TWI522630B - Probe device - Google Patents

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TWI522630B
TWI522630B TW100108202A TW100108202A TWI522630B TW I522630 B TWI522630 B TW I522630B TW 100108202 A TW100108202 A TW 100108202A TW 100108202 A TW100108202 A TW 100108202A TW I522630 B TWI522630 B TW I522630B
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Isao Kouno
Ken Taoka
Eiichi Shinohara
Ikuo Ogasawara
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Tokyo Electron Ltd
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Description

探針裝置
本發明係關於一種進行功率元件的電氣特性檢查之探針裝置，更詳細地說明係關於一種可以晶圓層級來測量以例如絕緣閘雙極電晶體(IGBT)、二極體為代表之功率元件的電氣特性之探針裝置。
功率元件作為各種電源或汽車的電器組裝關連用開關元件等，抑或產業機器之電器組裝關連的開關元件等通用性愈來愈高。功率元件相較於通常的半導體元件已逐漸高耐壓化、大電流化及高速、高頻率化。功率元件舉例有IGBT、二極體、功率電晶體、功率MOS-FET、閘流體(Thyristor)等。該等功率元件係於分別對靜態特性或動態特性(開關特性)進行電氣特性檢查後，配合各自的用途而組裝為電子零件。
二極體係與例如功率MOS-FET並聯連接而作為馬達等的開關元件使用。由於二極體係於與陽極及陰極的接合部具有空乏層，因此會有因該空乏層而損害到二極體本身的開關功能之情況。特別是，二極體若於電流IF流動時施加逆電壓的話，電流便會如圖13之實線(理想值)所示般地急速下降而到達0點。然而，實際上由於空乏層係殘留有少量的載子，因此在此狀態下施加電壓時，便會如圖13之實線所示般地流有大逆電流IR而於到達最大的逆電流值Irp後回歸到0點。從最大的逆電流值Irp至回復為其1/10的電流值為止的時間係定義為逆回復時間(Reverse-Recovery-Time)trr。二極體的開關特性係以逆回復時間愈短者為佳。又，當逆回復時間過長時，便會依使用條件而有二極體被破壞的情況。又，當逆電流的電流變化(di/dt)愈劇烈則電流亦會愈大，而導致二極體容易被破壞，此破壞被稱為di/dt破壞。基於上述情事。便將二極體一個一個地安裝在專門的測量器來測量電流切換時所產生之二極體的電流變化(di/dt)，以評估各個二極體之作為開關元件的可靠度。
於是，本申請人便利用例如圖14所示之探針裝置而針對形成有複數功率元件之半導體晶圓，直接在晶圓狀態下測量各個功率元件所包含之二極體的電流變化(di/dt)之方法進行了各種評估。如圖14所示之探針裝置110係具有用以搬送半導體晶圓之裝載室(圖中未顯示)，與進行從裝載室所搬送之半導體晶圓的電氣特性檢查之探針室111，而構成為能夠在晶圓狀態下進行功率元件的電氣特性檢查。
如圖14所示之探針室111係具有用以載置半導體晶圓W之可移動的載置台112，與配置於載置台112上方之探針卡113。載置台112表面係形成有黃金等導電性金屬所構成的導體膜電極，該導體膜電極係透過電線114而電連接於量測部115。又，探針卡113係具有在半導體晶圓W的各個電極焊墊而以凱爾文式連接(Kelvin connection)之複數探針對113A，探針對113A係分別透過力線(force line)116F與感測線(sense line)116S而電連接於量測部115。探針對113A藉由凱爾文式連接，便可消除與電極焊墊的接觸電阻或各線116F、116S的內部電阻所造成的量測誤差。
半導體晶圓W係如上所述地形成有複數功率元件。複數功率元件係具有分別例如並聯連接之MOS-FET(或IGBT)與二極體，而作為開關元件使用。半導體晶圓W的上面係形成有MOS-FET的閘極電極與源極電極，下面係形成有汲極電極。與該汲極電極接觸之載置台112的導體膜電極亦成為汲極電極。連接於該汲極電極之電線114係具有力線114F及感測線114S，而在載置台112的導體膜電極處以凱爾文式連接之狀態下連接於量測部115。此外，IGBT的情況，各電極係構成為閘極電極、集極電極及射極電極。
使用探針裝置110而於晶圓狀態下測量功率元件的開關特性時，會移動載置有半導體晶圓W之載置台112，來使載置台112上的半導體晶圓W與複數探針對113A電性接觸，當透過閘極G側的探針對113A來開啟功率元件時，電流便會根據對功率元件的閘極電極所施加之電壓而從汲極電極(集極電極)的電線114流動至源極電極(射極電極)。
然而，由於連接載置台112的汲極電極(集極電極)與量測部115之電線114很長，導致電線114的感應係數變大，例如每10cm的電線便會增加100nH的感應係數，因此使用探針裝置110來測量微秒單位的電流變化(di/dt)時，便會如圖13之虛線(現狀值)所示般地，電流變化較小而大大地自理想值偏離，因而得知以習知的探針裝置110要正確地測量二極體本身的電流變化(di/dt)乃非常困難，且依情況甚至會有破損的情況發生。又，當關閉功率元件時，會對汲極電極(集極電極)與源極電極(射極電極)間施加異常的昇壓電壓(surge voltage)，而亦會有導致功率元件破損的情況發生。
本發明係為解決上述課題所發明者，其目的在於提供一種能夠以晶圓層級來確實地測量功率元件的靜態特性及動態特性(開關特性)之探針裝置。
本發明的申請專利範圍第1項之探針裝置具備有：可移動的載置台，係用以載置複數地形成有含有二極體的功率元件之被檢查體；探針卡，係具有配置於該載置台上方之複數探針；及量測部，係在導通至少形成於該載置台的載置面之導體膜電極與載置於其而形成於該被檢查體內面之導體層之狀態下，使該探針與該被檢查體電性接觸，來測量該功率元件的電氣特性；其特徵在於：測量該功率元件的電氣特性時，係使將該載置台的該導體膜電極與該量測部加以電連接之導通組件介設於該探針卡的外周緣部與該載置台的外周緣部。
又，本發明的申請專利範圍第2項係根據申請專利範圍第1項之探針裝置，其中該導通組件係設置於該探針卡，而與該載置台的該導體膜電極電性接觸。
又，本發明的申請專利範圍第3項係根據申請專利範圍第1或2項之探針裝置，其中該導通組件具有彈力。
又，本發明的申請專利範圍第4項係根據申請專利範圍第1至3項中任一項之探針裝置，其中該探針及該導通組件兩者皆以凱爾文(Kelvin)方式連接於該量測部。
又，本發明的申請專利範圍第5項係根據申請專利範圍第1至4項中任一項之探針裝置，其中該載置台的該導體膜電極係構成為量測電極。
又，本發明的申請專利範圍第6項係根據申請專利範圍第1至5項中任一項之探針裝置，其中該載置台具有溫度調節機構。
本發明的申請專利範圍第7項之探針裝置具備有：可移動的載置台，係用以載置複數地形成有含有二極體的功率元件之被檢查體；探針卡，係具有配置於該載置台上方之複數探針；及量測部，係在導通形成於該載置台的載置面及周圍面之導體膜電極與載置於其而形成於該被檢查體內面之導體層之狀態下，使該探針與該被檢查體電性接觸，來測量該功率元件的電氣特性；其特徵在於：係設置有於測量該功率元件的電氣特性時，將該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極與該量測部加以電連接之導通機構。
又，本發明的申請專利範圍第8項係根據申請專利範圍第7項之探針裝置，其中該導通機構具有：引線導體，其基端部係連接於該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極；連接端子，係可自由導通地形成於該引線導體的前端部；導體，係介設於該探針卡與該載置台之間；及致動器，係將該連接端子電連接於該導體，或解除其連接狀態。
又，本發明的申請專利範圍第9項係根據申請專利範圍第7項之探針裝置，其中該導通機構具有：引線導體，其基端部係連接於該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極，且沿著該載置台的該周圍面而複數地設置；複數連接端子，係可自由導通地形成於該複數引線導體各自的前端部；環狀導體，係介設於該探針卡與該載置台之間；及複數致動器，係將該複數連接端子電連接於該環狀導體，或解除其連接狀態。
又，本發明的申請專利範圍第10項係根據申請專利範圍第8或9項之探針裝置，其中該致動器係構成為能夠搖動該連接端子之搖動機構。
又，本發明的申請專利範圍第11項係根據申請專利範圍第8或9項之探針裝置，其中該致動器係構成為用以升降該連接端子之升降機構。
又，本發明的申請專利範圍第12項係根據申請專利範圍第7項之探針裝置，其中該導通機構具有：圓筒狀導體，係可與該導體膜電極自由導通地升降於該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極；連接端子，係於周圍方向相距特定間隔而複數地設置於該圓筒狀導體；環狀導體，係介設於該圓筒狀導體與該探針卡之間；及致動器，係升降該圓筒狀導體而將該複數連接端子分別電連接於該環狀導體，或解除其連接狀態。
又，本發明的申請專利範圍第13項係根據申請專利範圍第7項之探針裝置，其中該導通機構具有：一對接觸子，係電連接於該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極，且設置於在該載置台的周圍方向相互間隔180°之位置處；及一對分割導體，係介設於該載置台與該探針卡之間來使該一對接觸子電性接觸。
又，本發明的申請專利範圍第14項係根據申請專利範圍第13項之探針裝置，其中該接觸子的結構為可配合施加電壓而調整。
依據本發明，便能夠提供一種能夠以晶圓層級來確實地測量功率元件的靜態特性及動態特性(開關特性)之探針裝置。
以下，根據圖1~圖12所示之實施型態來加以說明本發明。本發明之探針裝置係取代連接載置台與量測部之電線而設置有導通組件或導通機構，係構成為能夠直接在晶圓狀態下測量形成於半導體晶圓之複數功率元件的電氣特性(動態特性)。
[第1實施型態]
本實施型態之探針裝置10的結構為例如圖1所示，係於探針室11內從用以搬送半導體晶圓W之裝載室(圖中未顯示)收取半導體晶圓W，並於探針室11內測量形成於半導體晶圓W之各個複數功率元件(例如IGBT)所包含之二極體的電流變化。
如圖1所示之探針室11係設置有可向X方向、Y方向、Z方向及θ方向移動之用以載置半導體晶圓W的載置台12，載置台12的至少上面係形成有作為集極電極之黃金等導電性金屬所構成的導體膜電極(圖中未顯示)。載置台12係形成有真空吸附機構，而構成為能夠將半導體晶圓W真空吸附在載置台12的載置面。又，載置台12係內建有溫度調節機構，而能夠將半導體晶圓W加熱或冷卻至特定溫度，以測量功率元件所包含之二極體的電流變化(di/dt)。
載置台12的上方處，具有複數探針13A之探針卡13係透過卡保持部而固定在形成探針室11的上面之平板11A，以使複數探針13A電連接於功率元件的電極焊墊，來測量功率元件所包含之二極體的電流變化(di/dt)。探針卡13的上面係以特定圖案而形成有對應於複數探針13A之端子電極，複數探針13A係透過各自的端子電極而與後述量測部電連接。
又，探針卡13的外周緣部係於周圍方向相距特定間隔而設置有複數導通接腳14，該等導通接腳14係構成為當載置台12升降時會與載置台12的上面所形成之導體膜電極(集極電極)電性分離或連接。該等導通接腳14的結構較佳係具有彈力，而與導體膜電極彈性接觸，以便能夠確實地與導體膜電極(集極電極)電性接觸。導通接腳14雖然較佳係相距特定間隔而設置於探針卡13外周緣部的複數部位處，但亦可只設置於一個部位處。
探針室11內係構成為設置有對位機構(未圖示)，而透過對位機構來進行半導體晶圓W(即功率元件的閘極電極及射極電極)與探針卡13的探針13A之對位。對位後，載置台12會朝所欲測量最初的功率元件正下方移動，然後載置台12會從該位置上昇來使半導體晶圓W的特定電極焊墊與複數探針13A電性接觸，並使複數導通接腳14與載置台12的導體膜電極電性接觸。複數導通接腳14係當測量複數功率元件的電氣特性時，無論載置台12位在任何位置，至少其中一個導通接腳14會與載置台12的導體膜電極(集極電極)電性接觸。
然後，用以連接探針卡13的複數探針13A及複數導通接腳14與量測部15之電線例如圖2所示，係分別以凱爾文方式連接。
探針13A如圖2所示，係由一對第1、第2探針13A1、13A2所構成。於是，以下便以探針13A作為探針對13A來加以說明。探針對13A的形成方式為第1、第2探針13A1、13A2係在半導體晶圓W的電極焊墊處以凱爾文方式連接。第1探針13A1係透過力線16F而連接於量測部15，第2探針13A2係透過感測線16S而連接於量測部15。探針對13A藉由凱爾文式連接，便可消除第1、第2探針13A1、13A2與半導體晶圓W之電極焊墊的接觸電阻，及連接第1、第2探針13A1、13A2與量測部15之力線16F及感測線16S的內部電阻等所造成的量測誤差。
圖2中，其結構為左右一對的探針對13A、13A當中，一側(左側)的探針對13A係與IGBT的閘極電極接觸，而另一側(右側)的探針對13A則與構成功率元件之IGBT的射極電極相接觸。
又，導通接腳14係與探針對13A同樣地構成為由第1、第2導通接腳14A、14B所構成的導通接腳對14。導通接腳對14係透過分別連接有第1、第2導通接腳14A、14B之探針卡13外周緣部的內面側端子電極而以凱爾文方式連接。第1、第2導通接腳14A、14B係透過力線17F及感測線17S而連接於量測部15。導通接腳對14係構成為與載置台12的導體膜電極(集極電極)電性接觸之集極接腳。由於如上所述地導通接腳對14係與探針對13A同樣地透過探針卡13而電連接於量測部15，且從載置台12的集極電極至量測部15的電路長度係與探針卡13同樣相當地短，因此相較於圖14所示之探針裝置110所使用的電線11，便可大幅控制感應係數。於是，本實施型態之探針裝置10便能夠以微秒單位來確實地測量功率元件所包含之二極體的電流變化(di/dt)。
探針對13A及導通接腳對14係如上所述地連接於量測部15。該量測部15係可裝卸地配置於平板11A的上面，並透過例如彈針等導通機構而與探針卡13的上面所形成之探針對13A用端子電極及導通接腳對14用端子電極電性接觸，且使複數探針對13A及複數導通接腳對14電連接。
如圖2所示，量測部15的結構係具有第1、第2電源15A、15B、第1、第2電流計15C、15D及第1、第2電壓計15E、15F，而透過IGBT來測量二極體的電流變化(di/dt)。第1電源15A及第1電流計15C係分別透過力線16F而連接於第1探針13A1，第2電源15B及第2電流計15D係透過力線17F而連接於第1導通接腳14A。第1電壓計15E係透過感測線16S而連接於第2探針13A2，第2電壓計15F係透過感測線17S而連接於第2導通接腳14B。
接下來說明電流變化(di/dt)的測量。首先，從裝載室搬送半導體晶圓W，而於載置台12上收取半導體晶圓W，並使半導體晶圓W吸附固定於其載置面。接下來，載置台12會移動而與對位機構一起動作來進行半導體晶圓W的複數電極焊墊與複數探針對13A的對位。之後，載置台12會移動來使最初的所欲測量功率元件位在探針對13A正下方，之後載置台12會更進一步地從該位置上昇來使功率元件的複數電極焊墊與複數探針對13A電性接觸。
此時，於探針卡13處，從其下面突出之導通接腳對14會與載置台12的導體膜電極(集極電極)彈性接觸。藉此，功率元件的IGBT的閘極電極及射極電極便會分別透過相對應之探針對13A而與量測部15電連接，並且功率元件之IGBT的集極電極會透過載置台12的集極電極及複數導通接腳對14而與量測部15電連接。
之後，將量測部15之第1電源15A的電壓施加在驅動器(圖中未顯示)，而將開啟訊號傳送至閘極G側的探針對13A後，功率元件的IGBT的閘極電極便會開啟，且電流會因第2電源15B所施加之電壓而經由集極C側的導通接腳對14從集極電極朝向射極電極流動。接下來，將關閉訊號傳送至閘極G側的探針對13A後，IGBT便會關閉，使得從集極電極朝向射極電極之電流停止。
此時，會因量測部15內的線圈而產生再生電流，導致逆電流流向二極體。此狀態下，透過閘極G側的探針對13A來開啟IGBT後，二極體便會如圖9之實線所示般地成為接近理想值之逆回復時間的導通狀態。測量其間的電流變化(di/dt)，並將其結果以電流波形來顯示於示波器(圖中未顯示)。根據此時所獲得之電流變化(di/dt)便可評估二極體的di/dt耐受性。
由於二極體的di/dt破壞容易在80℃以上的高溫下發生，因此將載置台12加熱至80℃以上的高溫，並於高溫下測量二極體的電流變化(di/dt)，便可評估二極體之di/dt耐受性與溫度的關係。
如以上所說明，依據本實施型態，藉由使用探針裝置10，便可針對形成有複數功率元件之半導體晶圓W，而直接在晶圓狀態下測量功率元件所包含之二極體的電流切換時所產生之電流變化(di/dt)，且可對作為功率元件之二極體的di/dt破壞進行評估，進而可進行構成功率元件之IGBT的開關特性評估。又，亦可評估二極體在80℃以上的高溫下之對於di/dt破壞的耐受性。
[第2實施型態]
本實施型態之探針裝置除了取代第1實施型態所使用之導通接腳對14而設置有導通機構以外，其他結構係以第1實施型態為基準所構成。於是以下，與第1實施型態的探針裝置10相同或相當之部分則賦予相同符號，並以本實施型態之探針裝置的特徵為中心來加以說明。
本實施型態之探針裝置10例如圖3所示，係構成為於鄰接於裝載室(圖中未顯示，係用以搬送複數地形成有含有二極體的功率元件之半導體晶圓)之探針室11內收取半導體晶圓W，而直接在晶圓狀態下測量各個功率元件所包含之二極體的電流變化，探針裝置10的結構除了導通機構14以外，其他結構皆與第1實施型態相同。
本實施型態所使用之導通機構14如圖3所示，其結構為具有：基端部係連接於載置台12周圍面所形成的導體膜電極之引線導體14A；可自由導通地形成於引線導體14A前端部之連接端子14B(圖3中以白色箭頭顯示)；配置於探針卡13與載置台12之間之環狀導體(以下稱為「環導體」)14C；以及將連接端子14B電連接於環導體14C，或解除其連接狀態之致動器14D；該導通機構14係將載置台12的上面及周圍面所形成之導體膜電極與量測部15加以電連接。又，如圖3所示，環導體14C的上面係透過力線17F及感測線17S而以凱爾文式連接有量測部15。本實施型態中，環導體14C雖係獨立設置而介設於載置台12與探針卡13之間，但亦可將用以保持探針卡之卡保持部(圖中未顯示)或固定有探針卡之平板作為環導體14C使用。本實施型態雖係針對環導體14C加以說明，但與連接端子14B電性分離或連接之導體不限於環狀，但亦可如後所述地，將例如被分割為2之分割導體作為與連接端子14B電性分離或連接之導體使用。
圖4(a)、(b)係更具體地顯示圖3之導通機構14。構成導體機構14之引線導體14A係如圖4(a)所示般地形成為例如帶狀，其一端部係鎖固於載置台12周圍面所形成之導體膜電極。引線導體14A的前端部係固定有複數連接端子14B，該等連接端子14B的固定部14A1係形成為彎折狀。又，引線導體14A之與載置台12的連接部與固定部14A1之間係形成有側面形狀彎折成蜿蜒狀之蜿蜒部14A2，以使引線導體14透過蜿蜒部14A2而可容易地屈伸。又，致動器14D係具有旋轉驅動部14D1，與從旋轉驅動部14D1延伸設置且被連結於固定部14A1附近之搖動體14D2。於是，致動器14D便會驅動，而透過旋轉驅動部14D1及搖動體14D2來搖動引線導體14的固定部14A1，以將連接端子14B電連接於環導體14C的下面，或解除其連接狀態。
接下來，參酌圖3、圖4來針對動作加以說明。本實施型態除了導通機構14為相異結構以外，其他結構皆與第1實施型態相同，由於除了導通機構14以外皆與第1實施型態相同，因此便以導通機構14的動作為中心來加以說明。
與第1實施型態同樣地，進行半導體晶圓W與探針卡13的對位後，於最初的功率元件正下方，載置台12會從圖4(a)所示之位置上昇，而如同圖(b)所示般地，功率元件的電極焊墊與探針卡13的探針13A會電性接觸。此時，導通機構14的致動器14D會驅動，而透過旋轉驅動部14D1及搖動體14D2來使連接端子14B透過引線導體14A的蜿蜒部14A2而朝逆時針方向搖動，如圖4(b)所示，連接端子14B會與環導體14C的下面電性接觸。藉此，構成功率元件之IGBT的閘極電極及射極電極便會透過分別對應之探針對13A而與量測部15電連接，且IGBT下面的集極電極會透過載置台12的導體膜電極(集極電極)及複數導通機構對14而與量測部15電連接。
之後，如圖3所示，將量測部15之第1電源15A的電壓施加在驅動器(圖中未顯示)，而將開啟訊號傳送至閘極G側的探針對13A後，功率元件的IGBT的閘極電極便會開啟，且電流會因第2電源15B所施加之電壓而經由導通機構14的環導體14C、連接端子14B及蜿蜒部14A2，從集極電極朝向射極電極流動。接下來，將關閉訊號傳送至閘極G側的探針對13A後，IGBT便會關閉，使得從集極電極朝向射極電極之電流停止。
此時，會因量測部15內的線圈而產生再生電流，導致逆電流流向二極體。此狀態下，透過閘極G側的探針對13A來開啟IGBT後，二極體便會成為逆回復時間的導通狀態，於第2電壓計15F檢測此期間的電壓，並根據此時的電壓來測量電流變化(di/dt)，便可根據此時所獲得之電流變化(di/dt)來評估二極體的di/dt耐受性。在80℃以上的高溫下測量二極體的di/dt破壞時，係將載置台12加熱至80℃以上的高溫，便可在高溫下測量二極體的電流變化(di/dt)。
如上說明，藉由本實施型態，便可透過導通機構14來連接載置台12之集極電極與量測部15，可與第1實施型態同樣地測量功率元件所包含之二極體於電流切換時所發生之電流變化(di/dt)，可進行針對二極體之di/dt破壞的評估，並進行IGBT之開關特性的評估，又，亦可評估針對80℃以上高溫之二極體的di/dt破壞之耐受性。
[第3實施型態]
又，圖4所示之導通機構14可構成為例如圖5(a)~(d)之導通機構14。圖5(a)~(d)所示之導通機構14亦可獲得實質上相同於圖3、圖4所示的探針裝置10之作用效果。
圖5(a)所示之導通機構14中，圖4(a)、(b)所示之引線導體14A係構成為導線14A，又，致動器14D係由氣壓缸等壓缸機構所構成。致動器14D係具有以壓縮空氣作為驅動源之壓缸14D1與桿體14D2。桿體14D2的前端安裝有連接端子14B，而藉由桿體的升降來使連接端子14B電連接於環導體14C，或解除其連接狀態。連接端子14B係連接有導線14A，而透過導線14A、連接端子14B來使載置台12與量測部15電連接，或解除其連接狀態。
於是檢查時，當導通機構14的致動器14D驅動後，桿體14D2便會上昇至箭頭方向，來使連接端子14B與環導體14C的下面電性接觸。藉此，功率元件的閘極電極及射極電極便會透過分別對應之探針對13A而與量測部15電連接，且功率元件下面的集極電極會透過載置台12的導體膜電極(集極電極)及導通機構14而與量測部15電連接，便可進行功率元件的電氣特性檢查。
圖5(b)所示之導通機構14係使用電磁螺旋管(solenoid)14D1來作為致動器14D的驅動源。電磁螺旋管14D1係透過壓缸機構的桿體14D2來升降連接端子14B，以使連接端子14B與環導體14C電性接觸，或解除其連接狀態。圖5(b)中雖省略環導體14C，但導通機構14的其他組件係以圖5(a)所示之導通機構14為基準所構成。
又，圖5(c)所示之導通機構14中，致動器14D係與圖4之導通機構14同樣地具備有旋轉驅動部14D1與搖動體14D2，並於搖動體14D2的前端設置有連接端子14B。然後，取代圖4的引線導體14A而使用導線14A，載置台12的導體膜電極與搖動體14D2係透過導線14A而相連接。此情況亦與圖4之情況同樣地，藉由致動器14D的驅動來使連接端子14B透過搖動體14D2而搖動並與環導體14C電性接觸，或解除其連接狀態。圖5(c)中雖省略環導體14C，但導通機構14的其他組件係以圖4所示之導通機構14為基準所構成。
再者，圖5(d)所示之導通機構14中，致動器14D係由滑動型馬達所構成。該致動器14D係具有內建有馬達而具有傾斜面之基台14D1，與具有傾斜面之升降體14D2，基台14D1的傾斜面會與升降體14D2的傾斜面卡合，來使升降體14D2沿著基台14D1的傾斜面升降。基台14D1的傾斜面係設置有藉由馬達而進退動作之直動零件(圖中未顯示)，升降體係透過連結組件(圖中未顯示)而與該直動零件相連結。升降體14D2的水平面(上面)係設置有連接端子14B。於是，當致動器14D驅動時，基台14D1內的馬達便會驅動，而透過直動零件來升降升降體14D2，以使連接端子14B與環導體(圖中未顯示)的下面電性接觸，或解除其連接狀態。圖5(d)中雖省略環導體，但導通機構14的其他組件係以圖4所示之導通機構14為基準所構成。
圖5(a)~(d)中，雖係針對於一部位處設置有導通機構14之情況加以說明，但亦可相距特定間隔而將複數導通機構14遍佈設置於載置台12整圈。又，亦可將一對導通機構14相隔180°地設置於周圍方向。後者的情況可取代環狀導體14C而為2部位處的導通機構14所電性接觸之分割導體(參酌例如圖9)。分割導體的形狀未特別限制。
圖3~圖5所示之導通機構14的結構係在一部位處將載置台12與環導體14C相連接。導通機構14的結構亦可如圖6~圖8所示般，於複數部位處使環導體14C遍佈載置台12整圈來加以電連接。圖6~圖8所示之導通機構14亦與圖3~圖5所示之探針裝置10實質上具有相同的作用效果。
圖6所示之導通機構14如同圖所示，係具備有一端係相距特定間隔且遍佈周圍方向整圈地連接於載置台12的周圍面所形成的導體膜電極之複數導線14A、分別連接於複數導線14A的另一端之複數連接端子14B、於周圍方向等間隔且遍佈整圈地與複數連接端子14B相接觸之環導體(圖中未顯示)、及分別升降複數連接端子14B之複數致動器14D。導線14A、連接端子14B、致動器14D的結構皆與圖5(a)所示之導通機構14所具備者相同。複數致動器14D可個別驅動，抑或全部同時驅動。如此地藉由使連接端子14B與遍佈環導體14C整圈電性接觸，便可更加確實地進行功率元件的電氣特性檢查。導通機構14的其他結構組件係構成為與圖3所示之探針裝置10相同。
圖7(a)、(b)所示之導通機構14如同圖所示，係具備有與載置台12的周圍面所形成之導體膜電極滑接之圓筒狀導體14A、遍佈圓筒狀導體14A的上端面整圈而相距特定間隔地直立設置且分別連接於導體膜電極之複數連接端子14B、於周圍方向等間隔地遍佈整圈而與複數連接端子14B相接觸之環導體14C、及用以升降圓筒狀導體14A之致動器(圖中未顯示)。該導通機構14係藉由致動器的驅動，來使圓筒狀導體14A一邊滑接於載置台12的導體膜電極一邊升降，以使圓筒狀導體14A上面的複數連接端子14B與環導體14C的下面電性接觸，或解除其連接狀態。於是，未進行檢查時，圓筒狀導體14A便會如圖7(a)所示般地在載置台12的載置面下方待機，而於檢查時，圓筒狀導體14A則會如同圖(b)所示般地，可透過致動器而沿著載置台12外周面上昇，來使複數連接端子14B與環導體14C電連接，或解除其連接狀態。複數連接端子14B藉由與遍佈環導體整圈電性接觸，便可更加確實地進行功率元件的電氣特性檢查。
圖8(a)、(b)所示之導通機構14如同圖所示，係與圖7(a)、(b)所示者同樣地具備有圓筒狀導體14A、複數連接端子14B、環導體14C及致動器(圖中未顯示)。該導通機構14中，圓筒狀導體14A與複數連接端子14B係與圖7所示者相異。圖8所示之複數連接端子14B係可升降地安裝於圓筒狀導體14A上端部。於是，導通機構14的圓筒狀導體14A便可相對於載置台12升降，且複數連接端子14B會在圓筒狀導體14A的上端部升降，則複數連接端子14便會二階段地升降而與環導體14C的下面電性接觸，或解除其連接狀態。於是，未進行檢查時，圓筒狀導體14A便會如圖8(a)所示般地在載置台12的載置面下方待機，而於檢查時，圓筒狀導體14A則會如同圖(b)所示般地，透過致動器而沿著載置台12外周面上昇來與遍佈環導體14C整圈電性接觸，更進一步地，複數連接端子14B會從圓筒狀導體14A上昇。此情況下亦可進行圖7所示之導通機構14的接觸動作。
[第4實施型態]
本實施型態之探針裝置除了取代圖4所示之導通機構14而使用圖9、圖10所示之連接端子及分割導體以外，其他結構係以圖4所示之探針裝置10為基準所構成。於是，以下與圖4所示之導通機構14相同或相當的部分則賦予相同符號來針對本實施型態之導通機構加以說明。
本實施型態所使用之導通機構14係構成為與上述各實施型態同樣地直接在晶圓狀態下測量形成於半導體晶圓之複數功率元件的電氣特性。亦即，本實施型態之導通機構14如圖9(a)、(b)所示，係具備有相互對向於載置台12的周圍面所設置之一對連接端子14B，與對應於一對連接端子14B而介設於載置台12與探針卡13之間之一對分割導體14C。不論載置台12為了測量各功率元件的電氣特性而移動到任何地方，一對連接端子14B仍會與分別對應之其中一分割導體14C彈性接觸來將導電膜電極(集極電極)與量測部(圖中未顯示)加以電連接。
連接端子14B如圖10(a)、(b)所示，係具備有複數金屬板為一體成型之接觸子14B1，與挾持該接觸子14B1之左右一對支撐體14B2，而透過支撐體14B2固定在載置台12的上部。接觸子14B1係與載置台12的周圍面所形成之導電膜電極電連接。又，接觸子14B1係從載置台12的伸出端面朝向載置台12側而形成有刻槽部14B3，且透過該刻槽部14B3來使接觸子14B1與分割導體14C彈性接觸。接觸子14B1係可配合所量測之電流值的大小來調整金屬板的層積片數。
一對分割導體14C如圖9(b)所示，係形成為左右對稱，而例如連結、固定於用以保持探針卡13之卡保持部13B。該分割導體14C如同圖所示，分別位在探針13A側之第1邊係形成為短於與其呈對向之第2邊，且於第2邊兩端係形成有與第2邊呈直角之一對第3邊。又，第3邊與第1邊之間係形成有一對第4邊，一對第4邊係愈接近第1邊則愈狹窄。亦即，分割導體14C係形成為六角形。一對分割導體14C的大小係形成為如上所述地，不論載置台12為了測量功率元件的電氣特性而移動到探針室內的任何地方，仍會與相對應之連接端子14B接觸。
亦即，當測量位在半導體晶圓W中央部之功率元件的電氣特性時，如圖11(a)所示，載置台12會朝向探針卡13中心的正下方移動，當從該位置處上昇時，則一對探針13A會分別與中央部的IGBT所形成之閘極電極及射極電極電性接觸，且左右一對連接端子14B的接觸子14B會分別與左右一對分割導體14C電性接觸而成為集極電極，便可測量功率元件的電氣特性。
當測量半導體晶圓W右端之功率元件的電氣特性時，如圖11(b)所示，載置台12會移動，而使得右端的功率元件到達探針卡13中心的正下方，當從該位置處上昇時，則一對探針13A會分別與右端的IGBT所形成之閘極電極及射極電極電性接觸，且只有右側之連接端子14B的接觸子14B會與右側之分割導體14C電性接觸而成為集極電極，便可測量功率元件的電氣特性。左側之連接端子14B係與左側之分割導體14C為非接觸狀態。
當測量半導體晶圓W左端之功率元件的電氣特性時，如圖11(c)所示，載置台12會移動，而使得左端的功率元件到達探針卡13中心的正下方，當從該位置處上昇時，則一對探針13A會分別與左端的IGBT所形成之閘極電極及射極電極電性接觸，且只有左側之連接端子14B的接觸子14B會與左側之分割導體14C電性接觸而成為集極電極，便可測量功率元件的電氣特性。右側之連接端子14B係與右側之分割導體14C為非接觸狀態。
如上所述，測量IGBT的開關特性來作為各功率元件的電氣特性時，由於導體膜電極(集極電極)與量測部間的線路長度較短(例如10cm左右)且感應係數較小，因此顯示了優異的開關特性，且關閉時間縮短，而如圖12(a)所示般地，可將關閉時集極-射極間的昇壓電壓控制為大幅小於IGBT(功率元件)的界限電壓之電壓值，從而能夠確實且正確地測量功率元件的動態特性。此外，關閉時間係指集極的電流從90%下降至5%之時間。
相對於此，當如習知探針裝置般地具有電線時，由於電線的感應係數較大，因此如圖12(b)所示，於IGBT的關閉時，集極-射極間會施加有超過IGBT的界限電壓之異常昇壓電壓而導致IGBT破損。測量功率元件的電氣特性時，雖然較佳地係施加大於定額電壓及定額電流之電壓、電流，但習知的探針裝置由於即使施加定額電壓仍會有超過界限值之虞，因此會有甚至無法施加定額電壓的情況，而導致實質上無法進行功率元件的動態特性測量。圖12(b)之昇壓電壓非為實際測量值，而是計算值。
如以上所說明，本實施型態亦與第1、第2實施型態同樣地能夠確實且正確地測量功率元件的動態特性。
本發明並未限定於上述實施型態，可依需要來改變各構成要素的設計。第1實施型態雖已針對將導通接腳14安裝在探針卡13外周緣部之情況加以說明，但例如亦可遍佈載置台12的外周緣部整圈而相距特定間隔地設置。該等導通接腳14係與載置台12的導體膜電極(集極電極)電連接。又，該等導通接腳14雖亦可直立設置於載置台12的上面，但較佳係設置為可在載置台12處突陷。此情況下，亦可於導通接腳14所突陷之孔的內周圍面形成有導體膜電極，來使導通接腳14在導體膜電極滑接，而於突出位置處維持導通接腳14與導體膜電極的電連接。
C．．．集極
G．．．閘極
W．．．半導體晶圓
10．．．探針裝置
11．．．探針室
11A．．．平板
12．．．載置台
13．．．探針卡
13A．．．探針
13A1．．．第1探針
13A2．．．第2探針
14．．．導通機構(導通接腳)
14A．．．引線導體(第1導通接腳、圓筒狀導體、導線)
14A1．．．固定部
14A2．．．蜿蜒部
14B．．．連接端子(第2導通接腳)
14B1．．．接觸子
14B2．．．支撐體
14B3．．．刻槽部
14C．．．環導體(分割導體)
14D．．．致動器
14D1．．．旋轉驅動部(壓缸、基台、電磁螺旋管)
14D2．．．搖動體(桿體、升降體)
15．．．量測部
15A．．．第1電源
15B．．．第2電源
15C．．．第1電流計
15D．．．第2電流計
15E．．．第1電壓計
15F．．．第2電壓計
16F、17F．．．力線
16S、17S．．．感測線
110．．．探針裝置
111．．．探針室
112．．．載置台
113．．．探針卡
113A．．．探針對
114．．．電線
114F、116F．．．力線
114S、116S．．．感測線
115．．．量測部
圖1係顯示本發明探針裝置的一實施型態之概念圖。
圖2係顯示圖1所示之探針裝置之結構圖。
圖3係顯示本發明探針裝置的其他實施型態之概念圖，其相當於圖2。
圖4(a)、(b)分別係具體地顯示圖3所示之探針裝置的主要部份(導通機構)之圖式，(a)為顯示檢查前的狀態之側面圖，(b)為顯示檢查時的狀態之側面圖。
圖5(a)~(d)皆係顯示圖4所示之導通機構的變形例之側面圖，其相當於圖4。
圖6係顯示本發明探針裝置另一其他實施型態的主要部份之側面圖。
圖7(a)、(b)分別係顯示本發明探針裝置另一其他實施型態的主要部份之側面圖，(a)為顯示檢查前的狀態之側面圖，(b)為顯示檢查時的狀態之側面圖。
圖8(a)、(b)分別係顯示本發明探針裝置另一其他實施型態的主要部份之側面圖，(a)為顯示檢查前的狀態之側面圖，(b)為顯示檢查時的狀態之側面圖。
圖9係顯示本發明探針裝置另一其他實施型態的主要部份之側面圖。
圖10(a)、(b)分別係顯示圖9所示之探針裝置的連接端子之圖式，(a)為側面圖，(b)為前視圖。
圖11(a)~(c)分別係使用圖9所示之探針裝置而用以說明半導體晶圓的電氣特性檢查之側面圖。
圖12(a)、(b)係使用圖9所示之探針裝置而顯示功率元件的開關特性之電壓及顯示電流的測量值之圖表，(a)為圖9所示之探針裝置的測量值，(b)為圖14所示之探針裝置的計算值。
圖13係顯示二極體之電流切換時所產生的電流變化之電流波形圖，實線係顯示電流變化的理想值之圖表，虛線係顯示使用圖14所示之探針裝置所量測到的現狀值之圖表。
圖14係顯示為了測量二極體的電流變化而使用之習知探針裝置的一例之結構圖。
C．．．集極
G．．．閘極
W．．．半導體晶圓
10．．．探針裝置
11．．．探針室
12．．．載置台
13．．．探針卡
13A．．．探針
13A1．．．第1探針
13A2．．．第2探針
14．．．導通機構(導通接腳)
14A．．．引線導體
14B．．．連接端子
15．．．量測部
15A．．．第1電源
15B．．．第2電源
15C．．．第1電流計
15D．．．第2電流計
15E．．．第1電壓計
15F．．．第2電壓計
16F、17F．．．力線
16S、17S．．．感測線

Claims (7)

  1. 一種探針裝置，係具備有：可移動的載置台，係用以載置複數地形成有含有二極體的功率元件之被檢查體；探針卡，係具有配置於該載置台上方之複數探針；及量測部，係在導通形成於該載置台的載置面及周圍面之導體膜電極與載置於其而形成於該被檢查體內面之導體層之狀態下，使該探針與該被檢查體電性接觸，來測量該功率元件的電氣特性；其特徵在於：係設置有於測量該功率元件的電氣特性時，將該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極與該量測部加以電連接之導通機構；該導通機構具有：引線導體，其基端部係連接於該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極；連接端子，係可自由導通地形成於該引線導體的前端部；導體，係介設於該探針卡與該載置台之間；及致動器，係將該連接端子電連接於該導體，或解除其連接狀態。
  2. 一種探針裝置，係具備有：可移動的載置台，係用以載置複數地形成有含有二極體的功率元件之被檢查體；探針卡，係具有配置於該載置台上方之複數探針；及量測部，係在導通形成於該載置台的載置面及周圍面之導體膜電極與載置於其而形成於該被檢查體內面之導體層之狀態下，使該探針與該被檢查體電性接觸，來測量該功率元件的電氣特 性；其特徵在於：係設置有於測量該功率元件的電氣特性時，將該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極與該量測部加以電連接之導通機構；該導通機構具有：引線導體，其基端部係連接於該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極，且沿著該載置台的該周圍面而複數地設置；複數連接端子，係可自由導通地形成於該複數引線導體各自的前端部；環狀導體，係介設於該探針卡與該載置台之間；及複數致動器，係將該複數連接端子電連接於該環狀導體，或解除其連接狀態。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之探針裝置，其中該致動器係構成為能夠搖動該連接端子之搖動機構。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之探針裝置，其中該致動器係構成為用以升降該連接端子之升降機構。
  5. 一種探針裝置，係具備有：可移動的載置台，係用以載置複數地形成有含有二極體的功率元件之被檢查體；探針卡，係具有配置於該載置台上方之複數探針；及量測部，係在導通形成於該載置台的載置面及周圍面之導體膜電極與載置於其而形成於該被檢查體內面之導體層之狀態下，使該探針與該被檢查體電性接觸，來測量該功率元件的電氣特性；其特徵在於：係設置有於測量該功率元件的電氣特性時，將該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極與該量測部加以電連接之導通機構；該導通 機構具有：圓筒狀導體，係可與該導體膜電極自由導通地升降於該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極；連接端子，係於周圍方向相距特定間隔而複數地設置於該圓筒狀導體；環狀導體，係介設於該圓筒狀導體與該探針卡之間；及致動器，係升降該圓筒狀導體而將該複數連接端子分別電連接於該環狀導體，或解除其連接狀態。
  6. 一種探針裝置，係具備有：可移動的載置台，係用以載置複數地形成有含有二極體的功率元件之被檢查體；探針卡，係具有配置於該載置台上方之複數探針；及量測部，係在導通形成於該載置台的載置面及周圍面之導體膜電極與載置於其而形成於該被檢查體內面之導體層之狀態下，使該探針與該被檢查體電性接觸，來測量該功率元件的電氣特性；其特徵在於：係設置有於測量該功率元件的電氣特性時，將該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極與該量測部加以電連接之導通機構；該導通機構具有：一對接觸子，係電連接於該載置台的該周圍面所形成之該導體膜電極，且設置於在該載置台的周圍方向相互間隔180°之位置處；及一對分割導體，係介設於該載置台與該探針卡之間來使該一對接觸子電性接觸。
  7. 如申請專利範圍第6項之探針裝置，其中該接觸子係複數金屬板為一體成型，而該接觸子的結構為可 配合所量測之電流值的大小來調整金屬板的層積片數。
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