JP6562896B2 - 半導体装置の評価装置およびそれを用いた半導体装置の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の特性評価に用いられる評価装置およびそれを用いた半導体装置の評価方法に関する。

半導体装置の評価装置は、半導体ウエハ上に作製された半導体装置や、半導体ウエハから個片化したチップ状態の半導体装置の電気的特性を評価する。それらの評価の際、被測定物である半導体装置の設置面は、評価装置のチャックステージ表面に真空吸着等により接触して固定される。そして、評価装置のプローブが、半導体装置の非設置面の一部に設けられた電極に接触し、半導体装置に電気信号の入出力を行う。検査対象の半導体装置が、その縦方向、つまり面外方向に大きな電流を流す縦型構造の半導体装置である場合、評価装置のチャックステージが電極として機能する。そして以前から、大電流、高電圧印加の要求に応えて、プローブの多ピン化が実施されている。

被測定物がチップ状の縦型構造の半導体装置である場合、その評価中に部分的な放電現象が生じ得る。例えば、その部分放電は、半導体装置の非設置面の一部に設けた電極と、チャックステージ側と同電位の領域との電位差によって発生する。そのような放電は半導体装置に部分的な破損や不具合を生じさせる。また、製造工程において、その部分放電現象を見逃し、不具合の生じた半導体装置が良品としてそのまま後工程に流出した場合、後工程にてそれらを抽出することは非常に困難である。よって、評価装置には、事前に部分放電を抑制し、部分放電に起因する不具合を回避する措置を施すことが望ましい。

特開２００３−１３０８８９号公報 特開２００１−５１０１１号公報 特開２０１０−１０３０６号公報

特許文献１から特許文献３には、上述した部分放電を抑制する手法が開示されている。特許文献１に開示された半導体検査装置は、絶縁性の液体中で電子部品を検査する。その半導体検査装置は、電子部品の特性検査中に発生する放電を防止しているものの、高価なプローバを必要とする。さらに、その半導体検査装置は、液体中で電子部品を評価するため、評価工程の時間が増大し、低コスト化に適さない。また、被測定物がウエハテストやチップテストにおける半導体素子である場合、評価後に絶縁性の液体を半導体素子から完全に除去する必要がある。よって、そのような被測定物に、特許文献１に記載の検査方法を適用することは困難である。

特許文献２に開示された評価方法は、シリコーンラバーを半導体チップの終端部分に押し当てて検査を実施することで、放電を防止している。しかし、終端部分の領域全面に圧力をかけてシリコーンラバーを押し当てるため、評価の際にかみ込んだ異物やシリコーンラバー痕（ゴム痕）が半導体チップ表面に転写される。それら異物やシリコーンラバー痕は、後工程で不具合となる。

特許文献３に開示された半導体ウエハ測定装置は、特許文献２と同様に絶縁部材を被測定物であるウエハに押し当てて、放電を防止している。しかし、上述した特許文献２と同様に、評価の際にかみ込んだ異物や絶縁部材の接触痕が半導体チップの表面に転写され、それらが後工程で不具合を引き起こす。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、半導体装置の電気的特性の評価の際、被測定物である半導体装置の一部領域に発生する放電現象を抑制し、かつ、その半導体装置の表面への異物または絶縁物の接触痕の転写を抑制する半導体装置の評価装置の提供を目的とする。

本発明に係る半導体装置の評価装置は、主面に半導体装置を支持可能なステージと、ステージの主面の上方に設けられる複数のプローブと、枠形状を有し、枠形状が複数のプローブを囲み、かつ、ステージの主面の上方に設けられる絶縁物と、複数のプローブとステージの主面とに接続され、ステージの主面に支持される半導体装置に複数のプローブを介して電流を注入し半導体装置の電気的特性を評価する評価部とを備える。その絶縁物は、ステージの主面側に、柔軟性を有する先端部を含む。また、その先端部は、先端部の一方の側面に、先端部が枠形状の内側または外側に変形することにより半導体装置に接触可能な接触面を含む。

本発明によれば、半導体装置の電気的特性の評価の際、被測定物である半導体装置の一部領域に発生する放電現象を抑制し、かつ、その半導体装置の表面への異物やゴム痕の転写を抑制する半導体装置の評価装置の提供が可能となる。

実施の形態１における評価装置の構成を概略的に示す側面図である。 実施の形態１における被測定物である半導体装置を概略的に示す平面図である。 実施の形態１におけるプローブ基体の一部を示す平面図である。 実施の形態１における評価時の評価装置の一部を示す断面図である。 実施の形態１におけるプローブの構成および動作を説明する側面図である。 実施の形態１における絶縁物の先端部を示す断面図である。 実施の形態１における評価時の絶縁物の先端部を示す断面図である。 実施の形態１におけるばね部材の一例を示す正面図である。 実施の形態１におけるばね部材の製造方法を説明する図である。 実施の形態１におけるばね部材の別の一例を示す正面図である。 実施の形態１における評価装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２における絶縁物の先端部を示す断面図である。 実施の形態２における評価時の絶縁物の先端部を示す断面図である。 実施の形態３における評価時の評価装置の一部を示す断面図である。 実施の形態３におけるプローブ基体の一部を示す平面図である。 実施の形態４における絶縁物の先端部を示す断面図である。

本発明に係る半導体装置の評価装置およびそれを用いた半導体装置の評価方法の実施の形態を説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１における半導体装置の評価装置１の構成を概略的に示す側面図である。実施の形態１にて示す評価装置１が被測定物である半導体装置５の電気的特性を評価する際、プローブ１０の周囲に設けられた絶縁物７の先端部２２は、半導体装置５の表面５ａに接触する。より詳細には、先端部２２は後述する図４に示す終端部２０の少なくとも一部に接触する。その接触により沿面距離が拡大された状態で、評価装置１は半導体装置５の電気的特性の評価を実施する。評価後、先端部２２は、半導体装置５から離脱する際、半導体装置５の表面５ａをクリーニングする。以下、図に従い本実施の形態１における半導体装置の評価装置１について説明する。

評価装置１は、主面３ａに被測定物である半導体装置５を支持可能なステージ３と、そのステージ３の上方に設けられる複数のプローブ１０とを備える。実施の形態１において、半導体装置５は、その縦方向つまり面外方向に大きな電流を流す縦型構造の半導体装置である。ステージ３の主面３ａは、半導体装置５の下面つまり設置面５ｂに設けられた一方の電極（図示せず）に接触する。また、電気的特性の評価の際、各プローブ１０は、半導体装置５の表面５ａに設けられた他方の電極（後述する図２に示す表面電極パッド１８）に接触する。つまり、評価装置１のステージ３の主面３ａは、半導体装置５と接続する一方の端子部として機能し、各プローブ１０は、もう一方の端子部として機能する。

評価装置１は、各プローブ１０が取り付けられた取付板１６をさらに備える。取付板１６には、信号線６ａが接続される接続部８ａが設けられる。各プローブ１０と接続部８ａとの間は、図示は省略するが、例えば取付板１６上に設けられた金属板等の配線により接続される。その配線が取付板１６の外面に直接配置される場合、取付板１６は絶縁性の板であることが望ましい。一方で、その配線に絶縁性の被覆が施されたケーブル等が用いられる場合、取付板１６は、例えば金属など、絶縁性を有さない材質で構成されても構わない。プローブ１０は、その取付板１６上の配線と接続部８ａと信号線６ａとを通じて、評価部４に接続される。一方で、ステージ３の主面３ａは、ステージ３の側面に設けられた接続部８ｂとその接続部８ｂに取り付けられた信号線６ｂとを介して、評価部４に接続される。評価部４は、各プローブ１０を介して半導体装置５に電流を注入し、その半導体装置５の電気的特性を評価する。

評価装置１は、半導体装置５に大電流（例えば５Ａ以上）を印加することを想定して複数のプローブ１０を備える。そのような大電流を印加する際、各プローブ１０に加わる電流密度は略一致することが求められる。よって、接続部８ａと接続部８ｂとの間の距離がいずれのプローブ１０を介しても略一致する位置に、接続部８ａと接続部８ｂとが設けられることが好ましい。つまり、それらの設置位置は、各プローブ１０を介して、接続部８ａと接続部８ｂとが対向する位置が望ましい。

また、詳細は後述するが、評価装置１は、ステージ３の上方に設けられる絶縁物７を備える。絶縁物７は、平面視において枠形状を有し、その枠形状が複数のプローブ１０を囲むように設けられる。

評価装置１は、プローブ１０、取付板１６、接続部８ａ、絶縁物７および図には示していない各プローブ１０と接続部８ａをつなぐ配線で構成されるプローブ基体２を備える。プローブ基体２は、移動アーム９に保持され、移動アーム９によって任意の方向へ移動可能である。これにより、被測定物である半導体装置５とプローブ基体２との相対的な位置関係を調整することができる。なお、図１に示す評価装置１は、１つの移動アーム９のみでプローブ基体２を保持する構成を有するが、これに限るものではない。評価装置１は、複数の移動アームによって安定的にプローブ基体２を保持する構成を備えてもよい。また、移動アーム９によってプローブ基体２が移動するのではなく、例えば評価装置１に別途設けられた移動機構により、半導体装置５つまりステージ３が移動してもよい。いずれの構成によっても、半導体装置５とプローブ基体２との相対的な位置関係が調整可能である。

ステージ３は、１または複数の半導体装置５の設置面５ｂを主面３ａに接触して支持する。なお、図１では簡単のために、１つの半導体装置５を設置した例を示す。実施の形態１において、ステージ３は、チャックステージであり、例えば真空吸着により半導体装置５を主面３ａに固定する。その固定手段は、真空吸着に限るものではなく、静電吸着等であっても構わない。

図２は、被測定物である半導体装置５の一例を概略的に示す平面図である。上述したように、実施の形態１において、半導体装置５は、その縦方向つまり面外方向に大きな電流を流す縦型構造の半導体装置である。半導体装置５は、例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴであるがこれらに限るものではない。半導体装置５は、平面視において、活性領域１９と終端部２０とに分けられる。終端部２０は、１つの半導体装置５のダイシングラインの内側で外周部分に設けられ、半導体装置５の耐圧を確保する。その半導体装置５の内部には、活性領域１９が設けられ、所望の素子、例えば、縦型のＩＧＢＴが形成される。半導体装置５の表面５ａ、より具体的には活性領域１９の表面には、表面電極パッド１８が設けられる。図示は省略するが、半導体装置５の設置面５ｂには、裏面電極パッドが設けられる。表面電極パッド１８および裏面電極パッドは、外部と接続可能であり、外部よりそれら電極パッドを介して活性領域１９にキャリアが注入される。半導体装置５が縦型のＩＧＢＴである場合、表面電極パッド１８はエミッタ電極として機能し、裏面電極パッドはコレクタ電極として機能する。表面電極パッド１８は、導電性材料で形成され、例えばアルミニウムにより作製される。図２に示す半導体装置５は一例であり、表面に配置されるエミッタ電極、ゲート電極および裏面に配置されるコレクタ電極の位置や個数はそれに限るものではない。

図３は、プローブ基体２の一部を示す平面図である。図３は、プローブ１０および絶縁物７が設置された取付板１６をステージ３側から観察した図である。図４は、図３に示すラインＡ−Ａで示す位置におけるステージ３および取付板１６の断面図である。なお、図４は、半導体装置５の電気的特性の評価時における評価装置１を図示しており、プローブ１０と絶縁物７とが半導体装置５に接触している。プローブ１０は、取付板１６に設けられたソケット１７に着脱可能に保持される。図５（ａ）は、プローブ１０の側面図である。プローブ１０に設けられた基体設置部１４が、図４に示す取付板１６のソケット１７に保持される。プローブ１０は、ソケット１７を介して取付板１６に接続されることにより、取付板１６との着脱が容易となる。例えば、評価対象の半導体装置５の大きさに応じたプローブ１０の本数の変更、または、破損したプローブ１０の交換が容易となる。

プローブ１０は、基台として形成される。図５（ａ）に示すように、プローブ１０は、上記の基体設置部１４、およびヘッド部１２、押し込み部１３、電気的接続部１５から構成される。ヘッド部１２は、半導体装置５の表面５ａに設けられた表面電極パッド１８と機械的かつ電気的に接触可能なコンタクト部１１を有する。押し込み部１３は、プローブ１０の内部に組み込まれたスプリング等を有するばね部によって接触時に摺動する。電気的接続部１５は、ヘッド部１２と電気的に導通しており、評価部４への出力端として機能する。プローブ１０は導電性を有する。プローブ１０は、例えば銅、タングステン、レニウムタングステンなどの金属材料により作製されるがこれらに限るものではない。特にコンタクト部１１は、導電性向上や耐久性向上等のために、例えば金、パラジウム、タンタル、プラチナ等の別の部材を被覆してもよい。

図５（ｂ）および図５（ｃ）は、図５（ａ）に示したプローブ１０の動作を示す側面図である。プローブ１０は、図５（ａ）に示す初期状態から、半導体装置５の表面電極パッド１８の方向に、つまり矢印で示す−Ｚ軸方向に下降する。図５（ｂ）は、そのプローブ１０のコンタクト部１１が表面電極パッド１８に接触した状態を示す。図５（ｃ）は、プローブ１０がさらに下降し、押し込み部１３が基体設置部１４内にばね部を介して押し込まれた状態を示す。押し込み部１３が押し込まれることにより、プローブ１０のコンタクト部１１は、半導体装置５の表面電極パッド１８と確実に接触する。

ここでは、Ｚ軸方向に摺動性を備えたばね部を内蔵するプローブ１０の動作を説明したが、プローブ１０に摺動性を付与する機構はこれに限るものではない。その機構は、ばね部を外部に備えたものであっても構わない。また、その機構は、スプリング式に限らず、カンチレバー式のコンタクトプローブであっても構わない。なおＺ軸方向に摺動性を有する機構であれば、スプリング式に限らず、積層プローブ、ワイヤープローブ等であっても構わない。

図１および図４に示すように、評価装置１は、ステージ３の主面３ａの上方に絶縁物７をさらに備える。その絶縁物７は、取付板１６に保持される。図３に示すように、絶縁物７は、枠形状を有する。その枠形状が複数のプローブ１０を囲むように、絶縁物７は取付板１６に設置される。また、絶縁物７の枠形状は、評価対象の半導体装置５の外形を取り囲む形状を有する。特に、半導体装置５の評価時に、半導体装置５の活性領域１９を取り囲む形状を有する。本実施の形態１においては、半導体装置５の外形が図２に示すように正方形であるため、絶縁物７の枠形状も図３に示すように四角形を有する。

また、絶縁物７は、複数の絶縁部７ａから構成されてもよい。つまり、１つの絶縁物７が有する枠形状は、複数の絶縁部７ａを組み合わせて構成されても良い。例えば、半導体装置５の外形をなす複数の辺のうち一辺と、絶縁物７を構成する複数の絶縁部７ａのうち一の絶縁部７ａとが対応して、絶縁物７の枠形状は構成される。このように、枠形状が複数の絶縁部７ａで構成されることで、評価装置１は柔軟に多種多様な枠形状を有する絶縁物７を備えることができる。図３に示す絶縁物７は、半導体装置５の四角形をなす各辺に対応して、４つの絶縁部７ａからなる。また、各絶縁部７ａは、互いが隣接する隣接部２９において面接触して設置される。特に、各絶縁部７ａは、半導体装置５の評価時に、隣接部２９において、相互に密接して面接触するよう設置される。

絶縁物７は、図４に示すように、取付板１６の一の面つまり下面に設けられる少なくとも１つの溝部２８に嵌合して設置される。絶縁物７の上部つまり取付板１６側には、その溝部２８に嵌合する突起状の嵌合部２７が設けられる。溝部２８および嵌合部２７により、絶縁物７は取付板１６に着脱可能に固定される。本実施の形態１において、取付板１６には複数の溝部２８が設けられている。各絶縁部７ａに設けられた各嵌合部２７は、その複数の溝部２８の中から選択された１つの溝部２８に嵌合して設置される。図３においては、Ｙ方向に延在する溝部２８ａの数が、Ｘ方向に延在する溝部２８ｂの数よりも多いが、Ｘ方向に延在する多数の溝部２８が設けられても構わない。

絶縁物７は、絶縁性を有する弾性体にて作製される。例えば、絶縁物７は、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムなどで作製されるが、これらに限らない。半導体装置５は、例えば２００℃程度の高温でも評価され得るため、このような温度に耐えうる材質であることが望ましい。フッ素ゴムは、そのような高温における使用が可能である。また、絶縁物７または各絶縁部７ａは、成型加工により作製されることが好ましい。特に、同一形状を有する複数の絶縁部７ａを作製する場合には、成型加工が低コストであり好ましい。

絶縁物７は、図４に示すように、ステージ３の主面３ａ側に、つまり取付板１６側とは反対側に柔軟性を有する先端部２２を含む。図６は、絶縁物７の先端部２２を拡大した断面図である。先端部２２は、ステージ３の主面３ａに向かって先細るテーパー形状を有する。先端部２２は、一方の側面に接触面２３を含む。本実施の形態１においては、接触面２３は、絶縁物７の枠形状の内側に位置する。なお、図６において、＋Ｘ方向が絶縁物７の枠形状の内側である。図７は、半導体装置５の電気的特性の評価時における先端部２２の状態を示す図である。先端部２２は、評価時に、半導体装置５と接触し、その柔軟性により湾曲する。その湾曲方向は、本実施の形態１においては、絶縁物７の枠形状の外側に向かう方向である。なお、図７において、−Ｘ方向が絶縁物７の枠形状の外側である。先端部２２の接触面２３は、先端部２２が枠形状の外側に向かって変形することにより半導体装置５の終端部２０の少なくとも一部に接触する。先端部２２の接触面２３は、半導体装置５の終端部２０の一部のみに接触することが好ましい。

なお、本実施の形態１においては、先端部２２のテーパー形状は、先端部２２が半導体装置５に接触していない状態で、つまり図６に示す状態で、絶縁物７の枠形状の外側に向くよう、やや湾曲していることが好ましい。図７に示す半導体装置５の評価時に、先端部２２が外側に湾曲し、接触面２３が半導体装置５と確実に接触しやすくするためである。

先端部２２の接触面２３には、複数の凹部２５が設けられる。図６および図７に示す先端部２２は、３つの凹部２５を有するが、凹部２５は、絶縁物７の枠形状に沿った溝、例えば図６においてはＹ方向に延在する溝であってもよい。または、接触面２３には、複数の円形状の凹部２５が設けられても良い。さらに、凹部２５の設置個数の増加を目的に、凹部２５は接触面２３に千鳥状またはジグザグ状に配置されてもよい。凹部２５は、接触面２３が半導体装置５の表面５ａから接触が解除される際、接触箇所の異物や接触痕を除去する機能を有する。また、接触面２３の面内に設けた複数の凹部２５は、接触面２３と終端部２０との接触面積の縮小化を図る効果も有する。

図６および図７に示すように、絶縁物７は、先端部２２に少なくとも１つのばね部材２６を含む。なお、前述した図１においては、ばね部材２６の図示は省略している。そのばね部材２６は、接触面２３が位置する先端部２２の一方の側面とは反対側に位置する他方の側面に設けられる。ばね部材２６は、例えば、接着等により先端部２２の他方の側面に設置される。本実施の形態１においては、絶縁物７の枠形状を構成する各辺に、ばね部材２６が個別に設けられる。すなわち、絶縁物７には、複数のばね部材２６が設けられる。各ばね部材２６は、先端部２２のテーパー形状に合わせて、先端部２２が半導体装置５に接触していない状態で外側に向くよう、やや湾曲しておくのがよい。半導体装置５の評価の際に、接触面２３が半導体装置５に接触するように、先端部２２を湾曲させるためである。各ばね部材２６は、板状の形状を有し、先端部２２の側面への設置が容易である。

ばね部材２６は、先端部２２に弾性を付与する。ばね部材２６は、先端部２２の湾曲状態に応じて先端部２２とともに曲がる。先端部２２の接触面２３が半導体装置５の表面５ａに接した状態では、ばね部材２６は曲がった状態を維持する。接触面２３の接触が解放されると、ばね部材２６は、先端部２２の変形を元に戻す。

図８は、絶縁物７の他方の側面に設置されたばね部材２６の一例を示す正面図である。ばね部材２６は、少なくとも１つの第１矩形２６ａと、第１矩形２６ａよりも大きい面積を有する少なくとも１つの第２矩形２６ｂとが、絶縁物７の枠形状の周回方向に交互に接続される形状を有する。また、第１矩形２６ａと第２矩形２６ｂとは、取付板１６側の各一端が同じ高さで接続される。図８に示すばね部材２６の形状は、絶縁物７の一辺に位置する先端部２２のいずれの位置にも、概ね均等な弾性を付与する。また、ばね部材２６の製造方法において、１つの板材から２つのばね部材２６を切り出して作製できる。図９は、２つのばね部材２６が１つの板材に作製された様子を示す。このような製造方法は、板材の無駄を抑制できる。そして、ばね部材２６の低コスト化が可能である。

ばね部材２６の形状は図８に示す形状に限らない。図１０は、ばね部材２６の他の例を示す側面図である。図１０に示すばね部材２６は、絶縁物７の枠形状の各辺において、第２矩形２６ｂよりも大きい面積を有する第３矩形２６ｃが両端に接続された形状を有する。本実施の形態１では、第３矩形２６ｃは、第２矩形２６ｂよりも幅が広い。また、第１矩形２６ａと第２矩形２６ｂと第３矩形２６ｃとは、取付板１６側の各一端が同じ高さで接続される。また、第３矩形２６ｃは、絶縁物７の側面の端部近傍に位置する。図１０に示すばね部材２６は、絶縁物７の枠形状を構成する各辺の両端部分の弾性を強化する。特に、枠形状を構成する各辺の両端には、半導体装置５の表面５ａに接触する際の湾曲を妨げないように、切込み２２ａが設けられている。その場合、切込み２２ａの近傍に位置する先端部２２の弾性が弱くなる。図１０に示すばね部材２６は、先端部２２に切り込み２２ａが設けられている場合でも、第３矩形２６ｃによりその弾性を補う。その補った弾性力により、切り込み２２ａの近傍に位置する先端部２２の動きを、先端部２２の中央部の動きに追随させる。

なお、図８または図１０に示すばね部材２６は、絶縁物７の枠形状を構成する各辺において、一端から他端に渡って設けられているが、一辺の端部のみ、または、一辺の中央部のみに配置される構成であっても良い。

ばね部材２６は、本実施の形態１においては、絶縁物７とは異なる部材で作製される。ばね部材２６は、例えば金属で作製される。その金属とは、例えば、ばね鋼、黄銅、りん青銅など薄厚の板ばねに用いられる金属であるがこれらに限らない。高温条件下での半導体装置５の評価を鑑み、ばね部材２６は、耐熱性を有する樹脂材料、例えばＰＰＳにより作製されてもよい。

次に、実施の形態１に示す半導体装置の評価装置１の動作を説明する。図１１は半導体装置の評価装置１の動作を示すフローチャートである。本実施の形態１のように評価装置１が複数のプローブ１０を有する場合、評価前に、各プローブ１０のコンタクト部１１の平行度を揃える（ステップＳ１）。被測定物である半導体装置５の設置面５ｂをステージ３の主面３ａに固定する（ステップＳ２）。

移動アーム９によりプローブ基体２ごと各プローブ１０を移動させて、各プローブ１０のコンタクト部１１と表面電極パッド１８との接触を行う（ステップＳ３）。絶縁物７の先端部２２は、図７に示すように、半導体装置５と接触し湾曲する。その際、先端部２２の接触面２３は、先端部２２が枠形状の外側に向かって変形することにより半導体装置５の終端部２０の少なくとも一部に押し付けられて接触する（ステップＳ４）。この際、先端部２２の接触面２３は、半導体装置５の終端部２０の一部のみに接触することが好ましい。なおステップＳ４は接触ステップである。このステップＳ４は、ステップＳ３の後またはステップＳ３と同時に行われる。すなわち、絶縁物７と終端部２０との接触は、プローブ１０と表面電極パッド１８との接触に遅れて、またはそれと同時に行われる。これは、プローブ１０と表面電極パッド１８との接触を確実に行うためである。

その後、所望の電気的特性の評価を実施する（ステップＳ５）。なお、ステップＳ５は、評価ステップである。つまり、各プローブ１０を介して半導体装置５に電流を注入して半導体装置の電気的特性を評価する。

ステップＳ５の評価時において、ステージ３の主面３ａの電位と、半導体装置５の設置面５ｂの電位と、半導体装置５の外周面２１の電位とは同電位である。ステージ３が高電位である場合、終端部２０を経て活性領域１９側の表面電極パッド１８が低電位である。それらの電位差により、部分的な放電が生じ得る。しかし、本実施の形態１の評価装置１は、絶縁物７が終端部２０に接した状態で電圧が印加される。絶縁物７が終端部２０に接触していることで、沿面距離が拡大され、放電の発生が抑制される。

放電を抑制するためには、沿面距離の拡大が必要であるものの、終端部２０の全面に絶縁物７を接触させる必要はない。異なる外形、つまりは異なる終端部２０を有した半導体装置５に対応させるために、絶縁物７側の終端部２０との接触面を拡大させることは、サイズの異なる多数の絶縁物７を準備しなくてもよい。しかし、接触面２３と半導体装置５との接触面積が拡大すると、評価の際に、その接触面２３と半導体装置５との間に挟み込まれる異物の増大や、接触により生じる接触痕の面積拡大が懸念される。その結果、この評価工程よりも後の製造工程で、半導体装置５に不具合が発生する確率が高くなる。

そこで本実施の形態１の評価装置１においては、絶縁物７の一部に位置する接触面２３が終端部２０の一部にのみ接する。これにより、評価の際に、挟み込まれる異物、ならびに接触痕の抑制を図っている。図４および図７に示すように、半導体装置５の外周面２１の近くに位置する終端部２０の一部と絶縁物７の接触面２３とが接する。評価装置１は、より高電位側で沿面距離を拡大し、効果的に放電を抑制する。

電気的特性の評価後、移動アーム９によってプローブ基体２を上昇させることにより、先端部２２の接触面２３は、終端部２０から離れる（ステップＳ６）。なお、ステップＳ６は退避ステップである。また、プローブ１０は半導体装置５の表面５ａから離脱する（ステップＳ７）。ステップＳ６において、ばね部材２６の弾性により、接触面２３は、終端部２０に強く擦れながら、半導体装置５の表面５ａから離れる。接触面２３が擦れる位置に異物があれば、凹部２５に挟み込まれて半導体装置５の表面５ａから除去される。また、接触痕の一部も、半導体装置５の表面５ａから拭き取られる。このように、絶縁物７の先端部２２により、半導体装置５の表面５ａはクリーニングされる。なお、ステップＳ７は、ステップＳ６と同時に行われても良いし、ステップＳ６の後に行われても良い。

以上をまとめると、本実施の形態１における半導体装置の評価装置１は、主面３ａに半導体装置５を支持可能なステージ３と、ステージ３の主面３ａの上方に設けられる複数のプローブ１０と、枠形状を有し、枠形状が複数のプローブ１０を囲み、かつ、ステージ３の主面３ａの上方に設けられる絶縁物７と、複数のプローブ１０とステージ３の主面３ａとに接続され、ステージ３の主面３ａに支持される半導体装置５に複数のプローブ１０を介して電流を注入し半導体装置５の電気的特性を評価する評価部４とを備える。絶縁物７は、ステージ３の主面３ａ側に、柔軟性を有する先端部２２を含む。先端部２２は、先端部２２の一方の側面に、先端部２２が枠形状の外側に変形することにより半導体装置５に接触可能な接触面２３を含む。

以上のような構成により、評価装置１は、絶縁物７の一部に設けられた接触面２３が、終端部２０の一部、特に、高電位側で接触する。これにより、評価装置１は、効果的に沿面距離を拡大し、火花放電を抑制する。さらに、終端部２０または半導体装置５の外周面２１の全面ではなく、終端部２０の一部に絶縁物７が接触する。その接触面積が小さいため、絶縁物７の接触による半導体装置５の表面５ａへの異物または接触痕の転写領域が縮小でき、外観不良を抑制する。また、先端部２２が半導体装置５の表面５ａから離脱する際、表面５ａ上の異物を除去する。このように、評価装置１は、半導体装置５の表面５ａへの異物や接触痕の転写を抑制する。

また、半導体装置の評価装置１が備える絶縁物７の枠形状は、複数の絶縁部７ａを組み合わせてなる。このような構成により、絶縁物７は、半導体装置５の外形に合わせて柔軟に多様な枠形状を構成することが可能となる。また、絶縁物７に不具合があれば、不具合品の絶縁部７ａのみ交換可能であり低コストである。

また、半導体装置の評価装置１が含む先端部２２は、弾性体からなる。このような構成により、先端部２２の接触面２３と半導体装置５の表面５ａとの接触が解放されると、先端部２２自らの弾性によりその変形が元に戻る。先端部２２は、その表面５ａから離脱する際、表面５ａをクリーニングする。半導体装置５の表面５ａへの異物や接触痕の転写が抑制される。

また、半導体装置の評価装置１が備える絶縁物７は、先端部２２に設けられ、先端部２２に弾性を付与して先端部２２の変形を元に戻す板状のばね部材２６をさらに含む。このような構成により、先端部２２が絶縁物７から離脱する際、変形つまり湾曲したばね部材２６の弾性力が解放されることで、接触面２３が確実に半導体装置５の表面５ａを擦り、異物除去の効果が向上する。

また、半導体装置の評価装置１が含むばね部材２６の少なくとも一部は、接触面２３が位置する先端部２２の一方の側面とは反対側に位置する先端部２２の他方の側面に設けられる。このような構成により、ばね部材２６の設置および交換が容易である。

また、半導体装置の評価装置１が含むばね部材２６は、少なくとも１つの第１矩形２６ａと、第１矩形２６ａよりも大きい面積を有する少なくとも１つの第２矩形２６ｂとが、絶縁物７の枠形状の周回方向に交互に接続される形状を有する。このような構成を備えるばね部材２６は、絶縁物７の一の辺の先端部２２の全体に、概ね均等な弾性力を加えることが可能となる。また、例えば、第１矩形２６ａの大きさと第２矩形２６ｂの大きさの比率を調整することで、ばね部材２６から先端部２２に印加される弾性力を調整可能である。また、ばね部材２６の製造方法において、材料を効率的に使用でき、低コストである。

また、半導体装置の評価装置１が備える絶縁物７は、複数のばね部材２６をさらに含む。絶縁物７の枠形状は複数の辺からなる。各ばね部材２６は、各辺に設けられ、第２矩形２６ｂよりも大きい面積を有する第３矩形２６ｃが両端に接続される形状を有する。絶縁物７の側面の両端に切込み２２ａがある場合、その両端付近において変形の戻りが抑制され得る。上記の構成を備える絶縁物７は、その両端において弾性力を強化してその戻りを促進する。

また、半導体装置の評価装置１が備える絶縁物７は、複数のばね部材２６をさらに含む。絶縁物７の枠形状は複数の辺からなる。各ばね部材２６は、各辺の端部のみに設けられる。絶縁物７の側面の両端に切込みがある場合、その両端において変形の戻りが抑制され得る。上記の構成を備える絶縁物７は、その両端において弾性力を強化してその戻りを促進する。また、端部のみに設置されるため、ばね部材２６が低コストである。

また、半導体装置の評価装置１が備える絶縁物７は、複数のばね部材２６をさらに含む。絶縁物７の枠形状は複数の辺からなる。各ばね部材２６は、各辺の中央部のみに設けられる。このような構成を有するばね部材２６は長さが短い。よって、ばね部材２６の材料が削減され、低コストである。

また、半導体装置の評価装置１が含むばね部材２６は、金属を含む。このような構成のばね部材２６は、破損しにくい。ばね部材２６の耐久性が向上する。

また、半導体装置の評価装置１が含むばね部材２６は、樹脂を含む。このような構成のばね部材２６は、量産が容易で低コストである。

また、半導体装置の評価装置１が含む先端部２２は、ステージ３の主面３ａに向かって細くなるテーパー形状を有する。このような構成を備える先端部２２は、半導体装置５の表面５ａに接触する際、湾曲が容易である。

また、半導体装置の評価装置１が含む先端部２２は、接触面２３に複数の凹部２５をさらに含む。このような構成により、先端部２２は、凹部２５のエッジで確実に異物を捕らえることができる。その結果、異物除去の効果が向上する。また、接触面２３の接触面積を効果的に縮小する。

また、半導体装置の評価装置１が備える絶縁物７は、シリコーンゴムを含む。このような構成により、絶縁物７は、耐熱性を有し、高温での半導体装置５の評価に使用可能である。また、低硬度な絶縁物７を作製することも可能なため、接触対象である半導体装置５の表面５ａへのダメージを抑制可能である。

また、半導体装置の評価装置１が備える絶縁物７は、フッ素ゴムを含む。このような構成により、絶縁物７は、耐熱性を有し、高温での半導体装置５の評価に使用可能である。

また、半導体装置の評価装置１が備える絶縁物７を保持する取付板１６をさらに備る。絶縁物７は、取付板１６に着脱可能に固定される。このような構成を含む絶縁物７は、取り外しが容易である。評価対象である半導体装置５の形状または寸法に対応する多種多様な絶縁物７が設置可能である。

また、半導体装置の評価装置１が備える絶縁物７は、取付板１６の下面に設けられる溝部２８に嵌合して設置されることにより取付板１６に着脱可能に固定される。このような構成を含む絶縁物７は、取り外しが容易である。

また、本実施の形態１における半導体装置の評価方法は、上記の半導体装置の評価装置１を用いた半導体装置５の評価方法であって、複数のプローブ１０を移動させて、ステージ３の主面３ａに支持された半導体装置５に前記複数のプローブ１０を接触させるステップと、絶縁物７を移動させて、先端部２２の接触面２３を半導体装置５に接触させる接触ステップと、接触ステップの後に、半導体装置５に複数のプローブ１０を介して電流を注入して半導体装置５の電気的特性を評価する評価ステップと、評価ステップの後に、絶縁物７を半導体装置５から遠ざける方向に移動させる退避ステップとを備える。その退避ステップは、先端部２２の接触面２３が、半導体装置５上を擦り、半導体装置５上の異物を除去することを含む。

以上のような半導体装置の評価方法は、評価装置１の絶縁物７の一部に設けられた接触面２３が、終端部２０の一部、特に、高電位側で接触する。これにより、評価装置１は、効果的に沿面距離を拡大し、火花放電を抑制する。さらに、終端部２０または半導体装置５の外周面２１の全面ではなく、終端部２０の一部に絶縁物７が接触する。その接触面積が小さいため、絶縁物７の接触による半導体装置５の表面５ａへの異物または接触痕の転写領域が縮小でき、外観不良を抑制する。また、先端部２２が半導体装置５の表面５ａから離脱する際、表面５ａ上の異物を除去する。このように、評価装置１は、半導体装置５の表面５ａへの異物や接触痕の転写を抑制する。

＜実施の形態２＞
実施の形態２における半導体装置の評価装置を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。図１２は、実施の形態２における評価装置が備える絶縁物７の先端部２２を示す断面図である。本実施の形態２において、絶縁物７が備えるばね部材２６は、先端部２２の内部に設けられる。また、実施の形態１とは異なり、接触面２３が位置する先端部２２の一方の側面は、絶縁物７の枠形状の外側に位置する。なお、図１２において、−Ｘ方向が絶縁物７の枠形状の外側である。さらに、先端部２２のテーパー形状は、先端部２２が半導体装置５に接触していない状態で、絶縁物の枠形状の内側に向くよう、やや湾曲している。半導体装置５の評価時に、先端部２２が内側に湾曲し、接触面２３が半導体装置５と確実に接触しやすくするためである。

また、先端部２２の接触面２３には、保護部材２４が設けられる。保護部材２４は、テフロン（登録商標）によるコーディング等からなるが、これに限るものではない。保護部材２４は、繰り返しの接触に対する耐久性の向上または接触の確実性等を改善する。

図１３は、半導体装置５の電気的特性の評価時における先端部２２の状態を示す図である。先端部２２は、評価時に、半導体装置５と接触し、その柔軟性により湾曲する。その湾曲方向は、実施の形態１とは異なり、絶縁物７の枠形状の内側に向かう方向である。なお、図１３において、＋Ｘ方向が絶縁物７の枠形状の内側である。先端部２２の接触面２３は、先端部２２が枠形状の内側に向かって変形することにより半導体装置５の終端部２０の少なくとも一部に接触する。先端部２２の接触面２３は、半導体装置５の終端部２０の一部のみに接触することが好ましい。

以上のように、本実施の形態２における半導体装置の評価装置において、先端部２２は、その先端部２２の一方の側面に、先端部２２が枠形状の内側に変形することにより半導体装置５に接触可能な接触面２３を含む。その先端部２２の接触面２３が位置する先端部２２の一方の側面は、絶縁物７の枠形状の外側に位置する。また、半導体装置の評価装置が含む先端部２２のテーパー形状は、絶縁物７の枠形状の内側に傾く。

評価装置は、先端部２２のテーパー形状が内側に傾いていることにより、先端部２２の接触面２３が終端部２０から離れる際、先端部２２は異物を半導体装置５の外側に掃き出す。例えば、接触面２３に設けられた凹部２５に一度挟み込まれた異物が、その凹部２５から表面５ａ上に落下したとしても、先端部２２がその湾曲により半導体装置５の外側に掃き出す。これにより、実施の形態２の評価装置は、半導体装置５の表面５ａに異物が残存することを抑制する。

また、実施の形態２における半導体装置の評価装置が含むばね部材２６は、先端部２２の内部に設けられる。先端部２２の内部に設置されたばね部材２６は、実施の形態１に示したばね部材２６よりも、接触面２３に近い。よって、そのばね部材２６が付与する弾性力により、接触面２３は確実に強く半導体装置５の表面５ａを擦ることが可能となる。

また、実施の形態２における半導体装置の評価装置が備える絶縁物７は、先端部２２の接触面２３に保護部材２４をさらに含む。このような構成により、評価装置は、保護部材２４によって絶縁物７の接触面２３の劣化や汚れ等を防止し保護するだけでなく、半導体装置５の５ａ表面も保護する。

＜実施の形態３＞
実施の形態３における半導体装置の評価装置を説明する。なお、実施の形態１または実施の形態２と同様の構成および動作については説明を省略する。図１４は、実施の形態３における評価装置が備えるステージ３および取付板１６の周辺の構成を示す断面図である。実施の形態３における絶縁物７は、取付板１６に設けられる貫通孔３０に嵌合して設置される。それにより絶縁物７は取付板１６に着脱可能に固定される。絶縁物７の上部つまり取付板１６側には、その貫通孔３０に嵌合する突起状の嵌合部２７が設けられる。貫通孔３０による絶縁物７の設置は、絶縁物７の取り外しを容易とする。つまり、取付板１６において絶縁物７が設置された面とは反対側の面から、絶縁物７の嵌合部２７を押し出して取り外すことができる。

貫通孔３０は、絶縁物７の枠形状に対応して取付板１６の全周に渡り設けられる必要はない。図１５は、取付板１６の一部を示す平面図である。絶縁物７の上部かつ枠形状の輪郭の一部に設けられる嵌合部２７に嵌合するよう、貫通孔３０は取付板１６の一部に設けられる。貫通孔３０は、例えば、絶縁物７の枠形状を構成する各絶縁部７ａの長手方向の一部にのみ設けられる嵌合部２７と対応するものであってもよい。絶縁物７が設けられる側に位置する取付板１６の被設置面において、貫通孔３０の面積が縮小されるため、貫通孔のない領域内の電気配線のレイアウトの自由度が向上する。

また、図１５に示すように、絶縁物７は、各絶縁部７ａが互いに接する隣接部２９において、各絶縁部７ａが互いに嵌合して固定される固定部３２を含む。具体的には、一方の絶縁部７ａに設けられた凹部と他方の絶縁部７ａに設けられた凸部とが嵌合される。絶縁物７を構成する各絶縁部７ａが互いに嵌合して固定されることで、半導体装置５の表面５ａに絶縁物７の先端部２２を押し付けて接触させる際、各隣接部２９に隙間が生じることを抑制できる。上記の嵌合による固定部３２を設ける位置は、評価時に、半導体装置５の近い位置であることが望ましい。上記の隙間が生じることを回避すべき位置は、沿面距離を拡大すべき半導体装置５の近傍だからである。また絶縁物７は、１つの隣接部２９において、複数の固定部３２を含んでも良い。

＜実施の形態４＞
実施の形態４における半導体装置の評価装置を説明する。なお、実施の形態１から実施の形態３のいずれかの実施の形態と同様の構成および動作については説明を省略する。図１６は、実施の形態４における評価装置が備える絶縁物７の先端部２２を示す断面図である。実施の形態４の絶縁物７は、ばね部材２６に代えて、少なくとも１つの弾性部３３を含む。その弾性部３３の少なくとも一部は、接触面２３が位置する先端部２２の一方の側面とは反対側に位置する他方の側面に設けられる。弾性部３３は、先端部２２が有する硬さとは異なる硬さを有する弾性材料が付加されてなる。例えば、弾性部３３は、先端部２２の側面に弾性材料が接合されてなる。その弾性材料は、絶縁物７、特に先端部２２よりも硬い。またその弾性材料は、絶縁性を有する。弾性部３３は、先端部２２に弾性を付与して先端部２２の変形を元に戻す。弾性材料は、絶縁物７または先端部２２と硬さが異なる材料であればよいが、同種材料であることが好ましい。異種材料の接合よりも、同種材料の接合のほうが容易である。また、廃棄の際の分別も容易である。しかし、弾性材料は、同種材料に限るものではない。

このような構成を備える評価装置は、絶縁物７の離脱時に、硬い弾性部３３の湾曲すなわち変形が解放されることで、接触面２３が確実に半導体装置５の表面５ａを擦る。その結果、異物除去の効果が向上する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１ 評価装置、３ ステージ、３ａ 主面、４ 評価部、５ 半導体装置、５ａ 表面、５ｂ 設置面、７ 絶縁物、７ａ 絶縁部、１０ プローブ、１６ 取付板、１７ ソケット、１８ 表面電極パッド、２２ 先端部、２３ 接触面、２３ ばね部材、２４ 保護部材、２５ 凹部、２６ ばね部材、２６ａ 第１矩形、２６ｂ 第２矩形、２６ｃ 第３矩形、２７ 嵌合部、２８ 溝部、３０ 貫通孔、３３ 弾性部。

Claims (24)

1. 主面に半導体装置を支持可能なステージと、
   前記ステージの前記主面の上方に設けられる複数のプローブと、
   枠形状を有し、前記枠形状が前記複数のプローブを囲み、かつ、前記ステージの前記主面の上方に設けられる絶縁物と、
   前記複数のプローブと前記ステージの前記主面とに接続され、前記ステージの前記主面に支持される前記半導体装置に前記複数のプローブを介して電流を注入し前記半導体装置の電気的特性を評価する評価部とを備え、
   前記絶縁物は、前記ステージの前記主面側に、柔軟性を有する先端部を含み、
   前記先端部は、前記先端部の一方の側面に、前記先端部が前記枠形状の内側または外側に変形することにより前記半導体装置に接触可能な接触面を含む半導体装置の評価装置。
2. 前記絶縁物の前記枠形状は、複数の絶縁部を組み合わせてなる請求項１に記載の半導体装置の評価装置。
3. 前記先端部は、弾性体からなる請求項１または請求項２に記載の半導体装置の評価装置。
4. 前記絶縁物は、前記接触面が位置する前記先端部の前記一方の側面とは反対側に位置する前記先端部の他方の側面に、前記先端部が有する硬さとは異なる硬さを有する弾性材料が付加されてなり、前記先端部に弾性を付与して前記先端部の変形を元に戻す弾性部をさらに含む請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
5. 前記絶縁物は、前記先端部に設けられ、前記先端部に弾性を付与して前記先端部の変形を元に戻す板状のばね部材をさらに含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
6. 前記ばね部材は、前記先端部の内部に設けられる請求項５に記載の半導体装置の評価装置。
7. 前記ばね部材は、前記接触面が位置する前記先端部の前記一方の側面とは反対側に位置する前記先端部の他方の側面に設けられる請求項５または請求項６に記載の半導体装置の評価装置。
8. 前記ばね部材は、少なくとも１つの第１矩形と、前記第１矩形よりも大きい面積を有する少なくとも１つの第２矩形とが、前記絶縁物の前記枠形状の周回方向に交互に接続される形状を有する請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
9. 前記絶縁物は、複数の前記ばね部材をさらに含み、
   前記絶縁物の前記枠形状は複数の辺からなり、
   各前記ばね部材は、各前記辺に設けられ、前記第２矩形よりも大きい面積を有する第３矩形が両端に接続される形状を有する請求項８に記載の半導体装置の評価装置。
10. 前記絶縁物は、複数の前記ばね部材をさらに含み、
    前記絶縁物の前記枠形状は複数の辺からなり、
    各前記ばね部材は、各前記辺の端部のみに設けられる請求項５から請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
11. 前記絶縁物は、複数の前記ばね部材をさらに含み、
    前記絶縁物の前記枠形状は複数の辺からなり、
    各前記ばね部材は、各前記辺の中央部のみに設けられる請求項５から請求項９のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
12. 前記ばね部材は、金属を含む請求項５から請求項１１のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
13. 前記ばね部材は、樹脂を含む請求項５から請求項１１のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
14. 前記先端部は、前記ステージの前記主面に向かって細くなるテーパー形状を有する請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
15. 前記先端部のテーパー形状は、前記絶縁物の前記枠形状の内側に傾き、
    前記先端部の前記接触面が位置する前記先端部の前記一方の側面は、前記絶縁物の前記枠形状の外側に位置する請求項１４に記載の半導体装置の評価装置。
16. 前記先端部は、前記接触面に複数の凹部をさらに含む請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
17. 前記絶縁物は、シリコーンゴムを含む請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
18. 前記絶縁物は、フッ素ゴムを含む請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
19. 前記絶縁物は、前記先端部の前記接触面に保護部材をさらに含む請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
20. 前記絶縁物を保持する取付板をさらに備え、
    前記絶縁物は、前記取付板に着脱可能に固定される請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置。
21. 前記絶縁物は、前記取付板の下面に設けられる溝部に嵌合して設置されることにより前記取付板に着脱可能に固定される請求項２０に記載の半導体装置の評価装置。
22. 前記絶縁物は、前記取付板に設けられる貫通孔に嵌合して設置されることにより前記取付板に着脱可能に固定される請求項２０に記載の半導体装置の評価装置。
23. 前記貫通孔は、前記絶縁物の前記枠形状の輪郭の一部に設けられる嵌合部に嵌合するよう、前記取付板の一部に設けられる請求項２２に記載の半導体装置の評価装置。
24. 請求項１から請求項２３のいずれか一項に記載の半導体装置の評価装置を用いた半導体装置の評価方法であって、
    前記複数のプローブを移動させて、前記ステージの前記主面に支持された前記半導体装置に接触させるステップと、
    前記絶縁物を移動させて、前記先端部の前記接触面を前記半導体装置に接触させる接触ステップと、
    前記接触ステップの後に、前記半導体装置に前記複数のプローブを介して電流を注入して前記半導体装置の電気的特性を評価する評価ステップと、
    前記評価ステップの後に、前記絶縁物を前記半導体装置から遠ざける方向に移動させる退避ステップとを備え、
    前記退避ステップにおいて、前記先端部の前記接触面が、前記半導体装置上を擦り、前記半導体装置上の異物を除去することを含む半導体装置の評価方法。

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