JPH11145235A - 半導体ウェーハの温度調節プレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決すべき課題】 バーンイン試験で、半導体ウェー
ハを冷却液を用いる事なく温度調節でき、熱損失も小さ
いウェーハ温度調節プレートを開示する。 【課題の解決手段】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、熱良導性円
板２の表面に平滑面を有し、該円板の裏面２ａには、そ
の中央付近に放熱フィン６が突設されており、該放熱フ
ィンを囲む円板周辺部には、温度センサー５ｂで制御さ
れるプレート加熱器７が設けられており、ウェーハバー
ンイン試験時に、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１０中に、温度センサー５ａで制御される空気加
熱器９ｂと送風機９ａとを設けて、放熱フィン６を通過
する送風が試験室中を循環するように構成したことを特
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。

Description

【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８−３４００３
０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したことを特徴とする
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
ートにある。

【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】本発明の第二の要旨は、上記第一要旨によ
って規定される温度調節プレートにおいて、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、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、夫々制御されるように構成したことを特徴とする
温度調節プレートにある。

【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】本発明の第三の要旨は、前記第一要旨又は
第二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て
いることを特徴とする温度調節プレートにある。

【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２
ｂ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８
０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６
０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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   成した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。
2. 【請求項２】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
   プレート加熱器が、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
   器が、夫々、その動作を制御される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。
3. 【請求項３】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又は２に記載の
   温度調節プレート。