JP2007306010A - シェル - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子をウエハレベルで迅速且つ効率良くしかも高い信頼性を持って信頼性評価試験を行うことができるシェルを提供する。
【解決手段】シェルは、耐熱性基板及び耐熱性基板上に接続パッド部が形成された導体回路を有し且つ１６０℃以上の温度で信頼性評価試験を行う際に使用され、上記耐熱性基板の熱膨張率が１〜５０ｐｐｍ／℃であるコンタクタ１１と、ウエハホルダー３２とを備え、信頼性試験を行う際に、ウエハホルダー３２にウエハＷを載置し、コンタクタ１１の接続パッド部とウエハＷの電極パッドに一括接触させた状態で、ウエハホルダー３２、ウエハＷ及びコンタクタ１１を一体化してなる。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体ウエハの信頼性評価試験に用いられるシェルに関する。

半導体検査工程では半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と称す。）の表面に多数形成された半導体素子（以下、「デバイス」と称す。）についてウエハレベルで電気的特性検査を行い、電気的特性に欠陥のないチップをスクリーニングしている。その後、検査の最終工程として、ウエハをダイシングした後、各デバイスについて加速条件下でウエハ内の多層配線のエレクトロマイグレーション試験や同一面内及び上下の配線間のリーク電流試験等の信頼性評価試験を行う。

信頼性評価試験を行う場合には、試験用のパッケージを作製し、デバイスをパッケージングする。引き続き、例えば７０個程度のパッケージを加熱炉内で所定の高温（例えば、３００℃）下で各デバイスについて信頼性評価試験を行う。

しかしながら、従来のように加熱炉内で信頼性評価試験の場合にはウエハをダイシングした後、試験用パッケージを作製し、この試験用パッケージを用いて各デバイスをパッケージングするため、ウエハのダイシング、試験用パッケージの作製及び各デバイスのパッケージングに相当の期間と費用が必要になるという課題があった。更に、従来の加熱炉では一度に数１０個のパッケージ、換言すれば数１０個のデバイスしか試験を行うことができないという課題があった。

また、例えば銅、銅合金等の酸化しやすい金属配線を有するデバイスの場合には、加熱炉内を不活性ガス雰囲気にするが、加熱炉は気密性に劣り、例えば銅配線の酸化を防止する程度まで酸素濃度を下げることができない。そのため、銅配線の場合には、銅配線のパッド部のみならずパッド部を介して銅配線そのものが酸化されてしまうため、ウエハサンプル作製時に酸化防止用のアルミパッド層を銅パッド部に追加しなくてはならない。また、複数種のサンプルを試験する場合には、その種類に応じてダイシング方法及びワイヤーボンディング箇所を工夫しなくてはならない等の問題もあった。従って、信頼性評価試験結果が出るまでに３週間以上という長時間を要するという課題があった。

更に、信頼性上重要なパラメータや様々な試験パターンと関連した依存性等は、何回も試験を行って試験データを取得しなければならないため、試験効率に劣るという課題があった。また、例えば、エレクトロマイグレーション試験の場合には、エレクトロマイグレーションにより発生したボイドの場所を一つずつ観察し、その観察結果をその後のプロセス開発にフィードバックするが、この観察時には試験用パッケージを一つ一つ解体してそれぞれのデバイスを取り出し、ボンディングワイヤーを取り外した後、デバイスを顕微鏡で観察するという多大な労力と時間を要するという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、半導体素子をウエハレベルで迅速且つ効率良くしかも高い信頼性を持って信頼性評価試験を行うことができるシェルを提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のシェルは、耐熱性基板及び耐熱性基板上に接続パッド部が形成された導体回路を有し且つ１６０℃以上の温度で信頼性評価試験を行う際に使用され、上記耐熱性基板の熱膨張率が１〜５０ｐｐｍ／℃であるコンタクタと、ウエハホルダーとを備え、上記信頼性試験を行う際に、上記ウエハホルダーに半導体ウエハを載置し、上記コンタクタの接続パッド部と上記半導体ウエハの電極パッドを一括接触させた状態で、上記ウエハホルダー、上記半導体ウエハ及び上記コンタクタが一体化してなることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のシェルは、請求項１に記載の発明において、上記耐熱性基板の熱膨張率は、平面方向の熱膨張率であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のシェルは、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記耐熱性基板の熱膨張率は、２〜３０ｐｐｍ／℃であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のシェルは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記導体回路は、バンプを有していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載のシェルは、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記耐熱性基板は、耐熱性樹脂、金属、半導体及びセラミックの中から選択される少なくとも一種から形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載のシェルは、請求項５に記載の発明において、上記耐熱性基板の耐熱性樹脂は、ポリイミド、ビスマレイミドトリアジンまたはガラスクロス若しくは炭素繊維を補強材として含む耐熱性樹脂の中から選択される少なくとも一種から形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載のシェルは、請求項５に記載の発明において、上記耐熱性基板の金属は、アルミニウム、銅、ステンレス、インバー合金、インバーの中から選択される少なくとも一種から形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に記載のシェルは、請求項５に記載の発明において、上記耐熱性基板のセラミックは、窒化アルミニウムまたは炭化珪素から形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項９に記載のシェルは、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記コンタクタの信頼性評価試験を行う際に導通する部分を除いた表面に絶縁性皮膜が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１０に記載のシェルは、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記耐熱性基板上に絶縁層が形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１１に記載のシェルは、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記耐熱性基板上に絶縁層が形成され、上記絶縁層がシリコン酸化膜であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１２に記載のシェルは、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記コンタクタの接続パッド部と上記半導体ウエハの電極パッド部との間に異方性導電性フィルムが介在していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１３に記載のシェルは、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記ウエハホルダーは、磁性材料を含んでいることを特徴とするものである。

本発明によれば、半導体素子をウエハレベルで迅速且つ効率良く、しかも高い信頼性を持って信頼性評価試験を行うことができるシェルを提供することができる。

以下、図１〜図２２に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態の信頼性評価試験システムは、信頼性評価試験装置１０とアライナー５０とを備え、これら両者はデータ通信可能に通信ネットワークで結ばれている。そこで、まず本実施形態の信頼性評価試験装置１０について説明した後、アライナー５０について説明する。

本実施形態の信頼性評価試験装置１０は、図１の（ａ）、（ｂ）及び図２に示すように、後述のコンタクタ１１（図３の（ａ）、（ｂ）参照）と電気的に一括接触したウエハを収納するウエハ収納部１２と、このウエハ収納部１２の上方に配置され且つコンタクタ１１を押圧する押圧機構１３と、この押圧機構１３を介して押圧されたウエハを直接加熱する加熱機構１４（図２参照）と、この加熱機構１４を介して加熱されたウエハの電気的測定を行う測定部１５と、この測定部１５の測定用信号を生成すると共に測定結果信号を処理するテスタ部１６と、ウエハの温度を制御する温度コントローラ１７と、テスタ部１６を管理するテスタ管理部１８と、これらの機器を収納する筐体１９と、この筐体１９内の各機器を制御するコントローラ２０（図１の（ｂ）参照）とを備え、温度、電流密度等の加速条件下で上記半導体ウエハに形成された配線膜、絶縁膜の信頼性を評価する。コントローラ２０は、図１の（ｂ）に示すように、デスクトップタイプのコンピュータによって構成され、筐体１９に隣接して配置されている。コンピュータのモニタ画面２０Ａには例えば試験結果がウエハマップ（図１６参照）として表示され、ウエハマップの各デバイスをマウス２０Ｂでクリックすることによってその試験結果をモニタ画面２０Ａに瞬時表示することができる。更に、コントローラ２０は後述するアライナーとのデータ通信機能を有し、信頼性評価試験の結果をアライナーへ送信することができる。また、ウエハ収納部１２はスライド機構２１を介して筐体１９に対して図１の矢印Ａ方向に出し入れできるようになっている。また、測定部１５は例えばエレクトロマイグレーション（ＥＭ）測定部１５Ａと、リーク電流（ＢＴ）測定部１５Ｂとから構成され、テスタ部１６はこれらの測定部１５Ａ、１５Ｂに対応して構成されている。この信頼性評価試験装置１０の構造の要部を示したものが図２である。

上記ウエハ収納部１２は、例えば図２に示すように、コンタクタ１１と電気的に一括接触したウエハＷを後述する加熱体を介して載置する断熱、絶縁性材料からなる載置台２２と、この載置台２２を断熱性及び絶縁性材料からなる筒体２３を介して囲み且つコンタクタ１１と耐熱性の接触端子（例えば、ポゴピン）２４Ａを介して電気的に接触する耐熱性の接続リング２４と、この接続リング２４と電気的に接触し且つ測定部１５からの試験用信号を授受する配線基板２５とを備え、押圧機構１３を介してコンタクタ１１とウエハＷが確実に電気的に一括接触すると共にコンタクタ１１が接続リング２４及び配線基板２５を介して測定部１５と導通可能に構成されている。

また、図２に示すように、接続リング２４の外周縁部には例えばシリコンゴム等の耐熱性樹脂からなるシールリング２６が配置され、このシールリング２６とコンタクタ１１が弾力的に接触してウエハ収納部１２内に気密空間を形成する。更に、ウエハ収納部１２は、コンタクタ１１の外周縁部を押さえる押さえ機構２７を備え、押さえ機構２７を介してコンタクタ１１と接続リング２４が確実に電気的に接触する。この押さえ機構２７は、例えば、耐熱性材料（例えば、セラミック）によってコンタクタ１１の外周縁部に合わせて形成された第１リング状部材２７Ａと、このリング状部材２７Ａと略同一大きさに形成された第２リング状部材２７Ｂと、第１、第２リング状部材２７Ａ、２７Ｂ間に介在する耐熱性バネ部材２７Ｃと、第２リング状部材２７Ｂと一体的に形成され且つウエハ収納部１２の後方でヒンジ結合されたアーム２７Ｄと、このアーム２７Ｄを支持する一対のガススプリング（図示せず）とを備え、ガススプリングの働きで第１、第２リング状部材２７Ａ、２７Ｂが軽い力で開閉するようになっている。また、この押さえ機構２７はロック機構２７Ｅを備え、ロック機構２７Ｅを介して第１、第２リング状部材２７Ａ、２７Ｂをコンタクタ１１の外周縁部に固定する。従って、ウエハ収納部１２は、一体化したコンタクタ１１及びウエハＷを収納し、押圧機構１３及び押さえ機構２７を介してコンタクタ１１を押圧すると、内部が外部から断熱され、気密を保つ構造になっている。

また、例えば図２に示すよう載置台２２には上下方向に貫通する一対の給排気孔２２Ａ、２２Ｂがそれぞれ形成され、給気孔２２Ａから窒素ガス等の不活性ガス及び／また水素ガス等の還元性ガスを供給してウエハ収納部１２内のコンタクタ１１とウエハＷの接触部という極めて限られた最小限の空間に不活性ガス雰囲気または還元性ガス雰囲気を形成し、排気孔２２Ｂから不活性ガス及び／また還元性ガスを排気する。還元性ガスを供給する場合には不活性ガスに所定量の還元性ガスを添加することが好ましい。ウエハ収納部１２内の狭い空間で不活性ガス雰囲気及び／また還元性ガス雰囲気を形成することによってウエハＷに形成された銅配線等の酸化されやすい金属配線の高温下での酸化を防止し、あるいは金属酸化膜を還元することができ、しかも不活性ガス及び／また還元性ガスの供給量を最小限に抑えることができる。また、ウエハ収納部１２は気密構造になっているため、不活性ガス及び／また還元性ガスで空気を置換すると酸素濃度を銅等の酸化されやすい金属配線またはパッドの酸化を防止し得る濃度、例えば１０ｐｐｍ以下、具体的には１〜５ｐｐｍ以下まで下げることができる。酸素濃度はウエハ収納部１２内に配置された従来公知の酸素センサ（図示せず）を介して検出し、この検出信号に基づいて筐体１９内に配設された酸素濃度測定部２８（図１参照）において酸素濃を算出する。従って、従来のように試験用パッドに酸化防止用のアルミパッド層を設ける必要がない。還元性ガスで置換すれば高温下で金属酸化膜を還元するため、試験直前までに形成された金属酸化膜を還元し、ウエハＷとコンタクタ１１間の電気的な導通を確実に取ることができる。

上記押圧機構１３は、図１に示すように、筐体１９内に挿入されたウエハ収納部１２の真上に固定されている。この押圧機構１３は、図１、図２に示すように、コンタクタ１１を押圧する押圧板１３Ａと、この押圧板１３Ａの上面に下端が連結された金属製のベローズ１３Ｂと、このベローズ１３Ｂの上端に連結され且つベローズ１３Ｂを支持する支持板１３Ｃと、この支持板１３Ｃに連結され且つ筐体１９内で垂下して固定されたシリンダ機構１３Ｄとを備えている。また、図２に示すように支持板１３Ｃには貫通孔１３Ｅが形成され、この貫通孔１３Ｅから圧縮空気を供給し、押圧板１３Ａ、ベローズ１３Ｂ及び支持板１３Ｃ内を加圧する。この加圧によりシリンダ機構１３Ｄを介して降下した支持板１３Ｃからベローズ１３Ｂが下降に伸び、押圧板１３Ｄを介してコンタクタ１１を押下し、コンタクタ１１全面を均等に押圧することによってコンタクタ１１のバンプとウエハＷの電極パッドを確実に一括接触させることができる。また、図２に示すように押圧板１３Ａの下面中央には後述する補助加熱体が固定され、ウエハＷをコンタクタ１１側からも加熱する。また、押さえ機構２７は、上述したようにウエハ収納部１２の後方でヒンジ結合され、ガススプリング等の補助機構を介して開閉自在に構成され、一体化したコンタクタ１１とウエハＷをウエハ収納部１２内に載置した後、前方に倒し、ロック機構２７Ｅを介してウエハ収納部１２内のコンタクタ１１周縁部に対して水平に接合して図２に示すようにウエハ収納部１２に収納されたコンタクタ１１の外周縁部を押さえる構造になっている。

上記加熱機構１４は、載置台２２上に配置され且つウエハＷを下面側から加熱する加熱体２９を主体に構成され、ウエハＷ全面を均一に加熱する。更に、この加熱体２９は、例えば、載置台２２上の中央部に配置された円形状の第１加熱部２９Ａと、第１加熱部２９Ａを囲むリング状の第２加熱部２９Ｂとからなり、第１加熱部２９Ａを介してウエハＷの中央部を加熱すると共に第２加熱部２９Ｂを介してウエハＷの外周縁部を加熱する。第２加熱部２９ＢがウエハＷ外周縁部からの放熱分を補完する役割を果たしている。加熱体２９はウエハＷ全面を均一に加熱できれば第１加熱部２９Ａ及び第２加熱部２９Ｂとして分割しなくても良い。また、加熱機構１４は、加熱体２９の他に、コンタクタ１１の上面から接触する円盤状の補助加熱体２９Ｃを備え、加熱体２９と協働してウエハＷをより確実に所定の高温まで加熱し、その温度を維持する。この加熱機構１４は上述したようにウエハＷを上下両面から直接加熱し、しかも加熱空間が極めて限られているため、ウエハＷを短時間で目標温度まで加熱することができ、しかもウエハＷを１６０℃以上、最大で３５０℃の高温まで加熱、維持し、高温下でウエハＷの金属配線のエレクトロマイグレーション及びリーク電流等を高精度に測定することができる。この加熱機構１４は、ウエハＷを１６０℃以上に加熱した時にはウエハＷ全面の温度分布を±２．０℃以内で温度制御し、ウエハＷ全面を均一に加熱することができる。従って、例えば配線材料として銅を用いた場合にも高温、高密度電流の加速条件下で信頼性評価試験を行い、配線、絶縁膜を高精度で評価することができる。

また、上記ウエハ収納部１２を構成する配線基板２５は筐体１９の奧側（図２の右側）に延長され、この延長部分２５Ａの上下両面それぞれに外部接続端子（図示せず）が形成されている。一方、図１に示すＥＭ測定部１５Ａ及びＢＴ測定部１５Ｂの接続基板１５Ｃ、１５Ｄが図２に示すように延長部分２５Ａを挟むように配置され、これらの接続基板１５Ｃ、１５Ｄは駆動機構（図示せず）を介して延長部分２５Ａの上下両面の外部接続端子と交互に電気的に接触し、ＥＭ測定部１５ＡとＢＴ測定部１５Ｂ間を交互に切り換える。即ち、接続基板１５Ｃ、１５ＤはＥＭ測定部１５ＡとＢＴ測定部１５Ｂ間の切換機構として機能する。これらの測定部１５Ａ、１５Ｂそれぞれは例えば５１２チャンネルを有するボードからなり、５１２個のデバイスを同時に測定することができる。

上記コンタクタ１１とウエハＷは、図２に示すように異方性導電性シート３１を介して一括接触している。コンタクタ１１のバンプ及びウエハＷの電極パッドは円形または多角形、またはこれらの組み合わせのいずれかが好ましい。バンプのピッチ方向の最大長はウエハの電極パッドのピッチサイズ以下が好ましく、例えば直径が約７５μｍの大きさに形成され、それぞれの中心を基準として約１２０μｍの間隔を空けて形成されている。一方、異方性導電性シート３１は、コンタクタ１１のバンプ及びウエハＷの電極パッドに高低差があっても、この高低差を吸収し得る弾性構造を有している。このような異方性シート３１としては、例えばゴアメイト（ゴア社製の商品名）が好適に用いられる。ゴアメイトは、例えば図７の（ａ）、（ｂ）に示すように、四フッ化エチレン樹脂シート３１Ａと、この四フッ化エチレン樹脂シート３１Ａ全面を所定間隔（例えば、７０μｍ）を空けて均等に貫通するニッケル微粒子の集合体（例えば、直径が２５μｍ）３１Ｂとから形成されている。集合体３１Ｂは金微粒子が集合して形成されているため、集合体３１Ｂに圧力が掛かるとニッケル微粒子が圧密状態になる。従って、コンタクタ１１とウエハＷ間に異方性導電性シート３１を介在させるだけでコンタクタ１１のバンプとウエハＷの電極パッドは異方性導性シート３１を介して弾力的に一括接触し、両者１１、Ｗ間の導通を確実に取ることができる。このゴアメイトは通常使い捨てにする。また、図２、図７において、３２は例えば鉄系材料等の磁性材料からなるウエハホルダーである。尚、コンタクタ１１のバンプとウエハＷの電極パッドをアライメントする際には後述のアライナーを用いることができる。

而して、上記コンタクタ１１は、例えば図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、後述の材料によって形成された耐熱性基板１１Ａと、この耐熱性基板１１Ａの上面に例えば銅または銅合金等の導電性金属によって形成された導体回路１１Ｂと、この導体回路１１Ｂと一体的にそれぞれ複数ずつ形成されたバンプ１１Ｃ及びウエハＷ用の接続パッド部１１Ｄと、信頼性評価試験装置１０の接続リング２４のポゴピン２４Ａと電気的に接触する接続用パッド部１１Ｅと、これらのバンプ１１Ｃ、接続パッド部１１Ｄ及び接続用パッド部１１Ｅ以外の部分を被覆する絶縁性被膜１１Ｆとを備え、１６０℃以上の温度で信頼性評価試験を行う際に好適に使用される。絶縁性被膜１１Ｆを設けることで、コンタクタ１１とウエハＷ間の余分な電気的接触を防止し、コンタクタ１１とウエハＷ間で安定した電気的導通を取ることができる。耐熱性基板１１Ａは、高温下での熱膨張率が極めて小さく、１６０℃以上の温度下でコンタクタ１１の平面方向の熱膨張率が１〜５０ｐｐｍ／℃、好ましくは２〜３０ｐｐｍ／℃の材料によって形成されている。そして、耐熱性基板１１Ａは、１６０℃以上、例えば３５０℃の高温下であってもウエハＷの熱膨張との間に殆どズレがなく一括接触状態を維持して確実に電気的導通を取ることができ、信頼性評価試験を確実に行うことができる。この耐熱性基板１１は、例えばポリイミド、ビスマレイミドトリアジン等の耐熱性樹脂、補強材（例えば、ガラスクロス、炭素繊維等）入りの耐熱性樹脂、アルミニウム、銅、ステンレス、インバー合金、インバー等の金属、シリコン等の導体及び窒化アルミニウム、炭化珪素等を主体としたセラミックの中から選択される少なくとも一種の材料によって形成されている。これらの材料を二種以上用いる場合には適宜組み合わせて耐熱性基板１１Ａを形成することができる。絶縁性被膜１１Ｆを形成する材料は特に制限されないが、例えばポリイミド系樹脂等の耐熱性樹脂が好ましく用いられる。絶縁性被膜１１Ｆは信頼性評価試験を行う際に導通する部分を除いた表面に形成されていれば良い。また、図４に示すように耐熱性基板１１Ａの種類に応じてその表面にシリコン酸化膜等の絶縁層１１Ｇを設けても良い。

また、上記コントローラ２０は、表示装置にウエハＷの試験結果をウエハマップ（図１６参照）として表示することができると共に、データ通信回線（図示せず）を介してアライナー５０に試験結果を送信できるようになっている。

而して、上記アライナーは例えば図５の（ａ）、（ｂ）に示すように構成されている。このアンライナー５０は、図５の（ａ）に示すように、ウエハＷを収納し且つウエハＷをロード、アンロードするローダ室５１と、このローダ室５１に隔壁を介して隣接し且つウエハＷとコンタクタ１１とを位置合わせ（アライメント）するアライメント室５２とを備え、ウエハＷからコンタクタ１１とを一括接触させるためにこれら両者のアライメントを行うように構成されている。そして、図示してないがローダ室５１には搬送機構（ピンセット）及び予備位置合わせ機構（サブチャック）がそれぞれ配設され、ピンセットを介してキャリア内からウエハＷを一枚ずつ搬送し、搬送過程でサブチャック上でオリフラまたはノッチを基準にしてウエハＷを予備位置合わせ（プリアライメント）した後、ピンセットを介してウエハＷをアライメント室５２へ搬送するようにしてある。

また、図５の（ａ）に示すように上記アライメント室５２にはヘッドプレート５３が開閉可能に取り付けられ、このヘッドプレート５３にコンタクタ１１を装着し、開閉駆動機構５４を介してアライメント室５２の上面開口を開閉する。このヘッドプレート５３の中央にはコンタクタ１１より小径の第１開口部５３Ａが形成され、その内面（図５では開放されて上向きになっている）にはコンタクタ１１を固定する固定機構５３Ｂが第１開口部５３Ａを囲むように４個配設されている。この固定機構５３Ｂは、例えば同図の（ｂ）に示すように、第１開口部５３Ａの周囲４箇所に形成された凹陥部５３Ｃ内に枢着された押さえ部材５３Ｄと、押さえ部材５３Ｄの基端部に連結されたエアシリンダ５３Ｅとを備えている。エアシリンダ５３Ｅが駆動すると押さえ部材５３Ｄが反時計方向に回転して第１開口部５３Ａに載置されたコンタクタ１１をヘッドプレート５３に固定する。

また、図５の（ａ）に示すようにアライメント室５２内のヘッドプレート５３の下方にはＸ、Ｙ、Ｚ及びθ方向で移動可能なメインチャック５５が配設され、このメインチャック５５上にウエハホルダー３２を介してウエハＷを載置する。メインチャック５５はＸＹステージ５６を介してＸ、Ｙ方向に移動する。このメインチャック５５は回転昇降機構（図示せず）を内蔵し、回転昇降機構を介してＸＹステージ５６上で昇降すると共にθ方向に正逆回転する。そして、ローダ室５１内のピンセットを介してプリアライメント後のウエハＷをアライメント室５２内のメインチャック５５上の予め載置された鉄系合金等の磁性材料からなるウエハホルダー３２上へ移載する。このウエハホルダー３２は後述するウエハ搬送具で一体化したウエハＷとコンタクタ１１を搬送する時に機能する。

アライメント室５２内には図示しないアライメント機構が配設され、このアライメント機構はアライメントブリッジに固定された上カメラと、メインチャック５５側に固定された下カメラとを備え、これらのカメラでによる撮像画像を表示装置５７に表示する。この表示装置５７の表示画面にはタッチパネルも表示し、画面上でアライナー５０を操作することができる。そして、メインチャック５５を移動させて上カメラでウエハＷの電極パッドを撮像すると共にメインチャック５５を移動させて下カメラでヘッドプレート５３に装着されたコンタクタ１１のバンプ（図３参照）を撮像し、これらの画像データに基づいてウエハＷの電極パッドとコンタクタ１１のバンプをアライメントする。このアライメント機構としては例えば特願平１０−５４４２３号において提案した技術を用いることができる。また、開閉駆動機構５４はアライメント後にヘッドプレート５３を何回開閉してもコンタクタ１１とウエハＷとが狂い無く一括接触するように構成されている。

また、上記表示装置５７の表示画面には上記信頼性評価試験装置１０とのデータ通信によって送信されてくる信頼性評価試験結果をウエハマップ（図１６参照）として表示できる。ウエハマップには試験結果が数値で表示される。そして、ウエハマップを介して試験後の不良個所とその様子を選択し、この不良デバイスを顕微鏡で観察できるようになっている。即ち、ヘッドプレート５３には第１開口部５３Ａに隣接させた第２開口部５３Ｆが形成されている。この第２開口部５３Ｆの表面には顕微鏡（例えば、最高倍率が２０００倍以上）（図示せず）が装着され、この顕微鏡を介してメインチャック５５上に載置されたウエハＷの各デバイスを観察できるようになっている。従って、信頼性評価試験装置１０において試験を行ったウエハＷをアライナー５０のメインチャック５５上に載置した後、信頼性評価試験装置１０からの試験結果をアライナー５０へ通信回線を介して送信する。そして、試験結果を表示装置５７の表示画面にウエハマップとして表示し、試験に用いたデバイスを画面上で選択すれば、メインチャック５５の操作によってこの試験後のデバイスを顕微鏡の真下に移動させ、顕微鏡によってエレクトロマイグレーション現象によるボイド等をウエハ状態のまま観察することができる。

而して、アライナー５０において一括接触したウエハＷとコンタクタ１１はウエハ搬送具６０を介して信頼性評価試験装置１０まで搬送される。このウエハ搬送具６０は、例えば図６に示すように、ケース６１内に設けられた磁気回路（図示せず）と、この磁気回路を開閉操作するためにケース６１に枢着された操作レバー６２と、この操作レバー６２の左右に配置してケースに取り付けられた一対の取っ手６３とを備えている。尚、磁気回路に代えて磁石を用い、磁石を操作レバー６２によって昇降するようにしても良い。従って、ヘッドプレート５３の第１開口部５３Ａからウエハ搬送具をコンタクタ１１上に載置した状態でハンドル操作を行うと、磁気回路が励磁してウエハホルダー３２を強力に吸着し、図６に示すようにコンタクタ１１、異方性導電性シート３１及びウエハＷを位置ズレすることなく一体化する。

次に、図５〜図１７を参照しながら本発明の信頼性評価試験方法の一実施形態を上記信頼性評価試験システムの動作と共に説明する。まず、アライナー５０を用いてコンタクタ１１のバンプとウエハＷの電極パッドを位置合わせする。それには開閉駆動機構５４を介してヘッドプレート５３を開き、ヘッドプレート５３の内面側から第１開口部５３Ａにコンタクタ１１を固定機構５３Ｂを介して装着すると共にメインチャック５５上にウエハホルダー３２を載置する。次いで、開閉駆動機構５４を介してヘッドプレート５３を閉じる。その後、ローダ室５１内でピンセット及びサブチャックを介してウエハＷをプリアライメントした後、ピンセットを介してウエハＷをウエハホルダー３２上へ載置する。引き続き、ＸＹステージ５６及び回転昇降機構が作動すると共にアライメント機構が作動し、ウエハＷの電極パッドとコンタクタ１１のバンプのアライメントを行う。アライメント終了後、ヘッドプレート５３を一旦開き、アライメント後のウエハＷ上に異方性導電性シート３１を配置する。次いで、開閉駆動機構５４を介してヘッドプレート５３でアライメント室５２の開口部を閉じると、メインチャック５５が回転昇降機構が駆動して上昇し、コンタクタ１１のバンプとウエハＷの電極パッドが異方性導電性シート３１を介して一括接触し、ウエハホルダー３２を含むシェルとして一体化する。

その後、オペレータがヘッドプレート５３の第１開口部５３Ａからウエハ搬送具６０をコンタクタ１１上に載置し、ウエハ搬送具６０の操作レバー６２を介して磁気回路を励磁してコンタクタ１１側からウエハホルダー３２を強力な磁力によって吸着し、コンタクタ１１、異方性導電性シート３１、ウエハＷ及びウエハホルダー３２を位置ズレさせることなく一体化して固定する。そして、固定機構５３Ｂを解除しヘッドプレート５３を開いた後、ウエハ搬送具６０をシェルと一緒にメインチャック５５上から取り外した後、ウエハ搬送具６０を持って信頼性評価試験装置１０まで搬送し、その筐体１９から引き出されたウエハ収納部１２の加熱体２９上に載置する。次いで、ウエハ収納部１２の押さえ機構２７をハンドル操作によって倒してウエハ収納部１２内のコンタクタ１１を外周縁部から接続リング２４上のシールリング２６に押圧して固定する。この操作によってウエハＷがウエハホルダー３２を介して載置台２２上の加熱体２９と仮接触する。また、コンタクタ１１の外周縁部が接続リング２４上のシールリング２６と弾接して気密状態を形成すると共に接続リング２４のポゴピン２４Ａと弾接し、コンタクタ１１と接続リング２４が電気的に接触する。次いで、ウエハ搬送具６０の操作レバー６２を介して磁気回路を消磁してシェルを解放し、ウエハ搬送具６０をコンタクタ１１から外した後、ウエハ収納部１２を筐体１９内に押し込む。

然る後、コントローラ２０を介して押圧機構１３のシリンダ機構１３Ｄが駆動すると共に貫通孔１３Ｅからベローズ１３Ｂ内に圧縮空気を圧入すると、シリンダ機構１３Ｄを介して押圧板１３Ａ及びベローズ１３Ｂと一緒に下降し、押圧板１３Ａ下面の補助加熱体２９Ｃが押さえ機構２７の内側に嵌入する。押圧板１３Ａが下降端に達して押圧板１３Ａ下面の補助加熱体２９Ｃがコンタクタ１１と接触する。この時、図７の（ａ）に示すようにベローズ１３Ｂ内の加圧空気の圧力によって同図の矢印方向で示すように押圧板１３Ａが補助加熱体２９Ｃを介してコンタクタ１１の中央部を押下し、コンタクタ１１をウエハＷに対して全面均等に圧接させる。

押圧板１３Ａ及び押さえ機構２７からの押圧力でコンタクタ１１のバンプ１１ＣとウエハＷの電極パッドは異方性導電性シート３１を介して電気的に一括接触する。この際、図７の（ｂ）に示すようにコンタクタ１１が僅かに波打った状態に変形していてもベローズ１３Ｂ内の加圧空気で補助加熱体２９Ｃを介してコンタクタ１１の変形を同図の（ａ）及び図２に示すように矯正し、異方性導電性シート３１の働きと相俟ってコンタクタ１１の全バンプとウエハＷの全電極パッドが確実に均等な押圧力を持って電気的に一括接触する。信頼性評価試験に際しては５１２チャンネルを用いて５１２個のデバイスを一度に測定することができるため、加熱炉を使用する従来方法に比べて試験時間を格段に削減することができる。

上述した様態でウエハ収納部１２内には給気孔２２Ａから不活性ガスを所定時間（例えば、約３０分）供給すれば、ウエハ収納部１２内の空気を排気孔２２Ｂから排気し、ウエハ収納部１２内に不活性ガス雰囲気を形成して酸素濃度を１０ｐｐｍ以下、具体的には１〜５ｐｐｍ以下まで下げることができる。この酸素濃度になればウエハＷの電極パッド及び金属配線が例えば酸化しやすい銅または銅合金によって形成されていても金属の酸化を確実に防止する。例えば、図８の（ａ）に示すように最近使用されている銅、銅合金からなるパッドＰの場合には、ウエハＷに銅、銅合金のパッドＰを形成してから試験まで長い日数放置しておくと、パッドＰの表面に酸化膜が形成され、電気的な導通を取り難い場合がある。このような場合であっても窒素ガス等の不活性ガスをウエハ収納部１２内に予め供給し、不活性ガス雰囲気を形成して酸素濃度を数ｐｐｍ程度まで下げた後に加熱すれば、その状態で加圧してコンタクタ１１とウエハＷとの電気的接続が良くなる。また、パッドＰの表面の酸化が著しく進んでいる場合には、窒素ガス等の不活性ガスに水素ガス等の還元性ガスを数％程度添加して供給すれば、２００℃以上の加熱下でパッドＰの酸化膜を還元性ガスで還元し、コンタクタ１１との電気的接続が良好になる。このようにコンタクタ１１とウエハＷの電気的導通が良好になった後、押圧機構１３を介してコンタクタ１１を加圧すれば、コンタクタ１１とウエハＷが電気的に確実に接続され、信頼性の高い信頼性評価試験を行うことができる。この際、窒素ガス等の不活性ガスや水素ガス等の還元性ガスは排気孔２２Ｂから排気されるが、ウエハ収納部１２内の最小限の空間に不活性ガス雰囲気を形成するため、これらのガスの使用量を最小限に抑制することができる。

このように本実施形態ではウエハレベルで信頼性評価試験を行うことができるため、加熱炉を使う従来の方法で行っていたウエハのダイシング工程及びアッセンブリ（パッケージング）工程を全て省略することができ、試験時間の短縮及び試験コストを格段に削減することができる。殊に、アセンブリ工程では銅、銅合金からなるパッドＰに直接ワイヤーをボンディングすることが難しいため、図８の（ｂ）に示すようにアルミニウムのバリア層Ｂ及びパッド層Ｐ１を設けた後、ワイヤーＬをボンディングする必要がある。ところが、本実施形態ではウエハ収納部１２内の酸素濃度を数ｐｐｍ程度まで下げることができるため、上述のように従来のアルミニウムのバリア層Ｂ及びパッド層Ｐ１を省略することができ、試験コストを更に削減することができる。従来方法でアルミニウムパッド層の他に、アルミニウムのバリア層が必要になるのは、加熱炉は一般的に気密性が良くないため、銅、銅合金のパッド部が試験中に酸化し、電気的導通が取れなくなるからである。

次いで、加熱機構１４が作動すると、加熱体２９及び補助加熱体２９Ｃが昇温し、これら両者２９、２９ＣでウエハＷを上下から直接加熱する。このようにウエハＷを加熱体２９と補助加熱体２９Ｃで挟んで上下から加熱するため、ウエハＷを目標温度（最大３５０℃）まで短時間（例えば、１時間以内）で昇温することができ、しかも、ウエハ収納部１２が断熱構造になっているため、ウエハ収納部１２内からの放熱による温度低下を格段に抑制することができ、ウエハＷを目標温度で維持することができる。仮に、コンタクタ１１の外周縁部からの放熱があっても加熱体２９は個別に機能する第１、第２加熱部２９Ａ、２９Ｂによって構成されているため、外側の第２加熱部２９Ｂの働きでコンタクタ１１の外周縁部からの放熱分を確実に補ってウエハＷ全面を目標温度に維持することができる。この際、ウエハＷ面内の温度分布を１６０〜３５０℃の範囲で±２．０℃以下に抑制することができる。

而して、高温下でエレクトロマイグレーション試験を行う場合には、図２に示すようにＥＭ測定部１５Ａの接続基板１５Ｃを配線基板２５の延長部分２５Ａの外部接続端子に接触した後、ＥＭ測定部１５Ａを介してウエハＷ内の５１２個のデバイスについて同時にエレクトロマイグレーション測定を実施し、テスタユニット１６において試験結果を解析する。この場合、ウエハＷを３５０℃の高温を安定的に維持することができるため、例えば各デバイスの銅配線の金属原子の移動を誘起し易く、短時間で試験結果を得ることができ、ウエハＷの各デバイスを短時間で評価することができる。

エレクトロマイグレーション試験を行うに際して電流を印加する場合には、本実施形態ではＥＭ測定部１５Ａを介して直流、パルス直流及び交流の三種類の電流を印加することができる。従来の加熱炉を使用する方法の場合には電流の印加方式は直流のみ、あるいはパルス直流または交流のみであるが、本実施形態の信頼性評価試験装置１０は一台で三種類の電流印加方式に対応することができる。

これら三種類の電流を印加する場合には試験パターンとして例えば図９の（ａ）、（ｂ）に示すウエハＷ上に形成された試験パターンが用いられる。これらの試験パターンは通常最も頻繁に使用されるものである。基本的な試験パターンは、同図の（ａ）に示すように電子の流れに対して上流端に接続孔を有する片終端タイプの試験パターンと、同図の（ｂ）に示すように電子の流れの上流端と下流端それぞれに接続孔を有する両終端タイプの試験パターンとがある。同図の（ａ）に示す片終端タイプの試験パターンの場合には電子が下層配線から接続孔を介して上流の配線に流れる時に用いられる。試験配線の長さＬは通常加速試験電流密度として０．５〜２．０ＭＡ／ｃｍ^２を用いるが、この際バックフロー効果が起きない長さに試験配線を設定する必要がある。配線長さＬは５０μｍ以上あれば十分であるが、例えば１００〜２００μｍが好ましい。また、試験配線幅はデバイスや対象としている検討内容によっても変わる。更に、試験を行う配線廻りにはダミーの配線が通常デバイスの片側に１０本、両側で２０本程度配置されている。これらのダミー配線は、試験配線が細い時にウエハプロセスのフィソグラフィー工程での近接効果を回避して目標の配線幅に仕上げるためと、エレクトロマイグレーション試験時に配線から配線材料である金属が吹き出し（Extrusion）を検知するために配置してある。試験は基本的には四端子測定を行い、吹き出しモニターで監視する。

まず、直流を用いる場合には、図９の（ａ）の片終端タイプの試験パターンを使用し、配線長Ｌは１００μｍに設定されたものを使用する。試験配線が銅、銅合金の場合には２５０〜３５０℃の試験温度を使用することが好ましい。配線がアルミニウム、アルミニウム合金の場合には１５０〜２５０℃の試験温度が好ましい。印加電流密度は、ジュール発熱による温度上昇を起こさないようにするために０．５〜３ＭＡ／ｃｍ^２程度が好ましい。図９の（ａ）に示す試験パターンを用いた時の相対抵抗値の変化の様子を図１０に示した。この図からも明らかなように、抵抗値が全く上昇しない時間(Incubation Time)が長くあり、その後、急激に抵抗値が上昇(Growth Time)していることが判る。この時、例えば抵抗値が１０％、２０％に上昇した時点での時間を不良に至る時間(Time To Failure)と定義し、同じ試験パターンを用いて例えば３０個同時に試験をした場合、その累積不良のグラフを示したのが図１１である。図１１では統計上の分布としては対数正規分布を用いているが、信頼性評価試験装置１０はワイブル分布、正規分布も対数正規分布と同様に出力することができる。図１１において、５０％不良に至る時間をＭＴＦ（Median Time to Failure）と定義し、直線近似した時の傾きの逆数がエレクトロマイグレーションのバラツキとなる。これらの二つの値はＬＳＩのエレクトロマイグレーション寿命を予測する上で非常に重要なパラメータになる。

パルス直流を用いる場合には、例えば図１２に示すパルス直流を印加する。ここで重要なのはパルス周波数である。パルス周波数としては例えば５０ＫＨｚ〜１０ＭＨｚ程度必要であり、本実施形態の信頼性評価試験装置１０はこれに対応している。パルス直流によるエレクトロマイグレーション試験時には、パルス周波数によって金属原子の移動モードが遷移することが知られている。今までの報告では、遷移する周波数は１００ＫＨｚ〜数ＭＨｚと云われている。従って、本実施形態の信頼性評価試験装置１０は金属原子の移動モードを確実に測定することができる。また、交流電流を印加する場合には周波数と、図１３に示すように周波数の正の領域と負の領域の面積を同一に保った状態でディーティ比（ｔ_ｏｎ／ｔ_cycle）を変えることが重要である。これは、ＬＳＩの回路で頻繁に起きている金属原子の挙動を非常に類似しているからである。

ウエハＷ上でエレクトロマイグレーション試験を行う場合には５１２個のデバイスを同時に試験することができる。これに対し、従来の加熱炉を使用する従来方法の場合には多くても１００個程度しか試験することができない。従って、試験能力が４、５倍向上する。また、ウエハＷ上の試験パターンの配置と信頼性評価試験装置１０の試験パターンのグルーピング機能を使用することにより、高信頼化技術開発の観点から非常に重要なデータ、即ち配線幅依存性（主拡散パスの同定）（図１４の（ａ）〜（ｃ）参照）、臨界長さ（L_c:Critical Length）（図１５の（ａ）参照）、Reservoir長依存（図１５の（ｂ）参照）等を一度に効率良く得ることができる。これに対し、従来の加熱炉を使用する従来方法の場合には各データ毎に何回もパーケージをセットしなくてはならず、試験が非常に煩雑で結果を得るまでに長時間を要していた。

また、ウエハレベルで試験を行うことによって信頼性に関係するアウトプットパラメータ、例えばＴＴＦや初期抵抗値等がウエハＷ面内に如何なる状態で分布状態にあるかが図１６に示すウエハマップとして出力され、その分布状態がすぐに判る。例えば図１６中、二重の□でデバイスの出力結果は、図１０に示した相対抵抗値の変化を示す図であり、図１１に示した累積不良分布を示す図で、これらのグラフから相対抵抗値の時間に対する変化や時間に対する累積不良がすぐに判る。従って、試験結果に基づいて目的のデータを短時間で効率良く得ることができ、しかもテスタユニット１６においてデータ解析を短時間で効率良く正確に行うことができる。これに対し、従来の加熱炉を使用する従来方法の場合にはウエハのダイシング後、デバイスを取り出してパッケージに入れる時にどのデバイスかを記入する等の手間が掛かる上に、記入ミス等の間違いが発生する虞がある。

また、エレクトロマイグレーション試験後には、試験結果を信頼性評価試験装置１０からアライナー５０へデータ通信で送信し、アライナー５０に試験結果を取り込むことができる。アライナー５０にはアライメント用のカメラと顕微鏡が設けられているため、アライメント室５２内に試験後のウエハＷをセットした後、アライメント機構を介して不良品を顕微鏡の真下に位置合わせすることで、ボイド等のエレクトロマイグレーションによる不良を即座に観察することができる。しかも５１２個の試験パターンを観察結果を画像として保存することができる。また、例えば、ウエハマップ上で抵抗挙動のおかしいものなどがあれば、その画像をすぐに表示装置５７の画面に映し出すことができる。アライナー５０は必要に応じてマニュアルモードでカメラを操作し、高倍率で不良部分及びその近辺を観察することができる。更に、予め抽出したい抵抗挙動、ボイドの発生箇所等を指定すれば、試験後にアライナー５０によるボイド観察後、自動的にそれらをリストアップすることができる。これに対し、従来の加熱炉を使用する従来方法の場合にはパッケージ内からデバイスを取り出し、顕微鏡で一つ一つ観察しているため、観察に多大な労力と時間が必要である。

上記エレクトロマイグレーション試験を行う場合にはウエハＷ面内の温度分布を例えば１６０〜３５０℃の範囲で±２．０℃以内に制御する。エレクトロマイグレーション試験は温度と電流密度の加速条件下で行われ、試験結果としてＭＴＦ及びバラツキσを得る。更に、温度条件と電流密度条件を変えて加速パラメータであるＥ_ａ（Activation energy）とｎ（Current exponent）を求め、最終的にＪ_ｕｓｅ（Use current dentisy at operating condition）を求める。このＪ_ｕｓｅが大きいほど良いことになる。ｎはエレクトロマイグレーションの原理から１（growth timeの成分）〜２（incubation timeの成分）の間を取り、試験パターンの出来具合や相対抵抗の変化で何％を不良とみなすかで変わる。Ｅ_ａは、拡散に対する活性化エネルギーで、試験パターンを如何なる材料とプロセスで形成するかで決まるものである。ＥａとｎはウエハＷ側で決まるもので、信頼性評価試験装置１０側で決まるものではない。これに対し、信頼性評価試験装置１０の性能が影響するものとしてバラツキσがある。ＭＴＦ及びσのＪ_ｕｓｅに対する影響の度合いを図１７に示す。図１７から判るように、バラツキσの影響は著しく大きい。換言すると、σが大きいと、例えばσが０．５以上になるとＭＴＦがいくら長くても意味がない。バラツキσは、ウエハＷ（ＬＳＩの製造プロセス）に起因するものと、信頼性評価試験装置１０に起因するものがある。信頼性評価試験装置１０に起因するバラツキσが小さければ小さい程良い。信頼性評価試験装置１０から発生するバラツキσとしてはウエハＷ面内の温度分布に起因するものと、電流のバラツキに起因するものの二種類がある。図１８の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ電流のバラツキに起因するＪ_ｕｓｅロスと、温度分布（バラツキ）に起因するＪ_ｕｓｅロスを示したものである。これらの計算結果から判るように、温度分布によるロスが非常に大きいことが判る。このことから信頼性評価試験装置１０では、加熱機構１４を用いて極めて狭い空間でウエハＷ全面を直接且つ均等に加熱することにより、３５０℃の高温下でも温度分布を±２．０℃以内に抑制するようになっている。従って、信頼性評価試験装置１０に起因するバラツキを格段に抑制することによって信頼性の高いエレクトロマイグレーション試験を行うことができる。

上述のエレクトロマイグレーション試験以外に、リーク電流測定（Bias-Temperature Testing：ＢＴ試験）またはＴＤＤＢ（Time
Dependent Dielectric Breakdown）試験を行う場合には、切換機構を介してＥＭ測定部１５Ａの接続基板１５ＣをＢＴ測定部１５Ｂの接続基板１５Ｄに切り換え、一台の装置で全く異なった試験を行うことができる。従って、従来のアセンブリ工程を省略することができると共に大量のデバイスを一度の試験することができ、試験コストの削減を実現することができると共に試験効率を格段に高めることができる。

リーク電流試験に用いる試験パターンの一例を図１９の（ａ）〜（ｄ）に示す。この場合の試験パターンは、同図に示すように基本的には櫛型パターンと異なる配線間での平面パターン若しくは配線パターンである。同図の（ｂ）及び同図の（ｄ）において、斜線で示した部分はそれぞれ同図（ａ）及び（ｂ）に一点鎖線で示す方向からの配線の断面を示し、同図の（ｃ）、（ｄ）の□は上層配線との接続孔を示す。リーク電流試験ではウエハＷをある温度に保って電圧を印加し、配線間のリーク電流の変化を時間の経過と共にモニターする。リーク電流がある一定の値に達した時点の時間が、そのサンプルの不良に至る時間になる。エレクトロマイグレーション試験の時と同様に、不良に至る時間の分布をプロットする。リーク電流試験の場合にはワイル分布が良く一致する。この場合もエレクトロマイグレーション試験の場合と同様に、大量のデバイスを一度の測定することができ、試験パターンによってそれぞれの試験結果のグルーピングを行うことができるため、一度に電界依存性等の複数の測定データを取得することができる。また、コンタクタ１１を作製する時に、エレクトロマイグレーション試験用とリーク電流試験用のパッドは位置を同一コンタクタ１１内に配置しておくことで、エレクトロマイグレーション試験とリーク電流試験を同時に行うことができる。但し、エレクトロマイグレーション試験とリーク電流試験の加速温度が同一温度に制限される。エレクトロマイグレーション試験とリーク電流試験の加速温度が異なる場合には、信頼性評価試験装置１０を適宜使い分ける必要がある。

以上説明したように本実施形態によれば、耐熱性基板１１Ａ及び耐熱性基板１１Ａ上に形成された導体回路１１Ｂを有し且つ１６０℃以上の温度で信頼性評価試験を行う際の耐熱性基板１１Ｂの熱膨張率が１〜５０ｐｐｍ／℃であるコンタクタ１１と、ウエハホルダー３２と、このウエハホルダー３２に載置されたウエハＷとを備え、コンタクタ１１の接続パッド部１１ＤとウエハＷの電極パッドに一括接触させた状態で、ウエハホルダー３２、ウエハＷ及びコンタクタ１１を一体化したため、信頼性評価試験装置１０のウエハ収納部１２に簡単に載置することができ、ウエハ収納部１２において押圧機構１３によってコンタクタ１１とウエハＷを押圧して電気的に確実に接続し、加熱機構１４によってウエハＷを加熱して１６０℃以上、例えば３５０℃の高温になってもウエハＷとの熱膨張に殆ど差が無く、コンタクタ１１とウエハＷ間の電気的接続を確実に取ることができ、ウエハレベルで１００個以上、具体的には５１２個のデバイスをエレクトロマイグレーション試験やリーク電流試験等の信頼性評価試験を行うことができる。従って、従来のようにウエハＷをデバイス単位にダイシングする工程及びそのアセンブリ工程を削減し、試験コストを削減することができると共に短時間で効率良く複数種の信頼性評価試験を行うことができる。

また、耐熱性基板の平面方向の熱膨張率が１〜５０ｐｐｍ／℃、好ましくは２〜３０ｐｐｍ／℃であるため、１６０℃以上の高温下でもコンタクタ１１とウエハＷの熱膨張による位置ズレを防止して、コンタクタ１１のバンプ１１Ｃや接続バッド部１１ＤとウエハＷの電極パッド部の電気的接続を確実に確保することができる。また、耐熱性基板１１Ａが耐熱性樹脂、金属、半導体及びセラミックの中から選択される少なくとも一種から形成されているため、耐熱性基板１１の熱膨張率を１〜５０ｐｐｍ／℃の範囲に抑えることができる。また、耐熱性基板の耐熱性樹脂がポリイミド、ビスマレイミドトリアジンまたはガラスクロス若しくは炭素繊維を補強材として含む耐熱性樹脂の中から選択される少なくとも一種から形成され、耐熱性基板１１Ａの金属がアルミニウム、銅、ステンレス、インバー合金、インバーの中から選択される少なくとも一種から形成され、また、耐熱性基板のセラミックが窒化アルミニウムまたは炭化珪素から形成されていると、更にコンタクタ１１の熱膨張を抑制することができる。

また、コンタクタ１１のバンプ１１Ｃや接続パッド部１１Ｅ等の信頼性評価試験を行う際に導通する部分を除いた表面に絶縁性被膜１１Ｆを設けたため、コンタクタ１１とウエハＷ間の余分な電気的な接触を防止することができ、コンタクタ１１とウエハＷ間で安定した電気的導通を確保して信頼性評価試験を確実に行うことができる。

また、耐熱性基板１１Ａとして例えばシリコンを用いる場合にはその表面に絶縁層１１Ｇとしてシリコン酸化膜が形成されていることにより、耐熱性基板１１Ａと導体回路１１Ｂとの絶縁性を確保することができ、安定した信頼性評価試験を行うことができる。

また、コンタクタ１１の接続パッド部１１ＥとウエハＷの電極パッド部との間に異方性導電性シート３１が介在しているため、コンタクタ１１が僅かに波打った状態に変形していても押圧機構１３と異方性導電性シート３１によってコンタクタ１１の全バンプとウエハＷの全電極パッドが確実に均等な押圧力で電気的に一括接触させることができる。また、ウエハホルダー３２が磁性材料を含んでいるため、ウエハ搬送具６０でシェルを搬送する際にホルダー３２を介してシェルが強固に一体化し、シェルとしてウエハ収納部１２まで安定した状態で搬送することができ、延いては信頼性評価試験をより確実に行うことができる。

本発明のシェルを構成するコンタクタを製造する場合の方法及びその性能について図２０〜図２２を参照しながら具体的に説明する。

実施例１
本実施例では図３に示すコンタクタ１１を製造する場合について説明する。まず、例えば平均粒径０．６μｍの窒化アルミニウム粉末１００重量部、平均粒径０．４μｍのイットリア粉末４重量部、アクリル系樹脂バインダ１２重量部及びアルコール２０重量部からなる組成物のスプレードライを行って顆粒状の組成物粉末を調製した。次いで、この顆粒状の組成物粉末を金型に投入し、平板状に成形して成形体（グリーン）を得た。この成形体を１８９０℃、圧力１５ＭＰａで１０時間ホットプレスし、厚さ５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を得た。この焼結体から直径３１０ｍｍの円板状に切り出して図２０の（ａ）に示す耐熱性基板１１Ａを得た。この耐熱性基板１１Ａの平面方向の熱膨張率は４．５ｐｐｍ／℃であった。

次いで、スパッタリング装置を用いて耐熱性基板１１Ａの表面に銅をスパッタリングし、図２０の（ｂ）に示すように厚さ５μｍの銅薄膜１１Ｂ_１を形成した。更に、ラミネート用フィルム１０１で銅薄膜１１Ｂ_１をラミネートした後、ラミネート用フィルム１０１を露光、現像処理し、銅薄膜１１Ｂ_１が部分的に露呈する開口部１０１Ａを有するエッチング用レジスト膜１０１として形成した（同図の（ｃ）参照）。その後、５５℃のＨＦ／ＨＮＯ_３水溶液（ＨＦ／ＨＮＯ_３／水＝１／１／２）を用いてエッチングレジスト膜１０１が形成された部分以外の銅薄膜１１Ｂ１を除去した後（同図の（ｄ）参照）、エッチング用レジスト膜１０１を除去して金属銅からなる導体回路１１Ｂを形成した（同図の（ｅ）参照）。

次いで、スピンコート法を用いて耐熱性基板１１Ａの主面（導体回路１１Ｂの形成された方の面）にバンプ形成用の液体レジストを塗布した後、温度１６０℃で２０分間乾燥させてレジスト塗膜を形成した。次いで、レジスト塗膜を露光、現像処理し、図２１の（ａ）に示すようにバンプ形成用の開口部１０２Ａを有するメッキ用レジスト膜１０２を形成した。次いで、無電解ニッケルメッキ浴内で開口部１０２Ａから導体回路１１Ｂに対してニッケルメッキ１１Ｃ_１を施した後（同図（ｂ）参照）、同図の（ｃ）に示すようにメッキ用レジスト膜１０２を除去してウエハＷと接続するためのバンプ１１Ｃを形成した。更に、導体回路１１Ａ及びバンプ１１Ｃに対してニッケルメッキ膜１０３を施した（同図（ｄ）参照）。

また、図２２の（ａ）に示すようにスピンコート法を用いて予め粘度を３０Ｐａ・ｓに調整した感光性カルド型ポリマーの溶液をニッケルメッキ膜１０３及び耐熱性基板１１Ａの表面全面に塗布した後、温度１６０℃で２０分間乾燥させ、フォトレジスト膜１０４を形成した。次いで、同図の（ｂ）、（ｃ）に示すようにバンプ開口部に相当する部分に黒円が描画されたフォトエッチング用マスクをフォトレジスト膜１０４上に載置した後、紫外線を４００ｍＪ／ｃｍ^２の条件で照射してフォトレジスト膜１０４を露光、現像処理し、ウエハＷと接続するための接続用開口１０４Ａを形成した。更に、同図に（ｄ）に示すように開口部１０４Ａからバンプ１１Ｃ及び導体回路１１Ｂに貴金属（例えば、金）メッキ１０５を施した。これらの一連の処理により耐熱性基板１１Ａ上に導体回路１１Ｂ及びバンプ１１Ｃが形成されたことになる。また、図示してないが、上記一連の処理と同様にして、信頼性評価試験装置１０のポゴピン２４Ａと接続するための接続用パッド部１１Ｅを露出するための開口部を形成した（図３の（ａ）、（ｂ）参照）。バンプは方形形状であり、ピッチ方向の最大の長さが７５μｍであった。

実施例２
本実施例では図４に示すコンタクタ１１を製造する方法について説明する。例えば平均粒径１．１μｍの炭化珪素粉末１００重量部、焼結助剤の炭化硼素粉末０．５重量部、アクリル系樹脂バインダ１２重量部及びアルコール２０重量部からなる組成物のスプレードライを行って顆粒状の組成物粉末を調製した。次いで、この顆粒状の組成物粉末を金型に投入し、平板状に成形して成形体（グリーン）を得た。この成形体を２１００℃、圧力１７．６ＭＰａで１０時間ホットプレスし、厚さ３ｍｍの炭化珪素製のセラミック基板を得た。このセラミック基板に１５００℃で溶融した珪素溶液に浸漬し、セラミック基板に珪素溶液を含浸させた。次いで、このセラミック基板を表面から直径２１０ｍｍの円板状に切り出して複合体基板を得た。この複合体基板の平面方向の熱膨張率は３．６ｐｐｍ／℃であった。この複合体基板にガラスペースト（Ｇ−５２３Ｎ：昭栄化学工業（株）製）を塗布した後、６００℃で１時間焼成して炭化珪素を主成分とする複合体基板の表面に厚さ２μｍのシリコン酸化膜１１Ｇを形成して耐熱性基板１１Ａを得た（図４参照）。そして、この耐熱性基板１１Ａの主面に導体回路１１Ｂ等を上述した工程に準じて形成する。

即ち、スパッタリング装置を用いて耐熱性基板１１Ａの表面に銅をスパッタリングし、厚さ５μｍの銅薄膜を形成した。更に、ラミネート用フィルムで銅薄膜をラミネートした後、ラミネート用フィルムを露光、現像処理し、銅薄膜が部分的に露呈するエッチング用レジスト膜として形成した。その後、５５℃のＨＦ／ＨＮＯ_３水溶液（ＨＦ／ＨＮＯ_３／水＝１／１／２）を用いてエッチングレジスト膜が形成された部分以外の銅薄膜を除去した後、エッチング用レジスト膜を除去して金属銅からなる導体回路１１Ｂを形成した。

次いで、スピンコート法を用いて予め粘度を３０Ｐａ・ｓに調整した感光性カルド型ポリマーの溶液を耐熱性基板１１Ａの主面全面に塗布した後、温度１５０℃で２０分間乾燥させて感光性カルド型ポリマーの半硬化膜からなる樹脂層を形成した。次いで、ウエハＷのパッド部及び信頼性評価試験装置１０のポゴピン２４Ａとの接続用パッド部１１Ｅに相当する開口部部分に黒円が描画されたフォトエッチング用マスクを上記樹脂層上に載置した後、紫外線を４００ｍＪ／ｃｍ^２の条件で照射して上記樹脂層を露光、現像処理し、ウエハＷと接続するための接続用開口部及び信頼性評価試験装置１０のポゴピン２４Ａと接続するための接続用パッド部１１Ｅを露出するための開口部を形成した。その後、２５０℃で１２０分間で樹脂層を本硬化させ、絶縁性被膜１１Ｆを形成した。更に、金メッキ浴を用いて厚さ０．０３μｍの金層をパッド部に形成して図４に示すコンタクタ１１を得た。

実施例３
本実施例では基板の材料としてガラスクロス入りのポリイミド基板（平面方向の熱膨張率が３０ｐｐｍ／℃）を使用した。この基板は、ガラスクロスにポリイミド樹脂を含浸させ、８０℃で１時間乾燥させてＢステージとしたプリプレグを１０枚積層して７．８ＭＰａ、１２０℃で１時間加熱、加圧して製造したものである。即ち、スパッタリング装置を用いてポリイミド基板の表面に銅をスパッタリングし、厚さ５μｍの銅薄膜を形成した。更に、レジスト用フィルム（東京応化（株）製ＤＦ）で銅薄膜をラミネートした後、露光、現像処理し、銅薄膜が部分的に露呈するエッチング用レジスト膜として形成した。その後、５５℃のＨＦ／ＨＮＯ_３水溶液（ＨＦ／ＨＮＯ_３／水＝１／１／２）を用いてエッチングレジスト膜が形成された部分以外の銅薄膜を除去した後、エッチング用レジスト膜を除去して金属銅からなる導体回路を形成した。

次いで、スピンコート法を用いて予め粘度を３０Ｐａ・ｓに調整した感光性カルド型ポリマーの溶液をポリイミド基板の主面全面に塗布した後、温度１５０℃で２０分間乾燥させて感光性カルド型ポリマーの半硬化膜からなる樹脂層を形成した。次いで、ウエハＷのパッド部及び信頼性評価試験装置１０のポゴピン２４Ａとの接続用パッド部１１Ｅに相当する開口部部分に黒円が描画されたフォトエッチング用マスクを上記樹脂層上に載置した後、紫外線を４００ｍＪ／ｃｍ^２の条件で照射して上記樹脂層を露光、現像処理し、ウエハＷと接続するための接続用開口部及び信頼性評価試験装置１０のポゴピン２４Ａと接続するための接続用パッド部１１Ｅを露出するための開口部を形成した。その後、２５０℃で１２０分間で樹脂層を本硬化させ、絶縁性被膜１１Ｆを形成した。更に、金メッキ浴を用いて厚さ金層をウエハＷとの接続パッド部及び信頼性評価試験装置１０との接続用パッド部の表面に形成し、ワイヤーボンディング装置を用いて尖塔状の金バンプを形成してコンタクタを得た。

比較例１
本比較例では基板の材料として炭素繊維を使用した。例えば、炭素繊維（東レ製Ｔ−３００相当品：繊維径１５μｍ）とフェノール樹脂と混合し、窒素ガス中、１０００℃の温度下、１９．６Ｐａの圧力でホットプレスし、平面方向の熱膨張率が０．９ｐｐｍ／℃の炭素基板を耐熱性基板として得た。この炭素基板にガラスペースト（昭栄化学工業（株）製Ｇ−５２３Ｎ）を塗布し、６００℃で１時間焼成して表面に厚さ２μｍのシリコン酸化膜を形成した。

スパッタリング装置を用いて耐熱性基板の表面に銅をスパッタリングし、厚さ５μｍの銅薄膜を形成した。更に、レジスト用フィルム（東京応化（株）製ＤＦ）で銅薄膜をラミネートした後、露光、現像処理し、銅薄膜が部分的に露呈するエッチング用レジスト膜として形成した。その後、５５℃のＨＦ／ＨＮＯ_３水溶液（ＨＦ／ＨＮＯ_３／水＝１／１／２）を用いてエッチングレジスト膜が形成された部分以外の銅薄膜を除去した後、エッチング用レジスト膜を除去して金属銅からなる導体回路を形成した。

次いで、スピンコート法を用いて予め粘度を３０Ｐａ・ｓに調整した感光性カルド型ポリマーの溶液を耐熱性基板の主面全面に塗布した後、温度１５０℃で２０分間乾燥させて感光性カルド型ポリマーの半硬化膜からなる樹脂層を形成した。次いで、ウエハＷのパッド部及び信頼性評価試験装置１０のポゴピン２４Ａとの接続用パッド部１１Ｅに相当する開口部部分に黒円が描画されたフォトエッチング用マスクを上記樹脂層上に載置した後、紫外線を４００ｍＪ／ｃｍ^２の条件で照射して上記樹脂層を露光、現像処理し、ウエハＷと接続するための接続用開口部及び信頼性評価試験装置１０のポゴピン２４Ａと接続するための接続用パッド部を露出するための開口部を形成した。その後、２５０℃で１２０分間で樹脂層を本硬化させ、絶縁性被膜１１Ｆを形成した。更に、金メッキ浴を用いて厚さ０．０３μｍの金層をウエハＷとの接続パッド部及び信頼性評価試験装置１０との接続用パッド部の表面に形成してコンタクタを得た。

比較例２
本比較例ではフェノール樹脂板を使用した以外は比較例１と同様である。このフェノール樹脂板は未硬化のフェノール樹脂をフッ素樹脂製の鋳型に入れ、１２０℃で硬化させたものである。この基板の平面方向の熱膨張率は６０ｐｐｍ／℃であった。

上記各実施例及び各比較例で得られたコンタクタについてバンプアレイシートを用い、２５℃及び２５０℃におけるウエハＷとコンタクタとのコンタクト率を求め、下記表１に示す結果を得た。下記表１に示す結果によれば、本実施例１、２のコンタクタ１１はいずれも１００％のコンタクト率を示し、２５０℃の高温下での使用することができることが判った。これに対し、比較例１、２の場合には室温程度の温度下では１００％のコンタクト率を示すが、２５０℃の高温下での使用には耐え得ないこと判った。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、本発明の範囲内において各構成要素を適宜設計変更することができる。本発明のシェルは上記実施形態に何等制限されるものではない。例えば、シェルのコンタクタの平面方向の熱膨張率が１〜５０ｐｐｍ／℃を示す耐熱性基板を有するものであれば本発明に包含される。また、本発明のシェルは信頼性評価試験以外にも使用できることは云うまでもない。また、本実施形態ではコンタクタ１１とウエハＷ間に異方性導電性シート３１が介在していることが好ましいが、コンタクタ１１のバンプとウエハＷの電極パッドが弾力的に接触する構造になっていれば、異方性導電性シート３１は介在しなくても良い。

本発明のシェルは、半導体ウエハの信頼性評価試験に好適に利用することができる。

本発明のシェルの一実施形態を用いて信頼性評価試験を行うための信頼性評価試験装置の一例を示す図で、（ａ）はその要部を示す構成図、（ｂ）はコントローラを示す斜視図である。 図１に示す信頼性評価試験装置を用いてウエハの信頼性評価試験を行う状態の要部を示す断面図である。 本発明のシェルの一実施形態に用いられるコンタクタを示す図で、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその平面図である。 本発明のシェルの他の実施形態に用いられるコンタクタを示す断面図である。 ウエハとコンタクタを位置合わせしてシェルとして一体化するアライナーの一例を示す図で、（ａ）はその外観を示す斜視図、（ｂ）は固定機構を示す断面図である。 ウエハ搬送具を用いてシェルを吸着した状態を示す側面図である。 （ａ）は図２に示す押圧機構を介してシェルを構成するコンタクタとウエハが一括接触する状態の側面を示す模式図、（ｂ）はコンタクタが撓んだ状態を誇張して示す側面図である。 （ａ）は信頼性評価試験方法で使用されるシェルのウエハの銅配線における電極パッド部を拡大して示す断面図、（ｂ）は従来の加熱炉を用いて行う信頼性評価試験方法で使用されるウエハの銅配線における電極パッド部を拡大して示す断面図である。 エレクトロマイグレーション試験に用いられるウエハ上の試験パターンを示す平面図で、（ａ）は片終端タイプを示す図、（ｂ）は両終端タイプを示す図である。 エレクトロマイグレーション試験中の相対抵抗変化とテスト時間の関係を示すグラフである。 エレクトロマイグレーション試験による累積不良を示すグラフである。 パルス直流を用いたエレクトロマイグレーション試験において印加する電流の波形である。 交流を用いたエレクトロマイグレーション試験において印加する交流の波形である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ主拡散パスとＭＴＦの配線幅依存性の関係を示す図である。 （ａ）は臨界長測定結果を示すグラフ、（ｂ）はＭＴＦのReservoir長依存を示すグラフである。 ＴＴＦ、初期抵抗のウエハ分布と示す図である。 ＭＴＦ、σのＪｕｓｅに与える影響を示すグラフである。 （ａ）は電流のバラツキによるＪｕｓｅロスを示すグラフ、（ｂ）は温度分布によるＪｕｓｅロスを示すグラフである。 ＢＴ試験（ＴＤＤＢ試験）で使用する試験パターンの一例を示す図で、（ａ）は上層配線のパターンを示す平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）は下層配線のパターンを示す平面図、（ｄ）は（ｃ）の断面図である。 本実施形態のシェルを構成するコンタクタを製造する工程を示す図である。 図２０に示す工程に続くコンタクタ製造工程を示す図である。 図２１に示す工程に続くコンタクタ製造工程を示す図である。

符号の説明

１１ コンタクタ
１１Ａ 耐熱性基板
１１Ｂ 導体回路
１１Ｃ バンプ
１１Ｄ 接続パッド部
１１Ｆ 絶縁性被膜
１１Ｇ シリコン酸化膜（絶縁層）
３１ 異方性導電シート
３２ ウエハホルダー
Ｗ ウエハ

Claims (13)

1. 耐熱性基板及び耐熱性基板上に接続パッド部が形成された導体回路を有し且つ１６０℃以上の温度で信頼性評価試験を行う際に使用され、上記耐熱性基板の熱膨張率が１〜５０ｐｐｍ／℃であるコンタクタと、ウエハホルダーとを備え、上記信頼性試験を行う際に、上記ウエハホルダーに半導体ウエハを載置し、上記コンタクタの接続パッド部と上記半導体ウエハの電極パッドを一括接触させた状態で、上記ウエハホルダー、上記半導体ウエハ及び上記コンタクタが一体化してなることを特徴とするシェル。
2. 上記耐熱性基板の熱膨張率は、平面方向の熱膨張率であることを特徴とする請求項１に記載のシェル。
3. 上記耐熱性基板の熱膨張率は、２〜３０ｐｐｍ／℃であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシェル。
4. 上記導体回路は、バンプを有していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のシェル。
5. 上記耐熱性基板は、耐熱性樹脂、金属、半導体及びセラミックの中から選択される少なくとも一種から形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のシェル。
6. 上記耐熱性基板の耐熱性樹脂は、ポリイミド、ビスマレイミドトリアジンまたはガラスクロス若しくは炭素繊維を補強材として含む耐熱性樹脂の中から選択される少なくとも一種から形成されていることを特徴とする請求項５に記載のシェル。
7. 上記耐熱性基板の金属は、アルミニウム、銅、ステンレス、インバー合金、インバーの中から選択される少なくとも一種から形成されていることを特徴とする請求項５に記載のシェル。
8. 上記耐熱性基板のセラミックは、窒化アルミニウムまたは炭化珪素から形成されていることを特徴とする請求項５に記載のシェル。
9. 上記コンタクタの信頼性評価試験を行う際に導通する部分を除いた表面に絶縁性皮膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のシェル。
10. 上記耐熱性基板上に絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のシェル。
11. 上記耐熱性基板上に絶縁層が形成され、上記絶縁層がシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１０に記載のシェル。
12. 上記コンタクタの接続パッド部と上記半導体ウエハの電極パッド部との間に異方性導電性フィルムが介在していることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のシェル。
13. 上記ウエハホルダーは、磁性材料を含んでいることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載のシェル。
    

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