JPH02166746A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体チップの試験測定に利用される測定装
置に関する。

（従来の技術） プローブ装置に配置され、半導体ウェハ上に形成された
半導体チップの試験測定に利用されるウェハ載置台のう
ち、例えばパワートランジスタ等の半導体チップの試験
測定に利用されるものとして、ケルビンチャックと称さ
れるウェハ載置台が知られている。

この種のケルビンチャックは、従来より例えばアルミニ
ウム合金等から円板状に構成された載置台本体の表面に
、２種の電極を形成することにより構成される。その一
方は電圧印加電極であり、他方は電圧測定電極であり、
これら２種の電極を同心固状に２分割し、あるいは直径
ライン上の左右に２分割して構成するものを挙げること
ができる。

そして、前記電圧印加電極から半導体ウェハ裏面に形成
されたコレクタ電極に所定の電圧を印加し、かつ、半導
体ウェハ表面に形成されたエミッタ小極及びベース電極
にプローブ針等を接触させて、試験測定を行っている。

また、前記電圧測定電極により、電圧印加電極から半導
体ウェハ裏面に形成されたコレクタ電極に印加された電
圧を測定している。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のウェハ載置台を用いて、半導体ウェハ上の各半導
体チップの試験を行う場合には、ウェハ載置台上に形成
された２種の電極、すなわち電圧印加電極及び電圧測定
電極を用いる必要がある。

この際、上記のように各電極をウェハ載置台面上にて２
分割に構成した場合には、１つの半導体チップが上記２
種の電極に接触することはむしろ少なく（画電極の境界
を挾んで位置する場合のみである）、半導体ウェハ上の
大半の領域の半導体チップは、そのいずれか一方の電極
にのみ直接接触することになる。このように、半導体チ
ップがその一方の電極にのみ直接接触する場合には、そ
の他方の電極と上記半導体チップとは半導体ウェハの裏
面を辿って電気的に接続されることになる。

ここで、上記半導体ウェハの裏面の導電部には、゛当然
のことながら電気的抵抗があり、この電気的抵抗はその
導電に要する距離が長くなる程増大している。そしてさ
らに、上記のようにウェハ載置台を単に２分割して２種
の電極を備えた場合には、半導体ウェハ上の各半導体チ
ップが直接接触しない他方の電極より、前記半導体ウェ
ハの裏面を介して各チップに導かれる導電部の長さが、
半導体ウェハの大半の領域において非常に長くなってい
る。従って、このように導電部の長いことに起因する電
気的抵抗の増大によって、その測定結果に誤りが生じる
ことが多く発生していた。

一方、上記のウェハ載置台に細分割にて２種の電極を形
成することにより、半導体ウェハの各チップが必ず２種
のｆＭｈに当接するように溝底することも可能であるが
（本出願人の先の特許１η願：特願昭６２−９２８２８
号）、この場合載置台のコストが比較的高価になり、ま
た、半導体チップ、試験内容によっては電気的抵抗をさ
ほど小さくしなくても正確な試験を実行できるものも多
数存在する。

そこで、本発明の目的とするところは、この載置台に支
持されるチップと、このチップに直接接触しない電極と
の導電に要する長さを従来よりも短くすることによって
、測定結果の信頼性を向上することができる測定装置を
提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、被測定半導体チップが載置される載置面に、
上記半導体チップに電圧を印加する電圧印加電極と、上
記チップの特性を測定するための電圧測定電極とを備え
た装置において、前記電圧印加電極及び電圧測定１は極
を、上記載置面を２Ｎ（Ｎは２以上の整数）に面分割し
た面上に形成し、かつ、これらの電極が上記載置面に交
互にそれぞれＮ面ずつ形成されるように構成したもので
ある。

（作　用） 本発明では、電圧印加電極及び電圧測定７は極を、ウェ
ハ載置台面を２Ｎ（Ｎは２以上の整数）すなわち、４，
６．８．・・・に面分割した面上に形成し、かつこれら
の電極が上記載置面に交互にそれぞれＮ面ずつ有するよ
うに構成している。従って、従来の２分割方式の場合と
比べて、一つ一つの電極面の面積は小さくなり、しかも
あるい一つの電極の両側には必ず異種の２つの電極が存
在することになる。そして、半導体ウェハ上の半導体チ
ップが、一つの７１ｉ　ｔｉに直接接触した場合には、
該チップの１ｉｌｌｌ定に必要な一組の電極のうちの他
方の電極とは、その一つの電極の両側に存在する電極の
うち、上記チップの位置との間の直線距離が短いいずれ
か一つの’ＦＭｈとなる。

ところが、従来の２分割方式のウェハ載置台では、ある
ひとつとの電極に半導体チップが直接接触した場合には
、そのチップのＩｉ！−１定に使用する一組の電極は、
半導体チップの位置に拘らず定められていたので、半導
体チップの形成位置によっては半導体ウェハの裏面を辿
って他の電極までに到達するための導電に要する長さが
極めて長く、このため測定精度が著しく悪化していた。

本発明の場合には、分割数に逆比例して一つの電極面の
面積は小さくなり、しかも、一つの電極に隣接する他の
２つの電極のうちのチップ間との直線距離が短い方の電
極を一組の電極として使用することになるので、従来の
２分割方式の場合よりも半導体ウェハの裏面を辿って電
極部に到達する導電長さを短くすることかでき、このた
め電気抵抗を押えて測定精度を向上することができる。

（実施例） 以下、本発明の測定装置の一実施例を図面を参照して具
体的に説明する。

ウェハ載置台は、円板状に構成された載置台本体１の表
面に、例えば金等からなる電圧印加電極２及び印加電圧
測定電極３を形成している。前記載置台本体１は、例え
ば５インチサイズの半導体ウェハを測定するものに対応
して外径１３５　ｍｉとし、その厚さを２０　ｍｍとし
ている。また、載置台本体１の材質としては、絶縁抵抗
の大きな材料が好ましく、セラミック系としてステアタ
イト磁器。

酸化チタン磁器、チタン酸マグネシウム磁器、アルミナ
セラミックス等を採用でき、ガラス系としては鉛ガラス
、硼硅酸ガラス、石英ガラス等を採用でき、あるいはマ
イカレックス系を採用することができる。これらは、そ
の２５℃の温度条件下で体積固有抵抗が１０１３Ωｃｍ
以上あり、その表面固有抵抗が１０１０Ω以上となって
る。本実施例では、体積固有抵抗が１０＋４Ω艶である
セラミック系のアルミナセラミックスを採用している。

また、上記載置台本体１の表面には、同心円状に沿って
バキューム溝１ａが複数形成され、このバキューム溝１
ａを介して載置台本体１上に載置される半導体ウェハを
真空吸着可能としている。

前記電圧印加電極２及び電圧測定電極３は、上記載置台
本体１の面を出角９０度で４つに面分割した各面に形成
され、かつ、これらの電極が載置台本体１の面上で交互
にそれぞれ２面ずつ形成されるように構成している。こ
れら各電極２，３は、前記載置台本体１の表面を例えば
金メツキあるいは金メタライズすることにより形成され
、この各電極２，３の間は例えば１　ｎ＋ｎ＋〜２關の
所定幅のマスキング部４とすることで、両者間のアイソ
レーションを形成している。尚、載置台本体１の中心部
をも正確に４分割するものであってもよいが、本実施例
の場合には相向い合う電圧測定電極３を中心部でつなが
るように構成している。また、電圧印加電極２，２は、
前記載置台本体１の相対向する周縁部に前記電極２と同
様に金メツキ等で形成した印加電極接続端子２ａ、２ａ
　（第１図では片方のみ図示）を備えており、同様に、
電圧測定電極３，３も前記載置台本体１の相対向する周
縁に形成した測定電極接続端子３ａ、３ａを備えている
。そして、この各接続端子２ａ、２ａ、３ａ。

３ａにケーブル７を接続し、図示しないテスタに接続し
ている。

上記溝底のウェハ載置台は、半導体ウェハの電気的特性
を検査するためのプローブ装置のチャックトップとして
使用される。そして、半導体ウェハ上に形成され、裏面
に電極を有する例えばパワートランジスタ等の半導体チ
ップの試験測定に利用されることになる。

次に、作用について説明する。

まず、載置台本体１上に半導体ウェハを載置し、バキュ
ーム溝１ａを介してこの半導体ウェハを載置台本体１上
に真空吸着する。次に、電圧印加電極２から半導体ウェ
ハ裏面のコネクタ電極に所定の−ｕ圧を印加し、この印
加された電圧を前記電圧測定電極３によって測定する。

一方、半導体ウェハ表面側に形成された各半導体チップ
の電極、例えばエッミタ電極、ベース電極などには、プ
ローブ装置が有するプローブ針等を接触させ、この半導
体ウェハ上の各チップの電気的特性を検査することにな
る。

ここで、この種のケルビン仕様のウェハ載置台を用いた
場合には、■２ＯＡから５ＯＡの比較的大電流を使用し
た電気的測定（パワートランジスタ、ＭＯＳパワーＦＥ
Ｔ等に対するもの）、あるいは■１６００Ｖから２００
０Ｖの比較的高電圧を用いた電気的測定の２種のものを
行うことができる。そして、本実施例ではこの大電流用
、高電圧用の２種の試験を適切に実施できるようになっ
ている。

ここで、前記載置台本体１に形成された前記電圧印加用
電極２及び電圧測定用電極３の作用について説明すると
、この載置台本体１上に支持される半導体ウェハの各チ
ップの裏面は、前記電圧印加用電極２又は電圧測定用電
極３のいずれか一方に直接接触することになる。そして
、このチップの裏面が直接接触しない側の電極とチップ
との間の導通は、半導体ウェハの裏面を辿ることによっ
て実施されることになる。そして、特に大電流を用いて
行う試験の場合には、半導体ウェハの裏面を辿る導通に
要する長さが長い程その電気抵抗が大きくなるため、測
定精度に大きな影響を及ぼすことになる。

本実施例では、先ず分割数が従来の２分割よりも多いた
め、一つの電極面の面積が小さく、このため一つの電極
面の任意点よりこれとは異種の電極面までに至る長さが
短くなる。しかも、一つの電極に隣接する他の２つの異
種電極のうちのチップ間との直線距離が短い方の電極を
一組の電極として使用することになるので、従来の２分
割方式の場合に比べて、最短距離の異種電極を選択でき
る余地がある。

このように、本実施例の場合には従来の２分割タイプの
ケルビンチャックと比較して、半導体ウェハの裏面を辿
る導電部の長さを短くすることができるので、電気的抵
抗分のロスを少なくすることができ、この結果測定精度
を向上することが可能となる。そして、この効果は特に
大電流を使用して試験する場合に有効なものとなる。

次に、このチャックトップを高電圧用の試験に用いる場
合の作用について説明する。

このような高電圧使用試験では、チャックトップ上の前
記電圧印加電極２あるいは電圧１１１１＋定電極３と、
グランド（ステージベース）との間の耐圧特性が問題と
なる。本実施例のチャックトップを、温度２５℃、湿度
４０％の環境下で単体にて測定したところ下記のような
データが得られた。

・ＤＣテスト・・・ＤＣ４５００Ｖ。

リーク電流０．５ｍｍＡ、−分間ＯＫ ・ＡＣテスト・・・ＡＣ２２００Ｖ リーク電球０．５ｍＬＬＩＡ、−分間ＯＫこのように、
本実施例のチャックトップの耐圧データが、後述する従
来のものに比較して優れている理由は、前記電圧印加用
電極２及び電圧測定用電極３が形成される載置台本体１
の母材として、１０１４Ωｃｍの高抵抗を有するアルミ
ナセラミックスを採用し、かつ、この載置台本体１の厚
さを２０ＷＩＩｌもの厚みに設定しているからである。

従来のものは、アルミニウム合金上にエポキシ系樹脂に
よって絶縁された上記２種の電極を配置し、かつ、載置
台本体となる比較的の抵抗値の低いアミルニウム合金の
厚さは本実施例の載置台本体１の厚さよりも薄いもので
あった。このため、その電極、グランド間の耐圧データ
は、 ・耐圧特性３０００ＶＤＣ。

一分（ケーブルを含まない単体） ・絶縁特性１×１０９Ω （５００ＶＤＣ） であり、本実施例装置の方が電極、グランド間の耐圧特
性で優れ、従って試験時のリーク電流を少なくできる点
で優れている。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明は上
記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範
囲内で種々の変形実施が可能である。

上記実施例では、本発明の最少の分割モードである４分
割にて電極を形成する場合について説明したが、これに
限らず、少なくとも載置面を２Ｎ（Ｎは２以上の整数）
に面分割し、かつ、電圧印加用電極２．電圧測定用電極
３がそれぞれ等しい数で交互に形成するものであれば、
上記実施例と同様の効果を奏することができ、特に分割
数を多くすればする程、半導体ウェハの裏面を辿る導電
に要する長さを短くすることができるので、特に大電流
試験時の場合の抵抗ロス分を少なくすることができ、も
って測定精度の向上に寄与することが可能となる。また
、載置台本体１上に形成した前記電圧印加用電極、電圧
測定用電極のケーブル引出しについては、第１図に示す
ように載置台本体１の周縁部に接続端子を形成するもの
池、第２図（Ａ）、（Ｂ）に示す構成としてもよい。こ
れは、載置台本体１の與市側よりケーブル引出しを行う
ものであり、このために、前記電圧印加用電極２．電圧
測定用？Ｔｉ極３の表面より載置台本体１を貫いて裏面
側に導通する複数のスルーポール５を形成し、載置台本
体１の裏面側で前記スルーホール５と導通するターミナ
ル６よりケーブルを引出す（■成としてもよい。尚、ス
ルーホール５を１夏数有するものであれば電極面よりケ
ーブルに至る導電長さを短くでき、この分抵抗を少なく
できる点で好ましい。

次に、上記実施例のウェハ載置台に加熱部及び冷Ｊ、１
１部を一体化した本発明の変形例について第３図を参１
４（１，て説明する。

前記ウェハ載置台本体１の裏面側には、この載置台本体
１との間に中空部を形成することかｉ−＋Ｊ能な座板１
０が例えばネン市め固定されている。そして、このウェ
ハ載置台本体１と上記座板１０との間には、ウェハ載置
台本体１の裏面側に密ｉりしてクーツ〉・グ部の一例で
ある冷水ジャケット］２が固持されている。この冷水ン
ヤケット１２は、１夏数の冷水管１２ａを内蔵し、この
冷水管１２ａに冷水を通過させることで上記ウニ・＼載
１ｉ“台本体１との熱交換を行い、ウェハ載置台を冷却
可能とするものである。さらに、この冷水ジャケット１
２の下方には、シールド板１４上に形成された加熱部例
えばテープ状ヒータ１６が配置されている。

」Ｌ記のように、載置台本体にクーリング部あるいは加
熱部を内蔵することによって、冷水ジャケット１２に冷
水を通過させ、あるいはテープ状ヒータ１６に通電する
ことによって載置台本体を種々の温度に設定することが
できる。従って、このようなウェハ１ｌｉｌ：置台に半
導体ウェハを載置することで、高温下、低温ドにて電気
的特性検査を行うことができ、半導体チップの実際の使
用環境に応じた温度にて種々の電気的特性検査が可能と
なる。

尚、上記のようなり−リング部、加熱部は必要に応じて
その一方のみをウェハ載置台に内蔵するものであっても
よく、あるいはクーリング部　加熱部の１．１７成とし
ては、上記のような構造に限らず、ウェハ載置台を冷却
あるいは加熱することが可能な種々の構成を採用するこ
とができる。

［発明の効果］ 以上説明ｌ、たように、本発明によれば半導体ウェハ上
の半導体チップの形成位置によって相違する４１１＋定
時の電気的抵抗のバラつきを少なくすることで、従来よ
りも測定精度を向上することができる比較的衣ｆ＋ＩＴ
ｉな測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用したウェハ載置台の一例を示す
概略斜視図、第２図（Ａ）、（Ｂ）はそれそ“れスルー
ホールによってケーブル引出しを実現した本発明の変形
例を示すＩＦＥ略斜視図、断面図、第３図は、加熱部、
冷却部を内蔵したウェハ載置台の断面図である。 １・・載置台本体、２・・電圧印加電極、２ａ・・印加
電極接続端子、３・・・電圧ａｌｌｌｌｌ画定３ａ・・
・測定電極接続端子、４・・マスキング部、５・・スル
ーホール、６・・ターミナル、７・・・ケーブル、１２
・・・冷水ジャケット、１６・・テープ状ヒータ。 代理人　弁理士　井　　上　　　−（他１名）第 図 （Ａ） （Ｂ） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定半導体チップが載置される載置面に、上記
   半導体チップに電圧を印加する電圧印加電極と、上記チ
   ップの特性を測定するための電圧測定電極とを備えた装
   置において、 前記電圧印加電極及び電圧測定電極を、上記載置面を２
   Ｎ（Ｎは２以上の整数）に面分割した面上に形成し、か
   つ、これらの電極が上記載置面に交互にそれぞれＮ面ず
   つ形成されるように構成したことを特徴とする測定装置
   。