JP5861557B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の電気的特性の測定などに用いられる検査装置に関する。

特許文献１には、先端部の温度を調整できるプローブが開示されている。このプローブは、電熱線が搭載された基板やペルチエ素子が搭載された基板などの複数の基板を重ね合わせて組み立てられている。

特許文献２には、プローブが接続されたプローブ基板を電熱線からの放射熱で加熱する技術が開示されている。この技術は、プローブ基板を加熱することで間接的にプローブを加熱するものである。

特開平３−１５８７６４号公報 特開２０００−１３８２６８号公報

半導体装置を加熱又は冷却した状態で半導体装置の電気的特性を測定することがある。加熱又は冷却した半導体装置に常温のプローブをあてると半導体装置の温度が変化してしまい検査精度が低下する。この温度変化は多数のプローブを半導体装置にあてる場合や、プローブと半導体装置の接触面積が大きい場合に顕著である。

また、半導体装置とプローブの温度差が大きい状態でプローブに大電流を流すと半導体装置表面が急激に加熱され、この部分に熱履歴が形成される。この熱履歴により半導体装置が劣化することがあった。

そこで、半導体装置の温度とプローブの温度を略一致させることが好ましい。特許文献１、２に開示のプローブはプローブの温度を変化させ得るものである。しかしながら、特許文献１に開示のプローブは複数基板を重ね合わせて作成するので構造が複雑で高価になる問題があった。また、プローブの構造が複雑であるとプローブ交換時の作業性が悪い。

特許文献２に開示のプローブはプローブ基板を加熱することで間接的にプローブを加熱するので、プローブの温度を正確に制御し難い問題があった。また、プローブ基板を加熱するためには、大電力で長時間の加熱を要するので効率が悪い。そして、プローブ基板の耐熱性を考慮するとプローブ基板は１５０−２００℃までの昇温が限度であるため所望の温度までプローブを加熱できないことがあった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、簡素な構成でプローブ温度を直接的に変更できる検査装置を提供することを目的とする。

本願の発明に係る他の検査装置は、プローブ基板と、該プローブ基板に接続され、一部に有機物又は高分子化合物で形成された熱吸収体を有し、該熱吸収体以外の部分は金属で形成されたプローブと、該熱吸収体に遠赤外線を直接照射し、該プローブを加熱するヒータと、被測定物を搭載するステージと、該ステージを加熱する加熱部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、プローブを直接加熱するので、簡素な構成でプローブ温度を直接的に変更できる。

本発明の実施の形態１に係る検査装置の正面図である。 プローブ先端部の着脱を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係る検査装置の変形例を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係る検査装置の他の変形例を示す正面図である。 本発明の実施の形態２に係る検査装置の正面図である。 図５のソケット及びその近傍の拡大図である。 本発明の実施の形態３に係る検査装置の正面図である。 本発明の実施の形態３に係る検査装置の変形例を示す正面図である。 本発明の実施の形態３に係る検査装置の他の変形例を示す正面図である。 本発明の実施の形態４に係る検査装置の正面図である。 本発明の実施の形態５に係る検査装置の正面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る検査装置の正面図である。検査装置１０は、被測定物である半導体装置を搭載するステージ１２を有している。ステージ１２の内部にはステージ１２を加熱する加熱部１４が形成されている。図１には、電熱線で形成された加熱部１４が破線で示されている。この加熱部１４は絶縁体で被膜されたケーブル１６から電流の供給を受ける。

検査装置１０は、プローブ基板２０を有している。プローブ基板２０は、アーム２２により保持されて所望の方向に移動可能となっている。プローブ基板２０にはソケット２４が固定されている。ソケット２４と電気的に接続された接続部２６は、プローブ基板２０の表面に露出している。接続部２６は、プローブ基板２０表面の信号線２８と接続されている。

ソケット２４には電熱線３０が巻きつけられている。電熱線３０は絶縁体で被膜されたケーブル３１と接続されている。ソケット２４にはプラグ３２が着脱可能に接続されている。プラグ３２の一端は、例えばスクリューや圧入でソケット２４に嵌合している。プラグ３２の他端には伸縮可能な伸縮部３４の一端が固定されている。伸縮部３４は内部にばねを有することで長手方向に伸縮可能となっている。つまり伸縮部３４は、図１のａで示す距離が可変となるように構成されている。

伸縮部３４の他端にはプローブ先端部３６が固定されている。プローブ先端部３６の先端は丸みを帯びている。プローブ先端部３６は伸縮部３４とプラグ３２を介してソケット２４に対して固定されている。プローブ先端部３６は接続部２６と電気的に接続されている。

ソケット２４、プラグ３２、伸縮部３４、及び先端部３６をまとめてプローブと称する。プローブの構成部品は導電性を有するもので形成される。例えば銅、タングステン、レニウムタングステンといった金属材料で形成される。先端部３６には例えば金、パラジウム、タンタル、プラチナ等を被覆して導電性や耐久性を高めることが好ましい。

図２は、プローブ先端部の着脱を示す正面図である。プラグ３２はソケット２４に対して着脱可能に接続されているので、プラグ３２をソケット２４に着脱することでプラグ３２に接続されたプローブ先端部３６をソケット２４に着脱可能となっている。

図１の説明に戻る。ケーブル１６とケーブル３１は制御部４０に接続されている。制御部４０は、プローブ先端部３６とステージ１２の温度を一致させるように電熱線３０と加熱部１４の発熱量を制御するものである。

次いで、本発明の実施の形態１に係る検査装置１０の動作を説明する。まず、ステージ１２の上に被測定物となる半導体装置をのせる。半導体装置はプローブをあてるためのパッドを有している。次いで、制御部４０の制御により電熱線３０と加熱部１４の温度を高め、プローブ先端部３６とステージ１２の温度を略一致させる。そうすると、プローブ先端部３６と半導体装置の温度を略一致させることができる。

次いで、アーム２２を駆使して、プローブ先端部３６を半導体装置のパッドにあてる。このとき、伸縮部３４が適宜に伸縮してプローブ先端部３６のパッドに対する押圧力を適正値に保つ。この状態で半導体装置の電気的測定を行う。

本発明の実施の形態１に係る検査装置によれば、電熱線３０でプローブを直接加熱するのでプローブの温度を正確に制御（変更）できる。この制御によりプローブ先端部３６と半導体装置の温度を所望温度で略一致させることができるので、検査精度を高めることができる。また、半導体装置の近傍で熱履歴が形成されることを回避し半導体装置の歩留まりを高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る検査装置によれば、ソケット２４に電熱線３０を巻きつけた簡素な構成により、検査装置１０を安価で製造できる。また、多数回の検査で劣化したプローブ先端部３６を交換する場合、プラグ３２をソケット２４から脱離させるだけでよいので容易にプローブ先端部３６を交換できる。しかもプローブ先端部３６の交換前後で同一のソケット２４と電熱線３０を用いることができる。

また、プローブ先端部３６と半導体装置の接触前に両者の温度を略一致させるので、両者を接触させた後すぐに電気的測定を開始できる。よってプローブ先端部と半導体装置に温度差がある状態で両者を接触させ温度平衡となるのを待って電気的測定を開始する場合と比較して、測定を高速化できる。

図３は、本発明の実施の形態１に係る検査装置の変形例を示す正面図である。変形例の検査装置では制御部を削除して、電熱線３０と加熱部１４を別々に制御する。例えば、ステージ１２を１２０℃まで加熱して半導体装置を検査する場合、プローブ先端部３６も１２０℃になるように電熱線３０に電流を流す。制御部を用いた方がプローブ先端部とステージの温度を精度よく一致させることができるが、そのような高精度の制御を要しない場合は制御部を省略できる。

図４は、本発明の実施の形態１に係る検査装置の他の変形例を示す正面図である。この変形例では、プローブピン５０をソケット２４に着脱可能に接続した。すなわち、プローブ先端部をプローブピン５０で形成した。

本発明の実施の形態１に係る検査装置１０は、１本のプローブを有するが複数本のプローブをプローブ基板２０に接続してもよい。また、被測定物である半導体装置は例えばウエハやチップであるが、プローブを当てて測定するものであれば特に限定されない。また、半導体装置を真空吸着や静電吸着でステージ１２に固定してもよい。加熱部１４としては、電熱線に限らず例えば加熱流体などの他の加熱手段を用いてもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る検査装置の正面図である。実施の形態１との相違点を中心に説明する。ソケット２４にはペルチエ素子１００が取り付けられている。ペルチエ素子１００に流す電流は、絶縁体で被膜されたケーブル１０１から供給される。

ステージ１２には、ステージ１２を冷却する冷却部１１０が形成されている。冷却部１１０はペルチエ素子で形成されている。制御部４０はペルチエ素子１００とステージ１２の温度を一致させるようにペルチエ素子１００と冷却部１１０に流す電流を制御する。

図６は、図５のソケット及びその近傍の拡大図である。ペルチエ素子１００は、金属１００ａと金属１００ｃに挟まれた素子部分１００ｂを有している。金属１００ｃにはヒートシンク１０２が取り付けられている。ペルチエ素子１００は、ペルチエ素子１００とヒートシンク１０２を貫通するねじ１０４によりソケット２４に固定されている。

本発明の実施の形態２に係る検査装置によれば、プローブ先端部３６とステージ１２を冷却できる。よって半導体装置を冷却して測定する際にもプローブ先端部３６と半導体装置の温度を略一致させることができる。

ペルチエ素子１００はねじ１０４でソケット２４に固定したが、この固定には例えば放熱性のよい接着剤やはんだを用いてもよい。冷却部１１０はペルチエ素子に限定されず、例えば冷却流体を用いてもよい。その他、実施の形態１と同程度の変形が可能である。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る検査装置の正面図である。実施の形態１との相違点を中心に説明する。２本のプローブがプローブ基板２０に接続されている。プローブ基板２０には開口２０ａが形成されている。この開口２０ａ中にハロゲンヒータ２００が設置されている。ハロゲンヒータ２００は近赤外線を照射するヒータである。ハロゲンヒータ２００への電力供給はケーブル２０１を介して行われる。

制御部４０は、プローブとステージ１２の温度を一致させるようにハロゲンヒータ２００と加熱部１４との発熱量を制御する。ここで、本発明の実施の形態３に係る検査装置の動作について説明する。まず、半導体装置をステージ１２にのせる。次いで、ハロゲンヒータ２００を用いてプローブ先端部３６に近赤外線を直接照射しプローブを加熱しつつ、加熱部１４でステージ１２を加熱し半導体装置を加熱する。そして、プローブ先端部３６の温度と半導体装置の温度を略一致させる。次いで、プローブ先端部３６を半導体装置に接触させ、所望の電気的測定を実施する。

本発明の実施の形態３では近赤外線でプローブを加熱するので、ハロゲンヒータ２００のフィラメント温度を高くして強いパワーでプローブを放射加熱できる。また、複数のプローブをまとめて加熱できる。ハロゲンヒータ２００は安価であるので検査装置を低価格で製造できる。

図８は、本発明の実施の形態３に係る検査装置の変形例を示す正面図である。ハロゲンヒータ２００の先端にハロゲンヒータ２００の照射範囲を狭める集光部２００ａを有している。同様に、ハロゲンヒータ２０２の先端にハロゲンヒータ２０２の照射範囲を狭める集光部２０２ａを有している。

ハロゲンヒータ２００とハロゲンヒータ２０２はそれぞれ別々のプローブに対して近赤外線を照射する。ハロゲンヒータ２００はプローブ２１０のプローブ先端部３６を局所加熱し、ハロゲンヒータ２０２はプローブ２１２のプローブ先端部３６を局所加熱する。集光部２００ａ、２０２ａを用いると照射光をプローブ先端部３６に集中させることができるので、効率よくプローブ先端部３６を加熱できる。

図９は、本発明の実施の形態３に係る検査装置の他の変形例を示す正面図である。プローブ基板２０には開口２０ｃが形成されている。ハロゲンヒータ２５０は、開口２０ｃの直上に設けられている。プローブ基板２０には複数のプローブ２５２、２５４が接続されている。この変形例の検査装置はハロゲンヒータ２５０で複数のプローブ２５２、２５４に対して一括して近赤外線を照射するものである。

ところで、図７、８に示すようにプローブに対して斜め方向から近赤外線を照射する場合、ハロゲンヒータから見て近くに位置するプローブと遠くに位置するプローブとで温度を一致させることができない。そこで、図９に示すように、開口２０ｃの直下に複数のプローブ２５２、２５４を設置して、開口２０ｃの直上のハロゲンヒータ２５０で複数のプローブ２５２、２５４を加熱すると複数のプローブ２５２、２５４の温度を略一致させることができる。なお、図９に示すハロゲンヒータ２５０の先端に集光部を付加してもよい。

本発明の実施の形態３に係る検査装置の特徴はプローブに近赤外線を直接照射しプローブを加熱することである。従って、例えばハロゲンヒータ以外の熱源を用いてもよい。また、プローブの形状は特に限定されない。その他、実施の形態１の変形と同程度の変形が可能である。

実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係る検査装置の正面図である。実施の形態１との相違点を中心に説明する。プローブの一部には、有機物又は高分子化合物で形成された熱吸収体３００が形成されている。熱吸収体３００は、例えばエポキシ樹脂やポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）で形成されるがこれらに限定されない。熱吸収体３００には２個のソケット２４ａ、２４ｂが接続されている。

プローブ基板２０の裏面には、遠赤外線を照射するセラミックヒータ３０２が取り付けられている。セラミックヒータ３０２は、熱吸収体３００に遠赤外線を直接照射できる位置に取り付けられている。制御部４０は、プローブとステージ１２の温度を一致させるようにセラミックヒータ３０２と加熱部１４の発熱量を制御する。

プローブ基板２０の上には、プローブ基板２０の熱を放出するための放熱体３１０、３１２が設置されている。放熱体３１０、３１２は熱伝導に優れたアルミニウムや銅のブロック体で形成されることが好ましい。また、放熱体３１０、３１２の表面にフィン構造を取り付けてもよい。さらに放熱体３１０、３１２周辺の空気を循環させるために放熱用のファンを設けてもよい。

プローブは金属製であるので遠赤外線により加熱させづらい。しかしながら、本発明の実施の形態４に係る検査装置によれば、遠赤外線の照射を受けた熱吸収体３００に熱振動が励起され熱吸収体３００を加熱することができる。熱吸収体３００を加熱することでプローブ先端部３６を加熱することができる。

プローブ基板２０の温度が変化すると、プローブ基板２０が膨張したり反ったりすることがある。プローブ基板２０の膨張や反りはプローブの位置を変えてしまう場合があるので、プローブ基板２０は温度変化させないことが好ましい。本発明の実施の形態４に係る検査装置ではプローブ基板２０に放熱体３１０、３１２を設けたのでプローブ基板２０の熱を空気中に逃がすことができる。よって、プローブ基板２０の膨張や反りを回避しつつプローブを加熱できる。

熱吸収体３００に２個のソケット２４ａ、２４ｂを接続したので、これらのソケット２４ａ、２４ｂを同時に加熱できる。なお、１つの熱吸収体に３つ以上のソケットを接続してもよいし、１つの熱吸収体に１つのソケットを接続してもよい。

セラミックヒータ３０２の先端にセラミックヒータ３０２の照射範囲を狭める集光部を形成してもよい。この場合、セラミックヒータ３０２で熱吸収体を局所加熱できる。なお、本発明の実施の形態４に係る検査装置は、少なくとも実施の形態１と同程度の変形が可能である。

実施の形態５．
図１１は、本発明の実施の形態５に係る検査装置の正面図である。実施の形態４との相違点を中心に説明する。プローブの先端には温度センサー３５０ａ、３５０ｂが取り付けられている。温度センサー３５０ａ、３５０ｂは、例えば熱電対や非接触の光学式温度センサーで形成されるがこれらに限定されない。

温度センサー３５０ａ、３５０ｂはプローブ先端部３６ａ、３６ｂの温度を検出して出力信号を伝送する。温度センサー３５０ａ、３５０ｂの出力信号は、プローブ基板２０の上に形成された温度制御部３５２で受信する。温度制御部３５２は、この信号を受けてプローブの温度が所望の温度になるようにセラミックヒータ３０２の発熱量を調整する。

本発明の実施の形態５に係る検査装置によれば、プローブ先端部３６ａ、３６ｂの温度を温度センサー３５０ａ、３５０ｂで正確に把握しその温度をセラミックヒータ３０２の制御に反映させるので、プローブ先端部３６ａ、３６ｂの温度を所望の値にすることができる。よって、プローブ先端部３６ａ、３６ｂの温度と半導体装置の温度を容易に一致させることができる。

実施の形態３−５に係る検査装置はプローブを赤外線で「直接加熱」することを特徴とする。この特徴を失わない範囲において様々な変形が可能である。また、ここまでの全ての実施の形態に係る検査装置の特徴を適宜に組み合わせてもよい。例えば、プローブ基板の上の放熱体３１０、３１２はここまでに説明したどの検査装置に設けてもよい。なお、本発明の実施の形態５に係る検査装置は、実施の形態４と同程度の変形は可能である。

１０ 検査装置、 １２ ステージ、 １４ 加熱部、 １６ ケーブル、 ２０ プローブ基板、 ２２ アーム、 ２４ ソケット、 ２６ 接続部、 ２８ 信号線、 ３０ 電熱線、 ３１ ケーブル、 ３２ プラグ、 ３４ 伸縮部、 ３６ プローブ先端部、 ４０ 制御部、 ５０ プローブピン、 １００ ペルチエ素子、 １０１ ケーブル、 １０２ ヒートシンク、 １１０ 冷却部、 ２００，２０２ ハロゲンヒータ、 ２００ａ，２０２ａ 集光部、 ３００ 熱吸収体、 ３０２ セラミックヒータ、 ３１０,３１２ 放熱体、 ３５０ａ，３５０ｂ 温度センサー、 ３５２ 温度制御部

Claims (8)

1. プローブ基板と、
   前記プローブ基板に接続され、一部に有機物又は高分子化合物で形成された熱吸収体を有し、前記熱吸収体以外の部分は金属で形成されたプローブと、
   前記熱吸収体に遠赤外線を直接照射し、前記プローブを加熱するヒータと、
   被測定物を搭載するステージと、
   前記ステージを加熱する加熱部と、を備えたことを特徴とする検査装置。
2. 前記ヒータはセラミックヒータであることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記ヒータの先端に前記ヒータの照射範囲を狭める集光部を有し、
   前記ヒータは前記熱吸収体を局所加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
4. 前記プローブと前記ステージの温度を一致させるように前記ヒータと前記加熱部の発熱量を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査装置。
5. 前記プローブに取り付けられた温度センサーと、
   前記温度センサーの出力信号を受信する温度制御部と、を備え、
   前記温度制御部は、前記プローブの温度が所望の温度になるように前記ヒータの発熱量を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査装置。
6. 前記プローブ基板の上に形成され、前記プローブ基板の熱を放出する放熱体を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の検査装置。
7. 前記プローブは、前記熱吸収体に固定された複数のプローブ先端部を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の検査装置。
8. プローブ基板と、
   前記プローブ基板に固定された複数のソケットと、
   前記複数のソケットに１つずつ巻きつけられた電熱線と、
   前記複数のソケットのそれぞれに対し１つずつ着脱可能に接続された複数のプローブ先端部と、
   被測定物を搭載するステージと、
   前記ステージを加熱する加熱部と、を備えたことを特徴とする検査装置。

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