(57)【要約】【課題】  ウェーハレベルでのバーンイン測定時のウェーハ面内の温度バラツキを無くし、安定した温度制御を行えるようにする。【解決手段】  半導体ウェーハ１の構造を、複数の半導体デバイス２をスクライブレーン３を介して互いに分離して形成し、各半導体デバイス２を加熱する発熱素子４を各半導体デバイス２内とスクライブレーン３内の少なくとも一方に設けたものとする。これにより、バーンイン測定時に発熱素子４によって半導体デバイス２の加熱制御を行うことができ、ウェーハ面内で均一な温度が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体デバイスをスクライブレーンを介して互いに分離して形成し、当該半導体デバイスを加熱する発熱素子を当該半導体デバイス内とスクライブレーン内の少なくとも一方に設けた半導体ウェーハ。
【請求項２】
発熱素子は各半導体デバイスを個別に加熱できるように構成された請求項１記載の半導体ウェーハ。
【請求項３】
発熱素子のそれぞれに対して温度モニター素子を設けた請求項１記載の半導体ウェーハ。
【請求項４】
温度モニター素子が電流抵抗素子である請求項１記載の半導体ウェーハ。
【請求項５】
各発熱素子による加熱を制御するための制御線とスイッチ素子とをスクライブレーンに設けた請求項１記載の半導体ウェーハ。
【請求項６】
請求項１記載の半導体ウェーハをウェーハ状態でバーンインする際に、各半導体デバイスに通電した状態で半導体ウェーハの全面の温度分布をモニターし、モニター結果に基づいて、半導体ウェーハの全面の温度が均一化するように複数の発熱素子による加熱を個別に制御する半導体ウェーハの加熱制御方法。
【請求項７】
半導体ウェーハの全面の温度分布を半導体ウェーハの内部あるいは外部に設けた温度モニター素子でモニターする請求項６記載の半導体ウェーハの加熱制御方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体ウェーハをウェーハ状態でバーンインする際に、前工程からの半導体デバイスの良・不良情報から各半導体デバイスの発熱を予測し、予測結果に基づいて、半導体ウェーハの全面の温度が均一になるように複数の発熱素子による加熱を個別に制御する半導体ウェーハの加熱制御方法。
【請求項９】
不良の半導体デバイスを発熱素子により加熱する請求項８記載の半導体ウェーハの加熱制御方法。
【請求項１０】
各発熱素子による加熱の制御を当該発熱素子に印加する電流により行う請求項６または請求項８のいずれかに記載の半導体ウェーハの加熱制御方法。
【請求項１１】
請求項１記載の半導体ウェーハをウェーハ状態でバーンインするためのバーンイン装置であって、
半導体ウェーハとウェーハトレーと半導体ウェーハ上の接続部に一括接続したコンタクトシートとが一体化されたウェーハカセットを収納する収納部を設けた処理室と、
前記収納部に収納されたウェーハカセットのコンタクトシートに接続するリレーボードと、
前記リレーボードを通じて半導体ウェーハに電気信号を与えて半導体ウェーハを加熱する複数の発熱素子をそれぞれ発熱させる加熱機構と、
前工程からの半導体デバイスの良・不良情報から低温箇所を予測し、前記加熱機構に指令して、半導体ウェーハの全面の温度が均一になるように各発熱素子による加熱を個別に制御する第１温度制御手段と
を備えたバーンイン装置。
【請求項１２】
請求項１記載の半導体ウェーハをウェーハ状態でバーンインするためのバーンイン装置であって、
半導体ウェーハとウェーハトレーと半導体ウェーハ上の接続部に一括接続したコンタクトシートとが一体化されたウェーハカセットを収納する収納部を設けた処理室と、
前記収納部に収納されたウェーハカセットのコンタクトシートに接続するリレーボードと、
前記リレーボードを通じて半導体ウェーハに電気信号を与えて半導体ウェーハを加熱する複数の発熱素子をそれぞれ発熱させる加熱機構と、
前記リレーボードを通じて半導体ウェーハから電気信号を取出して半導体ウェーハの温度分布をモニターする温度モニター機構と、
前記温度モニター機構による半導体ウェーハの温度分布から低温箇所を検出し、前記加熱機構にフィードバックして、半導体ウェーハの全面の温度が均一になるように各発熱素子による加熱を個別に制御する第１温度制御手段と
を備えたバーンイン装置。
【請求項１３】
半導体ウェーハを外部から加熱する補助加熱ヒータと、ウェーハカセットに沿う冷却気流を流す給排気ファンと、前記補助加熱ヒータと給排気ファンとを独立して駆動して半導体ウェーハの温度を制御する第２温度制御手段とをさらに備えた請求項１１または請求項１２のいずれかに記載のバーンイン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ、その加熱制御方法、およびバーンイン装置に関し、特に半導体ウェーハ上に形成された複数の半導体デバイスをウェーハ状態で一括検査するバーンインのための温度制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体ウェーハ上に複数の半導体集積回路が拡散プロセスを経て形成され、個別の半導体デバイスに分割され、分割された各半導体デバイスが、リードフレームに対してボンディングワイヤーにより電気的に接続され、樹脂やセラミックなどでモールディングされて製品とされている。
【０００３】
また一般に、半導体デバイスの実装後のトラブルを防ぐために、半導体デバイスに定格もしくは若干の過電圧による電源電圧を加え、各信号入力端子に実動作に近い信号を印加しつつ、所定の高温状態に数時間おくバーンインテストが行われている。
【０００４】
バーンインは、従来は製品状態の半導体デバイスに対して行われていたが、近年は半導体ウェーハ状態で実施され始めている。これは、プロセス上の欠陥を組み立て前に見つけ出すことによって、後工程での検査時間を短縮し、検査コストの削減、生産性の向上を図るためである。
【０００５】
バーンイン時の温度制御は、半導体ウェーハに密接させた金属プレートの温度を温度センサー（熱電対）でモニターしながら、装置上部に配置したヒータで加熱し、上方または横方向から冷却ファンで空冷して設定温度に調節する、という加熱冷却制御が行われている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３８２６９公報
【特許文献２】特開平２−１５３５３３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
バーンイン時に半導体ウェーハに電気的負荷をかけて各半導体デバイスに電流を流すと、半導体デバイスの自己発熱によって半導体ウェーハの温度が上昇する。半導体ウェーハの複数の半導体デバイスの中には、プロセス欠陥などによる回路不良デバイスが存在するので、半導体ウェーハ一枚毎に良品デバイスと不良品デバイスの分布が個別のものとなり、バーンイン時のウェーハ面内での自己発熱箇所と非発熱箇所の温度分布も様々なものとなる。
【０００７】
このような半導体ウェーハについて、上述したような従来の温度制御方式では、ウェーハ口径が大きくなってきたこともあって、ウェーハ面内の温度バラツキを平準化するのは難しく、半導体ウェーハ毎に異なる温度分布に対応した温度制御も非常に難しい。
【０００８】
本発明は、ウェーハレベルでのバーンイン測定時のウェーハ面内の温度バラツキを無くし、安定した温度制御を行えるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の半導体ウェーハは、複数の半導体デバイスをスクライブレーンを介して互いに分離して形成し、当該半導体デバイスを加熱する発熱素子を当該半導体デバイス内とスクライブレーン内の少なくとも一方に設けたことを特徴とする。これにより、バーンイン測定時に発熱素子によって各半導体デバイスの加熱制御を行うことができ、ウェーハ面内で均一な温度が可能となる。
【００１０】
好ましくは、発熱素子は各半導体デバイスを個別に加熱できるように構成される。また、発熱素子のそれぞれに対して温度モニター素子が設けられる。温度モニター素子として電流抵抗素子を使用することができる。各発熱素子による加熱を制御するための制御線とスイッチ素子とがスクライブレーンに設けられるのが好ましい。
【００１１】
本発明の半導体ウェーハの加熱制御方法は、上記した半導体ウェーハをウェーハ状態でバーンインする際に、各半導体デバイスに通電した状態で半導体ウェーハの全面の温度分布をモニターし、モニター結果に基づいて、半導体ウェーハの全面の温度が均一化するように複数の発熱素子による加熱を個別に制御することを特徴とする。
【００１２】
たとえば、半導体ウェーハの全面の温度分布を半導体ウェーハの内部あるいは外部に設けた温度モニター素子でモニターする。
また本発明の半導体ウェーハの加熱制御方法は、上記した半導体ウェーハをウェーハ状態でバーンインする際に、前工程からの半導体デバイスの良・不良情報から各半導体デバイスの発熱を予測し、予測結果に基づいて、半導体ウェーハの全面の温度が均一になるように複数に設けた発熱素子による加熱を個別に制御することを特徴とする。
【００１３】
たとえば、不良の半導体デバイスを発熱素子により加熱する。
各発熱素子による加熱の制御は当該発熱素子に印加する電流により行うことができる。
本発明のバーンイン装置は、上記した半導体ウェーハをウェーハ状態でバーンインするためのバーンイン装置であって、半導体ウェーハとウェーハトレーと半導体ウェーハ上の接続部に一括接続したコンタクトシートとが一体化されたウェーハカセットを収納するウェーハカセット収納部を設けた処理室と、前記ウェーハカセット収納部に収納されたウェーハカセットのコンタクトシートを通じて、半導体ウェーハの各半導体デバイスの半導体集積回路に外部からの電気信号を与えるリレーボードと、前記ウェーハカセットの半導体ウェーハを加熱する複数の発熱素子をそれぞれ発熱させるための加熱機構と、前工程からの半導体デバイスの良・不良情報から低温箇所を予測し、前記加熱機構にフィードバックして、半導体ウェーハの全面の温度が均一になるように各発熱素子による加熱を個別に制御する第１温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また本発明のバーンイン装置は、上記した半導体ウェーハをウェーハ状態でバーンインするためのバーンイン装置であって、半導体ウェーハとウェーハトレーと半導体ウェーハ上の接続部に一括接続したコンタクトシートとが一体化されたウェーハカセットを収納するウェーハカセット収納部を設けた処理室に、前記ウェーハカセット収納部に収納されたウェーハカセットのコンタクトシートを通じて、半導体ウェーハの各半導体デバイスの半導体集積回路に外部からの電気信号を与えるリレーボードと、前記ウェーハカセットの半導体ウェーハを加熱する複数の発熱素子をそれぞれ発熱させるための加熱機構と、前記半導体ウェーハの全面の温度分布をモニターするための温度モニター機構と、前記温度モニター機構による半導体ウェーハの温度分布から低温箇所を検出し、前記加熱機構にフィードバックして、半導体ウェーハの全面の温度が均一になるように各発熱素子による加熱を個別に制御する第１温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
さらに、ウェーハカセットの外部に設けられた補助加熱ヒータと、前記ウェーハカセットに沿う向きに冷却気流を流す給排気ファンと、前記補助加熱ヒータと給排気ファンとを独立して駆動して半導体ウェーハの温度を制御する第２温度制御手段とをさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体ウェーハは、ウェーハ自体に発熱素子を設けて加熱温度制御を行えるようにしたため、ウェーハ面内での温度バラツキを無くして、バーンイン測定温度を安定化することができ、測定の品質向上を図ることができる。発熱素子等の設置位置としてスクライブレーンを利用するようにすれば、半導体ウェーハの品種に関わらず適用可能となる。
【００１７】
加熱温度制御に際しては、半導体ウェーハの全面の温度分布をモニターし、モニター結果に基づいて、発熱素子による加熱を個別に制御することができる。また前工程からの半導体デバイスの良・不良情報から各半導体デバイスの発熱を予測し、予測結果に基づいて、発熱素子による加熱を個別に制御することができる。
【００１８】
このようにして半導体ウェーハ自体で加熱温度制御を行えるため、バーンイン装置はシンプルな冷却温調制御のみとすることもでき、温度調整機構、ひいてはバーンイン装置全体の小型化、低コスト化を実現できる。半導体ウェーハを１枚ずつ収納する処理室を多段に設ける装置構成も可能となり、処理室を密に設けても温度安定性を確保可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態における半導体ウェーハの構成を示す。図１（ａ）は同半導体ウェーハの平面図、図１（ｂ）（ｃ）はそれぞれ同半導体ウェーハの一部拡大図である。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、半導体ウェーハ１には、集積回路のパターンが形成された複数の半導体デバイス２がスクライブレーン３を介して縦横に複数列、配列されている。
図１（ｂ）に示すように、スクライブレーン３内には、１個の半導体デバイス２ごとに１対の発熱素子４と温度モニター素子５とが設けられている。発熱素子４は半導体デバイス２を取り囲むように３辺に沿ってコの字形に配置され、温度モニター素子５は他の１辺に沿って配置されている。
【００２１】
図１（ｃ）に示すように、半導体デバイス２内にも１対の発熱素子４と温度モニター素子５とが設けられている。半導体デバイス２内の発熱素子４，温度モニター素子５は、その電気接合部４ａ，５ａがスクライブレーン３内の発熱素子４，温度モニター素子５の電気接合部４ａ，５ａに近接しないように配置されている。
【００２２】
この図１ではスクライブレーン３内と半導体デバイス２内の両方に発熱素子４，温度モニター素子５が配置された例を示したが、一方のみでもよい。
図１（ｄ）に示すように、半導体ウェーハ１は集積回路のパターンが形成されていないスクライブレーン５の上に発熱素子３の他にスイッチ素子３１とスイッチ素子３１の制御線３２を設けてもよい。制御線３２に電流を流すことで、スイッチ素子３１が動作し、発熱素子３の発熱量を電流制御することができる。
【００２３】
図２は半導体ウェーハ１を内蔵するウェーハカセットの分解斜視図である。
ウェーハカセット６は、半導体ウェーハ１と、半導体ウェーハ１の裏面を真空吸着するウェーハトレー７と、半導体ウェーハ１の発熱素子４，温度モニター素子５の電気的接合部４ａ，５ａに相対するプローブ端子（図示せず）が形成されたコンタクトシート８とを一体化して構成される。コンタクトシート８に対してコネクタ（図示せず）で接続されて電気信号を供給し引き出すＤＵＴ基板９も取り付けられる。
【００２４】
図３はバーンイン装置に設けられるバーンインユニットの断面図である。
バーンインユニット１０は、処理室１１内にウェーハカセット６を収納するための収納部１１ａが設けられ、収納部１１ａに収納されたウェーハカセット６と装置外部との電気的接続をとるためのリレーボード１２が設けられている。収納部１１ａの上方には、ウェーハカセット６のウェーハトレー６に接触するように冷却フィン１３が配置され、その上方に上部冷却ファン１４が配置されている。また収納部１１ａの下方に補助の下部ヒータ１５が配置され、その下方に下部冷却ファン１６が配置されている。１５ａはベースである。
【００２５】
以上の構成により、半導体ウェーハ１の複数の半導体デバイス２を一括検査（スクリーニング）するバーンイン測定時には、バーンインユニット１０の収納部１１ａにウェーハカセット６を収納して、装置外部よりリレーボード１２，ＤＵＴ基板９，コンタクトシート８を通して発熱素子４に電圧電流を印加して半導体ウェーハ１を加熱する。
【００２６】
その際に、半導体デバイス２内，スクライブレーン３内の各温度モニター素子５の抵抗値をコンタクトシート８，ＤＵＴ基板９，リレーボード１２を通して装置外部でモニターし、その抵抗値より各位置の温度モニター素子５の温度を推測して、半導体ウェーハ１の全面の温度分布を調べる。この温度分布は良品デバイスによる自己発熱個所と不良品デバイスによる非発熱箇所とに基づく。
【００２７】
温度分布にバラツキが検出されたら、抵抗値の低い箇所の発熱素子４に電流電圧を印加して発熱を補助することにより、半導体ウェーハ１の全面の均熱化を行う。このときに印可する電流電圧の制御は、抵抗値の低い箇所の発熱素子４に一定の電流電圧を印加するか、あるいは、抵抗値の低い箇所の発熱素子４に、温度モニター素子５の抵抗値がその周囲の温度モニター素子５と同等になるまで徐々に電圧電流を上げて印加する。このようにして各半導体デバイス２に係る発熱素子４を個別に温度制御することにより、ウェーハ全面の均熱性を確保できる。
【００２８】
温度バラツキがなくなったら、ウェーハトレー７に接した上部冷却フィン１３に上部冷却ファン１４により外気を導入して当てることで、所定のバーンイン温度に制御する。また補助的に下部ヒータ１５と下部冷却ファン１６を独立でバーンイン温度に制御する。下部ヒータ１５，下部冷却ファン１６をも利用するのは、次の理由からである。半導体ウェーハ１の発熱は１５０℃以上にもなり、バーンインの温度としては高すぎる。１３０℃以上ともなればコンタクトシート等の部材の劣化も起こる。そこで全体を冷却して所定の一定温度に維持する必要がある。そのために、上部、下部から冷却ファン１４，１６で冷却する。収納部１１ａの上下で温度差があり、半導体ウェーハ１の上部を所定の温度にするために下部ヒータ１５を併用することもある。このようなバーンインユニット１０の温度コントロール機能により、半導体ウェーハ１の全半導体デバイス２の温度をさらに均一に、安定して、適正なバーンイン温度に制御することができる。
【００２９】
なお、近年の高集積化によって、３００ｍｍウェーハ１枚当たり、デバイス数は２０００チップ程度となっており、要求される発熱量は１ｋＷ〜５ｋＷ程度に達している。この発熱量を発熱素子４で実現するためには、１素子当たり１０Ｖ程度、５０ｍＡ〜２５０ｍＡ程度の電流を流せる抵抗素子を用いるのが望ましい。
【００３０】
かかる抵抗素子としては、各半導体デバイス２内に多層配線技術で形成される銅配線抵抗や拡散抵抗（ダイオード）を用いることができ、抵抗が高く且つ抵抗値の温度依存が少ないポリシリコン抵抗を用いてもよい。近年の多層配線技術では、歩留まりを安定にする目的で配線密度を一定にするようにしており、無駄な配線も存在しているので、この余剰配線を活用するのが都合よい。
【００３１】
スクライブレーン３内に発熱素子４や温度モニター素子５を設ける構造は、スクライブレーン３が最終的に切り離されることから、半導体ウェーハ１の品種に関わらず適用可能である。またこのように半導体ウェーハ１自体に加熱制御の機構を設ける構造であるため、半導体ウェーハ１の外部に設ける加熱制御の機構は、ウェーハ面内の温度バラツキを考えることなくウェーハトレー全体を冷却する単純な機構としても、安定したバーンイン温度制御が可能となり、バーンインユニット１０、ひいてはバーンイン装置の小型化を図ることができる。
【００３２】
ただし温度モニター素子５は、必ずしも半導体ウェーハ１上に設けなくてもよく、ウェーハ外部、たとえばウェーハトレー７あるいはコンタクトシート８に設けることも可能である。発熱素子４に対応する温度モニター素子５を設けないことも可能である。
【００３３】
発熱素子４に対応する温度モニター素子５を設けない場合は、前工程からの半導体デバイスの良・不良情報から低温箇所を予測し、加熱機構にフィードバックして、半導体ウェーハ１の全面の温度が均一になるように各発熱素子４による加熱を個別に制御する。
【００３４】
図４はバーンイン装置内の概略構成図、図５は同バーンイン装置の概略全体構成図である。
図４および図５に示すように、バーンイン装置の本体１７内に、上述したバーンインユニット１０が上下に多段に設けられている。各バーンインユニット１０に対して、バーンイン制御装置１８によって、バーンインデータサーバー１９を通じて温度，印加電圧電流などのバーンイン測定条件や、測定プログラムの管理，実行を行うとともに、バーンイン測定結果など、測定前、測定中、測定後のデータ管理を行う。またバーンイン制御装置１８によって、各バーンインユニット１０に収納されたウェーハカセット６の半導体ウェーハ１の面内均熱化の制御を行うために、ネットワークを利用して前工程からの良、不良データの情報を取得する。
【００３５】
本体１７には、下部に給気口２０が形成され、給気口２０に続く給気路２１が各バーンインユニット１０間に形成されるとともに、バーンインユニット１０ごとに排気する独立構造の排気路２２が形成されていて、本体１７内に一方通行の気流が流れてバーンインユニット１０どうし影響を及ぼさないようになっている。
【００３６】
各バーンインユニット１０には、処理室１１の上部と下部に給気路２１に連通する給気口１０ａが形成され、各給気口１０ａを覆うように上部冷却ファン１４，下部冷却ファン１６が設置されている。また処理室１１の側方に排気路２２に連通する排気口１０ｂが形成され、排気口１０ｂを覆うように排気ファン２３が設置されている。
【００３７】
このため、給気口２０から本体１７内に入った気体は、バーンインユニット１０間の給気路２１を流れ、各バーンインユニット１０内に上部冷却ファン１４により給気口１０ａを通じて引き込まれて半導体ウェーハ１を冷却するとともに、下部冷却ファン１６により給気口１０ａを通じて引き込まれて、半導体ウェーハ１を支持しているリレーボード１２を冷却し、それにより昇温した熱気が排気ファン２３により排気口１０ｂを通じて排気路１５に排出される。
【００３８】
このように、半導体ウェーハ１の面内温度バラツキを平準化する温度制御機構と、複数の冷却ファン１４，１６と排気ファン２３を独立に制御して半導体ウェーハ１の温度を補助的に調節する温度制御機構とを設けたことにより、各バーンインユニット１０で半導体ウェーハ１をバーンイン設定温度に適正に制御することが出来る。また複数のバーンインユニット１０を一体化したバーンイン装置において、バーンインユニット１０を密に設けても、各バーンインユニット１０間の温度干渉を無くし、設定温度に安定制御することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の半導体ウェーハは、それ自体で加熱制御できるので、ウェーハレベルでバーンイン測定する際の測定の品質向上や、バーンイン装置の小型化などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態における半導体ウェーハの構成図
【図２】半導体ウェーハごとに組立てられるウェーハカセットの分解斜視図
【図３】本発明の一実施形態におけるバーンイン装置のバーンインユニットの断面図
【図４】図３のバーンインユニットを含んだバーンイン装置内の概略構成図
【図５】図３のバーンインユニットを含んだバーンイン装置の概略全体構成図
【符号の説明】
【００４１】
１  半導体ウェーハ
２  半導体デバイス
３  スクライブレーン
４  発熱素子
５  温度モニター素子
６  ウェーハカセット
７  ウェーハトレー
８  コンタクトシート
10  バーンインユニット
11  処理室
12  リレーボード
13  冷却フィン
14  上部冷却ファン
15  下部ヒータ
16  下部冷却ファン
17  本体
18  バーンイン制御装置
19  バーンイン用データサーバー
20  給気口
21  給気路
22  排気路
23  排気ファン
【図１】
2006173505.tif 000003
【図２】
2006173505.tif 000004
【図３】
2006173505.tif 000005
【図４】
2006173505.tif 000006
【図５】
2006173505.tif 000007