TWI474005B - An inspection device for a semiconductor element, and a clamp platform for use therebetween - Google Patents

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TWI474005B
TWI474005B TW101139915A TW101139915A TWI474005B TW I474005 B TWI474005 B TW I474005B TW 101139915 A TW101139915 A TW 101139915A TW 101139915 A TW101139915 A TW 101139915A TW I474005 B TWI474005 B TW I474005B
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Hikaru Masuta
Hideki Nei
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Nihon Micronics Kk
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Description

半導體元件之檢查裝置及使用於其之中的夾鉗平台
本發明，係有關於半導體元件之檢查裝置及使用於其之中的夾鉗平台，更詳細而言，係有關於在維持於晶圓狀態之下來對於在晶圓基板之兩面上具備有電極的半導體元件之電性特性作檢查之半導體元件之檢查裝置、和適用於此種檢查裝置中之夾鉗平台。
功率電晶體、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等之電力用半導體元件，或者是LED、半導體雷射等之半導體元件，係以使電流在晶片之上下而流動的方式來構成，並在晶圓基板之表背兩面處具備有電極。因此，為了在維持於晶圓狀態下來對於此種半導體元件之電性特性作檢查，係需要在晶圓之表背兩面處而使測定用探針作接觸，為了使測定用探針接觸於成為被檢查對象之半導體元件的正下方之背面處，係提案有各種之檢查裝置。
例如，在專利文獻1中，係揭示有一種檢查裝置，其係在保持晶圓之夾鉗平台內，配置多數之探針，並藉由將此些中之位置於被測定元件之背面正下方處的探針選擇性地對於測試器作連接，來對於在晶圓基板之兩面處具備有電極的半導體元件之電性特性作測定。
但是，在此專利文獻1所揭示之檢查裝置中，為了對於被形成在晶圓上之全部的半導體元件依序作檢查係有必 要相對於被配置在上部之探針而使夾鉗平台作移動，將被配置在夾鉗平台內之探針和測試器作連接之纜線的長度，係必然性地會有變長的傾向。若是將探針和測試器作連接之纜線的長度變長，則藉由纜線所構成之測定路徑的寄生電感係會變大，而有著會無法得到在接近於身為檢查對象之半導體元件的實力值之大電流測定或動特性試驗中所必要之過渡特性的缺點。因此，就算是通過了在晶圓狀態下之檢查的半導體元件，之後，也會有在經過了在接合、模製、燒機(burn-in)工程等之後所進行之最終的全功能(full-spec)檢查中才發現有特性不良的情況，在晶圓狀態下之檢查後所進行的各種工程係成為無謂的浪費，並導致製品成本之上升或廢棄物量之增加等的問題。
另一方面，在專利文獻2、3中，係揭示有一種檢查裝置，其係將半導體元件，載置在較半導體元件更大之導電性的基台上，而使表面電極用之探針與半導體元件之表面作接觸，同時，使背面電極用之探針與並未被載置有前述半導體元件之前述基台的露出部分作接觸。但是，在此些之專利文獻2、3中所揭示的檢查裝置，係為對於個別存在之半導體元件進行檢查者，而並非為將半導體元件在維持於晶圓之狀態下而進行檢查者，針對如何對於在表背兩面處具備有電極之半導體元件的特性在維持於晶圓之狀態下而以良好精確度來作測定一事，係並未有任何之揭示。
有鑑於上述之狀況，本申請人，係在專利文獻4中， 作為將半導體元件以維持於晶圓之狀態來作檢查的裝置，而提案有一種檢查裝置，其係在夾鉗平台之周邊部處，設置被與夾鉗平台之上面作了電性連接之彈簧銷(pogo-pin)，並藉由使此彈簧銷和被與設置在上部處之測試器作了連接之夾鉗導線板作接觸，來謀求晶圓基板之背面電極和測試器之間的電性路徑之縮短。此檢查裝置，係為使在維持於晶圓之狀態下而對於電力用半導體元件等之於基板之兩面處具備有電極的半導體元件之電性特性以良好精確度來作測定一事成為可能者，而為理想之構成，但是，若是存在有能夠以其他之構造來同樣的以良好精確度來進行測定之檢查裝置，則係更為理想。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平5-333098號公報
[專利文獻2]日本特開2007-40926號公報
[專利文獻3]日本特開2008-101944號公報
[專利文獻4]日本特開2011-138865號公報
本發明，係為有鑑於上述先前技術之狀況而進行者，並以提供一種使在維持於晶圓之狀態下而對於在晶圓基板之兩面處具備有電極的半導體元件之特性以良好精確度來 作測定一事成為可能並且構造為簡單之半導體元件之檢查裝置和使用於其中之夾鉗平台一事，作為課題。
本發明者們，係為了解決上述課題而反覆進行努力研究，其結果，係發現了：代替前述專利文獻5中所揭示之彈簧銷和夾鉗導線板，藉由對於夾鉗平台之形狀作苦心設計，係能夠以更為簡單之構造，來縮短測試器和探針間之電性路徑，並能夠在維持於晶圓之狀態下來對於在晶圓基板之兩面處具備有電極的半導體元件之電性特性而以良好之精確度來進行測定，而完成了本發明。
亦即是，本發明，係為藉由提供一種半導體裝置用之檢查裝置以及使用於其中之夾鉗平台，而解決了上述之課題，該檢查裝置，係具備有表面電極用探針以及背面電極用探針、和能夠對於前述表面電極用探針以及背面電極用探針而相對性的移動之夾鉗平台，該檢查裝置，其特徵為：在前述夾鉗平台之上面，將成為檢查對象之晶圓作保持的晶圓保持部、和包含有與被保持在前述晶圓保持部處之最大的晶圓同形狀且同大小之區域的導電性之探針接觸區域，係以不會使相互之區域重疊的方式而被作鄰接配置，在前述晶圓保持部處之與晶圓背面間的接觸部，係為導電性，前述探針接觸區域，係在前述晶圓保持部處而與前述接觸部作電性導通，以當使前述夾鉗平台移動並使前述表面電極用探針在檢查對象晶圓內而相對性地作了移動 時，前述背面電極用探針會在前述探針接觸區域內而相對性地作移動的方式，來將前述表面電極用探針和前述背面電極用探針在水平方向上相互隔開有距離地而作配置。
在本發明之檢查裝置中，將成為檢查對象之晶圓作保持的夾鉗平台，由於係除了保持晶圓之晶圓保持部以外，亦具備有如同上述一般之探針接觸區域，因此，就算是在對於晶圓上之各個的半導體元件依序進行檢查時而相對於表面電極用探針來使夾鉗平台移動，背面電極用探針亦能夠恆常地與探針接觸區域作接觸，而並沒有使背面電極用探針作移動之必要。因此，不僅是測試器與表面電極用探針之間的電性連接路徑，就連測試器和背面電極用探針之間的電性連接路徑，亦能夠恆常地維持於一定之最短長度，而能夠使在測定路徑中所發生之寄生電感成為最小，並得到在接近於半導體元件之實力值的大電流測定和動特性試驗中所必要的過渡特性。
又，在本發明之檢查裝置中，如同上述一般，由於係能夠使表面電極用探針和背面電極用探針之雙方從晶圓之上面側起來分別與晶圓上之半導體元件以及探針接觸區域之各個作接觸並進行電性特性檢查，因此，係能夠得到下述之優點：亦即是，檢查裝置之構造係變得簡單，各探針和半導體元件或者是探針接觸區域之間的接觸狀態之確認係變得容易，並且，探針之交換作業和包含有晶圓保持部之夾鉗平台的維修亦係變得容易。
進而，本發明之檢查裝置，作為其中一種理想形態， 前述表面電極用探針以及前述背面電極用探針，係分別具備有1或複數根之力線用探針和1或複數根之感測線用探針。如此這般，當本發明之檢查裝置為具備有1或複數根之力線用探針和感測線用探針的情況時，係成為能夠藉由四端子法來以良好精確度而對於半導體元件之電性特性作測定。另外，當然的，在本發明之檢查裝置中的表面電極用探針以及背面電極用探針，係亦可具備有除了力線用以及感測線用以外之其他的探針，例如，表面電極用探針，雖然亦依存於成為測定對象之半導體元件的種類，但是，除了力線用以及感測線用之探針以外，也可具備有閘極用探針或者是基極用探針。
本發明之檢查裝置，作為其中一種理想形態，係具備有：沿著將前述表面電極用探針和前述背面電極用探針作連結之直線而被與前述夾鉗平台之上面平行地作配置的力線用導電性構件。前述力線用導電性構件之前述表面電極用探針側的其中一端，係被連接於前述表面電極用探針中之前述1或複數根的力線用探針處，另外一端，係被連接於測試器處。當本發明之檢查裝置具備有此種力線用導電性構件的情況時，從測試器起而朝向表面電極用探針中之力線用探針的電流路徑，和從晶圓保持部處之導電性的接觸部起而朝向探針接觸區域之電流路徑，由於係成為相互平行且相逆向，因此，所產生之磁場係相互抵消，而能夠將所產生之電感更進一步降低。
雖然亦依存於前述力線用導電性構件之長度，但是， 藉由配置前述力線用導電性構件一事，係能夠將所產生的電感降低至並未作配置的情況時之約1/4程度。前述力線用導電性構件之形狀，只要是能夠將從晶圓保持部之導電性的接觸部起而朝向探針接觸區域之電流路徑所產生的磁場作抵消，則不論是何種形狀皆可，但是，例如係以使用板狀之導電性構件為理想。另外，前述力線用導電性構件之被連接於測試器處的端部，為了使成為相互平行且相逆向之電流路徑的長度更為增長，係以設為接近於背面電極用探針之位置為理想。
進而，本發明之檢查裝置，作為其中一種理想形態，前述夾鉗平台之上面，係藉由導電性之材料所構成，藉由導電性之材料所構成的前述夾鉗平台之上面之一部份，係構成前述晶圓保持部處之前述接觸部，前述夾鉗平台之上面之其他之一部份，係構成前述探針接觸區域。於此情況，由於在晶圓保持部處之導電性的接觸部和探針接觸區域，係經由夾鉗平台之上面而直接性地作電性導通，因此，係並不需要特別的導通手段，構造係成為簡單，故為理想。在其他之一種理想形態中，係亦可在導電性之夾鉗平台的上面更進而載置導電性薄片而構成前述探針接觸區域。於此情況，當由於與背面電極用探針之間之接觸等而導致探針接觸區域產生了污損的情況時，係只要對於導電性薄片作交換即可，而能夠得到可容易地進行夾鉗平台之維修的優點。
進而，本發明之檢查裝置，作為其中一種理想形態，前述夾鉗平台之上面，係被分割成從前述晶圓保持部起朝 向前述探針接觸區域而延伸之相互平行的複數之長條狀部分，前述複數之長條狀部分，係藉由被交互地作配置之導電性構件和絕緣性構件所構成，複數之前述導電性構件的上面之一部份，係構成前述晶圓保持部處之前述接觸部，複數之前述導電性構件的上面之其他之一部份，係構成前述探針接觸區域。當將夾鉗平台之上面，藉由被交互地作配置之導電性構件和絕緣性構件來構成的情況時，從晶圓之背面起而朝向背面電極用探針之電路徑，由於係被限定於沿著前述晶圓保持部和前述探針接觸區域之併設方向的長條狀之導電性部分處，因此，係能夠得到下述之優點：亦即是，所產生之寄生電感以及寄生電容係被更進一步降低，檢查時之過渡特性係提升，而成為能夠以高速來進行更為正確之檢查。
若依據本發明之半導體元件之檢查裝置以及本發明之夾鉗平台，則在對於晶圓上之各個的半導體元件而依序進行檢查時，由於就算是相對於表面電極用探針而使夾鉗平台作移動，也沒有必要使背面電極用探針作移動，因此，係能夠將測試器和表面電極用探針以及測試器和背面電極用探針之間的電性連接路徑的長度，恆常維持於一定之最短長度。藉由此，由於係能夠使在測定路徑中所發生之寄生電感成為最小，因此，係能夠在接近於半導體元件之實力值的大電流測定和動特性試驗中而得到必要之過渡特性，而能夠得到下述之優點：亦即是，係能夠以良好之精 確度來進行在晶圓狀態下之半導體元件的檢查。
又，由於係能夠使表面電極用探針和背面電極用探針之雙方從晶圓之上面側起來分別與晶圓上之半導體元件以及探針接觸區域之各個作接觸，因此，係能夠得到下述之優點：亦即是，檢查裝置之構造係變得簡單，各探針和半導體元件或者是探針接觸區域之間的接觸狀態之確認係變得容易，並且，探針之交換作業和包含有晶圓保持部之夾鉗平台的維修亦係變得容易。
進而，本發明之檢查裝置，當具備有沿著將表面電極用探針和背面電極用探針作連結之直線而被與前述夾鉗平台之上面平行地作配置的力線用導電性構件的情況時，從測試器起而朝向表面電極用探針中之力線用探針的電流路徑，和從晶圓保持部處之導電性的接觸部起而朝向探針接觸區域之電流路徑，由於係成為相互平行且相逆向，因此，所產生之磁場係相互抵消，所產生之電感係降低，而能夠得到下述之優點：亦即是，係能夠進行使過渡特性作了提升的精確度更為良好之測定。。
進而，當本發明之半導體元件之檢查裝置中的夾鉗平台之上面，係藉由被交互地作配置之導電性構件和絕緣性構件來構成的情況時，從晶圓之背面起而朝向背面電極用探針之電路徑，由於係被限定於長條狀之導電性部分處，因此，係能夠得到下述之優點：亦即是，所產生之寄生電感以及寄生電容係被更進一步降低，檢查時之過渡特性係提升，而成為能夠以高速來進行更為正確之檢查。
又，在本發明之半導體元件之檢查裝置中，由於係以使晶圓之背面與夾鉗平台之晶圓保持部的上面作了接觸的狀態，來將晶圓作保持，因此，係能夠得到下述之優點：亦即是，晶圓之加熱係為容易，並且，就算是薄的晶圓，也不會有由於自身重量或者是探針測試時之壓力而產生變形或破損之虞。
以下，作為本發明之檢查裝置所作為對象之半導體元件的其中一例，以身為電力用半導體元件之其中一者的IGBT為例，來使用圖面而對於本發明作說明，但是，當然的，本發明之檢查裝置的對象，係並不被限定於IGBT，又，本發明之檢查裝置，係並不被限定於圖示者。
圖1，係為對於本發明之半導體元件之檢查裝置的其中一例作展示之正面部分剖面圖，圖2，係為其之平面圖。在圖1、圖2中，1係為本發明之半導體元件之檢查裝置，2係為夾鉗平台，3係為將夾鉗平台2載置、保持於其上之絕緣板，4係為絕熱板。在絕緣板3和絕熱板4之間，係中介***有後述之加熱器。5係為使夾鉗平台2與絕緣板3以及絕熱板4一同地朝向XYZ以及θ 方向移動之XYZ-θ 平台，6係為將表面電極用探針作保持之操作器，7係為將背面電極用探針作保持之操作器，8係為測試器。表面電極用探針以及背面電極用探針，係能夠分別藉由操作器6以及7來朝向XYZ方向而於微小範圍內移 動。
W係為成為檢查對象之晶圓，9係為收容晶圓W之晶圓匣，10係為從晶圓匣9而將晶圓W取出並載置在夾鉗平台2上之後述的晶圓保持部處、並且將結束了檢查之晶圓W從晶圓保持部而搬出至外部處之晶圓搬送裝置。關於晶圓搬送裝置10之搬送晶圓W的機構，只要是能夠搬送晶圓W，則係並不作特別的限定，例如，係可合適使用白努利方式之晶圓搬送裝置等。
11係為檢查裝置1之上部基底板，在上部基底板11處，係設置有長圓形之孔12。操作器6、7，係被安裝在上部基底板11處之長圓形之孔12的緣部近旁處，並藉由以單端支持方式而伸長之腕、和從該腕之前端部起而通過長圓形之孔12並朝向下方突出之保持部，來將後述之表面電極用探針以及背面電極用探針保持在較上部基底板11而更下方之位置處。另外，後述之表面電極用探針以及背面電極用探針，係能夠分別藉由操作器6以及7來朝向XYZ方向移動。13，係為力線用導電性構件，14A 、14B 係為導電性纜線，後述之表面電極用探針，係經由力線用導電性構件13以及導電性纜線14A 來與測試器8作連接，背面電極用探針，係經由導電性纜線14B 來與測試器8作連接。另外，檢查裝置1，係除了上述構件以外，亦具備有對位用之未圖示的顯微鏡或攝像裝置。
圖3，係為僅將夾鉗平台2和其之周邊部取出並作展示的擴大正面圖。在圖3中，15係為被中介***於絕緣板 3和絕熱板4之間的加熱器，並接收從未圖示之電力源而來的電力之供給，來將夾鉗平台2和被載置於夾鉗平台2之晶圓保持部上的晶圓W加熱。在晶圓保持部處，係被安裝有未圖示之溫度感測器，藉由根據從該溫度感測器而來之訊號而對於供給至加熱器15處之電力作增減，係能夠將夾鉗平台2和被載置在晶圓保持部上之晶圓W加熱至特定之溫度。
圖4，係為圖3之平面圖。如圖中所示一般，在夾鉗平台2之上面，以α來作表示之晶圓保持部、和以β來作表示之探針接觸區域，係以不會使相互之區域相重疊的方式而被作鄰接配置。在晶圓保持部α處，例如，係設置有被與負壓源作了連接的吸引溝等之未圖示的適宜之吸引機構，藉由此，晶圓保持部α，係在使其之上面與晶圓W之背面作了接觸的狀態下，而將晶圓W作吸引、保持。
關於晶圓保持部α之大小，係並未作特別限制，只要是能夠將預定藉由檢查裝置1來作檢查之最大的晶圓W作保持之大小即可。又，晶圓保持部α之形狀，由於成為檢查對象之晶圓W通常係為圓形，因此，係配合於晶圓W之形狀，而通常係為圓形，但是，只要是能夠將晶圓W作保持，則係並非一定被限定於圓形，而亦可為橢圓形或長圓形、多角形狀。
在本例之檢查裝置1中，夾鉗平台2係藉由作了防鏽電鍍處理之銅等的導電性材料所構成，夾鉗平台2之上面的一部份之區域，由於係構成晶圓保持部α，因此，晶圓 保持部α之上面亦係為導電性。故而，若是將晶圓W載置於晶圓保持部α上，則晶圓保持部α之導電性的上面係成為與晶圓W之背面作接觸，在此晶圓保持部α處之與晶圓W之背面作接觸的部分，係成為導電性之接觸部。
另一方面，探針接觸區域β，係為後述之背面電極用探針所作接觸的區域，並在夾鉗平台2之上面，而與晶圓保持部α相鄰接地被作設置，夾鉗平台2之上面的一部份，係構成探針接觸區域β。在本例之檢查裝置1中，如同前述一般，由於夾鉗平台2係藉由作了防鏽電鍍處理之銅等的導電性材料所構成，因此，探針接觸區域β係為導電性，並經由夾鉗平台2上之晶圓保持部α以及探針接觸區域β以外的部分，來與晶圓保持部α處之前述接觸部作電性導通。
探針接觸區域β之大小，係選擇為包含有與被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓W相同形狀且相同大小之區域的大小。在本例中，由於被保持於晶圓保持部α上之晶圓W係為圓形，並且係想定為其之直徑就算是最大也不會超過晶圓保持部α之直徑，因此，探針接觸區域β，係設定為與晶圓保持部α相同半徑之圓形的區域。但是，探針接觸區域β之形狀，係並不被限定於圓形，只要是包含有與所想定之最大的晶圓W相同形狀且相同大小之區域，則亦可為橢圓、長圓、多角形等之各種的形狀。又，探針接觸區域β之大小，係只要包含有與被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓W相同形狀且相同大小之區域即 可，在極端的情況時，係亦可為與被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓W相同形狀且相同大小，但是，從餘裕度上來看，係以將較被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓W而更大之面積的區域作為探針接觸區域β來作設定為理想。
又，在本例中，夾鉗平台2之導電性的上面自身，係構成晶圓保持部α和探針接觸區域β之雙方，但是，亦可在夾鉗平台2之上面，載置將與被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓W相同形狀且相同大小之區域作覆蓋的導電性薄片，並將該導電性薄片之上面作為探針接觸區域β。如此這般，在將導電性薄片設為探針接觸區域β的情況時，當探針接觸區域β由於與背面電極用探針作多數次之接觸而受到損傷的情況時，係僅需要將導電性薄片作交換即可，而能夠降低維修之麻煩和費用。
另外，如圖中所示一般，由於夾鉗平台2係位於XYZ-θ 平台5上，並且在夾鉗平台2之上面，係被形成有晶圓保持部α以及探針接觸區域β，因此，若是使XYZ-θ 平台5動作並使夾鉗平台2移動，則當然的，晶圓保持部α和探針接觸區域β係成為一體地而朝向相同方向移動。
圖5，係為對於表面電極用探針以及背面電極用探針和夾鉗平台2之間的關係作展示之正面圖，圖6係為其之平面圖。為了方便，係僅將在說明中所需要之構件作抽出圖示。在圖5、圖6中，PA 係為表面電極用探針，PB 係為 背面電極用探針，W係為被保持在晶圓保持部α上之檢查對象晶圓。表面電極用探針PA 和背面電極用探針PB ，係分別具備有未圖示之複數根的力線用探針和複數根的感測線用探針。力線用探針之數量，雖係亦可為1根，但是，在電力用半導體元件之檢查中，由於係需要流動大電流，因此，較理想，力線用探針係存在有複數根。同樣的雖然感測線用探針之數量亦可僅為1根，但是，若是存在有複數根，則由於係能夠進行導通檢查，因此係為理想。另外，表面電極用探針PA ，雖然亦依存於成為檢查對象之半導體元件的種類，但是，通常，係除了前述力線用探針和感測線用探針之外，亦具備有未圖示之閘極用探針或基極用探針。
表面電極用探針PA 和背面電極用探針PB ，係在水平方向上相互隔開有距離D地而被作配置，當夾鉗平台2藉由XYZ-θ 平台5而作了上升時，表面電極用探針PA 係與被保持在晶圓保持部α上之晶圓W作接觸，背面電極用探針PB 係被配置在與探針接觸區域β相接觸之位置處。又，力線用導電性構件13，係沿著將表面電極用探針PA 和背面電極用探針PB 作連結之直線而被與夾鉗平台2之上面平行地作配置。於本例之情況，力線用導電性構件13，係為具有剛性之板狀的導電性構件，其之表面電極用探針PA 側的其中一端，係與表面電極用探針PA 所具有之複數根的力線用探針作電性連接，另外一端，係經由導電性纜線14A 而被與測試器8作連接。另外，背面電極用探 針PB ，係經由導電性纜線14B 而被與測試器8作連接。
圖6中所示之L，係為晶圓保持部α和探針接觸區域β之中心間的距離，在本例中，距離D係設定為成為與距離L略相同。如此這般，由於距離D係被設定為與距離L略相同，又，探針接觸區域β係成為包含有與被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓W相同形狀且相同大小之區域的大小，因此，若是藉由XYZ-θ 平台5來使夾鉗平台2移動，並使表面電極用探針PA 在被保持在晶圓保持部α上之檢查對象晶圓W內作相對性移動，則背面電極用探針PB 係在探針接觸區域β內作相對性移動。
圖7，係為對於表面電極用探針PA 和背面電極用探針PB 之移動的模樣作展示之平面圖，作為被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓，係對於將與晶圓保持部α相同半徑之圓形的晶圓W在晶圓保持部α上作載置保持的情況作展示。如圖7之(a)~(d)中所示一般，若是使夾鉗平台2朝向圖中左右上下移動，而使表面電極用探針PA 在被保持在晶圓保持部α上之晶圓W內作相對性移動，則對應於該移動，背面電極用探針PB ，係一面保持與表面電極用探針PA 之間的距離D，一面在探針接觸區域β內作相對性移動。
如此這般，若依據本發明之檢查裝置1，則就算是在為了對於被形成於晶圓W上之多數的半導體元件依序作檢查，而藉由XYZ-θ 平台5來使夾鉗平台2作移動的情況時，當表面電極用探針PA 與成為檢查對象之半導體元 件的表面電極作接觸時，背面電極用探針PB ，係與和成為檢查對象之半導體元件的背面電極作電性導通之探針接觸區域β作接觸，並對於半導體元件供給必要之電性訊號，而能夠在維持於晶圓之狀態下來對於其之電性特性作檢查。又，就算是在對於晶圓W上之半導體元件依序作檢查的情況時，亦由於不需要使表面電極用探針PA 和背面電極用探針PB 作移動，因此，測試器8和表面電極用探針PA 以及背面電極用探針PB 之間的位置關係係不會改變。因此，若依據本發明之檢查裝置1，則就算是在維持於晶圓之狀態下來進行半導體元件之檢查的情況時，亦由於能夠將測試器8與表面電極用探針PA 之間的電性連接路徑以及測試器8和背面電極用探針PB 之間的電性連接路徑之長度，恆常地維持於一定之最短長度，因此，係能夠得到下述之優點：亦即是，係能夠使在測定路徑中所發生之寄生電感成為最小，並得到在接近於半導體元件之實力值的大電流測定和動特性試驗中所必要的過渡特性。
圖8，係為對於在力線用導電性構件13以及夾鉗平台2內所流動的電流之模樣作展示的概略圖，圖9，係為對於所產生之磁場的模樣作展示之概略圖。在檢查時，係形成有下述一般之電路：亦即是，係從測試器8而經由導電性纜線14A 、力線用導電性構件13、表面電極用探針PA 之力線用探針，而通過晶圓W上之半導體元件，再進而經由晶圓保持部α之導電性之接觸部、夾鉗平台2、探針接觸區域β、背面電極用探針PB 、導電性纜線14B ，而朝 向測試器8，在力線用導電性構件13內，係流動有圖中之以Ii所示之電流，而，在夾鉗平台2內，係流動有圖中之以Io所示之電流。此時，力線用導電性構件13，由於係沿著將表面電極用探針PA 和背面電極用探針PB 作連結之直線而被與夾鉗平台2之上面平行地作配置，因此，藉由電流Ii所產生之磁場和藉由電流Io所產生之磁場，係如同圖9中所示一般，其方向係成為相反，而相互被抵消。故而，係能夠將在表面電極用探針PA 和背面電極用探針PB 間之電流路徑中的實效電感降低，而成為能夠進行過渡特性更加良好且精確度更高之測定。
另外，力線用導電性構件13，只要是能夠沿著將表面電極用探針PA 和背面電極用探針PB 作連結之直線而與夾鉗平台2之上面平行地作配置者，則係並不被限定於具有剛性之板狀的導電性構件，亦可為剖面圓形之線狀構件。但是，由於電流Io所流動之夾鉗平台2係為板狀，因此，為了在其與夾鉗平台2之間形成使作為介電質之空氣作了中介存在的並列耦合構造，力線用導電性構件13，較理想，係設為具備有較力線用導電性構件13和夾鉗平台2之間的間隙之大小而更廣之寬幅的板狀構件。
圖10，係為對於表面電極用探針PA 之部分作擴大展示的部分剖面圖。在圖10中，16係為探針塊，17係為塊蓋，探針塊16係藉由導電性材料所構成，並藉由與力線用導電性構件13作結合，而與力線用導電性構件13作電性連接。18係為力線用探針，力線用探針18，係藉由被 ***固定在形成於探針塊16處之安裝用孔中，來安裝在探針塊16上，並藉由與前述安裝用孔之內周相接觸，而與探針塊16以及力線用導電性構件13作電性導通。另一方面，19係為感測線用探針，感測線用探針19，亦係藉由被***固定在形成於探針塊16處之安裝用孔中，來安裝在探針塊16上，但是，在感測線用探針19和前述安裝用孔之內周之間，係中介存在有絕緣構件20，感測線用探針19與探針塊16以及力線用導電性構件13係被作電性絕緣。
力線用探針18之前端部18T 以及感測線用探針19之前端部19T ，係藉由被配置在各探針內之未圖示的彈性手段而被朝向下方作推壓，當對於前端部18T 以及19T 而施加有朝向上方之外力的情況時，係能夠因應於該外力之大小而適宜地朝向上方移動。21係為將感測線用探針19和測試器8作連接之導電性纜線。
22係為被設置於探針塊16處之冷卻室，23係為冷卻空氣導入口，24係為冷卻空氣噴出口。冷卻空氣導入口23，係被與未圖示之適宜的冷卻空氣源作連接，從冷卻空氣源而經由冷卻空氣導入口23所導入至冷卻室22內之冷卻空氣，係透過探針塊16而將力線用探針18以及感測線用探針19乃至於後述之閘極用探針作冷卻，並且從冷卻空氣噴出口24來將位置在表面電極用探針PA 之下方處的身為檢查對象之半導體元件作冷卻。如此這般，本例之表面電極用探針PA ，由於係具備有各探針以及半導體元件之 冷卻手段，因此，就算是當在半導體元件處流動有大的測定電流的情況時，亦能夠防止半導體元件和探針之過度的溫度上升，而能夠更加安定地進行正確的測定。另外，冷卻媒體係並不被限定於空氣，當然的，亦可將氮氣或其他之適宜的氣體作為冷卻媒體來使用。
圖11，係為對於將塊蓋17作了卸下的狀態之表面電極用探針PA 的部分作擴大展示的平面圖，圖12，係為僅將圖11中之探針的部分取出並作展示的平面圖。25係為閘極用探針，閘極用探針25和探針塊16之間，亦係被中介***有絕緣構件20，閘極用探針25，係被與探針塊16以及力線用導電性構件13作電性絕緣。另外，閘極用探針25，係經由未圖示之連接纜線而被與測試器8作連接。
如圖11以及圖12中所示一般，各探針係被配置在棋盤之各格子位置處，除了與2根的感測線用探針19和1根的閘極用探針25相鄰接之棋盤的格子位置以外，係被配置有合計14根的力線用探針18。另外，圖11以及圖12中所示之各探針的配置和數量，係僅為其中一例，力線用探針18、感測線用探針19以及閘極用探針25之配置和數量，係並不被限定於圖示者。
以上，雖係為針對表面電極用探針PA 之說明，但是，背面電極用探針PB 之構造，除了並不具備閘極用探針25，並且在力線用探針18以及感測線用探針19之大小或配置上有些許之相異以外，基本上係與表面電極用探針PA 相同。
圖13，係為對於夾鉗平台2之另外一例作展示的平面圖，圖14，係為其之側面圖，圖15，係為正面圖，圖16，係為圖13之部分擴大圖。如圖中所示一般，本例之夾鉗平台2，係被分割成從晶圓保持部α起而朝向探針接觸區域β延伸並且相互平行之複數的長條狀部分，此些之複數之長條狀部分，係由被交互地作了配置的導電性構件26和絕緣性構件27所構成(在圖16中，為了易於理解，係對於絕緣性構件27附加有下影線)。導電性構件26之高度，係較中介存在於其之間的絕緣性構件27更高，藉由複數之導電性構件26的上面，而構成夾鉗平台2之上面。並且，藉由複數之導電性構件26之上面所構成的夾鉗平台2之上面的一部份，係形成在晶圓保持部α中而與晶圓W之背面作接觸的導電性之接觸部，另外一部份，係形成探針接觸區域β。另外，在導電性構件26之間，由於係必定存在有絕緣性構件27，因此，相鄰接之導電性構件26之間係被相互作絕緣，在晶圓保持部α處之與晶圓W之背面相接觸的導電性之接觸部和探針接觸區域β，係成為藉由分別相互地被作了絕緣的直線狀之導電性構件26而作電性導通。
在本例中之夾鉗平台2，係如圖14以及圖15中所示一般，具備有將板狀且為薄之導電性構件26和同樣板狀且為薄並且較導電性構件26而更小上一圈之絕緣性構件27交互作了層積的構造，此種構造，係可藉由將上述一般之導電性構件26和絕緣性構件27交互地定位並作層積， 再相互作接著或熔著而一體化，來製造之。但是，將導電性構件26和絕緣性構件27交互平行地作配置之夾鉗平台2的構造，係並不被限定於圖示者，例如，係亦可在絕緣性之板狀構件的表面上，藉由接著、熔著、蒸鍍、電鍍等之適宜的方法，來將複數之長條狀的導電性構件26相互空出有間隔地而作平行配置，並藉由此來形成將導電性構件26和絕緣性構件27交互地作了平行配置之夾鉗平台2，或者是，亦可準備在表面上具備有複數之直線狀的凹部之絕緣性的板狀構件，並在其之凹部中嵌入導電性構件26，藉由此來形成將導電性構件26和絕緣性構件27交互地作了平行配置之夾鉗平台2。
圖17，係為對於當使用圖13中所示之夾鉗平台2的情況時，被形成在晶圓W之背面電極和背面電極用探針PB 之間的電性導通路徑作展示之平面圖。在圖17中，28係為成為檢查對象之半導體元件，29係為在背面電極用探針PB 處的力線用探針，30係為在背面電極用探針PB 處的感測線用探針。
在夾鉗平台2處之複數的導電性構件26之方向，係為從晶圓保持部α而朝向探針接觸區域β之方向，此方向由於係與將表面電極用探針PA 和背面電極用探針PB 作連結之直線略一致，因此，若是表面電極用探針PA 和成為檢查對象之半導體元件28的表面電極作接觸，則位置於該半導體元件28之正下方處的晶圓W之背面電極和在背面電極用探針PB 處之力線用探針29以及感測線用探針 30，係成為同樣的與複數之導電性構件26作接觸。亦即是，在位置於半導體元件28正下方處之晶圓W的背面電極和背面電極用探針PB 處之力線用探針29以及感測線用探針30之間，係成為被形成有藉由從晶圓保持部α而朝向探針接觸區域β之長條狀的導電性構件26所構成的直線性之電性導通路徑。如此這般，當使用如圖13中所示一般之夾鉗平台2的情況時，從晶圓W之背面起而朝向背面電極用探針PB 之電性導通路徑，由於係被限定於長條狀之導電性構件26的部分處，因此，係能夠得到下述之優點：亦即是，所產生之寄生電感以及寄生電容係被更進一步降低，檢查時之過渡特性係提升，而成為能夠以高速來進行更為正確之檢查。
又，複數之導電性構件26由於係相互被絕緣，因此，只要力線用探針29和感測線用探針30不要與同一之導電性構件26相接觸，則將晶圓W之背面和在背面電極用探針PB 處之力線用探針29或者是感測線用探針30作連結的電性導通路徑便會被相互絕緣，而能夠得到下述之優點：亦即是，就算是正在使用共通之探針接觸區域β，係能夠從晶圓W之背面電極來經由相異之電性導通路徑而將力線用以及感測線用之電性訊號傳導至測試器8處。另外，為了使力線用探針29和感測線用探針30不會與同一之導電性構件26相接觸，例如，係只要將力線用探針29和感測線用探針30之與導電性構件26相正交的方向之間隔，設為較導電性構件26之寬幅以及絕緣性構件27之 寬幅而更大即可。
[產業上之利用可能性]
如同以上所說明一般，若依據本發明之半導體元件之檢查裝置及使用於其中之夾鉗平台，則在對於電力用半導體元件等之在晶圓之表背兩面處具備有電極之半導體元件而維持於晶圓狀態來進行的檢查中，由於係能夠得到在接近於該半導體元件之實力值的大電流測定或動特性試驗中所必要的過渡特性，因此，係能夠以良好精確度來進行在晶圓狀態下之半導體元件的檢查。因此，若依據本發明，則由於係能夠排除像是在最終之全功能檢查中才初次在半導體元件中發現到特性不良一般的問題，因此，係能夠有效的防止起因於無謂之工程所導致的製品成本之上升或廢棄物量之增加，其之產業上的利用可能性係極為廣大。
1‧‧‧檢查裝置
2‧‧‧夾鉗平台
3‧‧‧絕緣板
4‧‧‧絕熱板
5‧‧‧XYZ-θ平台
6、7‧‧‧操作器
8‧‧‧測試器
9‧‧‧晶圓匣
10‧‧‧晶圓搬送裝置
11‧‧‧上部基底板
12‧‧‧長圓形之孔
13‧‧‧力線用導電性構件
14A 、14B 、21‧‧‧導電性纜線
15‧‧‧加熱器
16‧‧‧探針塊
17‧‧‧塊體蓋
18、29‧‧‧力線用探針
19、30‧‧‧感測線用探針
20‧‧‧絕緣構件
22‧‧‧冷卻室
23‧‧‧冷卻空氣導入口
24‧‧‧冷卻空氣噴出口
25‧‧‧閘極用探針
26‧‧‧導電性構件
27‧‧‧絕緣性構件
28‧‧‧半導體元件
α‧‧‧晶圓保持部
β‧‧‧探針接觸區域
W‧‧‧晶圓
[圖1]對於本發明之半導體元件之檢查裝置的其中一例作展示之正面部分剖面圖。
[圖2]對於本發明之半導體元件之檢查裝置的其中一例作展示之平面圖。
[圖3]僅將夾鉗平台和其之周邊部取出並作展示的擴大正面圖。
[圖4]圖3之平面圖。
[圖5]對於表面電極用探針以及背面電極用探針和夾 鉗平台之間的關係作展示之正面圖。
[圖6]圖5之平面圖。
[圖7]對於表面電極用探針和背面電極用探針之移動的模樣作展示之平面圖。
[圖8]對於在力線用導電性構件以及夾鉗平台內所流動的電流之模樣作展示的概略圖。
[圖9]對於產生之磁場的模樣作展示之概略圖。
[圖10]對於表面電極用探針之部分作擴大展示的部分剖面圖。
[圖11]對於表面電極用探針之部分作擴大展示的平面圖。
[圖12]將圖11之一部份取出並作展示的平面圖。
[圖13]對於夾鉗平台之其他一例作展示的平面圖。
[圖14]對於夾鉗平台之其他一例作展示的側面圖。
[圖15]對於夾鉗平台之其他一例作展示的正面圖。
[圖16]圖13之部分擴大圖。
[圖17]對於被形成在晶圓之背面電極和背面電極用探針之間的電性導通路徑作展示之平面圖。
1‧‧‧檢查裝置
2‧‧‧夾鉗平台
3‧‧‧絕緣板
4‧‧‧絕熱板
5‧‧‧XYZ-θ平台
6、7‧‧‧操作器
8‧‧‧測試器
9‧‧‧晶圓匣
10‧‧‧晶圓搬送裝置
11‧‧‧上部基底板
12‧‧‧長圓形之孔
13‧‧‧力線用導電性構件
14A 、14B ‧‧‧導電性纜線
W‧‧‧晶圓

Claims (9)

  1. 一種半導體元件用之檢查裝置，係具備有表面電極用探針以及背面電極用探針、和能夠對於前述表面電極用探針以及背面電極用探針而相對性的移動之夾鉗平台，該檢查裝置，其特徵為：在前述夾鉗平台之上面，將成為檢查對象之晶圓作保持的晶圓保持部、和包含有與被保持在前述晶圓保持部處之最大的晶圓同形狀且同大小之區域的導電性之探針接觸區域，係以不會使相互之區域重疊的方式而被作鄰接配置，在前述晶圓保持部處之與晶圓背面間的接觸部，係為導電性，前述探針接觸區域，係在前述晶圓保持部處而與前述接觸部作電性導通，以當使前述夾鉗平台移動並使前述表面電極用探針在檢查對象晶圓內而相對性地作了移動時，前述背面電極用探針會在前述探針接觸區域內而相對性地作移動的方式，來將前述表面電極用探針和前述背面電極用探針在水平方向上相互隔開有距離地而作配置。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之半導體元件之檢查裝置，其中，前述表面電極用探針以及前述背面電極用探針，係分別具備有1或複數根之力線用探針和1或複數根之感測線用探針。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載之半導體元件之檢查裝置，其中，係具備有：沿著將前述表面電極用探針和前述背面電極用探針作連結之直線而被與前述夾鉗平台之上面平行地作配置的力線用導電性構件，前述力線用導電性 構件之前述表面電極用探針側的其中一端，係被連接於前述表面電極用探針中之前述1或複數根的力線用探針處，另外一端，係被連接於測試器處。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之半導體元件之檢查裝置，其中，前述力線用導電性構件，係為板狀之導電性構件。
  5. 如申請專利範圍第1~4項中之任一項所記載之半導體元件之檢查裝置，其中，前述夾鉗平台之上面，係藉由導電性之材料所構成，藉由導電性之材料所構成的前述夾鉗平台之上面之一部份，係構成前述晶圓保持部處之前述接觸部，前述夾鉗平台之上面之其他之一部份，係構成前述探針接觸區域。
  6. 如申請專利範圍第1~4項中之任一項所記載之半導體元件之檢查裝置，其中，前述夾鉗平台之上面，係藉由導電性之材料所構成，藉由導電性之材料所構成的前述夾鉗平台之上面之一部份，係構成前述晶圓保持部處之前述接觸部，被載置於前述夾鉗平台之上面之其他之一部份之上的導電性薄片，係形成前述探針接觸區域。
  7. 如申請專利範圍第1~4項中之任一項所記載之半導體元件之檢查裝置，其中，前述夾鉗平台之上面，係被分割成從前述晶圓保持部起朝向前述探針接觸區域之相互平行的複數之長條狀部分，前述複數之長條狀部分，係藉由被交互地作配置之導電性構件和絕緣性構件所構成，複數之前述導電性構件的上面之一部份，係構成前述晶圓保 持部處之前述接觸部，複數之前述導電性構件的上面之其他之一部份，係構成前述探針接觸區域。
  8. 一種夾鉗平台，其特徵為：係於該夾鉗平台之上面，而將保持成為檢查對象之晶圓的晶圓保持部、和包含有與被保持在前述晶圓保持部處之最大的晶圓同形狀且同大小之區域的導電性之探針接觸區域，以不會使相互之區域重疊的方式而作併設，在前述晶圓保持部處之與晶圓背面間的接觸部，係為導電性，前述探針接觸區域，係與前述晶圓保持部處之前述接觸部作電性導通。
  9. 如申請專利範圍第8項所記載之夾鉗平台，其中，前述夾鉗平台之上面，係被分割成從前述晶圓保持部起朝向前述探針接觸區域而延伸之相互平行的複數之長條狀部分，前述複數之長條狀部分，係藉由被交互地作配置之導電性構件和絕緣性構件所構成，複數之前述導電性構件的上面之一部份，係構成前述晶圓保持部處之前述接觸部，複數之前述導電性構件的上面之其他之一部份，係構成前述探針接觸區域。
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