JP7422642B2

JP7422642B2 - 半導体テスト装置および半導体テスト方法

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Publication number: JP7422642B2
Application number: JP2020179378A
Authority: JP
Inventors: 保志高木; 欽也山下; 和起上野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2024-01-26
Anticipated expiration: 2040-10-27
Also published as: JP2022070357A; US11624767B2; DE102021124070A1; CN114509646A; US20220128616A1

Description

本開示は、ウエハ状態で半導体デバイスの耐圧試験を行う半導体テスト装置および半導体テスト方法に関する。

半導体デバイスの終端部をシュリンクして耐圧試験を行う際、終端部での放電を抑制する方法として種々の方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、チップ状態の半導体デバイスの終端部に絶縁物を押し付けることによって、終端部での放電を抑制している。

特許第５４１４７３９号公報

特許文献１の技術では、ウエハをダイシングしてチップ状態の半導体デバイスにした後に耐圧試験を行う必要がある。この場合、ダイシング後の個々の半導体デバイスに対して耐圧試験を行うため、複数の半導体デバイスに対して同時に耐圧試験を行おうとすると装置が複雑かつ大型化するという問題がある。一方、ウエハ状態で半導体デバイスの耐圧試験を行うことができれば、複数の半導体デバイスに対して同時に耐圧試験を行うことが容易となる。

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、ウエハ状態で半導体デバイスの耐圧試験を行うことが可能な半導体テスト装置および半導体テスト方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本開示による半導体テスト装置は、複数の被検体を含むウエハを載置するステージと、ステージの上方に配置されたプローブカードと、プローブカードのステージに対向する面上に設けられ、ステージに向かって延在しかつ開口部を有する加圧壁と、加圧壁のステージに対向する面である加圧壁下面に設けられたマークと、開口部内に設けられたプローブと、プローブカードの貫通孔に接続され、貫通孔を通って開口部内にエアーを送り込むチューブと、プローブの先端とマークとの第１間隔を検知する検知器と、検知器が検知した第１間隔に基づいて、ウエハと加圧壁下面との第２間隔を制御する制御部とを備え、ウエハにおける各被検体の電気的特性を測定するとき、制御部は第２間隔が予め定められた間隔となるように制御し、開口部内にはチューブからエアーが送り込まれて開口部内が加圧され、予め定められた間隔は、電気的特性を測定する時に開口部内を加圧することが可能な間隔である。

本開示によれば、ウエハ状態で半導体デバイスの耐圧試験を行うことが可能となる。

実施の形態による半導体テスト装置の構成の一例を示す図である。実施の形態による加圧壁をステージ側から見た図である。図２のＡ１－Ａ２断面図である。実施の形態による加圧壁をステージ側から見た図である。図４のＢ１－Ｂ２断面図である。実施の形態による半導体テスト方法の一例を示すフローチャートである。実施の形態による半導体テスト装置の構成の一例を示す図である。実施の形態による半導体テスト装置の構成の一例を示す図である。実施の形態による半導体テスト装置の構成の一例を示す図である。実施の形態による半導体テスト装置の構成の一例を示す図である。

＜半導体テスト装置の構成＞
図１は、実施の形態による半導体テスト装置の構成の一例を示す図である。半導体テスト装置は、ウエハ状態で半導体デバイスの耐圧試験を行う装置であり、例えば１２００Ｖ以上の高耐圧測定時における放電を抑制するために、プローブ周辺を加圧しながら測定する装置である。

図１に示すように、半導体テスト装置は、ステージ１と、プローブカード３と、エアーチューブ６と、検知器８と、制御部９と、可動部１０とを備えている。

ステージ１上には、複数の被検体を含むウエハ２を載置することが可能である。ステージ１の上方には、プローブカード３が配置されている。プローブカード３のステージ１に対向する面上には、ステージ１に向かって延在しかつ開口部を有する加圧壁４が設けられている。

図２は、加圧壁４をステージ１側から見た図である。図３は、図２のＡ１－Ａ２断面図である。加圧壁４は、平面視においてチップ１２（被検体）を内包する開口部を有している。チップ１２は、半導体デバイスである。

なお、図１では、説明容易のために加圧壁４の一部の図示を省略しているが、実際には加圧壁４は図２に示すような開口部を有している。後述の図７～１０についても同様である。また、図２では、説明容易のために１つのチップ１２を示しているが、実際には複数のチップ１２がウエハ２に形成されている。さらに、平面視における加圧壁４の形状は、図２に示す形状に限らず、開口部を有する環状であればよい。

加圧壁４の下面（加圧壁４のステージ１と対向する面）には、４つのマーク１１が設けられている。マーク１１は、後述の検知器８が加圧壁４の下面の高さを計測する際に用いられるため、マーク１１の先端は加圧壁４の下面と面一となっている。具体的には、マーク１１は、加圧壁４の下面に溝を設け、当該溝の中心に金属製の針を埋め込むことによって形成される。

なお、マーク１１の数、およびマーク１１が設けられる位置は、図２に示す数および位置に限るものではない。また、マーク１１の形状は、図２に示す形状に限るものではなく、先端が加圧壁４の下面と面一となっていればよい。

図４は、加圧壁４をステージ１側から見た図である。図５は、図４のＢ１－Ｂ２断面図である。エアーチューブ６は、継手１３を介してプローブカード３の貫通孔に接続されている。図示しない電空レギュレータで調圧されたエアー７は、エアーチューブ６、継手１３、およびプローブカード３の貫通孔を通って加圧壁４の開口部に送り込まれる。

図１の説明に戻り、プローブカード３には、導電性のプローブ５が設けられている。プローブ５の先端（測定時に被検体と接触する部分）は、加圧壁４の開口部内に存在している。

検知器８は、プローブ５の先端と、加圧壁４の下面に設けられたマーク１１とのクリアランスｄ（第１間隔）を検知する。検知器８は、例えばカメラである。制御部９は、検知器８から受け取った検知結果に基づいて、可動部１０の動きを制御する。具体的には、制御部９は、検知器８が検知した第１間隔に基づいて、ウエハ２と加圧壁４の下面との第２間隔を制御する。

可動部１０は、ステージ１をプローブカード３に近づくまたは離れる方向に可動する。なお、可動部１０は、ステージ１ではなくプローブカード３を可動してもよく、ステージ１およびプローブカード３の両方を同時に可動してもよい。

＜半導体テスト方法＞
図６は、半導体テスト装置による半導体テスト方法の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、ウエハ２をステージ１上に搬送する。これにより、ステージ１上にウエハ２が載置される。

ステップＳ２において、検知器８は、ウエハ２の表面から加圧壁４の下面に設けられたマーク１１の先端までの高さ（ウエハ２の表面から加圧壁４の下面までの高さ）を計測する。図２に示すようにマーク１１が４つある場合、各マーク１１の高さにはばらつきがある。この場合、検知器８は、各マーク１１の高さの平均値をマーク１１の高さとして計測する。検知器８には予め各マーク１１の位置座標が記憶されており、当該位置座標に基づいて各マーク１１の高さを計測することができる。

ステップＳ３において、検知器８は、ウエハ２の表面からプローブ５の先端までの高さを計測する。検知器８は、複数のプローブ５の先端の高さの平均値をプローブ５の先端の高さとして計測してもよく、代表する１つのプローブ５の先端の高さを計測してもよい。

ステップＳ４において、検知器８は、ステップＳ２で検知器８が計測した加圧壁４の下面の高さと、ステップＳ３で検知器８が計測したプローブ５の先端の高さとに基づいて、加圧壁４の下面とプローブ５の先端とのクリアランス（第１間隔）を算出する。そして、制御部９は、第１間隔に基づいて、ウエハ２と加圧壁４の下面とのクリアランス（第２間隔）を算出する。

例えば、加圧壁４の下面とプローブ５の先端とのクリアランス（第１間隔）が２００μｍであり、プローブ５の先端がウエハ２に接触後のオーバードライブ量を１００μｍとすると、測定時におけるウエハ２と加圧壁４の下面とのクリアランス（第２間隔）は１００μｍである。本実施の形態では、加圧壁４の下面とプローブ５の先端とのクリアランス（第１間隔）は１５０μｍ～２１０μｍで設計されており、測定時におけるウエハ２と加圧壁４の下面とのクリアランス（第２間隔）は５０μｍ～１３０μｍである。

ウエハ２と加圧壁４の下面とのクリアランス（第２間隔）を設ける理由は、加圧壁４の下面がウエハ２に接触してウエハ２の表面に傷が付かないようにするためである。しかし、ウエハ２と加圧壁４の下面とのクリアランス（第２間隔）が大きくなると、エアーチューブ６から加圧壁４の開口部に送り込まれたエアー７の多くが加圧壁４の外に抜け出てしまい、開口部内を十分に加圧することができなくなる。従って、測定時におけるウエハ２と加圧壁４の下面とのクリアランス（第２間隔）は５０μｍ～１３０μｍが適当である。

ステップＳ４で測定時におけるウエハ２と加圧壁４の下面とのクリアランス（第２間隔）が５０μｍ以上になることを確認した後、ステップＳ５において、可動部１０は、プローブカード３の直下にステージ１が位置するように、ステージ１を可動する。

ステップＳ６において、電空レギュレータで調圧されたエアー７が加圧壁４の開口部内に送り込まれる。電空レギュレータで調圧されるエアー７の圧力は、２００ｋＰａ～５００ｋＰａ程度である。このような圧力は、パッシェンの法則に基づき、１２００Ｖ～６．５ｋＶの放電を抑制するために必要な圧力である。なお、電空レギュレータは、半導体テスト装置と電気的に接続されており、半導体テスト装置で設定した圧力となるようにエアー７の圧力を調整する。

図５に示すように、エアーチューブ６から加圧壁４の開口部までの間にエアー７が通る断面積のうち、継手１３のエアーが通る断面積が最も小さい。加圧壁４の開口部内の圧力を高めるためには、加圧壁４の開口部内に送り込まれてくるエアー７の量を、加圧壁４の外に抜け出るエアーの量よりも多くする必要がある。そのためには、加圧壁４の外にエアーが抜け出る際の断面積（出口面積）を、継手１３のエアー７が通る断面積（入口面積）よりも小さくする。出口面積は、加圧壁４の内周（開口部の内周）と、加圧壁４の下面からプローブの先端までの長さとの積で求めることができる。このように、ステップＳ５の後におけるプローブカード３とステージ１との位置関係は、出口面積が入口面積よりも小さくなるような位置関係である。

加圧壁４の開口部内の圧力を調圧する方法は、電空レギュレータ内で圧力をモニターすることによって、電空レギュレータの出力側のエアー７の圧力が設定圧力となるように調整することが可能である。しかし、実際には、電空レギュレータとプローブカード３とを接続しているエアーチューブ６内で圧損が生じるため、プローブカード３近傍におけるエアー７の圧力は設定圧力よりも低くなる。従って、加圧壁４の開口部内の圧力も設定圧力よりも低くなる。

加圧壁４の開口部内の圧力を設定圧力により近くする方法として、例えば図７～９に示す方法がある。図７に示す半導体テスト装置は、プローブカード３の近傍でエアーチューブ６からエアーチューブ１４を分岐し、分岐したエアーチューブ１４に検圧器１５を接続している。検圧器１５で測定したエアー７の圧力を電空レギュレータにフィードバックすることによって、加圧壁４の開口部内の圧力が設定圧力に近づくように、電空レギュレータから出力されるエアー７の圧力を調圧することができる。

図８に示す半導体テスト装置は、エアーチューブ１６（追加チューブ）の一端を加圧壁４の開口部に接続し、エアーチューブ１６の他端を検圧器１７に接続している。検圧器１７で測定した開口部内のエアー７の圧力を電空レギュレータにフィードバックすることによって、開口部内の圧力が設定圧力に近づくように、電空レギュレータから出力されるエアー７の圧力を調圧することができる。これにより、よりチップ１２に近い位置の圧力を管理することが可能となる。

図９に示す半導体テスト装置は、加圧壁４の開口部内に圧力センサとして圧電素子１８を設けている。圧電素子１８で測定した開口部内のエアー７の圧力を電空レギュレータにフィードバックすることによって、開口部内の圧力が設定圧力に近づくように、電空レギュレータから出力されるエアー７の圧力を調圧することができる。これにより、加圧壁４の開口部内の圧力をより高精度に管理することが可能となる。

電空レギュレータが設定圧力に達すると、ステップＳ７において、ウエハにおける各チップ１２（被検体）の耐圧測定を開始する。あるチップ１２に対する耐圧測定が終了すると、加圧壁４の開口部内にエアー７を送り込んでいる状態で、次のチップ１２の耐圧測定を行うためにステージ１またはプローブカード３を移動させ、次のチップ１２の耐圧測定を開始する。

また、高温下で耐圧測定を行う場合は、エアー７によってチップ１２およびステージ１の温度が設定温度よりも低くなる可能性がある。この対策として、図１０に示すように、ステージ１の温度を測定する温度測定部１９と、温度測定部１９が測定した温度に基づいてエアー７の温度を制御するエアー温度制御部２０とを備えてもよい。この場合、エアー温度制御部２０は、ステージ温度または設定温度に調温されたエアー７を加圧壁４の開口部内に送り込むよう制御することができる。これにより、チップ１２の表面を所望の温度に維持することが可能となる。

＜効果＞
以上で説明した半導体テスト装置によれば、ウエハ状態で半導体デバイスの耐圧試験を行うことが可能となる。特に、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いた半導体デバイスは、チップの終端をシュリンクすることが可能であるため、定格電圧以上で放電が発生しやすい。そのような半導体デバイスについても放電を抑制しつつ耐圧試験を行うことが可能となる。

なお、本開示の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ステージ、２ウエハ、３プローブカード、４加圧壁、５プローブ、６エアーチューブ、７エアー、８検知器、９制御部、１０可動部、１１マーク、１２チップ、１３継手、１４エアーチューブ、１５検圧器、１６エアーチューブ、１７検圧器、１８圧力素子、１９温度測定部、２０エアー温度制御部。

Claims

複数の被検体を含むウエハを載置するステージと、
前記ステージの上方に配置されたプローブカードと、
前記プローブカードの前記ステージに対向する面上に設けられ、前記ステージに向かって延在しかつ開口部を有する加圧壁と、
前記加圧壁の前記ステージに対向する面である加圧壁下面に設けられたマークと、
前記開口部内に設けられたプローブと、
前記プローブカードの貫通孔に接続され、前記貫通孔を通って前記開口部内にエアーを送り込むチューブと、
前記プローブの先端と前記マークとの第１間隔を検知する検知器と、
前記検知器が検知した前記第１間隔に基づいて、前記ウエハと前記加圧壁下面との第２間隔を制御する制御部と、
を備え、
前記ウエハにおける各前記被検体の電気的特性を測定するとき、前記制御部は前記第２間隔が予め定められた間隔となるように制御し、前記開口部内には前記チューブから前記エアーが送り込まれて前記開口部内が加圧され、
前記予め定められた間隔は、前記電気的特性を測定する時に前記開口部内を加圧することが可能な間隔である、半導体テスト装置。
前記ステージおよび前記プローブカードのうちの少なくとも一方を、互いに対向する方向に可動する可動部をさらに備える、請求項１に記載の半導体テスト装置。
前記プローブカードは、前記開口部に繋がる貫通孔を有し、
前記チューブは、継手を介して前記貫通孔に接続され、
前記継手の前記エアーが通過する断面積を入口面積とし、前記加圧壁の内周と前記加圧壁下面から前記プローブの先端までの長さとの積を出口面積とした場合、前記出口面積は前記入口面積よりも小さい、請求項１または２に記載の半導体テスト装置。
一端が前記開口部に接続され、他端が検圧器に接続された追加チューブをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体テスト装置。
前記開口部内に設けられ、前記開口部内の圧力を測定する圧力センサをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体テスト装置。
前記ステージの温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部が測定した温度に基づいて、前記エアーの温度を制御するエアー温度制御部と、
を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体テスト装置。
前記予め定められた間隔は５０μｍ～１３０μｍである、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体テスト装置。
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体テスト装置によって前記ウエハにおける各前記被検体の電気的特性を測定する半導体テスト方法であって、
（ａ）前記ステージに前記ウエハを載置する工程と、
（ｂ）前記検知器が検知した前記第１間隔に基づいて、前記電気的特性を測定する時における前記ウエハと前記加圧壁下面との第２間隔を算出する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で算出した前記第２間隔に基づいて、前記ステージと前記プローブカードとを近接させる工程と、
（ｄ）前記チューブから前記開口部内に前記エアーを送り込み、前記開口部内を加圧する工程と、
（ｅ）前記ウエハにおける各前記被検体の電気的特性を測定する工程と、
を備える、半導体テスト方法。