(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハのバーンイン装置におけるウェーハ温度調節プレートであって、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、その中央付近に放熱フィンが突設されており、該放熱フィンを囲む板状体周辺部には、該周辺部を加熱するプレート加熱器が設けられており、ウェーハバーンイン試験時に、少なくとも温度調節プレートとウェーハとウェーハ通電手段を含む試験装置を内包するように形成される試験室中に、空気加熱器と送風機とを設けて、前記放熱フィンを通過する送風路が前記試験室中に形成されるとともに、試験時におけるウェーハ周辺部若しくはウェーハ周辺部近接域の温度を検出する温度検出器によりプレート加熱器の動作が制御され、かつウェーハ中心部若しくはウェーハ中心部近接域の温度を検出する温度検出器により空気加熱器の動作が制御されるように構成されていることを特徴とするバーンイン装置における半導体ウェーハの温度調節プレート。
【請求項２】
熱良導性板状体の表面周縁部にリング状立上壁が形成されており、ウェーハバーンイン試験時において、該立上壁によってウェーハの側方を囲むように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の温度調節プレート。
【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、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、特に、半導体ウェーハを所定の温度に維持するための温度調節プレート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上述の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。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固定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】
【解決すべき課題】
本発明の第１の目的は、半導体ウェーハ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温度調節プレートを開示することにある。
本発明の第２の目的は、バーンイン試験中に漏液による事故の発生の虞れが皆無であるウェーハ温度調節プレートを開示することにある。
本発明の第３の目的は、簡素な構成を持ち、維持管理が容易で、ランニングコストも少なくて済むウェーハ温度調節装置を開示することにある。
【０００８】
【課題の解決手段】
本発明の第一の要旨は、半導体ウェーハのバーンイン装置におけるウェーハ温度調節プレートであって、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、その中央付近に放熱フィンが突設されており、該放熱フィンを囲む板状体周辺部には、該周辺部を加熱するプレート加熱器が設けられており、ウェーハバーンイン試験時に、少なくとも温度調節プレートとウェーハと及びウェーハ通電手段を含む試験装置を内包するように形成される試験室中に、空気加熱器と送風機とを設けて、前記放熱フィンを通過する送風路が前記試験室中に形成されるように構成されることを特徴とする。
【０００９】
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、周辺部を疎になるように、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。
【００１０】
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、ウェーハの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に位置決めされたプローブ手段とが装着され、上方からプローブ手段への通電手段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、通電手段と共に上下動する上半部形成部材とによって構成し、通電手段がプローブ手段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。
【００１１】
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、ウェーハ上に形成された各集積回路へ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手段等が内包され、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、板状体の周辺部に設けられるプレート加熱器は、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。
【００１２】
また、本発明の第一の要旨においては、バーンイン試験時におけるウェーハ周辺部若しくはウェーハ周辺部近接域の温度を検出する温度検出器によりプレート加熱器の動作が制御され、かつウェーハ中心部若しくはウェーハ中心部近接域の温度を検出する温度検出器により空気加熱器の動作が制御されるように構成されている。
【００１３】
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、プローブ手段を位置決めして接触する場合と、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温度調節プレート上に載置する場合とが考えられる。後者の一例としては、先ず、伝熱板上の定位置に載置したウェーハにプローブ手段を正確に位置決めして接触させたものを、温度調節プレート上に設置する方法が考えられる。従って、ウェーハ近接域とは、温度調節プレートのみならず、上述の伝熱板のように、ウェーハに直接接触して熱授受を行う部材をも含むものとする。このように構成することにより、温度調節プレートを、中心部の温度は、低く、周辺部に向かうにつれて、温度が高くなるように調節することが容易に実現できる。
【００１４】
本発明の第二の要旨は、前記第一の要旨によって規定される温度調節プレートにおいて、熱良導性板状体の表面周縁部にリング状立上壁が形成されており、ウェーハバーンイン試験時において、該立上壁によってウェーハの側方を囲むように構成されることを特徴とする。
【００１５】
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。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。立上壁は、温度調節プレートと一体の熱壁面によって、ウェーハ側方を囲むことにより、温度差を解消するために設けられている。これは、立上壁の端縁に、バーンイン試験時に、前述の通電手段やその保持手段等の周縁部が接触して、ウェーハ側方を密閉状態に囲むことにより、最も効果を発揮する。
【００１６】
本願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十度程度低い温度なるように、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は、±１℃以内の範囲に調節することができる。本願温度調節プレートは、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、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。
【００１７】
【発明の実施形態】
図１は、本願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。
【００１８】
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。
【００１９】
更に、裏面２ｂには、放熱フィン群６、６、…が設けられている中央部を囲むむ周辺部に、アルミニウムなど熱良導性金属から成るリング状偏平板中に、ニクロム線のような電気発熱線を内蔵するプレート加熱器７が、その一側を裏面２ｂに密着させた状態で付設されている。プレート加熱器７の配線密度は、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、配設収納されている。勿論、プレート加熱器７は、円板２をアルミニウム鋳物等で成形するときに、円板周辺部に電気絶縁された発熱線を鋳込む等の方法で、円板中に一体埋設したものでもよい。更には、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てもよい。
【００２０】
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、ファン９ａと、フィン付シーズヒータ９ｂが空気加熱器として、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、温度調節される。
【００２１】
【作用】
上記装置を用いて、高温スクリーニングテストを行う方法を説明する。ウェーハ５０の温度調節プレートへの装着の１例としては、図２に示すように、予め、アルミニウム製板体から成る伝熱板６０と、その上に載置されるウェーハ５０と、ウェーハ上の多数の集積回路の夫々へ通電するための通電接点（プローブ手段）とこれに接続する電極板７０とを位置決め接続してから、これを温度調節プレート上に位置決めして載置する。次いで、電極板への電力供給接点を備えた通電基板８０が下降して電極板７０に接続し、ウェーハに通電が開始され、後記するように、同時に、試験室１０が閉じられてファン９ａが送風を開始する。
【００２２】
電極板７０の周囲に下向きに設けられたリング部材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、リング部材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、電極板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。
【００２３】
伝熱板６０が、温度調節プレートに装着されると、真空供給路３からの真空により、温度調節プレートと伝熱板６０とは、密着し、同時に、温度センサー５ａ，ｂは、伝熱板中の対応位置に設けられている温度センサー進入孔６１に進入し、その先端の測温部５ｈは、伝熱板上面よりやや内側の位置に、バネ圧によって軽く圧接する。一方、電極板７０、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、通電基板８０と共に上下動するように設けられている。従って、ウェーハへの通電が開始する時点で、試験室も同時に密閉される。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、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、再び空気加熱器９に戻る空気循環流路が、形成されるようになっている。
【００２４】
ウェーハ５０、温度調節プレート１、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２〜３０度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、シーズヒータ９ｂ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、ヒータ９ｂ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。
【００２５】
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】本発明に係る温度調節プレートの一実施態様を、平面方向から見た説明図である。
【図２】図１の温度調節プレートのＡ−Ａ断面形状を、ウェーハバーンイン試験における使用状態において示す説明図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面形状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
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
５０                    半導体ウェーハ
６０                    伝熱板
７０                    電極板
８０                    通電基板
【図１】
0003539662.tif 000002
【図２】
0003539662.tif 000003
【図３】
0003539662.tif 000004