JP6233066B2 - 半導体装置の検査装置および検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、放電電圧をトランスを介して半導体装置に印加し故障の有無を検査する半導体装置の検査装置および検査方法に関するものである。

自動車のエンジンなどの内燃機関では、安定した火花放電が求められる。その放電試験（放電検査）は気中で行われることが多く、気中で安定に放電させる方式としては、レーザ光照射方式、トリガ電圧発生方式、高圧環境下での放電方式などがある。

レーザ光照射方式では、二次コイルの電圧を監視装置にて監視して所定の電圧に到達した時点で主電極の先端にレーザ光を照射し放電開始を促す方式である。

また、トリガー電圧発生方式では、トランスの二次コイル電圧を監視装置で監視して所定の電圧に到達した時点で補助電極にトリガ電圧を印加し放電開始を促す方式である。

また、高圧環境下での放電方式では、２点間電極間を高圧（１０気圧）環境にしてその中で所定の電圧で放電させる方式である。

前記の三つの方式は、いずれも一定の電圧で放電が開始され安定した放電が得られる。

しかし、レーザ光照射方式およびトリガ電圧発生方式では、電圧監視や電圧比較回路製作に高度な技術が必要になる。またレーザ発生装置およびトリガ電圧発生装置は高価な装置である。また、高圧環境下での放電方式も高価な装置と高度な製作技術が必要になる。

半導体装置の製造工程において、製造した半導体装置の特性や外観を確認検査するために検査工程を設けている。特に実動作時における半導体装置の故障を低減するために、検査工程では、実動作と同等の動作をさせて、半導体装置の故障の有無を検査している。

車載用の半導体装置、特に内燃機関を駆動する半導体装置は、内燃機関の点火プラグを放電させ、この放電電圧がトランスを介して半導体装置に印加される。点火プラグが放電して発生する放電電圧は、−３５ｋＶ程度の高電圧であり、トランスを介して半導体装置に印加される電圧も高い。そのため、半導体装置が機能停止（劣化）を起こしたり破壊したりする恐れがある。

これを未然に防ぐために、半導体装置には機能停止または破壊を防止するための機能を施してある。しかし半導体装置に製造バラツキがあるため、その機能を検査する必要がある。そこで半導体装置の製造メーカーは実動作と同等の放電電圧を発生させる検査装置を用いて半導体装置を検査している。

内燃機関の点火プラグに発生する高電圧と同等の電圧を発生させる方法として、昇圧変圧器（トランス）を用い、当該トランスの一次コイルに接続する半導体装置をオン・オフさせて二次コイルに接続した導体電極を高電圧で放電させる方法がある。この導体電極間で発生した高い放電電圧を、トランスを介して一次コイルに接続した半導体装置に高電圧のサージ電圧として印加する。この高電圧のサージ電圧の印加で半導体装置が機能停止または破壊を起こすか否かを検出して良否を判定する。この方式の従来の検査装置について説明する。

図１２は、従来の検査装置５００の回路図であり、図１３は、図１２の導体電極部の構成図である。ここでは半導体装置としてＭＯＳＦＥＴを示したがＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）の場合もある。

図１２において、従来の検査装置５００は、火花放電を発生させる導体電極部５１と、導体電極部５１に二次コイル５３を介して高電圧を印加し、半導体装置５５に接続する一次コイル５２を有する昇圧変圧器５４と、半導体装置５５を制御する制御回路５６およびバッテリーに相当する電源５７と、放電で発生するオゾンや金属粉などを導体電極部５１から除去するための気流５８を流すチューブ５９とを備える。このチューブ５９から気流５８を導体電極部５１の各電極６１，６２，６３に当ててオゾンや金属粉を除去する。

また、図１３において、導体電極部５１は、第１主電極６１、第２主電極６２および補助電極６３の三電極より構成される。従来の検査装置５００では三電極とも先端の球状表面の曲率半径ｒは例えば１ｍｍ程度で電極直径Ｄは２ｍｍ程度である。この三電極方式の導体電極部５１は、内燃機関の点火プラグの一部に相当する箇所である。また、第１主電極６１の球状表面の高さと補助電極６３の球状表面の高さは同一高さである。但し、表面高さとは、第２主電極６２の球状表面からこれに対向する第１主電極の球状表面方向の高さである。つぎに、検査手順の流れを図１２を用いて説明する。

まず、制御回路５６から半導体装置５５のゲート端子へ導通・非導通信号（オン・オフ信号）を出力する。半導体装置５５はこの信号により導通・非導通状態となり、導通時に昇圧変圧器５４の一次コイル５２に電流が流れ、非導通時には電流を遮断する。これにより昇圧変圧器５４の一次コイル５２に断続電流が流れる。

昇圧変圧器５４の内部には一つの鉄芯に巻数の異なる二つのコイルが巻かれており、巻数の少ないコイルが一次コイル５２と呼ばれ、巻数の多いコイルが二次コイル５３と呼ばれている。一次コイル５２に対する二次コイル５３の巻線比は例えば１００程度である。一次コイル５２の断続電流により一次コイル５２上に起電力が発生する。この起電力は一次コイル５２と鉄芯を共有する二次コイル５３に相互誘導作用により起電力が発生し巻数比分の高電圧（例えば、−３５ｋＶ程度）が発生する。

この高電圧は気中に配置された導体電極部５１の電極間の気体を絶縁破壊させて火花放電を発生させる。火花放電時の電圧は昇圧変圧器５４の一次コイル５２を介してサージ電圧となって半導体装置５５に印加される。このサージ電圧に耐えない半導体装置５５は機能停止または破壊する。検査装置５００による半導体装置５５の良否判定は、検査中に半導体装置５５がスイッチング動作を停止するか否かで判断される。

非特許文献１、２には、飛火電圧を安定化させる条件に関して記載されている。非特許文献１は三針（三電極）の先端形状に関するものであり、非特許文献２は第三針つき半球電極と飛火電圧に関するものである。いずれも、第三針が存在するだけで、火花放電電圧のばらつきが大幅に少なくなる。さらに、第三針を高抵抗を介してアースすると、よりばらつきがよくなることが記載されている。

大塚新太郎、織田勉、「二極・三極針状火花ギャップの特性と二極火花ギャップ特性の改良」、福井工業大学研究紀要、福井工業大学、１９８８年６月１５日、第１８号、ｐ．１３１−１４２ 大塚新太郎、「飛火電圧一定の火花ギャップを目ざして」、福井工業大学研究紀要．第二部、福井工業大学、１９９７年３月２０日、第２７号、ｐ．８９−１００

前記した検査装置５００には、内燃機関の実動作時と同等の放電電圧が精度よく繰り返し安定して発生することが要求される。

図１４は、従来の検査装置５００の導体電極部５１での放電の様子を説明する模式的な図である。第１主電極６１と第２主電極６２の間の等電位線６４は乱れて、最短経路の形成が困難になる。そのため、放電の度に放電経路６５が異なり、放電電圧のばらつき（偏差電圧）が大きくなる。

図１５〜図１８は、放電電圧波形図である。横軸は時間であり、縦軸は放電電圧である。また、図１５および図１６はそれぞれ異なる単発波形を示す図であり、図１７は単発波形を重ね表示した波形図である。図１８は図１７の最大電圧箇所（放電箇所の電圧）であるＡ部を時間的に拡大（横軸の単位区間を４μｓから１００ｎｓに変更）した波形図である。図１７の波形は、図１５や図１６のような単発波形を４０回程度以上繰り返し、それらの波形を放電時が時間軸の中央となるように重ね表示した波形である。なお、前記の各波形図はすべてオシロスコープ波形の模写図である。

図１７および図１８に示すように、放電電圧は−３０ｋＶ〜−３８ｋＶの範囲でばらついている。このばらついた放電電圧を絶対値で表わし、その絶対値の最大値と最小値の差を偏差電圧とした。つまり放電電圧の偏差電圧（ばらつき）は｜Ｖｍａｘ｜−｜Ｖｍｉｎ｜で表示した。

そのため、放電電圧が−３０ｋＶ〜−３８ｋＶの範囲である場合、偏差電圧は８ｋＶ（｜−３８ｋＶ｜−｜−３０ｋＶ｜）＝８ｋＶとなる。内燃機関で要求される検査時の偏差電圧は３．５ｋＶ以下であるので、従来の検査装置５００は要求される偏差電圧を満たしていない。つまり、従来の検査装置５００は検査精度が低い。

半導体装置５５における放電電圧の検査では、放電電圧の偏差電圧が規定値に入る条件で数十回繰り返して行い、半導体装置５５が破壊したり動作停止を起こしたりしないことを確認する必要がある。

この検査において、放電電圧の偏差電圧が規定値より大きい場合（ばらつきが大きい場合）、規定の放電電圧範囲から外れて高い放電電圧と低い放電電圧が混在して昇圧変圧器５４を介して半導体装置５５に印加される。本来良品の半導体装置に規定範囲を超えた高い電圧が印加されると、半導体装置は破壊や動作不能を起こして、検査時の良品率を低下させる。一方、本来不良の半導体装置に低い電圧が混在する電圧が印加されると、半導体装置に印加される責務（パワー：電圧×電流）が軽くなり、良品と判定される場合が生じる。

本来不良と判定されるはずの半導体装置が内燃機関に搭載されると、内燃機関の動作中に半導体装置が破壊する場合が生じる。そのために、良品の半導体装置が不良と判定される確率および不良の半導体装置が良品と判定される確率を共に小さくする必要がある。それを実現するためには精度の高い検査装置が必要になる。具体的には、例えば、内燃機関から要求される偏差電圧（＝３．５ｋ以下）を満足する高精度の検査装置が必要になる。

この発明の目的は、前記の課題を解決して、放電電圧の偏差電圧が小さく、高精度でサージ電圧耐量を検査することができる低コストの半導体装置の検査装置および検査方法を提供することである。

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に記載の発明によれば、電源と、前記電源の低電位側が接続するグランドと、前記電源の高電位側に一次側コイルの一端が接続するトランスと、前記トランスの一次側コイルの他端に接続し半導体装置の高電位端子に高電位を与える高電位側電流プローブと、前記半導体装置のゲートに接続する駆動回路と、前記グランドに接続し前記半導体装置の低電位端子にグランド電位を与える低電位側電流プローブと、前記トランスの一次コイルの一端とアノードが接続するダイオードと、ダイオードのカソードが一端に接続する前記トランスの二次コイルと、前記二次コイルの他端に接続する第１主電極と、前記グランドに接続する第２主電極と、前記第１主電極に隣接して配置される補助電極と、前記半導体装置を載置する支持台と、前記第１主電極と前記第２主電極および前記補助電極に気流を当てて放電で発生した物質を除去する吸引機と、を備えた半導体装置の検査装置にであって、前記の第１主電極の先端の球状表面と第２主電極の先端の球状表面の最短距離を結ぶ第１直線上で、第２主電極とは反対方向に第１主電極内に前記第１直線を延ばし、第１主電極の先端の球状表面から、前記第１直線上に沿った所定の位置までの距離Ｌ１で、前記第１直線に直角方向に伸ばした第２直線上に、前記第１主電極の先端の球状表面から離して前記補助電極の先端の球状表面を配置し、前記第１主電極の先端の球状表面から前記補助電極の先端の球状表面までの距離Ｌ２を０．１ｍｍ〜０．５ｍｍにする構成とする。

また、特許請求の範囲の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記距離Ｌ１が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであるとよい。

また、特許請求の範囲の請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明において、前記第２主電極の先端の球状表面の曲率半径を１としたとき、前記第１主電極の先端の球状表面の曲率半径が０．０３〜０．１であると好ましい。

また、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明におい
て、前記第２主電極の先端の球状表面の曲率半径を１としたとき、前記補助電極の先端の球状表面の曲率半径が０．０３〜０．１であると好ましい。

また、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、請求項請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記吸引機が０．３ｍｍ／ｓ〜０．７ｍｍ／ｓの速度の気流を調整して発生させる能力を有するとよい。

また、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明におい
て、前記の吸引機が排気ファンもしくは真空ポンプであること好ましい。

また、特許請求の範囲の請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一項に記載の前記半導体装置の検査装置を用いて行なう前記半導体装置の検査方法であって、前記支持台に前記半導体装置を載置する工程と、前記トランスの一次コイルに接続する前記高電位側電流プローブを前記半導体装置の高電位電極に接触させ、低電位電極を前記低電位側電流プローブに接触させる工程と、前記第１主電極、第２主電極および補助電極に気流に当て、該気流を排気ファンで吸引しながら前記半導体装置を前記駆動回路の信号でスイッチング動作させて、前記トランスの二次コイルに接続する前記第１主電極と前記第２主電極の間で前記補助電極を介して放電させる工程と、前記半導体装置の破壊もしくは動作停止の有無により良否を判定する工程と、を含む検査方法とする。

また、特許請求の範囲の請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の発明におい
て、前記第１主電極、第２主電極および補助電極を通過する前記気流の流速が０．３ｍ／ｓ〜０．７ｍ／ｓであるとよい。

この発明により、放電電圧の偏差電圧が小さく、高精度でサージ電圧耐量を検査することができる低コストの半導体装置の検査装置および半導体装置の検査方法を提供することができる。

この発明に係る第１実施例の半導体装置の検査装置の要部構成図である。 図１で示す検査装置の要部回路図である。 図１で示す検査装置の三極電極部の要部断面図 図３の三極電極部の拡大図である。 本発明の検査装置の放電時の等電位線図の推定図である。 本発明の検査装置の放電電圧を重ねた波形図である。 距離Ｌ１と放電電圧の偏差電圧の関係を示す図である。 距離Ｌ２と放電電圧の偏差電圧の関係を示す図である。 ｒ１／ｒ２と放電電圧の偏差電圧の関係を示す図である。 気流の速度と放電電圧の偏差電圧の関係を示す図である。 この発明に係る第２実施例の半導体装置の検査方法を説明する図である。 従来の検査装置の回路図である。 図１２の導体電極部の構成図である。 従来の検査装置の導体電極部での放電の様子を説明する図である。 放電電圧の単発波形を示す図である。 放電電圧の別の単発波形を示す図である。 図１５および図１６などの単発波形を重ね表示した波形図である。 図１７の最大電圧箇所（放電箇所の電圧）を時間的に拡大（横軸の単位区間を４μｓから１００ｎｓに変更）した波形図である。

実施の形態を以下の実施例で説明する。

図１、図２、図３および図４は、この発明に係る第１実施例の半導体装置の検査装置１００の説明図であり、図１は要部構成図、図２は要部回路図、図３は三極電極部の要部断面図、図４は図３の三極電極部の拡大図である。ここでは供試品（被試験品）である半導体装置をＭＯＳＦＥＴで示したがＩＧＢＴの場合もある。また、この検査装置１００は、半導体装置のサージ電圧耐量（イグナイタの火花放電耐量）を高精度で検査できる装置である。

図１において、この検査装置１００は、バッテリーなどの電源１と、この電源１の高電位側（正極）に一次コイル２の一端が接続するトランス３（昇圧変圧器）とを備える。トランス３の一次コイル２の他端に接続する高電位側プローブ６と、グランド（ＧＮＤ）に接続するグランド側プローブ８と、ＭＯＳＦＥＴ４のゲート端子９に接続するゲートプローブ９ａを備える。高電位側プローブ６は破線で示したＭＯＳＦＥＴ４のドレイン端子５（高電位側端子）に接続し、グランド側プローブ８は破線で示したＭＯＳＦＥＴ４のソース端子７（低電位側端子）に接続する。

検査装置１００はまた、ゲートプローブ９ａおよびグランド側プローブ８を介してＭＯＳＦＥＴ４のゲート端子９（制御端子）およびソース端子７に接続する制御回路１１と、ＭＯＳＦＥＴ４を載置する支持台１０を備える。これらのプローブ６，８，９ａは測子とも呼ばれている。トランス３の一次コイル２の一端にアノード１２が接続し、二次コイル１３の一端にカソード１４が接続するダイオード１５を備える。トランス３の二次コイル１３の他端に高電位側放電プラグ１６と、この高電位側放電プラグ１６に接続する第１主電極１７を備える。ＧＮＤに接続するグランド側放電プラグ１８と、グランド側放電プラグ１８に接続する第２主電極１９を備える。第１主電極１７に隣接して配置され、第１主電極１７と静電容量Ｃを介して接続する補助電極２０（浮遊電位電極）を備える。電極１７，１９，２０間の放電時に発生するオゾンや放電で発生する物質（金属粉など）を除去するために排気ファンや真空ポンプなどの吸引機２１を備える。各電極１７，１９，２０を固定する樹脂製支持体２２を備える。各電極１７，１９，２０を収納し、側壁に吸引口２３を、底面に開口部２４を設けるとともに、吸引口２３から入る込む気流２５を開口部２４から排気する吸引機２１を設置した放電箱２６を備える。尚、電源１の高電位側とトランス３の一次コイル２を接続する配線には、図示しないが、スイッチが設けられている。

放電プラグ２７は、前記の高電位側放電プラグ１６、グランド側放電プラグ１８、高電位側放電プラグ１６に接続する第１主電極１７と、グランド側放電プラグ１８に接続する第２主電極１９および浮遊電位状態にある補助電極２０で構成され、それぞれの電極１７，１９，２０の先端は球状表面（球状の表面）をしている。前記の各電極１７，１９，２０は樹脂製支持体２２に固定され、放電箱２６内に収納されている。また、高電位側放電プラグ１６およびグランド側放電プラグ１８は放電箱２６に固定される。また、前記のグランド側放電プラグ１８は設けずに、直接第２主電極１９をグランドＧＮＤに接続しても構わない。

前記の第１主電極１７、第２主電極１９、補助電極２０の材質としては、融点が高く、硬度が高いタングステンが好適である。放電現象は一般に火花放電と呼ばれ、強い音に伴って火花を発しながら電流が流れる。この際に電極表面には熱ストレスが加わり、オゾンや電極金属粉などが発生し、電極の表面状態を変化させて放電電圧の偏差電圧を大きくする。これを回避するためには、電極材料としては融点が高くまた硬度が高い材料（例えば、モリブデンなど）を使用するとよい。

図２において、電源１の高電位側にトランス３の一次コイル２の一端が接続し、トランス３の一次コイル２の他端に供試品であるＭＯＳＦＥＴ４のドレイン端子５が接続する。ＭＯＳＦＥＴ４のソース端子７とゲート端子９は制御回路１１に接続する。トランス３の一次コイル２の一端にダイオード１５のアノード１２が接続し、二次コイル１３の一端にダイオード１５のカソード１４が接続する。トランス３の二次コイル１３の他端に第１主電極１７が接続する。第２主電極１９はグランドＧＮＤに接続する。第１主電極１７に補助電極２０が浮遊容量である静電容量Ｃを介して接続する。ゲート端子９は制御回路１１に接続する。この回路動作は、従来回路での検査手順で説明した通りであるので説明は省く。

図３において、第１主電極１７、第２主電極１９および補助電極２０は樹脂製支持体２２に固定されている。第１主電極１７は構造的には高電位側放電プラグ１６の一部として形成され、高電位側放電プラグ１６は放電箱２６の壁面に固定される。第２主電極１９は構造的にはグランド側放電プラグ１８の一部として形成され、グランド側放電プラグ１８は放電箱２６の壁面に固定される。また、補助電極２０は浮遊電位状態であり静電容量Ｃを介して第１主電極１７に接続する。高電位側放電プラグ１６、グランド側放電プラグ１８、補助電極２０を含めて放電プラグ２７が構成される。また放電箱２６の側壁には多数の吸引口２３が形成され、底部の開口部２４には排気ファンなどの吸引機２１が設置されている。この吸引機２１を稼動させることで、各電極１７，１９，２０に当たる気流２５の速度を制御し、放電で発生するオゾンや発生物質を素早く除去して、良好な放電を確保する。気流２５の速度は０．３ｍ／ｓ〜０．７ｍ／ｓの間に調整される。

図４において、前記の第１主電極１７の先端の球状表面とグランド側の第２主電極１９の先端の球状表面の最短距離を結ぶ第１直線３１上で、第２主電極１９とは反対方向に第１主電極１７内に第１直線３１を延ばす。第１主電極１７の先端の球状表面から第１主電極１７に入った第１直線３１上の所定の位置Ｐまでの距離をＬ１とする。この距離Ｌ１の箇所で前記の第１直線３１に対し直角方向に伸ばした第２直線３２上に、第１主電極１７の先端の球状表面から離して補助電極２０の先端の球状表面を配置する。第１主電極１７の先端の球状表面から補助電極２０の先端の球状表面までの距離をＬ２とし、このＬ２を０．１ｍｍ〜０．５ｍｍにする。また、前記のＬ１を１．０ｍｍ〜１．５ｍｍとする。

前記の第１主電極１７の先端の球状表面の曲率半径（＝補助電極の先端の球状表面の曲率半径）をｒ１とし、第２主電極１９の先端の球状表面の曲率半径をｒ２としたとき、ｒ１／ｒ２＝０．０３〜０．１とする。ここでは補助電極２０の先端の球状表面の曲率半径をｒ３としたとき、ｒ３＝ｒ１とした。

Ｌ１，Ｌ２，ｒ１／ｒ２および気流２５の速度の値を前記の範囲にすることで、放電電圧の偏差電圧を３．５ｋＶ以下に小さくすることができる。

図５は、Ｌ１，Ｌ２，ｒ１／ｒ２および気流２５の速度の値を前記の範囲にしたときの放電時の等電位線図の推定図である。等電位線３３が第１主電極１７と第２主電極１９の間で乱れずに形成され、最短経路３４が安定して形成されるために、放電電圧の偏差電圧を小さくすることができる。

図６は、Ｌ１，Ｌ２，ｒ１／ｒ２および気流２５の速度の値を前記の範囲にしたときの放電電圧波形を重ねた波形図である。横軸は時間であり縦軸は放電電圧である。放電電圧の偏差電圧が３．５ｋＶ以下であることが分かる。

また、前記の第１主電極１７と第２主電極１９の間隔Ｈを３０ｍｍ程度とすることで、放電電圧を３５ｋＶ〜３８．５ｋＶの範囲内にすることができて、偏差電圧を３．５ｋＶ以下にすることができる。

このように放電電圧の偏差電圧を小さくすることで、高い精度の検査装置とすることができる。この高い精度の検査装置を用いて検査することで、内燃機関の動作中に内燃機関に搭載された半導体装置が破壊や動作を停止するという不具合を防止できる。また、検査工程での良品率を向上させることができる。

つぎに、前記したＬ１，Ｌ２，ｒ１／ｒ２の範囲を決めるために行った実験について説明する。この実験を説明する前にこの実験に係る放電について説明する。

放電の動作原理は、第１主電極１７と第２主電極１９間に電圧を印加する。印加電圧の上昇と共にまず第１主電極１７と補助電極２０間で絶縁破壊を起こす。これがトリガーとなり第１主電極１７と第２主電極１９間に絶縁破壊が起こる。これが放電現象であり、放電電圧が発生する。

絶縁破壊のメカニズムを説明する。高電圧電場により空気分子の電子が加速的に空気のプラズマ化と運動電子を生み出すことによって経路ができ、この経路を伝わって電気が流れ、絶縁破壊が起こる。そのため絶縁破壊電圧と経路長は密接に関係し、経路長が長くなると絶縁破壊電圧は大きくなり、また、経路長さの変動が放電電圧のばらつきを引き起こす。

つまり、気中間を最短経路で電流を流すことが、放電電圧のバラツキを小さく抑えるためには重要になる。この気中の電流経路を最短にするためには、第１主電極と第２主電極の間の等電位線の乱れを出来るだけ小さくして、最短の放電経路を形成する必要がある。

三針電極法では、第１主電極１７と補助電極２０の間の距離が短いために、この間での放電経路を所定の距離にすることで再現性よく放電を開始させることができる。この補助電極２０と第１主電極１７の間の放電により第１主電極１７の表面が活性化され、第１主電極１７と第２主電極１９の間で放電が開始される。第１主電極１７と第２主電極１９の間の放電電圧は、第１主電極１７に対する補助電極２０の位置に依存する。そのため、補助電極２０の位置（前記の距離Ｌ１）を求めるための実験を行った。

図７は、Ｌ１と放電電圧の偏差電圧の関係を示す図である。Ｌ１が０．５ｍｍ未満および１ｍｍ超の範囲では偏差電圧は共に増大する。そのため、Ｌ１＝０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲が偏差電圧３．５ｋＶ以下で安定しており、好適である。但し、距離Ｌ２が０．２ｍｍの場合を示したが、Ｌ２＝０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲でもほぼ同じ結果が得られた。

図８は、Ｌ２と放電電圧の偏差電圧の関係を示す図である。Ｌ２が０．１ｍｍ未満および０．５ｍｍ超の範囲では偏差電圧は共に増大する。そのため、Ｌ２＝０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲が偏差電圧が３．５ｋＶ以下で安定しており、好適である。但し、距離Ｌ１は０．２ｍｍの場合であるが、Ｌ１＝０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲でほぼ同じ結果が得られた。

図９は、ｒ１／ｒ２と放電電圧の偏差電圧の関係を示す図である。気中を最短経路で放電電流を流すことが、放電電圧のバラツキを小さく抑えることになる。そのため、第１主電極１７と第２主電極１９の先端の球状表面の影響について実験した。本実験において、第１主電極１７の先端の球状表面の曲率半径ｒ１を０．１ｍｍ〜５．５ｍｍとし、第２主電極１９の先端の球状表面の曲率半径ｒ２を０．２ｍｍ〜５．５ｍｍとして、ｒ１、ｒ２の組み合わせを変えて、ｒ１／ｒ２としては０．０１８〜２７．５の範囲で実験した。図８ではｒ１／ｒ２は０．１４以下の範囲を示したが、ｒ１／ｒ２が０．１４より大きい範囲では偏差電圧は３．５ｋＶを超えて高くなり、ｒ１／ｒ２が１以上になると偏差電圧は８ｋＶでほぼ一定になる。

図９から、ｒ１／ｒ２＝０．０３〜０．１の範囲で放電電圧の偏差電圧は３．５ｋＶ以下になることが分かった。但し、Ｌ１が０．２ｍｍ，Ｌ２が０．２ｍｍ，ｒ３が０．２ｍｍの場合であるが、Ｌ１＝０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ，Ｌ２＝０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、ｒ３／ｒ２＝０．０３〜０．１の範囲でもほぼ同じ結果が得られた。

本発明の検査装置１００は、従来の検査装置５００を構成する三針電極の電極構造（曲率半径）と配置（距離）を適正化して、検査精度を高めた。本検査装置１００を用いることで、放電電圧の偏差電圧を３．５ｋＶ以下と小さくすることができる。

また、従来の簡便で安価な検査装置５００と構成を同じにすることで、本検査装置１００は、簡便で安価な装置にできる。

放電現象は先に説明した通り電極間の気中における電流経路を最短にする必要がある。しかし、気中では放電が行なわれる毎（２０回〜５０回／１秒程度）にイオン、オゾン、金属粉などが発生する。そのため、常に最短経路が形成されることは困難であり、繰り返しす毎に経路が微妙に変化し、放電電圧の偏差電圧を大きくする。そのため、発生した不純物を気流で流し去って、放電電圧のばらつきが減少することを確かめる実験を行なった。

図１０は、気流２５の速度と放電電圧の偏差電圧の関係を示す図である。放電電極軸の下部に気流の吸引機２１として排気ファンを設け、電極１７，１９，２０で挟まれた空間における気流２５の速度と放電電圧の偏差電圧の関係を求めた。この実験結果より、気流２５の速度を０．３ｍ／ｓ〜０．７ｍ／ｓの範囲にすると放電電圧の偏差電圧を小さくできて、検査精度を高めることができる。風速が０．７ｍ／ｓ超では、気中の電流が吹き飛ばされて電流経路が最短にならない。また、風速が０．３ｍ／ｓ未満では、放電で発生したオゾンや金属粉などの除去が不十分で放電経路が最短にならない。

従って、吸引機２１としては、各電極で挟まれる空間の気流２５の速度を、０．３ｍ／ｓｅｃ〜０．７ｍ／ｓｅｃの範囲に調整できる吸引能力が必要になる。

尚、気流２５を吸引機２１で吸引するのは、放電で発生した物質（オゾンや金属粉など）を乱れの少ない気流で電極１７，１９，２０から除去するためである。乱れの少ない気流にすることで最短の放電経路が得られる。一方、従来のように、電極に気流２５を吹き付ける方法は、電極１７，１９，２０に当たった気流は乱気流となり放電経路をかき乱し最短の放電経路が得られないので好ましくない。

図１１は、この発明に係る第２実施例の検査方法を説明する図である。ここでは検査対象の半導体装置の例としてＭＯＳＦＥＴを挙げた。また、図１の検査装置１００を用いて検査を行なった。

まず、支持台１０に供試品であるＭＯＳＦＥＴ４を載置し（順序１）、トランス３の一次コイル２に接続する高電位側プローブ６をＭＯＳＦＥＴ４のドレイン端子５に接触させ、グランドＧＮＤおよび制御回路１１に接続するグランド側プローブ８をソース端子７に接触させ、制御回路１１に接続するゲートプローブ９ａをＭＯＳＦＥＴ４のゲート端子９に接触させる（順序２）。

つぎに、第１主電極１７、第２主電極１９、補助電極２０に前記吸引機２１である排気ファンを動作させて、０．３ｍ／ｓ〜０．７ｍ／ｓの気流２５を流す（順序３）。

つぎに、前記の気流２５を流して各電極１７，１９，２０に気流を当てながら（気流に各電極１７，１９，２０を晒しながら）、前記制御回路１１の出力信号をＭＯＳＦＥＴ４のゲート端子９に出力し、ＭＯＳＦＥＴ４をオン・オフ動作させる（順序４）。このとき、例えば、放電電圧が３５ｋＶ程度で、偏差電圧が３．５ｋＶ以下の火花放電が繰り返される。この放電電圧はトランス３の一次コイル２を介してＭＯＳＦＥＴ４のドレイン端子５に減圧されて印加される。ここでは、放電回数は１秒間に数十回であり、検査時間は数秒〜数分程度である。この放電中に発生したオゾンや金属粉などの物質は気流２５で放電箱２６の外へ除去される。この放電工程でＭＯＳＦＥＴ４が動作を停止した場合は不良と判定し、停止しない場合は良品と判定する。

この検査工程で良品と判定されたＭＯＳＦＥＴ４は、各種特性の測定後に最終的な良否判定が行われる。

１ 電源
２ 一次コイル
３ トランス
４ ＭＯＳＦＥＴ
５ ドレイン端子
６ 高電位側プローブ
７ ソース端子
８ グランド側プローブ
９ ゲート端子
９ａ ゲートプローブ
１０ 支持台
１１ 制御回路
１２ アノード
１３ 二次コイル
１４ カソード
１５ ダイオード
１６ 高電位側放電プラグ
１７ 第１主電極
１８ グランド側放電プラグ
１９ 第２主電極
２０ 補助電極
２１ 吸引機
２２ 樹脂製支持体
２３ 吸引口
２４ 開口部
２５ 気流
２６ 放電箱
２７ 放電プラグ
３１ 第１直線
３２ 第２直線
３３ 等電位線
３４ 最短経路

Claims (8)

1. 電源と、前記電源の低電位側が接続するグランドと、前記電源の高電位側に一次側コイルの一端が接続するトランスと、前記トランスの一次側コイルの他端に接続し半導体装置の高電位端子に高電位を与える高電位側電流プローブと、前記半導体装置のゲートに接続する駆動回路と、前記グランドに接続し前記半導体装置の低電位端子にグランド電位を与える低電位側電流プローブと、前記トランスの一次コイルの一端とアノードが接続するダイオードと、ダイオードのカソードが一端に接続する前記トランスの二次コイルと、前記二次コイルの他端に接続する第１主電極と、前記グランドに接続する第２主電極と、前記第１主電極に隣接して配置される補助電極と、前記半導体装置を載置する支持台と、前記第１主電極と前記第２主電極および前記補助電極に気流を当てて放電で発生した物質を除去する吸引機と、を備えた半導体装置の検査装置にであって、
   前記の第１主電極の先端の球状表面と第２主電極の先端の球状表面の最短距離を結ぶ第１直線上で、第２主電極とは反対方向に第１主電極内に前記第１直線を延ばし、第１主電極の先端の球状表面から、前記第１直線上に沿った所定の位置までの距離Ｌ１で、前記第１直線に直角方向に伸ばした第２直線上に、前記第１主電極の先端の球状表面から離して前記補助電極の先端の球状表面を配置し、前記第１主電極の先端の球状表面から前記補助電極の先端の球状表面までの距離Ｌ２を０．１ｍｍ〜０．５ｍｍにすることを特徴とする半導体装置の検査装置。
2. 前記距離Ｌ１が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査装置。
3. 前記第２主電極の先端の球状表面の曲率半径を１としたとき、前記第１主電極の先端の球状表面の曲率半径が０．０３〜０．１であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の検査装置。
4. 前記第２主電極の先端の球状表面の曲率半径を１としたとき、前記補助電極の先端の球状表面の曲率半径が０．０３〜０．１であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の検査装置。
5. 前記吸引機が０．３ｍｍ／ｓ〜０．７ｍｍ／ｓの速度の気流を調整して発生させる能力を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項であることを特徴とする半導体装置の検査装置。（西部注：ＳＩ単位系の秒の単位はｓ）
6. 前記の吸引機が排気ファンもしくは真空ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の前記半導体装置の検査装置を用いて行なう前記半導体装置の検査方法であって、
   前記支持台に前記半導体装置を載置する工程と、
   前記トランスの一次コイルに接続する前記高電位側電流プローブを前記半導体装置の高電位電極に接触させ、低電位電極を前記低電位側電流プローブに接触させる工程と、
   前記第１主電極、第２主電極および補助電極に気流に当て、該気流を排気ファンで吸引しながら前記半導体装置を前記駆動回路の信号でスイッチング動作させて、前記トランスの二次コイルに接続する前記第１主電極と前記第２主電極の間で前記補助電極を介して放電させる工程と、
   前記半導体装置の破壊もしくは動作停止の有無により良否を判定する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の検査方法。
8. 前記第１主電極、第２主電極および補助電極を通過する前記気流の流速が０．３ｍ／ｓ〜０．７ｍ／ｓであることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の検査方法。

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