(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体試験装置の冷却システムを簡略化する。【解決手段】半導体試験装置は、試験室２１、チャック２２、及び冷却素子２５を有している。チャック２２は、試験される半導体素子８０を固定するように試験室２１内に配置されている。冷却素子２５は、試験室２１の室雰囲気温度を第１の温度から第２の温度へ低下させるように、試験室２１に接続されている。前述の半導体試験装置は、試験室２１の室雰囲気温度を指定された試験温度以下に低下させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験室と、
試験される半導体素子を固定するように試験室内に配置されているチャックと、
試験室の室雰囲気温度を第１の温度から第２の温度へ低下させるように試験室に接続されている冷却素子と、を有する、半導体試験装置。
【請求項２】
第１の温度と第２の温度との違いは、１０℃以下である、請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項３】
第１の温度は、試験室の外部の外部環境温度よりも高く、
第１の温度と外部環境温度との差は１０℃以下である、請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項４】
チャックの動作温度を計測する温度センサと、
冷却素子及び温度センサに電気的に接続されており、温度センサによって計測された動作温度によって冷却素子がオンしているかどうかを判断するコントローラと、をさらに有する、請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項５】
チャックに接続され、チャックを加熱する加熱素子をさらに有する、請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項６】
冷却素子の冷却端の冷却温度は、試験室の外部の外部環境温度よりも低く、
冷却温度と外部環境温度との差は、６℃以下である、請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項７】
冷却素子は、半導体冷却素子であって、
半導体冷却素子の低温端は、試験室の内部に配置されており、
半導体冷却素子の高温端は、試験室の外部に配置されている、請求項１に記載の半導体試験装置。
【請求項８】
冷却素子は、半導体冷却素子の低温端の熱交換領域を増加させるように、半導体冷却素子の低温端に接続されている第１の熱伝導要素をさらに有している、請求項７に記載の半導体試験装置。
【請求項９】
冷却素子は、第１の熱伝導要素を通して流れるように、空気を試験室の内部に案内する第１の電動ファンさらに有している、請求項８に記載の半導体試験装置。
【請求項１０】
冷却素子は、半導体冷却素子の高温端の熱交換領域を増加させるように、半導体冷却素子の高温端に接続されている第２の熱伝導要素をさらに有している、請求項７に記載の半導体試験装置。
【請求項１１】
冷却素子は、第２の熱伝導要素を通して流れるように、空気を試験室の外部に案内する第２の電動ファンさらに有している、請求項１０に記載の半導体試験装置。
【請求項１２】
冷却素子は渦管をさらに有しており、
渦管の低温空気出口は、試験室に相互接続されている、請求項１に記載の半導体試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験装置、特に、ウェーファまたはチップを試験する半導体試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造後、ウェーファなどの半導体素子は、比較的高いまたは低い温度の雰囲気内での誤動作モードを見つけるために比較的高いまたは低い温度の雰囲気内で試験されることになる。図１を参照する。従来の半導体試験装置は、試験室１１、試験室１１内に配置されているチャック１２、及びプローブカード１３を有している。試験される半導体素子８０は、チャック１２上に配置され、プローブカード１３によって、指定されている試験温度で試験をされる。試験モジュール１４ａは、プローブカード１３に電気的に接続され、プローブカード１３によって検出された信号を処理する。試験モジュール１４ａは、ホストコンピュータ１４ｂにも電気的に接続されている。試験要員は、ホストコンピュータ１４ｂを使用して、半導体試験装置を操作する。
【０００３】
様々な温度で実施される試験を支援するために、従来の半導体試験装置のチャック１２は、４個の異なる仕様を有しており、それらは、常温チャック、高温チャック（その動作温度は雰囲気温度から１５０℃の範囲である）、空冷高温チャック（その動作温度は２５℃から１５０℃の範囲である）、及び冷却高低温チャック（その動作温度は−５５℃から１５０℃の範囲である）。高温チャックは、現在、半導体試験で頻繁に使用される。しかし、チャック１２は、常温試験において雰囲気温度の影響を受けやすい。例えば、試験室１１の雰囲気温度が２８℃の場合、チャック１２の温度は、２８℃未満にはならない。言い換えると、チャック１２を２５℃などの指定された試験温度にすることができないかもしれない。そのような場合、試験は、空冷高温チャックまたは冷却高低温チャックを採用しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１を再度参照する。従来の空冷高温チャックまたは冷却高低温チャックについては、冷却パイプライン１５が、チャック１２の内側に配置されている。冷媒の気体または液体が、冷却パイプライン１５に入口１５１から供給される。熱交換は、チャック１２の温度を下げるように、冷媒気体／液体とチャック１２との間で行われる。加熱された冷媒気体／液体は、出口１５２から出されて冷却される。冷却された冷媒気体／液体は、冷却パイプライン１５に再び供給される。組み込み冷却パイプライン１５及び冷却器によって、構成上の複雑さが増加し、従来の空冷高温チャックまたは冷却高低温チャックの価格は従来の高温チャックよりもはるかに高くなる。それ以外にも、冷却高低温チャックは、消耗型の冷媒が必要で、それがさらに半導体試験のコストを上昇させる。
【０００５】
したがって、半導体試験装置の冷却システムを簡略化することが、製造者が達成したいと熱望する目的になっている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、半導体試験装置を提供し、冷却素子が試験室の室雰囲気温度を低下させるように試験室に接続されており、室温が比較的高い場合、本発明は試験室の内側のチャック及び試験される半導体素子が、室温よりも僅かに低い指定された試験温度に到達できるようにする。
【０００７】
一実施態様において、本発明の半導体試験装置は、試験室、チャック、及び冷却素子を有している。チャックは試験室内に配置されており、試験される半導体素子を固定するのに使用される。冷却素子は、試験室に接続されており、試験室の室雰囲気温度を第１の温度から第２の温度へ低下させるのに使用される。
【０００８】
以下で、本発明の目的、技術的内容、特徴、および成果を容易に理解できるように、実施形態を添付の図面と併せて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、従来の半導体試験装置を模式的に示している図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態の半導体試験装置を模式的に示している図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態の半導体試験装置を模式的に示している図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態の半導体試験装置を模式的に示している図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態の半導体試験装置の冷却素子を模式的に示している図である。
【図６】図６は、本発明の第４の実施形態の半導体試験装置を模式的に示している図である。
【図７】図７は、本発明の第５の実施形態の半導体試験装置を模式的に示している図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を、実施形態及び添付の図面を使用して以下で詳細に説明する。しかし、これらの実施形態は、本発明を例示するだけであり、本発明の範囲を限定するものではない。明細書で説明する本発明の実施形態に加えて、本発明は他の実施形態にも適用される。さらに、本発明の実施形態に従って当業者が容易になすことができるどのような修正、変形、または代替も、以下で記述する請求項に基づいている本発明の範囲に含まれる。読み手が本発明をより完全に理解するように、多くの特別な詳細を本明細書に示しているが、これらの特別な詳細が部分的にまたは完全に除外された条件の下でも本発明を依然として実施可能である。それ以外にも、当業者によく知られている要素または手順は、本発明が不必要に限定されないように、本明細書では説明していない。同様のまたは同一の要素は、図面において、同様のまたは同一の参照番号で示している。ただし、図面は、本発明の概要を説明するだけであって、本発明の実際の寸法または量を示していない。それ以外にも、図面の簡潔さを達成するように、重要ではない詳細は、必ずしも図面に示していない。
【００１１】
図２を参照する。一実施態様において、本発明の半導体試験装置は、試験室２１、チャック２２、及び冷却素子２５を有している。試験室２１は、試験空間を定めており、試験空間を外部環境から分離している。ただし、試験室２１は、完全に気密ではない。そのため、外部環境の温度が試験室２１の内部温度に影響を与えるかもしれない。簡単のために、外部環境の温度を、外部環境温度と呼び、試験室２１の内部温度を室雰囲気温度と呼ぶ。チャック２２は、試験室２１内に配置されている。ウェーファまたはチップなどの試験される半導体素子８０は、試験のためにチャックに固定されている。
【００１２】
冷却素子２５が、試験室２１に接続されており、試験室２１の室雰囲気温度を低下させるように試験室２１内の空気を冷却する。例えば、冷却素子２５は、試験室２１の室雰囲気温度を指定された試験温度まで低下させる。熱平衡が試験室２１内部のチャック２２とチャック２２上に配置されている試験される半導体素子８０との間でいったん達成されると、プローブカード２３を使用して、半導体素子８０に接触させて、必要な信号を計測する。試験モジュール２４ａ及びホストコンピュータ２４ｂは計測された信号を処理し、半導体素子８０が正常に動作していないかどうかを判断する。プローブカード２３、試験モジュール２４ａ、ホストコンピュータ２４ｂ、及びウェーファ搬送モジュール（図面には示していない）は、既存の技術を使用して当該技術分野で一般的な知識を有している者によって実現可能である。そのため、それらは本発明の特徴的な技術ではなく、本明細書ではさらに説明しない。
【００１３】
ただし、試験室２１の内部の空気を冷却することによって、冷却素子２５は、試験室２１の室雰囲気温度を低下させ、チャック２２の温度を下げる。そのため、図１に示している従来の技術に比べて、冷却パイプラインをチャック２２の内側に実装する必要がない。言い換えると、本発明の冷却システムは、従来技術のそれよりも、簡潔である。本発明の１つの目的は、試験室２１の室雰囲気温度を試験温度まで僅かに低下させることである。そのため、冷却素子２５は、僅かな範囲で室雰囲気温度を低下させるのに十分な冷却能力があればよい。
【００１４】
試験室２１の外部環境温度が２２℃であるとする。試験室２１の室雰囲気温度は外部環境温度の影響を受けるが、２６から２７℃の範囲の温度などの試験室２１の室雰囲気温度は、試験中の外部環境温度よりも高くなる。試験装置に冷却システムが備わっていない場合、試験室２１内部のチャック２２は、２５℃などの指定された試験温度に到達することはできない。そのような場合、本発明の半導体試験装置の冷却素子２５は、試験室２１の室雰囲気温度を２６〜２７℃から指定された試験温度２５℃まで低下させることができる冷却能力を有していれば十分である。一実施形態では、冷却素子２５は、試験室２１の室雰囲気温度を第１の温度から第２の温度に低下させることができる冷却能力を有しており、第１の温度は試験中に冷却システムを使用しない時の半導体試験装置の試験室の室雰囲気温度であって、第２の温度は、指定された試験温度以下の温度であって、第１の温度と第２の温度との差は、１０℃以下である。試験室２１の適切な構成によって、外部環境温度と試験室２１の室雰囲気温度との温度差を修正できることが容易に理解される。一実施形態において、本発明は、第１の温度と外部環境温度との差が１０℃以下の状況に適用可能である。
【００１５】
図３を参照する。一実施形態において、本発明の半導体試験装置は、温度センサ２６及びコントローラ２７をさらに有している。温度センサ２６は、チャック２２の動作温度を計測するのに使用される。コントローラ２７は、冷却素子２５及び温度センサ２６に電気的に接続されている。コントローラ２７は、温度センサ２６によって計測された動作温度に従って冷却素子２５をオンするかどうかを判断する。例えば、チャック２２の動作温度が指定された試験温度よりも高い間、冷却素子２５がオンされており；チャック２２の動作温度が指定された試験温度以下の間、冷却素子２５がオフされている。
【００１６】
図４を参照する。一実施形態において、本発明の半導体試験装置は、加熱素子２８をさらに有している。加熱素子２８は、チャック２２に接続されており、チャック２２を加熱することができる。本実施形態において、本発明の半導体試験装置は、より高い試験温度で試験を実施することができる。冷却素子２５と加熱素子２８との連動によって、温度の適切な範囲内でチャック２２の動作温度を正確に制御できることが容易に理解できる。既存の高温半導体試験装置は、チャック２２の動作温度を計測する温度センサを有している適切な温度制御構成を有している。一実施形態において、破線で描かれている温度センサ２６及びコントローラ２７は、既存の高温半導体試験装置のホストコンピュータ２４ｂに統合されており；ホストコンピュータ２４ｂの判断によって冷却素子２５をオンするかどうかが判断される。
【００１７】
一実施形態において、冷却素子２５の冷却停止の冷却温度は、試験室２１の外側の外部環境温度よりも低く；冷却温度と外部環境温度との差は、６℃以下である。図５を参照する。一実施形態において、冷却素子２５は、半導体冷却素子であって（つまり冷却チップと呼ばれる）；半導体冷却素子の低温端２５１ａは、試験室２１の内側２１ａに配置され、試験室２１の内部の空気を冷却し；半導体冷却素子の高温端２５１ｂは、試験室２１の外側２１ｂに配置され、試験室２１から外に熱を排出している。一実施形態において、冷却素子２５は、第１の熱伝導要素２５２ａさらに有しており；第１の熱伝導要素２５２ａは、半導体冷却素子の低温端２５１ａに接続されて、熱交換の面積を増加させ、半導体冷却素子の低温端２５１ａの熱伝導の効率を増加させている。一実施形態において、冷却素子２５は、第１の電動ファン２５３ａをさらに有しており；電動ファン２５３ａは、第１の熱伝導要素２５２ａを通して流れるように空気を試験室２１の内側２１ａに案内する。たとえば、試験室２１内の空気ＡＩは、第１の電動ファン２５３ａによって、熱交換のために第１の熱伝導要素２５２ａまで送られ；それから、冷却された空気ＣＡは試験室２１まで送られて戻される。
【００１８】
一実施形態において、冷却素子２５は、第２の熱伝導要素２５２ｂさらに有しており；第２の熱伝導要素２５２ｂは、半導体冷却素子の高温端２５１ｂに接続されて、熱交換の面積を増加させ、半導体冷却素子の高温端２５１ｂの熱伝導の効率を増加させている。一実施形態において、冷却素子２５は、第２の電動ファン２５３ｂをさらに有しており；第２の電動ファン２５３ｂは、第２の熱伝導要素２５２ｂを通して流れるように空気を試験室２１の外側２１ｂに案内する。たとえば、試験室２１の外側の空気ＡＯは、第２の電動ファン２５３ｂによって熱交換のために第２の熱伝導要素２５２ｂまで送られ；それから、加熱された空気ＨＡは試験室２１から離れるように送られ、それによって半導体冷却素子の高温端２５１ｂの熱放散を支援する。
【００１９】
図６を参照する。一実施形態において、半導体冷却素子は、筐体２５４内に配置されている。筐体２５４は、低温区画及び高温区画に分割されている。低温区画は、試験室２１の内側に相互接続されている。高温区画は、試験室２１の外側または熱交換チャネルに相互接続されている。半導体冷却素子の低温端は、筐体２５４の低温区画に面している。半導体冷却素子の高温端は、高温区画に面している。前述の構造によって、筐体２５４の低温区画は、試験室２１の延長と見なしてもよく；筐体２５４の高温区画は、試験室２１の外側と見なしてもよい。前述のように、電動ファンは、試験室２１内の空気ＡＩを筐体２５４の低温区画内に吸入して、空気を冷却し、冷却された空気ＣＡを試験室２１内に送る。電動ファンは、試験室２１の外側の空気ＡＯを高温区画内に吸入し、加熱された空気ＨＡを排出して、半導体冷却素子の高温端の熱放散を支援する。半導体冷却素子の高温端及び低温端が、（図６に示しているように）上下構成に配置されようが、（図７に示しているように）左右構成に配置されようが、本発明を常に実装可能である。
【００２０】
一実施形態において、冷却素子は、渦管である。渦管は、空気入口、高温空気出口、及び低温空気出口を有している。空気が空気入口から渦管に入った後で、より高温の空気が、高温空気出口から出され、より低温の空気が低温空気出口から出される。そのため、低温空気出口を試験室に相互接続することで、試験室の室雰囲気温度を低下させることができる。渦管は、０℃未満の温度の空気を出力することができるが、大量の空気を消費することになる。工場が多数の半導体試験装置を使用し、渦管が冷却素子として使用される場合、工場の空気供給システムを新たに設計する必要がある。試験室２１の室雰囲気温度を僅かに低下させるだけでよい場合、半導体冷却素子が、本発明の半導体試験装置の冷却素子用には、より良い選択であろう。
【００２１】
結論として、本発明の半導体試験装置は、冷却素子を試験室に接続することによって試験室の室雰囲気温度を低下させる。本発明は、半導体試験装置の冷却システムを際だって簡略化し、半導体試験装置のコストを大きく減少させることができる。さらに、本発明の冷却素子は、消耗型の材料の使用が必要なく、維持が容易である。そのため、総コストはさらに減少する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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