半导体装置的评价装置及评价方法与流程

本发明涉及能够容易且高精度地对多个探针的前端部的面内位置及温度进行检查的半导体装置的评价装置及评价方法。

背景技术：

在半导体晶片或从半导体晶片进行单片化后的芯片的状态下，对作为被测定物的半导体装置的电气特性进行评价。此时，在通过真空吸附等使被测定物的设置面与卡盘台的表面接触而固定后，使用于进行电气式的输入输出的探针与在被测定物的非设置面的一部分设置的电极接触。关于大电流在装置的纵向(面外方向)流动的纵向型构造的半导体装置，在该半导体装置的检查时，卡盘台成为电极。而且，以往实施探针的多针化，满足了施加大电流及高电压的要求。

在评价半导体装置的电气特性时，使多个探针高精度地与在半导体装置的表面设置的电极接触是重要的。在与电极接触的探针的前端部发生位置偏移的情况下，有时并未向半导体装置施加所期望的电流或电压。不仅如此，由于探针向电极以外部位的接触，有可能导致半导体装置被破坏。

为了抑制探针的前端部的位置偏移，优选探针的长度短。但是，存在下述趋势，即，为了抑制放电现象而将探针的长度延长，将探针卡的主体部分和半导体装置的距离拉开。因此，容易发生探针的前端部的位置偏移。

在如上所述的状况下，作为探针位置测定方法，已知非接触式的方法。例如，存在通过与探针相向而设置的照相机实施的图像处理测量。但是，在探针的前端部的位置测量时，由于存在背景、距离、各处的对焦、附着物的影响等多个干扰因素，因此高精度的测定是困难的。

另外，近年来，由于半导体装置的使用环境的多样化，必须从低温至高温为止进行宽温度范围的电气特性的评价。在将位于半导体装置侧的卡盘台设定为低温或高温的情况下，如果与探针或探针卡侧之间存在温度差，则存在下述问题，即，由于探针卡侧的热膨胀或热收缩，在与半导体装置接触的探针的前端部发生位置偏移。并且，如果在存在温度差的情况下将探针与半导体装置接触，则半导体装置的温度从所设定的温度发生变化，存在评价的精度降低这样的问题。

作为探针位置的检查方法，公开了下述内容，即：在使探针与变形体接触后使探针分离而对探针痕迹的位置、大小进行观察(例如，参照专利文献1)；以及针迹转印部件的针迹的消除(例如，参照专利文献2)。作为半导体装置的温度可变时的评价方法，公开了下述内容，即，将配置有电阻体的加热片设置于探针卡，对探针基板进行加热(例如，参照专利文献3)。另外，还公开了下述内容，即，在卡盘的退避时使卤素灯与探针基板相向而进行照射，对探针基板进行加热(例如，参照专利文献4)。还公开了下述内容，即，通过在构成探针卡的印刷基板之上设置的陶瓷加热装置，对探针基板进行加热(例如，参照专利文献5)。

专利文献1：日本特开2001－189353号公报

专利文献2：日本特开2009－198407号公报

专利文献3：日本特开2012－47503号公报

专利文献4：日本特开2012－23120号公报

专利文献5：日本特开2002－196017号公报

但是，关于专利文献1的探针检查，在每次探针检查时需要变形体的重制处理。另外，由于是转印后的观察，因此检查需要时间。另外，不容易附加至现有的评价装置。关于专利文献2的针迹转印部件，虽然以短时间进行恢复，但依然需要重制处理。另外，由于是转印后的观察，因此检查需要时间。

另外，在任何专利文献中均没有关于与半导体装置接触的探针的前端部的温度检测的记载。通过在各装置设置的温度传感器实施的测量以探针基板的温度作为对象，因此不清楚探针和半导体装置的温度差，存在由于温度差而引起评价精度降低的问题。

另外，关于与半导体装置接触的探针的前端部的面内位置，仅将探针基板的膨胀、收缩视作问题。关于在将探针设置于探针基板时的探针的初始位置不良、温度可变时的位置偏移，无法在即将评价半导体装置时进行确认。

技术实现要素：

本发明就是为了解决上述的课题而提出的，其目的在于，得到能够容易且高精度地对多个探针的前端部的面内位置及温度进行检查的半导体装置的评价装置及评价方法。

本发明所涉及的半导体装置的评价装置的特征在于，具备：卡盘台，其将半导体装置固定；绝缘基板；多个探针，它们固定于所述绝缘基板；温度调整部，其对所述多个探针的温度进行调整；评价及控制部，其经由所述多个探针而使电流流过所述半导体装置，对所述半导体装置的电气特性进行评价；检查板，其具有彼此相向的表面及背面；热图像测量部，其取得被所述多个探针的前端部按压于所述表面后的所述检查板的热图像；以及热图像处理部，其对所述热图像进行图像处理，求出所述多个探针的所述前端部的面内位置及温度。

发明的效果

在本发明中，取得被多个探针的前端部进行了按压的检查板的热图像，对该热图像进行图像处理而对多个探针的前端部的面内位置及温度进行检查。由此，能够容易且高精度地检查多个探针的前端部的面内位置及温度。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的评价装置的概略图。

图2是本发明的实施方式1所涉及的探针位置及温度检查装置的探针接触时的结构概略图。

图3是用于说明探针的动作的侧视图。

图4是表示使处于正规位置的16根探针进行按压后的检查板的热图像的图。

图5是表示使位置存在异常的探针进行按压后的检查板的热图像的图。

图6是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的评价装置的概略图。

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的检查基板的仰视图。

图8是表示本发明的实施方式2所涉及的检查基板的变形例的仰视图。

标号的说明

1卡盘台，2半导体装置，3探针，4温度调整部，5绝缘基板，10评价及控制部，14检查板，15热图像测量部，16基体部，19热图像处理部，20保护部件，21送风机(冷却器)，23珀耳帖元件(冷却器)，24加热装置(加热器)

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施方式所涉及的半导体装置的评价装置及评价方法进行说明。对相同或相对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的评价装置的概略图。卡盘台1对作为评价对象的半导体装置2进行固定。卡盘台1是与半导体装置2的设置面(背面)接触而对半导体装置2进行固定的基座。对半导体装置2进行固定的手段例如是真空吸附，但并不限定于此，也可以是静电吸附等。

半导体装置2是形成有多个半导体芯片的半导体晶片或半导体芯片本身等，在这里，是大电流在装置的纵向(面外方向)流动的纵向型构造的半导体装置。但是，并不限定于此，半导体装置2也可以是在半导体装置的一个面进行输入输出的横向型构造的半导体装置。

多个探针3及温度调整部4固定于绝缘基板5。多个探针3及温度调整部4通过在绝缘基板5之上设置的金属板等配线(未图示)而与连接部6连接。由多个探针3、温度调整部4、绝缘基板5、连接部6及配线(未图示)构成探针基体部7。探针基体部7能够通过移动臂8向任意的方向移动。在这里，设为通过一个移动臂8对探针基体部7进行保持的结构，但并不限定于此，也可以通过多个移动臂稳定地进行保持。另外，不限定于使探针基体部7移动，也可以使卡盘台1及半导体装置2侧移动。

在评价纵向型构造的半导体装置2时，多个探针3与在半导体装置2的表面设置的表面电极电连接，卡盘台1与在半导体装置2的背面设置的背面电极电连接。

温度调整部4对多个探针3的温度进行调整。温度调整部4例如像日本特开2013－229496号公报公开的那样，具有在探针3或设置探针3的管套处卷绕的电热线、和其控制部。但是，并不限定于此，温度调整部4也可以是其他结构。

绝缘基板5的连接部6经由信号线9而与评价及控制部10连接。卡盘台1的表面经由在卡盘台1的侧面设置的连接部11及信号线12而与评价及控制部10连接。评价及控制部10经由多个探针3而使电流流过半导体装置2，对半导体装置2的电气特性进行评价。

此外，设想到施加大电流(例如大于或等于5a)而设置有多个评价用探针3。为了使施加于各探针3的电流密度大致一致，优选绝缘基板5的连接部6和卡盘台1的连接部11之间的距离无论经由哪个探针3均大致一致。因此，优选连接部6和连接部11配置在隔着探针3而彼此相向的位置。

图2是本发明的实施方式1所涉及的探针位置及温度检查装置的探针接触时的结构概略图。探针位置及温度检查装置13主要具有检查板14、热图像测量部15和对它们进行支撑的基体部16。

检查板14由具有导热性的材料构成。另外，由于在每次检查时重复使探针3进行按压，因此为了避免损坏，需要是具有强度的材料。例如，检查板14由几mm左右的金属材料的板构成。

热图像测量部15经由固定臂17而固定于基体部16，经由信号线18而与热图像处理部19连接。在探针3的前端部所按压的检查板14的表面设置有保护部件20。保护部件20具有比探针3的前端部低的硬度。保护部件20优选是具有柔软性的容易更换的片材，例如是pvc片，但并不限定于此。

热图像测量部15是取得被多个探针3的前端部按压于表面后的检查板14的热图像的照相机，是热像仪。即，经由检查板14而间接地取得多个探针3的前端部的热图像。此时，通过利用红外线，从而能够排除由于可见光而形成的干扰因素，因此容易提高检查精度。

热图像处理部19对热图像进行图像处理(图像识别)而求出多个探针3的前端部的面内位置及温度。作为对检查板14进行冷却的冷却器，朝向检查板14送风的送风机21设置于基体部16的壁面。

图3是用于说明探针的动作的侧视图。探针3具有：前端部3a，其与半导体装置2的表面电极机械且电接触；作为基座的筒部3b，其固定于绝缘基板5；柱塞部3d，其包含压入部3c，该压入部3c经由组装于内部的弹簧等弹性部件而能够在接触时滑动；以及电连接部3e，其与柱塞部3d电连接而成为向外部的输出端。探针3由具有导电性的材料，例如铜、钨、钨铼合金这样的金属材料制作。但是，并不限定于此，特别是从提高导电性、提高耐久性等角度出发，也可以在前端部3a包覆有其他的部件，例如金、钯、钽、铂等。

如果从图3(a)的初始状态起使探针3朝向在检查板14的上表面设置的保护部件20向z轴下方下降，则首先如图3(b)所示，保护部件20和前端部3a接触。如果进一步下降，则如图3(c)所示，压入部3c经由弹性部件而被压入至筒部3b内，使与在检查板14的上表面设置的保护部件20的接触变得可靠。

在这里，探针3内置沿z轴方向具备滑动性的弹性部，但并不限定于此，也可以在外部具备弹性部。另外，从抑制放电的角度出发而设为弹簧式，但并不限定于此，也可以是悬臂式、层叠探针、或线探针等。

图4是表示使处于正规位置的16根探针进行按压后的检查板的热图像的图。如果将通过加热而成为高温的探针3的前端部3a按压在检查板14，则仅该部位的温度上升，因此检查板14的表面的温度分布产生温度差。因此，将探针3所按压的部分作为探针热影像22而拍摄。图5是表示使位置存在异常的探针进行按压后的检查板的热图像的图。图5的左下的探针位置发生了问题。在检测出探针位置的问题的情况下，从热图像处理部19向评价及控制部10发送警报，之后的评价处理暂时中断，实施探针3的检查。

下面，对本实施方式所涉及的半导体装置的评价装置的动作顺序进行说明。首先，以半导体装置2的设置面与卡盘台1接触的方式将半导体装置2固定于卡盘台1。接下来，使用在卡盘台1设置的加热装置将半导体装置2升温至评价温度。多个探针3也被温度调整部4进行加热而升温至评价温度。接下来，使加热后的多个探针3移动至检查板14之上，以与评价时相同的载荷按压于检查板14的表面。在该状态下，通过热图像测量部15取得检查板14的热图像。接下来，通过热图像处理部19对热图像进行图像处理而求出多个探针3的前端部的面内位置及温度。这样，在半导体装置2的电气评价前实施多个探针3的前端部的位置及温度的检查。

在多个探针3的前端部的面内位置或温度具有异常的情况下，不转入至电气特性的评价，将评价处理中断，进行探针3的检查。在没有异常的情况下，使多个探针3移动至半导体装置2之上，使多个探针3的前端部与半导体装置2的电极接触，通过评价及控制部10经由多个探针3而使电流流过半导体装置2，对半导体装置2的电气特性进行评价。

在对探针位置及温度进行检查，使加热后的多个探针3的前端部从检查板14分离后，通过由送风机21进行的送风而将检查板14冷却。此外，探针位置及温度的检查是针对每个进行评价的半导体装置、或以所决定的固定频度实施的。

如以上说明所述，在本实施方式中，取得被多个探针3的前端部进行按压后的检查板14的热图像，对其热图像进行图像处理而对多个探针3的前端部的面内位置及温度进行检查。在这里，半导体装置2的评价是以使多个探针3按压于在半导体装置2的表面设置的表面电极的状态进行的。因此，通过在多个探针3的前端部按压于检查板14的表面的状态下进行探针位置及温度的检查，从而能够在与半导体装置2的电气特性的评价时近似的状态下进行探针位置及温度的检查，因此能够掌握半导体装置2的评价时的多个探针3的前端部的位置。另外，不关注多个探针3的前端部的高度波动。另外，由于不利用探针痕迹，因此不需要变形体、针迹转印部件，能够抑制干扰因素而进行检查。另外，关于探针3的前端部的温度也能够同时进行检查。其结果，能够容易且高精度地检查多个探针3的前端部的面内位置及温度。并且，在检查后进行的半导体装置的评价的精度也会提高。另外，探针位置及温度检查装置13能够单独地使用，但由于容易附加至现有的评价装置，因此能够直接利用现有的半导体装置的评价装置。

另外，热图像测量部15设置在检查板14的背面侧。由此，能够实时地对多个探针3的前端部按压于表面的状态进行检查，因此能够进行高精度的检查。

另外，与升温后的探针3进行了接触的检查板14即使在使探针3分离后也不会立即恢复为常温。如果直接进行下一个检查，则由于温度经历而产生误差，因此检查精度恶化。因此，在进行检查，使加热后的探针3分离后，通过送风机21强制性地将检查板14冷却。由此，下一个检查不受前一个检查的影响，能够维持精度。另外，通过预先将检查板14冷却，从而在不对探针3进行加热的常温测定中，也能够进行探针位置的检查。此外，并不限定于此，作为冷却器，也可以将具备散热鳍片的铝制的部件(散热器)设置于检查板14。该部件也可以是并非始终设置，仅在使探针3分离后进行接触的结构。送风机21及散热鳍片容易设置，成本低。

另外，通过保护部件20，能够对在每次检查时探针3的前端部所按压的检查板14的表面进行保护，并且也对探针3的前端部进行保护。在保护部件20发生损坏的情况下，仅更换保护部件20即可，无需更换检查板14。

另外，检查板14由高强度的金属材料构成，因此即使与探针3重复地接触也难以损坏，不需要更换，成本低。另外，导热优异，因此能够以短时间进行测量。但是，并不限定于此，也可以由陶瓷材料构成检查板14。如果是高强度的陶瓷材料，则即使与探针3重复地接触也难以损坏，不需要更换，成本低。通过选择导热优异的陶瓷，从而能够以短时间进行测量。

另外，也可以由将导热的方向规定为z方向的具有热各向异性的热各向异性材料构成检查板14。能够抑制检查板14的面内的热扩散，因此能够实现探针3的前端部的位置测量的高精度化。作为热各向异性材料，例如，存在comporoid(“株式会社サーモグラフィティクス”的产品)，但并不限定于此。

另外，通过同一材料一体地构成检查板14和基体部16，由此能够削减成本，能够容易地设置于卡盘台1的侧面。在作为材料而选择了金属材料的情况下，能够通过弯折加工进行制作。

此外，热图像处理部19、探针位置及温度检查装置13是由执行在存储器中存储的程序的cpu、系统lsi等处理电路而实现的。另外，多个处理电路也可以协同工作而执行上述功能。

实施方式2.

图6是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的评价装置的概略图。图7是表示本发明的实施方式2所涉及的检查基板的仰视图。

检查板14是与实施方式1相同的部件，但作为将检查板14冷却的冷却器，在检查板14的两边设置有珀耳帖元件23。如果是珀耳帖元件，则能够小型化。

另外，热图像测量部15设置于绝缘基板5。对探针3的前端部按压于表面的状态进行测量的动作会被探针3遮挡、难以实施，因此在探针3分离后进行测量。虽然不能够实时地进行检查，但能够通过将配线9、18汇总在绝缘基板5的附近，从而将装置整体紧凑化。

在进行加热后的探针3的检查的情况下，在检查后为了将检查板14冷却而使用珀耳帖元件23。另一方面，在进行不加热的常温的探针3的检查的情况下，在检查前为了将检查板14冷却而使用珀耳帖元件23。在检查前，如果常温的探针3与冷却后的检查板14接触，则接触部分的温度上升，检查板14的表面的温度分布产生温度差。在该情况下，探针3的前端部的温度不会成为问题，根据温度分布的温度差对位置进行检测。

根据本实施方式，与实施方式1同样地，能够在半导体装置的评价前容易且高精度地检查多个探针3的前端部的面内位置及温度。另外，不仅是在对探针3进行加热或冷却的情况下，在以常温进行评价的情况下，也能够得到同样的效果。

图8是表示本发明的实施方式2所涉及的检查基板的变形例的仰视图。取代珀耳帖元件23，在检查板14的两边设置有对检查板14进行加热的加热装置24。在检查前预先对检查板14进行加热，由此同样地能够进行常温下的探针3的检查。

此外，珀耳帖元件23及加热装置24只要不对热图像测量部15取得热图像进行遮挡，能够设置于检查板14的表面和背面的任意者。它们的设置部位也不限于两边，也可以设置为将热图像的取得部分包围。另外，通过将设置的个数增加，从而能够将加热或冷却的时间缩短。