JP7479498B2 - 半導体試験装置および半導体試験方法 - Google Patents

Description

本開示は、半導体試験装置および半導体試験方法に関する。

半導体素子の製品性能は、製造過程における試験工程において特性試験が行なわれることによって、保証されている。特性試験には、高電圧または大電流を半導体素子に与えるなどの特性試験およびスクリーニングなどがある。

特性試験には、モジュールの状態で行う試験、および半導体素子の状態で行う試験などがある。特性試験は、製造のコストを低減するため、ウェハの状態で試験できることが好ましい。しかしながら、ウェハを設置する試験ステージとウェハ裏面との接触の具合で変化する電気的な抵抗と、試験ステージから測定点までの経路の抵抗の差とが原因で、測定結果の再現性が低いという問題がある。

特許文献１には、半導体トランジスタのテスト方法として試験ステージとウェハ裏面の接触抵抗を低減させる構成が開示されている。

特許文献１では、試験ステージに設けられた吸着穴の密度を１００個／ｃｍ²以上とすることによって、試験ステージとウェハ裏面電極の接触抵抗を低減することができる。これにより、測定の再現性が低い問題を低減することができる。

特開２０１５－２６７６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載される試験方法では、試験ステージの測定点までの経路の抵抗の差の影響を除くことができないため、ウェハの面内で測定誤差がばらつくという問題がある。

それゆえに、本開示の目的は、半導体素子のウェハ状態で行う試験において、ウェハの面内における測定誤差のばらつきを低減することができる半導体試験装置および半導体試験方法を提供することである。

本開示の半導体試験装置は、裏面に正極と、表面に負極および制御電極とを有し、制御電極に入力される制御信号に応じて、オンまたはオフする半導体素子の特性試験するための半導体試験装置であって、複数の半導体素子が配置されたウェハを固定するとともに、複数の半導体素子の正極と電気的に接続される正極の役割を有する試験ステージと、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の定電流源と、半導体素子の負極と、定電流源の負極とを接続する第１のプローブと、試験ステージの外周に配置され、それぞれがＮ個の定電流源のうちの１つと接続し、Ｎ個の電流供給点として機能するＮ個の電極と、試験ステージの外周に配置されるコレクタセンス端子と、コレクタセンス端子と定電流源の負極との間の電圧を測定する電圧計とを備える。

本開示の半導体試験装置は、裏面に正極と、表面に負極および制御電極とを有し、制御電極に入力される制御信号に応じて、オンまたはオフする半導体素子の特性試験するための半導体試験装置であって、複数の半導体素子が配置されたウェハを固定するとともに、複数の半導体素子の正極と電気的に接続される正極の役割を有する試験ステージと、定電流源と、半導体素子の負極と、定電流源の負極とを接続する第１のプローブと、試験ステージの外周に配置され、定電流源と接続し、電流供給点として機能するＮ個（Ｎは２以上の自然数）の電極と、定電流源と、Ｎ個の電極のそれぞれとの間に配置された可変抵抗および電流計と、試験ステージの外周に配置されるコレクタセンス端子と、コレクタセンス端子と定電流源の負極との間の電圧を測定する電圧計とを備える。

本開示の半導体試験方法は、裏面に正極と、表面に負極および制御電極とを有し、制御電極に入力される制御信号に応じて、オンまたはオフする半導体素子の特性試験するための半導体試験装置による半導体試験方法である。半導体試験装置は、正極の役割を有する試験ステージと、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の定電流源と、試験ステージの外周に配置され、それぞれがＮ個の定電流源のうちの１つと接続し、Ｎ個の電流供給点として機能するＮ個の電極と、試験ステージの外周に配置されるコレクタセンス端子と、第１のプローブと、第２のプローブと、電圧計とを備える。半導体試験方法は、複数の半導体素子が配置されたウェハを試験ステージに固定して、複数の半導体素子の正極と試験ステージとを接続するステップと、第１のプローブによって、半導体素子の負極と、定電流源の負極とを接続するステップと、第２のプローブによって、半導体素子の制御電極と、駆動回路とを接続するステップと、Ｎ個の定電流源が、定電流の供給を開始するステップと、電圧計によって、コレクタセンス端子と定電流源の負極との間の電圧を測定するステップとを備える。

本開示によれば、半導体素子のウェハ状態で行う試験において、ウェハの面内における測定誤差のばらつきを低減することができる。

実施の形態１の半導体試験装置の構成を示す図である。 実施の形態１における半導体素子２７の飽和電圧測定に係る経路を簡略化した図である。 実施の形態１における半導体素子２６の飽和電圧測定に係る経路を簡略化した図である。 実施の形態１における半導体素子の飽和電圧試験の手順を示すフローチャートである。 実施の形態２の半導体試験装置の例を示す図である。 実施の形態３の半導体試験装置の構成を示す図である。 実施の形態３における半導体素子の飽和電圧試験の手順を示すフローチャートである。 実施の形態４の半導体試験装置の構成を示す図である。 実施の形態４における半導体素子２７の飽和電圧測定に係る経路を簡略化した図である。 実施の形態４における半導体素子２６の飽和電圧測定に係る経路を簡略化した図である。 実施の形態４の飽和電圧測定の測定手順を示したフローチャートである。 実施の形態５の半導体試験装置の例を示す図である。 実施の形態６の半導体試験装置の構成を示す図である。 実施の形態６における半導体素子の飽和電圧試験の手順を示すフローチャートである。 実施の形態７の半導体試験装置の構成を示す図である。 実施の形態７における半導体素子の飽和電圧試験の手順を示すフローチャートである。

以下、実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の半導体試験装置の構成を示す図である。代表的な大電流試験であるコレクタ－エミッタ間飽和電圧（以下飽和電圧と呼称する）の試験を例にして説明する。

図１を参照して、この半導体試験装置は、試験ステージ５１と、第１のプローブ５３と、第２のプローブ５４と、駆動回路５５と、第１の定電流源１と、第２の定電流源２と、第１の電極３１と、第２の電極３２と、コレクタセンス端子３３と、定電流源の負極４２とを備える。

試験ステージ５１は、ウェハ６３を固定する。ウェハ６３には、複数の半導体素子が配置される。半導体素子として自己消弧型の任意の半導体素子を用いることができる。ウェハ６３に配置されているすべての半導体素子、または全半導体素子のうちの一部が抜き取りで検査される。半導体素子２７と半導体素子２６とは、配列されている複数個の半導体素子を代表したものである。

半導体素子２６、２７は、裏面に正極、表面に負極および制御電極を有する。半導体素子２６、２７は、駆動回路５５から制御電極に入力される第１制御信号に応じてオンまたはオフされる。例えば、半導体素子２６、２７がＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である場合、正極はドレイン電極、負極はソース電極、制御電極はゲート電極を意味する。半導体素子２６、２７がＩＧＢＴ（Insulated Gate Transistor）である場合には、正極はコレクタ電極、負極はエミッタ電極、制御電極はゲート電極を意味する。半導体素子２６、２７の表面に負極、および制御電極が配置され、裏面に正極が配置される。

半導体素子２６、２７において、裏面の正極から表面の負極へ電流が流れる。このような半導体素子２６、２７の特性試験をウェハ６３の状態で行うためには、半導体素子２６、２７の表面の負極（ＩＧＢＴの場合エミッタ）と、定電流源の負極４２とが、ニードル形状の第１のプローブ５３によって電気的に接続される。また、半導体素子２６、２７の表面の制御電極（ＩＧＢＴの場合ゲート）と、半導体試験装置の駆動回路５５とが、ニードル形状の第２のプローブ５４によって電気的に接続される。図１には、被検体が半導体素子２７のときに、第１のプローブ５３および第２のプローブ５４が半導体素子２７に接続された状態が表されている。

半導体素子２６、２７の裏面の正極（ＩＧＢＴの場合コレクタ）は、正極の役割を有する試験ステージ５１（導体）と、直接電気的に接続される。

第１の定電流源１および第２の定電流源２は、一定の電流を供給する。
第１の電極３１は、試験ステージ５１の外周に配置される。第１の電極３１は、第１の定電流源１と接続する。第１の電極３１は、試験ステージ５１への第１の電流供給点として機能する。第２の電極３２は、試験ステージ５１の外周に配置される。第２の電極３２は、第２の定電流源２と接続する。第１の電極３１および第２の電極３２は、半導体素子２６、２７の裏面の正極と電気的に接続する。

飽和電圧試験における半導体素子２７のオン抵抗（等価抵抗）が抵抗１７、半導体素子２６のオン抵抗（等価抵抗）が抵抗１６によって示されている。

第１のプローブ５３によって、第１の定電流源１は、抵抗１０、第１の電極３１、抵抗１３、および半導体素子２７を介して、定電流源の負極４２と電気的に接続される。第１のプローブ５３によって、第１の定電流源１は、抵抗１０、第１の電極３１、抵抗１２、および半導体素子２６を介して、定電流源の負極４２と電気的に接続される。

抵抗１０は、第１の定電流源１と、第１の電極３１との間の電気配線の抵抗である。
抵抗１３は、第１の定電流源１から半導体素子２７に給電する際に試験ステージ５１に流れる電流の経路の抵抗成分と、試験ステージ５１と半導体素子２７の裏面の正極との接触抵抗の総和である。試験ステージ５１の抵抗成分が一様である場合、第１の電極３１と半導体素子２７の最短距離を電流が流れる。例えば、試験ステージ５１に傷がある場合などは、最短経路を電流が流れないこともある。他の電極から半導体素子までの抵抗成分についても同様である。

抵抗１２は、第１の定電流源１から半導体素子２６に給電する際に試験ステージ５１に流れる電流の経路の抵抗成分と、試験ステージ５１と半導体素子２６の裏面の正極との接触抵抗の総和である。

第１のプローブ５３によって、第２の定電流源２は、抵抗１１、第２の電極３２、抵抗１４、および半導体素子２７を介して、定電流源の負極４２と電気的に接続される。第１のプローブ５３によって、第２の定電流源２は、抵抗１１、第２の電極３２、抵抗１５、および半導体素子２６を介して、定電流源の負極４２と接続される。

抵抗１１は、第２の定電流源２と、第２の電極３２との間の電気配線の抵抗である。
抵抗１４は、第２の定電流源２から半導体素子２７に給電する際に試験ステージ５１に流れる電流の経路の抵抗成分と、試験ステージ５１と半導体素子２７の裏面の正極との接触抵抗の総和である。

抵抗１５は、第２の定電流源２から半導体素子２６に給電する際に試験ステージ５１に流れる電流の経路の抵抗成分と、試験ステージ５１と半導体素子２６の裏面の正極との接触抵抗の総和である。

半導体素子２７の表面の負極（ＩＧＢＴの場合エミッタ）と、定電流源の負極４２とが第１のプローブ５３によって接続されることによって、半導体素子２７と定電流源の負極４２とが電気的に接続される。また、半導体素子２６の表面の負極（ＩＧＢＴの場合エミッタ）と、第１のプローブ５３によって接続されることによって、半導体素子２６と定電流源の負極４２が電気的に接続される。

半導体素子２７の飽和電圧を測定したときの等価抵抗が抵抗１７である。半導体素子２６の飽和電圧を測定したときの等価抵抗が抵抗１６である。たとえば、第１の定電流源１の電流と第２の定電流源２の電流との和が５００Ａ、半導体素子２７の飽和電圧が１Ｖのときに、抵抗１７は０．００２Ωである。

コレクタセンス端子３３は、試験ステージ５１の外周に配置される。コレクタセンス端子３３は、第２の電極３２よりも第１の電極３１の近傍に配置される。コレクタセンス端子３３は、半導体素子２６、２７の裏面の正極と電気的に接続する。

電圧計３は、コレクタセンス端子３３と、定電流源の負極４２との間の電圧を測定する。第１の定電流源１および第２の定電流源２と電圧計３とによって、半導体素子２７の飽和電圧を４端子測定することができる。コレクタセンス端子３３と第１の電極３１との間には微小な電流しか流れず、かつ導体間の２点で電気抵抗も小さいため、コレクタセンス端子３３と第１の電極３１は等電位とみなすことができる。

試験ステージ５１を任意に移動させることによって、ニードル形状の第１のプローブ５３、および第２のプローブ５４をウェハ６３の任意の半導体素子と電気的に接触させることができる。

半導体素子２７の飽和電圧を測定するときには、駆動回路５５は、第２のプローブ５４を通じて、半導体素子２７の制御電極に電圧を印加することによって、半導体素子２７をオン状態にする。第１のプローブ５３を半導体素子２７の表面の負極と接触させ、コレクタセンス端子３３と定電流源の負極４２との間の電圧を測定することによって、半導体素子２７の飽和電圧を測定することができる。

半導体素子２６の飽和電圧を測定するときには、駆動回路５５は、第２のプローブ５４を通じて、半導体素子２６の制御電極に電圧を印加することによって、半導体素子２６をオン状態にする。第１のプローブ５３を半導体素子２６の表面の負極と接触させ、コレクタセンス端子３３と定電流源の負極４２との間の電圧を測定することによって、半導体素子２６の飽和電圧を測定することができる。

半導体素子２７から定電流源の負極４２の経路の電圧降下はないと仮定しているが、実際には、ニードル形状の第１のプローブ５３および配線は抵抗成分を持つため、電圧計３は、コレクタセンス端子３３と定電流源の負極４２との電圧を測定するのに代えて、第１のプローブ５３のニードルの先端近くとコレクタセンス端子３３との間の電圧を測定してもよい。

第１の電極３１と第２の電極３２とが試験ステージ５１の中心から点対称の位置にあるのが好ましい。試験ステージ５１の抵抗が一様であるとすると、半導体素子の裏面の正極と試験ステージ５１との接触抵抗を無視する場合には、抵抗１２、１３、１４、１５の大きさは、電極から半導体素子までの距離に比例する。第１の電極３１と第２の電極３２とが試験ステージ５１の中心から点対称の位置に配置されれば、半導体素子２６と半導体素子２７とが試験ステージ５１の中心から点対称の位置にある場合、抵抗１３の値と抵抗１５の値とが同一となり、抵抗１４の値と抵抗１２の値が同一となるため、半導体素子２６の飽和電圧と、半導体素子２７の飽和電圧とが同じになる。ただし、点対称でなくとも、抵抗１３などの半導体試験装置に起因する飽和電圧の測定誤差のウェハ６３面内のばらつきを低減することができる。

図２は、実施の形態１における半導体素子２７の飽和電圧測定に係る経路を簡略化した図である。図３は、実施の形態１における半導体素子２６の飽和電圧測定に係る経路を簡略化した図である。

図２および図３を参照して、一般的な大電流試験である飽和電圧（Ｖｃｅ（ｓａｔ）ともいう）の測定値の算出方法を説明する。変数による計算では煩雑になるので、ここでは抵抗値に実数を代入する。以下では、被検体の半導体素子２６、２７は、ＩＧＢＴとして説明する。

半導体素子２７と第１の電極３１の位置関係と、半導体素子２６と第２の電極３２の位置関係は、試験ステージ５１の中心点から点対称であるとする。半導体素子２６と半導体素子２７の飽和電圧は同じであるとする。抵抗１０が０．０５Ω、抵抗１１が０．１０Ω、抵抗１２が０．０２Ω、抵抗１３が０．０１Ω、抵抗１４が０．０２Ω、抵抗１５が０．０１Ω、抵抗１６が０．００７Ω、抵抗１７が０．００７Ωとする。

半導体素子２７のゲートに、例えば１５Ｖなどの一定の電圧を印加して半導体素子２７をオン状態にし、半導体素子２７のコレクタに例えば３００Ａなどの大電流を流したときの半導体素子２７のコレクタ－エミッタ間電圧が半導体素子２７の飽和電圧である。しかし、半導体素子２７のコレクタ電極とエミッタ電極間の電圧を直接測定することは困難であるため、一般的な飽和電圧試験では、コレクタセンス端子３３と定電流源の負極４２との間の電圧を測定して、それを半導体素子２７の飽和電圧とする。この飽和電圧は、抵抗１３の電圧降下を含んだ値となる。

一般的な従来の飽和電圧試験では、定電流源は１個で、電流の供給点が１個または２個である。電流の供給点が１個の場合は、半導体素子が電流の供給点から離れた位置であるほど、試験ステージ５１の抵抗が大きくなるため、測定した飽和電圧が真値よりも高くなってしまう。よって、電流の供給点が１個の場合には、半導体素子の飽和電圧の測定誤差のウェハ６３面内のばらつきが生じてしまう。電流の供給点が２個の場合においては、１個の定電流源から２個に分けた電流経路を通じて電流が供給されるため、配線抵抗と試験ステージの抵抗との和が２つの電流経路で等しくなければ、電流がアンバランスとなる。しかしながら、半導体素子の位置により試験ステージの抵抗が変動してしまうため、２個の電流経路の抵抗を等しくすることは困難である。

本実施の形態では、第１の定電流源１および第２の定電流源２によって、たとえば、所望の電流（この場合３００Ａ）の半分の１５０Ａを第１の電極３１に一定に流すことができるので、抵抗１３による測定誤差を１／２にすることができる。その結果、上記の電流に起因する半導体素子の飽和電圧の測定誤差のウェハ６３面内のばらつきを低減することができる。

図２に示した抵抗値の場合、半導体素子のコレクタに流れる電流が３００Ａの場合、半導体素子２７の飽和電圧は３．６Ｖである。図３に示した抵抗値の場合、半導体素子２６の飽和電圧は５．１Ｖである。図２および図３において、定電流源が１つである場合に比べ、半導体素子２６の飽和電圧と半導体素子２７の飽和電圧の差異が６％改善する。

図４は、実施の形態１における半導体素子の飽和電圧試験の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ０２において、半導体試験装置と被検体の半導体素子とを接続する。たとえば、被検体がＩＧＢＴである半導体素子２７の場合に、半導体素子２７の表面のエミッタがニードル形状の第１のプローブ５３によって、定電流源の負極４２と電気的に接続され、半導体素子２７の表面のゲートがニードル形状の第２のプローブ５４によって、半導体試験装置の駆動回路５５と電気的に接続され、半導体素子２７の裏面のコレクタは、正極の役割を有する試験ステージ５１（導体）と、直接電気的に接続される。

ステップＳ０３において、駆動回路５５が、被検体の半導体素子をターンオンする。
ステップＳ０４において、半導体試験装置からの電流の供給を開始する。すなわち、第１の定電流源１および第２の定電流源２が同一の大きさ（１５０Ａ）の電流を出力する。

ステップＳ０５において、電圧計３が、コレクタセンス端子３３と、定電流源の負極４２との間の電圧を測定することによって、被検体の半導体素子の飽和電圧を測定する。測定した飽和電圧が規格内であれば、処理がＳ０６に進む。測定した飽和電圧が規格外であれば、処理がステップＳ０７に進む。

ステップＳ０６において、被検体の半導体素子を合格と判定する。
ステップＳ０７において、被検体の半導体素子を不合格と判定する。不合格の場合、たとえば、被検体の半導体素子にインクで印をつけるものとしてもよい。電子的に合格、不合格を記録してもよい。

ステップＳ０６およびＳ０７の後、処理がステップＳ０８に進む。
ステップＳ０８において、半導体試験装置からの電流の供給を停止する。すなわち、第１の定電流源１および第２の定電流源２からの電流の出力を停止する。駆動回路５５が、被検体の半導体素子をターンオフする。

ステップＳ０９において、半導体試験装置と被検体の半導体素子との接続を解除する。
ステップＳ１０において、試験ステージ５１が次の半導体素子の測定位置に移動する。ステップＳ０１～Ｓ１０の処理が、ウェハ６３上の半導体素子を全部測定するまで繰り返される。あるいは、抜き取り試験の場合は、予め定められた位置の半導体素子のみが測定される。

以上説明したように、実施の形態１に係る半導体試験装置および半導体試験方法によれば、第１の電極３１を流れる電流が一定であることにより、半導体素子の飽和電圧測定などの大電流試験における、測定誤差のウェハ６３の面内のばらつきを低減することができる。

実施の形態２．
半導体素子２７の飽和電圧の真値は抵抗１７の両端の電圧に等しいが、半導体素子２７のコレクタ電極、およびエミッタ電極間の電位を直接測定することは困難であるため、実施の形態１では、コレクタセンス端子３３と定電流源の負極４２との間の電圧を測定し、これを半導体素子２７の飽和電圧としている。

抵抗１７から定電流源の負極４２までの経路の抵抗成分によって、半導体素子２７の飽和電圧が真値から乖離するが、乖離を軽減するためには抵抗成分を下げるしかない。実施の形態１では、定電流源と電流の供給点がそれぞれ２個とすることによって、第１の電極３１に流れる電流を１／２とした。これによって、抵抗１３による電圧降下を１／２に低減することができる。

本実施の形態では、定電流源と電流の供給点をそれぞれＮ個にする。Ｎは３以上の自然数である。Ｎ個の電極は、試験ステージ５１の外周上に均等な角度の間隔で配置される。Ｎ個の電極のそれぞれが、Ｎ個の定電流源のうちの対応する１つと接続し、Ｎ個の電流供給点として機能する。

図５は、実施の形態２の半導体試験装置の例を示す図である。図５は、Ｎ＝４の場合を表したものである。この半導体試験装置は、実施の形態１の半導体試験装置の構成に加えて、第３の定電流源１０１、第４の定電流源１０２と、第３の電極１３１と、第４の電極１３２をさらに備える。抵抗１１０は、第３の定電流源１０１と、第３の電極１３１との間の電気配線の抵抗である。抵抗１１１は、第４の定電流源１０２と、第４の電極１３２との間の電気配線の抵抗である。試験ステージ５１内の抵抗成分の図示は省略する。

第１の電極３１は、第１の定電流源１と接続する。第２の電極３２は、第２の定電流源２と接続する。第３の電極１３１は、第３の定電流源１０１と接続する。第４の電極１３２は、第４の定電流源１０２と接続する。第１の電極３１、第３の電極１３１、第２の電極３２、第４の電極１３２は、試験ステージ５１の外周上に９０°の間隔で配置されている。

本実施の形態によれば、第１の電極３１に流れる電流が１／Ｎとなるため、抵抗１３による電圧降下が１／Ｎに低減される。よって、抵抗１３が原因の飽和電圧の真値からの乖離を１／Ｎに低減することができる。その結果、抵抗１３による測定誤差を１／Ｎにすることができる。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３の半導体試験装置の構成を示す図である。実施の形態３の半導体試験装置が実施の形態１の半導体試験装置と相違する点は、実施の形態３の半導体試験装置が、１つの定電流源１のみを備えること、第１の可変抵抗７１と、第２の可変抵抗７２と、第１の電流計８１と、第２の電流計８２とを備えることである。

直列接続された第１の可変抵抗７１と第１の電流計８１は、定電流源１と、第１の電極３１との間に配置される。直列接続された第２の可変抵抗７２と第２の電流計８２は、定電流源１と、第２の電極３２との間に配置される。

第１の電流計８１は、第１の可変抵抗７１に流れる電流を測定する。第２の電流計８２は、第２の可変抵抗７２を流れる電流を測定する。第１の電流計８１、第２の電流計８２に代えて、オシロスコープでカレントトランスの過渡的な電圧を測定するものとしてもよい。

図７は、実施の形態３における半導体素子の飽和電圧試験の手順を示すフローチャートである。

実施の形態３のフローチャートが、実施の形態２のフローチャートと相違する点は、実施の形態３のフローチャートが、ステップＳ０４とステップＳ０５との間に、ステップＳ０４ａを備える点である。

ステップＳ０４ａにおいて、第１の電流計８１によって第１の可変抵抗７１に流れる電流の大きさを測定する。第２の電流計８２によって、第２の可変抵抗７２に流れる電流の大きさを測定する、第１の電流計８１と第２の電流計８２の値が等しくなるよう第１の可変抵抗７１の抵抗値と第２の可変抵抗７２の抵抗値を調整する。これによって、第１の電極３１に流れる電流の大きさと、第２の電極３２に流れる電流の大きさとを等しくすることができる。

本実施の形態では、第１の電極３１に流れる電流と第２の電極３２に流れる電流の大きさとを等しくすることによって、飽和電圧測定などの大電流試験における、ウェハ６３の面内の測定誤差のばらつきを低減することができる。

実施の形態３の変形例．
実施の形態３において、被検体の半導体素子と第１の電極３１との間の抵抗成分の大きさ、および被検体の半導体素子と第２の電極３２との間の抵抗成分とを事前に求める。例えばＴＥＧ（Test Element Group）ウェハなどのような半導体素子の抵抗値が既知であるウェハにおける電圧降下の面内分布を作成する。電流値と半導体素子の抵抗値が既知であるから、被検体の半導体素子と第１の電極３１との間の抵抗成分、および被検体の半導体素子と第２の電極３２との間の抵抗成分を求めることができる。

第１の電極３１と第２の電極３２に流れる電流が常に等しくなるように第１の可変抵抗７１の大きさおよび第２の可変抵抗７２の大きさを調整することによって、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図８は、実施の形態４の半導体試験装置の構成を示す図である。実施の形態４の半導体試験装置が実施の形態１の半導体試験装置と相違する点は、実施の形態４の半導体試験装置が、電圧計３の代わりに、電圧計３ａおよび演算装置６９を備える点である。

電圧計３ａは、コレクタセンス端子３３と、定電流源の負極４２とのとの電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）Ａを測定する。これと同時に、電圧計３ａは、コレクタセンス端子３４と定電流源の負極４２との電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）Ｂとを測定する。

コレクタセンス端子３４と第２の電極３２と等電位であるとする。測定された電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）ＡとＶｃｅ（ｓａｔ）Ｂとを演算することによって、半導体素子の飽和電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）を求めることができる。

図９は、実施の形態４における半導体素子２７の飽和電圧測定に係る経路を簡略化した図である。図１０は、実施の形態４における半導体素子２６の飽和電圧測定に係る経路を簡略化した図である。

図９および図１０を参照して、一般的な大電流試験である飽和電圧測定の測定値を算出する方法を説明する。変数による計算では煩雑になるので、ここでは抵抗値に実数を代入する。すなわち、抵抗１０が０．０５Ω、抵抗１１が０．１０Ω、抵抗１２が０．０２Ω、抵抗１３が０．０１Ω、抵抗１４が０．０２Ω、抵抗１５が０．０１Ω、抵抗１６が０．００７Ω、抵抗１７が０．００７Ωとする。これらは、図２、３における抵抗値と同値である。

試験ステージ５１の抵抗が一様であり、ウェハ６３の裏面の正極と試験ステージ５１との接触抵抗が一様であるとする。半導体素子２６と半導体素子２７のように半導体素子２７と第１の電極３１の位置関係と、半導体素子２６と第２の電極３２の位置関係とが、試験ステージ５１の中心点から点対称である場合、抵抗１３の大きさと、抵抗１４の大きさとが同一となる。

実際の試験装置においては、試験ステージ５１の抵抗成分が一様であること、ウェハ６３の裏面の正極と試験ステージ５１との電気的な接触抵抗が一様であることはない。そのため、抵抗１３の大きさと、抵抗１４の大きさとが、半導体素子のウェハ６３上の位置によって異なることになる。本実施の形態では、２つの測定値Ｖｃｅ（ｓａｔ）Ａと、Ｖｃｅ（ｓａｔ）Ｂとを例えば平均化することによって、抵抗１３の大きさと抵抗１４の大きさとのばらつきを低減することができる。

演算装置６９は、半導体素子の位置に応じて、測定値Ｖｃｅ（ｓａｔ）ＡとＶｃｅ（ｓａｔ）Ｂとから、半導体素子の飽和電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）を求める方法を変えてもよい。

たとえば、半導体素子と２つの電極との距離の違いに基づいて重みづけする方法を用いてもよい。

あるいは、半導体素子２７から第１の電極３１までの距離が、半導体素子２７から第２の電極３２までの距離の１／２である場合に、測定値Ｖｃｅ（ｓａｔ）Ａの方が測定値Ｖｃｅ（ｓａｔ）Ｂよりも経路抵抗の影響が小さく、真値に近いと考えられるため、演算装置６９は、測定値Ｖｃｅ（ｓａｔ）Ａの方を半導体素子２７の飽和電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）としてもよい。

図１１は、実施の形態４の飽和電圧測定の測定手順を示したフローチャートである。実施の形態４のフローチャートが実施の形態１のフローチャートと相違する点は、実施の形態４のフローチャートが、ステップＳ０４とステップＳ０５との間にステップＳ０４ｂを備える点である。

ステップＳ０４ｂにおいて、電圧計３ａは、コレクタセンス端子３３と定電流源の負極４２との間の電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）Ａを測定する。電圧計３ａは、コレクタセンス端子３４と定電流源の負極４２との間の電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）Ｂとを測定する。たとえば、演算装置６９が、これらの測定値を演算（たとえば、平均する）ことによって、被検体の半導体素子の飽和電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）を求めることができる。

以上説明したように、実施の形態４に係る半導体試験装置および半導体試験方法によれば、第１の電極３１および第２の電極３２を流れる電流が一定であり、２点の測定値を演算することによって飽和電圧を求めることにより、大電流試験における、ウェハ６３の面内の測定誤差のばらつきを低減することができる。

実施の形態５．
半導体素子２７の飽和電圧の真値は抵抗１７の両端の電圧に等しいが、半導体素子２７のコレクタ電極、およびエミッタ電極間の電位を直接測定することは困難であるため、実施の形態５では、第１の電極３１と同電位のコレクタセンス端子３３と、定電流源の負極４２間の電圧と、第２の電極３２と同電位のコレクタセンス端子３４と、定電流源の負極４２間の電圧とを測定し、２つの測定値を演算し、これを半導体素子２７の飽和電圧としている。

抵抗１７から定電流源の負極４２までの経路の抵抗成分によって、半導体素子２７の飽和電圧が真値から乖離するが、乖離を軽減するためには抵抗成分を下げるしかない。実施の形態５では、定電流源と電流の供給点がそれぞれ２個とすることによって、第１の電極３１に流れる電流を１／２とした。これによって、抵抗１３による電圧降下を１／２に低減することができる。

本実施の形態では、定電流源、電流の供給点、およびコレクタセンス端子をそれぞれＮ個にする。Ｎは３以上の自然数である。

Ｎ個の電極は、試験ステージ５１の外周上に均等な角度の間隔で配置される。Ｎ個の電極のそれぞれが、Ｎ個の定電流源のうちの対応する１つと接続し、Ｎ個の電流供給点として機能する。Ｎ個のコレクタセンス端子のぞれぞれは、Ｎ個の電極のうちの対応する電極との距離が、Ｎ個の電極の他のすべての電極との距離よりも近い位置に配置される。

図１２は、実施の形態５の半導体試験装置の例を示す図である。図１２は、Ｎ＝４の場合を表したものである。この半導体試験装置は、実施の形態４の半導体試験装置の構成に加えて、第３の定電流源１０１、第４の定電流源１０２と、第３の電極１３１と、第４の電極１３２と、コレクタセンス端子１３３と、コレクタセンス端子１３４とをさらに備える。抵抗１１０は、第３の定電流源１０１と、第３の電極１３１との間の電気配線の抵抗である。抵抗１１１は、第４の定電流源１０２と、第４の電極１３２との間の電気配線の抵抗である。試験ステージ５１内の抵抗成分の図示は省略する。

第１の電極３１は、第１の定電流源１と接続する。第２の電極３２は、第２の定電流源２と接続する。第３の電極１３１は、第３の定電流源１０１と接続する。第４の電極１３２は、第４の定電流源１０２と接続する。第１の電極３１、第３の電極１３１、第２の電極３２、第４の電極１３２は、試験ステージ５１の外周上に９０°の間隔で配置されている。

コレクタセンス端子３３は、電極３１との距離が、電極３２、１３１、１３２との距離よりも近い位置に配置される。コレクタセンス端子１３３は、電極１３１との距離が、電極３１、３２、１３２との距離よりも近い位置に配置される。コレクタセンス端子３４は、電極３２との距離が、電極３１、１３１、１３２との距離よりも近い位置に配置される。コレクタセンス端子１３４は、電極１３２との距離が、電極３１、３２、１３１との距離よりも近い位置に配置される。

これによって、第１の電極３１に流れる電流が１／Ｎとなるため、抵抗１３の電圧降下が１／Ｎに低減される。よって、抵抗１３が原因の飽和電圧の真値からの乖離を１／Ｎに低減することができる。

実施の形態６．
図１３は、実施の形態６の半導体試験装置の構成を示す図である。実施の形態６の半導体試験装置が実施の形態１の半導体試験装置と相違する点は、実施の形態６の半導体試験装置が、第１の電極３１と第２の電極３２とが試験ステージ５１の外周を任意に移動できる点である。

半導体素子２７の飽和電圧の測定において、半導体素子２７から第１の電極３１と第２の電極３２とが角度９１をもって等距離となる位置に配置される。角度９１は、例えば３０度などである。第１の電極３１、および第２の電極３２が任意に稼働できる機構は、例えば、試験ステージ５１の上面から可動式のプローブにより電気的に接触する構造などである。

本実施の形態によって、抵抗１３の大きさと抵抗１４の大きさとの差異を低減することができるため、電圧測定点を増設することなく、飽和電圧の真値からの乖離を低減できる。すなわち、ウェハ６３の面内の測定誤差のばらつきを低減することができる。

図１４は、実施の形態６における半導体素子の飽和電圧試験の手順を示すフローチャートである。実施の形態６のフローチャートが実施の形態１のフローチャートと相違する点は、実施の形態６のフローチャートが、ステップＳ０２の前にステップＳ０１ａを備える点である。

ステップＳ０１ａにおいて、第１の電極３１と、第２の電極３２とが被検体の半導体素子を頂点として角度９１で等距離になる位置に移動する。

実施の形態７．
図１５は、実施の形態７の半導体試験装置の構成を示す図である。実施の形態７の半導体試験装置が実施の形態１の半導体試験装置と相違する点は、実施の形態７では、定電流源１の通電する電流と定電流源２の通電する電流とが相違することである。

本実施の形態では、Ｎ個の電極の中でコレクタセンス端子３３に最も近い電極と接続される定電流源の出力電流を、Ｎ個の定電流源の中の他の定電流源の出力電流よりも小さくする。

図１５に示すように、３００Ａの電流を半導体素子２６、２７に通電して飽和電圧を測定する場合において、例えば、コレクタセンス端子３３に最も近い電極３１と接続される定電流源１が１０Ａの電流を出力し、定電流源２が２９０Ａの電流を出力する。定電流源１の出力電流と定電流源２の出力電流の比はこの限りでない。抵抗１３の電圧降下が飽和電圧の誤差となるので、抵抗１３を流れる電流が限りなく小さい方が良い。

抵抗１３を流れる電流が１０Ａであり、図１５に示すような配線抵抗およびチャックの抵抗であった場合、飽和電圧の真値が２．１Ｖ（＝３００Ａ×０．００７Ω)であるのに対し、測定値は２．２Ｖ（＝３００Ａ×０．００７Ω＋１０Ａ×０．０１Ω)である。

実施の形態１における測定値が３．６Ｖであるから、実施の形態７の方が、実施の形態１に比べて誤差が低減できる。

図１６は、実施の形態７における半導体素子の飽和電圧試験の手順を示すフローチャートである。実施の形態７のフローチャートが実施の形態１のフローチャートと相違する点は、実施の形態７のフローチャートが、ステップＳ０４に代えて、ステップＳ０４ａを備える点である。

ステップＳ０４ａにおいて、半導体試験装置からの電流の供給を開始する。すなわち、第１の定電流源１の出力電流を第２の定電流源２の出力電流よりも小さくする。たとえば、第１の定電流源１が１０Ａの電流を出力し、第２の定電流源２が２９０Ａの電流を出力する。

本開示は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

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。本開示の範囲は上記した説明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。

１，２，１０１，１０２ 定電流源、３，３ａ 電圧計、１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１１０，１１１ 抵抗、２６，２７ 半導体素子、３１，３２，１３１，１３２ 電極、３３，３４，１３３，１３４ コレクタセンス端子、４２ 負極、５１ 試験ステージ、５３，５４ プローブ、５５ 駆動回路、６３ ウェハ、６９ 演算装置、７１，７２ 可変抵抗、８１，８２ 電流計。

Claims (11)

1. 裏面に正極と、表面に負極および制御電極とを有し、前記制御電極に入力される制御信号に応じて、オンまたはオフする半導体素子の特性を試験するための半導体試験装置であって、
   複数の前記半導体素子が配置されたウェハを固定するとともに、複数の前記半導体素子の正極と電気的に接続される正極の役割を有する試験ステージと、
   Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の定電流源と、
   前記半導体素子の負極と、定電流源の負極とを接続する第１のプローブと、
   前記試験ステージの外周に配置され、それぞれがＮ個の定電流源のうちの対応する１つと接続し、Ｎ個の電流供給点として機能するＮ個の電極と、
   前記試験ステージの外周に配置されるコレクタセンス端子と、
   前記コレクタセンス端子と前記定電流源の負極との間の電圧を測定する電圧計とを備えた、半導体試験装置。
2. 前記半導体素子の制御電極と、駆動回路とを接続する第２のプローブを備えた、請求項１記載の半導体試験装置。
3. 前記Ｎ個の電極は、前記試験ステージの外周上に均等な角度の間隔で配置される、請求項１または２記載の半導体試験装置。
4. Ｎ＝２であって、２個の前記電極は、外周上を移動可能に構成される、請求項１または２記載の半導体試験装置。
5. 前記試験ステージの外周に配置されるＮ個の前記コレクタセンス端子を備え、
   Ｎ個のコレクタセンス端子のぞれぞれは、Ｎ個の電極のうちの対応する電極との距離が、Ｎ個の電極の他のすべての電極との距離よりも近く、
   前記電圧計は、前記Ｎ個のコレクタセンス端子のそれぞれと、前記定電流源の負極との間の電圧を測定する、請求項１または２記載の半導体試験装置。
6. 前記電圧計によって、測定されたＮ個の電圧を平均する演算装置をさらに備えた、請求項５記載の半導体試験装置。
7. 前記Ｎ個の電極のうち前記コレクタセンス端子に最も近い電極に接続される定電流源から出力される電流は、他の定電流源から出力される電流よりも小さい、請求項１または２記載の半導体試験装置。
8. 裏面に正極と、表面に負極および制御電極とを有し、前記制御電極に入力される制御信号に応じて、オンまたはオフする半導体素子の特性試験するための半導体試験装置であって、
   複数の前記半導体素子が配置されたウェハを固定するとともに、複数の前記半導体素子の正極と電気的に接続される正極の役割を有する試験ステージと、
   定電流源と、
   前記半導体素子の負極と、定電流源の負極とを接続する第１のプローブと、
   前記試験ステージの外周に配置され、前記定電流源と接続し、電流供給点として機能するＮ個（Ｎは２以上の自然数）の電極と、
   前記定電流源と、前記Ｎ個の電極のそれぞれとの間に配置された可変抵抗および電流計と、
   前記試験ステージの外周に配置されるコレクタセンス端子と、
   前記コレクタセンス端子と前記定電流源の負極との間の電圧を測定する電圧計とを備えた、半導体試験装置。
9. 前記定電流源と、前記Ｎ個の電極のそれぞれとの間を流れる電流が等しくなるように、Ｎ個の可変抵抗の抵抗値が調整されている、請求項８記載の半導体試験装置。
10. 裏面に正極と、表面に負極および制御電極とを有し、前記制御電極に入力される制御信号に応じて、オンまたはオフする半導体素子の特性試験するための半導体試験装置による半導体試験方法であって、
    前記半導体試験装置は、正極の役割を有する試験ステージと、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の定電流源と、前記試験ステージの外周に配置され、それぞれがＮ個の定電流源のうちの１つと接続し、Ｎ個の電流供給点として機能するＮ個の電極と、前記試験ステージの外周に配置されるコレクタセンス端子と、第１のプローブと、第２のプローブと、電圧計とを備え、
    前記半導体試験方法は、
    複数の前記半導体素子が配置されたウェハを前記試験ステージに固定して、複数の前記半導体素子の正極と前記試験ステージとを接続するステップと、
    前記第１のプローブによって、前記半導体素子の負極と、定電流源の負極とを接続するステップと、
    前記第２のプローブによって、前記半導体素子の制御電極と、駆動回路とを接続するステップと、
    前記Ｎ個の定電流源が、定電流の供給を開始するステップと、
    前記電圧計によって、前記コレクタセンス端子と前記定電流源の負極との間の電圧を測定するステップとを備える、半導体試験方法。
11. 前記定電流の供給を開始するステップは、前記Ｎ個の電極のうち前記コレクタセンス端子に最も近い電極に接続される定電流源から出力される電流を、他の定電流源から出力される電流よりも小さくするステップを備える、請求項１０記載の半導体試験方法。

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