(57)【要約】【課題】検査対象の半導体デバイスの温度を正確に制御する。【解決手段】熱源（２０Ａ）を制御して、検査対象の半導体ウェハ（３０）に形成された半導体デバイスを所望の温度に設定する半導体デバイス温度制御装置（１０Ａ）は、半導体ウェハに形成された温度計測用デバイス（３１）に接触可能に構成されたプローブ（１１）と、熱源により半導体ウェハが加熱または冷却されている状態で、プローブを介して温度計測用デバイスの電気特性を計測する電気特性計測部（１２）と、電気特性計測部による計測結果と目標値とを受け、電気特性計測部による計測結果が目標値に一致するように熱源を制御する熱源制御部（１６Ａ）とを備えている。目標値が、所望の温度に維持された恒温槽（４０）内に置かれた参照用の半導体ウェハ（３０’）に形成された温度計測用デバイス（３１’）の電気特性の計測結果に基づいて決定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を制御して、検査対象の半導体ウェハに形成された半導体デバイスを所望の温度に設定する半導体デバイス温度制御装置であって、
前記半導体ウェハに形成された温度計測用デバイスに接触可能に構成されたプローブと、
前記熱源により前記半導体ウェハが加熱または冷却されている状態で、前記プローブを介して前記温度計測用デバイスの電気特性を計測する電気特性計測部と、
前記電気特性計測部による計測結果と目標値とを受け、前記電気特性計測部による計測結果が前記目標値に一致するように前記熱源を制御する熱源制御部とを備え、
前記目標値が、前記所望の温度に維持された恒温槽内に置かれた参照用の半導体ウェハに形成された温度計測用デバイスの電気特性の計測結果に基づいて決定されるものである
ことを特徴とする半導体デバイス温度制御装置。
【請求項２】
前記参照用の半導体ウェハに形成された温度計測用デバイスの電気特性を計測するもう一つの電気特性計測部を備え、
前記熱源制御部が、前記目標値として、前記もう一つの電気特性計測部による計測結果を受けながら前記熱源を制御する、請求項１に記載の半導体デバイス温度制御装置。
【請求項３】
前記恒温槽の温度と前記参照用の半導体ウェハに形成された温度計測用デバイスの電気特性の計測結果とが対応づけられた制御情報を保持する記憶部を備え、
前記熱源制御部が、前記制御情報を参照して前記目標値を取得して前記熱源を制御する、請求項１に記載の半導体デバイス温度制御装置。
【請求項４】
前記温度計測用デバイスがダイオードである、請求項１から３のいずれか一つに記載の半導体デバイス温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの温度制御装置に関し、特に半導体ウェハに形成された半導体デバイスを所望の温度に設定する半導体デバイス温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスのパッケージング前にウェハレベルで半導体デバイスの検査を行うことがある。従来、ウェハレベルの半導体デバイスの温度特性の検査をする場合、チャックで半導体ウェハを固定し、チャック内部の熱源によって半導体ウェハ全体を所望の温度に加熱または冷却している（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０１４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体ウェハが室温環境に晒された状態でチャックを介して加熱または冷却された場合、半導体ウェハ表面から開放空間へ吸放熱が起こるため、半導体ウェハに形成された半導体デバイスの温度を正確に制御することが困難である。
【０００５】
接触型の温度センサーで半導体デバイスの温度を測定することが考えられるが、センサーを通じて熱が逃げるなどしてデバイスとセンサーの接触箇所で温度差が生じるため、半導体デバイスの温度を正確に知ることが困難である。
【０００６】
また、放射温度計などの非接触型の温度センサーを用いることも考えられるが、これらは一般に測定精度が低いという問題がある。また、温度測定のために被測定物に黒体塗料を塗る必要があるため、検査対象のデバイスの代わりに参照用のデバイスを用意してその温度を測定する必要があり、検査対象のデバイスの温度が正確にわからない。
【０００７】
上記問題に鑑み、本発明は、検査対象の半導体デバイスの温度を正確に制御することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一局面に従った半導体デバイス温度制御装置は、熱源を制御して、検査対象の半導体ウェハに形成された半導体デバイスを所望の温度に設定する半導体デバイス温度制御装置であって、前記半導体ウェハに形成された温度計測用デバイスに接触可能に構成されたプローブと、前記熱源により前記半導体ウェハが加熱または冷却されている状態で、前記プローブを介して前記温度計測用デバイスの電気特性を計測する電気特性計測部と、前記電気特性計測部による計測結果と目標値とを受け、前記電気特性計測部による計測結果が前記目標値に一致するように前記熱源を制御する熱源制御部とを備え、前記目標値が、前記所望の温度に維持された恒温槽内に置かれた参照用の半導体ウェハに形成された温度計測用デバイスの電気特性の計測結果に基づいて決定されるものである。
【０００９】
これによると、検査対象の半導体デバイスの電気特性が、恒温槽内に置かれた参照用の半導体ウェハに形成された温度計測用デバイスの電気特性の計測結果と同じになるように熱源が制御される。よって、検査対象の半導体ウェハに形成された半導体デバイスの温度を、恒温槽の設定温度と同等に高精度に制御することができる。
【００１０】
上記の半導体デバイス温度制御装置は、さらに、前記参照用の半導体ウェハに形成された温度計測用デバイスの電気特性を計測するもう一つの電気特性計測部を備えていてもよい。この場合、前記熱源制御部が、前記目標値として、前記もう一つの電気特性計測部による計測結果を受けながら前記熱源を制御する。
【００１１】
あるいは、上記の半導体デバイス温度制御装置は、さらに、前記恒温槽の温度と前記参照用の半導体ウェハに形成された温度計測用デバイスの電気特性の計測結果とが対応づけられた制御情報を保持する記憶部を備えていてもよい。この場合、前記熱源制御部が、前記制御情報を参照して前記目標値を取得して前記熱源を制御する。
【００１２】
前記温度計測用デバイスは、例えば、ダイオードである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、半導体ウェハに形成された半導体デバイスの温度を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る半導体デバイス温度制御装置の構成図
【図２】第１の実施形態の変形例に係る半導体デバイス温度制御装置の構成図
【図３】第２の実施形態に係る半導体デバイス温度制御装置の構成図
【図４】第２の実施形態に係る半導体デバイス温度制御装置で用いられる制御情報を生成するシステムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
≪第１の実施形態≫
図１は、第１の実施形態に係る半導体デバイス温度制御装置の構成を示す。本実施形態に係る半導体デバイス温度制御装置１０Ａは、熱源２０Ａを制御して検査対象の半導体ウェハ３０に形成された半導体デバイスを所望の温度に設定するものであり、電気特性計測部１２，１４、および熱源制御部１６Ａを備えている。
【００１７】
半導体ウェハ３０は、チャンバーなどの密閉容器に収容することなく室温環境に晒された状態で図示しないステージ上に電極側を上にして置かれ、チャック２２によって固定される。静電チャック、真空チャック、ポーラスチャックなどを用いて半導体ウェハ３０を吸着してチャック２２上に固定してもよいし、メカニカルチャックなどを用いて半導体ウェハ３０をチャック２２上に機械的に固定してもよい。
【００１８】
チャック２２の内部または下部に熱源２０Ａが配置されている。後述するように、熱源２０Ａは熱源制御部１６Ａによって加熱または冷却動作が制御される。熱源２０Ａがチャック２２を加熱または冷却することで、チャックプレート表面が均一の温度に設定できるようになっている。熱源２０Ａは、例えば、セラミックヒーターなどのヒーターユニットである。さらに、熱源２０Ａは、空気冷却やガス冷却などの冷却ユニットを備えていてもよい。
【００１９】
半導体ウェハ３０の下面とチャックプレート表面とは密着しており、熱源２０Ａによってチャックプレート表面が均一の温度に設定されることによって半導体ウェハ３０も全体が均一な温度に設定されるようになっている。
【００２０】
上記のようにチャック２２に固定され、さらに所望の温度に設定された状態の半導体ウェハ３０の表面に図示しないプローブカードを接触させて半導体ウェハ３０に形成された半導体デバイスの検査が行われる。
【００２１】
半導体ウェハ３０にはさまざまな半導体素子や集積回路が形成されている。そのうちの一つに、温度計測用デバイスとしてのダイオード３１がある。一般に、ダイオードは、温度が高くなると順方向電圧が小さくなるといった温度依存性を有する。したがって、ダイオード３１を温度計測用デバイスとして用いるのが適当である。
【００２２】
電気特性計測部１２，１４は、計測対象の素子に対して定電流を供給しながら当該素子の電圧を計測する、または、定電圧を供給しながら当該素子に流れる電流を計測する計測機器である。電気特性計測部１２，１４として、例えば、ソース・メジャーメント・ユニットを用いることができる。
【００２３】
電気特性計測部１２は、熱源２０Ａにより加熱または冷却された状態の半導体ウェハ３０のダイオード３１の電気特性（電圧または電流）を計測する。半導体デバイス温度制御装置１０Ａは、ダイオード３１のアノードおよびカソードのそれぞれに接触可能に構成されたプローブ１１を備えている。電気特性計測部１２は、プローブ１１を介してダイオード３１に定電流または定電圧を供給しながらダイオード３１の電圧または電流を計測する。
【００２４】
一方、恒温槽４０内に参照用の半導体ウェハ３０’が置かれている。半導体ウェハ３０’に形成された半導体デバイスは、検査対象の半導体ウェハ３０に形成された半導体デバイスと同じ温度特性および電気特性を有するものである。
【００２５】
恒温槽４０は、断熱構造を有し、外気温にかかわらず内部を均一に長時間一定温度に維持することができる恒温恒温槽である。温度コントローラ４２に所望の温度を指示することで、恒温槽４０の内部温度がその温度に設定され維持される。半導体ウェハ３０’を十分に長い期間、恒温槽４０内に密閉することにより、半導体ウェハ３０’は全体が恒温槽４０の内部温度とほぼ同じ温度に均一に保たれる。
【００２６】
温度設定範囲は個々の装置によって異なるが、高温タイプのものだと概ね室温〜百数十℃であり、冷却ユニットを備えた低温タイプのものだと概ねマイナス数十℃〜百数十℃である。
【００２７】
電気特性計測部１４は、恒温槽４０内で一定温度に維持された状態の半導体ウェハ３０’のダイオード３１’の電気特性を計測する。恒温槽４０内ではプローブが使用できないため、半導体ウェハ３０’の表面の電極に計測用の信号線がボンディングされている。電気特性計測部１４は、当該信号線を介してダイオード３１’に定電流または定電圧を供給しながらダイオード３１’の電圧または電流を計測する。
【００２８】
熱源制御部１６Ａは、電気特性計測部１２，１４からそれぞれ計測結果を受け、これらに基づいて熱源２０Ａを制御する。より詳細には、熱源制御部１６Ａは、電気特性計測部１２の計測結果と電気特性計測部１４の計測結果とを比較し、両者の誤差に応じた制御量で熱源２０Ａを制御する。すなわち、熱源制御部１６Ａは、電気特性計測部１４の計測結果を目標値として、電気特性計測部１２の計測結果が当該目標値に一致するように熱源２０Ａの加熱または冷却動作を制御する。
【００２９】
例えば、電気特性計測部１２，１４が計測結果としてそれぞれアナログ信号を出力する場合、熱源制御部１６Ａはアナログ比較器で実現することができる。
【００３０】
あるいは、電気特性計測部１２，１４が計測結果としてそれぞれデジタル値を出力する場合、または、電気特性計測部１２，１４が計測結果としてそれぞれ出力するアナログ信号を図示しないＡＤ変換器で適当なサンプリング周波数でデジタル値に変換する場合、熱源制御部１６Ａはデジタル信号プロセッサで実現することができる。
【００３１】
以上のように、本実施形態によると、検査対象の半導体ウェハ３０のダイオード３１の電気特性が、恒温槽４０内で正確に所望の温度となっている参照用の半導体ウェハ３０’のダイオード３１’の電気特性と同じになるように熱源２０Ａが制御される。ダイオード３１，３１’の電気特性が同じということは、半導体ウェハ３０，３０’のそれぞれに形成された半導体デバイスの温度が同じであるとみなすことができる。すなわち、検査対象の半導体ウェハ３０に形成された半導体デバイスの現在の温度は恒温槽４０に設定した温度に等しいとみなすことができる。したがって、検査対象の半導体ウェハ３０に形成された半導体デバイスの温度が恒温槽４０の設定温度と同等に高精度に制御可能となる。
【００３２】
なお、熱源２０Ａを、半導体ウェハ３０の上部から半導体ウェハ３０を加熱または冷却する熱源に置き換えてもよい。図２は、変形例に係る半導体デバイス温度制御装置の構成を示す。熱源２０Ｂは、例えば、半導体ウェハ３０の上部から半導体ウェハ３０の表面に向けて熱風または冷風１００を吹き付けるサーモストリーマである。あるいは、熱源２０Ｂとして赤外線などの熱線を照射するヒーターを用いることができる。
【００３３】
また、熱源２０Ａ，２０Ｂを併用して半導体ウェハ３０を上部と下部から同時に加熱または冷却するようにしてもよい。
【００３４】
≪第２の実施形態≫
図３は、第２の実施形態に係る半導体デバイス温度制御装置の構成を示す。本実施形態に係る半導体デバイス温度制御装置１０Ｂは、熱源２０Ａを制御して検査対象の半導体ウェハ３０に形成された半導体デバイスを所望の温度に設定するものであり、電気特性計測部１２、熱源制御部１６Ｂ、および記憶部１８を備えている。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００３５】
記憶部１８は、検査対象の半導体ウェハ３０に形成された半導体デバイスに対して設定したい温度とその温度におけるダイオード３１の電気特性との対応関係を表す制御情報を保持している。記憶部１８は、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク装置などで実現することができる。
【００３６】
熱源制御部１６Ｂは、電気特性計測部１２から計測結果を受けるとともに、記憶部１８に保持されている制御情報を参照して目標値を取得する。そして、熱源制御部１６Ｂは、電気特性計測部１２の計測結果が当該目標値に一致するように熱源２０Ａの加熱または冷却動作を制御する。
【００３７】
図４は、本実施形態に係る半導体デバイス温度制御装置１０Ｂで用いられる制御情報を生成するシステムの構成を示す。当該システムにおいて、電気特性計測部１４は、恒温槽４０内に置かれた参照用の半導体ウェハ３０’のダイオード３１’の電気特性を計測する。上述したように、恒温槽４０の内部は、温度コントローラ４２で指示した通りの温度に設定され維持される。そこで、恒温槽４０の温度をさまざまに変えて、各温度におけるダイオード３１’の電気特性をあらかじめ計測しておく。こうして計測された電気特性と各温度との対応関係から上述の制御情報が生成される。
【００３８】
以上のように、本実施形態によると、恒温槽４０および参照用の半導体ウェハ３０’を用意することなく、半導体ウェハ３０’についてあらかじめ計測した結果を用いて検査対象の半導体ウェハ３０に形成された半導体デバイスの温度制御を高精度に行うことができる。これにより、装置構成が簡略化される。また、複数の制御情報を使い分けることで、さまざまなタイプの半導体ウェハに形成されたさまざまな半導体デバイスについて高精度な温度制御を行うことができる。
【００３９】
なお、本実施形態に係る半導体デバイス温度制御装置１０Ｂについても、熱源２０Ａを、図２に示したような熱源２０Ｂに置き換える、あるいは併用するように変形することが可能である。
【００４０】
また、上記の各実施形態および変形例に係る半導体デバイス温度制御装置１０Ａ，１０Ｂを半導体検査装置に組み込んで、検査時に半導体デバイスを高精度に温度制御することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る半導体デバイス温度制御装置は、検査対象の半導体デバイスの温度を正確に制御することができるため、ウェハレベルの半導体デバイスの検査を行う半導体検査装置に有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１０Ａ，１０Ｂ  半導体デバイス温度制御装置
１２  電気特性計測部
１４  電気特性計測部（もう一つの電気特性計測部）
１６Ａ，１６Ｂ  熱源制御部
１８  記憶部
２０Ａ，２０Ｂ  熱源
３０    半導体ウェハ（検査対象の半導体ウェハ）
３０’  半導体ウェハ（参照用の半導体ウェハ）
３１      ダイオード（検査対象の半導体ウェハに形成された温度計測用デバイス）
３１’    ダイオード（参照用の半導体ウェハに形成された温度計測用デバイス）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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