(57)【要約】【課題】ウェハ状態での半導体装置のスイッチング特性を正確に測定することができる半導体装置の特性評価装置を提供する。【解決手段】ステージ１３０に載置固定されたウェハ１４０上には、測定対象となる不図示の素子（チップ）が形成されている。ステージ１３０は、ウェハ１４０に水平な方向で前後左右に移動可能である。プローブピン１１０ｂとステージプローブピン１５０とは、それぞれ測定回路１７０に接続されている。プローブピン１１０ｂの位置とステージプローブピン１５０の位置とを垂直方向で上下に移動させプローブピン１１０ｂとチップとを接触させることにより、測定が行われる。【選択図】        図１
2004273985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハを上面に載置するためのステージ電極と、
前記ステージ電極の上面側から前記ウェハと接触させるための上部プローブ電極と、
前記ステージ電極の下面側から前記ステージ電極と接触させるための下部プローブ電極と、
前記ステージ電極を前記ウェハに平行な方向に移動させるためのステージ電極移動手段と、
前記上部プローブ電極を前記ウェハに垂直な方向に移動させるための上部プローブ電極移動手段と、
前記下部プローブ電極を前記ウェハに垂直な方向に移動させるための下部プローブ電極移動手段と、
前記上部プローブ電極と前記下部プローブ電極との間に接続された測定回路とを備える半導体装置の特性評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の特性評価装置であって、
前記上部プローブ電極移動手段と前記下部プローブ電極移動手段とが前記ウェハを中心として対称な構造を有する
半導体装置の特性評価装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の特性評価装置であって、
前記ステージ電極が、前記ウェハを加熱するためのヒータを備える
半導体装置の特性評価装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の特性評価装置であって、
前記ステージ電極が、
絶縁性ベースと、
前記絶縁性ベースに埋め込まれ、互いに絶縁されて前記ウェハに垂直な方向に配置された複数の金属棒と
を備える半導体装置の特性評価装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の特性評価装置であって、
前記絶縁性ベースと前記複数の金属棒のなす前記ステージ電極の裏面が平らである
半導体装置の特性評価装置。
【請求項６】
請求項４に記載の半導体装置の特性評価装置であって、
前記複数の金属棒が、前記ウェハに垂直な方向に移動可能である
半導体装置の特性評価装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置の特性評価装置であって、
前記金属棒に代えて、スプリングを内蔵したスプリングピンを用いる
半導体装置の特性評価装置。
【請求項８】
請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の半導体装置の特性評価装置であって、
前記絶縁性ベースが前記ウェハに平行な複数の部分に分解できる
半導体装置の特性評価装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の半導体装置の特性評価装置であって、
前記下部プローブ電極が、
前記ウェハに電流を印加するための電極と、
前記ウェハの電圧を測定するための電極と
を備える半導体装置の特性評価装置。
【請求項１０】
請求項４乃至請求項９のいずれかに記載の半導体装置の特性評価装置であって、
前記ステージ電極が、
前記金属棒又は前記スプリングピンの各々に直列に接続された抵抗
をさらに備える半導体装置の特性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の特性評価装置に関し、特に、パワーデバイス等の電気的特性をウェハ状態で評価するためのプローバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置の特性評価装置について説明する。従来の半導体装置の特性評価装置において、プローブカードは、コネクタ電極部と、プローブピンと、ジャンパー線とを備える。コネクタ電極部の各端子は、ジャンパー線を介して各プローブピンと電気的に接続されている。測定回路と電気的に接続された差込口にコネクタ電極部が差し込まれることにより、プローブピンと測定回路とは電気的に接続される。ウェハ上には、測定対象となる不図示の素子（チップ）が形成されている。ウェハを載置固定するためのステージは、ケーブルを介して測定回路に接続される。
【０００３】
測定対象となる素子がパワーデバイス等の縦型素子である場合には、主電極の一方がウェハの表面に形成され、他方がウェハの裏面に形成される。ウェハの裏面には金等の導電性の物質が蒸着されており、またステージの表面も導電性であるので、上述のようにステージにウェハを載置固定した場合には、ウェハの裏面は測定回路に電気的に接続される。
【０００４】
次に、このように構成された従来の半導体装置の特性評価装置を用いて、ウェハ上に形成されたチップを測定する手順について説明する。まず、ウェハをステージの表面に載置固定した状態で、ステージをウェハに水平な方向に移動させて、ウェハ上に形成されている所望のチップの真上にプローブピンが位置するようにする。次に、ステージを上昇させウェハ上のチップにプローブピンを接触させる。この状態では、チップと測定回路とがプローブピンを介して電気的に接続されることになる。
【０００５】
従来の半導体装置の特性評価装置においては、以上のような手順で測定が行われていたが、以下のような問題点があった。
【０００６】
第１の問題点としては、ステージに接続されたケーブルの配線のインダクタンスが不安定であることが挙げられる。上述したように、測定においてはステージを水平方向に移動させるが、このときに、ケーブルがたわんだり伸びたりして形状が変わることにより、その配線に寄生するインダクタンスが変動する。そのため、動作時の特性（動特性）を測定するときの測定精度が低くなってしまうという問題点があった。
【０００７】
第２の問題点としては、大電流を流したときの特性（大電流特性）を測定するときの測定精度が低くなってしまう点が挙げられる。上述したように、測定対象となる素子がパワーデバイス等の縦型素子である場合には、ウェハの裏面には金等の導電性の物質が蒸着されており、またステージの表面も導電性である。ウェハをステージ表面に載置固定する場合には、ステージ及びその表面に掘られた穴や溝から、ウェハの裏面を真空吸着する。ウェハの裏面が導電性であり、またステージが導電性であるので、ステージの表面とウェハの裏面とは電気的にコンタクトする。しかし、ステージの表面とウェハの裏面とは、はんだ等で完全に密着させている訳ではない。そのためステージの表面とウェハの裏面とには、電気的なコンタクトが強い箇所と弱い箇所とが現れる。このような理由により、例えばウェハの裏面からその表面へ向かう向きに電流を流す場合には、単純にステージ表面のうち測定するチップの直下の部分からチップに電流が流れ込むのではなく、プロービングしているチップの近傍でコンタクトのより強い箇所から電流が流れだし、ステージの表面やウェハの裏面を迂回してチップの直下まで流れその後にチップ内部に流れ込む。このように、電流がステージの表面やウェハの裏面を迂回するので、その部分で電圧降下が発生し測定誤差が大きくなる。また、ステージに汚れがあったりウェハがたわんでいたりした場合には、測定データの再現性が低くなってしまう。以上のような理由から、大電流を用いてオン特性の測定を行う場合の測定精度が低くなってしまうという問題点があった。
【０００８】
特許文献１には、上述の第２の問題点を解決するために、ステージの下部に、多数のスイッチが組み込まれた選択スイッチ群を配置し測定対象となる素子の直下のスイッチのみをオンにする半導体装置の特性評価装置が示されている。特許文献１に係る半導体装置の特性評価装置において、ステージは、絶縁素材からなるステージベース部と、このステージベース部に埋め込まれた複数の電極とからなり、これらの電極には複数のケーブルがそれぞれ接続されている。ステージの下部には、多数のスイッチが組み込まれた選択スイッチ群が配置されている。これらのスイッチのオン−オフの制御は制御機構により行われる。これらのスイッチは２つの端子を有し、端子の一方はケーブルを介してウェハの裏面に接続され、端子の他方はケーブルを介して測定回路と接続される。測定手順としては、まず、ウェハをステージの表面に載置固定した状態で、ステージをウェハに水平な方向に移動させて、ウェハ上に形成されている所望のチップの真上にプローブピンが位置するようにする。次に、ステージを上昇させウェハ上のチップにプローブピンを接触させ、同時にこのチップ直下のスイッチをオンにする。これにより、ウェハ上に形成されたチップ表面のパッドは、プローブピンを介して測定回路に接続され、ウェハ裏面は、チップ直下のステージ及びスイッチを介して測定回路に接続される。このような手順で、測定が行われる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−３３３０９８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示される特性評価装置については、以下のような問題点があった。
【００１１】
まず、ステージベース部に埋め込まれた複数の電極に接続されたケーブルが、測定において形状が変わることにより、その配線に寄生するインダクタンスが変動する。即ち、前述の第１の問題点が解決されていないため、やはり動作時の特性（動特性）を測定するときの測定精度が低くなってしまう。
【００１２】
また、上述したように、測定時には、多数のスイッチが組み込まれた選択スイッチ群のうちで測定対象となる素子の直下のスイッチのみを制御機構によりオンにする必要がある。この制御機構の詳細な構造や動作は、特許文献１には記載されていないが、かなり複雑なものであると考えられる。そのため、開発にあたってはかなりの費用および時間が必要になると思われる。
【００１３】
また、パワーデバイスは、測定時に高電圧及び大電流が加えられるが、選択スイッチ群の各スイッチには、この大電圧及び大電流がそのまま加えられる。またパワーデバイスのウェハテストにおいては、耐圧試験等で高電圧が印加されるが、このパワーデバイスのガードリング部あるいはフィールドプレート部の放電等によりパワーデバイスが発振やスイッチ破壊を起こす場合が多い。その場合には強力な高電圧のノイズが発生するため、選択スイッチ群の各スイッチは直接にこのノイズにさらされることになる。このノイズは、高周波成分を多く含んでおり浮遊容量を伝ってスイッチ群近辺のいたるところ回り込むと考えられ、制御機構のうちのスイッチの制御端子と接続されている部分もこのノイズにさらされることになる。従って、選択スイッチ群およびそれを制御する制御機構において、誤動作や故障が発生する確率が高くなってしまう。また、選択スイッチ群には、ステージ電極に埋め込まれた電極と同じ数のスイッチが組み込まれるが、この数はかなり多いと考えられる。従って、上記の理由によりスイッチに誤動作や故障が発生した場合にも、発見が困難である。
【００１４】
本発明は以上の問題点を解決するためになされたものであり、ウェハ状態での半導体装置のスイッチング特性を正確に測定することができる半導体装置の特性評価装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る半導体装置の特性評価装置は、ウェハを上面に載置するためのステージ電極と、前記ステージ電極の上面側から前記ウェハと接触させるための上部プローブ電極と、前記ステージ電極の下面側から前記ステージ電極と接触させるための下部プローブ電極と、前記ステージ電極を前記ウェハに平行な方向に移動させるためのステージ電極移動手段と、前記上部プローブ電極を前記ウェハに垂直な方向に移動させるための上部プローブ電極移動手段と、前記下部プローブ電極を前記ウェハに垂直な方向に移動させるための下部プローブ電極移動手段と、前記上部プローブ電極と前記下部プローブ電極との間に接続された測定回路とを備える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１に、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の特性評価装置を示す。
【００１７】
図１において、プローブカード１１０は、コネクタ電極部１１０ａと、上部プローブ電極としてのプローブピン１１０ｂと、ジャンパー線１１０ｃとを備える。コネクタ電極部１１０ａの各端子は、ジャンパー線１１０ｃを介して各プローブピン１１０ｂと電気的に接続されている。測定回路１７０と電気的に接続された差込口１２０にコネクタ電極部１１０ａが差し込まれることにより、プローブピン１１０ｂと測定回路１７０とは電気的に接続される。ウェハ１４０上には、測定対象となる不図示の素子（チップ）が形成されている。ウェハ１４０を載置固定するためのステージ電極としてのステージ１３０には、ステージ移動手段１８０が接続される。
【００１８】
測定対象となる素子がパワーデバイス等の縦型素子である場合には、主電極の一方がウェハ１４０の表面に形成され、他方がウェハ１４０の裏面に形成される。ウェハ１４０の裏面には金等の導電性の物質が蒸着されており、またステージ１３０の表面も導電性であるので、上述のようにステージ１３０にウェハ１４０を載置固定した場合には、ウェハ１４０の裏面はステージ１３０に電気的に接続される。
【００１９】
図１において、ステージ１３０の下部には、下部プローブ電極としてのステージプローブピン１５０が、片持梁１６０に支えられ配置されている。ステージプローブピン１５０は、片持梁１６０の表面や下面に配線された不図示のケーブルや配線パターン等で、測定回路１７０に電気的に接続されている。
【００２０】
ステージ１３０は、ウェハ１４０に水平な方向で前後左右に移動可能である。また差込口１２０及び片持梁１６０は、ウェハ１４０に垂直な方向で上下に移動可能である。これらを上下に移動させた場合、差込口１２０に差し込まれ固定されているプローブカード１１０と、片持梁１６０に支えられ固定されているステージプローブピン１５０とは、上下に移動する。即ち、プローブピン１１０ｂの位置とステージプローブピン１５０の位置とを垂直方向で上下に移動させることができる。
【００２１】
次に、ウェハ１４０のプロービングの手順について説明する。
【００２２】
まず、ステージ１３０上にウェハ１４０を載置固定した状態で、ステージ１３０やウェハ１４０にプローブピン１１０ｂやステージプローブピン１５０が接触しないように、プローブピン１１０ｂを上方に移動させ、ステージプローブピン１５０を下方に移動させる。
【００２３】
次に、プローブピン１１０ｂの直下にチップ表面のパッドが位置するように、ステージ移動手段１８０を用いてステージ１３０を移動させる。このとき、ステージ１３０にはケーブルは接続されていないので、ステージ１３０の移動により配線のインダクタンスが変わることはない。
【００２４】
次に、プローブピン１１０ｂの直下にチップ表面のパッドが位置したら、プローブピン１１０ｂを下方に移動しウェハ１４０に接触させ、ステージプローブピン１５０を上方に移動しステージ１３０に接触させる。
【００２５】
この状態では、チップ表面のパッドはプローブピン１１０ｂを介して測定回路１７０に電気的に接続されている。またステージ１３０はステージプローブピン１５０を介して測定回路１７０に電気的に接続されている。
【００２６】
このように、本実施の形態に係る半導体装置の特性評価装置においては、ステージ１３０の移動により配線のインダクタンスが変わることはない。このためウェハ１４０上のどの場所をプロービングする場合においても、配線のインダクタンスが安定しており、ウェハ状態での半導体装置のスイッチング特性を正確に測定することができる。
【００２７】
＜実施の形態２＞
図２に、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の特性評価装置を示す。図２は、実施の形態１の図１において、プローブピン１１０ｂとステージプローブピン１５０とに代えて、プローブニードル２１０ｂとステージプローブニードル２５０とを用い、それぞれを上下に移動させるための手段であるプローブニードル移動手段２１１とステージプローブニードル移動手段２５１とを接続したものである。
【００２８】
プローブニードル移動手段２１１は、プローブニードル２１０ｂを固定するための上側アーム２１２と、上側アーム２１２を上下に移動させるための上側土台２１３とを有する。また上側アーム２１２は、上側ケーブル２１４を介して測定回路１７０に電気的に接続される。
【００２９】
ステージプローブニードル移動手段２５１は、ステージプローブニードル２５０を固定するための下側アーム２５２と、下側アーム２５２を上下に移動させるための下側土台２５３とを有する。また下側アーム２５２は、下側ケーブル２５４を介して測定回路１７０に電気的に接続される。
【００３０】
プローブピン移動手段２１１とステージプローブピン移動手段２５１とは、ウェハ１４０を中心として互いに対称な構造を有し、対称な動作を行う。例えば、プローブピン移動手段２１１がある速度で下降するときには、ステージプローブピン移動手段２５１は、同じ速度で上昇する。従って、上側ケーブル２１４と下側ケーブル２５４とに寄生するインダクタンスが互いに相殺し安定するので、ウェハ状態での半導体装置のスイッチング特性を測定するときの測定精度を高くすることができる。
【００３１】
このように、本実施の形態に係る半導体装置の特性評価装置においては、プローブピン移動手段１５１とステージプローブピン移動手段２５１とがウェハ１４０を中心として互いに対称な構造を有し対称な動作を行うので、ウェハ状態での半導体装置のスイッチング特性を測定するときの測定精度を高くすることができる。
【００３２】
＜実施の形態３＞
図３に、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の特性評価装置を示す。図３は、実施の形態１の図１において、ステージ１３０に代えて、ステージ３３０を用いたものである。ステージ３３０には、抵抗発熱体からなるヒータ３９０が埋め込まれ内蔵されている。ここで、ヒータ３９０は、不図示の絶縁性チューブで覆われておりステージ３３０とは絶縁されているものとする。ヒータ３９０の温度の制御を行うステージ温度制御手段３９１は、ヒータ制御端子３９２と温度モニタ端子３９３とを有する。ヒータ制御端子３９２と温度モニタ端子３９３とは、ヒータ３９０とステージ３３０の内部に埋め込まれた不図示の温度センサとにそれぞれ接続されている。ステージ温度制御手段３９１を用いてステージ３３０を加熱することにより、素子の高温での特性を測定することができる。
【００３３】
このように、本実施の形態に係る半導体装置の特性評価装置においては、ステージ３３０が抵抗発熱体からなるヒータ３９０を内蔵しているので、素子の高温での特性を測定することができる。
【００３４】
＜実施の形態４＞
図４に、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の特性評価装置を示す。この半導体装置の特性評価装置は、実施の形態１の図１に示される半導体装置の特性評価装置において、ステージ１３０とステージプローブピン１５０とに代えて、ステージ４３０とステージプローブピン４５０とをそれぞれ用いたものである。図４において、図１と同様の要素については同一の符号を付してしてあるので、それらのここでの詳細な説明は省略する。
【００３５】
図５，６，７に、ステージ電極４３０の斜上図、上面図、側面図をそれぞれ示す。ステージ電極４３０は、セラミック等の絶縁素材からなるステージベース部４３０ａと、複数の金属棒４３０ｂとからなり、ステージベース部４３０ａに複数の金属棒４３０ｂが垂直に埋め込まれている。ステージベース部４３０ａの表面はフラットであり、金属棒４３０ｂの上端もフラットである。また金属棒４３０ｂの上端の高さは、ステージベース部４３０ａの表面の高さと同じである。即ちステージ電極４３０の表面全体はフラットであり、複数の金属棒４３０ｂの上端が表出している。またステージ電極４３０の下面からは、複数の金属棒４３０ｂのの下端が表出している。図５，７において、複数の金属棒４３０ｂの下端の位置は、ステージベース部４３０ａの下面の位置よりも低くなっているが、実施の形態５において後述するように、これらの位置は同じであってもよい。
【００３６】
図８，９に、ステージ電極４３０をステージベース部４３０ａと複数の金属棒４３０ｂとに分解した場合を示す。
【００３７】
図４において、ステージ電極４３０の下部には、ステージプローブピン４５０が、片持梁１６０に支えられ配置されている。ステージプローブピン４５０は、片持梁１６０の表面や下面に配線された不図示のケーブルや配線パターン等で、測定回路１７０に電気的に接続されている。
【００３８】
ステージプローブピン４５０はプローブピン１１０ｂの直下に位置し、その上端の広さはプロービング時に必ず金属棒４３０ｂと接触するように（言い換えれば、金属棒４３０ｂと金属棒４３０ｂとの隙間にステージプローブピン４５０が入り込まないように）、金属棒４３０ｂの底面の広さやピッチよりも十分に広いものとする。
【００３９】
ステージ電極４３０は、ウェハ１４０に水平な方向で前後左右に移動可能である。また差込口１２０及び片持梁１６０は、ウェハ１４０に垂直な方向で上下に移動可能である。これらを上下に移動させた場合、差込口１２０に差し込まれ固定されているプローブカード１１０と、片持梁１６０に支えられ固定されているステージプローブピン４５０とは、上下に移動する。即ち、プローブピン１１０ｂの位置とステージプローブピン４５０の位置とを垂直方向で上下に移動させることができる。
【００４０】
次に、ウェハ１４０のプロービングの手順について説明する。
【００４１】
まず、ステージ４３０上にウェハ１４０を載置固定した状態で、ステージ４３０やウェハ１４０にプローブピン１１０ｂやステージプローブピン４５０が接触しないように、プローブピン１１０ｂを上方に移動し、ステージプローブピン４５０を下方に移動させる。
【００４２】
次に、プローブピン１１０ｂの直下にチップ表面のパッドが位置するように、ステージ移動手段１８０を用いてステージ４３０を移動させる。
【００４３】
次に、プローブピン１１０ｂの直下にチップ表面のパッドが位置したら、プローブピン１１０ｂを下方に移動し、ウェハ１４０に接触させる。また、ステージプローブピン４５０を上方に移動し、ステージ４３０に埋め込まれている金属棒４３０ｂに接触させる。
【００４４】
この状態では、チップ表面のパッドはプローブピン１１０ｂを介して測定回路１７０に電気的に接続されている。またステージ４３０に埋め込まれている金属棒４３０ｂはステージプローブピン４５０を介して測定回路１７０に電気的に接続されている。
【００４５】
このとき、測定回路１７０に電気的に接続される金属棒４３０ｂは、ステージプローブピン４５０に接触しているものだけであり、ステージプローブピン４５０に接触していない金属棒４３０ｂは電気的にオープン（フローティング）の状態になる。即ち、測定対象となるチップの直下の金属棒４３０ｂのみを測定回路１７０に電気的に接続することができるので、チップ直下の部分から電流を流すことができる。従って、実施の形態１に比べて、ウェハ１４０のうちチップ直下のより狭い部分にのみ電流を流すことができる。
【００４６】
このように、本実施の形態に係る半導体装置の特性評価装置においては、ステージ４３０は、セラミック等の絶縁素材からなるステージベース部４３０ａと、複数の金属棒４３０ｂとからなり、ステージベース部４３０ａに複数の金属棒４３０ｂが垂直に埋め込まれている。従って、チップ直下から電流を流すことができるので、実施の形態１の効果に加えて、大電流特性（静特性）を精度よく測定することができるという効果を有する。さらに前述の特許文献１に記載の半導体装置の特性評価装置と比較して簡易な構造であるため、誤動作や故障の発生確率を低く抑えることができる。
【００４７】
＜実施の形態５＞
図１０〜１３に、本発明の実施の形態５に係る半導体装置の特性評価装置におけるステージ５３０の上面図、側面図、下面図、断面図をそれぞれ示す。ステージ５３０は、実施の形態４の図４において、ステージ４３０の複数の金属棒４３０ｂの下端の高さをステージベース部４３０ａの下面の高さと同じにしたものである。図１３は、図１２のＡ−Ａ断面図である。図１０〜１３において、図４と同様の要素については同一の符号を付してしてあるので、それらのここでの詳細な説明は省略する。
【００４８】
図４に示されるステージ４３０のように、複数の金属棒４３０ｂの下端の位置がステージベース部４３０ａの下面の位置よりも低くなっていると、金属棒４３０ｂが細い場合には、ステージ４３０の下面から飛び出した金属棒４３０ｂがステージプローブピン４５０に接触したときに折損してしまうことがある。そのため、折損しないように金属棒４３０ｂを太くする必要があり、ステージ４３０に埋め込むことのできる金属棒４３０ｂの本数がその分だけ少なくなってしまう。しかし、金属棒４３０ｂの下端の位置をステージベース部４３０ａの下面の位置と同じにすることにより、金属棒４３０ｂが折損することがなくなるため、金属棒４３０ｂを細くすることができる。従って、ステージ４３０に埋め込むことのできる金属棒２３０ｂの本数を多くすることができる。
【００４９】
このように、本実施の形態に係る半導体装置の特性評価装置においては、ステージ５３０に埋め込まれた複数の金属棒５３０ｂの下端の位置とステージベース部４３０ａの下面の位置とが同じであるので、実施の形態４の効果に加えて、ステージ５３０に埋め込むことのできる金属棒５３０ｂの本数を多くすることができるという効果を有する。
【００５０】
＜実施の形態６＞
図１４に、本発明の実施の形態６に係る半導体装置の特性評価装置におけるステージ６３０の断面図を示す。ステージ６３０は、実施の形態４の図４において、ステージ４３０の金属棒４３０ｂに代えて金属棒６３０ｂを用いたものである。図１４において、図４と同様の要素については同一の符号を付してしてあるので、それらのここでの詳細な説明は省略する。
【００５１】
図１５に、金属棒６３０ｂの形状を示す。金属棒６３０ｂは、円柱状の棒６３０ｂｂの両端に節６３０ｂａを取り付けた形状となっている。また図１６に、ステージベース部６３０ａのうちの金属棒６３０ｂが埋め込まれる部分に形成された穴６３０ｃの断面図を示す。穴６３０ｃは、節の部分６３０ｃａと細い部分６３０ｃｂとからなる。即ち穴６３０ｃは、太さが異なる円柱状の穴が２つ重なった形状になっている。
【００５２】
金属棒６３０ｂの節６３０ｂａは、穴６３０ｃの細い部分６３０ｃｂよりも太く、図１４に示すように、ステージプローブピン４５０がステージ６３０裏面に接触していない状態では、金属棒６３０ｂは穴６３０ｃの中に隠れている。図１７に示すように、ステージプローブピン４５０がステージ６３０裏面に接触すると、ステージプローブピン４５０に押されることにより金属棒６３０ｂが押し上げられウェハ１４０裏面に押しつけられる。これにより、金属棒６３０ｂを確実にウェハ１４０裏面とステージプローブピン４５０とに接触させることができる。
【００５３】
このように、本実施の形態に係る半導体装置の特性評価装置においては、金属棒６３０ｂと穴６３０ｃとが、それぞれ節６３０ｂａと節の部分６３０ｃａとを有する構造であり、金属棒６３０ｂが上下動作を行うので、金属棒６３０ｂを確実にウェハ１４０裏面とステージプローブピン４５０とに接触させることができるという効果を有する。
【００５４】
＜実施の形態７＞
図１８に、本発明の実施の形態７に係る半導体装置の特性評価装置におけるステージ７３０の断面図を示す。ステージ７３０は、実施の形態６の図１４において、ステージ６３０の金属棒６３０ｂに代えてスプリングピン７３０ｂを用いたものである。図１８において、図１４と同様の要素については同一の符号を付してしてあるので、それらのここでの詳細な説明は省略する。
【００５５】
図１９に、スプリングピン７３０ｂの形状を示す。スプリングピン７３０ｂは、細い棒に節を設けた構造であるプランジャ７３０ｂａと、バレル７３０ｂｂとからなる。バレル７３０ｂｂには不図示のスプリングが内蔵されており、プランジャ７３０ｂａは、押されることによりバレル７３０ｂｂの中に入り込む構造になっている。また図２０に、ステージベース部７３０ａのうちのスプリングピン７３０ｂが埋め込まれる部分に形成された穴７３０ｃの断面図を示す。穴７３０ｃは、節の部分７３０ｃａと細い部分７３０ｃｂとからなる。即ち穴７３０ｃは、太さが異なる円柱状の穴が２つ重なった形状になっている。
【００５６】
スプリングピン７３０ｂの節７３０ｂａは、穴７３０ｃの細い部分７３０ｃｂよりも太く、図１８に示すように、ステージプローブピン４５０がステージ７３０裏面に接触していない状態では、金属棒７３０ｂは穴７３０ｃの中に隠れている。図２１に示すように、ステージプローブピン４５０がステージ７３０裏面に接触すると、ステージプローブピン４５０に押されることによりスプリングピン７３０ｂが押し上げられスプリングピン７３０ｂがウェハ１４０裏面に押しつけられる。これにより、実施の形態６と同様に、スプリングピン７３０ｂを確実にウェハ１４０とステージプローブピン４５０とに接触させることができる。但し、本実施の形態においては、プランジャ７３０ｂａによりウェハ１４０裏面に掛けられる圧力は、バレル７３０ｂｂに内蔵される不図示のスプリングにより緩衝される。従って、過度の圧力が掛けられることによりウェハ１４０が破損されることを防ぐことができる。また、プローブピン１１０ｂの下面（ウェハ１４０との接触面）に多少の凹凸があった場合や、スプリングピン７３０ｂの高さや穴７３０ｃの節の部分７３０ｃａの深さにばらつきがあった場合にも、スプリングピン７３０ｂを確実にウェハ１４０裏面とステージプローブピン４５０とに接触させることができる。
【００５７】
このように、本実施の形態に係る半導体装置の特性評価装置においては、金属棒６３０ｂに代えてスプリングピン７３０ｂを用いるので、実施の形態６の効果に加えて、過度の圧力が掛けられることによりウェハ１４０が破損されることを防ぐことができるという効果を有する。また、プローブピン１１０ｂの下面に多少の凹凸があった場合や、スプリングピン７３０ｂの高さや穴７３０ｃの節の部分７３０ｃａの深さにばらつきがあった場合にも、スプリングピン７３０ｂを確実にウェハ１４０裏面とステージプローブピン４５０とに接触させることができるという効果を有する。
【００５８】
＜実施の形態８＞
図２２に、本発明の実施の形態８に係る半導体装置の特性評価装置におけるステージ８３０の断面図を示す。ステージ８３０は、実施の形態６の図１４において、ステージ６３０のステージベース部６３０ａを、２つに分解できるようにしたものである。
【００５９】
図２３に示すように、ステージ８３０のステージベース部８３０ａを、ステージベース上部８３０ａａとステージベース下部８３０ａｂとに分解することにより金属棒８３０ｂを容易に取り出すことができる。図２３に示すように、金属棒８３０ｂは、節８３０ｂａの上端と下端とに棒８３０ｂｂと棒８３０ｂｃとをそれぞれ取り付けた形状となっている。ステージベース上部８３０ａａには、金属棒８３０ｂの棒８３０ｂｂが埋め込まれる部分に穴８３０ｃａが形成される。ステージベース下部８３０ａｂには、金属棒８３０ｂの節８３０ｂａと棒８３０ｂｃとが埋め込まれる部分に、節の部分８３０ｃｂａと細い部分８３０ｃｂｂとからなる穴８３０ｃｂが形成される。即ち穴８３０ｃｂは、太さが異なる円柱状の穴が２つ重なった形状になっている。ここで節の部分８３０ｃｂａは、ステージベース下部８３０ａｂにではなくステージベース上部８３０ａａに形成されてもよい。
【００６０】
図２３に示すように、金属棒８３０ｂの節８３０ｂａは、穴８３０ｃｂの細い部分８３０ｃｂｂよりも太い。従って、ステージベース上部８３０ａａとステージベース下部８３０ａｂとの間に金属棒８３０ｂを挿入し組み立てることにより、接着剤等を使用することなく機械的に、金属棒８３０ｂをステージ８３０に固定することができる。
【００６１】
このように、本実施の形態に係る半導体装置の特性評価装置においては、ステージベース８３０ａがステージベース上部８３０ａａとステージベース下部８３０ａｂとに分解できるので、金属棒８３０ｂを容易に取り出すことができる。従って、金属棒８３０ｂが破損した場合等に、容易に取り替えることができるという効果を有する。
【００６２】
＜実施の形態９＞
図２４〜２６に、本発明の実施の形態９に係る半導体装置の特性評価装置におけるステージ９３０の断面図を示す。ステージ電極９３０は、実施の形態７の図１８において、ステージ７３０のステージベース部７３０ａを、実施の形態８の図２２に示されるステージベース部８３０ａのように２つに分解できるようにしたものである。図２６において、図１８と同様の要素については同一の符号を付してしてあるので、それらのここでの詳細な説明は省略する。
【００６３】
図２４，２５に示すように、ステージ９３０のステージベース部９３０ａを、ステージベース上部９３０ａａとステージベース下部９３０ａｂとに分解することができる。即ちステージ９３０は、実施の形態７に係るステージ７３０と実施の形態８に係るステージ８３０とを組み合わせたものである。穴９３０ｃａ，９３０ｃｂと節の部分９３０ｃｂａと細い部分９３０ｃｂｂとが、実施の形態８における穴８３０ｃａ，８３０ｃｂと節の部分８３０ｃｂａと細い部分８３０ｃｂｂとに対応している。図２６に、ステージプローブピン４５０をステージ７３０裏面に接触させた様子を示す。
【００６４】
このように、本実施の形態に係る半導体装置の特性評価装置においては、実施の形態７の効果に加えて、実施の形態８の効果を有する。
【００６５】
＜実施の形態１０＞
図２７に、本発明の実施の形態１０に係る半導体装置の特性評価装置の断面図を示す。図２７は、実施の形態７の図１８において、ステージプローブピン４５０を、ステージプローブピン１０５０に代えたものである。図２７において、図１８と同様の要素については同一の符号を付してしてあるので、それらのここでの詳細な説明は省略する。
【００６６】
ステージプローブピン１０５０は、チップに電流を印加するためのステージプローブピンフォース１０５０ａと、チップの電圧を測定するためのステージプローブピンセンス１０５０ｂとからなる。ステージプローブピンフォース１０５０ａとステージプローブピンセンス１０５０ｂとの２本を用いることにより、ケルビン測定を行うことができるので、測定精度を高くすることができる。
【００６７】
また実施の形態７に限らず、実施の形態１〜９において、ステージプローブピン４５０をステージプローブピン１０５０に代えてもよい。
【００６８】
このように、本実施の形態に係る半導体装置の特性評価装置においては、ステージプローブピン１０５０は、ステージプローブピンフォース１０５０ａとステージプローブピンセンス１０５０ｂとからなるので、ケルビン測定を行うことができ測定精度を高くすることができるという効果を有する。
【００６９】
＜実施の形態１１＞
図２８は、本発明の実施の形態１１に係る半導体装置の特性評価装置を示した等価回路図である。図２８は、実施の形態４の図４において、ステージ４３０の金属棒４３０ｂに、抵抗１１３０ｅを接続したものである。ここで各抵抗１１３０ｅは、同一の抵抗値を有する。この抵抗値は、ウェハ１４０裏面と金属棒４３０ｂとの接触抵抗値やステージプローブピン４５０と金属棒４３０ｂとの接触抵抗値よりも、十分大きいものとする。これにより、ウェハ１４０裏面と金属棒４３０ｂとの接触抵抗値やステージプローブピン４５０と金属棒４３０ｂとの接触抵抗値にばらつきがあった場合にも、各金属棒４３０ｂに流れる電流値を等しくすることができる。
【００７０】
また実施の形態４に限らず、実施の形態５〜１０において、ステージプローブピン４５０をステージプローブピン１０５０に代えてもよい。
【００７１】
このように、本実施の形態に係る半導体装置の特性評価装置においては、金属棒４３０に、抵抗１１３０ｅを接続しているので、各金属棒４３０ｂに流れる電流値を等しくすることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１に記載の発明に係る半導体装置の特性評価装置は、ウェハを上面に載置するためのステージ電極と、前記ステージ電極の上面側から前記ウェハと接触させるための上部プローブ電極と、前記ステージ電極の下面側から前記ステージ電極と接触させるための下部プローブ電極と、前記ステージ電極を前記ウェハに平行な方向に移動させるためのステージ電極移動手段と、前記上部プローブ電極を前記ウェハに垂直な方向に移動させるための上部プローブ電極移動手段と、前記下部プローブ電極を前記ウェハに垂直な方向に移動させるための下部プローブ電極移動手段と、前記上部プローブ電極と前記下部プローブ電極との間に接続された測定回路とを備えるので、ウェハ状態での半導体装置のスイッチング特性を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の特性評価装置を示す図である。
【図２】実施の形態２に係る半導体装置の特性評価装置を示す図である。
【図３】実施の形態３に係るステージを示す上面図である。
【図４】実施の形態４に係る半導体装置の特性評価装置を示す図である。
【図５】実施の形態４に係るステージを示す斜上図である。
【図６】実施の形態４に係るステージを示す上面図である。
【図７】実施の形態４に係るステージを示す側面図である。
【図８】実施の形態４に係るステージベース部を示す斜上図である。
【図９】実施の形態４に係る金属棒を示す図である。
【図１０】実施の形態５に係るステージを示す上面図である。
【図１１】実施の形態５に係るステージを示す側面図である。
【図１２】実施の形態５に係るステージを示す下面図である。
【図１３】実施の形態５に係るステージを示す断面図である。
【図１４】実施の形態６に係るステージを示断面す図である。
【図１５】実施の形態６に係る金属棒を示す断面図である。
【図１６】実施の形態６に係る穴を示す断面図である。
【図１７】実施の形態６に係るステージを示す断面図である。
【図１８】実施の形態７に係るステージを示す断面図である。
【図１９】実施の形態７に係る金属棒を示す断面図である。
【図２０】実施の形態７に係る穴を示す断面図である。
【図２１】実施の形態７に係るステージを示す断面図である。
【図２２】実施の形態８に係るステージを示す断面図である。
【図２３】実施の形態８に係るステージを示す断面図である。
【図２４】実施の形態９に係るステージを示す断面図である。
【図２５】実施の形態９に係るステージを示す断面図である。
【図２６】実施の形態９に係るステージを示す断面図である。
【図２７】実施の形態１０に係るステージを示す断面図である。
【図２８】実施の形態１１に係るステージを示す等価回路図である。
【符号の説明】
１１０  プローブカード、１１０ａ  コネクタ電極部、１１０ｂ  プローブピン、１１０ｃ  ジャンパー線、１２０  差込口、１３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０，８３０，９３０  ステージ、１４０  ウェハ、１５０，４５０，１０５０  ステージプローブピン、１６０  片持梁、１７０  測定回路、１８０  ステージ移動手段、２１０ｂ  プローブニードル、２１１  プローブニードル移動手段、２１２  上側アーム、２１３  上側土台、２１４  上側ケーブル、２５０  ステージプローブニードル、２５１  ステージプローブニードル移動手段、２５２  下側アーム、２５３  下側土台、２５４  下側ケーブル、３９０  ヒータ、３９１  ステージ温度制御手段、３９２  ヒータ制御端子、３９３温度モニタ端子、４３０ａ，６３０ａ，７３０ａ，８３０ａ，９３０ａ  ステージベース部、４３０ｂ，５３０ｂ，６３０ｂ，８３０ｂ  金属棒、６３０ｂａ，８３０ｂａ  節、６３０ｂｂ，８３０ｂｂ，８３０ｂｃ，９３０ｂｂ  棒、６３０ｃ，７３０ｃ，８３０ｃａ，８３０ｃｂ，９３０ｃａ，９３０ｃｂ  穴、６３０ｃｂ，７３０ｃｂ，８３０ｃｂｂ，９３０ｃｂｂ  節の部分、６３０ｃｂ，７３０ｃｂ，８３０ｃｂｂ，９３０ｃｂｂ  細い部分、８３０ａａ，９３０ａａステージベース上部、８３０ａｂ，９３０ａｂ  ステージベース下部、７３０ｂ  スプリング、７３０ｂａ  バレル、７３０ｂｂ  プランジャ、１０５０ａ  ステージプローブピンフォース、１０５０ｂ  ステージプローブピンセンス、１１３０ｅ  抵抗。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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