JP2005326217A - 温度制御システムおよび半導体試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体デバイスの試験において、半導体デバイスの温度を応答性よく所望の温度に設定する。
【解決手段】 試験装置１００は、被試験デバイス１２０の電気的特性試験を行う際に、被試験デバイス１２０の温度を制御する。試験装置１００は、電気的特性試験を行う際の被試験デバイス１２０の消費電力を測定する消費電力測定部１３２と、被試験デバイス１２０の表面温度を測定する表面温度測定素子１０６と、表面温度と消費電力とに基づき、被試験デバイス１２０の温度を制御する表面温度制御装置１４０と、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温度制御システムおよび半導体試験装置に関する。

近年の半導体デバイスの高速化に伴い、半導体デバイスの電気的特性を試験する際に、半導体デバイスから発生する自己発熱が測定結果に及ぼす影響が無視できなくなっている。このような問題に対応するために、試験中に、被試験半導体デバイスの表面温度を測定し、その温度に応じて半導体デバイスの温度を制御する技術が検討されている（特許文献１）。

特許文献１には、被試験半導体デバイスをソケットに押し当てるコンタクトブロックの中に空洞部を設け、高温制御用液体を噴射するための高温制御用ノズルと低温制御用液体を噴射するための低温制御用ノズルを空洞部中に設け、温度センサーで検出したデバイスの温度に応じてこれらの液体を選択的に噴射してコンタクトブロックの温度を制御する技術が開示されている。
特開２００１−５１０１２号公報

しかし、上述した従来の方法では、温度制御の応答性および安定性に課題があった。

本発明は上記事情を踏まえてなされたものであり、本発明の目的は、半導体デバイスの試験において、半導体デバイスの温度を応答性よく所望の温度に設定する技術を提供することにある。

本発明によれば、半導体デバイスの電気的特性試験を行う際に、当該半導体デバイスの温度を制御する温度制御システムであって、電気的特性試験を行う際の半導体デバイスの消費電力を取得する消費電力取得部と、半導体デバイスの表面温度を取得する表面温度取得部と、表面温度と消費電力とに基づき、半導体デバイスの温度を制御する制御部と、を含むことを特徴とする温度制御システムが提供される。

ここで、半導体デバイスは、たとえばＩＣチップとすることができる。また、半導体デバイスは、素子が形成された、または形成途中の半導体ウェハとすることもできる。

従来のように、半導体デバイスの温度のみに基づいて温度制御を行った場合、半導体デバイスの温度がある程度変化してからでないと温度制御を行うことができなかった。しかし、本発明の温度制御システムによれば、半導体デバイスの消費電力に基づき、半導体デバイスの温度上昇を予測して半導体デバイスの温度を制御することができるので、半導体デバイスの温度を応答性よく所望の温度に設定することができる。

本発明の温度制御システムは、消費電力に基づき、半導体デバイスの発熱量を算出する算出部をさらに含むことができ、制御部は、表面温度と発熱量とに基づき、半導体デバイスの温度を制御することができる。

本発明の温度制御システムによれば、半導体デバイス自体の発熱量に基づき、半導体デバイスの温度上昇を予測して半導体デバイスの温度を制御することができる。これにより、半導体デバイスの温度を応答性よく所望の温度に設定することができる。本発明において、半導体デバイスの消費電力から発熱量を予測し、発熱量に見合った吸熱をするように半導体デバイスの温度を制御することにより、高い温度応答性を得ることができる。

本発明の温度制御システムは、半導体デバイスに接して設けられ、半導体デバイスの温度を制御する温度制御素子をさらに含むことができ、制御部は、温度制御素子を制御することができる。

本発明の温度制御システムにおいて、温度制御素子は、ペルチェ素子であって、制御部は、ペルチェ素子に流す電流値を制御することができる。

従来、温度制御の応答性を改善するために温度制御素子の冷却能力を高めるとアンダーシュートが顕著になり、逆にアンダーシュートを抑えるために冷却能力を低くすると温度応答性が悪くなるという問題があった。しかし、本発明の温度制御システムによれば、半導体デバイスの消費電力に基づいて、半導体デバイスの温度を制御するので、半導体デバイスの温度が変化する前に温度制御を行うことができ、温度制御素子のアンダーシュートを抑えつつ、応答性を良好にすることができる。

本発明の温度制御システムは、半導体デバイスと温度制御素子とを収容する恒温槽と、恒温槽の温度を取得する温度取得部と、恒温槽の温度に基づき、恒温槽内の温度を制御する温度制御部と、をさらに含むことができる。
また、本発明の温度制御システムは、半導体デバイスおよび温度制御素子とを収容する恒温槽と、恒温槽の温度を取得する温度取得部と、表面温度と半導体デバイスの消費電力とに基づき、半導体デバイスを所望の温度にするのに必要な温度制御素子の消費電力を算出する算出部と、恒温槽の温度と、半導体デバイスの消費電力と、温度制御素子の消費電力とに基づき、恒温槽内の温度を制御する温度制御部と、をさらに含むことができる。

このようにすれば、半導体デバイスの消費電力が多くて発熱量が多い場合や、同時に多数の半導体デバイスの電気的特性試験を恒温槽内で行ったために恒温槽内の温度上昇が大きい場合でも、恒温槽内の温度を適切に保つことができ、半導体デバイスの表面温度を良好に制御することができる。

本発明によれば、上述したいずれかの温度制御システムと、半導体デバイスの電気的特性を試験する電気的特性試験装置と、を含むことを特徴とする半導体試験装置が提供される。

本発明によれば、半導体デバイスの試験において、半導体デバイスの温度を応答性よく所望の温度に設定することができる。

（第一の実施の形態）
図１は、本実施の形態における試験装置の構成の一部を示す模式図である。
試験装置１００は、接続配線１３４に接続されたソケット（不図示）に被試験デバイス１２０を押し当てるプッシャ１０２と、ソケットおよび接続配線１３４を介して被試験デバイス１２０の電気的特性を試験する電気的特性試験装置（テスタ）１３０と、被試験デバイス１２０表面の温度を制御する表面温度制御装置１４０とを有する。

プッシャ１０２は、被試験デバイス１２０と接する部分に設けられた温度制御素子１０４と表面温度測定素子１０６とを有する。温度制御素子１０４は、たとえばペルチェ素子等の電気的冷熱素子である。また、ここでは一つのプッシャ１０２しか示していないが、試験装置１００は、複数のプッシャ１０２を含むことができる。この場合、温度制御素子１０４および表面温度測定素子１０６は、プッシャ１０２毎に設けられる。

プッシャ１０２の内部には、熱伝導効率の高い熱伝導材料１１０が充填されている。熱伝導材料１１０は、たとえば、油脂である。また、プッシャ１０２は、熱伝導材料１１０により伝達された熱を外部に放出する放熱部１０８を有する。さらに、プッシャ１０２は、空冷用のファン１１２を有する。これらにより、温度制御素子１０４の熱を効率よく拡散することができる。

電気的特性試験装置１３０は、被試験デバイス１２０に印加した電圧と被試験デバイス１２０に流れる電流から被試験デバイス１２０で消費される電力を算出する消費電力測定部１３２を有する。

図２は、表面温度制御装置１４０の構成を示すブロック図である。
表面温度制御装置１４０は、表面温度取得部１４２と、被試験デバイス消費電力取得部１４４と、算出部１４６と、温度制御部１４８とを有する。表面温度取得部１４２は、表面温度測定素子１０６が測定した被試験デバイス１２０の表面温度を取得する。被試験デバイス消費電力取得部１４４は、消費電力測定部１３２が算出した被試験デバイス１２０の消費電力を取得する。算出部１４６は、表面温度取得部１４２が取得した被試験デバイス１２０の表面温度および被試験デバイス消費電力取得部１４４が取得した被試験デバイス１２０の消費電力に基づき、温度制御素子１０４に流す電流値を算出する。なお、ここでは図示していないが、表面温度制御装置１４０は、被試験デバイス１２０の消費電力と被試験デバイス１２０の発熱量との関係を記憶した記憶部を有する。記憶部は、被試験デバイス１２０の発熱量とそれによって上昇する被試験デバイス１２０の温度との関係も記憶することができる。算出部１４６は、記憶部を参照して、被試験デバイス１２０を所望の温度にするために温度制御素子１０４に流すべき電流値を算出する。温度制御部１４８は、算出部１４６が算出した電流値の電流を温度制御素子１０４に流す。

図３は、以上のように構成されたプッシャ１０２および被試験デバイス１２０を恒温槽１１４に導入した構成を示す図である。試験装置１００は、恒温槽１１４内の雰囲気温度を測定する槽内温度測定素子１１６と、恒温槽１１４を加熱する加熱装置１５２と、恒温槽１１４を冷却する冷却装置１５４と、槽内温度測定素子１１６が測定した恒温槽１１４の温度に基づき加熱装置１５２および冷却装置１５４を制御して恒温槽１１４内の雰囲気温度を制御する温度制御装置１５０とをさらに有する。これにより、被試験デバイス１２０の周囲の雰囲気温度を一定に保つことができ、温度制御をより精度よく行うことができる。

次に、図１から図３を参照して、本実施の形態における試験装置１００の動作を説明する。
まず、温度制御装置１５０により、恒温槽１１４の雰囲気温度を所定の設定温度としておく。つづいて、プッシャ１０２により、被試験デバイス１２０を接続配線１３４に押し当てる。これにより、被試験デバイス１２０が接続配線１３４を介して電気的特性試験装置１３０に電気的に接続され、電気的特性試験を行うことが可能となる。

つづいて、表面温度測定素子１０６による、被試験デバイス１２０の表面温度の測定を開始する。その後、電気的特性試験装置１３０により、被試験デバイス１２０の電気的特性試験を開始する。電気的特性試験が開始されると、消費電力測定部１３２は、被試験デバイス１２０に印加された電圧と、被試験デバイス１２０に流れる電流に基づき、被試験デバイス１２０で消費される電力を算出する。

表面温度制御装置１４０の表面温度取得部１４２は、表面温度測定素子１０６が測定した被試験デバイス１２０の表面温度を取得する。また、被試験デバイス消費電力取得部１４４は、消費電力測定部１３２が算出した被試験デバイス１２０の消費電力を取得する。算出部１４６は、表面温度取得部１４２および被試験デバイス消費電力取得部１４４がそれぞれ取得した被試験デバイス１２０の表面温度および消費電力に基づき、温度制御素子１０４の制御量（ここでは温度制御素子１０４に流す電流値）を算出する。温度制御部１４８は、算出部１４６が算出した制御量に基づき、温度制御素子１０４を制御する。

以上のように、表面温度測定素子１０６で測定した被試験デバイス１２０表面の温度と被試験デバイス１２０の消費電力に基づいて温度制御素子１０４を制御することにより、恒温槽１１４内の位置による温度のばらつきを補正するとともに、被試験デバイス１２０の消費電力が原因で発生する熱を吸熱することができ、被試験デバイス１２０の所望の温度に保つことができる。このように、被試験デバイス１２０の試験中に消費される電力を略リアルタイムで監視することにより、被試験デバイス１２０の温度上昇の予測が可能となる。このような温度上昇の予測を被試験デバイス１２０の温度制御にフィードバックすることにより、温度制御の時間的遅れを小さくすることができ、被試験デバイス１２０を迅速に所望の温度とすることができる。

（第二の実施の形態）
図４は、本実施の形態における試験装置１００の構成を示す模式図である。
本実施の形態において、第一の実施の形態において図１から図３を参照して説明したのと同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態において、温度制御装置１５０が、被試験デバイス１２０の消費電力や温度制御素子１０４の消費電力も考慮して恒温槽１１４の雰囲気温度を制御する点で、第一の実施の形態と異なる。

たとえば、一つの恒温槽１１４の中に、複数のプッシャ１０２が設けられており、複数の被試験デバイス１２０について同時に電気的特性を測定する場合、恒温槽１１４内の温度が上がり、温度制御素子１０４の制御量も多くなる。また、被試験デバイス１２０の消費電力が非常に多い場合も同様に温度制御素子１０４の制御量が多くなる。そのため、温度制御素子１０４の消費電力も大きくなる。そこで、本実施の形態においては、被試験デバイス１２０の表面温度および被試験デバイス１２０の消費電力に加えて、温度制御素子１０４の消費電力も考慮して恒温槽１１４の雰囲気温度を制御する。これにより、恒温槽１１４の温度制御の応答性を良好にすることができる。

図５は、本実施の形態における温度制御装置１５０の構成を示す図である。
温度制御装置１５０は、槽内温度取得部１５１と、被試験デバイス消費電力取得部１５３と、温度制御素子制御量取得部１５５と、算出部１５６と、温度制御部１５８とを有する。

槽内温度取得部１５１は、槽内温度測定素子１１６が測定した恒温槽１１４内の温度を取得する。被試験デバイス消費電力取得部１５３は、消費電力測定部１３２が算出した被試験デバイス１２０の消費電力を取得する。温度制御素子制御量取得部１５５は、表面温度制御装置１４０において算出部１４６が算出した温度制御素子１０４の制御量を取得する。算出部１５６は、温度制御素子制御量取得部１５５が取得した温度制御素子１０４の制御量に基づき、温度制御素子１０４の消費電力を算出する。次いで、算出部１５６は、被試験デバイス消費電力取得部１５３が取得した被試験デバイス１２０（図４参照）の消費電力および温度制御素子１０４の消費電力に基づき、恒温槽１１４における発熱量の総和を予測する。算出部１５６は、予測した発熱量と、槽内温度取得部１５１が取得した恒温槽１１４内の温度とに基づき、加熱装置１５２および冷却装置１５４の制御量を算出する。温度制御部１５８は、算出部１５６が算出した制御量に応じて、加熱装置１５２および冷却装置１５４を制御し、恒温槽１１４内の温度が所望の温度となるように制御する。

本実施の形態において、被試験デバイス１２０の消費電力および被試験デバイス１２０の温度を制御する温度制御素子１０４の消費電力から予測した発熱量の総和を恒温槽１１４の温度制御にフィードバックするので、恒温槽１１４内の温度を適切に制御することができる。これにより、被試験デバイス１２０の消費電力が多くて発熱量が多い場合や、同時に測定する被試験デバイス１２０の数が多く、恒温槽１１４内の温度上昇が大きい場合でも、恒温槽１１４内の温度を適切に保つことができ、被試験デバイス１２０の表面温度を良好に制御することができる。

以上、本発明を実施の形態および実施例に基づいて説明した。この実施の形態および実施例はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上記の実施の形態において図示した表面温度制御装置１４０や温度制御装置１５０の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。各図における構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。また、たとえば、これらの構成要素の一部または全部が、電気的特性試験装置１３０に組み込まれていてもよい。

本発明の実施の形態における試験装置の構成の一部を示す模式図である。 図１に示した表面温度制御装置の構成を示すブロック図である。 図１に示したプッシャおよび被試験デバイスを恒温槽に導入した構成を示す図である。 本発明の他の実施の形態における試験装置の構成を示す模式図である。 本発明の他の実施の形態における温度制御装置の構成を示す図である。

符号の説明

１００ 試験装置
１０２ プッシャ
１０４ 温度制御素子
１０６ 表面温度測定素子
１０８ 放熱部
１１０ 熱伝導材料
１１２ ファン
１１４ 恒温槽
１１６ 槽内温度測定素子
１２０ 被試験デバイス
１３０ 電気的特性試験装置
１３２ 消費電力測定部
１３４ 接続配線
１４０ 表面温度制御装置
１４２ 表面温度取得部
１４４ 被試験デバイス消費電力取得部
１４６ 算出部
１４８ 温度制御部
１５０ 温度制御装置
１５１ 槽内温度取得部
１５２ 加熱装置
１５３ 被試験デバイス消費電力取得部
１５４ 冷却装置
１５５ 温度制御素子制御量取得部
１５６ 算出部

Claims (7)

1. 半導体デバイスの電気的特性試験を行う際に、当該半導体デバイスの温度を制御する温度制御システムであって、
   前記電気的特性試験を行う際の前記半導体デバイスの消費電力を取得する消費電力取得部と、
   前記半導体デバイスの表面温度を取得する表面温度取得部と、
   前記表面温度と前記消費電力とに基づき、前記半導体デバイスの温度を制御する制御部と、
   を含むことを特徴とする温度制御システム。
2. 請求項１に記載の温度制御システムにおいて、
   前記消費電力に基づき、前記半導体デバイスの発熱量を算出する算出部をさらに含み、
   前記制御部は、前記表面温度と前記発熱量とに基づき、前記半導体デバイスの温度を制御することを特徴とする温度制御システム。
3. 請求項１または２に記載の温度制御システムにおいて、
   前記半導体デバイスに接して設けられ、前記半導体デバイスの温度を制御する温度制御素子をさらに含み、
   前記制御部は、温度制御素子を制御することを特徴とする温度制御システム。
4. 請求項３に記載の温度制御システムにおいて、
   前記温度制御素子は、ペルチェ素子であって、前記制御部は、前記ペルチェ素子に流す電流値を制御することを特徴とする温度制御システム。
5. 請求項３または４に記載の温度制御システムにおいて、
   前記半導体デバイスと前記温度制御素子とを収容する恒温槽と、
   前記恒温槽の温度を取得する温度取得部と、
   前記恒温槽の温度に基づき、前記恒温槽内の温度を制御する温度制御部と、
   をさらに含むことを特徴とする温度制御システム。
6. 請求項３または４に記載の温度制御システムにおいて、
   前記半導体デバイスと前記温度制御素子とを収容する恒温槽と、
   前記恒温槽の温度を取得する温度取得部と、
   前記表面温度と前記半導体デバイスの消費電力とに基づき、前記半導体デバイスを所望の温度にするのに必要な前記温度制御素子の消費電力を算出する算出部と、
   前記恒温槽の温度と、前記半導体デバイスの消費電力と、前記温度制御素子の消費電力とに基づき、前記恒温槽内の温度を制御する温度制御部と、
   をさらに含むことを特徴とする温度制御システム。
7. 請求項１乃至６いずれかに記載の温度制御システムと、
   前記半導体デバイスの電気的特性を試験する電気的特性試験装置と、
   を含むことを特徴とする半導体試験装置。
   

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