(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極手段（１０３）の上に置かれた半導体デバイス（２００，２１０）の複数の端子（２０１ａ〜ｌ）のうちのいずれか１つの端子に、接地された第２の電極手段（１２）に取り付けられた接触針（１０１）を接触せしめ、
前記接触針が前記いずれか１つの端子に接触した後に、接地側が前記第２の電極手段に接続された高電圧発生手段（Ｅ）からの高電圧を高抵抗（Ｒ１）を介して前記第１の電極手段に印加して前記半導体デバイスに存在するストレイ・キャパシティ（Ｃｓ）に充電せしめ、
充電時間経過後に前記第１の電極手段と接地手段とを接続して前記ストレイ・キャパシティに蓄えられた電荷を放電する
半導体デバイスの静電破壊試験方法。
【請求項２】
前記充電時間経過後も前記高電圧発生手段からの高電圧を前記第１の電極手段に印加する請求項１記載の半導体デバイスの静電破壊試験方法。
【請求項３】
前記充電時間経過後は前記高電圧発生手段からの高電圧を前記第１の電極手段に印加しない請求項１記載の半導体デバイスの静電破壊試験方法。
【請求項４】
前記接触針を前記いずれか１つの端子に接触せしめるための位置合わせを、平行平板に金属パターン部（８１ａ，８１ｂ）が形成された平行平板コンデンサ手段（８０）の前記平行平板上を前記接触針を移動せしめて前記金属パターン部と非金属パターン部とを移動するときの前後の静電容量の変化量に基づいて行う場合に、前記金属パターン部の形状が左右および上下ともに対称に直線により形成されたものである請求項１、２または３記載の半導体デバイスの静電破壊試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体デバイスの静電破壊試験方法と装置に関する。具体的には、半導体デバイスとくに半導体集積回路についての静電気の放電による破壊耐量の測定の信頼性を高めることができる半導体デバイスの静電破壊試験方法と装置を提供せんとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の高密度化、微細化が進むにつれ、その端子数はますます増加し、各端子間の間隔もより狭くなっている。これに伴い、半導体集積回路が静電気の放電により破壊または劣化（以下、単に「破壊」という）する可能性も増大している。そのため、半導体集積回路が静電気放電に対してどの程度の耐性を有するかを、市場に出回る前にあらかじめ評価しておくことが必要となる。そこで、半導体集積回路の信頼性試験のなかでも、静電気放電に対する破壊耐量を測定する静電破壊試験の重要性が、近時とみに指摘されているところである。
【０００３】
ここで、実際に半導体集積回路の搬送時や電子機器への実装時などにおいて静電破壊が発生するモード（態様）には、大別してつぎの２つがある。
【０００４】
１つは、半導体集積回路自体は静電気は帯電していないが、静電気が帯電した他の物体が半導体集積回路の近くに存在する場合に発生するモードである。すなわち、外部の帯電物体が、半導体集積回路の端子に接触して放電が起こり、これにより半導体集積回路が破壊するモードである。このモードには、外部帯電物体が人体や機械である場合が代表的なものとしてあり、それぞれ「人体モデル」、「機械モデル」と呼ばれている。
【０００５】
もう１つは、半導体集積回路自体が摩擦や誘導などにより帯電している場合に発生するモードである。すなわち、電荷が蓄えられている半導体集積回路の端子に、外部の導体が接触したときに起こる放電によって、半導体集積回路が破壊するモードである。このモードは、半導体デバイス自体が帯電していることから、「デバイス帯電モデル」と呼ばれている。
【０００６】
このデバイス帯電モデルをシミュレーション化して、半導体デバイスにおける充放電を行う静電破壊試験装置が、従来より提案されている。図１０は、このような従来の静電破壊試験装置（従来例１）の構成概念を示すものである（特開昭５７−８０５７７号公報参照）。
【０００７】
図１０において、１０３は、試験対象である半導体デバイス２００を載せてこれに帯電せしめるための板状の金属電極である。この帯電用の金属電極１０３には、高電圧を発生する高電圧電源Ｅからの高電圧（たとえば１０００ボルト）が、スイッチＳＷ１および高抵抗値（たとえば１００メグオーム）の抵抗Ｒ１の直列接続を介して印加される。高抵抗値の抵抗Ｒ１を用いるのは、半導体デバイス２００への帯電が高速過ぎて、帯電時に半導体デバイス２００が破壊されないように、時間をかけて帯電させるためである。
【０００８】
他方、金属電極１０３の上方には、半導体デバイス２００の各端子２０１ａ〜ｌに接触するための、金属製の針状材である接触針１０１と、この接触針１０１が取り付けられた電極板１０２により構成されるプローブ部１００が配置されている。このプローブ部１００は、Ｘ軸方向（図面上で左右方向）、Ｙ軸方向（紙面に垂直方向）およびＺ軸方向（図面上で上下方向）において移動可能となっている。
【０００９】
プローブ部１００における電極板１０２としては、一般に円板状の金属導体が用いられており、大地の電位に維持するため接地されている。そして、電極板１０２の下面側の中心に接触針１０１が取り付けられている。また、電極板１０２と高電圧電源Ｅの接地側とは接続されている。
【００１０】
つぎに、以上のように構成された装置の使用方法について説明する。まず、試験対象である半導体デバイス２００を金属電極１０３の上に固定して置く。図１０では、ＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）型の半導体デバイス２００が示されており、各端子２０１ａ〜ｌが上を向くようにして金属電極１０３上に置く。このとき、電極板１０２の接触針１０１は、半導体デバイス２００の端子２０１ａ〜ｌより離しておく。
【００１１】
そこで、スイッチＳＷ１を閉じて、高電圧電源Ｅからの高電圧を、抵抗Ｒ１および金属電極１０３を介して半導体デバイス２００に印加する。その後、プローブ部１００を下降せしめて接触針１０１を半導体デバイス２００のいずれかの端子（たとえば端子２０１ｌ）に接触せしめる。
【００１２】
図１１は、以上の方法を用いた場合の半導体デバイス２００における電位分布を示すものである。図１１（ａ）は、電極板１０２の接触針１０１が半導体デバイス２００の端子２０１ｌに接触していない状態で、スイッチＳＷ１（図１０）が閉じて金属電極１０３に＋１０００ボルトの電圧が印加されているときの電位分布を示している。
【００１３】
この状態においては、接触針１０１と端子２０１ｌとは接触していないので、ここで回路はオープンとなり、半導体デバイス２００のチップ２０３とパッケージ２０２との間のストレイ・キャパシティ（漂遊容量）Ｃｓの両端には電位差はない。すなわち、端子２０１ｌの電位は、金属電極１０３と同じく＋１０００ボルトである。これは、半導体デバイス２００が空中で帯電している状態をシミュレートしているものと考えることができる。
【００１４】
図１１（ｂ）は、金属電極１０３に＋１０００ボルトの電圧が印加されている状態において、接触針１０１が端子２０１ｌに接触したときの電位分布を示している。接触針１０１が端子２０１ｌに接触すると、その瞬間に端子２０１ｌを介してチップ２０３の電位は０ボルトとなり、ストレイ・キャパシティＣｓは１０００ボルトに充電される。この充電の瞬間におけるストレスによりチップ２０３（主として金属電極１０３の近傍）が破壊することがある。なお、充電は、実は接触針１０１と端子２０１ｌとの接触の直前に、空気を通して行われると考えられている。
【００１５】
接触針１０１と端子２０１ｌとの接触による充電が完了すれば、試験は終了する。そこで、接触針１０１を半導体デバイス２００の端子２０１ｌより離す。以上の手順による試験を繰り返す場合は（一般に試験は３回繰り返す）、その前に、半導体デバイス２００におけるストレイ・キャパシティＣｓは１０００ボルトに充電されているので、蓄えられている電荷を放電する除電を行う。
【００１６】
上記方法を用いた、設定された電圧による試験が完了したならば、半導体デバイス２００の特性試験を行う。その場合、出力電圧が可変の高電圧電源Ｅを用いて、試験対象である半導体デバイス２００への印加電圧を順次変え、その都度特性試験を行えば、半導体デバイス２００が破壊する電圧を知り、破壊耐量を知ることができるのである。
【００１７】
図１２は、他の従来例（従来例２）の構成概念を示すものである（特公平５−６６８号公報参照）。ここで、図１０に示した構成要素に対応する構成要素については、図１０における符号と同一の符号を付している。以下、図１０に示した従来例１の構成と異なるところを説明する。
【００１８】
図１２において、１１３は、試験対象である半導体デバイス２００を置くための金属板であり、接地されている。また、プローブ部１１０は、接触針１０１と、電極板１０２と、これらを接続するためのスイッチＳＷ１１と、接触針１０１に接続された高抵抗値の抵抗Ｒ１とにより構成され、抵抗Ｒ１は高電圧電源Ｅに接続されている。
【００１９】
そこで、このように構成された装置の使用方法について説明する。まず、試験対象である半導体デバイス２００を金属板１１３の上に固定して置く。ついで、スイッチＳＷ１１を開いたままプローブ部１１０を下降して、半導体デバイス２００の１つの端子２０１ｌに、接触針１０１を接触せしめる。接触針１０１が端子２０１ｌに接触したならば、高電圧電源Ｅからの高電圧を、抵抗Ｒ１を介して半導体デバイス２００に印加して充電する。
【００２０】
充電時間（一般には、数ミリ秒から数十ミリ秒で充分である）が経過したならば、スイッチＳＷ１１を閉じる。すると、半導体デバイス２００に蓄えられた電荷は、接地された電極板１０２に急速に放電される。
【００２１】
図１３は、以上の方法を用いた場合の半導体デバイス２００における電位分布を示すものである。図１３（ａ）は、スイッチＳＷ１１が開いた状態において、半導体デバイス２００の端子２０１ｌに接触針１０１が接触して＋１０００ボルトの電圧が印加されているときの電位分布を示している。すなわち、チップ２０３は、端子２０１ｌを介して＋１０００ボルトに充電されている。したがって、チップ２０３とパッケージ２０２との間のストレイ・キャパシティＣｓは、１０００ボルトで充電されている。
【００２２】
図１３（ｂ）は、スイッチＳＷ１１を閉じて、ストレイ・キャパシティＣｓに蓄えられた電荷を急速に放電したときの電位分布を示している。ＳＷ１１を閉じると、チップ２０３の電位は急速に０ボルトになり、その結果、ストレイ・キャパシティＣｓの電荷が急速に放電される。この急速放電時に、半導体デバイス２００の破壊が発生するのである。
【００２３】
このように放電される電流の波形を観測する場合は、この従来例２では、スイッチＳＷ１１と電極板１０２との間に、インダクタンス成分を無視することができる低抵抗値（通常１オーム）の抵抗を配し、その両端に同軸ケーブルを接続して、抵抗に流れる放電電流の波形をオシロスコープにより観測している。
【００２４】
なお、この種の試験装置では、装置間で測定結果にばらつきが生じないようにするために、通常放電電流波形を観測して、ピーク値、パルス幅、振動周期、振動の減衰時定数などを、装置間で比較してその間の相関をとる。その場合、半導体デバイス２００の代わりに、プリント基板を用いた所定の容量（４ピコファラドまたは３０ピコファラド）の平行平板コンデンサを試料として使用して、放電電流波形が一定の規格範囲内に入っていることを、定期的に確認することが義務づけられている（たとえば、日本電子機械工業会暫定規格  ＥＩＡＪ  ＥＤＸ−４７０２）。
【００２５】
図１４は、原理的には図１２の従来例２の構成を用い、これに改良を加えた他の従来例（従来例３）の要部の構成を示すものである（特許公報第２６２７９９２号参照）。ここで、図１２に示した構成要素に対応する構成要素については、図１２における符号と同一の符号を付している。
【００２６】
図１４において、図１２に示した従来例２の構成と異なるところを説明する。この従来例３では、絶縁体１２１に固定された金属体１２０を、接地された金属板１１３と間隔をおいて中間アースとして配置している。試験対象の半導体デバイス２００は、この金属体１２０の上に置かれる。そして、この金属体１２０は、低抵抗値の複数の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介して金属板１１３と接続されている。複数の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値は、全体として１オーム程度である。放電電流波形を観測する場合は、同軸ケーブル１３０の中心導体１３１を、複数の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２に囲まれるように金属体１２０の下面中央に接続し、外部導体１３２は金属板１１３に接続する。
【００２７】
上記のような構成を用いているのは、図１２の従来例２におけるようなスイッチＳＷ１１と電極板１０２との間に低抵抗体を配して波形観測をする方法では、スイッチＳＷ１１、抵抗Ｒ１および両者の結合に付随するストレイ・キャパシティからの放電電流をも検出してしまうので、これを回避するためである。
【００２８】
図１５は、以上の構成を用いた場合に得られる放電電流波形の一例を示す波形図である。図中の垂直軸（電流軸）の１ＤＩＶ（１目盛り）は４アンペア、水平軸（時間軸）の１ＤＩＶは１ナノ秒であり、放電電流は極めて高速である。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
以上、各従来例１，２，３について説明した。しかし、まず、図１０に示した従来例１によると、つぎのような解決すべき課題がある。すなわち、第１に、試験をする半導体デバイス２００のチップ２０３（図１１）は、空気中で浮いている状態なので、周囲の帯電物体の影響を受けやすい。影響を受ければ、試験を繰り返し行った場合に、印加する試験電圧は同一でも半導体デバイス２００の帯電量が異なることになり、試験結果にばらつきが生ずる。また、たとえば、印加された試験電圧では、本来は半導体デバイス２００は破壊しないのに、その電圧では破壊されるものと誤って評価してしまうような可能性もある。
【００３０】
第２に、半導体デバイス２００への充電は、既述したように、プローブ部１００の接触針１０１が、半導体デバイス２００の端子２０１ｌに接触する直前に空気を通して行われる。そのため、充電電流は、接触針１０１および端子２０１ｌそれぞれの接点部の形状、接触針１０１の接近速度や接近角度、あるいは湿度などの環境条件により、解析不能な複雑な影響を受ける。繰り返して試験を行った場合に、充電電流のピーク値が、統計的な平均値に対して５０パーセント以上もばらつくこともある。また、接触針１０１や半導体デバイス２００の端子２０１ｌそれぞれの接点の酸化による汚染も、繰り返して試験を行った場合に充電電流のばらつきの原因となる。
【００３１】
第３に、半導体デバイス２００の各端子２０１ａ〜ｌ間の間隔が狭くなると、プローブ部１００の接触針１０１の先端を、各端子２０１ａ〜ｌのうちの１つに正しく接触させることが困難になる。複数の端子２０１ａ〜ｌに接触してしまうことも起こり得る。
【００３２】
第４に、微細な各端子２０１ａ〜ｌに対応せしめるために、接触針１０１の先端を鋭利に加工すると、充電時の電流のエネルギーにより、接触針１０１の先端が溶解あるいは変形してしまう。これは、試験装置としての信頼性を著しく低下せしめるものである。
【００３３】
第５に、１回の試験が完了した後に続けてさらに試験を行う場合は、その前に、半導体デバイス２００のストレイ・キャパシティＣｓに蓄えられた電荷を放電しておく必要がある。そのため、余分な作業ステップが多くなり、試験時間が長くなってしまう。以上のような解決すべきいくつかの課題が、図１０に示した従来例１にはあった。
【００３４】
これに対して、図１２に示した従来例２によれば、試験対象の半導体デバイス２００は、接地された金属板１１３の上に置かれ、充電は端子２０１ｌを介して行われる。そのため、半導体デバイス２００の帯電量は、周囲の帯電物体の影響を受けることがない。したがって、繰り返して試験をしても、ばらつきのない試験結果を期待することができる。
【００３５】
また、放電用のスイッチＳＷ１１を、空気中で開閉する機械式の接点スイッチではなく、接点が真空または不活性ガスの中にあるリード・スイッチなどを用いれば、接点の汚染や環境条件等の影響を受けることのない試験が可能である。さらに、半導体デバイス２００の端子２０１ｌに接触針１０１が接触したことを検出してから充電するので、端子数が多いあるいは端子間隔が狭い半導体デバイス２００の試験に適している。
【００３６】
しかしながら、この従来例２では、接触針１０１にスイッチＳＷ１１と抵抗Ｒ１が接続されている。そのため、スイッチＳＷ１１と電極板１０２との間に低抵抗体を配して放電電流の波形観測をすると、スイッチＳＷ１１、抵抗Ｒ１および両者の結合に付随するストレイ・キャパシティからの放電電流をも検出してしまう。
【００３７】
その結果、試験対象の半導体デバイス２００がもつ容量が小さいとき、あるいは、義務づけられている定期的な放電波形の確認の際に、容量が４ピコファラドの平行平板コンデンサを用いたときには、スイッチＳＷ１１等に付随するストレイ・キャパシティのほうが割合が大きくなり、測定誤差が大きく生じてしまうという解決すべき課題が、従来例２にはあった。
【００３８】
その点、試験対象の半導体デバイス２００と、接地された金属板１１３（図１４）との間に、中間アースとして金属体１２０を配置した従来例３によれば、スイッチＳＷ１１等に付随するストレイ・キャパシティからの放電電流を検出することはない。
【００３９】
しかし、中間アースとしての金属体１２０の寸法が、試験をする半導体デバイス２００の寸法と一致したものでなければ、測定誤差が増大する可能性がある。図１５に示した放電電流波形は、金属体１２０の寸法が、半導体デバイス２００の寸法と一致していないため波形歪みがある例である。パルスの立ち下がり部分が低速となっているが、本来は減衰振動波形が求められるところである。
【００４０】
ところが、半導体デバイス２００の形状および大きさは、多種多様である。したがって、これに対応して形状および大きさが異なる多くの金属体１２０を用意するとすれば、コスト要因となる。しかも、半導体デバイス２００の形状等が異なるごとに、別の金属体１２０を装着し直さなければならないという煩わしさも伴う。以上のような解決課題が、図１４に示した従来例３にはあった。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するために、本発明はなされたものである。そのために、本発明では、第１の電極の上に置かれた半導体デバイスの複数の端子のいずれか１つに、接地された第２の電極に取り付けられた接触針を接触せしめる。この接触針がいずれか１つの端子に接触した後に、接地側が第２の電極に接続された高電圧電源からの高電圧を、高抵抗を介して第１の電極に印加して半導体デバイスに存在するストレイ・キャパシティに充電せしめる。そして、充電時間経過後に、第１の電極と接地手段とを接続して半導体デバイスに存在するストレイ・キャパシティに蓄えられた電荷を放電するようにした。
【００４２】
また、ストレイ・キャパシティに電荷が蓄えられた半導体デバイスからの放電電流を検出するための手段として、接触針と第２の電極との間に、低抵抗値（たとえば、１オーム）の抵抗を配するようにもした。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１に示し説明する。ここで、図１は、本実施の形態の構成概念を示しており、図１０に示した構成要素に対応する構成要素については、図１０における符号と同一の符号を付している。以下では、図１０および図１２に示した各従来例１，２の構成と異なるところを説明する。
【００４４】
図１において、図１０に示した従来例１の構成と異なるところは、半導体デバイス２００への帯電用の金属電極１０３と、高電圧電源Ｅの接地配線とを接続するためのスイッチＳＷ２を、放電用として配していることである。このスイッチＳＷ２を接続する電気経路は、高周波インピーダンスを含め、できるだけ低インピーダンスとするのが望ましい。もっとも、スイッチＳＷ２を閉じた瞬間に生ずる放電電流は、実際には配線のみを通るのではなく、空気中を変位電流となって伝わることが知られている。すなわち、放電用の電極板１２と、金属電極１０３と、これに置かれた半導体デバイス２００とは、相互に容量で結合されているため、放電電流の主成分は、結合された容量を流れる。したがって、インピーダンスを低くするために、金属電極１０３からスイッチＳＷ２を介しての電極板１２までの接続経路を、とくに短くする必要は、必ずしもない。
【００４５】
他方、図１２に示した従来例２では、接触針１０１にスイッチＳＷ１１と抵抗Ｒ１がそれぞれ接続されている。これに対して、本発明では、このようなスイッチＳＷ１１や抵抗Ｒ１が、接触針１０１に接続されていない点が、従来例２の構成とは異なっている。その他の基本的な構成は、従来例１と同じである。
【００４６】
つぎに、以上のように構成された本装置の使用方法について、図２のフローチャートを用いて説明する。ここで、試験を開始するにあたっては、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２を開放にし、半導体デバイス２００のすべての端子２１０ａ〜ｌより電極板１２の接触針１０１を離しておく。なお、半導体デバイス２００を金属電極１０３に固定するに当たって、半導体デバイス２００の端子２０１ａ〜ｌと金属電極１０３との間隔が狭く、充電中に放電が起きる可能性がある場合は、両者の間に絶縁シートを挿入する。
【００４７】
図２において、まず、電極板１２の接触針１０１と、半導体デバイス２００の試験をする端子２０１ｌとの位置合わせをした後、図示されてはいない駆動機構によりプローブ部１０を下降して、試験をする端子２０１ｌに接触針１０１を接触せしめる（Ｓ１）。ついで、スイッチＳＷ１を閉じて、高電圧電源Ｅからの高電圧を抵抗Ｒ１を介して半導体デバイス２００に印加して充電する（Ｓ２）。充電されるのは、半導体デバイス２００のチップとパッケージ２０２との間に存在するストレイ・キャパシティである。
【００４８】
充電時間（一般に数ミリ秒から数十ミリ秒）が経過したならば、スイッチＳＷ２を閉じて、ストレイ・キャパシティに蓄えられた電荷を、金属電極１０３の電位を０ボルトに下げることにより放電する（Ｓ３）。放電電流は、すべて接触針１０１が接触している端子２０１ｌを通して流れる。このことは、放電電流波形の検出と重要な関連性を有する。これについては後述する。
【００４９】
ここで、放電時は、スイッチＳＷ１は閉じたまま、高電圧を印加しておくほうがよい。半導体デバイス２００における電位分布が、他の帯電物体や周囲の環境条件などの影響を受けないからである。また、高電圧を印加したままでも、抵抗Ｒ１の抵抗値は極めて高いので、放電電流に与える影響を無視することができる。なお、放電電流波形の定期的な測定が義務づけられていることは、既述の通りである。
【００５０】
放電が完了したならば、スイッチＳＷ１を開いてからスイッチＳＷ２を開く（Ｓ４）。そこで、同一の端子２０１ｌについてさらに試験を行うか否かが問われ（Ｓ５）、さらに行うのであれば（Ｓ５ＹＥＳ）、ステップＳ２からの作業を繰り返し、行わないのであれば（Ｓ５ＮＯ）、試験をした端子２０１ｌより接触針１０１を離す（Ｓ６）。
【００５１】
そこで、他の端子２０１ａ〜ｋについて試験を行うか否かが問われ（Ｓ７）、行うのであれば（Ｓ７ＹＥＳ）、ステップＳ１からの作業を繰り返し、行わないのであれば（Ｓ７ＮＯ）、作業を終了する。
【００５２】
図３は、以上の方法による試験時の半導体デバイス２００における電位分布を示すものである。図３（ａ）は、スイッチＳＷ１を閉じスイッチＳＷ２を開いた状態で、半導体デバイス２００の端子２０１ｌに接触針１０１が接触して＋１０００ボルトの電圧が印加されているときの電位分布を示している。すなわち、チップ２０３とパッケージ２０２との間のストレイ・キャパシティＣｓには、チップ２０３側を０ボルトとして、パッケージ２０２側に＋１０００ボルトが充電されている。
【００５３】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した状態でスイッチＳＷ２を閉じて、ストレイ・キャパシティＣｓに蓄えられた電荷を急速に放電したとき、すなわち金属電極１０３の電位を強制的に０ボルトにしたときの電位分布を示している。ストレイ・キャパシティＣｓには電荷は残っていない。
【００５４】
以上のように、同一の試験電圧（＋１０００ボルト）を半導体デバイス２００に印加すれば、本発明に係る装置によっても、図１０の従来例１および図１２の従来例２によっても、半導体デバイス２００の破壊に関係するストレスの量は、同じである。ただし、本発明に係る装置による場合と図１０の従来例１による場合とでは、電流の極性は逆になっている。
【００５５】
しかし、図１０の従来例１では、電極板１０２の接触針１０１が、半導体デバイス２００の端子２０１ｌと接触していない状態で、スイッチＳＷ１を閉じて半導体デバイス２００に高電圧を印加する。これにより、パッケージ２０２およびチップ２０３全体に同一の高電圧を帯電させる。その後、プローブ部１０を下降し、接触針１０１が半導体デバイス２００の端子２０１ｌに接触する瞬間に、パッケージ２０２とチップ２０３との間に存在するストレイ・キャパシティＣｓが充電される。この充電によるストレスにより、すでに述べたように、半導体デバイス２００が破壊されるのである。
【００５６】
これに対して、本発明による装置では、あらかじめ接触針１０１を半導体デバイス２００の端子２０１ｌに接触させておいて、スイッチＳＷ１を閉じてパッケージ２０２とチップ２０３との間のストレイ・キャパシティＣｓに充電する。その後、スイッチＳＷ２を閉じて、ストレイ・キャパシティＣｓに蓄えられた電荷を放電させる。この放電によるストレスにより、半導体デバイス２００が破壊するのである。したがって、本発明による装置と図１０の従来例１とでは、半導体デバイス２００へのストレスの加わり方は、全く異なるものである。
【００５７】
図４は、本実施の形態におけるプローブ部１０の具体的な構成を示すものである。ここで、図４は、プローブ部１０の構成を示す部分断面図である。
【００５８】
図４において、プローブ部１０には、接地電位を与える電極板１２と、プリント基板２０と、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ４０を用いた撮像装置とが、主要な構成要素として搭載されている。これらはすべて相互に固定されており、図示されてはいない位置制御ロボットに取り付けられて、Ｘ軸方向（図面上で左右方向）、Ｙ軸方向（紙面に垂直方向）およびＺ軸方向（図面上で上下方向）において、移動可能となっている。
【００５９】
とりわけ上下移動については、プローブ部１０はスライド機構に取り付けられ、接触針１０１の先端が半導体デバイス２１０の端子に接触したことが検出されると、それ以後は端子への押圧力が制限されるようになっている。その構成は、本願出願人が出願した特願平４−７２８２６号（特許第２６２７９９２号）に示されている。
【００６０】
このような構成を用いている結果、接触針１０１にスプリング特性を持たせる必要がない。スプリング特性を持った接触針は、その内部に小さなコイル・スプリングが用いられている。そのため、１ナノ秒以下の高速のパルスを歪みなく通すには充分な信頼性が得られていない。
【００６１】
プローブ部１０における電極板１２には、ここでは両面プリント基板が用いられている。パルス幅が１ナノ秒以下の信号は、厚めの金属導体板を用いても、電流の表皮効果により電流が流れるのは、下面の表面部およびその極近傍のみである。したがって、両面プリント基板で充分であり、重量も軽くすることができる。ただし、高周波における伝送インピーダンスを安定的に下げるために、両面プリント基板の銅箔表面を酸化しにくい金などでめっきしておく。
【００６２】
また、電極板１２は、円板状に形成されている。そして、その中央部に設けられたスルー・ホールに、放電電流を検出するための低抵抗値（たとえば、１オーム）のディスク抵抗が取り付けられ、その上方には、波形観測用の同軸ケーブルを接続するための同軸コネクタのジャック２１が取り付けられている。この放電電流を検出するための構成の詳細は、図５に示されている。
【００６３】
図５（ａ）（部分断面図）において、電極板１２に設けられたスルー・ホール１３の周面には、ディスク抵抗１４の外部電極１６が、はんだ付け等により接続されている。他方、ディスク抵抗１４の中心孔には、円錐台状の接続金具１８が嵌合してディスク抵抗１４の内部電極１５と接続している。この接続金具１８の下部側に軸心に沿って設けられた孔部に、接触針１０１が嵌合して取り付けられている。したがって、接触針１０１は、ディスク抵抗１４を介して電極板１２と接続されている。接続金具１８を用いているのは、接触針１０１の径よりもディスク抵抗１４の中心孔の径のほうが大きいためである。
【００６４】
また、図５（ｂ）に示すように、接続金具１８の上部側に軸心に沿って設けられた小径の孔部に、同軸コネクタのジャック２１の中心導体２２が差し込まれて接続されている。ジャック２１の外部導体は、電極板１２の表面にはんだ付け等により接続され、スルー・ホール１３を介してディスク抵抗１４の外部電極１６と接続されている。このような構成から、放電電流の波形観測用の同軸ケーブルは、電極板１２の上方側から接続される。したがって、電極板１２の下方側で接続する場合に生ずる、装置の構成部材などへの同軸ケーブルのからみつきを避けることができる。
【００６５】
そこで、波形観測用の同軸ケーブルのプラグをジャック２１に差し込めば、前述のように、放電電流はすべて接触針１０１と接触している半導体デバイス２００の端子２０１ｌを通るので、放電電流が観測されることになる。なお、放電電流の検出用の抵抗としては、ディスク抵抗１４を用いるのが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６６】
ここで、接触針１０１とディスク抵抗１４との間には、図１２に示した従来例２におけるようなスイッチＳＷ１１や高抵抗値の抵抗Ｒ１が含まれていない。したがって、スイッチＳＷ１１、抵抗Ｒ１および両者の結合に付随するストレイ・キャパシティからの余分な放電電流を含まない、真に半導体デバイス２００からの放電電流のみを検出することができる。このことは、試験装置間の相関をとるときに極めて有意義である。
【００６７】
図７は、半導体デバイス２００の代わりに、平行平板コンデンサを金属電極１０３の上に置き、これからの放電電流の波形を、周波数帯域が１ギガヘルツのオシロスコープにより記録したものである。図における電流軸の１ＤＩＶは４アンペア、時間軸の１ＤＩＶは０．５ナノ秒である。図１４の従来例３による場合の波形（図１５）と比較して、好ましい振動減衰波形である。
【００６８】
図４において、固定具４４に固定されたＣＣＤカメラ４０は、接触針１０１と半導体デバイス２１０の端子との位置合わせのために用いられる。このＣＣＤカメラ４０のヘッド４１には、必要な焦点距離を得るための接写アダプタ４２が取り付けられ、接写アダプタ４２には所要の拡大倍率を得るためのレンズ４３が取り付けられている。
【００６９】
ＣＣＤカメラ４０を用いた撮像装置の下方には、リング状の基板５０に円状に取り付けられた複数の発光ダイオード５１ａ，５１ｂが、照明装置としてその先端が電極板１２に設けた同数の小孔を通して突き出すように配置されている。本装置を用いて試験をする場合は、電極板１２と半導体デバイス２１０との間の間隔が１０ミリメートル程度となる。そのため、電極板１２における各発光ダイオード５１ａ，５１ｂに囲まれた部位に設けた孔部を介して、ＣＣＤカメラ４０により撮像した場合、画像が暗くなるので、これに対処するためである。
【００７０】
このような撮像装置とともにプローブ部１０を構成するプリント基板２０は、電極板１２に固定されている。ここには、基準電位（接地電位）と電極板１２との接続をオン・オフするためのスイッチＳＷ３と、ＣＣＤカメラ４０を用いての位置合わせに関連して駆動される容量変化検出回路３０と、この容量変化検出回路３０と電極板１２との接続をオン・オフするためのスイッチＳＷ４と、容量変化検出回路３０とスイッチＳＷ４を放電回路より高周波的に分離するための抵抗Ｒ２とが配設されている。
【００７１】
スイッチＳＷ３と抵抗Ｒ２の取り付け部は、電極板１２の両面の導通を確保するためスルー・ホール加工となっている。なお、容量変化検出回路３０の構成は、本願出願人の出願に係る実用新案登録第３０１１１０１号において示したものと同一であり、その説明は省略する。
【００７２】
また、図４では、絶縁台６０に固定された金属電極１０３に載せられた半導体デバイス２１０の四周に、平面形状がロ字状の支持部材７０が置かれている。これは、各端子が水平方向に延びたフラット・パッケージ型の半導体デバイス２１０にあっては、上方から接触針１０１が端子に接触したときに、端子が曲がってしまう。これを防ぐため、支持部材７０により各端子を支えるようにしている。
【００７３】
つぎに、ＣＣＤカメラ４０および容量変化検出回路３０を用いての接触針１０１と半導体デバイス２１０の端子との位置合わせの方法について説明する。
【００７４】
図６（ａ）は、この位置合わせに用いる平行平板コンデンサ８０の平面図である。図中の斜線部分は、金めっきを施した金めっきパターン８１ａ，８２，８３であり、中央に大きく占める正方形の金めっきパターン８１ａの中央部には、円形の非めっき部分があり、この円には十字マークが描かれている。また、この金めっきパターン８１ａと同じ大きさの金めっきパターン８１ｂが、図６（ｂ）に示すように、平行平板コンデンサ８０の裏面にも設けられている。ただし、裏面の金めっきパターン８１ｂは、その全面に金めっきが施されており、中央部に円形の非めっき部分はない。
【００７５】
図６（ａ）において、平行平板コンデンサ８０の２つの隅に小さく設けられた各金めっきパターン８２，８３には、それぞれ「Ｔ」および「１」の文字の非めっき部分がある。ＣＣＤカメラ４０（図４）をプローブ部１０に固定するに際しては、焦点距離が合っていることと、ＣＣＤカメラ４０の軸心を中心とする回転角度を的確に調節することが必要である。
【００７６】
そこで、ＣＣＤカメラ４０をプローブ部１０に固定するに当たっては、「Ｔ」または「１」の文字に焦点を合わせ、かつ、文字の上下関係が正しいものとなるようにする。上下関係が分かるものであれば、「Ｔ」や「１」以外の文字、あるいは記号などであってもよい。なお、この操作は、一度行えば修理直後など以外では必要でない場合が多く、その場合は省略することができる。
【００７７】
ＣＣＤカメラ４０が正しく固定されたならば、コンピュータのキー・ボードを使ってプローブ部１０を移動せしめ、平行平板コンデンサ８０の表面中央部の十字マークを探す。そこで、モニター画面上に表示されている十字マークと、平行平板コンデンサ８０の十字マークとが一致する位置を見い出したならば、その位置の座標値（Ｘom，Ｙom）を、ＣＣＤカメラ４０の光軸の中心点の座標値として、コンピュータに登録しておく。
【００７８】
つぎに、充放電用の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２（図１）をそれぞれ開放した状態で、プローブ部１０のスイッチＳＷ３を開き、スイッチＳＷ４を閉じて、容量変化検出回路３０を駆動せしめる。そこで、接触針１０１のＹ座標値（図１上で紙面に垂直方向、図６上で上下方向）を、平行平板コンデンサ８０のほぼ中央（正確に中央でなくてよい）に固定しておいて、プローブ部１０を左右に移動せしめて、接触針１０１で平行平板コンデンサ８０を接触せしめ、金めっきパターン８１ａと左右の非めっき部分との境界の各Ｘ座標値（Ｘ1およびＸ2）を探す。金めっきパターン８１ａに接触針１０１が接触すると、非めっき部分に接触するときよりも、その前後の静電容量の変化が大きいので、これを容量変化検出回路３０により検出する。
【００７９】
同様にして、接触針１０１のＸ座標値を、平行平板コンデンサ８０のほぼ中央に固定しておいて、Ｙ軸方向に接触針１０１を移動せしめて、金めっきパターン８１と上下の非めっき部分との境界の各Ｙ座標値（Ｙ1およびＹ2）を探す。
【００８０】
金めっきパターン８１ａは、左右および上下とも対称に形成されているので、平行平板コンデンサ８０の中心点の座標値（Ｘc，Ｙc）は、次式により求められる。
Ｘc＝（Ｘ1＋Ｘ2）／２
Ｙc＝（Ｙ1＋Ｙ2）／２
【００８１】
また、ＣＣＤカメラ４０の光軸の中心点の座標値（Ｘom，Ｙom）と、接触針１０１の軸心の座標値との差（Ｘo，Ｙo）は、次式により求められる。
Ｘo＝Ｘom−Ｘc
Ｙo＝Ｙom−Ｙc
【００８２】
この座標値の差（Ｘo，Ｙo）をコンピュータに登録しておけば、ＣＣＤカメラ４０を用いて半導体デバイス２１０の端子に焦点を合わせた後、座標値の差（Ｘo，Ｙo）だけプローブ部１０を移動せしめれば、接触針１０１と半導体デバイス２１０の端子との接触状態を、直接に画面でモニターできなくとも、相互の接触を試験装置に知らせることができる。さらに、容量変化検出回路３０を併用すれば、確実に接触したことを確認したうえで、半導体デバイス２１０に試験電圧を印加することができる。
【００８３】
以上の接触針１０１と半導体デバイス２１０の端子との位置合わせの方法は、本願出願人の出願に係る実用新案登録第３０１１１０１号において示されたものと基本的に同じである。ただ、実用新案登録第３０１１１０１号では、位置合わせ用の平行平板コンデンサの金めっきパターンが、円形に形成されている。
【００８４】
しかし、たとえば、円形の金めっきパターンの端部をかすめるように、金めっきパターン上を僅かな距離だけ接触針１０１を走査せしめた場合は、平行平板コンデンサの中心点の座標値を求めるための平均値に誤差が生ずる可能性がある。
【００８５】
この点、金めっきパターン８１ａを正方形に形成すれば、平行平板コンデンサ８０の辺が、プローブ部１０の駆動系に対して平行となるように置かれている限り、金めっきパターン８１ａのいずれの部位を接触針１０１を走査せしめても、金めっき部分を走査する距離は一定である。したがって、平行平板コンデンサ８０の中心点の座標値を、正確に求めることが可能である。プローブ部１０の駆動系に対する平行平板コンデンサ８０の辺の平行度は、駆動系に対する平行度が確保されていれば、容量変化検出回路３０の検出量が一定であり、確保されていなければ一定でないので、容易に確認することができる。なお、図６では、金めっきパターン８１ａが正方形である場合を示した。しかし、これに限定されるものではなく、その他にも、対向する２組の辺がそれぞれ平行である長方形など、左右および上下ともにが対称である、直線により形成された形状であればよい。
【００８６】
つぎに、以上のような構成のプローブ部１０を含めての本実施の形態における装置の使用方法について、図８および図９のフローチャートにより説明する。なお、試験を開始するに当たっては、各スイッチＳＷ１〜４（図１，図４）を開放とし、プローブ部１０の接触針１０１を半導体デバイス２１０の端子より離しておく。また、以下では、プローブ部１０の接触針１０１と半導体デバイス２１０の端子との位置合わせは、完了しているものとする。
【００８７】
図８において、まず、プローブ部１０におけるスイッチＳＷ４（図４）を閉じて容量変化検出回路３０を駆動して稼働状態にする（Ｓ１１）。そこで、プローブ部１０を試験端子に向けて下降し、接触針１０１を試験端子に接触せしめる（Ｓ１２）。この接触により、容量変化検出回路３０は容量変化を検出し、接触針１０１と端子との接触を検出する。同時に、プローブ部１０の下降停止のタイミングを検出する。
【００８８】
ついで、容量変化検出回路３０の動作を禁止して、スイッチＳＷ４を開きスイッチＳＷ３を閉じる（Ｓ１３）。その後、高電圧電源Ｅ（図１）よりプログラムされている高電圧（たとえば、１０００ボルト）を出力する（Ｓ１４）。
【００８９】
そこで、スイッチＳＷ１を閉じ、抵抗Ｒ１を介して半導体デバイス２１０のストレイ・キャパシティＣｓに充電する（Ｓ１５）。充電時間が経過したならば、スイッチＳＷ２を閉じてストレイ・キャパシティＣｓに蓄えられた電荷を放電する（Ｓ１６）。このとき、波形観測用の同軸ケーブルを同軸コネクタのジャツク２１に接続して、充分な帯域（少なくとも１ギガヘルツ）と表示機能を有するオシロスコープにつなげば、放電電流波形を観測することができる。
【００９０】
放電が完了したならば、スイッチＳＷ１を開いてから、スイッチＳＷ２を開く（Ｓ１７、図９）。そこで、同一の端子についてさらに試験を行うか否かが問われ（Ｓ１８）、さらに行うのであれば（Ｓ１８ＹＥＳ）、ステップＳ１５（図８）からの作業を繰り返し、行わないのであれば（Ｓ１８ＮＯ）、プローブ部１０を上昇させて、接触針１１を試験端子より離す（Ｓ１９）。そして、各スイッチＳＷ３，ＳＷ４を開く（Ｓ２０）。
【００９１】
そこで、他の端子について試験を行うか否かが問われ（Ｓ２１）、行うのであれば（Ｓ２１ＹＥＳ）、ステップＳ１１（図８）からの作業を繰り返し、行わないのであれば（Ｓ２１ＮＯ）、作業を終了する。
【００９２】
以上においては、スイッチＳＷ１（図１）を閉じたままの状態、すなわち高電圧電源Ｅからの高電圧を半導体デバイス２００，２１０に印加したままの状態で、そのストレイ・キャパシティＣｓに蓄えられた電荷を放電する場合について述べた。しかし、試験対象である半導体デバイス２００，２１０の近くに帯電物体が存在しないなどの周囲の環境条件が充足されていれば、充電時間が経過した後に、スイッチＳＷ１を開いてからスイッチＳＷ２を閉じるようにしてもよい。
【００９３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によるならば、半導体デバイスの端子に放電用の電極板の接触針を接触せしめてから充電を行うので、端子間隔が狭い半導体デバイスを試験する場合であっても、半導体デバイスに確実に充電することができる。
【００９４】
しかも、従来例１では、接触針と半導体デバイスの端子との接触の直前に充電が行われるため、接触針および端子それぞれの接点部の形状、接触針の接近速度あるいは湿気などによって、充電電流にばらつきが生ずる。これに対して、本発明では、接触針と端子との接触後に充電を行うので、充電電流のばらつきを回避することが可能である。
【００９５】
また、接触針と放電用の電極板との間に低抵抗値の抵抗を配し、その両端に同軸ケーブルを接続して、放電電流を検出するようにしたことから、従来例２におけるような余分な放電電流を検出することはなく、真に半導体デバイスのストレイ・キャパシティからの放電電流のみを検出することができる。すなわち、静電破壊にかかわる放電電流の波形の忠実な測定が可能であり、デバイス帯電モデルの忠実なシミュレーション化が実現される結果、試験装置としての信頼性が著しく高められる。
【００９６】
そのうえ、従来例３におけるような半導体デバイスの寸法と、中間アースとしての金属体の寸法との不一致による放電電流の測定誤差、あるいは、これに対処しようとする場合に避けられないコストアップや装置を使用するうえでの煩わしさといったこともない。したがって、半導体デバイスの静電破壊試験に本発明がもたらす効果は、極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す構成概念図である。
【図２】図１に示した静電破壊試験装置の使用方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示した静電破壊試験装置により充放電を行った場合の半導体デバイスにおける電位分布を説明するための説明図である。
【図４】図１に示した実施の形態におけるプローブ部の具体的な構成を示す部分断面図である。
【図５】図４に示したプローブ部の要部の構成を示す構成図である。
【図６】図４に示した接触針と半導体デバイスの端子との位置合わせに用いる平行平板コンデンサの構成を示す構成図である。
【図７】図５に示した構成により検出される放電電流の波形を示す波形図である。
【図８】図４に示した構成を含む図１に示した静電破壊試験装置の使用方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８とともに図４に示した構成を含む図１に示した静電破壊試験装置の使用方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来例１の構成を示す構成概念図である。
【図１１】図１０に示した従来例１により充電を行った場合の半導体デバイスにおける電位分布を説明するための説明図である。
【図１２】従来例２の構成を示す構成概念図である。
【図１３】図１２に示した従来例２により充放電を行った場合の半導体デバイスにおける電位分布を説明するための説明図である。
【図１４】従来例３の要部の構成を示す構成図である。
【図１５】図１４に示した構成により検出される放電電流の波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１０  プローブ部
１２  電極板
１３  スルー・ホール
１４  デイスク抵抗
１５  内部電極
１６  外部電極
１７  中心孔
１８  接続金具
２０  プリント基板
２１  ジャック
２２  中心導体
３０  容量変化検出回路
４０  ＣＣＤカメラ
４１  ヘッド
４２  接写アダプタ
４３  レンズ
４４  固定具
５０  基板
５１ａ，５０ｂ  発光ダイオード
６０  絶縁台
７０  支持部材
８０  平行平板コンデンサ
８１ａ，８１ｂ，８２，８３  金めっきパターン
１００  プローブ部
１０１  接触針
１０２  電極板
１０３  金属電極
１１０  プローブ部
１１３  金属板
１２０  金属体
１２１  絶縁体
１３０  同軸ケーブル
１３１  中心導体
１３２  外部導体
２００  半導体デバイス
２０１ａ〜２０１ｌ  端子
２０２  パッケージ
２０３  チップ
２１０  半導体デバイス
Ｃｓ  ストレイ・キャパシティ
Ｅ  高電圧電源
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１，Ｒ１２  抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷ１１  スイッチ
【図１】
0004329087.tif 000002
【図２】
0004329087.tif 000003
【図３】
0004329087.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004329087.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004329087.tif 000010
【図１０】
0004329087.tif 000011
【図１１】
0004329087.tif 000012
【図１２】
0004329087.tif 000013
【図１３】
0004329087.tif 000014
【図１４】
0004329087.tif 000015
【図１５】
0004329087.tif 000016