(57)【要約】【課題】  評価時間が短く、幅広い且つ正確な温度条件においてウエハ一括で信頼性評価試験を行うことができるウエハ一括信頼性評価装置及び評価方法を実現できるようにする。【解決手段】  信頼性評価用ウエハ１１と対向するように配置され、配線基板２１ａと、配線基板２１ａの信頼性評価用ウエハ１１と対向する面に異方性導電性ゴム２１ｂが設けられ、異方性導電性ゴム２１ｂの表面にはバンプ２１ｃが設けられ、バンプ２１ｃが信頼性評価用ウエハ１１に設けられた電極１３と接続されているウエハ一括プローブ２１を備えている。信頼性評価用ウエハには発熱抵抗体１５と信頼性評価用素子１４と電極１３が形成されており、電極１３と発熱抵抗体１５とは、所定の信頼性評価温度において電極１３が異方性導電性ゴム２１ｂの劣化温度以下となる距離をおいて配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、前記配線基板の前記信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、前記導電性弾性シートの表面に設けられ、前記信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブを備えたウエハ一括信頼性評価装置であって、
前記信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、前記各信頼性評価用素子に前記各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、前記各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、前記各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体とを有していることを特徴とするウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項２】
信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、前記配線基板の前記信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、前記導電性弾性シートの表面に設けられ、前記信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブを備えたウエハ一括信頼性評価装置であって、
前記信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、前記各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、前記各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、前記各信頼性評価用素子に前記各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、前記各信頼性評価用素子と前記各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、
前記信頼性評価用ウエハ上に形成された前記各発熱体により前記各信頼性評価用素子を所定の評価温度に加熱する場合に、前記各電極の温度が前記導電性弾性シートの劣化温度以下となるように、前記各発熱体と前記各電極とが距離をおいて配置されていることを特徴とするウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項３】
前記所定の評価温度における最高温度をＴ℃、前記各電極と前記各発熱体との距離をＤｍｍとしたとき、Ｄ＞｛ｌｏｇ（Ｔ−２５）−ｌｏｇ（１２５）｝×２．５の関係が成り立っていることを特徴とする請求項２に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項４】
前記各電極と前記各発熱体との距離は、０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項５】
信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、前記配線基板の前記信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、前記導電性弾性シートの表面に設けられ前記信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブを備えたウエハ一括信頼性評価装置であって、
前記信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、前記各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、前記各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、前記各信頼性評価用素子に前記各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、前記各信頼性評価用素子と前記各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、
前記各電極は、前記半導体ウエハ本体の上に設けられた断熱材の上に形成されていることを特徴とするウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項６】
前記断熱材は、半導体ウエハ本体の上に形成された表面保護用樹脂膜であることを特徴とする請求項５に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項７】
前記断熱材は、その熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料により形成されていることを特徴とする請求項５に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項８】
信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、前記配線基板の前記信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、前記導電性弾性シートの表面に設けられ前記信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブを備えたウエハ一括信頼性評価装置であって、
前記信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、前記各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、前記各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、前記各信頼性評価用素子に前記各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、前記各信頼性評価用素子と前記各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、
前記ウエハ一括プローブの前記導電性弾性シートの表面には放熱用のダミー金属端子が設けられており、前記ダミー金属端子は、前記各電極と前記各発熱体との間の位置で前記信頼性評価用ウエハ表面に接していることを特徴とするウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項９】
前記ダミー金属端子は、前記信頼性評価用ウエハの表面に形成されたダミー電極を介在させて前記信頼性評価用ウエハと接続されていることを特徴とする請求項８に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項１０】
前記信頼性評価用ウエハを保持するウエハトレイをさらに備え、前記ウエハトレイにおけるウエハ保持面の反対側の面又は前記ウエハ一括プローブにおける前記信頼性評価用ウエハと対向する面の反対側の面に対して冷却風を供給することにより、前記信頼性評価用ウエハを冷却することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項１１】
信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、前記配線基板の前記信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、前記導電性弾性シートの表面に設けられ前記信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブと、前記信頼性評価用ウエハを保持するウエハトレイとを備えたウエハ一括信頼性評価装置であって、
前記信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、前記各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、前記各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、前記各信頼性評価用素子に前記各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、前記各信頼性評価用素子と前記各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、
前記各電極に近い領域を選択的に冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とするウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項１２】
前記冷却手段は、前記ウエハトレイの上部に設けられ、前記信頼性評価用ウエハにおける前記電極が形成されている領域の反対側の面と接する凸部であることを特徴とする請求項１１に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項１３】
前記冷却手段は、前記ウエハトレイの裏面における前記電極に近い領域に組み込まれたペルチェ素子であることを特徴とする請求項１１に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項１４】
前記冷却手段は、前記ウエハトレイの裏面における前記電極に近い領域に供給される冷却風であることを特徴とする請求項１１に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項１５】
前記複数の発熱体は、それぞれ発熱抵抗体であり、前記各発熱抵抗体に電圧又は電流を印加する温度制御用電源をさらに備えていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項１６】
前記信頼性評価用ウエハは、前記信頼性評価用素子の近傍に形成された前記信頼性評価用素子の温度を測定する温度センサをさらに有していることを特徴とする請求項１５に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項１７】
前記温度センサは、温度によって抵抗値が変化する測温抵抗体であることを特徴とする請求項１６に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項１８】
前記ウエハ一括プローブの外部に設けられた前記信頼性評価用素子の温度を測定する赤外線を用いた温度センサをさらに備えていることを特徴とする請求項１５に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項１９】
前記温度制御用電源によって前記各発熱抵抗体に印加される電圧又は電流の値を前記温度センサの測定結果に応じて調整する制御用回路をさらに備えていることを特徴とする請求項１６から１８のいずれか１項に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項２０】
信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、前記配線基板の前記信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、前記導電性弾性シートの表面に設けられ前記信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブを備えたウエハ一括信頼性評価装置であって、
前記信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、前記各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、前記各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、前記各信頼性評価用素子に前記各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、前記各信頼性評価用素子と前記各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、
前記複数の発熱体は、前記ウエハ一括プローブの外部に設けられた光源から照射される赤外線によって加熱されることにより、前記各信頼性評価用素子の温度を調節することを特徴とするウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項２１】
前記配線基板は、その上面又は下面に光反射膜が形成されていることを特徴とする請求項２０に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項２２】
信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、前記配線基板の前記信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、前記導電性弾性シートの表面に設けられ、前記信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブと、
前記信頼性評価用ウエハを保持するウエハトレイと、
前記ウエハトレイにおけるウエハ保持面の反対側の面に設けられた加熱手段とを備えたウエハ一括信頼性評価装置であって、
前記信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、前記各信頼性評価用素子に前記各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、前記各信頼性評価用素子と前記各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、
前記複数の電極は前記信頼性評価用ウエハの周縁部に形成されており、
前記ウエハトレイは、前記信頼性評価用ウエハの前記各電極が形成されている周縁部より内側における下側の面と接していることを特徴とするウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項２３】
前記加熱手段は、前記ウエハトレイに接して設けられた発熱体であることを特徴とする請求項２２に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項２４】
前記信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成されたダミー電極をさらに有し、
前記ウエハ一括プローブは、前記導電性弾性シートの表面における前記ダミー電極と対向する位置に設けられたダミー金属端子をさらに有することを特徴とする請求項２２又は２３に記載のウエハ一括信頼性評価装置。
【請求項２５】
半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、前記各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され前記各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、前記複数の信頼性評価用素子とそれぞれ電気的に接続された複数の電極とを有する信頼性評価用ウエハと、
配線基板と、前記配線基板の一の面に設けた導電性弾性シートと、前記導電性弾性シートの表面に設けられた複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブとを用いるウエハ一括信頼性評価方法であって、
前記ウエハ一括プローブの各金属端子を、前記信頼性評価用ウエハの各電極に電気的に接続する工程と、
前記各発熱体を発熱させることにより前記各信頼性評価用素子の温度を所定の評価温度にまで加熱する工程と、
前記各電極及び前記各金属端子を介して前記各信頼性評価用素子と電気的に接続された前記ウエハ一括プローブを用いて、前記所定の評価温度において前記各信頼性評価用素子の状態を一括に評価する工程とを備えていることを特徴とするウエハ一括信頼性評価方法。
【請求項２６】
前記複数の発熱体はそれぞれ発熱抵抗体であり、前記各発熱抵抗体に電圧又は電流を印加することにより前記各発熱抵抗体を発熱させることを特徴とする請求項２５に記載のウエハ一括信頼性評価方法。
【請求項２７】
前記信頼性評価用ウエハは、温度に応じて抵抗値が変化する測温抵抗体を前記各信頼性評価用素子の近傍に有しており、
前記各測温抵抗体の抵抗値を測定することにより前記各信頼性評価用素子の温度を測定する工程と、
測定した前記各信頼性評価用素子の温度に応じて、前記各発熱体の発熱量を調節することにより前記各信頼性評価用素子の温度を制御する工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項２５又は２６に記載のウエハ一括信頼性評価方法。
【請求項２８】
前記各発熱体から放射される赤外線の放射エネルギーを計測することにより、前記各信頼性評価用素子の温度を測定する工程と、
測定した前記各信頼性評価用素子の温度に応じて、前記各発熱体の発熱量を調節することにより前記各信頼性評価用素子の温度を制御する工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項２５又は２６に記載のウエハ一括信頼性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の信頼性評価用素子に対して一括して信頼性評価を行う評価装置及び評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子には長時間の連続動作や、高温下での安定した動作が求められており、半導体素子の信頼性評価は欠かすことができない。また、生産性の向上のためには、ウエハ状態において信頼性評価を行うことが求められると共に、ウエハの大口径化に伴い、ウエハ状態で一括に信頼性評価を行うことが求められている。さらに、半導体素子に求められる動作条件が厳しくなり、より高温下において、より正確な温度条件において評価を行うことが求められてきている。
【０００３】
以下に、従来用いられているウエハ状態での信頼性評価装置の例を図１３、図１４を参照して説明する。
【０００４】
（第1の従来例）
図１３はウエハ状態で信頼性評価を行う第１の従来例に係る信頼性評価装置の評価パターンを示す概略図である（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
図１３において、半導体ウエハ上に、例えばイオン注入法により選択的に形成した導電層を用いた発熱体１０１が形成され、発熱体１０１上に絶縁性膜（図示せず）を介して信頼性評価パターン１０３が形成されている。信頼性評価パターン１０３は電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ及び１０４ｄに、発熱体１０１はオーミック電極１０２ａ、１０２ｂにそれぞれ接続されている。前記電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ及び１０４ｄに対してプローバのプローブ端子を接触させ、評価パターン１０３へ電圧又は電流を印加することにより信頼性評価を行う。このとき、オーミック電極１０２ａ、１０２ｂを介して発熱体１０１に電流を流すことで発熱体１０１を発熱させこれにより評価パターン１０３の温度を制御する。
【０００６】
この構成では、評価パターン直下に発熱体があるため評価パターンの温度を正確に制御することができ、熱平衡に達するまでの時間も短いという利点がある。
【０００７】
（第２の従来例）
図１４はウエハ全面を一括で検査及び信頼性評価することが可能な、ウエハ一括プローブを用いた第２の従来例に係る信頼性評価装置の概略図である（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００８】
図１４において、１１１は半導体ウエハ、１１２はウエハ一括プローブ、１１３はウエハトレイである。半導体ウエハ１１１の上には、電極１１１ａと信頼性評価用素子１１１ｂが形成されており、電極１１１ａと信頼性評価用素子１１１ｂとは電気的に接続されている。
【０００９】
図１４に示すように、ウエハ一括プローブ１１２は配線基板１１２ａ、異方性導電性ゴム１１２ｂ及びバンプ１１２ｃからなり、ウエハ一括プローブ１１２における、半導体ウエハ１１１上の半導体集積回路素子の電極１１１ａと対応する部位にはバンプ１１２ｃが設けられている。配線基板１１２ａとバンプ１１２ｃとは異方性導電性ゴム１１２ｂにより電気的に接続されている。
【００１０】
図１４に示す状態で、半導体ウエハ１１１上の電極１１１ａとウエハ一括プローブ１１２のバンプ１１２ｃとが電気的に接続する。その後、電圧又は電流を半導体ウエハ１１１上の各信頼性評価用素子１１１ｂに印加して信頼性評価を行う。また、半導体ウエハを保持しているウエハトレイへ直接ヒーターを接触させることで、半導体ウエハ１１１の全面を均一に温度制御する。
【００１１】
この構成では、ウエハ一括で評価できるため、評価時間の大幅な短縮が実現できるという利点がある。
【特許文献１】特開平０６−１５１５３７号公報
【特許文献２】特許第２８２８４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、第１の従来例の構成ではプローバのプローブ端子を利用するため、多くても一度に数個レベルしか評価できない。通常、信頼性評価は一回の評価に数十時間以上の時間を要するため、第１の従来例ではウエハ全面の評価又はウエハ面内ばらつき評価をするためには多大な時間を要するという問題がある。
【００１３】
一方、第２の従来例ではウエハ一括プローブの構成材料である異方性導電性ゴム１１２ｂの耐熱性が低いため、例えば１５０℃以上で評価を続けると劣化が顕著に表れて異方性導電性ゴム１１２ｂの導通抵抗が非常に大きくなる。このため信頼性の評価を行える温度範囲が狭いという問題がある。
【００１４】
さらに、第２の従来例には、ウエハトレイに接触させたヒーターにより信頼性評価用素子を一括して加熱するため、個々の信頼性評価用素子について実際の評価温度にばらつきが生じ、また、個々の信頼性評価用素子の実際の評価温度を正確に知ることもできないという問題がある。
【００１５】
本発明は、前記従来の問題を解決し、評価時間が短く、幅広い且つ正確な温度条件においてウエハ一括で信頼性評価試験を行うことができるウエハ一括信頼性評価装置及び評価方法を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するため、本発明はウエハ一括信頼性評価装置を、信頼性評価用ウエハ上に形成された複数の信頼性評価用素子を高温で一括評価する際にウエハ一括プローブが高温になることのない構成とする。
【００１７】
具体的に、本発明に係る第１のウエハ一括信頼性評価装置は、信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、配線基板の信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、導電性弾性シートの表面に設けられ、信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブを備えたウエハ一括信頼性評価装置を対象とし、信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、各信頼性評価用素子に各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体とを有していることを特徴とする。
【００１８】
第１のウエハ一括信頼性評価装置によると、各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体が形成されているため、各信頼性評価用素子の温度は発熱体によって正確に制御される。従って、正確な温度条件において信頼性評価が行えると共に、ウエハトレイ全体を加熱する必要がないので、電極に接しているウエハ一括プローブに設けられた導電性弾性シートを劣化させるほどの高温にすることなく、所定の温度における信頼性評価を行うことができる。
【００１９】
本発明に係る第２のウエハ一括信頼性評価装置は、信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、配線基板の信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、導電性弾性シートの表面に設けられ、信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブを備えたウエハ一括信頼性評価装置を対象とし、信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、各信頼性評価用素子に各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、各信頼性評価用素子と各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、信頼性評価用ウエハ上に形成された各発熱体により各信頼性評価用素子を所定の評価温度に加熱する場合に、各電極の温度が導電性弾性シートの劣化温度以下となるように、各発熱体と各電極とが距離をおいて配置されていることを特徴とする。
【００２０】
第２のウエハ一括信頼性評価装置によると、各信頼性評価用素子に電圧あるいは電流を印加する各電極と各発熱体とが距離をおいて配置されているため、発熱体の熱が直接電極にまで伝わらず、ウエハ裏面を通じて放熱される。従って、電極に接しているウエハ一括プローブに設けられた導電性弾性シートを劣化させるほどの高温にすることなく、所定の温度における信頼性評価を行うことができる。
【００２１】
第２のウエハ一括信頼性評価装置において、所定の評価温度における最高温度をＴ℃、各電極と発熱体との距離をＤｍｍとしたとき、Ｄ＞｛ｌｏｇ（Ｔ−２５）−ｌｏｇ（１２５）｝×２．５の関係が成り立っていることが好ましい。このようにすると、ウエハ一括プローブは劣化が大きくなる１５０℃以上に到達することなく、目的の温度での信頼性評価が実現できる。
【００２２】
第２のウエハ一括信頼性評価装置において、各電極と各発熱体との距離は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る第３のウエハ一括信頼性評価装置は、信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、配線基板の信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、導電性弾性シートの表面に設けられ信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブを備えたウエハ一括信頼性評価装置を対象とし、信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、各信頼性評価用素子に各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、各信頼性評価用素子と各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、各電極は、半導体ウエハ本体の上に設けられた断熱材の上に形成されていることを特徴とする
第３のウエハ一括信頼性評価装置によると、各電極は半導体ウエハ本体の上に設けられた断熱材の上に形成されているため、発熱体の熱が電極に直接伝わらないので、ウエハ一括プローブに設けられた導電性弾性シートを劣化させるほどの高温にすることなく、所定の温度における信頼性評価を行うことができる。
【００２４】
また、断熱材料は、半導体ウエハ本体に形成された表面保護樹脂膜であることが好ましい。このようにすると、従来からの工程の応用により容易に実現できる。また、断熱材は、その熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料により形成されていることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る第４のウエハ一括信頼性評価装置は、信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、配線基板の信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、導電性弾性シートの表面に設けられ信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブを備えたウエハ一括信頼性評価装置を対象とし、信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、各信頼性評価用素子に各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、各信頼性評価用素子と各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、ウエハ一括プローブの導電性弾性シートの表面には放熱用のダミー金属端子が設けられており、ダミー金属端子は、各電極と各発熱体との間の位置で信頼性評価用ウエハ表面に接していることを特徴とする。
【００２６】
第４のウエハ一括信頼性評価装置によると、放熱用のダミー金属端子が設けられ、ダミー金属端子は、各電極と各発熱体との間の位置で信頼性評価用ウエハ表面に接しているため、発熱体からの熱が途中で放熱されるので、電極における温度上昇を抑えることができる。その結果、ウエハ一括プローブに設けられた導電性弾性シートを劣化させるほどの高温にすることなく、所定の温度における信頼性評価を行うことができる。
【００２７】
また、ダミー金属端子は、信頼性評価用ウエハの表面に形成されたダミー電極を介在させて信頼性評価用ウエハと接続されている構成とすることが好ましい。このようにすると、より一層の放熱効果が期待できる。
【００２８】
また、第１から第４のウエハ一括信頼性評価装置において、信頼性評価用ウエハを保持するウエハトレイをさらに備え、ウエハトレイにおけるウエハ保持面の反対側の面又はウエハ一括プローブにおける信頼性評価用ウエハと対向する面の反対側の面に対して冷却風を供給することにより、前記信頼性評価用ウエハを冷却する構成とすることが好ましい。このようにすると、さらに冷却効果を高めることができる。
【００２９】
本発明に係る第５のウエハ一括信頼性評価装置は、信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、配線基板の信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、導電性弾性シートの表面に設けられ信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブと、信頼性評価用ウエハを保持するウエハトレイとを備えたウエハ一括信頼性評価装置を対象とし、信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、各信頼性評価用素子に各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、各信頼性評価用素子と各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、各電極に近い領域を選択的に冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする。
【００３０】
第５のウエハ一括信頼性評価装置によると、各電極に近い領域を選択的に冷却する冷却手段が設けられているため、発熱体を高温にした場合にも電極付近の温度の上昇を抑えることができるので、ウエハ一括プローブに設けられた導電性弾性シートを劣化させるほどの高温にすることなく、所定の温度における信頼性評価を行うことができる。
【００３１】
第５のウエハ一括信頼性評価装置において、冷却手段は、前記ウエハトレイの上部に設けられ、前記信頼性評価用ウエハにおける電極が形成されている領域の反対側の面と接する凸部であることが好ましい。
【００３２】
第５のウエハ一括信頼性評価装置において、冷却手段は、前記ウエハトレイの裏面における前記電極に近い領域に組み込まれたペルチェ素子であることが好ましい。
【００３３】
第５のウエハ一括信頼性評価装置において、冷却手段は、前記ウエハトレイの裏面における前記電極に近い領域に供給される冷却風であることが好ましい。
【００３４】
本発明の第１から第５のウエハ一括信頼性評価装置において、複数の発熱体は、それぞれ発熱抵抗体であり、各発熱抵抗体に電圧又は電流を印加する温度制御用電源をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、発熱体部の温度制御を容易に行うことができる。
【００３５】
また、この場合において、信頼性評価用ウエハは、信頼性評価用素子の近傍に設けられた信頼性評価用素子の温度を測定する温度センサを有していることが好ましく、温度センサは温度によって抵抗値が変化する測温抵抗体であることが好ましい。
【００３６】
第１から第５のウエハ一括信頼性評価装置は、ウエハ一括プローブの外部に設けられた信頼性評価用素子の温度を測定する赤外線を用いた温度センサをさらに備えていることが好ましい。
【００３７】
第１から第５のウエハ一括信頼性評価装置は、温度制御用電源によって各発熱抵抗体に印加される電圧又は電流の値を温度センサの測定結果に応じて調整する制御回路をさらに有していることが好ましい。このような構成とすることにより、信頼性評価用素子の温度を正確に制御し、正確な温度条件において信頼性評価を行うことができる。
【００３８】
本発明に係る第１から第５のウエハ一括信頼性評価装置は、ウエハ一括プローブの外部に設けられた信頼性評価用素子の温度を測定する赤外線温度センサと、赤外線温度センサの出力に応じて、温度制御用電源の出力を調整する制御回路とをさらに備えていることが好ましい。このような構成であっても正確な温度条件において信頼性評価を確実に行うことができる。
【００３９】
本発明に係る第６のウエハ一括信頼性評価装置は、信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、配線基板の信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、導電性弾性シートの表面に設けられ信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブを備えたウエハ一括信頼性評価装置を対象とし、信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され、各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、各信頼性評価用素子に各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、各信頼性評価用素子と各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、複数の発熱体は、ウエハ一括プローブの外部に設けられた光源から照射される赤外線によって加熱されることにより、各信頼性評価用素子の温度を調節することを特徴とする。
【００４０】
第６のウエハ一括信頼性評価装置によれば、複数の発熱体はウエハ一括プローブの外部に設けられた光源から照射される赤外線によって加熱されるため、発熱体のみを選択的に発熱させることが容易にできるので、電極部分の温度上昇を抑えることができる、その結果、ウエハ一括プローブに設けられた導電性弾性シートを劣化させるほどの高温にすることなく、所定の温度における信頼性評価を行うことができる。
【００４１】
第６のウエハ一括信頼性評価装置において、配線基板は、その上面又は下面に光反射膜が形成されていることが好ましい。このようにすると、ウエハ一括プローブの赤外線による温度上昇を最小限に抑えることが可能となる。
【００４２】
本発明に係る第７のウエハ一括信頼性評価装置は、信頼性評価用ウエハと対向するように配置され、配線基板と、配線基板の信頼性評価用ウエハと対向する面に設けた導電性弾性シートと、導電性弾性シートの表面に設けられ、信頼性評価用ウエハと電気的に接続される複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブと、信頼性評価用ウエハを保持するウエハトレイと、ウエハトレイにおけるウエハ保持面と反対側の面に設けられた加熱手段とを備えたウエハ一括信頼性評価装置であって、信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、各信頼性評価用素子に各金属端子を介して電圧又は電流を印加する複数の電極と、各信頼性評価用素子と各電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の配線とを有し、複数の電極は信頼性評価用ウエハの周縁部に形成されており、ウエハトレイは、信頼性評価用ウエハの各電極が形成されている周縁部よりも内側における下側の面と接していることを特徴とする。
【００４３】
第７のウエハ一括信頼性評価装置によれば、複数の電極は信頼性評価用ウエハの外周部に形成されており、所定の温度に加熱されるウエハトレイは、信頼性評価用ウエハにおける各電極が形成されている領域を除く領域と接しているため、電極にはウエハトレイの熱が伝わりにくいので、信頼性評価用素子を高温にした場合にも電極部分の温度上昇を抑えることができる。その結果、ウエハ一括プローブに設けられた導電性弾性シートを劣化させるほどの高温にすることなく、所定の温度における信頼性評価を行うことができる。
【００４４】
第７のウエハ一括信頼性評価装置において、加熱手段は、ウエハトレイに接して設けられた発熱体であることが好ましい。また、信頼性評価用ウエハは、半導体ウエハ本体の上に形成されたダミー電極をさらに有し、ウエハ一括プローブは、導電性弾性シートの表面におけるダミー電極と対向する位置に設けられたダミー金属端子をさらに有することが好ましい。このような構成とすることにより信頼性評価用ウエハの上にウエハ一括プローブを確実に保持することができる。
【００４５】
本発明のウエハ一括信頼性評価方法は、半導体ウエハ本体の上に形成された複数の信頼性評価用素子と、各信頼性評価用素子の近傍にそれぞれ形成され各信頼性評価用素子の温度を制御する複数の発熱体と、複数の信頼性評価用素子とそれぞれ電気的に接続された複数の電極とを有する信頼性評価用ウエハと、配線基板と、配線基板の一の面に設けた導電性弾性シートと、導電性弾性シートの表面に設けられた複数の金属端子とを有するウエハ一括プローブとを用いるウエハ一括信頼性評価方法を対象とし、ウエハ一括プローブの各金属端子を、信頼性評価用ウエハの各電極に電気的に接続する工程と、各発熱体を発熱させることにより各信頼性評価用素子の温度を所定の評価温度にまで加熱する工程と、各電極及び各金属端子を介して各信頼性評価用素子と電気的に接続されたウエハ一括プローブを用いて各信頼性評価用素子の損傷状態を一括に評価する工程とを備えていることを特徴とする。
【００４６】
本発明のウエハ一括信頼性評価方法によれば、各信頼性評価用素子近傍に設けられた発熱体を発熱させることにより、各信頼性評価用素子を加熱するため、信頼性評価用素子のみを正確に加熱することができると共に、電極の温度上昇を抑えることができる。従って、電極に接しているウエハ一括プローブに設けられた導電性弾性シートを劣化させるほどの高温にすることなく、所定の温度における信頼性評価を行うことが可能となる。
【００４７】
第１のウエハ一括信頼性評価方法において、複数の発熱体はそれぞれ発熱抵抗体であり、各発熱抵抗体に電圧又は電流を印加することにより各発熱抵抗体を発熱させることが好ましい。このような構成とすることにより、各信頼性評価用素子を正確に加熱することが可能となり、正確な温度条件において信頼性評価を行うことができる。
【００４８】
本発明のウエハ一括信頼性評価方法において、信頼性評価用ウエハは、温度に応じて抵抗値が変化する測温抵抗体を各信頼性評価用素子の近傍に有しており、各測温抵抗体の抵抗値を測定することにより各信頼性評価用素子の温度を測定する工程と、測定した各信頼性評価用素子の温度に応じて、各発熱体の発熱量を調節することにより各信頼性評価用素子の温度を制御する工程とをさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、より正確な温度条件で信頼性評価を行うことができる。また、不要な温度上昇を抑えることができるため、ウエハ一括プローブに設けられた導電性弾性シートの劣化を防止することもできる。
【００４９】
本発明のウエハ一括信頼性評価方法は、各発熱体から放射される赤外線の放射エネルギーを計測することにより、各信頼性評価用素子の温度を測定する工程と、測定した各信頼性評価用素子の温度に応じて、各発熱体の発熱量を調節することにより各信頼性評価用素子の温度を制御する工程とをさらに備えていることが好ましい。
【００５０】
このような構成とすることにより、測温抵抗体を形成するための複雑なプロセスが必要なく、温度測定を簡略に行うことができるので、簡易に高精度な信頼性評価を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明に係るウエハ一括信頼性評価装置によると、評価時間が短く、幅広い且つ正確な温度条件においてウエハ一括で信頼性評価試験を行うことができるウエハ一括信頼性評価装置及び評価方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るウエハ一括信頼性評価装置について、図１、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００５３】
図１は本実施形態に係るウエハ一括信頼性評価に用いる信頼性評価用ウエハの平面構成を示している。
【００５４】
図１に示すように、信頼性評価用ウエハの基板となる半導体ウエハ本体１２の上には、複数の信頼性評価用素子１４と、該複数の信頼性評価用素子１４とそれぞれ接するように発熱抵抗体１５とが形成されており、各発熱抵抗体１５に印加する電圧又は電流を制御することにより各発熱抵抗体１５を発熱させたり該発熱を停止させたりして、各信頼性評価用素子１４の温度を調節している。
【００５５】
なお、発熱抵抗体１５は信頼性評価用素子１４と必ずしも接している必要はなく、信頼性評価用素子１４の近傍に形成されていればよい。
【００５６】
信頼性評価用素子１４としては、トランジスタの絶縁膜評価用素子又は配線のエレクトロマイグレーション評価用素子等を適用できる。発熱抵抗体１５としては、半導体プロセスにより容易に形成できて熱安定性がある材料、例えばポリシリコン、チタン窒化物又はタングステン等で形成するのが好ましい。
【００５７】
また、信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５に電圧又は電流を印加する電極１３が発熱抵抗体１５と距離Ｄをおいて形成され、電極１３と信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５はそれぞれ配線１６により電気的に接続されている。
【００５８】
図２は本実施形態の信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせた状態のプローブ及びウエハの部分的な断面構成を示している。
【００５９】
図２に示すように、信頼性評価用ウエハ１１はウエハトレイ３１上に保持されており、信頼性評価用ウエハ１１と対向するようにウエハ一括プローブ２１が配置されている。
【００６０】
ウエハ一括プローブ２１に設けられた配線基板２１ａには信頼性評価用ウエハ１１と対向する面上に異方性導電性ゴム２１ｂが設けられ、異方性導電性ゴム２１ｂの表面上にはバンプ２１ｃが設けられており、バンプ２１ｃは信頼性評価用ウエハ１１に設けられた電極１３と接続されている。
【００６１】
本実施形態の特徴として、信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５に電圧又は電流を印加する電極１３が発熱抵抗体１５と距離Ｄをおいて形成されており、電極１３と信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５とはそれぞれ配線１６（図示せず）により接続されている。図２に示す状態で、ウエハ一括プローブ２１の外部にある温度制御用電源及びストレス印加用電源からの電圧又は電流が、配線基板２１ａ、異方性導電性ゴム２１ｂ、バンプ２１ｃ、電極１３及び配線１６をそれぞれ介して信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５に供給される。
【００６２】
また、本実施形態のようにウエハトレイ３１におけるウエハ保持面と反対側の面（以下裏面とする）及びウエハ一括プローブ２１の信頼性評価用ウエハと対向する面と反対側の面（以下上面とする）から冷却風を吹きつける構成であることが好ましい。なお、本実施形態では、ウエハトレイ３１の裏面及びウエハ一括プローブ２１の上面の２方向から冷却風を吹きつけているが、ウエハトレイ３１の裏面又はウエハ一括プローブ２１の上面から冷却風を吹きつける構成でもよい。
【００６３】
ここで、図１及び図２における距離Ｄに関して図３を用いて説明する。図３は、信頼性評価時に発熱抵抗体１５の温度をＴ℃に制御し、厚み１０ｍｍのウエハトレイ３１の裏面が冷却風により２５℃に安定したときのウエハ表面の温度分布を示している。
【００６４】
Ｘ軸は「ウエハ表面における発熱体からの距離ｍｍ」でＹ軸は「（温度−２５）＜対数目盛＞℃」である。このグラフはほぼ直線で近似でき、評価温度をＴ℃とすると、以下の近似式（１）で表される。
Ｙ≒１０｛ｌｏｇ（Ｔ−２５）−0.4Ｘ｝・・・式（１）
Ｘの式に書き換えると、以下の近似式（２）となる。
Ｘ≒｛ｌｏｇ（Ｔ−２５）−ｌｏｇ（Ｙ）｝×２．５・・・式（２）
ここで、ウエハ一括プローブ２１の異方性導電性ゴム２１ｂが１５０℃以上になると劣化が大きく導通抵抗が大きくなる問題があるため、電極１３は１５０℃以下にする必要がある。従って、電極１３から発熱抵抗体１５までの距離Ｄは、Ｄ＞｛ｌｏｇ（Ｔ−２５）−ｌｏｇ（１５０−２５）｝×２．５が必要となる。すなわち、Ｄ＞｛ｌｏｇ（Ｔ−２５）−ｌｏｇ（１２５）｝×２．５である。
【００６５】
ここで、信頼性評価温度が２５０℃のとき、Ｄ＞０．６４ｍｍとなるため、距離Ｄは多くの場合０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態によると、電極１３と発熱抵抗体１５とを距離Ｄをおいて形成することにより、高温で大きく劣化する問題のある異方性導電性ゴム２１ｂが劣化する程の高温にすることなく、所定の温度でウエハ一括信頼性評価が実現できる。
【００６７】
なお、本実施形態のように発熱体として発熱抵抗体１５を用いることにより、発熱抵抗体１５に電圧又は電流を一括して印加して発熱抵抗体１５の温度を一括に制御することも、各発熱抵抗体１５に個別に電圧又は電流印加して各発熱抵抗体１５の温度を個別に制御することもできる。
【００６８】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係るウエハ一括信頼性評価装置について、図４を参照しながら説明する。
【００６９】
図４は本実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせた状態のプローブ及びウエハの部分的な断面構成を示している。
【００７０】
図４に示すように、信頼性評価用ウエハ１１はウエハトレイ３１上に保持されており、信頼性評価用ウエハ１１と対向するようにウエハ一括プローブ２１が配置されている。
【００７１】
ウエハ一括プローブ２１に設けられた配線基板２１ａには信頼性評価用ウエハ１１と対向する面上に異方導性電性ゴム２１ｂが設けられており、異方導性電性ゴム２１ｂの表面上にバンプ２１ｃが設けられており、バンプ２１ｃは信頼性評価用ウエハ１１に設けられた電極１３と接続されている。
【００７２】
信頼性評価用ウエハ１１の基板となる半導体ウエハ本体１２の上には発熱抵抗体１５が形成され、発熱抵抗体１５上には信頼性評価用素子１４が形成されている。また、信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５に電圧又は電流を印加する電極１３は、半導体ウエハ本体１２の上に形成された断熱材としてのポリイミド樹脂からなる表面保護用樹脂膜１７の上に形成され、電極１３と信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５とはそれぞれ配線１６（図示せず）により接続されている。
【００７３】
信頼性評価時に発熱抵抗体１５は高温になり、半導体ウエハ本体１２を熱が伝導するため、半導体ウエハ本体１２の上に設けられた電極は高温になる。しかし、本実施形態において電極１３は表面保護用樹脂膜１７の上に形成されており、シリコンウエハの熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し表面保護用樹脂膜１７を構成するポリイミド樹脂の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋと非常に小さいため、電極１３は断熱され高温にならない。従って、高温で大きく劣化する問題のある異方性導電性ゴム２１ｂを高温にすることなく、所定の温度下でウエハ一括信頼性評価が実現できる。
【００７４】
なお、表面保護用樹脂膜１７は公知の半導体ウエハの表面保護用樹脂膜形成工程により半導体ウエハ本体１２の上に形成することができる。
【００７５】
なお、本実施形態では断熱材としてポリイミド樹脂からなる表面保護用樹脂膜１７を用いたが、ポリイミド樹脂に限らず熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料であれば同様の効果が期待できる。
【００７６】
また、本実施形態のようにウエハトレイ３１の裏面側及びウエハ一括プローブ２１の上面から冷却風を吹きつける構成であるのが好ましい。なお、本実施形態では、ウエハトレイ３１の裏面及びウエハ一括プローブ２１の上面の２方向から冷却風を吹きつけているが、ウエハトレイ３１の裏面又はウエハ一括プローブ２１の上面から冷却風を吹きつける構成でもよい。
【００７７】
なお、本実施形態のように発熱体として発熱抵抗体１５を用いることにより、発熱抵抗体１５に電圧又は電流を一括して印加して発熱抵抗体１５の温度を一括に制御することも、各発熱抵抗体１５に個別に電圧又は電流印加して各発熱抵抗体１５の温度を個別に制御することもできる。
【００７８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係るウエハ一括信頼性評価装置について、図５を参照しながら説明する。
【００７９】
図５は本実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせた状態のプローブ及びウエハの部分的な断面構成を示している。
【００８０】
図５に示すように、信頼性評価用ウエハ１１はウエハトレイ３１上に保持されており、信頼性評価用ウエハ１１と対向するようにウエハ一括プローブ２１が配置されている。
【００８１】
ウエハ一括プローブ２１に設けられた配線基板２１ａには信頼性評価用ウエハ１１と対向する面上に異方性導電性ゴム２１ｂが設けられており、異方性導電性ゴム２１ｂの表面上にバンプ２１ｃ及びダミーバンプ２１ｄが設けられており、バンプ２１ｃ及びダミーバンプ２１ｄはそれぞれ信頼性評価用ウエハ１１に設けられた電極１３及びダミー電極１８と接続されている。
【００８２】
信頼性評価用ウエハ１１の基板となる半導体ウエハ本体１２の上には、発熱抵抗体１５が形成され、発熱抵抗体１５上に信頼性評価用素子１４が形成されている。また、信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５に電圧又は電流を印加する電極１３と発熱抵抗体１５との間にはダミー電極１８が形成されており、電極１３と信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５とはそれぞれ配線１６（図示せず）により接続されている。
【００８３】
信頼性評価時に発熱抵抗体１５は高温になり、半導体ウエハ本体１２を熱が伝導するため、半導体ウエハ本体１２の上に設けられた電極は高温になる。しかし、本実施形態において発熱抵抗体１５と電極１３との間にはダミー電極１８が設けられダミーバンプ２１ｄが接続されており、ダミーバンプ２１ｄを通じて配線基板２１ａ上部方向へ放熱されるために電極１３は高温にはならない。従って、高温で大きく劣化する問題のある異方性導電性ゴム２１ｂを高温にすることなく、所定の温度下でウエハ一括信頼性評価が実現できる。
【００８４】
なお、本実施形態では半導体ウエハ本体１２にダミー電極１８を形成しダミーバンプ２１ｅを接触させる構成にしたが、ダミー電極１８を形成せずに直接ダミーバンプ２１ｅが半導体ウエハ本体１２に接触する構成でも同様の効果が期待できる。
【００８５】
また、本実施形態のようにウエハトレイ３１の裏面側及びウエハ一括プローブ２１の上面から冷却風を吹きつける構成であるのが好ましい。なお、本実施形態では、ウエハトレイ３１の裏面及びウエハ一括プローブ２１の上面の２方向から冷却風を吹きつけているが、ウエハトレイ３１の裏面又はウエハ一括プローブ２１の上面から冷却風を吹きつける構成でもよい。
【００８６】
なお、本実施形態のように発熱体として発熱抵抗体１５を用いることにより、発熱抵抗体１５に電圧又は電流を一括して印加して発熱抵抗体１５の温度を一括に制御することも、各発熱抵抗体１５に個別に電圧又は電流印加して各発熱抵抗体１５の温度を個別に制御することもできる。
【００８７】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係るウエハ一括信頼性評価装置について、図６を参照しながら説明する。
【００８８】
図６は本実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせた状態のプローブ及びウエハの部分的な断面構成を示している。
【００８９】
図６において、信頼性評価用ウエハ１１はウエハトレイ３１上に保持されており、信頼性評価用ウエハ１１と対向するようにウエハ一括プローブ２１が配置されている。
【００９０】
ウエハ一括プローブ２１に設けられた配線基板２１ａには信頼性評価用ウエハ１１と対向する面上に異方性導電性ゴム２１ｂが設けられており、異方性導電性ゴム２１ｂの表面上にバンプ２１ｃが設けられており、バンプ２１ｃは信頼性評価用ウエハ１１に設けられた電極１３と接続されている。
【００９１】
信頼性評価用ウエハ１１の基板となる半導体ウエハ本体１２の上には発熱抵抗体１５が形成され、発熱抵抗体１５上には信頼性評価用素子１４が形成され、信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５に電圧又は電流を印加する電極１３が信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５とそれぞれ配線１６（図示せず）により接続されている。
【００９２】
ウエハトレイ３１の上部には複数の凸部３１ａが設けられており、各凸部３１ａは、半導体ウエハ本体１２における電極１３が形成されている領域の裏面でのみ半導体ウエハ本体１２と接触する構成になっている。
【００９３】
信頼性評価時に発熱抵抗体１５は高温になり、半導体ウエハ本体１２を熱が伝導するため、半導体ウエハ本体１２の上に設けられた電極は高温になる。しかし、本実施形態においては、半導体ウエハ本体１２における電極１３の形成領域の裏面のみがウエハトレイ３１の凸部３１ａと接しており、電極１３及びその周辺部において該凸部３１ａを通じてウエハトレイ３１へ放熱される。このため電極１３及びその周辺部のみが選択的に冷却されるので、異方性導電性ゴム２１ｂは劣化する程には高温にならない。従って、高温で大きく劣化する問題のある異方性導電性ゴム２１ｂを高温にすることなく、所定の温度下でウエハ一括信頼性評価が実現できる。
【００９４】
また、本実施形態のようにウエハトレイ３１の裏面側及びウエハ一括プローブ２１の上面から冷却風を吹きつける構成であるのが好ましい。なお、本実施形態では、ウエハトレイ３１の裏面及びウエハ一括プローブ２１の上面の２方向から冷却風を吹きつけているが、ウエハトレイ３１の裏面又はウエハ一括プローブ２１の上面から冷却風を吹きつける構成でもよい。
【００９５】
なお、本実施形態ではウエハトレイ３１の上部に凸部を設ける構成であるが、図７に示すように、ウエハトレイの裏面における電極１３に近い部分にペルチェ素子３２を組み込む構成でも電極１３付近のみを選択的に冷却可能である。また冷却風をウエハトレイの裏面における電極１３に近い部分に吹きつけるなどでも同様の効果が期待できる。
【００９６】
なお、本実施形態のように発熱体として発熱抵抗体１５を用いることにより、発熱抵抗体１５に電圧又は電流を一括して印加して発熱抵抗体１５の温度を一括に制御することも、各発熱抵抗体１５に個別に電圧又は電流印加して各発熱抵抗体１５の温度を個別に制御することもできる。
【００９７】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係るウエハ一括信頼性評価装置について、図８を参照しながら説明する。
【００９８】
図８は本実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトした状態のプローブ及びウエハの部分的な断面構成を示している。
【００９９】
図８において、信頼性評価用ウエハ１１はウエハトレイ３１上に保持されており、信頼性評価用ウエハ１１と対向するようにウエハ一括プローブ２１が配置されている。さらに、ウエハ一括プローブ２１の上方には赤外線光源３３が設けられている。
【０１００】
ウエハ一括プローブ２１に設けられた配線基板２１ａには信頼性評価用ウエハ１１と対向する面上に異方性導電性ゴム２１ｂが設けられており、異方性導電性ゴム２１ｂの表面上にバンプ２１ｃが設けられており、バンプ２１ｃは信頼性評価用ウエハ１１に設けられた電極１３と接続されている。信頼性評価用ウエハ１１の基板となる半導体ウエハ本体１２の上には信頼性評価用素子１４と、信頼性評価用素子１４に電圧又は電流を印加する電極１３とが形成され、信頼性評価用素子１４と電極１３とは配線１６（図示せず）により接続されている。また、信頼性評価用素子１４の上には、照射される赤外線を効率よく吸収するように比較的に濃い色を持つ濃色発熱体１９が形成されている。濃色発熱体としては黒クロム膜又は酸化銅膜等を用いることができる。
【０１０１】
また、濃色発熱体１９の直上部において、配線基板２１ａには光が透過する領域が設けられ、異方性導電性ゴム２１ｂにはスリットが設けられており、濃色発熱体１９に赤外線が照射可能となっている。
【０１０２】
本実施形態のウエハ一括信頼性評価装置によれば、１個以上で且つ濃色発熱体１９の個数より少ない数の赤外線光源でウエハ面内の多数の濃色発熱体１９を発熱させることが可能であり、非常に簡易な温度制御システムで多くの信頼性評価用素子を同時に評価できる。また、不要部分に赤外線が照射されないように配線基板２１ａの上面又は下面には、表面が鏡面状のアルミニウム等からなる光反射膜が形成されており、該光反射膜は、濃色発熱体１９の周辺部にのみ赤外線が照射可能なスリットが入った構成とすることにより、ウエハ一括プローブ自身の赤外線からの輻射熱による温度上昇を最小限に抑えることが可能である。
【０１０３】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係るウエハ一括信頼性評価装置について、図９及び図１０を参照しながら説明する。
【０１０４】
図９は本実施形態に係るウエハ一括信頼性評価に用いる信頼性評価用ウエハの平面構成を示している。
【０１０５】
図９に示すように信頼性評価用ウエハ１１は、基板となる半導体ウエハ本体１２の上に形成された複数の信頼性評価用素子１４と、各信頼性評価用素子１４にそれぞれ接続された電極１３と、信頼性評価用素子１４と電極１３とを電気的に接続する配線１６と、信頼性評価用素子１４の周辺に形成された複数のダミー電極１８とにより形成されている。本実施形態において電極１３は、信頼性評価用素子１４の周辺ではなく信頼性評価用ウエハ１１の外周部に形成されている。なお、信頼性評価用素子１４としては、トランジスタの絶縁膜評価用素子又は配線のエレクトロマイグレーション評価用素子等が適用できる。
【０１０６】
図１０は本実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせた状態のプローブ及びウエハの断面構成を示している。
【０１０７】
図１０に示すように、信頼性評価用ウエハ１１はウエハトレイ３１上に保持されており、信頼性評価用ウエハ１１と対向するようにウエハ一括プローブ２１が配置されている。また、ウエハトレイ３１の裏面とヒーター３４とが接触している。
【０１０８】
ウエハ一括プローブ２１に設けられた配線基板２１ａには信頼性評価用ウエハ１１と対向する面上に異方性導電性ゴム２１ｂが設けられ、異方性導電性ゴム２１ｂの表面上にはバンプ２１ｃが設けられており、バンプ２１ｃは信頼性評価用ウエハ１１に設けられた電極１３と接続されている。従って、ウエハ一括プローブ２１の外部に設けられた電源から配線基板２１、異方性導電性ゴム２１ｂ、バンプ２１ｃ、電極１３及び配線１６を介して信頼性評価用素子１４に電圧又は電流を印加することができる。
【０１０９】
また、異方性導電性ゴム２１ｂの表面にはダミーバンプ２１ｄが設けられており、ダミーバンプ２１ｄは、ダミー電極１８と接続されている。これにより、ウエハ一括プローブ２１を信頼性評価用ウエハ１１の上に確実に保持することができる。
【０１１０】
本実施形態において、ウエハトレイ３１の裏面にはヒーター３４が接しており、ヒーター３４から供給される熱がウエハトレイ３１を介して信頼性評価用ウエハ１１に伝えられ、各信頼性評価用素子１４は所定の評価温度に加熱される。
【０１１１】
一方、本実施形態において、電極１３は信頼性評価用素子１４の周辺ではなく信頼性評価用ウエハ１１の基板である半導体ウエハ本体１２の外周部に設けられており、半導体ウエハ本体１２の外周部は、ウエハトレイ３１と接触していない。このため、電極１３が形成されているウエハの外周部にはヒーター３４からの熱が伝わりにく、半導体ウエハ本体１２の外周部における温度は、信頼性評価用素子１４が形成されている半導体ウエハ本体１２の中心部と比べて低くなっている。従って、半導体ウエハ本体１２の外周部に形成された電極１３と接続されたバンプ２１ｃが高温になることがなく、高温で大きく劣化する問題がある異方性導電性ゴム２１ｂを高温にすることなく、所定の温度下でウエハ一括信頼性評価を実施できる。
【０１１２】
なお、本実施形態の信頼性評価ウエハ１１においても、信頼性評価用素子１４の近傍に発熱抵抗体１５を形成し、ヒーター３４と併用して信頼性評価用素子１４を加熱してもよい。
【０１１３】
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態に係るウエハ一括信頼性評価方法について、図１１を参照しながら説明する。
【０１１４】
図１１は本実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせた状態のプローブ及びウエハの部分的な断面構成を示している。
【０１１５】
図１１に示すように、信頼性評価用ウエハ１１はウエハトレイ３１の上に保持されており、信頼性評価用ウエハ１１と対向するようにウエハ一括プローブ２１が配置されている。ウエハ一括プローブ２１に設けられた配線基板２１ａには信頼性評価用ウエハ１１と対向する面上に異方性導電性ゴム２１ｂが設けられ、異方性導電性ゴム２１ｂの表面上にはバンプ２１ｃが設けられており、バンプ２１ｃは信頼性評価用ウエハ１１に設けられた電極１３と接続されている。
【０１１６】
信頼性評価用ウエハ１１の基板となる半導体ウエハ本体１２の上には、複数の信頼性評価用素子１４が形成されており、信頼性評価用素子１４と接して、発熱抵抗体１５と、測温抵抗体３５とが形成されており、信頼性評価用素子１４、発熱抵抗体１５及び測温抵抗体３５は、それぞれ配線１６（図示せず）を介在させて電極１３と電気的に接続されている。なお、電極１３と発熱抵抗体１５とは、第１の実施形態と同様に距離Ｄをおいて形成されている。
【０１１７】
図１１に示す状態で、ウエハ一括プローブ２１の外部にある温度制御用電源３６及びストレス印加用電源３７からの電圧又は電流が、配線基板２１ａ、異方性導電性ゴム２１ｂ、バンプ２１ｃ、電極１３及び配線１６を介して信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５にそれぞれ供給される。このとき、信頼性評価素子１４と接して形成された測温抵抗体３５は、配線１６、電極１３、バンプ２１ｃ、異方性導電性ゴム２１ｂ及び配線基板２１ａをそれぞれ介在させて抵抗測定器３８に接続されている。
【０１１８】
抵抗測定器３８のリレー３８ａを個々に閉じて抵抗値を測定することによりそれぞれの測温抵抗体３５の抵抗値を読み取ることが可能である。読み取った抵抗値を温度換算することにより、個々の測温抵抗体３５の温度、つまり測温抵抗体が接している信頼性評価用素子１４の温度を測定することができる。従って、信頼性評価試験の際の各信頼性評価素子１４の評価温度を正確に知ることができる。
【０１１９】
また、抵抗測定器３８を用いて測定した温度を元に温度制御用電源３６内の可変抵抗３６ａの値を調節することにより各発熱抵抗体１５に供給する電圧又は電流を調節し、信頼性評価素子１４を所定の温度を保つことが可能となる。これにより、評価温度のばらつきをなくし、正確な温度条件において信頼性評価を行うことができる。
【０１２０】
なお、発熱抵抗体１５及び測温抵抗体３５は、信頼性評価用素子１４を局所的に加熱し、信頼性評価用素子１４の温度を測定できる位置に設ければよく、必ず信頼性評価用素子１４に接している必要はない。また、測温抵抗体にはサーミスタや白金抵抗体等を用いることができる。
【０１２１】
また、本実施形態においては、第１の実施形態において示した信頼性評価用ウエハに測温抵抗体を組み込んだが、第２から第６の実施形態において示した信頼性評価用ウエハに測温抵抗体を組み込んでもよい。
【０１２２】
（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態に係るウエハ一括信頼性評価方法について、図１２を参照しながら説明する。
【０１２３】
図１２は本実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせた状態のプローブ及びウエハの部分的な断面構成を示している。
【０１２４】
図１２において、信頼性評価用ウエハ１１はウエハトレイ３１上に保持されており、信頼性評価用ウエハ１１と対向するようにウエハ一括プローブ２１が配置されている。さらに、ウエハ一括プローブ２１の上方には赤外線エネルギー検出器３９が設けられている。ウエハ一括プローブ２１に設けられた配線基板２１ａには信頼性評価用ウエハ１１と対向する面上に異方性導電性ゴム２１ｂが設けられており、異方性導電性ゴム２１ｂの表面上にバンプ２１ｃが設けられており、バンプ２１ｃは信頼性評価用ウエハ１１に設けられた電極１３と接続されている。
【０１２５】
信頼性評価用ウエハ１１の基板となる半導体ウエハ本体１２の上には、複数の信頼性評価用素子１４が形成されており、信頼性評価用素子１４と接して、発熱抵抗体１５と、測温抵抗体３５とが形成されており、信頼性評価用素子１４、発熱抵抗体１５及び測温抵抗体３５は、それぞれ配線１６（図示せず）を介在させて電極１３と電気的に接続されている。
【０１２６】
また、信頼性評価用素子１４の直上部において、配線基板２１ａには光が透過する領域が設けられ、異方性導電性ゴム２１ｂにはスリットが設けられており、信頼性評価用素子１４から放射された赤外線がウエハ一括プローブの外部へ透過可能となっている。ここで配線基板２１ａは例えば石英ガラスのような赤外線透過率の大きい物質で形成されていることが好ましい。
【０１２７】
図１２に示す状態で、ウエハ一括プローブ２１の外部に設けた電源（図示せず）からの電圧又は電流が、配線基板２１ａ、異方性導電性ゴム２１ｂ、バンプ２１ｃ、電極１３及び配線１６をそれぞれ介して信頼性評価用素子１４及び発熱抵抗体１５に供給される。このとき、信頼性評価素子１４に接して形成された発熱抵抗体１５により信頼性評価用素子１４が加熱されることにより、信頼性評価用素子１４から赤外線が放射される。信頼性評価用素子１４から放射された赤外線は、異方性導電性ゴム２１ｂに設けられたスリット及びウエハ一括プローブを透過してウエハ一括プローブの外部に設けられた赤外線エネルギー検出器３９に達する。
【０１２８】
物質から放射される赤外線のエネルギーは温度と相関性があることから、赤外線エネルギー検出器３９により得られた検出結果を換算することにより信頼性評価用素子１４の温度を測定することができる。また、赤外線エネルギー検出器３９を順次移動させることにより、信頼性評価用ウエハ１１の上に設けられたすべての信頼性評価用素子１４の温度を測定することが可能となる。
【０１２９】
発熱抵抗体１５に電圧又は電流を供給する電源を、例えば本実施形態に示したような温度制御用電源とすれば、赤外線エネルギー検出器３９により測定された信頼性評価用素子１４の温度を元に、各発熱抵抗体１５に供給する電圧又は電流を調節し、各信頼性評価素子１４を所定の温度を保つことが可能となる。
【０１３０】
なお、信頼性評価用素子１４と発熱抵抗体１５とは、必ずしも接している必要はなく、発熱抵抗体１５により信頼性評価用素子１４が局所的に加熱できればよい。また、信頼性評価用素子１４に代えて発熱抵抗体１５の温度を赤外線エネルギー検出器３９で測定しても同様の結果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明に係るウエハ一括信頼性評価装置は、評価時間が短く、幅広い且つ正確な温度条件においてウエハ一括で信頼性評価試験を行うことができるウエハ一括信頼性評価装置及び評価方法を実現できるため、半導体ウエハ上に形成された複数の信頼性評価用素子に対して一括して信頼性評価を行う評価装置及び評価方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るウエハ一括信頼性評価に用いる評価ウエハを示す部分概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせたときのプローブ及びウエハを示す部分断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る信頼性評価用ウエハの温度を示したグラフである。
【図４】第２の実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせたときのプローブ及びウエハを示す部分断面図である。
【図５】第３の実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせたときのプローブ及びウエハを示す部分断面図である。
【図６】第４の実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせたときのプローブ及びウエハを示す部分断面図である。
【図７】第４の実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせたときのプローブ及びウエハを示す部分断面図である。
【図８】第５の実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせたときのプローブ及びウエハを示す部分断面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係るウエハ一括信頼性評価に用いる評価ウエハを示す部分概略図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせたときのプローブ及びウエハを示す断面図である。
【図１１】第７の実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせたときのプローブ及びウエハを示す部分断面図である。
【図１２】第８の実施形態に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせたときのプローブ及びウエハを示す部分断面図である。
【図１３】第１の従来例に係る評価パターンを示す概略図である。
【図１４】第２の従来例に係る信頼性評価用ウエハにウエハ一括プローブをコンタクトさせたときのプローブ及びウエハを示す部分断面図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１１    信頼性評価用ウエハ
１２    半導体ウエハ
１３    電極
１４    信頼性評価用素子
１５    発熱抵抗体
１６    配線
１７    表面保護用樹脂膜
１８    ダミー電極
１９    濃色発熱体
２１    ウエハ一括プローブ
２１ａ  配線基板
２１ｂ  異方性導電性ゴム
２１ｃ  バンプ
２１ｄ  ダミーバンプ
３１    ウエハトレイ
３１ａ  凸部
３２    ペルチェ素子
３３    赤外線光源
３４    ヒーター
３５    抵抗体
３６    温度制御用電源
３６ａ  可変抵抗
３７    ストレス印加用電源
３８    抵抗測定器
３８ａ  リレー
３９    赤外線エネルギー検出器
【図１】
2005252225.tif 000003
【図２】
2005252225.tif 000004
【図３】
2005252225.tif 000005
【図４】
2005252225.tif 000006
【図５】
2005252225.tif 000007
【図６】
2005252225.tif 000008
【図７】
2005252225.tif 000009
【図８】
2005252225.tif 000010
【図９】
2005252225.tif 000011
【図１０】
2005252225.tif 000012
【図１１】
2005252225.tif 000013
【図１２】
2005252225.tif 000014
【図１３】
2005252225.tif 000015
【図１４】
2005252225.tif 000016