(57)【要約】【目的】載置台の表面に付着した異物を除去し易く、半導体ウエハまたは半導体チップの裏面に、キズやクラックなどの欠陥を発生させない半導体試験装置を提供する。【解決手段】この半導体試験装置は、載置台１と、載置台１を上下に移動させる移動手段６と、半導体チップ９の図示しない表面電極（エミッタ電極やゲート電極）と接触し電流を流すプローブ４と、載置台１に付着した異物を吹き飛ばすクリーニング機構であるブローノズル５とで構成され、載置台１の表面をシリコンより硬度が高い材料である、たとえば、超硬合金で形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体の裏側の面が接触し該被検査体を載置する載置台と、前記被検査体の表側の面に接触するプローブとを有する半導体試験装置において、前記被検査体と接する側の前記載置台の面がシリコンより硬度が高い材料面からなり、前記被検査体と接触する前記材料面に付着した異物を除去するクリーニング機構を有することを特徴とする半導体試験装置。
【請求項２】
前記被検査体が、半導体チップもしくは切り出される前の半導体チップが形成された半導体ウエハであることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項３】
前記硬度の高い材料面が、超硬合金面もしくはＮｉ−Ｐ膜面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項４】
前記載置台が超硬合金からなるステージであることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項５】
前記載置台がＮｉ−Ｐ膜で被覆されたステージであることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項６】
前記載置台がステージ台と該ステージ台に固定し前記被検査体と接触する接触板で構成され、該接触板が超硬合金で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項７】
前記載置台がステージ台と該ステージ台に固定し前記被検査体と接触する接触板で構成され、該接触板の前記被検査体と接触する面がＮｉ−Ｐ膜で被覆されることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項８】
前記プローブが接触ピンもしくはカンチレバーで構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項９】
前記クリーニング機構が、ブローノズルもしくはクリーニングブラシで構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体チップが多数形成された半導体ウエハ状態またはこの半導体ウエハをダイシングして取り出される半導体チップ状態での半導体素子の電気的特性を測定するための半導体試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ状態や半導体チップ状態での半導体素子の電気的特性を測定、試験するための半導体試験装置では、通電するために半導体チップの表面電極にカンチレバー式や接触ピン式のプローブを接触させて測定、試験を行う。半導体素子には半導体チップの縦方向に通電する縦型構造の半導体素子（縦型素子）があり、この場合には半導体チップを載置するステージを測定電極として用いる。半導体チップの裏面と接触するこのステージの表側の面は接触抵抗を低減するため、金メッキなど軟らかい材料面が用いられる（例えば、特許文献１など）。このステージは通電による半導体素子の内部発熱を放熱する役割も担っている。
【０００３】
一方、縦型素子では、オン抵抗を下げるためにできる限り薄型化が図られている。しかし、薄型化が図られると、図１１に示すように、コレクタ層５２、コレクタ電極５１などの裏面構造が薄層化し、従来ではあまり影響がなかった半導体ウエハや半導体チップの裏面のキズやクラックなどの欠陥６６が裏面接合５３（コレクタ接合など）を突き破り電気的特性に影響を与えるようになる。そのため、半導体ウエハや半導体チップの裏面と接触するステージ６４の表面を清浄に（クリーン化）することが重要になる。尚、図１１は縦型素子の一例としてトレンチゲート構造のＦＳ（フィールド・ストップ）−ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）の１セルの要部断面図を示し、図中の符号において、５１はコレクタ電極、５２はｐコレクタ層、５３は裏面接合５３（コレクタ接合）、５４はｎバッファ層、５５はｎドリフト層、５６はｐベース層、５７はｎエミッタ層、５８はトレンチ、５９はゲート酸化膜、６０はゲート電極、６１は層間絶縁膜、６２は表面電極である。また、符号６３は表面電極６２に接触するプローブ、６４はコレクタ電極５１に接触するステージである。コレクタ電極５１はｐコレクタ層５２と接する側からアルミ-シリコン（Ａｌ-Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）の積層膜で形成される。また、符号６５は異物である。尚、表面電極６２はエミッタ電極やゲート電極６０と接続するゲートパッド電極などである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２７２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記したように、裏面のクリーン化がウエハ状態やチップ状態での電気的特性試験において求められている。しかし、縦型素子の裏面と接触するステージ６４の表面は金メッキなどの軟らかい材料面であるため、ステージ６４と素子の間に異物６５があると、縦型素子の裏面を傷つけるだけでなく、異物６５が硬い物質の場合には図示するようにステージ６４の表面にその異物６５が突き刺さってしまう。
【０００６】
このステージ６４の表面に突き刺さった異物６５は簡単に取り除くことができず、異物６５がステージ内に完全にめり込むまで、次から次へと試験される縦型素子の裏面を傷つけ、連続して不良を発生させてしまう。
【０００７】
そのため、ステージ６４を新品に交換するか、異物６５が突き刺さった場所を研磨して異物６５を除去するか削り取るかする対策が必要になる。
しかし、ステージ６４の交換には費用がかかり、さらに装置を長時間止めて、新品のステージの水平出しなどの調整が必要となり、製造コストは増大する。また研磨においては、その研磨粉自体が異物になるなど確実な対策にはならない。
【０００８】
尚、前記の異物６５は、半導体素子を構成する材料であるＳｉ（ビッカース硬さＨＶ＝８５）や電極材料のＮｉ（ビッカース硬さＨＶ＝６０）などであり、ステージ６４の表面材料であるＡｕ（ビッカース硬さＨＶ＝２５）に比べると硬度が高い物質である。
【０００９】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、ステージ表面に付着した異物を除去し易く、半導体ウエハまたは半導体チップの裏面に、キズやクラックなどの欠陥を発生させない半導体試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１記載の発明によれば、被検査体の裏側の面が接触し該被検査体を載置する載置台と、前記被検査体の表側の面に接触するプローブとを有する半導体試験装置において、前記被検査体と接する側の前記載置台の面がシリコンより硬度が高い材料面からなり、前記被検査体と接触する前記材料面に付着した異物を除去するクリーニング機構を有する構成とする。
【００１１】
特許請求の範囲の請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記被検査体が、半導体チップもしくは切り出される前の半導体チップが形成された半導体ウエハであるとよい。
【００１２】
特許請求の範囲の請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記硬度の高い材料面が、超硬合金面もしくはＮｉ−Ｐ膜面であるとよい。
特許請求の範囲の請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記載置台が超硬合金からなるステージであるとよい。
【００１３】
特許請求の範囲の請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記載置台がＮｉ−Ｐ膜で被覆されたステージであるとよい。
特許請求の範囲の請求項６記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記載置台がステージ台と該ステージ台に固定し前記被検査体と接触する接触板で構成され、該接触板が超硬合金で形成されるとよい。
特許請求の範囲の請求項７記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記載置台がステージ台と該ステージ台に固定し前記被検査体と接触する接触板で構成され、該接触板の前記被検査体と接触する面がＮｉ−Ｐ膜で被覆されるとよい。
【００１４】
特許請求の範囲の請求項８記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記プローブが接触ピンもしくはカンチレバーで構成されるとよい。
特許請求の範囲の請求項９記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記クリーニング機構が、ブローノズルもしくはクリーニングブラシで構成されるとよい。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、ステージ表面を超硬合金やＮｉ−Ｐ膜（ニッケル−リン）などのシリコン片などの異物より硬度が高い材料面とし、さらに新規の半導体ウエハや新規の半導体チップに交換する毎にステージ表面を清浄にするクリーニング機構を設けることで、ステージ表面の異物を試験する前に除去することができ、連続して半導体素子（縦型素子）の裏面を傷つけることが防止される。
【００１６】
また、ステージ表面をシリコン片などの異物より硬度が高い材料面とすることで、クリーニングブラシやブローノズルなどの簡単なクリーニング機構でステージ表面に付着した異物を簡単に除去することができる。異物が除去されることで、半導体素子の裏面にキズやクラックが入るのを防止できる。
【００１７】
異物がステージから除去されると、ステージを交換する回数が減少して製造工数を減少させることができる。また、異物による半導体ウエハや半導体チップに発生するキズやクラックなどの欠陥が減少して良品率が向上する。
【００１８】
この製造工数の減少と良品率の向上により製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の第１実施例の半導体試験装置の構成図である。
【図２】図１に示した載置台と異なる載置台の構成図である。
【図３】ブローノズルでステージに付着した異物を除去する様子を示す図である。
【図４】ケルビン端子を有する半導体試験装置の要部断面図である。
【図５】この発明の第２実施例の半導体試験装置の構成図である。
【図６】プローブの詳細図である。
【図７】図５に示した載置台と異なる載置台の構成図である。
【図８】切り出す前の半導体チップが多数形成された半導体ウエハの平面図である。
【図９】ブローノズルで接触板に付着した異物を除去する様子を示す図である。
【図１０】この発明の第３実施例の半導体試験装置の構成図である。
【図１１】縦型半導体素子およびステージの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、この発明の第１実施例の半導体試験装置の構成図である。この半導体試験装置は、載置台１(ステージ)と、載置台１を上下に移動させる移動手段６と、半導体チップ９の図示しない表面電極（エミッタ電極やゲート電極）と接触し電流を流すプローブ４と、載置台１に付着した異物を吹き飛ばすクリーニング機構であるブローノズル５とで構成される。この構成図は、チップ状態で試験する場合であり、発明に係わる箇所を示した。尚、プローブ４（コンタクトブロック）は図１に示すように電流を流す接触ピン２（コンタクトピン）と接触ピン２を支持する支持板３（プローブピンホルダー）で構成される。また、移動手段６は例えば載置台１を上下（垂直）に移動する伸縮可動部を有する。勿論、移動手段６はプローブ側が上下動する伸縮可動部を有する場合もある。図中の７、８は接触ピン２と載置台１に接続するリード線である。
【００２２】
載置台１は、Ｓｉ（ビッカース硬さＨＶ＝８５）やＮｉ（ビッカース硬さＨＶ＝６０）などの破片である異物より硬度が高い材料の超硬合金（ビッカース硬さＨＶ＝１７８０）で形成される。そのため、半導体チップ９の裏面と接触する載置台１の表面は、硬度が高い材料面（ここでは超硬合金面）となる。半導体チップ９を載置する載置台１は大きさが数ｍｍ〜数十ｍｍ角で厚さは６ｍｍ程度と小さいために、比重の大きな超硬合金を用いても載置台１は重くならず、半導体チップ９を交換する場合や半導体チップ９の表面電極を接触ピン２に接触させる場合の載置台１の上下動作には支障がなく、移動手段６は安価で小型のものでよい。
【００２３】
勿論、載置台１に替えて、図２（ａ）に示す、アルミ製のステージ台１１とこのステージ台１１に超硬合金からなる接触板１２を固定した載置台１３を用いて軽量化を図ってもよい。また、図２（ｂ）に示す、ステージ台１１をアルミで製作してその表面を硬度が高い材料のＮｉ−Ｐ膜１４（ニッケルーリン膜：ビッカース硬さＨＶ＝５５０）で被覆（膜厚５０μｍ程度のメッキ処理）した載置台１５を用いて軽量化を図ってもよい。勿論、半導体チップ９の裏面と接触する面のみをＮｉ−Ｐ膜１４で被覆しても構わない。いずれの場合も半導体チップ９の裏面と接触する載置台１、１３、１５の表面をＳｉやＮｉの異物１６より硬度が高い材料面（材料が露出した面）とする。尚、ＮＩ−Ｐ膜の膜厚はメッキ処理で５０μｍ程度とする。この大きさは、大きな異物１６と同程度である。
【００２４】
つぎに、図１の半導体試験装置で試験するときの手順について説明する。
まず、半導体チップ９の裏面を載置台１に真空吸着で接触させる。
つぎに、載置台１を移動手段６を用いて上昇させて、半導体チップ９の表面電極にプローブ４を構成する接触ピン２を接触させる。
【００２５】
つぎに、載置台１から接触接触ピン２に電流を流し、半導体チップ９のターンオフ破壊試験を、また載置台１と接触ピン２に電圧を印加してと耐圧測定を実施する。尚、ターンオフ破壊が起こったときは、載置台１にも破壊痕が残るので新品の載置台に交換する。
【００２６】
つぎに、載置台１を移動手段６を用いて降下させて接触ピン２から半導体チップ９を離し、試験が終了した半導体チップ９を載置台１から外す。
つぎに、図３に示すように、ブローノズル５から載置台１の表面に空気１７を吹きつけ載置台１に付着した異物１６を吹き飛ばして除去する。
【００２７】
つぎに、新規の半導体チップ９を載置台１に載置し、載置台１を移動手段６を用いて上昇させて半導体チップ９の表面電極を接触ピン２に接触させ、前記の手順で新規の半導体チップ９のターンオフ破壊試験と耐圧測定を実施する。
【００２８】
この半導体試験装置では、半導体チップ９の構成物であるＳｉやＮｉなどの異物１６が載置台１に付着しても載置台１が超硬合金で出来ているので異物１６は載置台１に突き刺さることはない。そのため、ブローノズル５で吹き付ける空気１７で異物１６が簡単に吹き飛ばして載置台１の表面から簡単に除去することができる。
【００２９】
この装置では、異物１６が載置台１に付着した状態で前記の試験が行われることがないため、異物１６による半導体チップ９に発生するキズやクラックなどの欠陥がなくなり、半導体チップ９の試験の良品率を向上させることができる。また異物１６が載置台１に突き刺さることがないため、載置台１を交換する回数が減少して製造工数を減少させることができる。
【００３０】
このように、良品率の向上と製造工数の減少により製造コストを低減することができる。
また、定格電流を流してオン電圧を測定する場合は、図４に示すように、半導体チップ９の裏面電極と載置台１の表面との間の接触抵抗２０の影響を避けるために、載置台１に貫通孔１ａを形成し、半導体チップ９の裏面電極に接する測定ピン１８を載置台１に設け、この測定ピン１８（ケルビン端子）と表面電極との間で電圧を測定することで、接触抵抗２０の影響を小さくしてオン電圧を測定することができる。図中の１９は測定ピン１８（ケルビン端子）に接続するリード線である。
【００３１】
尚、オン電圧を測定する場合、電流を流す端子と電圧を測定する端子を分離すると、接触抵抗の影響を除去できる。このときの測定端子をケルビン端子という。
【実施例２】
【００３２】
図５は、この発明の第２実施例の半導体試験装置の構成図である。この半導体試験装置は、載置台２３を構成するステージ台２１とステージ台２１に図示しないネジで固定される接触板２２と、この載置台２３を上下左右に移動させる移動手段２６と、半導体ウエハ２９に形成された図示しない表面電極（ウエハに配置された半導体チップの表面電極のこと）と接触し電流を流すプローブ２４と、接触板２２に付着した異物を吹き飛ばすクリーニング機構であるブローノズル２５とで構成される。この構成図は、ウエハ状態で試験する場合であり、発明に係わる箇所を示した。尚、図中の２７、２８はカンチレバー３６と載置台２３に接続するリード線である。
【００３３】
図６はプローブの詳細図である。プローブ２４（プローブカード）は、カンチレバー３６（プローブピン）とこれを支持する支持板３５（基板）とで構成される。カンチレバー３６はバネアクションがある細い針金状をしており、流せる電流は数Ａ程度である。
【００３４】
図５において、接触板２２は、ＳｉやＮｉより硬度が高い材料である超硬合金で形成されるため、半導体ウエハ２９の裏面と接触する接触板２２の表面は硬度が高い材料面となる。この超硬合金で出来た接触板２２の大きさは、例えば直径が１５５ｍｍ（６インチ強）であり、その厚さは６ｍｍ〜８ｍｍである。厚さが６ｍｍ未満では、真空吸着するための図示しない吸引構造（溝加工＋Ｏリング＋ネジ止め）を形成することが困難である。また厚さが８ｍｍを超えると従来構造の６インチ対応のアルミ製のステージの重さを超えてしまい従来の移動手段が使用できなくなる。そのため、直径１５５ｍｍの大きさの接触板２２の厚さとしては６ｍｍ〜８ｍｍが好適である。
【００３５】
また、図７（ａ）に示すように、接触板２２を除去して、例えばアルミ製のステージ台２１にＮｉ−Ｐ膜３０を被覆して載置台３１（図１の載置台１に相当する）として用いても構わない。この場合も半導体ウエハ２９の裏面と接触する載置台３１の表面は硬度が高い材料面となる。また、図示しないが半導体ウエハ２９の裏面との接触面のみＮｉ−Ｐ膜３０で被覆して載置台３１として用いても構わない。勿論、例えば、図７（ｂ）に示すように、Ｎｉ−Ｐ膜３０で被覆した接触板３３をステージ台２１に固定して載置台３４として用いても構わない。
【００３６】
これらの載置台２３、３１，３４は例えば平面の大きさは直径１５５ｍｍで厚さが３ｃｍと極めて大きいため、載置台全体を無垢の超硬合金で製作すると極めて重量が重くなり、載置台を垂直方向や水平方向に移動させる移動手段２６が大型化し設備のコストが増大する。そのため、前記したように、ステージ台２１に超硬合金の接触板２２を固定したり、ステージ台２１の表面にＮｉ−Ｐ膜３０を被覆したり、さらに、表面をＮｉ−Ｐ膜３０で被覆した軽量の接触板３３をステージ台２１に固定したりすることで、載置台２３、３１，３４を軽量化することができる。載置台を軽量化することで、載置台を移動させる移動手段２６を簡素化し設備の小型化と低コスト化を図ることができる。
【００３７】
また、図８は、切り出す前の半導体チップが多数形成された半導体ウエハの平面図である。ダイシングライン３７で囲まれた領域が切り出される前の半導体チップ３８の領域である。
【００３８】
つぎに、図５の半導体試験装置で試験するときの手順について説明する。
まず、半導体ウエハ２９の裏面を接触板２２に真空吸着で接触させる。
つぎに、移動手段２６を用いて載置台２３を上昇させて半導体ウエハ２９の表面電極（切り出す前の半導体チップ３８の表面電極のこと）にカンチレバー３６を接触させる。
【００３９】
つぎに、接触板２２からカンチレバー３６に電流を流し、半導体チップ３８のオン電圧を接触板２２とカンチレバー３６に電圧を印加して耐圧特性の測定を実施する。
つぎに、載置台２３を移動手段２６を用いて下降させて半導体ウエハ２９の表面電極からカンチレバー３６を離す。続いて、載置台２３を移動手段２６を用いて横方向に移動させた後、上昇させて隣接する未測定の半導体チップ３８の表面電極にカンチレバー３６を接触さる。その後でカンチレバー３６に電流を流して隣接する半導体チップ３８のオン電圧と耐圧特性を測定する。但し、オン電圧を測定するために流す電流の大きさは数Ａ程度であり接触抵抗の影響は小さい。
【００４０】
つぎに、すべての半導体チップ３８のオン電圧と耐圧特性が測定されたところで、載置台２３を移動手段２６を用いて下降させてカンチレバー３６から半導体ウエハ２９の表面電極を離し、その後で半導体ウエハ２９を接触板２２から外す。
【００４１】
つぎに、図９に示すように、ブローノズル２５から接触板２２の表面に空気４０を吹きつけ接触板２２に付着した異物３９を吹き飛ばして除去する。
つぎに、新規の半導体ウエハ２９を接触板２２に載置し、前記の手順で半導体チップ３８のオン電圧と耐圧特性を測定する。
【００４２】
この装置では半導体ウエハ２９に形成された各半導体チップ３８を試験するために、載置台２３を上下左右に移動させる必要があり移動手段２６が必要となる。
前記の工程で、半導体ウエハ２９を取り外し、つぎの半導体ウエハ２９を載置する段階で、半導体ウエハ２９の構成物（半導体チップ３８の構成物と同じ）であるＳｉやＮｉなどの異物３９が接触板２２に付着することがある。
【００４３】
しかし、接触板２２は超硬合金でできているので、異物３９が接触板２２に突き刺さることがなく、簡単にブローノズル２５からの空気４０で吹き飛ばすことができるので、異物３９が接触板２２上に残留することはない。
【００４４】
また、半導体ウエハ２９を乗せる接触板２２は広いので、図９に示すように、ブローノズル２５を掃引するとさらに好ましい。この場合は図示しない掃引手段が必要になる。
【実施例３】
【００４５】
図１０は、この発明の第３実施例の半導体試験装置の構成図である。図１との違いは、クリーニング機構がクリーニングブラシ５０で構成されている点である。そのためブローノズル５で異物１６を吹き飛ばす工程は、クリーニングブラシ５０で異物を１６掃引して除去する工程とになる。
【００４６】
尚、前記の第２実施例においても、ブローノズル２５をクリーニングブラシに代えても構わない。
【符号の説明】
【００４７】
１、１３、１５、２３、３１、３４  載置台
２    接触ピン
３、３５  支持板
４、２４  プローブ
５、２５  ブローノズル
６、２６  移動手段
９    半導体チップ
１１、２１  ステージ台
１２、２２、３３  接触板
１４、３０  Ｎｉ−Ｐ膜
１６、３９  異物
１７    空気
２９    半導体ウエハ
３６    カンチレバー
３８    半導体チップ（切り出す前のウエハに形成された）
４０    空気
５０    クリーニングブラシ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011077077.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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