專利名稱：半導體檢查裝置及半導體檢查方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件的檢查，特別涉及一種檢查高頻半導體器件的電氣特性的半導體檢查裝置及半導體檢查方法。
背景技術：
在近些年的半導體器件中，需要一種能夠用于手機等高頻裝置的、具有良好的高頻特性的半導體器件，作為該半導體器件的檢測裝置，是在檢測裝置一側與作為測定對象的半導體器件之間，設置了過渡用的檢測用基板，檢測用基板的信號線以考慮了高頻特性的微帶線(microstrip line)來構成，而且還安裝了調整高頻特性的阻抗調整裝置及同軸連接器。
在這樣的半導體檢查裝置中，在檢測用基板上安裝了與半導體器件的檢測用電極部件相連的插座，作為該插座，為了要保證高頻特性而必須要采用極短的觸頭，作為其代表性的是采用一種使用彈性引腳或各向異性導電片的插座。
另一方面，上述的半導體器件是進行了封裝，再安裝在基板上，作為該半導體封裝，為了要尺寸小型化，所以采用在半導體晶片上形成的半導體器件的電極部分、安裝了連接安裝基板與半導體器件用的焊錫球的晶片級芯片尺寸封裝(wafer level chip size package)(以下稱為WLCSP)。
關于對上述這樣的WLCSP的半導體器件進行電氣特性檢查的過去的半導體檢查裝置(例如，參照日本國專利公開公報2004-152916號)，以下參照附圖來說明。
在WLCSP型半導體器件的檢查工序中，通常，在半導體器件的傳送中使用水平傳送式機械手裝置。在該水平傳送式機械手裝置中，如圖7所示，將單片化的WLCSP型半導體器件101從放置托盤部分傳送到檢查裝置的測定單元，該半導體器件101安置在插座105上。
然后，利用能夠上下移動水平傳送式機械手裝置的壓入夾具107，對半導體器件101的上面部分(沒有電極部件的面)施加載荷(每個引腳20～30g的載荷)，由此使插座105的觸頭與半導體器件101檢查用電極(焊錫球)電氣連接，能夠對半導體器件101進行電氣特性的檢測。
但是，在上述那樣的過去的半導體檢查裝置中，在利用水平傳送式機械手裝置對WLCSP型半導體器件的傳送中，由于WLCSP非常小(5mm見方以下)，因此存在的缺點是，傳送途中會發生WLCSP掉落，或者在托盤或測定單元產生WLCSP的吸附錯誤，或者由于要進行長距離的傳送，所以半導體器件的更換時間長。
在水平傳送式機械手裝置的測定單元中，要使插座的觸頭與WLCSP的半導體器件的電極點的位置對準，如圖7所示，是利用WLCSP的外形與插座的定位夾具106來進行位置對準，由于WLCSP的外形尺寸的誤差以及用定位夾具106產生的填合錯誤，有時WLCSP型的半導體器件的電極部分與插座的觸頭無法電氣連接。
最近，為了防止在利用水平傳送式機械手裝置的傳送中的半導體器件掉落及吸附錯誤，在半導體器件的檢查電極與插座觸頭的接觸中，使用框架探針(frame prober)裝置，該框架探針裝置采用框架識別裝置，能夠進行高精度的位置對準。
框架探針裝置與傳送單片化的半導體器件的機械手裝置不同，如圖3所示，半導體晶片203利用在環狀的框架202上粘貼了比內邊緣大的尺寸的圓形粘結片201的晶片保持架來傳送。于是晶片保持架內的半導體晶片203成為利用切割裝置形成單片的半導體器件的狀態。
為了對這樣的WLCSP的半導體器件101進行電氣特性檢查，如圖8所示其結構為，在框架探針平臺204上安裝粘貼了粘結片201的晶片保持架，在框架探針平臺204的上部，水平地安裝了與測定對象的半導體器件101的電極部分102電氣連接的插座105。
利用框架探針裝置來檢查的流程是，最初利用框架識別裝置(沒有圖示)來識別半導體器件101的電極部分102的位置，為了能夠與安裝在上部的插座105的觸頭接觸，使平臺204在水平且垂直的方向上移動，從而進行位置對準。然后，在位置對準后，通過使平臺204在垂直方向上上升，則能夠使作為測定對象的半導體器件101的檢查用電極部分102與測定單元的插座105的觸頭接觸，進行電氣特性檢查。
像以上這樣，相較于水平傳送式機械手裝置，利用框架探針裝置，能夠在測定單元中高精度地進行半導體器件的檢查電極與插座的觸頭的位置對準，由于使傳送路徑的距離縮短，所以可以縮短更換半導體器件的時間。
但是，隨著最近的半導體器件的高頻化(頻率為1GHz以上)，如圖8所示，在測定單元的檢查用的基板104上，在插座105的很靠近的邊緣處，安裝了端子的測量儀器之間的阻抗調整元件103(高約1mm)，因此，如果利用框架探針裝置像過去那樣進行電氣連接，則會有下述的問題，即在垂直方向上升高安裝了晶片保持架的平臺204時，為了進行高頻測定而安裝的阻抗調整元件103與處于測定對象的半導體器件101的周邊的非測定對象的半導體器件108上面的電極部分、以及電路部分產生干涉，使非測定對象的半導體器件108的電極部分與電路部分受損。
發明內容
本發明為了解決上述過去的問題而提出一種半導體檢查裝置以及半導體檢查方法，它的作為測定單元的結構，即使是采用適應對高頻化的半導體器件用高頻進行電氣特性檢查的結構的情況下，也不使半導體器件的電極部分與電路部分受損，能夠提高半導體器件的檢查電極與插座的觸頭的位置對準精度，同時能夠縮短半導體器件的更換時間。
為了解決上述的問題，本發明的半導體檢查裝置，是在檢查半導體器件的電氣特性時、為了測定上述半導體器件的各種電量而將上述半導體器件的檢查電極與測定單元的檢查用基板之間進行電氣連接的半導體檢查裝置，其結構做成在內側有孔的框架的內側邊緣處，固定了比上述框架的內側孔的尺寸大的片狀的、而且至少是單面有粘結性的粘結片，該粘結片在上述粘結片的該粘結面上使上述半導體器件以與其檢查電極面的反面相對粘貼多個上述半導體器件；使上述半導體器件的檢查電極面朝上，在水平且垂直方向上能夠移動的平臺上配置上述框架；在上述框架的上面，配置多個觸頭，該多個觸頭設置在上述檢查用基板上、并為了向上述半導體器件提供來自上述測定單元的電氣信號而與上述半導體器件的檢查電極接觸；在上述框架與上述平臺之間，配置在上述水平且上述垂直的方向上能夠移動的凸狀夾具，使上述凸狀夾具在上述垂直方向上上升，用上述凸狀夾具將上述多個半導體器件中進行檢查測定的半導體器件向上頂，使測定對象的半導體器件的檢查電極與上述檢查用基板的多個觸頭接觸。
另外，本發明的半導體檢查方法的特點是使用權利要求1上述的半導體檢查裝置；在檢查上述半導體器件的電氣特性時，并在測定上述半導體器件的各種電量時，在上述平臺上，使上述凸狀夾具在上述水平方向上移動，從而使作為上述測定對象的半導體器件與上述凸狀夾具的突出部分的位置對準；在上述垂直方向上使上述凸狀夾具上升，從而使上述測定對象的半導體器件往上頂，并處于比其周圍的非測定對象的半導體器件要高的狀態，在這種狀態下，使上述平臺在上述水平方向上移動，使上述測定對象的半導體器件的檢查電極與設置在上述測定單元的檢查用基板上的上述多個觸頭位置對準；并使上述平臺在上述垂直方向上上升，從而使上述測定對象的半導體器件的檢查電極與上述檢查用基板的上述多個觸頭相接觸，將上述半導體器件的檢查電極與上述測定單元的檢查用基板之間電氣連接。
如采用上述那樣的本發明，對于高頻化的半導體器件，即使測定單元是以高頻來進行電氣特性檢查的，也可以利用能夠得到高精度位置對準的框架探針方式，并且由于從下面向上推測定對象的半導體器件，從而使處于測定對象的半導體器件的周圍的非測定對象的半導體器件的位置低于測定對象的半導體器件，這樣使得為了進行高頻測定而在插座周圍安裝的阻抗調整元件及同軸連接器不與非測定對象的半導體器件產生干涉。
因此，作為測定單元的結構，即使是采用適應對高頻化的半導體器件用高頻進行電氣特性檢查的結構的情況下，也能夠不損傷半導體器件的電極部分與電路部分，并且能夠提高半導體器件的檢查電極與插座的觸頭之間的位置對準的精度，同時能夠縮短半導體器件的更換時間。
圖1表示的是在本發明的實施形態的半導體檢查裝置中的凸狀夾具部分的結構截面圖。
圖2表示的是在同一實施形態的半導體檢查裝置中的凸狀夾具的其它結構(可移動式)的截面圖。
圖3表示的是在同一實施形態的半導體檢查裝置中的晶片保持架的結構的立體圖。
圖4表示的是在同一實施形態的半導體檢查裝置中的整體結構的截面圖。
圖5表示的是在同一實施形態的半導體檢查裝置中的整體結構的立體圖。
圖6是在同一實施形態的半導體檢查裝置中延伸量的計算方法的說明圖。
圖7表示的是在過去的半導體檢查裝置中、水平傳送式機械手裝置的測定單元的結構截面圖。
圖8表示的是在過去的半導體檢查裝置中、框架探針裝置的測定單元的結構截面圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來具體說明關于表示本發明的實施形態的半導體檢查裝置以及半導體檢查方法。
最初先以圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6來說明關于表示本發明的實施形態的半導體檢查裝置的結構。
圖1表示的是在本發明的實施形態的半導體檢查裝置中的凸狀夾具部分的結構截面圖。圖2表示的是在同一實施形態的半導體檢查裝置中的凸狀夾具的其它結構(可移動式)的截面圖。圖3表示的是在同一實施形態的半導體檢查裝置中的晶片保持架的結構的立體圖。圖4表示的是在同一實施形態的半導體檢查裝置中的整體結構的截面圖。圖5表示的是在同一實施形態的半導體檢查裝置中的整體結構的立體圖。圖6是在同一實施形態的半導體檢查裝置中延伸量的計算方法的說明圖。
如圖3所示，在比半導體晶片203的晶片尺寸大的環狀的框架202上，固定著比框架內邊緣尺寸大的圓形的粘結片201，在該粘結片201上粘上半導體晶片203，使得與半導體器件的檢查用電極面相反的面相對，。另外，粘結片201的材料的特點是，如果向粘結面上照射紫外線，則粘結性會變弱，如果加熱，則會收縮。
像這樣在粘結片201上粘住的半導體晶片203，處于利用切割裝置形成單片的半導體器件的狀態下，對于該形成單片的半導體器件，在利用圖1所示的凸狀夾具301的突出部分來向上推測定對象的半導體器件101的時候，如圖6所示，為了防止由于在向上推的半導體器件的邊緣處相鄰的非測定對象的半導體器件108彼此相互的干涉而受傷，將粘結片201延伸，并在每個半導體器件之間設置規定的間隔。
以下，來說明關于為了在每個半導體器件之間設置規定的間隔的粘結片201的延伸量的計算式。
為了不對高頻測定中安裝的檢測裝置的基板上的阻抗調整元件產生干涉，從夾具301的突出部分的前端到平臺的距離設為阻抗調整元件的高度(約1mm)的2倍約2mm，在插座105上使用各向異性導電片，設導電片的厚度為0.5mm，接觸時的導電片的壓縮距離為0.3mm，則實際的夾具301的突出部分的上推量a必須要有1.7mm。
于是，在設半導體器件的厚度c為0.5mm、半導體器件尺寸b為4mm見方的情況下，為了得到向上推的半導體器件的周邊的半導體器件彼此不接觸的距離，粘結片的延伸量d根據下式來計算，希望能保證在0.22mm以上。
d＝2×c×sin(0.5×arc sin(a/b))式中，a上推量b半導體器件尺寸c半導體器件的厚度d延伸量基于根據這個計算式求得的延伸量d(＝0.22mm以上)，對于利用切割裝置切斷成單片的半導體器件的半導體晶片203，為了在各個半導體器件之間設置規定的間隔，進行粘結片201的延伸。
像以上那樣，如圖4所示，對于粘結片201進行延伸，在各個半導體器件之間設置規定間隔的半導體晶片203利用晶片保持架來支持。將該晶片保持架設置在水平且垂直方向上能夠移動的平臺403上，使得形成單片的半導體器件的檢查電極面朝上。在這種情況下，因為平臺403的位置精度成為半導體器件的檢查電極與插座105的觸頭接觸的最重要的因素，所以無論是在水平還是在垂直方向上都要使誤差在±10μm以內。
在晶片保持架的上面設置了在水平且垂直方向上能夠移動的檢查用基板104。而且使得固定在檢查用基板104上的插座105的觸頭朝下那樣來設置，為了改善高頻的特性，在插座105上使用觸頭的長度短的(約1mm以下)彈性引腳或者各向異性導電片。
另外，在晶片保持架與平臺403之間設置了在水平且垂直方向上能夠移動的、如圖4所示的凸狀夾具301，為了使插座105的觸頭與半導體器件101進行位置預對準，位置精度無論是在水平還是在垂直方向上設定為較粗略的位置精度(誤差在±100μm以內)。
關于凸狀夾具301的突出部分的形狀，其前端部分的與粘結片201接觸的面為平坦面，并且采用不從半導體器件的背面露出來的形狀。另外，如圖2所示，作為凸狀夾具301的突出部分也可以是使用在垂直方向上能夠移動的突出部分302的結構，突出部分302的可移動范圍是相距平臺403的上表面約2mm。由于這樣凸狀夾具的突出部分302是可移動的，所以能夠調整測定對象的半導體器件101的上推量。
在用凸狀夾具301將測定對象的半導體器件101向上推時，為了不使周圍的非測定對象的半導體器件108浮起，因而不與阻抗調整元件103產生干涉，則如圖4、圖5所示，在比凸狀夾具301的突出部分更下方的部分安裝吸附裝置401，該吸附裝置401具有吸附測定對象的半導體器件101的周圍的非測定對象的半導體器件4點的粘結片下表面的功能。特別是為了提高4點的吸附部分的吸附性，最好是硅制的底座。
另外，在凸狀夾具301中，為了在向上推測定對象的半導體器件101的時候，不使該半導體器件產生位置偏移，如圖4、圖5所示，采用在凸狀夾具301突出部分的前端部分安裝了具有吸附粘結片下表面的功能的吸附裝置404的結構。特別是為了提高前端部分的吸附部分的吸附性，最好是硅制的底座。
另外，利用凸狀夾具301將測定對象的半導體器件101向上推以后，由于在粘結片201上測定對象的半導體器件101的周圍部分產生延伸，在下道工序的半導體器件拾取工序中，由于粘結片201的延伸，在拾取半導體器件101的時候，拾取位置偏移了，導致半導體器件的拾取錯誤。
對應于這種情況，利用粘結片201的熱收縮性，通過對粘結片201吹暖風，因向上推而使粘結片201產生的延伸將會復原。如圖4、圖5所示結構為，在凸狀夾具301的側面設置具有吹出暖風的功能的暖風裝置402，向測定對象的半導體器件周邊的粘結片下表面吹暖風。
根據圖4、圖5來說明關于利用以上的結構的半導體檢查裝置的半導體檢查方法的全部流程。
最初，進行晶片保持架上的測定對象的半導體器件101與凸狀夾具301的前端部分的突出部分的位置對準。在位置對準后，使凸狀夾具301面向半導體晶片203在垂直方向上上升，利用設置在凸狀夾具301的突出部分的前端的吸附裝置404，吸附測定對象的半導體器件101的背面的粘結片，再進一步使凸狀夾具301上升，利用在比該突出部分更下方處設置的吸附裝置401，吸附粘結片201。吸附的部分如圖4、圖5所示，吸附著粘結4點的非測定對象的半導體器件110的粘結片201的背面。
然后，向上推凸狀夾具301，直到測定對象的半導體器件101比周邊的非測定對象的半導體器件110高出約2mm為止。在用凸狀夾具301向上推的狀態下，利用設置了晶片保持架的平臺403及檢查用基板104，進行向上推的半導體器件101的檢查用電極與安裝在其上部的插座的觸頭的位置對準。
然后，在位置對準以后，在用凸狀夾具301向上推的狀態下，同時使晶片保持架的平臺403與凸狀夾具301上升，從而非測定對象的半導體器件110不與檢查用基板104的阻抗元件103產生干涉，而測定對象的半導體器件101的電極部分與測定單元的插座105的觸頭電氣連接，成為能夠進行電氣特性檢查的狀態。
如果電氣特性檢查結束了，則關閉設置在凸狀夾具301的突出部分的吸附裝置404、以及設置在比其更下方處的吸附裝置401，解除對粘結片201的吸附。然后，使晶片保持架的平臺403與凸狀夾具301在垂直方向上同時下降，直到從插座105的觸頭前端到晶片保持架的上表面的距離為2mm為止，斷開晶片保持架與插座105。
再進一步使凸狀夾具301下降，直到從晶片保持架的下表面到平臺403上的凸狀夾具301的前端部分的距離為2mm為止，斷開晶片保持架與凸狀夾具301。下降以后，使晶片保持架的平臺403與凸狀夾具301向作為下一個測定對象的半導體器件沿水平方向移動，同時，從設置在凸狀夾具301的側面的暖風裝置402，面向測定了的半導體器件101與被測定的周邊的粘結片吹暖風，使由于凸狀夾具的上推而延伸的粘結片恢復到向上推之前的狀態。
通過反復進行上述的檢查流程，能夠進行在晶片保持架上安裝的多個半導體器件的電氣特性檢查。
權利要求
1.一種半導體檢查裝置，其特征在于，是在檢查半導體器件的電氣特性時、為了測定所述半導體器件的各種電量而將所述半導體器件的檢查電極與測定單元的檢查用基板之間進行電氣連接的半導體檢查裝置，其結構做成在內側有孔的框架的內側邊緣處，固定了比所述框架的內側孔的尺寸大的片狀的、而且至少是單面有粘結性的粘結片，該粘結片在所述粘結片的該粘結面上使所述半導體器件以與其檢查電極面的反面相對粘貼多個所述半導體器件；使所述半導體器件的檢查電極面朝上，在水平且垂直方向上能夠移動的平臺上配置所述框架；在所述框架的上面，配置多個觸頭，該多個觸頭設置在所述檢查用基板上、并為了向所述半導體器件提供來自所述測定單元的電氣信號而與所述半導體器件的檢查電極接觸；在所述框架與所述平臺之間，配置在所述水平且所述垂直的方向上能夠移動的凸狀夾具，使所述凸狀夾具在所述垂直方向上上升，用所述凸狀夾具將所述多個半導體器件中進行檢查測定的半導體器件向上頂，使測定對象的半導體器件的檢查電極與所述檢查用基板的多個觸頭接觸。
2.如權利要求1中所述的半導體檢查裝置，其特征在于，所述檢查用基板的多個觸頭能在水平且垂直方向上移動。
3.如權利要求1中所述的半導體檢查裝置，其特征在于，所述凸狀夾具的與所述粘結片接觸的面是平坦面，且采用不從所述半導體器件的背面露出的形狀。
4.如權利要求1中所述的半導體檢查裝置，其特征在于，所述凸狀夾具能在垂直方向上移動。
5.如權利要求1中所述的半導體檢查裝置，其特征在于，利用作為所述測定對象的半導體器件的上頂，在所述凸狀夾具的與所述粘結片接觸的面上設置了吸附所述粘結片的功能單元。
6.如權利要求1中所述的半導體檢查裝置，其特征在于，在所述凸狀夾具的突出部分以外的面上設置了吸附所述粘結片的功能單元。
7.如權利要求1中所述的半導體檢查裝置，其特征在于，所述粘結片采用能夠因熱而收縮的材料。
8.如權利要求7中所述的半導體檢查裝置，其特征在于，在所述凸狀夾具的附近設置了對所述粘結片提供實現熱收縮的熱量用的功能單元。
9.一種半導體檢查方法，其特征在于，使用權利要求1所述的半導體檢查裝置；在檢查所述半導體器件的電氣特性時，并在測定所述半導體器件的各種電量時，在所述平臺上，使所述凸狀夾具在所述水平方向上移動，從而使作為所述測定對象的半導體器件與所述凸狀夾具的突出部分的位置對準；在所述垂直方向上使所述凸狀夾具上升，從而使所述測定對象的半導體器件往上頂，并處于比其周圍的非測定對象的半導體器件要高的狀態，在這種狀態下，使所述平臺在所述水平方向上移動，使所述測定對象的半導體器件的檢查電極與設置在所述測定單元的檢查用基板上的所述多個觸頭位置對準；并使所述平臺在所述垂直方向上上升，從而使所述測定對象的半導體器件的檢查電極與所述檢查用基板的所述多個觸頭相接觸，將所述半導體器件的檢查電極與所述測定單元的檢查用基板之間電氣連接。
全文摘要
本發明利用凸狀夾具(301)將具有測定對象的半導體器件(101)的粘結片(201)的下表面向上推，從而使在測定對象的半導體器件(101)的周邊的非測定對象的半導體器件(108)處于比測定對象的半導體器件(101)要低的位置，使得為了進行高頻測定而在插座(105)的周邊安裝的阻抗調整元件(103)及同軸連接器不與非測定對象的半導體器件(108)產生干涉。
文檔編號H01L21/66GK1991398SQ20061016396
公開日2007年7月4日 申請日期2006年11月30日 優先權日2005年12月27日
發明者赤堀浩二, 石丸恒昭 申請人:松下電器產業株式會社