JP5265746B2

JP5265746B2 - プローブ装置

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Publication number: JP5265746B2
Application number: JP2011225335A
Authority: JP
Inventors: 榮一篠原; 健田岡
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: US9347970B2; WO2013042467A1; TWI547701B; US20140247037A1; EP2746794B1; EP2746794A1; EP2746794A4; JP2013068588A; TW201333495A; KR101685440B1; KR20140068086A

Description

本発明は、パワーデバイスの電気的特性（静特性、動特性）の測定を行うプローブ装置に関する。

パワーデバイスは、種々の電源や自動車の電装関連部品として、あるいは産業機器の電装関連部品としての汎用性が高まっている。パワーデバイスは、通常の半導体素子と比べて高耐圧化、大電流化され、また、用途に応じて高速、高周波数化されている。パワーデバイスとしては、ＩＧＢＴ、ダイオード、パワートランジスタ、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ、サイリスタなどがある。これらのパワーデバイスは、それぞれの電気的特性（静特性、動特性）の測定により良品が選別された後、それぞれ用途に応じて市場に出される。

プローブ装置は、メモリデバイス等の半導体素子の電気的特性をウエハレベルで測定する検査装置として汎用されている。プローブ装置は、一般的に、ローダ室とこれに隣接するプローバ室を備え、ローダ室でウエハを搬送する間にプリアライメントを行い、プローバ室でローダ室からのウエハの電気的特性を測定した後、測定後のウエハをローダ室へ戻すようにしている。現在、この種のプローブ装置をパワーデバイスの電気的特性の測定に適用する技術が種々開発され、パワーデバイスの抵抗値等の静特性の測定に用いられるプローブ装置が開発され、実用化されている。図４は、ウエハレベルでパワーデバイスの静特性を測定するプロープ装置のプローバ室を示している。

プローバ室は、図４に示すように、ウエハＷを載置する移動可能な載置台１と、載置台１の上方に配置されたプローブカード２と、を備えている。載置台１の表面には金等の導電性金属からなる導体膜電極（同図では太線で示してある）３が形成され、この導体膜電極３が測定ライン（例えば、ケーブル）４を介してテスタ５に電気的に接続されている。

図４に示すプローブ装置を用いてパワーデバイスの静特性をウエハレベルで測定する場合には、載置台１上にウエハＷを載置すると、ウエハＷ下面のコレクタ電極が載置台１の導体膜電極３と電気的に接触する。このウエハＷにプローブカード２を接触させると、パワーデバイスのゲート電極及びエミッタ電極と複数のプローブ２Ａとが電気的に接続される。この状態で、プローブ２Ａからパワーデバイスのゲート電極に電圧を印加すると、テスタ５から測定ライン４、導体膜電極３、コレクタ電極及びエミッタ電極へ大電流が流れる。この時、他のプローブ２Ａを介してパワーデバイスの抵抗値等の静特性を測定する。このプローブ装置を用いることでパワーデバイスの静特性の測定をウエハレベルで行うことができる。尚、図４において、６はプローブカード２がクランプ機構（図示せず）を介して固定されたヘッドプレートである。

上述のように、パワーデバイスの静特性の測定に用いられるプローブ装置は、実用化されているが、パワーデバイスの動特性を測定するプローブ装置は依然として開発途上にあって実用化のレベルに達していない。そのため、パワーデバイスの動特性の測定は、パッケージング段階で行わざるを得ず、パワーデバイスの製品としての生産効率が悪く、不良品が発生しやすい。

しかしながら、従来のプローブ装置は、パワーデバイスをウエハレベルで静特性の測定を行うことができるが、動特性の測定を行うことができない。そこで、本出願人は、図４に示すプローブ装置を基本にパワーデバイスの動特性の測定を行うことができるプローブ装置を開発し、このプローブ装置を特願２０１１−０３３５２５号において提案している。特願２０１１−０３３５２５号において提案されているプローブ装置ではパワーデバイスの動特性の測定を行うことができる。このプローブ装置の載置台に図４に示す測定ライン４を設けることで、一台のプローブ装置でパワーデバイスの静特性と動特性の双方を測定することができるようになる。

ところが、図４に示すプローブ装置では測定ライン４が載置台１の導体膜電極３とテスタ５とが常時接続されているため、パワーデバイスのスイッチング特性等の動特性を測定する時には、測定ライン４のインダクタンス成分が障害となって動特性を精度良く測定することができないことが判った。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、パワーデバイスの静特性及び動特性の双方をウエハレベルで測定することができ、特に静特性に使用される測定ラインに影響されることなく、パワーデバイスの動特性をウエハレベルで確実に測定することができるプローブ装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のプローブ装置は、複数のパワーデバイスが形成された被検査体を載置する移動可能な載置台と、上記載置台の上方に配置された複数のプローブを有するプローブカードと、少なくとも上記載置台の載置面に形成された導体膜電極と、上記パワーデバイスの動特性の測定に使用するために上記導体膜電極とテスタとを上記プローブカードを経由して電気的に接続する第１の測定ラインと、上記パワーデバイスの静特性の測定に使用するために上記導体膜電極とテスタとを電気的に接続する第２の測定ラインと、を備え、上記載置台上に載置された上記被検査体の各パワーデバイスそれぞれの複数の電極と上記複数のプローブとを電気的に接触させて上記パワーデバイスの静特性または動特性を測定するプローブ装置であって、上記第２の測定ラインには、上記導体膜電極と上記テスタの間で上記第２の測定ラインを開閉するスイッチ機構を設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のプローブ装置は、請求項１に記載の発明において、上記スイッチ機構は、リレースイッチ機構からなることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプローブ装置は、請求項１に記載の発明において、上記スイッチ機構は、ソレノイド機構と、上記ソレノイド機構を介して上記導体膜電極と電気的に離接する接触子と、を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のプローブ装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記導体膜電極と上記プローブカードの間に介在する導体を有することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載のものである。

本発明によれば、パワーデバイスの静特性及び動特性の双方をウエハレベルで測定することができ、特に静特性に使用される測定ラインに影響されることなく、パワーデバイスの動特性をウエハレベルで確実に測定することができるプローブ装置を提供することができる。

本発明のプローブ装置の一実施形態を示す概念図である。図１に示すプローブ装置の要部を示す構成図である。本発明のプローブ装置の他の実施形態の要部を示す構成図である。従来のプローブ装置の一例を示す概念図である。

以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。

本実施形態のプローブ装置１０は、例えば図１に示すように、ウエハＷを搬送するローダ室（図示せず）からプローバ室１１内でウエハＷを受け取り、プローバ室１１内でウエハＷに形成された複数のパワーデバイスの電気的特性（静特性、動特性）を測定するように構成されている。

図１に示すように、プローバ室１１にはウエハＷを載置する載置台１２がＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向及びθ方向に移動可能に設けられ、載置台１２のチャックトップ１２Ａの載置面全面及び周面全面には金等の導電性金属からなる導体膜電極（図１では太線で示してある）１３がコレクタ電極として形成されている。チャックトップ１２には真空吸着手段が形成され、ウエハＷをチャックトップ１２Ａの載置面に真空吸着するように構成されている。また、載置台１２は、温度調節機構を内蔵し、ウエハＷを所定の温度に加熱し、あるいは冷却してパワーデバイスの電気的特性（静特性及び動特性）を測定するようにしてある。導体膜電極１３は、チャックトップ１２Ａの載置面全面に形成された第１の導電膜電極部１３Ａと、チャックトップ１２Ａの外周面全面に形成された第２の導体膜電極部１３Ｂと、からなっている。

載置台１２の上方には、図１に示すようにカードホルダ付きのプローブカード１４がクランプ機構（図示せず）を介してプローバ室１１の上面を形成するヘッドプレート１１Ａに固定されている。プローブカード１４の下面中央部には複数のプローブ１４Ａが取り付けられ、これらのプローブ１４ＡがウエハＷに形成されたパワーデバイスのゲート電極及びエミッタ電極と電気的に接続してパワーデバイスの電気的特性を測定するように構成されている。

而して、本実施形態のプローブ装置１０は、後述するように、パワーデバイスの動特性を測定する時に用いられる第１の測定ライン１５と、パワーデバイスの静特性を測定する時に用いられる第２の測定ライン１６と、を備えている。

第１の測定ライン１５は、図１に示すように、例えばプローブカード１４の下面の外周縁部に周方向に所定間隔を空けて設けられた複数の導通ピン１５Ａと、複数の導通ピン１５Ａに導体部（図示せず）を介して電気的に接続されたケーブル１５Ｂと、を有し、ケーブル１５Ｂの他端がテスタ１７に対して電気的に接続されている。導通ピン１５Ａとケーブル１５Ｂの接続を仲介する導体部はプローブカードの下面に装着されている。複数の導通ピン１５Ａは、チャックトップ１２Ａが載置台１２に内蔵された昇降駆動機構（図示せず）を介して昇降することにより第１の導体膜電極部１３Ａと電気的に離接するように構成されている。これらの導通ピン１５Ａは、例えばポゴピンのように弾力を有し、第１の導体膜電極部１３Ａと弾力的に接触するように構成されている。これらの導通ピン１５Ａは、プローブカード１４の外周縁部に所定の間隔を空けて複数個所に設けられていることが好ましいが、一箇所にだけ設けられたものであっても良い。

パワーデバイスの動特性を測定する場合には、載置台１２のチャックトップ１２Ａが所定の寸法だけ上昇する。これにより、チャックトップ１２Ａの第１の導体膜電極部１３Ａ（コレクタ電極）が導通ピン１５Ａと電気的に接触し、第１の測定ライン１５を介してテスタ１７とチャックトップ１２Ａの導体膜電極（コレクタ電極）１３とが電気的に接続される。また、複数のプローブ１４Ａがチャックトップ１２Ａ上の被検査体に形成されたパワーデバイスのゲート電極及びエミッタ電極と電気的に接触する。この状態で、テスタ１７からパワーデバイスのゲート電極に所定の電圧を印加すると、第１の測定ライン１５を介してチャックトップ１２Ａの第１の導体膜電極部１３Ａに大電流が流れ、この電流はパワーデバイスのコレクタ電極からエミッタ電極を経てテスタ１７に達する。第１の測定ライン１５は、極めて短いため、インダクタンス成分が極めて小さく、インダクタンス成分に影響されることなく、パワーデバイスの動特性を確実に測定することができる。パワーデバイスの動特性に用いられるプローブ装置については、特願２０１１−０３３５２５号明細書に詳述されているため、そちらを参照されたい。

また、第２の測定ライン（ケーブル）１６は、テスタ１７と第２の導体膜電極部１３Ｂとの間を電気的に接続し、パワーデバイスの静特性を測定する時に使用するように構成されている。この測定ライン１６は、周囲からの電磁ノイズの影響を極力抑えるためにも短くする方が良く、本実施形態では２０００ｍｍ程度に設定されている。この測定ライン１６にはスイッチ機構１８が設けられ、スイッチ機構１８が第２の導体膜電極部１３Ｂとテスタ１７間の電路を開閉する。このスイッチ機構１９は、上述のようにパワーデバイスの動特性の測定をする時には、スイッチを開いて第２の測定ライン１６をチャックトップ１２Ａから切り離して第２の測定ライン１６のインダクタンス成分による影響を防止するようにしてある。

スイッチ機構１８としては、例えば、リレースイッチ機構、ソレノイドスイッチ機構及びシリンダスイッチ機構を挙げることができる。スイッチ機構１９の種類によって図２、図３に示すように第２測定ライン１６と第２の導体膜電極部１３Ｂとの接続態様が異なる。図２はリレースイッチ機構を適用したプローブ装置を示し、図３はソレノイドスイッチ機構を適用したプローブ装置を示している。そこで、以下では、リレースイッチ機構及びソレノイドスイッチ機構を例に挙げて説明する。

リレースイッチ機構１８１は、図２に示すように、第２の測定ライン１６に設けられたスイッチ１８１Ａと、スイッチ１８１Ａの接点１８１Ｂと、接点１８１Ｂを励磁するコイル１８１Ｃと、コイル１８１Ｃと電源（図示せず）を繋ぐ配線１８１Ｄと、コイル１８１Ｃを制御するコントローラ１８１Ｅと、を備え、コイル１８１Ｃを介して接点１８１Ｂを励磁すると、スイッチ１８１Ａが一点鎖線で示すように接点１８１Ｂと電気的に接触し、第２の測定ライン１６を介してチャックトップ１２Ａ上のパワーデバイスのコレクタ電極とテスタ１７とを電気的に接続するように構成されている。スイッチ１８１Ａ、接点１８１Ｂ及びコイル１８１Ｃは、いずれも高絶縁性ブロック内に収納されている。

リレースイッチ機構１８１が設けられた第２の測定ライン１６は、図２に示すように、一端がチャックトップ１２Ａの周面全面に形成された第２の導体膜電極部１３Ｂに電気的に接続され、他端がテスタ１６に電気的に接続されている。第２の測定ライン１６と第２の導体膜電極部１３Ｂとの電気的な接続を十分に確保するために、第２の測定ライン１６と第２の導体膜電極１３Ｂとの接続部には導体プレート１２Ｂが所定の範囲で貼り付けられ、この導体プレート１２Ａに対して第２の測定ライン１６がネジ等の固定手段によって強固に固定されている。スイッチ機構１８１は、同図に示すように載置台１２の近傍に位置させて第２の測定ライン１６に設けられている。リレースイッチ機構１８１は、パワーデバイスの動特性を測定する時に開状態になり、パワーデバイスの静特性を測定する時に閉状態になる。

ソレノイドスイッチ機構１８２は、図３に示すように、第２の測定ライン１６の端部に電気的に接続された接触子１８２Ａと、接触子１８２Ａを直進させるソレノイド１８２Ｂと、ソレノイド１８２Ｂを励磁する駆動制御部１８２Ｃと、ソレノイド１８２Ｂが消磁された時に接触子１８２Ａを元の位置に戻すコイルスプリング１８２Ｄと、を備え、駆動制御部１８２Ｃの制御下でソレノイド１８２Ｂとコイルスプリング１８２Ｄが協働して接触子１８２Ａを直線方向に往復移動させて接触子１８２Ａの先端をチャックトップ１２Ａの第２の導体膜電極部１３Ｂに対して離接させるように構成されている。パワーデバイスの静特性を測定する場合には、接触子１８２Ａが第２の導体膜電極部１３Ｂと接触し、テスタ１７と第２の導体膜電極部１３Ｂが導通状態にする。パワーデバイスの動特性を測定する場合には、接触子１８２Ａが第２の導体膜電極部１３Ｂから離れて第２の測定ライン１６を導体膜電極１３から切り離し、第２の導体膜電極部１３Ｂをテスタ１７から遮断する。図示してないが、ソレノイド１８２Ｂは、プランジャと、プランジャを受ける受け部と、プランジャを往復移動させるコイルと、を備えている。接触子１８２Ａは、プランジャの軸芯に沿って装着され、プランジャを介して往復移動する。

次いで、本実施形態のプローブ装置１０の動作について説明する。パワーデバイスの電気的特性を測定する場合には、例えば静特性を測定した後、動特性を測定する。それにはまず、予めスイッチ機構１８を駆動させて第２の測定ライン１６の電路を閉じ、チャックトップ１２Ａの第２の導体膜電極１３Ｂとテスタ１７とを電気的に接続しておく。この状態で、複数のパワーデバイスが形成されたウエハＷをローダ室からプローバ室１１内の載置台１２のチャックトップ１２Ａ上に載置し、真空吸着機構を介してウエハＷをチャックトップ１２Ａ上に固定する。次いで、アライメント機構を介して載置台１２上のウエハＷのゲート電極及びエミッタ電極とプローブカード１４の複数のプローブ１４Ａとをアライメントする。

引き続き、載置台１２を移動させて最初に測定すべきパワーデバイスの真下から載置台１２を上昇させてパワーデバイスのゲート電極及びエミッタ電極と複数のプローブ１４Ａとを電気的に接触させる。この状態でプローブ１４Ａを介してテスタ１７からパワーデバイスのゲート電極に電圧を印加すると、テスタ１７から第２の測定ライン１６を介してチャックトップ１２Ａの第２の導体膜電極部１３Ｂ、つまり導体膜電極１３に大電流が流れる。この電流は、パワーデバイスのコレクタ電極からエミッタ電極に流れる。この時、他のプローブ１２Ａを介してパワーデバイスの抵抗値等の静特性を測定し、その測定結果に基づいてテスタ１７が抵抗値等の静特性を求める。最初のパワーデバイスについて静特性を測定した後、載置台１２が移動し、後続のパワーデバイスの静特性を順次測定する。

パワーデバイスの静特性を測定した後、その動特性を測定する。それには、スイッチ機構１８を駆動させて第２の測定ライン１８の電路を開き、テスタ１７をチャックトップ１２Ａから遮断する。この状態で、最初に測定すべきパワーデバイスをプローブカード１４の真下へ移動させた後、チャックトップ１２Ａを上昇させると、パワーデバイスのゲート電極及びエミッタ電極がプローブカード１４の複数のプローブ１４Ａと電気的に接触すると共に、チャックトップ１２Ａの第１の導体膜電極部１３Ａがプローブカード１４から下方へ突出する複数の導通ピン１５Ａと電気的に接触する。これにより、パワーデバイスのゲート電極及びエミッタ電極はプローブ１４Ａを介してテスタ１７と接続されると共に、パワーデバイスのコレクタ電極がチャックトップ１２Ａの第１の導体膜電極部１３Ａ及び複数の導通ピン１５Ａ（第１の測定ライン１５）を介してテスタ１５と電気的に接続される。

然る後、プローブ１４Ａを介してテスタ１７からパワーデバイスのゲート電極への電圧を印加することにより、第１の測定ライン１５（ケーブル１５Ｂ及び導通ピン１５Ａ）を介してテスタ１７とチャックトップ１２Ａの導体膜電極１３へ大電流が流入する。この大電流はパワーデバイスのコレクタ電極へ流入し、エミッタ電極からテスタ１７へ流入し、テスタ１７においてパワーデバイスの動特性を測定することができる。この際、第２の測定ライン１６がチャックトップ１２Ａから切り離されているため、第２の測定ライン１６に基づくインダクタンスの悪影響を防止することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、一台のプローブ装置１０を用いることにより、パワーデバイスの静特性及び動特性の双方を行うことができ、しかも、動特性を測定する時には静特性に使用される第２の測定ライン１６に影響されることなく、パワーデバイスの動特性をウエハレベルで確実に測定することができる

本発明は、上記実施形態に何ら制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を設計変更することができる。第２の測定ライン１６に設けられるスイッチ機構は、本実施形態で説明したものに制限されるものではなく、スイッチング機構を有するものは本発明に適宜適用することができる。

１０プローブ装置
１２載置台
１２Ａチャックトップ
１４プローブカード
１４Ａプローブ
１５第１の測定ライン
１５Ａ導通ピン（導体）
１６第２の測定ライン
１７テスタ
１８スイッチ機構
１８１リレースイッチ機構
１８２ソレノイドスイッチ機構
Ｗウエハ

Claims

複数のパワーデバイスが形成された被検査体を載置する移動可能な載置台と、上記載置台の上方に配置された複数のプローブを有するプローブカードと、少なくとも上記載置台の載置面に形成された導体膜電極と、上記パワーデバイスの動特性の測定に使用するために上記導体膜電極とテスタとを上記プローブカードを経由して電気的に接続する第１の測定ラインと、上記パワーデバイスの静特性の測定に使用するために上記導体膜電極とテスタとを電気的に接続する第２の測定ラインと、を備え、上記載置台上に載置された上記被検査体の各パワーデバイスそれぞれの複数の電極と上記複数のプローブとを電気的に接触させて上記パワーデバイスの静特性または動特性を測定するプローブ装置であって、上記第２の測定ラインには、上記導体膜電極と上記テスタの間で上記第２の測定ラインを開閉するスイッチ機構を設けたことを特徴とするプローブ装置。
上記スイッチ機構は、リレースイッチ機構からなることを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
上記スイッチ機構は、ソレノイド機構と、上記ソレノイド機構を介して上記導体膜電極と電気的に離接する接触子と、を有することを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
上記第１の測定ラインは、上記導体膜電極と上記プローブカードの間に介在する導体を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプローブ装置。