(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱良導性板状体の表面に平滑面を有し、該板状体の裏面には放熱フィンが突設されていると共に該板状体の裏面若しくは内部には加熱器が設けられている半導体ウェーハの温度調節プレートと、半導体ウェーハのバーンイン試験時に前記温度調節プレートと被試験体である半導体ウェーハと該ウェーハへの通電手段とを含む試験装置を内包するように形成される試験室と、この試験室中に前記放熱フィンを通過する送風路を形成するための空気加熱器と送風機を備えると共に、前記試験室内に形成され、前記温度調節プレートと前記ウェーハと前記ウェーハへの通電手段とを側方から囲む断熱壁とを備えてなることを特徴とする半導体ウェーハのバーンイン試験装置。
【請求項２】
熱良導性板状体の表面に平滑面を有し、該板状体の裏面には放熱フィンが突設されていると共に該板状体の裏面若しくは内部には加熱器が設けられている半導体ウェーハの温度調節プレートと、半導体ウェーハのバーンイン試験時に前記温度調節プレートと被試験体である半導体ウェーハと該ウェーハへの通電手段とを含む試験装置を内包するように形成される試験室と、この試験室中に前記放熱フィンを通過する送風路を形成するための空気加熱器と送風機を備え、前記ウェーハへの通電手段は、半導体ウェーハに形成されている個々の集積回路へ接触するプローブ手段を備えた第一通電基板と該第一通電基板に通電する第二通電基板とにより構成するとともに、該第一通電基板と第二通電基板とを断熱手段を介して配置したことを特徴とする半導体ウェーハのバーンイン試験装置。
【請求項３】
ウェーハへの通電手段は、半導体ウェーハに形成されている個々の集積回路へ接触するプローブ手段を備えた第一通電基板と該第一通電基板に通電する第二通電基板とにより構成し、該第一通電基板と第二通電基板とを、断熱手段を介して配置したことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハのバーンイン試験装置。
【請求項４】
熱良導性板状体の表面に平滑面を有し、該板状体の裏面には放熱フィンが突設されていると共に該板状体の裏面若しくは内部には加熱器が設けられている半導体ウェーハの温度調節プレートと、半導体ウェーハのバーンイン試験時に前記温度調節プレートと被試験体である半導体ウェーハと該ウェーハへの通電手段とを含む試験装置を内包するように形成される試験室と、この試験室中に前記放熱フィンを通過する送風路を形成するための空気加熱器と送風機を備え、前記ウェーハへの通電手段は、半導体ウェーハに形成されている個々の集積回路へ接触するプローブ手段を一側に備えた第一通電基板と該第一通電基板に通電する第二通電基板とにより構成するとともに、前記第一通電基板の他側に、熱良導性板体から成る均熱プレートを第一通電基板に対して熱授受自在に設けてなることを特徴とする半導体ウェーハのバーンイン試験装置。
【請求項５】
ウェーハへの通電手段は、半導体ウェーハに形成されている個々の集積回路へ接触するプローブ手段を一側に備えた第一通電基板と該第一通電基板に通電する第二通電基板とにより構成し、前記第一通電基板の他側に、熱良導性板体から成る均熱プレートを、第一通電基板に対して熱授受自在に設けてなることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハのバーンイン試験装置。
【請求項６】
第一通電基板の一側の面に、熱良導性板体から成る均熱プレートを第一通電基板に対して熱授受自在に設けてなることを特徴とする請求項２又は３記載の半導体ウェーハのバーンイン試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハに形成された集積回路に、ウェーハの状態で高温下で通電して潜在欠陥を見いだすためのスクリーニングテスト装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
一般にバーンイン装置と呼ばれているスクリーニングテスト装置は、半導体ウェーハを分断して得られたＩＣチップをパッケージングした後、所定温度の熱雰囲気中において通電試験をして、潜在欠陥を顕在化させ、スクリーニングを行っている。
【０００３】
このような従来装置は、大きな恒温装置が必要で、発熱量が多いため、他の製造ラインとは分離して、別室において行う必要があり、ウェーハの搬送、装置への装着、脱着等の手間を要すること、又、パッケージングの後に不良品が発見されることから、無駄が生じること等により、チップ化される前のウェーハの段階で、バーンインテストを行うことが望まれている。
【０００４】
このような要請に応えるためのバーンイン装置は、半導体ウェーハに熱負荷を加えるに際して、ウェーハを均一な温度に維持する必要がある。例えば、ウェーハを１２０〜１５０℃の範囲から選ばれる任意の温度に維持するに際して、目標温度に対して±１℃以下の温度差を維持することが要求される。この目的に使用されるウェーハの温度調節プレートとして、銅やアルミニウム、或いはこれらの合金などの熱良導性素材からなる板状体に、一連の冷媒流路とヒータとを内蔵せしめ、冷媒流路には目標温度より低い温度にウェーハを冷却するための冷媒を流すと共に、ヒータを発熱させて板状体の温度を調整して、該板状体に接触せしめた半導体ウェーハを所定の目標温度に維持するようにした温度調節プレートが開示されている。（特開平８−３４００３０公報参照）。
【０００５】
半導体ウェーハに通電することによって生じる発熱量は、その大部分が、温度調節プレートとの接触によって、除去されるが、一部分は、輻射熱として放出されたり、周囲の雰囲気や電気接点などを通して、放出される。したがって、周囲温度の低いウェーハ周辺部と、発熱部に囲まれているウェーハ中央部とは、熱の発散量に相違が生じる。例えば、直径が約２０ｃｍの円板状ウェーハ全体の発熱量が１．２ｋｗのとき、中心部と周辺部とは、約１０℃の温度差が生じてしまうので、そのままでは、バーンインテストの精度が著しく低下してしまう虞れがある。
【０００６】
このようなウェーハの温度分布の不均一を解消する手段として、温度調節プレートの中央部の温度が低く、周辺部の温度が高くなるような、ウェーハの温度分布と対称的な温度分布を出現させて、ウェーハを温度調節する方法が考えられるが、温度調節プレート中に冷媒流路を形成して、これに冷却液を流す方法は、万一、冷却液が温度調節プレートや配管から周辺機器に漏液すると、重大な損害を招く虞れがある。更に、試験能率を上げるために、多数の温度調節プレートを同時に作動させる必要があるが、それらの多数の温度調節プレートに、比熱、粘度、沸点、電気絶縁性、腐食性等の諸条件を満足する高価な冷却液を、所定の温度で供給するには、設備が複雑化すると共に大型化し、又、配管によって温度調節プレートの位置が制約されるなどの欠点がある。更に、温度調節プレートの中心部を含めて、一旦、温度調節プレートを、一定の温度レベル以下に冷却し、電熱ヒータによって温度差を作り出す方法は、熱収支の面から、損失が大きい欠点がある。
【０００７】
更に、バーンイン試験装置においては、所定の試験温度に保持されるウェーハ上に形成されている多数のＩＣ回路へ確実に試験電流を流すことが要求される。この通電手段としては、ウェーハ面上の数千から数万の通電接点に確実に接触して通電可能なプローブ手段と、これを保持する通電基板とが必要とされる。これらのプローブ手段を持つ通電基板も、当然、ウェーハの発熱の影響を受けて熱膨張する。従って、ウェーハの熱膨張係数とプローブ手段の熱膨張係数とを一致させたとしても、ウェーハに形成されているＩＣの歩留まりは、ウェーハ毎に異なるため、発熱量は当然異なってくる上に、ウェーハと同様に、プローブ手段を保持する通電基板も、周囲環境からの熱の影響を受けて変形するので、通電基板の温度も所定の温度域で均一に保たない限り、プローブ手段とウェーハ面上の通電接点との位置ずれが生じて、両者の接続が断たれてしまう事態を避ける事ができない。
【０００８】
又、プローブ手段を保持する通電基板をウェーハに正確に位置決めするには、大型の精密位置決め装置を必要とする。これらの装置を、個々のウェーハバーンイン装置に付設することは、コスト的に不可能であるため、まず、通電基板とウェーハとを位置決めしたものを前述の温度調節プレートに装着してから、通電基板と通電試験制御装置とを接続して、ウェーハバーンイン試験を行うことが提案されている。その場合、プローブ手段に位置決めされたウェーハと、温度調節プレート側との間の密着性も、温度調節プレートとウェーハとの間の熱授受を均一に保持するために欠かせない。
【０００９】
ウェーハを温度調節プレート上に設置する場合、直接、温度調節プレート上に載置して接触させてもよいし、ウェーハとプローブ手段とが正確に位置決めされ接続されているものを伝熱板を介して、温度調節プレート上に載置する場合とが考えられる。何れにしても、温度調節プレートとウェーハとの密着性は、両者間に供給される真空圧によって行う。伝熱板を用いる場合は、真空圧供給路と真空源との接続口を、伝熱板の側方に設ける必要がある。しかしながら、このような真空圧供給口を温度調節プレート側面に突設する構成は、温度調節プレートを囲む周囲の雰囲気との熱の授受において、温度調節プレートの温度を不均一にし、ウェーハ温度の乱れの原因となっている。
【００１０】
【解決すべき課題】
本発明の第１の目的は、半導体ウェーハ及び該ウェーハへの通電手段を目標の温度に均一に維持することによって、精度の高いスクリーニングテストができるウェーハバーンイン装置を開示することにある。
本発明の第２の目的は、高精度のウェーハバーンイン試験を、低コストで、効率の良く行うことができる装置を開示することにある。
本発明の第３の目的は、ウェーハに形成されている多数の回路素子へプローブ手段が確実に接触して試験電流を供給できるウェーハバーンイン装置を開示することにある。
本発明の第４の目的は、プローブ手段とこれをを保持する通電基板の夫々を均一な温度に維持することにより、熱膨張によるウェーハ通電部とプローブ手段との接触不良を招くことのないウェーハバーンイン装置を開示することにある。
【００１１】
【課題の解決手段】
本発明の第一の要旨は、熱良導性板状体の表面に平滑面を有し、該板状体の裏面には放熱フィンが突設されていると共に該板状体の裏面若しくは内部には加熱器が設けられている半導体ウェーハの温度調節プレートと、半導体ウェーハのバーンイン試験時に前記温度調節プレートと被試験体である半導体ウェーハと該ウェーハへの通電手段とを含む試験装置を内包するように形成される試験室と、この試験室中に前記放熱フィンを通過する送風路を形成するための空気加熱器と送風機を備えると共に、前記試験室内に形成され、前記温度調節プレートと前記ウェーハと前記ウェーハへの通電手段とを側方から囲む断熱壁とを備えてなることを特徴とする半導体ウェーハのバーンイン試験装置にある。
【００１２】
上記において、温度調節プレートを構成する熱良導性板状体としては、アルミニウム、銅、及びこれらの合金などが、代表的である。放熱フィンは、これらの素材から成る板状体から一体的に延設されているのが望ましい。放熱フィンは、板状体中心を含む一定域に均等に設けてもよいが、放熱フィンの形状は、送風方向によっても異なるが、例えば、送風方向が、温度調節プレートと略平行であるとした場合、放熱フィン群の中心部が、板状体裏面から最も突出し、中心部から放熱フィン群の周辺部に向かうにつれて板状体裏面からの突出度（離隔距離）が小さくなるように、放熱フィンの形状を定めれば、温度調節プレートの中心付近が最も冷却効率が高くなり、周辺に向かうにつれて、次第に、小さくすることができる。あるいは、放熱フィンの設置密度を、板状体裏面中心部を密に、周辺部が疎になるように、放熱フィンを形成しても、同様に、放熱フィンによって、温度調節プレートの中心とこれを囲む中央部域との間に温度差を設けることができる。
【００１３】
試験室は、被試験体であるウェーハ１枚毎に必要となるので、装置全体を小型化するためには、できるだけ偏平で容積が小さいものが望ましい。試験室は、ウェーハへの通電手段と該通電手段に位置決め固定されたウェーハとを、装着及び脱着に際して開閉することを要するので、その動作を妨げない開閉構造を持つ必要がある。例えば、温度調節プレートの平滑面上に側方から、ウェーハと該ウェーハを位置決め保持するプローブ手段を備えた通電基板が装着され、上方から該通電基板へ、通電用コネクターが下降して脱着動作を行うとすれば、試験室は、温度調節プレートの下方において該プローブを囲む下半部形成部材と、コネクターと共に上下動する上半部形成部材とによって構成し、前記コネクターが通電基板と電気的に連結したとき、前記上半部形成部材と下半部形成部材とが、当接して試験室を構成するようにすればよい。ウェーハ等が温度調節プレートの上方から装着される場合は、左右方向に移動して開閉する試験室を構成すればよい。
【００１４】
このような試験室内には、少なくとも、温度調節プレート、ウェーハ、該ウェーハへの通電手段として、通電探子を接触するプローブ手段、該プローブ手段への通電基板等が内包され、且つ、送風機と空気加熱器とが設けられている。従って、送風機は、それから送出される空気が、必ず放熱フィンを通過する循環送風路を形成できる位置に設けられれば、どのような位置でもよい。空気加熱器は、フィン付のシーズヒータなどの電熱ヒータが正確な温度制御を容易にする。一方、熱良導性板状体に設けられる加熱器（プレート加熱器）は、板状体の周辺部裏面に熱授受自在に付設してもよいし、板状体内に一体的に埋設してもよい。このプレート加熱器も、ウェーハの温度分布に対応して、電熱ヒータによって、発熱線の配設密度を中央部寄りは、疎に、周辺部に向かうにつれて密に成るように形成するのが好ましい。
【００１５】
ウェーハとウェーハへの通電手段と温度調節プレートとの側方を周回状態で囲む断熱壁は、これらの部材の側面に当接若しくは部材の一部に固着した状態で閉鎖空間を構成するように設けられていてもよいし、或いは、若干の間隔をおいて設けられていてもよい。断熱壁は、素材の断熱性もさることながら、温度分布の不均一が試験精度に直接影響する上記部材を囲いこんで、流動する気流や放射冷却等の影響を最小限にし、これらの部材が部分的に不均一な温度になることを防止する。断熱壁は、試験室内の気流や雰囲気温度が、通電手段や温度調節プレート、ウェーハ等へ与える熱影響を緩和し、温度調節プレート、プローブ手段、該プローブ手段を保持する通電基板について、中央部よりの温度と周辺部温度の温度差を大幅に解消して、ウェーハの精密な試験温度制御を実現すると共に、プローブ手段や通電基板の熱変形によるウェーハの通電接点とプローブ手段との接触不良（通電ミス）を未然に防止することができる。
【００１６】
本発明の第二の要旨は、熱良導性板状体の表面に平滑面を有し、該板状体の裏面には放熱フィンが突設されていると共に該板状体の裏面若しくは内部には加熱器が設けられている半導体ウェーハの温度調節プレートと、半導体ウェーハのバーンイン試験時に前記温度調節プレートと被試験体である半導体ウェーハと該ウェーハへの通電手段とを含む試験装置を内包するように形成される試験室と、この試験室中に前記放熱フィンを通過する送風路を形成するための空気加熱器と送風機を備え、前記ウェーハへの通電手段は、半導体ウェーハに形成されている個々の集積回路へ接触するプローブ手段を備えた第一通電基板と該第一通電基板に通電する第二通電基板とにより構成するとともに、該第一通電基板と第二通電基板とを断熱手段を介して配置したことを特徴とする半導体ウェーハのバーンイン試験装置にある。
【００１７】
上記において、プローブ手段は、例えば、ウェーハ上の通電接点に対応する多数の（例えば数千の）通電突起を薄板状平面に備えたもの（例えば、プローブカード）などで構成されている。この通電突起の夫々に、試験電流を供給する役割を第一通電基板が担う。従って、第一通電基板は、通電突起に接続する配線パターンが形成された熱膨張係数が小さい剛性を備えた平板（例えば、ガラス板やセラミック板等）によって構成され、更に、前記配線パターンが収束して結合する複数の第一電気接続部（第一コネクター）を備えている。この複数の第一コネクターに導電手段を介して結合して、多数の導電路をまとめて整理するための通電回路と、該通電回路をケーブルを介して通電試験制御装置に接続するための第二コネクターとを備えた同様の剛性基板が、第二通電基板である。
【００１８】
特に、第一通電基板は、プローブ手段を保持する必要上、プローブ手段の骨格を構成するフレーム部材の素材と熱膨張率が等しい素材によって構成されることが望ましく、しかも、できるだけ熱膨張率の小さい素材で構成されるのが望ましい。若し、プローブ手段の骨格を構成するフレーム部材が温度の不均一に基づく熱膨張により変形を生ずれば、直ちに、接触不良につながる。又、第一通電基板は、ウェーハへの通電試験中の発熱の影響を受けて中央部の温度は高くなり、周辺環境への放熱が容易な周辺部との温度差が大きくなって、第一通電基板の中央部が膨出する（反り返る）状態の変形を生じる。この変形は、プローブ手段とウェーハ通電接点との乖離を生じて、接触不良（通電ミス）の原因となる。
【００１９】
上述のようなプローブ手段やこれを保持する第一通電基板の温度分布の不均一を解消するための有効な一手段が、第一通電基板と第二通電基板との間に設けられた断熱手段である。この断熱手段としては、例えば、等間隔の断熱空間や試験温度に耐えられる素材から成る断熱材などを挙げることができる。前記等間隔の断熱空間の幅は、少なくとも２ｍｍ以上設けることが望ましい。断熱材としては、発泡シリコンゴム製のプレートなどのように、１００〜１５０℃といった高温にさらされても劣化がなく、無数の微細な気泡が均一に分布して断熱効果が高い厚さが２〜５ｍｍ程度の発泡シリコンゴムプレートなどである。
【００２０】
この断熱手段の存在により、第一通電基板から第二通電基板への熱伝導が遮断されて、その熱影響を受けなくなることと、試験室内気流が第一通電基板に沿って流動することが確保されこととにより、第一通電基板の周辺部と中央部との温度偏差が大幅に解消される。同時に、高温（例えば１００℃以上）環境では、熱膨張により、試験終了時の通電試験制御装置側のコネクターとの着脱が滑らかに行われ難くなる第二コネクターの不具合も、第一通電基板の熱影響が、第二通電基板側へ及ぼされるのが防止されるので、未然に回避できる効果がある。
【００２１】
本発明の第三の要旨は、前記第一要旨によって規定される温度調節プレートにおいて、ウェーハへの通電手段が、半導体ウェーハに形成されている個々の集積回路へ接触するプローブ手段を備えた第一通電基板と該第一通電基板に通電する第二通電基板とにより構成し、該第一通電基板と第二通電基板とを、断熱手段を介して配置したことを特徴とする半導体ウェーハのバーンイン試験装置にある。
【００２２】
上記第三要旨に係る試験装置は、第一要旨に記載の断熱壁と第二要旨に記載の断熱手段との組み合わせ構造による相互作用により、夫々の単独構成の場合に比して、通電基板やプローブ手段、ウェーハ等の温度分布の均一化が向上し、より一層精度の高いウェーハバーンイン試験を行うことができる。
【００２３】
本発明の第四の要旨は、熱良導性板状体の表面に平滑面を有し、該板状体の裏面には放熱フィンが突設されていると共に該板状体の裏面若しくは内部には加熱器が設けられている半導体ウェーハの温度調節プレートと、半導体ウェーハのバーンイン試験時に前記温度調節プレートと被試験体である半導体ウェーハと該ウェーハへの通電手段とを含む試験装置を内包するように形成される試験室と、この試験室中に前記放熱フィンを通過する送風路を形成するための空気加熱器と送風機を備え、前記ウェーハへの通電手段は、半導体ウェーハに形成されている個々の集積回路へ接触するプローブ手段を一側に備えた第一通電基板と該第一通電基板に通電する第二通電基板とにより構成するとともに、前記第一通電基板の他側に、熱良導性板体から成る均熱プレートを第一通電基板に対して熱授受自在に設けてなることを特徴とする半導体ウェーハのバーンイン試験装置にある。
【００２４】
前述のように、プローブ手段を保持する第一通電基板は、バーンイン試験時においては、ウェーハの発熱の影響を受けると共に、試験室内の流動気流の影響と、第一通電基板に隣設された第二通電基板の影響を受けるので、放熱の容易な周辺部の温度が中央部付近の温度に比して大きく低下する傾向を持ち、これが、プローブ手段の接触不良を誘発する。第一通電基板の中央部にこもりがちな熱を周辺部に速やかに導くのが、均熱プレートである。したがって、均熱プレートは、第一通電基板の素材に比して、熱伝導性に勝れた素材であることが必要で、例えば、１〜２ｍｍ厚程度のアルミニウム板や銅板などが用いられる。特に、中央部の熱を周辺部に速やかに移動させるものとしては、熱伝導に関して指向性を持つ（換言すれば、平面方向の熱伝導度が格段に勝れている）グラファイトシートなどでもよい。
【００２５】
均熱プレートを第一通電基板に設けるには、該通電基板の性状にもよるが、伝熱グリース等を介して密接する方法等で十分に、効果を発揮する。通電基板の中央部の熱は、均熱プレートを通して、速やかに周辺部に移動するので、通電基板の周辺部と中央部との温度差が解消される。伝熱グリースとしては、例えばシリコンオイル中に熱良導性金属酸化物粉を練り込んだものを挙げる事ができる。
【００２６】
本発明の第五の要旨は、前記第一要旨によって規定される半導体ウェーハのバーンイン試験装置において、ウェーハへの通電手段を、半導体ウェーハに形成されている個々の集積回路へ接触するプローブ手段を一側に備えた第一通電基板と該第一通電基板に通電する第二通電基板とにより構成し、前記第一通電基板の他側に、熱良導性板体から成る均熱プレートを第一通電基板に対して熱授受自在に設けてなることを特徴とする半導体ウェーハのバーンイン試験装置にある。
【００２７】
本発明の第六の要旨は、前記第二要旨又は第三要旨によって規定される半導体ウェーハのバーンイン試験装置において、第一通電基板の一側の面に、熱良導性板体から成る均熱プレートを第一通電基板に対して熱授受自在に設けてなることを特徴とする半導体ウェーハのバーンイン試験装置にある。
【００２８】
上記第五及び第六要旨に係る試験装置は、前述の断熱壁、断熱手段、均熱プレートを夫々組み合わせて、適用した構成を持ち、当然のことながら、これらの個々の効果は、互いに、他の作用効果を阻害する要因を持たないので、これらの構成を単独に採用した仕様よりも、試験精度への貢献度は高い。
【００２９】
ウェーハのバーンイン試験において、ウェーハ中央部と周辺部とに大きな温度差が生じるのは、ウェーハ上の個々の集積回路の電気抵抗によって発生する熱が、ウェーハ周辺部では、周囲への熱の発散が容易であり、反対に、中心部に行くほど、熱がこもり易いためである。この事情は、第一通電基板の場合においても、同じである。従って、ウェーハの周辺部付近を囲む雰囲気温度が低いほど、ウェーハ中心部と周辺部との温度差は大きくなり、温度調節プレートに要求される温度差も大きくなる。
【００３０】
本願装置の温度調節プレートは、試験時に形成される試験室内の温度を、ウェーハ試験温度より数度〜数十度程度低い温度になるように、空気加熱器の温度を設定する。この状態で試験を行うことにより、ウェーハは発熱により、中央部から周辺部にかけて、温度差を生じるが、温度調節プレートの中央部は、送風と放熱フィンとによって周辺部より低い温度に保たれ、周辺部は、プレート加熱器により、加温されて中央部より温度が高く維持されるので、全体として、試験時のウェーハの温度分布の差は、±１℃以内の範囲に調節することができる。
【００３１】
本願ウェーハバーンイン試験装置は、又、バーンイン試験時において、ウェーハに直接、間接に接触してウェーハ温度を左右する部材の殆どを、予め、小容積の試験室内に囲い込むことができるので、試験時のウェーハの中央部と周辺部の温度差を小さく押えることができ、温度調節プレートの負荷が少なく、それだけ正確な温度調節が可能である。また、設備もコンパクトで、消費エネルギーも少なくて済む。
【００３２】
【発明の実施形態】
図１は、本願試験装置における温度調節プレートの一実施態様の要部を平面から見た図である。温度調節プレート１は、熱良導性板状体としての、アルミニウム製円板２を有し、該円板２の周縁部には、周縁部から中心側に一定幅だけ上方に立ち上げることにより設けた立上壁２ｃが形成されている。該立上壁２ｃに囲まれた円板表面２ａは、鏡面状をなす平滑面となっており、円板の中心を取り囲んで、同心状にリング状の真空吸引溝３ａ〜ｄが、ほぼ等間隔で穿設されている。３ｆは、これらの真空吸引溝３ａ〜ｄを相互に連結する真空供給溝で、該溝３ｆ中には、円板２を軸方向に貫通する真空供給路３の一端が開口している。真空供給路３の他端は、真空供給チューブ３ｇに連結している。
【００３３】
円板２の中心付近と周辺付近には、夫々、真空供給路３と同様に軸方向に平行に、円板２の裏面２ｂから表面２ａに貫通して、温度センサー収納孔４ａ，４ｂが、穿設されている。この中に、中央温度センサー５ａと、周辺温度センサー５ｂが上下動自在に収納されている。この温度センサー５ａ，５ｂは、収納孔４ａ，ｂ中において、コイルバネ５ｓ、５ｓによって上方に軽く付勢されており、その上端に設けられた測温部５ｈ、５ｈは、表面２ａから上方に突出している。８、８は、収納孔４ａ，ｂの上端開口に装着されたＯリングで、真空漏れを防止する。円板２の裏面２ｂには、図２及び図３に示すように、その中央部の円形域に、裏面２ｂから下方に、一体的に延設された多数の放熱フィン６、６、…が、互いに平行状態で垂設されている。
【００３４】
更に、円板２中には、電気絶縁された電気発熱線ヒータから成るプレート加熱器７が、その配線密度を周辺部は密に中央部は疎に、周回状態で埋設されている。プレート加熱器は、発熱線埋設方式に代えて、熱良導性金属から成るリング状偏平板中に、電気絶縁されたニクロム線のような電気発熱線を内蔵する板状加熱器を裏面２ｂに密着させた状態で付設してもよい。勿論、該板状加熱器の配線密度も、円板２の周辺部が密に、中央部に近づくにつれて疎になるように、配設する。又、面全体で発熱する面状発熱体を円板裏面周辺部に接着等により一体的に付設したものでもよい。
【００３５】
本願試験装置において、ウェーハを温度調節プレート１上に設置する場合、直接、温度調節プレートの上面２ａ上に載置して接触させ、両者間に供給される真空圧によって密着させる構成とすることもできるが、図２に図示したように、プローブ手段に正確に位置決めされ接続されたウェーハ５０をアルミニウム板等の熱良導性平滑板から成る伝熱板６０を介して、温度調節プレート上に載置することもできる。後者の場合、図示を省略したが、ウェーハ５０と伝熱板６０の上面６１との密着性を確保するために、図１に示したものとほぼ同様の真空供給路が、伝熱板６０の表面及び内部に形成されている。
【００３６】
図３において、６２は、伝熱板６０の側面に設けた突起部に突設された逆止弁機構を持つ真空源側との接続部で、破線６３で示した真空供給路へ連通しており、円板２の立上壁２ｃの一部に設けた切欠部２ｄから立上壁の外側に突出して設けられている。バーンイン試験にあたっては、プローブ手段に位置決めされたウェーハを伝熱板６０上にセットし、該ウェーハ５０を真空圧によって、伝熱板６０に密着させた時点で、真空源側のカップリング部材を接続部６２から外す。ウェーハと伝熱板とは、逆止弁によって真空圧が保持され、そのまま固定状態を保持する。
【００３７】
このような温度調節プレート１の上面を除いて、側面及び下面を囲むように、上面が開放されている偏平箱形の試験室下半部１０ａが、設けられている。この試験室下半部の側壁内面には、送風機としてファン９ａと、フィン付シーズヒータから成る空気加熱器９とが、夫々設けられている。シーズヒータ９ａは、中央温度センサー５ａの検出信号が、温度制御器Ｃ１に入力し、その制御信号によって、ヒータ９ａへの供給電力が調節され、送風温度がコントロールされる。同様に、プレート加熱器７は、周辺温度センサー５ｂと温度制御器Ｃ２とによって、動作が制御され、温度調節プレートの温度を所定の温度に調節する。
【００３８】
ウェーハ５０の温度調節プレートへの装着は、図２に示すように、被検体であるウェーハ５０と、下面にプローブ手段を保持する第一通電基板７０と、及び該第一通電基板７０へ試験電流を供給する第二通電基板８０とを、正確に位置決め固定してから、アルミニウム製板体から成る伝熱板６０上に載置し、前述のように、真空圧により固定する。プローブ手段は、ウェーハ上の通電接点に対応する多数の通電突起を薄板状平面に形成したプローブカード（図示せず）で、セラミックなどのような熱膨張係数の小さい素材から成るリング状フレーム７１により、同程度に熱膨張係数の小さい絶縁基板（例えばガラス板）から成る第一通電基板７０の下面に固定され保持されている。第一通電基板の下面には、プローブ手段の通電突起に接続する配線パターンが形成されており、該配線パターンは、第一コネクター７２、７２、…に集合して、帯状ケーブル７３を介して第二通電基板８０の下面に設けられた第二コネクター８２、８２、…に接続している。
【００３９】
第二通電基板８０には、プローブ手段への通電網を整理して、これを通電試験制御基板９０へ接続するための第三コネクター８１、８１をその上面に備えている。通電試験制御基板９０は、試験室上半部１０ｂの下面に固設されている。該上半部１０ｂは、前記試験室下半部１０ａに向かって下降して、その上縁に当接し、試験室空間１０を閉じる。そのとき、第三コネクター８１と通電試験制御基板９０側に設けられた接続端子とが接続し、上半部１０ｂが上昇して試験室を開放すると、第三コネクター８１から、該制御基板９０の接続端子が離脱する。勿論、通電制御基板９０は、必ずしも、試験室内に設ける必要はなく、接続端子が、設けられておればよい。これらウェーハ５０、プローブ手段、第一通電基板７０及び第二通電基板８０は、専用の位置決め装置により、図示を省略した固定枠部材を介して、所定の関係位置を保って保持されることにより、移送自在の被検部材として、前述のように、温度調節プレート１にセットされる。
【００４０】
この被検部材が温度調節プレート１にセットされたとき、これらの被検部材の側面と温度調節プレート１の側面とを囲むように、断熱壁３０が設けられている。断熱壁は、その下端縁が、温度調節プレートの下面周縁部に当接し、上端縁は、第二通電基板の側面付近に及んでいるプラスチック製胴体によって構成されている。但し、該胴体の素材は、金属でも差し支えない。更に、被検部材は、予め、第一通電基板７０の上面７３と第二通電基板８０の下面８３との間に、断熱手段としての断熱空間２０を介在させて配置固定されている。
【００４１】
通電試験時において、温度調節プレート、ウェーハ、第一通電基板及び第二通電基板の夫々の周辺部は、周囲雰囲気の影響により、中央部より温度が低くなってしまい、試験精度が悪くなる原因をなし、更に、第一通電基板における中央部と周辺部との温度差は、第一通電基板の熱膨張による反り発生させて、プローブ手段とウェーハとの接触不良の原因を作っていたが、上記断熱壁３０は、これらの部材の側方を囲い込むことにより、ファン９ａによる循環気流の影響を遮断することにより、保温効果を発揮して、上記周辺部の温度降下を大幅に緩和する。断熱壁は、被検部材や温度調節プレートの側面を閉ざすように設けるのが最も効果的であるが、該側面との間に気流が出入りする透き間があっても、それなりの効果が認められる。
【００４２】
断熱空間２０は、等間隔の空間であることが好ましく、この空間への気流の出入りを容易にするために両通電基板は２ｍｍ以上の距離を隔てて配置されることが望ましい。断熱空間は、断熱性において最も優れているが、前記固定枠部材によって両通電基板を位置決めして形成する場合は、固定枠部材の構成を複雑化する。断熱空間に代えて、断熱プレート等の断熱材を介在させる場合は、両通電基板の位置決め構造は簡素化される。断熱手段は、第一通電基板と第二通電基板との熱伝導を遮断するとともに、気流による第一通電基板の中心部の冷却効果により、第一通電基板の中心部と周辺部との温度差を解消し、ウェーハの熱影響によって基板中央部が膨出変形するのを防ぐ。これにより、第一通電基板に保持されるプローブ手段が、バーンイン試験中に、ウェーハの通電接点と接触不良を生じるのを防止する効果がある。上記断熱壁３０と断熱空間２０（或いは断熱材）とは、夫々単独でも、有効であるが、両者を併有する装置は、夫々の作用が相乗的に働き、格段の効果を発揮する。
【００４３】
同様に、第１通電基板７０の周囲に下向きに付設されたリング状フレーム７１は、円板２の周縁部に設けた立上壁２ｃの上面に、伝熱ゴムシートから成る伝熱性シール材１５を介して接触している。従って、温度調節プレートの熱は、該シール材１５を介して、リング状フレーム７１に伝わるので、ウェーハ５０の側方からの熱の放出が著しく緩和される。更に、この立上壁２ｃと伝熱性シール材１５からの熱は、第一通電基板７０にも及ぶので、電極板周辺部の温度上昇にも貢献し、電極板７０の熱分布の片寄りによる通電接点の変位を防止する効果が期待できる。尚、伝熱ゴムシートは、例えば、シリコンゴム中にチタニアやボロン酸化物などの熱伝導性に優れた金属酸化物の粉末を分散させた薄いシート状物で構成されており、このようなものとしては、信越化学株式会社製放熱用ゴムシート、ＴＣ−２０ＢＧ、厚さ０．２ｍｍなどがある。
【００４４】
第一通電基板の熱変形を防止する他の手段として、図４に示すように、第一通電基板７０の上面に、アルミニウムや銅、それらの合金などを用いた熱良導性薄板から成る均熱プレート７５を第一通電基板７０に密着させて設けることにより、ガラス製やセラミック製の第一通電基板の中心部から周辺部へ熱移動が速やかに行われ、均一な熱分布が促進される。金属板の板厚は、１〜２ｍｍのもので、十分に効果を発揮する。勿論、断熱空間２０や断熱壁３０と併用すれば、その効果は格段に向上する。均熱プレート７５は、金属板の他に、熱が平面方向に特異的に移動する性質をもつグラファイト製薄板などでもよい。均熱プレートと通電基板との密着は、例えば、伝熱グリース等を介して当接してもよい。
【００４５】
断熱手段（２０）の存在は、第一通電基板の温度分布の改良効果に止まらず、第二通電基板の温度上昇を抑える効果を発揮するので、通電試験制御装置側との接続部との断続を行う多数ピン構造の第三コネクター８１、８１、…の脱着が熱膨張により阻害される事故を未然に防ぐ効果がある。又、図３に示すように伝熱板６０の側面に、真空源側への接続部６２を設けることにより、円板２の立上壁２ｃに切欠部２ｄ（図１参照）を設けざるを得ない場合は、切欠部２ｄに近い部分の伝熱板６０の温度が乱され、必然的にウェーハの温度に影響を与えるが、断熱壁３０を設けることにより、このような欠点が回避される。
【００４６】
被検部材が、温度調節プレート１の伝熱板６０上に装着され真空圧により、ウェーハと伝熱板６０とが密着し、同時に、温度センサー５ａ，ｂの測温部５ｈは、伝熱板上面付近もしくは、直接、ウェーハに、バネ圧によって軽く圧接して測温する。一方、第一通電基板７０、第二通電基板８０の上方には、前記試験室下半部１０ａの上端縁に当接して試験室１０を形成可能な試験室上半部１０ｂが、通電試験制御基板９０と共に上下動するように設けられている。従って、通電試験制御基板９０の通電接続部が第三コネクター８１に接続した時点で、試験室も同時に密閉され、ファン９ａの回転が開始する。１１ａ，ｂは、試験室の案内部材である。これによって、送風ファン９ａから送出される風は、空気加熱器９を経て放熱フィン群６、…を通過した後、試験室１０の周壁に沿って周回し、再び送風ファンに戻る空気循環流路が、形成されるようになっている。
【００４７】
ウェーハ５０、温度調節プレート１、ファン９ａ、空気加熱器９、プレート加熱器７への通電によって、ウェーハが発熱すると、伝熱板６０表面近くにある温度センサー５ａ，ｂは、検出温度を制御器Ｃ１，Ｃ２に送る。空気加熱器９は、バーンイン試験温度より２０〜３０℃低い適宜な所定温度に試験室空間を保持するように、温度制御器Ｃ１に設定してある。若し、中央温度センサー５ａの検出温度に応じて、ウェーハ中央部付近の温度が設定値より上昇を始めると、空気加熱器９への電流が制限されるか、或いは電流の供給が停止される。それに伴って、放熱フィンへの送風温度が低下し、温度調節プレートの中央部が冷却され、従って、ウェーハ中央部の温度が下がる。反対に、ウェーハ中心部付近の温度が設定値より低い場合は、空気加熱器７に、その温度差に見合うより大きい電流が供給され、試験室内の空気温度が上昇し、これがフィン６を通して、温度調節プレートに供給され、ウェーハ温度を高める。
【００４８】
同様に、周辺温度センサー５ｂの検出温度に応じて、プレート加熱器７が、温度制御器Ｃ２によって、その作動を制御される。そして、ウェーハの温度分布に応じて設置した配線密度に対応して、周辺部においても、円板２の中心寄りは、発熱量が小さく、周縁部寄りでは発熱量が若干大きくなるように、加熱される。試験室は、密閉空間でもよいし、開閉自在な開口によって、適宜外気を導入できるダンパーを壁面に設けるように構成しておいてもよい。かくして、温度調節プレート１は、半導体ウェーハの温度分布と反対の、対称的な温度分布を、温度調節プレートの表面に作り出す。半導体ウェーハは、伝熱板６０を介して、この温度調節プレートに接触して熱授受を行うことにより、温度分布の不均一が解消され、所定の目標温度に対して、ウェーハ全面に亙って±１℃以内の精度で、均一な温度を維持したまま通電試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバーンイン試験装置の温度調節プレート部分の一実施態様を、平面方向から見た説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面方向から見たウェーハバーンイン試験装置を使用状態において示す説明図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面方向から見た形状の要部を示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施態様の要部を示す説明図である。
【符号の説明】
１                      温度調節プレート
２                      円板
２ｃ                                        立上壁
２ｄ                                        切欠部
３                      真空供給路
３ａ〜ｄ                                真空吸引溝
４ａ，ｂ                                温度センサー収納孔
５ａ，ｂ                                温度センサー
５ｈ                                        測温部
６                      放熱フィン
７                      プレート加熱器
８                                      Ｏリング
９                                            空気加熱器
１０                                        試験室
１０ａ                                    試験室下半部
１５                                        伝熱ゴムシート
２０                                        断熱空間
３０                                        断熱壁
５０                                        半導体ウェーハ
６０                                        伝熱板
６３                                        真空供給路
７０                                        第一通電基板
７１                                        リング状フレーム
７２                                        第一コネクター
８０                                        第二通電基板
８１                                        第三コネクター
８２                                        第二コネクター
９０                                        通電試験制御基板
【図１】
0003611174.tif 000002
【図２】
0003611174.tif 000003
【図３】
0003611174.tif 000004
【図４】
0003611174.tif 000005