JP2627992B2 - 半導体デバイスの静電破壊試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイス、特に半
導体集積回路（ＩＣ）の静電破壊試験を行う静電破壊試
験装置に係り、より詳細には、デバイス帯電モデル（Ch
arged DeviceModel、“ＣＤＭ”と呼ばれている）によ
る静電破壊試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス、特に半導体集積回路で
生じる実際の静電破壊現象の原因となる静電気放電をシ
ミュレートする方法としては、従来、古くから所謂コン
デンサ充放電法が用いられている。この方法はコンデン
サを高電圧で充電しておき、テスト対象の半導体デバイ
スに急速に放電するものである。この方法では以下の２
種類のモデルが代表的である。

【０００３】（１）人体モデル法 静電気を帯びた人体が半導体デバイスに触れることによ
り生じる静電気放電をモデル化した方法で基本回路はＣ
Ｒ充放電回路である。この場合Ｃ＝１００pf、Ｒ＝１.
５ｋΩを使用している。

【０００４】（２）機械モデル法 人体の代わりに、組立工程、検査工程、移送工程等で使
用する帯電した機械からの静電気放電をモデル化した方
法である。Ｃ＝２００pf、Ｒ＝０Ωが一般的である。

【０００５】このコンデンサ充放電法は一般的な試験方
法となっており、従来の大部分の静電破壊試験はこの方
法を採用している。このコンデンサ充放電法では、共に
外部より半導体デバイスに静電気放電のストレスを与
え、それに対するデバイスの破壊や劣化に至る強度を測
定している。

【０００６】一方、半導体デバイス自身が静電気を帯
び、その電荷がデバイスのピンから外部へ急速に放電す
る場合にも、電荷量が多くなると半導体デバイスは破壊
や劣化を引き起こす。半導体デバイスの持つ容量は上記
外部よりの静電気放電の容量１００〜２００pfに比べ桁
違いに小さい（半導体デバイスの集積度にもよるが通常
２０pf以下）ので、放電エネルギーが小さいため壊れ方
は人体モデルや機械モデルとは異なっている。つまり、
半導体デバイスの絶縁膜（酸化膜）の破壊又は、絶縁低
下を引き起こす。この現象をモデル化した試験方法がデ
バイス帯電法（ＣＤＭ）である。デバイス帯電法に関し
ては特開昭５９−２３１４５８号公報によりその基本的
な試験方法が開示されている。しかしながら、従来、こ
の試験方法による実用的で再現性のよい試験装置が存在
していなかった。本発明は、このデバイス帯電法による
試験を自動化する実用的な試験装置に関するものであ
る。

【０００７】従来のデバイス帯電法による試験装置の回
路図を図１４に示す。図１４（Ａ）はデバイス帯電法に
よる半導体デバイスの静電破壊試験方法の原理を示す回
路図である。試料の半導体デバイス８８は高電圧電源８
１より高抵抗Ｒ₁ ８２、抵抗Ｒ₂ ８３を介してスイッチ
８７により充電される。高抵抗Ｒ₁ ８２は例えば１００
ＭΩ程度の抵抗であり、急速に充電することにより半導
体デバイス８８が破壊することを防ぐために極めて高い
抵抗を使用する。抵抗Ｒ₂ ８３は、高抵抗Ｒ₁ ８２及び
高電圧電源８１側を高周波的にスイッチ８７及び半導体
デバイス８８より分離するために使用する。この抵抗Ｒ
₂ ８３は、静電破壊試験装置の構造を簡単にするために
半導体デバイス８８のピンと高電圧電源８１及び高抵抗
Ｒ₁ ８２を接続したままで、そのピンを接地して帯電電
荷を放電する構成（図１４（Ｂ）参照）とする時に、放
電波形に影響を与えないために大きな意味を持つ。

【０００８】スイッチ８７を接地側に切換えた時に、上
記により帯電した電荷が放電する。この放電によって半
導体デバイスが破壊する時の帯電電圧（充電電圧）を測
定するのである。

【０００９】デバイス帯電モデルの放電現象は、半導体
デバイスのピンより外界の導体金属に向かって起こるた
め、極めて高速で、数アンペアの電流が１ns（１０
^-9秒）以下で流れてしまう。また、放電径路に介在する
インピーダンスはこの電流パルスの帯域で極めて低い。

【００１０】そこで、図１４の原理図を静電破壊試験装
置として実現するためには次の点が重要である。 −電荷を充電する時に、半導体デバイスが持つ固有の浮
遊容量を変えないこと、 −電荷を放電する時に、放電径路のインピーダンスが、
実際の破壊現象におけるインピーダンスにできるだけ近
いこと、特に、放電電流の尖頭値が理想値に近いこと、 −充電、放電を制御するスイッチが、長時間、多数回メ
ンテナンス・フリーで動作すること、 −放電電流の波形を観測できること。

【００１１】以下に、これら４項目を考慮しながら、従
来のデバイス帯電法による放電破壊試験装置に関する問
題点を記述する。従来の試験装置は大別すると以下の二
種類ある。

【００１２】（１）半導体デバイスをソケットに実装し
て試験する装置 デバイス帯電法による静電破壊試験は、従来大多数がこ
の方式を採用している。しかし、 −ソケットを使っているため半導体デバイスの持つ固有
の浮遊容量が変化する。 −ソケットおよびこれと充放電回路との接続配線のため
に放電径路のインピーダンスが大きく、放電電流の理想
波形からのずれが大きい。従って測定結果のバラツキが
大きく、また、絶対値も本来の測定結果から大きくずれ
ている。

【００１３】（２）半導体デバイスのピンに直接プロー
ブを接触させることにより試験する装置 この装置の回路構成を図１４（Ｂ）に示す。この装置で
は、充放電プローブ部は後述の本発明と同様に試料の半
導体デバイスのピンに対して移動し、位置を合わせた後
接触する。接触と同時に高電圧電源８１よりＲ₁ ８２，
Ｒ₂ ８３を介して充電が始まる。充電が終了したと思わ
れるまで待って後に充放電プローブを更に押し下げると
機械スイッチ８９が接地側につながり放電が起こる。こ
の放電は機械スイッチの構造上、大気中で起こるので、
接点の酸化、汚染が発生し、定期的に接点部を洗浄しな
ければ、再現性のある測定が困難である。しかし、帯電
容量の変化は少なく、放電径路のインピーダンスは極め
て低いので、定期的な接点の洗浄を行えば信頼性の高い
測定結果を得ることができるが、放電波形の観測はでき
ていない。又、この装置では、放電径路にワイヤやリレ
ー等を使わないことが重要であるとされている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、デバイス帯
電法による実用的で再現性のよい、静電破壊試験装置を
実現することを目的とする。このデバイス帯電法による
静電破壊試験装置で最も重要なことは、試料デバイス自
身の容量が小さいことから、試験装置側の浮遊容量をで
きる限り小さくすること、そして、試料端子から金属体
等へ直接放電する場合を想定し、放電回路のインダクタ
ンスを小さくすることである。このため試料の固定方法
や充放電を行うプローブ部分の構造に新規な工夫が必要
となる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体デバイス
の静電破壊試験装置は、試料の半導体デバイスのピンに
接触するコンタクトピンと、該コンタクトピンを保持す
るピンソケットと、試料ピンから放電される電荷を吸収
する擬似大地金属体と、前記ピンソケットと擬似大地金
属体間を開閉可能に接続するスイッチと、前記スイッチ
から離隔して配置され前記スイッチの開閉を駆動するコ
イルとを搭載したプローブ部と、前記プローブ部のコン
タクトピンを試料のピンに位置合せし接触する手段と、
前記プローブ部のコンタクトピンが試料のピンに接触し
たことを検知する手段と、前記試料デバイスを充電する
手段と、前記スイッチを閉じて前記試料デバイスに充電
された電荷を前記試料ピンから前記擬似大地金属体に放
電させる手段と、前記試料が放電する際に、試料ピンか
ら擬似大地金属体に流れる放電電流を検出する手段とを
備えたことを特徴とする。

【００１６】

【作用】上記構成によれば、試料ピンから擬似大地金属
体迄が最短距離で接続され、且つ水銀スイッチを駆動す
るコイルをスイッチより離隔した位置に設けたことによ
り、試験装置側の浮遊容量，放電回路のインダクタンス
を大幅に削減することができ、再現性のよい実用的なデ
バイス帯電法による静電破壊試験装置が実現された。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の一実施例について添付図面
を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例の半
導体デバイスのデバイス帯電法による静電破壊試験装置
のブロック図である。

【００１８】コントローラ１はパソコン５、ＣＲＴ３、
プリンタ７等からなり、試験装置の全体を制御し、静電
破壊試験の試験条件の設定、試験の実行の制御及び試験
結果のデータ処理等を行う。制御バス９はコントローラ
１と各コントロール部１１，１２，１３，１４とを接続
するものである。プローブ部３３のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に
関する位置の制御はモータコントロール１１、モータコ
ントロール１２によって行われる。モータコントロール
１１はドライバ１７を駆動してステッピングモータ２７
を回すことによってＸ軸の位置を制御する。同様にドラ
イバ１８よりステッピングモータ２８を動かしてＹ軸上
の位置を制御する。Ｚ軸（上下方向）に関してはモータ
コントロール１２よりドライバ１９からステッピングモ
ータ２９を制御することによってＺ軸の位置を制御す
る。

【００１９】Ｘ軸，Ｙ軸，の位置制御が終了したならば
Ｚ軸の位置制御によりプローブ部３３を試験対象のピン
に下ろす動作が行われる。つまりプローブ部３３が降下
してコンタクトピンが試料３５の半導体デバイス（Ｉ
Ｃ）のピンに接触する。高電圧コントロール１３は充電
のための高電圧を設定する電圧を高圧発生器２２に供給
し、設定された高電圧が高抵抗２４、プローブ部を介し
て試料３５の半導体デバイスのピンに伝えられる。試料
３５の半導体デバイスは、ピンと接地金属体３７の間に
充電される。タイミングコントロール１４はプローブ内
部のスイッチ開閉信号や高圧発生器の制御信号等を発生
する。プローブ部３３は試料３５の半導体デバイスのピ
ンと接触し、高電圧を印加して充電し、その後試料の電
荷を放電させる。

【００２０】なお以上の手順はコンピュータのプログラ
ム制御によりコントローラ１の指令で行われる。即ち、
先ずコントローラ１へ試験に必要な情報（試料ピンとプ
ローブ部の位置関係、試験ピン番号、充電電圧値等の試
験条件）を設定する。次にコントローラ１はこの試験条
件を制御バス９を介して各コントロール部へ転送する。
この試験条件に従って前述の手順で指定ピンを試験す
る。そして、設定された試験条件での動作を終了するま
で繰り返す。

【００２１】静電気放電による、半導体デバイスの破壊
試験を行う場合、一連の充放電動作の後に、その半導体
デバイスが壊れたかどうかを測定する必要がある。その
ために試料を本試験装置より取り外して、他の測定装置
で測定する。又は、プローブ部に接続している高電圧源
を別のスイッチで切り換えて、測定装置を接続すること
により、本装置内部に破壊検出のための測定機能を自蔵
することもできる。但し、この時には測定基準端子（通
常は試料の接地ピンであることが多い）を測定装置の接
地端子と接続しなければならない。

【００２２】一般的な試験シーケンスは以下の通りであ
る。即ち試験対象半導体デバイスの試料３５を金属で構
成した接地電極（ＧＮＤ）の上に固定し、試験対象ピン
に高電圧を印加して充電し、その後急速な放電を行い、
この充放電を指定回数繰り返す。次に破壊の有無を測定
して、破壊していれば、当該ピンの試験は、ここで終了
し、次の試験対象ピンに移動して試験を行う。破壊が検
出されなければ、更に充電電圧を上げて同様な試験を繰
り返し破壊する電圧を探す。

【００２３】外部測定装置で破壊の有無を測定する場合
には試料の移動に時間がかかるために、上記のように１
ピンずつ試験するのではなく、試験対象ピン全てに充放
電を行った後に、同じく全ての試験対象ピンの破壊の有
無を測定する。そして破壊していないピンのみ充電電圧
を上昇させるようなシーケンスを採用しても良い。

【００２４】試料のピンとプローブ部の位置合せはＸ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向にプローブ部を機械的に移動して行
う。移動はボールネジ、またはタイミングベルトとステ
ッピングモータを使用して行われる。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸
上の動作領域内で試料のピン位置を登録しておき、プロ
ーブ部の停止位置を決定する。プローブ部が試験をする
ピン位置の真上に来たらドライバ１９、ステッピングモ
ータ２９及びタイミングベルトによりプローブを試料の
端子と接触させる。

【００２５】図２は、本発明の第１の実施例のプローブ
部の説明図である。（Ａ）はプローブを正面より見た説
明図であり、（Ｂ）は側面より見た説明図である。基板
４１には擬似大地金属体４９が搭載されている。この擬
似大地金属体４９は試料に帯電した電荷を大地に放電さ
せたと同様な効果を得るために充分な体積を持ち、かつ
移動が容易な大きさとするための擬似大地である。基板
４１の先端部にはプローブヘッド４８が搭載されており
これが試験対象の半導体デバイスの試料のピンと接触す
る。高電圧は取入口５５よりプローブ内部に入りスイッ
チＳ₂ ４４が閉じられることによってプローブヘッド４
８を介して試料のピンに印加される。試料の半導体デバ
イスに帯電した電荷はスイッチＳ₁ ４３が閉じられるこ
とによって擬似大地金属体４９に対して急速に放電され
る。Ｓ₂ リレー・コイル４７はスイッチＳ₂ を開閉する
ためのものであり、同様にＳ₁ リレー・コイル４６はス
イッチＳ₁ を開閉するためのものである。

【００２６】側面より見た説明図（Ｂ）によると明らか
なようにスイッチＳ₁ ５１の開閉制御コイル５３はスイ
ッチＳ₁ ５１と離隔した位置に置かれている。スイッチ
Ｓ₁５１は支持体５７，５８によって支えられており離
隔した位置を保っており、又スイッチＳ₁ ５１は擬似大
地金属体４９に最短距離で接続されている。スイッチＳ
₁ はリレー・コイル５３に電流が流れることによって閉
じられ、一方、リレー・コイルの電流が切れることによ
って解放される。又、スイッチＳ₁ の開閉は、永久磁石
を近付けたり、離したりすることによっても同様の効果
が得られる。

【００２７】スイッチＳ₁ には水銀スイッチが用いられ
ている。これは高電圧の充電又は放電を機械的に試料端
子へ接触して行うと接触時に火花放電を起こし、接触部
分が酸化する。又、周囲の湿度・温度等の影響により放
電の仕方が異なってくる。このような影響を避けるため
に安定性の高い水銀スイッチを使用している。更に水銀
スイッチの場合機械的接触に比べ開閉のタイミングを電
気的に容易に制御でき、且つドライ・スイッチのような
チャタリング動作がない。水銀スイッチはまた、１ns以
下の高速放電電流パルスを扱うにも最適なスイッチであ
る。しかし、本発明は、これらのスイッチとして水銀ス
イッチのみの使用に制限するものではない。スイッチ５
１がその制御手段であるリレーコイル５３と離隔してい
るのは浮遊容量を減らすためである。擬似大地金属体４
９がスイッチＳ₁ の近傍に配置されているのは放電路の
インダクタンスを減少させるためである。なお通常のリ
ードリレーを用いた場合コイルとスイッチが一体となっ
ており接点グラウンド間、接点コイル間、接点ボード間
等による浮遊容量が大きく、本デバイス帯電法のように
極めて少ない浮遊容量を必要とする装置では実用的では
ない。

【００２８】擬似大地金属体４９はその極く近傍の低抵
抗体３９を介して、スイッチＳ₁ に接続されている。低
抵抗体の両端はその電圧を計測するための同軸ケーブル
４０に接続されている。低抵抗体３９の抵抗値は１Ω程
度であり、同軸ケーブルは伝送路５０Ωのインピーダン
スのものを使用する。ケーブルはオシロスコープ等の波
形観測可能な装置に接続される。これらの手段によって
試料の放電時の電流波形観測が可能となる。

【００２９】図３は本発明の第１の実施例のプローブヘ
ッドの説明図である。プローブ部ヘッド６５の先端には
コンタクトセンサ部６６が搭載されておりその先端には
更にコンタクトピン６７が装着されている。コンタクト
センサ部６６の内部にはスプリングによってコンタクト
ピン６７とプローブ部ヘッド６５内の電極が接触するよ
うになっている。コンタクトピン６７が下降していき試
料の半導体デバイス６１のピン６２に接触した後、更に
下降してコンタクトセンサ部内のスプリングが縮み、コ
ンタクトピン６７がプローブヘッド６５内部の電極と電
気的に接触する。その時センサ板６９が上方に移動し光
センサ６８の光を遮ることによって接触したことを検出
する。かかる構成は試料のピンにプローブを接触させる
場合の試料ピンとプローブの接触の確認に重要である。
なぜなら試料ピンには実際には形状変化があり、テスト
に当たって確実に接触したかどうかを検出した後に電圧
を印加しないと実際に接触していないにも拘らず電圧を
印加して静電破壊に強いという結果を得ることがあるか
らである。なおスプリングによるプローブの位置の調節
はＺ軸の移動量を予め試料に合わせて決めておくことに
よって適切に行うことができる。

【００３０】しかしながら、上述の第１の実施例の静電
破壊試験装置では、実際の帯電した試料が金属導体に接
触した時の放電現象を正確にシミュレートするために
は、更に改善の余地がある。即ち、デバイス帯電モデル
による静電破壊試験装置は、マイクロ波領域のパルスの
放電現象を扱うことから、試料のピンから電荷を放電す
る擬似大地金属体までの経路を短縮し、インダクタン
ス、キャパシタンスを出来る限り減らす必要がある。

【００３１】即ち、第１の実施例の試験装置のプローブ
の尖端には、試料のピンとの接触を確認するためにコン
タクトセンサを取付けている。このコンタクトセンサ
は、試料のピンから擬似大地金属体迄の放電経路を長く
してしまうという問題がある。また放電経路にスイッチ
を使用しており、このスイッチを駆動する手段としてコ
イルをスイッチと平行に配置し磁気回路を形成してい
る。実際の放電現象では、帯電された試料が金属導体等
に接触して放電する現象を考えているので、放電経路長
およびその浮遊容量は、可能な限り小さくしなければな
らない。

【００３２】また擬似大地金属体とスイッチの間に低抵
抗体を設け、この両端の電圧を同軸ケーブルで取り出し
て静電破壊試験時の波形観測を行っている。しかしなが
ら、この同軸ケーブルにマイロク波領域のパルス電流が
流れる時に、この同軸ケーブルが、あたかもアンテナの
如く作用し、外部に強い電磁界を生じ、周囲の回路に雑
音として悪影響を及ぼすという問題がある。

【００３３】本発明の第２の実施例の半導体デバイスの
静電破壊試験装置においては、擬似大地金属体と、スイ
ッチと、試料に接触するコンタクトピンを収納するピン
ソケットとを搭載したプローブヘッドを、 装置アーム
に対して上下移動できるように装置アームに取り付け、
該装置アームの上部にコンタクトセンサを取付けた構成
とした。また、スイッチを駆動するコイルは該スイッチ
に対して直交して配置されており、コイルに電流を供給
する配線板は、前記スイッチが搭載された配線板と別個
に構成されている。更に、低抵抗体の両端より引き出さ
れる波形観測用の同軸ケーブルは、その外部導体を前記
擬似大地金属体に埋設されている構成とした。又、プロ
ーブは、装置アームに対して引っ張り手段を具備し、擬
似大地金属体の重量によりコンタクトピンの試料への接
触に過重がかからない構成とし、プローブに搭載された
ピンソケットは、試料に接触するコンタクトピンを交換
可能である構成とした。

【００３４】係る第２の実施例によれば試料ピンへの接
触を検出するコンタクトセンサを装置アームの上部に設
けているので、従来のコンタクトセンサをコンタクトピ
ンから擬似大地金属体との間に設けていた構造と比較し
て、放電経路が短くなり、インダクタンスが減少する。
またスイッチを駆動するコイルは、従来スイッチと平行
に配置されていたのに対して、これを直交する方向に配
置したものであるので、スイッチ周辺の配線長が短くな
りインダクタンスが減少するとともに、放電経路からコ
イルが離れることによってキャパシタンスが減少する。
また低抵抗体の両端より引き出される同軸ケーブルの外
部導体を、擬似大地金属体に埋設することにより、同軸
ケーブルよりの電磁波放出が減少し、周辺の回路に及ぼ
す雑音を大幅に低減する。従って、より実際の放電現象
に近い、再現性、安定性の高いデバイス帯電モデルによ
る静電破壊試験装置が実現された。

【００３５】図４は本発明の第２の実施例の静電破壊試
験装置のプローブ部の説明図である。装置アーム１０１
にはプローブ部１０２が上下移動可能に取付けられ、プ
ローブ部１０２には擬似大地金属体１０３、スイッチ１
０４、低抵抗体１１２等が搭載されている。スイッチ１
０４の下部には、ピンソケット１０５が取付けられ、そ
の先にはコンタクトピン１０６が取り付けられ、コンタ
クトピン１０６は試料の半導体デバイス（ＩＣ）のピン
に接触するためのものである。コンタクトピン１０６が
試料のピンに接触すると、高抵抗値抵抗２４を経由して
充電が始まる。試料に帯電した電荷は、コンタクトピン
１０６より、ピンソケット１０５、スイッチ１０４、低
抵抗体１１２を通って、擬似大地金属体１０３に放電さ
れる。

【００３６】プローブ部１０２は可動体１０８を備えて
おり、装置アーム１０１に設けられたガイドレール１１
１内で、上下にスライド移動可能である。またプローブ
部１０２は装置アーム１０１にスプリング１０９によ
り、引っ張られて、プローブ部の自重量約３００ｇがス
プリング圧約２５０ｇにより引っ張られ、試料のピンに
は約５０ｇの重量が加わる。これはプローブ部１０２の
コンタクトピン１０６の試料のピンへの接触によって、
過重による試料のピンの形状変形を防ぐために有効であ
る。装置アーム１０１の上部にはコンタクトセンサ１０
７が設けられており、プローブ部１０２が上方に移動す
ることによって、センサ板により光センサで、コンタク
トピン１０６の試料へのコンタクトを検出する。

【００３７】次にこの動作について説明する。まず装置
アーム１０１は予め定められた試料のピンの位置に移動
する。そして、装置アーム１０１がプローブ部１０２と
共に下降し、コンタクトピン１０６が試料のピンに接触
すると、プローブ部１０２はその位置に止まり、装置ア
ーム１０１がさらに下がることによって、プローブ部１
０２は装置アーム１０１に対して相対的に上昇し、プロ
ーブ部１０２はコンタクトセンサ１０７のセンサ板によ
り、コンタクトピン１０６の試料のピンへの接触が検出
される。この構造のため、第１の実施例のプローブ尖端
部の放電経路にコンタクトセンサを挿入する必要がなく
なり、コンタクトピンより擬似大地金属体に至る放電経
路の長さを１ｃｍから２ｃｍ短くすることができる。

【００３８】コンタクトが検出された後は、第１の実施
例と同様に、まず高電圧を試料のピンに印加することに
より試料を充電する。次に、スイッチ１０４が閉じら
れ、試料に充電した電荷を擬似大地金属体１０３に放電
する。スイッチ１０４には、水銀スイッチを使用してい
る。水銀スイッチは、チャタリングが無いため、充放電
の回数を正確に制御でき、また放電は不活性ガスを封入
したガラス管の中で起るため安定であり、大電流を極め
て短時間（１ｎＳ以下）でスイッチできるので最適であ
る。

【００３９】なおコンタクトピン１０６は試料の端子構
造の相違により各種の形状が要求される。図７は各種コ
ンタクトピンの形状を示す斜視図である。本実施例の試
験装置においては、これらのコンタクトピンを容易に交
換できるソケット方式を採用しているため、ピンを変更
する際に発生する試料とコンタクトピンの位置合わせ作
業が容易となった。また同一長のピンを使用することに
より、測定データに与えるコンタクトピン形状の影響が
無くなった。

【００４０】図５はリレーコイルの配置の説明図であ
る。（Ａ）は第１の実施例であり、（Ｂ）は第２の実施
例である。（Ａ）においては、プローブ配線板１１４上
にコイル１１３が搭載されており、スイッチは支持体１
１８によってプローブ配線板１１４に固定されており、
コイル１１３はスイッチ１０４と平行に配置されてい
る。コイル１１３の両端の鉄芯はスイッチの両端のリー
ドに近接しており、閉じた磁気回路を形成している。こ
れに対して第２の実施例（Ｂ）においては、スイッチ１
０４に対してコイル１１３が直交して配置されている。
そしてコイル１１３の鉄芯の一端はスイッチ１０４に近
接して、スイッチ１０４を開閉する。またコイル１１３
はコイル用配線板１１５によって支持されており、コイ
ル１１３への配線は、コイル用配線板１１５上によって
なされ、プローブ配線板１１４上の放電経路の配線と分
離されている。

【００４１】このような構造によって、コイル１１３か
らみた磁気回路の結合が弱くなるが、従来のスイッチの
両端にあった電磁石の鉄芯に相対する部分が省略され
て、配線長が短くできる。また放電経路であるスイッチ
側から見たコイルはそのキャパシタンスが低減される。
この改良によりコンタクトピンから擬似大地金属体に到
る放電経路が１ｃｍから２ｃｍ短縮された。更に、放電
経路の配線板とコイルの配線板とを分離することによ
り、放電経路に流れるマイクロ波領域のパルス電流のコ
イル系統への影響がなくなり、試験装置の安定性が向上
した。

【００４２】図６は第２の実施例の波形モニタ用同軸ケ
ーブルの接続方法、実装方法の説明図である。スイッチ
１０４を介して、試料のピンから擬似大地金属体１０３
に放電される放電電流は低抵抗体１１２の両端の電圧に
よって観測される。低抵抗体１１２の両端を波形観測用
同軸ケーブル１１９に接続して、オシロスコープ等によ
り放電電流の波形が測定でき、デバイス帯電モデル（Ｃ
ＤＭ）による静電破壊試験装置にとって重要な点であ
る。しかし、単に低抵抗体１１２の両端に波形観測用同
軸ケーブルを接続しただけでは、ケーブルの入口近辺が
アンテナとしての役割を果たし、周辺に電磁波を放出し
て、試験装置の安定性を損ねていた。

【００４３】図６に示すように、この波形観測用同軸ケ
ーブルの外部導体１２０を低抵抗体１１２の接続部分か
ら、予め擬似大地金属体１０３に設けられた溝に埋設す
る。又、大地金属体に貫通孔を設け、この孔を貫通させ
るように同軸ケーブルの外部導体１２０を埋設してもよ
い。この構造を採用することによって、従来のケーブル
の入口近辺よりの電磁波の放出が無くなり、周辺に雑音
を及ぼすことがなくなり、試験装置の安定性が向上し
た。又、同軸ケーブルの外部導体を擬似大地金属体１０
３に接触させることが、パルス波形の歪を改善した。

【００４４】図８は本試験装置による試料のピンの位置
合わせのフローチャートを示す。まず試験（ＤＵＴ）ボ
ードに試料のピンを上に向け背中部分を溝に嵌合し、ロ
ック手段により試料の腹部分をつめで抑えることによ
り、試料を固定（実装）する。次に、試験ボードを試験
装置に挿入し、位置合わせピンホールを試験装置に設け
られたピンと嵌合することにより、試験ボードを試験装
置に対して正確に位置合わせする。

【００４５】次に試料のピン位置の機械的位置固定
（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）を行う。試験の対象となる試料のピン
位置の座標を特定する。試料のピン位置に対応して、Ｘ
軸，Ｙ軸方向に機械的にプローブ部を移動する機構は、
試験ボードに固定された試料のピン位置をコンピュータ
のプログラムに登録し、このコンピュータのプログラム
によって駆動される。

【００４６】試料のピン位置を登録するコンピュータの
プログラムは、任意の試料のピン位置のＸ−Ｙ座標の相
対値を数値入力することのできる数値入力型プログラ
ム、前記プローブ部のコンタクトピンを移動させて試料
のピン位置に合わせることによりピン位置のＸ−Ｙ座標
の絶対値を入力することのできるプローブ移動型プログ
ラム、あらかじめ想定される試料の形状に応じてピン位
置のライブラリを設け、試験対象の試料のピン位置のＸ
−Ｙ座標の相対値を読み出して利用することのできるラ
イブラリ型プログラムなどにより構成される。

【００４７】数値入力型プログラムの図１のＣＲＴ３に
おける画面表示例を図９に示す。基準ピンである１ピン
に対する各ピンの相対位置の入力を、パソコン５によっ
て行い、コンピュータのプログラムに試験装置における
ピン位置の座標、即ち機械的位置が特定され登録され
る。基準ピンである１ピンの位置は、試験ボード上の位
置から予め期待する位置を入力する。尚、１ピンの位置
が実際の試験で合わない場合は、再入力することが可能
である。

【００４８】ライブラリ型プログラムのＣＲＴ３の画面
表示例を図１１に示す。（Ａ）はＤＩＰ型ＩＣの場合で
あり、（Ｂ）はＱＵＡＤ型ＩＣの場合である。本試験装
置の試験対象となる試料の形状、ピン数、ピン位置は千
差万別であり、試験に当たって、逐一ピン位置を数値入
力するのは大変である。そこで、標準的な試料の形状、
ピン数のものについて、そのピン位置を数値入力したラ
イブラリ型プログラムが設けられている。ユーザーは、
ライブラリ型プログラムに登録されている試料について
は、ライブラリ型プログラムより選択して、ピン位置情
報を利用することができる。登録されていない試料につ
いては、前述の数値入力プログラムにより登録し、これ
をライブラリ型プログラムに追加することができる。
尚、このライブラリ型プログラムはフロッピーディス
ク、或いはハードディスクに格納され、再度の試験等に
容易に利用することができる。

【００４９】図８のフローチャートに戻り、試料のピン
位置が特定されると、登録されたプログラムに従って、
試験装置のプローブ部はＸ，Ｙ，Ｚ方向に駆動され、プ
ログラムに登録されたピン位置で位置検出が行われる。
この位置検出は目視により行われる。

【００５０】試料のピンが曲がっているような場合に
は、規格表等から計算されるピン位置と異なってくる。
このような場合には、プローブ部のコンタクトピンが試
料のピンに接触しない場合が生ずる。このような未接触
ピンを検出しＣＲＴ３に表示する。そして、手動により
正しいピン位置を決定し、プログラムに登録する。

【００５１】このような“手動により位置を決定し登録
する”時にプローブ移動型プログラムが用いられる。図
１０は、プローブ移動型プログラムのＣＲＴ画面表示例
を示す。テーブル欄には、ライブラリ型プログラムから
読出された、又は、数値入力型プログラムに登録された
ピン位置が表示され、自動的にプローブは、登録された
ピン位置に移動する。そして、試料のピンとプローブの
コンタクトピンの位置が合っていない場合には、パソコ
ン５の矢印キーを用いてＸ，Ｙ，Ｚ方向にプローブを微
少距離づつ移動する。画面上にはプローブ位置が表示さ
れており、試料のピンとプローブ部のコンタクトピンが
一致した時に、プローブ位置の座標をテーブルの座標に
登録する。この操作を各ピンに行うことによって、曲が
っているピン等に対して実際のピン位置をプログラムに
登録することができる。このプローブ移動型プログラム
は、試料のピン位置は、実際には曲がり、ねじれ等によ
り不確定なものであるので、あらゆる形状の試料に適応
することができ、汎用性が高く、実用的である。

【００５２】図８のフローチャートにより、試料のピン
位置の試験装置への設定が終了すると、試験装置のプロ
ーブ部は、指定された各ピンに移動して、プローブ部を
下げて試料のピンにコンタクトプローブを直接接触さ
せ、試料を充電、放電させるデバイス帯電モデル（ＣＤ
Ｍ）に基づいた試験を行う。

【００５３】図１２は放電波形観測のための中間アース
を設けた試験ボードの説明図である。試験ボードには、
試料の背中部分１３２に接触する絶縁体１４２に固定さ
れた中間アースとなる金属体１５１を備える。金属体１
５１の裏面は、複数（例えば、４本）の低抵抗体１５２
を介してＧＮＤプレーンである接地金属板１５３に接続
されている。複数の低抵抗体の抵抗値は全体として１Ω
程度である。低抵抗体はその両端の電圧を計測するセミ
リジッドケーブル等の同軸ケーブル１５４に接続され、
低抵抗体に流れる放電電流の波形がオシロスコープ等に
より観測される。同軸ケーブルの中心導体は金属体１５
１の試料の背中部分の中心部の裏面に接続固定され、低
抵抗体１５２は同軸ケーブルの中心導体の周囲に等間隔
で配置されている。同軸ケーブルの外部導体は接地金属
板に接続固定される。

【００５４】図１３は放電波形観測のための中間アース
を設けた他の実施例の説明図である。試験ボードには、
中間アースとなる金属体１５１とＧＮＤプレーンである
接地金属板は導線１６３で接続され、その導線１６３に
流れる放電電流を導線１６３に結合された電流プローブ
１７０により検出する。電流プローブにより検出された
放電電流は同軸ケーブル１５４に接続されたオシロスコ
ープ等によりその波形が観測される。

【００５５】試料の容量が極端に小さくなった場合に
は、前述のプローブ部に低抵抗体を備え、プローブ部の
低抵抗体に流れる試料に帯電した電荷の放電電流を観測
する方法では、プローブ部の浮遊静電容量が問題となっ
てくる。図１２、図１３に示す中間アースを設けた試験
ボードによって、前述のプローブ部の浮遊容量の問題を
除去した、より正確な試料に帯電された電荷の放電波形
が観測可能となる。

【００５６】以上に本発明の実施例を詳細に説明した
が、本発明の要旨は上記実施例に限定されるものではな
い。例えばプローブ部と試料ピンの位置合せに関して
も、上記実施例では試料を固定したプローブ部を移動す
るものについて説明したが、プローブ部を固定して試料
を移動する、或いは例えばＸ，Ｙ方向にはプローブを移
動し、Ｚ方向には試料を移動するようにしてもよい。こ
のように本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の変形
実施例が可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明によれ
ば、試料に付加される浮遊容量，および放電経路のイン
ダイタンスを極めて小さくすることが可能となり、ま
た、放電リレーとして水銀スイッチを採用することによ
り、長時間、多数回安定な放電を期待でき、更に非常に
高速な放電電流波形を正確に測定できる電流検出手段を
付加することにより、実用的で再現性の良いデバイス帯
電モデルによる静電破壊試験装置が実現される。従来、
半導体デバイスの静電気に対する破壊を試験するには人
体モデルや機械モデルが主流であったが、これらのモデ
ルでは解明できない破壊があることが知られるようにな
ってきた。デバイス帯電モデルによれば、このような破
壊モードが解明できるので本発明は、半導体デバイスの
信頼性の向上に大きな寄与ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の半導体デバイスの静電
破壊試験装置のブロック図。

【図２】本発明の第１の実施例のプローブ部の、（Ａ）
は正面より見た説明図、（Ｂ）は側面より見た説明図。

【図３】本発明の第１の実施例のプローブ部ヘッドの斜
視図。

【図４】本発明の第２の実施例のプローブ部の説明図。

【図５】リレーコイルの配置の（Ａ）第１の実施例、
（Ｂ）第２の実施例の説明図。

【図６】本発明の第２の実施例の波形モニタ用同軸ケー
ブルの説明図。

【図７】各種コンタクトピンの形状を示す斜視図。

【図８】試料の位置確認のフローチャート。

【図９】数値入力型プログラムの画面表示の説明図。

【図１０】プローブ移動型プログラムの画面表示の説明
図。

【図１１】ライブラリ型プログラムの画面表示の説明
図。

【図１２】中間アースを設けた試験ボードの説明図。

【図１３】中間アースを設けた試験ボードの他の実施例
の説明図。

【図１４】従来のデバイス帯電法による静電破壊試験装
置の回路図。

【符号の説明】

２７，２８，２９ ステッピングモータ ３０ プローブ用ステッピングモータ ３３，１０２ プローブ部 ３５ 試料 ３７，１５３ 接地金属体 ４３，４４，５１，１０４ スイッチ ４６，４７，５３ リレー・コイル ４９，１０３ 擬似大地金属体 ６６，１０７ コンタクトセンサ部 ６７，１０６ コンタクトピン ６８ 光センサ ６９ センサ板 １０１ 装置アーム １０５ ピンソケット １１２ 低抵抗体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 磯福 佐東至 東京都国立市谷保6442番地第一日衛ビル 東京電子交易株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−312479（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−231458（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−124575（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−151170（ＪＰ，Ｕ)

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の半導体デバイスのピンに接触する
   コンタクトピンと、該コンタクトピンを保持するピンソ
   ケットと、試料ピンから放電される電荷を吸収する擬似
   大地金属体と、前記ピンソケットと擬似大地金属体間を
   開閉可能に接続するスイッチと、前記スイッチから離隔
   して配置され前記スイッチの開閉を駆動するコイルとを
   搭載したプローブ部と、 前記プローブ部のコンタクトピンを試料のピンに位置合
   せし接触する手段と、前記試料デバイスを充電する手段
   と、前記スイッチを閉じて前記試料デバイスに充電され
   た電荷を前記試料ピンから前記擬似大地金属体に放電さ
   せる手段と、 前記試料が放電する際に、試料ピンから擬似大地金属体
   に流れる放電電流を検出する手段とを備えたことを特徴
   とするデバイス帯電モデルに基づく半導体デバイスの静
   電破壊試験装置。
2. 【請求項２】 前記スイッチは水銀スイッチであること
   を特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの静電破壊
   試験装置。
3. 【請求項３】 前記プローブ部をスライド可能に支持す
   るアームと、試料ピンに対するプローブ部の重さを低減
   するように、上方に引っ張るスプリングを前記プローブ
   部と前記アームとの間に備えたことを特徴とする請求項
   １記載の半導体デバイスの静電破壊試験装置。
4. 【請求項４】 前記プローブ部に搭載された前記ピンソ
   ケットは、試料に接触する前記コンタクトピンを交換可
   能であることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイ
   スの静電破壊試験装置。
5. 【請求項５】 前記スイッチを駆動するコイルは、前記
   スイッチに対して直交して配置されており、前記コイル
   に電流を供給する配線板は、前記スイッチが搭載された
   配線板と別個に構成されていることを特徴とする請求項
   １記載の半導体デバイスの静電破壊試験装置。
6. 【請求項６】 前記放電電流検出手段は、前記擬似大地
   金属体と前記スイッチとの間に低抵抗体が直列に接続さ
   れ、該抵抗体の両端より同軸ケーブルが引出され前記放
   電電流に対応した該低抵抗体の両端の電圧を伝達し、該
   同軸ケーブルに表示装置を接続し、放電波形を観測する
   ものであることを特徴とする請求項１記載の半導体デバ
   イスの静電破壊試験装置。
7. 【請求項７】 前記低抵抗体の両端の電圧を計測するた
   めに前記低抵抗体の両端より引き出される同軸ケーブル
   はその外部導体が前記擬似大地金属体に埋設されている
   ことを特徴とする請求項５記載の半導体デバイスの静電
   破壊試験装置。
8. 【請求項８】 前記試料のピン位置とプローブ部をＸ
   軸，Ｙ軸方向に位置合せする手段と、前記試料のピン位
   置に対してプローブ部をＺ方向に試料のピンに直接接触
   させる手段とは、前記試験ボードに固定された試料のピ
   ン位置をコンピュータのプログラムに登録し、該コンピ
   ュータのプログラムにより駆動されることを特徴とする
   請求項１記載の半導体デバイスの静電破壊試験装置。
9. 【請求項９】 前記試料のピン位置を登録するコンピュ
   ータのプログラムは、任意の試料のピン位置のＸ−Ｙ座
   標を、基準ピンからの相対距離で数値入力することので
   きる数値入力型プログラムであることを特徴とする請求
   項８記載の半導体デバイスの静電破壊試験装置。
10. 【請求項１０】 前記試料のピン位置を登録するコンピ
    ュータのプログラムは、前記プローブ部のコンタクトピ
    ンを移動させて実際の試料のピン位置に合わせることに
    より、ピン位置のＸ−Ｙ座標の絶対値を入力することの
    できるプローブ移動型プログラムであることを特徴とす
    る請求項８記載の半導体デバイスの静電破壊試験装置。
11. 【請求項１１】 前記試料のピン位置を登録するコンピ
    ュータのプログラムは、あらかじめ想定される試料の形
    状に応じたピン位置のＸ−Ｙ座標を決めるための定数の
    ライブラリを設け、試験対象の試料のピン位置を算出し
    て利用することのできるライブラリ型プログラムである
    ことを特徴とする請求項８記載の半導体デバイスの静電
    破壊試験装置。
12. 【請求項１２】 前記放電電流検出手段は、前記試料の
    背中部分に接触する金属体を備え、該金属体の裏面は複
    数の低抵抗体を介して接地された金属板に接続され、前
    記金属体裏面の中央付近は前記低抵抗体の両端の電圧を
    計測する同軸ケーブルの中心導体に接続されて、該同軸
    ケーブルの外部導体は接地された金属板に接続されてい
    ることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの静
    電破壊試験装置。
13. 【請求項１３】 前記放電電流検出手段は、前記試料の
    背中部分に接触する金属体を備え、該金属体の裏面は導
    線を介して接地された金属板に接続され、該導線に流れ
    る放電電流は該導線に結合された電流プローブにより検
    出されることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイ
    スの静電破壊試験装置。