JP6218718B2 - 半導体評価装置及びその評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハに設けられた複数の縦型半導体装置を評価する半導体評価装置及び半導体評価方法に関する。

半導体ウェハや半導体チップといった被測定物の電気的特性を測定（評価）する際、真空吸着により被測定物の設置面を、チャックステージに接触して固定する方法が一般的に用いられている。半導体ウェハの面外方向に電流を流すことが可能な縦型構造の半導体装置を評価する評価装置では、半導体ウェハの設置面を固定するチャックステージが測定電極の１つとして用いられる。このような評価装置では、チャックステージに接続したケーブルは、評価部へ接続されるが、ケーブルを引き回す分だけケーブルの長さが長くなったりする。ケーブルが長くなることにより、測定経路の寄生インダクタンスが大きくなるため、縦型半導体装置の評価の精度が悪化するという問題がある。

一方、例えば特許文献１には、測定経路の短縮化、寄生インダクタンスの低減化を実現できるように、ウェハ保持部に加えて、プローブコンタクト領域を備えたウェハ検査装置が提案されている。また、例えば特許文献２には、測定ラインの抵抗を低減できるように、コンタクトプレートを被測定物に近接して設置する装置が提案されている。

特開２０１３−１１８３２０号公報 特開２０１３−３２９３８号公報

しかしながら、従来技術では、電圧が高圧となる部分（特許文献１ではチャックステージ及びプローブコンタクト領域）の面積が大きく、かつ、これらが近接するため、評価時に印加する電圧が高圧になるほど絶縁の確保が困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、縦型半導体装置の評価において絶縁の確保が可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体評価装置は、半導体ウェハに設けられた複数の縦型半導体装置を評価する半導体評価装置であって、前記縦型半導体装置は、前記半導体ウェハの表面及び裏面にそれぞれ設けられた表面電極及び裏面電極を有し、前記半導体評価装置は、前記半導体ウェハを保持する半導体ウェハ保持部と、前記半導体ウェハ保持部に保持された前記半導体ウェハの前記表面電極と接触した場合に、前記表面電極と電気的に接続される表面プローブと、前記半導体ウェハ保持部に保持された前記半導体ウェハの前記裏面電極と接触した場合に、前記裏面電極と電気的に接続される裏面接続部とを備える。また、前記半導体評価装置は、前記半導体ウェハ保持部に保持された前記半導体ウェハの前記裏面側に配設され、前記裏面接続部と電気的に接続された一端部分と、前記半導体ウェハ保持部に保持された前記半導体ウェハの前記表面側に配設され、前記一端部分と電気的に接続された他端部分とを有する裏面電位導出部と、前記表面プローブと前記裏面電位導出部の前記他端部分とを介して、前記表面電極と前記裏面電極とに通電することにより前記縦型半導体装置の電気的特性を評価する評価部とを備える。前記半導体ウェハ及びそれを保持する前記半導体ウェハ保持部、または、前記表面プローブ、前記裏面接続部及び前記裏面電位導出部は、前記半導体ウェハの面内方向に移動可能である。前記半導体ウェハ及びそれを保持する前記半導体ウェハ保持部、または、前記表面プローブ、前記裏面接続部及び前記裏面電位導出部が前記面内方向に移動する場合に、前記半導体ウェハと、前記裏面電位導出部のうち前記半導体ウェハから前記面内方向に位置する部分とのいずれか一方の移動領域外の近傍に、他方が固定される。

本発明によれば、高電位となる箇所を従来技術より縮小させることができるので、縦型半導体装置の評価において絶縁の確保が容易となる。

実施の形態１に係る半導体評価装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体評価装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る表面プローブを説明するための側面図である。 実施の形態１に係る半導体評価装置の概略構成を示す断面図である。 変形例２に係る半導体評価装置の概略構成を示す断面図である。 変形例３に係るステージに設けられた電極部の概略構成を示す平面図である。 変形例４に係るステージに設けられた電極部の概略構成を示す平面図である。 変形例５に係るステージの概略構成を示す側面図である。 変形例６に係る半導体評価装置の概略構成を示す断面図である。 変形例７に係る半導体評価装置の概略構成を示す断面図である。 変形例８に係る半導体評価装置の概略構成を示す断面図である。 変形例９に係る半導体評価装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体評価装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体評価装置の概略構成を示す断面図である。

＜実施の形態１＞
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体評価装置１の概略構成を示す断面図である。図１及び図２は、半導体評価装置１の異なる動作状態が示されている。なお、図２には、円で囲まれた部分の拡大図も示されている。

半導体評価装置１は、半導体ウェハ５１に設けられた複数の縦型半導体装置５２、つまり面外方向（縦方向，Ｚ方向）に大きな電流を流すことが可能な縦型構造の例えばトランジスタやダイオードといった半導体装置を評価する装置である。評価対象となる縦型半導体装置５２は、図２に示すように、半導体ウェハ５１の表面（＋Ｚ側面）及び裏面（−Ｚ側面）にそれぞれ設けられた表面電極５２ａ及び裏面電極５２ｂを有する。なお、表面電極５２ａは、複数の縦型半導体装置５２のそれぞれに分離されて設けられているが、裏面電極５２ｂについては、ウェハの状態の場合、一般的に分離されておらず一体化している。

図２では便宜上、半導体ウェハ５１に２つの縦型半導体装置５２が設けられている状態を図示しているが、もちろん３つ以上の縦型半導体装置５２が設けられてもよい。また、図２以降では便宜上、縦型半導体装置５２、表面電極５２ａ及び裏面電極５２ｂの図示を省略することもある。

半導体評価装置１は、半導体ウェハ保持部６と、移動アーム７と、表面プローブ１１と、ステージ１４と、裏面電位導出部１８と、プローブ基体２１と、プローブ接続部２２ａ，２２ｂと、テストヘッド２３と、信号線２６と、これらを統括的に制御する評価制御部２７とを備えている。そして、裏面電位導出部１８は、配線部１５と、延長電極１６と、延長電極用表面プローブ１７とを備えている。

半導体ウェハ保持部６は、半導体ウェハ５１を保持する。本実施の形態１では、半導体ウェハ保持部６は、半導体ウェハ５１の外周部の全部または一部と接触して半導体ウェハ５１を保持する。なお、図１では、半導体ウェハ保持部６が半導体ウェハ５１の両端部分に離間して図示されているが、これらは手前側及び奥側の少なくともいずれか一方において繋がっている。

図１及び図２に示すように、移動アーム７は、半導体ウェハ保持部６及びそれに保持された半導体ウェハ５１を、主に半導体ウェハ５１の面内方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動する。つまり、本実施の形態１では、半導体ウェハ５１及びそれを保持する半導体ウェハ保持部６が、表面プローブ１１、ステージ１４（電極部１４ａ）及び裏面電位導出部１８に対して、半導体ウェハ５１の面内方向に移動可能となっている。以上のような半導体ウェハ５１等の移動を行いながら、縦型半導体装置５２を１つずつ順に表面プローブ１１等にコンタクトさせて評価する。

ただし、後述する変形例のように、２つ以上の縦型半導体装置５２を一括して表面プローブ１１等にコンタクトさせて評価してもよい。また、１つの移動アーム７によって半導体ウェハ保持部６を保持及び移動するのではなく、複数の移動アーム７によって半導体ウェハ保持部６を安定的に保持及び移動してもよい。

表面プローブ１１は、縦型半導体装置５２の評価の際に、表面電極５２ａと外部（プローブ接続部２２ａ）とを接続するための電極である。表面プローブ１１は、半導体ウェハ保持部６に保持された半導体ウェハ５１の表面電極５２ａと接触した場合に、表面電極５２ａと電気的に接続される。表面プローブ１１は、表面電極５２ａとの接触に関わらず、プローブ基体２１と機械的に接続されるとともに、プローブ接続部２２ａと電気的に接続されている。なお、図１では便宜上、１本の表面プローブ１１のみを示したが、比較的大きな電流（例えば５Ａ以上）を通電する場合などには、複数本の表面プローブ１１が設けられてもよい。

ステージ１４は、従来用いられている半導体ウェハ全体を設置するものと比較して十分小さい小型のチャックステージであり、例えば縦型半導体装置５２を１つずつ評価するものであれば、その縦型半導体装置５２の１つの大きさ（チップサイズ）に相当する。このようなステージ１４によれば、破損や表面荒れ等による交換時の費用を抑制することができる。また、裏面プローブを縦型半導体装置５２の裏面電極５２ｂに直接接触させる場合に比べて、電流密度の上昇を緩和し、発熱を抑制することができる。

ステージ１４に設けられた電極部１４ａは、縦型半導体装置５２の評価の際に、裏面電極５２ｂと外部（プローブ接続部２２ｂ）とを接続するための電極である。電極部１４ａは、半導体ウェハ５１の裏面と機械的かつ電気的に接触する、ステージ１４の表面に設けられている。なお、図２以降では便宜上、電極部１４ａの図示を省略することもある。

本実施の形態１では、以上のように構成された電極部１４ａは、半導体ウェハ保持部６に保持された半導体ウェハ５１の裏面電極５２ｂと接触した場合に、裏面電極５２ｂと電気的に接続される裏面接続部として用いられる。電極部１４ａは、裏面電極５２ｂとの接触に関わらず、配線部１５を通じて延長電極１６と電気的に接続されている。

なお、ステージ１４の本体部はニッケルなどの金属で形成され、電極部１４ａの材料には、例えば、銅のような金属が適用される。ただし、これに限ったものではなく、電極部１４ａの導電性向上や耐久性向上等の観点から、電極部１４ａに、別の部材、例えば金、パラジウム、タンタル及びプラチナ等で被覆してもよい。

裏面電位導出部１８は、半導体ウェハ保持部６に保持された半導体ウェハ５１の裏面側に配設された一端部分と、半導体ウェハ保持部６に保持された半導体ウェハ５１の表面側に配設された他端部分とを有している。本実施の形態１では、配線部１５が、裏面電位導出部１８の一端部分を担い、延長電極用表面プローブ１７が、裏面電位導出部１８の他端部分を担っている。裏面電位導出部１８の一端部分は、ステージ１４の電極部１４ａと電気的に接続されており、裏面電位導出部１８の他端部分は、配線部１５などを介して裏面電位導出部１８の一端部分と電気的に接続されている。

次に、裏面電位導出部１８の構成要素（配線部１５、延長電極１６及び延長電極用表面プローブ１７）のそれぞれについて説明する。

配線部１５は、ステージ１４の電極部１４ａと延長電極１６とを電気的に接続している。配線部１５には、ケーブルまたは金属板などの導電材が用いられるが、ここでは、形状が変化し難く、断面積の確保が容易である金属板が用いられるものとして説明する。

延長電極１６は、裏面電位導出部１８の上述した一端部分以外の部分を担っており、当該一端部分と電気的に接続されている。その一例として本実施の形態１では、延長電極１６は、配線部１５を介してステージ１４の電極部１４ａと電気的に接続されている。延長電極１６の材料には、例えばステージ１４と同様の材料が用いられる。

延長電極用表面プローブ１７は、プローブ基体２１と機械的に接続されるとともに、プローブ接続部２２ｂと電気的に接続されている。なお、図１及び図２では便宜上、１本の延長電極用表面プローブ１７のみを示したが、比較的大きな電流（例えば５Ａ以上）を通電する場合などには、複数本の延長電極用表面プローブ１７が設けられてもよい。

本実施の形態１では、延長電極１６と延長電極用表面プローブ１７とは接離可能に構成されている。延長電極１６と延長電極用表面プローブ１７とが接触した場合には、電極部１４ａと延長電極用表面プローブ１７とが電気的に接続され、延長電極１６と延長電極用表面プローブ１７とが離間した場合には、電極部１４ａと延長電極用表面プローブ１７との間の電気的な接続が切断される。なお、延長電極１６のうち、延長電極用表面プローブ１７と接触する表面には、電極部１４ａと同様の電極部を設けてもよい。

また、本実施の形態１では、半導体ウェハ５１及びそれを保持する半導体ウェハ保持部６が、図１及び図２のように半導体ウェハ５１の面内方向に移動する場合に、半導体ウェハ５１の移動領域外の近傍に、裏面電位導出部１８のうち半導体ウェハ５１から面内方向に位置する部分が固定される。つまり、裏面電位導出部１８のうち半導体ウェハ５１の面内方向に対応する部分が、半導体ウェハ５１の移動領域の端部と近接された状態で、裏面電位導出部１８が固定されている。このような構成によれば、配線部１５を可能な限り短く構成することができ、寄生インダクタンスを低減することができる。

絶縁性基体であるプローブ基体２１は、表面プローブ１１及び延長電極用表面プローブ１７を固定する。このプローブ基体２１は、プローブ（表面プローブ１１及び延長電極用表面プローブ１７）を介して縦型半導体装置５２の表面電極５２ａ及び裏面電極５２ｂと、プローブ接続部２２ａ，２２ｂとを個別に電気的に接続するための部材である。

プローブ基体２１は、半導体ウェハ５１または縦型半導体装置５２の種類に応じて用意されており、プローブ基体２１を別のプローブ基体２１に交換することによって、表面プローブ１１及び延長電極用表面プローブ１７も別の表面プローブ１１及び別の延長電極用表面プローブ１７にそれぞれ交換することが可能となっている。このような構成によれば、プローブ基体２１（プローブカード）の交換によって、縦型半導体装置５２における表面プローブ１１の接触位置を変更することができる。したがって、半導体ウェハ５１の多様なサイズ、または、縦型半導体装置５２の多様なサイズ、個数もしくは接触位置に対応することができる。また、各プローブの破損時の交換を容易に行うことができる。

プローブ接続部２２ａ，２２ｂは、例えばコネクタであり、テストヘッド２３とプローブ基体２１とを着脱自在に構成されている。

テストヘッド２３は、プローブ基体２１が装着された場合に、プローブ接続部２２ａを介して表面プローブ１１と電気的に接続されるとともに、プローブ接続部２２ｂを介して延長電極用表面プローブ１７と電気的に接続される。

また、テストヘッド２３は、縦型半導体装置５２に電圧や電流を供給する部分と、電圧及び電流を計測する部分と、これらの使用を選択的に切り替える機構を有する。このテストヘッド２３は、信号線２６を介して後段の評価制御部２７と電気的に接続されており、評価制御部２７とは別に縦型半導体装置５２と近接して配設されている。

評価部である評価制御部２７は、テストヘッド２３を制御することにより、表面プローブ１１を介して表面電極５２ａに通電したり、裏面電位導出部１８の他端部分を担う延長電極用表面プローブ１７を介して裏面電極５２ｂに通電したりする。評価制御部２７は、これら通電により縦型半導体装置５２の電気的特性を評価する。

＜表面プローブ１１及び延長電極用表面プローブ１７＞
次に、表面プローブ１１及び延長電極用表面プローブ１７の構造について詳細に説明する。なお、延長電極用表面プローブ１７の構造は、表面プローブ１１の構造とほぼ同じであることから、表面プローブ１１の構造について主に説明する。

図３は、本実施の形態１に係る表面プローブ１１の概略構成及び動作を示す側面図である。表面プローブ１１は、基体設置部１１ａと、先端部１１ｂと、押し込み部１１ｃと、外部接続部１１ｄとを備える。

基体設置部１１ａは、基台として形成され、プローブ基体２１と機械的に接続する。先端部１１ｂは、縦型半導体装置５２の表面電極５２ａの表面と機械的かつ電気的に接触可能なコンタクト部１１ｂ１を有する。

押し込み部１１ｃは、基体設置部１１ａの内部に組み込まれたスプリング等のばね部材によって、コンタクト部１１ｂ１が表面電極５２ａと接触した際に、揺動可能となっている。つまり、押し込み部１１ｃは、表面電極５２ａに接触されたコンタクト部１１ｂ１を表面電極５２ａに付勢しつつ、基体設置部１１ａと先端部１１ｂとの間の距離を変更することが可能となっている。また、押し込み部１１ｃは、コンタクト部１１ｂ１と、外部接続部１１ｄとを電気的に接続する。コンタクト部１１ｂ１と電気的に通じる外部接続部１１ｄは、外部（プローブ接続部２２ａ）への出力端として機能する。

以上のように本実施の形態１では、スプリングを内蔵したスプリングプローブが、表面プローブ１１に適用されている。このような表面プローブ１１の動作としては、図３（ａ）に示されるように、表面プローブ１１のコンタクト部１１ｂ１が表面電極５２ａから離間している状態から、表面プローブ１１を下側（−Ｚ側）に向けて下降させると、図３（ｂ）に示されるように、コンタクト部１１ｂ１が表面電極５２ａと接触する。その後、さらに下降させると、図３（ｃ）に示されるように、押し込み部１１ｃが基体設置部１１ａ内に押し込まれる。このように構成された表面プローブ１１によれば、表面プローブ１１と縦型半導体装置５２の表面電極５２ａとの接触、ひいてはこれらの間の電気的接続を確実に行うことができる。

さて、以上に説明した表面プローブ１１の構成において、表面電極５２ａ及びプローブ接続部２２ａが延長電極１６及びプローブ接続部２２ｂを置き換えられることを除けば、延長電極用表面プローブ１７と表面プローブ１１とは同じである。

すなわち本実施の形態１では、スプリングを内蔵したスプリングプローブが、延長電極用表面プローブ１７に適用されている。このような構成によれば、延長電極用表面プローブ１７は、図３（ａ）〜（ｃ）に示した動作を行うことができるので、延長電極１６に対するＺ方向の位置合わせを容易に行うことができる。

なお、以上の説明では、表面プローブ１１及び延長電極用表面プローブ１７は、Ｚ軸方向に揺動性を有したスプリング式のスプリングプローブであるものとしたが、これに限ったものではなく、例えばカンチレバー式のコンタクトプローブであっても構わない。また、Ｚ軸方向に揺動性を有するプローブを、表面プローブ１１及び延長電極用表面プローブ１７に採用する場合であっても、スプリング式に限ったものではなく、例えば積層プローブ及びワイヤープローブ等であっても構わない。

表面プローブ１１及び延長電極用表面プローブ１７の材料には、例えば、銅、タングステン及びレニウムタングステンなどの導電性を有する金属材料が用いられる。ただし、これに限ったものではなく、特にコンタクト部１１ｂ１などに、導電性向上や耐久性向上等の観点から、別の部材、例えば金、パラジウム、タンタル及びプラチナ等で被覆してもよい。

＜動作＞
次に、本実施の形態１に係る半導体評価装置１の動作手順について説明する。

まず、図４に示すように、複数の縦型半導体装置５２を含む半導体ウェハ５１を、半導体ウェハ保持部６に載置した後、表面プローブ１１及びステージ１４の間にあって、例えば評価を行うべき１つの縦型半導体装置５２の表面電極５２ａが表面プローブ１１の真下に位置するように移動する。

その後、半導体ウェハ５１の表面側から表面プローブ１１を、裏面側からステージ１４を半導体ウェハ５１に近接させ、評価を行うべき１つの縦型半導体装置５２の表面電極５２ａ及び裏面電極５２ｂに、表面プローブ１１及び電極部１４ａをそれぞれ接触させる。ここで、本実施の形態１では配線部１５に金属板が用いられているため、ステージ１４、配線部１５及び延長電極１６は、実質的に１つの固体物として一体化されている。このような構成によれば、図１に示すように、電極部１４ａが裏面電極５２ｂに接触するのとほぼ同時に、延長電極１６が延長電極用表面プローブ１７に接触することになる。

その後、所望の電気的特性に関して縦型半導体装置５２の評価を実施する。評価終了後に、表面プローブ１１及びステージ１４を表面電極５２ａ及び裏面電極５２ｂからそれぞれ離間する。ここで、本実施の形態１では配線部１５に金属板が用いられているため、図４に示すように、電極部１４ａが裏面電極５２ｂから離反するのとほぼ同時に、延長電極１６が延長電極用表面プローブ１７から離間することになる。

上述の離間後、次に評価を行うべき１つの縦型半導体装置５２に表面プローブ１１等を接続するために、半導体ウェハ保持部６に接続された移動アーム７を用いて、半導体ウェハ５１をその面内方向に主に移動させる。これにより、図１のように半導体ウェハ５１の周辺部に設けられた縦型半導体装置５２を評価することができるだけでなく、図２のように半導体ウェハ５１の中央部に設けられた縦型半導体装置５２を評価することができる。

ここで本実施の形態１では、表面電極５２ａ及び裏面電極５２ｂの平面視における形状が、回転対称を有しており、半導体ウェハ保持部６が、半導体ウェハ５１をその平面視において１８０度回動可能に構成されているものとする。そして、図１のように半導体ウェハ５１の周辺部から評価を開始し、図２のように半導体ウェハ５１の中央部の評価に至った場合に、それまでの半導体ウェハ５１の移動方向のまま残りの評価を行うのではなく、半導体ウェハ５１を１８０度回転させる。その後、半導体ウェハ５１を図２から図１に戻す方向に移動させながら残りの評価を行う。

このような構成によれば、半導体ウェハ５１の移動領域の最大幅が、半導体ウェハ５１の２枚分程度とならずに、１．５枚分程度となる。したがって、半導体評価装置１が評価を行うのに必要なスペースを低減することができる。

なお、半導体ウェハ５１が回動した場合に、表面プローブ１１及びステージ１４の電極部１４ａを、それらの位置を維持したまま、半導体ウェハ５１の回動と同じ方向（または逆方向）に１８０度回動できるように構成してもよい。このように構成した場合には、表面電極５２ａ及び裏面電極５２ｂの形状が回転非対称であっても、上述と同様の効果を得ることができる。

＜実施の形態１のまとめ＞
以上のように構成された本実施の形態１に係る半導体評価装置１及びその評価方法によれば、半導体ウェハ５１及びそれを保持する半導体ウェハ保持部６が半導体ウェハ５１の面内方向に移動する場合に、半導体ウェハ５１の移動領域外の近傍に、裏面電位導出部１８のうち半導体ウェハ５１から面内方向に位置する部分が固定される。

このような構成によれば、高電位となる箇所（範囲）を従来技術より縮小させることができるので、絶縁の確保が容易となる。よって、評価の信頼性の向上や、評価の精度向上、低コスト化、及び、工程短縮化などが期待できる。また、半導体ウェハ５１と接触するプローブに係わる配線（例えば配線部１５など）の短縮化、ひいては寄生インダクタンスの低減化が期待できる。さらに、配線部１５等の短縮化に伴い、半導体評価装置１の小型化も期待できる。

また、本実施の形態１では配線部１５は金属板で構成されている。このような構成によれば、配線部１５の断面積の確保が容易であることから、比較的大きな電流を印加した時の発熱による高温化を抑制することができる。

＜実施の形態１の変形例＞
次に、実施の形態１の変形例１〜９について説明する。なお、ここで説明する変形例１〜９は、後述する実施の形態２においても適用可能である。

＜変形例１＞
実施の形態１では、半導体ウェハ５１及びそれを保持する半導体ウェハ保持部６が、表面プローブ１１、ステージ１４（電極部１４ａ）及び裏面電位導出部１８に対して、半導体ウェハ５１の面内方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動可能であった。しかしこれに限ったものではなく、例えば、表面プローブ１１、ステージ１４（電極部１４ａ）及び裏面電位導出部１８を含む構成に可動機構を設けることにより、これらが、半導体ウェハ５１及びそれを保持する半導体ウェハ保持部６に対して、半導体ウェハ５１の面内方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動可能であってもよい。

そして、表面プローブ１１、ステージ１４（電極部１４ａ）及び裏面電位導出部１８が、半導体ウェハ５１の面内方向に移動する場合に、裏面電位導出部１８のうち半導体ウェハ５１から面内方向に位置する部分の移動領域外の近傍に、半導体ウェハ５１が固定されてもよい。このような本変形例１に係る構成によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

＜変形例２＞
実施の形態１では、半導体評価装置１は、表面プローブ１１及び延長電極用表面プローブ１７の両方を機械的に固定する１つのプローブ基体２１を備えていた。

これに対して、図５に示すように、本変形例２に係る半導体評価装置１は、表面プローブ１１を固定する第１プローブ基体２１ａ（第１絶縁性基体）と、延長電極用表面プローブ１７を固定する第２プローブ基体２１ｂ（第２絶縁性基体）とを備えている。また、本変形例２に係る半導体評価装置１は、第１及び第２プローブ基体２１ａ，２１ｂを保持するフレーム３１を備えている。

本変形例２に係るテストヘッド２３は、第１プローブ基体２１ａが装着された場合にプローブ接続部２２ａを介して表面プローブ１１と電気的に接続され、第２プローブ基体２１ｂが装着された場合にプローブ接続部２２ｂを介して延長電極用表面プローブ１７と電気的に接続される。そして、第１プローブ基体２１ａを別の第１プローブ基体２１ａに交換することによって、表面プローブ１１も別の表面プローブ１１に交換可能となっている。

以上のような本変形例２に係る半導体評価装置１によれば、第１プローブ基体２１ａを交換すれば、テストヘッド２３に対して延長電極用表面プローブ１７及び第２プローブ基体２１ｂを基本的に固定したままで、多様な半導体ウェハ５１及び多様な縦型半導体装置５２に対応することができる。したがって、交換を容易化することができ、低コスト化が期待できる。

＜変形例３＞
図６は、本変形例３に係るステージ１４に設けられた電極部１４ａの概略構成を示す平面図である。以下、変形例２で用いた図５と、図６とを用いて、本変形例３に係る半導体評価装置１を説明する。なお、本変形例３において、第１及び第２プローブ基体２１ａ，２１ｂを備えることは必須ではない。

図６に示されるように、１つの電極部１４ａは、縦型半導体装置５２に印加された電圧を測定するためのコレクタセンス電極１４ａ１（センス電極）と、縦型半導体装置５２に電流及び電圧を供給するためのコレクタフォース電極１４ａ２（フォース電極）とを含んでいる。つまり、１つの電極部１４ａが、コレクタセンス電極１４ａ１と、コレクタフォース電極１４ａ２とに分割されている。

コレクタセンス電極１４ａ１及びコレクタフォース電極１４ａ２は、互いに電気的に絶縁されており、コレクタセンス電極１４ａ１及びコレクタフォース電極１４ａ２は、縦型半導体装置５２の対応する裏面電極５２ｂと同時に接触可能である。

以上のような、コレクタセンス電極１４ａ１及びコレクタフォース電極１４ａ２が設けられた本変形例３に係る半導体評価装置１によれば、評価の精度を向上させることができる。

なお、図５では、コレクタセンス電極１４ａ１及びコレクタフォース電極１４ａ２に対応させて、２本の延長電極１６と、２本の延長電極用表面プローブ１７とが設けられている。しかしこれに限ったものではなく、延長電極１６は、図５の２本の延長電極１６の絶縁を維持したまま当該２本を１本にまとめたものであってもよいし、延長電極用表面プローブ１７は、図５の２本の延長電極用表面プローブ１７の絶縁を維持したまま当該２本を１本にまとめたものであってもよい。

＜変形例４＞
図７は、本変形例４に係るステージ１４に設けられた電極部１４ａの概略構成を示す平面図である。なお、本変形例４において、各電極部１４ａが、コレクタセンス電極１４ａ１及びコレクタフォース電極１４ａ２を含んでいることは必須ではない。

図７に示されるように、複数（ここでは２つ）の電極部１４ａがステージ１４に設けられている。また、２つの電極部１４ａは、２つの縦型半導体装置５２と同時に接触可能となっている。なお、図示しないが、表面プローブ１１についても同様に、２つの縦型半導体装置５２と同時に接触可能となっている。そして、評価制御部２７は、表面プローブ１１及び２つの電極部１４ａに接触された２つの縦型半導体装置５２の電気的特性を、並行して評価することが可能となっている。

以上のような本変形例４に係る半導体評価装置１によれば、複数の縦型半導体装置５２と一括してコンタクトをとって評価することができるので、評価工程を短縮することができる。

なお、図７では、電極部１４ａの数は２つであったが、これに限ったものではなく３つ以上であってもよい。

＜変形例５＞
図８は、本変形例５に係るステージ１４の概略構成を示す側面図である。本変形例５では、実施の形態１と同様に、電極部１４ａがステージ１４に設けられている。ただし、本変形例５では、電極部１４ａは、他の電極部１４ａと交換可能となっている。

以上のような本変形例５に係る半導体評価装置１によれば、縦型半導体装置５２の大きさや、裏面電極５２ｂの大きさに応じて、電極部１４ａを交換することにより、適切なサイズの電極部１４ａを使用することができる。また、ステージ１４そのものの交換に比べて、取り換えが容易であり、低コスト化が期待できる。

なお、図８では、面積が小さい電極部１４ａをステージ１４に取り付けた状態が示されているが、もちろん面積が大きい電極部１４ａをステージ１４に取り付けてもよい。また、電極部１４ａとステージ１４との接続としては、嵌め合いやネジによる接続が想定されるが、これらに限ったものではない。なお、電極部１４ａ及びステージ１４の少なくともいずれかに、位置決めピンと嵌め合うための凹部を設けるように構成すれば、交換時の位置決めが容易となる。

＜変形例６＞
実施の形態１では、配線部１５は金属板で構成されていた。これに対して、図９に示すように、本変形例６では、配線部１５は、形状可変のケーブルで構成されている。つまり本変形例６では、ステージ１４、配線部１５及び延長電極１６は、１つの固体物として一体化されていない。

以上のような本変形例６に係る半導体評価装置１によれば、延長電極１６及び延長電極用表面プローブ１７を互いに接触させた状態で、ステージ１４（電極部１４ａ）を半導体ウェハ５１に対して接離することができる。これにより、延長電極１６及び延長電極用表面プローブ１７を接離する回数を低減することができ、それらの再接触動作に伴うＺ方向の位置合わせなどの手間が低減する。また、評価工程の短縮化も期待できる。

＜変形例７＞
実施の形態１では、半導体ウェハ保持部６は、半導体ウェハ５１の外周部と接触して半導体ウェハ５１を保持した。また、上述の裏面接続部は、ステージ１４の電極部１４ａを含んで構成されていた。

しかしながら、近年においては、縦型半導体装置５２が形成される半導体ウェハ５１の薄厚化（例えば１００μｍ以下）が進められている。このため、半導体ウェハ５１の外周部のみを保持する構成では、半導体ウェハ５１の撓みが生じやすく、また、プローブやステージの接触時に破損することもある。本変形例７に係る半導体評価装置１では、このような問題を解決することが可能となっている。

図１０は、本変形例７に係る半導体評価装置１の概略構成を示す断面図である。本変形例７では、半導体ウェハ保持部６は、トレイ状であって、半導体ウェハ５１の裏面を保持する。また、半導体ウェハ保持部６は、導電性を有する金属（例えば銅）から構成され、半導体ウェハ５１の裏面と接触し、電気的に接続可能となっている。そして、裏面接続部は、電極部１４ａではなく、半導体ウェハ保持部６によって構成されている。

以上のように構成された本変形例７に係る半導体評価装置１によれば、薄膜化が進む半導体ウェハ５１の破損を抑制することができる。

なお、機械的な強度を有するように半導体ウェハ保持部６を構成した上で薄くすれば、電圧降下の問題も抑制することができる。また、ここでは図示していないが、半導体ウェハ５１と半導体ウェハ保持部６との密着性を高めるために、トレイ状の半導体ウェハ保持部６に、真空吸着用の機構を付加してもよい。

＜変形例８＞
実施の形態１やこれまでに説明した構成では、表面プローブ１１の直上に、Ｚ方向に延在するプローブ接続部２２ａを設けることによって、表面プローブ１１とテストヘッド２３とを最短距離で電気的に接続した。また、評価する縦型半導体装置５２が、その直下でステージ１４と接触する構成であった。

これに対して、図１１に示すように、本変形例８では、プローブ接続部２２ａは水平方向（Ｘ，Ｙ方向）にも延設している。そして、プローブ接続部２２ａのうちテストヘッド２３と接続する部分（以下「ヘッド接続部分」と記す）の水平方向の位置と、評価する縦型半導体装置５２の水平方向の位置とがずれている。また、ステージ１４は、半導体ウェハ保持部６の水平方向に延在する部分を介して、評価する縦型半導体装置５２と電気的に接続可能となっており、ヘッド接続部分の水平方向の位置と、ステージ１４の水平方向の位置とが近接している。

以上のように構成された本変形例８に係る半導体評価装置１によれば、表面プローブ１１とテストヘッド２３とを電気的に接続するプローブ接続部２２ａ（部材）の導電路の方向と、半導体ウェハ保持部６の導電路の方向とが、平行かつ逆向きとなる。これにより、プローブ接続部２２ａを流れる電流の向きと、半導体ウェハ保持部６を流れる電流の向きとが対向するので、インダクタンスを低減することができる。

なお、高電流であっても、プローブ接続部２２ａと、半導体ウェハ保持部６とは十分に離間されるので、絶縁性は確保される。

＜変形例９＞
図１２は、本変形例９に係る半導体評価装置１の概略構成を示す断面図である。本変形例９では、裏面接続部は、電極部１４ａ及び半導体ウェハ保持部６のいずれでもなく、裏面プローブ３４を含んで構成される。このように構成された本変形例９に係る半導体評価装置１であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

＜実施の形態２＞
図１３及び図１４は、本発明の実施の形態２に係る半導体評価装置１の概略構成を示す断面図である。図１３と図１４とは、互いに異なる構成を示している。なお、本実施の形態２に係る半導体評価装置１において、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ参照符号を付し、異なる部分について主に説明する。

本実施の形態２では、延長電極用表面プローブ１７が省略されており、延長電極１６が、Ｚ方向に沿ってプローブ基体２１まで延設されて、プローブ接続部２２ｂと電気的に接続されている。すなわち、裏面電位導出部１８は、配線部１５及び延長電極１６によって構成されており、配線部１５が、裏面電位導出部１８の一端部分を担い、延長電極１６が、裏面電位導出部１８の他端部分を担っている。なお、延長電極１６は、例えば、プローブ基体２１に設けたソケットとの嵌合により着脱可能に構成されるが、これに限ったものではない。

本実施の形態２では、裏面電位導出部１８は、表面プローブ１１に対して、ステージ１４の電極部１４ａを近接及び離反可能な可動機構３８を有している。裏面電位導出部１８は、図１３の構成では、配線部１５と延長電極１６との接続部分に可動機構３８を有しており、図１４の構成では、配線部１５の半ばに可動機構３８を有している。なお、可動機構３８には、例えば回動機構を具備するジョイントを利用することが想定されるが、これに限ったものではない。

＜実施の形態２のまとめ＞
実施の形態１では、延長電極用表面プローブ１７と延長電極１６とを半導体ウェハ５１を移動させるごとに接離させていた。これに対して、本実施の形態２に係る半導体評価装置１によれば、可動機構３８を設けることにより、上述の接離を行わなくても、ステージ１４（電極部１４ａ）を半導体ウェハ５１に対して接離することができる。この結果、延長電極用表面プローブ１７と延長電極１６との導通チェックを行わなくて済むので、工程が容易となる。また、延長電極用表面プローブ１７と延長電極１６との接触箇所の発熱も抑制することができる。

なお、図１４の構成によれば、図１３の構成よりも、ステージ１４が可動するスペースを低減することができるので、半導体評価装置１の小型化も期待できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態及び各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び各変形例を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 半導体評価装置、６ 半導体ウェハ保持部、１１ 表面プローブ、１４ ステージ、１４ａ 電極部、１４ａ１ コレクタセンス電極、１４ａ２ コレクタフォース電極、１５ 配線部、１６ 延長電極、１７ 延長電極用表面プローブ、１８ 裏面電位導出部、２１ プローブ基体、２１ａ 第１プローブ基体、２１ｂ 第２プローブ基体、２２ａ プローブ接続部、２３ テストヘッド、２７ 評価制御部、３４ 裏面プローブ、３８ 可動機構、５１ 半導体ウェハ、５２ 縦型半導体装置、５２ａ 表面電極、５２ｂ 裏面電極。

Claims (15)

1. 半導体ウェハに設けられた複数の縦型半導体装置を評価する半導体評価装置であって、
   前記縦型半導体装置は、前記半導体ウェハの表面及び裏面にそれぞれ設けられた表面電極及び裏面電極を有し、
   前記半導体ウェハを保持する半導体ウェハ保持部と、
   前記半導体ウェハ保持部に保持された前記半導体ウェハの前記表面電極と接触した場合に、前記表面電極と電気的に接続される表面プローブと、
   前記半導体ウェハ保持部に保持された前記半導体ウェハの前記裏面電極と接触した場合に、前記裏面電極と電気的に接続される裏面接続部と、
   前記半導体ウェハ保持部に保持された前記半導体ウェハの前記裏面側に配設され、前記裏面接続部と電気的に接続された一端部分と、前記半導体ウェハ保持部に保持された前記半導体ウェハの前記表面側に配設され、前記一端部分と電気的に接続された他端部分とを有する裏面電位導出部と、
   前記表面プローブと前記裏面電位導出部の前記他端部分とを介して、前記表面電極と前記裏面電極とに通電することにより前記縦型半導体装置の電気的特性を評価する評価部と
   を備え、
   前記半導体ウェハ及びそれを保持する前記半導体ウェハ保持部、または、前記表面プローブ、前記裏面接続部及び前記裏面電位導出部は、前記半導体ウェハの面内方向に移動可能であり、
   前記半導体ウェハ及びそれを保持する前記半導体ウェハ保持部、または、前記表面プローブ、前記裏面接続部及び前記裏面電位導出部が前記面内方向に移動する場合に、前記半導体ウェハと、前記裏面電位導出部のうち前記半導体ウェハから前記面内方向に位置する部分とのいずれか一方の移動領域外の近傍に、他方が固定される、半導体評価装置。
2. 請求項１に記載の半導体評価装置であって、
   前記裏面接続部は、
   裏面プローブを含んで構成されるか、前記半導体ウェハのステージに設けられた電極部を含んで構成されるか、または、前記半導体ウェハの前記裏面と電気的に接続可能に接触する前記半導体ウェハ保持部によって構成される、半導体評価装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体評価装置であって、
   前記裏面電位導出部は、
   前記一端部分と電気的に接続された延長電極と、
   前記他端部分を担う延長電極用表面プローブとを含み、
   前記延長電極と前記延長電極用表面プローブとは接離可能である、半導体評価装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の半導体評価装置であって、
   前記裏面電位導出部は、
   前記表面プローブに対して、前記裏面接続部を近接及び離反可能な可動機構を有する、半導体評価装置。
5. 請求項１に記載の半導体評価装置であって、
   前記半導体ウェハ保持部は、
   前記半導体ウェハの外周部と接触して前記半導体ウェハを保持する、半導体評価装置。
6. 請求項３に記載の半導体評価装置であって、
   前記裏面電位導出部は、
   前記一端部分を担い、前記裏面接続部と前記延長電極とを電気的に接続する金属板またはケーブルをさらに含む、半導体評価装置。
7. 請求項２に記載の半導体評価装置であって、
   前記裏面接続部は、
   前記ステージに設けられた複数の前記電極部を含んで構成され、
   前記複数の電極部は、２つ以上の前記縦型半導体装置と同時に接触可能な、半導体評価装置。
8. 請求項２に記載の半導体評価装置であって、
   前記裏面接続部は、
   前記ステージに設けられた前記電極部を含んで構成され、
   前記電極部は他の電極部と交換可能である、半導体評価装置。
9. 請求項２に記載の半導体評価装置であって、
   前記裏面接続部は、
   前記ステージに設けられた前記電極部を含んで構成され、
   １つの前記電極部は、センス電極及びフォース電極を含み、
   前記センス電極及び前記フォース電極は、前記縦型半導体装置の対応する前記裏面電極と同時に接触可能である、半導体評価装置。
10. 請求項３に記載の半導体評価装置であって、
    前記表面プローブ及び前記延長電極用表面プローブを固定する絶縁性基体と、
    前記評価部と電気的に接続されており、かつ、前記絶縁性基体が装着された場合に前記表面プローブ及び前記延長電極用表面プローブと電気的に接続されるテストヘッドと
    をさらに備え、
    前記絶縁性基体を別の絶縁性基体に交換することによって、前記表面プローブ及び前記延長電極用表面プローブも別の表面プローブ及び別の延長電極用表面プローブにそれぞれ交換可能な、半導体評価装置。
11. 請求項３に記載の半導体評価装置であって、
    前記表面プローブを固定する第１絶縁性基体と、
    前記延長電極用表面プローブを固定する第２絶縁性基体と、
    前記評価部と電気的に接続されており、かつ、前記第１絶縁性基体が装着された場合に前記表面プローブと電気的に接続され、前記第２絶縁性基体が装着された場合に前記延長電極用表面プローブと電気的に接続されるテストヘッドと
    をさらに備え、
    前記第１絶縁性基体を別の第１絶縁性基体に交換することによって、前記表面プローブも別の表面プローブに交換可能な、半導体評価装置。
12. 請求項３に記載の半導体評価装置であって、
    前記延長電極用表面プローブは、スプリングを内蔵したスプリングプローブを含む、半導体評価装置。
13. 請求項２に記載の半導体評価装置であって、
    前記表面プローブと電気的に接続されるテストヘッドをさらに備え、
    前記裏面接続部は、
    前記半導体ウェハの前記裏面と電気的に接続可能に接触する前記半導体ウェハ保持部によって構成されており、
    前記表面プローブと前記テストヘッドとを電気的に接続する部材の導電路の方向と、前記半導体ウェハ保持部の導電路の方向とが平行である、半導体評価装置。
14. 請求項１に記載の半導体評価装置であって、
    前記半導体ウェハ保持部は、前記半導体ウェハをその平面視において１８０度回動可能である、半導体評価装置。
15. 半導体ウェハに設けられた複数の縦型半導体装置を評価する半導体評価方法であって、
    前記縦型半導体装置は、前記半導体ウェハの表面及び裏面にそれぞれ設けられた表面電極及び裏面電極を有し、
    （ａ）半導体ウェハ保持部で前記半導体ウェハを保持する工程と、
    （ｂ）前記半導体ウェハ保持部で保持された前記半導体ウェハの前記表面電極に、表面プローブを接触させて前記表面プローブと前記表面電極とを電気的に接続する工程と、
    （ｃ）前記半導体ウェハ保持部で保持された前記半導体ウェハの前記裏面電極に、裏面接続部を接触させて前記裏面接続部と前記裏面電極とを電気的に接続する工程と、
    （ｄ）裏面電位導出部の前記裏面接続部と電気的に接続された一端部分を、前記半導体ウェハ保持部に保持された前記半導体ウェハの前記裏面側に配設し、裏面電位導出部の前記一端部分と電気的に接続された他端部分を、前記半導体ウェハ保持部に保持された前記半導体ウェハの前記表面側に配設する工程と、
    （ｅ）前記表面プローブと前記裏面電位導出部の前記他端部分とを介して、前記表面電極と前記裏面電極とに通電することにより前記縦型半導体装置の電気的特性を評価する工程と
    を備え、
    前記半導体ウェハ及びそれを保持する前記半導体ウェハ保持部、または、前記表面プローブ、前記裏面接続部及び前記裏面電位導出部は、前記半導体ウェハの面内方向に移動可能であり、
    前記半導体ウェハ及びそれを保持する前記半導体ウェハ保持部、または、前記表面プローブ、前記裏面接続部及び前記裏面電位導出部が前記面内方向に移動する場合に、前記半導体ウェハと、前記裏面電位導出部のうち前記半導体ウェハから前記面内方向に位置する部分とのいずれか一方の移動領域外の近傍に、他方が固定される、半導体評価方法。

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