JP2007048854A - ウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置 - Google Patents

ウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 電気的負荷印加時の発熱によるウェーハ温度の面内温度のばらつきを低減することにより、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 温度調整用プレート１０６を少なくとも２つのエリアに分割し、そのエリアに対応して温度的負荷を印加するためのヒータ４０８とその制御系を分割して設定温度にそれぞれ独立に制御を行い、冷却源はヒータ４０８の制御用に各エリアに設置された温度センサ４０９の測定値を比較し、制御出力計算用の測定値を逐次切り替えることにより制御を行うことで、電気的負荷印加時の発熱によるウェーハ温度の面内温度のばらつきを低減することが可能となる。これにより、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェーハに対して電気的負荷および温度的負荷を与えてスクリーニングを行うウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置に関するものである。
従来、一般にバーンイン装置と呼ばれている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（例えば１２５℃）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、不良品のスクリーニングを行っている。
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、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、又、チップをパッケージ化せず、いわゆるベアチップのまま実装するための品質保証されたベアチップの要求等により、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。
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。この目的の為、ウェーハの表裏両面にヒータを備えることにより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機能を備えたウェーハレベルバーンイン装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来の方法では温度制御はウェーハ面に対して一括に加熱・冷却を行うという方法を取っており、電気的負荷を印加する際に、ウェーハ上に形成されたデバイスの内、不良であるものには電気的負荷を印加しない為、ウェーハ上での電気的負荷印加による発熱に偏りが生じ、ウェーハの温度が面内で不均一になることに対しては全く対策がなされていなかった。
従来のウェーハレベルバーンインについて、図９，図１０，図１１を用いて詳細に説明する。
図９は従来のウェーハレベルバーンイン装置の概略図、図１０はウェーハレベルバーンインにおけるデバイスの良品分布図、図１１は従来のウェーハレベルバーンインにおけるデバイス温度変化図である。
図９において、ウェーハ１０１はウェーハ保持用トレイ１０２に保持され、ウェーハ一括コンタクト可能なプローブ１０３により、電気的負荷を印加する基板１０４と接続され、電気的負荷印加、電気的信号発生及び信号比較機能を有したテスター１０５によって電気的負荷を印加される。温度的負荷は、温度調整用プレート１０６内に配置されたヒータ１０８、冷媒流路１０７に流される水、アルコール等の冷媒により温度調整用プレート１０６の温度を１２５℃にコントロールすることにより印加される。温度調整用プレート１０６の温度コントロールは温度センサ１０９により計測された温度により、温度調整器１１０からヒータ１０８の発熱量および、冷媒流路１０７を流れる冷媒の温度および流量を制御することによって行われる。実際のウェーハレベルバーンインではヒータ１０８により室温から１２５℃まで加熱した後、テスター１０５によりウェーハ上のデバイスへの電気的負荷を投入し、一定時間間隔でウェーハ上に形成されたデバイスが故障していないかテスター１０５で動作確認を行う。動作確認中は、テスター１０５による電気的負荷を切断し、動作確認用の電気的信号をデバイスへ印加することでデバイスを動作させる。そして、デバイスからの出力をテスター１０５でモニターし、電気的負荷、温度的負荷によりデバイスが故障していないか確認を行う。
図１０はウェーハ上に形成されたデバイスの良品分布を示したものである。ハッチングされているデバイスが良品であり、電気的負荷を印加すると発熱するのに対し、ハッチングされていない不良品であるデバイスには電気的負荷が印加されないようにされており発熱しない。図１１は図１０におけるウェーハ上で良品が集中した部分近傍の良品デバイス２０１と不良品が集中した部分近傍の良品デバイス２０２のウェーハレベルバーンインでの温度変化を示したグラフである。１２５℃に加熱後、時間Ｔで電気的負荷が印加されている。良品が集中した部分近傍の良品デバイス２０１では高温になっており、プローブの消耗が加速されていると考えられる。不良品が集中した部分近傍の良品デバイス２０２では低温になり近傍の良品デバイスに設定された温度的負荷を印加できなくなっている。
さらに、ＩＣチップのチップサイズ縮小や印加電流の増大に伴うウェーハ上での電気的負荷印加時の発熱量の増加と共に、ウェーハサイズが２００ｍｍから３００ｍｍへ大口径化することも、ウェーハ温度の面内均一性の低下を増大させる要因となっている。従来の２００ｍｍウェーハでは電気的負荷印加時に発熱量４００Ｗ程度であり発熱密度は、１２．７４ｋＷ／ｍ２であったが、今後、３００ｍｍウェーハでは発熱量が３ｋＷを超えていくと考えられておりその際の発熱密度は４２．４６ｋＷ／ｍ２となる。図９のウェーハ保持用トレイ１０２を厚さ１０ｍｍで熱伝導率２００Ｗ／ｍ・Ｋのアルミ板と簡易的に考え、直径２００ｍｍと直径３００ｍｍの２枚のアルミ板について熱伝導によって生じる温度差を比較してみる。直径２００ｍｍのアルミ板の中心部直径２０ｍｍ部分は常に１２５℃に制御されており、この中心部直径２０ｍｍ部分から発熱密度１２．７４ｋＷ／ｍ２の発熱が起きた場合、発熱量は４．０Ｗとなりこの熱が全てアルミ板の半径方向へ熱伝導したとすると、安定後アルミ板の円周上では温度は１２４．３℃となる。同様に直径３００ｍｍのアルミ板の直径２０ｍｍ部分で発熱密度４２．４６ｋＷ／ｍ２の発熱が起きたとすると発熱量は１３．３Ｗとなり、アルミ板の円周上では温度は１２２．１℃となり、直径２００ｍｍのものよりも温度差が拡大していることが分かる。また、実際のウェーハレベルバーンインでは、ウェーハ上に形成された良品デバイスの分布により、発熱分布がウェーハ毎に異なる形で生じる為、図９の構成ではウェーハの温度を１２５℃近傍に保障することが困難となる。
特開２０００−１３８２６９号公報
このような従来のウェーハレベルバーンインでは、良品が集中した部分近傍の良品デバイス２０１では高温になっており、プローブの消耗が加速されていると考えられる。不良品が集中した部分近傍の良品デバイス２０２では低温になり近傍の良品デバイスに設定された温度的負荷を印加できなくなっている。
また、発熱密度によるウェーハ中心部と周辺部の温度差が、ウェーハサイズの大口径化に伴って顕著化されている。
この温度の面内均一性の低下により、ウェーハの一部で温度が高くなってしまった場合、ウェーハに電気的負荷を印加するためのプローブの消耗が激しくなる、あるいは焼けるといった重大な損害を招く恐れがある。また、一部で温度が低くなってしまった場合、温度的負荷によるスクリーニングが不十分になり、市場に不良が流出してしまう恐れがある。
本発明は、上記問題点を解決するもので、ウェーハ上に形成されたデバイスの良品の分布や、デバイスの消費電力に依らず、電気的負荷印加時の発熱によるウェーハ温度の面内温度のばらつきを低減することにより、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のウェーハレベルバーンイン装置は、複数のエリアにエリア分けされた半導体ウェーハ上の全てのデバイスに対して一括して電気的負荷及び温度的負荷を印加して不良品のスクリーニングを行うウェーハレベルバーンイン装置であって、前記エリア毎の温度を測定する複数の温度センサと、前記各エリアを加熱する複数のヒータと、前記各エリアの温度があらかじめ定めた設定温度になるように前記温度センサで測定した温度に対応して前記ヒータの加熱を制御する複数の温度調整器と、前記半導体ウェーハ全体を冷却する冷却源と、前記冷却源の制御に用いる前記温度センサで測定した温度を選択する切り替え制御器と、前記切り替え制御器で選択した温度に対応して前記冷却源の制御を行う冷却温度調整器と、前記デバイスの検査を行うテスターとを有し、複数の前記温度センサの測定温度から１つを選んで冷却制御に用いて前記半導体ウェーハ全体を冷却すると共に、前記エリア毎に加熱制御を行うことにより、前記半導体ウェーハを前記設定温度に制御してウェーハレベルのバーンインを行うことを特徴とする。
請求項２記載のウェーハレベルバーンイン装置は、請求項１記載のウェーハレベルバーンイン装置において、前記冷却源が冷媒を流す冷媒流路で、前記冷却温度調整器が冷媒流量を制御する冷媒流量制御用温度調整器であることを特徴とする。
請求項３記載のウェーハレベルバーンイン装置は、請求項１記載のウェーハレベルバーンイン装置において、前記冷却源が送風機で、前記冷却温度調整器が送風流量を制御する送風流量制御用温度調整器であることを特徴とする。
請求項４記載のウェーハレベルバーンイン装置は、請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置において、前記切り替え制御器が冷却制御に用いる温度を時間的に連続して選択することを特徴とする。
請求項５記載のウェーハレベルバーンイン装置は、請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置において、前記切り替え制御器が冷却制御に用いる温度を一定の時間間隔で選択することを特徴とする。
請求項６記載のウェーハレベルバーンイン装置は、請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置において、前記切り替え制御器が冷却制御に用いる温度を電気的負荷の強さが切り替わるタイミングで選択することを特徴とする。
請求項７記載のウェーハレベルバーンイン装置は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置において、前記冷却温度調整器による前記冷却源の制御を時間的に連続して行うことを特徴とする。
請求項８記載のウェーハレベルバーンイン装置は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置において、前記冷却温度調整器による前記冷却源の制御を一定の時間間隔で行うことを特徴とする。
請求項９記載のウェーハレベルバーンイン装置は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６または請求項７または請求項８のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置において、前記設定温度を前記エリア毎に個々に設定することを特徴とする。
請求項１０記載のウェーハレベルバーンイン方法は、複数のエリアにエリア分けされた半導体ウェーハ上の全てのデバイスに対して一括して電気的負荷及び温度的負荷を印加して不良品のスクリーニングを行うウェーハレベルバーンイン方法であって、前記半導体ウェーハをあらかじめ定められた設定温度に温度制御を行うに際し、前記電気的負荷及び温度的負荷を印加する工程と、前記エリア毎に温度を測定する工程と、複数の前記温度センサの測定温度から１つを選択して冷却源の冷却制御を行って前記半導体ウェーハ全体を冷却する工程と、前記エリア毎に測定した各温度に対応してエリア毎に加熱制御を行って前記各エリアを加熱する工程とを有し、前記半導体ウェーハを設定温度に制御することを特徴とする。
請求項１１記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１０記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記冷却源が冷媒を流す冷媒流路で、冷媒流量を制御することで前記半導体ウェーハ全体を冷却することを特徴とする。
請求項１２記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１０記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記冷却源が送風機で、送風流量を制御することで前記半導体ウェーハ全体を冷却することを特徴とする。
請求項１３記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１０または請求項１１または請求項１２のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記選択した冷却制御に用いる温度は、前記各エリアの測定温度のうちの最高温度とすることを特徴とする。
請求項１４記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１０または請求項１１または請求項１２のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記選択した冷却制御に用いる温度は、前記各エリアの測定温度のうちの中央値が１つであればその温度を選択し、中央値が２つであればその２つの温度のうち高い方の温度を選択することを特徴とする。
請求項１５記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１０または請求項１１または請求項１２のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記選択した冷却制御に用いる温度は、前記各エリアの測定温度の平均値に最も近い値を選択することを特徴とする。
請求項１６記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１０または請求項１１または請求項１２のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記選択した冷却制御に用いる温度は、前記各エリアの設定温度から測定温度を引いた温度偏差の最大値を選択し、前記冷却源の出力は前記温度偏差の値が０或いは０近傍になるように制御を行うことを特徴とする。
請求項１７記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１６に記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記設定温度を前記エリア毎に個々に設定することを特徴とする。
請求項１８記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１０または請求項１１または請求項１２または請求項１３または請求項１４または請求項１５または請求項１６または請求項１７のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記冷却制御に用いる温度を時間的に連続して選択することを特徴とする。
請求項１９記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１０または請求項１１または請求項１２または請求項１３または請求項１４または請求項１５または請求項１６または請求項１７のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記冷却制御に用いる温度を一定時間間隔で選択することを特徴とする。
請求項２０記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１０または請求項１１または請求項１２または請求項１３または請求項１４または請求項１５または請求項１６または請求項１７のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記冷却制御に用いる温度を電気的負荷の強さが切り替わるタイミングで選択することを特徴とする。
請求項２１記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１０または請求項１１または請求項１２または請求項１３または請求項１４または請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８または請求項１９または請求項２０のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記冷却源の制御を時間的に連続して行うことを特徴とする。
請求項２２記載のウェーハレベルバーンイン方法は、請求項１０または請求項１１または請求項１２または請求項１３または請求項１４または請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８または請求項１９または請求項２０のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法において、前記冷却源の制御を時間的に一定の時間間隔で行うことを特徴とする。
以上により、ウェーハ上に形成されたデバイスの良品の分布や、デバイスの消費電力に依らず、電気的負荷印加時の発熱によるウェーハ温度の面内温度のばらつきを低減することが可能となり、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置を提供することができる。
以上のように、本発明のウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置によれば、温度調整用プレートを少なくとも２つのエリアに分割し、そのエリアに対応して温度的負荷を印加するための加熱源とその制御系を分割して設定温度にそれぞれ独立に制御を行い、冷却源は加熱源の制御用に各エリアに設置された温度センサの測定値を比較し、制御出力計算用の測定値を逐次切り替えることにより制御を行うことで、ウェーハ上に形成されたデバイスの良品の分布や、デバイスの消費電力に依らず、電気的負荷印加時の発熱によるウェーハ温度の面内温度のばらつきを低減することが可能となる。これにより、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置を提供することができる。
本発明のウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置は、半導体ウェーハを設定温度に制御するために、半導体ウェーハを複数のエリアに分割し、それぞれのエリア毎に加熱のためのヒータ，温度を測定する温度センサおよび設定温度になるようにヒータを制御する温度調整器を備え、さらに、半導体ウェーハ全体を冷却する冷媒流路等の冷却源と、各温度センサの測定した測定温度のうち冷却制御に用いる測定温度をあらかじめ定めた条件で選択する切り替え制御器と、選択した測定温度に対応して冷却源を制御する冷却温度調整器とを備える。このような構成により、いずれかのエリアの温度が設定温度より高い場合には、各エリアの温度のうちから１つの温度をあらかじめ定めた条件で選択し、この温度に対応して冷却制御を行うことができる。また、それぞれのエリアの温度が設定温度より低い場合には、エリア毎に測定温度に対応して加熱制御を行うことができる。このように、エリア毎に温度制御を行うことにより、ウェーハ上に形成されたデバイスの良品の分布や、デバイスの消費電力に依らず、電気的負荷印加時の発熱によるウェーハ温度の面内温度のばらつきを低減することが可能となり、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置を提供することができる。
この時、温度調整器の設定温度は全て同じ温度にすることもできるし、エリア毎に個別の温度を設定することもでき、個別に設定した場合には測定温度との温度偏差のうち最高の値に対し冷却温度調整器により冷却源を制御することで、分割されたエリア毎の温度を温度設定値に制御することができる。
また、冷却制御に用いる測定温度の選択は、温度的負荷の印加中連続的に行って常時条件に見合う測定温度を選択することもできるし、一定時間間隔で行い、一定時間中は選択した測定温度を用いるようにすることもできる。また、電気的負荷の印加タイミングに合わせて、電気的負荷の強さが切り替わる毎に測定温度を選択することもできる。
さらに、冷却制御タイミングも、連続的に行って、常に選択した測定温度に対応した制御を行うこともできるし、一定時間間隔で行って、一定時間毎に、その時に選択した測定温度に対応して冷却制御を行っても良い。
冷却温度の選択と、冷却制御タイミングをいずれの方法で行うかは、温度変化への迅速な応答が必要な場合には連続的に、冷却源の冷却温度調整器出力への応答が遅い場合や、冷却源の過敏な応答を避ける場合には一定時間間隔にというように、ウェーハレベルバーンインを行う半導体ウェーハの発熱や、ウェーハレベルバーンイン装置の構成により選択することもできる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１におけるウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置について、図１，図２、図３，図４を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態１におけるウェーハレベルバーンイン装置の概略図、図２は本発明の実施の形態１における温度調整用プレートのエリア分割図、図３は本発明の実施の形態１における温度調整用プレート用の温度制御系概略図、図４は本発明の実施の形態１におけるウェーハレベルバーンイン時の温度制御を説明する図である。
図１に示す本実施の形態１は、図９に示す装置構成から、図２に示すように温度調整用プレート１０６を、中心部のエリアａおよびその周辺部のエリアｂ〜ｅの５つのエリアに分割し、装置に１つずつであったヒータ１０８と温度センサ１０９と温度調整器１１０を、エリア毎にヒータ４０８、温度センサ４０９、温度調整器４１０を設置することに変更し、５つのエリアでの測定温度を比較して、半導体ウェーハ全体を冷却する冷媒を流す冷媒流路１０７を流れる冷媒の流量を制御するために用いる値を選択、切り替えを行う、切り替え制御器４１１と冷媒流量制御用温度調整器４１２を追加した構成である。
図３に示す温度調整用プレートにおいて、加熱は、５つのセンサ４０９ａ〜４０９ｅで測定された温度に対し、設定された温度になるように、それぞれに対応する温度調整器４１０ａ〜４１０ｅによって、それぞれに対応するヒータ４０８ａ〜４０８ｅの出力を制御することにより行われる。冷却は、５つの温度センサ４０９ａ〜４０９ｅで測定された温度を切り替え制御器４１１において比較し、あらかじめ定められた条件で温度センサを選択して冷却制御に用いる温度センサの切り替えを行い、その値に対応して冷媒流量制御用温度調整器４１２で冷媒流路１０７を流れる冷媒の出力流量を制御することにより行われる。このように、分割されたウェーハのエリア毎に温度測定して加熱温度制御を行い、特定の条件で選択された温度センサによる測定温度により冷却制御を行うことにより、ウェーハ全体を均一に冷却した後、エリア毎に設定温度になるように加熱を行ってウェーハ全体を均一の設定温度に調整することができる。
本実施の形態１におけるウェーハレベルバーンインでは、加熱制御は各温度センサ４０９ａ〜４０９ｅの設定値を全て１２５℃としてエリア毎に加熱操作を行い、冷媒流量の制御は各温度センサ４０９ａ〜４０９ｅでの測定値のうち最大値を選択し、設定値１２５℃に対して冷却操作を行っている。
図４は、本実施の形態１でのウェーハレベルバーンインにおける、冷媒流量の制御対象に選択された温度を測定したエリアの推移、冷媒流量の制御対象に選択された測定温度の時間的変化、冷媒流量の時間的変化を示したグラフである。室温から加熱し１２５℃安定後、時間Ｔでテスター１０５からウェーハ上のデバイスへの電気的負荷を印加している。電気的負荷の印加により、良品デバイスの周辺では温度が上昇するため、冷媒流量が増大する。冷媒流量の制御対象は、エリアａ、ｂ、ｄ、ｃ、ａというように、電気的負荷印加タイミングから、最も測定温度の高いエリアを一定時間間隔で選択し、このエリアの測定温度に対して冷媒流量を連続的に変化させている。この時、最も温度の高いエリアに合わせて冷却することになるので、図４で示された冷媒流量の制御対象温度よりも低い温度のエリアが存在し、その為、一時的に温度が設定温度より低いエリアが存在するが、エリア毎の加熱により温度の低下は抑制され、最高温度が１２５℃に落ち着くと共に、ウェーハ全面にわたり温度が１２５℃に均一化されていくこととなる。
本実施の形態１では、冷却源として冷媒を使用しているが、ファン等の送風機によって作り出された風を温度調整用プレートに当てる構成としてもよい。また、その際には温度調整用プレートにフィンを設置すると冷却性能が向上する。また、本実施の形態では、５つのエリアに分割して温度調整する場合を例として説明したが、２つ以上のエリアに分割して同様に温度調整することができる。
以上のように、ウェーハを複数のエリアに分割し、エリア毎に温度センサ，ヒータおよび温度調整器を設ける構成とし、冷却制御は最も高い測定温度に対応して行い、加熱制御をエリア毎に行うことにより、ウェーハ上に形成されたデバイスの良品の分布や、デバイスの消費電力に依らず、電気的負荷印加時の発熱によるウェーハ温度の面内温度のばらつきを低減することができるため、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いウェーハレベルバーンインを実施することができる。
（実施の形態２）
実施の形態２におけるウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置について、図１、図２、図３、図５を用いて説明する。
図５は本発明の実施の形態２におけるウェーハレベルバーンイン時の温度制御を説明する図である。
本発明の実施の形態２では、図１、図２および図３に示す実施の形態１と同様の装置構成を用いている。
本実施の形態２におけるウェーハレベルバーンインでは、加熱制御は各温度センサ４０９ａ〜４０９ｅの設定値を全て１２５℃としてエリア毎に加熱操作を行い、冷媒流量の制御は、各温度センサ４０９ａ〜４０９ｅでの測定値のうち中央値を選択し、設定値を１２５℃に対して冷却操作を行っている。
図５は、本実施の形態２でのウェーハレベルバーンインにおける、冷媒流量の制御対象に選択された温度を測定したエリアの推移、冷媒流量の制御対象に選択された測定温度の時間的変化、冷媒流量の時間的変化を示したグラフである。室温から加熱し１２５℃安定後、時間Ｔでテスター１０５からウェーハ上のデバイスへの電気的負荷を印加している。電気的負荷の印加により、良品デバイスの周辺では温度が上昇するため、冷媒流量が増大する。冷媒流量の制御対象は、エリアｂ、ａ、ｄ、ｃ、ｅというように、各エリアにおける温度センサの測定温度で中央値となる値を持つエリアを一定時間間隔で選択し、このエリアの温度測定値に対して一定時間間隔で冷媒流量を変化させている。この時、測定温度のうち中央値を持つエリアに合わせて冷却することになるので、図５で示された冷媒流量の制御対象温度よりも低い温度のエリアが存在し、その為、一時的に温度が設定温度より低いエリアが存在するが、エリア毎の加熱により温度の低下は抑制され、ウェーハ全面にわたり温度が１２５℃に均一化されていくこととなる。
本実施の形態２では、冷却源として冷媒を使用しているが、ファン等の送風機によって作り出された風を温度調整用プレートに当てる構成としてもよい。また、その際には温度調整用プレートにフィンを設置すると冷却性能が向上する。また、本実施の形態では、５つのエリアに分割して温度調整する場合を例として説明したが、２つ以上のエリアに分割して同様に温度調整することができる。
以上のように、ウェーハを複数のエリアに分割し、エリア毎に温度センサ，ヒータおよび温度調整器を設ける構成とし、冷却制御は各センサの測定温度のうち中央値となる測定温度に対応して行い、加熱制御をエリア毎に行うことにより、ウェーハ上に形成されたデバイスの良品の分布や、デバイスの消費電力に依らず、電気的負荷印加時の発熱によるウェーハ温度の面内温度のばらつきを低減することができるため、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いウェーハレベルバーンインを実施することができる。
（実施の形態３）
実施の形態３におけるウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置について、図１、図２、図３、図６を用いて説明する。
図６は本発明の実施の形態３におけるウェーハレベルバーンイン時の温度制御を説明する図である。
本発明の実施の形態３では、図１、図２および図３に示す実施の形態１と同様の装置構成を用いている。
本実施の形態３におけるウェーハレベルバーンインでは、加熱制御は各温度センサ４０９ａ〜４０９ｅの設定値を全て１２５℃としてエリア毎に加熱操作を行い、冷媒流量の制御は、各温度センサ４０９ａ〜４０９ｅでの測定値のうち各測定値の平均値に最も近い値、２つ候補がある場合は温度が高い方を選択し、設定値１２５℃に対して冷却操作を行っている。
図６は、本実施の形態３でのウェーハレベルバーンインにおける、冷媒流量の制御対象に選択された温度を測定したエリアの推移、冷媒流量の制御対象に選択された測定温度の時間的変化、冷媒流量の時間的変化を示したグラフである。室温から加熱し１２５℃安定後、時間Ｔでテスター１０５からウェーハ上のデバイスへの電気的負荷を印加している。電気的負荷の印加により、良品デバイスの周辺では温度が上昇するため、冷媒流量が増大する。冷媒流量の制御対象は、エリアａ、ｅ、ａ、ｅ、ｄというように、電気的負荷印加タイミングから、各センサの測定温度のうち測定温度の平均値に最も近い値を取るエリアを一定時間間隔で選択し、このエリアの測定温度に対して冷媒流量を連続的に変化させている。この時、測定温度のうち平均値に最も近い値を持つエリアに合わせて冷却することになるので、図６で示された冷媒流量の制御対象温度よりも低い温度のエリアが存在し、その為、一時的に温度が設定温度より低いエリアが存在するが、エリア毎の加熱により温度の低下は抑制され、ウェーハ全面にわたり温度が１２５℃に均一化されていくこととなる。
本実施の形態３では、冷却源として冷媒を使用しているが、ファン等の送風機によって作り出された風を温度調整用プレートに当てる構成としてもよい。また、その際には温度調整用プレートにフィンを設置すると冷却性能が向上する。また、本実施の形態では、５つのエリアに分割して温度調整する場合を例として説明したが、２つ以上のエリアに分割して同様に温度調整することができる。
以上のように、ウェーハを複数のエリアに分割し、エリア毎に温度センサ，ヒータおよび温度調整器を設ける構成とし、冷却制御は各センサの測定温度のうち測定温度の平均値に最も近い測定温度に対応して行い、加熱制御をエリア毎に行うことにより、ウェーハ上に形成されたデバイスの良品の分布や、デバイスの消費電力に依らず、電気的負荷印加時の発熱によるウェーハ温度の面内温度のばらつきを低減することができるため、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いウェーハレベルバーンインを実施することができる。
（実施の形態４）
実施の形態４におけるウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置について、図２、図７，図８を用いて説明する。
図７は本発明の実施の形態４におけるウェーハレベルバーンイン装置の概略図であり、図１および図３に示す実施の形態１と同様の装置構成に加え、各温度センサでの測定温度から温度設定値を引いた差を算出する温度偏差算出装置９１３がそれぞれのエリアに追加された構成となっている。また、図２に示すように温度調整用プレート１０６の分割は実施の形態１と同様に５つのエリアａ〜ｅに分割している。図８は本発明の実施の形態４におけるウェーハレベルバーンイン時の温度制御を説明する図である。
図７に示すような、本実施の形態におけるウェーハレベルバーンインでは、加熱制御は各温度センサ４０９ａ〜４０９ｅの温度設定値を温度センサａでは１２５℃、温度センサｂ〜ｅでは１２５．５℃としてエリア毎に加熱操作を行い、冷媒流量の制御は、各温度センサ４０９ａ〜４０９ｅでの測定温度から各温度設定値を引いた差のうち最大の値を選択し、温度偏差が０℃になるように冷却操作を行っている。ここでセンサａの設定温度をセンサｂ〜ｅの設定温度より０．５℃高く設定しているのは、ウェーハ外周部であるエリアｂ〜ｅでは、１２５℃で制御を行った場合でも、ウェーハ保持用トレイ１０２や温度調整用プレート１０６の外周部からの放熱によりウェーハの温度が１２５℃より低くなる場合があるためである。本実施の形態４ではエリアｂ〜ｅの設定温度を０．５℃高く設定しているが、外周部からの放熱が無視小の場合は必ずしも高く設定する必要はなく、外周部からの放熱の影響が大きい場合は０．５℃より高く設定してもよい。
図８は、本実施の形態４でのウェーハレベルバーンインにおける、冷媒流量の制御対象に選択された温度を測定したエリアの推移、冷媒流量の制御対象に選択された設定温度から測定温度を引いた温度偏差の時間的変化、冷媒流量の時間的変化を示したグラフである。室温から加熱し１２５℃安定後、時間Ｔでテスター１０５からウェーハ上のデバイスへの電気的負荷を印加している。電気的負荷の印加により、良品デバイスの周辺では温度が上昇するため、冷媒流量が増大する。冷媒流量の制御対象は、エリアｃ、ｂ、ｃ、ｂ、ｃというように、各センサの設定温度から測定温度を引いた温度偏差のうち、最も大きな値を取るエリアを一定時間間隔で選択し、このエリアの温度偏差に対して冷媒流量を一定時間間隔で変化させている。この時、温度偏差のうち最大値を持つエリアに合わせて冷却することになるので、図８で示された冷媒流量の制御対象温度よりも低い温度のエリアが存在し、その為、一時的に温度が設定温度より低いエリアが存在するが、エリア毎の加熱により温度の低下は抑制され、全てのエリアで温度偏差が０℃に落ち着く。
本実施の形態４では、冷却源として冷媒を使用しているが、ファン等の送風機によって作り出された風を温度調整用プレートに当てる構成としてもよい。また、その際には温度調整用プレートにフィンを設置すると冷却性能が向上する。また、本実施の形態では、５つのエリアに分割して温度調整する場合を例として説明したが、２つ以上のエリアに分割して同様に温度調整することができる。
以上のように、ウェーハを複数のエリアに分割し、エリア毎に温度センサ，ヒータおよび温度調整器を設ける構成とし、冷却制御は各センサの測定温度から設定温度を引いた温度偏差が最大のものに対応して行い、加熱制御をエリア毎に行うことにより、ウェーハ上に形成されたデバイスの良品の分布や、デバイスの消費電力に依らず、電気的負荷印加時の発熱によるウェーハ温度の面内温度のばらつきを低減することができるため、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いウェーハレベルバーンインを実施することができる。
本発明のウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置は、ウェーハ上のデバイスの消費電力及び、良品分布に依らず、ウェーハ温度の面内均一性を向上させることで、プローブの消耗、焼けを防止すると共に、信頼性の高いウェーハレベルバーンインによるスクリーニングが可能となり、半導体ウェーハに対して電気的負荷および温度的負荷を与えてスクリーニングを行うウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置等に有用である。
本発明の実施の形態１におけるウェーハレベルバーンイン装置の概略図 本発明の実施の形態１における温度調整用プレートのエリア分割概略図 本発明の実施の形態１における温度調整用プレート用の温度制御系概略図 本発明の実施の形態１におけるウェーハレベルバーンイン時の温度制御を説明する図 本発明の実施の形態２におけるウェーハレベルバーンイン時の温度制御を説明する図 本発明の実施の形態３におけるウェーハレベルバーンイン時の温度制御を説明する図 本発明の実施の形態４におけるウェーハレベルバーンイン装置の概略図 本発明の実施の形態４におけるウェーハレベルバーンイン時の温度制御を説明する図 従来のウェーハレベルバーンイン装置の概略図 ウェーハレベルバーンインにおけるデバイスの良品分布図 従来のウェーハレベルバーンインにおけるデバイス温度変化図
符号の説明
１０１ ウェーハ
１０２ ウェーハ保持用トレイ
１０３ プローブ
１０４ 基板
１０５ テスター
１０６ 温度調整用プレート
１０７ 冷媒流路
１０８ ヒータ
１０９ 温度センサ
１１０ 温度調整器
２０１ 良品デバイスが集中した近傍の良品デバイス
２０２ 不良品デバイスが集中した近傍の良品デバイス
４０８ ヒータ
４０９ 温度センサ
４１０ 温度調整器
４１１ 切り替え制御器
４１２ 冷媒流量制御用温度調整器
４０８ａ ヒータ
４０８ｂ ヒータ
４０８ｃ ヒータ
４０８ｄ ヒータ
４０８ｅ ヒータ
４０９ａ 温度センサ
４０９ｂ 温度センサ
４０９ｃ 温度センサ
４０９ｄ 温度センサ
４０９ｅ 温度センサ
４１０ａ 温度調整器
４１０ｂ 温度調整器
４１０ｃ 温度調整器
４１０ｄ 温度調整器
４１０ｅ 温度調整器
９１３ 温度偏差算出装置

Claims (22)

  1. 複数のエリアにエリア分けされた半導体ウェーハ上の全てのデバイスに対して一括して電気的負荷及び温度的負荷を印加して不良品のスクリーニングを行うウェーハレベルバーンイン装置であって、
    前記エリア毎の温度を測定する複数の温度センサと、
    前記各エリアを加熱する複数のヒータと、
    前記各エリアの温度があらかじめ定めた設定温度になるように前記温度センサで測定した温度に対応して前記ヒータの加熱を制御する複数の温度調整器と、
    前記半導体ウェーハ全体を冷却する冷却源と、
    前記冷却源の制御に用いる前記温度センサで測定した温度を選択する切り替え制御器と、
    前記切り替え制御器で選択した温度に対応して前記冷却源の制御を行う冷却温度調整器と、
    前記デバイスの検査を行うテスターと
    を有し、複数の前記温度センサの測定温度から１つを選んで冷却制御に用いて前記半導体ウェーハ全体を冷却すると共に、前記エリア毎に加熱制御を行うことにより、前記半導体ウェーハを前記設定温度に制御してウェーハレベルのバーンインを行うことを特徴とするウェーハレベルバーンイン装置。
  2. 前記冷却源が冷媒を流す冷媒流路で、前記冷却温度調整器が冷媒流量を制御する冷媒流量制御用温度調整器であることを特徴とする請求項１記載のウェーハレベルバーンイン装置。
  3. 前記冷却源が送風機で、前記冷却温度調整器が送風流量を制御する送風流量制御用温度調整器であることを特徴とする請求項１記載のウェーハレベルバーンイン装置。
  4. 前記切り替え制御器が冷却制御に用いる温度を時間的に連続して選択することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置。
  5. 前記切り替え制御器が冷却制御に用いる温度を一定の時間間隔で選択することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置。
  6. 前記切り替え制御器が冷却制御に用いる温度を電気的負荷の強さが切り替わるタイミングで選択することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置。
  7. 前記冷却温度調整器による前記冷却源の制御を時間的に連続して行うことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置。
  8. 前記冷却温度調整器による前記冷却源の制御を一定の時間間隔で行うことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置。
  9. 前記設定温度を前記エリア毎に個々に設定することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６または請求項７または請求項８のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン装置。
  10. 複数のエリアにエリア分けされた半導体ウェーハ上の全てのデバイスに対して一括して電気的負荷及び温度的負荷を印加して不良品のスクリーニングを行うウェーハレベルバーンイン方法であって、
    前記半導体ウェーハをあらかじめ定められた設定温度に温度制御を行うに際し、
    前記電気的負荷及び温度的負荷を印加する工程と、
    前記エリア毎に温度を測定する工程と、
    複数の前記温度センサの測定温度から１つを選択して冷却源の冷却制御を行って前記半導体ウェーハ全体を冷却する工程と、
    前記エリア毎に測定した各温度に対応してエリア毎に加熱制御を行って前記各エリアを加熱する工程と
    を有し、前記半導体ウェーハを設定温度に制御することを特徴とするウェーハレベルバーンイン方法。
  11. 前記冷却源が冷媒を流す冷媒流路で、冷媒流量を制御することで前記半導体ウェーハ全体を冷却することを特徴とする請求項１０記載のウェーハレベルバーンイン方法。
  12. 前記冷却源が送風機で、送風流量を制御することで前記半導体ウェーハ全体を冷却することを特徴とする請求項１０記載のウェーハレベルバーンイン方法。
  13. 前記選択した冷却制御に用いる温度は、前記各エリアの測定温度のうちの最高温度とすることを特徴とする請求項１０または請求項１１または請求項１２のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法。
  14. 前記選択した冷却制御に用いる温度は、前記各エリアの測定温度のうちの中央値が１つであればその温度を選択し、中央値が２つであればその２つの温度のうち高い方の温度を選択することを特徴とする請求項１０または請求項１１または請求項１２のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法。
  15. 前記選択した冷却制御に用いる温度は、前記各エリアの測定温度の平均値に最も近い値を選択することを特徴とする請求項１０または請求項１１または請求項１２のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法。
  16. 前記選択した冷却制御に用いる温度は、前記各エリアの設定温度から測定温度を引いた温度偏差の最大値を選択し、前記冷却源の出力は前記温度偏差の値が０或いは０近傍になるように制御を行うことを特徴とする請求項１０または請求項１１または請求項１２のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法。
  17. 前記設定温度を前記エリア毎に個々に設定することを特徴とする請求項１６に記載のウェーハレベルバーンイン方法。
  18. 前記冷却制御に用いる温度を時間的に連続して選択することを特徴とする請求項１０または請求項１１または請求項１２または請求項１３または請求項１４または請求項１５または請求項１６または請求項１７のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法。
  19. 前記冷却制御に用いる温度を一定時間間隔で選択することを特徴とする請求項１０または請求項１１または請求項１２または請求項１３または請求項１４または請求項１５または請求項１６または請求項１７のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法。
  20. 前記冷却制御に用いる温度を電気的負荷の強さが切り替わるタイミングで選択することを特徴とする請求項１０または請求項１１または請求項１２または請求項１３または請求項１４または請求項１５または請求項１６または請求項１７のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法。
  21. 前記冷却源の制御を時間的に連続して行うことを特徴とする請求項１０または請求項１１または請求項１２または請求項１３または請求項１４または請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８または請求項１９または請求項２０のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法。
  22. 前記冷却源の制御を時間的に一定の時間間隔で行うことを特徴とする請求項１０または請求項１１または請求項１２または請求項１３または請求項１４または請求項１５または請求項１６または請求項１７または請求項１８または請求項１９または請求項２０のいずれかに記載のウェーハレベルバーンイン方法。
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