半導体測定装置
【課題】 厚みが薄い試験対象ウエハであっても撓みなく支持できるとともに、簡単な構造で試験対象ウエハの裏面電極にプローブ針を確実かつ簡便に接触させることができる半導体測定装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 試験対象ウエハを支持する支持面を備えたウエハチャックと；
前記ウエハチャックを上下方向に貫通する少なくとも３本のチャックピンと；前記チャックピンを上下方向に移動させる第１移動機構と；前記チャックピンの内側に内挿される少なくとも１本の下プローブ針と；前記下プローブ針を上下方向に移動させる第２移動機構と；前記ウエハチャックを上下方向及び水平方向に移動させる第３移動機構と；前記上プローブ針及び前記下プローブ針と電気的に接続されるテスタ装置とを有している半導体測定装置を提供することによって解決する。
【解決手段】 試験対象ウエハを支持する支持面を備えたウエハチャックと；
前記ウエハチャックを上下方向に貫通する少なくとも３本のチャックピンと；前記チャックピンを上下方向に移動させる第１移動機構と；前記チャックピンの内側に内挿される少なくとも１本の下プローブ針と；前記下プローブ針を上下方向に移動させる第２移動機構と；前記ウエハチャックを上下方向及び水平方向に移動させる第３移動機構と；前記上プローブ針及び前記下プローブ針と電気的に接続されるテスタ装置とを有している半導体測定装置を提供することによって解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、特に、パワートランジスタなどの電力用半導体素子の電気的特性を試験する半導体測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワートランジスタ、整流ダイオード、サイリスタ、パワーＭＯＳＦＥＴなどの電力用半導体素子は、発電や送電などの電力分野を始めとして、電気鉄道分野、自動車、家庭用電化製品など非常に幅広く使用されており、その電気的特性を試験する測定装置も多数提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、上下動自在な裏面電極針と、上部電極針との間に半導体素子が形成されたウエハを支持するウエハ支持枠を設け、ウエハ支持枠をフォーシング端子、裏面電極をセンシング端子として、被験半導体素子の真裏側面でケルビンコンタクトをとるようにした測定装置が開示されている。また、特許文献２には、被験半導体素子が形成されたウエハの外縁部をウエハホルダーで支持し、ウエハの裏面から接触するプローブの接触面積を被験半導体素子の裏面の面積と等しくして、半導体素子の裏面の不具合を検出するようにした測定装置が提案されている。さらに、特許文献３には、半導体ウエハに上下から接触するプローブの可動量を制御する制御手段を設けることによって、厚みの薄いウエハにおいても適切な押圧力でプローブを接触させることができるようにした試験装置が開示されている。
【０００４】
しかし、これら従来の測定装置或いは試験装置においては、ウエハをウエハ支持枠或いはウエハホルダーなどによってその外縁で支持しているので、ウエハの厚さが薄くなると、ウエハ自身が撓み、プローブ針と半導体素子の電極との間で正確なコンタクトが行えないという問題点がある。また、ウエハ支持枠或いはウエハホルダーは、ウエハの外縁部と接しているだけであるので、ウエハ支持枠或いはウエハホルダーを介してのウエハの温度制御が難しいという欠点もある。
【０００５】
一方、特許文献４及び特許文献５には、ステージと呼ばれるウエハ支持台をウエハの裏面全体と接触させてウエハを支持することにより、薄いウエハであっても撓みが発生しないようにした測定装置及び試験装置がそれぞれ開示されている。これらの測定装置又は試験装置においては、ウエハの裏面電極とプローブ針との接触は、前記ステージに複数の挿入孔を形成しておいて、測定時には、被験半導体素子のほぼ真下に位置する挿入孔の下までプローブ針を移動させて、その位置でプローブ針を上昇させてプローブ針をウエハの裏面電極に接触させる（特許文献４）か、或いは、ステージに設けられた複数の挿入孔のそれぞれに予めコンタクトピンを挿入しておき、測定時には、被験半導体素子のほぼ真下に位置するコンタクトピンの下までコンタクト片を移動させ、その位置でコンタクト片を上昇させて直上のコンタクトピンを押し上げて、ウエハの裏面電極と接触するようにしている（特許文献５）。これにより、これらの測定装置又は試験装置においては、測定電流はウエハ裏面電極の厚み方向に流れ、被験半導体素子の真裏からプローブ針との接触点までの電位差が抵抗分として測定値に重畳されることがないので、精度の高い測定ができるとされている。
【０００６】
しかし、特許文献４及び特許文献５に開示されている測定装置及び試験装置においては、試験対象ウエハを新しいウエハに切り替えたり、同じ試験対象ウエハ上であっても被験半導体素子を次の半導体素子へと切り替えると、それに合わせて測定用のプローブ針又はコンタクト片を新たな被験半導体素子のほぼ真下に位置する挿入孔又はコンタクトピンの下まで移動させる必要があり、その移動位置の割り出し作業が煩雑である上に、プローブ針又はコンタクト片を実際に所定の位置まで移動させる移動機構を必要とし、移動にも時間を要するので測定効率が悪くなるという不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実公平４−１４９３３号公報
【特許文献２】特開２０００−１１４３２５号公報
【特許文献３】特開２００３−３３２３９５号公報
【特許文献４】実開平３−４５６４３号公報
【特許文献５】特開２００４−３１１７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来の半導体測定装置の不都合や欠点を解消するために為されたもので、厚みが薄い試験対象ウエハであっても撓みなく支持できるとともに、簡単な構造で試験対象ウエハの裏面電極にプローブ針を確実かつ簡便に接触させることができる半導体測定装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、従来から試験対象ウエハを一時的に支持するために用いられているチャックピンがウエハチャックを貫通してウエハチャックに対して相対的に上下動するものであることに着目し、このチャックピンの内部にプローブ針を内挿させ、かつ、内挿したプローブ針をウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動可能とすることによって、試験対象ウエハを支持する支持面を備えたウエハチャックを使用しつつ、簡単な構造で、下プローブ針を試験対象ウエハの裏面電極と簡便に接触させることができることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、ウエハ上に形成された複数の半導体素子の各々の表面電極と前記ウエハの裏面電極のそれぞれにプローブ針を接触させて半導体素子の特性を試験する半導体測定装置であって、試験対象ウエハを支持する支持面を備えたウエハチャックと；前記ウエハチャックを上下方向に貫通する少なくとも３本のチャックピンと；前記チャックピンを前記ウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動させる第１移動機構と；前記チャックピンの内側に内挿される少なくとも１本の下プローブ針と；前記下プローブ針を前記ウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動させる第２移動機構と；前記ウエハチャックを、前記チャックピン及び前記下プローブ針とともに、前記ウエハチャックの上部に位置する上プローブ針に対して相対的に上下方向及び水平方向に移動させる第３移動機構と；前記上プローブ針及び前記下プローブ針と電気的に接続されるテスタ装置とを有している半導体測定装置を提供することによって、上記の課題を解決するものである。
【００１１】
本発明の半導体測定装置においては、上述のとおり、少なくとも３本あるチャックピンのうちの少なくとも１本に下プローブ針が内挿されており、この下プローブ針がウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動可能とされているので、前記チャックピンを用いて試験対象ウエハをウエハチャックの支持面上に載置、支持させた後、チャックピンに内挿されている下プローブ針を上昇させることによって、下プローブ針を試験対象ウエハの裏面電極に接触させることができる。
【００１２】
下プローブ針は１本以上あれば良いが、２本、若しくは３本以上であっても良い。下プローブ針が２本若しくは２本以上であれば、２本の下プローブ針間の導通の有無を調べることによって、ウエハの有無を検知したり、下プローブ針とウエハの裏面電極との接触状態の良否や、テスタ装置の動作の良否を確認することができるので便利である。なお、チャックピンの径が比較的大きい場合には、１本のチャックピン内に複数本の下プローブ針を内挿するようにしても良いが、通常は１本のチャックピン内には１本の下プローブ針を内挿させるのが好ましい。
【００１３】
また、チャックピンは、その上端で試験対象ウエハを支持する必要上、少なくとも３本は必要である。４本以上のチャックピンを設けても良いが、通常は３本で十分である。チャックピンが３本である場合、各チャックピンは、その上端が平面的に見て正三角形を形成するように等間隔に配置されるのが好ましい。いずれにせよ、３本若しくは４本以上のチャックピンの上端面は、試験対象ウエハの裏面とうまく接触するように単一平面上に位置させるのが良い。
【００１４】
本発明の半導体測定装置は、その好ましい一態様において、前記ウエハチャックが導電性であり、前記ウエハチャックの中央部に接続されるフォース線と、前記下プローブ針と接続されるセンス線とを備え、かつ、前記上プローブ針がフォース側上プローブ針とセンス側上プローブ針とからなり、前記フォース側上プローブ針と接続されるフォース線と、前記センス側上プローブ針と接続されるセンス線とを備えている。各センス線及び各フォース線は前記テスタ装置に接続される。本発明の半導体測定装置がこのようなフォース線及びセンス線を備えている場合には、ケルビン接続により、より正確な測定ができるので好ましい。
【００１５】
さらに、本発明の半導体測定装置は、その好ましい一態様において、前記チャックピンが、その上端部で試験対象ウエハを支持したときに、試験対象ウエハを吸引支持する吸引用の孔を備えている。これにより、チャックピンによる試験対象ウエハの支持をより確実なものとすることができる。
【００１６】
また、本発明の半導体測定装置は、その好ましい一態様において、前記ウエハチャックの前記支持面を加熱又は冷却する加熱手段及び／又は冷却手段を備えている。本発明の半導体測定装置がこのような加熱手段及び／又は冷却手段を備えている場合には、ウエハチャックの支持面の温度を適宜制御して、所望の温度若しくは温度変化時における半導体素子の電気的特性を試験することができるので便利である。
【００１７】
なお、本発明の半導体測定装置が対象とする半導体素子は、それらがウエハ上に形成されており、各半導体素子上の電極とウエハの裏面電極とにプローブ針を接触させてその電気的特性を試験することができるものである限りいかなるものであっても良いが、一般にパワーデバイスと呼ばれるパワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、サイリスタ、整流ダイオード、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、トライアックなどの電力用半導体素子を対象とする場合に、本発明の半導体測定装置及び半導体測定方法は最も効果的である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体測定装置によれば、チャックピンを用いて試験対象ウエハをウエハチャックの支持面上に載置し、ウエハチャックによって支持させた後、チャックピンに内挿された下プローブ針を試験対象ウエハに向かって上昇させるだけで下プローブ針を試験対象ウエハの裏面電極と接触させることができる。このため、本発明の半導体測定装置によれば、試験対象ウエハの自重による撓みを危惧することなく、簡単な構成で速やかに試験対象ウエハの表裏からプローブ針を接触させてウエハ上に形成されている半導体素子の電気的特性を試験することができるという利点が得られる。また、本発明の半導体測定装置におけるウエハチャックに、その試験対象ウエハの支持面を加熱又は冷却する加熱手段及び／又は冷却手段が設けられる場合には、支持面の温度を適宜制御して、所望の温度若しくは温度変化時における半導体素子の電気的特性を試験することができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の半導体測定装置の一例を示す部分断面側面図である。
【図２】ウエハチャック部分の部分断面拡大図である。
【図３】チャックピンの拡大断面図である。
【図４】ウエハチャックの平面図である。
【図５】ウエハチャック、チャックピン、及び下プローブ針の位置関係を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の半導体測定装置の動作を説明する部分断面側面図である。
【図７】本発明の半導体測定装置の動作を説明する部分断面側面図である。
【図８】本発明の半導体測定装置の動作を説明する部分断面側面図である。
【図９】本発明の半導体測定装置の動作を説明する部分断面側面図である。
【図１０】本発明の半導体測定装置の他の一例の要部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。
【００２１】
図１は、本発明の半導体測定装置の一例を示す部分断面側面図である。図１において、１は本発明の半導体測定装置であり、２は試験対象ウエハ、３はウエハチャック、４は、試験対象ウエハ２を支持するウエハチャック３の支持面、５ａ、５ｂ、５ｃはチャックピン、６はチャックピンベース板である。図１においては、チャックピン５ａ〜５ｃのうち、チャックピン５ａと５ｃだけが断面で示されている。また、図に示すとおり、チャックピン５ａ〜５ｃは、ウエハチャック３を上下方向に貫通している。７は、チャックピン５ａ〜５ｃをチャックピンベース板６ごとウエハチャック３に対して上下方向に移動させる第１移動機構であり、ウエハチャックベース板８に取り付けられている。
【００２２】
図１に示す状態においては、チャックピン５ａ〜５ｃの上端面は支持面４よりも若干、下方に下がった位置にあり、試験対象ウエハ２の裏面は、ウエハチャック３の支持面４と接触している。なお、本例においては、チャックピン５ａ〜５ｃは３本であるが、４本若しくは５本以上であっても良い。ただし、チャックピン５ａ〜５ｃは、その上端面が支持面４よりも上にある状態で試験対象ウエハ２を安定に支持する必要上、少なくとも３本必要である。また、図示の例では、第１移動機構７によって、チャックピン５ａ〜５ｃをウエハチャック３に対して上下方向に移動させるようにしているが、チャックピン５ａ〜５ｃはウエハチャック３に対して相対的に上下方向に移動すれば良く、ウエハチャック３をチャックピン５ａ〜５ｃに対して上下方向に移動させるようにしても良い。
【００２３】
９ａ、９ｂ、９ｃは、それぞれチャックピン５ａ、５ｂ、５ｃに内挿された下プローブ針、１０は下プローブ針ベース板、１１は下プローブ針９ａ〜９ｃを下プローブ針ベース板１０ごとウエハチャック３に対して上下方向に移動させる第２移動機構であり、第１移動機構７と同様に、ウエハチャックベース板８に取り付けられている。なお、図示の例では、下プローブ針９ａ〜９ｃは、チャックピン５ａ〜５ｃの各々に各１本ずつ内挿されているが、必ずしも全てのチャックピン５ａ〜５ｃ内に下プローブ針９ａ〜９ｃを内挿させる必要はなく、３本のチャックピン５ａ〜５ｃのうちの２本又は１本にのみ、下プローブ針を内挿させるようにしても良い。また、図示の例では、第２移動機構１１によって、下プローブ針９ａ〜９ｃをウエハチャック３に対して上下方向に移動させるようにしているが、下プローブ針９ａ〜９ｃはウエハチャック３に対して相対的に上下方向に移動すれば良く、ウエハチャック３を下プローブ針９ａ〜９ｃに対して上下方向に移動させるようにしても良い。
【００２４】
本例において、ウエハチャック３は導電性であり、ウエハチャック３の下面中央部には、フォース線１２ｆが接続され、フォース線１２ｆの他端は、テスタ装置Ｔに接続されている。１２ｓはセンス線であり、センス線１２ｓの一端は下プローブ針ベース板１０を介して、下プローブ針９ａ〜９ｃと接続され、他端はテスタ装置Ｔに接続されている。１３はＸＹＺθステージであり、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、それぞれ、Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、Ｚ軸移動機構、及びθ軸移動機構である。ＸＹＺθステージ１３は、ウエハチャック３を、チャックピン５ａ〜５ｃ、及び下プローブ針９ａ〜９ｃとともに、ウエハチャック３の上部に位置する上プローブ針に対して相対的に上下方向及び水平方向に移動させる第３移動機構を構成している。
【００２５】
１４ｓはセンス側上プローブ針、１４ｆはフォース側上プローブ針であり、１５ｓはセンス側上プローブ針１４ｓとテスタ装置Ｔを接続するセンス線、１５ｆはフォース側上プローブ針１４ｆとテスタ装置Ｔを接続するフォース線である。１６はプローブマニュピレータ、１７はプローバベース板である。なお、図示の例では、上プローブ針として、センス側上プローブ針１４ｓ及びフォース側上プローブ針１４ｆが設けられ、下プローブ針９ａ〜９ｃ及びウエハチャック３の下面中央部に接続されたフォース線１２ｆとで、ケルビン接続を構成しているが、本発明の半導体測定装置１におけるプローブ針の接続はケルビン接続に限られず、下プローブ針９ａ〜９ｃと１本の上プローブ針とで構成される単接続であっても良い。また、図示の例では、センス側上プローブ針１４ｓとフォース側上プローブ針１４ｆとは、プローブマニュピレータ１６に取り付けられているが、上プローブ針はプローブカードに取り付けられていても良い。
【００２６】
図２は、図１におけるウエハチャック３の部分断面拡大図であり、図１におけると同じ部材には同じ符号を付してある。図２において、１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、ウエハチャック３の支持面４に設けられた吸引溝、１９はウエハチャック３に内蔵された加熱及び／又は冷却手段である。加熱及び／又は冷却手段１９としては、ウエハチャック３を加熱又は冷却することができる限りどのようなものを使用しても良く、例えば加熱だけであれば、電気エネルギーを熱エネルギーに変えるヒータを用いれば良く、また、加熱と冷却の双方を行わせるのであれば、例えば、ペルチエ効果を利用したペルチエ素子などを用いることができる。
【００２７】
図３はチャックピン５ａを拡大断面図である。図に示すとおり、チャックピン５ａは、外筒２０と、外筒２０と同軸の内筒２１からなる二重構造を有しており、外筒２０と内筒２１との間には空気通路２２が形成されている。空気通路２２の一端は、外筒２０及び内筒２１の上端から上方外部に向かって開口しており、他端は管路２３を介して図示しない適宜の吸引装置と接続されている。吸引装置を作動させて空気通路２２内を吸引することにより、チャックピン５ａは、外筒２０と内容２１の上端で試験対象ウエハを吸着、支持することができる。内筒２１の内側には下プローブ針９ａが内挿されており、下プローブ針９ａは内筒２１の内側を自在に上下方向に移動可能である。なお、下プローブ針９ａは図示しない弾性手段によって上方に向かって付勢されている。下プローブ針９ａとしては、自身の内部に弾性付勢手段を備える、例えば、ポゴピンを用いても良い。なお、以上はチャックピン５ａについてのみ説明したが、他のチャックピン５ｂ、５ｃについても同様である。
【００２８】
図４は、ウエハチャック３の平面図である。図に示すとおり、ウエハチャック３の支持面４には、同心状に吸引溝１８ａ、１８ｂ、１８ｃが形成されており、各吸引溝１８ａ〜１８ｃは連絡溝２４によって連通状態にあり、連絡溝２４の先端は管路２３を介して図示しない吸引装置に接続されている。吸引装置を作動させて、吸引溝１８ａ、１８ｂ、１８ｃ内を吸引することにより、ウエハチャック３は、支持面４上に試験対象ウエハを吸着、支持することができる。
【００２９】
図５は、ウエハチャック３、チャックピン５ａ〜５ｃ、及び下プローブ針９ａ〜９ｃの位置関係を示す分解斜視図である。図に示すとおり、ウエハチャック３には、ウエハチャック３を上下に貫通する孔３ａ、３ｂ、３ｃが設けられており、チャックピン５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれ貫通孔３ａ、３ｂ、３ｃを貫通する位置に配置されている。また、下プローブ針９ａ、９ｂ、９ｃは、それぞれ、チャックピン５ａ、５ｂ、５ｃを貫通する位置に配置されている。ウエハチャック３の下側中央部には、フォース線１２ｆが接続されており、下プローブ針９ａ、９ｂ、９ｃには、センス線１２ｓが接続されている。２は試験対象ウエハである。
【００３０】
次に図６〜図９を用いて、本発明の半導体測定装置１の動作を説明する。図６は、第１移動機構７が図中矢印方向に作動して、チャックピン５ａ〜５ｃがウエハチャック３の支持面４よりも上方に上昇した状態を示している。この状態で図示しない吸引装置を作動させ、チャックピン５ａ〜５ｃの前述した各空気通路２２の吸引を開始する。一方、適宜の搬送アームによってチャックピン５ａ〜５ｃの上に搬送されてきた試験対象ウエハ２は、ゆっくりと下降してチャックピン５ａ〜５ｃに載置され、チャックピン５ａ〜５ｃの空気通路２２が吸引状態にあるので、チャックピン５ａ〜５ｃ上に吸着、支持される。このとき、下プローブ針９ａ〜９ｃは、その上端が支持面４よりも下方に下がった位置にある。また、図示しない吸引装置が作動して、支持面４に形成されている吸引溝１８ａ〜１８ｃの吸引を開始する。２ａ、２ｂ、２ｃ・・・は、試験対象ウエハ２上に形成されている半導体素子である。
【００３１】
試験対象ウエハ２がチャックピン５ａ〜５ｃ上に吸着、支持されると、図７に示すように、第１移動機構７が図中矢印方向に作動して、チャックピン５ａ〜５ｃを下降させ、試験対象ウエハ２をウエハチャック３の支持面４上に載置する。支持面４に形成されている吸引溝１８ａ〜１８ｃは吸引状態にあるので、試験対象ウエハ２は、支持面４上に吸引、支持される。同時に、下側のフォース線１２ｆが試験対象ウエハ２の裏面電極と電気的に接続される。このようにしてチャックピン５ａ〜５ｃから支持面４への試験対象ウエハ２の受け渡しが終わると、チャックピン５ａ〜５ｃの空気通路２２の吸引は停止され、チャックピン５ａ〜５ｃは、その上端がウエハチャック３の支持面４よりも若干下方となる位置まで下降し、その位置で停止する。
【００３２】
試験対象ウエハ２が支持面４上に吸着、支持されて、下側のフォース線１２ｆが試験対象ウエハ２の裏面電極と電気的に接続されると、図８に示すように、第２移動機構１１が図中矢印方向に作動して、下プローブ針９ａ〜９ｃを上昇させ、その先端を試験対象ウエハ２の裏面電極に接触させる。これにより下側のセンス線１２ｓが試験対象ウエハ２の裏面電極と電気的に接続されたことになる。前述したとおり、下プローブ針９ａ〜９ｃは弾性手段によって上方に向かって付勢されているので、下プローブ針９ａ〜９ｃは、その先端が試験対象ウエハ２の裏面電極と接触した位置よりも若干下方に押し込まれ、下プローブ針９ａ〜９ｃと試験対象ウエハ２の裏面電極との接触、すなわち、下側のセンス線１２ｓと試験対象ウエハ２の裏面電極との電気的接続が確実に行われる。
【００３３】
以上のようにして、下プローブ針９ａ〜９ｃと試験対象ウエハ２の裏面電極との接触が達成されると、ＸＹＺθステージ１３のＸ軸移動機構１３ａ、Ｙ軸移動機構１３ｂ、及びθ軸移動機構１３ｄが作動して、ウエハチャック３の支持面４上に支持されている試験対象ウエハ２のＸ、Ｙ、θ位置を所定の位置に合わせるアライメントを行う。なお、この試験対象ウエハ２のアライメントと、下プローブ針９ａ〜９ｃの試験対象ウエハ２の裏面電極への接触とは、どちらを先に行っても良い。
【００３４】
次に、ＸＹＺθステージ１３のＸ軸移動機構１３ａ及びＹ軸移動機構１３ｂを作動させて、試験対象となる半導体素子２ｄが、センス側上プローブ針１４ｓ及びフォース側上プローブ針１４ｆに対して測定位置にくるように試験対象ウエハ２をウエハチャック３ごと移動させる。試験対象となる半導体素子２ｄが所定の測定位置にくると、図９に示すように、Ｚ軸移動機構１３ｃが作動して、チャックピン５ａ〜５ｃ及び下プローブ針９ａ〜９ｃとともに、ウエハチャック３を図中矢印で示す上方に移動させ、試験対象ウエハ２に形成されている半導体素子２ｄの表面電極と、センス側上プローブ針１４ｓ及びフォース側上プローブ針１４ｆとを接触させ、テスタ装置Ｔによって、半導体素子２ｄの電気的特性が測定される。
【００３５】
半導体素子２ｄの測定が終わると、ＸＹＺθステージ１３のＺ軸移動機構１３ｃが作動して、ウエハチャック３を一旦下降させ、次いで、Ｘ軸移動機構１３ａ又はＹ軸移動機構１３ｂ、或いはその双方を作動させて、例えば、次の半導体素子２ｃが測定位置にくるようにウエハチャック３を移動させる。半導体素子２ｃが測定位置にくると、前述したのと同様に、Ｚ軸移動機構１３ｃが作動して、チャックピン５ａ〜５ｃ及び下プローブ針９ａ〜９ｃとともに、ウエハチャック３を図中矢印で示す上方に移動させ、半導体素子２ｃの表面電極と、センス側上プローブ針１４ｓ及びフォース側上プローブ針１４ｆとを接触させ、テスタ装置Ｔによって、半導体素子２ｃの電気的特性が測定される。
【００３６】
このような動作を繰り返して、試験対象ウエハ２上の全半導体素子の測定が終了すると、下プローブ針９ａ〜９ｃが下降し、下側センス線１２ｓと試験対象ウエハ２の裏面電極との電気的接続が解除される。続いて、支持面４上の吸引溝１８ａ〜１８ｃの吸引が停止されるとともに、チャックピン５ａ〜５ｃの空気通路２２の吸引が開始され、チャックピン５ａ〜５ｃが上昇して試験対象ウエハ２を、吸着、支持しながら、搬送アーム等に受け渡す位置まで持ち上げる。試験対象ウエハ２が支持面４上から離れたときに、下側フォース線１２ｆと試験対象ウエハ２の裏面電極との電気的接続が解除される。
【００３７】
以上のとおり、本発明の半導体測定装置１によれば、チャックピン５ａ〜５ｃによって、試験対象ウエハ２をウエハチャック３の支持面４上に吸着、支持させた後に、下プローブ針９ａ〜９ｃを上昇させるという簡単な動作で、下プローブ針９ａ〜９ｃを試験対象ウエハ２の裏面電極と接触させて、下側センス線１２ｓを試験対象ウエハ２の裏面電極と電気的に接続させることができる。
【００３８】
図１０は、本発明の半導体測定装置１の他の一例の要部を示す斜視図であり、これまでと同じ部材には同じ符号を付してある。本例においては、チャックピンベース板６に第４のチャックピン５ｄが設けられており、下プローブ針ベース板１０に第４の下プローブ針９ｄが設けられている点が先の例とは異なっている。すなわち、本例においては、フォース線１２ｆをウエハチャック３の下面中央部に接続する代わりに、第４の下プローブ針９ｄを設け、これにフォース線１２ｆを接続してある。また、ウエハチャック３には、第４のチャックピン５ｄに対応して第４の貫通孔３ｄが形成されている。
【００３９】
このような本例の半導体測定装置１によれば、試験対象ウエハ２をウエハチャック３の支持面４上に吸着、支持した後に、下プローブ針９ａ〜９ｄを試験対象ウエハ２に向かって上昇させることにより、センス線１２ｓが接続されている下プローブ針９ａ〜９ｃを試験対象ウエハ２の裏面電極に接触させることができると同時に、フォース線１２ｆが接続されている下プローブ針９ｄを試験対象ウエハ２の裏面電極に接触させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上述べたとおり、本発明の半導体測定装置によれば、試験対象ウエハの裏面全体をウエハチャックの支持面で支持しつつ、下プローブ針を試験対象ウエハに向かって上昇させるだけで下プローブ針と試験対象ウエハの裏面電極との接触を実現することができるので、試験対象ウエハの撓みを防止することができるとともに、移動位置を割り出して下プローブ針を移動させる必要がなく、簡単な構成で、半導体素子の効率の良い測定が可能となる。したがって、本発明の半導体測定装置は、半導体素子、特に、今後用途の更なる拡大が見込まれる電力用半導体素子の品質並びに性能の向上に大きく寄与し、多大なる産業上の利用可能性を有するものである。
【符号の説明】
【００４１】
１ 半導体測定装置
２ 試験対象ウエハ
３ ウエハチャック
４ 支持面
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ チャックピン
６ チャックピンベース板
７ 第１移動機構
８ ウエハチャックベース板
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 下プローブ針
１０ 下プローブ針ベース板
１１ 第２移動機構
１２ｆ、１５ｆ フォース線
１２ｓ、１５ｓ センス線
１３ ＸＹＺθステージ
１４ｓ センス側上プローブ針
１４ｆ フォース側上プローブ針
１６ プローブマニュピレータ
１７ プローバベース板
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 吸引溝
１９ 加熱及び／又は冷却手段
２０ 外筒
２１ 内筒
２２ 空気通路
２３ 管路
２４ 接続溝
Ｔ テスタ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、特に、パワートランジスタなどの電力用半導体素子の電気的特性を試験する半導体測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワートランジスタ、整流ダイオード、サイリスタ、パワーＭＯＳＦＥＴなどの電力用半導体素子は、発電や送電などの電力分野を始めとして、電気鉄道分野、自動車、家庭用電化製品など非常に幅広く使用されており、その電気的特性を試験する測定装置も多数提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、上下動自在な裏面電極針と、上部電極針との間に半導体素子が形成されたウエハを支持するウエハ支持枠を設け、ウエハ支持枠をフォーシング端子、裏面電極をセンシング端子として、被験半導体素子の真裏側面でケルビンコンタクトをとるようにした測定装置が開示されている。また、特許文献２には、被験半導体素子が形成されたウエハの外縁部をウエハホルダーで支持し、ウエハの裏面から接触するプローブの接触面積を被験半導体素子の裏面の面積と等しくして、半導体素子の裏面の不具合を検出するようにした測定装置が提案されている。さらに、特許文献３には、半導体ウエハに上下から接触するプローブの可動量を制御する制御手段を設けることによって、厚みの薄いウエハにおいても適切な押圧力でプローブを接触させることができるようにした試験装置が開示されている。
【０００４】
しかし、これら従来の測定装置或いは試験装置においては、ウエハをウエハ支持枠或いはウエハホルダーなどによってその外縁で支持しているので、ウエハの厚さが薄くなると、ウエハ自身が撓み、プローブ針と半導体素子の電極との間で正確なコンタクトが行えないという問題点がある。また、ウエハ支持枠或いはウエハホルダーは、ウエハの外縁部と接しているだけであるので、ウエハ支持枠或いはウエハホルダーを介してのウエハの温度制御が難しいという欠点もある。
【０００５】
一方、特許文献４及び特許文献５には、ステージと呼ばれるウエハ支持台をウエハの裏面全体と接触させてウエハを支持することにより、薄いウエハであっても撓みが発生しないようにした測定装置及び試験装置がそれぞれ開示されている。これらの測定装置又は試験装置においては、ウエハの裏面電極とプローブ針との接触は、前記ステージに複数の挿入孔を形成しておいて、測定時には、被験半導体素子のほぼ真下に位置する挿入孔の下までプローブ針を移動させて、その位置でプローブ針を上昇させてプローブ針をウエハの裏面電極に接触させる（特許文献４）か、或いは、ステージに設けられた複数の挿入孔のそれぞれに予めコンタクトピンを挿入しておき、測定時には、被験半導体素子のほぼ真下に位置するコンタクトピンの下までコンタクト片を移動させ、その位置でコンタクト片を上昇させて直上のコンタクトピンを押し上げて、ウエハの裏面電極と接触するようにしている（特許文献５）。これにより、これらの測定装置又は試験装置においては、測定電流はウエハ裏面電極の厚み方向に流れ、被験半導体素子の真裏からプローブ針との接触点までの電位差が抵抗分として測定値に重畳されることがないので、精度の高い測定ができるとされている。
【０００６】
しかし、特許文献４及び特許文献５に開示されている測定装置及び試験装置においては、試験対象ウエハを新しいウエハに切り替えたり、同じ試験対象ウエハ上であっても被験半導体素子を次の半導体素子へと切り替えると、それに合わせて測定用のプローブ針又はコンタクト片を新たな被験半導体素子のほぼ真下に位置する挿入孔又はコンタクトピンの下まで移動させる必要があり、その移動位置の割り出し作業が煩雑である上に、プローブ針又はコンタクト片を実際に所定の位置まで移動させる移動機構を必要とし、移動にも時間を要するので測定効率が悪くなるという不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実公平４−１４９３３号公報
【特許文献２】特開２０００−１１４３２５号公報
【特許文献３】特開２００３−３３２３９５号公報
【特許文献４】実開平３−４５６４３号公報
【特許文献５】特開２００４−３１１７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来の半導体測定装置の不都合や欠点を解消するために為されたもので、厚みが薄い試験対象ウエハであっても撓みなく支持できるとともに、簡単な構造で試験対象ウエハの裏面電極にプローブ針を確実かつ簡便に接触させることができる半導体測定装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、従来から試験対象ウエハを一時的に支持するために用いられているチャックピンがウエハチャックを貫通してウエハチャックに対して相対的に上下動するものであることに着目し、このチャックピンの内部にプローブ針を内挿させ、かつ、内挿したプローブ針をウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動可能とすることによって、試験対象ウエハを支持する支持面を備えたウエハチャックを使用しつつ、簡単な構造で、下プローブ針を試験対象ウエハの裏面電極と簡便に接触させることができることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、ウエハ上に形成された複数の半導体素子の各々の表面電極と前記ウエハの裏面電極のそれぞれにプローブ針を接触させて半導体素子の特性を試験する半導体測定装置であって、試験対象ウエハを支持する支持面を備えたウエハチャックと；前記ウエハチャックを上下方向に貫通する少なくとも３本のチャックピンと；前記チャックピンを前記ウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動させる第１移動機構と；前記チャックピンの内側に内挿される少なくとも１本の下プローブ針と；前記下プローブ針を前記ウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動させる第２移動機構と；前記ウエハチャックを、前記チャックピン及び前記下プローブ針とともに、前記ウエハチャックの上部に位置する上プローブ針に対して相対的に上下方向及び水平方向に移動させる第３移動機構と；前記上プローブ針及び前記下プローブ針と電気的に接続されるテスタ装置とを有している半導体測定装置を提供することによって、上記の課題を解決するものである。
【００１１】
本発明の半導体測定装置においては、上述のとおり、少なくとも３本あるチャックピンのうちの少なくとも１本に下プローブ針が内挿されており、この下プローブ針がウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動可能とされているので、前記チャックピンを用いて試験対象ウエハをウエハチャックの支持面上に載置、支持させた後、チャックピンに内挿されている下プローブ針を上昇させることによって、下プローブ針を試験対象ウエハの裏面電極に接触させることができる。
【００１２】
下プローブ針は１本以上あれば良いが、２本、若しくは３本以上であっても良い。下プローブ針が２本若しくは２本以上であれば、２本の下プローブ針間の導通の有無を調べることによって、ウエハの有無を検知したり、下プローブ針とウエハの裏面電極との接触状態の良否や、テスタ装置の動作の良否を確認することができるので便利である。なお、チャックピンの径が比較的大きい場合には、１本のチャックピン内に複数本の下プローブ針を内挿するようにしても良いが、通常は１本のチャックピン内には１本の下プローブ針を内挿させるのが好ましい。
【００１３】
また、チャックピンは、その上端で試験対象ウエハを支持する必要上、少なくとも３本は必要である。４本以上のチャックピンを設けても良いが、通常は３本で十分である。チャックピンが３本である場合、各チャックピンは、その上端が平面的に見て正三角形を形成するように等間隔に配置されるのが好ましい。いずれにせよ、３本若しくは４本以上のチャックピンの上端面は、試験対象ウエハの裏面とうまく接触するように単一平面上に位置させるのが良い。
【００１４】
本発明の半導体測定装置は、その好ましい一態様において、前記ウエハチャックが導電性であり、前記ウエハチャックの中央部に接続されるフォース線と、前記下プローブ針と接続されるセンス線とを備え、かつ、前記上プローブ針がフォース側上プローブ針とセンス側上プローブ針とからなり、前記フォース側上プローブ針と接続されるフォース線と、前記センス側上プローブ針と接続されるセンス線とを備えている。各センス線及び各フォース線は前記テスタ装置に接続される。本発明の半導体測定装置がこのようなフォース線及びセンス線を備えている場合には、ケルビン接続により、より正確な測定ができるので好ましい。
【００１５】
さらに、本発明の半導体測定装置は、その好ましい一態様において、前記チャックピンが、その上端部で試験対象ウエハを支持したときに、試験対象ウエハを吸引支持する吸引用の孔を備えている。これにより、チャックピンによる試験対象ウエハの支持をより確実なものとすることができる。
【００１６】
また、本発明の半導体測定装置は、その好ましい一態様において、前記ウエハチャックの前記支持面を加熱又は冷却する加熱手段及び／又は冷却手段を備えている。本発明の半導体測定装置がこのような加熱手段及び／又は冷却手段を備えている場合には、ウエハチャックの支持面の温度を適宜制御して、所望の温度若しくは温度変化時における半導体素子の電気的特性を試験することができるので便利である。
【００１７】
なお、本発明の半導体測定装置が対象とする半導体素子は、それらがウエハ上に形成されており、各半導体素子上の電極とウエハの裏面電極とにプローブ針を接触させてその電気的特性を試験することができるものである限りいかなるものであっても良いが、一般にパワーデバイスと呼ばれるパワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、サイリスタ、整流ダイオード、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、トライアックなどの電力用半導体素子を対象とする場合に、本発明の半導体測定装置及び半導体測定方法は最も効果的である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体測定装置によれば、チャックピンを用いて試験対象ウエハをウエハチャックの支持面上に載置し、ウエハチャックによって支持させた後、チャックピンに内挿された下プローブ針を試験対象ウエハに向かって上昇させるだけで下プローブ針を試験対象ウエハの裏面電極と接触させることができる。このため、本発明の半導体測定装置によれば、試験対象ウエハの自重による撓みを危惧することなく、簡単な構成で速やかに試験対象ウエハの表裏からプローブ針を接触させてウエハ上に形成されている半導体素子の電気的特性を試験することができるという利点が得られる。また、本発明の半導体測定装置におけるウエハチャックに、その試験対象ウエハの支持面を加熱又は冷却する加熱手段及び／又は冷却手段が設けられる場合には、支持面の温度を適宜制御して、所望の温度若しくは温度変化時における半導体素子の電気的特性を試験することができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の半導体測定装置の一例を示す部分断面側面図である。
【図２】ウエハチャック部分の部分断面拡大図である。
【図３】チャックピンの拡大断面図である。
【図４】ウエハチャックの平面図である。
【図５】ウエハチャック、チャックピン、及び下プローブ針の位置関係を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の半導体測定装置の動作を説明する部分断面側面図である。
【図７】本発明の半導体測定装置の動作を説明する部分断面側面図である。
【図８】本発明の半導体測定装置の動作を説明する部分断面側面図である。
【図９】本発明の半導体測定装置の動作を説明する部分断面側面図である。
【図１０】本発明の半導体測定装置の他の一例の要部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。
【００２１】
図１は、本発明の半導体測定装置の一例を示す部分断面側面図である。図１において、１は本発明の半導体測定装置であり、２は試験対象ウエハ、３はウエハチャック、４は、試験対象ウエハ２を支持するウエハチャック３の支持面、５ａ、５ｂ、５ｃはチャックピン、６はチャックピンベース板である。図１においては、チャックピン５ａ〜５ｃのうち、チャックピン５ａと５ｃだけが断面で示されている。また、図に示すとおり、チャックピン５ａ〜５ｃは、ウエハチャック３を上下方向に貫通している。７は、チャックピン５ａ〜５ｃをチャックピンベース板６ごとウエハチャック３に対して上下方向に移動させる第１移動機構であり、ウエハチャックベース板８に取り付けられている。
【００２２】
図１に示す状態においては、チャックピン５ａ〜５ｃの上端面は支持面４よりも若干、下方に下がった位置にあり、試験対象ウエハ２の裏面は、ウエハチャック３の支持面４と接触している。なお、本例においては、チャックピン５ａ〜５ｃは３本であるが、４本若しくは５本以上であっても良い。ただし、チャックピン５ａ〜５ｃは、その上端面が支持面４よりも上にある状態で試験対象ウエハ２を安定に支持する必要上、少なくとも３本必要である。また、図示の例では、第１移動機構７によって、チャックピン５ａ〜５ｃをウエハチャック３に対して上下方向に移動させるようにしているが、チャックピン５ａ〜５ｃはウエハチャック３に対して相対的に上下方向に移動すれば良く、ウエハチャック３をチャックピン５ａ〜５ｃに対して上下方向に移動させるようにしても良い。
【００２３】
９ａ、９ｂ、９ｃは、それぞれチャックピン５ａ、５ｂ、５ｃに内挿された下プローブ針、１０は下プローブ針ベース板、１１は下プローブ針９ａ〜９ｃを下プローブ針ベース板１０ごとウエハチャック３に対して上下方向に移動させる第２移動機構であり、第１移動機構７と同様に、ウエハチャックベース板８に取り付けられている。なお、図示の例では、下プローブ針９ａ〜９ｃは、チャックピン５ａ〜５ｃの各々に各１本ずつ内挿されているが、必ずしも全てのチャックピン５ａ〜５ｃ内に下プローブ針９ａ〜９ｃを内挿させる必要はなく、３本のチャックピン５ａ〜５ｃのうちの２本又は１本にのみ、下プローブ針を内挿させるようにしても良い。また、図示の例では、第２移動機構１１によって、下プローブ針９ａ〜９ｃをウエハチャック３に対して上下方向に移動させるようにしているが、下プローブ針９ａ〜９ｃはウエハチャック３に対して相対的に上下方向に移動すれば良く、ウエハチャック３を下プローブ針９ａ〜９ｃに対して上下方向に移動させるようにしても良い。
【００２４】
本例において、ウエハチャック３は導電性であり、ウエハチャック３の下面中央部には、フォース線１２ｆが接続され、フォース線１２ｆの他端は、テスタ装置Ｔに接続されている。１２ｓはセンス線であり、センス線１２ｓの一端は下プローブ針ベース板１０を介して、下プローブ針９ａ〜９ｃと接続され、他端はテスタ装置Ｔに接続されている。１３はＸＹＺθステージであり、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、それぞれ、Ｘ軸移動機構、Ｙ軸移動機構、Ｚ軸移動機構、及びθ軸移動機構である。ＸＹＺθステージ１３は、ウエハチャック３を、チャックピン５ａ〜５ｃ、及び下プローブ針９ａ〜９ｃとともに、ウエハチャック３の上部に位置する上プローブ針に対して相対的に上下方向及び水平方向に移動させる第３移動機構を構成している。
【００２５】
１４ｓはセンス側上プローブ針、１４ｆはフォース側上プローブ針であり、１５ｓはセンス側上プローブ針１４ｓとテスタ装置Ｔを接続するセンス線、１５ｆはフォース側上プローブ針１４ｆとテスタ装置Ｔを接続するフォース線である。１６はプローブマニュピレータ、１７はプローバベース板である。なお、図示の例では、上プローブ針として、センス側上プローブ針１４ｓ及びフォース側上プローブ針１４ｆが設けられ、下プローブ針９ａ〜９ｃ及びウエハチャック３の下面中央部に接続されたフォース線１２ｆとで、ケルビン接続を構成しているが、本発明の半導体測定装置１におけるプローブ針の接続はケルビン接続に限られず、下プローブ針９ａ〜９ｃと１本の上プローブ針とで構成される単接続であっても良い。また、図示の例では、センス側上プローブ針１４ｓとフォース側上プローブ針１４ｆとは、プローブマニュピレータ１６に取り付けられているが、上プローブ針はプローブカードに取り付けられていても良い。
【００２６】
図２は、図１におけるウエハチャック３の部分断面拡大図であり、図１におけると同じ部材には同じ符号を付してある。図２において、１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、ウエハチャック３の支持面４に設けられた吸引溝、１９はウエハチャック３に内蔵された加熱及び／又は冷却手段である。加熱及び／又は冷却手段１９としては、ウエハチャック３を加熱又は冷却することができる限りどのようなものを使用しても良く、例えば加熱だけであれば、電気エネルギーを熱エネルギーに変えるヒータを用いれば良く、また、加熱と冷却の双方を行わせるのであれば、例えば、ペルチエ効果を利用したペルチエ素子などを用いることができる。
【００２７】
図３はチャックピン５ａを拡大断面図である。図に示すとおり、チャックピン５ａは、外筒２０と、外筒２０と同軸の内筒２１からなる二重構造を有しており、外筒２０と内筒２１との間には空気通路２２が形成されている。空気通路２２の一端は、外筒２０及び内筒２１の上端から上方外部に向かって開口しており、他端は管路２３を介して図示しない適宜の吸引装置と接続されている。吸引装置を作動させて空気通路２２内を吸引することにより、チャックピン５ａは、外筒２０と内容２１の上端で試験対象ウエハを吸着、支持することができる。内筒２１の内側には下プローブ針９ａが内挿されており、下プローブ針９ａは内筒２１の内側を自在に上下方向に移動可能である。なお、下プローブ針９ａは図示しない弾性手段によって上方に向かって付勢されている。下プローブ針９ａとしては、自身の内部に弾性付勢手段を備える、例えば、ポゴピンを用いても良い。なお、以上はチャックピン５ａについてのみ説明したが、他のチャックピン５ｂ、５ｃについても同様である。
【００２８】
図４は、ウエハチャック３の平面図である。図に示すとおり、ウエハチャック３の支持面４には、同心状に吸引溝１８ａ、１８ｂ、１８ｃが形成されており、各吸引溝１８ａ〜１８ｃは連絡溝２４によって連通状態にあり、連絡溝２４の先端は管路２３を介して図示しない吸引装置に接続されている。吸引装置を作動させて、吸引溝１８ａ、１８ｂ、１８ｃ内を吸引することにより、ウエハチャック３は、支持面４上に試験対象ウエハを吸着、支持することができる。
【００２９】
図５は、ウエハチャック３、チャックピン５ａ〜５ｃ、及び下プローブ針９ａ〜９ｃの位置関係を示す分解斜視図である。図に示すとおり、ウエハチャック３には、ウエハチャック３を上下に貫通する孔３ａ、３ｂ、３ｃが設けられており、チャックピン５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれ貫通孔３ａ、３ｂ、３ｃを貫通する位置に配置されている。また、下プローブ針９ａ、９ｂ、９ｃは、それぞれ、チャックピン５ａ、５ｂ、５ｃを貫通する位置に配置されている。ウエハチャック３の下側中央部には、フォース線１２ｆが接続されており、下プローブ針９ａ、９ｂ、９ｃには、センス線１２ｓが接続されている。２は試験対象ウエハである。
【００３０】
次に図６〜図９を用いて、本発明の半導体測定装置１の動作を説明する。図６は、第１移動機構７が図中矢印方向に作動して、チャックピン５ａ〜５ｃがウエハチャック３の支持面４よりも上方に上昇した状態を示している。この状態で図示しない吸引装置を作動させ、チャックピン５ａ〜５ｃの前述した各空気通路２２の吸引を開始する。一方、適宜の搬送アームによってチャックピン５ａ〜５ｃの上に搬送されてきた試験対象ウエハ２は、ゆっくりと下降してチャックピン５ａ〜５ｃに載置され、チャックピン５ａ〜５ｃの空気通路２２が吸引状態にあるので、チャックピン５ａ〜５ｃ上に吸着、支持される。このとき、下プローブ針９ａ〜９ｃは、その上端が支持面４よりも下方に下がった位置にある。また、図示しない吸引装置が作動して、支持面４に形成されている吸引溝１８ａ〜１８ｃの吸引を開始する。２ａ、２ｂ、２ｃ・・・は、試験対象ウエハ２上に形成されている半導体素子である。
【００３１】
試験対象ウエハ２がチャックピン５ａ〜５ｃ上に吸着、支持されると、図７に示すように、第１移動機構７が図中矢印方向に作動して、チャックピン５ａ〜５ｃを下降させ、試験対象ウエハ２をウエハチャック３の支持面４上に載置する。支持面４に形成されている吸引溝１８ａ〜１８ｃは吸引状態にあるので、試験対象ウエハ２は、支持面４上に吸引、支持される。同時に、下側のフォース線１２ｆが試験対象ウエハ２の裏面電極と電気的に接続される。このようにしてチャックピン５ａ〜５ｃから支持面４への試験対象ウエハ２の受け渡しが終わると、チャックピン５ａ〜５ｃの空気通路２２の吸引は停止され、チャックピン５ａ〜５ｃは、その上端がウエハチャック３の支持面４よりも若干下方となる位置まで下降し、その位置で停止する。
【００３２】
試験対象ウエハ２が支持面４上に吸着、支持されて、下側のフォース線１２ｆが試験対象ウエハ２の裏面電極と電気的に接続されると、図８に示すように、第２移動機構１１が図中矢印方向に作動して、下プローブ針９ａ〜９ｃを上昇させ、その先端を試験対象ウエハ２の裏面電極に接触させる。これにより下側のセンス線１２ｓが試験対象ウエハ２の裏面電極と電気的に接続されたことになる。前述したとおり、下プローブ針９ａ〜９ｃは弾性手段によって上方に向かって付勢されているので、下プローブ針９ａ〜９ｃは、その先端が試験対象ウエハ２の裏面電極と接触した位置よりも若干下方に押し込まれ、下プローブ針９ａ〜９ｃと試験対象ウエハ２の裏面電極との接触、すなわち、下側のセンス線１２ｓと試験対象ウエハ２の裏面電極との電気的接続が確実に行われる。
【００３３】
以上のようにして、下プローブ針９ａ〜９ｃと試験対象ウエハ２の裏面電極との接触が達成されると、ＸＹＺθステージ１３のＸ軸移動機構１３ａ、Ｙ軸移動機構１３ｂ、及びθ軸移動機構１３ｄが作動して、ウエハチャック３の支持面４上に支持されている試験対象ウエハ２のＸ、Ｙ、θ位置を所定の位置に合わせるアライメントを行う。なお、この試験対象ウエハ２のアライメントと、下プローブ針９ａ〜９ｃの試験対象ウエハ２の裏面電極への接触とは、どちらを先に行っても良い。
【００３４】
次に、ＸＹＺθステージ１３のＸ軸移動機構１３ａ及びＹ軸移動機構１３ｂを作動させて、試験対象となる半導体素子２ｄが、センス側上プローブ針１４ｓ及びフォース側上プローブ針１４ｆに対して測定位置にくるように試験対象ウエハ２をウエハチャック３ごと移動させる。試験対象となる半導体素子２ｄが所定の測定位置にくると、図９に示すように、Ｚ軸移動機構１３ｃが作動して、チャックピン５ａ〜５ｃ及び下プローブ針９ａ〜９ｃとともに、ウエハチャック３を図中矢印で示す上方に移動させ、試験対象ウエハ２に形成されている半導体素子２ｄの表面電極と、センス側上プローブ針１４ｓ及びフォース側上プローブ針１４ｆとを接触させ、テスタ装置Ｔによって、半導体素子２ｄの電気的特性が測定される。
【００３５】
半導体素子２ｄの測定が終わると、ＸＹＺθステージ１３のＺ軸移動機構１３ｃが作動して、ウエハチャック３を一旦下降させ、次いで、Ｘ軸移動機構１３ａ又はＹ軸移動機構１３ｂ、或いはその双方を作動させて、例えば、次の半導体素子２ｃが測定位置にくるようにウエハチャック３を移動させる。半導体素子２ｃが測定位置にくると、前述したのと同様に、Ｚ軸移動機構１３ｃが作動して、チャックピン５ａ〜５ｃ及び下プローブ針９ａ〜９ｃとともに、ウエハチャック３を図中矢印で示す上方に移動させ、半導体素子２ｃの表面電極と、センス側上プローブ針１４ｓ及びフォース側上プローブ針１４ｆとを接触させ、テスタ装置Ｔによって、半導体素子２ｃの電気的特性が測定される。
【００３６】
このような動作を繰り返して、試験対象ウエハ２上の全半導体素子の測定が終了すると、下プローブ針９ａ〜９ｃが下降し、下側センス線１２ｓと試験対象ウエハ２の裏面電極との電気的接続が解除される。続いて、支持面４上の吸引溝１８ａ〜１８ｃの吸引が停止されるとともに、チャックピン５ａ〜５ｃの空気通路２２の吸引が開始され、チャックピン５ａ〜５ｃが上昇して試験対象ウエハ２を、吸着、支持しながら、搬送アーム等に受け渡す位置まで持ち上げる。試験対象ウエハ２が支持面４上から離れたときに、下側フォース線１２ｆと試験対象ウエハ２の裏面電極との電気的接続が解除される。
【００３７】
以上のとおり、本発明の半導体測定装置１によれば、チャックピン５ａ〜５ｃによって、試験対象ウエハ２をウエハチャック３の支持面４上に吸着、支持させた後に、下プローブ針９ａ〜９ｃを上昇させるという簡単な動作で、下プローブ針９ａ〜９ｃを試験対象ウエハ２の裏面電極と接触させて、下側センス線１２ｓを試験対象ウエハ２の裏面電極と電気的に接続させることができる。
【００３８】
図１０は、本発明の半導体測定装置１の他の一例の要部を示す斜視図であり、これまでと同じ部材には同じ符号を付してある。本例においては、チャックピンベース板６に第４のチャックピン５ｄが設けられており、下プローブ針ベース板１０に第４の下プローブ針９ｄが設けられている点が先の例とは異なっている。すなわち、本例においては、フォース線１２ｆをウエハチャック３の下面中央部に接続する代わりに、第４の下プローブ針９ｄを設け、これにフォース線１２ｆを接続してある。また、ウエハチャック３には、第４のチャックピン５ｄに対応して第４の貫通孔３ｄが形成されている。
【００３９】
このような本例の半導体測定装置１によれば、試験対象ウエハ２をウエハチャック３の支持面４上に吸着、支持した後に、下プローブ針９ａ〜９ｄを試験対象ウエハ２に向かって上昇させることにより、センス線１２ｓが接続されている下プローブ針９ａ〜９ｃを試験対象ウエハ２の裏面電極に接触させることができると同時に、フォース線１２ｆが接続されている下プローブ針９ｄを試験対象ウエハ２の裏面電極に接触させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上述べたとおり、本発明の半導体測定装置によれば、試験対象ウエハの裏面全体をウエハチャックの支持面で支持しつつ、下プローブ針を試験対象ウエハに向かって上昇させるだけで下プローブ針と試験対象ウエハの裏面電極との接触を実現することができるので、試験対象ウエハの撓みを防止することができるとともに、移動位置を割り出して下プローブ針を移動させる必要がなく、簡単な構成で、半導体素子の効率の良い測定が可能となる。したがって、本発明の半導体測定装置は、半導体素子、特に、今後用途の更なる拡大が見込まれる電力用半導体素子の品質並びに性能の向上に大きく寄与し、多大なる産業上の利用可能性を有するものである。
【符号の説明】
【００４１】
１ 半導体測定装置
２ 試験対象ウエハ
３ ウエハチャック
４ 支持面
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ チャックピン
６ チャックピンベース板
７ 第１移動機構
８ ウエハチャックベース板
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 下プローブ針
１０ 下プローブ針ベース板
１１ 第２移動機構
１２ｆ、１５ｆ フォース線
１２ｓ、１５ｓ センス線
１３ ＸＹＺθステージ
１４ｓ センス側上プローブ針
１４ｆ フォース側上プローブ針
１６ プローブマニュピレータ
１７ プローバベース板
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 吸引溝
１９ 加熱及び／又は冷却手段
２０ 外筒
２１ 内筒
２２ 空気通路
２３ 管路
２４ 接続溝
Ｔ テスタ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ上に形成された複数の半導体素子の各々の表面電極と前記ウエハの裏面電極のそれぞれにプローブ針を接触させて半導体素子の特性を試験する半導体測定装置であって、試験対象ウエハを支持する支持面を備えたウエハチャックと；
前記ウエハチャックを上下方向に貫通する少なくとも３本のチャックピンと；前記チャックピンを前記ウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動させる第１移動機構と；前記チャックピンの内側に内挿される少なくとも１本の下プローブ針と；前記下プローブ針を前記ウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動させる第２移動機構と；前記ウエハチャックを、前記チャックピン及び前記下プローブ針とともに、前記ウエハチャックの上部に位置する上プローブ針に対して相対的に上下方向及び水平方向に移動させる第３移動機構と；前記上プローブ針及び前記下プローブ針と電気的に接続されるテスタ装置とを有している半導体測定装置。
【請求項２】
前記ウエハチャックが導電性であり、前記ウエハチャックの中央部に接続されるフォース線と、前記下プローブ針と接続されるセンス線とを備え、かつ、前記上プローブ針がフォース側上プローブ針とセンス側上プローブ針とからなり、前記フォース側上プローブ針と接続されるフォース線と、前記センス側上プローブ針と接続されるセンス線とを備え、各センス線及び各フォース線が前記テスタ装置に接続される請求項１記載の半導体測定装置。
【請求項３】
前記チャックピンが、その上端部で試験対象ウエハを支持したときに、前記試験対象ウエハを吸引支持する吸引用の孔を備えている請求項１又は２記載の半導体測定装置。
【請求項４】
前記ウエハチャックの前記支持面を加熱又は冷却する加熱手段及び／又は冷却手段が設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の半導体測定装置。
【請求項１】
ウエハ上に形成された複数の半導体素子の各々の表面電極と前記ウエハの裏面電極のそれぞれにプローブ針を接触させて半導体素子の特性を試験する半導体測定装置であって、試験対象ウエハを支持する支持面を備えたウエハチャックと；
前記ウエハチャックを上下方向に貫通する少なくとも３本のチャックピンと；前記チャックピンを前記ウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動させる第１移動機構と；前記チャックピンの内側に内挿される少なくとも１本の下プローブ針と；前記下プローブ針を前記ウエハチャックに対して相対的に上下方向に移動させる第２移動機構と；前記ウエハチャックを、前記チャックピン及び前記下プローブ針とともに、前記ウエハチャックの上部に位置する上プローブ針に対して相対的に上下方向及び水平方向に移動させる第３移動機構と；前記上プローブ針及び前記下プローブ針と電気的に接続されるテスタ装置とを有している半導体測定装置。
【請求項２】
前記ウエハチャックが導電性であり、前記ウエハチャックの中央部に接続されるフォース線と、前記下プローブ針と接続されるセンス線とを備え、かつ、前記上プローブ針がフォース側上プローブ針とセンス側上プローブ針とからなり、前記フォース側上プローブ針と接続されるフォース線と、前記センス側上プローブ針と接続されるセンス線とを備え、各センス線及び各フォース線が前記テスタ装置に接続される請求項１記載の半導体測定装置。
【請求項３】
前記チャックピンが、その上端部で試験対象ウエハを支持したときに、前記試験対象ウエハを吸引支持する吸引用の孔を備えている請求項１又は２記載の半導体測定装置。
【請求項４】
前記ウエハチャックの前記支持面を加熱又は冷却する加熱手段及び／又は冷却手段が設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の半導体測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−８９６８０（Ｐ２０１２−８９６８０Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３５０９１（Ｐ２０１０−２３５０９１）
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００１５３０１８）株式会社日本マイクロニクス (349)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００１５３０１８）株式会社日本マイクロニクス (349)
【Ｆターム（参考）】
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