JPWO2012077190A1 - 半導体検査装置 - Google Patents

Abstract

従来に比し、並設された半導体をより高速で検査する半導体検査装置を提供すること。
シート（粘着シート４５）上に貼着された半導体素子（ＬＥＤチップ４１）の特性を測定する半導体検査装置１であって、シートを保持する枠状の保持部材（ウエハリング４３）と、半導体素子の上方に配置され半導体素子の電極パッド４１ａ，４１ｂに接触して特性を測定するプローブ３０と、シートの下方に配置され保持部材の内側を上下方向に駆動される内側ステージ（小型ステージ２０）と、を備え、半導体素子の特性を測定する際に、プローブ３０は、固定され、内側ステージは、シートの下方より上昇してシートを介して半導体素子を部分的に持ち上げ、半導体素子の電極をプローブ３０に接触させることで特性を測定すること。

Description

本発明は、半導体検査装置に関する。

従来、例えばダイシング済みのウエハのような並設された半導体を高速で検査する半導体検査装置として、例えば特許文献１に開示されるように、ＸＹＺの３軸移動及び回転が可能に設けられたステージに半導体を固定した状態で、プローブが半導体の端子の上方に位置するようにステージを移動させる工程と、ステージを上昇させてプローブを端子に接触させる工程とを繰り返しながら半導体の特性を測定するものが知られている。

また、例えば特許文献２に開示されるように、水平方向に移動可能に設けられたステージに半導体を固定した状態で、プローブが半導体の端子の上方に位置するようにステージを移動させる工程と、この位置でプローブを下降させて半導体の端子に接触させる工程とを繰り返しながら半導体の特性を測定するものが知られている。

特開２００７−１９２３７号公報（段落００１１、００３０） 特開２００６−３２９８１６号公報（段落００３０）

このような構成によれば、確かに、複数並設された半導体のそれぞれの特性を順次測定することができると考えられる。しかしながら、特許文献１に記載された発明は、半導体とプローブとの接触及び非接触状態をつくるために、半導体が固定されたステージ全体を上下方向に繰り返し移動させるものである。この場合、ステージの質量が大きいため、ステージを上下方向に高速で移動させることが困難な場合がある。また、ステージを高速で上下動させるために大出力のモータを使用することが考えられるが、この場合には、半導体検出装置全体が振動してしまい特性の測定を高速で行うことができない虞がある。

また、特許文献２に記載された発明は、半導体とプローブとの接触及び非接触状態をつくるために、プローブを上下方向に繰り返し移動させるものである。この場合、プローブの質量は小さいため、確かに高速で半導体とプローブとの接触及び非接触状態をつくることができると考えられる。しかしながら、プローブを高速で上下動させると、これによって振動が発生し、プローブ自体が振動してしまう。この場合、半導体の特性の測定は、プローブの振動が収まってから行われるため、結果として、測定工程の全体での動作速度が遅くなってしまう虞がある。また、プローブの周囲には測定回路等が配置されている場合が多く、プローブの上下動による振動が測定回路に伝わることで劣化が進んだり、測定回路とプローブとを接続しているケーブルが断線したりする虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上述のような問題を解決することを課題の一例とするものであり、これらの課題を解決することができる半導体検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る半導体検査装置は、シート上に貼着された半導体素子の特性を測定する半導体検査装置であって、前記シートを保持する枠状の保持部材と、前記半導体素子の上方に配置され前記半導体素子の電極に接触して特性を測定するプローブと、前記シートの下方に配置され前記保持部材の内側を上下方向に駆動される内側ステージと、を備え、前記半導体素子の特性を測定する際に、前記プローブは、固定され、前記内側ステージは、前記シートの下方より上昇して該シートを介して前記半導体素子を部分的に持ち上げ、該半導体素子の電極を前記プローブに接触させることで特性を測定することを特徴とする。

本発明の一実施の形態に係る半導体検査装置を示す模式的な斜視図である。 粘着シートに並設された半導体（ＬＥＤチップ）を模式的に示す平面図である。 （ａ）本発明の一実施の形態に係る半導体検査装置の動作を示す模式図（一部断面）である。（ｂ）本発明の一実施の形態に係る半導体検査装置の動作を示す模式図（一部断面）である。（ｃ）本発明の一実施の形態に係る半導体検査装置の動作を示す模式図（一部断面）である。 本発明の一実施の形態に係る半導体検査装置における小型ステージの変形例を示す模式図である。 本発明の一実施の形態に係る半導体検査装置の変形例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。なお、本発明は、シート上に貼着された半導体素子の特性を測定する半導体検査装置に広く適用可能であるが、ここでは本発明を、発光素子であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）チップの電気的特性及び光学的特性を測定する半導体検査装置に適用した場合の一例について説明する。

図１に実施の形態に係る半導体検査装置１を模式的に示す。半導体検査装置１は、アクチュエータによって水平方向（ＸＹ平面内）に対して移動自在、かつ、回転自在に設けられた外側ステージとしての大型ステージ１０と、該大型ステージ１０の中央に設けられた平面視円形の開口部１１の内側に配置される内側ステージとしての小型ステージ２０と、該小型ステージ２０の上方に配置される一対のプローブ３０，３０とを含んで構成されている。

大型ステージ１０は、検査対象であるウエハ状のＬＥＤチップ４１が載置された状態で、水平移動及び回転移動が可能となっている。ＬＥＤチップ４１は、たとえば円環板状のウエハリング４３に保持された粘着シート４５に貼着されるものであり、一般的には粘着シート４５に貼着されたウエハがダイシングされて形成されることから、図２に模式的な部分拡大図として示されるように、複数個のＬＥＤチップ４１が並設されているものである。例えば、一般的な２インチのウエハを使用して約０．３ｍｍ角のＬＥＤチップ４１をダイシングする場合には、約２万個のＬＥＤチップ４１が並設されるものである。

ウエハリング４３は、その外径が大型ステージ１０の開口部１１の内径より大きく形成されており、ウエハリング４３の中心と開口部１１の中心とが一致するように大型ステージ１０に対して配置されて固定される。なお、大型ステージ１０に固定されている状態において、ウエハリング４３は粘着シート４５の上部側に配置されるものである。これにより、粘着シート４５の高さ位置は、大型ステージ１０の上面と略同一になる。粘着シート４５は、少なくとも伸縮性（弾力性）を有する材料からなり、ウエハリング４３に保持された状態で上下方向に移動自在となっている。また、実施例のように検査対象がＬＥＤチップ４１の場合には、粘着シート４５が光を透過する材料によって形成されることで、透過光を測定する構成とすることができる。なお、実施例ではシート自体に粘着性をもたせた構成となっているが、これに限らず、シートに対してウエハが貼着されるものであれば特に限定されるものではない。

小型ステージ２０は、大型ステージ１０の開口部１１の内側に配置されるものであり、上下方向（Ｚ方向）に対して移動可能となっている。実施例では、図３に模式的に示されるようにサーボモータ２２に取り付けられたカム２４によって小型ステージ２０が所定の範囲内で上下動するものであるが、これに限定されるものでなく、高速に上下動することが可能な動作機構であれば、例えばボールネジを用いた機構や、リニアモータ等の既存の技術であっても構わない。なお、図示例では、小型ステージ２０は枠部材２７によって保持されており、該枠部材２７に固定された当接杆２７ａがカム２４に当接するものである。なお、小型ステージ２０及び大型ステージ１０は、ＣＰＵ等によって構成される制御部（図示省略）によって、移動量、移動方向等の動作制御が行われるものである。

図示例における小型ステージ２０は、例えばガラス（石英）等の光を透過する材料によって、大型ステージ１０の開口部１１に収まる大きさに形成され、上端部２１側の面積がダイシング前のウエハよりも小さく形成されることが好ましい。最も小さく形成される場合には、上端部２１側の面積が、１個のＬＥＤチップ４１より小さいものが考えられるが、実施例における小型ステージ２０では上端部２１側の面積が、１個のＬＥＤチップ４１より大きく形成されている。実施例における小型ステージ２０は、上下方向の動作量が、例えば１００μｍ〜１５０μｍであり、小型ステージ２０が最も上方に位置したときに、その上端部２１が大型ステージ１０の上面より１００μｍ程度高くなる。なお、小型ステージ２０は、大型ステージ１０が水平方向に対して移動自在であるため、相対的に大型ステージ１０の開口部１１内において水平方向に移動自在であるといえる。また、小型ステージは粘着シートの下面に接触するものであるため、粘着シートを傷つけないように上端部２１において角が少ないことが好ましく、実施例における上端部２１は略円形（楕円等の角がない形状であれば同様の効果が得られる）となっている。

さらに、小型ステージ２０の上端部２１は、テフロン（登録商標）等によって摩擦抵抗を抑制するための潤滑処理が施されている。例えば粘着シートにたるみが生じているような場合において、小型ステージが粘着シートに対して相対的に水平方向に移動するときには、小型ステージの上端部２１が粘着シートの下面に擦れて動作することが起こる。実施例における小型ステージでは上端部に潤滑処理が施されていることにより、ステージが粘着シートに引っかかったり、張り付いたりすることが抑制される。

図３に示されるように、小型ステージ２０の下方には、例えばＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）のような受光部２５が固設されている。これにより、ＬＥＤチップ４１から放射された光は、粘着シート４５及び小型ステージ２０を透過して受光部２５によって検出されることができる。なお、受光部２５は、固設されていなくともよく、例えば小型ステージ２０と一体化されて形成され、小型ステージ２０とともに上下方向に移動するものであっても構わない（図４参照）。なお、実施例では、小型ステージ２０における上端部２１側の面積が、１個のＬＥＤチップ４１より大きく形成されているため、小型ステージ２０の枠部材２７によってＬＥＤチップ２１から受光部２５に放射される光が遮られてしまうことが抑制される。

プローブ３０，３０（探針）は、例えば一対の電極によって構成されており、印加電源／測定器３５に対して電気的に接続されている。これにより、プローブ３０，３０はＬＥＤチップ４１に接触して所定の電圧を印加することで電気的特性等を測定することができる。このプローブ３０，３０は小型ステージ２０の上方に配置され、大型ステージ１０に対してＬＥＤチップ４１が固定された状態においてＬＥＤチップ４１の表面から例えば約５０μｍ程度の距離を空けて固定される。なお、プローブ３０，３０は、小型ステージ２０同様、大型ステージ１０が水平方向に対して移動自在であるため、大型ステージ１０に対して相対的に水平方向に移動自在であるといえる。

以下、図３（ａ）乃至（ｃ）に従って、半導体検査装置１の動作について説明する。ＬＥＤチップ４１は、ウエハリング４３に保持された粘着シート４５に貼着された状態で、大型ステージ１０の所定位置に固定される。大型ステージ１０は、検査の対象であるＬＥＤチップ４１の位置情報をもとに、対象のＬＥＤチップ４１の電極パッド４１ａ，４１ｂの上方にプローブ３０，３０が配置されるように水平移動及び回転を行う。同時に、この動作によって対象となるＬＥＤチップ４１の下方に小型ステージ２０が配置されることになる。なお、ＬＥＤチップ４１の位置情報はカメラ等の撮像手段によって取得された画像から得られるものである。

次に、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、小型ステージ２０が上昇すると、小型ステージ２０が粘着シート４５の下方側からＬＥＤチップ４１を上側に押し上げる。上述のように、プローブ３０，３０はＬＥＤチップ４１の表面から５０μｍ程度の距離を空けて固定されるものであるため、ＬＥＤチップ４１が押し上げられることによってプローブ３０，３０の先端３１がＬＥＤチップ４１の電極パッド４１ａ，４１ｂ（図３において図示省略）に接触することになる。なお、実施例においてＬＥＤチップ４１は、例えば約１００μｍ程度押し上げられるものであるが、５０μｍ程度押し上げられたところでプローブ３０，３０と接触し、そこからはプローブ３０，３０が撓むことになる。これにより、プローブ３０，３０と電極パッド４１ａ，４１ｂとが良好な接触状態を保つことになる。このようにプローブ３０，３０とＬＥＤチップ４１とが正しく接触された状態で各種特性の測定がなされる。

測定は、例えば、プローブ３０によって電気的特性が測定されるとともに、通電によるＬＥＤチップの光学特性も測定される。ＬＥＤチップに通電されることで、ＬＥＤチップが発光し、このときの光が粘着シート４５及び小型ステージ２０を透過して受光部によって受光され、光学特性の測定がなされる。

測定が終了すると、小型ステージ２０が下降し、押し上げられていたＬＥＤチップ４１は元の状態に戻る。そして、次の検査対象のＬＥＤチップ４１の位置情報をもとに対象のＬＥＤチップ４１の電極パッド４１ａ，４１ｂの上方にプローブ３０，３０が配置されるように大型ステージ１０の水平移動及び回転が行われる。以降、上記動作が繰り返されることにより、大型ステージ１０に固定されたすべてのＬＥＤチップ４１の検査が行われる。実施例においては、小型ステージ２０を高速に上下動させることにより、従来型の検査装置に比し、高速で検査を行うことができるものである。小型ステージ２０は大型ステージ１０に比し軽量であるため、大出力のモータ等を必要とせず、また高速で上下動を行っても振動が発生し難い。

実施例と略同様の大きさの従来技術による検査装置と実施例における半導体検査装置との比較検討の結果を示す。比較対象は、半導体が固定されたステージ（実施例における大型ステージ１０に相当する）の全体が水平方向及び上下方向に移動するとともに回転を行う検査装置（比較例１）と、半導体が固定されたステージ（実施例における大型ステージに相当する）の全体が水平方向に移動するとともに回転を行い、プローブが上下方向に移動する検査装置（比較例２）である。比較のために計測された動作工程は、一の半導体から次の半導体までプローブを相対的に移動させる一連の動作であり、（１）プローブと半導体が接触した状態から非接触状態となる上下方向の移動、（２）一の半導体から次の半導体に移行する水平方向の移動、（３）次の半導体においてプローブを非接触状態から接触状態にするための上下方向の移動、の３工程である。なお、上下方向の移動距離が約１５０μｍ、水平方向の移動距離が約５００μｍである例によって実測値を測定した。

比較例１では、ステージの質量が大きいため上下方向の移動に時間を要し、一連の動作に約１２０ｍｓを要した。一個の半導体素子に要する検査時間が１００ｍｓであると仮定すると、検査に要するタクトタイムは、２２０ｍｓとなる。

比較例２では、プローブを上下方向に移動させるため、上下方向の移動に要する時間が短縮でき、一連の動作に約８０ｍｓを要した。一個の半導体素子に要する検査時間が１００ｍｓであると仮定すると、検査に要するタクトタイムは、１８０ｍｓとなるが、測定はプローブの振動が収束するまで行うことができないため、実際にはさらに数十ｍｓ加算されるものと考えられる。

実施例では、小型ステージの質量が小さいため上下方向の移動時間が短縮でき、一連の動作に約６０ｍｓを要した。一個の半導体素子に要する検査時間が１００ｍｓであると仮定すると、検査に要するタクトタイムは、１６０ｍｓとなる。このように、実施例における半導体検査装置１によれば、従来型の検査装置に比し、半導体の検査時間が短縮されるものである。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、検査対象である半導体がＬＥＤチップに限定されないことはいうまでもなく、発光特性を測定しない場合には、ＰＤは必須の構成ではないものである。

また、半導体が貼着された粘着シートが保持されているウエハリングを大型ステージに固定し、そのまま測定が行われる例を示したが、これに限定されない。例えば、図５に模式的に示されるように、大型ステージの開口部１１内側に、上下方向に移動可能であり、かつ、大型ステージの移動にともなって移動可能な円環形状のリング部材５０を配置することができる。このリング部材５０は、最も上方に位置したときに、その上端部５１が大型ステージの上面（粘着シート４５の面と略同一）より高くなるように構成されるものであり、例えばその移動距離は任意に設定できるものとする。この構成により、検査時においては、粘着シート４５を下側から押圧することにより、粘着シート４５にたるみ等が発生していてもそのたるみを除去することができる。なお、図５は、粘着シート４５がリング材５０によって下側から押圧されている状態を示している。

また、小型ステージがガラスによって形成されている例を示したが、開口部及びウエハリングの内側より小さく形成されるものであれば、これに限定されない。実施例では、検査対象の半導体としてＬＥＤチップを想定した検査装置であり、粘着シートの下面側で発光特性が測定できるように光を透過するガラスを一例として示したが、発光特性を測定しない場合には、ガラス以外にも様々な材料を利用することができる。また、ＬＥＤチップの上面側にて受光する場合には、受光部が粘着シートの上方に配置されることになるため、小型ステージの材料はガラスに限定されず、様々な材料を利用することができる。また、発光特性を測定する構成であっても、ガラス以外の光透過性の樹脂等を用いることができるし、さらに小型ステージの形状を筒状とすることによって、筒状部の縁部で粘着シートを押圧し、筒状部の内側空間から光を透過するようにすることもできる。

また、大型ステージにおける開口部が平面視円形である例を示したがこれに限定されない。大型ステージは、ウエハリングが固定可能であればどのような形状でもよく、開口部も小型ステージが相対的に移動可能であれば円形に限定されるものではない。

また、大型ステージがアクチュエータによって回転可能に構成された例を示したがこれに限定されない。例えばプローブにアクチュエータを設けることによって、プローブが回転するようにすることができる。

また、受光部が小型ステージの直下に配置される例及び受光部が小型ステージと一体的に構成されている例を示したが、これに限定されず、小型ステージを光導波材によって構成するものとしても構わない。例えば、導光板によって小型ステージを構成することにより、発光光が効率良く受光部に導かれる。また、例えば、光ファイバによって小型ステージを構成するものとし、光ファイバの先端によって粘着シートを押圧する構成とすることができる。この場合には、発光光が効率良く受光部に導かれるため、効率良く光学測定を行うことができる。また、受光部を小型ステージとともに上下動させる必要がない。

また、半導体が貼着された粘着シートが円環板状のウエハリングによって保持されている例を示したが、これに限定されない。ウエハリングは、粘着シートを保持することができる枠状部材であればよく、円環板状以外にも例えば、四角形状をはじめとする多角形状や、楕円形状等の様々な形状を採用することができる。

１ 半導体検査装置
１０ 大型ステージ（外側ステージ）
２０ 小型ステージ（内側ステージ）
３０ プローブ
４１ ＬＥＤチップ（半導体素子）
４１ａ 電極パッド（電極）
４１ｂ 電極パッド（電極）
４３ ウエハリング（保持部材）
４５ 粘着シート（シート）

Claims (4)

1. シート上に貼着された半導体素子の特性を測定する半導体検査装置であって、
   前記シートを保持する枠状の保持部材と、
   前記半導体素子の上方に配置され前記半導体素子の電極に接触して特性を測定するプローブと、
   前記シートの下方に配置され前記保持部材の内側を上下方向に駆動される内側ステージと、を備え、
   前記半導体素子の特性を測定する際に、
   前記プローブは、固定され、
   前記内側ステージは、前記シートの下方より上昇して該シートを介して前記半導体素子を部分的に持ち上げ、該半導体素子の電極を前記プローブに接触させることで特性を測定することを特徴とする半導体検査装置。
2. 前記保持部材は、水平方向に移動可能な外側ステージに載置され、
   該外側ステージは、前記半導体素子をその電極と前記プローブ針とが前記内側ステージの移動によって接触可能な測定位置へ水平移動して位置づけることを特徴とする請求項１記載の半導体検査装置。
3. 前記半導体素子から発光される光を前記シートの下方で検出する光検出手段を備えるとともに、
   前記内側ステージは、前記半導体素子から発光される光を透過する材料によって形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体検査装置。
4. 前記内側ステージは、前記シートと接触する面に摩擦抵抗を抑制する潤滑処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体検査装置。