JP2013117476A - 電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体とそれを用いる検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プローブや半導体デバイスの通電による温度上昇を防止し、正確な測定を可能にする電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体とそれを用いる検査装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 複数個のプローブ収容孔を備えたプローブブロックと；前記プローブ収容孔の各々に収容されたプローブであって、外周を前記プローブ収容孔の内周と接触させ、かつ、検査時に対象物と接触する下端部を前記プローブブロックから突出させた複数本のプローブと；前記プローブブロックを冷却する１又は２以上の冷却手段を有している電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体とそれを備えてなる検査装置を提供することによって解決する。
【選択図】 図１０

Description

本発明は電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体とそれを用いる電力用半導体デバイス検査装置に関する。

パワートランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電力用半導体デバイスの電気的特性を検査するに際しては、本来であれば、実用時の動作条件に即して数１００Ａレベルの大電流を半導体デバイスに流してその特性を検査するのが望ましい。しかし、ウエハ状態或いはチップに切り出した状態での電力用半導体デバイスに検査用プローブを介して大電流を流すと、半導体デバイス自体の内部抵抗や半導体デバイスの電極とプローブ間の接触抵抗などによって半導体デバイスや検査用プローブが発熱し、温度ドリフトが発生して正確な測定ができなくなったり、場合によっては半導体デバイスや検査用プローブが破損したりする恐れがある。

このため、電力用半導体デバイスに関しては、ウエハ状態或いはチップ状態で比較的小電流による特性検査を行って粗選別をし、その後、最終工程のパッケージに組み込んだ状態で最終的な特性検査を行うのが一般的とされている。しかし、小電流による特性検査をパスした電力用半導体デバイスであっても、最終的なフルスペック検査において特性不良が発見される場合が多々あり、その場合には、粗選別後に行われる各種工程が無駄になり、製品コストの上昇や廃棄物量の増加といった不都合を招いている。

一方、プローブカードに関しては、冷却手段を備えたプローブカードが種々提案されている。例えば、特許文献１には、プローブカードに冷却用のパイプを内設し、適宜の冷却媒体を流すようにしたプローブカードが開示されている。しかしながら、このプローブカードは、検査のために高温状態とされる半導体装置からの輻射熱によってプローブカードが溶融したり、変形したりするのを防止するためにプローブカードを冷却するようにしたものであって、プローブを通じて大電流を半導体装置に流したときに生じるプローブや半導体装置の発熱を防止するものではない。

また、特許文献２には、検査のために高温状態とされる半導体装置からプローブを通じて熱がプローブカードに伝達されるのを防止するために、プローブ針の基部を収容する冷却室を設け、この冷却室に冷却用エアを供給することによってプローブ針の基部を冷却するようにしたプローブカードが開示されている。しかし、このプローブカードにおいても、問題とされているのは、検査対象となる半導体装置からプローブカードに伝達する熱であって、プローブを通じて検査用の大電流を半導体装置に流したときに生じるプローブや半導体装置の発熱ではない。また、プローブ針基部の外周に冷却用エアを吹き付けているだけであるので、十分な冷却効果が得られないという不都合もある。

さらに、特許文献３においては、プローブカードを構成するセラミック基板の側面にペルチエ素子を取り付け、プローブ配線の一部を分岐して引き出し配線とし、この引き出し配線を前記セラミック基板の側面に接続することにより、引き出し配線を介してプローブを冷却するようにしたプローブカードが開示されている。しかし、このプローブカードは、プローブの冷却が引き出し配線を介した間接的な冷却であり、十分な冷却効果が得られない恐れがあるとともに、冷却に際して引き出し配線なるものを配線する必要があり、構造が複雑で、製造に手間暇が掛かるという不都合がある。

特開平２−１９２７４９号公報 特開２０００−２８６４１号公報 特開２００７−１２１２４５号公報

本発明は、上記従来技術の状況に鑑みて為されたもので、電力用半導体デバイスの大電流検査において、プローブや半導体デバイスの通電による発熱に起因する温度上昇を有効に防止し、正確な測定を可能にする電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体と、それを用いる電力用半導体デバイス検査装置を提供することを課題とするものである。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、プローブカードに代えて、複数本のプローブを保持するプローブ収容孔を備えたプローブブロックを用い、このプローブブロックをヒートシンクとしてプローブを冷却することにより、簡単な構造でプローブを有効に冷却できることを見出した。また、冷却媒体をプローブブロックと検査対象である電力用半導体デバイスに向かって噴出させることによって、プローブと電力用半導体デバイスの双方を有効に冷却できることを見出して、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、複数個のプローブ収容孔を備えたプローブブロックと；前記プローブ収容孔の各々に収容されたプローブであって、外周を前記プローブ収容孔の内周と接触させ、かつ、検査時に対象物と接触する下端部を前記プローブブロックから突出させた複数本のプローブと；前記プローブブロックを冷却する１又は２以上の冷却手段を有している電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体、及びそれを用いる電力用半導体デバイス検査装置を提供することによって、上記の課題を解決するものである。

本発明のプローブ集合体は、プローブブロック内に複数本のプローブを各プローブの外周とプローブ収容孔の内周とを接触させた状態で収容し、プローブブロックを介してプローブを冷却するようにしているので、プローブブロックがヒートシンクとして機能し、冷却媒体をプローブに直接吹き付けて冷却する場合に比べて、より有効にプローブを冷却することができる。したがって、本発明のプローブ集合体におけるプローブブロックは熱伝導性の良い材料で構成されるのが望ましく、さらには、熱伝導性に加えて電気伝導性の良い材料で構成されているのがより好ましい。プローブブロックが熱伝導性に加えて電気伝導性の良い材料で構成されている場合には、プローブブロックを介してプローブを有効に冷却することができるばかりでなく、プローブブロックを通してプローブ、特にフォース用プローブに大電流を供給することができる。熱伝導性と電気伝導性の双方に優れた材料としては、例えば、銅、アルミニウム、銀などの金属を挙げることができる。

プローブブロックを冷却する手段としては種々の手段を用いることができる。例えば、プローブブロックに冷却用気体を当ててプローブブロックを冷却する送風装置、プローブブロック内又はプローブブロック外或いはその双方に設けられた冷却室とその冷却室に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置、又は、プローブブロックを冷却するペルチエ素子などの冷却手段を用いることができ、これらはそれぞれ単独で用いることもできるし、２種以上を組み合わせて用いることも有効である。

また、プローブブロックには冷却用気体との熱交換効率を高めるために、適宜の形状の冷却用のフィンを設けることができる。場合によっては、冷却用フィンを設ける代わりに、プローブブロックに収容される複数本のプローブの上端部をプローブブロックから突出させ、その突出したプローブ上端部を冷却用フィンとして利用するようにしても良い。

電力用半導体デバイスを冷却するには、プローブブロックの冷却に用いた冷却用気体や冷却媒体を用いることができる。例えば、プローブブロックの冷却に用いた冷却用気体を用いて電力用半導体デバイスを冷却する場合には、冷却用気体をプローブブロックの上方からプローブブロックに向かって吹き付けて、冷却用気体がプローブブロックと熱交換した後にその下に位置する電力用半導体デバイスに当たるようにすれば良い。

また、プローブブロックの冷却に用いた冷却媒体を用いて電力用半導体デバイスを冷却する場合には、冷却媒体が供給される冷却室に、プローブの下端部がプローブブロックから突出している方向、すなわち、検査時に電力用半導体デバイスが位置する方向に開口する冷却媒体出口を設け、冷却室に供給された冷却媒体がプローブブロックと熱交換した後に上記冷却媒体出口から噴出して下方に位置する電力用半導体デバイスに当たるようにすれば良い。この場合、用いる冷却媒体としては、電力用半導体デバイスの検査に支障がないように、気体の冷却媒体を用いるのが好ましい。

さらに、本発明のプローブ集合体は、その好適な一態様において、プローブブロックの温度を計測する温度センサを備えており、プローブブロックの温度を常時監視して、プローブブロックとそれと熱的に接しているプローブの温度を常に把握することができるように構成されている。また、本発明のプローブ集合体は、その好適な一態様において、前記温度センサの出力信号に基づいて冷却手段の動作を調整し、プローブブロックの温度を制御する制御装置を備えており、常に最適なプローブ温度で電力用半導体デバイスの特性検査を行うことが可能である。

本発明の電力用半導体デバイス用プローブ集合体によれば、プローブを通して電力用半導体デバイスに大電流を流した場合でも、プローブや検査対象となる電力用半導体デバイスの温度上昇が抑制されるので、温度ドリフトのない正確な測定が可能であり、電力用半導体デバイスについて、ウエハ状態で、或いはチップ状に切り出した状態での実際の使用条件に即した特性検査が可能となるという利点が得られる。また、本発明のプローブ集合体を備えた電力用半導体デバイス検査装置によれば、電力用半導体デバイスの実際の使用条件に即した特性検査を、ウエハ状態で、或いはチップ状に切り出した状態で行うことができるので、パッケージ後の最終検査で特性不良が発見される割合を著しく低減させ、製品コストの上昇や廃棄物量の増加を抑制することができるという利点が得られる。

本発明の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体を備える検査装置の一例を示す正面部分断面図である。 本発明の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体を備える検査装置の一例を示す平面図である。 チャックステージとその周辺部だけを取り出して示す拡大正面図である。 図３の平面図である。 表面電極用プローブ集合体及び裏面電極用プローブ集合体とチャックステージとの関係を示す正面図である。 図５の平面図である。 表面電極用プローブ集合体と裏面電極用プローブ集合体の移動の様子を示す平面図である。 フォース用導電性部材及びチャックステージ内を流れる電流の様子を示す概略図である。 発生する磁界の様子を示す概略図である。 本発明のプローブ集合体の一例を示す拡大部分断面図である。 図１０に示すプローブ集合体の組立分解図である。 ブロック蓋を外した状態の平面図である。 図１０に示すプローブ集合体の側面図である。 図１０に示すプローブ集合体の動作状態を示す部分断面図である。 本発明のプローブ集合体の他の一例を示す拡大部分断面図である。 図１５に示すプローブ集合体の平面図である。 図１５に示すプローブ集合体の側面図である。 本発明のプローブ集合体の更に他の一例を示す拡大部分断面図である。 本発明のプローブ集合体の更に他の一例を示す拡大部分断面図である。 本発明のプローブ集合体の更に他の一例を示す概略図である。

以下、本発明が対象とする電力用半導体デバイスの一例としてＩＧＢＴを例に、図面を用いて本発明を説明するが、本発明の対象がＩＧＢＴに限られないこと、また、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。

図１は、本発明のプローブ集合体を備える電力用半導体デバイス検査装置の一例を示す正面部分断面図、図２はその平面図である。図１、図２において、１０１は電力半導体デバイス検査装置であり、１０２はチャックステージ、１０３はチャックステージ１０２をその上に載置、保持する絶縁板、１０４は断熱板である。絶縁板１０３と断熱板１０４との間には後述するヒータが介挿されている。１０５は、チャックステージ１０２を絶縁板１０３及び断熱板１０４と共にＸＹＺ及びθ方向に移動させるＸＹＺ−θステージ、１０６は表面電極用プローブ集合体を保持するマニュピレータ、１０７は裏面電極用プローブ集合体を保持するマニュピレータ、１０８はテスタである。表面電極用プローブ集合体及び裏面電極用プローブ集合体は、それぞれマニュピレータ１０６及び１０７によって、ＸＹＺ方向に微小範囲で移動可能である。

Ｗは検査対象となるウエハ、１０９はウエハＷを収容するウエハカセット、１１０はウエハカセット１０９からウエハＷを取り出してチャックステージ１０２上の後述するウエハ保持部に載置するとともに、検査が終了したウエハＷをウエハ保持部から外部へと搬出するウエハ搬送装置である。ウエハ搬送装置１１０がウエハＷを搬送する機構に関しては、ウエハＷを搬送することができる限り特段の制限はなく、例えば、ベルヌーイ方式のウエハ搬送装置などを好適に用いることができる。

１１１は検査装置１０１の上部ベースプレートであり、上部ベースプレート１１１には、長円形の穴１１２が設けられている。マニュピレータ１０６、１０７は、上部ベースプレート１１１における長円形の穴１１２の縁部近傍に取り付けられ、片持ち式に伸ばした腕と、その腕の先端部から長円形の穴１１２を通過して下方に突出した保持部によって、後述する表面電極用プローブ集合体及び裏面電極用プローブ集合体を上部ベースプレート１１１よりも下方の位置に保持している。１１３はフォース用導電性部材、１１４_Ａ、１１４_Ｂは導電性ケーブルであり、後述する表面電極用プローブ集合体は、フォース用導電性部材１１３及び導電性ケーブル１１４_Ａを介してテスタ１０８に、裏面電極用プローブ集合体は導電性ケーブル１１４_Ｂを介してテスタ１０８に接続されている。なお、検査装置１０１は、上記部材以外に、アライメント用の図示しない顕微鏡や撮像装置を備えている。

図３はチャックステージ１０２とその周辺部だけを取り出して示す拡大正面図である。図３において、１１５は絶縁板１０３と断熱板１０４との間に介挿されたヒータであり、図示しない電力源から電力の供給を受けてチャックステージ１０２と、チャックステージ１０２のウエハ保持部上に載置されるウエハＷとを加熱する。ウエハ保持部には図示しない温度センサが取り付けられており、その温度センサからの信号に基づいてヒータ１１５に供給する電力を加減することによって、チャックステージ１０２と、ウエハ保持部上に載置されるウエハＷとを所定の温度に加熱することができる。

図４は図３の平面図である。図に示すとおり、チャックステージ１０２の上面には、αで示されるウエハ保持部と、βで示されるプローブコンタクト領域が、互いの領域が重ならないように隣接して配置されている。ウエハ保持部αには、例えば、負圧源に接続された吸引溝などの図示しない適宜の吸引機構が設けられており、これにより、ウエハ保持部αは、その上面をウエハＷの裏面と接触させた状態でウエハＷを吸引、保持する。

ウエハ保持部αの大きさに特段の制限はなく、検査装置１０１で検査することを予定している最大のウエハＷを保持できる大きさであれば良い。また、ウエハ保持部αの形状は、検査対象となるウエハＷは通常円形であるので、ウエハＷの形状に合わせて、通常、円形であるが、ウエハＷを保持することができるのであれば必ずしも円形に限られる訳ではなく、楕円形や、長円形、多角形状であっても良い。

本例の検査装置１０１においては、チャックステージ１０２は防錆メッキ処理された銅などの導電性材料で構成されており、チャックステージ１０２の上面の一部の領域がウエハ保持部αを構成しているので、ウエハ保持部αの上面も導電性である。したがって、ウエハ保持部α上にウエハＷを載置すると、ウエハ保持部αの導電性の上面がウエハＷの裏面と接触することになり、このウエハ保持部αにおけるウエハＷの裏面と接触する部分が導電性の接触部となる。

一方、プローブコンタクト領域βは、後述する裏面電極用プローブが接触する領域であり、チャックステージ１０２の上面に、ウエハ保持部αと隣接して設けられており、チャックステージ１０２の上面の一部がプローブコンタクト領域βを構成している。本例の検査装置１０１においては、前述したとおり、チャックステージ１０２は防錆メッキ処理された銅などの導電性材料で構成されているので、プローブコンタクト領域βは導電性であり、チャックステージ１０２におけるウエハ保持部α及びプローブコンタクト領域β以外の部分を介して、ウエハ保持部αにおける前記接触部と電気的に導通している。

プローブコンタクト領域βの大きさは、ウエハ保持部αに保持される最大のウエハＷと同形かつ同大の領域を包含する大きさに選ばれる。本例においては、ウエハ保持部αに保持されるウエハＷが円形で、その径は最大でもウエハ保持部αの径を超えることがないと想定しているので、プローブコンタクト領域βは、ウエハ保持部αと同じ半径の円形の領域として設定されている。ただし、プローブコンタクト領域βの形状は円形に限られず、想定される最大のウエハＷと同形かつ同大の領域を包含する限り、楕円、長円、多角形等、いかなる形状であっても良い。また、プローブコンタクト領域βの大きさは、ウエハ保持部αに保持される最大のウエハＷと同形かつ同大の領域を包含していれば良く、極端な場合には、ウエハ保持部αに保持される最大のウエハＷと同形かつ同大であっても良いが、余裕をみて、ウエハ保持部αに保持される最大のウエハＷよりも大きな面積の領域をプローブコンタクト領域βとして設定するのが好ましい。

また、本例においては、チャックステージ１０２の導電性の上面自体がウエハ保持部αとプローブコンタクト領域βの双方を構成しているが、チャックステージ１０２の上面に、ウエハ保持部αに保持される最大のウエハＷと同大かつ同形の部分をカバーする大きさの導電性シートを載置して、その導電性シートの上面をプローブコンタクト領域βとしても良い。このように、導線性シートをプローブコンタクト領域βとする場合には、裏面電極用プローブが多数回接触することなどによってプローブコンタクト領域βが損傷を受けた場合には、導電性シートだけを交換すれば良く、メンテナンスの手間と費用を低減することができる。

なお、図に示すとおり、チャックステージ１０２はＸＹＺ−θステージ１０５上にあり、チャックステージ１０２の上面にウエハ保持部α及びプローブコンタクト領域βが形成されているので、ＸＹＺ−θステージ１０５を作動させてチャックステージ１０２を移動させると、当然のことながら、ウエハ保持部αとプローブコンタクト領域βとは一体となって同じ方向に移動する。

図５は本発明のプローブ集合体である表面電極用プローブ集合体及び裏面電極用プローブ集合体とウエハチャック１０２との関係を示す正面図、図６はその平面図である。便宜上、説明に必要な部材のみを抽出して図示してある。図５、図６において、Ｐ_Ａは表面電極用プローブ集合体、Ｐ_Ｂは裏面電極用プローブ集合体、Ｗはウエハ保持部αに保持されている検査対象ウエハである。表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａと裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂとは、それぞれ図示しない複数本のフォース用プローブと複数本のセンス用プローブとを有している。フォース用プローブの数は１本であっても良いが、電力用半導体デバイスの検査に際しては大電流を流す必要があるので、フォース用プローブは複数本あるのが好ましい。同様に、センス用プローブの数も１本であっても良いが、複数本あると導通チェックができるので好ましい。なお、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａは、検査対象となる半導体デバイスの種類にも依るが、通常、前記フォース用プローブとセンス用プローブに加えて、図示しないゲート用プローブ又はベース用プローブを有している。

表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａと裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂとは、水平方向に互いに距離Ｄを隔てて配置されており、チャックステージ１０２がＸＹＺ−θステージ１０５によって上昇したときに、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａはウエハ保持部αに保持されたウエハＷと接触し、裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂはプローブコンタクト領域βと接触する位置に配置されている。また、フォース用導電性部材１１３は、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａと裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂとを結ぶ直線に沿ってチャックステージ１０２の上面と平行に配置されている。本例の場合、フォース用導電性部材１１３は、剛性のある板状の導電性部材であり、その表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａ側の一端は、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａが有する複数本のフォース用プローブと電気的に接続され、他端は、導電性ケーブル１１４_Ａを介してテスタ１０８に接続されている。なお、裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂは導電性ケーブル１１４_Ｂを介してテスタ１０８に接続されている。

図６に示すＬは、ウエハ保持部αとプローブコンタクト領域βの中心間の距離であり、本例において、距離Ｄは距離Ｌと略同じになるように設定されている。このように距離Ｄが距離Ｌと略同じに設定されており、また、プローブコンタクト領域βが、ウエハ保持部αに保持される最大のウエハＷと同形かつ同大の領域を包含する大きさになっているので、ＸＹＺ−θステージ１０５によってチャックステージ１０２が移動し、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａがウエハ保持部α上に保持された検査対象ウエハＷ内を相対的に移動すると、裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂはプローブコンタクト領域β内を相対的に移動する。

図７は、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａと裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂの移動の様子を示す平面図であり、ウエハ保持部αに保持される最大のウエハとして、ウエハ保持部αと同じ半径の円形のウエハＷがウエハ保持部α上に載置、保持されている場合を示している。図７の（ａ）〜（ｄ）に示すとおり、チャックステージ１０２が図中左右上下に移動して、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａがウエハ保持部α上に保持されているウエハＷ内を相対的に移動すると、その移動に対応して、裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂは、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａとの間に距離Ｄを保ちつつ、プローブコンタクト領域β内を相対的に移動する。

このように、検査装置１０１によれば、ウエハＷ上に形成されている多数の半導体デバイスを順次検査すべくＸＹＺ−θステージ１０５によってチャックステージ１０２を移動させる場合であっても、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａが検査対象となる半導体デバイスの表面電極に接触するときには、裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂは、検査対象となる半導体デバイスの裏面電極と電気的に導通するプローブコンタクト領域βに接触し、半導体デバイスに必要な電気信号を供給して、その電気的特性をウエハ状態のままで検査することが可能である。また、ウエハＷ上の半導体デバイスを順次検査する場合であっても、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａと裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂは移動させる必要がないので、テスタ１０８と表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａ及び裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂとの位置関係は不変である。このため、本例の検査装置１０１によれば、半導体デバイスの検査をウエハ状態のままで行う場合であっても、テスタ１０８と表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａ及びテスタ１０８と裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂとの電気的接続経路の長さを常に一定の最短長さに維持することができるので、測定経路に発生する寄生インダクタンスを最小にすることができ、半導体デバイスの実力値に近い大電流測定や動特性試験に必要な過渡特性を得ることができるという利点が得られる。

図８はフォース用導電性部材１１３及びチャックステージ１０２内を流れる電流の様子を示す概略図、図９は発生する磁界の様子を示す概略図である。検査時においては、テスタ１０８から導電性ケーブル１１４_Ａ、フォース用導電性部材１１３、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａのフォース用プローブを経由して、ウエハＷ上の半導体デバイスを通過し、さらに、ウエハ保持部αの導電性の接触部、チャックステージ１０２、プローブコンタクト領域β、裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂ、導電性ケーブル１１４_Ｂを経由してテスタ１０８へという回路が形成され、フォース用導電性部材１１３内には図中Ｉｉで示す電流が、そして、チャックステージ１０２内には図中Ｉｏで示す電流が流れる。このとき、フォース用導電性部材１１３は、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａと裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂとを結ぶ直線に沿ってチャックステージ１０２の上面と平行に配置されているので、電流Ｉｉによって発生される磁界と電流Ｉｏによって発生される磁界とは、図９に示すとおり向きが逆となり、互いに相殺される。したがって、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａと裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂ間の電流経路における実効インダクタンスを低減することができ、より過渡特性の良い、精度の高い測定が可能となる。

なお、フォース用導電性部材１１３は、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａと裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂとを結ぶ直線に沿ってチャックステージ１０２の上面と平行に配置することができるものであれば、必ずしも剛性のある板状の導電性部材に限られるものではなく、断面円形の線状部材であっても良い。しかし、電流Ｉｏが流れるチャックステージ１０２が板状であるので、チャックステージ１０２との間に、誘電体としての空気を介在させた並列結合構造を形成すべく、フォース用導電性部材１１３は、フォース用導電性部材１１３とチャックステージ１０２との間隙の大きさよりも広い幅をもった板状部材とするのが好ましい。

図１０は、本発明のプローブ集合体の一例である表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａの拡大部分断面図、図１１はその組立分解図である。図１０、図１１において、１はプローブブロック、２はブロック蓋である。プローブブロック１は熱伝導性が良いとともに電気伝導性の良い材料で構成されており、フォース用導電性部材１１３と結合されることにより、フォース用導電性部材１１３と電気的に接続されている。３はフォース用プローブであり、フォース用プローブ３は、プローブブロック１に形成されたプローブ収容孔１０に挿入固定されることによってプローブブロック１に取り付けられている。フォース用プローブ３は、その外周が前記プローブ収容孔１０の内周と接触しているので、プローブブロック１と熱的に接触状態にあるとともに、プローブブロック１及びフォース用導電性部材１１３と電気的に導通している。

一方、４はセンス用プローブであり、センス用プローブ４も、プローブブロック１に形成されたプローブ収容孔１０に挿入固定されることによってプローブブロック１に取り付けられているが、センス用プローブ４の外周とプローブ収容孔１０の内周との間には絶縁部材５が介在しており、センス用プローブ４とプローブブロック１及びフォース用導電性部材１１３とは電気的に絶縁されている。

フォース用プローブ３の先端部３_Ｔ及びセンス用プローブ４の先端部４_Ｔは、各プローブ内に配置されている図示しない弾性手段によって下方に向かって付勢されており、先端部３_Ｔ及び４_Ｔに上向きの外力が加わった場合には、その外力の大きさに応じて適宜上方に移動可能である。６はセンス用プローブ４とテスタ１０８とを接続する導電性ケーブルである。

７はプローブブロック１に設けられた冷却室であり、８は冷却媒体導入口、９は冷却媒体出口である。冷却媒体導入口８は図示しない適宜の冷却媒体供給装置に接続されている。冷却媒体供給装置から冷却媒体導入口８を介して冷却室７内に導入された冷却媒体は、プローブブロック１を介してフォース用プローブ３及びセンス用プローブ４、さらには後述するゲート用プローブを冷却するとともに、冷却媒体出口９から表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａの下方に位置する検査対象である半導体デバイスに吹き付けられ、半導体デバイスを冷却する。

このように、本例の表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａは各プローブ及び半導体デバイスの冷却手段を備えているので、半導体デバイスに大きな測定電流を流す場合でも、半導体デバイスやプローブの過度の温度上昇を防止することができ、より安定で正確な測定が可能である。なお、冷却媒体としては、通常、空気が用いられるが、空気に限られず、窒素ガスその他の適宜の気体、更には水やその他の適宜の液体を冷却媒体として用いても良いことは勿論である。ただし、本例のように、冷却室７が、フォース用プローブ３及びセンス用プローブ４の下端部がプローブブロック１から突出している方向に開口する冷却媒体出口９を有しており、冷却媒体を冷却媒体出口９からその下方に位置する半導体デバイスに吹き付ける場合には、冷却媒体は空気などの気体であるのが望ましい。

図１２は、ブロック蓋２を外した状態の表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａを拡大して示す平面図である。図１２において、１１はゲート用プローブであり、ゲート用プローブ１１とプローブブロック１に設けられたプローブ収容孔１０との間にも絶縁部材５が介挿されており、ゲート用プローブ１１はプローブブロック１及びフォース用導電性部材１１３とは電気的に絶縁されている。

図１２に示すとおり、各プローブは碁盤目の各格子位置に配置されており、２本のセンス用プローブ４と１本のゲート用プローブ１１に隣接する碁盤目の格子位置を除いて、合計１４本のフォース用プローブ３が配置されている。なお、図１２に示す各プローブの配置と数は一例であって、フォース用プローブ３、センス用プローブ４、及びゲート用プローブ１１の配置と数は図示のものに限られない。

図１３は、図１０に示す本例の表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａの側面図である。図１３において、１２は接続ケーブルであり、ゲート用プローブ１１は接続ケーブル１２によってテスタ１０８に接続されている。また、図１３に示すとおり、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａは、ブロック蓋２を介して、マニュピレータ１０６に取り付けられている。

図１４は、図１０に示す本例の表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａの動作状態を示す部分断面図である。図１４において、１３は冷却媒体供給装置であり、冷却媒体供給装置１３から冷却媒体導入口８に供給された冷却媒体Ｃは、冷却室７内に充満し、プローブブロック１を介してフォース用プローブ３、センス用プローブ４、さらにはゲート用プローブ１１を冷却した後、冷却媒体出口９から下方に位置するウエハＷ上に形成されている半導体デバイスＳに吹き付けられ、半導体デバイスＳを冷却する。

なお、本例においては、冷却媒体出口９は、真っ直ぐの下向きではなく、各プローブの突出した先端部が存在する方向に向かってやや斜め下向きに開口しているので、冷却媒体出口９から噴出する冷却媒体Ｃは、まず各プローブの先端部にあたり、先端部を冷却した後に、半導体デバイスＳに吹き付けられるようになっている。このため、各プローブのより十分な冷却が可能になるという利点が得られる。冷却媒体出口９を真っ直ぐ下向きに開口させ、冷却媒体出口９から噴出する冷却媒体Ｃを、直接、半導体デバイスＳに吹き付けて半導体デバイスＳを冷却するようにしても良い。また、本例において、冷却室７はプローブブロック１の内部に設けられているが、冷却室７の位置はプローブブロック１の内部に限られず、プローブブロック１と熱交換ができる状態であれば、冷却室７はプローブブロック１の外部に設けても良く、内部と外部の双方に設けるようにしても良い。

図１５、図１６、図１７は、それぞれ、本発明のプローブ集合体である表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａの他の一例を示す拡大部分断面図、平面図、及び側面図である。本例の表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａは、冷却室７、冷却媒体導入口８、冷却媒体出口９から構成される冷却手段に加えて、ブロック蓋２の上面に冷却用フィン１４が設けられている。本例においては、冷却用フィン１４は、ブロック蓋２の一部を除去し、ブロック蓋２に溝を設けることによって形成され、冷却用フィンの上面はブロック蓋２の上面と同じ高さにあるが、ブロック蓋２の上面に板状の部材を立設させて、冷却用フィン１４としても良い。

動作に際しては、図１７に示すように、冷却用気体噴出ノズル１５を表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａの上方に位置させて、冷却用気体噴出ノズル１５に接続された図示しない送風装置を作動させ、冷却用気体ＣＡを冷却用気体噴出ノズル１５から表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａに向かって噴出させれば良い。噴出した冷却用気体ＣＡは、各接続ケーブル６、１２や、ブロック蓋２の上面と当接し、それらを冷却する。このとき、ブロック蓋２には冷却用フィン１４が設けられているので、冷却用気体ＣＡとブロック蓋２との接触面積は冷却用フィン１４がない場合に比べて大きくなっており、冷却用気体ＣＡとブロック蓋２との間での熱交換が促進され、プローブブロック１に収容されている各プローブの冷却がより効率良く行われる。なお、ブロック蓋２だけではなく、プローブブロック１に冷却用フィンを設けても良いことは勿論である。

冷却用気体噴出ノズル１５から冷却用気体ＣＡを噴出させてプローブブロック１やブロック蓋２を介して各プローブを冷却すると同時に、前述した冷却媒体供給装置を作動させて、冷却媒体導入口８から冷却室７内へと冷却媒体Ｃを導入し、双方の冷却手段で各プローブを同時に冷却するようにしても良い。また、冷却用気体噴出ノズル１５から噴出する冷却用気体ＣＡだけでプローブブロック１とその内部に収容されている各プローブを冷却するようにしても良く、冷却が十分に行われるのであれば、冷却用フィン１４はなくても良い。本例において、冷却用気体ＣＡは、冷却用気体噴出ノズル１５から下方に向かって噴出されるので、プローブブロック１及びブロック蓋２と熱交換をして各プローブを冷却した後、下方に位置する半導体デバイスにも当接し、半導体デバイスを冷却する。

図１８は、本発明のプローブ集合体である表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａの更に他の一例を示す拡大部分断面図である。図１８の例においては表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａのブロック蓋２は存在せず、フォース用プローブ３の上端部３_Ｕ、センス用プローブ４の上端部４_Ｕ、更に図面には表れないゲート用プローブ１１の上端部は、いずれも、プローブブロック１から上方に突出しており、これら各プローブの突出した上端部が冷却用フィンとして機能する。図示しない送風装置を作動させて、冷却用気体ＣＡを図中矢印で示すように冷却用気体噴出ノズル１５からに表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａに向かって噴出させると、冷却用気体は、フォース用プローブ３の上端部３_Ｕ、センス用プローブ４の上端部４_Ｕ、更に図面には表れないゲート用プローブ１１の上端部と接触し、熱交換を行い、各プローブを直接冷却する。各プローブの上端部と接触した冷却用気体は、さらにプローブブロック１と接触して、プローブブロック１を冷却し、プローブブロック１に収容されている各プローブを冷却する。各プローブの上端部とは別に、板状の冷却用フィン１４をプローブブロック１の上面に立設させておいても良く、冷却用フィン１４が存在する場合には、プローブブロック１を介して各プローブの冷却をより効率良く行うことができる。

図１９は、本発明のプローブ集合体である表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａの更に他の一例を示す拡大部分断面図である。図１９の例においては、図示しない冷却媒体供給装置から供給される冷却媒体Ｃは、冷却媒体導入口８からプローブブロック１内に形成されている冷却室７内に導入され、連続している冷却室７内を通過した後に、冷却媒体出口９から排出され、元の冷却媒体供給装置へと循環する。このように本例の表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａにおいてはプローブブロック１内に形成されている連続した冷却室７内を冷却媒体Ｃが通過することによってプローブブロック１と熱交換を行い、プローブブロック１を通して各プローブを冷却する。本例においては冷却媒体Ｃが表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａに当たることがないので、水やその他の適宜の流体を冷却媒体Ｃとして用いることができる。

図２０は、本発明のプローブ集合体である表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａの更に他の一例を示す概略図である。図２０において、１６は温度センサであり、プローブブロック１の適宜の位置に配設され、プローブブロック１の温度を計測する。１７は制御装置、１３は冷却媒体供給装置、１８は冷却媒体冷却装置、１９は流量調整弁である。制御装置１７は温度センサ１６からの出力信号を受け、その出力信号を予め設定されている目標温度と比較し、両者の間に一定レベル以上の差異がある場合には、冷却媒体供給装置１３、冷却媒体冷却装置１８、又は流量調整弁１９のいずれか、又は２つ以上の動作を調整し、プローブブロック１の温度、つまりは、プローブブロック１に収容されている各プローブの温度が目標温度に維持されるように制御する。本発明のプローブ集合体がこのような温度センサと制御装置を備えている場合には、プローブブロック１に収容されている各プローブの温度を知ることができるばかりでなく、各プローブの温度を予め定められた目標温度に自動的に維持することが可能となり、より正確な特性検査を行うことができる。

なお、以上述べたような冷却手段に代えて、例えばペルチエ素子を冷却手段として用いることも可能であり、ペルチエ素子を用いた冷却手段と、上述した他の冷却手段の１つ若しくは２つ以上とを組み合わせて用いることも適宜可能である。

以上は、表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａを例に本発明のプローブ集合体について説明したが、本発明のプローブ集合を裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂとして用いても良いことは勿論であり、裏面電極用プローブ集合体Ｐ_Ｂの構造も、ゲート用プローブ１１を備えていない点、さらにはフォース用プローブ３及びセンス用プローブ４の大きさや配置が若干異なる点を除けば、基本的には表面電極用プローブ集合体Ｐ_Ａと同じである。

また、以上は電力用半導体デバイスの特性をウエハ状態のままで検査する場合について説明したが、本発明のプローブ集合体や、本発明のプローブ集合体を備える検査装置は、チップ状態に切り出された電力用半導体デバイスの検査に用いても有用であることはいうまでもない。

以上説明したとおり、本発明の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体、及びそれを備える電力用半導体デバイス検査装置によれば、実際の使用時における動作条件に即した大電流を流して電力用半導体デバイスの特性検査を行うことができるので、最終的なフルスペック検査において初めて特性不良が発見されるといった不都合が排除される。本発明の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体、及びそれを備える電力用半導体デバイス検査装置は、無駄な工程に起因する製品コストの上昇や廃棄物量の増加を有効に防止するものであり、その産業上の利用可能性は多大である。

１ プローブブロック
２ ブロック蓋
３ フォース用プローブ
４ センス用プローブ
５ 絶縁部材
６、１２ 接続ケーブル
７ 冷却室
８ 冷却媒体導入口
９ 冷却媒体出口
１０ プローブ収容孔
１１ ゲート用プローブ
１３ 冷却媒体供給装置
１４ 冷却用フィン
１５ 冷却用気体噴出ノズル
１６ 温度センサ
１７ 制御装置
１８ 冷却媒体冷却装置
１９ 流量調整弁
１０１ 電力用半導体デバイス検査装置
１０２ チャックステージ
１０５ ＸＹＺ−θステージ
１０６、１０７ マニュピレータ
１０８ テスタ
１１０ ウエハ搬送装置
１１３ フォース用導電性部材
１１４_Ａ、１１４_Ｂ 導電性ケーブル
α ウエハ保持部
β プローブコンタクト領域
Ｗ ウエハ
Ｓ 半導体デバイス

Claims (11)

1. 複数個のプローブ収容孔を備えたプローブブロックと；前記プローブ収容孔の各々に収容されたプローブであって、外周を前記プローブ収容孔の内周と接触させ、かつ、検査時に対象物と接触する下端部を前記プローブブロックから突出させた複数本のプローブと；前記プローブブロックを冷却する１又は２以上の冷却手段を有している電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体。
2. 前記冷却手段の一つが前記プローブブロックに冷却用気体を吹き付ける送風装置である請求項１記載の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体。
3. 前記プローブブロックが冷却用フィンを備えている請求項２記載の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体。
4. 複数本の前記プローブが上端部を前記プローブブロックから突出させており、その突出した上端部が冷却用フィンを兼ねている請求項３記載の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体。
5. 前記プローブブロックがプローブブロック内及び／又はプローブブロック外に冷却室を有し、前記冷却手段の一つが前記冷却室に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置である請求項１〜４のいずれかに記載の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体。
6. 前記冷却室が、前記プローブの前記下端部が前記プローブブロックから突出している方向に開口する冷却媒体出口を有しており、前記冷却媒体が気体である請求項５記載の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体。
7. 前記冷却手段の一つがペルチエ素子である請求項１〜６のいずれかに記載の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体。
8. 前記プローブブロックの温度を計測する温度センサを備えている請求項１〜７のいずれかに記載の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体。
9. 前記温度センサの出力信号に基づいて前記冷却手段の動作を調整し、前記プローブブロックの温度を制御する制御装置を備えている請求項８記載の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体。
10. 前記複数本のプローブがフォース用プローブを含み、前記フォース用プローブが前記プローブ収容孔の内周との接触部を介して前記プローブブロックと電気的に導通している請求項１〜９のいずれかに記載の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の電力用半導体デバイス検査用プローブ集合体を備えてなる電力用半導体デバイス検査装置。

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