JP3999174B2 - ウェハーバーンイン装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハー上に形成された複数の半導体集積回路をウェハー状態で検査、スクリーニングするためのウェハーバーンイン装置に関するものであり、特に、その温度制御に係るものである。

通常、半導体集積回路は、拡散プロセス等の工程を経て半導体ウェハー上に形成される。この半導体ウェハーは、その後、分断されて半導体チップとなり、この半導体チップは、ボンディングワイヤーによってリードフレームと電気的に接続され、樹脂やセラミック等でモールディングされて製品化される。そして、従来、この製品化された状態で半導体チップに温度、電気の負荷をかけ、不良品を予め除去することにより実装後のトラブルを未然に防止するバーンイン検査が行われてきた。

これに対し、近年、半導体ウェハーレベルでのバーンイン検査が実施され始めている。すなわち、近年のバーンイン検査では、半導体ウェハー上に形成された半導体集積回路の初期不良除去を目的として、ウェハー状態で半導体集積回路に温度ストレス、電圧ストレスを付加してスクリーニングを行っている。ウェハーバーイン装置は、このバーンイン検査を行うための装置であり、プロセス上の欠陥を組み立て前に見つけ出し、後工程での検査時間を短縮することにより、生産性を向上するのに寄与している。

この種のバーンイン検査及びウェハーバーンイン装置は、例えば下記特許文献１〜３に開示されている。特許文献１には、複数のウェハーカセットを収容可能に構成するとともに、検査が終了したカセット又はトラブルが発生したカセットを、該カセット毎に取り出せるようにすることで、検査効率を向上させることが示されている。また、特許文献２には、半導体ウェハーを収容する収容容器と、各チップのパッドに対応した複数の端子を有する配線基板とを備えるとともに、該配線基板に設けられる配線端子を前記収容容器の外側に配置することにより、ウェハートレイをコンパクト化することが示されている。さらに、特許文献３には、面発光型のレーザーダイオードが形成された半導体ウェハーに通電試験するとウェハー内に温度分布が生じることに鑑み、温度依存性を有する素子の特性を予め評価した上で、ウェハーの温度制御をすることが示されている。
特開平１１−１８６３４９号公報 特開平８−３４００３０号公報 特開２００２−２８０４３０号公報

ところで、従来のウェハーバーンイン装置において、半導体ウェハーの温度制御は、半導体ウェハーに密着した金属プレート（ウェハートレイ）に接した温度センサー（熱電対）によってモニターされた結果に基づいて行われている。そして、ウェハートレイの上側に設けられた上部ヒーターでウェハートレイを加熱する一方、上方又は側方に配置された冷却ファンによってウェハートレイを空冷し、半導体ウェハーが設定温度になるように加熱冷却制御を行っている。

バーンイン検査において半導体ウェハーに電気的負荷をかけると、各半導体チップに電流が流れ、自己発熱により半導体ウェハーの温度が上昇する。ところが、半導体ウェハー内に電流が流れない不良チップがあると、この半導体チップは自己発熱をしない。このため、ウェハー状態でバーンインする際には、半導体ウェハーに温度ばらつきが生ずる。この結果、設定温度に制御されない状態でバーンイン検査が行われることとなり、バーンイン検査の精度が低下するという問題が生じていた。そして、上述した従来のウェハーバーイン装置では、いずれも半導体ウェハー上の不良チップによる温度ばらつきを考慮するものではない。特に、近年半導体ウェハーは大口径化する傾向にあり、温度ばらつきを平準化するのが非常に困難となっている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体ウェハー上に形成された各半導体集積回路の温度を均一化することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、拡散プロセス工程における検査で得られた良品分布情報を利用するようにしたものである。

具体的に本発明は、半導体ウェハー上に形成された複数の半導体集積回路をバーンイン検査するためのウェハーバーンイン装置を前提として、前記半導体ウェハーを保持するウェハートレイと、前記半導体集積回路の電極に対向して配置されたプローブ端子を有し、前記ウェハートレイとの間に半導体ウェハーを挟み込むプローブカードとが一体的に設けられたウェハーカセットを収納するためのウェハーカセット収納部と、拡散プロセス工程で得られた前記半導体ウェハー上の各半導体集積回路についての良品分布情報を記憶する記憶手段と、前記ウェハーカセット収納部に収納されたウェハーカセットの上方及び下方に設けられ、半導体ウェハーを加熱するための複数のヒーターと、前記ウェハーカセット収納部に収納されたウェハーカセットの上方及び下方に設けられ、半導体ウェハーを冷却するための複数の冷却用ファンと、前記ウェハーカセット収納部に収納されたウェハーカセットの側方に設けられた排気ファンと、前記記憶手段に記憶された良品分布情報に基づいて、各ヒーター及び各冷却用ファンを独立して制御する温度制御手段とを備えている。

本発明のウェハーバーイン装置では、拡散プロセス工程で得られた半導体ウェハー上の各半導体集積回路についての良品分布情報が、マップデータとなって記憶手段に蓄積される。そして、温度制御手段が、この記憶手段に記憶された良品分布情報に基づいて、電気を印加したときの発熱分布を解析し、実際にバーンイン測定及び温度制御を行う前に各ヒーター及び各冷却用ファンを独立して制御する。したがって、半導体ウェハー発熱時の温度を各半導体集積回路毎に精度よく設定温度に制御することができる。

また、本発明のウェハーバーンイン装置において、前記記憶手段は、前記良品分布情報を通信ネットワークから受信する通信制御部を有している。

この構成では、記憶手段が、通信制御部によって検査対象となる半導体ウェハーの良品分布情報を送受信するので、拡散プロセス工程で得られた情報を効率よく記憶手段に取り込むことができ、ウェハーバーンイン検査の検査効率を向上することができる。

また、本発明のウェハーバーンイン装置において、ウェハーカセット上方のヒーターによる加熱時に、各半導体集積回路が設定温度に達するまでの時間を調整するようにウェハーカセット下方のヒーターを制御する温度追従制御手段を備えている。

この構成では、温度制御手段の温度追従制御手段が、ウェハーカセット下方のヒーターを制御することにより、各半導体集積回路が設定温度に達するまでの昇温時間、降温時間を調整する。したがって、各半導体集積回路の温度上昇時、下降時において半導体ウェハー及び周辺のウェハーカセットに負荷される温度ストレスを低減することができる。

本発明に係るウェハーバーンイン装置によれば、拡散プロセス工程で得られた半導体ウェハー上の各半導体集積回路についての良品分布情報に基づいて、各ヒーター及び各冷却用ファンを独立して制御するようにしたので、ウェハーバーンイン検査において各半導体集積回路の温度を均熱化することができるとともに、半導体ウェハーでの温度測定位置によるばらつきを低減することができる。この結果、ウェハーバーンイン検査における検査精度を向上することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、通信制御部によって検査対象となる半導体ウェハーの良品分布情報を受信するようにしたので、拡散プロセス工程で得られた情報を効率よく記憶手段に取り込むことができ、ウェハーバーンイン検査の検査効率を向上することができる。

また、請求項３に係る発明によれば、ウェハーカセット下方のヒーターを制御することにより、各半導体集積回路が設定温度に達するまでの昇温時間、降温時間を調整するようにしたので、半導体ウェハー及び周辺のウェハーカセットに負荷される温度ストレスを低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るウェハーバーンイン装置１の概略全体構成を示している。このウェハーバーンイン装置１は、複数のウェハーバーンインユニット２を有するユニット本体１ａと、記憶手段としてのウェハーバーンインデータサーバー３と、コントローラ２０とを備えている。ウェハーバーンインユニット２は、ユニット本体１ａの正面に複数、例えば５個設けられており、これらは縦に配列されている。各ウェハーバーンインユニット２には、ウェハーカセット４をカセット単位で収納するためのウェハーカセット収納部２ａがそれぞれ設けられている。

ウェハーカセット４は、図２に示すように、半導体ウェハー９を保持するためのウェハートレイ１０と、複数のプローブ端子（図示省略）を有するプローブカード１１とが一体的に設けられてなる。このウェハートレイ１０とプローブカード１１との間には、半導体ウェハー９が挟み込まれている。半導体ウェハー９上には、複数の半導体集積回路（図示省略）が形成されており、上記プローブカード１１の各プローブ端子は、この各半導体集積回路の電極に対向して配置されている。つまり、各プローブ端子は、各半導体集積回路と電気的に接続可能に構成されている。

前記ウェハーバーンインデータサーバー３は、ウェハーバーンイン検査の測定条件、検査結果等の様々なログ情報が蓄積されるように構成されている。また、ウェハーバーンインデータサーバー３は、通信ネットワーク２５に接続されている。そして、ウェハーバーンインデータサーバー３は、この通信ネットワーク２５を介してウェハーデータサーバー３０に接続されている。このウェハーデータサーバー３０は、拡散プロセス工程におけるウェハー検査データ１４（図３参照）が各半導体ウェハー９毎に蓄積されるように構成されている。このウェハー検査データ１４には、検査対象となる半導体ウェハー９について、その半導体ウェハー９上に形成された各半導体集積回路が良品又は不良品の何れであるかを示す良品分布情報としてのウェハーマップデータ１５が、各半導体ウェハー９の固有情報として含まれている。また、ウェハー検査データ１４には、各半導体ウェハー９を識別するためのボードデータ１６が含まれている。

ウェハーバーインデータサーバー３は、通信制御部３ａを有している。この通信制御部３ａは、ウェハーデータサーバー３０に蓄積されたウェハーマップデータ１５を通信ネットワーク２５を介して受信するように構成されている。この各半導体ウェハー９毎のウェハーマップデータ１５は、ウェハーバーンイン検査を行う前に事前にウェハーバーンインデータサーバー３に取得されるようになっている。

前記各ウェハーバーンインユニット２のウェハーカセット収納部２ａには、図２に示すように、複数の上部冷却ファン５と、下部冷却ファン６と、排気ファン７と、上部ヒーター８と、下部ヒーター１２とが設けられている。ウェハーカセット４は、ウェハーカセット収納部２ａにおいてウェハートレイ１０が上側に、またプローブカード１１が下側にそれぞれ位置するように配置されている。ウェハートレイ１０の上側には、前記上部ヒーター８が配置され、この上部ヒーター８よりも上方に、前記上部冷却ファン５が配置されている。一方、前記下部ヒータ１２は、プローブカード１１の下側に配置されており、この下部ヒータ１２は、保持基板１３とプローブカード１１との間に挟み込まれている。下部ヒータ１２は、補助ヒータとして構成されている。保持基板１３の下側には前記下部冷却ファン６が配置されている。排気ファン７は、図２におけるウェハーカセット４の左右それぞれに該ウェハーカセット４の側方に位置するように配置されている。

前記コントローラ２０は、例えば熱電対からなる温度センサーによりウェハートレイ１０の温度を監視するように構成されている。また、コントローラ２０は、温度制御手段としての温度制御部２１と、温度追従制御手段としての温度追従制御部２２とを備えている。温度制御部２１は、サーバー３に記憶されたウェハーマップデータ１５に基づいて、各ヒーター８，１２及び各冷却ファン５，６を独立して制御するように構成されている。具体的に、ウェハーマップデータ１５には、当該半導体ウェハー９について、各半導体集積回路毎に良品又は不良品を示す情報が含まれており、温度制御部２１は、このウェハーマップデータ１５に含まれる良品又は不良品を示す情報に基づいて、実際にバーンイン測定を行ったときの半導体ウェハー９の発熱分布を解析する。そして、温度制御部２１は、この解析結果に基づいて、導通しない不良の半導体集積回路が多く分布している箇所には集中して加熱を行う一方、導通する良品の半導体集積回路が多く分布している箇所には、冷却ファン５，６により冷却を行う等、半導体ウェハー９の温度分布が均熱化するように各ヒーター８，１２及び各冷却ファン５，６を独立して制御する。なお、各ヒーター８，１２の駆動制御は、コントローラ２０の内の加熱用コントローラが、また各冷却ファン５，６の駆動制御は、コントローラ２０の内の冷却用コントローラがそれぞれ実行する。

一方、温度追従制御部２２は、上部ヒーター８による加熱時に、各半導体集積回路の温度が設定温度に達するまでに要する時間が目標時間になるように下部ヒーター１２を制御するように構成されている。

本実施形態に係るウェハーバーンイン装置１の運転動作について説明する。図３に示すように、拡散プロセス工程が終了すると、この工程で得られた各半導体ウェハー９毎のウェハー検査データ１４が、ウェハーデータサーバー３０から通信ネットワーク２５を介してウェハーバーンインデータサーバー３に入力される。ウェハーバーンインデータサーバー３には、各半導体ウェハー９毎にウェハー検査データ１４が蓄積される。このウェハー検査データ１４には、各半導体ウェハー９を識別するためのボードデータ１６と、半導体ウェハー９のウェハーマップデータ１５とが含まれている。すなわち、ウェハーバーンインデータサーバー３には、ウェハーバーンイン検査される前に当該半導体ウェハー９のウェハー検査データ１４が蓄積されている。

そして、ウェハーバーンイン検査される半導体ウェハー９がウェハーバーンインユニット２にセットされると、コントローラ２０において、この半導体ウェハー９のボードデータ１６が読み出され、該当する半導体ウェハー９についてのウェハーマップデータ１５がウェハーバーンデータサーバー３から取得される。そして、コントローラ２０の温度制御部２１は、取り込まれたウェハーマップデータ１５から半導体ウェハー９の発熱分布を解析し、この解析結果に基づいて上部冷却ファン５、下部冷却ファン６、上部ヒーター８及び下部ヒーター１２をそれぞれ独立して駆動制御する。例えば、導通しない不良の半導体集積回路が多く分布している場所には集中して加熱を行う一方、導通する良品の半導体集積回路が多く分布している場所には、冷却ファン５，６により冷却を行う等により、半導体ウェハー９の均熱化を行う。

また、コントローラ２０の温度追従制御部２２は、上部ヒーター８による加熱時に、下部ヒーター１２の駆動制御を行うことにより、昇温時間又は降温時間の調整を行う。これにより、すなわち、ウェハーマップデータ１５において、例えば不良の半導体集積回路が多く存在しており、上部ヒーター８によるウェハーカセット４の加熱では、目標時間通りに設定温度まで昇温しないと判断されるようなときには、温度追従制御部２２は、下部ヒーター１２による加熱量を上げる。

したがって、本実施形態に係るウェハーバーンイン装置１によれば、拡散プロセス工程で得られた半導体ウェハー９上の各半導体集積回路についてのウェハーマップデータ１５に基づいて、各ヒーター８，１２及び各冷却ファン５，６を独立して制御するようにしたので、ウェハーバーンイン検査において各半導体集積回路の温度を均熱化することができるとともに、半導体ウェハー９での温度測定位置によるばらつきを低減することができる。この結果、ウェハーバーンイン検査での検査精度を向上することができる
また、通信制御部３ａによって検査対象となる半導体ウェハー９のウェハーマップデータ１５を受信するようにしたので、拡散プロセス工程で得られた情報を効率よく取り込むことができ、ウェハーバーンイン検査の検査効率を向上することができる。

また、温度追従制御部２２が、上部ヒーター８による加熱時に、ウェハーカセット４下方の下部ヒーター１２を制御することにより、各半導体集積回路が設定温度に達するまでの昇温時間、降温時間を調整するようにしたので、半導体ウェハー９及び周辺のウェハーカセット４に負荷される温度ストレスを低減することができる。

なお、本実施形態では、複数のウェハーバーンインユニット２を設ける構成としたが、これに限られるものではなく、例えば１つのウェハーバーンインユニット２を備える構成としてもよい。

また、本実施形態では、ウェハーバーンインデータサーバー３は、通信ネットワーク２５を介してウェハー検査データ１４を取得する構成としたが、これに限られるものではなく、例えばＣＤ−ＲＯＭ等のデータ記録媒体を介してウェハー検査データ１４を取得する構成としてもよい。

以上説明したように、本発明は、複数の半導体集積回路が形成された半導体ウェハーのバーンイン検査を行うのに有用である。

本発明の実施形態に係るウェハーバーンイン装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るウェハーバーンイン装置におけるウェハーバーンインユニットの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るウェハーバーンイン装置における温度制御データの流れを示す特性図である。

符号の説明

１ ウェハーバーンイン装置
２ ウェハーバーンインユニット
２ａ ウェハーカセット収納部
３ ウェハーバーンインサーバー（記憶手段）
３ａ 通信制御部
４ ウェハーカセット
５ 上部冷却ファン（冷却用ファン）
６ 下部冷却ファン（冷却用ファン）
７ 排気ファン
８ 上部ヒーター（ヒーター）
９ 半導体ウェハー
１０ ウェハートレイ
１１ プローブカード
１２ 下部ヒーター（ヒーター）
１３ 保持基板
１４ ウェハー検査データ
１５ ウェハーマップデータ（良品分布情報）
１６ ボードデータ
２０ コントローラ
２１ 温度制御部（温度制御手段）
２２ 温度追従制御部（温度追従制御手段）
２５ 通信ネットワーク
３０ ウェハーデータサーバー

Claims (3)

1. 半導体ウェハー上に形成された複数の半導体集積回路をバーンイン検査するためのウェハーバーンイン装置であって、
   前記半導体ウェハーを保持するウェハートレイと、前記半導体集積回路の電極に対向して配置されたプローブ端子を有し、前記ウェハートレイとの間に半導体ウェハーを挟み込むプローブカードとが一体的に設けられたウェハーカセットを収納するためのウェハーカセット収納部と、
   拡散プロセス工程で得られた前記半導体ウェハー上の各半導体集積回路についての良品分布情報を記憶する記憶手段と、
   前記ウェハーカセット収納部に収納されたウェハーカセットの上方及び下方に設けられ、半導体ウェハーを加熱するための複数のヒーターと、
   前記ウェハーカセット収納部に収納されたウェハーカセットの上方及び下方に設けられ、半導体ウェハーを冷却するための複数の冷却用ファンと、
   前記ウェハーカセット収納部に収納されたウェハーカセットの側方に設けられた排気ファンと、
   前記記憶手段に記憶された良品分布情報に基づいて、各ヒーター及び各冷却用ファンを独立して制御する温度制御手段とを備えているウェハーバーンイン装置。
2. 前記記憶手段は、前記良品分布情報を通信ネットワークから受信する通信制御部を有している請求項１に記載のウェハーバーンイン装置。
3. ウェハーカセット上方のヒーターによる加熱時に、各半導体集積回路が設定温度に達するまでの時間を調整するようにウェハーカセット下方のヒーターを制御する温度追従制御手段を備えている請求項１又は２に記載のウェハーバーンイン装置。
   

Images