TW202403329A - 溫度調整裝置、檢查裝置、以及溫度調整方法 - Google Patents

溫度調整裝置、檢查裝置、以及溫度調整方法 Download PDF

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郡司慶太
岸田陽一
伊砂隆志
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Abstract

本發明提供一種容易縮短使欲調節溫度的對象物的內部溫度處於目標溫度範圍的時間的溫度調整裝置、對該對象物進行檢查的檢查裝置、以及溫度調整方法。溫度調整裝置1包括：框體2；冷卻台61，配置於框體2內，且具有能夠與對象物DUT接觸的冷卻面611；冷卻部64，將冷卻台61冷卻至比預先設定的目標溫度範圍的下限值TL低的冷卻溫度TC；搬運機構5，於使對象物DUT與冷卻面611接觸後，自冷卻面611離開；以及風扇25，對藉由搬運機構5自冷卻面611離開後的對象物DUT進行加熱。

Description

溫度調整裝置、檢查裝置、以及溫度調整方法
本發明是有關於一種調節對象物的溫度的溫度調整裝置、對該對象物進行檢查的檢查裝置、以及溫度調整方法。
自先前以來已知有如下技術：藉由將被檢查基板載置於設為規定的設定溫度（0℃）的冷卻板上，將被檢查基板冷卻至規定的溫度範圍（0℃±3℃）（例如，參照專利文獻1）。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2012-022001號公報（段落0095、段落0104）
[發明所欲解決之課題]
且說，若欲冷卻的對象物為如所述般的薄基板，則於基板表面與基板內部不易產生溫度差。然而，若欲冷卻的對象物的厚度大，則即便對對象物表面進行冷卻，藉由熱傳導冷卻至內部為止亦耗費時間。
本發明的目的在於提供一種容易縮短使欲調節溫度的對象物的內部溫度處於目標溫度範圍的時間的溫度調整裝置、對該對象物進行檢查的檢查裝置、以及溫度調整方法。 [解決課題之手段]
本發明的一例的溫度調整裝置包括：框體；冷卻台，配置於所述框體內，且具有能夠與對象物接觸的冷卻面；冷卻部，將所述冷卻台冷卻至比預先設定的目標溫度範圍的下限值低的冷卻溫度；搬運機構，於使所述對象物與所述冷卻面接觸後，自所述冷卻面離開；以及加熱部，對藉由所述搬運機構自所述冷卻面離開後的所述對象物進行加熱。
另外，本發明的一例的檢查裝置包括：所述的溫度調整裝置；檢查台，配置於所述框體內，且能夠載置所述對象物；以及檢查部，對載置於所述檢查台上的所述對象物進行檢查，所述搬運機構於使所述對象物自所述冷卻面離開後，將所述對象物載置於所述檢查台。
另外，本發明的一例的溫度調整方法包括：冷卻步驟，將冷卻台冷卻至比預先設定的目標溫度範圍的下限低的冷卻溫度，所述冷卻台配置於框體內，並且具有能夠與對象物接觸的冷卻面；以及溫度調整步驟，使所述對象物與所述冷卻面接觸進行冷卻，使所述經冷卻的所述對象物自所述冷卻面離開，對所述離開後的所述對象物進行加熱，藉此接近所述目標溫度範圍內。 [發明的效果]
此種結構的溫度調整裝置、檢查裝置、以及溫度調整方法容易縮短使欲調節溫度的對象物的內部溫度處於目標溫度範圍的時間。
以下，基於圖式對本發明的實施方式進行說明。再者，於各圖中標註了相同符號的結構表示為相同的結構，並省略其說明。於各圖中，為了明確方向關係而適宜表示XYZ正交坐標軸。於各圖中，將Z方向記載為上下方向，將X方向、Y方向記載為左右方向或前後方向，但X方向、Y方向、Z方向與上下方向、左右方向、前後方向的對應關係並不限定於此。
圖1所示的檢查裝置1包括例如外形為大致長方體形狀的框體2。再者，框體2的外形並不限於大致長方體形狀。於框體2的內部空間內，自-X側依次設置加熱區域21、高溫檢查區域22、冷卻區域23、及常溫檢查區域24。於高溫檢查區域22與冷卻區域23之間的框體2的上表面安裝有風扇25（加熱部）。於框體2的常溫檢查區域24側（+X側）壁面設置有開口部26。於圖1中，於開口部26安裝有過濾器261。
風扇25藉由自框體2的外部將空氣吸入框體2內並進行送風，產生通過冷卻區域23、及常溫檢查區域24自開口部26向外流出的氣流A。風扇25相當於加熱部的一例。加熱部例如亦可為紅外線加熱裝置。再者，風扇25亦可為如下結構：自框體2的內部向外部吸氣，自開口部26將空氣吸入框體2內，產生與氣流A為相反方向的氣流。另外，亦可為如下結構：更換風扇25與開口部26的位置，風扇25自框體2的內部向外部吸氣，自開口部26將空氣吸入框體2內，產生氣流A。
圖2所示的檢查裝置1於框體2內包括加熱塊3、高溫檢查塊4、搬運機構5、冷卻塊6、常溫檢查塊7、及控制部8。加熱塊3配置於加熱區域21，高溫檢查塊4配置於高溫檢查區域22，冷卻塊6配置於冷卻區域23，常溫檢查塊7配置於常溫檢查區域24。
自檢查裝置1除加熱塊3、高溫檢查塊4、及常溫檢查塊7以外的部分相當於溫度調整裝置的一例。
搬運機構5例如包括省略圖示的機械手或夾具，能夠握持對象物DUT。而且，搬運機構5能夠於框體2的內部空間移動，將對象物DUT向加熱塊3、高溫檢查塊4、冷卻塊6、及常溫檢查塊7搬運。
控制部8例如包括執行規定的邏輯運算的中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）、暫時儲存資料的隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）、非揮發性的儲存裝置、計時器電路、及該些的周邊電路等。而且，控制部8藉由執行規定的控制程式來對框體2內的各部分的動作進行控制。
圖3所示的冷卻塊6包括冷卻台61、覆蓋部62、蓋部63、及冷卻部64。
冷卻台61具有能夠與對象物DUT接觸的冷卻面611。冷卻台61例如由鋁等導熱率高的材料構成。冷卻面611亦可為平坦。另外，亦可配合對象物DUT的形狀，於冷卻面611形成凹凸、孔、切口、槽等。於圖3中，表示於冷卻面611上載置對象物DUT的狀態。再者，並不限於在冷卻面611上載置對象物DUT而接觸的例子。例如對象物DUT亦可與朝向側方的冷卻面611接觸。
於冷卻台61安裝有冷卻部64。作為冷卻部64的冷卻方式，例如可使用水冷卻、空氣冷卻、電子冷卻等各種方式。冷卻部64將冷卻台61冷卻至比預先設定的目標溫度範圍的下限值TL低的冷卻溫度TC。目標溫度範圍的上限值TH設定為比框體2的外部氣體溫度Ta高的溫度，目標溫度範圍的下限值TL設定為比外部氣體溫度Ta低的溫度。另外，上限值TH設為比加熱塊3的加熱溫度Tht低的溫度。
目標溫度範圍例如是用於由檢查部72進行對象物DUT的檢查的溫度條件。目標溫度範圍的上限值TH例如設為目標溫度Tt+5℃左右，目標溫度範圍的下限值TL例如設為目標溫度Tt-5℃左右。目標溫度Tt為目標溫度範圍的中央值，例如設為與外部氣體溫度Ta相同程度的溫度，例如設為20℃～25℃。於以下的說明中，以目標溫度Tt與外部氣體溫度Ta相等的情況為例進行說明。
覆蓋部62具有覆蓋與冷卻面611接觸的對象物DUT及冷卻台61的側方外周、即+X方向、-X方向、+Y方向、-Y方向的壁。另外，於覆蓋部62安裝有能夠打開關閉地安裝的蓋部63。若蓋部63關閉，則堵塞覆蓋部62的上方開口部。蓋部63藉由省略圖示的打開關閉機構來打開關閉。覆蓋部62及蓋部63例如由樹脂等導熱率低的材料構成。
圖4所示的加熱塊3包括加熱台31、覆蓋部32、蓋部33、及加熱裝置34。加熱台31包括加熱面311。加熱台31、加熱面311、覆蓋部32、及蓋部33分別與冷卻台61、冷卻面611、覆蓋部62、及蓋部63同樣地構成，因此省略其說明。
加熱裝置34將加熱台31加熱至預先設定的加熱溫度Tht。作為加熱裝置34，可使用加熱器等各種加熱部件。
對象物DUT是檢查對象物，例如可為絕緣閘雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）、場效電晶體（Field Effect Transistor，FET）等半導體元件。例如如圖4所示，對象物DUT包括多個連接端子Dt。連接端子Dt例如為電源端子、訊號端子等。
於圖5所示的對象物DUT中，半導體晶片CP是由樹脂M進行成型而構成。樹脂M的導熱率低，從而對象物DUT表面與半導體晶片CP之間的熱阻大。因此，即便使對象物DUT表面與冷卻面611接觸而進行冷卻，作為半導體晶片CP的溫度的內部溫度ti亦會相對於對象物DUT表面的表面溫度ts滯後而被冷卻。
參照圖2，常溫檢查塊7對經冷卻塊6冷卻後的對象物DUT進行檢查。常溫檢查塊7包括：檢查台71，能夠載置對象物DUT；以及檢查部72，對載置於檢查台71上的對象物DUT進行檢查。檢查部72包括檢查夾具721。檢查夾具721包括與對象物DUT的各連接端子Dt接觸的接觸端子。檢查夾具721能夠升降，藉由使檢查夾具721下降至載置於檢查台71上的對象物DUT之上，使檢查夾具721的各接觸端子與對象物DUT的各連接端子Dt接觸並導通。
藉此，檢查部72經由檢查夾具721與對象物DUT的各連接端子Dt進行電性連接。檢查部72向對象物DUT的各連接端子Dt的任一者供給電壓或電流，對自各連接端子Dt的任一者輸出的電壓或電流進行檢測，藉此對對象物DUT進行檢查。
高溫檢查塊4對經加熱塊3加熱後的對象物DUT進行檢查。高溫檢查塊4包括：高溫檢查台41，能夠載置對象物DUT；以及高溫檢查部42，對載置於高溫檢查台41上的對象物DUT進行檢查。高溫檢查部42包括檢查夾具421。高溫檢查台41、高溫檢查部42、及檢查夾具421分別與檢查台71、檢查部72、及檢查夾具721同樣地構成，因此省略其說明。
如圖6所示，於搬運機構5將對象物DUT自冷卻塊6向常溫檢查塊7搬運時，對象物DUT於氣流A中通過而被搬運，因此經冷卻塊6冷卻後的對象物DUT被加熱至接近外部氣體溫度Ta。即，產生氣流A的風扇25相當於對對象物DUT進行加熱的加熱部的一例。
另外，於冷卻塊6中，藉由覆蓋部62進行遮擋，以免氣流A與冷卻台61及冷卻面611上所載置的對象物DUT碰撞。從而，提高冷卻塊6對對象物DUT的冷卻效率。進而，藉由關閉蓋部63，氣流A不會自上方與冷卻台61及對象物DUT碰撞，因此進一步提高對象物DUT的冷卻效率。
再者，冷卻塊6可不包括覆蓋部62，亦可不包括蓋部63。
接下來，對如所述般構成的檢查裝置1的動作進行說明。參照圖7，首先加熱裝置34將加熱台31加熱至加熱溫度Tht，冷卻部64執行將冷卻台61冷卻至冷卻溫度TC的冷卻步驟，風扇25將外部氣體溫度Ta的外部氣體吸入框體2內，產生氣流A（步驟S1）。
接下來，控制部8藉由搬運機構5使對象物DUT載置於加熱面311而使其接觸，關閉蓋部33而對對象物DUT進行加熱（步驟S2）。
於加熱規定時間，對象物DUT達到加熱溫度Tht後，控制部8打開蓋部33，藉由搬運機構5使對象物DUT向高溫檢查台41移動（步驟S3）。
高溫檢查部42使檢查夾具421與載置於高溫檢查台41上的加熱溫度Tht的對象物DUT接觸，對高溫狀態的對象物DUT進行檢查（步驟S4）。加熱溫度Tht例如設為100℃～200℃左右。
於由高溫檢查部42進行的檢查結束後，控制部8藉由搬運機構5使對象物DUT向冷卻溫度TC的冷卻台61移動，載置於冷卻面611上而使其接觸，關閉蓋部63而對對象物DUT進行冷卻（步驟S5）。控制部8對自使對象物DUT與冷卻面611接觸的時刻t1起的經過時間進行計時。
於冷卻塊6中，進行冷卻以使對象物DUT的內部溫度ti、即半導體晶片CP的溫度與對象物DUT的表面溫度ts兩者處於用於由檢查部72進行檢查的目標溫度範圍內（上限值TH～下限值TL）。
圖8、圖9的縱軸表示溫度，橫軸表示經過時間。曲線G1s表示表面溫度ts，曲線G1i表示內部溫度ti。
以時刻t1表示於步驟S5中將對象物DUT載置於冷卻面611上的時刻。如曲線G1s所示，表面溫度ts於時刻t1以後朝向冷卻台61的冷卻溫度TC逐漸降低。如曲線G1i所示，內部溫度ti相對於曲線G1s稍滯後而降低。
於圖8所示的例子中，曲線G1s於時刻t2達到目標溫度Tt，曲線G1i於時刻t3達到目標溫度Tt。
當自時刻t1經過預先設定的冷卻時間tw時，控制部8打開蓋部63，藉由搬運機構5提升對象物DUT，藉此使其自冷卻面611離開（時刻t4），於利用氣流A對對象物DUT進行加熱的同時使其向檢查台71移動（步驟S6）。
關於冷卻時間tw，預先設定能夠將對象物DUT的表面溫度ts及內部溫度ti冷卻至比目標溫度Tt低的溫度的時間。冷卻時間tw只要以實驗的方式或藉由模擬等適時設定即可。
再者，控制部8並不限於藉由冷卻時間tw將表面溫度ts及內部溫度ti冷卻至比目標溫度Tt低的溫度的例子，亦可實際測定表面溫度ts及內部溫度ti，於達到比目標溫度Tt低的溫度後使對象物DUT自冷卻面611離開。
關於在時刻t4藉由搬運機構5自冷卻面611提升後的對象物DUT，如圖6所示，於外部氣體溫度Ta的氣流A中通過而向檢查台71搬運，並被載置於檢查台71。
結果，如曲線G1s、曲線G1i所示，對象物DUT的表面溫度ts及內部溫度ti於時刻t4以後朝向外部氣體溫度Ta即目標溫度Tt而上升。
接下來，檢查部72使檢查夾具721與載置於檢查台71上的對象物DUT接觸，向對象物DUT流通電流並通電，使半導體晶片CP自發熱，藉此對對象物DUT進行加熱（步驟S7：時刻t5）。通電亦可兼作用於電性檢查的電流供給。藉由向對象物DUT通電來對對象物DUT進行加熱的檢查部72相當於加熱部的一例。步驟S5～步驟S7相當於溫度調整步驟的一例。
於冷卻時，內部溫度ti相較於表面溫度ts滯後而降低。因此，使對象物DUT與冷卻至比目標溫度範圍的下限值TL低的冷卻溫度TC的冷卻面611接觸（步驟S5），於比下限值TL低的溫度下接觸冷卻表面溫度ts，藉此可加快內部溫度ti的冷卻速度。而且，於內部溫度ti降低至比上限值TH低的溫度後，對對象物DUT的表面進行加熱（步驟S6），藉此可使表面溫度ts上升而接近內部溫度ti。結果，容易縮短使表面溫度ts與內部溫度ti兩者處於目標溫度範圍內的時間。
進而，若於內部溫度ti降低至比目標溫度Tt低的溫度後，對對象物DUT的表面進行加熱（步驟S6），則如後述般，即便於由檢查部72的檢查電流產生的自發熱引起溫度上升的情況下，亦容易將表面溫度ts與內部溫度ti兩者維持於目標溫度範圍內。
另外，於自冷卻部64向檢查台71搬運對象物DUT的期間中進行步驟S6的加熱，因此不需要僅為了加熱而耗費時間，可效率良好地進行對象物DUT的加熱。
曲線G2s表示於時刻t5未通電時的表面溫度ts，曲線G2i表示於時刻t5未通電時的內部溫度ti。於時刻t5進行了通電的曲線G1s、曲線G1i中溫度上升比曲線G2s、曲線G2i大，因此可確認到可藉由通電加快表面溫度ts及內部溫度ti的上升速度。
於圖8、圖9所示的例子中，表面溫度ts及內部溫度ti於時刻t4已處於目標溫度範圍內，因此不需要藉由通電來加快溫度上升速度。然而，於將表面溫度ts冷卻至比下限值TL低的溫度的情況下，藉由通電加快溫度上升速度，藉此可縮短直至表面溫度ts及內部溫度ti處於目標溫度範圍內為止的時間。
接下來，檢查部72經由檢查夾具721向對象物DUT的各連接端子Dt的任一者供給電壓或電流，對自各連接端子Dt的任一者輸出的電壓或電流進行檢測，藉此對對象物DUT進行常溫檢查（步驟S8）。
檢查部72於檢查夾具721與對象物DUT接觸的時刻t5以後，可開始對象物DUT的檢查。當檢查部72開始對象物DUT的檢查時，檢查用的電流流向對象物DUT的半導體晶片CP，半導體晶片CP進行自發熱，從而內部溫度ti及表面溫度ts上升。
然而，一旦將表面溫度ts及內部溫度ti降低至比目標溫度Tt低的溫度後，於時刻t4將對象物DUT自冷卻台61向檢查台71搬運，則於表面溫度ts及內部溫度ti比目標溫度Tt低的狀態下，容易開始常溫檢查。結果，即便考慮到由檢查用的電流引起的溫度上升的影響，於表面溫度ts及內部溫度ti處於目標溫度範圍內的期間，檢查部72亦容易進行檢查。
圖8所示的曲線G3s表示藉由與目標溫度Tt的冷卻面611接觸的先前的冷卻方法對加熱溫度Tht的對象物DUT進行冷卻時的表面溫度ts，曲線G3i表示藉由與目標溫度Tt的冷卻面611接觸的先前的冷卻方法對加熱溫度Tht的對象物DUT進行冷卻時的內部溫度ti。
曲線G3s達到目標溫度Tt後的時刻t8相較於曲線G1s、曲線G1i達到目標溫度Tt後的時刻t6及曲線G2s、曲線G2i達到目標溫度Tt後的時刻t7的任一個而滯後。如此，相較於藉由與目標溫度Tt的冷卻面611接觸的先前的冷卻方法進行冷卻時的曲線G3s、曲線G3i而言，於使對象物DUT與冷卻至比目標溫度範圍的下限值TL低的冷卻溫度TC的冷卻面611接觸後，使對象物DUT自冷卻面611離開而進行加熱的曲線G1s、曲線G1i、曲線G2s、曲線G2i中達到目標溫度Tt為止的時間更短。
而且，若達到目標溫度Tt為止的時間短，則意味著即便目標溫度範圍的上限值TH與下限值TL的差小亦容易縮短使表面溫度ts及內部溫度ti處於目標溫度範圍的時間。另外，即便是不藉由對於對象物DUT的通電進行加熱時的曲線G2s、曲線G2i，由於達到目標溫度Tt為止的時間比曲線G3s、曲線G3i短，故加熱部亦可不藉由對於對象物DUT的通電進行加熱。
另外，對象物DUT亦可並非為半導體元件，亦可不藉由對於對象物DUT的通電進行加熱。
1:檢查裝置（溫度調整裝置） 2:框體 3:加熱塊 4:高溫檢查塊 5:搬運機構 6:冷卻塊 7:常溫檢查塊 8:控制部 21:加熱區域 22:高溫檢查區域 23:冷卻區域 24:常溫檢查區域 25:風扇（加熱部） 26:開口部 31:加熱台 32、62:覆蓋部 33、63:蓋部 34:加熱裝置 41:高溫檢查台 42:高溫檢查部 61:冷卻台 64:冷卻部 71:檢查台 72:檢查部（加熱部） 261:過濾器 311:加熱面 421、721:檢查夾具 611:冷卻面 721:檢查夾具 A:氣流 CP:半導體晶片 Dt:連接端子 DUT:對象物 G1i、G2i、G3i、G1s、G2s、G3s:曲線 M:樹脂 S1〜S8:步驟 Ta:外部氣體溫度 TC:冷卻溫度 TH:上限值 Tht:加熱溫度 ti:內部溫度 TL:下限值 ts:表面溫度 Tt:目標溫度 tw:冷卻時間 t1〜t8:時刻
圖1是表示使用本發明的一實施方式的溫度調整方法的檢查裝置的外觀的一例的概念性立體圖。 圖2是自上方（+Z方向）觀察框體2的內部空間的說明圖。 圖3是表示冷卻塊6的結構的一例的概念性立體圖。 圖4是表示加熱塊3的結構的一例的概念性立體圖。 圖5是表示對象物DUT的剖面結構的一例的概念性說明圖。 圖6是自-Y方向觀察圖1所示的檢查裝置1的框體2的內部的概念性說明圖。 圖7是表示圖6所示的檢查裝置1的動作的一例的流程圖。 圖8是表示對象物DUT的溫度變化的一例的圖表。 圖9是圖8的局部放大圖。
1:檢查裝置
2:框體
3:加熱塊
4:高溫檢查塊
5:搬運機構
6:冷卻塊
7:常溫檢查塊
25:風扇
26:開口部
31:加熱台
32、62:覆蓋部
34:加熱裝置
41:高溫檢查台
61:冷卻台
64:冷卻部
71:檢查台
261:過濾器
311:加熱面
421、721:檢查夾具
611:冷卻面
A:氣流
DUT:對象物

Claims (6)

  1. 一種溫度調整裝置，包括： 框體； 冷卻台，配置於所述框體內，且具有能夠與對象物接觸的冷卻面； 冷卻部，將所述冷卻台冷卻至比預先設定的目標溫度範圍的下限值低的冷卻溫度； 搬運機構，於使所述對象物與所述冷卻面接觸後，自所述冷卻面離開；以及 加熱部，對藉由所述搬運機構自所述冷卻面離開後的所述對象物進行加熱。
  2. 如請求項1所述的溫度調整裝置，其中所述加熱部藉由自所述框體的外部將空氣吸入所述框體內來對所述對象物進行加熱。
  3. 如請求項1或2所述的溫度調整裝置，更包括覆蓋部，所述覆蓋部覆蓋與所述冷卻面接觸的所述對象物及所述冷卻台的側方外周。
  4. 一種檢查裝置，包括： 如請求項1至3中任一項所述的溫度調整裝置； 檢查台，配置於所述框體內，且能夠載置所述對象物；以及 檢查部，對載置於所述檢查台上的所述對象物進行檢查， 所述搬運機構於使所述對象物自所述冷卻面離開後，將所述對象物載置於所述檢查台。
  5. 如請求項4所述的檢查裝置，其中所述對象物包含半導體元件， 所述加熱部藉由對載置於所述檢查台上的所述對象物通電，來對所述對象物進行加熱。
  6. 一種溫度調整方法，包括： 冷卻步驟，將冷卻台冷卻至比預先設定的目標溫度範圍的下限低的冷卻溫度，所述冷卻台配置於框體內，並且具有能夠與對象物接觸的冷卻面；以及 溫度調整步驟，使所述對象物與所述冷卻面接觸進行冷卻，使所述經冷卻的所述對象物自所述冷卻面離開，對所述離開後的所述對象物進行加熱，藉此接近所述目標溫度範圍內。
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