JP5067280B2 - 半導体ウエハ測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハに一対のプローブを接触させて電圧を印加し、該ウエハに形成されている半導体装置を試験する半導体ウエハ測定装置に関する。

ウエハ状態にある集積回路（ＩＣ）などの半導体装置は、一般的にその製造過程において半導体ウエハ測定装置により、ウエハ上に形成されている電極パッドにプローブを接触させて試験・評価を行う。この半導体ウエハ測定装置による検査では、予めＩＣの電極パッドの配置に合わせて電気的接点を配置したプローブカードを用意し、これを駆動装置でウエハに押しつけて測定する方法が一般的にとられている。

上記プローブカードの一例が、特開平１０−２８８６２８号公報（特許文献１）に開示されている。図６は、特許文献１に開示されている、従来の代表的なプローブカードの構成例を示した図である。

図６に示すプローブカード１は、中央に開口部２を有する円盤状の基盤３と、該基盤３の外周縁付近に同心円上に立設された複数のターミナルピン４と、開口部２の外側に放射状に設けられた複数のブレード５および導電性の針６とで構成されている。尚、ブレード５とターミナルピン４とは、必要に応じて、配線により接続される。

ブレード５は、測定しようとするＩＣのパッド数に応じて必要数が用意され、図示されていない基盤３の表面に設けられたパターンに、半田付けによって固定されている。このとき、各ブレード５は、その先端に固定された導電性の針６の先端が所定位置になるように、固定される。

測定時は、プローブカード１は、ステージに載置された被測定ウエハと対向するような位置に保持される。ここで、ステージが３次元的に移動して、ウエハ上の所定の電極パッドをプローブカード１の所定の針６に当接させるようにする。この状態で、ターミナルピン４、ブレード５、および導電性の針６を介して、測定装置からウエハ上のＩＣに電圧を印加するなどして、ＩＣの性能評価などを行う。
特開平１０−２８８６２８号公報

上記半導体ウエハ測定装置の被測定ウエハには高耐圧半導体素子が形成される場合があり、この時には、高電圧を印加した状態での検査が必要である。従来の半導体ウエハ測定装置では、検査対象の電極パッド間の距離が１ｍｍである場合、測定で許容される電圧は、１０００Ｖである。しかしながら、例えば近年における車載用の高耐圧半導体素子の検査では、１０００Ｖを越える電圧を印加した状態での検査が必要となってきており、最大数千Ｖの電圧印加が必要な場合もある。このため、これまで顕在化していなかった放電による電極パッド（プローブ）間の絶縁破壊が、上記高耐圧半導体素子の測定において問題となっている。

そこで本発明は、半導体ウエハに一対のプローブを接触させて電圧を印加し、該ウエハに形成されている半導体装置を試験する半導体ウエハ測定装置であって、高電圧を印加しても絶縁破壊が起き難く、高耐圧の半導体装置についても信頼性の高い試験が可能な半導体ウエハ測定装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、半導体ウエハに一対のプローブを接触させて電圧を印加し、該ウエハに形成されている半導体装置を試験する半導体ウエハ測定装置であって、前記ウエハに接触する一対のプローブの先端間に、該一対のプローブと離間して、該一対のプローブを仕切る絶縁部材を、該ウエハに接触するようにして介在させることを特徴としている。

上記半導体ウエハ測定装置は、一対のプローブに高電圧を印加する場合、あるいは印加する電圧が低くてもプローブの先端間隔が小さくて大きな電界強度が発生する場合、プローブの先端間に介在させている上記絶縁部材で、電界強度を緩和することができる。特に、上記絶縁部材は、ウエハに接触するようにして介在させているため、最も絶縁破壊が起き易いウエハ上での界面放電を効果的に抑制することができる。従って、これにより、高電圧印加時であってもプローブ間の放電による絶縁破壊を防ぎ、測定の信頼性をあげることができる。

以上のようにして、上記半導体ウエハ測定装置は、半導体ウエハに一対のプローブを接触させて電圧を印加し、該ウエハに形成されている半導体装置を試験する半導体ウエハ測定装置であって、高電圧を印加しても絶縁破壊が起き難く、高耐圧の半導体装置についても信頼性の高い試験が可能な半導体ウエハ測定装置とすることができる。

また、上記半導体ウエハ測定装置においては、前記絶縁部材を、前記一対のプローブと離間して、該一対のプローブを仕切るように介在させている。このため、高電圧測定が可能であると共に、プローブの先端が視認し易いため、ウエハ上に形成されている半導体装置の電極パッドへのプローブの接触が容易である。

上記半導体ウエハ測定装置においては、例えば請求項２に記載のように、前記絶縁部材が、前記一対のプローブの先端付近までを仕切る第１絶縁部と、前記一対のプローブの先端付近を仕切る第２絶縁部とからなり、前記第２絶縁部の硬度が、前記第１絶縁部の硬度より低く設定されてなる構成とすることができる。これによれば、ウエハに接触する第２絶縁部の硬度を適宜低く設定することで、絶縁部材によるウエハへの接触傷の発生を抑制することができる。

上記半導体ウエハ測定装置は、請求項３に記載のように、前記一対のプローブにおける先端付近の間隔に対して、該一対のプローブの先端間隔が、広く設定されてなる構成とすることで、より放電を起き難くすることができる。

また、請求項４に記載のように、前記一対のプローブが、真空中または不活性雰囲気中に配置されてなる構成としてもよい。これによっても、放電を起き難くすることができる。

上記半導体ウエハ測定装置における絶縁部材には、例えば請求項５に記載のように、絶縁性と適度な硬度を有する、シリコーン樹脂を採用することができる。

上記半導体ウエハ測定装置においては、請求項６に記載のように、前記一対のプローブが取り外し可能な基盤に配置されてなる、所謂プローブカードであって、前記絶縁部材が、前記基盤に固定されてなる構成とすることが可能である。ウエハに形成されている半導体装置の電極パッドに合わせた上記プローブカードを準備することで、該半導体装置の試験を、高電圧印加状態で簡単に実施することができる。

以上のようにして、上記半導体ウエハ測定装置は、半導体ウエハに一対のプローブを接触させて電圧を印加し、該ウエハに形成されている半導体装置を試験する半導体ウエハ測定装置であって、高電圧を印加しても絶縁破壊が起き難く、高耐圧の半導体装置についても信頼性の高い試験が可能な半導体ウエハ測定装置となっている。

従って、上記半導体ウエハ測定装置は、請求項７に記載のように、従来の半導体ウエハ測定装置では対応できなかった、前記一対のプローブに、１０００Ｖ以上の電圧を印加する場合に好適である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の半導体ウエハ測定装置の一例を示す図で、図１（ａ）は、半導体ウエハ測定装置１００の模式的な斜視図であり、図１（ｂ）は、半導体ウエハ測定装置１００におけるプローブ６ａ，６ｂの周りを拡大して示した断面図である。尚、以下に示す半導体ウエハ測定装置の各例において、図６に示したプローブカード１の各部と同様の部分については、同じ符号を付した。

図１に示す半導体ウエハ測定装置１００は、台座９上に載せられた半導体ウエハ７に一対のプローブ（針）６ａ，６ｂを接触させて電圧を印加し、ウエハ７に形成されている半導体装置を試験する半導体ウエハ測定装置である。半導体ウエハ測定装置１００における一対のプローブ６ａ，６ｂは、開口部２を有する取り外し可能な基盤３に配置されており、所謂、プローブカード１１が構成されている。

また、図１の半導体ウエハ測定装置１００においては、ウエハ７に接触する一対のプローブ６ａ，６ｂの先端間に、絶縁部材８ａを、ウエハ７に接触するようにして介在させている。絶縁部材８ａには、例えば、絶縁性と適度な硬度を有する、シリコーン樹脂を採用することができる。半導体ウエハ測定装置１００の絶縁部材８ａは、一対のプローブ６ａ，６ｂと離間して、該一対のプローブ６ａ，６ｂを仕切るように介在させており、プローブカード１１を構成する基盤３に固定されている。

図１に示す半導体ウエハ測定装置１００は、一対のプローブ６ａ，６ｂに高電圧を印加する場合、あるいは印加する電圧が低くても図１（ｂ）に示すプローブ６ａ，６ｂの先端間隔ｗが小さくて大きな電界強度が発生する場合、プローブの先端間に介在させている絶縁部材８ａで、電界強度を緩和することができる。特に、絶縁部材８ａは、ウエハ７に接触するようにして介在させているため、最も絶縁破壊が起き易いウエハ７上での界面放電を効果的に抑制することができる。従って、これにより、高電圧印加時であってもプローブ６ａ，６ｂ間の放電による絶縁破壊を防ぎ、測定の信頼性をあげることができる。

以上のようにして、図１に示す半導体ウエハ測定装置１００は、半導体ウエハ７に一対のプローブ６ａ，６ｂを接触させて電圧を印加し、該ウエハ７に形成されている半導体装置を試験する半導体ウエハ測定装置であって、高電圧を印加しても絶縁破壊が起き難く、例えば高耐圧の半導体装置についても信頼性の高い試験が可能な半導体ウエハ測定装置となっている。

尚、図を見やすくするため、図１では一対のプローブ６ａ，６ｂのみを図示しているが、プローブカード１１には複数対のプローブが搭載されていてよい。これら各対のプローブに対して、プローブ６ａ，６ｂの場合と同様に絶縁部材を介在させることで、各対のプローブにおいて高電圧測定が可能になる。

以上のようにして、ウエハ７に形成されている半導体装置の電極パッドに合わせた複数対のプローブを搭載するプローブカードを準備することで、該半導体装置の試験を、高電圧印加状態で簡単に実施することができる。尚、プローブカードに搭載するプローブ対の数は、半導体装置の１チップ単位であってもよいし、複数チップ単位であってもよい。

また、図１の半導体ウエハ測定装置１００では、絶縁部材８ａを、一対のプローブ６ａ，６ｂと離間して、該一対のプローブ６ａ，６ｂを仕切るように介在させていた。これによれば、高電圧測定が可能であると共に、後述する半導体ウエハ測定装置と異なり、プローブ６ａ，６ｂの先端が視認し易いため、ウエハ７上に形成されている半導体装置の電極パッドへのプローブ６ａ，６ｂの接触が容易である。

図２は、別の半導体ウエハ測定装置の例で、半導体ウエハ測定装置１０１におけるプローブ６ａ，６ｂの周りを拡大して示した断面図である。

図２の半導体ウエハ測定装置１０１においては、図１に示した半導体ウエハ測定装置１００と異なり、絶縁部材８ｂが、一対のプローブ６ａ，６ｂの先端付近までを仕切る第１絶縁部８ｂ１と、一対のプローブ６ａ，６ｂの先端付近を仕切る第２絶縁部８ｂ２とからなっている。該絶縁部材８ｂにおいて、第２絶縁部８ｂ２の硬度は、第１絶縁部８ｂ１の硬度より低く設定される。このように、ウエハ７に接触する第２絶縁部８ｂ２の硬度を適宜低く設定することで、絶縁部材８ｂによるウエハ７への接触傷の発生を抑制することができる。

図３（ａ），（ｂ）は、本発明ではないが参考とする半導体ウエハ測定装置の例で、それぞれ、半導体ウエハ測定装置１０２，１０３におけるプローブ６ａ，６ｂの周りを拡大して示した断面図である。

図３（ａ）の半導体ウエハ測定装置１０２では、一対のプローブ６ａ，６ｂにおける一方のプローブ６ａの先端付近を覆うようにして、絶縁部材８ｃを介在させている。図３（ｂ）の半導体ウエハ測定装置１０３では、一対のプローブ６ａ，６ｂにおける両方のプローブ６ａ，６ｂの先端付近を覆うようにして、絶縁部材８ｃ，８ｄを介在させている。

このように、絶縁部材を、一対のプローブ６ａ，６ｂの少なくとも一方の先端付近を覆うようにして介在させることによっても、プローブ６ａ，６ｂ間の放電による絶縁破壊を防ぎ、測定の信頼性をあげることができる。尚、この場合には、図３（ｂ）の半導体ウエハ測定装置１０３のように、一対のプローブ６ａ，６ｂの両方に絶縁部材８ｃ，８ｄを介在させたほうが、放電防止に対しては好ましい。

図４（ａ），（ｂ）は、別の参考とする半導体ウエハ測定装置の例で、それぞれ、半導体ウエハ測定装置１０４，１０５の模式的な斜視図である。

図４（ａ）の半導体ウエハ測定装置１０４では、プローブカード１２の基盤３に固定された絶縁部材８ｅを、一対のプローブ６ａ，６ｂの両先端間を覆うように介在させている。また、図４（ｂ）の半導体ウエハ測定装置１０５では、プローブカード１３の基盤３に固定された絶縁部材８ｆを、ウエハ７を覆うように介在させている。放電防止に対しては、図３（ｂ）の半導体ウエハ測定装置１０３に較べて、図４（ａ）の半導体ウエハ測定装置１０４のほうがより好ましく、図４（ｂ）の半導体ウエハ測定装置１０５がさらに好ましい。

尚、図２〜図４で例示した半導体ウエハ測定装置１０１〜１０５についても、複数対のプローブがプローブカードに搭載されていてよいことは、言うまでもない。

図５は、本発明に係る別の半導体ウエハ測定装置の例で、半導体ウエハ測定装置１０６におけるプローブ６ｃ，６ｄの周りを拡大して示した断面図である。

図５に示す半導体ウエハ測定装置１０６は、図１に示した半導体ウエハ測定装置１００と異なり、一対のプローブ６ｃ，６ｄにおける先端付近の間隔ｗ２に対して、該一対のプローブ６ｃ，６ｄの先端間隔ｗ１が、広く設定された構造となっている。これにより、図１の半導体ウエハ測定装置１００と較べて、より放電を起き難くすることができる。

尚、上述した半導体ウエハ測定装置１００〜１０６において、前記一対のプローブ６ａ，６ｂおよび６ｃ，６ｄが真空中または不活性雰囲気中に配置されてなる構造とすることで、放電をさらに起き難くすることができる。

以上のようにして、図１〜図５で例示した半導体ウエハ測定装置１００〜１０６は、いずれも、半導体ウエハ７に一対のプローブ６ａ，６ｂおよび６ｃ，６ｄを接触させて電圧を印加し、該ウエハ７に形成されている半導体装置を試験する半導体ウエハ測定装置であって、高電圧を印加しても絶縁破壊が起き難く、高耐圧の半導体装置についても信頼性の高い試験が可能な半導体ウエハ測定装置となっている。

従って、上記半導体ウエハ測定装置１００〜１０６は、従来の半導体ウエハ測定装置では対応できなかった、前記一対のプローブ６ａ，６ｂおよび６ｃ，６ｄに、１０００Ｖ以上の電圧を印加する場合に好適である。

本発明の半導体ウエハ測定装置の一例を示す図で、（ａ）は、半導体ウエハ測定装置１００の模式的な斜視図であり、（ｂ）は、半導体ウエハ測定装置１００におけるプローブ６ａ，６ｂの周りを拡大して示した断面図である。 別の半導体ウエハ測定装置の例で、半導体ウエハ測定装置１０１におけるプローブ６ａ，６ｂの周りを拡大して示した断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明ではないが参考とする半導体ウエハ測定装置の例で、それぞれ、半導体ウエハ測定装置１０２，１０３におけるプローブ６ａ，６ｂの周りを拡大して示した断面図である。 （ａ），（ｂ）は、別の参考とする半導体ウエハ測定装置の例で、それぞれ、半導体ウエハ測定装置１０４，１０５の模式的な斜視図である。 本発明に係る別の半導体ウエハ測定装置の例で、半導体ウエハ測定装置１０６におけるプローブ６ｃ，６ｄの周りを拡大して示した断面図である。 従来の代表的なプローブカードの構成例を示した図である。

符号の説明

１００〜１０６ 半導体ウエハ測定装置
１，１１〜１３ プローブカード
２ 開口部
３ 基盤
６，６ａ〜６ｄ プローブ（針）
７ ウエハ
８ａ〜８ｆ 絶縁部材

Claims (7)

1. 半導体ウエハに一対のプローブを接触させて電圧を印加し、該ウエハに形成されている半導体装置を試験する半導体ウエハ測定装置であって、
   前記ウエハに接触する一対のプローブの先端間に、該一対のプローブと離間して、該一対のプローブを仕切る絶縁部材を、前記ウエハに接触するようにして介在させることを特徴とする半導体ウエハ測定装置。
2. 前記絶縁部材が、前記一対のプローブの先端付近までを仕切る第１絶縁部と、前記一対のプローブの先端付近を仕切る第２絶縁部とからなり、
   前記第２絶縁部の硬度が、前記第１絶縁部の硬度より低く設定されてなることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ測定装置。
3. 前記一対のプローブにおける先端付近の間隔に対して、該一対のプローブの先端間隔が、広く設定されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウエハ測定装置。
4. 前記一対のプローブが、真空中または不活性雰囲気中に配置されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体ウエハ測定装置。
5. 前記絶縁部材が、シリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体ウエハ測定装置。
6. 前記一対のプローブが、取り外し可能な基盤に配置されてなり、
   前記絶縁部材が、前記基盤に固定されてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体ウエハ測定装置。
7. 前記一対のプローブに、１０００Ｖ以上の電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体ウエハ測定装置。

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