CN107615025A - 屏蔽板以及测定装置 - Google Patents

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Abstract

屏蔽板是半导体器件的温度的非接触测定所涉及的屏蔽板，具备能够调整温度的基材，位于基材的一侧的黑体面的热放射量大于位于黑体面的相反侧的反射面的热放射量，黑体面是放出红外线的黑体面。

Description

屏蔽板以及测定装置
技术领域
本发明的一个方式涉及用于测定对象的温度测定的屏蔽板以及测定装置。
背景技术
一直以来，作为非接触地测定半导体器件等测定对象的表面温度的方法，已知有例如专利文献1所记载的方法。在专利文献1所记载的方法中，使用辅助热源(面黑体)将热线照射于测定对象的放射率不同的2个地方，并用红外照相机检测测定对象所产生的热线和在测定对象上被反射的从辅助热源产生的热线重叠了的热线。通过改变辅助热源的温度来检测上述热线，从而能够非接触且高精度地测定放射率未知的测定对象的表面温度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2012-127678号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在此，在专利文献1中，从辅助热源照射至测定对象的热线和测定对象所产生的热线不能够被配置于同轴上。即，与测定对象所产生的热线的路径分开，存在从辅助热源照射到测定对象的热线的路径。在这样的结构中，为了从辅助热源将热线照射至测定对象而有必要将辅助热源设置于与连结测定对象和红外照相机的路径不同的位置。由此，专利文献1的方法仅能够适用于测定具有某种程度大小的测定对象的装置，不能够适用于半导体器件检查装置等的使用微光学系统的装置。
本发明的一个方式是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于，在微光学系统的装置中能够非接触且高精度地测定测定对象的表面温度。
解决问题的技术手段
本发明的一个方式所涉及的屏蔽板是用于测定对象的温度的非接触测定的屏蔽板，具备能够调整温度的基材，位于基材的一侧的第1面的热放射量大于位于第1面的相反侧的第2面的热放射量，第1面是放射红外线的黑体面。
在该屏蔽板中，热放射量在第1面和第2面上不同，第1面的热放射量大于第2面的热放射量，第1面为放射红外线(热线)的黑体面。因此，例如在半导体器件检查装置等微光学系统中，在以与测定对象相对的方式配置黑体面即第1面的情况下，第1面作为辅助热源进行作用，并从第1面相对于测定对象放射红外线。另外，在作为辅助热源进行作用的第1面与测定对象相对而配置的情况下，在上述的半导体器件检查装置等中，屏蔽板被配置于测定对象与对红外线进行导光的物镜(导光光学系统)之间。在此情况下，能够用摄像部(红外照相机(红外线检测器))检测对应于从第1面被放射的红外线而在测定对象上被反射的红外线与测定对象自身所发出的红外线重叠了的红外线。另外，因为在屏蔽板上具备能够调整温度的基材，所以能够一边改变辅助热源即第1面的温度一边用摄像部检测上述重叠了的红外线。由此，能够非接触且高精度地测定放射率未知的测定对象的表面温度。
在此，在屏蔽板被配置于测定对象与捕捉红外线的摄像部之间的结构中，从辅助热源即第1面照射到测定对象的红外线和测定对象所产生的红外线被配置于同轴上。由此，辅助热源不会被设置于与连结测定对象和摄像部的路径不同的位置。因此，在半导体器件检测装置等微光学系统中也能够非接触地测定测定对象的表面温度。根据以上所述，根据该屏蔽板，在微光学系统的装置中，能够非接触且高精度地测定测定对象的表面温度。
另外，也可以是基材具有基板层、将第1面作为外表面的第1层、以在与第1层之间夹持基板层的方式被设置的将第2面作为外表面的第2层，第1层的热放射量大于第2层的热放射量。这样，通过基材被作为三层结构并且第1层的热放射量被控制成大于第2层的热放射量，从而能够容易地使第1面的热放射量与第2面的热放射量不同。
另外，也可以是基材具有将第2面作为外表面的基板层、以重叠于基板层的方式被设置的将第1面作为外表面的第1层，第1层的热放射量大于基板层的热放射量。通过第1层的热放射量被控制成大于基板层的热放射量，从而能够容易地使第1面的热放射量与第2面的热放射量不同。另外，通过基材被作为基板层和第1层的双层结构从而屏蔽板的制作变得容易。
另外，也可以是基材具有将第1面作为外表面的基板层、以重叠于基板层的方式被设置的将第2面作为外表面的第2层，第2层的热放射量小于基板层的热放射量。通过第2层的热放射量被控制成小于基板层的热放射量，从而能够容易地使第1面的热放射量与第2面的热放射量不同。另外，通过基材被作为基板层和第2层的双层结构从而屏蔽板的制作变得容易。
另外，第1面也可以通过被黑化处理来形成。通过由黑化处理来形成第1面从而屏蔽板的制作变得更加容易并且能够减少部件个数。
另外，基材也可以具有基板层、将第2面作为外表面的第2层、被配置于基板层与第2层之间并且防止热从基板层向第2层传递的隔热层。通过将隔热层设置于基板层与第2层之间从而能够使第2面的温度稳定化。
另外，第2面也可以是反射红外线的反射面。由此，能够抑制从第2面被放射的红外线的量。再有，第1面的放射率也可以高于第2面的放射率。另外，第1面的温度也可以高于第2面的温度。物质的热放射量与该物质的放射率与该物质的温度之积成比例。因此，通过将第1面的放射率控制成高于第2面的放射率或者将第1面的温度控制成高于第2面的温度，从而能够将第1面的热放射量控制成大于第2面的热放射量。
本发明的一个方式所涉及的测定装置是进行测定对象的温度的非接触测定的测定装置，与测定对象相对而配置。测定装置具备：导光光学系统，对来自测定对象的红外线进行导光；摄像部，与导光光学系统光学耦合，对来自测定对象的红外线进行摄像，并输出热图像数据；上述的屏蔽板，被配置于测定对象与导光光学系统之间；温度控制部，控制屏蔽板的基材的温度。
在该测定装置中，在屏蔽板的第1面和第2面上热放射量不同。第1面的热放射量大于第2面的热放射量，第1面被作为放射红外线的黑体面。于是，该屏蔽板的第1面与测定对象相对。因此，例如从信号输入部相对于测定对象输入测定用信号，测定对象驱动的状态下，第1面作为辅助热源进行作用并从第1面相对于测定对象照射红外线，在测定对象上被反射的红外线与测定对象所产生的红外线重叠了的红外线被摄像部摄像。屏蔽板的基材由温度控制部来进行温度调整。因此，能够一边变更辅助热源即第1面的温度一边用摄像部对上述重叠了的红外线进行摄像。由此，能够非接触且高精度地测定放射率未知的测定对象的表面温度。另外，因为屏蔽板的第1面与测定对象相对，所以从辅助热源即第1面照射到测定对象的红外线和测定对象所产生的红外线被配置于同轴上。由此，辅助热源不会被设置于与连结测定对象和摄像部的路径不同的位置。因此，在微光学系统的装置即本发明的一个方式的测定装置中，能够非接触且高精度地测定测定对象的表面温度。
另外，也可以进一步具备根据从摄像部输出的热图像数据求得测定对象的温度的运算部。再有，也可以是温度控制部以屏蔽板的基材的温度至少成为第1温度以及与第1温度不同的第2温度的方式进行控制，运算部根据所述第1温度时的热图像数据以及第2温度时的热图像数据求得测定对象的温度。再有，摄像部也可以具有红外线检测器。
发明的效果
根据该屏蔽板以及测定装置，在微光学系统的装置中能够非接触且高精度地测定测定对象的表面温度。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的第1实施方式所涉及的测定装置的结构的图。
图2是图1的测定装置中的屏蔽板的俯视图。
图3是沿着图2(a)的III-III线的截面图。
图4是变形例所涉及的屏蔽板的仰视图。
图5是变形例所涉及的屏蔽板的仰视图。
图6是变形例所涉及的屏蔽板的仰视图。
图7是变形例所涉及的屏蔽板的截面图。
图8是示意性地表示本发明的第2实施方式所涉及的测定装置的结构的图。
图9是图8的测定装置的俯视图。
图10是变形例所涉及的屏蔽板的截面图、以及示意性地表示使用了变形例所涉及的屏蔽板的测定装置的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。还有，在各个附图中，将相同符号标注于相同或者相当部分，并省略重复的说明。
[第1实施方式]
如图1所示，本实施方式所涉及的测定装置1是非接触地测定被检查装置(DUT：Device Under Test)(测定对象)即半导体器件D的温度的微光学系统的装置(System)。更加详细来说，测定装置1在半导体器件D的放射率不明的状态下，通过进行发热观察从而非接触地测定半导体器件D的温度。
作为半导体器件D，存在具有晶体管等的PN结的集成电路(例如小规模集成电路(SSI：Small Scale Integration)、中规模集成电路(MSI：Medium Scale Integration)、大规模集成电路(LSI：Large Scale Integration)、超大规模集成电路(VLSI：Very LargeScale Integration)、超超大规模集成电路(ULSI：Ultra Large Scale Integration)、千兆规模集成电路(GSI：Giga Scale Integration))、大电流用/高压用MOS晶体管、双极晶体管以及功率用半导体元件(功率器件)等。半导体器件D例如被载置于试样台(没有图示)。还有，作为测定对象并不限定于半导体器件，能够将太阳能电池板等的太阳能电池模块等各种器件作为测定对象。
测定装置1具备作为半导体器件D的温度测定所涉及的功能构成的测试单元11(信号输入部)、物镜12(导光光学系统)、红外照相机13(摄像部、红外线检测器)、计算机14(运算部)、屏蔽板20、温度控制器28(温度控制部)。
测试单元11通过电缆而被电连接于半导体器件D，并作为将测定用信号施加于半导体器件D的信号输入部来发挥功能。测试单元11由电源(没有图示)来进行工作，重复施加作为测定用信号的驱动半导体器件D的信号或时钟信号等。测试单元11既可以是施加调制电流信号的单元，也可以是施加CW(continuous wave(连续波))电流信号的单元。测试单元11通过电缆而被电连接于计算机14，将从计算机14被指定的信号施加于半导体器件D。还有，测试单元11也可以不一定被电连接于计算机14。在测试单元11不被电连接于计算机14的情况下，由单体决定信号并将该信号施加于半导体器件D。
屏蔽板20是用于半导体器件D的温度的非接触测定的构件。屏蔽板20被配置于半导体器件D与物镜12之间，更加详细来说，以其中心屏蔽部21z位于物镜12的光轴OA上的方式被设置。屏蔽板20具备对应于由温度控制器28进行的控制而能够调整温度的基材21。作为基材21也可以使用热传导率高且具有作为黑体或者反射材料的特性的构件。另外，基材21也可以具有流体在内部进行流动的结构或电热丝等，例如基材21也可以在内部具备热管(heat pipe)或橡胶加热器(rubber heater)等。
如图3所示，基材21被作为层叠有基板层23、黑体层24(第1层)、反射层22(第2层)的三层结构。基板层23对应于由温度控制器28进行的控制来传导热。基板23以被夹持于黑体层24以及反射层22之间的方式被设置。因此，基板层23和黑体层24、以及、基板层23和反射层22分别被热性连接。作为基板层23能够使用能够实现均匀温度的热传导率高的构件例如铜(铜板或铜层)。另外，基板层23也可以具有流体在内部进行流动的结构或电热丝，例如基材21也可以在内部具备热管或橡胶加热器等。
黑体层24是与接触于基板层23的面相反侧的面(外表面)被作为黑体面21b(第1面)的第1层。该黑体面21b为基材21上的层叠方向一侧的面。黑体面21b与半导体器件D相对。黑体层24被施以例如Raydent(注册商标)处理等，与反射层22相比，放射率高且反射率低，即，成为热放射量大的状态。由此，黑体面21b的至少一部分相对于红外线为黑体状态。被作为黑体状态的黑体面21b的热放射量大于基板21上的黑体面21b的相反侧的面即作为基材21的层叠方向另一侧的面的反射面21a(详细情况在后面进行叙述)的热放射量。作为黑体层24能够使用例如黑色的陶瓷膜。还有，所谓黑体是指能够遍及所有波长而完全地吸收从外部进行入射的电磁波并进行热放射的物体(完全黑体)，但是，所谓本实施方式中的黑体状态，不是表示成为这样的完全黑体的状态而是指至少相对于红外线能够实现与黑体相同程度的热放射的状态。所谓能够实现与黑体相同程度的热放射的状态是指例如放射率为90％以上的状态。
反射层22是与接触于基板层23的面相反侧的面(外表面)被作为反射红外线的反射面21a(第2面)的第2层。即，反射层22以将基板层23夹持于与黑体层24之间的方式被设置。反射面21a与物镜12相对。即，反射面21a为在基材21上位于黑体面21b的相反侧的面。作为反射层22能够使用在红外照相机13的检测波长下反射面21a的反射率变高的构件例如金镀层。反射面21a由于高反射率(例如90％以上)而成为镜面。因此，红外照相机13成为那喀索斯(narcissus)状态(看见自身的状态)。由此，能够对应于基材21的温度的变化而防止红外照相机13的暗电平发生变化并且能够使SN提高。
如图2所示，基材21具有形成于黑体面21b上的屏蔽板20的中心轴CA周围的黑体状态的中心屏蔽部21z(第1屏蔽部)。中心屏蔽部21z至少被形成于将中心轴CA作为中心的红外照相机13的有效视野21x的外接圆21y的范围。红外照相机13的有效视野21x的尺寸由物镜12以及红外照相机13的性能或配置关系来决定。通过形成中心屏蔽部21z，从而从半导体器件D向红外照相机13放射的热线中光轴OA附近的热线x5(参照图1)不被传达到红外照相机13侧。
在此，在后面所述的计算机14所进行的温度导出方法中，通过包含从半导体器件D放射的热线和在半导体器件D上被反射的热线的热线被红外照相机13检测出，从而温度被导出。所谓在半导体器件D上被反射的热线，是指半导体器件D对应于从黑体面21b照射到半导体器件D的热线而进行反射的热线。在假设中心屏蔽部21z没有被设置且基材21上的中心轴CA的范围被作为开口状的情况下，中心轴CA上的半导体器件D的正上方成为黑体没有被设置的状态。在此情况下，作为中心轴CA上的热线，不存在上述的对应于从黑体面21b照射到半导体器件D的热线而半导体器件D进行反射的热线。因此，通过中心轴CA并由红外照相机13检测的热线仅成为从半导体器件D放射的热线，存在不能够由上述的温度导出方法恰当地测定温度的担忧。关于该点，通过设置中心屏蔽部21z，从而能够防止仅从半导体器件D放射的热线被红外照相机13检测。
另外，基材21具有被形成于中心屏蔽部21z周围的开口部21c。更加详细来说，开口部21c以在黑体面21b上与外接圆21y邻接的方式被形成为仰视时半圆状。开口部21c以将中心屏蔽部21z作为中心而成为1次旋转对称的方式在中心屏蔽部21z周围仅被形成1个。开口部21c以从黑体面21b侧向反射面21a侧贯通基材21的方式被形成(参照图1)。另外，开口部21c以随着从黑体面21b侧朝向反射面21a侧而开口形状渐渐变小的方式被形成。更加详细来说，划定开口部21c的区域的开口部21c的内周面21d以随着从黑体面21b侧朝向反射面21a侧而在开口部21c的中央部方向上接近的方式被作为倾斜结构(参照图1)。该内周面21d被施以Raydent(注册商标)处理等，并被作为黑体状态。内周面21d的倾斜结构以从红外照相机13不能够观察内周面21d的方式考虑由红外照相机13和物镜12决定的视野角来决定。通过内周面21d被作为这样的倾斜结构，从而能够防止仅从半导体器件D产生的热线在内周面21d上进行反射并被红外照相机13检测出。
再有，基材21具有以夹持中心屏蔽部21z而与开口部21c相对的方式被形成于黑体面21b的黑体状态的相对屏蔽部21e(第2屏蔽部)。更加详细来说，相对屏蔽部21e以包含与将中心轴CA作为中心的开口部21c相对的区域的方式被形成。相对屏蔽部21e的大小(面积)也可以小于黑体面21b上的开口部21c的大小(面积)。如图2所示，相对屏蔽部21e的形状以及大小也可以与黑体面21b上的开口部21c的形状以及大小大致一致。
如图1所示，从黑体状态的相对屏蔽部21e相对于半导体器件D照射热线x1。于是，在半导体器件D上，热线x21对应于该热线x1而被反射。该热线x21到达与相对屏蔽部21e相对的开口部21c。另外，在半导体器件D上产生的热线x22到达开口部21c。即，包含在半导体器件D上被反射的热线x21和在半导体器件D上产生的热线x22的热线x2到达开口部21c。该热线x2通过开口部21c并经由物镜12而被红外照相机13检测出。
在此，为了确保由计算机14进行的温度导出的精度，红外照相机13进行检测的热线也可以基本上全部是热线x2。即，红外照相机13进行检测的在半导体器件D上被反射的热线也可以是半导体器件D对应于从被作为黑体状态的面即相对屏蔽部21e相对于半导体器件D照射的热线而进行反射的热线x21。在不考虑红外照相机13的有效视野21x的情况下，即，在假定为红外照相机13的有效视野21x的尺寸为0的情况下，通过设置上述的相对屏蔽部21e从而能够将红外照相机13进行检测的在半导体器件D上被反射的热线全部作为热线x21。然而，实际上，红外照相机13对应于红外照相机13的有效视野21x的尺寸，检测热线x21以外的被半导体器件D反射的热线。具体来说，红外照相机13会检测对应于从相对屏蔽部21e的区域的外缘与距该外缘仅有效视野21x的外接圆21y的直径量的外侧的位置之间的区域(以下，记作为周边区域)相对于半导体器件D进行照射的热线而半导体器件D进行反射的热线。为了将该热线作为与上述的热线x21相同的热线，有必要将上述的周边区域作为与相对屏蔽部21e相同的黑体状态。因此，在上述的周边区域，以包围相对屏蔽部21e的外缘的方式，设置有与相对屏蔽部21e相同地被作为黑体状态的周边屏蔽部31。该周边屏蔽部31被设置于对应于红外照相机13的有效视野而被划定的区域。更加详细来说，周边屏蔽部31被设置于由使红外照相机13的有效视野21x的外接圆21y相对于相对屏蔽部21e旋转的轨迹划定的区域。
返回到图1，温度控制器28为控制屏蔽板20的温度的温度控制部。温度控制器28是通过与屏蔽板20热性连接并且相对于屏蔽板20传导热从而控制屏蔽板20的温度的加热器或冷却器等。温度控制器28对应于来自计算机14的设定来控制屏蔽板20的温度。例如，温度控制器28也可以相对于屏蔽板20(基材21)由液体或电热丝等来传导热并控制屏蔽板20的温度。
物镜12是将通过了屏蔽板20的开口部21c的热线x2引导到红外照相机13的导光光学系统。物镜12以其光轴与光轴OA一致的方式被设置，与半导体器件D相对而配置。
红外照相机13是经由被光学耦合的物镜12对从对应于测定用信号的输入而驱动的半导体器件D放射的热线x2进行摄像的红外线检测器(摄像部)。红外照相机13具有将红外线转换成电信号的多个像素被排列成二维的受光面。红外照相机13通过对热线进行摄像从而生成红外图像(热图像数据)并输出到计算机14。作为红外照相机13例如使用InSb照相机等二维红外线检测器。还有，红外线检测器并不限于红外照相机13等二维红外线检测器，也可以使用测辐射热计等一维红外线检测器或点红外线检测器。另外，一般来说，将波长0.7μm～1000μm的电磁波(光)称为红外线。另外，一般来说，将波长2μm～1000μm的从中红外线到远红外线区域的电磁波(光)称为热线，但是，在本实施方式中没有特别区别，热线也与红外线相同，是指波长0.7μm～1000μm的电磁波。
计算机14与红外照相机13电连接。计算机14根据由红外照相机13生成的红外图像，导出半导体器件D的温度。计算机14具有执行导出半导体器件D的温度的功能的处理器。以下，对基于红外图像的温度导出的导出原理进行说明。
在半导体器件D中，使一定的放射率的区域即区域1与低于区域1的放射率的另外的一定的放射率的区域即区域2处于附近。如果将各个区域的放射率和反射率分别设定为ρ1,ε1以及ρ2,ε2的话则由基尔霍夫定律，以下的(1)式以及(2)式成立。还有，以下，会有将放射率为ρ1的区域1设定为高放射率部并且将放射率为ρ2的区域2设定为低放射率部来进行说明的情况。
[数1]
ρ1+ε1＝1······(1)
[数2]
ρ2+ε2＝1······(2)
在此，如果将屏蔽板20的热放射亮度(热放射量)设定为Llow；将对于高放射率部由红外照相机13检测的放射设定为S1low；将对于底放射率部由红外照相机13检测的放射设定为S2low；将温度T的黑体的热放射亮度设定为L(T)的话则以下的(3)式以及(4)式成立。还有，S1low能够被换种说法为高放射率部中的热放射亮度；S2low能够被换种说法为低放射率部中的热放射亮度。总之，以下的(3)式表示在屏蔽板20的热放射亮度为Llow的情况下，在红外照相机13中，检测从半导体器件D的高放射率部被辐射的半导体器件D所产生的热线与在半导体器件D上被反射的热线重叠了的热放射亮度为S1low的热线。另外，以下的(4)式表示在屏蔽板20的热放射亮度为Llow的情况下，在红外照相机13中，检测从半导体器件D的低放射率部被辐射的半导体器件D所产生的热线与在半导体器件D上被反射的热线重叠了的热放射亮度为S2low的热线。
[数3]
S1low＝ε1L(T)+ρ1Llow＝(1-ρ1)L(T)+ρ1Llow······(3)
[数4]
S2low＝ε2L(T)+ρ2Llow＝(1-ρ2)L(T)+ρ2Llow······(4)
同样，在屏蔽板20的热放射亮度为Lhigh的情况下，如果将对于高放射率部由红外照相机13检测的放射设定为Slhigh；将对于低放射率部由红外照相机13检测的放射设定为S2high；将半导体器件D的温度T下的黑体状态的热放射亮度设定为L(T)的话则以下的(5)式以及(6)式成立。
[数5]
S1high＝ε1L(T)+ρ1Lhigh＝(1-ρ1)L(T)+ρ1Lhigh
＝L(T)+ρ1(Lhigh-L(T))······(5)
[数6]
S2high＝ε2L(T)+ρ2Lhigh＝(1-ρ2)L(T)+ρ2Lhigh
＝L(T)+ρ2(Lhigh-L(T))······(6)
高放射率部与低放射率部的反射率之比R根据上述(3)～(6)式并由下述的(7)式进行表示。
[数7]
R＝ρ1/ρ2＝(S1high-S1low)/(S2high-S2low)······(7)
从以上的(3)式、(4)式以及(7)式导出下述的(8)式。
[数8]
R＝(S1high-L(T)/(S2high-L(T))······(8)
同样，从以上的(5)式、(6)式以及(7)式导出下述的(9)式。
[数9]
R＝(S1low-L(T))/(S2low-L(T))······(9)
如果对上述的(8)式进行变形的话则成为下述的(10)式。
[数10]
L(T)＝(S1high-RS2high)/(1-R)······(10)
因为根据该(10)式能够获得测定对象即半导体器件D的温度T下的热放射亮度L(T)，所以能够从该热放射亮度导出半导体器件D的温度。
接着，说明使用了屏蔽板20的半导体器件D的温度测定的步骤。
最初，将半导体器件D配置于测定装置1的试样台(没有图示)。测试单元11被电连接于半导体器件D，从该测试单元11输入驱动半导体器件D的信号以及时钟信号等测定用信号。
接着，以屏蔽板20的黑体面21b、更加详细来说相对屏蔽部21e的热放射亮度成为作为Llow的温度的方式由温度控制器28来控制屏蔽板20的温度。此时，从屏蔽板20相对于半导体器件D照射热放射亮度为Llow的热线。
然后，包含半导体器件D所产生的热线和对应于来自屏蔽板20的热线而被半导体器件D反射的热线的热线通过屏蔽板20的开口部21c以及物镜12并被红外照相机13检测出。红外照相机13对该热线进行摄像并生成红外图像。在红外图像中包含放射率不同的2个区域即高放射率部以及低放射率部的放射。计算机14从红外图像特定高放射率部的放射S1low和低放射率部的放射S2low。
接着，以屏蔽板20的黑体面21b、更加详细来说相对屏蔽部21e的热放射亮度成为作为Lhigh的温度的方式由温度控制器28来控制屏蔽板20的温度。此时，从屏蔽板20相对于半导体器件D照射热放射亮度为Lhigh的热线。
然后，包含半导体器件D所产生的热线和对应于来自屏蔽板20的热线而被半导体器件D反射的热线的热线通过屏蔽板20的开口部21c以及物镜12并被红外照相机13检测出。红外照相机13对该热线进行摄像并生成红外图像。在红外图像中包含放射率不同的2个区域即高放射率部以及低放射率部的放射。计算机14从红外图像特定高放射率部的放射S1high和低放射率部的放射S2high。
最后，由计算机14从基于热放射亮度为Llow的热线的高放射率部的放射S1low以及低放射率部的放射S2low、基于热放射亮度为Lhigh的热线的高放射率部的放射S1high以及低放射率部的放射S2high导出半导体器件D的温度。
以上，对半导体器件D的温度测定步骤进行了说明，但是，使用了本发明的温度测定并不限定于上述步骤。例如，在上述中以热放射亮度成为作为从Llow到Lhigh的温度的方式由温度控制器28来使屏蔽板20的温度变化，但是，也可以使用与屏蔽板20不同的别的屏蔽板来替换为屏蔽板20。在此情况下，例如通过将屏蔽板20的热放射亮度设定为Llow并且将别的屏蔽板的热放射亮度设定为Lhigh从而能够使被照射于半导体器件D的热放射量变化。另外，也可以在进行上述步骤之前，通过在不配置屏蔽板20的状态下与物镜12相对而配置作为测定对象的被放射率极其高的金属(例如金或铝等)等涂覆的试样并且由红外照相机13来检测没有该试样所发出的热线的黑暗状态，从而进行红外照相机13的零点补正。
接着，对屏蔽板20以及包含屏蔽板20的测定装置1的作用效果进行说明。
在该屏蔽板20中，在黑体面21b和反射面21a上热放射量不同，黑体面21b的热放射量大于反射面21a的热放射量，黑体面21b相对于红外线为黑体状态。因此，在测定装置1等的微光学系统中，在以与半导体器件D相对的方式配置黑体状态的黑体面21b的情况下，黑体面21b作为辅助热源进行作用并且从黑体面21b相对于半导体器件D照射热线。另外，在作为辅助热源进行作用的黑体面21b与半导体器件D相对而配置的情况下，在测定装置1等中屏蔽板20被配置于半导体器件D与捕捉热线的红外照相机13之间。在此情况下，能够用红外照相机13检测对应于从黑体面21b照射的热线而在半导体器件D上被反射的热线与半导体器件D所产生的热线重叠了的热线。另外，在黑体面21b上具备温度调整自如的基材21，所以能够一边改变辅助热源即黑体面21b的温度一边用红外照相机13检测上述重叠了的热线。由此，能够由上述的(10)式非接触且高精度地测定放射率未知的半导体器件D的表面温度。
在此，在屏蔽板20被配置于半导体器件D与捕捉热线的红外照相机13之间的结构中，从辅助热源即黑体面21b照射到半导体器件D的热线和半导体器件D所产生的红外线被配置于同轴上。由此，辅助热源不会被设置于与连结测定对象和红外照相机的路径不同的位置，即使在测定装置1等的微光学系统中也能够非接触地测定测定对象的表面温度。根据以上所述，根据该屏蔽板20，在微光学系统的装置中能够非接触且高精度地测定测定对象的表面温度。
另外，黑体面21b的放射率高于反射面21a的放射率。由此，能够将黑体面21b的热放射量控制成大于反射面21a。另外，放射率低的反射面21a其反射率变高。因此，在上述的测定装置1中与反射面21a相对的红外照相机13的透镜成为那喀索斯(narcissus)状态(看见自身的状态)。由此，能够抑制红外照相机13捕捉来自半导体器件D的热线以外的噪声成分，并且能够更加高精度地测定半导体器件D的表面温度。另外，黑体面21b的温度高于反射面21a的温度。由此，能够将黑体面21b的热放射量控制成大于反射面21a。
另外，基材21具有基板层23、将黑体面21b作为外表面的黑体层24、以在与黑体层24之间夹持基板层23的方式被设置的将反射面21a作为外表面的反射层22，黑体层24的热放射量大于反射层22的热放射量。这样，基材21被作为三层结构，通过黑体层24的热放射量被控制成大于反射层22的热放射量，从而能够容易地使黑体面21b的热放射量与反射面21a的热放射量不同。
再有，测定装置1是进行半导体器件D的温度的非接触测定的测定装置，具备将测定用信号输入到半导体器件D的测试单元11、对对应于测定用信号的输入的来自半导体器件D的热线进行摄像的红外照相机13、被配置于半导体器件D与红外照相机13之间的屏蔽板20、调整自如地控制屏蔽板20的温度的温度控制器28。在该测定装置1中，在屏蔽板20的黑体面21b和反射面21a上热放射量不同，黑体面21b的热放射量大于反射面21a的热放射量，黑体面21b相对于红外线为黑体状态。于是，该屏蔽板20的黑体面21b与半导体器件D相对。因此，例如从测试单元11相对于半导体器件D输入测定用信号，半导体器件D驱动的状态下，黑体面21b作为辅助热源进行作用，从黑体面21b相对于半导体器件D照射热线，在半导体器件D上被反射的热线与半导体器件D所产生的热线重叠了的热线被红外照相机13摄像。于是，屏蔽板20的基材21由温度控制器28来进行温度调整。因此，能够一边变更辅助热源即黑体面21b的温度一边由红外照相机13来对上述重叠了的热线进行摄像。由此，能够非接触且高精度地测定放射率未知的半导体器件D的表面温度。另外，因为屏蔽板20的黑体面21b与半导体器件D相对，所以从辅助热源即黑体面21b照射到半导体器件D的热线和半导体器件D所产生的热线被配置于同轴上。由此，辅助热源不会被设置于与连结测定对象和摄像部的路径上不同的位置，在微光学系统的装置即测定装置1中，能够非接触且高精度地测定半导体器件D的表面温度。
以上，对本发明的第1实施方式进行了说明，但是，本发明并不限定于上述第1实施方式。例如，说明了在屏蔽板20上以将中心屏蔽部21z作为中心而成为1次旋转对称的方式形成1个开口部21c，但是，并不限定于此，开口部也可以以成为将中心屏蔽部21z作为中心的奇数次旋转对称的方式被形成于中心屏蔽部21z周围。通过以成为奇数次旋转对称的方式设置开口部，从而能够作为开口部与相对屏蔽部可靠地相对的形状。另外，通过开口部被形成为旋转对称，从而屏蔽板的热传导性提高并且能够提高屏蔽板的温度均匀性。具体来说，参照图4以及图5来说明以成为奇数次旋转对称的方式设置开口部的例子。
在图4所表示的屏蔽板20A的基材21A中，开口部21Ac以成为将中心屏蔽部21z作为中心的3次旋转对称的方式被形成于中心屏蔽部21z周围。开口部21Ac为扇形状，并且以等间隔在中心屏蔽部21z周围形成3个。另外，以将中心轴CA作为中心并与开口部21Ac相对的方式设置被作为黑体状态的相对屏蔽部21Ae。相对屏蔽部21Ae的形状以及大小与黑体面上的开口部21Ac的形状以及大小大致一致。再有，在相对屏蔽部21Ae的区域的外缘与距该外缘仅有效视野21x的外接圆21y的直径量的外侧的位置之间的区域即周边区域，以包围相对屏蔽部21Ae的外缘的方式，与相对屏蔽部21Ae相同地黑体状态的周边屏蔽部31A被设置。
在图5所表示的屏蔽板20B的基材21B中，开口部21Bc以成为将中心屏蔽部21z作为中心的5次旋转对称的方式被形成于中心屏蔽部21z周围。开口部21Bc为扇形状，并且以等间隔在中心屏蔽部21z周围形成5个。另外，以将中心轴CA作为中心并与开口部21Bc相对的方式设置被作为黑体状态的相对屏蔽部21Be。相对屏蔽部21Be的形状以及大小与黑体面上的开口部21Bc的形状以及大小大致一致。再有，在相对屏蔽部21Be的区域的外缘与距该外缘仅有效视野21x的外接圆21y的直径量的外侧的位置之间的区域即周边区域，以包围相对屏蔽部21Be的外缘的方式，与相对屏蔽部21Be相同地黑体状态的周边屏蔽部31B被设置。
另外，如图6所表示的屏蔽板20D的基材21D那样，开口部21Dc也可以在相对屏蔽部31D(第2屏蔽部)周围被形成为圆环状。在基材21D中，以覆盖中心轴CA的方式形成被作为黑体状态的中心屏蔽部21z。中心屏蔽部21z被形成于将中心轴CA作为中心的红外照相机13的有效视野21x的外接圆21y的范围。另外，如果将外接圆21y的半径设定为r的话则开口部21Dc被形成于自外接圆21y的中心起5r的位置到6r的位置。即，圆环状的开口部21Dc的开口宽度被作为r。另外，在开口部21Dc的内缘与距该内缘仅外接圆21y的直径(2r)量的内侧的位置之间的区域，设置有黑体状态的相对屏蔽部31D。该相对屏蔽部31D作为第2屏蔽部而发挥功能。即，相对屏蔽部31D以将比中心屏蔽部21z的中心更靠近开口部21Dc侧的区域作为中心并与开口部21Dc相对的方式被形成于黑体面。例如，相对屏蔽部31D的一个地方即屏蔽地点P1将中心屏蔽部21z上的比中心屏蔽部21z的中心更靠近相对的开口部21Dc侧的地方即中心地点P2作为中心，与开口部21Dc的开口地点P3相对。还有，在图6中没有图示，但是，实际上，因为有必要支撑开口部21Dc的内侧或者传导热，所以开口部21Dc的至少一个地方与开口部21Dc的内缘和开口部21Dc的外缘物理性连接。
例如，在将屏蔽板20D的中心轴CA作为中心的旋转方向上，存在开口部被形成的部分和没有被形成的部分的情况下，仅使用处于红外照相机与测定对象之间的透镜的偏向的一部分，在基于红外照相机检测的热线的图像中会有图像流成为问题的情况。在图像流成为问题的情况下，例如也可以一边将中心轴CA作为中心使屏蔽板适当旋转一边用红外照相机检测热线。通过这样做，从而能够一边避免仅透镜的一部分被使用一边进行温度测定。例如，如果是图2所表示的1次旋转对称的屏蔽板20的话则也可以通过一边至少旋转1次(360度旋转)一边用红外照相机多次检测热线并累计多枚基于热线的图像从而减少图像流(如果是图4所表示的3次旋转对称的屏蔽板20A的话则至少旋转1/3次(旋转120度)，如果是图5所表示的5次旋转对称的屏蔽板20B的话则至少旋转1/5次(旋转72度))。在开口部21Dc被形成为圆环状的屏蔽板20D中，因为通过了圆环状的开口部21Dc的热线被红外照相机检测从而不会仅使用处于红外照相机与测定对象之间的透镜的一部分，所以难以发生上述的图像流，并且能够不进行屏蔽板的旋转等而进行测定。
另外，说明了屏蔽板20为层叠有基板层23、黑体层24以及反射层22的三层结构，说明了基板层23例如为铜(铜板或铜层)，但是，并不限定于此。即，例如如图7(e)所表示的屏蔽板80那样，基材81也可以具有基板层83、将黑体面(第1面)84x作为外表面的黑体层(第1层)84、以在与黑体层84之间夹持基板层83的方式被设置的隔热材料(隔热层)83a、以在与基板层83之间夹持隔热材料83a的方式被设置的将反射面(第2面)82x作为外表面的反射层(第2层)82。通过在基板层83与反射层82之间设置隔热材料83a，从而能够将从基板层83向反射层82的热传导量减小到小于从基板层83向黑体层84的热传导量。由此，能够容易地将黑体面的热放射量加大到大于反射面的热放射量。隔热材料83a能够使用纤维类隔热材料或发泡类隔热材料等。另外，也可以取代隔热材料83a而通过将真空层设置于基板层83与反射层82之间来形成隔热层。
另外，例如如图7(a)、(b)所示，屏蔽板的基材也可以是双层结构。图7(a)的屏蔽板40的基材41具有将反射面(第2面)42x作为外表面的基板层42、以重叠于基板层42的方式被设置的将黑体面(第1面)43x作为外表面的黑体层(第1层)43。于是，黑体层43的热放射量大于基板层42的热放射量。由此，能够容易地使黑体面43x的热放射量和反射面42x的热放射量不同。另外，通过基材41被作为双层结构从而屏蔽板的制作变得容易。还有，作为基板层42例如能够使用铜(铜板或铜层)或金(金板或金层)。另外，作为黑体层43例如能够使用黑色的陶瓷膜。
图7(b)的屏蔽板50的基材51具有将黑体面(第1面)53x作为外表面的基板层53、以重叠于基板层53的方式被设置的将反射面(第2面)52x作为外表面的反射层52。于是，反射层52的热放射量小于基板层53的热放射量。由此，能够容易地使黑体面53x的热放射量和反射面52x的热放射量不同。另外，通过基材51被作为双层结构从而屏蔽板的制作变得容易。还有，作为基板层53例如能够使用碳或石墨。另外，作为反射层52例如能够使用金镀层。
另外，说明了屏蔽板50是层叠有基板层53以及反射层52的双层结构，但是，并不限定于此。即，例如如图7(f)所表示的屏蔽板100那样，基材101也可以具有将黑体面(第1面)103x作为外表面的基板层103、将反射面(第2面)102x作为外表面的以在反射层102与基板层103之间被夹持的方式进行设置的隔热材料(隔热层)103a。通过在基板层103与反射层102之间设置隔热材料103a从而能够将从基板层103向反射层102的热传导量减少到小于基板层103的热传导量。由此，能够容易地将黑体面的热放射量增大到大于反射面的热放射量。隔热材料103a能够使用纤维类隔热材料或发泡类隔热材料等。另外，也可以取代隔热材料103a而通过将真空层设置于基板层103与反射层102之间来形成隔热层。
另外，屏蔽板如图7(c)所示也可以仅由基板层构成。图7(c)的屏蔽板60的基材61具有将反射面(第2面)62x作为外表面的基板层62。基板层62的反射面62x的相反侧的面由黑化处理而被作为黑体面(第1面)63。这样，通过由具有反射面的基板层的加工来形成黑体面从而屏蔽板的制作变得更容易并且能够减少部件个数。还有，作为基板层62例如能够使用金(金板等)。在此情况下，所谓被施以黑化处理的黑体面63是指黑化金。
另外，如图7(d)所示，屏蔽板70的基材71为三层结构，也可以层叠有具有热电元件的基板层73、将黑体面(第1面)74x作为外表面的黑体层(第1层)74、将反射面(第2面)72x作为外表面的反射层(第2层)72。热电元件例如是珀尔帖(Peltier)元件或塞贝克(Seebeck)元件、汤姆森(Thomson)元件。作为黑体层74例如能够使用黑色陶瓷膜。作为反射层72例如能够使用金镀层。例如，在使用作为热电元件的珀尔帖元件的情况下，基板层73通过电流或者电压被施加从而在与金镀层即反射层72的接合部分上进行吸热并且在与黑色陶瓷膜即黑体层74的接合部分上进行发热。由此，黑体层74的黑体面的放射热量大于反射层72的反射面的放射热量。还有，在使用具有热电元件的基板层73的情况下，温度控制器(温度控制部)与热电元件电连接，通过施加电流或者电压来控制屏蔽板70的温度。由此，能够简易而且可靠地控制具有热电元件的屏蔽板的温度。
另外，说明了中心屏蔽部21z为黑体状态，但是，并不限定于此，如果黑体面中至少以与开口部相对的方式被形成的相对屏蔽部(第2屏蔽部)相对于红外线成为黑体状态的话即可，也可以不一定中心屏蔽部被作为黑体状态。
另外，屏蔽板如图10(a)所表示的屏蔽板110那样也可以是基材111具有能够调整温度的第1基板层(基板层)113a、将黑体面(第1面)114x作为外表面的黑体层(第1层)114、以在与黑体层114之间夹持第1基板层113a的方式进行设置的能够调整温度的第2基板层113b、以在与第1基板层113a之间夹持第2基板层(基板层)113b的方式进行设置的将反射面(第2面)112x作为外表面的反射层(第2层)112。通过在第1基板层113a与反射层112之间设置与反射层112热性连接的第2基板层113b并通过将反射层112的温度调整到一定，从而能够提高SN。还有，如果能够将反射层112的温度调整到一定的话则能够防止红外照相机13的暗电平发生变化，所以反射层112不一定有必要将反射率高且成为镜面那样的反射面作为外表面。另外，第1基板层113a以及第2基板层113b例如能够使用能够实现均匀温度的热传导率高的铜(铜板或铜层)等构件，也可以由被连接于该构件的温度控制器(温度控制部)来将温度调整到一定。另外，例如温度调整层也可以使用热电元件，并且也可以由被连接于该元件的温度控制器来将温度调整到一定。另外，第1基板层113a与第2基板层113b之间也可以不热性连接，例如也可以通过将隔热材料或真空层设置于第1基板层113a与第2基板层113b之间从而抑制热传导量。
另外，如图10(b)所表示的屏蔽板120那样也可以由具有第1基板层(基板层)123a和将黑体面(第1面)124x作为外表面的黑体层(第1层)124的第1基材121A、具有第2基板层(基板层)123b和将反射面(第2面)122x作为外表面的反射层(第2层)122的第2基材121B来构成。屏蔽板120与屏蔽板110相比，第1基板层123a与第2基板层123b不物理性地接触，并且第1基板层123a与第2基板层123b之间的热传导被抑制。另外，因为屏蔽板120如以上所述由2个基材构成，所以如图10(c)所表示的测定装置1A那样以基材121A与温度控制器28A连接并且基材121B与温度控制器28B连接的方式被配置，并且被用于半导体器件D的温度测定。2个基材(121A以及121B)因为能够由不同的温度控制器来控制温度，所以例如能够一边改变第1基板层123a的温度并使从基材121A放射到半导体器件D的热放射量变化一边将第2基板层123b的温度保持在一定并且将从基材121B放射到红外照相机13的热放射量保持在一定。
[第2实施方式]
接着，参照图8以及图9，说明第2实施方式所涉及的屏蔽板90、以及包含屏蔽板90的测定装置1E。还有，在本实施方式的说明中主要对与上述的第1实施方式不同的地方进行说明。
如图8所示，测定装置1E，除了屏蔽板90，具备与上述的测定装置1相同的结构。屏蔽板90的基材91，一个面被作为热放射量大的黑体面91b，另一个面被作为热放射量小于黑体面91b的反射面91a。屏蔽板90被配置于半导体器件D与红外照相机13之间。屏蔽板90具备光轴屏蔽部91z，该光轴屏蔽部91z具有在被配置于半导体器件D与红外照相机13之间的状态下屏蔽仅从半导体器件D发出的热线的被作为黑体状态的黑体面。
在此，被配置于半导体器件D与红外照相机13之间的屏蔽板90与上述的测定装置1的屏蔽板20不同，不具有开口部21c。另外，屏蔽板90如图9所示比光轴OA更偏向于一侧的区域位于半导体器件D的正上方。
这样，通过以比光轴OA更偏向于一侧的区域位于半导体器件D的正上方的方式配置不具有开口部21c的屏蔽板90，从而能够作为屏蔽板90不屏蔽从半导体器件D朝向物镜12的热线的路径的一部分的结构。总之，通过偏离光轴OA来配置屏蔽板90从而能够取得与形成第1实施方式的屏蔽板20中的开口部21c相同的效果。由此，能够使半导体器件D所产生的热线与在半导体器件D上被反射的热线重叠了的热线经由物镜12而到达红外照相机13。
符号的说明
1,1E…测定装置、11…测试单元(信号输入部)、12…物镜(导光光学系统)、13…红外照相机(摄像部、红外线检测器)、14…计算机(运算部)、20,20A,20B,20D,40,50,60,70,80,90…屏蔽板、21,21A,21B,21D,41,51,61,71,81,91…基材、21c,21Ac,21Bc,21Dc…开口部、21e,21Ae,21Be,31D…相对屏蔽部、21a,42x,52x,62x,91a…反射面(第2面)、21b,43x,53x,63,91b…黑体面(第1面)、21z…中心屏蔽部、22,52,72,82…反射层(第2层)、23,42,53,62,73,83…基板层、24,43,74,84…黑体层(第1层)、28…温度控制器(温度控制部)、31,31A,31B…周边屏蔽部、83a…隔热材料(隔热层)、CA…中心轴、D…半导体器件(测定对象)、OA…光轴。

Claims (12)

1.一种屏蔽板，其特征在于：
是用于测定对象的温度的非接触测定的屏蔽板，
具备能够调整温度的基材，
位于所述基材的一侧的第1面的热放射量大于位于所述第1面的相反侧的第2面的热放射量，
所述第1面是放射红外线的黑体面。
2.如权利要求1所述的屏蔽板，其特征在于：
所述基材具有基板层、将所述第1面作为外表面的第1层、以及以在与所述第1层之间夹持所述基板层的方式设置的将所述第2面作为外表面的第2层，
所述第1层的热放射量大于所述第2层的热放射量。
3.如权利要求1所述的屏蔽板，其特征在于：
所述基材具有将所述第2面作为外表面的基板层、以及以重叠于所述基板层的方式设置的将所述第1面作为外表面的第1层，
所述第1层的热放射量大于所述基板层的热放射量。
4.如权利要求1所述的屏蔽板，其特征在于：
所述基材具有将所述第1面作为外表面的基板层、以及以重叠于所述基板层的方式设置的将所述第2面作为外表面的第2层，
所述第2层的热放射量大于所述基板层的热放射量。
5.如权利要求1～4中的任意一项所述的屏蔽板，其特征在于：
所述第1面通过被黑化处理来形成。
6.如权利要求1所述的屏蔽板，其特征在于：
所述基材具有基板层、将所述第2面作为外表面的第2层、以及设置于基板层与所述第2层之间并且防止从所述基板层向所述第2层传递热的隔热层。
7.如权利要求1～6中的任意一项所述的屏蔽板，其特征在于：
所述第2面是反射红外线的反射面。
8.如权利要求1～7中的任意一项所述的屏蔽板，其特征在于：
所述第1面的放射率高于所述第2面的放射率。
9.一种测定装置，其特征在于：
是进行测定对象的温度的非接触测定的测定装置，
具备：
导光光学系统，与所述测定对象相对而配置，并对来自所述测定对象的红外线进行导光；
摄像部，与所述导光光学系统光学耦合，对来自所述测定对象的所述红外线进行摄像，并输出热图像数据；
权利要求1～8中的任意一项所述的屏蔽板，配置于所述测定对象与所述导光光学系统之间；以及
温度控制部，控制所述屏蔽板的基材的温度。
10.如权利要求9所述的测定装置，其特征在于：
进一步具备根据所述热图像数据，求得所述测定对象的温度的运算部。
11.如权利要求10所述的测定装置，其特征在于：
所述温度控制部以所述屏蔽板的基材的温度至少成为第1温度以及与第1温度不同的第2温度的方式进行控制，
所述运算部根据所述第1温度时的所述热图像数据以及所述第2温度时的所述热图像数据，求得所述测定对象的温度。
12.如权利要求9～11中的任意一项所述的测定装置，其特征在于：
所述摄像部具有红外线检测器。
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