探針裝置的製作方法

2023-06-14 15:30:11

專利名稱：探針裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於進行功率器件(power device)的電特性檢查的探針裝置(探測裝置)，更詳細而言，例如涉及能夠以晶片級測量以絕緣柵雙極電晶體(IGBT)、二極體為代表的功率器件的電特性的探針裝置。
背景技術：
功率器件作為各種電源和汽車的電裝(electric fitting)關聯的開關元件等,或者作為產業設備的電裝關聯的開關元件等的通用性正在提高。功率器件比通常的半導體元件更耐高壓、電流更大、並且更加高速、高頻率化。作為功率器件，存在IGBT、二極體、功率三級管、功率M0SFET、晶閘管(thyristor)。這些功率器件，在對各自的靜態特性和動態特性 (開關特性)進行電特性檢查之後，將它們根據用途分別作為電子部件進行安裝。例如將二極體與功率MOSFET並聯連接，作為電動機等的開關元件使用。二極體在陽極與陰極的接合部具有耗盡層，存在因該耗盡層而損害二極體本來的開關功能的情況。特別是，如果在流動有電流IF時對二極體施加反向電壓，則例如如圖13中的實線(理想值)所示那樣電流急劇下降達到0點。然而，實際上在耗盡層殘存有少量的載流子，因此如果在該狀態下施加電壓，則如圖13中的實線所示那樣流動較大的反向電流Ik，在達到最大的反向電流值Iip之後，回復到0點。從最大的反向電流值Iip起回復到其1/10的電流值為止的時間被定義為反向恢復時間(Reverse-Recovery-TimeHit1j作為二極體的開關特性優選反向恢復時間短。另外，在反向恢復時間較長的情況下，根據使用條件不同二極體有時會被破壞。另外，反向電流的電流變化(di/dt)越急劇電流就越大,二極體越容易被破壞，將這種破壞稱為di/dt破壞。由此，在專用的測定器上逐個安裝二極體並測定電流變化時產生的二極體的電流變化(di/dt)，評價各個作為開關元件的二極體的可靠性。

發明內容
發明要解決的課題因此，本申請人反覆研究了以下方法使用例如圖14所示的探針裝置，對於形成有多個功率器件的半導體晶片，在保持晶片狀態不變的情況下，測定包含在各個功率器件中的二極體的電流變化(di/dt)。圖14所示的探針裝置110包括輸送半導體晶片的裝載室(loader chamber);和進行從裝載室輸送的半導體晶片的電特性檢查的探測器室111(prober chamber ),在晶片狀態下進行功率器件的電特性檢查。如圖14所示，探測器室111包括載置半導體晶片W的能夠移動的載置臺112 ;和配置在載置臺112的上方的探針卡(probe card) 113。在載置臺112的表面形成有由金等導電性金屬構成的導電膜電極，該導電膜電極通過電纜114與檢測器115電連接。另外，探針卡113具有與半導體晶片W的各個電極墊開爾文連接的多個探針對113A，探針對113A通過各條力線116F和讀出線(感應線)116S與檢測器115電連接。通過將探針對113A開爾文連接，能夠消除由其與電極墊的接觸電阻和各線116FU16S的內部電阻引起的測定誤差。
如上所述，在半導體晶片W形成有多個功率器件。多個功率器件各自具有例如並聯連接的MOSFET (或IGBT)和二極體，作為開關元件使用。在半導體晶片W的上表面形成有MOSFET的柵極電極和源極電極，在下表面形成有漏極電極。與該漏極電極接觸的載置臺112的導體膜電極也成為漏極電極。與該漏極電極連接的電纜114具有力線114F和讀出線114S，在載置臺112的導體膜電極，以開爾文連接的狀態與檢測器115連接。此外，在IGBT的情況下，各電極構成為柵極電極、集電電極和發射電極。使用探針裝置110以晶片狀態測定功率器件的開關特性時，移動載置有半導體晶片W的載置臺112，將載置臺112上的半導體晶片W與多個探針對113A電連接，當通過柵極G側的探針對113A接通功率器件時，基於對功率器件的柵極電極施加的電壓，電流從漏極電極(集電電極)的電纜114流向源極電極(發射電極)。然而，連接載置臺112的漏極電極(集電電極)和檢測器115的電纜114較長，在電纜114的電感變大，例如每IOcm電纜增加IOOnH的電感，因此如果使用探針裝置110以微秒單位測定電流變化(di/dt)，則如圖13中虛線(現狀值)所示那樣電流變化較小而大幅偏 根據情況不同而發生破損。另外，也存在當功率器件斷開時，對漏極電極(集電電極)與源極電極(發射電極)間施加異常的浪湧電壓而使得功率器件破損的情況。本發明是為了解決上述問題而完成的，其目的在於提供能夠以晶片級可靠地測定功率器件的靜態特性和動態特性(開關特性)的探針裝置。用於解決課題的手段本發明的第一方面的探針裝置，其特徵在於，包括載置形成有多個包括二極體的功率器件的被檢查體且能夠移動的載置臺；配置於上述載置臺的上方的具有多個探針的探針卡；和測定部，在至少在上述載置臺的載置面形成的導體膜電極與在載置於該導體膜電極的上述被檢查體的背面形成的導體層導通的狀態下，使上述探針與上述被檢查體電接觸來測定上述功率器件的電特性，在測定上述功率器件的電特性時，將上述載置臺的上述導體膜電極與上述測定部電連接的導通部件介於(位於)上述探針卡的外周緣部與上述載置臺的外周緣部之間。此外，本發明的第二方面的探針裝置，是在第一方面的探針裝置中，上述導通部件設置於上述探針卡，與上述載置臺的上述導體膜電極電接觸。此外，本發明的第三方面的探針裝置，是在第一方面或第二方面的探針裝置中，上述導通部件具有彈性(彈力)。此外，本發明的第四方面的探針裝置，是在第一方面 第三方面的探針裝置中，上述探針和上述導通部件均與上述測定部進行開爾文連接。此外，本發明的第五方面的探針裝置，是在第一方面 第四方面的探針裝置中，上述載置臺的上述導體膜電極構成為測定電極。此外，本發明的第六方面的探針裝置，是在第一方面 第五方面的探針裝置中，上述載置臺具有溫度調節機構。此外，本發明的第七方面的探針裝置，其特徵在於，包括載置形成有多個包括二極體的功率器件的被檢查體且能夠移動的載置臺；配置於上述載置臺的上方且具有多個探針的探針卡；和測定部，在至少在上述載置臺的載置面和周面形成的導體膜電極與在載置於該導體膜電極的上述被檢查體的背面形成的導體層導通的狀態下，使上述探針與上述被檢查體電接觸來測定上述功率器件的電特性，上述探針裝置設置有導通機構，在測定上述功率器件的電特性時，該導通機構將在上述載置臺的上述周面形成的上述導體膜電極與上述測定部電連接。此外，本發明的第八方面的探針裝置，是在第七方面的探針裝置中，上述導通機構包括基端部與在上述載置臺的上述周面形成的上述導體膜電極連接的引線導體；與上述引線導體的前端部導通自如地形成的連接端子；介於上述探針卡與上述載置臺之間的導體；和將上述連接端子與上述導體電連接或者解除上述連接端子與上述導體的連接的致動器。此外，本發明的第九方面的探針裝置，是在第七方面的探針裝置中，上述導通機構包括引線導體，其基端部與在上述載置臺的上述周面形成的上述導體膜電極連接，且沿著上述載置臺的上述周面設置有多個；連接端子，以與上述多個引線導體的各個引線導體的前端部導通自如的方式形成有多個；介於上述探針卡與上述載置臺之間的環狀導體；和致動器，其將多個上述連接端子與上述環狀導體電連接，或者解除多個上述連接端子與上述 環狀導體的連接，上述致動器設置有多個。此外，本發明的第十方面的探針裝置，是在第八方面或第九方面的探針裝置中，上述致動器構成為使上述連接端子擺動的擺動機構。此外，本發明的第十一方面的探針裝置，是在第八方面或第九方面的探針裝置中，上述致動器構成為使上述連接端子升降的升降機構。此外，本發明的第十二方面的探針裝置，是在第七方面的探針裝置中，上述導通機構包括圓筒狀導體，其相對於在上述載置臺的上述周面形成的上述導體膜電極以與上述導體膜電極導通自如的方式升降；連接端子，其在上述圓筒狀導體沿著周向隔開規定間隔地設置有多個；介於上述圓筒狀導體與上述探針卡之間的環狀導體；和致動器，其使上述圓筒狀導體相對於上述環狀導體升降而分別將多個上述連接端子與上述環狀導體電連接或者解除多個上述連接端子與上述環狀導體的連接。此外，本發明的第十三方面的探針裝置，是在第七方面的探針裝置中，上述導通機構包括與在上述載置臺的上述周面形成的上述導體膜電極電連接、且設置於沿著上述載置臺的周向相互隔開180°的位置的一對觸頭；和以與上述一對觸頭電接觸的方式介於上述載置臺與上述探針卡之間的一對分割導體。此外，本發明的第十四方面的探針裝置，是在第十三方面的探針裝置中，上述觸頭能夠根據施加電壓進行調整。發明效果根據本發明，能夠提供一種探針裝置，其能夠以晶片級可靠地測定功率器件的靜態特性和動態特性(開關特性)。


圖I是表示本發明的探針裝置的一實施方式的概念圖。圖2是表示圖I所示的探針裝置的結構圖。圖3是表示本發明的探針裝置的另一實施方式的與圖2相當的概念圖。
圖4 (a)、(b)是分別具體表示作為圖3所示的探針裝置的主要部分的導通機構的圖，Ca)是表示檢查前的狀態的側視圖，(b)是表示檢查時的狀態的側視圖。圖5 (a) (d)都是表示圖4所示的導通機構的變形例的與圖4相當的側視圖。圖6是表示本發明的探針裝置的又一實施方式的主要部分的側視圖。圖7 (a)、(b)是分別表示本發明的探針裝置的又一實施方式的主要部分的側視圖，Ca)是表示檢查前的狀態的側視圖，(b)是表示檢查時的狀態的側視圖。圖8 (a)、(b)是分別表示本發明的探針裝置的又一實施方式的主要部分的側視圖，Ca)是表示檢查前的狀態的側視圖，(b)是表示檢查時的狀態的側視圖。圖9是表示本發明的探針裝置的又一實施方式的主要部分的側視圖。
圖10 (a)、(b)是分別表示圖9所示的探針裝置的連接端子的圖，Ca)是側視圖，(b)是正視圖。圖11 (a) (C)是分別用於說明使用圖9所示的探針裝置進行半導體晶片的電特性檢查的側視圖。圖12 (a)、(b)是表示使用圖9所示的探針裝置得到的表示功率器件的開關特性的電壓和電流的測定值的圖表，(a)是圖9所示的探針裝置的測定值，(b)是圖14所示的探針裝置的計算值。圖13是表示在二極體的電流切換時產生的電流變化的電流波形圖，實線是表示電流變化的理想值的曲線，虛線是表示使用圖14所示的探針裝置測定的現狀值的曲線。圖14是表示用於測定二極體的電流變化的現有的探針裝置的一個例子的結構圖。
具體實施例方式下面，基於圖I 圖12所示的實施方式對本發明進行說明。本發明的探針裝置，通過設置導通部件或導通機構取代連接載置臺和檢測器的電纜，能夠保持晶片狀態不變地測定形成於半導體晶片的多個功率器件的電特性即動態特性。第一實施方式本實施方式的探針裝置10，例如如圖I所示，在探測器室11內從輸送半導體晶片W的裝載室(未圖示)接收半導體晶片W，在探測器室11內測定分別包含在形成於半導體晶片W的多個功率器件(例如IGBT)中的二極體的電流變化。如圖I所示，在探測器室11以能夠在X方向、Y方向、Z方向和0方向上移動的方式設置有載置半導體晶片W的載置臺12，在載置臺12的至少上表面作為集電電極形成有由金等導電性金屬構成的導體膜電極(未圖示)。在載置臺12形成有真空吸附機構，在載置臺12的載置面真空吸附半導體晶片W。另外，載置臺12內置有溫度調節機構，將半導體晶片W加熱或冷卻至規定的溫度，測定包含在功率器件中的二極體的電流變化(di/dt)。在載置臺12的上方，具有多個探針13A的探針卡13通過卡保持部固定於形成探測器室11的上表面的頂板(head plate)llA，將多個探針13A與功率器件的電極墊電連接，來測定包含在功率器件中的二極體的電流變化(di/dt)。在探針卡13的上表面以規定的圖案形成有與多個探針13A對應的端子電極，多個探針13A通過各個端子電極與後述的檢測器電連接。
另外，在探針卡13的外周緣部，沿著周向隔開規定間隔地設置有多個導通引腳(pin :導通銷)14，這些導通引腳14隨著載置臺12升降而與形成於載置臺12的上表面的導體膜電極(集電電極)電連接、電分離。這些導通引腳14優選具有彈性，與導體膜電極彈性接觸，能夠可靠地與導體膜電極(集電電極)電接觸。導通引腳14優選在探針卡13的外周緣部隔開規定間隔地設置在多個部位，但是也可以僅設置在一個部位。在探測器室11內設置有未圖示的對準機構，利用對準機構對半導體晶片W即功率器件的柵極電極和發射電極與探針卡13的探針13A進行對位。在位置對準後，載置臺12向要測定的最初的功率器件的正下方移動，從該位置載置臺12上升，使得半導體晶片W的規定的電極墊與多個探針13A電接觸，並且多個導通引腳14與載置臺12的導體膜電極電接觸。多個導通引腳14在測定多個功率器件的電特性的情況下，無論載置臺12位於何種位置，至少任一個導通引腳14與載置臺12的導體膜電極(集電電極)電接觸。而且，用於連接探針卡13的多個探針13A和多個導通引腳14與檢測器15的線路，例如如圖2所示，分別進行開爾文連接。 如圖2所示，探針13A包括一對第一、第二探針13Apl3A2。因此，下面使探針13A為探針對13A進行說明。探針對13A形成為第一、第二探針13Apl3A2在半導體晶片W的電極墊進行開爾文連接。第一探針UA1通過力線16F與檢測器15連接，第二探針13A2通過讀出線I6S與檢測器15連接。通過使探針對13A進行開爾文連接，能夠消除第一、第二探針13Ap 13A2與半導體晶片W的電極墊的接觸電阻、以及連接第一、第二探針13Ap 13A2與檢測器15的力線16F和讀出線16S的內部電阻等導致的測定誤差。在圖2中，左右一對探針對13A、13A中，一個(左側)探針對13A與IGBT的柵極電極接觸，另一個(右側)探針對13A與構成功率器件的IGBT的發射電極接觸。另外，導通引腳14與探針對13A同樣，構成為包括第一、第二導通引腳14A、14B的導通引腳對14。導通引腳對14通過各自連接的探針卡13的外周緣部的背面側的端子電極進行開爾文連接。第一、第二導通引腳14A、14B通過力線17F和讀出線17S與檢測器15連接。導通引腳14構成為與載置臺12的導體膜電極(集電電極)電接觸的集電極引腳(collector pin)。這樣,導通引腳對14與探針對13A同樣通過探針卡13與檢測器15電連接，從載置臺12的集電電極起至檢測器15為止的電路長度與探針卡13同樣很短，因此與用於圖10所示的探針裝置110的電纜114相比能夠特別抑制電感。從而，本實施方式的探針裝置10能夠以微秒單位可靠地測定包含在功率器件中的二極體的電流變化(di/dt)。如上所述，探針對13A和導通引腳對14與檢測器15連接。該檢測器15能夠安裝、拆卸地配置於頂板11的上表面，例如通過彈簧引腳(pogo pin)等導通部件與形成於探針卡13的上表面的探針對13A用的端子電極和導通引腳對14用的端子電極電接觸，從而與多個探針對13A和多個導通引腳對14電連接。如圖2所示，檢測器15包括第一、第二電源15A、15B、第一、第二電流計15C、15D和第一、第二電壓計15E、15F，經由IGBT測定二極體的電流變化(di/dt)。第一電源15A和第一電流計15C分別通過力線16F與第一探針UA1連接，第二電源15B和第二電流計MD通過力線17F與第一導通引腳14A連接。第一電壓計15E通過讀出線16S與第二探針13^連接，第二電壓計15F通過讀出線17S與第二導通引腳14B連接。下面，對電流變化(di/dt)測定進行說明。首先，從裝載室輸送半導體晶片W，在載置臺12上接收半導體晶片W，在其載置面吸附固定半導體晶片W。接著，載置臺12移動，與對準機構協動地進行半導體晶片W的多個電極墊與多個探針對13A的對位。然後，載置臺12移動，使最初要測定的功率器件位於探針對13A的正下方，進一步，載置臺12從該位置上升將功率器件的多個電極墊與多個探針對13A電接觸。此時，在探針卡13，從下表面突出的導通引腳對14與載置臺12的導體膜電極(集電電極)彈性接觸。由此，功率器件的IGBT的柵極電極和發射電極通過分別對應的探針對13A與檢測器15電連接，並且功率器件的IGBT的集電電極與載置臺12的集電電極和多個導通引腳對14與檢測器15電連接。 然後，將檢測器15的第一電源15A的電壓施加於驅動器(未圖示)，並且對柵極G一側的探針對13A發送導通信號時，功率器件的IGBT的柵極電極導通，基於從第二電源15B施加的電壓，電流經由集電極C 一側的導通引腳對14從集電電極流向發射電極。接著，對柵極G —側的探針對13A發送斷開信號時，IGBT斷開，電流不再從集電電極流向發射電極。此時，基於檢測器15內的線圈產生再生電流，反向電流流向二極體。在該狀態下，通過柵極G —側的探針對13A使IGBT導通時，二極體成為由圖9的實線所示的接近理想值的反向回復時間的導通狀態。測定該期間的電流變化(di/dt)，將其結果作為電流波形顯示在示波器中(未圖示)。能夠基於此時得到的電流變化(di/dt)，評價二極體的di/dt耐性。二極體的di/dt破壞容易在80°C以上的高溫發生，因此通過將載置臺12加熱到800C以上的高溫，在高溫下測定二極體的電流變化(di/dt)，來評價二極體的di/dt耐性與溫度的關係。如以上說明的方式，根據本實施方式，通過使用探針裝置10，能夠對於形成有多個功率器件的半導體晶片W，在保持晶片狀態不變的情況下測定包含在功率器件中的二極體的電流變化時產生的電流變化(di/dt)，能夠對作為功率器件的二極體的di/dt破壞進行評價，而且對構成功率器件的IGBT的開關特性進行評價。此外，還能夠評價針對二極體的di/dt破壞相對於80°C以上的高溫的耐性。第二實施方式本實施方式的探針裝置的結構，除了設置導通機構來代替第一實施方式中使用的導通引腳對14之外，與第一實施方式一致。因此，下面對與第一實施方式的探針裝置10相同或相當的部分標註相同的標記，以本實施方式的探針裝置的特徵為中心進行說明。本實施方式的探針裝置10，例如如圖3所示，在與輸送形成有多個包含二極體的功率器件的半導體晶片的裝載室(未圖示)相鄰的探測器室11內接收半導體晶片W，在保持晶片狀態的情況下測定包含在各個功率器件中的二極體的電流變化，除了導通機構14以外的結構與第一實施方式相同。如圖3所示，本實施方式中使用的導通機構14包括基端部與在載置臺12的周面形成的導體膜電極連接的引線導體14A ;與引線導體14A的前端部導通自如地形成的連接端子14B (圖3中表示為白色箭頭);配置於探針卡13與載置臺12之間的環狀導體(下面稱為「環導體」)14C ;和將連接端子14B與環導體14C電連接或解除它們的連接的致動器14D，將形成於載置臺12的上表面和周面的導體膜電極與檢測器15電連接。另外，如圖3所示，通過力線17F和讀出線17S將檢測器15與環導體14C的上表面開爾文連接。在本實施方式中，環導體14C獨自設置，介於載置臺12與探針卡13之間，但是也能夠將保持探針卡的卡保持部(未圖示)和固定探針卡的頂板作為環導體14C加以利用。在本實施方式中，對環導體14C進行了說明，但是與連接端子14B連接、分離的導體不限定為環狀，如後所述，例如也能夠將分割成2個的分割導體作為與連接端子14B連接、分離的導體使用。圖4 (a)、(b)進一步具體表示圖3所示的導通機構14。構成導通機構14的引線導體14A如圖4 (a)所示，例如形成為帶狀，一個端部與形成於載置臺12的周面的導體膜電極進行螺紋固定。在引線導體14A的前端部固定有多個連接端子14B，這些連接端子14B的固定部MA1折彎地形成。另外，在引線導體14A的與載置臺12的連接部和固定部MA1之間，形成有側面形狀為折成彎曲狀的彎曲部14A2，引線導體14通過彎曲部14A2能夠容易地屈伸。另外，致動器14D包括旋轉驅動部MD1 ;和從旋轉驅動部MD1延伸設置並且在固定部MA1的附近連結的擺動體14D2。因此，致動器14D進行驅動，通過旋轉驅動部MD1和擺動體14D2使引線導體14的固定部MA1擺動，能夠將連接端子14B與引線導體14C的下表面電連接，或解除它們的連接。接著，參照圖3、圖4對動作進行說明。在本實施方式中，除了導通機構14不同之夕卜，其它與第一實施方式同樣地構成。由於導通機構14以外的結構與第一實施方式相同，因此以導通機構14的動作為中心進行說明。與第一實施方式同樣，進行半導體晶片W與探針卡13的對準之後，在最初的功率器件的正下方，載置臺12從如圖4 (a)所示的位置上升，如該圖(b)所示那樣，功率器件的電極墊與探針卡13的探針13A電接觸。此時,導通機構14的致動器14D進行驅動,通過旋轉驅動部MD1和擺動體14D2，使連接端子14B經由引線導體14A的彎曲部14A2向逆時針方向擺動，如圖4 (b)所示，連接端子14B與環導體14C的下表面電接觸。由此，構成功率器件的IGBT的柵極電極和發射電極通過分別對應的探針對13A與檢測器15電連接，並且，IGBT下表面的集電電極通過載置臺12的導體膜電極(集電電極)和多個導通機構對14與檢測器15電連接。然後，如圖3所示，將檢測器15的第一電源15A的電壓施加於驅動器(未圖示)，對柵極G—側的探針對13A發送導通信號時，功率器件的IGBT的柵極電極導通，基於從第二電源15B施加的電壓，電流經由導通機構14的環導體14C、連接端子14B和彎曲(meander)部14A從集電電極流向發射電極。接著，對柵極G—側的探針對13A發送斷開信號時，IGBT斷開，電流不再從集電電極流向發射電極。此時，基於檢測器15內的線圈產生再生電流，反向電流流向二極體。在該狀態下，通過柵極G—側的探針對13A使IGBT導通時，二極體成為反向回復時間的導通狀態，在第二電壓計15F中檢測該期間的電壓，基於此時的電壓測定電流變化(di/dt)，基於此時得到的電流變化(di/dt)能夠評價二極體的di/dt耐性。在80°C以上的高溫測定二極體的di/dt破壞時，能夠將載置臺12加熱到80°C以上的高溫，在高溫下測定二極體的電流變化(di/dt)。如以上說明，根據本實施方式，能夠通過導通機構14連接載置臺12的集電電極與檢測器15，與第一實施方式同樣，能夠測定包含在功率器件中的二極體的電流變化時產生的電流變化(di/dt)，能夠對二極體的di/dt破壞進行評價，並且能夠對IGBT的開關特性進行評價，另外，還能夠評價針對二極體的di/dt破壞相對於80°C以上的高溫的耐性。 第三實施方式
另外，如圖4所示的導通機構14，例如能夠構成為圖5 (a) (d)的導通機構14。即使採用如圖5 (a) (d)所示的導通機構14，也能夠期待與圖3、圖4所示的探針裝置10實質相同的作用效果。在圖5 Ca)所示的導通機構14A中，圖4 (a)、(b)所示的引線導體14A構成為引線14A，此外，致動器14D由空氣缸等汽缸機構構成。致動器14D包括以壓縮空氣作為驅動源的汽缸MD1和杆14D2。在杆14D2的前端安裝有連接端子14B，通過升降杆使連接端子14B與環導體14C電連接，或解除它們的連接。引線1 4A與連接端子14B連接，引線14A通過連接端子14B將載置臺12與檢測器15電連接，或解除它們的連接。因此，檢查時，當導通機構14的致動器14D進行驅動時，杆14D2沿箭頭方向上升，連接端子14B與環導體14C的下表面電接觸。由此，功率器件的柵極電極和發射電極通過分別對應的探針對13A與檢測器15電連接，並且功率器件下表面的集電電極通過載置臺12的導體膜電極(集電電極)和導通機構14與檢測器15電連接，能夠進行功率器件的電特性的檢查。在圖5(b)所示的導通機構14中，作為致動器14D的驅動源使用電磁螺線管14D:。電磁螺線管MD1通過汽缸機構的杆14D2使連接端子14B升降，從而使連接端子14B與環導體14C電接觸，或解除它們的連接。在圖5 (b)中省略了環導體14C，但是導通機構14的其他部件，與圖5 Ca)所示的導通機構14 一致。另外，在圖5 (C)所示的導通機構14中，致動器14D與圖4的導通機構14同樣地具有旋轉驅動部MD1和擺動體14D2，在擺動體14D2的前端設置有連接端子14B。而且，使用引線14A代替圖4的引線導體14A，載置臺12的導體膜電極與擺動體14D2通過引線14A連接。在該情況下，也與圖4的情況同樣，制動器14D進行驅動，使得連接端子14B通過擺動體14D2擺動與環導體14C電接觸，或解除與環導體14C的連接。在圖5 (c)中省略了環導體14C，但是導通機構14的其他部件，與圖4所示的導通機構14 一致。另外，在圖5(d)所示的導通機構14中，致動器14D由滑動型電動機構成。該致動器14D包括內置具有傾斜面的電動機的基臺MD1 ;和具有傾斜面的升降體14D2，基臺MD1的傾斜面與升降體14D2的傾斜面卡合，升降體14D2沿著基臺MD1的傾斜面升降。在基臺HD1的傾斜面設置有由電動機推動前進或後退的直動部件(直線運動部件，未圖示)，升降體與該直動部件通過連結部件(未圖示)連結。在升降體14D2的水平面(上表面)設置有連接端子14B。因此，當致動器14D進行驅動時，基臺MD1內的電動機進行驅動，通過直動部件使升降體14D2升降，連接端子14B與環導體(未圖示)的下表面電接觸，或解除它們的連接。在圖5 (d)中省略了環導體，但是導通機構14的其他部件，與圖4所示的導通機構14—致。在圖5 (a) (d)中，對導通機構14設置在一個部位的情況進行了說明，但是也可以將多個導通機構14遍及載置臺12的整周地隔開規定間隔地設置。另外，也可以在周向上隔開180°設置一對導通機構14。在後者的情況下，也可以用與2個部位的導通部件14電接觸的分割導體(例如參照圖9)來代替環狀導體14C。分割導體的形狀沒有特別限定。圖3 圖5所示的導通機構14構成為使得載置臺12與環導體14C在一個部位連接。導通機構14如圖6 圖8所示，能夠構成為使得載置臺12與環導體14C遍及環導體14C的整周地在多個部位電連接。即使是圖6 圖8所示的導通機構14，也能夠期待與圖3 圖5所示的探針裝置10實質上相同的作用效果。圖6所示的導通機構14,如該圖所示,包括遍及周向上整周且隔開規定間隔地、一端與形成於載置臺12的周面的導體膜電極連接的多個引線14A ;分別與多個引線14A的另一端連接的多個連接端子14B ;在周向上隔開等間隔且遍及整周地與多個連接端子14B接觸的環導體(未圖示)；和使多個連接端子14B分別升降的多個致動器14D。引線14A、連接端子14B、致動器14D均與圖5 Ca)所示的導通機構14的各部件同樣地構成。多個致動器14D既可以個別地進行驅動，也可以全體同時進行驅動。這樣，連接端子14B遍及環導體14C的整周地電接觸，由此能夠更可靠地進行功率器件的電特性檢查。導通機構14的其他部件與圖3所示的探針裝置10同樣地構成。圖7 (a)、(b)所述的導通機構14如該圖所示，包括與形成於載置臺12的周面的導體膜電極滑動連接的圓筒狀導體14A ;遍及圓筒狀導體14A的上端面整周地隔開規定間隔豎立設置、且分別與導體膜電極連接的多個連接端子14B ;在周向上隔開等間隔且遍及整周地與多個連接端子14B接觸的環導體14C ;和使圓筒狀導體14A升降的致動器(未圖 示)。在該導通機構14中，通過致動器的驅動，圓筒狀導體14A邊與載置臺12的導體膜電極滑動連接邊升降，使得圓筒狀導體14A的上表面的多個連接端子14B與環導體14C的下表面電接觸，或者解除它們的連接。因此，在非檢查時，圓筒狀導體14A如圖7 (a)所示，在載置臺12的載置面的下方待機，在檢查時，如圖7 (b)所示通過致動器能夠使圓筒狀導體14A沿著載置臺12的外周面上升，使得多個連接端子14B與環導體14C電連接，或者解除它們的連接。通過使多個連接端子14B遍及整周地與環導體電接觸，能夠更可靠地進行功率器件的電特性檢查。圖8 (a)、(b)所示的導通機構14如該圖所示，與圖7 (a)、(b)所示的結構同樣具有圓筒狀導體14A、多個連接端子14B、環導體14C和致動器(未圖示)。在該導通機構14中，圓筒狀導體14A和多個連接端子14B與圖7所示的部件不同。圖8所示的多個連接端子14B可升降地安裝於圓筒狀導體14A的上端部。因此，在導通機構14中，隨著圓筒狀導體14A相對於載置臺12升降，多個連接端子14B在圓筒狀導體14A的上端部升降，使得多個連接端子14以二個階段進行升降而與環導體14C的下表面電接觸，或者解除它們的連接。因此，在非檢查時，圓筒狀導體14A如圖8 Ca)所示，在載置臺12的載置面的下方待機，在檢查時，如圖8 (b)所示通過致動器使圓筒狀導體14A沿著載置臺12的外周面上升，使得遍及整周地與環導體14C電連接，並且多個連接端子14B比圓筒狀導體14A進一步上升。在該情況下，也能夠進行與圖7所示的導通機構14 一致的接觸動作。第四實施方式在本實施方式的探針裝置中，除了使用圖9、圖10所示的連接端子和分割導體來代替圖4所示的導通機構14之外，與圖4所示的探針裝置10 —致。因此，下面對於與圖4所示的導通機構14相同或相當的部分標註相同的標記，說明本實施方式的導通機構。本實施方式使用的導通機構14構成為，與上述各實施方式同樣，在保持晶片狀態不變的情況下測定形成於半導體晶片的多個功率器件的電特性。即，本實施方式的導通機構14如圖9(a)、(b)所示,包括與載置臺12的周面相互相對地設置的一對連接端子14B ；和與一對連接端子14B對應且介於載置臺12與探針卡13之間設置的一對分割導體14C。為了測定各功率器件的電特性，無論載置臺12向怎樣的場所移動，一對連接端子14B的各個連接端子都與對應的任一個分割導體14C彈性接觸，使得導電膜電極(集電電極)與檢測器(未圖示)電連接。如圖10 (a)、(b)所示，連接端子14B包括多個金屬板一體化的觸頭MB1和夾持該觸頭MB1的一對支承體14B2，通過支承體14B2固定於載置臺12的上部。觸頭MB1與形成於載置臺12的周面的導電膜電極電連接。另外，在觸頭MB1，從載置臺12的突出端面朝向載置臺12 —側形成有缺口部14B3。通過該缺口部14B3，觸頭MB1與分割導體14C彈性接觸。觸頭14B能夠根據測定的電流值的大小來調整金屬板的疊層片數。如圖9 (b)所示，一對分割導體14C左右對稱地形成，與例如保持探針卡13的卡保持部13B連結、固定於其上。如該圖所示，該分割導體14C分別位於探針13A—側的第一邊形成為比與其相對的第二邊短，並且形成有在兩端與第二邊成直角的一對第三邊。另外，在第三邊與第一邊之間形成有一對第四邊，一對第四邊向著第一邊逐漸變窄。即，分割導體14C形成為六邊形。如上所述，一對分割導體14C形成為，為了測定功率器件的電特性，無論 載置臺12在探測器室內向怎樣的場所移動，都與對應的連接端子14B接觸的大小。即，在測定位於半導體晶片W的中央部的功率器件的電特性時，如圖11 (a)所示，載置臺12向探針卡13的中心的正下方移動，當從該位置上升時，一對探針13A分別與形成於中央部的IGBT的柵極電極和發射電極電接觸，並且左右一對連接端子14B的觸頭14B分別與左右一對分割導體14C電接觸而成為集電電極，由此能夠測定功率器件的電特性。在測定半導體晶片W的右端的功率器件的電特性時，如圖11 (b)所示，載置臺12移動，右端的功率器件到達探針卡13的中心的正下方，從該位置上升時，一對探針13A分別與形成於右端的IGBT的柵極電極和發射電極電接觸，並且僅右側的連接端子14B的觸頭14B與右側的分割導體14C電接觸而成為集電電極，由此能夠測定功率器件的電特性。左側的連接端子14B與左側的分割導體14C為非接觸狀態。在測定半導體晶片W的左端的功率器件的電特性時，如圖11 (C)所示，載置臺12移動，左端的功率器件到達探針卡13的中心的正下方，從該位置上升時，一對探針13A分別與形成於左端的IGBT的柵極電極和發射電極電接觸，並且僅左側的連接端子14B的觸頭14B與左側的分割導體14C電接觸而成為集電電極，由此能夠測定功率器件的電特性。右側的連接端子14B與右側的分割導體14C為非接觸狀態。如上所述，在測定作為各功率器件的電特性的IGBT的開關特性時，導體膜電極(集電電極)與檢測器件的線路長度例如為IOcm左右，因較短而電感較小，因此顯示出優良的開關特性，由於斷開時間較短，因此如圖12 (a)所示，能夠將斷開時的集電極-發射極間的浪湧電壓抑制成比IGBT (功率器件)的極限電壓小得多的電壓值，能夠可靠且精確地測定功率器件的動態特性。此外，斷開時間是指集電極電流從90%下降到5%的時間。與此相對，如現有的探針裝置那樣具有電纜的情況下，電纜的電感較大，如圖12
(b)所示，在IGBT斷開時，在集電極-發射極間施加有超過IGBT的極限電壓的異常浪湧電壓，使得IGBT破損。在測定功率器件的電特性時，優選施加比額定電壓和額定電流大的電壓、電流，但是在現有的探針裝置中即使施加額定電壓，也存在超過極限值的可能性，因此連額定電壓也不能夠施加，實質上無法進行功率器件的動態特性的測定。圖12 (b)的浪湧電壓是計算值，而不是實測值。如以上說明，在本實施方式中，與第一、第二實施方式同樣，能夠可靠且精確地測定功率器件的動態特性。本發明不限定於上述實施方式，能夠根據需要對各結構要素進行設計變更。在第一實施方式中，對在探針卡13的外周緣部安裝有導通引腳14的情況進行了說明，但是也能夠遍及例如載置臺12的外周 緣部的整周且隔開規定間隔地設置。這些導通引腳14與載置臺12的導體膜電極(集電電極)電連接。另外，這些導通引腳14也可以豎立設置於載置臺12的上表面，但是優選在載置臺12中能夠露出或沒入地設置。在該情況下，還能夠在導通引腳14露出或沒入的孔的內周面形成有導體膜電極，導通引腳14與導體膜電極滑動連接，維持在突出位置導通引腳14與導體膜電極的電連接。符號說明10 探針裝置12 載置臺13 探針卡13A 探針14 導通引腳(導通部件)15 檢測器14 導通引腳14A 引線導體14A 引線14B 連接端子14C 連接導體14D 致動器W 半導體晶片
權利要求
1.一種探針裝置，其特徵在於，包括 載置形成有多個包括二極體的功率器件的被檢查體且能夠移動的載置臺； 配置於所述載置臺的上方的具有多個探針的探針卡；和 測定部，在至少在所述載置臺的載置面形成的導體膜電極與在載置於該導體膜電極的所述被檢查體的背面形成的導體層導通的狀態下，使所述探針與所述被檢查體電接觸來測定所述功率器件的電特性， 在測定所述功率器件的電特性時，將所述載置臺的所述導體膜電極與所述測定部電連接的導通部件介於所述探針卡的外周緣部與所述載置臺的外周緣部之間。
2.如權利要求I所述的探針裝置，其特徵在於 所述導通部件設置於所述探針卡，與所述載置臺的所述導體膜電極電接觸。
3.如權利要求I或2所述的探針裝置，其特徵在於 所述導通部件具有彈性。
4.如權利要求I或2所述的探針裝置，其特徵在於 所述探針和所述導通部件均與所述測定部進行開爾文連接。
5.如權利要求I或2所述的探針裝置，其特徵在於 所述載置臺的所述導體膜電極構成為測定電極。
6.如權利要求I或2所述的探針裝置，其特徵在於 所述載置臺具有溫度調節機構。
7.一種探針裝置，其特徵在於，包括 載置形成有多個包括二極體的功率器件的被檢查體且能夠移動的載置臺； 配置於所述載置臺的上方的具有多個探針的探針卡；和 測定部，在至少在所述載置臺的載置面和周面形成的導體膜電極與在載置於該導體膜電極的所述被檢查體的背面形成的導體層導通的狀態下，使所述探針與所述被檢查體電接觸來測定所述功率器件的電特性， 所述探針裝置設置有導通機構，在測定所述功率器件的電特性時，該導通機構將在所述載置臺的所述周面形成的所述導體膜電極與所述測定部電連接。
8.如權利要求7所述的探針裝置，其特徵在於 所述導通機構包括基端部與在所述載置臺的所述周面形成的所述導體膜電極連接的引線導體；與所述引線導體的前端部導通自如地形成的連接端子；介於所述探針卡與所述載置臺之間的導體；和將所述連接端子與所述導體電連接或者解除所述連接端子與所述導體的連接的致動器。
9.如權利要求7所述的探針裝置，其特徵在於 所述導通機構包括引線導體，其基端部與在所述載置臺的所述周面形成的所述導體膜電極連接，且沿著所述載置臺的所述周面設置有多個；連接端子，其以與多個所述引線導體的各個引線導體的前端部導通自如的方式形成有多個；介於所述探針卡與所述載置臺之間的環狀導體；和致動器，其將多個所述連接端子與所述環狀導體電連接，或者解除多個所述連接端子與所述環狀導體的連接，所述制動器設置有多個。
10.如權利要求8或9所述的探針裝置，其特徵在於 所述致動器構成為使所述連接端子擺動的擺動機構。
11.如權利要求8或9所述的探針裝置，其特徵在於 所述致動器構成為使所述連接端子升降的升降機構。
12.如權利要求7所述的探針裝置，其特徵在於 所述導通機構包括圓筒狀導體，其相對於在所述載置臺的所述周面形成的所述導體膜電極以與所述導體膜電極導通自如的方式升降；連接端子，其在所述圓筒狀導體沿著周向隔開規定間隔地設置有多個；介於所述圓筒狀導體與所述探針卡之間的環狀導體；和致動器，其使所述圓筒狀導體相對於所述環狀導體升降而分別將多個所述連接端子與所述環狀導體電連接，或者解除多個所述連接端子與所述環狀導體的連接。
13.如權利要求7所述的探針裝置，其特徵在於 所述導通機構包括與在所述載置臺的所述周面形成的所述導體膜電極電連接、且設置於沿著所述載置臺的周向相互隔開180°的位置的一對觸頭；和以與所述一對觸頭電接觸的方式介於所述載置臺與所述探針卡之間的一對分割導體。
14.如權利要求13所述的探針裝置，其特徵在於 所述觸頭能夠根據施加電壓進行調整。
全文摘要
本發明提供一種能夠以晶片級可靠地測定功率器件的靜態特性和動態特性(開關特性)的探針裝置。本發明的探針裝置(10)，包括載置形成有多個包括二極體的功率器件的半導體晶片(W)且能夠移動的載置臺(12)；配置於載置臺(12)的上方的探針卡(13)；和檢測器(15)，在至少在載置臺(12)的上表面形成的導體膜與在半導體晶片(W)的背面形成的導體層導通的狀態下，使探針(13A)與半導體晶片(W)電接觸從而以晶片級測定功率器件的電特性，在探針卡(13)的外周緣部設置有導通引腳(14)，在以晶片級測定功率器件的電特性時，通過導通引腳(14)將載置臺(12)的導體膜電極(集電電極)與檢測器(15)電連接。
文檔編號H01L21/66GK102713650SQ201180006188
公開日2012年10月3日 申請日期2011年3月11日 優先權日2010年3月12日
發明者小笠原鬱男, 河野功, 田岡健, 筱原榮一 申請人:東京毅力科創株式會社