JPH0566732B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置の電気的特性を検査する半
導体装置の試験装置に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

半導体ウエハーの製造工程を終了したウエハー
には半導体素子（ペレツト）が基盤の目状に規則
的に形成される。通常このようなウエハーには第
１図および第１図の平面図の第２図に示すように
して電気的特性の検査が施される。すなわち、ウ
エハー１０はステージ１１上に載置され、ペレツ
ト表面の図示しない電極上に、プローブカード１
３に固定されたプローブ針１２の先端が当てられ
る。このプローブ針１２はプローブカード１３上
の配線により引き出されコネクター１４を介して
テスタ１５に接続されている。また、ウエハー１
０裏面の電極（通常コレクタ電極）はステージ１
１上面の導電部材（図示しない）を介して取り出
されテスタ１５に接続されている。このようにし
て、半導体素子がトランジスタであればエミツ
タ、ベース、コレクタの各電極が取り出されテス
タ１５によつてペレツトの電気的特性が測定され
る。

ここで、従来より、プローブ針１２とウエハー
１０の電極との接触抵抗等による測定誤差を低減
させるために四端子測定すなわちケルビン接続に
よる測定が行なわれている。これは、測定すべき
ペレツト１０の電極間にテスタ１５の電源１５ａ
に接続された探針を当てて電流を流すと同時に、
テスタ１５の高入力インピーダンスの測定器１５
ｂに接続された探針を両電極間に当てて検査する
ものである。すなわち、このような測定では、電
圧端子に流れる電流が極めて小さく、被測定系に
殆んど影響を与えずに済み、接触抵抗も事実上無
捨できることになるため、高い精度の測定が可能
となる。

〔背景技術の問題点〕

ところで、従来の試験装置を用いた測定には次
のような問題点がある。

すなわち、ウエハーの裏面電極（通常コレクタ
電極）は、ウエハー裏面全体に形成され複数のペ
レツトの共通の電極となつている。そして電極面
がステージ１１の１つの導電部材よりなる接触面
に接触し、このステージ１１にテスタ１５の電圧
端子と電流端子とが接続されている。従つて、テ
スタ１５からみると、実際にはステージ１１を含
んだウエハー１０を測定していることになり正確
には四端子測定とはいえず測定誤差が大きく含ま
れると共に、独立した１つのペレツトについては
測定していないことになる。

このため、実際にはウエハー10段階で不良と判
定されたペレツトを除き、残りの良品と判定され
たペレツトを組立て完成品とした後再び試験を行
なつているが、この組立て後の試験でも不良と判
定されるものが数多くある。

また、上記装置のプローブ針１２はスプリング
アクシヨンを持たせるため材質としてタングステ
ン或いはタンガロイが用いられペレツトの電極面
に対し傾斜するようにプローブカード１３に固定
されている。しかし、タングステンおよびタンガ
イロは導電性が低いため、プローブ針１２の電流
容量は１本当り通常250ｍＡと低く、電極との接
触抵抗も大きい。このため、このようなプローブ
針１２に大電流を流すと針の先端が発熱し、酸化
が速まり、接触抵抗が変化して測定が不能とな
る。

実際には、電流容量を上げるためにペレツトの
１つの電極に複数のプローブ針１２を当て検査を
行なうようにしているが、プローブ針１２が傾斜
しているため、プローブ針１２の配置面積を広く
採る必要があり、プローブ針の本数をそう多く増
加させることができない。従つて、素子の組立て
前の試験は実際の素子の動作域よりはるかに小さ
い微小電流域で行なわざるを得ず、素子の組立て
後に行なう試験との相関が低いものである。特に
最近ではペレツトのみを出荷する場合も増加して
おり、組立て前のペレツトに対し正確な試験を行
なうことが要請されている。

また、従来の試験装置では、プローブ針１２が
プローブカード１３に半田付けにより固定されて
いるため、プローブ針を１本ごとに交換すること
ができず、プローブ針が１本でも痛むとプローブ
カードごと変換する必要があり、不経済でもあ
る。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、独立した１つのペレツトに対し四端子測定て
可能で、ペレツトの組立て後に行なう試験との相
関が極めて高い正確な試験を行なうことのできる
半導体装置の試験装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕

すなわち、本発明による半導体装置の試験装置
では、被試験半導体装置に供給する試験電流を出
力する複数の電流端子と高入力インピーダンスの
測定器の入力端となる複数の電圧端子とを備えた
テスタと、被試験半導体装置が載置されるステー
ジと、上記電流端子および電圧端子の所定のもの
と接続された複数のプローブ針を備えたプローブ
とを具備し、被試験半導体装置の裏面電極と接す
る上記ステージの上面には上記電流端子の所定の
ものに接続された第１の導電部材とこの第１の導
電部材と異なる部位に上記電圧端子の所定のもの
に接続された第２の導電部材とを有したものであ
る。

そして、上記プローブ針は上記ステージ面に対
し垂直方向にプローブのプローブヘツドに固定さ
れ、被試験半導体装置と接触するニードルが銅系
金属からなり、このニードルが、内部にばね機構
を有しプローブヘツドに固定されたソケツトに嵌
装されたものであればさらに良い。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。第３図は本発明による半導体装置の試験装置
を模式的に示す図でプローブ周辺は平面的に示し
てある。第４図は第３図のAA′線に沿つた断面図
である。これらの図においてステージ３１上に半
導体ペレツト（ここではトランジスタ）３０を載
せる。そして、上記ステージ３１に対してプロー
ブ３２を対向配置させ、プローブ３２に取り付け
られたプローブ針３３を、ペレツト３０の上面の
ベース電極３４Ｂ、エミツタ電極３４Ｅおよびス
テージ３１の上面に当てる。ここで、上記ステー
ジ３１のペレツトとの接触面は、電気的に互いに
分離された第１の導電部材３１₁と第２の導電部
材３１₂とからなる。

そして、上記第１の導電部材３１₁に接触する
プローブ針３３をテスタ４０のコレクタ電流端子
CIに接続し、第２の導電部材３１₂に接触するプ
ローブ針３３をコレクタ電圧端子CVに接続する。
同様に上記ペレツト３０のエミツタ電極３４Ｅに
接触する複数のプローブ針３３のうちいくつかを
エミツタ電流端子EIに接続し、残りのものをエ
ミツタ電圧端子EVに接続する。同様にベース電
極３４Ｂに接触するプローブ針３３のうちいくつ
かをテスタ４０のベース電流端子BIに接続し、
残りのものをベース電圧端子BVに接続する。

上記テスタ４０のコレクタ電流端子CI、エミ
ツタ電流端子EIおよびベース電流端子BIはテス
タ４０内部の図示しない電源に接続されており、
コレクタ電圧端子CV、エミツタ電圧端子EVおよ
びベース電圧端子BVはそれぞれテスタ４０内部
の高入力インピーダンスの図示しない測定器に接
続されている。

また、上記プローブ針３３は従来と異なり次の
ような構造をなしている。すなわち、プローブ針
３３はプローブ３２のプローブヘツド３２ａに固
定されたソケツト３３ａとこのソケツト３３ａに
嵌装された着脱自在のニードル３３ｂとからな
り、ステージ３１の上面に対し垂直に固定されて
いる。このソケツト３３ａは、内部にニードル３
３ｂを押し出すばね３３ｃを備えており、適当な
圧力でペレツトの電極面に接するようになつてい
る。また、ニードル３３ｂの材質は導電性が高く
ペエツトの電極との接触抵抗の小さい銅または銅
合金からなる。

以上のような試験装置を用いたペレツトの測定
は次のようなものである。すなわち、ペレツト３
０のベース電極３４Ｂおよびエミツタ電極３４Ｅ
と第１の導電部材３１₁とに各々ベース電流端子
BI、エミツタ電流端子EIおよびコレクタ電流端
子CIより所定の試験電流が供給される。そして、
ベース電極３４Ｂ、エミツタ電極３４Ｅおよび第
２の導電部材３１₂の電圧がプローブ針３３を介
して測定される。

以上のような本実施例の半導体装置の試験装置
では次のような長所が認められる。

すなわち、ペレツト３０の裏面電極であるコレ
クタ電極には、プローブ針３３に接触した独立し
た第１の導電部材３３₁を介し電流端子が接続さ
れていると共に、プローブ針に接触した独立した
第２の導電部材３３₂を介し電圧端子が接続され、
異なる２ケ所において電圧端子および電流端子が
接続していることになるため、コレクタ電極を介
したペレツトの測定を完全なケルビン接続により
行なえる。

さらに、上記ペレツト３０をウエハー状態でな
く分割した状態で測定するようにしたため、従来
のものに比らべ正確な測定が行なえる。

また、上記のようにプローブ針３３のニードル
３３ｂを内部にばね機構を有するソケツト３３ａ
に嵌装し、ペレツト３０面に対し垂直に固定させ
るようにすれば、ニードル３３ｂとして接触抵抗
が小さく電流容量の大きい銅系金属を用いること
ができ、またニードル３３ｂの配置面積が小さく
て済むため１つの電極に多数のプローブ針３３を
接触させて、さらに電流容量を上げることが可能
となる。

また、プローブ針３３のニードル３３ｂは着脱
自在なため、プローブ針が不良となつた場合に
は、不良のニードル３３ｂのみを交換すれば良く
経済的である。

第５図は、ニードルの材料別の接触抵抗を示す
グラフでａはタンガロイ、ｂはタングステン、ｃ
は銅である。この図で示すように、電流値の増加
に伴う接触抵抗の増加が小さいのは銅である。さ
らにニードルが通電により、赤色に発熱した電流
値はそれぞれタンガロイａが6.5A、タングステ
ンｂが5A、銅ｃが10Aであり、大電流の測定の
ためのニードル材としては銅が適していることが
明らかである。

また、第６図は本実施例装置を用いてペレツト
を大電流測定した設定値と、ペレツトを組立て、
製品化した後測定した際の測定値とを比較した結
果で、それぞれグラフａは20A規格の製品の測定
結果、グラフｂは40A規格の製品の測定結果であ
る。この図中の破線ｄはペレツト状態における測
定値と組み立て後の測定値とが同じ値を示すライ
ンである。第６図のグラフａに示すように20A規
格の製品では、基準となるラインｄと測定結果と
が略等しく、測定値のばらつきも±１％以内であ
つた。第６図のグラフｂに示すように40A規格の
製品においても、ペレツト状態での測定と組立て
後の測定との間に極めて高い相関が得られ、測定
値のばらつきも±５％以内であつた。（尚、勿論、
従来の装置ではペレツトを数Ａ程度以上で試験す
ることができない。） 尚、定格電流の小さい素子に対しては従来と同
様のプローブ針を有する試験装置で試験してもよ
い。

また、上記実施例ではステージ３１の第１の導
電部材３１₁および第２の導電部材３１₂とテスタ
４０の電流端子および電圧端子との接続をプロー
ブ針３３を介して行なうようにしているが、第１
の導電部材３１₁および第２の導電部材３１₂とテ
スター４０との接続は例えば半田付け等他の接続
手段によつて行なつてもかまわない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明による半導体装置の試験装
置では、独立した１つのペレツトに対し四端子測
定が可能で、ペレツトの組立て後の試験との相関
の極めて高い正確な試験を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来の半導体装
置の試験装置を示す平面図および断面図、第３図
は本発明の一実施例に係る半導体装置の試験装置
を示す図、第４図は第３図に示す試験装置の一部
をＡ，A′線に沿つて示す断面図、第５図はニー
ドルに流れる電流と接触抵抗との関係を示すグラ
フ、第６図は素子の組み立て後の測定値と本発明
による半導体装置の試験装置を用いたペレツト状
態での測定値との関係を示すグラフである。 ３０……ペレツト、３１……ステージ、３１₁
……第１の導電部材、３１₂……第２の導電部材、
３２……プローブ、３２ａ……プローブヘツド、
３３……プローブ針、３３ａ……ソケツト、３３
ｂ……ニードル、３３ｃ……ばね、４０……テス
タ、CI……コレクタ電流端子、EI……エミツタ
電流端子、BI……ベース電流端子、CV……コレ
クタ電圧端子、EV……エミツタ電圧端子、BV
……ベース電圧端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被試験半導体装置に供給する試験電流を出力
   する複数の電流端子と上記半導体装置の試験時の
   測定電圧が入力される複数の電圧端子とを備えた
   四端子測定用のテスタと、上記半導体装置を載置
   するステージと、上記電流端子および電圧端子の
   所定のものと接続され上記半導体装置の表面電極
   の所定のものに接触する複数のプローブ針を備え
   たプローブとを具備し、上記ステージはそれぞれ
   上記半導体装置の裏面電極と接触させると共に上
   記電流端子の所定のものに接続する第１の導電部
   材と、この第１の導電部材と異なる部位に上記電
   圧端子の所定のものに接続する第２の導電部材の
   ２個の互いに独立した導電部材を備えていること
   を特徴とする半導体装置の試験装置。 ２ 上記プローブ針は、上記ステージ面に対し垂
   直方向にプローブヘツドに固定されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装
   置の試験装置。 ３ 上記プローブ針は、被試験半導体装置の電極
   面に１端が直接接触するニードルと、上記ニード
   ルを押し出すばね機構を内部に有し上記ニードル
   を嵌装するプローブヘツドに固定されたソケツト
   とを具備していることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の半導体装置の試験装
   置。 ４ 上記ニードルが銅系金属よりなることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の半導体装置の
   試験装置。