WO2011111834A1 - プローブ装置 - Google Patents

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Abstract

 パワーデバイスの静特性及び動特性(スイッチング特性)をウエハレベルで確実に測定することができるプローブ装置を提供する。 本発明のプローブ装置10は、ダイオードを含むパワーデバイスが複数形成された半導体ウエハWを載置する移動可能な載置台12と、載置台12の上方に配置されたプローブカード13と、少なくとも載置台12の上面に形成された導体膜と半導体ウエハWの裏面に形成された導体層とが導通する状態で半導体ウエハWにプローブ13Aを電気的に接触させてパワーデバイスの電気的特性をウエハレベルで測定するテスタ15と、を備え、プローブカード13の外周縁部に導通ピン14を設け、パワーデバイスの電気的特性をウエハレベルで測定時に、導通ピン14を介して載置台12の導体膜電極(コレクタ電極)とテスタ15とを電気的に接続する。

Description

プローブ装置
 本発明は、パワーデバイスの電気的特性検査を行うプローブ装置に関し、更に詳しくは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、ダイオードで代表されるパワーデバイスの電気的特性をウエハレベルで測定することができるプローブ装置に関する。
 パワーデバイスは、種々の電源や自動車の電装関連用のスイッチング素子等として、あるいは産業機器の電装関連のスイッチング素子等としての汎用性が高まっている。パワーデバイスは、通常の半導体素子と比べて高耐圧化、大電流化及び高速、高周波数化されている。パワーデバイスとしては、IGBT、ダイオード、パワートランジスタ、パワーMOS-FET、サイリスタなどがある。これらのパワーデバイスは、それぞれの静特性や動特性(スイッチング特性)に対する電気的特性検査が行われた後、それぞれ用途に応じて電子部品として実装される。
 ダイオードは、例えばパワーMOS-FETと並列接続してモータ等のスイッチング素子として用いられる。ダイオードは、アノードとカソードとの接合部に空乏層があり、この空乏層によってダイオードの本来のスイッチ機能が損なわれることがある。特に、ダイオードは、電流Iが流れている時に逆電圧を印加すると、例えば図13に実線(理想値)で示すように電流が急激に下がって0点に達する。しかし、実際には空乏層に少量のキャリアが残存しているため、この状態で電圧を印加すると図13に実線で示すように大きな逆電流Iが流れ最大の逆電流値Irpに達した後、0点まで復帰する。最大の逆電流値Irpからその1/10の電流値に回復するまでの時間が逆回復時間(Reverse-Recovery-Time)trrとして定義されている。ダイオードのスイッチング特性としては逆回復時間が短い方が好ましい。また、逆回復時間が長い場合には、使用条件によってダイオードが破壊されることがある。また、逆電流の電流変化(di/dt)が急峻なほど電流も大きくなり、ダイオードが破壊されやすく、このような破壊がdi/dt破壊と称されている。このようなことから電流切り換え時に発生するダイオードの電流変化(di/dt)を専用の測定器にダイオードをひとつずつ装着して測定し、個々のスイッチング素子としてのダイオードの信頼性を評価している。
 そこで、本出願人は、例えば図14に示すプローブ装置を用いて複数のパワーデバイスが形成された半導体ウエハを、ウエハ状態のまま個々のパワーデバイスに含まれるダイオードの電流変化(di/dt)を測定する方法について種々検討した。図14に示すプローブ装置110は、半導体ウエハを搬送するローダ室(図示せず)と、ローダ室から搬送された半導体ウエハの電気的特性検査を行うプローバ室111を備え、パワーデバイスの電気的特性検査をウエハ状態で行うように構成されている。
 図14に示すように、プローバ室111には半導体ウエハWを載置する移動可能な載置台112と、載置台112の上方に配置されたプローブカード113と、を備えている。載置台112の表面には金等の導電性金属からなる導体膜電極が形成され、この導体膜電極がケーブル114を介してテスタ115に電気的に接続されている。また、プローブカード113は、半導体ウエハWの電極パッドそれぞれにおいてケルビン接続される複数のプローブ対113Aを有し、プローブ対113Aがそれぞれのフォース線116Fとセンス線116Sを介してテスタ115に電気的に接続されている。プローブ対113Aがケルビン接続されることで、電極パッドとの接触抵抗や各線116F、116Sの内部抵抗による測定誤差を解消することができる。
 半導体ウエハWには上述のように複数のパワーデバイスが形成されている。複数のパワーデバイスはそれぞれ例えば並列接続されたMOS-FET(あるいはIGBT)とダイオードを有し、スイッチング素子として使用されている。半導体ウエハWの上面にはMOS-FETのゲート電極とソース電極が形成され、下面にはドレイン電極が形成されている。このドレイン電極と接触する載置台112の導体膜電極もドレイン電極となる。このドレイン電極に接続されているケーブル114は、フォース線114F及びセンス線114Sを有し、載置台112の導体膜電極においてケルビン接続された状態でテスタ115に接続されている。尚、IGBTの場合には、各電極がゲート電極、コレクタ電極及びエミッタ電極として構成されている。
 プローブ装置110を用いてパワーデバイスのスイッチ特性をウエハ状態で測定する時には、半導体ウエハWが載置された載置台112を移動させ、載置台112上の半導体ウエハWと複数のプローブ対113Aを電気的に接触させ、ゲートG側のプローブ対113Aを介してパワーデバイスをオンすると、パワーデバイスのゲート電極に対する印加電圧に基づいてドレイン電極(コレクタ電極)のケーブル114からソース電極(エミッタ電極)へ電流が流れる。
 ところが、載置台112のドレイン電極(コレクタ電極)とテスタ115を接続するケーブル114が長く、ケーブル114でのインダクタンスが大きくなり、例えば、ケーブル10cm当たり100nHのインダクタンスが増加するため、プローブ装置110を用いてのマイクロ秒単位で電流変化(di/dt)を測定すると、図13に破線(現状値)で示すように電流変化が小さく理想値から大きく外れ、従来のプローブ装置110ではダイオードの本来の電流変化(di/dt)を正確に測定することが困難であり、場合によっては破損することすらあることが判った。また、パワーデバイスのターンオフ時にドレン電極(コレクタ電極)とソース電極(エミッタ電極)間に異常なサージ電圧がかかり、パワーデバイスを破損することもある。
 本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、パワーデバイスの静特性及び動特性(スイッチング特性)をウエハレベルで確実に測定することができるプローブ装置を提供することを目的としている。
 本発明の請求項1に記載のプローブ装置は、ダイオードを含むパワーデバイスが複数形成された被検査体を載置する移動可能な載置台と、上記載置台の上方に配置された複数のプローブを有するプローブカードと、少なくとも上記載置台の載置面に形成された導体膜電極とこれに載置された上記被検査体の裏面に形成された導体層とが導通する状態で上記被検査体に上記プローブを電気的に接触させて上記パワーデバイスの電気的特性を測定する測定部を備えたプローブ装置であって、上記パワーデバイスの電気的特性の測定時に、上記載置台の上記導体膜電極と上記測定部とを電気的に接続する導通部材を上記プローブカードの外周縁部と上記載置台の外周縁部に介在させたことを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項2に記載のプローブ装置は、請求項1に記載の発明において、上記導通部材が上記プローブカードに設けられ、上記載置台の上記導体膜電極と電気的に接触することを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項3に記載のプローブ装置は、請求項1または請求項2に記載の発明において、上記導通部材は弾力を有することを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項4に記載のプローブ装置は、請求項1~請求項3に記載の発明において、上記プローブ及び上記導通部材は、いずれも上記測定部に対してケルビン接続されていることを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項5に記載のプローブ装置は、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の発明において、上記載置台の上記導体膜電極が測定電極として構成されていることを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項6に記載のプローブ装置は、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の発明において、上記載置台は、温度調節機構を有することを特徴とするものである。
 本発明の請求項7に記載のプローブ装置は、ダイオードを含むパワーデバイスが複数形成された被検査体を載置する移動可能な載置台と、上記載置台の上方に配置された複数のプローブを有するプローブカードと、上記載置台の載置面及び周面に形成された導体膜電極とこれに載置された上記被検査体の裏面に形成された導体層とが導通する状態で上記被検査体に上記プローブを電気的に接触させて上記パワーデバイスの電気的特性を測定する測定部を備えたプローブ装置であって、上記パワーデバイスの電気的特性の測定時に、上記載置台の上記周面に形成された上記導体膜電極と上記測定部とを電気的に接続する導通機構を設けたことを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項8に記載のプローブ装置は、請求項7に記載の発明において、上記導通機構は、上記載置台の上記周面に形成された上記導体膜電極に基端部が接続されたリード導体と、上記リード導体の先端部に導通自在に形成された接続端子と、上記プローブカードと上記載置台の間に介在する導体と、上記導体に対して上記接続端子を電気的に接続し、接続を解除するアクチュエータと、を有することを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項9に記載のプローブ装置は、請求項7に記載の発明において、上記導通機構は、上記載置台の上記周面に形成された上記導体膜電極に基端部が接続され且つ上記載置台の上記周面に沿って複数設けられたリード導体と、上記複数のリード導体それぞれの先端部に導通自在に形成された複数の接続端子と、上記プローブカードと上記載置台の間に介在するリング状の導体と、上記リング状の導体に対して上記複数の接続端子を電気的に接続し、接続を解除する複数のアクチュエータと、を有することを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項10に記載のプローブ装置は、請求項8または請求項9に記載の発明において、上記アクチュエータは、上記接続端子を揺動させる揺動機構として構成されていることを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項11に記載のプローブ装置は、請求項8または請求項9に記載の発明において、上記アクチュエータは、上記接続端子を昇降させる昇降機構として構成されていることを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項12に記載のプローブ装置は、請求項7に記載の発明において、上記導通機構は、上記載置台の上記周面に形成された上記導体膜電極に、上記導体膜電極と導通自在に昇降する円筒状導体と、上記円筒状導体に周方向に所定間隔を空けて複数設けられた接続端子と、上記円筒状導体と上記プローブカードとの間に介在するリング状の導体と、上記リング状の導体に対して上記円筒状導体を昇降させて上記複数の接続端子をそれぞれ電気的に接続し、接続を解除するアクチュエータと、を有することを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項13に記載のプローブ装置は、請求項7に記載の発明において、上記導通機構は、上記載置台の上記周面に形成された上記導体膜電極に電気的に接続され且つ上記載置台の周方向に互いに180°隔てた位置に設けられた一対の接触子と、上記一対の接触子が電気的に接触するように上記載置台と上記プローブカードに間に介在する一対の分割導体と、を有することを特徴とするものである。
 また、本発明の請求項14に記載のプローブ装置は、請求項13に記載の発明において、上記接触子は、印加電圧に応じて調整可能に構成されていることを特徴とするものである。
 本発明によれば、パワーデバイスの静特性及び動特性(スイッチング特性)をウエハレベルで確実に測定することができるプローブ装置を提供することができる。
本発明のプローブ装置の一実施形態を示す概念図である。 図1に示すプローブ装置を示す構成図である。 本発明のプローブ装置の他の実施形態を示す図2に相当する概念図である。 (a)、(b)はそれぞれ図3に示すプローブ装置の要部である導通機構を具体的に示す図で、(a)は検査前の状態を示す側面図、(b)は検査時の状態を示す側面図である。 (a)~(d)はいずれも図4に示す導通機構の変形例を示す図4に相当する側面図ある。 本発明のプローブ装置の更に他の実施形態の要部を示す側面図ある。 (a)、(b)はそれぞれ本発明のプローブ装置の更に他の実施形態の要部を示す側面図で、(a)は検査前の状態を示す側面図、(b)は検査時の状態を示す側面図である。 (a)、(b)はそれぞれ本発明のプローブ装置の更に他の実施形態の要部を示す側面図で、(a)は検査前の状態を示す側面図、(b)は検査時の状態を示す側面図である。 本発明のプローブ装置の更に他の実施形態の要部を示す側面図ある。 (a)、(b)はそれぞれ図9に示すプローブ装置の接続端子を示す図で、(a)は側面図、(b)は正面図である。 (a)~(c)はそれぞれ図9に示すプローブ装置を用いて半導体ウエハの電気的特性検査を説明するための側面図である。 (a)、(b)は図9に示すプローブ装置を用いてパワーデバイスのスイッチング特性を示す電圧及び電流の測定値を示すグラフで、(a)は図9に示すプローブ装置による測定値、(b)は図14に示すプローブ装置による計算値である。 ダイオードの電流切り換え時に発生する電流変化を示す電流波形図で、実線は電流変化の理想値のグラフを示し、破線は図14に示すプローブ装置を用いて測定した現状値を示すグラフある。 ダイオードの電流変化を測定するために適用された従来のプローブ装置の一例を示す構成図である。
 以下、図1~図12に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。本発明のプローブ装置は、載置台とテスタを接続するケーブルに代えて導通部材または導通機構を設けて、半導体ウエハに形成された複数のパワーデバイスの電気的特性である動特性をウエハ状態のまま測定することができるように構成されている。
第1の実施形態
 本実施形態のプローブ装置10は、例えば図1に示すように、半導体ウエハWを搬送するローダ室(図示せず)からプローバ室11内で半導体ウエハWを受け取り、プローバ室11内で半導体ウエハWに形成された複数のパワーデバイス(例えばIGBT)それぞれに含まれるダイオードの電流変化を測定するように構成されている。
 図1に示すように、プローバ室11には半導体ウエハWを載置する載置台12がX方向、Y方向、Z方向及びθ方向に移動可能に設けられ、載置台12の少なくとも上面には金等の導電性金属からなる導体膜電極(図示せず)がコレクタ電極として形成されている。載置台12には真空吸着手段が形成され、半導体ウエハWを載置台12の載置面に真空吸着するように構成されている。また、載置台12は、温度調節機構を内蔵し、半導体ウエハWを所定の温度に加熱し、あるいは冷却してパワーデバイスに含まれるダイオードの電流変化(di/dt)を測定するようにしてある。
 載置台12の上方には複数のプローブ13Aを有するプローブカード13がカードホルダを介してプローバ室11の上面を形成するヘッドプレート11Aに固定され、複数のプローブ13Aをパワーデバイスの電極パッドに電気的に接続させて、パワーデバイスに含まれているダイオードの電流変化(di/dt)を測定するようにしてある。プローブカード13の上面には複数のプローブ13Aに対応する端子電極が所定のパターンで形成され、複数のプローブ13Aは、それぞれの端子電極を介して後述するテスタと電気的に接続される。
 また、プローブカード13の外周縁部には複数の導通ピン14が周方向に所定の間隔を空けて設けられ、これらの導通ピン14は載置台12が昇降して載置台12の上面に形成された導体膜電極(コレクタ電極)と電気的に離接するように構成されている。これらの導通ピン14は弾力を有し、導体膜電極と弾力的に接触し、導体膜電極(コレクタ電極)と電気的に確実に接触するように構成されていることが好ましい。導通ピン14は、プローブカード13の外周縁部に所定の間隔を空けて複数個所に設けられていることが好ましいが、一箇所にだけ設けられたものであっても良い。
 プローバ室11内には図示しないアライメント機構が設けられ、アライメント機構を介して半導体ウエハW、即ちパワーデバイスのゲート電極及びエミッタ電極とプローブカード13のプローブ13Aとの位置合わせを行うように構成されている。アライメント後、載置台12が測定すべき最初のパワーデバイスの真下へ移動し、その位置から載置台12が上昇して半導体ウエハWの所定の電極パッドと複数のプローブ13Aとが電気的に接触すると共に、複数の導通ピン14と載置台12の導体膜電極とが電気的に接触するようになっている。複数の導通ピン14は、複数のパワーデバイスの電気的特性を測定する場合に載置台12が如何なる位置にあっても、少なくともいずれか一つの導通ピン14が載置台12の導体膜電極(コレクタ電極)と電気的に接触するようになっている。
 而して、プローブカード13の複数のプローブ13A及び複数の導通ピン14とテスタ15とを接続するための回線は、例えば図2に示すように、それぞれケルビン接続されている。
 プローブ13Aは、図2に示すように、一対の第1、第2プローブ13A、13Aから構成されている。そこで、以下では、プローブ13Aをプローブ対13Aとして説明する。プローブ対13Aは、第1、第2プローブ13A、13Aが半導体ウエハWの電極パッドにおいてケルビン接続されるように形成されている。第1プローブ13Aはフォース線16Fを介してテスタ15に接続され、第2プローブ13Aはセンス線16Sを介してテスタ15に接続されている。プローブ対13Aがケルビン接続することにより、第1、第2プローブ13A、13Aと半導体ウエハWの電極パッドとの接触抵抗及び第1、第2プローブ13A、13Aとテスタ15を接続するフォース線16F及びセンス線16Sの内部抵抗等による測定誤差を解消することができる。
 図2において、左右一対のプローブ対13A、13Aのうち、一方(左側)のプローブ対13AがIGBTのゲート電極と接触し、他方(右側)のプローブ対13Aがパワーデバイスを構成するIGBTのエミッタ電極と接触するように構成されている。
 また、導通ピン14は、プローブ対13Aと同様に第1、第2導通ピン14A、14Bからなる導通ピン対14として構成されている。導通ピン対14は、第1、第2導通ピン14A、14Bがそれぞれ接続されたプローブカード13の外周縁部の裏面側の端子電極を介してケルビン接続されている。第1、第2導通ピン14A、14Bは、フォース線17F及びセンス線17Sを介してテスタ15に接続されている。導通ピン対14は、載置台12の導体膜電極(コレクタ電極)と電気的に接触するコレクタピンとして構成されている。このように導通ピン対14は、プローブ対13Aと同様にプローブカード13を介してテスタ15に電気的に接続されていて、載置台12のコレクタ電極からテスタ15に至るまでの電路長がプローブカード13と同様に極めて短いため、図10に示すプローブ装置110に用いられているケーブル114と比較してインダクタンスを格段に抑制することができる。従って、本実施形態のプローブ装置10は、パワーデバイスに含まれるダイオードの電流変化(di/dt)をマイクロ秒単位で確実に測定することができる。
 プローブ対13A及び導通ピン対14は上述のようにテスタ15に接続される。このテスタ15は、ヘッドプレート11の上面に着脱可能に配置され、例えばポゴピン等の導通手段を介してプローブカード13の上面に形成されたプローブ対13A用の端子電極及び導通ピン対14用の端子電極と電気的に接触し、複数のプローブ対13A及び複数の導通ピン対14と電気的に接続される。
 テスタ15は、図2に示すように、第1、第2電源15A、15B、第1、第2電流計15C、15D及び第1、第2電圧計15E、15Fを備え、IGBTを介してダイオードの電流変化(di/dt)を測定するように構成されている。第1電源15A及び第1電流計15Cは、それぞれフォース線16Fを介して第1プローブ13Aに接続され、第2電源15B及び第2電流計15Dは、フォース線17Fを介して第1導通ピン14Aに接続されている。第1電圧計15Eはセンス線16Sを介して第2プローブ13Aに接続され、第2電圧計15Fはセンス線17Sを介して第2導通ピン14Bに接続されている。
 次に、電流変化(di/dt)測定について説明する。まず、ローダ室から半導体ウエハWを搬送し、載置台12上で半導体ウエハWを受け取り、その載置面に半導体ウエハWを吸着固定する。次いで、載置台12が移動してアライメント機構と協働して半導体ウエハWの複数の電極パッドと複数のプローブ対13Aの位置合わせを行う。その後、載置台12が移動して最初に測定すべきパワーデバイスをプローブ対13Aの真下に位置させ、更に、その位置から載置台12が上昇してパワーデバイスの複数の電極パッドと複数のプローブ対13Aが電気的に接触する。
 この際、プローブカード13では下面から突出した導通ピン対14が載置台12の導体膜電極(コレクタ電極)と弾力的に接触する。これにより、パワーデバイスのIGBTのゲート電極及びエミッタ電極がそれぞれに対応するプローブ対13Aを介してテスタ15と電気的に接続されると共に、パワーデバイスのIGBTのコレクタ電極が載置台12のコレクタ電極及び複数の導通ピン対14を介してテスタ15と電気的に接続される。
 然る後、テスタ15の第1電源15Aの電圧をドライバ(図示せず)に印加してゲートG側のプローブ対13Aにオン信号を送信すると、パワーデバイスのIGBTのゲート電極がオンになり、第2電源15Bから印加された電圧に基づいてコレクタC側の導通ピン対14を介してコレクタ電極からエミッタ電極に向けて電流が流れる。次いで、ゲートG側のプローブ対13Aにオフ信号を送信するとIGBTがオフになり、コレクタ電極からエミッタ電極への電流が停止される。
 この時、テスタ15内のコイルに基づいて回生電流が発生してダイオードに逆電流が流れる。この状態でゲートG側のプローブ対13Aを介してIGBTをオンすると、ダイオードは図9に実線で示す理想値に近い逆回復時間の導通状態になる。この間の電流変化(di/dt)を測定し、その結果をオシロスコープ(図示せず)に電流波形として表示する。この時に得られた電流変化(di/dt)に基づいてダイオードのdi/dt耐性を評価することができる。
 ダイオードのdi/dt破壊は、80℃以上の高温で発生しやすいため、載置台12を80℃以上の高温に加熱し、高温下でダイオードの電流変化(di/dt)を測定することによってダイオードのdi/dt耐性と温度との関係を評価することができる。
 以上説明したように本実施形態によれば、プローブ装置10を用いることによって、複数のパワーデバイスが形成された半導体ウエハWをウエハ状態のままでパワーデバイスに含まれるダイオードの電流切り換え時に発生する電流変化(di/dt)を測定することができ、パワーデバイスとしてのダイオードのdi/dt破壊に対する評価、延いてはパワーデバイスを構成するIGBTのスイッチング特性の評価を行うことができる。また、80℃以上の高温に対するダイオードのdi/dt破壊に対する耐性を評価することもできる。
第2の実施形態
 本実施形態のプローブ装置は、第1の実施形態で用いられている導通ピン対14に代えて導通機構を設けていること以外は第1の実施形態に準じて構成されている。そこで、以下では、第1の実施形態のプローブ装置10と同一または相当部分には同一符号を付して本実施形態のプローブ装置の特徴を中心に説明する。
 本実施形態のプローブ装置10は、例えば図3に示すように、ダイオードを含むパワーデバイスが複数形成された半導体ウエハを搬送するローダ室(図示せず)に隣接するプローバ室11内で半導体ウエハWを受け取り、ウエハ状態のままで個々のパワーデバイスに含まれているダイオードの電流変化を測定するように構成され、導通機構14以外は第1の実施形態と同様に構成されている。
 本実施形態に用いられる導通機構14は、図3に示すように、載置台12の周面に形成された導体膜電極に基端部が接続されたリード導体14Aと、リード導体14Aの先端部に導通自在に形成された接続端子14B(図3では白抜きの矢印として示してある)と、プローブカード13と載置台12の間に配置されたリング状の導体(以下、「リング導体」と称す。)14Cと、リング導体14Cに対して接続端子14Bを電気的に接続し、あるいは接続を解除するアクチュエータ14Dと、を備え、載置台12の上面及び周面に形成された導体膜電極とテスタ15を電気的に接続するように構成されている。また、図3に示すようにリング導体14Cの上面にはフォース線17F及びセンス線17Sを介してテスタ15にケルビン接続されている。本実施形態ではリング導体14Cが独自に設けられて載置台12とプローブカード13の間に介在しているが、プローブカードを保持するカードホルダ(図示せず)やプローブカードが固定されるヘッドプレートをリング導体14Cとして利用することもできる。本実施形態ではリング導体14Cについて説明しているが、接続端子14Bが電気的に離接する導体はリング状に限定されるものではなく、後述するように例えば2つに分割された分割導体を接続端子14Bが離接する導体として用いることもできる。
 図3に示す導通機構14を更に具体的に示したものが図4の(a)、(b)である。導体機構14を構成するリード導体14Aは、図4の(a)に示すように、例えば帯状に形成され、一端部が載置台12の周面に形成された導体膜電極にネジ止めされている。リード導体14Aの先端部には複数の接続端子14Bが固定され、これらの接続端子14Bの固定部14Aが折り曲げて形成されている。また、リード導体14Aの載置台12との接続部と固定部14Aの間には側面形状がミアンダ状に折り曲げたミアンダ部14Aが形成され、リード導体14がミアンダ部14Aを介して容易に屈伸するようになっている。また、アクチュエータ14Dは、回転駆動部14Dと、回転駆動部14Dから延設され且つ固定部14Aの近傍で連結された揺動体14Dと、を有している。従って、アクチュエータ14Dが駆動し、回転駆動部14D及び揺動体14Dを介してリード導体14の固定部14Aを揺動させて接続端子14Bをリング導体14Cの下面に対して電気的に接続し、あるいは接続を解除することができる。
 次に、図3、図4を参照しながら動作について説明する。本実施形態では導通機構14が異なる以外は第1の実施形態と同様に構成されているため、導通機構14以外は第1の実施形態と同一であるため、導通機構14の動作を中心に説明する。
 第1の実施形態と同様に半導体ウエハWとプローブカード13のアライメントを行った後、最初のパワーデバイスの真下で載置台12が図4の(a)に示す位置から上昇し、同図の(b)に示すようにパワーデバイスの電極パッドとプローブカード13のプローブ13Aが電気的に接触する。この際、導通機構14のアクチュエータ14Dが駆動し、回転駆動部14D及び揺動体14Dを介して接続端子14Bがリード導体14Aのミアンダ部14Aを介して反時計方向へ揺動し、図4の(b)に示すように接続端子14Bがリング導体14Cの下面と電気的に接触する。これにより、パワーデバイスを構成するIGBTのゲート電極及びエミッタ電極がそれぞれに対応するプローブ対13Aを介してテスタ15と電気的に接続されると共に、IGBT下面のコレクタ電極が載置台12の導体膜電極(コレクタ電極)及び複数の導通機構対14を介してテスタ15と電気的に接続される。
 然る後、図3に示すようにテスタ15の第1電源15Aの電圧をドライバ(図示せず)に印加してゲートG側のプローブ対13Aにオン信号を送信すると、パワーデバイスのIGBTのゲート電極がオンになり、第2電源15Bから印加された電圧に基づいて導通機構14のリング導体14C、接続端子14B及びミアンダ部14Aを介してコレクタ電極からエミッタ電極に向けて電流が流れる。次いで、ゲートG側のプローブ対13Aにオフ信号を送信するとIGBTがオフになり、コレクタ電極からエミッタ電極への電流が停止される。
 この時、テスタ15内のコイルに基づいて回生電流が発生してダイオードに逆電流が流れる。この状態でゲートG側のプローブ対13Aを介してIGBTをオンすると、ダイオードは逆回復時間の導通状態になり、この間の電圧を第2電圧計15Fにおいて検出し、この時の電圧に基づいて電流変化(di/dt)を測定し、この時に得られた電流変化(di/dt)に基づいてダイオードのdi/dt耐性を評価することができる。80℃以上の高温でダイオードのdi/dt破壊を測定する時には、載置台12を80℃以上の高温に加熱し、高温下でダイオードの電流変化(di/dt)を測定することができる。
 以上説明したように本実施形態によれば、導通機構14を介して載置台12のコレクタ電極とテスタ15を接続することができ、第1の実施形態と同様にパワーデバイスに含まれるダイオードの電流切り換え時に発生する電流変化(di/dt)を測定することができ、ダイオードのdi/dt破壊に対する評価を行うことができると共にIGBTのスイッチング特性の評価を行うことができ、また、80℃以上の高温に対するダイオードのdi/dt破壊に対する耐性を評価することもできる。
第3の実施形態
 また、図4に示す導通機構14は、例えば図5の(a)~(d)の導通機構14として構成することができる。図5の(a)~(d)に示す導通機構14であっても図3、図4に示すプローブ装置10と実質的に同一の作用効果を期することができる。
 図5の(a)に示す導通機構14Aでは、図4の(a)、(b)に示すリード導体14Aがリード線14Aとして構成され、また、アクチュエータ14Dがエアシリンダ等のシリンダ機構によって構成されている。アクチュエータ14Dは、圧縮空気を駆動源とするシリンダ14Dと、ロッド14Dとを有している。ロッド14Dの先端に接続端子14Bが取り付けられ、ロッドが昇降することにより接続端子14Bがリング導体14Cに対して電気的に接続され、接続が解除される。接続端子14Bにはリード線14Aが接続され、リード線14A、接続端子14Bを介して載置台12とテスタ15が電気的に接続され、接続が解除されるようになっている。
 従って、検査時、導通機構14のアクチュエータ14Dが駆動すると、ロッド14Dが矢印方向に上昇し、接続端子14Bがリング導体14Cの下面と電気的に接触する。これにより、パワーデバイスのゲート電極及びエミッタ電極がそれぞれに対応するプローブ対13Aを介してテスタ15と電気的に接続されると共に、パワーデバイス下面のコレクタ電極が載置台12の導体膜電極(コレクタ電極)及び導通機構14を介してテスタ15と電気的に接続され、パワーデバイスの電気的特性検査を行うことができる。
 図5の(b)に示す導通機構14では、アクチュエータ14Dの駆動源として電磁ソレノイド14Dが用いられている。電磁ソレノイド14Dがシリンダ機構のロッド14Dを介して接続端子14Bを昇降させ、接続端子14Bがリング導体14Cと電気的に接触し、接続が解除されるようになっている。図5の(b)ではリング導体14Cが省略されているが、導通機構14の他の部材は、図5の(a)に示す導通機構14に準じて構成されている。
 また、図5の(c)に示す導通機構14では、アクチュエータ14Dが図4の導通機構14と同様に回転駆動部14Dと揺動体14Dを有し、揺動体14Dの先端に接続端子14Bが設けられている。そして、図4のリード導体14Aに代えてリード線14Aが用いられ、載置台12の導体膜電極と揺動体14Dがリード線14Aを介して接続されている。この場合にも図4の場合と同様にアクチュエータ14Dが駆動することにより接続端子14Bが揺動体14Dを介して揺動してリング導体14Cと電気的に接触し、接続が解除されるようになっている。図5の(c)ではリング導体14Cが省略されているが、導通機構14の他の部材は、図4に示す導通機構14に準じて構成されている。
 更に、図5の(d)に示す導通機構14では、アクチュエータ14Dがスライド型モータによって構成されている。このアクチュエータ14Dは、傾斜面を有するモータを内蔵する基台14Dと、傾斜面を有する昇降体14Dとを有し、基台14Dの傾斜面と昇降体14Dの傾斜面と係合し、昇降体14Dが基台14Dの傾斜面に従って昇降するようになっている。基台14Dの傾斜面にはモータによって進退動する直動部品(図示せず)が設けられ、この直動部品に対して昇降体が連結部材(図示せず)を介して連結されている。昇降体14Dの水平面(上面)には接続端子14Bが設けられている。従って、アクチュエータ14Dが駆動すると、基台14D内のモータが駆動し、直動部品を介して昇降体14Dが昇降し、接続端子14Bがリング導体(図示せず)の下面に電気的に接触し、接続を解除するようになっている。図5の(d)ではリング導体が省略されているが、導通機構14の他の部材は、図4に示す導通機構14に準じて構成されている。
 図5の(a)~(d)では、導通機構14が一箇所に設けられた場合について説明したが、複数の導通機構14を載置台12の全周に渡って所定間隔を空けて設けても良い。また、一対の導通機構14を周方向に180°隔てて設けても良い。後者の場合には、リング状導体14Cに代えて2箇所の導通機構14が電気的に接触する分割導体(例えば図9参照)であっても良い。分割導体の形状は、特に制限されるものではない。
 図3~図5に示す導通機構14は、載置台12とリング導体14Cを一箇所で接続するように構成されている。導通機構14は、図6~図8に示すように載置台12とリング導体14Cの全周に渡って複数箇所で電気的に接続するように構成することができる。図6~図8に示す導通機構14であっても図3~図5に示すプローブ装置10と実質的に同一の作用効果を期することができる。
 図6に示す導通機構14は、同図に示すように、載置台12の周面に形成された導体膜電極に周方向全周に渡って所定間隔を空けて一端が接続された複数のリード線14Aと、複数のリード線14Aの他端にそれぞれ接続された複数の接続端子14Bと、複数の接続端子14Bが周方向等間隔を空けて全周に渡って接触するリング導体(図示せず)と、複数の接続端子14Bをそれぞれ昇降させる複数のアクチュエータ14Dと、を備えている。リード線14A、接続端子14B、アクチュエータ14Dは、いずれも図5の(a)に示す導通機構14のものと同様に構成されている。複数のアクチュエータ14Dは、個別に駆動するようにしても良く、全てが同時に駆動するようにしても良い。このように接続端子14Bがリング導体14Cの全周に渡って電気的に接触することにより、パワーデバイスの電気的特性検査をより確実に行うことができる。導通機構14の他の構成部材は、図3に示すプローブ装置10と同様に構成されている。
 図7の(a)、(b)に示す導通機構14は、同図に示すように、載置台12の周面に形成された導体膜電極と摺接する円筒状導体14Aと、円筒状導体14Aの上端面全周に渡って所定間隔を空けて立設され且つ導体膜電極にそれぞれ接続された複数の接続端子14Bと、複数の接続端子14Bが周方向等間隔を空けて全周に渡って接触するリング導体14Cと、円筒状導体14Aを昇降させるアクチュエータ(図示せず)と、を備えている。この導通機構14では、アクチュエータの駆動により、円筒状導体14Aが載置台12の導体膜電極に摺接しながら昇降し、円筒状導体14Aの上面の複数の接続端子14Bがリング導体14Cの下面に対して電気的に接触し、あるいは接続が解除されるようになっている。従って、非検査時には、円筒状導体14Aが図7の(a)に示すように載置台12の載置面から下方で待機しており、検査時には円筒状導体14Aが同図の(b)に示すようにアクチュエータを介して載置台12の外周面に沿って上昇し、複数の接続端子14Bがリング導体14Cと電気的に接続し、接続を解除することができる。複数の続端子14Bがリング導体の全周に渡って電気的に接触することにより、パワーデバイスの電気的特性検査をより確実に行うことができる。
 図8の(a)、(b)に示す導通機構14は、同図に示すように、図7の(a)、(b)に示すものと同様に円筒状導体14A、複数の接続端子14B、リング導体14C及びアクチュエータ(図示せず)を備えている。この導通機構14では、円筒導体14Aと複数の接続端子14Bが図7に示すものと相違する。図8に示す複数の接続端子14Bは、円筒状導体14Aの上端部に昇降可能に取り付けられている。そのため、導通機構14は、円筒状導体14Aが載置台12に対して昇降すると共に複数の接続端子14Bが円筒状導体14Aの上端部で昇降し、複数の接続端子14が二段階で昇降してリング導体14Cの下面に対して電気的に接触し、あるいは接続が解除されるようになっている。従って、非検査時には、円筒状導体14Aが図8の(a)に示すように載置台12の載置面から下方で待機しており、検査時には円筒状導体14Aが同図の(b)に示すようにアクチュエータを介して載置台12の外周面に沿って上昇してリング導体14Cの全周に渡って電気的に接触し、更に、複数の接続端子14Bが円筒状導体14Aから上昇する。この場合にも図7に示す導通機構14に準じた接触動作をすることができる。
第4の実施形態
 本実施形態のプローブ装置は、図4に示す導通機構14に代えて図9、図10に示す接続端子及び分割導体を用いていること以外は、図4に示すプローブ装置10に準じて構成されている。そこで、以下では、図4に示す導通機構14と同一または相当部分には同一符号を付して本実施形態の導通機構について説明する。
 本実施形態に用いられる導通機構14は、上記の各実施形態と同様に半導体ウエハに形成された複数のパワーデバイスの電気的特性をウエハ状態のまま測定するように構成されている。即ち、本実施形態の導通機構14は、図9の(a)、(b)に示すように、載置台12の周面の互いに対向するに設けられた一対の接続端子14Bと、一対の接続端子14Bに対応して載置台12とプローブカード13の間に介在させて設けられた一対の分割導体14Cと、を備えている。一対の接続端子14Bは、各パワーデバイスの電気的特性を測定するために載置台12が如何なる場所へ移動してもそれぞれが対応するいずれかの分割導体14Cと弾力的に接触して導電膜電極(コレクタ電極)とテスタ(図示せず)とを電気的に接続するようにしてある。
 接続端子14Bは、図10の(a)、(b)に示すように、複数の金属板が一体化している接触子14Bと、この接触子14Bを挟持する左右一対の支持体14Bと、を有し、支持体14Bを介して載置台12の上部に固定されている。接触子14Bは、載置台12の周面に形成された導電膜電極に対して電気的に接続されている。また、接触子14Bには載置台12の張り出し端面から載置台12側に向けて切欠部14Bが形成され、この切欠部14Bを介して接触子14Bが分割導体14Cに対して弾力的に接触するようにしてある。接触子14Bは、測定する電流値の大きさに応じて金属板の積層枚数を調整できるようになっている。
 一対の分割導体14Cは、図9の(b)に示すように、左右対称に形成されて、例えばプローブカード13を保持するカードホルダ13Bに連結、固定されている。この分割導体14Cは、同図に示すように、それぞれプローブ13A側に位置する第1の辺がこれと対向する第2の辺より短く形成されていると共に第2の辺と両端で直角を成す一対の第3の辺が形成されている。また、第3の辺と第1の辺の間に一対の第4の辺が形成され、一対の第4の辺は第1の辺に向かって徐々に狭くなっている。つまり、分割導体14Cは六角形状に形成されている。一対の分割導体14Cは、上述のようにパワーデバイスの電気的特性を測定するために載置台12がプローバ室内で如何なる場所へ移動しても対応する接続端子14Bが接触する大きさに形成されている。
 つまり、半導体ウエハWの中央部にあるパワーデバイスの電気的特性を測定する時には、図11の(a)に示すように載置台12がプローブカード13の中心の真下へ移動し、その位置から上昇すると、一対のプローブ13Aが中央部のIGBTに形成されたゲート電極及びエミッタ電極とそれぞれ電気的に接触すると共に左右一対の接続端子14Bの接触子14Bが左右一対の分割導体14Cとそれぞれ電気的に接触しコレクタ電極となって、パワーデバイスの電気的特性を測定することができる。
 半導体ウエハWの右端のパワーデバイススの電気的特性を測定する時には、図11の(b)に示すように載置台12が移動し、右端のパワーデバイスがプローブカード13の中心の真下に達し、その位置から上昇すると、一対のプローブ13Aが右端のIGBTに形成されたゲート電極及びエミッタ電極とそれぞれ電気的に接触すると共に右側の接続端子14Bの接触子14Bのみが右側の分割導体14Cと電気的に接触しコレクタ電極となってパワーデバイスの電気的特性を測定することができる。左側の接続端子14Bは、左側の分割導体14Cとは非接触状態になる。
 半導体ウエハWの左端のパワーデバイスの電気的特性を測定する時には、図11の(c)に示すように載置台12が移動し、左端のパワーデバイスがプローブカード13の中心の真下に達し、その位置から上昇すると、一対のプローブ13Aが左端のIGBTに形成されたゲート電極及びエミッタ電極とそれぞれ電気的に接触すると共に左側の接続端子14Bの接触子14Bのみが左側の分割導体14Cと電気的に接触しコレクタ電極となってパワーデバイスの電気的特性を測定することができる。右側の接続端子14Bは、右側の分割導体14Cとは非接触状態になる。
 上述のように各パワーデバイスの電気的特性としてIGBTのスイッチング特性を測定する時には、導体膜電極(コレクタ電極)とテスタ間の線路長が例えば10cm前後と短くてインダクタンスが小さいため、優れたスイッチング特性を示し、ターンオフ時間が短く、図12の(a)に示すようにターンオフ時のコレクタ-エミッタ間のサージ電圧を、IGBT(パワーデバイス)の限界電圧よりも格段に小さい電圧値に抑制することができ、パワーデバイスの動特性を確実且つ正確に測定することができる。尚、ターンオフ時間とは、コレクタ電流が90%から5%まで低下する時間のことを云う。
 これに対して、従来のプローブ装置のようにケーブルがある場合には、ケーブルにおけるインダクタンスが大きく、図12の(b)に示すようにIGBTのターンオフ時にコレクタ-エミッタ間にIGBTの限界電圧を超える異常なサージ電圧が印加されてIGBTを破損する。パワーデバイスの電気的特性の測定時には定格電圧及び定格電流よりも大きい電圧、電流を印加することが好ましいが、従来のプローブ装置では定格電圧を印加しても限界値を超える虞があるため、定格電圧すら掛けられないこともあり、実質的にパワーデバイスの動特性の測定を行うことができなかった。図12の(b)のサージ電圧は、実測値でなく、計算値である。
 以上説明したように本実施形態においても第1、第2の実施形態と同様にパワーデバイスの動特性を確実且つ正確に測定することができる。
 本発明は、上記実施形態に何ら制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を設計変更することができる。第1の実施形態では、導通ピン14をプローブカード13の外周縁部に取り付けた場合について説明したが、例えば載置台12の外周縁部全周に渡って所定の間隔を空けて設けることもできる。これらの導通ピン14は載置台12の導体膜電極(コレクタ電極)と電気的に接続されている。また、これらの導通ピン14は、載置台12の上面に立設されていても良いが、載置台12において出没可能に設けられていることが好ましい。この場合には、導通ピン14が出没する孔の内周面に導体膜電極が形成され、導通ピン14が導体膜電極を摺接し、突出位置で導通ピン14が導体膜電極と電気的な接続を維持するようにすることもできる。
10  プローブ装置
12  載置台
13  プローブカード
13A プローブ
14  導通ピン(導通部材)
15  テスタ
14  導通機構
14A リード導体
14A リード線
14B 接続端子
14C リング導体
14D アクチュエータ
 W  半導体ウエハ

Claims (14)

  1.  ダイオードを含むパワーデバイスが複数形成された被検査体を載置する移動可能な載置台と、上記載置台の上方に配置された複数のプローブを有するプローブカードと、少なくとも上記載置台の載置面に形成された導体膜電極とこれに載置された上記被検査体の裏面に形成された導体層とが導通する状態で上記被検査体に上記プローブを電気的に接触させて上記パワーデバイスの電気的特性を測定する測定部を備えたプローブ装置であって、上記パワーデバイスの電気的特性の測定時に、上記載置台の上記導体膜電極と上記測定部とを電気的に接続する導通部材を上記プローブカードの外周縁部と上記載置台の外周縁部に介在させたことを特徴とするプローブ装置。
  2.  上記導通部材が上記プローブカードに設けられ、上記載置台の上記導体膜電極と電気的に接触することを特徴とする請求項1に記載のプローブ装置。
  3.  上記導通部材は弾力を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプローブ装置。
  4.  上記プローブ及び上記導通部材は、いずれも上記測定部に対してケルビン接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプローブ装置。
  5.  上記載置台の上記導体膜電極が測定電極として構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプローブ装置。
  6.  上記載置台は、温度調節機構を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプローブ装置。
  7.  ダイオードを含むパワーデバイスが複数形成された被検査体を載置する移動可能な載置台と、上記載置台の上方に配置された複数のプローブを有するプローブカードと、上記載置台の載置面及び周面に形成された導体膜電極とこれに載置された上記被検査体の裏面に形成された導体層とが導通する状態で上記被検査体に上記プローブを電気的に接触させて上記パワーデバイスの電気的特性を測定する測定部を備えたプローブ装置であって、上記パワーデバイスの電気的特性の測定時に、上記載置台の上記周面に形成された上記導体膜電極と上記測定部とを電気的に接続する導通機構を設けたことを特徴とするプローブ装置。
  8.  上記導通機構は、上記載置台の上記周面に形成された上記導体膜電極に基端部が接続されたリード導体と、上記リード導体の先端部に導通自在に形成された接続端子と、上記プローブカードと上記載置台の間に介在する導体と、上記導体に対して上記接続端子を電気的に接続し、接続を解除するアクチュエータと、を有することを特徴とする請求項7に記載のプローブ装置。
  9.  上記導通機構は、上記載置台の上記周面に形成された上記導体膜電極に基端部が接続され且つ上記載置台の上記周面に沿って複数設けられたリード導体と、上記複数のリード導体それぞれの先端部に導通自在に形成された複数の接続端子と、上記プローブカードと上記載置台の間に介在するリング状の導体と、上記リング状の導体に対して上記複数の接続端子を電気的に接続し、接続を解除する複数のアクチュエータと、を有することを特徴とする請求項7に記載のプローブ装置。
  10.  上記アクチュエータは、上記接続端子を揺動させる揺動機構として構成されていることを特徴とする請求項8または請求項9に記載のプローブ装置。
  11.  上記アクチュエータは、上記接続端子を昇降させる昇降機構として構成されていることを特徴とする請求項8または請求項9に記載のプローブ装置。
  12.  上記導通機構は、上記載置台の上記周面に形成された上記導体膜電極に、上記導体膜電極と導通自在に昇降する円筒状導体と、上記円筒状導体に周方向に所定間隔を空けて複数設けられた接続端子と、上記円筒状導体と上記プローブカードとの間に介在するリング状の導体と、上記リング状の導体に対して上記円筒状導体を昇降させて上記複数の接続端子をそれぞれ電気的に接続し、接続を解除するアクチュエータと、を有することを特徴とする請求項7に記載のプローブ装置。
  13.  上記導通機構は、上記載置台の上記周面に形成された上記導体膜電極に電気的に接続され且つ上記載置台の周方向に互いに180°隔てた位置に設けられた一対の接触子と、上記一対の接触子が電気的に接触するように上記載置台と上記プローブカードに間に介在する一対の分割導体と、を有することを特徴とする請求項7に記載のプローブ装置。
  14.  上記接触子は、印加電圧に応じて調整可能に構成されていることを特徴とする請求項13に記載のプローブ装置。
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