WO2014112215A1 - 耐圧測定装置および耐圧測定方法 - Google Patents

耐圧測定装置および耐圧測定方法 Download PDF

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voltage
probe
container
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光彦 酒井
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住友電気工業株式会社
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    • G01R31/286—External aspects, e.g. related to chambers, contacting devices or handlers

Definitions

  • the present invention relates to a withstand voltage measuring apparatus and a withstand voltage measuring method, and more particularly to a withstand voltage measuring apparatus and a withstand voltage measuring method for measuring the withstand voltage of a semiconductor element formed on a semiconductor substrate.
  • withstand voltage is one of the important characteristics. Therefore, in the semiconductor device manufacturing method, the breakdown voltage of the semiconductor element formed on the semiconductor substrate may be measured. When the conditions of the withstand voltage measurement are inappropriate, the semiconductor element may be destroyed by the occurrence of creeping discharge from the measurement probe on the semiconductor substrate. Therefore, it is required to prevent such discharge.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-322961 discloses a method in which an inert liquid such as Fluorinart (trademark) or an inert gas is placed in a test tank having an open side where a probe is disposed.
  • the handling of the inert liquid is complicated. For example, it may be necessary to replenish the evaporated liquid, prevent liquid spillage during transportation of the semiconductor substrate, and remove the inert liquid from the semiconductor substrate after the pressure resistance measurement.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to sufficiently prevent creeping discharge from the probe at the time of withstand voltage measurement by a simple method.
  • the breakdown voltage measuring device of the present invention is for measuring the breakdown voltage of a semiconductor element.
  • the semiconductor element is formed on a semiconductor substrate and has an electrode part.
  • the pressure-resistant measuring device has an airtight container, a stage, a probe, an introduction port, and a discharge port.
  • the stage is provided in an airtight container and supports the semiconductor substrate.
  • the probe is for obtaining an electrical connection with the electrode part by contacting the electrode part.
  • the probe is provided in the airtight container and is configured to be movable relative to the stage.
  • the introduction port is for introducing gas into the hermetic container and is provided in the hermetic container.
  • the discharge port is for discharging gas from the hermetic container and is provided in the hermetic container.
  • the atmosphere in the hermetic container can be adjusted by gas replacement using the inlet and outlet.
  • the atmosphere around the probe can be easily and sufficiently managed. Therefore, creeping discharge from the probe can be sufficiently prevented by a simple method.
  • the pressure-resistant measuring device may have a heating unit for heating the semiconductor substrate. Water can be removed from the semiconductor substrate by heating by the heating unit. Therefore, creeping discharge can be prevented more reliably.
  • the pressure-resistant measuring device may have a detection unit for detecting the dew point temperature in the airtight container.
  • the detection unit By using the detection unit, it is possible to manage more reliably so that the amount of moisture on the semiconductor substrate does not become excessively large. Therefore, creeping discharge can be prevented more reliably.
  • each of the introduction port and the discharge port may have a valve.
  • the withstand voltage measuring device may have a voltage source connected to the probe and capable of generating a voltage of 600 V or more. Thereby, a high voltage of 600 V or more can be used for the withstand voltage measurement. Even when such a high voltage is used, creeping discharge is sufficiently prevented according to the pressure resistance measuring device.
  • the hermetic container may have a window that transmits light so that the position of the semiconductor element can be observed from the outside of the hermetic container. Accordingly, the position of the semiconductor element can be observed from the outside of the hermetic container while maintaining the hermeticity of the hermetic container.
  • the breakdown voltage measuring method of the present invention is for measuring the breakdown voltage of a semiconductor element.
  • the semiconductor element is formed on a semiconductor substrate and has an electrode part.
  • the breakdown voltage measuring method includes the following steps. A semiconductor substrate is supported in the hermetic container. Next, a voltage is supplied to the probe while the probe is brought into contact with the electrode portion.
  • the atmosphere around the probe can be easily and sufficiently managed by using an airtight container. Therefore, creeping discharge from the probe can be sufficiently prevented by a simple method.
  • the semiconductor substrate may be heated after the step of supporting the semiconductor substrate and before the step of supplying a voltage to the probe. Thereby, moisture is removed from the semiconductor substrate by heating. Therefore, creeping discharge can be prevented more reliably.
  • an inert gas is introduced into the hermetic container from the inlet provided in the hermetic container, and the gas in the hermetic container from the outlet provided in the hermetic container.
  • the atmosphere in the hermetic container may be an inert gas atmosphere.
  • the dew point temperature in the hermetic container is detected, and according to the result, the space between each of the inlet and the outlet and the hermetic container may be closed. Thereby, the gas replacement in the hermetic container can be stopped while preventing the outside air from flowing into the hermetic container. Therefore, creeping discharge can be prevented even in a state where gas replacement is stopped.
  • heating of the semiconductor substrate may be started after the step of supporting the semiconductor substrate and before the step of supplying a voltage to the probe.
  • the heating of the semiconductor substrate may be stopped after the step of setting the atmosphere in the hermetic container to an inert gas atmosphere and before the step of detecting the dew point temperature in the hermetic container.
  • creeping discharge from the probe can be sufficiently prevented by a simple method.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows schematically the structure of the pressure
  • the withstand voltage measuring apparatus 100 is for measuring the withstand voltage of a semiconductor element formed on a wafer 200 (semiconductor substrate).
  • a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) element 210 semiconductor element formed on the wafer 200 includes a drain electrode 221, a source electrode 222 (electrode part), and a gate electrode 223. And have.
  • the pressure resistance measuring apparatus 100 includes an airtight container 110, a camera 112, a stage 120, a probe 130, a voltage source 134, a gate control unit 135, an introduction port 140 (introduction unit), and a discharge port 150. (Discharge port), heater 160 (heating unit), and sensor 170 (detection unit).
  • the “airtight container” is a container having at least airtightness that can control the dew point temperature independently from the outside. Therefore, the airtightness that the vacuum vessel has is not always necessary. In other words, strict airtightness that can substantially prevent leakage even under a large pressure difference of about atmospheric pressure is not always necessary. On the other hand, in the absence of such a pressure difference, airtightness that prevents easy passage of airflow between the inside and outside of the container is necessary. For example, it has airtightness equivalent to or higher than that of a general desiccator. It is desirable.
  • the material of the hermetic container is preferably a metal or a resin, such as stainless steel or an acrylic resin.
  • the stage 120 is provided in the hermetic container 110 and is for supporting the wafer 200.
  • the stage may have a vacuum chuck 121 for fixing the wafer 200.
  • the probe 130 is provided in the airtight container 110.
  • One of the functions of the probe 130 is to obtain an electrical connection with the source electrode 222 by contacting the source electrode 222.
  • the probe 130 may have a base 131 and needles 132 and 133, for example. Each of the needles 132 and 133 is for obtaining an electrical connection with the source electrode 222 and the gate electrode 223, and is attached to the base 131.
  • the stage 120 is provided on the moving mechanism 122 so as to be movable in the airtight container 110. Accordingly, the stage 120 and the probe 130 are configured to be relatively displaceable. In other words, the probe 130 is configured to be movable relative to the stage 120.
  • the moving mechanism 122 is preferably a so-called XYZ stage that enables three-dimensional displacement.
  • the introduction port 140 is provided in the hermetic container 110 and is for introducing gas into the hermetic container 110.
  • the discharge port 150 is provided in the hermetic container 110 and is for discharging gas from the hermetic container 110.
  • Each of the inlet 140 and the outlet 150 has gate valves 141 and 151.
  • the heater 160 is for heating the wafer 200.
  • the heater 160 is disposed in the hermetic container 110 and may be disposed in the stage 120.
  • a heater power supply 161 disposed outside the hermetic container 110 may be connected to the heater 160.
  • the sensor 170 is provided in the hermetic container 110 in order to detect the dew point temperature in the hermetic container 110.
  • the sensor 170 may be a dew point thermometer designed specifically for direct measurement of the dew point temperature, or has a thermometer and a hygrometer to calculate the dew point temperature from the temperature and humidity. May be.
  • the sensor 170 may be connected to a reading unit 171 provided outside the hermetic container 110.
  • the voltage source 134 is connected to the probe 130. Specifically, the voltage source 134 is connected to apply a voltage between the needle 132 of the probe 130 and the stage 120.
  • the voltage that can be generated by the voltage source 134 is preferably about 600 V or more, more preferably about 1 kV or more, and further preferably about 3 kV or more.
  • the gate control unit 135 is connected so as to apply a voltage between the needles 132 and 133 of the probe 130.
  • the gate controller 135 only needs to be capable of generating a voltage that can control the gate voltage of the MOSFET element 210.
  • the gate controller 135 can be omitted when gate voltage control is not required as in a diode.
  • the hermetic container 110 has a window 111 that transmits light so that the position of the MOSFET element 210 can be observed from the outside of the hermetic container 110.
  • the window 111 is made of a material that transmits light to a sufficient extent for this purpose, for example, glass or transparent resin.
  • the window 111 is preferably provided with a light shielding portion (not shown) for performing light shielding so that light does not enter through the window 111 during pressure resistance measurement.
  • This light-shielding portion is, for example, a cover that can be attached and detached outside the window 111 or a shutter provided outside or inside the window 111.
  • the camera 112 is arranged so that the wafer 200 can be observed through the window 111 as indicated by a broken line in FIG. The camera may be provided in the airtight container 110, and in this case, the window 111 is not necessary.
  • the wafer 200 is supported in the hermetic container 110 (FIG. 4: Step S11). Specifically, the wafer 200 is carried into the hermetic container 110 and further placed on the stage 120. As a result, the potential of the drain electrode 221 located on the back surface of the wafer 200 becomes the potential of the stage 120. Further, the wafer 200 is fixed to the stage 120. This fixing can be performed by the vacuum chuck 121.
  • a voltage is supplied to the probe 130 while the probe 130 is in contact with the source electrode 222 (FIG. 4: step S17).
  • a voltage is supplied between the needle 132 of the probe 130 and the stage 120.
  • a voltage for measuring the withstand voltage is applied between the drain electrode 221 and the source electrode 222 of the MOSFET element 210. This voltage is about 600V or more, for example.
  • the gate voltage is adjusted by the gate controller 135 as necessary. Thereby, the breakdown voltage of the MOSFET element 210 is measured.
  • the wafer 200 may be heated after the step of supporting the wafer 200 (FIG. 4: step S11) and before the step of supplying voltage to the probe 130 (FIG. 4: step S17) (see FIG. 4).
  • the lower limit of the heating temperature of the wafer 200 is preferably about 50 ° C. or higher, and more preferably about 100 ° C. or higher.
  • the upper limit of the heating temperature of the wafer 200 is preferably about 200 ° C. or less, more preferably about 150 ° C. or less.
  • an inert gas is introduced into the hermetic container 110 from the inlet 140 provided in the hermetic container 110, and is provided in the hermetic container 110.
  • the atmosphere in the airtight container 110 may be changed to an inert gas atmosphere (FIG. 4: step S13).
  • the inert gas is, for example, N 2 gas, SF 6 gas, or a rare gas.
  • Ar gas is particularly suitable as the rare gas.
  • the dew point temperature in the hermetic container 110 may be detected (FIG. 4: step S15). Then, depending on the result of the step of detecting the dew point temperature, that is, the detected dew point temperature, the space between the inlet 140 and the outlet 150 and the airtight container 110 may be closed by the gate valves 141 and 151 (FIG. 4: Step S16). Specifically, the gate valves 141 and 151 may be closed when the dew point temperature becomes equal to or lower than a predetermined temperature.
  • the lower limit of the predetermined dew point temperature is preferably about ⁇ 150 ° C. or more, more preferably about ⁇ 100 ° C. or more.
  • the upper limit of the predetermined dew point temperature is preferably about 0 ° C. or less, more preferably about ⁇ 20 ° C. or less.
  • the atmosphere in the hermetic container 110 can be adjusted by gas replacement using the inlet 140 and the outlet 150.
  • the atmosphere around the probe 130 can be managed easily and sufficiently. Therefore, creeping discharge from the probe 130 can be sufficiently prevented by a simple method.
  • Water can be removed from the wafer 200 by heating with the heater 160. Therefore, creeping discharge can be prevented more reliably.
  • the sensor 170 it is possible to more reliably manage the amount of water on the wafer 200 so that it does not become excessively large. Therefore, creeping discharge can be prevented more reliably.
  • the creeping measurement apparatus 100 can sufficiently prevent creeping discharge.
  • This voltage can be 1 kV or more, and can be about 3 kV or more.
  • the position of the MOSFET element 210 can be observed from the outside of the hermetic container 110 while maintaining the hermeticity of the hermetic container 110 through the window 111.
  • the atmosphere around the probe 130 can be easily and sufficiently managed by using the airtight container 110. Therefore, creeping discharge from the probe 130 can be sufficiently prevented by a simple method.
  • the wafer 200 may be heated (FIG. 4: step). S12). Thereby, moisture is removed from the wafer 200 by heating. Therefore, creeping discharge can be prevented more reliably.
  • the atmosphere in the hermetic container 110 may be an inert gas atmosphere (FIG. 4: step S13).
  • the dew point temperature in the airtight container 110 may be detected (FIG. 4: step S15), and the space between each of the inlet 140 and the outlet 150 and the airtight container 110 may be closed according to this result ( FIG. 4: Step S16).
  • the gas replacement in the airtight container 110 can be stopped while preventing the outside air from flowing into the airtight container 110. Therefore, creeping discharge can be prevented even in a state where gas replacement is stopped.
  • heating of the wafer 200 may be started (FIG. 4). : Step S12).
  • the wafer 200 The heating may be stopped (FIG. 4: step S14).
  • the needles 132 and 133 of the probe 130 extend in the thickness direction of the wafer 200. Thereby, each of the needles 132 and 133 can be brought into contact with the source electrode 222 and the gate electrode 223 with a strong force. Therefore, the electrical connection of the probe 130 becomes more reliable.
  • a probe 130V (FIG. 6) may be used instead of the probe 130.
  • the needles 132 ⁇ / b> V and 133 ⁇ / b> V included in the probe 130 ⁇ / b> V extend in a direction inclined with respect to the thickness direction of the wafer 200. Thereby, each of the needles 132V and 133V can be brought into contact with the source electrode 222 and the gate electrode 223 without applying excessive force. Therefore, the occurrence of damage to the source electrode 222 and the gate electrode 223 due to the contact of the probe 130 can be suppressed.
  • the present embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, the wafer 200 is not placed directly on the stage 120, but instead the tray 301 containing the wafer 200 is placed. Even in this case, substantially the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the tray 301 is preferably made of a conductor so that the electrical connection can be made through the tray 301.
  • an inert liquid 302 may be placed in the tray 301 so that the surface of the wafer 200 is covered.
  • the semiconductor element is not limited to the MOSFET, but may be a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) element.
  • the semiconductor element may be a transistor element other than the MISFET element, and may be, for example, a JFET (Junction Field Effect Transistor) element or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element.
  • the semiconductor element is not limited to a transistor element, and may be a diode element, for example.
  • the semiconductor element is not limited to an element having a single function such as a transistor function or a diode function, and may be a module having a plurality of functions.
  • the electrode portion corresponds to an electrode other than the source electrode.
  • the semiconductor element is not limited to a vertical element having a pair of main electrodes to which different potentials are applied by a voltage source on the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate. That is, the semiconductor element may be a lateral element having both a pair of main electrodes on one surface of the semiconductor substrate. In this case, a voltage for measuring the withstand voltage can be applied between the pair of main electrodes only by the probe without passing through the stage.
  • 100 pressure-resistant measuring device 110 airtight container, 111 window, 112 camera, 120 stage, 121 vacuum chuck, 122 moving mechanism, 130, 130V probe, 131 base, 132, 132V needle, 134 voltage source, 135 gate control unit, 140 introduction Mouth (introduction part), 141, 151 gate valve (valve), 150 outlet (discharge part), 160 heater (heating part), 161 heater power supply, 170 sensor (detection part), 171 reading part, 200 wafer (semiconductor substrate) ), 210 MOSFET element (semiconductor element), 221 drain electrode, 222 source electrode (electrode part), 223 gate electrode, 301 tray, 302 inert liquid.

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Abstract

　耐圧測定装置（１００）は、半導体基板（２００）に形成されかつ電極部（２２２）を有する半導体素子（２１０）の耐圧を測定するためのものである。ステージ（１２０）は、気密容器（１１０）内に設けられており、半導体基板（２００）を支持するためのものである。プローブ（１３０）は、気密容器（１１０）内に設けられステージ（１２０）に対して相対的に移動可能に構成されており、電極部（２２２）に接触することによって電極部（２２２）との電気的接続を得るためのものである。導入部（１４０）は、気密容器（１１０）に設けられており、気密容器（１１０）内にガスを導入するためのものである。排出部（１５０）は、気密容器（１１０）に設けられており、気密容器（１１０）からガスを排出するためのものである。

Description

耐圧測定装置および耐圧測定方法
　この発明は、耐圧測定装置および耐圧測定方法に関し、より特定的には、半導体基板に形成された半導体素子の耐圧を測定するための、耐圧測定装置および耐圧測定方法に関する。
　半導体装置、特に電力用半導体装置にとって、耐圧は重要な特性のひとつである。よって、半導体装置の製造方法において、半導体基板に形成された半導体素子の耐圧が測定されることがある。耐圧測定の条件が不適切な場合、半導体基板上において測定用プローブから沿面放電が生じることで半導体素子が破壊されることがある。よってこのような放電を防止することが求められる。特開平５－３２２９６１号公報によれば、プローブが配置される側が開放された試験槽に、フロリナート（商標）などの不活性液体、または不活性ガスを入れる方法が開示されている。
特開平５－３２２９６１号公報
　上記公報に記載の技術において不活性液体が用いられる場合、不活性液体の扱いが煩雑であった。たとえば、蒸発した液体の補充、半導体基板の搬送時における液体のこぼれの防止、および、耐圧測定後の半導体基板からの不活性液体の除去が必要なことがあった。
　上記公報に記載の技術において不活性ガスが用いられる場合、試験槽の開放部分に起因した問題があった。たとえば、試験槽内への水蒸気の混入によって、沿面放電の発生が十分に防止されなくなる場合があった。また、試験槽外への不活性ガスの漏洩による作業環境への影響に留意する必要があるという煩雑さがあった。
　この発明は、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、この発明の目的は、耐圧測定の際のプローブからの沿面放電を簡易な方法で十分に防止することである。
　本発明の耐圧測定装置は、半導体素子の耐圧を測定するためのものである。半導体素子は、半導体基板に形成されており、かつ電極部を有するものである。耐圧測定装置は、気密容器と、ステージと、プローブと、導入口と、排出口とを有する。ステージは、気密容器内に設けられており、半導体基板を支持するためのものである。プローブは、電極部に接触することによって電極部との電気的接続を得るためのものである。プローブは、気密容器内に設けられており、ステージに対して相対的に移動可能に構成されている。導入口は、気密容器内にガスを導入するためのものであり、気密容器に設けられている。排出口は、気密容器からガスを排出するためのものであり、気密容器に設けられている。
　この耐圧測定装置によれば、導入口および排出口を用いたガス置換により気密容器内の雰囲気を調整することができる。これによりプローブ周囲の雰囲気を容易かつ十分に管理することができる。よってプローブからの沿面放電を簡易な方法で十分に防止することができる。
　上記耐圧測定装置は、半導体基板を加熱するための加熱部を有してもよい。加熱部による加熱によって半導体基板上から水分を除去することができる。よって沿面放電をより確実に防止することができる。
　上記耐圧測定装置は、気密容器内の露点温度を検出するための検出部を有してもよい。検出部を用いることで、半導体基板上の水分量が過度に大きくならないよう、より確実に管理することができる。よって沿面放電をより確実に防止することができる。
　上記耐圧測定装置において、導入口および排出口の各々は弁を有してもよい。弁を気密容器内のガス置換が行なわれた後に閉じることで、ガス置換後に気密容器内へ外部の大気が流入しないようにすることができる。よって沿面放電を、ガス置換を停止した状態においても防止することができる。
　上記耐圧測定装置は、プローブに接続され６００Ｖ以上の電圧を発生可能な電圧源を有してもよい。これにより耐圧測定に６００Ｖ以上の高い電圧を用いることができる。そのような高い電圧が用いられる場合でも、上記耐圧測定装置によれば沿面放電が十分に防止される。
　上記耐圧測定装置において気密容器は、気密容器の外部から半導体素子の位置が観測可能となるように、光を透過する窓を有してもよい。これにより、気密容器の気密性を保ちつつ、半導体素子の位置を気密容器の外部から観測することができる。
　本発明の耐圧測定方法は、半導体素子の耐圧を測定するためのものである。半導体素子は、半導体基板に形成されており、かつ電極部を有するものである。耐圧測定方法は次の工程を有する。気密容器内に半導体基板が支持される。次に、電極部にプローブが接触させられつつプローブに電圧が供給される。
　この耐圧測定方法によれば、気密容器が用いられることにより、プローブ周囲の雰囲気を容易かつ十分に管理することができる。よって、プローブからの沿面放電を簡易な方法で十分に防止することができる。
　上記耐圧測定方法において、半導体基板を支持する工程の後、かつ、プローブに電圧を供給する工程の前に、半導体基板が加熱されてもよい。これにより、加熱によって半導体基板上から水分が除去される。よって沿面放電をより確実に防止することができる。
　上記耐圧測定方法において、半導体基板を支持する工程の後に、気密容器に設けられた導入口から気密容器内に不活性ガスを導入し、かつ気密容器に設けられた排出口から気密容器内のガスを排出することによって、気密容器内の雰囲気が不活性ガス雰囲気とされてもよい。気密容器内の露点温度が検出され、その結果に応じて、導入口および排出口の各々と気密容器との間が閉じられてもよい。これにより、気密容器内へ外部の大気が流入しないようにしつつ、気密容器内のガス置換を停止することができる。よって沿面放電を、ガス置換を停止した状態においても防止することができる。
　上記耐圧測定方法において、半導体基板を支持する工程の後、かつ、プローブに電圧を供給する工程の前に、半導体基板の加熱が開始されてもよい。気密容器内の雰囲気を不活性ガス雰囲気とする工程の後、かつ、気密容器内の露点温度を検出する工程の前に、半導体基板の加熱が停止されてもよい。これにより、加熱による水分除去を完了した後に耐圧測定が行われる際に、半導体基板上の水分量が過度に大きくならないよう、より確実に管理することができる。よって沿面放電をより確実に防止することができる。
　上述したようにこの発明によれば、プローブからの沿面放電を簡易な方法で十分に防止することができる。
本発明の実施の形態１における耐圧測定装置の構成を概略的に示す断面図である。 半導体素子が形成された半導体基板の構成の例を示す平面図である。 半導体素子が形成された半導体基板の構成の例を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態１における耐圧測定方法のフロー図である。 本発明の実施の形態１における耐圧測定方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。 図５に示す工程の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２における耐圧測定方法の一工程を概略的に示す部分断面図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
　（実施の形態１）
　図１に示すように、耐圧測定装置１００は、ウエハ２００（半導体基板）に形成された半導体素子の耐圧を測定するためのものである。図２および図３に示すように、ウエハ２００に形成されたＭＯＳＦＥＴ（Metal　Oxide　Semiconductor　Field　Effect　Transistor）素子２１０（半導体素子）は、ドレイン電極２２１と、ソース電極２２２（電極部）と、ゲート電極２２３とを有する。
　耐圧測定装置１００（図１）は、気密容器１１０と、カメラ１１２と、ステージ１２０と、プローブ１３０と、電圧源１３４と、ゲート制御部１３５と、導入口１４０（導入部）と、排出口１５０（排出口）と、ヒータ１６０（加熱部）と、センサ１７０（検出部）とを有する。
　ここで「気密容器」とは、その外部から独立して露点温度を管理できる程度の気密性を少なくとも有する容器である。よって、真空容器が有するほどの気密性は必ずしも必要ではない。言い換えれば、大気圧程度の大きな圧力差の下でもリークを実質的に防止することができるような厳密な気密性は必ずしも必要ではない。逆に、そのような圧力差がない場合に容器の内外間での気流の容易な通過を防止する程度の気密性は必要であり、たとえば、一般的なデシケータ程度あるいはそれ以上の気密性を有することが望ましい。気密容器の材料は、好ましくは金属または樹脂であり、たとえばステンレスまたはアクリル樹脂である。
　ステージ１２０は、気密容器１１０内に設けられており、ウエハ２００を支持するためのものである。ステージは、ウエハ２００を固定するための真空チャック１２１を有してもよい。
　プローブ１３０は気密容器１１０内に設けられている。プローブ１３０の機能の一つは、ソース電極２２２に接触することによってソース電極２２２との電気的接続を得ることである。プローブ１３０は、たとえば、基部１３１と針１３２および１３３とを有してもよい。針１３２および１３３のそれぞれはソース電極２２２およびゲート電極２２３との電気的接続を得るためのものであり、基部１３１に取り付けられている。
　本実施の形態の形態においては、ステージ１２０は移動機構１２２上に設けられることで、気密容器１１０内において移動可能に構成されている。これによりステージ１２０とプローブ１３０とが相対的に変位可能に構成されている。言い換えれば、プローブ１３０はステージ１２０に対して相対的に移動可能に構成されている。移動機構１２２は、好ましくは、３次元的な変位を可能とする、いわゆるＸＹＺステージである。
　導入口１４０は、気密容器１１０に設けられており、気密容器１１０内にガスを導入するためのものである。排出口１５０は、気密容器１１０に設けられており、気密容器１１０からガスを排出するためのものである。導入口１４０および排出口１５０のそれぞれはゲート弁１４１および１５１を有する。
　ヒータ１６０はウエハ２００を加熱するためのものである。ヒータ１６０は気密容器１１０内に配置されており、ステージ１２０内に配置されていてもよい。ヒータ１６０には、気密容器１１０の外部に配置されたヒータ電源１６１が接続されていてもよい。
　センサ１７０は、気密容器１１０内の露点温度を検出するために、気密容器１１０内に設けられている。センサ１７０は、露点温度を直接測定可能なように専用に設計された露点温度計であってもよく、あるいは、温度および湿度から露点温度を算出するために温度計および湿度計を有するものであってもよい。センサ１７０は、気密容器１１０の外部に設けられた読取部１７１と接続されていてもよい。
　電圧源１３４はプローブ１３０に接続されている。具体的には電圧源１３４は、プローブ１３０の針１３２と、ステージ１２０との間に電圧を加えるように接続されている。電圧源１３４が発生可能な電圧は、好ましくは６００Ｖ程度以上であり、より好ましくは１ｋＶ程度以上であり、さらに好ましくは３ｋＶ程度以上である。
　ゲート制御部１３５は、プローブ１３０の針１３２および１３３の間に電圧を加えるように接続されている。ゲート制御部１３５は、ＭＯＳＦＥＴ素子２１０のゲート電圧を制御できる程度の電圧を発生可能なものであればよい。ダイオードのようにゲート電圧の制御が不要な場合はゲート制御部１３５は省略され得る。
　気密容器１１０は、気密容器１１０の外部からＭＯＳＦＥＴ素子２１０の位置が観測可能となるように、光を透過する窓１１１を有する。窓１１１は、この目的に十分な程度に光を透過する材料から作られており、たとえばガラスまたは透明樹脂から作られている。窓１１１には、耐圧測定時に窓１１１を介して光が入射しないように遮光を行なうための遮光部（図示せず）が設けられることが好ましい。この遮光部は、たとえば、窓１１１の外側において着脱され得るカバー、または、窓１１１の外側または内側に設けられたシャッターである。カメラ１１２は、図１の破線で示すように、窓１１１を介してウエハ２００を観察し得るように配置されている。なおカメラは気密容器１１０内に設けられてもよく、この場合は窓１１１は必要ではない。
　次に、耐圧測定装置１００（図１）を用いた耐圧測定方法について説明する。
　気密容器１１０内にウエハ２００が支持される（図４：ステップＳ１１）。具体的には、ウエハ２００が気密容器１１０内に搬入され、さらにステージ１２０上に載置される。これによりウエハ２００の裏面に位置するドレイン電極２２１の電位がステージ１２０の電位とされる。またウエハ２００がステージ１２０に固定される。この固定は、真空チャック１２１によって行われ得る。
　次に、移動機構１２２の駆動によってステージ１２０とプローブ１３０との間の相対変位が生じることにより、図５に示すように、針１３２および１３３のそれぞれがソース電極２２２およびゲート電極２２３に接触させられる。このようにしてソース電極２２２にプローブ１３０が接触させられつつ、プローブ１３０に電圧が供給される（図４：ステップＳ１７）。具体的には、プローブ１３０の針１３２とステージ１２０との間に電圧が供給される。これによりＭＯＳＦＥＴ素子２１０のドレイン電極２２１およびソース電極２２２の間に、耐圧測定のための電圧が印加される。この電圧は、たとえば６００Ｖ程度以上である。また必要に応じてゲート制御部１３５によってゲート電圧が調整される。これによりＭＯＳＦＥＴ素子２１０の耐圧が測定される。
　上記方法において、ウエハ２００を支持する工程（図４：ステップＳ１１）の後、かつ、プローブ１３０に電圧を供給する工程（図４：ステップＳ１７）の前に、ウエハ２００が加熱されてもよい（図４：ステップＳ１２）。ウエハ２００の加熱温度の下限は、好ましくは５０℃程度以上であり、より好ましくは１００℃程度以上である。またウエハ２００の加熱温度の上限は、好ましくは２００℃程度以下であり、より好ましくは１５０℃程度以下である。
　上記方法において、ウエハ２００を支持する工程（図４：ステップＳ１１）の後に、気密容器１１０に設けられた導入口１４０から気密容器１１０内に不活性ガスを導入し、かつ気密容器１１０に設けられた排出口１５０から気密容器１１０内のガスを排出することによって、気密容器１１０内の雰囲気が不活性ガス雰囲気とされてもよい（図４：ステップＳ１３）。不活性ガスは、たとえば、Ｎ2ガス、ＳＦ6ガスまたは希ガスである。希ガスとしてはＡｒガスが特に好適である。
　上記方法において、気密容器１１０内の露点温度が検出されてもよい（図４：ステップＳ１５）。そして露点温度を検出する工程の結果、すなわち検出された露点温度に応じて、導入口１４０および排出口１５０の各々と気密容器１１０との間がゲート弁１４１および１５１によって閉じられてもよい（図４：ステップＳ１６）。具体的には、露点温度が所定の温度以下になって時点でゲート弁１４１および１５１が閉じられてもよい。所定の露点温度の下限は、好ましくは－１５０℃程度以上であり、より好ましくは－１００℃程度以上である。所定の露点温度の上限は、好ましくは０℃程度以下であり、より好ましくは－２０℃程度以下である。
　上記方法において、ウエハ２００を支持する工程（図４：ステップＳ１１）の後、かつ、プローブ１３０に電圧を供給する工程（図４：ステップＳ１７）の前に、ウエハ２００の加熱が開始されてもよい（図４：ステップＳ１２）。そして、気密容器１１０内の雰囲気を不活性ガス雰囲気とする工程（図４：ステップＳ１３）の後、かつ、気密容器１１０内の露点温度を検出する工程（図４：ステップＳ１５）の前に、ウエハ２００の加熱が停止されてもよい（図４：ステップＳ１４）。
　本実施の形態の耐圧測定装置１００によれば、導入口１４０および排出口１５０を用いたガス置換により気密容器１１０内の雰囲気を調整することができる。これによりプローブ１３０周囲の雰囲気を容易かつ十分に管理することができる。よってプローブ１３０からの沿面放電を簡易な方法で十分に防止することができる。
　ヒータ１６０での加熱によってウエハ２００上から水分を除去することができる。よって沿面放電をより確実に防止することができる。
　センサ１７０を用いて、ウエハ２００上の水分量が過度に大きくならないよう、より確実に管理することができる。よって沿面放電をより確実に防止することができる。
　気密容器１１０内のガス置換が行なわれた後にゲート弁１４１および１５１を閉じることで、ガス置換後に気密容器１１０内へ外部の大気が流入しないようにすることができる。よって沿面放電を、ガス置換を停止した状態においても防止することができる。
　電圧源１３４が６００Ｖ程度以上の電圧を発生可能な場合であっても、耐圧測定装置１００によれば沿面放電が十分に防止される。この電圧は、１ｋＶ以上とすることもでき、さらに３ｋＶ程度以上とすることもできる。
　窓１１１により、気密容器１１０の気密性を保ちつつ、ＭＯＳＦＥＴ素子２１０の位置を気密容器１１０の外部から観測することができる。
　本実施の形態の耐圧測定方法によれば、気密容器１１０が用いられることにより、プローブ１３０周囲の雰囲気を容易かつ十分に管理することができる。よって、プローブ１３０からの沿面放電を簡易な方法で十分に防止することができる。
　ウエハ２００を支持する工程（図４：ステップＳ１１）の後、かつ、プローブ１３０に電圧を供給する工程（図４：ステップＳ１７）の前に、ウエハ２００が加熱されてもよい（図４：ステップＳ１２）。これにより、加熱によってウエハ２００上から水分が除去される。よって沿面放電をより確実に防止することができる。
　ウエハ２００を支持する工程（図４：ステップＳ１１）の後に、気密容器１１０内の雰囲気が不活性ガス雰囲気とされてもよい（図４：ステップＳ１３）。気密容器１１０内の露点温度が検出されてもよく（図４：ステップＳ１５）、この結果に応じて、導入口１４０および排出口１５０の各々と気密容器１１０との間が閉じられてもよい（図４：ステップＳ１６）。これにより、気密容器１１０内へ外部の大気が流入しないようにしつつ気密容器１１０内のガス置換を停止することができる。よって沿面放電を、ガス置換を停止した状態においても防止することができる。
　ウエハ２００を支持する工程（図４：ステップＳ１１）の後、かつ、プローブ１３０に電圧を供給する工程（図４：ステップＳ１７）の前に、ウエハ２００の加熱が開始されてもよい（図４：ステップＳ１２）。気密容器１１０内の雰囲気を不活性ガス雰囲気とする工程（図４：ステップＳ１３）の後、かつ、気密容器１１０内の露点温度を検出する工程（図４：ステップＳ１５）の前に、ウエハ２００の加熱が停止されてもよい（図４：ステップＳ１４）。これにより、加熱による水分除去を完了した後に耐圧測定が行われる際に、ウエハ２００上の水分量が過度に大きくならないよう、より確実に管理することができる。よって沿面放電をより確実に防止することができる。
　なおプローブ１３０（図５）の針１３２および１３３はウエハ２００の厚さ方向に延在している。これにより針１３２および１３３のそれぞれをソース電極２２２およびゲート電極２２３に強い力で接触させることができる。よってプローブ１３０の電気的接続がより確実となる。プローブ１３０の代わりにプローブ１３０Ｖ（図６）が用いられてもよい。プローブ１３０Ｖが有する針１３２Ｖおよび１３３Ｖは、ウエハ２００の厚さ方向に対して傾いた方向に延在している。これにより針１３２Ｖおよび１３３Ｖのそれぞれをソース電極２２２およびゲート電極２２３に過度の力が加わることなく接触させることができる。よってプローブ１３０の接触によるソース電極２２２およびゲート電極２２３へのダメージの発生を抑えることができる。
　（実施の形態２）
　本実施の形態は、実施の形態１とほぼ同様の構成を有するが、ステージ１２０上にウエハ２００が直接は載置されず、代わりに、ウエハ２００を収めたトレー３０１が載置される。この場合においても実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。耐圧測定においてウエハ２００の裏面側（図７における下面側）との電気的接続が必要な場合は、この電気的接続をトレー３０１を介して行なえるよう、トレー３０１が導体から作られることが好ましい。なお沿面放電をより確実に抑制するために、トレー３０１内に、ウエハ２００の表面が覆われるように不活性液体３０２が入れられてもよい。
　（付記）
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　たとえば、半導体素子はＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなくＭＩＳＦＥＴ（Metal　Insulator　Semiconductor　Field　Effect　Transistor）素子であってもよい。また半導体素子はＭＩＳＦＥＴ素子以外のトランジスタ素子であってもよく、たとえばＪＦＥＴ（Junction　Field　Effect　Transistor）素子またはＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）素子であってもよい。また半導体素子はトランジスタ素子に限定されるものではなく、たとえばダイオード素子であってもよい。また半導体素子は、トランジスタ機能またはダイオード機能などの単一の機能を有する素子に限定されるものではなく、複数の機能を有するモジュールであってもよい。半導体素子の種類に応じて、電極部はソース電極以外の電極に対応する。
　半導体素子は、電圧源によって互いに異なる電位が印加される１対の主電極のそれぞれを半導体基板の上面および下面に有する縦型素子に限定されるものではない。すなわち半導体素子は１対の主電極の両方を半導体基板の一の面上に有する横型素子であってもよい。この場合、ステージを介することなくプローブのみによって１対の主電極間に耐圧測定のための電圧を印加し得る。
　１００　耐圧測定装置、１１０　気密容器、１１１　窓、１１２　カメラ、１２０　ステージ、１２１　真空チャック、１２２　移動機構、１３０，１３０Ｖ　プローブ、１３１　基部、１３２，１３２Ｖ　針、１３４　電圧源、１３５　ゲート制御部、１４０　導入口（導入部）、１４１，１５１　ゲート弁（弁）、１５０　排出口（排出部）、１６０　ヒータ（加熱部）、１６１　ヒータ電源、１７０　センサ（検出部）、１７１　読取部、２００　ウエハ（半導体基板）、２１０　ＭＯＳＦＥＴ素子（半導体素子）、２２１　ドレイン電極、２２２　ソース電極（電極部）、２２３　ゲート電極、３０１　トレー、３０２　不活性液体。

Claims (10)

  1. 　半導体基板に形成されかつ電極部を有する半導体素子の耐圧を測定するための耐圧測定装置であって、
    　気密容器と、
    　前記気密容器内に設けられた、前記半導体基板を支持するためのステージと、
    　前記気密容器内に設けられ前記ステージに対して相対的に移動可能に構成された、前記電極部に接触することによって前記電極部との電気的接続を得るためのプローブと、
    　前記気密容器に設けられた、前記気密容器内にガスを導入するための導入部と、
    　前記気密容器に設けられた、前記気密容器からガスを排出するための排出部とを備える、耐圧測定装置。
  2. 　前記半導体基板を加熱するための加熱部をさらに備える、請求項１に記載の耐圧測定装置。
  3. 　前記気密容器内の露点温度を検出するための検出部をさらに備える、請求項１または２に記載の耐圧測定装置。
  4. 　前記導入部および前記排出部の各々は弁を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の耐圧測定装置。
  5. 　前記プローブに接続され、６００Ｖ以上の電圧を発生可能な電圧源をさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の耐圧測定装置。
  6. 　前記気密容器は、前記気密容器の外部から前記半導体素子の位置が観測可能となるように光を透過する窓を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の耐圧測定装置。
  7. 　半導体基板に形成されかつ電極部を有する半導体素子の耐圧を測定するための耐圧測定方法であって、
    　気密容器内に前記半導体基板を支持する工程と、
    　前記半導体基板を支持する工程の後に、前記電極部にプローブを接触させつつ前記プローブに電圧を供給する工程とを備える、耐圧測定方法。
  8. 　前記半導体基板を支持する工程の後、かつ、前記プローブに電圧を供給する工程の前に、前記半導体基板を加熱する工程をさらに備える、請求項７に記載の耐圧測定方法。
  9. 　前記半導体基板を支持する工程の後に、前記気密容器に設けられた導入部から前記気密容器内に不活性ガスを導入し、かつ前記気密容器に設けられた排出部から前記気密容器内のガスを排出することによって、前記気密容器内の雰囲気を不活性ガス雰囲気とする工程と、
    　前記気密容器内の露点温度を検出する工程と、
    　前記露点温度を検出する工程の結果に応じて、前記導入部および前記排出部の各々と前記気密容器との間を閉じる工程とをさらに備える、請求項７に記載の耐圧測定方法。
  10. 　前記半導体基板を支持する工程の後、かつ、前記プローブに電圧を供給する工程の前に、前記半導体基板の加熱を開始する工程と、
    　前記気密容器内の雰囲気を不活性ガス雰囲気とする工程の後、かつ、前記気密容器内の露点温度を検出する工程の前に、前記半導体基板の加熱を停止する工程とをさらに備える、請求項９に記載の耐圧測定方法。
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