、検査台９を覆う遮蔽板４０は不可欠である。

図２、３、４に示すように遮蔽板４０は箱型をなし、前遮蔽板４２、下遮蔽板４３、左遮蔽板４４、右遮蔽板４５、上遮蔽板４６よりなる。後方の連結部で乾燥空気チャンバ２に結合している。

遮蔽板４０は内外の温度差を維持するために断熱性に優れた材料で形成されている。薄い箱型金属板に厚い多孔質板を貼り合わせたもの、セラミックと発泡プラスチックを貼り合わせたもの、Ａｌ板に断熱材を貼り合わせたもの、薄い金属の板の両側に断熱シートを貼り合せたものなど様々なものを利用できる。不透明であってもよいが、透明体で遮蔽板を形成できれば内部の様子を目視観察できて好都合である。

遮蔽板４０は断熱性に優れており内部の低温を保持する作用と乾燥空気を整流する作用がある。前方に開口部５０がある。開口部５０を通して、被検査体である半導体チップＳを上から検査台９に載せたり検査台９から取り除いたりする。開口部５０は乾燥空気を前方から排出する。それによって乾燥空気が遮蔽板４０の中を乾燥空気チャンバ２から、開口部５０に向かって一様な流れを形成するようにする。また上遮蔽板４６の一部には抜け穴５５があってここからも乾燥空気が抜けるようにし結露するのを防ぐようになっている。

半導体素子は−４０℃の低温にして機能検査しなければならない。ペルチエ素子に電流を流すことによって、両側面の間で熱を移動させる。ここでは冷却するので、検査台９から熱交換ブロック６の方へ熱を運ぶようにする。熱交換ブロック６に運ばれた熱は、冷却液入口管４から熱交換ブロック６へ流入した冷媒を加熱する。冷却液７は暖められて冷却液排出管５を通り排除される。そのようにして検査台９を所定の低温（−４０℃）にする。熱電対（図示しない）があって検査台の温度をモニタしている。温度が上がればペルチエ素子電流を増やし、温度が下がればペルチエ素子電流を減らすというような制御をする。

空気中で検査台をそのような低温にすれば空気に含まれる水分が凝結し検査台に結露する。チップも濡れるから正確な測定はできない。本発明の場合は乾燥空気Ｑが遮蔽板４０の中に充満している。乾燥空気Ｑは後方の乾燥空気チャンバ２から、乾燥空気供給板３の細い穴を通り遮蔽板４０の内部空間に吹き出している。検査台９や半導体チップＳの周りは露点の低い乾燥空気だけが存在している。だから−４０℃の低い温度に下げても結露しない。乾燥空気Ｑは例えば露点が−６０℃のものを用いる。

乾燥空気Ｑとしては断熱圧縮、膨張を繰り返して空気そのものから水分を除いた乾燥空気を用いてもよい。しかし例えば液体窒素ガスを気化したものを用いることもできる。前方の開口部の面積にもよるが乾燥空気Ｑの消費量は少ないものである。乾燥空気Ｑの消費量は例えば３ｌ〜１０ｌ／分の程度でよい。開口部５０の面積が例えば２０ｍｍφとすると、乾燥空気流量は５ｌ／分の程度で十分である。液体窒素を気化したものであると１１あたり約１円の程度である。

図３に示すように、搬送用コレット３２によって半導体チップ（例えばＬＤチップ）を真空チャックして運ぶ開口部５０を通して半導体チップＳを検査台９の上に載せるようにする。それをプローブ６０で押さえる。プローブ６０と検査台９の間に駆動電流を流す。ＬＥＤやＬＤのような発光素子である場合は、それによって発光する。発光の全パワーを受光用ＰＤ３３で求め、発光スペクトルを、検査用フェルール３４、光ファイバ３５につながる分光器、パワー検出器などによって求める。検査が終わると搬送用コレット３２で半導体チップＳを持ち上げ運び去る。新しいチップをコレットで運び再び検査台９に載せ同じ測定をする。

チップを検査台９に載せて上からプローブで押さえる（図４）がチップは体積が小さい（２００〜４００μｍ×２００μｍ〜４００μｍ）ので１秒程度で所定の低温になる。半導体レーザの場合は、閾値電流＋２０ｍＡの駆動電流を流す。駆動電流を流すとすぐに発光するのでその光のパワーやスペクトルを瞬時に計測できる。搬送時間も含め一つの半導体チップの検査に要する時間は３０秒程度である。その間に消費される乾燥空気の量は僅かである。低コストの特性検査方法を与えることができる。

［実施例２：遮蔽板の上前部に上開口部、前部に前開口部；２つの開口部；図６］
図６は本発明の第２の実施例に係る温度特性検査装置の全体の斜視図である。
これは、遮蔽板に設けた開口部を２つに分離したものである。チップを搬入し搬出するための上開口部５２と、検査光Ｌを取り出すための前開口部５３がある。そのようにすると開口部の面積が実施例１の場合より減少する。遮蔽板内部の乾燥空気の圧力を高めることができる。乾燥空気の必要量を減少させることができる。乾燥空気量を節減しより低コストの検査を実現することができる。

なお本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。

本発明の実施例に係る温度特性検査装置の遮蔽板を除去した状態の斜視図。

本発明の実施例１に係る温度特性検査装置の遮蔽板を取り付けた状態の全体斜視図。

被検査体である半導体チップを搬送用コレットによって把持し検査台の上へ運びあるいは検査台から取り除く様子を示すための温度特性検査装置の検査台、開口部の近傍の縦断面図。

被検査体である半導体チップを検査台を載せプローブによって押さえた様子を示すための温度特性検査装置の検査台、開口部の近傍の縦断面図。

本発明の実施例１に係る温度特性検査装置の遮蔽板を取り付けた状態の横断平面図。

本発明の実施例２に係る温度特性検査装置の遮蔽板を取り付けた状態の全体斜視図。

符号の説明

２乾燥空気チャンバ
３乾燥空気供給板
４冷却液入口管
５冷却液排出管
６熱交換ブロック
７冷却液
８ペルチエ素子
９検査台
１８乾燥空気供給配管
１９差込口
２０前面
２２上面
２３左側面
２４右側面
２５下面
２６後面
２７冷却液入口管通し穴
２８冷却液入口管通し穴
２９冷却液排出管通し穴
３０冷却液排出管通し穴
３２コレット
３３受光用ＰＤ
３４検査用フェルール
３５光ファイバ
４０遮蔽板
４２前遮蔽板
４３下遮蔽板
４４左側遮蔽板
４５右側遮蔽板
４６上遮蔽板
５０開口部
５２上開口部
５３前開口部
５５抜け穴
６０プローブ

Claims (8)

1. 光通信用発光素子又は受光素子チップを乗せて検査するための検査台と、検査台を冷却するための冷却機構と、冷却機構を冷却するための冷却液を導入する冷却液入口管と冷却機構を冷却した冷却液を排出するための冷却液排出管とよりなる冷却液供給排出機構と、検査台と冷却機構と冷却液入口管と冷却液排出管の冷却機構に続く一部を囲む遮蔽板と、遮蔽板の後面に固定され乾燥空気を導入し一時貯留する乾燥空気チャンバと、乾燥空気チャンバの前面にあり乾燥空気チャンバから乾燥空気を遮蔽板の内部へ供給する乾燥ガス供給口である乾燥空気供給板と、遮蔽板の前方から上方にかけて切り欠かれた乾燥空気排出口であり半導体チップの出入り口である開口部と、開口部を通して半導体チップを検査台へ運び検査台から運び去るための搬送用コレットと、開口部を通過して半導体チップの電極に接触し電流又は電圧を与えるプローブと、半導体チップから開口部を通して外部へ出る光を検出しあるいは開口部から半導体チップに光を当てて光電流を検出することによって半導体チップの光特性を検出する装置とからなり、遮蔽板が形成する乾燥ガス流路が乾燥ガス供給口と同一断面形状又は同等断面積形状であり、乾燥ガス排出口断面積が乾燥ガス供給口断面積より小さく、光通信用発光素子又は受光素子チップをコレットで把持し開口部を通して検査台に置き、発光素子チップ又は受光素子チップにプローブを立て、冷却した乾燥空気を発光素子チップ又は受光素子チップに吹き付けた状態で発光素子又は受光素子チップの光特性を検査し、検査が済んだチップを開口部を通して搬出するようにしたことを特徴とする温度特性検査装置。
2. 前記検査台が乾燥空気チャンバから乾燥空気を遮蔽板の内部へ供給する乾燥ガスの流れの下流にあり、遮蔽板の前方から上方にかけて切り欠かれた乾燥空気排出口であり半導体チップの出入り口である開口部の近傍にあ ることを特徴とする請求項１に記載の温度特性検査装置。
3. 乾燥空気チャンバに冷却液入口管と冷却液出口管を挿通し、乾燥空気チャンバ内において冷却液と乾燥空気との間で熱交換し乾燥空気を冷却するようにしたことを特徴とする請求項1または２に記載の温度特性検査装置。
4. 乾燥空気供給板が多孔質板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の温度特性検査装置。
5. 遮蔽板内部での乾燥空気の流速が０．５ｍ／秒以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の温度特性検査装置。
6. 検査台の冷却機構がペルチエ素子であり、ペルチエ素子が冷却液で冷却される熱交換ブロック側面と検査台の側面に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の温度特性検査装置。
7. ペルチエ素子から出る熱を除去する冷却液を供給する冷却液入口管と冷却液を排出する冷却液出口管が乾燥空気チャンバ内を貫通し乾燥空気の流れに沿って熱交換ブロックまで配管されることを特徴とする請求項６に記載の温度特性検査装置。
8. 乾燥空気と外部空間を遮蔽する遮蔽板は断熱のための多孔質材料が貼り付けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の温度特性検査装置。
   

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