JP6213369B2

JP6213369B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP6213369B2
Application number: JP2014099814A
Authority: JP
Inventors: 貴也野口; 岡田　章; 章岡田; 竹迫　憲浩; 憲浩竹迫
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2034-05-13
Also published as: US20150331011A1; JP2015215312A; US9562929B2

Description

本発明は、プローブを被測定物に接触させて被測定物の電気的特性を測定する測定装置に関する。

特許文献１には、加圧手段により圧力容器内の気圧を上昇させた状態で、圧力容器内の被測定物に高電圧を印加する測定装置が開示されている。

特開２０１１−２５２７９２号公報

被測定物の電気的特性を測定する際は、絶縁基板と、当該絶縁基板に固定されたプローブを用いることが一般的である。そのため、可能な限りこの一般的構成を維持しつつ、被測定物と測定装置との間等における放電を抑制することが好ましい。

特許文献１に開示の測定装置では加圧手段により圧力容器内の気圧を上昇させるので、放電を抑制し得る。しかしながら、この測定装置は、専用の圧力容器及びその圧力容器に挿入する専用の試験端子等を有するので、上記の一般的構成を維持できず、構成が複雑になる問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、一般的構成を維持しつつ放電を抑制できる測定装置を提供することを目的とする。

本願の発明に係る測定装置は、被測定物をのせるステージと、貫通孔を有する絶縁基板と、該絶縁基板の下面に固定されたプローブと、該プローブを囲む形状の側壁部と、該貫通孔を介して該絶縁基板の下方側へガスを送る、該絶縁基板の上面に設けられた加圧部と、該プローブと電気的に接続され、該加圧部を制御する測定部と、を備える。そして、該測定部は、該加圧部を制御して、該ステージ、該側壁部、及び該絶縁基板で囲まれ該絶縁基板の下方側に位置する測定空間にガスを供給して該測定空間の圧力を上昇させた状態で、該プローブを介して該被測定物の電気的特性を測定し、該側壁部の幅は該ステージの幅より小さい。

本発明によれば、絶縁基板の下面側に側壁部を設け、絶縁基板の上面側に加圧部を設けたので、一般的構成を維持しつつ放電を抑制できる。

実施の形態１に係る測定装置の正面図である。絶縁基板と側壁部等の底面図である。絶縁基板、側壁部、及び加圧部の断面図である。ステージの上面に被測定物をのせることを示す図である。絶縁基板を保持したアームをＺ負方向に移動させることを示す図である。駆動部をＺ負方向へ移動させることを示す図である。実施の形態２に係る測定装置の断面図である。実施の形態３に係る測定装置の断面図である。

本発明の実施の形態に係る測定装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る測定装置１０の正面図である。測定装置１０は絶縁基板１２を備えている。絶縁基板１２は上面１２ａと下面１２ｂを有している。絶縁基板１２の下面１２ｂには、円筒状に形成された側壁部１４が固定されている。側壁部１４は、例えばＰＰＳ樹脂などの絶縁体で形成されている。

図２は、絶縁基板１２と側壁部１４等の底面図である。絶縁基板１２の中央部には貫通孔１２Ａが形成されている。絶縁基板１２の下面１２ｂには複数のプローブ１８が固定されている。プローブ１８は導電性を有する材料で形成されれば特に限定されないが、例えば銅、タングステン又はレニウムタングステンといった金属材料により作製される。また、プローブに例えば金、パラジウム、タンタル又はプラチナ等の被覆を施し、プローブの導電性及び耐久性を向上させてもよい。なお、図２にはカンチレバー式のプローブが示されているが、Ｚ方向に摺動性を有したスプリング式のプローブ、積層プローブ、ワイヤープローブ等でもよい。

側壁部１４はプローブ１８と貫通孔１２Ａを囲む環状の形状を有している。側壁部１４の内壁は曲面で構成されている。側壁部１４の底面には溝１４ａが形成されている。この溝１４ａに第１弾性体１６が設けられている。

図１の説明に戻る。絶縁基板１２の上面１２ａには加圧部３０が固定されている。加圧部３０は、絶縁基板１２の貫通孔１２Ａを介して絶縁基板１２の下方側（測定空間１０２）へガスを送るものである。加圧部３０は、ベローズ３０Ａと、駆動部３０Ｂと、支持部３０Ｃを備えている。ベローズ３０Ａは金属材料で形成されている。駆動部３０Ｂはベローズ３０Ａを収縮又は伸張させる部分である。駆動部３０Ｂは信号線３２によって測定部３４に接続されている。測定部３４は駆動部３０Ｂの動きを制御する。支持部３０Ｃは駆動部３０Ｂを支持する部分である。

絶縁基板１２の上面１２ａには、プローブ１８と電気的に接続している接続部３６が設けられている。プローブ１８と接続部３６は、例えば絶縁基板１２の上面１２ａに設けた金属板により接続する。接続部３６は信号線３８によって測定部３４に接続されている。したがって、測定部３４はプローブ１８と電気的に接続されている。

測定装置１０は、絶縁基板１２を移動させるためのアーム４０を備えている。アーム４０は信号線４２によって測定部３４に接続されている。アーム４０の動作は測定部３４によって制御される。なお、複数のアーム４０で１つの絶縁基板１２を移動させてもよい。

測定装置１０は上面５０ａを有するステージ５０を備えている。ステージ５０は、上面５０ａに被測定物をのせて、被測定物を真空吸着又は静電吸着等の手段により固定するように構成されている。ステージ５０にはステージ５０と電気的に接続している接続部５２が設けられている。接続部５２は信号線５４によって測定部３４に接続されている。したがって、測定部３４はステージ５０と電気的に接続されている。

図３は、絶縁基板１２、側壁部１４、及び加圧部３０の断面図である。側壁部１４の下面に形成された溝１４ａには第１弾性体１６が設けられている。側壁部１４の上面に形成された溝１４ｂには第２弾性体６０が設けられている。第２弾性体６０は、側壁部１４と絶縁基板１２の間に位置し、側壁部１４と絶縁基板１２の間の空気の流通を妨げるように設ける。そのため、側壁部１４と絶縁基板１２により第２弾性体６０を弾性変形させることが好ましい。

支持部３０Ｃの下面に形成された溝３０ａには第３弾性体６２が設けられている。第３弾性体６２は、加圧部３０（支持部３０Ｃ）と絶縁基板１２の間に、加圧部３０と絶縁基板１２の間の空気の流通を妨げるように設ける。そのため、支持部３０Ｃと絶縁基板１２により第３弾性体６２を弾性変形させることが好ましい。なお、第１〜第３弾性体１６、６０、６２は、例えばＯリングで形成されている。

測定装置１０の動作について説明する。まず、図４に示すように、ステージ５０の上面５０ａに被測定物１００をのせる。被測定物１００は上面電極１００ａと下面電極１００ｂを有している。

次いで図５に示すように、測定部３４が、絶縁基板１２を保持したアーム４０をＺ負方向に移動させる。これにより、プローブ１８を被測定物１００の上面電極１００ａに接触させる。このとき、第１弾性体１６は側壁部１４とステージ５０の間に位置して、側壁部１４とステージ５０の間の空気の流通を妨げる。そのため、側壁部１４とステージ５０により第１弾性体１６を弾性変形させることが好ましい。これにより、ステージ５０、側壁部１４、及び絶縁基板１２で囲まれた測定空間１０２ができる。測定空間１０２は、絶縁基板１２の下方側に位置している。

測定空間１０２の中にはプローブ１８と被測定物１００がある。測定空間１０２とベローズ３０Ａの内部とは貫通孔１２Ａを介してつながっている。よって、測定空間１０２とベローズ３０Ａの内部は１つの密閉空間を形成している。

次いで、図６に示すように、駆動部３０ＢをＺ負方向へ移動させる。つまり、測定部３４が駆動部３０Ｂによりベローズ３０ＡをＺ方向に収縮させることで、貫通孔１２Ａを介して絶縁基板１２の下方側（測定空間１０２）へガスを送る。これにより測定空間１０２の圧力が上昇する。測定空間１０２の圧力上昇は、パッシェン曲線を参照して放電を生じる電圧が十分に高くなる程度に調整する。

測定部３４は、上記のとおり加圧部３０を制御して測定空間１０２にガスを供給して測定空間１０２の圧力を上昇させた状態で、プローブ１８を介して被測定物１００の電気的特性を測定する。具体的には、上面電極１００ａに接したプローブ１８と、下面電極１００ｂに接したステージ５０の間で電流を流し、被測定物１００の電気的特性を測定する。

本発明の実施の形態１に係る測定装置１０によれば、測定空間１０２の圧力を上昇させた状態で被測定物１００の電気的特性を測定するので、例えば被測定物１００とプローブ１８の間などで起こりえる放電を防止できる。

ところで、測定中の放電はプローブと上面電極との間だけでなく、プローブと被測定物の終端部との間においても発生し得る。そのため、本発明の実施の形態１に係る測定装置１０のように、被測定物１００全体が測定空間１０２に含まれるように測定空間１０２を構成することが好ましい。

側壁部１４の内壁に凸部又は角部があるとその部分に電荷が集中して放電の原因となる。しかし、本発明の実施の形態１では、側壁部１４の内壁を曲面で形成したので、放電を抑制できる。なお、測定空間１０２の圧力を上昇させたことによる放電抑制効果が十分である場合には、側壁部の形状、側壁部の内壁形状、及び側壁部の材料は特に限定されない。

また、測定装置１０は、絶縁基板１２とプローブ１８を有する一般的構成を維持しつつ、当該一般的構成に側壁部１４と加圧部３０を設けたものである。したがって、既存の一般的構成を有する測定装置を利用して測定装置１０を構成できる。

また、図５などから明らかなように、個々の上面電極１００ａに複数のプローブ１８を接触させて被測定物１００の電気的特性を測定する。ここで、複数のプローブ１８の電流密度は略均等であることが好ましい。そこで、接続部３６と接続部５２で複数のプローブ１８を挟む位置に接続部３６、５２を設けることで、接続部３６から複数のプローブ１８を経由して接続部５２に至る距離を、略一致させた。よって、複数のプローブ１８の電流密度を略均等にできる。

側壁部１４と加圧部３０は、絶縁基板１２に固定されなくてもよい。つまり、側壁部１４と加圧部３０を絶縁基板１２から切り離し可能としてもよい。これにより、側壁部１４又は加圧部３０の部品交換が低コストで容易にできる。

ベローズ３０Ａを金属材料で形成したのは、ベローズ３０Ａの壁面の伸縮を抑制するためである。したがって、ベローズの壁面が圧力変化に応じて伸縮しない限り、ベローズは例えば樹脂などの金属材料以外の材料で形成してもよい。

側壁部１４に溝１４ａを形成するかわりにステージ５０に溝を形成し、側壁部１４に溝１４ｂを形成するかわりに絶縁基板１２の下面１２ｂに溝を形成してもよい。また、支持部３０Ｃに溝３０ａを形成するかわりに絶縁基板１２の上面１２ａに溝を形成してもよい。

被測定物１００は、縦方向（Ｚ方向）に電流を流す縦型の素子に限らず、横方向（Ｘ方向）に電流を流す横型の素子でもよい。横型の素子を測定する場合は、ステージ５０を電極として用いる必要がないので、接続部５２と信号線５４は省略できる。また、被測定物はウエハ状態でもチップ状態でもよい。

アーム４０を駆使して絶縁基板１２を移動させたが、絶縁基板１２を固定して、ステージ５０を動かす構成を採用してもよい。これらの変形は以下の実施の形態に係る測定装置にも適宜応用できる。また、以下の実施の形態に係る測定装置については、実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る測定装置の断面図である。加圧部１２０は、シリンダ１２０Ａと、シリンダ１２０Ａ内を動くピストン１２０Ｂと、ピストン１２０Ｂを駆動させる駆動部１２０Ｃとを有している。シリンダ１２０Ａは、測定空間の圧力を上昇させたときに変形しないように金属材料で形成する。

測定部３４は、駆動部１２０Ｃによりピストン１２０Ｂを絶縁基板１２に近づけることで、貫通孔１２Ａを介して絶縁基板１２の下方側（測定空間）へガスを送る。これにより測定空間の圧力を上昇させることができる。なお、実施の形態１、２の駆動部３０Ｂ、１２０Ｂは、例えばエアシリンダ、油圧シリンダ又はモータ機構で構成する。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る測定装置１５０の断面図である。測定装置１５０は、加圧部１５２を備えている。加圧部１５２は、ガス供給源１５２Ａ、ガス供給源１５２Ａに接続されたレギュレータ１５２Ｂ、容器１５２Ｃを備えている。容器１５２Ｃは測定空間の圧力を上昇させたときに変形しないように金属材料で形成する。

測定部３４は、ガス供給源１５２Ａを利用して、貫通孔１２Ａを介して絶縁基板１２の下方側（測定空間）へガスを送る。具体的には、測定部３４は、レギュレータ１５２Ｂを制御して、ガス供給源１５２Ａから容器１５２Ｃ及び貫通孔１２Ａを介して測定空間へ高圧ガスを導入する。これにより、測定空間の圧力を上昇させた状態で被測定物の電気的特性を測定する。加圧部１５２には機械的な動作部分がないので、機械的動作部分（駆動部）がある場合と比べて、測定時間を短縮することができる。

１０測定装置、１２絶縁基板、１２Ａ貫通孔、１４側壁部、１６第１弾性体、１８プローブ、３０加圧部、３０Ａベローズ、３０Ｂ駆動部、３０Ｃ支持部、３４測定部、４０アーム、５０ステージ、１００被測定物、１００ａ上面電極、１００ｂ下面電極、１０２測定空間、１２０,１５２加圧部、１５２Ａガス供給源

Claims

被測定物をのせるステージと、
貫通孔を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板の下面に固定されたプローブと、
前記プローブを囲む形状の側壁部と、
前記貫通孔を介して前記絶縁基板の下方側へガスを送る、前記絶縁基板の上面に設けられた加圧部と、
前記プローブと電気的に接続され、前記加圧部を制御する測定部と、を備え、
前記測定部は、前記加圧部を制御して、前記ステージ、前記側壁部、及び前記絶縁基板で囲まれ前記絶縁基板の下方側に位置する測定空間にガスを供給して前記測定空間の圧力を上昇させた状態で、前記プローブを介して前記被測定物の電気的特性を測定し、
前記側壁部の幅は前記ステージの幅より小さいことを特徴とする測定装置。
前記側壁部の内壁は曲面であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
前記側壁部は円筒状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
前記側壁部は絶縁体で形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定装置。
前記側壁部と前記ステージの間に、前記側壁部と前記ステージの間の空気の流通を妨げるように設けられた第１弾性体を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定装置。
前記側壁部と前記絶縁基板の間に、前記側壁部と前記絶縁基板の間の空気の流通を妨げるように設けられた第２弾性体を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定装置。
前記側壁部は、前記絶縁基板の下面に固定されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定装置。
前記加圧部と前記絶縁基板の間に、前記加圧部と前記絶縁基板の間の空気の流通を妨げるように設けられた第３弾性体を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の測定装置。
前記加圧部は、前記絶縁基板の上面に固定されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の測定装置。
前記加圧部は、ベローズと、前記ベローズを収縮させる駆動部を有し、
前記測定部は、前記駆動部により前記ベローズを収縮させることで、前記貫通孔を介して前記測定空間へガスを送ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の測定装置。
前記ベローズは金属材料で形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
前記加圧部は、シリンダと、前記シリンダ内を動くピストンと、前記ピストンを駆動させる駆動部とを有し、
前記測定部は、前記駆動部により前記ピストンを前記絶縁基板に近づけることで、前記貫通孔を介して前記測定空間へガスを送ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の測定装置。
前記シリンダは金属材料で形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の測定装置。
前記駆動部は、エアシリンダ、油圧シリンダ又はモータ機構であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の測定装置。
前記加圧部は、ガス供給源を有し、
前記測定部は、前記ガス供給源を利用して、前記貫通孔を介して前記測定空間へガスを送ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の測定装置。