JP2018009899A

JP2018009899A - 半導体素子の検査装置

Info

Publication number: JP2018009899A
Application number: JP2016139670A
Authority: JP
Inventors: 千田　英美; Hidemi Senda; 英美千田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2018-01-18

Abstract

【課題】検査装置のステージに異物が付着することを防止する。【解決手段】検査装置１０は、金属シート２のロール４を支持するロール支持部１６と、ロール支持部１６のロール４から金属シート２を巻き取るシート巻取部１８と、ロール支持部１６とシート巻取部１８との間を伸びる金属シート２を介して半導体素子１００が載置され、半導体素子１００と金属シート２が電気的に接続されるステージ１２とを備える。ステージ１２は、半導体素子１００を吸着する吸着穴１２ａを有し、金属シート２は、吸着穴１２ａの少なくとも一部が露出するようにステージ１２上に配置される。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、半導体素子の電気的特性を検査する検査装置に関する。

特許文献１に、半導体素子の電気的特性を検査する検査装置が開示されている。この種の検査装置は、検査対象である半導体装素子が載置されるステージを有する。ステージ上の半導体素子には、検査用の電圧や電流が印加される。

特開２０１４―１４５６１５号公報

検査対象の半導体素子に不具合が生じていると、半導体素子において局所的に大電流が流れ、半導体素子の一部が溶融するなどして、ステージ上に異物が付着することがある。ステージに異物が付着したままでは、その後の検査に悪影響を与えるだけでなく、その後に検査する半導体素子が損傷を受けることもある。そのことから、ステージに異物が付着した場合、従来の検査装置では、ステージを交換することが一般的に行われている。しかしながら、ステージを交換する手法では、時間や費用を要するといった問題が生じている。

上記の実情を鑑み、本明細書は、検査装置のステージに異物が付着することを防止する技術を提供する。

本明細書は、半導体素子の電気的特性を検査する検査装置を開示する。この検査装置は、金属シートのロールを支持するロール支持部と、ロール支持部のロールから金属シートを巻き取るシート巻取部と、ロール支持部とシート巻取部との間を伸びる金属シートを介して半導体素子が載置され、半導体素子と金属シートが電気的に接続されるステージとを備える。ステージは、半導体素子を吸着する吸着穴を有する。そして、金属シートは、吸着穴の少なくとも一部が露出するようにステージ上に配置される。

上記した検査装置では、半導体素子が金属シートを介してステージに載置され、ステージ上で金属シートと半導体素子が電気的に接続される。このような構成によると、例えば半導体素子に不具合が生じており、局所的な大電流によって半導体素子の一部が溶融したとしても、金属シートに異物が付着することになり、ステージに異物が付着することは防止される。そして、金属シートに異物が付着したときは、金属シートを適量だけ巻き取ればよく、それによって、ステージを新たな金属シートで再び覆うことができる。即ち、ステージを交換する必要はない。ここで、ステージに設けられた吸着穴は、金属シートによって完全に覆われることがないので、半導体素子をステージ上にしっかりと固定することができる。

実施例１の検査装置１０の構成を模式的に示す正面図。実施例１の検査装置１０の構成を模式的に示す平面図（プローブヘッド１４は図示省略されている）。図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。図２中のＩＶ−ＩＶ線における断面図。実施例１のステージ１２を単体で示す平面図。図５中のＶＩ−ＶＩ線における断面図。実施例２の検査装置１１０の要部を示す平面図。図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図。実施例２のステージ１１２を単体で示す平面図。図９中のＸ−Ｘ線における断面図。

図面を参照して、実施例１の検査装置１０を説明する。検査装置１０は、半導体素子１００（半導体チップとも称される）に検査用の電圧や電流を印加することによって、半導体素子１００の電気的特性を検査するための装置である。検査装置１０は、例えば、半導体素子１００の製造工程において、製造上の不具合を有する半導体素子１００（即ち、不良品）を選別するスクリーニング検査に用いられる。検査対象の半導体素子１００は、一例ではあるが、パワー半導体素子であり、上面電極１００ａと下面電極１００ｂとの間に半導体素子構造（例えばスイッチング素子やダイオード）を有する縦型の半導体素子である。

図１、図２に示すように、検査装置１０は、ステージ１２と、プローブヘッド１４を備える。ステージ１２及びプローブヘッド１４は、検査装置１０の本体（図示省略）によって支持されており、互いに対向している。ステージ１２は、金属シート２を介して半導体素子１００が載置される。ステージ１２は、特に限定されないが、例えば半導体素子１００を加熱するヒータを備えることができる。なお、本実施例では、二つの金属シート２が同時に使用されているが、金属シート２の数は特に限定されず、一つでもよいし、三つ以上であってもよい。

プローブヘッド１４は、一又は複数の上側プローブ１４ａと、一又は複数の下側プローブ１４ｂを有する。上側プローブ１４ａと下側プローブ１４ｂのそれぞれは、検査用の電極であり、例えば銅やステンレス鋼といった導電性材料で構成されている。プローブヘッド１４は、ステージ１２に対して進退可能に構成されている。プローブヘッド１４がステージ１２に向けて下降すると、上側プローブ１４ａが半導体素子１００の上面電極１００ａと接触するとともに、下側プローブ１４ｂがステージ１２上の金属シート２と接触する。これにより、上側プローブ１４ａが半導体素子１００の上面電極１００ａと電気的に接続され、下側プローブ１４ｂが金属シート２を介して半導体素子１００の下面電極１００ｂと電気的に接続される。この状態で、検査装置１０は、上側プローブ１４ａと下側プローブ１４ｂによって半導体素子１００に検査用の電圧や電流を印加し、半導体素子１００の電気的特性を検査する。このとき、必要に応じて、半導体素子１００はステージ１２のヒータによって加熱される。なお、他の実施形態として、下側プローブ１４ｂ又はそれに相当する電極、即ち、金属シート２と電気的に接続する検査用の電極は、プローブヘッド１４に代えて（又は加えて）、ステージ１２側に設けられてもよい。このような構成であっても、半導体素子１００は、ステージ１２上において金属シート２と電気的に接続される。

検査装置１０は、ロール支持部１６とシート巻取部１８をさらに備える。ロール支持部１６とシート巻取部１８は、検査装置１０の本体（図示省略）によって支持されている。ロール支持部１６は、金属シート２のロール４が着脱可能に構成されており、当該ロール４を回転可能に支持することができる。ロール支持部１６は、例えば少なくとも一部が絶縁性材料で構成されており、金属シート２を少なくとも上側プローブ１４ａから電気的に絶縁している。ロール支持部１６は、図示省略するが、必要に応じてロール４の回転を禁止又は制限するロック機構又はブレーキ機構を有することができる。また、ロール支持部１６は、複数の金属シート２のロール４のそれぞれを、個別に回転可能に支持することも好ましい。

シート巻取部１８は、例えばモータといったアクチュエータを有し、ロール支持部１６のロール４から金属シート２を巻き取ることができる。図１、図２に示すように、ロール支持部１６から送り出された金属シート２は、ステージ１２上を移動した後に、シート巻取部１８によって巻き取られる。これにより、検査対象である半導体素子１００が、ロール支持部１６とシート巻取部１８との間を伸びる金属シート２を介して、ステージ１２上に載置される。シート巻取部１８は、例えば少なくとも一部が絶縁性材料で構成されており、金属シート２を少なくとも上側プローブ１４ａから電気的に絶縁している。特に限定されないが、シート巻取部１８は、モータの動作量を制御することよって、金属シート２の巻取量を調整可能であるとよい。また、シート巻取部１８は、複数の金属シート２のロール４のそれぞれを、個別に巻き取り可能であることも好ましい。

検査装置１０は、テンショナー２０をさらに備える。テンショナー２０は、例えば一又は複数のローラを有し、金属シート２をステージ１２に密接させるとともに、金属シート２に適度な張力を与える。これにより、ステージ１２上の金属シート２の平坦性が改善される。一又は複数のテンショナー２０は、例えば少なくとも一部が絶縁性材料で構成されており、金属シート２を少なくとも上側プローブ１４ａから電気的に絶縁している。なお、テンショナー２０の具体的な数や構成は特に限定されず、適宜変更可能である。例えば、テンショナー２０は、金属シート２を案内する一又は複数のローラを、弾性部材又はシリンダその他のアクチュエータによって、金属シート２に向けて付勢するものであってよい。

図３から図６に示すように、ステージ１２は、吸着穴１２ａとガイド溝１２ｂを有する。吸着穴１２ａは、ステージ１２の表面に開口しており、図示しない負圧の空圧回路に接続されている。吸着穴１２ａは、半導体素子１００を吸着することによって、半導体素子１００をステージ１２に対して固定する。なお、吸着穴１２ａの数、位置、サイズは特に限定されず、適宜変更可能である。ガイド溝１２ｂは、ステージ１２の表面に設けられており、ステージ１２上の金属シート２を案内する。ガイド溝１２ｂは、金属シート２の長手方向に沿って伸びており、ガイド溝１２ｂの幅寸法は、金属シート２の幅寸法にほぼ一致している。一方、ガイド溝１２ｂの深さ寸法は、金属シート２の厚み寸法よりも小さく、これによって、半導体素子１００がステージ１２へ直接的に接触することが防止される。なお、ガイド溝１２ｂに代えて、又は加えて、ピンやローラといった金属シート２を案内し得るガイド部を、ステージ１２又はその近傍に設けてもよい。

ステージ１２上では、二つの金属シート２が吸着穴１２ａの両側に配置され、吸着穴１２ａの少なくとも一部は、二つの金属シート２の間から露出する。これにより、ステージ１２上に金属シート２が存在しても、吸着穴１２ａの負圧による吸引力によって、半導体素子１００をステージ１２上にしっかりと固定することができる。また、二つの金属シート２の間では、半導体素子１００とステージ１２が直接的に対向し、半導体素子１００の下面電極１００ｂがステージ１２に対して露出する。従って、二つの金属シート２の間を通じて、例えば、ステージ１２に設けられたプローブ（図示省略）等により、下面電極１００ｂの電位等を測定することもできる。

検査装置１０による半導体素子１００の検査では、例えば半導体素子１００に製造上の不具合が生じていると、半導体素子１００に局所的な大電流が流れ、半導体素子１００の一部が溶融することがある。このとき、仮に金属シート２が存在しなければ、ステージ１２に異物が付着することがあり、ステージ１２を交換する必要が生じる。この点に関して、本実施例の検査装置１０では、半導体素子１００が金属シート２を介してステージ１２に載置され、半導体素子１００とステージ１２は金属シート２を介して電気的に接続される。このような構成によると、局所的な大電流によって半導体素子１００の一部が溶融したとしても、金属シート２に異物が付着することになり、ステージ１２に異物が付着することは防止される。金属シート２に異物が付着したときは、金属シート２を適量だけ巻き取ればよく、それによって、ステージ１２を新たな金属シート２で再び覆うことができる。ステージ１２を交換する必要がないので、ステージ１２の交換や清掃に要する時間や費用を削減することができる。

前述したように、金属シート２の材料には、銅又はタングステンを採用することができるが、これらに限定されない。金属シート２の材料には、銅又はタングステンのように、導電性に優れた金属材料であって、化学的に安定しており、比較的に高い融点を有する材料を採用することができる。また、金属シート２のロール４は、例えば円筒状又は円柱状であって、金属シート２を折り目なく収容していることが好ましい。金属シート２に折り目が存在しないことで、異物の付着した金属シート２を巻き取る際に、折り目による制約を受けることなく、半導体素子１００のサイズや異物の付着した範囲に応じて、金属シート２を過不足なく巻き取ることができる。

次に、図７から図１０を参照して、実施例２の検査装置１１０を説明する。本実施例の検査装置１１０は、実施例１の検査装置１０と比較して、金属シート１０２及びステージ１１２の構成が相違し、その余の点では共通する。即ち、図示省略するが、本実施例の検査装置１１０は、金属シート１０２及びステージ１１２に加えて、実施例１で説明したプローブヘッド１４、ロール支持部１６、シート巻取部１８及びテンショナー２０を備えている。以下では、共通する構成については説明を省略し、相違点に係る金属シート１０２及びステージ１１２を主に説明する。

実施例２の検査装置１１０では、開口１０２ａを有する金属シート１０２を利用する。この金属シート１０２には、長手方向に沿って複数の開口１０２ａが一定の間隔で設けられている。複数の開口１０２ａの間隔は、検査対象である半導体素子１００のサイズに応じて定められている。金属シート１０２の開口１０２ａは、金属シート１０２がステージ１２上に配置されたときに、ステージ１１２の吸着口１１２ａを露出する。このような金属シート１０２によると、単一の金属シート１０２を利用する場合でも、ステージ１１２の吸着口１１２ａを露出させることができる。また、金属シート１０２の開口１０２ａを通じて、ステージ１２に設けられたプローブ（図示省略）等により、下面電極１００ｂの電位等を測定することもできる。

特に限定されないが、金属シート１０２の開口１０２ａは、ステージ１１２の吸着口１１２ａより小さくしてもよく、それによって、半導体素子１００がステージ１１２に直接的に接触することをより確実に防止することができる。但し、金属シート１０２の開口１０２ａは、ステージ１１２の吸着口１１２ａより大きくしてもよい。この場合でも、半導体素子１００がステージ１１２に直接的に接触することを防止することができる。ステージ１１２には、使用する金属シート１０２の幅やその他の寸法に応じて、ガイド溝１１２ｂを設けるとよい。なお、ガイド溝１１２ｂに代えて、又は加えて、ピンやローラといったガイド部をステージ１１２又はその近傍に設けてもよい。

実施例２の検査装置１１０においても、半導体素子１００が金属シート１０２を介してステージ１１２に載置され、ステージ１１２上において半導体素子１００と金属シート１０２が電気的に接続される。これにより、局所的な大電流によって半導体素子１００の一部が溶融したとしても、金属シート１０２に異物が付着することになり、ステージ１１２に異物が付着することは防止される。金属シート１０２に異物が付着したときは、金属シート１０２を適量（例えば、隣り合う二つの開口１０２ａの間隔）だけ巻き取ればよく、それによって、ステージ１１２を新たな金属シート１０２で再び覆うことができる。ステージ１１２を交換する必要がないので、ステージ１１２の交換や清掃に要する時間や費用を削減することができる。

ここで、金属シート１０２の開口１０２ａは、円形に限られず、例えば、金属シート１０２の長手方向に伸びる長円形状や矩形形状であってもよい。開口１０２ａの形状は特に限定されない。また、開口１０２ａは、その周縁が閉じた開口に限られず、例えばスリットのような、金属シート１０２の側縁から伸びる開口であってもよい。あるいは、金属シート１０２の開口１０２ａが、吸着口１１２ａよりも十分に小さい複数の開口の集合であり、それによって金属シート１０２の一部又は全部が網状の構造を有してもよい。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。以下に、本明細書の開示内容から把握される技術的事項を列記する。なお、以下に記載する技術的事項は、それぞれが独立した技術的事項であり、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

２、１０２：金属シート
４：金属シートのロール
１０、１１０：検査装置
１２、１１２：ステージ
１２ａ、１１２ａ：吸着穴
１２ｂ、１１２ｂ：ガイド溝
１４：プローブヘッド
１４ａ：上側プローブ
１４ｂ：下側プローブ
１６：ロール支持部
１８：シート巻取部
２０：テンショナー
１００：半導体素子
１０２ａ：金属シートの開口

Claims

半導体素子の電気的特性を検査する検査装置であって、
金属シートのロールを支持するロール支持部と、
前記ロール支持部の前記ロールから前記金属シートを巻き取るシート巻取部と、
前記ロール支持部と前記シート巻取部との間を伸びる前記金属シートを介して前記半導体素子が載置され、前記半導体素子と前記金属シートが電気的に接続されるステージと、を備え、
前記ステージは、前記半導体素子を吸着する吸着穴を有し、
前記金属シートは、前記吸着穴の少なくとも一部が露出するように、前記ステージ上に配置される、
検査装置。