TWI470245B - A probe assembly for inspecting a semiconductor element for power, and an inspection apparatus using the same - Google Patents

Description

電力用半導體元件檢查用探針集合體和使用有此之檢查裝置

本發明，係有關於電力用半導體元件檢查用探針集合體和使用有此之電力用半導體元件檢查裝置。

在對於功率電晶體、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等之電力用半導體元件的電性特性作檢查時，原本，係以遵循於實用時之動作條件、亦即是使數100A程度之大電流在半導體元件中流動，來對於其之特性作檢查為理想。但是，若是對於晶圓之狀態或者是切出成晶片之狀態下的電力用半導體元件而經由檢查用探針來流動大電流，則會起因於半導體元件自身之內部電阻或半導體元件之電極和探針之間的接觸電阻等而使得半導體元件或檢查用探針發熱，並產生溫度飄移，而變得無法進行正確之測定，依存於情況，亦會有使半導體元件或檢查用探針破損之虞。

因此，針對電力用半導體元件，一般而言，係在晶圓狀態或晶片狀態下而進行由相對上較小之電流所致的特性檢查並進行粗略選別，之後，在最終工程之組入至封裝中的狀態下，再進行最終性之特性檢查。但是，就算是通過了在由小電流所致之特性檢查的半導體元件，之後，也多所會有在最終性之全功能(full-spec)檢查中才發現有特性不良的情況，於此情況，在粗略選別後所進行的各種工 程係成為無謂的浪費，並導致製品成本之上升或廢棄物量之增加等的問題。

另一方面，關於探針卡，係提案有各種之具備有冷卻手段的探針卡。例如，在專利文獻1中，係揭示有一種探針卡，其係在探針卡中內部設置有冷卻用之管，並使適宜之冷卻媒體作流動。然而，此探針卡，係為用以對起因於從由於檢查而成為高溫狀態之半導體裝置而來之輻射熱而導致探針卡熔融、變形的情況作防止，而將探針卡作冷卻者，其係並非為對於當通過探針而使大電流在半導體裝置中流動所產生之探針或半導體裝置的發熱作防止者。

又，在專利文獻2中，係揭示有一種探針卡，其係為了防止從由於檢查而成為高溫狀態之半導體裝置來通過探針而使熱傳導至探針卡處，而設置將探針之基部作收容的冷卻室，並藉由對於此冷卻室供給冷卻用空氣，來將探針之基部冷卻。但是，在此探針卡中，亦同樣的，其之作為課題者，係在於從成為檢查對象之半導體裝置所傳導至探針卡處之熱，而並非為當通過探針而使檢查用之大電流在半導體裝置中作了流動時所產生的探針或半導體裝置之發熱。又，由於係僅為對於探針基部之外周而吹拂冷卻用空氣，因此，係亦有著無法得到充分之冷卻效果的問題。

進而，在專利文獻3中，係揭示有一種探針卡，其係在構成探針卡之陶瓷基板的側面處安裝帕耳帖元件，並使探針配線之一部份作分歧而作為拉出配線，再藉由將此拉出配線連接於前述陶瓷基板之側面處，來成為經由拉出配 線而將探針作冷卻。但是，此探針卡，其探針之冷卻係為中介有拉出配線的問接性之冷卻，而有著無法得到充分的冷卻效果之虞，並且，在冷卻時係需要配線有身為拉出配線之配線，而有著構造複雜且在製造中會耗費心力的問題。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開平2-192749號公報

〔專利文獻2〕日本特開2000-28641號公報

〔專利文獻3〕日本特開2007-121245號公報

本發明，係為有鑑於上述先前技術之狀況而進行者，並以提供一種：在電力用半導體元件之大電流檢查中，能夠有效地防止起因於由於探針或半導體元件之通電所產生的發熱而導致之溫度上升，並且使正確之測定成為可能的電力用半導體元件檢查用探針集合體和使用有此之電力用半導體元件檢查裝置一事，作為課題。

本發明者們，係為了解決上述之課題而反覆進行苦心研究，其結果，係發現了：藉由代替探針卡而使用將複數根之探針作保持的探針塊，並將此探針塊作為散熱器 (heat sink)而冷卻探針，係能夠以簡單之構造來將探針冷卻。又，亦發現了：藉由將冷卻媒體朝向探針塊和成為檢查對象之電力用半導體元件作噴出，係能夠將探針和電力用半導體元件之雙方有效地作冷卻，而完成了本發明。

亦即是，本發明，係為藉由提供下述一般之電力用半導體元件檢查用探針集合體和具備有此之檢查裝置，來解決上述課題者：該電力用半導體元件檢查用探針集合體，其特徵為，係具備有：探針塊，係具備複數個的探針收容孔；和複數根之探針，係被收容在前述探針收容孔之各個中，並使外周與前述探針收容孔之內周相接觸，並且，係使在檢查時而與對象物作接觸之下端部從前述探針塊而突出；和1或2以上之冷卻手段，係冷卻前述探針塊。

本發明之探針集合體，由於係在探針塊內將複數根之探針以使各探針之外周和探針收容孔之內周作了接觸的狀態來作收容，並經由探針塊來將探針作冷卻，因此，探針塊係作為散熱器而起作用，相較於將冷卻媒體直接吹拂至探針處並進行冷卻的情況，係能夠更加有效地將探針冷卻。故而，在本發明之探針集合體中的探針塊，係以藉由熱傳導性為佳之材料來構成為理想，更進而，係以藉由除了良好熱傳導性以外而電傳導性亦為佳之材料來構成為更加理想。當將探針塊藉由除了良好熱傳導性以外而電傳導性亦為佳之材料來構成的情況時，不僅是能夠經由探針塊來將探針有效地冷卻，並且亦能夠通過探針塊來對於探針、特別是對於力線用探針供給大電流。作為熱傳導性和 電傳導性之雙方均為優良的材料，例如，係可列舉出銅、鋁、銀等之金屬。

作為冷卻探針塊之手段，係可使用各種之手段。例如，係可使用將冷卻用氣體吹拂至探針塊處並使探針塊冷卻之送風裝置、設置在探針塊內或探針塊外又或是其之雙方處之冷卻室和對於該冷卻室供給冷卻媒體之冷卻媒體供給裝置、或者是冷卻探針塊之帕耳帖元件等的冷卻手段，又，可將此些分別單獨作使用，將2種以上作組合使用一事亦為有效。

又，在探針塊處，為了將與冷卻用氣體之間的熱交換效率提高，係亦可設置適宜之形狀的冷卻用之鰭。依存於情況，亦可代替設置冷卻用鰭，而使被收容在探針塊中之複數根的探針之上端部從探針塊而突出，並將該突出了的探針上端部作為冷卻用鰭來利用之。

為了冷卻電力用半導體元件，係可使用在探針塊之冷卻中所使用的冷卻用氣體或冷卻媒體。例如，當使用在探針塊之冷卻中所使用了的冷卻用氣體來冷卻電力用半導體元件的情況時，係只要將冷卻用氣體從探針塊之上方來朝向探針塊作吹拂，並在冷卻用氣體與探針塊進行了熱交換之後，再使其吹拂至位置於其下方之電力用半導體元件處即可。

又，當使用在探針塊之冷卻中所使用了的冷卻媒體來冷卻電力用半導體元件的情況時，係只要構成為：在被供給有冷卻媒體之冷卻室處，設置朝向探針之下端部所從探 針塊而突出之方向(亦即是，在檢查時之電力用半導體元件所位置的方向)作開口之冷卻媒體出口，並在被供給至冷卻室處之冷卻媒體與探針塊進行了熱交換之後，再使其從上述冷卻媒體出口而噴出並接觸到位置於其下方之電力用半導體元件處即可。於此情況，作為所使用之冷卻媒體，係以不會對於電力用半導體元件之檢查造成阻礙的方式來使用氣體之冷卻媒體為理想。

進而，本發明之探針集合體，在其中一種理想形態中，係具備有對於探針塊之溫度作計測的溫度感測器，並恆常對於探針塊之溫度作監視，而構成為能夠恆常對於探針塊和與其作熱性接觸之探針的溫度作掌握。又，本發明之探針集合體，在其中一種理想形態中，係具備有：控制裝置，其係根據前述溫度感測器之輸出訊號來對於冷卻手段之動作進行調整，並控制冷卻手段之溫度，因此係能夠恆常以最適當之探針溫度來進行電力用半導體元件之特性檢查。

若依據本發明之電力用半導體元件用探針集合體，則就算是在通過探針而在電力用半導體元件中流動有大電流的情況時，亦由於探針和成為檢查對象之電力用半導體元件的溫度上升係被作抑制，因此，係能夠得到下述之優點：亦即是，係能夠進行不存在有溫度飄移之正確的測定，針對電力用半導體元件，係能夠進行在晶圓狀態或者 是切出成晶片狀之狀態下的依循於實際之使用條件的特性檢查。又，若依據具備有本發明之探針集合體的電力用半導體元件檢查裝置，則由於係能夠在晶圓狀態或者是切出成晶片狀之狀態下，而進行依循於實際之使用條件的特性檢查，因此，係能夠得到下述之優點：亦即是，係能夠將在封裝後之最終檢查中才發現到特性不良的比例顯著地降低，而對於製品成本之上升和廢棄物量之增加作抑制。

以下，作為本發明之作為對象之電力用半導體元件之其中一例，以IGBT為例，來使用圖面而對於本發明作說明，但是，當然的，本發明之對象，係並不被限定於IGBT，又，本發明係並不被限定於圖示者。

圖1，係為對於具備有本發明之探針集合體的電力用半導體元件檢查裝置的其中一例作展示之正面部分剖面圖，圖2，係為其之平面圖。在圖1、圖2中，101係為電力用半導體元件檢查裝置，102係為夾鉗平台，103係為將夾鉗平台102載置、保持於其上之絕緣板，104係為絕熱板。在絕緣板103和絕熱板104之間，係中介插入有後述之加熱器。105係為使夾鉗平台102與絕緣板103以及絕熱板104一同地朝向XYZ以及θ 方向移動之XYZ-θ 平台，106係為將表面電極用探針集合體作保持之操作器，107係為將背面電極用探針集合體作保持之操作器，108係為測試器。表面電極用探針集合體以及背面電極用探針 集合體，係能夠分別藉由操作器106以及107來朝向XYZ方向而於微小範圍內移動。

W係為成為檢查對象之晶圓，109係為收容晶圓W之晶圓匣，110係為從晶圓匣109而將晶圓W取出並載置在夾鉗平台102上之後述的晶圓保持部處、並且將結束了檢查之晶圓W從晶圓保持部而搬出至外部處之晶圓搬送裝置。關於晶圓搬送裝置110之搬送晶圓W的機構，只要是能夠搬送晶圓W，則係並不作特別的限定，例如，係可合適使用白努利方式之晶圓搬送裝置等。

111係為檢查裝置101之上部基底板，在上部基底板111處，係設置有長圓形之孔112。操作器106、107，係被安裝在上部基底板111處之長圓形之孔112的緣部近旁處，並藉由以單端支持方式而伸長之腕、和從該腕之前端部起而通過長圓形之孔112並朝向下方突出之保持部，來將後述之表面電極用探針集合體以及背面電極用探針集合體保持在較上部基底板111而更下方之位置處。113，係為力線用導電性構件，114_A 、114_B 係為導電性纜線，後述之表面電極用探針集合體，係經由力線用導電性構件113以及導電性纜線114_A 來與測試器108作連接，背面電極用探針集合體，係經由導電性纜線114_B 來與測試器108作連接。另外，檢查裝置101，係除了上述構件以外，亦具備有對位用之未圖示的顯微鏡或攝像裝置。

圖3，係為僅將夾鉗平台102和其之周邊部取出並作展示的擴大正面圖。在圖3中，115係為被中介插入於絕 緣板103和絕熱板104之間的加熱器，並接收從未圖示之電力源而來的電力之供給，來將夾鉗平台102和被載置於夾鉗平台102之晶圓保持部上的晶圓W加熱。在晶圓保持部處，係被安裝有未圖示之溫度感測器，藉由根據從該溫度感測器而來之訊號而對於供給至加熱器115處之電力作增減，係能夠將夾鉗平台102和被載置在晶圓保持部上之晶圓W加熱至特定之溫度。

圖4，係為圖3之平面圖。如圖中所示一般，在夾鉗平台102之上面，以α來作表示之晶圓保持部、和以β來作表示之探針接觸區域，係以不會使相互之區域相重疊的方式而被作鄰接配置。在晶圓保持部α處，例如，係設置有被與負壓源作了連接的吸引溝等之未圖示的適宜之吸引機構，藉由此，晶圓保持部α，係在使其之上面與晶圓W之背面作了接觸的狀態下，而將晶圓W作吸引、保持。

關於晶圓保持部α之大小，係並未作特別限制，只要是能夠將預定藉由檢查裝置101來作檢查之最大的晶圓W作保持之大小即可。又，晶圓保持部α之形狀，由於成為檢查對象之晶圓W通常係為圓形，因此，係配合於晶圓W之形狀，而通常係為圓形，但是，只要是能夠將晶圓W作保持，則係並非一定被限定於圓形，而亦可為橢圓形或長圓形、多角形狀。

在本例之檢查裝置101中，夾鉗平台102係藉由作了防鏽電鍍處理之銅等的導電性材料所構成，夾鉗平台102之上面的一部份之區域，由於係構成晶圓保持部α，因 此，晶圓保持部α之上面亦係為導電性。故而，若是將晶圓W載置於晶圓保持部α上，則晶圓保持部α之導電性的上面係成為與晶圓W之背面作接觸，在此晶圓保持部α處之與晶圓W之背面作接觸的部分，係成為導電性之接觸部。

另一方面，探針接觸區域β，係為後述之背面電極用探針所作接觸的區域，並在夾鉗平台102之上面，而與晶圓保持部α相鄰接地被作設置，夾鉗平台102之上面的一部份，係構成探針接觸區域β。在本例之檢查裝置101中，如同前述一般，由於夾鉗平台102係藉由作了防鏽電鍍處理之銅等的導電性材料所構成，因此，探針接觸區域β係為導電性，並經由夾鉗平台102上之晶圓保持部α以及探針接觸區域β以外的部分，來與晶圓保持部α處之前述接觸部作電性導通。

探針接觸區域β之大小，係選擇為包含有與被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓W相同形狀且相同大小之區域的大小。在本例中，由於被保持於晶圓保持部α上之晶圓W係為圓形，並且係想定為其之直徑就算是最大也不會超過晶圓保持部α之直徑，因此，探針接觸區域β，係設定為與晶圓保持部α相同半徑之圓形的區域。但是，探針接觸區域β之形狀，係並不被限定於圓形，只要是包含有與所想定之最大的晶圓W相同形狀且相同大小之區域，則亦可為橢圓、長圓、多角形等之各種的形狀。又，探針接觸區域β之大小，係只要包含有與被保持在晶圓保 持部α上之最大的晶圓W相同形狀且相同大小之區域即可，在極端的情況時，係亦可為與被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓W相同形狀且相同大小，但是，從餘裕度上來看，係以將較被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓W而更大之面積的區域作為探針接觸區域β來作設定為理想。

又，在本例中，夾鉗平台102之導電性的上面自身，係構成晶圓保持部α和探針接觸區域β之雙方，但是，亦可在夾鉗平台102之上面，載置將與被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓W相同形狀且相同大小之區域作覆蓋的導電性薄片，並將該導電性薄片之上面作為探針接觸區域β。如此這般，在將導電性薄片設為探針接觸區域β的情況時，當探針接觸區域β由於與背面電極用探針作多數次之接觸而受到損傷的情況時，係僅需要將導電性薄片作交換即可，而能夠降低維修之麻煩和費用。

另外，如圖中所示一般，由於夾鉗平台102係位於XYZ-θ平台105上，並且在夾鉗平台102之上面，係被形成有晶圓保持部α以及探針接觸區域β，因此，若是使XYZ-θ平台105動作並使夾鉗平台102移動，則當然的，晶圓保持部α和探針接觸區域β係成為一體地而朝向相同方向移動。

圖5，係為對於身為本發明之探針集合體的表面電極用探針集合體以及背面電極用探針集合體和夾鉗平台102之間的關係作展示之正面圖，圖6係為其之平面圖。為了 方便，係僅將在說明中所需要之構件作抽出圖示。在圖5、圖6中，P_A 係為表面電極用探針集合體，P_B 係為背面電極用探針集合體，W係為被保持在晶圓保持部α上之檢查對象晶圓。表面電極用探針集合體P_A 和背面電極用探針集合體P_B ，係分別具備有未圖示之複數根的力線用探針和複數根的感測線用探針。力線用探針之數量，雖係亦可為1根，但是，在電力用半導體元件之檢查中，由於係需要流動大電流，因此，較理想，力線用探針係存在有複數根。同樣的，雖然感測線用探針之數量亦可僅為1根，但是，若是存在有複數根，則由於係能夠進行導通檢查，因此係為理想。另外，表面電極用探針集合體P_A ，雖然亦依存於成為檢查對象之半導體元件的種類，但是，通常，係除了前述力線用探針和感測線用探針之外，亦具備有未圖示之閘極用探針或基極用探針。

表面電極用探針集合體P_A 和背面電極用探針集合體P_B ，係在水平方向上相互隔開有距離D地而被作配置，當夾鉗平台102藉由XYZ-θ平台105而作了上升時，表面電極用探針集合體P_A 係與被保持在晶圓保持部α上之晶圓W作接觸，背面電極用探針集合體P_B 係被配置在與探針接觸區域β相接觸之位置處。又，力線用導電性構件113，係沿著將表面電極用探針集合體P_A 和背面電極用探針集合體P_B 作連結之直線而被與夾鉗平台102之上面平行地作配置。於本例之情況，力線用導電性構件113，係為具有剛性之板狀的導電性構件，其之表面電極用探針集 合體P_A 側的其中一端，係與表面電極用探針集合體P_A 所具有之複數根的力線用探針作電性連接，另外一端，係經由導電性纜線114_A 而被與測試器108作連接。另外，背面電極用探針集合體P_B ，係經由導電性纜線114_B 而被與測試器108作連接。

圖6中所示之L，係為晶圓保持部α和探針接觸區域β之中心間的距離，在本例中，距離D係設定為成為與距離L略相同。如此這般，由於距離D係被設定為與距離L略相同，又，探針接觸區域β係成為包含有與被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓W相同形狀且相同大小之區域的大小，因此，若是藉由XYZ-θ 平台105來使夾鉗平台102移動，並使表面電極用探針集合體P_A 在被保持在晶圓保持部α上之檢查對象晶圓W內作相對性移動，則背面電極用探針集合體P_B 係在探針接觸區域β內作相對性移動。

圖7，係為對於表面電極用探針集合體P_A 和背面電極用探針集合體P_B 之移動的模樣作展示之平面圖，作為被保持在晶圓保持部α上之最大的晶圓，係對於將與晶圓保持部α相同半徑之圓形的晶圓W在晶圓保持部α上作載置保持的情況作展示。如圖7之(a)~(d)中所示一般，若是使夾鉗平台102朝向圖中左右上下移動，而使表面電極用探針集合體P_A 在被保持在晶圓保持部α上之晶圓W內作相對性移動，則對應於該移動，背面電極用探針集合體P_B ，係一面保持與表面電極用探針集合體P_A 之 間的距離D，一面在探針接觸區域β內作相對性移動。

如此這般，若依據檢查裝置101，則就算是在為了對於被形成於晶圓W上之多數的半導體元件依序作檢查，而藉由XYZ-θ平台105來使夾鉗平台102作移動的情況時，當表面電極用探針集合體P_A 與成為檢查對象之半導體元件的表面電極作接觸時，背面電極用探針集合體P_B ，係與和成為檢查對象之半導體元件的背面電極作電性導通之探針接觸區域β作接觸，並對於半導體元件供給必要之電性訊號，而能夠在維持於晶圓之狀態下來對於其之電性特性作檢查。又，就算是在對於晶圓W上之半導體元件依序作檢查的情況時，亦由於不需要使表面電極用探針集合體P_A 和背面電極用探針集合體P_B 作移動，因此，測試器108和表面電極用探針集合體P_A 以及背面電極用探針集合體P_B 之間的位置關係為不變。因此，若依據本發明之檢查裝置101，則就算是在維持於晶圓之狀態下來進行半導體元件之檢查的情況時，亦由於能夠將測試器108與表面電極用探針集合體P_A 之間的電性連接路徑以及測試器108和背面電極用探針集合體P_B 之間的電性連接路徑之長度，恆常地維持於一定之最短長度，因此，係能夠得到下述之優點：亦即是，係能夠使在測定路徑中所發生之寄生電感成為最小，並得到在接近於半導體元件之實力值的大電流測定和動特性試驗中所必要的過渡特性。

圖8，係為對於在力線用導電性構件113以及夾鉗平台102內所流動的電流之模樣作展示的概略圖，圖9，係 為對於所產生之磁場的模樣作展示之概略圖。在檢查時，係形成有下述一般之電路：亦即是，係從測試器108而經由導電性纜線114_A 、力線用導電性構件113、表面電極用探針集合體P_A 之力線用探針，而通過晶圓W上之半導體元件，再進而經由晶圓保持部α之導電性之接觸部、夾鉗平台102、探針接觸區域β、背面電極用探針集合體P_B 、導電性纜線114_B ，而朝向測試器108，在力線用導電性構件113內，係流動有圖中之以Ii所示之電流，而，在夾鉗平台102內，係流動有圖中之以Io所示之電流。此時，力線用導電性構件113，由於係沿著將表面電極用探針集合體P_A 和背面電極用探針集合體P_B 作連結之直線而被與夾鉗平台102之上面平行地作配置，因此，藉由電流Ii所產生之磁場和藉由電流Io所產生之磁場，係如同圖9中所示一般，其方向係成為相反，而相互被抵消。故而，係能夠將在表面電極用探針集合體P_A 和背面電極用探針集合體P_B 間之電流路徑中的實效電感降低，而成為能夠進行過渡特性更加良好且精確度更高之測定。

另外，力線用導電性構件113，只要是能夠沿著將表面電極用探針集合體P_A 和背面電極用探針集合體P_B 作連結之直線而與夾鉗平台102之上面平行地作配置者，則係並不被限定於具有剛性之板狀的導電性構件，亦可為剖面圓形之線狀構件。但是，由於電流Io所流動之夾鉗平台102係為板狀，因此，為了在其與夾鉗平台102之間形成使作為介電質之空氣作了中介存在的並列耦合構造，力線 用導電性構件113，較理想，係設為具備有較力線用導電性構件113和夾鉗平台102之間的間隙之大小而更廣之寬幅的板狀構件。

圖10，係為身為本發明之探針集合體的其中一例之表面電極用探針集合體P_A 的擴大部分剖面圖，圖11係為其之組裝分解圖。在圖10、圖11中，1係為探針塊，2係為塊體蓋。探針塊1係藉由熱傳導性為佳並且電傳導性為佳之材料所構成，並藉由與力線用導電性構件113作結合，而與力線用導電性構件113作電性連接。3係為力線用探針，力線用探針3，係藉由被插入固定在形成於探針塊1處之探針收容孔10中，而被安裝在探針塊1處。力線用探針3，由於其之外周係與前述探針收容孔10之內周作接觸，因此，係與探針塊1成為熱性接觸狀態，並且係與探針塊1以及力線用導電性構件113作電性導通。

另一方面，4係為感測線用探針，感測線用探針4，亦係藉由被插入固定在形成於探針塊1處之探針收容孔10中，來安裝在探針塊1上，但是，在感測線用探針4之外周和探針收容孔10之內周之間，係中介存在有絕緣構件5，感測線用探針4與探針塊1以及力線用導電性構件113係被作電性絕緣。

力線用探針3之前端部3_T 以及感測線用探針4之前端部4_T ，係藉由被配置在各探針內之未圖示的彈性手段而被朝向下方作推壓，當對於前端部3_T 以及4_T 而施加有朝向上方之外力的情況時，係能夠因應於該外力之大小而適 宜地朝向上方移動。6係為將感測線用探針4和測試器108作連接之導電性纜線。

7係為被設置於探針塊1處之冷卻室，8係為冷卻媒體導入口，9係為冷卻媒體出口。冷卻媒體導入口8，係被與未圖示之適宜的冷卻媒體供給裝置作連接。從冷卻媒體供給裝置而經由冷卻媒體導入口8所導入至冷卻室7內之冷卻媒體，係透過探針塊1而將力線用探針3以及感測線用探針4乃至於後述之閘極用探針作冷卻，並且從冷卻媒體出口9來吹拂至位置在表面電極用探針P_A 之下方處的身為檢查對象之半導體元件處，而將半導體元件作冷卻。

如此這般，本例之表面電極用探針集合體P_A ，由於係具備有各探針以及半導體元件之冷卻手段，因此，就算是當在半導體元件處流動有大的測定電流的情況時，亦能夠防止半導體元件和探針之過度的溫度上升，而能夠更加安定地進行正確的測定。另外，作為冷卻媒體，通常係使用空氣，但是，係並不被限定於空氣，當然的，亦可將氮氣或其他之適宜的氣體乃至於水或其他適宜之液體，作為冷卻媒體來使用。但是，當如同本例一般，冷卻室7為具備有朝向力線用探針3以及感測線用探針4之下端部所從探針塊1而突出之方向來作了開口之冷卻媒體出口9，並且將冷卻媒體從冷卻媒體出口9來吹拂至位置於其之下方處的半導體元件處的情況時，冷卻媒體係以身為空氣等之氣體為理想。

圖12，係為對於將塊體蓋2作了卸下的狀態之表面電極用探針集合體P_A 作擴大展示的平面圖。在圖12中，11係為閘極用探針，在閘極用探針11和被設置於探針塊1處之探針收容孔10之間，亦係被中介插入有絕緣構件5，閘極用探針11，係被與探針塊1以及力線用導電性構件113作電性絕緣。

如圖12中所示一般，各探針係被配置在棋盤之各格子位置處，除了與2根的感測線用探針4和1根的閘極用探針11相鄰接之棋盤的格子位置以外，係被配置有合計14根的力線用探針3。另外，圖12中所示之各探針的配置和數量，係僅為其中一例，力線用探針3、感測線用探針4以及閘極用探針11之配置和數量，係並不被限定於圖示者。

圖13，係為圖10中所示之本例之表面電極用探針集合體P_A 的側面圖。在圖13中，12係為連接纜線，閘極用探針11，係經由連接纜線12而被與測試器108作連接。又，如圖13中所示一般，表面電極用探針集合體P_A ，係隔著塊體蓋2而被安裝在操作器106處。

圖14，係為對於圖10中所示之本例之表面電極用探針集合體P_A 的動作狀態作展示之部分剖面圖。在圖14中，13係為冷卻媒體供給裝置，從冷卻媒體供給裝置13而供給至冷卻媒體導入口8處之冷卻媒體C，係充滿冷卻室7內，並透過探針塊1而將力線用探針3以及感測線用探針4乃至於閘極用探針11作冷卻，之後，從冷卻媒體 出口9來吹拂至被形成於位置在下方之晶圓W上的半導體元件S處，而將半導體元件S作冷卻。

另外，在本例中，冷卻媒體出口9，由於係並非朝向正下方，而是朝向各探針之作突出的前端部所存在之方向而略斜下方地作開口，因此，從冷卻媒體出口9所噴出之冷卻媒體C，係成為首先到達各探針之前端部並將前端部作冷卻，之後再吹拂至半導體元件S處。因此，係能夠得到下述之優點：亦即是，係成為能夠將各探針更加充分地作冷卻。亦可設為使冷卻媒體出口9朝向正下方開口，而使從冷卻媒體出口9所噴出之冷卻媒體C直接吹拂至半導體元件S處並將半導體元件S冷卻。又，在本例中，雖係將冷卻室7設置在探針塊1之內部，但是，冷卻室7之位置係並不被限定於探針塊1之內部，只要是能夠與探針塊1進行熱交換之狀態，則冷卻室7係亦可設置在探針塊1之外部處，且亦可設置在內部和外部之雙方處。

圖15、圖16、圖17，係分別為對於身為本發明之探針集合體的表面電極用探針集合體P_A 之其他一例作展示之擴大部分剖面圖、平面圖以及側面圖。本例之表面電極用探針集合體P_A ，係除了由冷卻室7、冷卻媒體導入口8、冷卻媒體出口9所構成的冷卻手段之外，亦在塊體蓋2之上面處設置有冷卻用鰭14。在本例中，冷卻用鰭14，係藉由將塊體蓋2之一部份除去並在塊體蓋2處設置溝，而形成之，冷卻用鰭之上面，係成為與塊體蓋2之上面相同高度，但是，係亦可在塊體蓋2之上面將板狀之構件作 立起設置，並作為冷卻用鰭14。

在動作時，係如圖17中所示一般，只要使冷卻用氣體噴出噴嘴15位置於表面電極用探針集合體P_A 之上方，並使被連接於冷卻用氣體噴出噴嘴15處之未圖示的送風裝置動作，而將冷卻用氣體CA從冷卻用氣體噴出噴嘴15來朝向表面電極用探針集合體P_A 噴出即可。所噴出的冷卻用氣體CA，係與各連接纜線6、12或塊體蓋2之上面作接觸，並將該些冷卻。此時，在塊體蓋2處，由於係被設置有冷卻用鰭14，因此相較於並不存在有冷卻用鰭14之情況，冷卻用氣體CA和塊體蓋2之間的接觸面積係變大，冷卻用氣體CA和塊體蓋2之間的熱交換係被促進，被收容在探針塊1中之各探針的冷卻係被更有效率地進行。另外，當然的，亦可並非僅在塊體蓋2處，而亦在探針塊1處設置有冷卻用鰭。

亦可設為：與從冷卻用氣體噴出噴嘴15而噴出冷卻用氣體CA並透過探針塊1和塊體蓋2來將各探針作冷卻的同時，亦使前述之冷卻媒體供給裝置動作，並從冷卻媒體導入口8而將冷卻媒體C導入至冷卻室7內，以藉由雙方之冷卻手段來將各探針同時作冷卻。又，亦可設為僅藉由從冷卻用氣體噴出噴嘴15所噴出之冷卻用氣體CA來將探針塊1和被收容在其內部之各探針作冷卻，只要是能夠充分地進行冷卻，則係亦可並不具備冷卻用鰭14。在本例中，冷卻用氣體CA，由於係從冷卻用氣體噴出噴嘴15而朝向下方噴出，因此，在與探針塊1以及塊體蓋2進行熱 交換並將各探針作了冷卻後，係亦與位置於下方之半導體元件作接觸，並將半導體元件冷卻。

圖18，係為對於身為本發明之探針集合體的表面電極用探針集合體P_A 之又另外其他一例作展示之擴大部分剖面圖。在圖18之例中，係並不存在有表面電極用探針集合體P_A 之塊體蓋2，力線用探針3之上端部3_U 、感測線用探針4之上端4_U 、乃至於並未圖示之閘極用探針11之上端部，係均為從探針塊1而朝向上方突出，此些之各探針的作了突出之上端部，係作為冷卻用鰭而起作用。若是使未圖示之送風裝置動作，並將冷卻用氣體CA如同圖中以箭頭所示一般地來從冷卻用氣體噴出噴嘴15而朝向表面電極用探針集合體P_A 噴出，則冷卻用氣體，係與力線用探針3之上端部3_U 、感測線用探針4之上端4_U 、乃至於並未圖示之閘極用探針11之上端部作接觸，並進行熱交換，而將各探針直接冷卻。與各探針之上端部作了接觸的冷卻用氣體，係進而與探針塊1作接觸並將探針塊1冷卻，而將被收容在探針塊1中之各探針冷卻。亦可與各探針之上端部相獨立地，而將板狀之冷卻用鰭14立起設置於探針塊1之上面處，當存在有冷卻用鰭14的情況時，係能夠透過探針塊1而以更好的效率來進行各探針之冷卻。

圖19，係為對於身為本發明之探針集合體的表面電極用探針集合體P_A 之又另外其他一例作展示之擴大部分剖面圖。在圖19之例中，從未圖示之冷卻媒體供給裝置所 供給之冷卻媒體C，係從冷卻媒體導入口8而導入至被形成在探針塊1內之冷卻室7內，並在通過了連續之冷卻室7內之後，從冷卻媒體出口9而被排出，並循環至原本之冷卻媒體供給裝置處。如此這般，在本例之表面電極用探針集合體P_A 中，藉由使冷卻媒體C通過被形成於探針塊1內之連續之冷卻室7內，而與探針塊1進行熱交換，並透過探針塊1而將各探針冷卻。在本例中，由於冷卻媒體C係並不會有接觸到表面電極用探針集合體P_A 的情形，因此，係可將水或其他之適當的流體作為冷卻媒體C來使用。

圖20，係為對於身為本發明之探針集合體的表面電極用探針集合體P_A 之又另外其他一例作展示之概略圖。在圖20中，16係為溫度感測器，並被配設在探針塊1之適宜的位置處，而對於探針塊1之溫度作計測。17係為控制裝置，13係為冷卻媒體供給裝置，18係為冷卻媒體冷卻裝置，19係為流量調整閥。控制裝置17係接收從溫度感測器16而來之輸出訊號，並將該輸出訊號與預先所設定之目標溫度作比較，當在兩者之間存在有一定程度以上之差異的情況時，係對於冷卻媒體供給裝置13、冷卻媒體冷卻裝置18或者是流量調整閥19之其中一者或者是2者以上的動作作調整，並以使探針塊1之溫度、亦即是使被收容在探針塊1中之各探針的溫度維持於目標溫度的方式，來作控制。當本發明之探針集合體為具備有此種溫度感測器和控制裝置的情況時，不僅是能夠得知被收容在探針塊 1中之各探針的溫度，亦成為能夠將各探針之溫度自動性地維持在預先所制訂之目標溫度，而能夠進行更為正確之特性檢查。

另外，代替以上所述之冷卻手段，例如亦可將帕耳帖元件作為冷卻手段來使用，且亦可適宜地將使用有帕耳帖元件之冷卻手段和上述之其他冷卻手段的1個或者是2個以上作組合並使用。

以上，雖係為以表面電極用探針集合體P_A 為例來針對本發明之探針集合體而作了說明，但是，當然的，亦可將本發明之探針集合作為背面電極用探針集合體P_B 來使用，背面電極用探針集合體P_B 之構造，除了並不具備閘極用探針11，並且在力線用探針3以及感測線用探針4之大小或配置上有些許之相異以外，基本上係與表面電極用探針集合體P_A 相同。

又，以上雖係針對在維持於晶圓狀態下而對於電力用半導體元件之特性作檢查的情況來作了說明，但是，當然的，本發明之探針集合體或者是具備有本發明之探針集合體的檢查裝置，就算是使用在被切出為晶片狀態之電力用半導體元件的檢查中，亦為有用。

〔產業上之利用可能性〕

如同以上所說明一般，若依據本發明之電力用半導體元件檢查用探針集合體以及具備有此之電力用半導體元件檢查裝置，則由於係能夠依循於在實際之使用時的動作條 件來流動大電流並進行電力用半導體元件之特性檢查，因此，係能夠將在最終之全功能檢查中才發現到特性不良的缺點作排除。本發明之電力用半導體元件檢查用探針集合體、以及具備有此之電力用半導體元件檢查裝置，係能夠有效的防止起因於無謂之工程所導致的製品成本之上升或廢棄物量之增加，其之產業上的利用可能性係極為廣大。

1‧‧‧探針塊

2‧‧‧塊體蓋

3‧‧‧力線用探針

4‧‧‧感測線用探針

5‧‧‧絕緣構件

6、12‧‧‧連接纜線

7‧‧‧冷卻室

8‧‧‧冷卻媒體導入口

9‧‧‧冷卻媒體出口

10‧‧‧探針收容孔

11‧‧‧閘極用探針

13‧‧‧冷卻媒體供給裝置

14‧‧‧冷卻用鰭

15‧‧‧冷卻用氣體噴出噴嘴

16‧‧‧溫度感測器

17‧‧‧控制裝置

18‧‧‧冷卻媒體冷卻裝置

19‧‧‧流量調整閥

101‧‧‧電力用半導體元件檢查裝置

102‧‧‧夾鉗平台

105‧‧‧XYZ-θ平台

106、107‧‧‧操作器

108‧‧‧測試器

110‧‧‧晶圓搬送裝置

113‧‧‧力線用導電性構件

114_A 、114_B ‧‧‧導電性纜線

α‧‧‧晶圓保持部

β‧‧‧探針接觸區域

W‧‧‧晶圓

S‧‧‧半導體元件

〔圖1〕對於具備有本發明之電力用半導體元件檢查用探針集合體之檢查裝置的其中一例作展示之正面部分剖面圖。

〔圖2〕對於具備有本發明之電力用半導體元件檢查用探針集合體之檢查裝置的其中一例作展示之平面圖。

〔圖3〕僅將夾鉗平台和其之周邊部取出並作展示的擴大正面圖。

〔圖4〕圖3之平面圖。

〔圖5〕對於表面電極用探針集合體以及背面電極用探針集合體和夾鉗平台之間的關係作展示之正面圖。

〔圖6〕圖5之平面圖。

〔圖7〕對於表面電極用探針集合體和背面電極用探針集合體之移動的模樣作展示之平面圖。

〔圖8〕對於在力線用導電性構件以及夾鉗平台內所流動的電流之模樣作展示的概略圖。

〔圖9〕對於產生之磁場的模樣作展示之概略圖。

〔圖10〕對於本發明之探針集合體的其中一例作展示之擴大部分剖面圖。

〔圖11〕圖10中所示之探針集合體的組裝分解圖。

〔圖12〕將探針蓋作了卸下的狀態之平面圖。

〔圖13〕圖10中所示之探針集合體的側面圖。

〔圖14〕對於圖10中所示之探針集合體的動作狀態作展示之部分剖面圖。

〔圖15〕對於本發明之探針集合體的其他一例作展示之擴大部分剖面圖。

〔圖16〕圖15中所示之探針集合體的平面圖。

〔圖17〕圖15中所示之探針集合體的側面圖。

〔圖18〕對於本發明之探針集合體的另外其他一例作展示之擴大部分剖面圖。

〔圖19〕對於本發明之探針集合體的又另外其他一例作展示之擴大部分剖面圖。

〔圖20〕對於本發明之探針集合體的又另外其他一例作展示之概略圖。

1‧‧‧探針塊

2‧‧‧塊體蓋

3‧‧‧力線用探針

3_T ‧‧‧前端部

4‧‧‧感測線用探針

4_T ‧‧‧前端部

5‧‧‧絕緣構件

6‧‧‧連接纜線

7‧‧‧冷卻室

8‧‧‧冷卻媒體導入口

9‧‧‧冷卻媒體出口

113‧‧‧力線用導電性構件

P_A ‧‧‧表面電極用探針集合體

Claims (14)

1. 一種電力用半導體元件檢查用探針集合體，其特徵為，係具備有：探針塊，係具備複數個的探針收容孔；和複數根之探針，係被收容在前述探針收容孔之各個中，並使外周與前述探針收容孔之內周相接觸，並且，係使在檢查時而與對象物作接觸之下端部從前述探針塊而突出；和1或2以上之冷卻手段，係冷卻前述探針塊，前述探針塊，係在探針塊內以及/或者是探針塊外具備有冷卻室，前述冷卻手段之其中一者，係為對於前述冷卻室供給冷卻媒體之冷卻媒體供給裝置，前述冷卻室，係具備有朝向前述探針之前述下端部從前述探針塊而突出的方向作開口之冷卻媒體出口，前述冷卻媒體，係為氣體，前述探針塊，係藉由金屬所構成，前述冷卻媒體出口，係朝向各探針之突出了的前端部所存在的方向而朝傾斜下方開口。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，前述冷卻手段之1個，係為對於前述探針塊吹拂冷卻用氣體之送風裝置。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，前述探針塊係具備有冷卻用鰭。
4. 如申請專利範圍第3項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，複數根之前述探針，係使上端部從前述探針塊而突出，該作了突出的上端部，係兼作為冷卻用鰭。
5. 如申請專利範圍第1~4項中之任一項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，前述冷卻手段之1個，係為帕耳帖元件。
6. 如申請專利範圍第1~4項中之任一項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，係具備有對於前述探針塊之溫度作計測的溫度感測器。
7. 如申請專利範圍第6項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，係具備有：控制裝置，其係根據前述溫度感測器之輸出訊號來對於前述冷卻手段之動作進行調整，而對於前述探針塊之溫度作控制。
8. 如申請專利範圍第1~4項中之任一項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，前述複數根之探針係包含有力線用探針，前述力線用探針係經由與前述探針收容孔之內周間的接觸部來與前述探針塊作電性導通。
9. 如申請專利範圍第5項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，係具備有對於前述探針塊之溫度作計測的溫度感測器。
10. 如申請專利範圍第9項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，係具備有：控制裝置，其係 根據前述溫度感測器之輸出訊號來對於前述冷卻手段之動作進行調整，而對於前述探針塊之溫度作控制。
11. 如申請專利範圍第5項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，前述複數根之探針係包含有力線用探針，前述力線用探針係經由與前述探針收容孔之內周間的接觸部來與前述探針塊作電性導通。
12. 如申請專利範圍第9項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，前述複數根之探針係包含有力線用探針，前述力線用探針係經由與前述探針收容孔之內周間的接觸部來與前述探針塊作電性導通。
13. 如申請專利範圍第10項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體，其中，前述複數根之探針係包含有力線用探針，前述力線用探針係經由與前述探針收容孔之內周間的接觸部來與前述探針塊作電性導通。
14. 一種電力用半導體元件檢測裝置，其特徵為，具備有：如申請專利範圍第1~13項中之任一項所記載之電力用半導體元件檢查用探針集合體；和被與前述探針集合體作電性連接之測試機；和載置有身為檢查對象之電力用半導體元件之夾鉗平台。