JP2000114323A - 静電破壊試験装置 - Google Patents

静電破壊試験装置

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JP2000114323A
JP2000114323A JP10276838A JP27683898A JP2000114323A JP 2000114323 A JP2000114323 A JP 2000114323A JP 10276838 A JP10276838 A JP 10276838A JP 27683898 A JP27683898 A JP 27683898A JP 2000114323 A JP2000114323 A JP 2000114323A
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JP
Japan
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probe head
switch
needles
electrostatic breakdown
wafer stage
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JP10276838A
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Inventor
Hiroyuki Fukuda
福田裕行
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電破壊試験の手作業によるミスの低減やコ
ンピューター制御にした場合の各種プログラミング工数
の低減、装置のコンパクト化等を実現し、試験サンプル
を得るための工数の排除、さらには、試験サンプルの機
械的破損を防止し得る静電破壊試験装置を提供する。 【解決手段】 半導体ウェハー13を乗せるウェハース
テージ12と、同軸ケーブル15の一端(放電端子2
1)にプローブヘッド14を接続し、他端(充電端子2
2)にスイッチ16を介して直流電源17を接続したプ
ローバを形成し、ウェハーステージ12上の半導体ウェ
ハー13とプローブヘッド14が離れている時にスイッ
チ16を閉じて直流電源17により同軸ケーブルを15
を充電し、その後ウェハーステージ12とプローブヘッ
ド14が接近する時スイッチ16を開き、半導体ウェハ
ー13上の素子とプローブヘッド14の2本の針23が
接触する時に同軸ケーブル15から針23を介して半導
体ウェハー13上の素子へ放電するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハーま
たは、半導体ウェハー上に形成された素子に静電気を加
えて行う静電破壊試験装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体プロセスにおける静電破壊試験
は、半導体製品の使用時において、その半導体製品が静
電気や電源サージに対して如何に耐え得るかを定量的に
行うものである。
【0003】従来の静電破壊試験装置の例を図3に示
す。本図において1は直流電源2とスイッチ3、4及び
コンデンサ5を具備する充放電回路を内蔵した静電破壊
試験機、6は試験サンプル7が着脱されるソケット、8
は静電破壊試験機1の外部接続用の端子、28はソケッ
ト6と端子8を繋ぐ配線を示す。
【0004】本図に示す通り、従来の静電破壊試験装置
は既にパッケージングされて完成したICを試験サンプ
ル7としている。その試験方法について以下に説明す
る。
【0005】試験サンプル7をソケット6に取り付け
る。(このときスイッチ3、4は開) スイッチ4を閉にして、コンデンサ5を充電する。 充電完了後スイッチ4を開にする。 スイッチ3を閉にしてコンデンサ5に充電した静電気
(電荷)を試験サンプル7に放電する。 スイッチ3を開にする。 試験サンプルを取り外す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様な従来技術においては以下の問題があった。静電破壊
試験機1におけるスイッチ3、4の開閉操作は試験サン
プル7の着脱に関係して決められた手順でしかも独立し
て行う必要がある。そのような作業を手作業で行うと手
順の間違いによる試験ミスを起こす虞があるため、コン
ピューター制御で自動的に行う必要があった。そのため
スイッチのタイミング設定プログラムと、各機器を制御
するインタフェースプログラムが必要で、これらの作成
に工数が掛かり、また、装置自体が大型で高価なものと
なってしまっていた。
【0007】また、試験サンプルを得るためには、通
常、半導体チップをダイシングした後、アセンブリ等の
組立工程後、半導体チップがパッケージに入った状態に
するため多大な工数が掛かっていた。
【0008】さらに、試験サンプル7のリードをソケッ
ト6へ差し込む作業を手作業によって行うため、試験サ
ンプル7のリード曲がりや折れ、逆差し等が発生する虞
がある。そのため試験サンプル7のソケット6への抜き
差しを自動化しようとしても、そのようなハンドリング
機構を備えた自動機は高価であって、逆にコストアップ
となってしまう。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、半導体ウェハーを載置固定するウェハス
テージと、2本の針を有するプローブヘッドと、該プロ
ーブヘッドまたは前記ウェハーステージを昇降させ前記
2本の針と前記半導体ウェハーの素子を接触または離間
させる上下動機構と、前記2本の針と前記素子の離間時
毎に前記ウェハーステージまたは前記プローブヘッドを
水平移動し、前記2つの針を任意の素子の給電端子に対
向させる水平移動機構と、スイッチ、直流電源及び蓄電
器が直列接続され該蓄電器の両端にそれぞれ前記2つの
針が1つづつ接続されてなり、前記2つの針と前記素子
の離間時に前記スイッチが閉となり前記蓄電器を充電
し、前記2つの針と前記素子の接触時に前記スイッチが
開となり前記蓄電器から該2つの針を介して該素子に放
電する充放電回路とからなる静電破壊試験装置であっ
て、前記蓄電器は同軸ケーブルからなり、中心導体及び
外部導体で前記2本の針のそれぞれと前記スイッチ及び
前記直流電源を電気的に接続していることを特徴とす
る。
【0010】なお、前記上下動機構は所定箇所に回動自
在に軸支されたカムと、該カムのカム曲線上を摺動する
カムフォロアを具備し、前記カムフォロアは前記ウェハ
ーステージまたは前記プローブヘッドに設けられている
かまたは前記ウェハーステージまたは前記プローブヘッ
ドの一部からなる構成として好適である。
【0011】
【作用】このように構成することにより、静電破壊試験
が以下のような作業者による独立したスイッチ操作を必
要としない一連の作業になる。 半導体ウェハー上に形成された素子(ウェハーステー
ジ)と2本の針(プローブヘッド)を離間して半導体ウ
ェハー上の次の被検査素子を選定している間、これに連
係して自動的にスイッチが閉じて同軸ケーブルが充電さ
れる。 ウェハーステージとプローブヘッドが近づく時にスイ
ッチは自動的に開となる ウェハーステージとプローブヘッドが最も接近して素
子と2本の針が接触する時、同軸ケーブルに充電した静
電気が自動的に素子に加わる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態を示す
図であり、本図において12はウェハーステージ、13
は半導体ウェハー(表面には通常正確な繰返しパターン
を有する素子が形成されている)、14はプローブヘッ
ド、15は同軸ケーブル、破線で囲んだ16はスイッ
チ、17は直流電源、18はカム、19は導電板、20
は接点、21は放電端子、22は充電端子、23は針、
24はバネ、25、26はカムフォロアを示す。
【0013】本図に示すように、同軸ケーブル15の一
端22は充電端子であり、ここからスイッチ16を介し
て直流電源17に接続する。他端は放電端子21となっ
ており、ここからプローブヘッド14を介して針23へ
正電荷を伝え、半導体ウェハー13上の素子へ放電させ
る。以下に図の理解のため、動作の説明をする。
【0014】ウェハーステージ12を最も下げ、この
上に半導体ウェハー13を乗せる。ウェハーステージ1
2を最下位にするには、カム18の回動量を調節すれば
良い。ウェハーステージ12が最下位になるように、カ
ム18を回動させ停止すると、スイッチ16の導電板1
9が下がり接点20が接触してスイッチ閉となる。
【0015】スイッチ16が閉じると直流電源17と
同軸ケーブル15が導通して充電が行われる。
【0016】ウェハーステージ12が下がっている状
態で、ウェハーステージ12を水平に移動して半導体ウ
ェハー13上のいずれかの素子を選定し、該素子に設け
られている給電端子の真上に針23を移動し、対向配置
する。例えば、図示しないがウェハーステージ12は2
個のサーボモータの回転角運動を水平面のX、Y軸方向
の直進運動に変換できるマニピュレータ機構上に設置さ
れている。ウェハーステージ12が下がっている時間、
充電が行われるが、充電は素子を選定するのに要する時
間(通常10-3〜10-0秒)に比べてはるかに短時間で
飽和・完了するよう、時定数を設定する。なお、飽和さ
せた後の充電量はウェハーステージ12が下がっている
時間に依存しない。
【0017】ウェハーステージ12を上げてプローブ
ヘッド14と半導体ウェハー13を近づける。実施例の
場合にはカム18の回動によりステージ12が上昇す
る。このときスイッチ16において、バネ24の作用で
導電板19が上がり、接点20は断たれ、スイッチ開と
なる。
【0018】更にステージ12を上げてプローブヘッ
ド14に最も近づけた時半導体ウェハー13がプローブ
ヘッド14と接触(具体的には針23が素子の給電端子
と接触)して、同軸ケーブル15に充電された静電気が
放電端子21とプローブヘッド14を介して流れ半導体
ウェハー13への放電が起こる。なお、針23は、通常
の試験で与えられる10-4J程度の破壊エネルギーに十
分耐えられるものでなければならず、例えば通常のウェ
ハープロセスで使用するDC測定用プローブ等を採用す
る。
【0019】素子の静電破壊強度を評価する場合には
この時点で、放電端子21または充電端子22に別途測
定器(図示せず)を接続すれば良い。評価終了後測定器
を取り外す。
【0020】普通引き続き同一半導体ウェハー13上
の別の素子に対して静電破壊試験を行うが、この場合に
はウェハーステージ12を最も下げてに戻り操作を続
ける。更に、別の半導体ウェハーに対して静電破壊試験
を行う場合は、ウェハーステージ12を下げて半導体ウ
ェハー13を交換してに戻り、操作を続ける。
【0021】このような構成なので、スイッチ16が上
下運動するウェハーステージ12と連動していることに
より、操作の表面上は、半導体ウェハーの所望の素子を
選定してプローブヘッド14を接触させるというプロー
ビング操作だけであるが、その背後ではウェハーステー
ジが最も下がった時に自動的にスイッチ16が閉じて同
軸ケーブルを充電し、ウェハーステージ12が上昇する
時自動的にスイッチを開き、プローブヘッド14が半導
体ウェハー13に接触する時スイッチ操作無しに自動的
に静電気を放電するという動作が行われる。
【0022】また、蓄電器を同軸ケーブルとしているた
め、いわゆるコンデンサ等の容量素子と伝送線(配線)
の両方の機能(効果)を1つのパーツで構成することが
でき、空間的に場所を取らない。その上、同軸ケーブル
は機械的にフレシキブルに動かせる為にプローブヘッド
に接続しても運動動作上問題無い。
【0023】図2は本発明の他の実施の形態である。本
図において図1と等価なものには図1の符号に0を付し
た符号で示し、270はカムフォロアを示している。こ
の場合上下運動するのはプローブヘッド140側である
が、基本的構成要素と操作は、図1の場合と同じであ
る。以下動作の説明を図2にて行う。
【0024】プローブヘッド140を最も上げてウェ
ハーステージ120の上に半導体ウェハー130を乗せ
る。プローブヘッド140を最上位にするには、カム1
80を回動して調節すれば良い。この時スイッチ160
の導電板190が上がり、接点200と接触してスイッ
チ閉となる。
【0025】スイッチ160が閉じると直流電源17
0と同軸ケーブル150が導通して充電が行われる。
【0026】プローブヘッド140が上がった状態で
プローブヘッド140を水平に移動して半導体ウェハー
130上のいずれかの素子を選定し、該素子の真上に針
230を配置する。この際の水平移動機構も図1に示し
た実施の形態と同様の機構を採用できる。本実施の形態
の場合もプローブヘッド140が上がっている時充電が
行われるが、前述と同様にその充電量はプローブヘッド
140が上がっている時間に依存しない。
【0027】プローブヘッド140を下げて、ウェハ
ーステージ120上の半導体ウェハー130に近づけ
る。実施例の場合にはカム18の回動によりプローブヘ
ッド140が下降するが、この時スイッチ160におい
てはバネ240の作用で導電板190が下がり、接点2
00は断たれ、スイッチ開となる。
【0028】更にプローブヘッド140を下げて、ウ
ェハーステージ120に最も近づいたとき半導体ウェハ
ー130がプローブヘッド140と接触(具体的には針
230が素子の給電端子と接触)して同軸ケーブル15
0に充電された静電気が放電端子210とプローブヘッ
ド140を介して素子に向かって流れ放電する。
【0029】素子の静電破壊強度を確認する場合に
は、この時点で放電端子210または充電端子220に
別途定器(図示せず)を接続して特性評価する。評価終
了後接続をはずす。
【0030】引き続き同一半導体ウェハー130上の
別の素子に対して同試験を行う場合には、プローブヘッ
ド140を上げてに戻り動作を続ける。別の半導体ウ
ェハーに対して同試験を行う場合は、プローブヘッド1
40を上げて半導体ウェハー130を交換してに戻り
動作を続ける。
【0031】このような構成であるため、スイッチ16
0が上下するプローブヘッド140と連動していること
により、操作の表面上は半導体ウェハーの所望の素子を
選定してプローブヘッド140を接触させるというプロ
ービング操作だけであるが、その背後ではプローブヘッ
ド140が最も上がった時に自動的にスイッチ160が
閉じて同軸ケーブルを充電し、プローブヘッド140が
下降する時に自動的にスイッチ160を開き、プローブ
ヘッド140が半導体ウェハー130に接触する時にス
イッチ操作無しに静電気を放電するといった動作が行わ
れる。
【0032】なお、図1及び図2の実施の形態におい
て、カムを回動するのは手動でも、電動モーター等の機
械的動力によっても可能である。
【0033】以上、発明の実施の形態について述べた
が、本発明はこれに限らず種々の変更が可能である。例
えば上記実施の形態ではカムを利用してウェハステージ
を上下動させたが、カムの代わりにクランク、油圧、高
圧ガス等の系が使える。但し、カムによればそのカム曲
線の設定により適度なディレイ(スイッチの開閉のタイ
ミングと針と素子の接触のタイミングのディレイ動作)
を容易に実現できる。
【0034】また、スイッチを導電板と接点から構成し
たが、通常市販されているノーマリオフタイプの機械的
スイッチ等他のスイッチを使用することもでき、また、
スイッチの駆動力はカムから直接得ること無く、ウェハ
ーステージ等の他の移動部品から得る事も出来る。
【0035】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、スイッチがウェハーステージとプローブヘッドの相
対運動に連動して開閉することにより、半導体ウェハー
の所望の素子を選定してプローブヘッドを接触させると
いう操作の間、自動的にスイッチが閉じて同軸ケーブル
を充電し、プローブヘッドが半導体ウェハーに接近し、
その2本の針と素子の給電端子が接触する時にはスイッ
チが自動的に開いて、自動的に(スイッチ操作無しに)
静電気を放電することが可能となる。
【0036】また、蓄電器を同軸ケーブルとしているた
め、コンデンサ等の容量素子と伝送線(配線)の両方の
機能(効果)を1つのパーツで構成することができ、空
間的に場所を取らない。その上、同軸ケーブルは機械的
にフレシキブルに動かせる為にウェハーステージやプロ
ーブヘッドに接続してもそれらの運動動作による損傷が
無く、高信頼性の静電破壊試験装置を安価に提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の静電破壊試験装置を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態を示す図である。
【図3】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
1 静電破壊試験機 2 直流電源 3、4 スイッチ 5 コンデンサ 6 ソケット 7 試験サンプル 8 端子 12、120 ウェハーステージ 13、130 半導体ウェハー 14、140 プローブヘッド 15、150 同軸ケーブル 16、160 スイッチ 17、170 直流電源 18、180 カム 19、190 導電板 20、200 接点 21、210 放電端子 22、220 充電端子 23、230 針 24、240 バネ 25、26、270 カムフォロア

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウェハーを載置固定するウェハス
    テージと、2本の針を有するプローブヘッドと、該プロ
    ーブヘッドまたは前記ウェハーステージを昇降させ前記
    2本の針と前記半導体ウェハーの素子を接触または離間
    させる上下動機構と、前記2本の針と前記素子の離間時
    毎に前記ウェハーステージまたは前記プローブヘッドを
    水平移動し、前記2つの針を任意の素子の給電端子に対
    向させる水平移動機構と、スイッチ、直流電源及び蓄電
    器が直列接続され該蓄電器の両端にそれぞれ前記2つの
    針が1つづつ接続されてなり、前記2つの針と前記素子
    の離間時に前記スイッチが閉となり前記蓄電器を充電
    し、前記2つの針と前記素子の接触時に前記スイッチが
    開となり前記蓄電器から該2つの針を介して該素子に放
    電する充放電回路とからなる静電破壊試験装置であっ
    て、 前記蓄電器は同軸ケーブルからなり、中心導体及び外部
    導体で前記2本の針のそれぞれと前記スイッチ及び前記
    直流電源を電気的に接続していることを特徴とする静電
    破壊試験装置。
  2. 【請求項2】 前記上下動機構は所定箇所に回動自在に
    軸支されたカムと、該カムのカム曲線上を摺動するカム
    フォロアを具備し、前記カムフォロアは前記ウェハース
    テージまたは前記プローブヘッドに設けられているかま
    たは前記ウェハーステージまたは前記プローブヘッドの
    一部からなることを特徴とする請求項1に記載の静電破
    壊試験装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005311009A (ja) * 2004-04-21 2005-11-04 Kokusai Electric Alhpa Co Ltd 半導体ウェーハ抵抗率測定装置
CN102759688A (zh) * 2011-04-27 2012-10-31 夏普株式会社 高电压检查装置
JP2012230089A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Sharp Corp 高電圧検査装置
JP2012230090A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Sharp Corp 高電圧検査装置
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