JP3979737B2

JP3979737B2 - Electrical characteristic measuring apparatus and electrical characteristic measuring method

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Publication number: JP3979737B2
Application number: JP33431998A
Authority: JP
Inventors: 一行本多; 照久福田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2018-11-25
Also published as: JP2000164648A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子の電気的特性測定用装置に関し、特に高耐圧特性を測定する測定用装置の構造および測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子、例えば高電圧駆動のＭＯＳトランジスタにおける、例えばドレイン耐圧やジャンクション耐圧や絶縁膜耐圧といった電気的特性を測定する測定用の装置として、図６に概略的に示されているような構造を有する装置が使用されている。
【０００３】
このような構造を有する装置１００は、プローバと呼ばれ、測定試料１９０である半導体素子を載せる測定台１１０（プローバステージ）と、測定試料１９０（半導体素子）の測定端子（電極）に接触させる複数の探針１３０（プローブ）と、探針１３０の接触端１３０ａとは反対側の端部１３０ｂを固定する探針固定部材１５０（プローブカード）と、この探針固定部材１５０を支持し、かつ外部に設けられている測定器とプローブとを電気的に接続させる配線がなされている支持部材１７０（プローバヘッド）とを具えている（図６）。そして、図示していないが、これらの他に、上述した構成要素を格納する筐体と、半導体素子をプローバステージまで搬送する搬送系を具えている。
【０００４】
プローブ１３０を測定試料１９０の測定端子に接触させた後、プローブ１３０から測定試料１９０に所望の電圧を印加させることによって、測定試料である半導体素子の、例えばドレイン耐圧やジャンクション耐圧、絶縁膜耐圧といった電気的特性を測定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の測定用装置では、１０００Ｖ程度の高電圧測定を行う場合、通常は、空気の雰囲気中で測定を行っている。そのため、この空気中に含有される水分や塵埃によって、電極や探針からリーク電流が発生して、正確な測定を行うのが困難であった。
【０００６】
このため、水分や塵埃が含まれず、かつ反応性の高い物質を含まず腐蝕等の問題のない不活性ガス雰囲気中で測定を行うことが考えられる。例えば、測定用装置全体を不活性ガス雰囲気中に入れて行えばよい。しかしながら、このようにすると、測定に時間がかかり、また装置自体が大型化し、さらに大量の不活性ガスが必要となる。
【０００７】
よって、不活性ガス雰囲気中で安定な測定を、スピーディにかつ安価に行うことができる電気的特性測定用装置で、よりコンパクトな装置および測定方法の出現が望まれていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明の電気的特性測定用装置によれば、探針が半導体素子と接触している付近の空間領域の雰囲気、すなわち半導体素子の測定端子と探針との接触点を少なくとも囲む空間領域の雰囲気を不活性ガス雰囲気にするための不活性ガス噴出部を具えている。
【０００９】
この発明の構成によれば、半導体素子の測定端子と、探針との接触点を少なくとも囲む周辺の空間領域には不活性ガスによる測定雰囲気が形成される。当然ながら、この接触点付近の空間領域に限らず、測定端子および探針の全部を囲む空間領域を不活性ガス雰囲気にしておいても良い。
【００１０】
この不活性ガスには実質的に水分も塵埃も含まれていないし、また、これらが含まれていたとしても空気に比較してその量は著しく少量であると言えるので、測定雰囲気中の水分や塵埃が原因であるリーク電流の発生を抑制することができる。従って、この発明の装置によれば、従来よりも一層正確な測定を行うことができる。また、従来からある測定用装置に不活性ガス噴出部を取り付けるだけでよいため、よりコンパクトな装置にすることができる。また、半導体素子の測定領域付近の空間領域だけを不活性ガス雰囲気にすれば良いので、大量の不活性ガスを必要とはしない。このため、半導体素子の電気的特性の測定を、安価にしかもスピーディに行うことができる。
【００１１】
また、この発明の電気的特性測定用装置には、表面に半導体素子を載置させる測定台と、半導体素子の測定端子に接触させる探針と、探針の接触端とは反対側の端部を固定し、測定台の上側に設けられている探針固定部材と、探針固定部材を支持する支持部材とが具えられている。そして、不活性ガス噴出部は、ガス供給管と、ガス噴出ノズルと、この不活性ガス噴出部を支持部材に固定する固定具とを具えていて、さらにガス噴出ノズルと接触点との間には、ガス噴出ノズルからの不活性ガスを接触点を囲む空間領域へ送り込むガス流路を具えている。
【００１２】
これにより、ガス噴出ノズルから噴出される不活性ガスは、ガス流路を通って、探針の接触端付近の領域、すなわち端子と探針との接触点を少なくとも囲む空間領域の雰囲気を、水分や塵埃を含まないか実質的に含まない不活性ガスによる、測定雰囲気にすることができる。従って、探針から半導体素子の測定端子に高電圧を印加しても、水分や塵埃に起因するリーク電流の発生を抑えることができる。よって安定した電気的特性の測定が可能になる。
【００１３】
また、ガス流路は、探針固定部材を支持部材側から測定台側へと貫通する穴を通っているのが良い。
【００１４】
これにより、ガス噴出ノズルから噴出されるガスは、探針固定部材の穴から測定台側へ導入されて、接触点を囲む空間領域の雰囲気を、不活性ガスによる測定雰囲気にすることができる。
【００１５】
また、ガス噴出ノズルから半導体素子の測定端子と探針との接触点を囲む空間領域へと通じていて装置内に構造上必然的に生じている隙間や空間を、ガス流路とすることができる。
【００１６】
また、好ましくは、ガス噴出ノズルは、内部が中空の円柱または角柱の形状を有していて、一端面側は固定具によって、ガス供給管と連通するように支持部材に固定されているのがよい。
【００１７】
このガス噴出ノズルは、探針固定部材を支持する支持部材に、固定具によって固定してある。このため、ガス噴出部を具えたこの発明の電気的特性測定用装置を、よりコンパクトに構成することができる。
【００１８】
また、ガス噴出ノズルの固定側とは反対側の他端面にはガス噴出口が設けられているのがよい。
【００１９】
これにより、不活性ガスは、ガス供給管からガス噴出ノズルを通ってガス噴出口から噴出される。探針固定部材に穴が形成されている場合には、この穴に向かって噴出されるように、ガス噴出ノズルを支持部材に取り付ければよい。このようにすれば、少なくとも測定端子と探針との接触点付近の空間領域の雰囲気を不活性ガス雰囲気にすることができる。
【００２０】
また、好ましくは、ガス噴出ノズルの他端面および側面に複数のガス噴出口を設けておき、この複数のガス噴出口から不活性ガスを噴出させるのがよい。
【００２１】
これにより、前述の接触点付近の空間領域を、より広域の範囲にわたって不活性ガス雰囲気の領域として形成することができる。よって、半導体素子の電気的特性の測定をより安定に行うことができる。
【００２２】
また、好ましくは、ガス噴出ノズルの他端面および側面を網目構造として、この網目構造の網目をガス噴出口とするのがよい。
【００２３】
半導体素子の電気的特性を測定する際、好ましい測定ガス雰囲気を形成するための、ある程度のガス流量が必要で、かつガスを噴出する勢い（ガス流速）も適宜設定する必要がある。ガス流速が遅すぎると、測定中に不活性ガス雰囲気となる空間領域に、この雰囲気を維持するだけのガス流量を確保することができなくなる。しかしながら、ガス流量を確保するために噴出するガスの勢いを強くする（ガスの流速を速くする）と、リーク電流の原因となる水分や塵埃を含んだ空気その他の、不活性ガス以外の外気を噴出ガス中に巻き込んでしまうおそれがある。このため、上述したようにガス噴出ノズルの他端面および側面を網目構造にすれば、噴出される不活性ガスの、好ましい測定ガス雰囲気を形成するガス流量を確保し、かつ噴出勢いを抑えることができる。これにより、接触点付近の空間領域に、不活性ガス以外の雰囲気を押し退けて、不活性ガス雰囲気を形成できる。よって、水分や塵埃を含んだ外気が測定のために利用される空間領域へ巻き込まれるのを抑制することができる。従って、接触点付近を囲む空間領域を含む、より広範囲の空間領域を不活性ガス雰囲気にすることができ、その結果、一層安定した測定を行うことができる。なお、網目構造はより細かい目にしたほうが、より高い効果が得られると考えられる。
【００２４】
また、この発明の、探針固定部材にガス流路としての穴を具えた電気的特性測定用装置において、好ましくは、ガス噴出ノズルと探針固定部材の穴との間のガス噴出領域であって、探針固定部材上に、噴出されるガスの勢いを弱めるための緩衝用部材が設けられているのがよい。
【００２５】
ガス噴出ノズルから噴出された不活性ガスは、一旦、緩衝用部材に衝突することによって散乱して噴出の勢いが抑えられる。このため、接触点付近の空間領域への外気の巻き込みを抑制することができ、従って、この空間領域の雰囲気を安定した測定ガス雰囲気として形成することができる。
【００２６】
また、緩衝用部材の形状は、探針固定部材の穴の上側を覆わないようにしてあればどのような形状にしてもよい。これは、この穴の上側から顕微鏡を用いて、測定試料である半導体素子を観察するためである。よって例えば、緩衝用部材の形状は、例えば板状であり、噴出するガスが板の表面に衝突するように設けてあるのがよい。また、この板状の緩衝用部材には、表面から裏面へ貫通する開口部が複数設けられているのがよい。これにより、緩衝用部材に衝突して勢いの弱くなった不活性ガスは、開口部から探針固定部材の穴へと流れて、その結果、半導体素子の測定領域付近は不活性ガス雰囲気になる。
【００２７】
また、緩衝用部材は、探針固定部材の穴の外側を囲うような、両端が開口している筒状であってもよい。上述した板状の緩衝用部材と同様に、この筒にも噴出されるガスを通すことのできる開口部が複数設けられているのがよい。また、筒の開口している端部の形状は、探針固定部材の穴と同様でもよいし、この穴よりも大きければ四角形など他の形状であってもよい。
【００２８】
また、緩衝用部材に設けられる複数の開口部において、各開口部は、噴出するガスがほとんど衝突せずに通り抜けてしまうことのないようにする。このため、例えば、直径が１ｍｍ程度の大きさの開口部が、２×２ｃｍ² の板に５０個ぐらい、互いに等間隔に形成されている程度の密度で設けられているようにするのがよい。
【００２９】
また、半導体素子の測定端子に探針を接触させて、この半導体素子の電気的特性を測定するに当たり、ガス噴出ノズルから不活性ガスを噴出させ、緩衝用部材によって探針固定部材上に噴出される不活性ガスの勢いを噴出時の勢いよりも弱めて、測定端子および探針を不活性ガス雰囲気に曝しながら測定を行うのがよい。
【００３０】
これにより、ガス噴出ノズルから噴出された不活性ガスは、一旦、緩衝用部材に衝突することによって散乱して噴出の勢いが抑えられる。このため、接触点付近の空間領域への外気の巻き込みを抑制することができ、従って、この空間領域の雰囲気を安定した測定ガス雰囲気にして測定を行うことができる。このためリーク電流の発生を抑えられ、安定した測定を行うことができる。
【００３１】
また、不活性ガスとしては、窒素ガス、二酸化炭素ガスおよび希ガスの不活性ガス群から選ばれる１種類のガスもしくは２種類以上のガスを混合した混合ガスを用いるのがよい。
【００３２】
例えば、２種類以上の混合ガスとする場合、比重の異なるガスを２種類以上混合させれば、より広範囲の雰囲気を不活性のガス雰囲気にすることができる。このため、より安定した測定が期待できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解できる程度に各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、したがってこの発明を図示例に限定するものではない。
【００３４】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態として、図１および図２を参照して、この発明の電気的特性測定用装置の好適な一例につき、説明する。図１（Ａ）は、この発明の電気的特性測定用装置の主要な部分の構造を概略的に示す図であり、断面の切り口を示している。また、図１（Ｂ）は、電気的特性測定用装置を構成するガス噴出ノズルのガスを噴出する端面の構造を概略的に示す図である。図２は、この実施の形態の電気的特性測定用装置のガス流路の説明に供する、探針固定部材の概略的な立体図である。
【００３５】
まず、図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、この装置の構造につき説明する。
【００３６】
この発明の電気的特性測定用装置１０は、測定試料である半導体素子１９の測定端子と探針との接触点を少なくとも囲む空間領域の雰囲気を不活性ガス雰囲気にするための不活性ガス噴出部２１を具えている。
【００３７】
この電気的特性測定用装置１０は、表面に半導体素子１９を載置させる測定台１１と、半導体素子１９の測定端子に接触させる探針１３と、探針１３の接触端１３ａとは反対側の端部１３ｂを固定し、かつ測定台１１の上側に設けられている探針固定部材１５と、この探針固定部材１５を支持する支持部材１７とを具えている。
【００３８】
また、不活性ガス噴出部２１は、ガス供給管２１ａとガス噴出ノズル２１ｂと、この不活性ガス噴出部２１を支持部材１７に固定する固定具２１ｃとを具えている。そして、ガス噴出ノズル２１ｂと測定端子および探針１３間の接触点との間には、ガス噴出ノズル２１ｂからの不活性ガスをこの接触点を囲む空間領域へ送り込むガス流路が具えられている。このガス流路として、一般的には、この装置１０の構造上必然的に形成されている空隙や空間が用いられる。その他に、この実施の形態では、図２に示すように、探針固定部材１５に支持部材１７側から測定台１１側へ貫通する穴１５ｘをガス流路として形成してある（図２）。すなわち、この構成例では、探針固定部材１５をドーナツ型状とかリング状の部材としている。この部材１５を支持部材１７へ取り付けたとき、半導体素子１９の測定端子や探針１３が上方からこの穴１５ｘを介して見えるようにしておく。
【００３９】
ここで説明する構成例では、電気的特性測定用装置１０を半導体ウェハ上に形成された電子回路の電気的特性を効率よく試験するために、各電子回路の電極にプローブと呼ばれる探針を自動的に接触させて、探針に接続した外部の測定器による各電子回路の電気的試験を可能にするプローバと呼ばれる装置とする。
【００４０】
これにより、このプローバ１０は、測定台１１としてのプローバステージと、探針１３であるプローブと、探針固定部材１５としてのプローブカードと、支持部材１７であるプローバヘッドとを具えている（図１（Ａ））。
【００４１】
プローブカード１５には、少なくとも半導体素子１９の測定端子を含む測定領域が上方から見えるような大きさの穴１５ｘが形成されている。この穴１５ｘは主なるガス流路となって、ガス噴出ノズルから噴出する不活性ガスが、図中の矢印で示されているようにプローバヘッド１７側からプローバステージ１１側へと流れる（図２）。
【００４２】
この実施の形態で測定する半導体素子１９は、例えば、２０００×３００μｍ² 程度の大きさの大トランジスタで、半導体ウェハ上に形成された駆動電圧９００Ｖの高電圧駆動ＭＯＳトランジスタとする。そして、一度に測定する測定領域は４×４ｍｍ² 程度の大きさとする。図１では図を分かり易くするために、１つの半導体素子１９の２つの測定端子に接触させる２つのプローブ１３しか示していない。しかし、周知の通り、実際には、４０〜５０本のプローブが設けられていて、これらプローブは被測定素子集団（ＴＥＧ：Test element group）のそれぞれの素子の対応する測定端子に個別に接触している。この実施の形態では、プローブカード１５に形成されている穴１５ｘは、例えば直径１ｃｍの円形のものとする（図２）。
【００４３】
また、不活性ガス噴出部２１は、プローバヘッド１７の上側に固定具２１ｃによって固定されている。この固定具２１ｃによって、ガス供給管２１ａとガス噴出ノズル２１ｂとは接合されて連通し、ガス供給管２１ａからガス噴出ノズル２１ｂへガスが供給される。この場合、ガス噴出ノズル２１ｂは、ここでは、例えば、内部が中空の円柱形状とし、このノズル２１ｂの一端面２１ｂｘ側を固定具２１ｃによってガス供給管２１ａに固定する。そして、図１（Ｂ）に示しているように、ノズル２１ｂの他端面２１ｂｙの略中央にガス噴出口２３が設けられている。この例では、例えばガス噴出口２３の直径ｌを５ｍｍとし、ガス噴出ノズル２１ｂのガス噴出口２３が設けられている端面２１ｂｙの直径Ｌを２０ｍｍとする（図１（Ｂ））。また、ガス噴出ノズル２１ｂは、ガス噴出口２３から噴出する不活性ガスが、プローブカード１５に設けられた穴１５ｘがガス流路となって、この穴１５ｘを通って半導体素子１９の測定端子と探針１３（プローブ）との接触点を含む空間領域に導入されるような位置に固定されている（図１（Ａ））。
【００４４】
このため、ガス噴出ノズル２１ｂから噴出される不活性ガス２５は、プローブカード１５の穴１５ｘからプローバステージ１１側へ導入されて、プローブ１３の、半導体素子１９と接触している付近の空間領域の雰囲気を不活性ガス雰囲気にする。
【００４５】
次に、この実施の形態の電気的特性測定用装置１０を用いて、半導体素子１９の電気的特性を測定する。
【００４６】
この例では、例えば、測定試料１９である半導体素子として、駆動電圧が９００Ｖ程度の高電圧駆動ＭＯＳトランジスタを用いる。
【００４７】
測定試料１９をプローバステージ１１の上に設置して、真空チャックにより固定する。次に、プローブ１３の接触端１３ａを測定試料１９のドレイン電極、ゲート電極およびソース電極の３つの端子に、それぞれ接触させる。そして、ゲート電極およびソース電極には０Ｖの電圧を印加する。そして、ドレイン電極には０Ｖから１０００Ｖまでの電圧範囲で、徐々に高い電圧となるように印加させる。そして、ドレイン電極とソース電極との間に電流が１００μＡ流れたときのドレイン電極への印加電圧をドレイン耐圧とする。
【００４８】
この一連の測定動作を行っている間、ガス噴出ノズル２１ｂから不活性ガス２５を噴出させて、少なくとも測定端子とプローブとの接触点を含む周辺の雰囲気を不活性ガス雰囲気とする。この例では、不活性ガス２５として、例えば窒素ガスを用いる。
【００４９】
この結果、半導体素子１９とプローブ１３とが接触する周辺には、不活性ガスによる測定雰囲気が形成される。よって、９００Ｖ程度の高電圧を半導体素子１９に印加して、電気的特性を調べる場合に、測定雰囲気中にリーク電流の原因となる水分や塵埃が入り込むのを防ぐことができる。従って安定した測定が可能となる。
【００５０】
また、この実施の形態の測定用装置１０は、従来の装置にガス噴出部２１を設置しただけなので、コンパクトな構造である。また、この装置１０であれば、接触点周辺の雰囲気だけを不活性ガス雰囲気にすることができるため、それほど大量の不活性ガスを必要としない。よって、測定を安価に、しかもスピーディに行うことができる。
【００５１】
また、この実施の形態では、不活性ガス２５が噴出するガス噴出ノズル２１ｂの端面２１ｂｙの略中央にガス噴出口２３が設けられていたが、これに限らず、例えば、ガス噴出ノズルの端面に多数のガス噴出口が設けられていてもよい。また、例えば、端面が全面にわたり網目構造を有していてもよい。この場合、網目のひとつひとつがガス噴出口となる。
【００５２】
また、この実施の形態では、中心部に穴１５ｘが形成されたドーナツ型状の探針固定部材１５（プローブカード）を用い、穴１５ｘがガス流路となっていたが、これに限らず、例えば、探針１３（プローブ）が固定できるような形状であれば、図３に示すような探針固定部材１６であってもよい。図３は、この発明の電気的特性測定用装置の探針固定部材の形状の適用可能な一例である。なお、図３は、概略的な斜視図で示してある。探針固定部材１６は、第１部材１６ａと第２部材１６ｂとで構成されている。このような探針固定部材１６を用いれば、ガス噴出ノズルから半導体素子の測定端子と探針との接触点付近の空間領域へ通じるガス流路は、穴を設けなくても確保することができる。そして図中の矢印で示すように、ガス噴出ノズルから噴出する不活性ガスが接触点周辺の空間領域へと流れる（図３）。
【００５３】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態として、図４を参照して、ガス噴出部のガス噴出ノズルの形状が第１の実施の形態と異なる例につき説明する。図４（Ａ）は、第２の実施の形態の電気的特性測定用装置の主要な部分の構造を概略的に示す図であり、断面の切り口を示している。また、図４（Ｂ）は、この実施の形態の電気的特性測定用装置を構成するガス噴出ノズルの構造を概略的に示す斜視図である。
【００５４】
以下、第１の実施の形態と相違する点につき説明し、第１の実施の形態と同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００５５】
この実施の形態の電気的特性測定用装置３０であるプローバは、第１の実施の形態の装置と同様に不活性ガス噴出部３１を具えている。そして、この装置３０の構造は、第１の実施の形態と同様、表面に半導体素子１９を載置させる測定台１１であるプローバステージと、半導体素子１９の測定端子に接触させる探針１３であるプローブと、プローブ１３の接触端１３ａとは反対側の端部１３ｂを固定し、かつプローバステージ１１の上側に半導体素子１９を覆うように設けられている探針固定部材１５であるプローブカードと、このプローブカード１５を支持する支持部材１７であるプローバヘッドとを具えている。そしてプローブカード１５には、プローバステージ１１上の半導体素子１９の測定端子を含む測定領域が露出する穴１５ｘが形成されている。また、ガス供給管３１ａと、内部が中空で円柱形状のガス噴出ノズル３１ｂと、固定具３１ｃとを具えたガス噴出部３１がプローバヘッド１７に設けられている。固定具３１ｃによって、ガス供給管３１ａとガス噴出ノズル３１ｂの一端面３１ｂｘ側とが接合され、かつガス噴出ノズル３１ｂから噴出されるガスが、ガス流路であるプローブカード１５の穴１５ｘに導入されるようにプローバヘッド１７に固定されている（図４（Ａ））。また、ガス噴出ノズル３１ｂの他端面３１ｂｙおよび側面３１ｂｚは網目構造を有している。そして、この網の目がガス噴出口３３となっている（図４（Ｂ））。
【００５６】
これにより、この実施の形態の装置３０のガス噴出ノズル３１ｂから噴出される不活性ガス２５が、プローブカード１５の穴１５ｘからプローバステージ１１側へ導入されることによって、プローブ１３の、半導体素子１９と接触している付近の空間領域を不活性ガス雰囲気にすることができる。また、ガス噴出口３３はガス噴出ノズル３１ｂの他端面３１ｂｙおよび側面３１ｂｚに多数形成されているため、より広範囲の領域を不活性ガス雰囲気にすることができる。また、ガス噴出ノズル３１ｂが網目構造であるために、測定を行っている間、半導体素子の測定端子とプローブとの接触点を囲む空間領域の雰囲気を不活性ガス雰囲気にするためのガス流量を、外気を巻き込むほどの勢いでガスを噴出して維持する必要はない。よって、ガスの噴出する勢いによって、水分や塵埃を含んだ外気が不活性ガス雰囲気中に巻き込まれるおそれを回避することができる。
【００５７】
従って、測定雰囲気中にあるリーク電流の原因の水分や塵埃を減少させることができ、半導体素子の電気的特性の測定をより安定して行うことができる。
【００５８】
また、この実施の形態のガス噴出ノズルは円柱形状であったが、形状はこれに限るものではない。例えば、ノズルの先端部分が半球のような形状を有していてこの表面に多数のガス噴出口が形成されているようなものでも良い。
【００５９】
また、この実施の形態の探針固定部材も、中心部に穴１５ｘが形成されたドーナツ型状の部材に限らず、図３に示されているような形状の探針固定部材１６としても良い。
【００６０】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態として、図５を参照して、ガス噴出ノズルと探針固定部材との穴との間のガス噴出領域であって、探針固定部材上に噴出されるガスの勢いを弱めるための緩衝用部材が設けられている例につき説明する。図５（Ａ）は、この実施の形態の電気的特性測定用装置の主要な部分の構造を概略的に示す図であり、断面の切り口を示している。また、図５（Ｂ）は、緩衝用部材の概略的な斜視図である。
【００６１】
以下、第１および第２の実施の形態と相違する点につき説明し、同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００６２】
この実施の形態の電気的特性測定用装置４０であるプローバは、第１の実施の形態の装置と同様の不活性ガス噴出部２１を具えている。そして、その装置４０の構造は、第１の実施の形態と同様、表面に半導体素子１９を載置させる測定台１１であるプローバステージと、半導体素子１９の測定端子に接触させる探針１３であるプローブと、プローブ１３の接触端１３ａとは反対側の端部１３ｂを固定し、かつプローバステージ１１の上側に半導体素子１９を覆うように設けられている探針固定部材１５であるプローブカードと、このプローブカード１５を支持する支持部材１７であるプローバヘッドとを具えている。そしてプローブカード１５には、プローバステージ１１上の半導体素子１９の測定端子を含む測定領域が、上方から見える穴１５ｘが形成されている。この穴１５ｘは、ガス流路となる。また、ガス供給管２１ａと、内部が中空で円柱形状のガス噴出ノズル２１ｂと、固定具２１ｃとを具えたガス噴出部２１がプローバヘッド１７に設けられている。固定具２１ｃによって、ガス供給管２１ａとガス噴出ノズル２１ｂの一端面２１ｂｘ側とが接合され、かつガス噴出ノズル２１ｂから噴出されるガスがプローブカード１５の穴１５ｘに導入されるようにプローバヘッド１７に固定されている。そして、他端面２１ｂｙには、第１の実施の形態と同様にガス噴出口２３が設けられている（図５（Ａ））。
【００６３】
また、この実施の形態においては、ガス噴出ノズル２１ｂから噴出される不活性ガス２５の勢いを弱めるための緩衝用部材４１が設けてある。
【００６４】
緩衝用部材４１として、この実施の形態では、プローブカード１５の穴１５ｘの周囲を囲むような、両端（４１ａおよび４１ｂ）が開口している筒状の部材がプローブカード１５上に設けられるのがよい。この筒状部材４１の開口している一端４１ａが、プローブカード１５に接している。また、開口している端部（４１ａおよび４１ｂ）の形状はこの例では、四角形である。ここでは、横幅が２ｃｍで縦幅が２ｃｍの板に、直径１ｍｍの開口部４３が５０個程度、均等に形成されている板状部材４５が４つ組み合わされて、四角い筒状部材４１を構成している（図５（Ｂ））。筒状部材４１を構成している板状部材４５の材料は、例えばプラスチックとする。ガス噴出ノズル２１ｂから不活性ガス２５を噴出させると、この不活性ガス２５がプローブカード１５の穴１５ｘに入る前に、この筒状部材４１に一旦衝突する。これにより噴出する不活性ガス２５の勢いを抑えることができる。そして、筒状部材４１に形成されている複数の開口部４３を通り、プローブカード１５の穴１５ｘに、不活性ガスが導入される。これにより、プローブ１３の、半導体素子１９と接触している付近の領域を不活性ガス雰囲気にすることができる。
【００６５】
この実施の形態の電気的特性測定用装置４０を用いて、第１の実施の形態と同様にして駆動電圧が９００Ｖ程度の半導体素子１９の電気的特性を測定する。ガス噴出ノズル２１ｂから噴出される不活性ガス２５は、例えば窒素ガスとする。
【００６６】
この結果、半導体素子１９とプローブ１３とが接触する接触点周辺の空間領域に窒素ガスによる測定雰囲気が形成される。測定を行っている間、この接触点周辺の空間領域が窒素ガスによる測定雰囲気となるように、ガス噴出ノズル２１ｂから噴出する窒素ガスは、ある程度の流速で噴出されなければならない。ガスの流速が速すぎると水分や塵埃を含んだ外気が測定雰囲気中に巻き込まれるおそれがあるが、この実施の形態では、ガス噴出ノズル２１ｂから噴出した窒素ガス２５が、一旦緩衝用部材４１に衝突し、散乱することによって噴出の勢いを抑えることができる。そして、緩衝用部材４１には複数の開口部４３が設けてあり、窒素ガス２５はこの開口部４３を通ってプローブカード１５の穴１５ｘの中へ導入される。これにより、半導体素子１９とプローブ１３とが接触する付近の領域を安定した窒素ガス雰囲気にすることができる。従って、半導体素子１９と接触するプローブ１３に高電圧を印加しても、リーク電流の発生を抑えることができる。このため、安定した測定が可能となる。
【００６７】
また、この実施の形態の測定用装置４０は、従来の装置にガス噴出部２１と緩衝用部材４１とを設置しただけなので、コンパクトである。また、この装置４０であれば、半導体素子の測定端子とプローブ１３との接触点周辺を囲む空間領域の雰囲気だけを不活性ガス雰囲気にすることができるため、それほど大量の不活性ガスを必要としない。よって、測定を安価に、しかもスピーディに行うことができる。
【００６８】
また、この実施の形態において、緩衝用部材として開口している端面の形状が四角形の筒状部材が用いられているが、これに限らず、両端が開口している円筒形の部材でもよい。また、プローブカードの穴の上側を塞ぐことなく、ガス噴出ノズルと穴との間に、不活性ガスの勢いを弱め、かつプローブカードの穴の中へ不活性ガスを導入することのできる部材であれば、どのような形状を有していてもよい。例えば、複数の開口部を有する板状部材でもよい。例えば、この板状部材を、噴出する不活性ガスを遮蔽するような位置に設置する。これにより、噴出する不活性ガスは板状部材に衝突および散乱した後、開口部からプローブカードの穴の中へ導入する。よって、半導体素子の測定端子とプローブとの接触点周辺の空間領域を好ましい不活性ガス雰囲気にすることができる。
【００６９】
また、第１、第２および第３の実施の形態において、ガス噴出ノズルから噴出させる不活性ガスとして窒素ガスを用いているが、これに限らず、ＡｒガスやＣＯ₂ ガス等のほかの不活性ガスを用いてもよいし、これらの混合ガスを用いてもよい。
【００７０】
また、上述した実施の形態において、プローブが２つの例を挙げたが、これに限らず、プローブは必要に応じた数設けることができる。
【００７１】
また、これらの実施の形態において、駆動電圧が９００Ｖの高電圧駆動ＭＯＳトランジスタの測定を行っているが、これに限らず、他の半導体素子のジャンクション耐圧や絶縁膜耐圧など、他の電気的特性の測定を行ってもよい。
【００７２】
また、この発明の電気的特性測定用装置を用いて測定される半導体素子は、高電圧駆動の素子に限らず、駆動電圧が７００Ｖ以下の素子においても同様の効果が得られる。
【００７３】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の電気的特性測定用装置によれば、半導体素子の測定端子と探針との接触点を少なくとも囲む空間領域の雰囲気を不活性ガス雰囲気にするための不活性ガス噴出部を具えている。
【００７４】
これにより、接触点周辺の空間領域には不活性ガスによる測定雰囲気が形成されるために、測定雰囲気中の水分や塵埃が原因であるリーク電流の発生を抑制することができる。従って正確な測定を行うことができる。また、従来からある測定用装置に不活性ガス噴出部を取り付けるだけでよいため、よりコンパクトな装置の構造にすることができる。また、大量の不活性ガスを必要とはしないため、半導体素子の電気的特性の測定を、安価にしかもスピーディに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、第１の実施の形態の電気的特性測定用装置の主要な部分の構造を概略的に示す断面図であり、（Ｂ）は、ガス噴出ノズルの端面の構造を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の電気的特性測定用装置を構成する探針固定部材の形状の説明に供する立体図である。
【図３】探針固定部材のひとつの適用例を示す概略的な斜視図である。
【図４】（Ａ）は、第２の実施の形態の電気的特性測定用装置の部分的な構造を概略的に示す断面図であり、（Ｂ）は、ガス噴出ノズルの斜視図である。
【図５】（Ａ）は、第３の実施の形態の電気的特性測定用装置の部分的な構造を概略的に示す断面図であり、（Ｂ）は、緩衝用部材の概略的な斜視図である。
【図６】従来の電気的特性測定用装置の部分的な構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０，１００：電気的特性測定用装置（プローバ）
１１，１１０：測定台（プローバステージ）
１３，１３０：探針（プローブ）
１３ａ，１３０ａ：接触端
１３ｂ，１３０ｂ：反対側の端部
１５，１６，１５０：探針固定部材（プローブカード）
１５ｘ：穴（ガス流路）
１６ａ：第１部材
１６ｂ：第２部材
１７，１７０：支持部材（プローバヘッド）
１９，１９０：半導体素子（高電圧駆動ＭＯＳトランジスタ、測定試料）
２１，３１：不活性ガス噴出部
２１ａ，３１ａ：ガス供給管
２１ｂ，３１ｂ：ガス噴出ノズル
２１ｂｘ，３１ｂｘ：一端面
２１ｂｙ，３１ｂｙ：他端面
２１ｃ，３１ｃ：固定具
２３，３３：ガス噴出口
２５：不活性ガス（窒素ガス）
３１ｂｚ：側面
４１：緩衝用部材（筒状部材）
４１ａ：一端
４１ｂ：端部
４３：開口部
４５：板状部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for measuring electrical characteristics of a semiconductor element, and more particularly to the structure and measuring method of a measuring apparatus for measuring high breakdown voltage characteristics.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a structure as schematically shown in FIG. 6 is used as a measuring device for measuring electrical characteristics such as a drain withstand voltage, a junction withstand voltage, and an insulating film withstand voltage in a semiconductor element, for example, a high-voltage driven MOS transistor. Is used.
[0003]
The apparatus 100 having such a structure is called a prober, and a plurality of devices are brought into contact with a measurement table 110 (prober stage) on which a semiconductor element as a measurement sample 190 is placed and a measurement terminal (electrode) of the measurement sample 190 (semiconductor element). A probe fixing member 150 (probe card) for fixing the probe 130 (probe), an end portion 130b opposite to the contact end 130a of the probe 130, and supporting the probe fixing member 150 and externally. And a support member 170 (prober head) on which wiring for electrically connecting the measuring instrument and the probe is provided (FIG. 6). Although not shown, in addition to these, a housing for storing the above-described components and a transport system for transporting the semiconductor element to the prober stage are provided.
[0004]
After bringing the probe 130 into contact with the measurement terminal of the measurement sample 190, a desired voltage is applied from the probe 130 to the measurement sample 190, so that, for example, the drain breakdown voltage, the junction breakdown voltage, the insulation film breakdown voltage, etc. Measure electrical characteristics.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the measurement apparatus having such a configuration, when a high voltage measurement of about 1000 V is performed, the measurement is usually performed in an air atmosphere. For this reason, a leak current is generated from the electrode and the probe due to moisture and dust contained in the air, and it is difficult to perform accurate measurement.
[0006]
For this reason, it is conceivable to perform the measurement in an inert gas atmosphere that does not contain moisture and dust, does not contain a highly reactive substance, and has no problems such as corrosion. For example, the entire measuring device may be placed in an inert gas atmosphere. However, if it does in this way, measurement will take time, the apparatus itself will enlarge, and a lot of inert gas will be needed.
[0007]
Therefore, there has been a demand for the appearance of a more compact apparatus and measurement method that is an apparatus for measuring electrical characteristics that can perform stable measurement in an inert gas atmosphere speedily and inexpensively.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, according to the apparatus for measuring electrical characteristics of the present invention, the atmosphere in the space area where the probe is in contact with the semiconductor element, that is, the space surrounding at least the contact point between the measurement terminal of the semiconductor element and the probe. An inert gas ejection portion is provided for making the atmosphere of the region an inert gas atmosphere.
[0009]
According to the configuration of the present invention, the measurement atmosphere by the inert gas is formed in the peripheral space region at least surrounding the contact point between the measurement terminal of the semiconductor element and the probe. Of course, not only the space region in the vicinity of the contact point, but also the space region surrounding the entire measurement terminal and the probe may be an inert gas atmosphere.
[0010]
This inert gas is substantially free of moisture and dust, and even if these are included, it can be said that the amount is extremely small compared to air. Generation of leakage current caused by dust can be suppressed. Therefore, according to the apparatus of the present invention, it is possible to perform more accurate measurement than before. Moreover, since it is only necessary to attach an inert gas ejection part to the conventional measuring apparatus, it can be made a more compact apparatus. In addition, since only the space region in the vicinity of the measurement region of the semiconductor element has to be an inert gas atmosphere, a large amount of inert gas is not required. For this reason, the measurement of the electrical characteristics of the semiconductor element can be performed inexpensively and speedily.
[0011]
Further, the electrical characteristic measuring apparatus of the present invention includes a measuring table on which a semiconductor element is placed on the surface, a probe that comes into contact with a measuring terminal of the semiconductor element, and an end opposite to the contact end of the probe And a probe fixing member provided on the upper side of the measurement table and a support member for supporting the probe fixing member. The inert gas ejection part includes a gas supply pipe, a gas ejection nozzle, and a fixture for fixing the inert gas ejection part to the support member, and further between the gas ejection nozzle and the contact point. Comprises a gas flow path for sending an inert gas from the gas ejection nozzle to a space region surrounding the contact point.
[0012]
As a result, the inert gas ejected from the gas ejection nozzle passes through the gas flow path to the atmosphere in the region near the contact end of the probe, that is, the space region surrounding at least the contact point between the terminal and the probe. Or an inert gas containing no or substantially no dust. Therefore, even when a high voltage is applied from the probe to the measurement terminal of the semiconductor element, it is possible to suppress the occurrence of leakage current due to moisture and dust. Therefore, stable electrical characteristics can be measured.
[0013]
The gas flow path may pass through a hole that penetrates the probe fixing member from the support member side to the measurement table side.
[0014]
Thereby, the gas ejected from the gas ejection nozzle is introduced from the hole of the probe fixing member to the measurement table side, and the atmosphere in the space region surrounding the contact point can be changed to the measurement atmosphere by the inert gas.
[0015]
In addition, a gas flow path may be a gap or space that leads from the gas ejection nozzle to a space region surrounding the contact point between the measurement terminal of the semiconductor element and the probe and that is inevitably generated in the apparatus. it can.
[0016]
Preferably, the gas ejection nozzle has a hollow cylindrical or prismatic shape inside, and one end surface side is fixed to the support member by a fixture so as to communicate with the gas supply pipe. Good.
[0017]
The gas ejection nozzle is fixed to a support member that supports the probe fixing member by a fixture. For this reason, the apparatus for measuring electrical characteristics of the present invention having the gas ejection portion can be configured more compactly.
[0018]
Moreover, it is preferable that a gas ejection port is provided on the other end surface of the gas ejection nozzle opposite to the fixed side.
[0019]
Thus, the inert gas is ejected from the gas ejection port through the gas ejection nozzle from the gas supply pipe. In the case where a hole is formed in the probe fixing member, the gas ejection nozzle may be attached to the support member so as to be ejected toward the hole. In this way, at least the atmosphere in the space region near the contact point between the measurement terminal and the probe can be an inert gas atmosphere.
[0020]
Preferably, a plurality of gas jets are provided on the other end face and side face of the gas jet nozzle, and an inert gas is jetted from the gas jets.
[0021]
Thereby, the space area | region near the above-mentioned contact point can be formed as an area | region of an inert gas atmosphere over a wider range. Therefore, the electrical characteristics of the semiconductor element can be measured more stably.
[0022]
Preferably, the other end surface and the side surface of the gas ejection nozzle have a mesh structure, and the mesh structure has a gas ejection port.
[0023]
When measuring the electrical characteristics of the semiconductor element, a certain gas flow rate is required to form a preferable measurement gas atmosphere, and the momentum (gas flow rate) for ejecting the gas must be set as appropriate. If the gas flow rate is too slow, a gas flow rate sufficient to maintain this atmosphere cannot be ensured in the space region that becomes an inert gas atmosphere during measurement. However, if the momentum of the gas to be ejected is increased in order to secure the gas flow rate (the gas flow rate is increased), air containing moisture or dust that causes leakage current or other outside air other than inert gas is removed. There is a risk of getting caught in the jet gas. For this reason, if the other end surface and the side surface of the gas ejection nozzle have a mesh structure as described above, it is possible to secure a gas flow rate for forming a preferable measurement gas atmosphere of the ejected inert gas and to suppress the ejection momentum. it can. Thereby, an inert gas atmosphere can be formed by pushing away the atmosphere other than the inert gas in the space region near the contact point. Therefore, it can suppress that the external air containing a water | moisture content and dust is caught in the space area | region utilized for a measurement. Therefore, a wider area including the space surrounding the vicinity of the contact point can be made an inert gas atmosphere, and as a result, more stable measurement can be performed. In addition, it is thought that a higher effect will be acquired if the mesh structure is made finer.
[0024]
In the electrical characteristic measuring apparatus according to the present invention, wherein the probe fixing member is provided with a hole as a gas flow path, preferably the gas ejection region between the gas ejection nozzle and the hole of the probe fixing member. In addition, it is preferable that a buffer member for weakening the momentum of the ejected gas is provided on the probe fixing member.
[0025]
The inert gas ejected from the gas ejection nozzle once scatters by colliding with the buffer member, thereby suppressing the ejection momentum. For this reason, the entrainment of outside air into the space area near the contact point can be suppressed, and therefore the atmosphere in this space area can be formed as a stable measurement gas atmosphere.
[0026]
The buffer member may have any shape as long as it does not cover the upper side of the hole of the probe fixing member. This is for observing a semiconductor element as a measurement sample from above the hole using a microscope. Therefore, for example, the buffer member may have a plate shape, for example, and may be provided so that the gas to be ejected collides with the surface of the plate. Moreover, it is preferable that the plate-shaped buffer member is provided with a plurality of openings that penetrate from the front surface to the back surface. As a result, the inert gas which has collided with the buffer member and has become weak in momentum flows from the opening to the hole of the probe fixing member, and as a result, the vicinity of the measurement region of the semiconductor element becomes an inert gas atmosphere. .
[0027]
Moreover, the buffer member may have a cylindrical shape with both ends opened so as to surround the outside of the hole of the probe fixing member. Similarly to the plate-shaped buffer member described above, it is preferable that this cylinder is provided with a plurality of openings through which the gas to be ejected can pass. Further, the shape of the open end of the tube may be the same as that of the hole of the probe fixing member, or may be other shapes such as a rectangle as long as it is larger than this hole.
[0028]
In addition, in the plurality of openings provided in the buffer member, each opening prevents the gas to be ejected from passing through without colliding. For this reason, for example, an opening having a diameter of about 1 mm is 2 × 2 cm. ² It is preferable that about 50 pieces are provided on the plate with such a density that they are formed at equal intervals.
[0029]
Also, when measuring the electrical characteristics of this semiconductor element by contacting the probe to the measurement terminal of the semiconductor element, Inert gas is ejected from the gas ejection nozzle, and the moment of the inert gas ejected on the probe fixing member by the buffer member is made weaker than the moment of ejection, The measurement should be performed while exposing the measurement terminal and the probe to an inert gas atmosphere.
[0030]
This The inert gas ejected from the gas ejection nozzle once scatters by colliding with the buffer member, thereby suppressing the ejection momentum. For this reason, it is possible to suppress the inclusion of outside air in the space area near the contact point, and therefore, the atmosphere in this space area can be measured stably. Measurement can be performed in a gas atmosphere. For this reason, generation | occurrence | production of leak current can be suppressed and a stable measurement can be performed.
[0031]
In addition, as the inert gas, it is preferable to use one kind of gas selected from the group of inert gases of nitrogen gas, carbon dioxide gas, and rare gas, or a mixed gas in which two or more kinds of gases are mixed.
[0032]
For example, when two or more kinds of mixed gases are used, a wider range of atmospheres can be made an inert gas atmosphere by mixing two or more kinds of gases having different specific gravities. For this reason, more stable measurement can be expected.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each drawing merely schematically shows the shape, size, and arrangement relationship of each component so that the invention can be understood. Therefore, the present invention is not limited to the illustrated examples.
[0034]
<First Embodiment>
As a first embodiment, a preferred example of an electrical characteristic measuring device according to the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 1 (A) is a diagram schematically showing the structure of the main part of the apparatus for measuring electrical characteristics according to the present invention, and shows a cut section. FIG. 1B is a diagram schematically showing the structure of the end face for ejecting the gas of the gas ejection nozzle constituting the apparatus for measuring electrical characteristics. FIG. 2 is a schematic three-dimensional view of the probe fixing member for explaining the gas flow path of the electrical characteristic measuring apparatus of this embodiment.
[0035]
First, the structure of this apparatus will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B).
[0036]
The electrical characteristic measuring apparatus 10 according to the present invention includes an inert gas ejection portion for making an atmosphere of a spatial region at least surrounding a contact point between a measurement terminal of a semiconductor element 19 as a measurement sample and a probe into an inert gas atmosphere. 21 is provided.
[0037]
The electrical characteristic measuring apparatus 10 includes a measuring table 11 on which a semiconductor element 19 is placed on the surface, a probe 13 that is in contact with a measurement terminal of the semiconductor element 19, and a contact end 13a of the probe 13 opposite to the contact end 13a. A probe fixing member 15 that fixes the end 13b and is provided on the upper side of the measurement table 11 and a support member 17 that supports the probe fixing member 15 are provided.
[0038]
The inert gas ejection part 21 includes a gas supply pipe 21 a, a gas ejection nozzle 21 b, and a fixture 21 c that fixes the inert gas ejection part 21 to the support member 17. Between the gas ejection nozzle 21b and the contact point between the measurement terminal and the probe 13, there is provided a gas flow path for sending an inert gas from the gas ejection nozzle 21b to a space region surrounding the contact point. . As the gas flow path, a gap or space that is inevitably formed due to the structure of the apparatus 10 is generally used. In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 2, a hole 15x penetrating from the support member 17 side to the measurement table 11 side is formed as a gas flow path in the probe fixing member 15 (FIG. 2). That is, in this configuration example, the probe fixing member 15 is a donut-shaped or ring-shaped member. When this member 15 is attached to the support member 17, the measurement terminal of the semiconductor element 19 and the probe 13 are made visible from above through the hole 15x.
[0039]
In the configuration example described here, in order to efficiently test the electrical characteristics of the electronic circuit formed on the semiconductor wafer, the electrical characteristic measuring apparatus 10 is automatically provided with a probe called a probe on the electrode of each electronic circuit. A device called a prober that allows electrical testing of each electronic circuit by an external measuring instrument connected to the probe.
[0040]
As a result, the prober 10 includes a prober stage as the measurement table 11, a probe as the probe 13, a probe card as the probe fixing member 15, and a prober head as the support member 17 (FIG. 1 (A)).
[0041]
The probe card 15 is formed with a hole 15x having a size such that a measurement region including at least a measurement terminal of the semiconductor element 19 can be seen from above. This hole 15x becomes the main gas flow path, and the inert gas ejected from the gas ejection nozzle flows from the prober head 17 side to the prober stage 11 side as shown by the arrows in the figure (FIG. 2). ).
[0042]
The semiconductor element 19 measured in this embodiment is, for example, 2000 × 300 μm ² A high-voltage driving MOS transistor having a driving voltage of 900 V formed on a semiconductor wafer is a large transistor of about the size. And the measurement area to measure at once is 4x4mm ² About the size. In FIG. 1, only two probes 13 brought into contact with two measurement terminals of one semiconductor element 19 are shown for easy understanding of the drawing. However, as is well known, actually, 40 to 50 probes are provided, and these probes individually contact the corresponding measurement terminals of each element of the element group to be measured (TEG: Test element group). ing. In this embodiment, the hole 15x formed in the probe card 15 is, for example, a circular one having a diameter of 1 cm (FIG. 2).
[0043]
Further, the inert gas ejection portion 21 is fixed to the upper side of the prober head 17 by a fixture 21c. By this fixture 21c, the gas supply pipe 21a and the gas ejection nozzle 21b are joined and communicated, and gas is supplied from the gas supply pipe 21a to the gas ejection nozzle 21b. In this case, for example, the gas ejection nozzle 21b here has a hollow cylindrical shape inside, and the one end surface 21bx side of the nozzle 21b is fixed to the gas supply pipe 21a by the fixture 21c. And as shown to FIG. 1 (B), the gas ejection port 23 is provided in the approximate center of the other end surface 21by of the nozzle 21b. In this example, for example, the diameter l of the gas ejection port 23 is 5 mm, and the diameter L of the end face 21by where the gas ejection port 23 of the gas ejection nozzle 21b is provided is 20 mm (FIG. 1B). In addition, the gas ejection nozzle 21b is configured so that the inert gas ejected from the gas ejection port 23 has a hole 15x provided in the probe card 15 as a gas flow path, and the measurement terminal of the semiconductor element 19 passes through the hole 15x. It is fixed at a position where it is introduced into a space region including a contact point with the probe 13 (probe) (FIG. 1A).
[0044]
For this reason, the inert gas 25 ejected from the gas ejection nozzle 21b is introduced from the hole 15x of the probe card 15 to the prober stage 11 side, and in the space region in the vicinity of the probe 13 in contact with the semiconductor element 19. The atmosphere is an inert gas atmosphere.
[0045]
Next, the electrical characteristics of the semiconductor element 19 are measured using the electrical characteristics measuring apparatus 10 of this embodiment.
[0046]
In this example, for example, a high voltage driving MOS transistor having a driving voltage of about 900 V is used as the semiconductor element as the measurement sample 19.
[0047]
A measurement sample 19 is placed on the prober stage 11 and fixed with a vacuum chuck. Next, the contact end 13a of the probe 13 is brought into contact with the three terminals of the drain electrode, the gate electrode, and the source electrode of the measurement sample 19, respectively. A voltage of 0 V is applied to the gate electrode and the source electrode. And it is made to apply to a drain electrode so that it may become a high voltage gradually in the voltage range from 0V to 1000V. A voltage applied to the drain electrode when a current of 100 μA flows between the drain electrode and the source electrode is defined as a drain breakdown voltage.
[0048]
During this series of measurement operations, the inert gas 25 is ejected from the gas ejection nozzle 21b, and the surrounding atmosphere including at least the contact point between the measurement terminal and the probe is made the inert gas atmosphere. In this example, for example, nitrogen gas is used as the inert gas 25.
[0049]
As a result, an inert gas measurement atmosphere is formed in the vicinity where the semiconductor element 19 and the probe 13 are in contact with each other. Therefore, when a high voltage of about 900 V is applied to the semiconductor element 19 to check the electrical characteristics, it is possible to prevent moisture and dust that cause a leak current from entering the measurement atmosphere. Therefore, stable measurement is possible.
[0050]
In addition, the measurement apparatus 10 of this embodiment has a compact structure because only the gas ejection part 21 is installed in the conventional apparatus. Further, with this apparatus 10, since only the atmosphere around the contact point can be made an inert gas atmosphere, a large amount of inert gas is not required. Therefore, measurement can be performed inexpensively and speedily.
[0051]
Further, in this embodiment, the gas ejection port 23 is provided at the approximate center of the end surface 21by of the gas ejection nozzle 21b from which the inert gas 25 is ejected. However, the present invention is not limited to this, for example, on the end surface of the gas ejection nozzle. Many gas outlets may be provided. For example, the end surface may have a network structure over the entire surface. In this case, each mesh is a gas outlet.
[0052]
In this embodiment, a donut-shaped probe fixing member 15 (probe card) having a hole 15x formed at the center is used, and the hole 15x is a gas flow path. For example, as long as the probe 13 (probe) can be fixed, the probe fixing member 16 shown in FIG. 3 may be used. FIG. 3 shows an applicable example of the shape of the probe fixing member of the apparatus for measuring electrical characteristics according to the present invention. FIG. 3 is a schematic perspective view. The probe fixing member 16 includes a first member 16a and a second member 16b. If such a probe fixing member 16 is used, a gas flow path that leads from the gas ejection nozzle to a space region near the contact point between the measurement terminal of the semiconductor element and the probe can be secured without providing a hole. . And as shown by the arrow in a figure, the inert gas ejected from a gas ejection nozzle flows into the space area | region around a contact point (FIG. 3).
[0053]
<Second Embodiment>
As a second embodiment, an example in which the shape of the gas ejection nozzle of the gas ejection section is different from that of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a diagram schematically showing the structure of the main part of the electrical characteristic measuring apparatus according to the second embodiment, and shows a cross-section cut. FIG. 4B is a perspective view schematically showing the structure of the gas ejection nozzle that constitutes the electrical characteristic measuring device of this embodiment.
[0054]
Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and detailed description of points similar to those of the first embodiment will be omitted.
[0055]
The prober, which is the electrical characteristic measuring device 30 of this embodiment, includes an inert gas ejection part 31 as in the device of the first embodiment. And the structure of this apparatus 30 is the prober 13 which contacts the prober stage which is the measurement stand 11 which mounts the semiconductor element 19 on the surface, and the measurement terminal of the semiconductor element 19 similarly to 1st Embodiment. A probe card, which is a probe fixing member 15 provided to fix the probe and the end 13b opposite to the contact end 13a of the probe 13 and to cover the semiconductor element 19 on the upper side of the prober stage 11; A prober head which is a support member 17 for supporting the probe card 15 is provided. The probe card 15 is formed with a hole 15x through which a measurement region including a measurement terminal of the semiconductor element 19 on the prober stage 11 is exposed. Further, the prober head 17 is provided with a gas ejection part 31 comprising a gas supply pipe 31a, a hollow cylindrical gas ejection nozzle 31b, and a fixture 31c. The gas supply pipe 31a and the one end surface 31bx side of the gas ejection nozzle 31b are joined by the fixture 31c, and the gas ejection nozzle 3 The gas ejected from 1b is fixed to the prober head 17 so as to be introduced into the hole 15x of the probe card 15 which is a gas flow path (FIG. 4A). The other end surface 31by and the side surface 31bz of the gas ejection nozzle 31b have a mesh structure. And this mesh is the gas outlet 33 (FIG. 4B).
[0056]
Thereby, the inert gas 25 ejected from the gas ejection nozzle 31b of the apparatus 30 of this embodiment is introduced from the hole 15x of the probe card 15 to the prober stage 11 side, so that the semiconductor element 19 of the probe 13 is provided. The space area in the vicinity of the contact with the gas can be made an inert gas atmosphere. Further, since a large number of gas ejection ports 33 are formed on the other end surface 31by and the side surface 31bz of the gas ejection nozzle 31b, a wider area can be made an inert gas atmosphere. Further, since the gas ejection nozzle 31b has a mesh structure, the gas flow rate for making the atmosphere in the space region surrounding the contact point between the measurement terminal of the semiconductor element and the probe into an inert gas atmosphere during measurement is set. It is not necessary to spout and maintain the gas at such a moment as to involve outside air. Therefore, it is possible to avoid the possibility that the outside air containing moisture and dust is caught in the inert gas atmosphere by the momentum of gas ejection.
[0057]
Therefore, moisture and dust that cause leakage current in the measurement atmosphere can be reduced, and the electrical characteristics of the semiconductor element can be measured more stably.
[0058]
Moreover, although the gas ejection nozzle of this embodiment was cylindrical, the shape is not limited to this. For example, the tip portion of the nozzle may have a hemispherical shape, and a number of gas jets may be formed on this surface.
[0059]
Further, the probe fixing member of this embodiment is not limited to the donut-shaped member having the hole 15x formed at the center, and may be the probe fixing member 16 having a shape as shown in FIG. .
[0060]
<Third Embodiment>
As a third embodiment, referring to FIG. 5, it is a gas ejection region between the gas ejection nozzle and the hole of the probe fixing member, and shows the momentum of the gas ejected on the probe fixing member. An example in which a buffer member for weakening is provided will be described. FIG. 5 (A) is a diagram schematically showing the structure of the main part of the electrical characteristic measuring apparatus of this embodiment, and shows a cut section. FIG. 5B is a schematic perspective view of the buffer member.
[0061]
Hereinafter, differences from the first and second embodiments will be described, and detailed descriptions of similar points will be omitted.
[0062]
The prober which is the electrical characteristic measuring device 40 of this embodiment includes an inert gas ejection portion 21 similar to that of the device of the first embodiment. And the structure of the apparatus 40 is the prober 13 which contacts the prober stage which is the measurement stand 11 which mounts the semiconductor element 19 on the surface, and the measurement terminal of the semiconductor element 19 similarly to 1st Embodiment. A probe card, which is a probe fixing member 15 provided to fix the probe and the end 13b opposite to the contact end 13a of the probe 13 and to cover the semiconductor element 19 on the upper side of the prober stage 11; A prober head which is a support member 17 for supporting the probe card 15 is provided. The probe card 15 has a hole 15x in which a measurement region including a measurement terminal of the semiconductor element 19 on the prober stage 11 can be seen from above. This hole 15x becomes a gas flow path. Further, the prober head 17 is provided with a gas ejection portion 21 including a gas supply pipe 21a, a gas ejection nozzle 21b having a hollow inside and a columnar shape, and a fixture 21c. The prober head 17 is configured such that the gas supply pipe 21a and the one end surface 21bx side of the gas ejection nozzle 21b are joined by the fixture 21c, and the gas ejected from the gas ejection nozzle 21b is introduced into the hole 15x of the probe card 15. It is fixed to. The other end surface 21by is provided with a gas outlet 23 as in the first embodiment (FIG. 5A).
[0063]
Further, in this embodiment, a buffer member 41 for reducing the momentum of the inert gas 25 ejected from the gas ejection nozzle 21b is provided.
[0064]
In this embodiment, as the buffer member 41, a cylindrical member having both ends (41a and 41b) opened so as to surround the hole 15x of the probe card 15 is provided on the probe card 15. Good. The open end 41 a of the tubular member 41 is in contact with the probe card 15. Moreover, the shape of the open ends (41a and 41b) is a quadrangle in this example. Here, a square cylindrical member 41 is formed by combining a plate having a horizontal width of 2 cm and a vertical width of 2 cm with about four plate-like members 45 that are uniformly formed with about 50 openings 43 having a diameter of 1 mm. (FIG. 5B). The material of the plate member 45 constituting the cylindrical member 41 is, for example, plastic. When the inert gas 25 is ejected from the gas ejection nozzle 21b, the inert gas 25 once collides with the cylindrical member 41 before entering the hole 15x of the probe card 15. As a result, the momentum of the inert gas 25 ejected can be suppressed. Then, an inert gas is introduced into the hole 15 x of the probe card 15 through the plurality of openings 43 formed in the cylindrical member 41. Thereby, the area | region of the probe 13 near the semiconductor element 19 can be made into inert gas atmosphere.
[0065]
Using the electrical characteristic measuring apparatus 40 of this embodiment, the electrical characteristics of the semiconductor element 19 having a drive voltage of about 900 V are measured in the same manner as in the first embodiment. The inert gas 25 ejected from the gas ejection nozzle 21b is, for example, nitrogen gas.
[0066]
As a result, a measurement atmosphere by nitrogen gas is formed in a space region around the contact point where the semiconductor element 19 and the probe 13 contact. During the measurement, the nitrogen gas ejected from the gas ejection nozzle 21b must be ejected at a certain flow rate so that the space area around the contact point becomes a measurement atmosphere by nitrogen gas. If the gas flow rate is too high, the outside air containing moisture and dust may be entrained in the measurement atmosphere. In this embodiment, the nitrogen gas 25 ejected from the gas ejection nozzle 21b once enters the buffer member 41. The momentum of ejection can be suppressed by colliding and scattering. The buffer member 41 is provided with a plurality of openings 43, and the nitrogen gas 25 is introduced into the holes 15 x of the probe card 15 through the openings 43. Thereby, the area | region of the vicinity where the semiconductor element 19 and the probe 13 contact can be made into the stable nitrogen gas atmosphere. Therefore, even if a high voltage is applied to the probe 13 that is in contact with the semiconductor element 19, the occurrence of leakage current can be suppressed. For this reason, stable measurement is possible.
[0067]
Further, the measurement device 40 of this embodiment is compact because only the gas ejection part 21 and the buffer member 41 are installed in the conventional device. Further, with this apparatus 40, since only the atmosphere in the space region surrounding the contact point between the measurement terminal of the semiconductor element and the probe 13 can be made an inert gas atmosphere, a large amount of inert gas is required. do not do. Therefore, measurement can be performed inexpensively and speedily.
[0068]
Further, in this embodiment, a cylindrical member having a square end surface opened as the buffer member is used. However, the present invention is not limited to this, and a cylindrical member having both ends opened may be used. In addition, it is a member that can weaken the momentum of the inert gas and introduce the inert gas into the hole of the probe card between the gas ejection nozzle and the hole without blocking the upper side of the hole of the probe card. Any shape may be used. For example, a plate-like member having a plurality of openings may be used. For example, this plate-shaped member is installed at a position that shields the inert gas that is ejected. Thereby, the ejected inert gas collides and scatters on the plate-like member, and then is introduced into the hole of the probe card from the opening. Therefore, the space region around the contact point between the measurement terminal of the semiconductor element and the probe can be set to a preferable inert gas atmosphere.
[0069]
Further, in the first, second and third embodiments, nitrogen gas is used as an inert gas ejected from the gas ejection nozzle. ₂ Other inert gases such as gas may be used, or a mixed gas thereof may be used.
[0070]
In the above-described embodiment, two examples of the probe are given. However, the number of probes is not limited to this, and the number of probes can be provided as necessary.
[0071]
In these embodiments, a high voltage driving MOS transistor having a driving voltage of 900 V is measured. However, the present invention is not limited to this, and other electrical characteristics such as junction withstand voltage and insulation film withstand voltage of other semiconductor elements are used. May be measured.
[0072]
Further, the semiconductor element measured using the electrical characteristic measuring apparatus of the present invention is not limited to an element driven at a high voltage, and the same effect can be obtained even when the driving voltage is 700 V or less.
[0073]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the apparatus for measuring electrical characteristics of the present invention, the atmosphere in the space region at least surrounding the contact point between the measurement terminal of the semiconductor element and the probe is made an inert gas atmosphere. It has an inert gas spout.
[0074]
Thereby, since the measurement atmosphere by an inert gas is formed in the space area | region around a contact point, generation | occurrence | production of the leakage current resulting from the water | moisture content and dust in a measurement atmosphere can be suppressed. Accordingly, accurate measurement can be performed. Moreover, since it is only necessary to attach an inert gas ejection part to a conventional measuring apparatus, a more compact apparatus structure can be achieved. In addition, since a large amount of inert gas is not required, the measurement of the electrical characteristics of the semiconductor element can be performed inexpensively and speedily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a structure of a main part of an electrical characteristic measuring apparatus according to a first embodiment, and FIG. 1B is a structure of an end face of a gas ejection nozzle. FIG.
FIG. 2 is a three-dimensional view for explaining the shape of a probe fixing member that constitutes the electrical characteristic measuring apparatus according to the first embodiment;
FIG. 3 is a schematic perspective view showing one application example of a probe fixing member.
4A is a cross-sectional view schematically showing a partial structure of an electrical characteristic measuring apparatus according to a second embodiment, and FIG. 4B is a perspective view of a gas ejection nozzle. .
5A is a cross-sectional view schematically showing a partial structure of an electrical characteristic measuring apparatus according to a third embodiment, and FIG. 5B is a schematic perspective view of a buffer member. FIG.
FIG. 6 is a schematic view showing a partial structure of a conventional device for measuring electrical characteristics.
[Explanation of symbols]
10, 30, 40, 100: Electrical characteristic measuring device (prober)
11, 110: Measuring table (prober stage)
13, 130: Probe (probe)
13a, 130a: contact end
13b, 130b: opposite end
15, 16, 150: Probe fixing member (probe card)
15x: hole (gas flow path)
16a: 1st member
16b: second member
17, 170: Support member (prober head)
19, 190: Semiconductor element (high voltage drive MOS transistor, measurement sample)
21, 31: Inert gas ejection part
21a, 31a: Gas supply pipe
21b, 31b: Gas ejection nozzle
21bx, 31bx: one end surface
21by, 31by: other end surface
21c, 31c: Fixing tool
23, 33: Gas outlet
25: Inert gas (nitrogen gas)
31bz: Side
41: Buffer member (tubular member)
41a: one end
41b: end
43: Opening
45: Plate-shaped member

Claims

半導体素子の測定端子に探針を接触させて該半導体素子の電気的特性を測定する電気的特性測定用装置において、
前記測定端子および前記探針間の接触点を少なくとも囲む空間領域の雰囲気を不活性ガス雰囲気にするための、不活性ガス噴出部を具え、
表面に前記半導体素子を載置させる測定台と、前記半導体素子の測定端子に接触させる探針と、該探針の接触端とは反対側の端部を固定し、かつ前記測定台の上側に設けられている探針固定部材と、該探針固定部材を支持する支持部材とを具え、
前記不活性ガス噴出部は、ガス供給管と、ガス噴出ノズルと、該不活性ガス噴出部を前記支持部材に固定する固定具とを具え、さらに
前記ガス噴出ノズルと前記接触点との間には、該ガス噴出ノズルからの前記不活性ガスを前記接触点を囲む空間領域へ送り込むガス流路を具え、
前記ガス噴出ノズルは、内部が中空の円柱または角柱の形状を有し、該ガス噴出ノズルの一端面側は前記固定具によって前記ガス供給管と連通するように前記支持部材に固定されていて、
前記ガス噴出ノズルの他端面および側面に複数のガス噴出口が設けられている
ことを特徴とする電気的特性測定用装置。In an electrical characteristic measuring apparatus for measuring electrical characteristics of a semiconductor element by bringing a probe into contact with a measurement terminal of the semiconductor element,
An inert gas ejection portion for making an atmosphere of a space region at least surrounding a contact point between the measurement terminal and the probe into an inert gas atmosphere ;
A measuring table for mounting the semiconductor element on the surface, a probe to be in contact with the measuring terminal of the semiconductor element, an end opposite to the contact end of the probe is fixed, and the upper side of the measuring table A probe fixing member provided, and a support member for supporting the probe fixing member;
The inert gas ejection part comprises a gas supply pipe, a gas ejection nozzle, and a fixture for fixing the inert gas ejection part to the support member,
Between the gas ejection nozzle and the contact point, comprising a gas flow path for sending the inert gas from the gas ejection nozzle to a space region surrounding the contact point,
The gas ejection nozzle has a hollow cylindrical or prismatic shape inside, and one end surface side of the gas ejection nozzle is fixed to the support member so as to communicate with the gas supply pipe by the fixture,
An apparatus for measuring electrical characteristics, wherein a plurality of gas ejection ports are provided on the other end surface and side surface of the gas ejection nozzle .

請求項１に記載の電気的特性測定用装置において、
前記ガス流路は、前記探針固定部材を前記支持部材側から前記測定台側へと貫通する穴を通っている
ことを特徴とする電気的特性測定用装置。The apparatus for measuring electrical characteristics according to claim 1 ,
The apparatus for measuring electrical characteristics, wherein the gas flow path passes through a hole penetrating the probe fixing member from the support member side to the measurement table side.

請求項１または２に記載の電気的特性測定用装置において、
前記ガス噴出ノズルの他端面にはガス噴出口が設けられている
ことを特徴とする電気的特性測定用装置。The apparatus for measuring electrical characteristics according to claim 1 or 2 ,
An apparatus for measuring electrical characteristics, wherein a gas jet outlet is provided on the other end face of the gas jet nozzle.

請求項１または２に記載の電気的特性測定用装置において、
前記ガス噴出ノズルの他端面および側面は網目構造を有しており、該網目構造の網目がガス噴出口である
ことを特徴とする電気的特性測定用装置。The apparatus for measuring electrical characteristics according to claim 1 or 2 ,
An apparatus for measuring electrical characteristics, wherein the other end surface and the side surface of the gas ejection nozzle have a mesh structure, and the mesh structure is a gas ejection port.

請求項２〜４のいずれか一項に記載の電気的特性測定用装置において、
前記ガス噴出ノズルと前記探針固定部材の穴との間のガス噴出領域であって、前記探針固定部材上に、噴出されるガスの勢いを弱めるための緩衝用部材が設けられている
ことを特徴とする電気的特性測定用装置。In the apparatus for measuring electrical characteristics according to any one of claims 2 to 4 ,
A gas ejection region between the gas ejection nozzle and the hole of the probe fixing member, and a buffer member for weakening the force of the ejected gas is provided on the probe fixing member. A device for measuring electrical characteristics.

半導体素子の測定端子に探針を接触させて、該半導体素子の電気的特性を測定するに当たり、
ガス噴出ノズルから不活性ガスを噴出させ、緩衝用部材によって探針固定部材上に噴出される該不活性ガスの勢いを噴出時の勢いよりも弱めて、前記測定端子および前記探針を該不活性ガス雰囲気に曝しながら前記測定を行う
ことを特徴とする電気的特性測定方法。In measuring the electrical characteristics of the semiconductor element by bringing the probe into contact with the measurement terminal of the semiconductor element,
An inert gas is ejected from the gas ejection nozzle, and the moment of the inert gas ejected onto the probe fixing member by the buffer member is made weaker than the moment of ejection, and the measurement terminal and the probe are moved to the inert gas. An electrical property measuring method, wherein the measurement is performed while exposed to an active gas atmosphere.

請求項６に記載の電気的特性測定方法において、
前記不活性ガスを、窒素ガス、二酸化炭素ガスおよび希ガスの不活性ガス群から選ばれる１種類のガスもしくは２種類以上の混合ガスとする
ことを特徴とする電気的特性測定方法。In the electrical property measuring method according to claim 6 ,
A method for measuring electrical characteristics, wherein the inert gas is one kind of gas selected from an inert gas group of nitrogen gas, carbon dioxide gas, and rare gas, or a mixed gas of two or more kinds.