(57)【要約】【課題】半導体チップなどの電子素子が如何に小型化されても、計測プローブの接触状態の良否に拘わらず、確実なケルビン接続を実現できる特性測定装置を提供する。【解決手段】二つの計測プローブが半導体チップ３にケルビン接続されて構成される特性測定装置ＭＳである。半導体チップ３は、電気的に複数部分に区分された導電性を有する板バネ２ａ〜２ｄの上に配置され、組合せプローブＰＲによる押圧状態下で、その特性が計測される。【選択図】図１
2008164404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの計測プローブが被測定物にケルビン接続されて構成される電子素子の特性測定装置であって、
前記被測定物は、電気的に複数部分に区分された導電性を有する弾性体の上に配置され、前記計測プローブによる押圧状態下で、その特性が計測されるようになっている特性測定装置。
【請求項２】
前記弾性体は、可撓性を有する弾性板である請求項１に記載の特性測定装置。
【請求項３】
前記弾性体は、弾性変形可能に測定テーブルに固着され、前記被測定物は、負圧によって前記弾性体に吸着されて保持されるよう構成されている請求項１又は２に記載の特性測定装置。
【請求項４】
前記測定テーブルの頂面には、被測定物の配置位置に対応する凹部が設けられ、前記凹部の中心位置には、脱気装置に連通する連通穴が設けられている請求項３に記載の特定測定装置。
【請求項５】
前記計測プローブは、フォーシング回路側のプローブと、センシング回路側のプローブとが一体化された組合せプローブであり、
薄板状の第１部と、円弧状の外周面を有する第２部とが、絶縁体を介して一体化されて構成されている請求項１〜４の何れかに記載の特性測定装置。
【請求項６】
前記被測定物は発光ダイオード又はレーザダイオードである請求項１〜５の何れかに記載の特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型の電子素子の動作特性をケルビン接続によって測定する測定装置に関し、特に、被測定物の保持姿勢の変化に拘わらず、確実な電気的接続状態が維持される測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体チップの動作特性を正確に計測する接続方法としてケルビン接続が好適に活用されている。ケルビン接続とは、半導体チップに駆動電流を供給するフォーシング回路ＦＯの計測プローブと、駆動状態の半導体チップの両端電圧を計測するセンシング回路ＳＥの計測プローブとを使用する接続法である。
【０００３】
このケルビン接続によれば、フォーシング回路ＦＯの計測プローブと半導体チップとの接触面における接触抵抗は問題になるが、センシング回路ＳＥでは、微弱な電流によって半導体チップの両端電圧を計測するので、センシング回路ＳＥの計測プローブと半導体チップとの接触面における接触抵抗が無視できる利点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、半導体チップが益々小型化されるのに応じて、計測プローブの接触によって半導体チップが僅かに傾く場合があり、その結果、接触不良となる場合があった。図６（ａ）は、この接触不良の問題点を説明するための斜視図であり、半導体チップ３０と、計測プローブ３１と、導電性の測定テーブル３２との関係を図示している。
【０００５】
図６（ａ）において、測定テーブル３２は絶縁状態で二分割されており、一方の測定テーブル３２Ａは、フォーシング回路ＦＯに接続され、他方の測定テーブル３２Ｂは、センシング回路ＳＥに接続されている。また、計測プローブ３１は、フォーシング回路ＦＯとセンシング回路ＳＥの計測プローブを組合せた組合せプローブであり、例えば、特許文献１に記載された構造を有している。
【特許文献１】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０２３４１３号
【０００６】
このような組合せプローブ３１によれば、２つの計測プローブが一体化され小型化されるものの、それでも、半導体チップ３０の上部電極３０Ａへの押圧状態が不適当であると、半導体チップの底面に設けられた下部電極３０Ｂが、一方の測定テーブル３２Ａには接触するが、他方の測定テーブル３２Ｂには非接触となるおそれがあった。
【０００７】
ここで、図６（ｂ）に示すように、測定テーブル３２の分割数を増やすことは考えられるが、その場合でも、半導体チップ３０が測定テーブル３２から浮いてしまう場合があり、接触抵抗の増大は避けられない。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、半導体チップなどの電子素子が如何に小型化されても、計測プローブの接触状態の良否に拘わらず、確実なケルビン接続を実現できる特性測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明は、二つの計測プローブが被測定物にケルビン接続されて構成される電子素子の特性測定装置であって、前記被測定物は、電気的に複数部分に区分された導電性を有する弾性体の上に配置され、前記計測プローブによる押圧状態下で、その特性が計測されるようになっている。
【００１０】
前記弾性体は、好ましくは、可撓性を有する弾性板である。また、前記弾性体は、弾性変形可能に測定テーブルに固着され、前記被測定物は、負圧によって前記弾性体に吸着されて保持されるよう構成されるのが好ましい。
【００１１】
また、前記測定テーブルの頂面には、被測定物の配置位置に対応する凹部が設けられ、前記凹部の中心位置には、脱気装置に連通する連通穴が設けられているのが好適である。計測プローブは、フォーシング回路側のプローブと、センシング回路側のプローブとが一体化された組合せプローブであり、薄板状の第１部と、円弧状の外周面を有する第２部とが、絶縁体を介して一体化されて構成されているのが好適である。なお、被測定物は発光ダイオード又はレーザダイオードであるのが典型的である。
【発明の効果】
【００１２】
上記した本発明によれば、被測定物は、電気的に複数部分に区分された導電性を有する弾性体の上に配置され、押圧状態下で動作特性が計測されるので、半導体チップなどの電子素子が如何に小型化されても、計測プローブの接触状態の良否に拘わらず、確実なケルビン接続を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、実施例に係る半導体チップの特性測定装置ＭＳを説明する分解斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。なお、図１（ａ）では、説明の都合上、装置各部を垂直方向に分離して図示している。
【００１４】
図示の特性測定装置ＭＳは、電気絶縁性の測定テーブル１と、測定テーブル１に固着される導電性の載置台２とで構成されている。載置台２は、適度な可撓性を有しており、その中心位置には、被測定物である半導体チップ３が、上下方向に移動可能に配置される。
【００１５】
半導体チップ３は、特に限定されないが、典型的には発光ダイオード又はレーザダイオードであり、その大きさは、例えば０．３ｍｍ×０．３ｍｍ×０．３ｍｍ程度である。これらの半導体チップ３は、アノード電極３Ａとカソード電極３Ｂとを有して構成されるが、図示例では、半導体チップ３の頂面にアノード電極３Ａが設けられ、載置台２に接触する底面にカソード電極３Ｂが設けられている。そして、アノード電極３Ａからカソード電極３Ｂに向けて通電すると、半導体チップ３は、可視域又は非可視域で発光する。
【００１６】
図１及び図２に示す通り、測定テーブル１の中心位置には、円柱穴１０が形成されている。また、円柱穴１０の中心には、上下方向に貫通する貫通穴１１が設けられ、貫通穴１１は、不図示の脱気装置に連通している。そして、計測動作時には、脱気装置によって半導体チップ３が載置台２に吸着され、その吸着状態において計測プローブＰＲが半導体チップ３のアノード電極３Ａに接触するようになっている。したがって、円柱穴１０の深さは、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度が好ましく、余り深く形成すると、半導体チップ３を載置台２に確実に吸着させることができない。同様に、貫通穴１１の口径も、直径０．３〜０．５ｍｍ程度に狭く設定するのが好適である。
【００１７】
載置台２は、この実施例では、扇状に形成された４枚のステンレス製又はりん青銅の板バネ２ａ〜２ｄによって構成されている。各板バネ２ａ〜２ｄは、互いに接触することなく円板状に配置され、加圧に応じて下方に撓むようになっている。なお、板バネ２ａ〜２ｄの離間距離は特に限定されないが、小型の半導体チップ３でも安定して載置できるようにするため、離間距離を５０μｍ以下に抑制することが好ましい。
【００１８】
板バネ２ａ〜２ｄは全て導電性を有しているが、対角線上で対向する板バネ２ａと板バネ２ｃは、センシング回路ＳＥに接続される一方、対角線上で対向する板バネ２ｂと板バネ２ｄは、フォーシング回路ＦＯに接続される（図３参照）。特に限定されるものではないが、隣接する板バネは、同一回路ではなく、実施例のように、異なる回路に接続するのが好ましい。
【００１９】
図３は、半導体チップ３に所定の直流電流Ｉｉを供給するフォーシング回路ＦＯと、通電時の半導体チップ３の両端電圧Ｖｏを計測するセンシング回路ＳＥと、半導体チップ３を移動可能に保持する載置台２（板バネ２ａ〜２ｄ）と、板バネ２ａ〜２ｄが固着される測定テーブル１との関係を示す概略回路図である。図示の通り、フォーシング回路ＦＯ、センシング回路ＳＥ、及び板バネ２ａ〜２ｄによってケルビン接続が実現されている。
【００２０】
フォーシング回路ＦＯは、定電流源ＳＯと、正負（±）のプローブＰ１ａ，Ｐ１ｂとで構成され、（−）側のプローブＰ１ｂは、板バネ２ｂと板バネ２ｄに接続されている。そして、計測動作時には、（＋）側のプローブＰ１ａが、半導体チップ３のアノード電極３Ａに接触される。
【００２１】
センシング回路ＳＥは、電圧計Ｖｏと、正負（±）のプローブＰ２ａ，Ｐ２ｂとで構成され、（−）側のプローブＰ２ｂは、板バネ２ａと板バネ２ｃに接続されている。ここで、フォーシング回路ＦＯにはｍＡオーダの電流Ｉｉが流れるが、センシング回路ＳＥにはμＡオーダの電流しか流れないので、センシング回路ＳＥにおける（＋）側のプローブＰ２ａと、アノード電極３Ａとの間の接触抵抗が問題にならないケルビン接続が実現される。
【００２２】
本実施例では、フォーシング回路ＦＯの（＋）側のプローブＰ１ａと、センシング回路ＳＥの（＋）側のプローブＰ２ａとが一体化されて、組合せプローブＰＲが実現されている。すなわち、組合せプローブＰＲは、図２（Ｂ）に示す通り、薄板状の第１部Ｐ１ａと、円弧状の外周面を有する第２部Ｐ２ａとが、絶縁体２０を介して一体化されて構成されている。
【００２３】
組合せプローブＰＲの第１部Ｐ１ａは、フォーシング回路ＦＯの（＋）側のプローブＰ１ａとして機能し、この実施例では、バネ性を有するステンレスで構成されている。そして、組合せプローブＰＲの第１部Ｐ１ａの先端は、第２部Ｐ２ａの先端よりやや長く形成され、且つ、第２部Ｐ２ａに向けて屈曲されている。
【００２４】
一方、組合せプローブＰＲの第２部Ｐ２ａは、センシング回路ＳＥの（＋）側のプローブＰ２ａとして機能し、この実施例では、タングステンカーバイトで構成されている。そして、円弧状の外周面を有すると共に、その先端は、先細に加工されている。なお、第２部Ｐ２ａの先端が、第１部Ｐ１ａの先端より、やや後退しているのは前記した通りである。
【００２５】
絶縁体２０は、例えば、薄板状に形成されたガラスエポキシ樹脂で構成されており、その表裏面に、組合せプローブＰＲの第１部Ｐ１ａと第２部Ｐ２ａが接着されている。図示の通り、組合せプローブＰＲの先端部には、絶縁体２０が存在せず、第１部Ｐ１ａと第２部Ｐ２ａとは、絶縁体２０を介在させることなく対向している。
【００２６】
続いて、以上の構成からなる特性測定装置ＭＳについて、その使用方法を説明する。特性測定装置ＭＳを使用して、半導体チップ３の特性を計測するには、先ず、ロボット機構などによって半導体チップ３を載置台２の中心位置に配置する。なお、図１（ａ）は、この配置状態を示す平面図であり、この計測動作時には、不図示の脱気装置によって半導体チップ３が載置台２に吸着されている。
【００２７】
その後、組合せプローブＰＲを降下させて、その先端を、半導体チップ３のアノード電極３Ａに接触させて適度に加圧する。すると、板バネ２ａ〜２ｄによって弾性変形可能に構成されている載置台２は、組合せプローブＰＲの加圧に対応して、やや沈み込むことになる。
【００２８】
この時、組合せプローブＰＲとアノード電極３Ａとの接触位置や加圧方向に応じて、半導体チップ３は、必ずしも垂直下方に沈み込むとは限らない。しかし、本実施例では、複数の板バネ２ａ〜２ｄが協働して半導体チップ３を支持しているので、例え、半導体チップ３が傾斜状態で沈み込んだとしても、半導体チップ３のカソード電極３Ｂと板バネ２ａ〜２ｄとの接触不良が生じることはない。
【００２９】
すなわち、本実施例では、半導体チップ３が傾斜して沈み込んでも、この沈み込み姿勢に対応して板バネ２ａ〜２ｄが弾性変形するので、接触不良の問題が生じない（図４参照）。なお、深く沈み込んだ部分では、板バネとの接触面積が減少するが、本実施例では、隣接する板バネ（２ａと２ｂ及び２ｃ）が異なる回路に接続される一方、対角線上で対面する一対の板バネ２ａ，２ｄが同一回路に接続されるので、傾斜して深く沈み込んだ部分が、板バネに強く接触することになり、接触面積の減少が問題にならない。
【００３０】
また、組合せプローブＰＲも、半導体チップ３のアノード電極３Ａに最適に接触する。すなわち、組合せプローブＰＲの第２部Ｐ２ａが剛性を有するのに対して、第１部Ｐ１ａが弾性を有しているので、組合せプローブＰＲで電極３Ａを適度に加圧すると、第１部Ｐ１ａがやや撓むことで確実な接触が実現される。また、組合せプローブＰＲの第２部Ｐ２ａについても、その剛性によって、電極３Ａの酸化膜に拘わらず確実な接触が実現される。
【００３１】
以上本発明の実施例について説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱することなく適宜な変更が可能である。例えば、実施例では、４つの弾性板２ａ〜２ｄを使用したが、２区分以上に分割された弾性体であれば本発明を実現可能である。また、実施例では、個々別々の弾性板を使用したが、図５に示すように、一枚の弾性板４０に、複数の切り込み溝ＳＬを入れて、弾性変形可能にしても良い。但し、この場合には、絶縁性の弾性板４０を使用すると共に、その中心部だけに導電膜４１を設けるなどの措置が必要となる。
【００３２】
なお、弾性板２ａ〜２ｄを測定テーブルに固着する方法としては、接着、溶着、螺着など適宜なものが選択されるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例に係る測定装置の分解斜視図と平面図である。
【図２】図１の測定装置の動作状態を説明する正面図（ａ）と、部分拡大図（ｂ）と、Ａ−Ａ断面図（ｃ）である。
【図３】図１の測定装置の動作状態を説明する等価回路である。
【図４】計測動作時の接触態様を説明する図面である。
【図５】別の測定装置の構成を説明する平面図である。
【図６】従来技術を説明する斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
ＭＳ    特性測定装置
３      被測定物
２      弾性体
ＰＲ    計測プローブ
【図１】
2008164404.tif 000003
【図２】
2008164404.tif 000004
【図３】
2008164404.tif 000005
【図４】
2008164404.tif 000006
【図５】
2008164404.tif 000007
【図６】
2008164404.tif 000008