(57)【要約】【課題】  工場全体に亘るような大掛かりな装置を用いなくても、排出エネルギーを回生できるようにした半導体試験装置を提供する。【解決手段】  半導体素子の電気的特性試験の際に使用するプローバ装置１００であって、ウエーハＷを載置するためのメインチャック１０と、メインチャック１０を収める筐体５０と、筐体５０に設けられた送風口５１及び排気口５３と、送風口５１を通して筐体５０内に放熱用の風を送り込む送風機６０と、排気口５３を通して筐体５０外に出てくる排気を利用して電気を発電する発電機７０とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の電気的特性試験の際に使用する半導体試験装置であって、
当該半導体試験装置から出てくる排気を利用して電気を発電する発電手段、を有することを特徴とする半導体試験装置。
【請求項２】
半導体素子の電気的特性試験の際に使用する半導体試験装置であって、
ウエーハを載置するための載置台と、
前記載置台を収める筐体と、
前記筐体に設けられた送風口及び排気口と、
前記送風口を通して前記筐体内に放熱用の風を送り込む送風手段と、
前記排気口を通って前記筐体から出てくる排気を利用して電気を発電する発電手段と、を有することを特徴とする半導体試験装置。
【請求項３】
前記発電手段によって発電された電気を蓄える蓄電手段、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体試験装置。
【請求項４】
前記半導体素子を加熱するための加熱手段を有し、
前記加熱手段は前記発電手段と電気的に接続しており、当該加熱手段は該発電手段によって発電された電気を利用して前記半導体素子を加熱可能となっていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の半導体試験装置。
【請求項５】
前記発電手段によって発電された電気を当該半導体試験装置に繋がる電源に供給する供給手段、を有することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項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、半導体試験装置に関し、特に、工場全体に亘るような大掛かりな装置を用いなくても、排出エネルギーを回生できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ウエーハに作り込まれた半導体素子の電気的特性（抵抗値、耐圧、リーク電流、出力電流、出力電圧、閾値電圧、又は回路動作等）を試験する試験装置として、プローバ装置が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。プローバ装置は、所定の試験プログラムにしたがって、ウエーハに作り込まれた半導体素子のパッド電極にプローブカードのプローブピンを押し当て、このプローブカードを介して、半導体素子に所定の試験信号を印加し、または出力信号を検出することで、当該半導体素子の電気的特性を自動で試験する装置である。
【０００３】
このようなプローバ装置を用いた半導体素子の試験では、２５［℃］程度の室温での試験だけでなく、例えば１２５〜１５０［℃］程度の高温状態で半導体素子の電気的特性を試験する場合もある（例えば、特許文献２等参照。）。このような高温状態は、例えばウエーハを載せるためのメインチャックに内蔵されたヒータによって作り出されることが一般的である（このような加熱機能は、ホットチャック機能とも呼ばれている。）。
【特許文献１】特開平６−３１８６２２号公報
【特許文献２】特開平９−２５７８７３号公報
【特許文献３】特開平１１−１５５２４４号公報
【特許文献４】特開平１１−２８５１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、メインチャックに内蔵されたヒータがＯＮ状態である場合、プローバ装置の消費電力は少なくともヒータが放出する熱量の分だけ多くなる。
ここで、従来の装置では、排熱は特に利用されることが無く、プローバ装置に設けられた送風ファンによって装置の外部に放出されるのみであった。特に、ウエーハのサイズが大きくなる程、メインチャックの面積も増大しヒータの発熱量も増えるので、消費電力は増加の傾向にある。
【０００５】
また、このような問題を解決する手段として、工場内の排熱空気の一部を排気ダクトへ逃がし、排熱源から離れたところで熱を回収して再利用する方法がある（例えば、特許文献３，４参照。）。しかしながら、このような工場全体に亘る大掛かりな排熱回収システムでは、排熱の回収前に温度が下がってしまうおそれがあり、エネルギーの回収効率が必ずしも十分でない可能性がある。また、大型の回収システムでは、その構築段階で多額のコストがかかってしまう（即ち、初期投資が多額となってしまう）可能性もある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、工場全体に亘るような大掛かりな装置を用いなくても、排出エネルギーを回生できるようにした半導体試験装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、発明１の半導体試験装置は、半導体素子の電気的特性試験の際に使用する半導体試験装置であって、当該半導体試験装置から出てくる排気を利用して電気を発電する発電手段、を有することを特徴とするものである。
発明２の半導体試験装置は、半導体素子の電気的特性試験の際に使用する半導体試験装置であって、ウエーハを載置するための載置台と、前記載置台を収める筐体と、前記筐体に設けられた送風口及び排気口と、前記送風口を通して前記筐体内に放熱用の風を送り込む送風手段と、前記排気口を通って前記筐体から出てくる排気を利用して電気を発電する発電手段と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、発電手段としては、例えば、排気でプロペラを回転させ、回転軸の周りに埋め込まれた導体が磁界を切ることで誘導起電力を発生させる発電機が挙げられる。
発明１，２の半導体試験装置によれば、当該半導体試験装置から出てくる排気（即ち、排出エネルギー）は発電機の動力源に利用され、電気エネルギーの形で回生される。回生した電気は、例えば半導体試験装置に繋がる電源に供給して再利用することが可能であり、電力の消費量を実質的に少なくすることができる。また、排気はその排出源の直ぐそばで利用されるので、排気（熱）を排出源から遠く離れた位置まで運ぶ大型の排熱回収システムと比べて、エネルギーロスを低減するという点で有利である。さらに、大型の排熱回収システムのように、工場全体に亘るような大掛かりな装置は必要ないので、初期投資を抑制するという点でも有利である。
【０００９】
発明３の半導体試験装置は、発明１又は発明２の半導体試験装置において、前記発電手段によって発電された電気を蓄える蓄電手段、を有することを特徴とするものである。
このような構成であれば、発電手段によって発電された（即ち、回生した）電気を任意のタイミングで利用することができる。例えば、負荷システム系での電力の消費量が少なく電源に余裕があるときには回生した電気を蓄電手段に蓄え、負荷システム系での電気の消費量が多く電源に余裕がないときのみ蓄電手段から電源に電気を供給することが可能である。負荷システム系としては、例えば、半導体素子を加熱するための加熱手段等が挙げられる。
【００１０】
発明４の半導体試験装置は、発明１から発明３の何れか一の半導体試験装置において、前記半導体素子を加熱するための加熱手段を有し、前記加熱手段は前記発電手段と電気的に接続しており、当該加熱手段は該発電手段によって発電された電気を利用して前記半導体素子を加熱可能となっていることを特徴とするものである。
このような構成であれば、半導体素子の加熱に要する電気の使用量を実質的に少なくすることができる。
【００１１】
発明５の半導体試験装置は、発明１から発明４の何れか一の半導体試験装置において、前記発電手段によって発電された電気を当該半導体試験装置に繋がる電源に供給する供給手段、を有することを特徴とするものである。
このような構成であれば、半導体試験装置における電力の消費量を実質的に少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るプローバ装置１００の構成例を示す概念図である。このプローバ装置１００は、ウエーハＷに作り込まれた半導体素子の電気的特性を試験するための試験装置である。
図１に示すように、このプローバ装置１００は、ウエーハＷを載置するためのメインチャック１０と、このメインチャック１０の内部に設けられたヒータ１５と、メインチャック１０を載せたステージ２０と、プローブカード３０と、ローダ４０と、筐体５０と、送風機６０と、発電機７０と、発電機７０によって発電された電気を蓄える蓄電池８０とを含んだ構成となっている。
【００１３】
図１に示すメインチャック１０は例えば金属製であり、そのウエーハ載置面には吸着用の孔部が複数個設けられている。このメインチャック１０上にウエーハＷを載せ、ヒータ１５を動作させることで、このウエーハＷを例えば１２５〜１５０［℃］程度の高温度まで加熱し、かつこの高温状態を維持することが可能となっている（つまり、ホットチャック機能を有する。）。また、このメインチャック１０は、高温だけでなく、低温測定にも対応できるようにオプションでコールドチャック機能も有する。図１に示すように、このメインチャック１０は、そのウエーハ載置面の中心部を通る鉛直線回りに回転可能となっており、かつ、Ｚ方向（即ち、上下）方向への移動が可能となっている。
【００１４】
ステージ２０は、プローバ装置１００に装着されたプローブカード３０に対して、メインチャック１０に載せられたウエーハＷを位置合わせするものである。図１に示すように、ステージ２０がメインチャック１０をＸ方向、Ｙ方向に移動させることが可能となっている。このプローバ装置１００では、ステージ２０のＸ方向及びＹ方向への移動動作と、メインチャック１０の回転動作及びＺ方向への移動動作の組み合わせによって、プローブカード３０に対するウエーハＷの位置合わせが達成されるようになっている。
【００１５】
ローダ４０は、ウエーハＷをキャリアからメインチャック１０のウエーハ載置面へ載せたり、ウエーハ載置面に載せられたウエーハＷをメインチャック１０からキャリアに戻したりするものである。筐体５０は、このようなメインチャック１０や、ステージ２０を収めるものである。図１に示すように、この筐体５０には、例えば送風口５１と排気口５３とがメインチャック１０を挟んでその両側に設けられている。
【００１６】
送風機６０は、例えば筐体５０の外側であって、送風口５１に近い位置に設けられている。この送風機６０は、送風口５１を通して筐体５０内に放熱用の風を送り込むものである。例えば、ホットチャック機能によって高温まで加熱されたウエーハＷは、送風機６０によって送り込まれる風によって冷却される。そして、冷却後のウエーハＷが、ローダ４０によってメインチャック１０からキャリアに戻される。
【００１７】
発電機７０は、例えば筐体５０の外側であって、排気口５３に近い位置に設けられている。この発電機７０は、排気口５３を通して筐体５０の外に出された排気を利用して電気を発電するものである。この発電機７０は、例えば、排気でプロペラを回転させ、回転軸の周りに埋め込まれた導体が磁界を切ることで誘導起電力を発生させるタイプのものである。この発電機７０については、後で説明する。
【００１８】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、発電機７０と周辺機器との接続関係の例を示す概念図である。図２（Ａ）に示すように、例えば、発電機７０は工場または負荷システム系の電源ラインと電気的に接続し、蓄電池８０とも電気的に接続している。また、蓄電池８０は工場または負荷システム系の電源ラインと電気的に接続している。このような構成であれば、負荷システム系での電力の消費量が少なく電源に余裕があるときには回生した電気を蓄電池８０に蓄え、負荷システム系での電力の消費量が多く電源に余裕がないときのみ蓄電池８０から電源に電気を供給することが可能である。なお、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す負荷システム系とは、例えば、ステージ２０に内蔵されたヒータ１５等のことである。図２（Ｂ）及び（Ｃ）については、後で説明する。
【００１９】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、発電機７０の構成例を示す概念図である。詳しくは、図３（Ａ）は発電機７０を排気口５３（図１参照。）側から見たときの概念図であり、図３（Ｂ）は発電機７０の等価電気回路図であり、図３（Ｃ）は回転軸５及びその近傍の拡大図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す発電機７０の基本的な原理は、図４に示すように、導体が磁界を切ることで誘導起電力を発生させるというものである。
【００２０】
即ち、図３（Ａ）に示すように、この発電機７０は、固定磁石１と、排気で回転するプロペラ２と、整流子３と、ブラシ４と、整流子３と電気的に接続されている巻線導体６ａ及び６ｂと、で構成されている。
巻線導体６ａ，６ｂは、例えば図４に示すように、それぞれが側面視でコの字型となっている。また、図３（Ａ）に示すように、巻線導体６ａ，６ｂは、その両端が回転軸５を挟んで両側の羽の付け根付近にそれぞれ埋め込まれることによって固定されている。図３（Ａ）に示すように、例えば、巻線導体６ａの一端はブラシ４ａの一方に接続し、巻線導体６ａの他端はブラシ４ａの他方に接続している。また、巻線導体６ｂの一端はブラシ４ｂの一方に接続し、巻線導体６ｂの他端はブラシ４ｂの他方に接続している。
【００２１】
図３（Ａ）及び（Ｃ）に示す整流子３は、プロペラ２の回転軸５から切り離されており、プロペラ２が回転している間も回転せず、その位置が固定されている。この固定された整流子３の周りにブラシ４ａ及び４ｂが配置されている。このような整流子３に対して、ブラシ４ａ及び４ｂはプロペラ２と共に回転するようになっており、ブラシ４が回転している間も、ブラシ４は整流子３と接触し続けるようになっている。
【００２２】
この発電機７０では、排気口５３から出された排気を受けて、プロペラ２が回転軸５を中心に回転する。また、このプロペラ２の回転により、埋め込み導体が磁界を切ることで、誘導起電力が発生する。そして、発生した電気は配線を介してプロペラ２と共に回転するブラシ４ａ，４ｂに伝わり、ブラシ４ａ，４ｂから整流子３に伝えられる。整流子３に伝えられた電気はその整流後に、例えば図１に示した蓄電池８０に送られる。図３（Ｂ）に示すように、この例では、巻線導体６ａと、巻線導体６ｂとによって２つの電流経路が形成される。
【００２３】
なお、この例では、巻線導体６ａ及び６ｂによって、２つの電流経路が並列に配置された（即ち、並列回路を形成した）ようになっている。しかしながら、巻線導体の本数は２本に限られることはなく、例えば３本又は４本以上でも良い。巻線導体の本数（即ち、並列回路の構成数）を増やすことによって、発電機７０から出力される誘起電圧波形をよりフラットな直流に近づけることができる。
【００２４】
このように、本発明の実施の形態に係るプローバ装置１００によれば、このプローバ装置１００から出てくる排気（即ち、排出エネルギー）は発電機７０の動力源に利用され、電気エネルギーの形で回生される。回生した電気は、例えばプローバ装置１００に繋がる電源に供給して再利用することが可能であり、電力の消費量を実質的に少なくすることができる。
【００２５】
また、排気はその排出源の直ぐそばで利用されるので、排気（熱）を排出源から遠く離れた位置まで運ぶ大型の排熱回収システムと比べて、エネルギーロスを低減するという点で有利である。さらに、大型の排熱回収システムのように、工場全体に亘るような大掛かりな装置は必要ないので、初期投資を抑制するという点でも有利である。
この実施の形態では、メインチャック１０が本発明の「載置台」に対応し、送風機６０が本発明の「送風手段」に対応している。また、発電機７０が本発明の「発電手段」に対応し、蓄電池８０が本発明の「蓄電手段」に対応している。さらに、プローバ装置１００が本発明の「半導体試験装置」に対応している。
【００２６】
なお、この実施の形態では、発電機７０で発電された電気（即ち、回生した）を蓄電池８０に蓄える場合について説明した。しかしながら、本発明では、回生した電気を必ずしも蓄電池８０に蓄える必要はない。回生した電気を蓄電池８０を経由しないで、直ぐに消費するようにしても良い。
例えば、図２（Ｂ）に示すように、発電機７０と電源ラインとの間に整流器９０とインバータ９５とを設け、インバータ９５から出力された電気が電源ラインに戻るようにする。整流器９０は回生した電気を整流して同期をとるために配置し、インバータ９５は回生した電気の波形を整形するために配置している。このような構成であれば、電源ラインから負荷システム系に供給される電気を直接補うことができるので、蓄電池を経由する場合と比べて、エネルギーロスをよりいっそう抑えることが可能である。図２（Ｂ）の構成では、整流着９０とインバータ９５とが本発明の「供給手段」に対応し、工場の電源ラインが本発明の「電源」に対応している。
【００２７】
或いは、図２（Ｃ）に示すように、プローバ装置１００内にウエーハＷを予備加熱するための予備ヒータ（以下、「ホットチャック」という。）９７を設ける。そして、発電機７０とホットチャック９７とを電気的に接続して、回生した電気をホットチャック９７の熱源として直接供給するようにしても良い。ウエーハＷの加熱処理は、プローバ装置１００の中でも最も電力を消費する処理であるが、このような構成であれば、電源ラインにかかる電力負荷を軽減することができるので、その利点は大きい。図２（Ｃ）の構成では、ホットチャック９７が本発明の「加熱手段」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態に係るプローバ装置１００の構成例を示す図。
【図２】発電機７０と周辺機器との接続関係の例を示す図。
【図３】発電機７０の構成例を示す図。
【図４】電磁誘導によって電流を誘起する方法を示す図。
【符号の説明】
【００２９】
１  固定磁石、２  プロペラ、３  整流子、４ａ，４ｂ  ブラシ、５  回転軸、６ａ，６ｂ  巻線導体、１０  メインチャック、２０  ステージ、３０  プローブカード、４０  ローダ、５０  筐体、５１  送風口、５３  排気口、６０  送風機、７０  発電機、８０  蓄電池、９０  整流器、９５  インバータ、９７  ホットチャック、１００  プローバ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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