JP4784158B2 - プローブカード、およびこれを用いた直流特性測定方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置の直流特性測定を行うためのプローブカード、およびこれを用いた直流特性測定方法に関するものである。

高周波用半導体装置は高周波における利得が高く、通信機器や携帯電話などに広く用いられている。このような半導体装置の直流特性測定を行う例について、以下に説明する。

図６は、高周波用半導体装置の直流特性測定に用いられるプローブカードの断面図である。
測定装置のウェハチャック２の上にウェハ１が固定され、その表面にはプローブパッド３ａ、３ｂが設けられている。プローブカード５はプローブピン４ａ、４ｂを有し、これらのピンはそれぞれプローブパッド３ａ、３ｂと接触している。プローブピン４ｂは、発振防止用コンデンサ７を介して、ウェハチャック２と接続されている。

プローブピン４ａ−４ｂ間に電圧を印加して、プローブピン４ｂに流れる電流を測定する場合について考える。仮に、プローブピン４ｂがウェハチャック２と接続されていないとすると、プローブパッド３ｂからプローブピン４ｂに流れ込む電流と、プローブピン４ｂに残留する電流とが干渉して、プローブピン４ｂを流れる電流が発振することがある。
しかし実際には、プローブピン４ｂはウェハチャック２と接続されている。このためプローブピン４ｂに流れ込んだ電流は、そこに残留することなくウェハチャック２に流れる。このようにして、プローブピン４ｂを流れる電流が発振することを抑制している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２３３１５５号公報

しかし、上記従来のプローブカードを用いた直流特性測定において、測定装置の構成によっては、プローブピン４ｂとウェハチャック２とを接続する配線が長くなる。この配線が長くなると、プローブピン４ｂとウェハチャック２とを低インピーダンスで接続できないため、プローブピン４ｂを流れる電流の発振を十分に抑制できない事態が生じ得る。この場合、十分な測定再現性、測定精度を得ることが困難となる。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、半導体装置の直流特性測定において、優れた測定再現性、測定精度が得られるプローブカード、およびこれを用いた直流特性測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係るプローブカードは、ウェハチャック上に固定されたウェハのプローブパッドにプローブピンを接触させて直流特性測定を行うためのプローブカードであって、プローブピンと、前記プローブピンと接続されたプローブ配線と、前記プローブ配線と接続され、前記プローブピンと同一の面に前記ウェハチャックと対向して固定された接地電極面とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る半導体装置の直流特性測定方法は、プローブピンと、前記プローブピンと接続されたプローブ配線と、前記プローブ配線と接続された発振防止コンデンサと、前記発振防止コンデンサと接続されたグラウンド配線と、前記グラウンド配線と接続され、前記プローブピンと同一の面に固定されたグラウンド接触手段とを備えたプローブカードの前記プローブピンを、ウェハチャック上に固定されたウェハのプローブパッドに接触させ、前記グラウンド接触手段を前記ウェハチャックに接触させて行うことを特徴とする。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。

本発明によれば、半導体装置の直流特性測定において、優れた測定再現性、測定精度が得られるプローブカード、およびこれを用いた直流特性測定方法を得ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
まず、本実施の形態に係るプローブカードの構成について説明する。
図１は、高周波用半導体装置の直流特性をウェハ状態で測定する際の、ウェハおよびプローブカードの断面図である。
ウェハ１は、測定装置のウェハチャック２の上に固定されている。ウェハ１の表面にはプローブパッド３ａ、３ｂが設けられている。プローブパッド３ａに、プローブピン４ａの下端部が接触している。プローブピン４ａの上端部はプローブカード５の裏面に固定されている。プローブパッド３ｂに、プローブピン４ｂの下端部が接触している。プローブピン４ｂの上端部はプローブカード５の裏面に固定されている。
プローブピン４ｂの上端部はプローブ配線６と接続されている。プローブ配線６は、発振防止用コンデンサ７の一方の端子と接続されている。発振防止用コンデンサ７の他方の端子は、グラウンド配線８と接続されている。また、発振防止用コンデンサ７は、プローブカード５の表面に固定されている。また、その容量は、１０^２〜１０^４ｐＦ程度である。
グラウンド配線８は、グラウンド接触ピン９に接続されている。グラウンド接触ピン９の上端部はプローブカード５の裏面に固定され、下端部はウェハチャック２の表面に接触している。グラウンド接触ピン９の上端部から下端部までの高さは、２００〜５００μｍ程度である。

また、グラウンド接触ピン９は、例えば伸縮可能なポゴピンや、カンチレバーなどの他、プローブピン４ａ、４ｂと同様の構造であっても良い。また、グラウンド接触ピン９の本数は、一本のみでも複数本であっても良い。

図１に示したプローブピン４ｂは、プローブ配線６、発振防止用コンデンサ７、グラウンド配線８、およびグラウンド接触ピン９を経由してウェハチャック２に接続されている。上述したように、グラウンド接触ピン９はプローブカード５の裏面に固定され、その高さは２００〜５００μｍ程度である。このため、プローブピン４ｂからウェハチャック２に至るまでの配線を、十分に短くすることができる。

次に、図１に示したプローブカード５を用いて、ウェハ１の直流特性測定を行う方法について説明する。
例えば、図１に示した状態で、プローブピン４ａ−４ｂ間に所定電圧を印加して、プローブパッド３ｂからプローブピン４ｂに流れ込む電流値を測定する。このときプローブピン４ｂを流れる電流を、プローブ配線６、発振防止用コンデンサ７、グラウンド配線８、およびグラウンド接触ピン９を経由してウェハチャック２に流すことができる。これにより、プローブピン４ｂに電流が残留することを防ぎ、プローブピン４ｂを流れる電流の発振を抑制することができる。

従って、高周波用半導体装置のウェハの直流特性測定を行う際に、優れた測定再現性と、優れた測定精度とを得ることができる。

実施の形態２．
まず、本実施の形態に係るプローブカードの構成について説明する。ここでは、実施の形態１の構成と異なる点を中心に説明する。
図２は、高周波用半導体装置の直流特性をウェハ状態で測定する際の、ウェハおよびプローブカードの断面図である。図１で示したグラウンド接触ピン９に置き換えて、プローブカード５の裏面に、ウェハチャック２と対向するように、接地電極面１０が固定されている。接地電極面１０は、例えば銅薄膜などにより形成される。

ウェハ１の直流特性測定を行う際には、接地電極面１０とウェハチャック２との物理的距離は非常に近くなり（２００〜５００μｍ程度）、両者は静電結合する。このため、接地電極面１０をグラウンド面とみなすことができる。従って、図２に示したプローブピン４ｂを、プローブ配線６、発振防止用コンデンサ７、グラウンド配線８を経由して、グラウンド面に接続することができる。
これにより、プローブピン４ｂからグラウンド面に至る配線を、従来技術と比較して短くすることができる。

また、上述したように、ウェハ１の直流特性測定を行う際には、接地電極面１０とウェハチャック２とが静電結合する。このため、接地電極面１０とウェハチャック２との間を、コンデンサと見なすこともできる。このコンデンサは所定の容量を有しているので、発振防止用コンデンサとして機能する。従って、発振防止用コンデンサ７を省略するようにしても良い。
すなわち、発振防止用コンデンサ７、グラウンド配線８を設けることなく、プローブ配線６を接地電極面１０と接続するようにしても良い。

本実施の形態の変形例として、図３に示すように、接地電極面１０に誘電体１１を設けるようにしても良い。例えば、接地電極面１０にポリイミド等を塗布して、接地電極面１０に誘電体１１を形成する。または、接地電極面１０にシリコン酸化膜などの絶縁膜を蒸着して、誘電体１１を形成する。
このような構造とすることにより、ウェハ１の直流特性測定を行う際に、接地電極面１０とウェハチャック２との間の静電容量を増加させることができる。従って、プローブピン４ｂを流れる電流の発振抑制効果をさらに向上させることができる。
この場合も、接地電極面１０とウェハチャック２との間を、コンデンサと見なすことができる。このコンデンサは所定の容量を有しているので、発振防止用コンデンサとして機能する。従って、発振防止用コンデンサ７を省略するようにしても良い。

次に、図２に示したプローブカード５を用いて、ウェハ１の直流特性測定を行う方法について説明する。
実施の形態１と同様に、プローブピン４ａをプローブパッド３ａに接触させ、プローブピン４ｂをプローブパッド３ｂに接触させる。このとき、接地電極面１０がウェハチャック２と対向するように固定されている。
この状態で、プローブピン４ａ−４ｂ間に所定電圧を印加して、プローブピン４ｂを流れる電流値を測定する。このとき、プローブピン４ｂに流れる電流を、プローブ配線６、発振防止用コンデンサ７、グラウンド配線８を経由して接地電極面１０に流すことができる。これにより、プローブピン４ｂを流れる電流の発振を抑制することができる。

また、図２に示したプローブカード５の発振防止用コンデンサ７を省略した場合には、プローブピン４ｂに流れる電流を、プローブ配線６、接地電極面１０を経由してウェハチャック２に流すことができる。これにより、プローブピン４ｂを流れる電流の発振を抑制することができる。

図３に示したプローブカード５を用いて、ウェハ１の直流特性測定を行う方法については、図２に示したプローブカード５を用いた場合と同様であるので、説明を省略する。
なお、図３に示したプローブカード５を用いた場合は、接地電極面１０とウェハチャック２との間の静電容量を、図２のプローブカード５を用いた場合よりも大きくすることができる。従ってこの場合、図２のプローブカード５を用いた場合よりも、発振抑制効果を向上させることができる。

実施の形態３．
本実施の形態に係る半導体装置について説明する。
図４（ａ）は、高周波用半導体装置の直流特性をウェハ状態で測定する際の、ウェハの平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’の部分の断面図である。
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ウェハ１の裏面から表面に貫通するバイアホール１２が形成されている。ウェハ１の裏面と、バイアホール１２の内面とを覆うように、裏面電極１３が形成されている。ウェハ１の表面に、ソース配線１４ａと、グラウンド配線１４ｂとが形成されている。ソース配線１４ａの上にはソースパッド１５ａが配置されている。グラウンド配線１４ｂの上にはグラウンドパッド１５ｂが配置されている。グラウンド配線１４ｂは、バイアホール１２を介して裏面電極１３と接続されている。バイアホール１２、ソースパッド１５ａは有効チップＢに配置され、グラウンドパッド１５ｂはダイシングラインＣの上に配置されている。

図４（ｂ）に示すように、プローブカード５の裏面には、測定用のソースピン１６ａ、接地用のグラウンドピン１６ｂが固定されている。ソースピン１６ａはソースパッド１５ａに接触し、グラウンドピン１６ｂはグラウンドパッド１５ｂに接触している。ソースピン１６ａはソース配線１７に接続されている。ソース配線１７は発振防止用コンデンサ１８の一方の端子に接続されている。発振防止用コンデンサ１８の他方の端子は、グラウンド配線１９に接続されている。グラウンド配線１９は、グラウンドピン１６ｂに接続されている。
このような構造とすることにより、ソースピン１６ａを、ソース配線１７、発振防止用コンデンサ１８、グラウンド配線１９、グラウンドピン１６ｂ、グラウンドパッド１５ｂ、グラウンド配線１４ｂ、バイアホール１２を経由して、裏面電極１３と接続させることができる。裏面電極１３は、グラウンド面（接地面）とみなせる電極である。すなわち、ソースピン１６ａを、グラウンド面と接続させることができる。

裏面電極１３の膜厚は、数μｍ程度であり、ウェハの厚さ（数１００μｍ）と比較して非常に薄い。このため、仮にバイアホール１２の上にグラウンドパッド１５ｂを配置すると、グラウンドピン１６ｂの接触圧によりバイアホール１２部が破損するおそれがある。しかし、上記のようにバイアホール１２をグラウンドパッド１５ｂと異なる位置に配置したことにより、バイアホール１２部を破損することなく、グラウンドピン１６ｂをグラウンドパッド１５ｂと接触させることができる。

次に、図４に示したウェハ１の直流特性測定を行う例について説明する。
図示しないが、ウェハの主面上にトランジスタが形成され、ゲート、ドレイン、ソースの各電極が、それぞれゲートパッド、ドレインパッド、ソースパッドに接続されている。測定に用いるプローブカードには、ゲートピン、ドレインピン、ソースピンが設けられている。
測定の準備段階として、ゲートピン、ドレインピン、ソースピンをそれぞれゲートパッド、ドレインパッド、ソースパッドに接触させる。

次に、ゲートピン、ドレインピンに所定電圧を印加して、図４に示したソースピン１６ａに流れる電流を測定する。
このとき、ソースピン１６ａに流れる電流を、ソース配線１７、発振防止用コンデンサ１８、グラウンド配線１９、グラウンドピン１６ｂ、グラウンドパッド１５ｂ、グラウンド配線１４ｂ、バイアホール１２を経由して、裏面電極１３に流すことができる。

以上のように測定を行うことにより、ソースピン１６ａに流れる電流を、裏面電極１３（グラウンド面）に流すことができる。
これにより、高周波用半導体装置のウェハの直流特性測定を行う際に、測定パッドに接触するプローブピンを流れる電流の発振を抑制することができる。

次に、図４（ａ）に示した構造の変形例を説明する。
図５（ａ）〜（ｄ）は、ウェハのダイシングラインＣの上にグラウンドパッド１５ｂを配置した例である。図５（ａ）は、バイアホール１２、ソースパッド１５ａをダイシングラインＣの上に配置した例である。図５（ｂ）はバイアホール１２をダイシングラインＣの上に配置し、ソースパッド１５ａを有効チップＢに配置した例である。図５（ｃ）は、バイアホール１２を有効チップＢに配置し、ソースパッド１５ａをダイシングラインＣの上に配置した例である。図５（ｄ）は、バイアホール１２、ソースパッド１５ａを有効チップＢに配置した例である。

半導体装置が高集積化されると、チップサイズの制約により、有効チップ内にグラウンドパッドを配置することが困難となる場合がある。このような場合であっても、図５（ａ）〜（ｄ）のような構造とすることにより、有効チップ以外の位置（ダイシングラインの上）にグラウンドパッドを配置し、かつ、図４に示したソースピン１６ａをグラウンド面に接続させることができる。

実施の形態１に係るプローブカード、測定方法を示す断面図。 実施の形態２に係るプローブカード、測定方法を示す断面図。 実施の形態２に係るプローブカード、測定方法を示す断面図。 実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図。 実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図。 従来のプローブカード、測定方法を示す断面図。

符号の説明

１ ウェハ、２ ウェハチャック、３ａ、３ｂ プローブパッド、４ａ、４ｂ プローブピン、５ プローブカード、７ 発振防止用コンデンサ、９ グラウンド接触ピン、１０ 接地電極面、１１ 誘電体、１２ バイアホール、１３ 裏面電極、１５ａ ソースパッド、１５ｂ グラウンドパッド、１６ａ ソースピン、１６ｂ グラウンドピン、１８ 発振防止用コンデンサ。

Claims (5)

1. ウェハチャック上に固定されたウェハのプローブパッドにプローブピンを接触させて直流特性測定を行うためのプローブカードであって、
   プローブピンと、
   前記プローブピンと接続されたプローブ配線と、
   前記プローブ配線と接続され、前記プローブピンと同一の面に前記ウェハチャックと対向して固定された接地電極面と、
   を備えたことを特徴とするプローブカード。
2. 前記接地電極面に誘電体を設けたことを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. プローブピンと、
   前記プローブピンと接続されたプローブ配線と、
   前記プローブ配線と接続された発振防止コンデンサと、
   前記発振防止コンデンサと接続されたグラウンド配線と、
   前記グラウンド配線と接続され、前記プローブピンと同一の面に固定されたグラウンド接触手段とを備えたプローブカードの前記プローブピンを、ウェハチャック上に固定されたウェハのプローブパッドに接触させ、前記グラウンド接触手段を前記ウェハチャックに接触させて行うことを特徴とする半導体装置の直流特性測定方法。
4. プローブピンと、前記プローブピンと接続されたプローブ配線と、前記プローブ配線と接続され、前記プローブピンと同一の面にウェハチャックと対向して固定された接地電極面とを備えたプローブカードの前記プローブピンを、前記ウェハチャック上に固定されたウェハのプローブパッドに接触させ、前記接地電極面を前記ウェハチャックと対向させて行うことを特徴とする半導体装置の直流特性測定方法。
5. プローブピンと、前記プローブピンと接続されたプローブ配線と、前記プローブ配線と接続され、前記プローブピンと同一の面にウェハチャックと対向して固定された接地電極面と、前記接地電極面に設けた誘電体とを備えたプローブカードの前記プローブピンを、前記ウェハチャック上に固定されたウェハのプローブパッドに接触させ、前記接地電極面を前記ウェハチャックと対向させて行うことを特徴とする半導体装置の直流特性測定方法。

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