JP5324339B2

JP5324339B2 - 半導体検査測定装置

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Publication number: JP5324339B2
Application number: JP2009153309A
Authority: JP
Inventors: 泰弘山田
Original assignee: 泰弘山田
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-06-29
Also published as: JP2011007714A

Description

本発明は半導体検査測定装置に係り、とくにシールドチャンバ内に配されたマニピュレータによってプローブ針を半導体に接触させて検査あるいは測定を行なう半導体検査測定装置に関する。

半導体素子は、シリコンの半導体ウエハの表面に、フォトリソグラフィーの技法を用いて所定のパターンニングを施すことによって、微細な回路を形成したものであって、所定の大きさにカッティングして半導体のベアチップを製造するようにしている。このような半導体素子は、高集積化が進むにつれ電子回路の動作が不安定であったりした場合、素子内部に信号を印加したり、信号を取出して解析を行ない、設計開発製品を安定動作させる必要がある。また解析を行なうためにレーザ光のエネルギで素子の保護膜を剥離やパターンをカットさせプローブ針で通電させる場合などの目的のため、半導体検査測定用プローブ装置が用いられている。

例えば特開２００４−３３３２７１号公報には、真空チャンバ内に配されたプローブ針を、外部からＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動調整する機構が提案されている。本願は、とくに半導体素子の解析用プローバの改良に係り、シールドチャンバの構成と、隔壁用マニピュレータの構成と、各種のインターロックの構成とを提案するものである。

この種のプローバによって、真空中、あるいは大気中で半導体素子の測定をする装置において、とくに大気中で半導体素子を低温下で測定しようとすると、大気中の水分が半導体素子の表面に結露する。また半導体素子に外部から光が照射されると、半導体素子内でキャリヤが動き、精度のある測定を妨げることになる。

とくに外部からのノイズや光による測定精度の低下を防止するために、シールドチャンバを設け、外側からマニピュレータを操作してプローブ針を効率良く測定部に接触させて通電を行なう必要がある。一般にシールドボックスは、外部のノイズの遮断、遮光以外の用途ではレーザ光のエネルギを用いて半導体素子の製膜や配線を加工する場合に、外部にレーザ光が漏れない構造とするのに用いられる。また測定の際にプローブ針によって半導体素子に高電圧を印加する際の感電の防止のために、測定ラインに触れずに探針操作ができ、シールドチャンバの遮光部が外れた時点でレーザ発信器や、測定器等に信号を送ってレーザ発信器電源の遮断や計測器の出力電圧を停止しなければならない。このために上述のようなシールドチャンバの遮光機能が損なわれた場合に、迅速に応答するインターロック機構が必要になる。またそのようなインターロック機構を設けたシールドチャンバを有する半導体素子を解析する装置を必要としている。

真空チャンバやプローバシールドチャンバに使用するマニピュレータの動作方式には、真空用ベローを用いた方式がある。この方式は、真空ベロー内にシャフトを通してこのシャフトを３軸動作の駆動機構によって外部から操作するものである。またシールドチャンバの隔壁面に直線導入端子あるいは回転導入端子を配置し、マニピュレータの各軸をワイヤで引いて可動軸で移動させる方式がある。真空ベローの移動方式は、真空ベローは、３軸方向に直線的に移動させることができず、移動量を大きくしたり、高精度な位置合わせができない欠点がある。一方ワイヤ引き方式のマニピュレータは、着脱操作が悪く、各軸動作量が少なく、移動量を大きくするにはマニピュレータが大きくなり、移動分解能の精度が上がらない欠点がある。

また大気中で半導体素子を測定する際に外部からの光を遮光する場合には、マニピュレータの操作性が悪くなる欠点がある。また遮光構造によって顕微鏡対物レンズの使用に制約を生ずるようになる。さらに遮光を行なった場合に、インターロック回路の導通による検出方法では、蓋の開閉の回路の接点不良によるインターロック回路の誤動作が起きる。また光カーテンによるインターロックは、マニピュレータの操作部の前に光カーテンのセンサが働き、マニピュレータの操作が不能になる問題がある。

特開２００４−３３３２７１号公報

本願発明の課題は、シールドチャンバの外側面に沿って設けたマニピュレータで、内部の探針を３軸方向に操作することができる半導体検査測定装置を提供することである。

本願発明の別の課題は、マニピュレータの前面側に操作部を配し、その前面に遮光パネルを重なるように配置することによって、外部から光が入らず、容易に遮光ができ、さらにシールドチャンバ内に乾燥空気を連続的に入れることによって、外部の湿気が侵入せず、半導体の結露防止が可能な半導体検査測定装置を提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、遮光構造でありながらしかも複数の対物レンズを有する顕微鏡の使用を可能にした半導体検査測定装置を提供することである。

本願発明のさらに別の課題は、圧縮空気の流れを流量計で検出し、これによってインターロック動作を確実に行ない得るようにした半導体検査測定装置を提供することである。尚このようなインターロック機構として、従来は各接合部を電気的に導通させたり、セーフティ光カーテンを使用したりしているが、それに比べてはるかに優れた方式を提供する。

本願のさらに別の発明は、ＤＵＴ（Ｄｅｖｉｃｅｕｎｄｅｒｔｅｓｔ）基板上に実装した半導体素子を、低温から高温まで温度ストレスをかけた状態でこの半導体素子の内部の解析を行ない得るようにした半導体検査測定装置を提供することである。なお従来は、サーモチャンバ内にＤＵＴ基板を収納し、温度制御を行なうようにしており、顕微鏡によって観察し、マニピュレータで探針操作を行なうことができない構造であった。

本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされる。

本願の主要な発明は、シールドチャンバ内に配されたマニピュレータによってプローブ針を半導体に接触させて検査あるいは測定を行なう半導体検査測定装置において、
前記マニピュレータが前記シールドチャンバの側面の内側に沿って配されるとともに、前記マニピュレータはＸ軸調整機構、Ｙ軸調整機構、Ｚ軸調整機構を備え、
前記Ｘ軸調整機構は前記シールドチャンバの検査測定位置に向う方向に前記プローブ針を移動させる調整ねじを設けたＸ軸移動台を有し、
前記Ｙ軸調整機構は、前記Ｘ軸移動台上に設けられ、前記シールドチャンバの検査測定位置に向う方向と直角な横方向に前記プローブ針を移動させるＹ軸移動台と、該Ｙ軸移動台を前記横方向に移動させる回動リンク機構を有し、
前記Ｚ軸調整機構は前記Ｙ軸移動台上に設けられ、前記シールドチャンバの高さ方向に移動させるＺ軸移動台と、該Ｚ軸移動台を高さ方向に移動させるユニバーサルジョイントとを有し、
前記Ｘ軸調整機構の操作部と前記Ｙ軸調整機構の操作部と前記Ｚ軸調整機構の操作部とが、前記シールドチャンバの外側面と平行な操作面に対して直角に外側に突出するように配されることを特徴とする半導体検査測定装置に関するものである。

ここで、前記シールドチャンバが扁平な多角形の筐体から構成され、該シールドチャンバ内に複数のマニピュレータが配されるとともに、それぞれのマニピュレータのプローブ針が前記シールドチャンバの検査測定位置に向うように前記マニピュレータが前記多角形の各辺を構成する側板の内側に配され、前記マニピュレータの操作面が前記多角形の各辺を構成する側板の外表面であってよい。また前記マニピュレータのプローブ針の先端部が前記シールドチャンバの底部開口を通して前記シールドチャンバの下側に配される搭載部に搭載される半導体素子と接触するようにしてよい。

また、前記Ｙ軸調整機構は、前記マニピュレータのフレームによってＸ−Ｙ平面上で回動可能に支持された３角形の回動リンクと、Ｙ軸調整機構の操作子によって前記回動リンクを回動させる調整ねじと、前記３角形の回動リンクの先端部に取付けられた押圧コロとを有し、該押圧コロが前記Ｘ軸移動台上に設けられたＹ軸移動台を横方向に押して移動させるとともに、前記押圧コロの転動によってＸ軸方向の移動を吸収してよい。また前記Ｚ軸調整機構は、前記Ｙ軸移動台上に設けられて回転方向を直角に変換する一対の傘歯車と、従動側の傘歯車によって回転してＺ軸移動台を移動させる送りねじと、Ｚ軸調整機構の操作子によって駆動側の傘歯車を駆動するユニバーサルジョイントと、伸縮機構とを有し、該ユニバーサルジョイントによって前記Ｙ軸方向の移動を吸収し、前記伸縮機構によってＸ軸方向の移動を吸収してよい。また前記マニピュレータがその内側に配されるシールドチャンバの側板が、前記マニピュレータの操作面を覆うシールド板を兼ねており、該シールド板はＸ軸調整機構の操作部とＹ軸調整機構の操作部とＺ軸調整機構の操作部とをそれぞれ挿通させる挿通孔を設けてあり、前記Ｘ軸調整機構の操作部と前記Ｙ軸調整機構の操作部と前記Ｚ軸調整機構の操作部とをそれぞれ前記挿通孔に挿通させた状態で前記マニピュレータの操作面を外側から覆うとともに前記シールドチャンバの隣接する側板と前記マニピュレータとの間の隙間を塞ぐようにしてよい。

また、前記シールドチャンバが複数の側板を組合わせて構成され、しかも各側板にはガス通路が設けられ、各側板が正しく組立てられると前記ガス通路が互いに連通されるようになっており、互いに連通される前記ガス通路の一端がガス圧源に接続され、前記ガス通路の他端がフロートを有する流量計に接続され、前記流量計のフロートをセンサで検出してよい。また前記シールドチャンバの上部開口を閉じるように蓋体が着脱自在または開閉自在に取付けられ、さらに前記蓋体のほぼ中央部の顕微鏡による観察を行なう開口に補助蓋が取付けられ、前記シールドチャンバの側板に設けられた空気通路と連通する空気通路が前記蓋体に設けられ、該蓋体の空気通路の開放端が前記補助蓋によって閉塞されてよい。

また、前記マニピュレータを内部に配したシールドチャンバの下側に測定チャンバが配され、該測定チャンバの下側に検査あるいは測定を行なう半導体素子の搭載部が配され、前記測定チャンバはその外周側に加熱および／または冷却ユニットを備えるとともに中央部が空間になっており、該空間を通して前記マニピュレータのプローブ針の先端部を半導体素子の所定の部位に接触させてよい。また前記測定チャンバに対して前記シールドチャンバおよび前記搭載部が上下に移動自在であって、前記測定チャンバの中央の空間を下から閉じるように前記搭載部が上昇し、前記シールドチャンバが前記測定用チャンバの中央の空間を上から閉じるように前記シールドチャンバが下降して前記半導体素子の検査または測定が行なわれてよい。また前記シールドチャンバの上部に顕微鏡が配され、前記半導体の前記マニピュレータのプローブ針の先端部が接触する位置の近傍を観察するようにしてよい。また前記シールドチャンバの蓋体に開口が設けられ、該開口に前記顕微鏡の対物レンズが挿入されるとともに、前記開口の隙間を閉じるように補助蓋が設けられてよい。

本願発明の好ましい態様は、隔壁用マニピュレータを用い、シールドチャンバ内のプローブ針を操作し、半導体素子等にプローブ針の先端部を位置合わせして半導体素子の環境温度を制御し、低温時の結露防止を図り、外部からの光やノイズを遮断した状態で、互いに変更可能な複数の対物レンズを備える顕微鏡と、エネルギ加工用レーザを搭載し、さらに高電圧計測測定の場合のインターロック機能を含む半導体検査測定装置に関するものである。

そしてマニピュレータの各軸の操作部を、単一の操作面上に配し、マニピュレータの操作部の固定位置の各軸が移動しても、常に一定であって、プローブ針の先端部がＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動することを可能にしている。そしてこのマニピュレータの操作面に取付けられる遮光板は、マニピュレータの前面からシールドチャンバの側板にマグネットによって固定し、この操作パネルに圧縮空気が通過できる構造とし、上蓋をも含めたパネルの全体を設置することによって遮光を行なうようにし、圧縮空気が流れるパスを構成し、最終段にフローメータを設置して流れた空気でフロートを浮上がらせ、浮上がったフロートをフォトカプラ等の検出手段によって検出してシールドチャンバの遮光の状態が良好かどうかの判断をし、しかもその結果に連動してレーザ光発生源や高電圧の電源の動作の制御を行なうインターロック機構を構成している。またシールドチャンバは、遮光している状態で顕微鏡の対物レンズの交換変更を行なうことができ、倍率変更や加工レンズへの切替えを可能にしている。

本願の主要な発明は、シールドチャンバ内に配されたマニピュレータによってプローブ針を半導体に接触させて検査あるいは測定を行なう半導体検査測定装置において、マニピュレータがシールドチャンバの側面の内側に沿って配されるとともに、マニピュレータはＸ軸調整機構、Ｙ軸調整機構、Ｚ軸調整機構を備え、Ｘ軸調整機構はシールドチャンバの検査測定位置に向う方向にプローブ針を移動させる調整ねじを設けたＸ軸移動台を有し、Ｙ軸調整機構は、Ｘ軸移動台上に設けられ、シールドチャンバの検査測定位置に向う方向と直角な横方向に前記プローブ針を移動させるＹ軸移動台と、該Ｙ軸移動台を横方向に移動させる回動リンク機構を有し、Ｚ軸調整機構はＹ軸移動台上に設けられ、シールドチャンバの高さ方向に移動させるＺ軸移動台と、該Ｚ軸移動台を高さ方向に移動させるユニバーサルジョイントとを有し、Ｘ軸調整機構の操作部とＹ軸調整機構の操作部とＺ軸調整機構の操作部とが、シールドチャンバの外側面と平行な操作面に対して直角に外側に突出するように配されるようにしたものである。

従ってこのような半導体検査測定装置によると、操作面上に直角に外側に突出するＸ軸調整機構の操作部を操作することによって、マニピュレータのプローブ針をシールドチャンバの中心方向に向う方向に移動調整できる。また操作面上に外側に突出するＹ軸調整機構の操作部を操作すると、Ｙ軸調整機構によって、プローブ針を横方向に移動させることが可能になる。また操作面に直角に外側に突出するＺ軸調整機構の操作部を操作すると、マニピュレータのプローブ針を高さ方向に移動調整することができる。よってシールドチャンバの側面と平行な操作面上の３軸の操作部によって、マニピュレータのプローブ針をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向にそれぞれ移動調整することが可能な半導体検査測定装置を提供できるようになる。

本発明の一実施の形態に係る半導体検査測定装置の全体の側面図である。同半導体検査測定装置のとくに測定チャンバと冷凍機との接続を示す正面図である。シールドチャンバの構成を示す検査測定装置の要部平面図である。同要部側面図である。同要部正面図である。昇降ベース上に搭載されたシールドチャンバの平面図である。シールドチャンバと測定チャンバと搭載部との配置を示す要部縦断面図である。シールドチャンバ内におけるマニピュレータの取付けを示す要部拡大平面図である。Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、Ｚ軸移動機構を内蔵するマニピュレータの内部構造の斜視図である。同マニピュレータの平面図である。同マニピュレータの側面図である。マニピュレータの正面図である。マニピュレータの前面側遮光板の取付けを示す斜視図である。シールドチャンバの分解斜視図である。シールドチャンバの側面のインターロックのための空気通路の配置を示す側面図である。同平面図である。蓋体に設けられた空気通路の配置を示す側面図である。

１半導体検査測定装置の全体の構成
図１は、本願発明の一実施の形態に係る半導体検査測定装置の全体の構成を示しており、この装置は架台１０を備えるとともに、架台１０上に支持フレーム１１が取付けられている。そして架台１０の前面側には測定チャンバ１２が前方に突出するように取付けられ、その下側に測定対象となる半導体素子等を搭載する搭載部１３がＺ軸レール１４によって昇降自在に取付けられている。これに対して測定チャンバ１２の上側にはシールドチャンバ１５が配されている。シールドチャンバ１５は昇降ベース１６上に搭載され、Ｚ軸方向に移動可能になっている。なおシールドチャンバ１５内には、後述するように複数のマニピュレータ４０が配さる。

上記シールドチャンバ１５の上側には顕微鏡１７が配され、移動アーム１８および昇降ベース１９を介して支持フレーム１１の前面側に取付けられる。なお上記昇降ベース１９の昇降を可能にするように、図３に示すように、昇降ベース１９は支持フレーム１１上に直立して取付けられているＺ軸レール２０によって昇降動作するようになっている。

次に上記測定チャンバ１２について図２により説明する。測定チャンバ１２は、搭載部１３上に搭載される半導体素子の測定時の雰囲気温度を調整するためのものであって、冷凍機２２と供給配管２３および戻り配管２４を介して接続されている。なお供給配管２３と戻り配管２４との間には連通配管２５が接続されている。そして戻り配管２４には空気取込み分岐管２６が接続される。また上記連通配管２５および戻り配管２４にはエアオペレーションバルブ２９、３０がそれぞれ接続される。また上記空気取込み分岐管２６にはエアオペレーションバルブ３１が接続されるとともに、このエアオペレーションバルブ３１に圧力調整器３２が接続されている。

次に上記測定チャンバ１２の上側に位置するシールドチャンバ１５による測定の動作の概要を図３〜図５によって説明する。図３に示すように、シールドチャンバ１５内には、片側に３個あるいは４個ずつ、合計６個あるいは８個のマニピュレータ４０が配される。マニピュレータ４０はその操作部とは反対側の部分にプローブ針４１が突出するようになっており、このプローブ針４１を、測定チャンバ１２の下側に配される搭載部１３上のＤＵＴ（Ｄｅｖｉｃｅｕｎｄｅｒｔｅｓｔ）基板４２上に搭載された半導体素子４３の所定の部位に接触させるようにしている。そしてこのときに、上部に配された顕微鏡１７によって、拡大して観察を行なうようにしている。なお顕微鏡１７には、その下端側に、一対の対物レンズ１１７、１１８が取付けられ、これらのレンズ１１７、１１８を任意に交換し、適正倍率で観察を行なうことができるようにしている。なお顕微鏡１７は、支持フレーム１１上に設けられている昇降ベース４６によって昇降動作される。

次に上記マニピュレータ４０を内部に収納したシールドチャンバ１５と測定チャンバ１２の関係について、図６および図７によってより詳細に説明する。シールドチャンバ１５の下側に配される測定チャンバ１２は、外周側に中心部に向って空気を吹出す空気吹出し部５１と、中心部から外周側への空気の流れを起させて空気を吸引する空気吸引部５２とを上部に備えている。そして空気吹出し部５１と空気吸引部５２との間には、リング状をなす整流板５３が設けられている。この整流板５３によって、空気吹出し部５１から吹出した空気がこの測定チャンバ１２の中心部に向かい、その後に整流板５３の中心の円形の開口を通って下方に流動し、そして下側に配されている空気吸引孔５２によって吸引される空気の流れ５４を形成するようにしている。

測定チャンバ１２の下側に配される搭載部１３の上面には、ＤＵＴ基板４２によって半導体素子４３が搭載されている。上記下方への空気の流れ５４がこのＤＵＴ基板４２上の半導体素子４３に吹付けられるようになっている。そしてシールドチャンバ１５内に配されている６個あるいは８個のマニュピレータ４０の先端側のプローブ針４１が、ＤＵＴ基板４２上の半導体素子４３に接触し、この状態でプローブ針４１によって半導体素子４３に電圧を印加するか電流を流し、あるいはまた電圧値あるいは電流値を測定している。

次に以上のような構成に係る半導体検査測定装置の全体の概略の動作を説明する。搭載部１３上に半導体素子４３を実装したＤＵＴ基板４２を載置し、搭載部１３を測定チャンバ１２に対して上方に移動して測定チャンバ１２の底部開口を閉じる。またシールドチャンバ１５を下降させて上記測定チャンバ１２の上部開口を閉じる。

次に測定チャンバ１２内の温度雰囲気を設定する。すなわち供給配管２３およびルーツポンプ２８によって測定チャンバ１２内に空気を供給し、測定チャンバ１２から戻り配管２４を通して空気を排出する。そして測定チャンバ１２内の温度を上昇させる場合には、ヒータ２７によって供給する空気の温度を上昇させる。これに対して測定チャンバ１２内の温度を低くする場合には、冷凍機２２によって供給配管２３を通して供給される冷気によって空気の温度を低くする。このような動作によって、測定チャンバ１２内の空気の温度を適正な値に設定する。

以上のような状態において、シールドチャンバ１５内のマニピュレータ４０によって、プローブ針４１をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向にそれぞれ移動し、これによって半導体素子４３の所定の位置にプローブ針４１の先端部を接触させる。そしてプローブ針４１によって半導体素子４３に対して電圧を印加し、電流を流し、あるいはまた半導体素子４３の所定の位置の電圧や電流を検出する。なおこのときに、顕微鏡１７によって光学的に観察を行なう。また図示を省略したＹＡＧレーザ発生源からのレーザ光を半導体素子４３の所定の部位に照射し、これによって半導体素子４３の局部的なエネルギ加工を行なってブリッジ等の配線ミスを修正する。
２プローブ針の移動機構
次に上記シールドチャンバ１５内に配されるマニピュレータ４０の位置調整のための構造を、図９〜図１２によって説明する。マニピュレータ４０はその底部側に基台６２を備えるとともに、基台６２上にＸ軸レール６３を備えている。そしてＸ軸レール６３上にはＸ軸移動台６４がＸ軸方向、すなわちプローブ針４１の延びる方向に配されている。そして上記Ｘ軸移動台６４を移動するための送りねじ６５がＸ軸移動台６４に連結されている。

次に上記Ｘ軸移動台６４上には、Ｙ軸方向に移動可能にＹ軸移動台６６が搭載されている。Ｙ軸移動台６６は回動リンク６７によって横方向、すなわちＹ軸方向に移動される。回動リンク６７はピン６８によってこのマニピュレータのフレーム上に回動可能に支持されるとともに、回動リンク６７が送りねじ６９によって回動されるように送りねじ６９に連結される。また回動リンク６７の先端部には押圧コロ７０が取付けられており、この押圧コロ７０はＹ軸移動台６６の突片７１の側面に図外のばねによって弾性的に圧着される。

次にＺ軸移動機構について説明する。Ｙ軸移動台６６上には軸受７２が取付けられるとともに、この軸受７２によって駆動軸７３が回転可能に支持される。駆動軸７３は一対のユニバーサルジョイント７４、７５を備えている。そしてユニバーサルジョイント７４、７５間において、駆動軸７３はロッド７６とスリーブ７７とから構成され、スリーブ７７の外周面上に長さ方向に延びる長孔７８がロッド７６の外周面上に突出するピン７９に係合している。

上記駆動軸７３の先端部には傘歯車８１が固着されている。この傘歯車８１は、回転軸線がＺ軸と一致する傘歯車８２と噛合っている。そし傘歯車８２は送りねじ８３を備え、この送りねじ８３によってＺ軸移動台８４をＺ軸レール８５に沿って、高さ方向、すなわちＺ軸方向に移動させるようにしている。このＺ軸移動台８４上には、基端側が保持部５８によって保持された状態で、Ｚ軸移動台８４にプローブ針４１の基端部が取付けられている。またこのマニピュレータ４０の底部であって基台６２の下側には、マグネットチャック８６が固着されている。マニピュレータ４０は、マグネットチャック８６によって昇降ベース１６上に固定される。

このマニピュレータ４０の基台６２の前面側には直立ベース９０が取付けられるとともに、この直立ベース９０上に、前面側に突出するようにＸ軸操作つまみ９１、Ｙ軸操作つまみ９２、Ｚ軸操作つまみ９３、マグネットチャック操作軸９４がそれぞれ突出している。なおここで、Ｘ軸操作つまみ９１、Ｙ軸操作つまみ９２、Ｚ軸操作つまみ９３はそれぞれ内部に精密ねじを備えたマイクロメータヘッドから構成されている。またマグネットチャック操作軸９４の先端部は、図１０および図１１に示すように、ピン９５を介して回動自在な操作部９６を取付けており、マグネットチャック８６を回転操作する場合には操作部９６を直角に曲げてから操作するようにしている。

上記Ｘ軸操作つまみ９１は、Ｘ軸の送りねじ６５に連結されている。またＹ軸操作つまみ９２は上記Ｙ軸の送りねじ６９に連結されている。またＺ軸操作つまみ９３は、ユニバーサルジョイント７５に連結されている。

上記マニピュレータ４０の直立ベース９０の前面側には、図１３に示すように、遮光板を兼ねる側板１００が装着されるようになっている。側板１００には４つの開口１０１、１０２、１０３、１０４がそれぞれ形成され、これらの開口１０１、１０２、１０３、１０４が、Ｘ軸操作つまみ９１、Ｙ軸操作つまみ９２、Ｚ軸操作つまみ９３、マグネットチャック操作軸９４をそれぞれ挿通させるようにしており、この状態で、マニピュレータ４０の前面側の直立ベース９０に重合うようにして取付けられる。そしてこの側板１００の両側端は、その両側に位置しかつシールドチャンバ１５の側板を構成する取付け板１０５と重合うようになっており、これによって側板１００から成る遮光板によって、シールドチャンバ１５のマニピュレータ４０の取付け位置の開口部を完全に遮光するようにしている。

次にこのようなマニピュレータによるプローブ針４１の移動動作について説明する。側板１００の前面側に突出するＸ軸操作つまみ９１を回転操作すると、送りねじ６５によってＸ軸移動台６４がＸ軸方向に移動される。従ってその上に載っているＹ軸移動台６６およびＺ軸移動台８４を介して、プローブ針４１は、Ｘ軸方向、すなわち図１０および図１１において左右の方向に移動調整される。

次に側板１００から前面側に突出するＹ軸操作つまみ９２を回動操作すると、送りねじ６９によってピン６８を中心として回動リンク６７が回動する。従って回動リンク６７の先端部に取付けられている押圧コロ７０がＹ軸移動台６６の突片７１を押し、あるいはまたこの突片から離れる方向に移動し、しかも押圧コロ７０とＹ軸移動台６６とが伸縮自在なばねによってお互いに連結されているために、Ｙ軸移動台６６が横方向に移動される。従ってＹ軸移動台の横方向の動作は、Ｚ軸移動台８４を介してプローブ針４１に伝達され、プローブ針４１がＹ軸方向に移動される。なおＸ軸移動台６４のＸ軸方向の動作は、回動リンク６７の押圧コロ７０がＹ軸移動台６６の側面の突片７１上を転動することによって吸収される。

次に側板１００の前面側に突出するＺ軸操作つまみ９３を回転操作すると、ユニバーサルジョイント７４と７５、および駆動軸７３を介して、傘歯車８１が回転される。従ってこの傘歯車８１と直交するように噛合う傘歯車８２が駆動され、送りねじ８３がＺ軸移動台８４を高さ方向であってＺ軸方向に移動させる。従ってプローブ針４１は高さ方向に移動される。なおユニバーサルジョイント７４、７５間のロッド７６のピン７９がスリーブ７７の長孔７８内を移動することによって駆動軸７３が伸縮し、Ｘ軸方向の移動量を吸収する。また一対のユニバーサルジョイント７４、７５によってＹ軸移動台６６のＹ軸方向の移動を吸収する。

以上のような動作によって、プローブ針４１はマニピュレータ４０の先端部から突出された状態で、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向にそれぞれ移動される。図８はシールドチャンバ６５内においてその側板を構成する取付け板１０５に沿って配されたマニピュレータ４０のプローブ針４１が、測定チャンバ１２の中心部に向うように配列される状態を示している。プローブ針４１がほぼ交差する先端側の位置に、上記ＤＵＴ基板４２上に搭載された半導体素子４３が位置することになり、この位置を上方から顕微鏡１７で観察できるようにしている。
３インターロック機構
この半導体検査測定装置は、外部から侵入する光によって半導体素子４３内においてキャリヤが移動しないようにし、あるいはまたプローブ針４１によって高電圧を印加できるように遮光するとともに、安全性を高めるためにインターロック機構を備えている。このインターロック機構は、空気流を流すとともに、それを流量計１２４のフロート１２５によって検出するものである。

図１４に示すように、シールドチャンバ１５は、昇降ベース１６上に配された側板によって組立てられた筐体である。この側板の所定の位置にはそれぞれ遮光板を兼ねた側板１００が重合わされ、これによってマニピュレータ４０の取付け位置の遮光を行なうようにしている。しかもこのようなシールドチャンバ１５は、その上部に配される蓋体１１０によって閉じられるようになっている。蓋体１１０は、外側部に側壁１１１を備え、この側壁１１１が上記側板の外側に重合うようになっている。従って、蓋体１１０によってシールドチャンバ１５の上部開口が閉じられるようなる。

蓋体１１０にはそのほぼ中央部には凹部１１２が形成されるとともに、凹部１１２の底部には横長開口１１３が形成される。そして横長開口１１３を開閉自在に覆うように補助蓋１１４が取付けられる。補助蓋１１４には一対の開口１１５、１１６が形成され、これらの開口１１５、１１６に、上記顕微鏡１７の一対の対物レンズ１１７、１１８がそれぞれ挿入されるようになっている。顕微鏡１７の一対の対物レンズ１１７、１１８は、これらの対物レンズ１１７、１１８の配列方向に移動可能であって、何れか一方の対物レンズ１１７、１１８が光軸と一致するように選択され、所望の倍率とするようになっている。このときに何れの対物レンズ１１７、１１８が選択されても、補助蓋１１４は必ず横長開口１１３を閉じるように、横長開口１３に対して余分な長さをもっている。

次にインターロック機構について説明する。図１５に示すように、このシールドチャンバ１５の側板およびマニピュレータ４０の取付け位置を覆う遮光板を兼ねた側板１００には、空気通路１２１、１２２がそれぞれ形成されており、シールドチャンバ１５の側板に対して側板１０５が正しく組立てられると、これらの空気通路１２１、１２２は接続位置の小孔を通して互いに連通されるようになっている。そして空気通路１２１、１２２の一端側が空気圧源に接続されるとともに、他端側がチューブ１２３を介して流量計１２４に接続される。流量計１２４内にはフロート１２５が浮遊状態で収納され、このフロート１２５の位置をフォトセンサ１２６によって検出するようにしている。また上記空気通路１２１、１２２の内の１つの空気通路には、縦方向に延びる空気通路１２７が分岐して形成される。

上記縦方向の空気通路１２７は、シールドチャンバ１５の側板の外側部であって上縁に取付けられた連通ブロック１２８の空気通路１２９と連通されるようになっている。そしてこの連通ブロック１２８の空気通路１２９が、蓋体１１０の空気通路１３０に連通されるようになっている。この空気通路１３０は上記蓋体１１０の凹部１１２内に延びており、しかも空気通路１３０は、その先端部が開放端１３１から構成されている。開放端１３１は、上記対物レンズ１１７、１１８を挿入する開口１１５、１１６を備えた補助蓋１１４によって閉塞されるようになっている。

以上のような構成において、ＤＵＴ基板４２上の半導体素子４３の検査測定を行なう場合には、シールドチャンバ１５を蓋体１１０によって閉じ、凹部１１２内に顕微鏡１７の対物レンズ１１７、１１８を挿入する。このときに対物レンズ１１７、１１８は補助蓋１１４の開口１１５、１１６に挿入される。この状態で補助蓋１１４が蓋体１１０の凹部１１２の横長開口１１３を閉塞する。またマニピュレータ４０を内側に配したシールドチャンバ１５の側板１００は、このシールドチャンバ１５の側板とともにこのシールドチャンバの外筐を形成する。このような状態においては、図１５および図１６に示すように、シールドチャンバ１５の側板と側板１００に形成された空気通路１２１、１２２が互いに連通される。また縦方向の空気通路１２７は、連通ブロック１２８の空気通路１２９および蓋体１１０の空気通路１３０と連通されるとともに、空気通路１３０の先端側の開放端１３１が補助蓋１１４によって閉塞されることになる。従って縦方向に延びる空気通路１２７の先端側の部分は、上記開放端１３１を覆う補助蓋１１４によって閉塞されることになる。

従って空気圧源から、空気通路１２２、１２１を通して圧縮空気を流すと、この圧縮空気によって流量計１２４のフロート１２５が浮上がり、浮上がったフロート１２５はフォトセンサ１２６によって検出される。一方空気通路が正しく形成されず、あるいは蓋体１１０側の空気通路１３０の開放端１３１が補助蓋１１４によって閉塞されない場合は、空気が漏れて流量計１２４のフロート１２５が落下し、フォトセンサ１２６で検出されなくなる。

フォトセンサ１２６がフロート１２５を検出した状態は、シールドチャンバ１５が正しく組立てられたことを示している。すなわちシールドチャンバ１５が正しくシールド状態で組立てられた場合には、空気通路１２１、１２２に圧縮空気を流すと、流量計１２４のフロート１２５が浮上し、これをフォトセンサ１２６で検出して安全性を確認することができる。

このようにシールドチャンバ１５が正しくシールド状態にある状態で、マニピュレータ４０のプローブ針４１によって高電圧を印加しても、感電等の危険がない。またシールドチャンバ１５が完全にシールドされた状態で測定を行なうと、外部からシールドチャンバ１５を通して測定チャンバ１２に外光が侵入することがなく、半導体素子４３内のキャリヤの移動がない。従って安全で正しい検査測定が可能になる。また図示を省略したＹＡＧレーザを照射して半導体素子４３の微細なエネルギ加工による補修を行なう際における危険性も回避される。

流量計１２４として、フロート１２５を有するフローセンサを用いた例を示しているが、このような構成に代えて、電気的な手段によって流量の検出を行なう流量計を用いることも可能である。すなわち電圧を加えておき、中を通過する流量に応じて信号出力が変化する電気的な流量計を用い、このような流量計によって空気が漏れているかどうかを検出するようにしてもよい。

以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。

本願発明は、ＤＵＴ基板４２上に半導体素子４３を搭載し、この半導体素子４３の所定の部位をマニピュレータ４０のプローブ針４１によって接触させながら、電圧を印加し、電流を流して検査測定を行なったり、あるいはまた半導体素子４３の動作チェックのためにプローブ針４１を通して電圧や電流を検出することができ、また半導体素子４３の所定の部位にレーザ光を照射し、局部的なエネルギ加工を行なって半導体素子４３の補修を行なう半導体検査測定装置に利用することができる。

１０架台
１１支持フレーム
１２測定チャンバ
１３搭載部
１４Ｚ軸レール
１５シールドチャンバ
１６昇降ベース
１７顕微鏡
１８移動アーム
１９昇降ベース
２０Ｚ軸レール
２２冷凍機
２３供給配管
２４戻り配管
２５連通配管
２６空気取込み分岐管
２７ヒータ
２８ルーツポンプ
２９〜３１エアオペレーションバルブ
３２圧力調整器
４０マニピュレータ
４１プローブ針
４２ＤＵＴ基板
４３半導体素子
４６昇降ベース
５１空気吹出し部
５２空気吸引部
５３整流板
５４空気の流れ
５８保持部
６２基台
６３Ｘ軸レール
６４Ｘ軸移動台
６５送りねじ
６６Ｙ軸移動台
６７回動リンク
６８ピン
６９送りねじ
７０押圧コロ
７１突片
７２軸受
７３駆動軸
７４、７５ユニバーサルジョイント
７６ロッド
７７スリーブ
７８長孔
７９ピン
８１、８２傘歯車
８３送りねじ
８４Ｚ軸移動台
８５Ｚ軸レール
８６マグネットチャック
９０直立ベース
９１Ｘ軸操作つまみ
９２Ｙ軸操作つまみ
９３Ｚ軸操作つまみ
９４マグネットチャック操作軸
９５ピン
９６操作部
１００側板（遮光板）
１０１〜１０４開口
１０５取付け板
１１０蓋体
１１１側壁
１１２凹部
１１３横長開口
１１４補助蓋
１１５、１１６開口
１１７、１１８対物レンズ
１２１、１２２空気通路
１２３チューブ
１２４流量計
１２５フロート
１２６フォトセンサ
１２７空気通路（縦方向）
１２８連通ブロック
１２９、１３０空気通路
１３１開放端

Claims

シールドチャンバ内に配されたマニピュレータによってプローブ針を半導体に接触させて検査あるいは測定を行なう半導体検査測定装置において、
前記マニピュレータが前記シールドチャンバの側面の内側に沿って配されるとともに、前記マニピュレータはＸ軸調整機構、Ｙ軸調整機構、Ｚ軸調整機構を備え、
前記Ｘ軸調整機構は前記シールドチャンバの検査測定位置に向う方向に前記プローブ針を移動させる調整ねじを設けたＸ軸移動台を有し、
前記Ｙ軸調整機構は、前記Ｘ軸移動台上に設けられ、前記シールドチャンバの検査測定位置に向う方向と直角な横方向に前記プローブ針を移動させるＹ軸移動台と、該Ｙ軸移動台を前記横方向に移動させる回動リンク機構を有し、
前記Ｚ軸調整機構は前記Ｙ軸移動台上に設けられ、前記シールドチャンバの高さ方向に移動させるＺ軸移動台と、該Ｚ軸移動台を高さ方向に移動させるユニバーサルジョイントとを有し、
前記Ｘ軸調整機構の操作部と前記Ｙ軸調整機構の操作部と前記Ｚ軸調整機構の操作部とが、前記シールドチャンバの外側面と平行な操作面に対して直角に外側に突出するように配されることを特徴とする半導体検査測定装置。
前記シールドチャンバが扁平な多角形の筐体から構成され、該シールドチャンバ内に複数のマニピュレータが配されるとともに、それぞれのマニピュレータのプローブ針が前記シールドチャンバの検査測定位置に向うように前記マニピュレータが前記多角形の各辺を構成する側板の内側に配され、前記マニピュレータの操作面が前記多角形の各辺を構成する側板の外表面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査測定装置。
前記マニピュレータのプローブ針の先端部が前記シールドチャンバの底部開口を通して前記シールドチャンバの下側に配される搭載部に搭載される半導体素子と接触することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体検査測定装置。
前記Ｙ軸調整機構は、前記マニピュレータのフレームによってＸ−Ｙ平面上で回動可能に支持された３角形の回動リンクと、Ｙ軸調整機構の操作子によって前記回動リンクを回動させる調整ねじと、前記３角形の回動リンクの先端部に取付けられた押圧コロとを有し、該押圧コロが前記Ｘ軸移動台上に設けられたＹ軸移動台を横方向に押して移動させるとともに、前記押圧コロの転動によってＸ軸方向の移動を吸収することを特徴とする請求項１に記載の半導体検査測定装置。
前記Ｚ軸調整機構は、前記Ｙ軸移動台上に設けられて回転方向を直角に変換する一対の傘歯車と、従動側の傘歯車によって回転してＺ軸移動台を移動させる送りねじと、Ｚ軸調整機構の操作子によって駆動側の傘歯車を駆動するユニバーサルジョイントと、伸縮機構とを有し、該ユニバーサルジョイントによって前記Ｙ軸方向の移動を吸収し、前記伸縮機構によってＸ軸方向の移動を吸収することを特徴とする請求項１に記載の半導体検査測定装置。
前記マニピュレータがその内側に配されるシールドチャンバの側板が、前記マニピュレータの操作面を覆うシールド板を兼ねており、該シールド板はＸ軸調整機構の操作部とＹ軸調整機構の操作部とＺ軸調整機構の操作部とをそれぞれ挿通させる挿通孔を設けてあり、前記Ｘ軸調整機構の操作部と前記Ｙ軸調整機構の操作部と前記Ｚ軸調整機構の操作部とをそれぞれ前記挿通孔に挿通させた状態で前記マニピュレータの操作面を外側から覆うとともに前記シールドチャンバの隣接する側板と前記マニピュレータとの間の隙間を塞ぐことを特徴とする請求項２に記載の半導体検査測定装置。
前記シールドチャンバが複数の側板を組合わせて構成され、しかも各側板にはガス通路が設けられ、各側板が正しく組立てられると前記ガス通路が互いに連通されるようになっており、互いに連通される前記ガス通路の一端がガス圧源に接続され、前記ガス通路の他端がフロートを有する流量計に接続され、前記流量計のフロートをセンサで検出することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体検査測定装置。
前記シールドチャンバの上部開口を閉じるように蓋体が着脱自在または開閉自在に取付けられ、さらに前記蓋体のほぼ中央部の顕微鏡による観察を行なう開口に補助蓋が取付けられ、前記シールドチャンバの側板に設けられた空気通路と連通する空気通路が前記蓋体に設けられ、該蓋体の空気通路の開放端が前記補助蓋によって閉塞されるようになっていることを特徴とする請求項７に記載の半導体検査測定装置。
前記マニピュレータを内部に配したシールドチャンバの下側に測定チャンバが配され、該測定チャンバの下側に検査あるいは測定を行なう半導体素子の搭載部が配され、前記測定チャンバはその外周側に加熱および／または冷却ユニットを備えるとともに中央部が空間になっており、該空間を通して前記マニピュレータのプローブ針の先端部を半導体素子の所定の部位に接触させることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査測定装置。
前記測定チャンバに対して前記シールドチャンバおよび前記搭載部が上下に移動自在であって、前記測定チャンバの中央の空間を下から閉じるように前記搭載部が上昇し、前記シールドチャンバが前記測定用チャンバの中央の空間を上から閉じるように前記シールドチャンバが下降して前記半導体素子の検査または測定が行なわれることを特徴とする請求項９に記載の半導体検査測定装置。
前記シールドチャンバの上部に顕微鏡が配され、前記半導体の前記マニピュレータのプローブ針の先端部が接触する位置の近傍を観察することを特徴とする請求項９または１０に記載の半導体検査測定装置。
前記シールドチャンバの蓋体に開口が設けられ、該開口に前記顕微鏡の対物レンズが挿入されるとともに、前記開口の隙間を閉じるように補助蓋が設けられることを特徴とする請求項１１に記載の半導体検査測定装置。