CN106885979A - 半导体装置的评价装置以及评价方法 - Google Patents

Abstract

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。卡盘台(1)对半导体装置(2)进行固定。多个探针(3)固定于绝缘基板(5)。温度调整部(4)对多个探针(3)的温度进行调整。评价及控制部(10)经由多个探针(3)使电流流过半导体装置(2)而对半导体装置(2)的电气特性进行评价。在检查板(14)上表面或下表面设置有热致变色材料(15)。在将多个探针(3)的前端部按压于检查板(14)上表面的状态下由拍摄部(16)对热致变色材料(15)的颜色变化图像进行拍摄。由图像处理部(20)对该颜色变化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。

Description

半导体装置的评价装置以及评价方法

技术领域

本发明涉及一种半导体装置的评价装置以及评价方法,该半导体装置的评价装置以及评价方法能够容易地、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。

背景技术

在半导体晶片或者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，在通过真空吸附等而将被测定物的设置面与卡盘台的表面接触而固定后，使探针与在被测定物的非设置面的一部分设置的电极接触，该探针用于进行电气式的输入输出。在纵型构造的半导体装置的检查中，卡盘台成为电极，其中，该纵型构造的半导体装置在装置的纵向(面外方向)流过大电流。并且,迄今已实施了探针的多管脚化，响应了施加大电流及高电压的要求。

在对半导体装置的电气特性进行评价时，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了错位的情况下,有时没有对半导体装置施加所期望的电流或者电压。不仅如此,由于探针与除电极以外的部位的接触,有时还致使半导体装置破坏。

为了抑制探针的前端部的错位,期望探针的长度短。但是,为了抑制放电现象,存在延长探针的长度、将探针卡的主体部分和半导体装置的距离拉开的趋势。因此,变得容易发生探针的前端部的错位。

在上述状况下，作为探针位置测定方法，已知非接触式的方法。例如，存在由与探针相对地设置的照相机所实现的图像处理测量。但是，在对探针的前端部的位置进行测量时，由于存在背景、距离、各自的对焦、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，从低温至高温为止的宽温度范围的电气特性的评价变得必要。在将位于半导体装置侧的卡盘台设定为低温或者高温的情况下,如果与探针或者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者热收缩,与半导体装置接触的探针的前端部发生错位。并且存在下述问题,即,如果在存在温度差的状态下使探针接触半导体装置,则半导体装置的温度相对于所设定的温度发生变化,评价的精度下降。

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,将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)。另外,还公开了将测定针抵压于透明玻璃平板的状态下的检查(例如参照专利文献3)。

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,将配设了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4)。另外,还公开了下述内容,即,在卡盘退避时使卤素灯与探针基板相对而进行照射,对探针基板进行加热(例如参照专利文献5)。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6)。

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：日本特开平05－157790号公报

专利文献4：日本特开2012－47503号公报

专利文献5：日本特开2012－23120号公报

专利文献6：日本特开2002－196017号公报

但是,就专利文献1的探针检查而言,每当探针检查时,需要进行变形体的再生处理。另外,由于在转印后进行观察,因此检查需要时间。另外,还不能容易地附加于现有的评价装置。专利文献2的针迹转印部件虽然短时间即复原,但仍然需要再生处理。另外,由于在转印后进行观察,因此检查需要时间。就专利文献3的技术而言,由于照明、背景等的干扰,检查精度恶化。

另外,专利文献4～6中的任意者均未记载与半导体装置接触的探针的前端部的温度检测。由于由在各装置设置的温度传感器所进行的测量以探针基板的温度为对象，因此不清楚探针和半导体装置的温度差，在由温度差引起的评价精度的下降这一点上存在问题。

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、收缩视为问题。针对将探针设置于探针基板时的探针的初始位置不佳、温度可变时的错位，不能在即将进行半导体装置的评价之前进行确认。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种半导体装置的评价装置以及评价方法，该半导体装置的评价装置以及评价方法能够容易地、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。

本发明所涉及的半导体装置的评价装置的特征在于，具有：卡盘台，其对半导体装置进行固定；绝缘基板；多个探针，其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使电流流过所述半导体装置而对所述半导体装置的电气特性进行评价；以及探针位置及温度检查装置，其具有检查板、热致变色材料、拍摄部、以及图像处理部，其中，该热致变色材料设置于所述检查板的上表面或者下表面，该拍摄部在将所述多个探针的前端部按压于所述检查板的所述上表面的状态下对所述热致变色材料的颜色变化图像进行拍摄，该图像处理部对所述颜色变化图像进行图像处理而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，在将多个探针的前端部按压于检查板的上表面的状态下对热致变色材料的颜色变化图像进行拍摄，对该颜色变化图像进行图像处理而求出多个探针的前端部的面内位置及温度。由此，能够容易地、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。

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在探针接触时的结构概略图。

图3是用于对探针的动作进行说明的侧视图。

图4是表示对位于标准位置的16个探针进行了按压的情况下的颜色变化图像的图。

图5是表示对位置存在异常的探针进行了按压的情况下的颜色变化图像的图。

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热致变色材料，16拍摄部，20图像处理部，21保护部件，22送风机(冷却器)，24珀耳帖元件(冷却器)，25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以及评价方法进行说明。对相同或者相对应的结构要素标注同一标号，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进行固定的底座。对半导体装置2进行固定的方法例如是真空吸附，但不限于此，也可以是静电吸附等。

半导体装置2是形成了多个半导体芯片的半导体晶片或者半导体芯片本身等，此处是在装置的纵向(面外方向)流过大电流的纵型构造的半导体装置。但不限于此，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)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、以及配线(未图示)构成探针基体部7。探针基体部7通过移动臂8而能够向任意的方向进行移动。在这里，设为由一个移动臂8对探针基体部7进行保持的结构，但不限于此，也可以由多个移动臂稳定地进行保持。另外，也可以不使探针基体部7移动，而使卡盘台1及半导体装置2侧移动。

在对纵型构造的半导体装置2进行评价时，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例如如日本特开2013－229496号公报所公开的那样具有电热线及其控制部，该电热线卷绕于探针3或者对探针3进行设置的管套。但不限于此，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与评价及控制部10连接。评价及控制部10经由多个探针3使电流流过半导体装置2而对半导体装置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。期望绝缘基板5的连接部6和卡盘台1的连接部11的距离不论经由哪个探针3均大致一致，以使施加于各探针3的电流密度大致一致。因此，期望连接部6和连接部11隔着探针3配置于彼此相对的位置。

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在探针接触时的结构概略图。此外，省略对多个探针3进行固定的绝缘基板5等。

探针位置及温度检查装置13主要具有：检查板14；热致变色材料15，其设置于检查板14的下表面；拍摄部16；以及基体部17，其对它们进行支撑。

检查板14由具有导热性的材料构成。另外，由于每当进行检查时反复被探针3按压，因此为了避免破损而需要是具有强度的材料。例如，检查板14由具有几mm左右的厚度的金属材料的板构成。

热致变色材料15是示出下述性质的材料，即，颜色与通过加热或者冷却而产生的温度变化相应地变化。示出上述性质的色素称为热致变色色素，存在无机类的热致变色色素、二蒽酮类、螺恶嗪类、亚水杨基苯胺类等，但不限于此。热致变色材料15的形态存在多种，例如，既可以将贴纸状的热致变色材料粘贴于检查板14，也可以将喷雾状的热致变色材料喷涂至检查板14。

拍摄部16经由固定臂18而固定于基体部17，经由信号线19与图像处理部20连接。在被探针3的前端部按压的检查板14的上表面设置有保护部件21。保护部件21具有与探针3的前端部相比较低的硬度。保护部件21优选具有柔软性、容易更换的片材，例如PVC片，但不限于此。

拍摄部16是与热致变色材料15相对而配置，在将多个探针3的前端部按压于检查板14的上表面的状态下对热致变色材料15的颜色变化图像进行拍摄的照相机，例如是CCD照相机。在这里，如果将加热后的多个探针3的前端部按压于检查板14的上表面，则由于探针3的前端部的热量而使热致变色材料15发生颜色变化。

图像处理部20对拍摄到的颜色变化图像进行图像处理(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和热致变色材料15进行冷却的冷却器，将向检查板14和热致变色材料15进行送风的送风机22设置于基体部17的壁面。

图3是用于对探针的动作进行说明的侧视图。探针3具有：前端部3a，其与半导体装置2的表面电极机械接触且电接触；作为固定于绝缘基板5的基座的筒部3b；柱塞部3d，其包含压入部3c，该压入部3c借助于组装在探针内部的弹簧等弹簧部件而能够在接触时进行滑动；以及电连接部3e，其与柱塞部3d电连接，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、铼钨之类的金属材料制作。但不限于此，特别地，在前端部3a，从提高导电性、提高耐久性等角度出发，也可以覆盖其他部件，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21向Z轴下方下降，则首先如图3(b)所示，保护部件21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借助于弹簧部件而被压入筒部3b内，使与在检查板14的上表面设置的保护部件21的接触变可靠。

在这里，探针3内置有在Z轴方向上具备滑动性的弹簧部，但不限于此，也可以是在外部具有弹簧部。另外，从抑制放电的角度出发而设为弹簧式，但不限于此，也可以是悬臂式、层叠探针、或者线探针等。

图4是表示对位于标准位置的16个探针进行了按压的情况下的颜色变化图像的图。如果将通过加热而变得高温的探针3的前端部3a按压于检查板14，则仅该部位的温度上升，因此热致变色材料15的温度分布产生差异。因此，被探针3按压的部分发生颜色变化，作为探针热影像23而被拍摄到。图5是表示对位置存在异常的探针进行了按压的情况下的颜色变化图像的图。图5的左下的探针位置发生错误。在检测到探针位置的错误的情况下，从图像处理部20将警报发送至评价及控制部10，暂时中断此后的评价处理，实施探针3的检修。

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步骤进行说明。首先，以使半导体装置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。然后，使用在卡盘台1设置的加热装置使半导体装置2升温至评价温度。多个探针3也由温度调整部4进行加热而升温至评价温度。然后，使加热后的多个探针3移动至检查板14之上，通过与评价时相同的载荷而对检查板14的上表面进行按压。在该状态下，由拍摄部16对热致变色材料15的颜色变化图像进行拍摄。然后，由图像处理部20对颜色变化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。以上述方式，在半导体装置2的电气评价之前实施多个探针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者温度存在异常的情况下，不转移至电气特性的评价，而中断评价处理，进行探针3的检修。在无异常的情况下，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，由评价及控制部10经由多个探针3使电流流过半导体装置2而对半导体装置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，通过送风机22所进行的送风而对检查板14进行冷却。此外，探针位置及温度的检查是针对所评价的每个半导体装置，或者以所设定的规定的频率、例如在探针3的更换时实施的。

如以上说明所述，在本实施方式中，在将多个探针3的前端部按压于检查板14的上表面的状态下对热致变色材料15的图像进行拍摄，对该图像进行图像处理而求出多个探针的前端部的面内位置及温度。在这里，半导体装置2的评价是在将多个探针3按压于在半导体装置2的表面设置的表面电极的状态下进行的。因此，由于通过在将多个探针3的前端部按压于检查板14的上表面的状态下进行探针位置、温度的检查，从而能够在与对半导体装置2的电气特性进行评价时近似的状态下进行探针位置、温度的检查，所以能够掌握对半导体装置2进行评价的多个探针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，由于利用热致变色材料15的颜色变化，因此与直接对探针进行拍摄而进行的检测相比，能够高效地排除背景等干扰因素，容易提高检查精度。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，针对与半导体装置2直接接触的探针3的前端部的温度，也能够同时进行检查。其结果，能够容易地、且高精度地对多个探针3的前端部的面内位置及温度进行检查。并且，在检查后进行的半导体装置的评价的精度也提高。另外，就探针位置及温度检查装置13而言，能够单独进行使用，另一方面，由于容易附加于现有的评价装置，因此能够直接利用现有的半导体装置的评价装置。另外，能够使用通常的CCD照相机等作为拍摄部16，能够廉价地构成。

另外，热致变色材料15设置于检查板14的下表面。由此，由于能够对多个探针3的前端部按压于表面的状态实时地进行检查，因此能够进行高精度的检查。

另外，对于与升温后的探针3进行了接触的检查板14，即便在与探针3分离后，检查板14也不会马上恢复至常温。由于如果直接进行下一次检查，则产生由温度履历导致的误差，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，由送风机22对检查板14强制性地进行冷却。由此，下一次检查不会受到之前的检查的影响，能够维持精度。另外，通过预先对检查板14进行冷却，从而即使在不对探针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，不限于此，也可以将具有散热鳍片的铝制的部件(散热器)设置于检查板14而作为冷却器。该部件也可以是并不始终设置、仅在将探针3分离后使该部件进行接触的结构。送风机22及散热鳍片容易设置，且低成本。

另外，通过保护部件21，能够对每次检查时被探针3的前端部按压的检查板14的表面进行保护，并且还对探针3的前端部进行保护。在保护部件21发生了破损的情况下，仅更换保护部件21即可，不需要更换检查板14。

另外，由于检查板14由高强度的金属材料构成，因此即使反复被探针3按压，也难以破损，不需要更换，且低成本。另外，由于导热优异，因此即使将照相机设置于下表面，也能够以短时间进行测量。但不限于此，也可由陶瓷材料构成检查板14。如果是高强度的陶瓷材料，则即使反复被探针3按压，也难以破损，不需要更换，且低成本。通过选择导热优异的陶瓷，从而即使将照相机设置于下表面，也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、具有热各向异性的热各向异性材料构成检查板14。由于能够抑制检查板14的面内的热量的扩散，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“コンポロイド”(“株式会社サーモグラフィティクス”的产品)，但不限于此。

另外，通过由同一材料一体地构成检查板14和基体部17，从而能够削减成本，能够容易地设置于卡盘台1的侧面。在选择了金属材料作为材料的情况下，能够通过弯曲加工进行制作。

此外，图像处理部20以及探针位置及温度检查装置13由执行存储器所存储的程序的CPU、系统LSI等处理电路而实现。另外，也可以是，多个处理电路进行协作而执行上述功能。

另外，为了提高对热致变色材料15进行拍摄时的精度，优选设置将光照射至热致变色材料15的照明部。另外，为了防止拍摄时拍摄到干扰因素，优选在热致变色材料15的拍摄面设置防反射薄膜(film)或者防反射涂层(coat)。

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，但在检查板14的不与探针3接触的背面侧的两侧，作为对检查板14进行冷却的冷却器而设置有珀耳帖元件24。如果是珀耳帖元件，则能够小型化。

另外，热致变色材料15设置于检查板14的上表面，拍摄部16设置于绝缘基板5。由于被探针3遮挡而难以对探针3的前端部实施按压的状态进行测量，因此在使探针3分离后进行测量。虽然不能进行实时的检查，但通过将配线9、19汇集于绝缘基板5的附近，从而能够将装置整体紧凑化。

在进行加热后的探针3的检查的情况下，在检查后为了对检查板14进行冷却而使用珀耳帖元件24。另一方面，在进行不加热的、常温的探针3的检查的情况下，在检查前为了对检查板14进行冷却而使用珀耳帖元件24。如果常温的探针3接触至在检查前进行了冷却的检查板14及热致变色材料15，则接触部分的温度上升。热致变色材料15的表面的温度分布产生差异。在该情况下，探针3的前端部的温度不是问题，根据温度分布之差对位置进行检测。

根据本实施方式，能够与实施方式1同样地在对半导体装置进行评价前容易地、且高精度地对多个探针3的前端部的面内位置及温度进行检查。另外，不仅在对探针3进行加热或者冷却的情况下，即使是在常温下进行评价的情况，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24而在检查板14的两侧设置有对检查板14进行加热的加热装置25。通过在检查前预先对检查板14进行加热，从而同样地能够进行常温下的探针3的检查。

此外，珀耳帖元件24及加热装置25只要不妨碍由拍摄部16进行的颜色变化图像的获取，则设置于检查板14的表面和背面的任意者均可。它们的设置部位也不限于两侧，也可以以包围颜色变化图像的获取部分的方式设置。另外，通过增加所设置的个数，从而能够缩短加热或者冷却的时间。

Claims (15)

1.一种半导体装置的评价装置，其特征在于，具有：

卡盘台，其对半导体装置进行固定；

绝缘基板；

多个探针，其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使电流流过所述半导体装置而对所述半导体装置的电气特性进行评价；以及

探针位置及温度检查装置，其具有检查板、热致变色材料、拍摄部、以及图像处理部，其中，该热致变色材料设置于所述检查板的上表面或者下表面，该拍摄部在将所述多个探针的前端部按压于所述检查板的所述上表面的状态下对所述热致变色材料的颜色变化图像进行拍摄，该图像处理部对所述颜色变化图像进行图像处理而求出所述多个探针的所述前端部的面内位置及温度。

2.根据权利要求1所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，所述热致变色材料设置于所述检查板的所述下表面。

3.根据权利要求1所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，所述热致变色材料设置于所述检查板的所述上表面，

所述拍摄部设置于所述绝缘基板。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，

还具有照明部，该照明部将光照射至所述热致变色材料。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，

还具有防反射薄膜，该防反射薄膜设置于所述热致变色材料的拍摄面。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，

还具有防反射涂层，该防反射涂层设置于所述热致变色材料的拍摄面。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，

还具有保护部件，该保护部件设置于所述检查板的所述上表面，具有与所述多个探针的所述前端部相比较低的硬度。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，

还具有冷却器，该冷却器对所述检查板进行冷却。

9.根据权利要求8所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，

所述冷却器具有设置于所述检查板的珀耳帖元件。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，

还具有加热器，该加热器对所述检查板进行加热。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，

所述检查板由金属材料构成。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，

所述检查板由陶瓷材料构成。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置的评价装置，其特征在于，

所述检查板由热各向异性材料构成。

14.一种半导体装置的评价方法，其特征在于，具有下述工序，即：

由温度调整部对固定于绝缘基板的多个探针进行加热；

将加热后的所述多个探针的前端部按压于检查板的上表面，由拍摄部获取在所述检查板的所述上表面或者下表面设置的热致变色材料的颜色变化图像；

由图像处理部对所述颜色变化图像进行图像处理而求出所述多个探针的所述前端部的面内位置及温度；以及

在所述多个探针的所述前端部的面内位置或者温度无异常的情况下，使所述多个探针的所述前端部与固定于卡盘台的半导体装置的电极接触，由评价及控制部经由所述多个探针使电流流过所述半导体装置而对所述半导体装置的电气特性进行评价。

15.根据权利要求14所述的半导体装置的评价方法，其特征在于，

还具有下述工序，即，在使加热后的所述多个探针的前端部从所述检查板分离后，由冷却器对所述检查板进行冷却。