JP5562320B2 - 半導体試験装置および半導体試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体試験装置および半導体試験方法に関し、特に、被測定物の表面電極および裏面電極を介して前記被測定物の電気的特性を測定するための半導体試験装置および半導体試験方法に関するものである。

半導体ウエハおよび半導体チップなどの被測定物の電気的特性を測定する際、真空吸着により被測定物の設置面をチャックステージに接触させて固定する方法が用いられている。被測定物の縦方向、つまり面外方向に電流を流す縦型構造の半導体においては、被測定物の設置面を固定したチャックステージが測定電極の一つとなる。そのため、被測定物とチャックステージとの密着性が接触抵抗に影響し、ひいては電気的特性に影響を与える。

この接触抵抗を下げるために密着性を上げることが考えられる。しかし密着性を上げるために真空吸着の真空度を上げることは、別の面で電気的特性の劣化を招くことになる。つまり、チャックステージ上にゴミ等の異物が存在すると、異物の上に被測定物が設置され、真空吸着で被測定物の設置面が異物に強く押し付けられることになる。異物が大きい場合、被測定物との接触部、ならびに接触部近傍において、クラック等の欠陥が生じ、被測定物を一部破損することがある。この場合、破損した被測定物は不良としてカウントされる。一方、異物の大きさが目視困難なレベル、例えば数１０μｍ以下のような比較的小さい場合であっても、被測定物との接触部、あるいは接触部近傍において、被測定物に圧力で歪が導入されることで、ピエゾ効果により漏れ電流が増加する。この場合も、被測定物は不良としてカウントされる。

そこで、チャックステージ上に存在する異物に起因した不良率増加の対策として、たとえば、特開２００８−４７３９号公報（特許文献１）には、半導体基板の裏面側に応力緩衝膜を追加することによって、異物による応力を緩和する手法が提案されている。

また、特開２０１１−４９３３７号公報（特許文献２）には、半導体基板の裏面側に導電性及び弾性を備えたシートを追加することによって裏面電極の傷の発生を抑制する手法が提案されている。

ところで、近年、ウエハの大口径化、薄厚ウエハ化が進められていることから、ウエハの反りが特に問題視されている。ウエハに反りがあると、チャックステージに真空吸着によって被測定物であるウエハを固定できず、また固定された場合でも、被測定物とチャックステージの密着性の低下が発生しやすい。

そこで、たとえば、特開２００５−３３２８３９号公報（特許文献３）および実開平１−９７５５１号公報（特許文献４）には、接触抵抗の影響および反りの影響を抑制するように、チャックステージに被測定物を接触させずに、被測定物の両面よりプローブを接触させて、電気的特性を測定することが提案されている。

特開２００８−４７３９号公報 特開２０１１−４９３３７号公報 特開２００５−３３２８３９号公報 実開平１−９７５５１号公報

しかしながら、上記の特開２００５−３３２８３９号公報に記載された試験装置では、挟持部材の突起部によって半導体ウエハが挟持されることで固定されているため、プローブが半導体ウエハに接触することによって半導体ウエハに割れおよび破損が生じることがある。

また、上記の実開平１−９７５５１号公報に記載されたプローバーでは、ウエハがウエハ吸着部に吸着されることで固定されているため、プローブがウエハに接触することによってウエハに割れおよび破損が生じることがある。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定物の両面よりプローブを接触させて電気的特性を測定する際に、被測定物の割れおよび破損を抑制することができる半導体試験装置および半導体試験方法を提供することである。

本発明の半導体試験装置は、被測定物の表面および裏面のそれぞれに設けられた表面電極および裏面電極を通じて前記被測定物の電気的特性を測定するための半導体試験装置である。半導体装置は、被測定物の裏面の一部を非固定で保持するための被測定物支持体と、被測定物の裏面電極と電気的に接触して電気的特性を測定するための複数の裏面プローブと、被測定物の表面電極と電気的に接触して電気的特性を測定するための表面プローブとを備えている。被測定物支持体に非固定で保持された被測定物の裏面電極に複数の裏面プローブが接触した後に、複数の裏面プローブに囲まれた領域内の表面側に位置する表面電極に表面プローブが接触可能に設けられている。

本発明の半導体試験装置によれば、被測定物支持体に非固定で保持された被測定物の裏面電極に複数の裏面プローブが接触した後に、複数の裏面プローブに囲まれた領域内の表面側に位置する表面電極に表面プローブが接触可能に設けられている。そして、被測定物支持体が被測定物の裏面の一部を非固定で保持しているため、被測定物の裏面電極に複数の裏面プローブが接触した際に、被測定物が被測定物支持体から移動できる。このため、被測定物を被測定物支持体に押さえつける応力が作用しない。これにより、被測定物支持体に保持された部分および裏面プローブと接触する部分での被測定物の割れおよび破損を抑制することができる。

また、被測定物の裏面電極に複数の裏面プローブが接触した後に、複数の裏面プローブに囲まれた領域内の表面側に位置する表面電極に表面プローブが接触するため、被測定物が裏面側に向かって凸状に反ることになる。このため、表面プローブによる被測定物を被測定物支持体に押さえつける応力は被測定物を保持する被測定物支持体の部分に及ばない。これにより、被測定物支持体に保持された部分および裏面プローブと接触する部分での被測定物の割れおよび破損を抑制することができる。

本発明の実施の形態１における半導体試験装置の概略斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略拡大断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体試験装置の表面プローブおよび裏面プローブの位置を示す概略平面図である。 本発明の実施の形態１における半導体試験装置の表面プローブの動作を示す概略断面図であって、表面プローブが被測定物に接触する前の状態を示す図（Ａ）と、表面プローブが被測定物に接触した後の状態を示す図（Ｂ）と、表面プローブが被測定物に接触した後さらに下降した状態を示す図（Ｃ）である。 本発明の実施の形態１における半導体試験装置の裏面プローブが裏面電極に接触した状態を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体試験装置の裏面プローブによって半導体ウエハが被測定物支持体から移動した状態を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体試験装置の裏面プローブが裏面電極に接触し、表面プローブが表面電極に接触した状態を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体試験装置の裏面プローブおよび表面プローブの接触状態を示す概略断面図である。 比較例１の半導体試験装置の裏面プローブおよび表面プローブの接触状態を示す概略断面図である。 比較例２の半導体試験装置の裏面プローブおよび表面プローブの接触状態を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２における半導体試験装置の概略斜視図である。 本発明の実施の形態２における半導体試験装置の概略側面図である。 本発明の実施の形態２における半導体試験装置の表面プローブ、裏面プローブおよび表面側被測定物固定治具の位置を示す概略平面図である。 本発明の実施の形態２における半導体試験装置の裏面側被測定物固定治具に設けられた弾性体を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２における半導体試験装置に半導体ウエハが設置された状態を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２における半導体試験装置から半導体ウエハが放れた状態を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２における半導体試験装置の裏面側被測定物固定治具および表面側被測定物固定治具に半導体ウエハが挟まれた状態を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体試験装置の概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体試験装置の絶縁部材を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に本発明の実施の形態１の半導体試験装置の構成について説明する。

図１〜図３を参照して、本実施の形態の半導体試験装置は、被測定物としての半導体チップ１の表面１ａおよび裏面１ｂのそれぞれに設けられた裏面電極１ｃおよび表面電極１ｄを通じて被測定物である半導体チップ１の電気的特性を測定するためのものである。本実施の形態では、被測定物としての半導体チップ１が形成された半導体ウエハ１０の状態で試験されているが、切り出された半導体チップ１そのものが直接試験されてもよい。

被測定物としての半導体チップ１は、その表面１ａおよび裏面１ｂに表面電極１ｄおよび裏面電極１ｃが設けられた縦型構造の半導体を有している。半導体チップ１は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）およびダイオードなどのパワー半導体であってもよい。このパワー半導体は電極パッドの寸法が１５ｍｍ×１５ｍｍと大きく、かつ数百アンペア（Ａ）相当の電流を印加可能なものを用いることができる。なお、半導体チップ１はこれらに限られるものではない。

半導体試験装置は、被測定物支持体２と、裏面プローブ３と、表面プローブ４とを主に有している。

被測定物支持体２は、半導体チップ（被測定物）１の裏面１ｂの一部を非固定で保持するように設けられている。被測定物支持体２は、本体部２ａと、アーム部２ｅとを主に有している。本体部２ａは半導体チップ１が形成された半導体ウエハ１０を保持するためのものであり、被測定物支持体２の基幹部分である。また、アーム部２ｅは半導体チップ１の移動に利用するためのものである。

本体部２ａは、枠部２ｂと、支持部２ｃと、溝部２ｄとを有している。枠部２ｂは、半導体ウエハ１０の落下を防ぐためのものである。支持部２ｃは、半導体ウエハ１０の裏面１ｂ側の外周部分と接触して保持するためのものである。溝部２ｄは、主として半導体ウエハ１０の外周エッジ部分から発生するウエハ屑や前工程から持ち込まれる異物を収めるためのものである。

本体部２ａは、本実施の形態のように円形状の半導体ウエハ１０を載置する場合、半導体ウエハ１０の外周に沿った円形状に構成されている。また後の実施の形態において説明するように、温度変化時の特性評価を行う場合、本体部２ａは、耐熱性のある材料にて作製されている。本体部２ａの材料としては、たとえば、耐食性に優れたステンレス等の金属材料、エンジニアリングプラスチック等の樹脂材料が適用可能であるがこれらに限るものではない。

裏面プローブ３は、半導体チップ１の裏面電極１ｃと電気的に接触して電気的特性を測定するためものである。複数の裏面プローブ３が設けられている。表面プローブ４は、半導体チップ１の表面電極１ｄと電気的に接触して電気的特性を測定するためのものである。表面プローブ４は少なくとも一つ設けられていればよい。

図２に示すように、裏面プローブ３は、半導体チップ１に形成された裏面電極１ｃと機械的かつ電気的に接触する先端部３ａと、内部に組み込まれたスプリング等のばね部材を介して伸縮が可能な押し込み部３ｂと、装置側のプローブカード等に接続される設置部３ｃとから構成されている。同様に表面プローブ４も先端部４ａと、押し込み部４ｂと、設置部４ｃとから構成されている。裏面プローブ３および表面プローブ４は導電性に優れた、例えば銅などの材料にて作製され得るがこれらに限られるものではない。特に、それぞれの先端部３ａ、４ａは、導電性向上や耐久性向上等の観点から、別の部材、例えば金、パラジウム、タンタル、プラチナ等が被覆されてもよい。

複数の裏面プローブ３は被測定物支持体２に非固定で保持された半導体チップ１の裏面電極１ｃに接触可能に設けられている。表面プローブ４は、複数の裏面プローブ３が裏面電極１ｃに接触した後に、複数の裏面プローブ３に囲まれた領域Ｒ内の表面１ａ側に位置する表面電極１ｄに接触可能に設けられている。

図３に示すように、本実施の形態では、裏面プローブ３および表面プローブ４は各々４本設けられている。４本の裏面プローブ３の先端部３ａの裏面電極１ｃとの接触部分で囲まれた、図３中一点鎖線で示される領域Ｒ内において、表面１ａ側の表面電極１ｄに接触するように４本の表面プローブ４が設けられている。

複数の裏面プローブ３に囲まれた領域Ｒ内の表面１ａ側の表面電極１ｄに、表面プローブ４が接触するのであれば、裏面プローブ３および表面プローブの本数は限定されず、印加する電流値および測定する電気的特性の仕様等によって本数を変化するのがよい。なお、図１では、見易くするために、裏面プローブ３および表面プローブ４は矢印で示され、接触部側が矢の方向として示されている。

続いて、裏面プローブ３および表面プローブ４の動作を説明する。裏面プローブ３と表面プローブ４とは同様に動作するよう構成されている。説明の便宜のため表面プローブ４の動作を説明する。図４（ａ）〜（ｃ）を参照して、図４（ａ）に示す初期状態から、図４（ｂ）に示すように半導体チップ１の表面１ａに向けて（図中Ｚ軸下方）表面プローブ４が下降すると、まず表面電極１ｄと先端部４ａとが接触する。図４（ｃ）に示すようにその後さらに表面プローブ４を下降させると、押し込み部４ｂが設置部４ｃ内にばね部材を介して押し込まれ、表面電極１ｄとの接触が確実なものとなる。

次に、本実施の形態の半導体試験装置の動作および半導体試験方法について説明する。
図５〜図７を参照して、半導体ウエハ１０が被測定物支持体２の本体部２ａに設置され、電気的特性を測定する所定の半導体チップ１に接触するように裏面プローブ３および表面プローブ４が所定の位置まで搬送される。なお、図５〜図７では説明の便宜のため、裏面プローブ３および表面プローブ４が矢印で示されている。

図５に示すように、まず、被測定物としての半導体チップ１が形成された半導体ウエハ１０が準備される。この半導体ウエハ１０が被測定物支持体２に非固定で保持される。裏面プローブ３が上昇すると、個々の先端部が半導体チップ１の裏面電極１ｃに接触する。図では個々の先端部が同時に接触しているが、半導体ウエハ１０に反りが生じている場合、必ずしも同時ではなく、多少の時間的なズレを伴って接触することになる。

図６に示すように、裏面プローブ３がさらに上昇すると、個々の先端部が裏面電極１ｃを介して半導体ウエハ１０を押し上げ、先端部と裏面電極１ｃとの接触が確実なものとなる。このとき、半導体ウエハ１０の裏面１ｂ周辺部の一部が被測定物支持体２から離れることもあるが構わない。裏面プローブ３の上昇の終了は、個々の裏面プローブ３と裏面電極１ｃとの接触を検知することで行われる。検知の手法は、例えば個々の裏面プローブ３間の抵抗測定で行われれるが、これに限られるものではない。たとえば、個々の裏面プローブ３の押し込み量を検知するセンサが設けられ、センサ出力より裏面プローブ３の上昇が制御されてもよい。

図７に示すように、最後に表面プローブ４が下降し、個々の先端部と表面電極１ｄとの接触が検知された時点で表面プローブ４の下降が中止される。その後、半導体チップ１の電気的特性が測定される。

続いて、本実施の形態の半導体試験装置を用いた評価工程の具体例を以下に示す。
まず、半導体ウエハ１０が被測定物支持体２にセットされる。続いて、半導体ウエハ１０が電気的特性評価位置に搬送される。次に、裏面プローブ３が半導体ウエハ１０内の評価する裏面電極１ｃに向けて上昇する。その後、全ての裏面プローブ３の裏面電極１ｃへの接触が確認される。続いて、裏面プローブ３の上昇がストップされる。次に、表面プローブ４が半導体ウエハ１０内の評価する表面電極１ｄに向けて下降する。その後、全ての表面プローブ４の表面電極１ｄへの接触が確認される。続いて、被測定物の電気的特性の測定が開始される。これにより、被測定物の電気的特性が評価される。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
図８〜図１０を参照して、比較例と対比して本実施の形態の作用効果について説明する。なお、図８〜図１０では説明の便宜のため、裏面プローブ３および表面プローブ４が矢印で示されている。図８に示すように、本実施の形態では、上述のとおり裏面電極１ｃに先に裏面プローブ３が接触し、その後裏面プローブ３に囲まれた領域内の表面電極１ｄに、表面プローブ４が接触する。このように裏面電極１ｃに裏面プローブ３を接触させ、表面電極１ｄに表面プローブ４が接触することで、半導体ウエハ１０に裏面プローブ３および表面プローブ４から加わる応力が、評価する半導体チップ１の周辺で収支する。これにより、半導体ウエハ１０に裏面プローブ３および表面プローブ４から加わる応力が半導体ウエハ１０の周辺部に加わらないようにすることができる。よって、半導体ウエハ１０の周辺部において破損および割れに至ることはない。

一方、図９に示すように比較例１の半導体試験装置では、裏面プローブ３に囲まれた領域外の表面電極１ｄに表面プローブ４が接触する。この場合、表面プローブ４から半導体ウエハ１０に加わる応力は、評価する半導体チップ１の周辺で収支せず、半導体ウエハ１０と被測定物支持体２が接触している部分にも印加応力Ｆとして加わる。このため、この印加応力Ｆに起因して半導体ウエハ１０の破損および割れに至る場合がある。

また、図１０に示すように比較例２の半導体装置では、半導体ウエハ１０の周辺部が被測定物支持体２に例えば真空吸着などで固定されている。各コンタクトプローブの接触位置が表裏面で一致し、かつ同時に、かつ同じ応力で接触したとき、半導体ウエハ１０に各コンタクトプローブから加わる応力は、評価する半導体チップ１周辺で収支する。しかしながら、各コンタクトプローブの接触位置が表裏面で一致しない、もしくは同時に接触しない、もしくは表裏面で応力が一致しないとき、半導体ウエハ１０に加わる応力は評価する半導体チップ１の周辺で収支せず、半導体ウエハ１０と被測定物支持体２が接触している部分にも印加応力Ｆが加わるため、この印加応力Ｆに起因して半導体ウエハ１０の破損および割れに至る場合がある。

例えば、裏面プローブ３が裏面電極１ｃに接触するよりも先に表面プローブ４が表面電極１ｄに接触した場合、半導体ウエハ１０と被測定物支持体２とが接触している部分にも印加応力Ｆが加わるため、この印加応力Ｆに起因して半導体ウエハ１０の破損および割れに至る場合がある。

上記のように本実施の形態の半導体試験装置によれば、被測定物支持体２に非固定で保持された半導体チップ１の裏面電極１ｃに複数の裏面プローブ３が接触した後に、複数の裏面プローブ３に囲まれた領域Ｒ内の表面１ａ側に位置する表面電極１ｄに表面プローブ４が接触可能に設けられている。そして、被測定物支持体２が半導体チップ１の裏面１ｂの一部を非固定で保持しているため、半導体チップ１の裏面電極１ｃに複数の裏面プローブ３が接触した際に、半導体チップ１が形成された半導体ウエハ１０が被測定物支持体２から移動できる。このため、半導体チップ１が形成された半導体ウエハ１０の周辺部を被測定物支持体２に押さえつける応力が作用しない。これにより、被測定物支持体２に保持された部分および裏面プローブ３と接触する部分での半導体ウエハ１０および半導体チップ１の割れおよび破損を抑制することができる。

また、半導体チップ１の裏面電極１ｃに複数の裏面プローブ３が接触した後に、複数の裏面プローブ３に囲まれた領域Ｒ内の表面１ａ側に位置する表面電極１ｄに表面プローブ４が接触するため、半導体チップ１が形成された半導体ウエハ１０が裏面１ｂ側に向かって凸状に反ることになる。このため、表面プローブ４による半導体チップ１が形成された半導体ウエハ１０を被測定物支持体２に押さえつける応力は半導体チップ１が形成された半導体ウエハ１０を保持する被測定物支持体２の部分に及ばない。これにより、被測定物支持体２に保持された部分および裏面プローブ３と接触する部分での半導体ウエハ１０の割れおよび破損を抑制することができる。

また、本実施の形態の半導体装置では、被測定物１の裏面電極１ｃおよび表面電極１ｄのそれぞれに、直接プローブを接触させることで、被測定物１の裏面１ｂもしくはチャックステージ上に付着する異物に起因した電気的特性の不良を抑制することができる。また、被測定物１の裏面１ｂと接触するステージを介した電気的特性の測定を回避することで、電気的特性の測定精度が向上することができる。また、個々の被測定物１そのものに対して材料を付加する対策が不要であり、工程簡略化、低コスト化を図ることができる。

本実施の形態の半導体試験方法は、被測定物１を準備する工程と、半導体試験装置によって被測定物１の電気的特性を測定する工程とを備えている。これにより、被測定物１の割れおよび破損を抑制することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、実施の形態１と比較して温度変化部が備えられている点で主に異なっている。図１１〜図１３を参照して、本実施の形態の半導体試験装置は、温度変化部Ｈを有している。温度変化部Ｈは、発熱体２０と、裏面側被測定物固定治具２１と、表面側被測定物固定治具２２とを有している。その他の構成は、実施の形態１と同様のため説明を繰り返さない。なお、図１１では説明の便宜のため、表面側被測定物固定治具２２は図示されていない。また、図１２では、説明の便宜のため、裏面プローブ３および表面プローブ４が矢印で示されている。また、図１３では説明の便宜のため、各構成が適宜簡略化して図示されている。

図１１および図１２に示すように、本実施の形態では、半導体ウエハ１０の一部が裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２で挟み込まれて、かつ発熱体２０によって昇温した状態で被測定物である半導体チップ１の電気的特性が測定される。

温度変化部Ｈは、被測定物１の温度を変化させるためものである。温度変化部Ｈは、被測定物１の表面１ａ側および裏面１ｂ側の少なくともいずれかに設けられている。温度変化部Ｈは、被測定物１の表面プローブ４が接触する表面電極１ｄおよび被測定物１の裏面プローブ３が接触する裏面電極１ｃの少なくともいずれかを取り囲むように設けられている。

温度変化部Ｈは、被測定物１の温度を上昇させるための発熱体（ヒータ部）２０を有している。ヒータ部には電熱線が適用され得る。裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２に巻きまわした電熱線に電流を印加することによって、まずは裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２が温められる。その後、半導体ウエハ１０との接触部、あるいは裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２の内部の空気を介して、半導体チップ１の昇温が行われる。昇温の確認は、温度センサ２３を利用して行われる。

裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２は、少なくとも一つの半導体チップ１の周囲を取り囲むように配置されている。本実施の形態では、裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２は円筒状の筒部を有するように形成されているが、これに限定されず、少なくとも一つの半導体チップ１が囲まれるような構成であればよい。
また、裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２は、各々の端面部分を半導体ウエハ１０と接触させて保持してもよい。

裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２は、熱伝導性の優れた、熱伝導率の高い材料にて作製されており、例えば、アルミニウム、銅などの金属系材料、セラミクス等で作製され得るが、これらに限られるものではない。

図１３に示すように、半導体チップ１のほぼ中央に接触するように温度センサ２３は設けられている。主に裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２の接触した部分から、半導体チップ１の温度が上昇するため、最も昇温が遅れる中央に温度センサ２３が設置されている。温度センサ２３は、例えば熱電対であり、半導体チップ１に接触して温度測定を行うが、これに限るものではなく、光式の非接触検知でもよい。

なお、裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２の両方にヒータ部２０が設けられた場合について説明したが、少なくともいずれかに設けられていればよい。また、昇温の例について説明したがこれに限るものではなく、温度を下降させた状態で電気的特性が測定されてもよい。つまり、温度変化部Ｈは、被測定物の温度を下降させるための冷却体を有していてもよい。例えば温度の下降、低温化はペルチェ素子を裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２に設置することで実現できる。

また、図１４を参照して、裏面側被測定物固定治具２１の半導体ウエハ１０と接する端面に耐熱性を有する弾性体２４が設置されていてもよい。これにより、半導体ウエハ１０との接触時に半導体ウエハ１０の割れおよび破損等を防ぐことができる。弾性体２４は、例えば、シリコーンゴムが適用され得るがこれに限られるものではない。

次に、本実施の形態の半導体試験装置の動作を説明する。
図１５〜図１７を参照して、半導体ウエハ１０が被測定物支持体２の本体部２ａに設置される。電気的特性を測定する所定の半導体チップ１に接触するように裏面プローブおよび表面プローブが所定の位置まで搬送される。そして、裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２も半導体ウエハ１０に接触するように所定の位置まで搬送される。なお、図1５〜図１７では、説明の便宜のため、裏面プローブおよび表面プローブは図示されていない。

図１５に示すように、裏面側被測定物固定治具２１が上昇する。裏面側被測定物固定治具２１の端面全部または一部が半導体チップ１の近傍に接触する。接触の状態は、半導体ウエハ１０に反りが生じている場合、反りの状況によって異なる。

図１６に示すように、さらに上昇すると、半導体ウエハ１０が押し上げられる。このとき、半導体ウエハ１０の裏面周辺部の一部が被測定物支持体２から離れることもあるが構わない。

図１７に示すように、続いて、表面側被測定物固定治具２２を下降させ、表面側被測定物固定治具２２の端面と半導体チップ１の近傍との接触後に下降を中止する。裏面プローブおよび表面プローブを裏面電極１ｃおよび表面電極１ｄに接触させて電気的特性が測定される。

裏面プローブおよび表面プローブの裏面電極１ｃおよび表面電極１ｄへの接触は、裏面側被測定物固定治具２１および表面側被測定物固定治具２２と半導体ウエハ１０との接触後であってもよく、また接触前、あるいは接触と同時であってもよい。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成および半導体試験方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の半導体試験装置は、被測定物１の温度を変化させるための温度変化部Ｈを有しているため、評価時の温度環境を変化させることができる。これにより、温度環境を変化させた状態での被測定物１の電気的特性を測定することができる。

また、温度変化部Ｈは、被測定物１の表面１ａおよび裏面１ｂの少なくともいずれかに設けられているため、被測定物１の片面および両面の少なくともいずれかの温度環境を変化させることができる。

また、温度変化部Ｈは、被測定物１の表面プローブ４が接触する表面電極１ｄおよび被測定物１の裏面プローブ３が接触する裏面電極１ｃの少なくともいずれかを取り囲むように設けられているため、裏面電極１ｃおよび表面電極１ｄを含む半導体チップ１を効果的に温度変化させることができる。

また、温度変化部Ｈは、被測定物１の温度を上昇させるための発熱体２０および被測定物の温度を下降させるための冷却体の少なくともいずれかを有しているため、温度を上昇または下降させた状態で被測定物１の電気的特性を測定することができる。

また。本実施の形態の半導体試験装置では、半導体ウエハ１０全体を恒温槽に入れることなく所望の温度にて電気的特性の測定を実施できるため、試験装置の大型化を防ぐことができる。また、低コスト化を図ることができる。さらに評価時間の短縮化を図ることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、実施の形態２と比較してガスによって被測定物の温度が変化する点で主に異なっている。

図１８を参照して、本実施の形態の半導体試験装置では、温度変化部Ｈは、筒部（裏面側被測定物固定治具）２１、筒部（表面側被測定物固定治具）２２と、ガス供給部２５と、仕切り板２６とを有している。図１８では、見易くするため、裏面プローブ、表面プローブ、温度センサは図示されていない。

筒部２１、２２は中空形状を有している。筒部は、熱伝導性の低い、断熱性の高い材料にて作製されており、例えば、樹脂系材料等で作製され得るが、これらに限られるものではない。

ガス供給部２５は、筒部２１、２２内にガスを供給可能に設けられている。ガス供給部２５は、表面電極１ｄおよび裏面電極１ｃの少なくともいずれかが筒部２１、２２に取り囲まれた状態で筒部２１、２２内にガスを供給することによって半導体チップ１の温度を変化可能に設けられている。

ガスは図中矢印で示すように、筒部２１、２２内で仕切り板２６に沿って流れている。ガスは、被測定物の温度を上昇させるためのガスおよび被測定物の温度を下降させるためのガスのいずれかであればよい。つまり、筒部２１、２２部のガス流動を介して、半導体チップ１の温度変化が行われる。温度変化の確認は、温度センサを利用して行われる。なお、温度を上昇または下降させるためのガスとして、例えば試験雰囲気温度より高温または低温である乾燥空気や不活性ガスを使用することなどが考えられる。

なお、筒部２１、２２が半導体チップ１の表面１ａ側および裏面１ｂ側に設けられた場合について説明したが、表面１ａ側および裏面１ｂ側のいずれかに設けられていてもよい。

また、図１９を参照して、筒部２１の内周面に、凹凸形状を有する絶縁部材２７が設置されていてもよい。この絶縁部材２７は、電気的特性の測定時に生じる放電の他チップへの影響を防ぐためのものである。この絶縁部材２７の材料は、例えば、樹脂系材料が用いられるがこれに限られるものではない。凹凸形状にすることで沿面距離が長くなるため放電を抑制できる。また、絶縁部材２７は、筒部２２にも設けられていてもよい。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成および半導体試験方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の半導体試験装置では、ガス供給部２５は、表面電極１ｄおよび裏面電極１ｃの少なくともいずれかが筒部２１、２２に取り囲まれた状態で筒部２１、２２内にガスを供給することによって半導体チップ１の温度を変化可能に設けられている。このため、ガスによって温度環境を変化させた状態での被測定物１の電気的特性を測定することができる。

また、凹凸形状を有する絶縁部材が筒部２１の内周面に設けられているため、放電を抑制することができる。その結果、半導体チップの破壊などの不良の発生を抑制することができる。

上記の各実施の形態は適宜組み合わせることができる。
今回開示された実施の形態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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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が意図される。

１ 被測定物（半導体チップ）、１ａ 表面、１ｂ 裏面、１ｃ 裏面電極、１ｄ 表面電極、２ 被測定物支持体、３ 裏面プローブ、４ 表面プローブ、１０ 半導体ウエハ、２０ 発熱体、２１，２２ 筒部、２３ 温度センサ、２４ 弾性体、２５ ガス供給部、２６ 仕切り板、２７ 絶縁部材、Ｈ 温度変化部、Ｒ 領域。

Claims (10)

1. 被測定物の表面および裏面のそれぞれに設けられた表面電極および裏面電極を通じて前記被測定物の電気的特性を測定するための半導体試験装置であって、
   前記被測定物の裏面の一部を非固定で保持するための被測定物支持体と、
   前記被測定物の前記裏面電極と電気的に接触して電気的特性を測定するための複数の裏面プローブと、
   前記被測定物の前記表面電極と電気的に接触して電気的特性を測定するための表面プローブとを備え、
   前記被測定物支持体に非固定で保持された前記被測定物の前記裏面電極に複数の前記裏面プローブが接触した後に、複数の前記裏面プローブに囲まれた領域内の前記表面側に位置する前記表面電極に前記表面プローブが接触可能に設けられている、半導体試験装置。
2. 前記被測定物の温度を変化させるための温度変化部をさらに備えた、請求項１に記載の半導体試験装置。
3. 前記温度変化部は、前記被測定物の前記表面側および前記裏面側の少なくともいずれかに設けられている、請求項２に記載の半導体試験装置。
4. 前記温度変化部は、前記被測定物の前記表面プローブが接触する前記表面電極および前記被測定物の前記裏面プローブが接触する前記裏面電極の少なくともいずれかを取り囲むように設けられている、請求項２または３に記載の半導体試験装置。
5. 前記温度変化部は、前記被測定物の温度を上昇させるための発熱体および前記被測定物の温度を下降させるための冷却体の少なくともいずれかを含む、請求項２〜４のいずれかに記載の半導体試験装置。
6. 前記温度変化部は、円筒状の筒部を有することを特徴とする、請求項２〜５のいずれかに記載の半導体試験装置。
7. 前記温度変化部は、
   中空形状を有する筒部と、
   前記筒部内にガスを供給可能なガス供給部とを含み、
   前記ガス供給部は、前記表面電極および前記裏面電極の少なくともいずれかが前記筒部に取り囲まれた状態で前記筒部内に前記ガスを供給することによって前記被測定物の温度を変化可能に設けられている、請求項２または３に記載の半導体試験装置。
8. 前記ガスは、前記被測定物の温度を上昇させるためのガスおよび前記被測定物の温度を下降させるためのガスのいずれかを含む、請求項７に記載の半導体試験装置。
9. 前記筒部の内周面に設けられ、かつ凹凸形状を有する絶縁部材をさら備えた、請求項６〜８のいずれかに記載の半導体試験装置。
10. 前記被測定物を準備する工程と、
    請求項１〜９に記載の半導体試験装置によって前記被測定物の電気的特性を測定する工程とを備えた、半導体試験方法。

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