CN115597973A - 试验装置和试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供试验装置和试验方法，提供能够缩短测量时间并且能够避免由于压头的移动距离不足而无法破坏试验片的不良情况的试验装置。试验装置包含：支承单元，其对试验片的下表面侧进行支承；按压单元，其具有按压支承单元所支承的试验片的压头；驱动单元，其使按压单元升降；载荷测量器，其测量压头按压支承单元所支承的试验片时产生的载荷；以及控制器，其控制按压单元的升降。控制器构成为：在压头开始按压试验片之后，当载荷测量器的测量值从上升转为下降时能够使压头停止移动。

Description

试验装置和试验方法
技术领域
本发明涉及将试验片破坏而测量强度的试验装置和试验方法。
背景技术
以往，例如如专利文献1所公开的那样，已知有用于测量半导体器件芯片的抗弯强度的装置。在专利文献1中，公开了如下的试验装置：该试验装置按照从切割后的晶片拾取芯片并自动地进行抗弯强度的测量的方式构成，由此能够简易且高精度地测量抗弯强度。
在这种试验装置中，通常实施由SEMI标准G86-0303所规定的3点弯曲试验。具体而言，试验装置具有作为载荷测量器的测力器(load cell)，根据利用压头按压试验片而进行破坏时的载荷测量值而计算试验片的抗弯强度。
专利文献1：日本特开2020-94833号公报
专利文献1所公开的结构的试验装置利用压头按压试验片而进行破坏。因此，该试验装置按照使压头从支承单元所支承的试验片的上方移动至试验片的下方的方式构成。并且，为了可靠地破坏试验片，压头的移动距离设定得具有充分的裕度。
但是，破坏试验片时的压头的下降速度为上述SEMI标准所规定的5mm/min以下那样的低速，因此当使压头的移动距离具有充分的裕度时，存在在完成测量之前花费长时间的问题。
另一方面，当压头的移动距离不足时，还可能无法将试验片可靠地破坏。
发明内容
由此，本发明的目的在于提供新的试验装置，其能够缩短测量时间并且能够避免由于压头的移动距离不足而无法将试验片破坏的不良情况。
根据本发明的一个方式，提供试验装置，其中，该试验装置具有：支承单元，其对试验片的下表面侧进行支承；按压单元，其具有按压该支承单元所支承的该试验片的压头；驱动机构，其使该按压单元升降；载荷测量器，其测量该压头按压该支承单元所支承的该试验片时产生的载荷；以及控制器，其控制该按压单元的升降，该控制器构成为：在该压头开始按压该试验片之后，当该载荷测量器的测量值从上升转为下降时能够使该压头停止移动。
优选在该控制器中存储有根据操作者的选择而执行第1控制和第2控制中的任意一方的程序，该第1控制在该压头开始该试验片的按压之后，当该载荷测量器的测量值从上升转为下降时使该压头停止移动，该第2控制在该压头开始该试验片的按压之后，当该载荷测量器的测量值成为零时使该压头停止移动。
根据本发明的另一方式，提供试验方法，其中，该试验方法具有如下的步骤：支承步骤，利用支承单元对试验片的下表面侧进行支承；按压步骤，利用压头按压该支承单元所支承的该试验片；测量步骤，在该按压步骤开始的同时利用载荷测量器测量该压头按压的载荷；以及第1停止步骤，在该测量步骤中，当该载荷测量器的测量值从上升转为下降时使该压头停止移动。
该试验方法也可以代替该第1停止步骤而具有如下的第2停止步骤：在该测量步骤中，在该载荷测量器的测量值从上升转为下降之后仍继续使该压头移动，当该载荷测量器的测量值成为零时使该压头停止移动。
根据本发明的各方式，在压头的移动中当载荷测量器的测量值从上升转为下降时，认为在试验片中产生了破坏，能够使压头停止移动。由此，能够使压头的移动为最小限度而缩短测量时间。另外，通过使压头移动直至载荷测量器的测量值从上升转为下降为止，能够防止由于压头的移动不足而无法破坏试验片。
另外，在本发明的各方式中，通过代替第1控制而执行第2控制，能够存储直至试验片彻底分割而载荷成为零为止的行为。另外，在执行第2控制的情况下，也无需为了可靠地破坏试验片而使压头移动至具有充分裕度的距离，能够在中途结束测量，因此实现测量时间的缩短。
附图说明
图1是示出拾取装置的结构的图，该拾取装置具有本发明的实施方式的试验装置。
图2是示出拾取装置的结构的图，该拾取装置具有本发明的实施方式的试验装置。
图3是说明晶片单元的结构的图。
图4是说明晶片拍摄照相机对芯片的上表面的拍摄的图。
图5是说明上推机构将芯片上推的图。
图6是说明试验装置的结构例的图。
图7是示出试验方法的各步骤的流程图。
图8是说明支承步骤的图。
图9是说明按压步骤的图。
图10是示出时间与载荷测量器所测量的载荷的关系的曲线图。
图11是示出芯片被彻底分割而载荷测量器的测量值成为零的状况的图。
图12是示出实施第2移动控制的情况的曲线图。
标号说明
23：芯片；200：试验装置；204：压头；210：支承单元；213：支承台；215：支承部；217：间隙；221：标尺读取部；222：标尺；225：载荷测量器；226：按压单元；228：移动单元；239：夹持部件；240：驱动单元；242：支承构造；244：导轨；246：滚珠丝杠；248：脉冲电动机；P1：变化点；G1：变化线；K1：载荷；Ka：规定值。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1和图2是示出拾取装置2的结构的图，该拾取装置2具有本发明的实施方式的试验装置200。另外，试验装置200除了附设于拾取装置2以外，还可以是由试验装置200单体构成的结构。
如图1所示，拾取装置2具有支承构成拾取装置2的各要素的基台4，各要素例如通过包含处理装置和存储装置的控制器1进行控制。控制器1的处理装置代表性地为CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，进行用于控制上述各要素所需的各种处理。控制器1的存储装置例如包含：DRAM(Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器)等主存储装置；以及硬盘驱动器或闪存等辅助存储装置。控制器1的功能例如通过按照存储于存储装置的程序使处理装置进行动作而实现。
如图1所示，在基台4的一侧角部设置有盒载置台5，在盒载置台5上载置有盒5a。在盒5a中例如收纳有多张图3所示的晶片单元11。
如图3所示，关于晶片单元11，晶片13的背面13b借助带19而固定于环状框架21，晶片13的正面13a露出。晶片13通过切削加工等沿着在相互垂直的方向上延伸的分割预定线17切断，成为单片化成多个芯片23的状态。在各芯片23的正面侧形成有器件24。
在各芯片23上设定有用于确定各芯片23的识别编号，并存储于控制器1(图1)。关于该识别编号，例如根据输入至装置的晶片尺寸、芯片尺寸、晶片拍摄照相机60(图1)的拍摄图像等计算芯片数，例如以形成于晶片的凹口为基准来分配。与该识别编号相关联地将后述的抗弯强度等存储于控制器1(图1)。另外，后述的测量抗弯强度的试验可以对所有的芯片进行，也可以对一部分的芯片进行。
如图1所示，晶片单元11在一边被搬送机构20的一侧的夹具22a夹持一边被拉出并暂放于暂放机构10之后，通过搬送机构20的另一侧的夹具22b搬送至框架保持机构14。框架保持机构14具有配置于下侧且上下移动的框架支承部16以及上侧的框架按压部18，在两者之间夹持晶片单元11的环状框架21而固定。在框架按压部18设置有用于供搬送机构20通过的切口部18a。
如图1和图2所示，框架保持机构14支承于对框架保持机构14的位置进行控制的定位机构30。定位机构30具有使框架保持机构14沿着X轴方向移动的X轴移动机构32以及使框架保持机构14沿着Y轴方向移动的Y轴移动机构42。通过这些X轴移动机构32和Y轴移动机构42，控制框架保持机构14的水平方向的位置。
X轴移动机构32具有：一对导轨34，它们在基台4上沿着X轴方向配置；滚珠丝杠36，其平行地配置于一对导轨34之间；以及脉冲电动机38，其设置于滚珠丝杠36的一端部。
移动块40以能够滑动的方式配置于一对导轨34上。在移动块40的下表面侧(背面侧)设置有螺母部(未图示)，该螺母部与滚珠丝杠36螺合，通过脉冲电动机38使滚珠丝杠36转动，移动块40在X轴方向上移动。
Y轴移动机构42具有：一对导轨44，它们在移动块40上沿着Y轴方向配置；滚珠丝杠46，其平行地配置于一对导轨44之间；以及脉冲电动机48，其设置于滚珠丝杠46的一端部。
如图1所示，框架保持机构14以能够滑动的方式配置于一对导轨44上。在框架保持机构14的支承部14f设置有螺母部(未图示)，该螺母部与滚珠丝杠46螺合，通过脉冲电动机48使滚珠丝杠46旋转，框架保持机构14在Y轴方向上移动。
如图1和图2所示，移动块40构成为板状，在框架保持机构14的下方的位置，形成有沿上下方向贯通的开口部41。后述的上推机构50能够通过该开口部41从下方上推。
在基台4上，在一对导轨34之间的区域设置有矩形状的开口4b。在该开口4b的内部设置有圆筒状的上推机构50，该上推机构50将晶片单元11的晶片13所包含的芯片23(图3)从下表面侧朝向上方上推。上推机构50与由电动机等构成的升降机构(未图示)连接，沿着Z轴方向升降。
在将晶片单元11的环状框架21通过框架保持机构14进行固定的状态下，当通过定位机构30使框架保持机构14沿着X轴方向移动时，将晶片单元11定位于开口4b的上方。
如图1、图2和图4所示，在使框架保持机构14移动至上推机构50的上方的路径上设置有作为拍摄单元的晶片拍摄照相机60，该晶片拍摄照相机60对粘贴于通过框架保持机构14而固定的环状框架21的晶片13(图4)的上表面进行拍摄。
如图4所示，通过晶片拍摄照相机60对晶片13的上表面进行拍摄，根据拍摄图像而获取各芯片23的位置。
如图1和图2所示，定位于开口4b的上方的框架保持机构14为了如图5所示那样将待拾取的芯片23的位置定位于上推机构50的正上方而通过定位机构30(图1、图2)进行位置调整。
图5是示出配置于上推机构50的上方的晶片单元11的图，通过上推机构50将规定的芯片23上推。上推机构50具有：吸引部，其构成为沿Z轴方向升降，形成为中空的圆柱状而构成外层部；以及四棱柱状的上推部，其配置于吸引部的内侧，一边利用吸引部对带19的下表面进行吸引一边在吸引部的内侧利用上推部上推，由此使芯片23从带19的上表面剥离。
如图5所示，拾取机构70定位于上推机构50的上方，拾取被上推的芯片23。
如图2所示，拾取机构70具有能够在Z轴方向上升降且能够吸附保持被上推的芯片的芯片保持器具76(夹头)，拾取机构70与在Y轴方向上移动的芯片保持器具移动机构80连接。
如图2所示，芯片保持器具76以能够在X轴方向和Z轴方向上移动的方式设置于沿水平方向延伸的臂74的前端。臂74的后端借助移动基台72而与芯片保持器具移动机构80连接。
拾取机构70与芯片保持器具移动机构80连接。芯片保持器具移动机构80具有使拾取机构70沿着Y轴方向移动的Y轴移动机构82以及使拾取机构70沿着Z轴方向移动的Z轴移动机构92。通过Y轴移动机构82和Z轴移动机构92控制芯片保持器具76的Y轴方向和Z轴方向的位置。
Y轴移动机构82具有沿着Y轴方向配置的一对导轨84。在一对导轨84之间平行地配置有滚珠丝杠86，在滚珠丝杠86的一端部连结有脉冲电动机88。
移动块90以能够滑动的方式安装于一对导轨84上，移动块90的螺母部(未图示)与滚珠丝杠86螺合，通过脉冲电动机88使滚珠丝杠86旋转，移动块90在Y轴方向上移动。
如图2所示，Z轴移动机构92具有：一对导轨94，它们在移动块90的侧面上沿着Z轴方向配置；滚珠丝杠96，其平行地配置于一对导轨94之间；以及脉冲电动机98，其设置于滚珠丝杠96的一端部。
拾取机构70的移动基台72以能够滑动的方式安装于一对导轨94上，移动基台72的螺母部(未图示)与滚珠丝杠96螺合，通过脉冲电动机98使滚珠丝杠96旋转，移动基台72在Z轴方向上移动。
通过如上述那样构成的拾取机构70来拾取通过上推机构50上推的芯片23。在该拾取的芯片23上设定有识别编号，与该识别编号相关联地将后述的抗弯强度等存储于控制器1(图1)。
关于被拾取的芯片，如图1所示，通过芯片观察机构100对背面和侧面进行观察。芯片观察机构100具有对芯片的背面进行观察的背面观察机构102以及对芯片的侧面进行观察的侧面观察机构112，通过各观察机构拍摄芯片的背面和侧面。
通过芯片观察机构100进行了观察的芯片被收纳于芯片收纳托盘501或被适当地搬送至试验装置200。在试验装置200中，进行芯片的抗弯强度(弯曲强度)的测量。
接着，对图6所示的试验装置200的结构进行说明。试验装置200主要具有：支承单元210，其对作为试验片的芯片23进行支承；按压单元226，其具有对支承单元210所支承的芯片23进行按压的压头204；驱动单元240，其使按压单元226升降；以及载荷测量器225，其测量作用于压头204的载荷。
以下，更详细地进行说明。支承单元210具有对芯片23进行支承的一对支承台213。一对支承台213分别构成为长方体形状，在它们之间确保间隙217。
在一对支承台213的上部的相互对置的部位分别形成有向上方突出的凸状的支承部215。各支承部215按照沿Y轴方向延伸的方式形成为直线状，在各支承部215中，从下侧支承芯片23。
支承部215的上端部形成为曲面状，构成支承芯片23的支点。各支承台213构成为通过未图示的驱动机构在X轴方向上移动，调整各支承部215的支点间的距离。
在支承单元210的上方配置有按压单元226。按压单元226对支承单元210所支承的作为试验片的芯片23进行按压，并且测量芯片23的按压时施加至按压单元226的压头204的载荷。
按压单元226具有通过驱动单元240沿上下方向升降的移动单元228。在移动单元228的下部连接有圆筒状的第1支承部件227，在第1支承部件227的下部固定有由测力器等构成的载荷测量器225。载荷测量器225所测量的载荷通过控制器1进行存储。
在载荷测量器225的下部经由圆筒状的第2支承部件229而连接有夹持部件239。夹持部件239形成为主视大致门型形状，在相互对置的一对夹持面之间固定有用于按压芯片23的压头204。
压头204由在与支承单元210的支承部215延伸的Y轴方向相同的方向上具有规定宽度的板状的部件构成。压头204的前端(下端部)形成为X轴方向的宽度朝向下方变窄的前端细的大致V字形状。压头204的前端形成为带有圆角的形状(R形状)。另外，对于压头204的形状没有特别限定。
在按压单元226的后方侧(背面侧)设置有使按压单元226沿着铅垂方向(Z轴方向、上下方向)移动的驱动单元240。驱动单元240具有构成垂直面的支承构造242，在支承构造242的前表面侧(正面侧)上沿着Z轴方向以规定的间隔固定有一对导轨244。
在一对导轨244之间与一对导轨244平行地配置有滚珠丝杠246，在滚珠丝杠246的一端部连结有脉冲电动机248。
移动单元228的后表面侧以能够滑动的方式安装于一对导轨244上，移动单元228的后表面侧经由未图示的连结部而与滚珠丝杠246螺合。
当通过脉冲电动机248使滚珠丝杠246旋转时，移动单元228沿着导轨244在Z轴方向上移动，压头204相对于支承单元210相对地接近和远离。
在移动单元228上设置有用于读取标尺222的刻度而检测移动单元228的Z轴方向的高度位置的标尺读取部221。控制器1能够根据标尺读取部221的位置而确定压头204的前端的位置。
接着，对使用上述装置结构的试验方法进行说明。图7是示出试验方法的一例的流程图，以下按照该流程图所示的各步骤的顺序对试验方法进行说明。
＜准备步骤＞
作为准备步骤，如图6所示，事先将作为试验片的芯片23的厚度存储于控制器1。另外，进行用于规定压头204的前端与支承部215的顶点(上端)的高度方向的相对位置关系的对位(设置)。
另外，控制器1具有用于获取图10或图12所示的曲线图的定时器。另外，在控制器1中存储有根据操作者的设定(选择)而执行后述的包含第1停止步骤的第1控制和包含第2停止步骤的第2控制中的任意一方的程序。
＜支承步骤＞
如图8所示，支承步骤是利用支承单元210对芯片23的下表面侧进行支承的步骤。以该状态利用一对支承部215对芯片23的下表面侧进行支承。
＜按压步骤＞
如图9所示，按压步骤是利用压头204按压支承单元210所支承的芯片23的步骤。
具体而言，在图6的结构中，控制器1使脉冲电动机248驱动而使按压单元226整体下降。此时，例如如图8所示，在压头204的前端在距离H3的范围移动的期间，例如按压单元226以下降速度0.1mm/s进行移动。另外，距离H3是用从压头204的原点位置H0至支承单元210的支承部215的上端的距离H1减去芯片的厚度d和余裕距离H2而得到的距离。
在压头204从原点位置H0到达处于距离H3的位置的高度位置之后，控制器1例如使按压单元226以更慢的下降速度10μm/s下降，使压头204的前端到达芯片23。这里，从原点位置H0起到在距离H3的高度位置改变速度为止即到移动了距离H3为止，控制器1使按压单元226以比较快的下降速度下降，由此能够提高试验的吞吐量。不过，控制器1也可以从原点位置H0以比较慢的下降速度10μm/s使按压单元226下降。
＜测量步骤＞
如图9所示，测量步骤是在按压步骤开始的同时利用载荷测量器225测量压头204按压的载荷的步骤。
如图9所示，当压头204的前端到达芯片23时，受到在芯片23上产生的反作用力F，对压头204作用载荷，利用载荷测量器225(图6)测量该载荷，获取图10所示的变化线G1那样的数据。图10的曲线图中，横轴为时间，纵轴为通过载荷测量器225而测量的载荷。控制器1例如按照每5ms获取并存储载荷。
＜第1停止步骤＞
第1停止步骤是在测量步骤中当载荷测量器225的测量值从上升转为下降时使压头204停止移动的步骤(第1控制)。
图10的曲线图示出在时间T1出现载荷测量器225的测量值从上升转为下降的变化点P1的情况。控制器1(图6)在检测到这样的测量值的变化时使压头204停止移动。
这样，在载荷测量器225的测量值从上升转为下降时(变化点P1)，控制器1认为产生了芯片23的破坏而停止压头204的移动(第1停止步骤)。关于该破坏，除了在构成芯片23的层叠构造中一个层或多个层发生了破坏的情况以外，还包含如图11所示那样芯片23彻底分裂成多个断裂片23a的情况。
并且，在该情况下，当施加至压头204的载荷降低时，能够立即停止压头204的移动，因此能够缩短测量时间。
另外，当该载荷测量器225的测量值从上升转为下降时，认为产生了所谓的初期破坏，根据产生该初期破坏时的测量值，能够计算抗弯强度(基于SEMI标准G86-0303的三点弯曲的抗弯强度)。该抗弯强度例如在设定晶片的背面磨削的加工条件时利用。
抗弯强度通过计算弯曲应力值σ而求出。具体而言，如图9所示，将施加至压头204的载荷的最大值设为W[N]，将一对支承部215的上端间的距离设为L[mm]，将芯片23的宽度(与连结一对支承部215的直线垂直的方向(Y轴方向)上的芯片23的长度)设为b[mm]，将芯片23的厚度设为h[mm]，在这样的情况下，弯曲应力值σ为3WL/2bh2。
另外，控制器1也可以例如按照每5ms获取载荷，以某个测量时T1的载荷K1作为基准，当之后的测量时的载荷Kx相对于载荷K1的降低量大于规定值Ka时，认为产生了芯片23的破坏而使压头204停止移动。由此，在载荷略微降低的情况下，不使压头停止下降而是继续进行测量，例如能够继续测量直至产生显著的破坏为止。另外，规定值Ka例如为载荷K1的5％～10％等，可以由操作者任意地设定。
＜第2停止步骤＞
该第2停止步骤(第2控制)是通过操作者的选择而代替第1停止步骤(第1控制)来执行的步骤，能够存储直至芯片彻底分割而载荷成为零为止的行为。
具体而言，控制器1在测量步骤中，在载荷测量器225的测量值从上升转为下降之后仍继续使压头204移动，当如图11所示那样芯片23彻底分割而载荷测量器225的测量值成为零时，使压头204停止移动。
在该情况下，如图12的曲线图所示，在时间T2出现变化点P4，芯片彻底断裂，施加至压头204的载荷成为零。并且，压头204下降至产生变化点P4的时间T2为止，由此能够记录直至变化点P4为止的各变化点P2、P3，能够解析直至芯片彻底断裂为止的行为。
另外，当在芯片上形成有器件的情况下，变化点P2、P3显著地表现。因此，第2控制特别适合应用于在芯片上形成有器件的情况下测量抗弯强度的情况。
另外，通过执行第2停止步骤，当施加至压头204的载荷成为零时，能够立即停止压头204的移动而结束试验，实现测量时间的缩短。
如以上所说明的那样，通过图10所示的第1控制，在压头的移动中当载荷测量器的测量值从上升转为下降时，认为在试验片上产生了破坏而使压头停止移动。由此，能够使压头的移动为最小限度而缩短测量时间。另外，通过使压头移动直至载荷测量器的测量值从上升转为下降为止，能够防止由于压头的移动不足而无法破坏试验片。
另外，通过代替第1控制而执行图12所示的第2控制，能够存储直至试验片彻底分割而载荷成为零为止的行为。另外，在第2控制的情况下，也无需为了可靠地破坏试验片而使压头移动至具有充分裕度的距离，能够在中途结束测量，因此能够实现测量时间的缩短。

Claims (4)

1.一种试验装置，其中，
该试验装置具有：
支承单元，其对试验片的下表面侧进行支承；
按压单元，其具有按压该支承单元所支承的该试验片的压头；
驱动机构，其使该按压单元升降；
载荷测量器，其测量该压头按压该支承单元所支承的该试验片时产生的载荷；以及
控制器，其控制该按压单元的升降，
该控制器构成为：在该压头开始按压该试验片之后，当该载荷测量器的测量值从上升转为下降时能够使该压头停止移动。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其中，
在该控制器中存储有根据操作者的选择而执行第1控制和第2控制中的任意一方的程序，
关于该第1控制，在该压头开始按压该试验片之后，当该载荷测量器的测量值从上升转为下降时使该压头停止移动，
关于该第2控制，在该压头开始按压该试验片之后，当该载荷测量器的测量值成为零时使该压头停止移动。
3.一种试验方法，其中，
该试验方法具有如下的步骤：
支承步骤，利用支承单元对试验片的下表面侧进行支承；
按压步骤，利用压头按压该支承单元所支承的该试验片；
测量步骤，在该按压步骤开始的同时利用载荷测量器测量该压头按压的载荷；以及
第1停止步骤，在该测量步骤中，当该载荷测量器的测量值从上升转为下降时使该压头停止移动。
4.根据权利要求3所述的试验方法，其中，
该试验方法代替该第1停止步骤而具有如下的第2停止步骤：在该测量步骤中，在该载荷测量器的测量值从上升转为下降之后仍继续使该压头移动，当该载荷测量器的测量值成为零时使该压头停止移动。
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