JP5051224B2 - 半導体装置の試験装置及び試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の試験装置及び試験方法に関し、特に、初期不良を取り除くための半導体装置のスクリーニングを行う試験装置に用いて好適なものである。

半導体集積回路デバイス等の半導体装置は、初期不良を取り除くためにスクリーニングが行われる。現在のスクリーニング方法として代表的なものは、電圧加速による方法及び温度加速による方法がある。一般に、半導体装置は、常温（２５℃〜３０℃）で使用していると、使用開始からおよそ１０００時間までの間に初期不良が発生し、３０万時間ぐらいで本当の寿命がくる。

したがって、常温で半導体装置のスクリーニングを行うと、スクリーニングのためにほぼ１０００時間といった長い時間を要してしまうことになる。そこで一般に行われているスクリーニングは、通常は１２５℃で行われており、１０００時間でなく約１時間から約９６時間の実施としている。

発熱量が大きい半導体装置を使用するパーソナルコンピュータやサーバは、半導体装置の温度上昇を抑制し冷却するのに大型のフィンを基板に設け、ファン冷却、液冷却、ガス冷却、ペルチェ冷却などをしている。発熱量が大きい半導体装置のスクリーニングを行う際には、半導体装置の製造バラツキ等により同一電圧及び温度であっても、半導体装置の個々における発熱量に差が発生する。その発熱量の差により、半導体装置の温度が規定の温度制御範囲から外れてしまうことがあった。

スクリーニングを行うための従来の試験装置には、ヒーターを有するサーマルヘッドが半導体装置毎に設けられている。半導体装置のスクリーニングを行う際には、サーマルヘッドに温度可変が可能な溶液（水又はフロリナート等）を必ず循環させるとともに、すべての半導体装置に対して対応するサーマルヘッドを密着させて、溶液及びヒーターの熱により半導体装置の温度制御を行っていた。

具体的には、試験装置に搭載された複数の半導体装置の中で一番発熱量が大きいものを特定し、その半導体装置を規定温度に到達させる際のヒーターパワーが最小になるようにサーマルヘッドに循環される溶液の温度を設定する。すなわち、一番発熱量が大きいものを基準として溶液の温度が設定される。その他の半導体装置については、ヒーターパワーを個々に調整することで規定温度に到達するように制御される。

しかしながら、試験装置に搭載された複数の半導体装置で発熱量のバラツキが非常に大きい場合、スクリーニングを行う際に半導体装置の温度が規定温度の範囲から逸脱してしまうことがあった。例えば、ヒーターパワーをほぼ０％にし、かつ循環される溶液の温度を常温近くにしないと、規定温度内に制御できない発熱量が大きい半導体装置があった場合、逆に発熱量が小さい半導体装置は、ヒーターパワーをほぼ１００％にしたにもかかわらず、低い溶液温度のために半導体装置の発熱が奪われ、図１７に示すように規定温度に到達しないことがある。

図１７は、スクリーニングを行う際の半導体装置の温度制御例を説明するための図である。図１７において、縦軸は温度であり、横軸は時間である。また、ＴＲはスクリーニングを行う際の規定温度（typical値）であり、ＴＲＵ及びＴＲＬは、それぞれ規定温度の上限値及び下限値である。一例として、試験装置に搭載された半導体装置のうち、発熱量が大きい半導体装置の温度をＤＶ１１で示し、発熱量が小さい半導体装置の温度をＤＶ１２で示している。

図１７に示すように、発熱量が大きい半導体装置の温度（ＤＶ１１）が規定温度の範囲内に収まるように循環される溶液の温度を低くすると、発熱量が小さい半導体装置の温度（ＤＶ１２）は、ヒーターパワーを最大にしても熱量が十分でなく規定温度の下限値ＴＲＬに到達できないことがあった。

このような規定温度から外れた（予め定めた設定時間内に規定温度に到達しなかった）半導体装置は、初期不良を発現させるための規定のストレスをかけることができなかったものであるため、半導体装置に供給する電源を遮断し、再度スクリーニングを実施するか、不良品扱いとしていた。

また、半導体装置の試験を行うための温度制御技術について種々提案されている（特許文献１〜５等参照。）。

特許文献１には、被試験電子部品を加熱するための加熱ブロックと被試験電子部品を冷却するための冷却ブロックとを熱的にフローティング状態とし、多数の電子部品の温度を独立に制御可能にして、自己発熱量が異なる多数の電子部品に対して同時にバーンイン試験を行うバーンイン装置が提案されている。

特許文献２には、ＩＣデバイスが納置されるコンタクトブロックの温度を制御することで、ＩＣデバイスを一定温度に保てるようにする半導体試験システムが提案されている。具体的には、ＩＣデバイスが納置されるコンタクトブロックの中に空洞部を設け、空洞部中に設けた高温制御用ノズル又は低温制御用ノズルから高温制御用液体又は低温用制御用液体をＩＣデバイスの基体温度に応じて選択的にコンタクトブロックに向けて噴射するようにした温度制御技術が提案されている。

特許文献３には、電子部品などの被処理体に対して速やかに加熱処理又は冷却処理を実施できるようにして、被処理体の温度を的確かつ俊敏性よく制御可能にする温度制御技術が提案されている。

特許文献４には、被測定デバイスを個別に温度制御可能にするとともに、バーンイン試験における温度精度及び操作性の向上を図ったバーンイン装置が提案されている。

特許文献５には、ミドルパワー及びハイパワーのＩＣ等の半導体素子を、素子単位で温度計測及び温度調整して、同時にエージングし初期不良の不良品を排出させるテストバーンイン装置が提案されている。

特開２００５−２６５６６５号公報 特開２００１−５１０１２号公報 特開２００６−３１０６３１号公報 特開２０００−３０４８０４号公報 特開２００５−１５６１７２号公報

本発明は、製造バラツキ等による半導体装置の発熱量の差にかかわらず、半導体装置の温度を良好に制御できる半導体装置の試験装置及び試験方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置の試験装置は、複数の半導体装置の温度を半導体装置毎に検出する温度検出部と、温度検出部の検出結果に基づいて半導体装置の温度を制御する温度制御ユニットとを備える。温度制御ユニットは、半導体装置を冷却又は加熱するサーマルヘッドと、互いに異なる温度に設定した複数の溶液が並列に流通される複数の第１の溶液用配管と、第１の溶液用配管から分岐し、サーマルヘッド内を通過し、第１の溶液用配管に合流する第２の溶液用配管と、第１の溶液用配管を流通する溶液をサーマルヘッドに流通させるか否かを切り替える流路切替部とを備える。流路切替部は、サーマルヘッド毎に備えられ、第１の溶液用配管の経路を遮断し、第２の溶液用配管へと溶液が流れるように制御される。

本発明によれば、試験対象となる半導体装置の製造バラツキ等により発熱量のバラツキが大きく、発熱量が大きい半導体装置の温度を規定温度範囲内に収めるような溶液温度では熱が奪われて規定温度に到達できない発熱量が小さい半導体装置に対しては、溶液をより高温のものに切り替える、あるいは溶液の流通を遮断することで、半導体装置の温度を規定温度範囲内に制御することが可能になる。

図１は、本発明の実施形態における半導体装置の試験装置の構成例を示す図である。 図２は、本実施形態における溶液経路の一例を示す図である。 図３は、本実施形態における試験ボードの一例を示す図である。 図４は、本実施形態における温度制御ユニットでの溶液経路の一例を示す図である。 図５Ａは、本実施形態におけるサーマルヘッド及びその周辺部の構成例を示す上部平面図である。 図５Ｂは、図５Ａに示すサーマルヘッド及びその周辺部のＡ矢視図である。 図５Ｃは、図５Ａに示すサーマルヘッド及びその周辺部のＢ矢視図である。 図６Ａは、本実施形態におけるサーマルヘッド及びその周辺部の他の構成例を示す上部平面図である。 図６Ｂは、図６Ａに示すサーマルヘッド及びその周辺部のＣ矢視図である。 図６Ｃは、図６Ａに示すサーマルヘッド及びその周辺部のＤ矢視図である。 図７は、本実施形態における流路切替機構の一例を示す図である。 図８は、本実施形態における流路切替機構の他の例を示す図である。 図９は、本実施形態における流路切替機構の他の例を示す図である。 図１０Ａは、本実施形態におけるサーマルヘッドの下部平面図である。 図１０Ｂは、本実施形態におけるサーマルヘッドの側面図である。 図１１Ａは、本実施形態におけるサーマルヘッドの移動制御を説明するための図である。 図１１Ｂは、本実施形態におけるサーマルヘッドの移動制御を説明するための図である。 図１２は、本実施形態における試験装置の動作を示すフローチャートである。 図１３は、本実施形態における試験装置の動作を示すフローチャートである。 図１４は、本実施形態における温度制御を説明するための図である。 図１５は、本実施形態における温度制御単位を説明するための図である。 図１６は、本実施形態における試験装置の機能チェック動作を示すフローチャートである。 図１７は、半導体装置の試験装置における温度制御例を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における半導体装置の試験装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態における試験装置は、半導体装置を加熱又は冷却することで常温とは異なる温度環境にし半導体装置の試験や評価を実施し得るものであり、例えば初期不良を取り除くためのスクリーニングを行う試験装置（バーンイン装置）等に適用可能である。

本実施形態における試験装置は、図１に示すように、制御部１０、温度制御部２０、温度検出部３０、熱交換器４１、４２、温度制御ユニット５０、及び試験ボード６０を有する。温度制御ユニット５０及び試験ボード６０は、１つの温度制御ユニット５０と１つの試験ボード６０を１組として複数組設けられる。なお、図１においては、試験ボード６０に搭載される半導体装置（試験対象の半導体装置）の温度制御に用いる温度可変が可能な溶液を循環させるための配管については図示を省略している。

制御部１０は、試験装置内の各機能部を統括的に制御する。例えば、制御部１０は、温度検出部３０により検出される半導体装置の温度（半導体装置の発熱量）に基づいて、温度制御部２０に対して制御指示を行う。また、例えば、制御部１０は、試験中に試験ボード６０に搭載された半導体装置に印加する電圧及び信号を制御するとともに、その試験結果等に基づいて半導体装置が不良品であるか否かを判断して判断結果を出力する。

温度制御部２０は、制御部１０からの制御指示に応じて熱交換器４１、４２や温度制御ユニット５０を制御し、試験ボード６０に搭載された半導体装置に係る温度制御を行う。温度制御部２０は、溶液温度制御部２１、流路制御部２２、ヒーター制御部２３、及びヘッド移動量制御部２４を有する。

溶液温度制御部２１は、熱交換器４１、４２を制御し、半導体装置の温度を制御するために試験装置内、詳細には各温度制御ユニット５０に循環される温度可変が可能な溶液（水又はフロリナート等）の温度を制御する。なお、本実施形態では、２つの熱交換器４１、４２を備え、異なる温度に設定した溶液を循環するものとし、熱交換器（ＨＩＧＨ）４１により高温側の溶液の温度が調整され、熱交換器（ＬＯＷ）４２により低温側の溶液の温度が調整されるものとする。

流路制御部２２は、温度制御ユニット５０内に設けられる流路切替機構を制御する。ヒーター制御部２３は、温度制御ユニット５０内のサーマルヘッドに設けられるヒーターの出力（ヒーターパワー）を制御する。ヘッド移動量制御部２４は、温度制御ユニット５０内のサーマルヘッドについて上下方向（サーマルヘッドにおける半導体装置に対して接触可能な面の法線方向）の移動量を制御する。

温度検出部３０は、温度制御ユニット５０内のサーマルヘッドに設けられた温度センサーの出力に基づいて、試験ボード６０に搭載された半導体装置の温度を検出する。これにより、温度検出部３０は、試験ボード６０に搭載された半導体装置毎の発熱量を監視する。

温度制御ユニット５０は、試験ボード６０に搭載された半導体装置を加熱又は冷却して半導体装置の温度を制御する。温度制御ユニット５０は、試験ボード６０に搭載された半導体装置にそれぞれ対応するようにサーマルヘッドが設けられており、半導体装置毎に独立して温度制御可能なように構成されている。また、温度制御ユニット５０は、試験ボード６０に搭載された半導体装置にそれぞれ対応するように半導体装置の温度を測定するための温度センサーを有する。

試験ボード６０は、試験対象となる半導体装置が搭載されるボードである。試験ボード６０は、試験を行う際に制御部１０と電気的に接続され、試験ボード６０を介して制御部１０と半導体装置との間で信号等の授受が行われる。

図２は、半導体装置の温度を制御するために本実施形態における試験装置内に循環される溶液の経路の一例を示す図である。上述したように、本実施形態における試験装置では、異なる２種類の温度に設定された溶液が循環される。

熱交換器（ＨＩＧＨ）４１により設定温度に調整された溶液は、溶液用配管（高温側）４３Ａ、４３Ｂ内を流れて温度制御ユニット５０のそれぞれに供給され、さらに溶液用配管（高温側）４５Ａ、４５Ｂ内を流れて熱交換器（ＨＩＧＨ）４１に戻る。

同様に、熱交換器（ＬＯＷ）４２により設定温度に調整された溶液は、溶液用配管（低温側）４４Ａ、４４Ｂ内を流れて温度制御ユニット５０のそれぞれに供給され、さらに溶液用配管（低温側）４６Ａ、４６Ｂ内を流れて熱交換器（ＬＯＷ）４２に戻る。

これにより、高温側温度に設定された溶液及び低温側温度に設定された溶液のそれぞれが試験装置内を循環して、各温度制御ユニット５０に流通される。

図３は、本実施形態における試験ボード６０の一例を示す図である。試験ボード６０には、ＩＣソケット６１が複数搭載され、各ＩＣソケット６１に試験対象の半導体装置６３が実装される。また、試験ボード６０は、ＩＣソケット６１と図示しない配線を介して電気的に接続された端子群６２を有する。試験ボード６０のＩＣソケット６１に実装された半導体装置６３は、配線及び端子群６２を介して制御部１０と電気的に接続されて信号等の授受を行う。

なお、図３においては、４行５列のマトリクス状にＩＣソケット６１が配置された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。試験ボード６０におけるＩＣソケット６１の配置方法及び配置数は任意である。また、試験装置内のすべての試験ボード６０が同じ構成でなくとも良く、例えばＩＣソケット６１の配置方法、配置数、大きさ、形状などが異なった構成の異なる試験ボード６０が試験装置内に混在しても良い。

図４は、温度制御ユニット５０における溶液の経路の一例を示す図である。
温度制御ユニット５０は、半導体装置を加熱又は冷却するための複数のサーマルヘッド５１を有する。サーマルヘッド５１は、試験ボード６０に搭載される半導体装置にそれぞれ対応するように設けられる。また、温度制御ユニット５０は、高温側温度に設定された溶液が流れる溶液用配管（高温側）５２及び低温側温度に設定された溶液が流れる溶液用配管（低温側）５３を有し、各サーマルヘッド５１に対して高温側温度に設定された溶液及び低温側温度に設定された溶液を供給可能に構成される。

本実施形態におけるサーマルヘッド及びその周辺部の構成例を図５Ａ〜図５Ｃに示す。図５Ａは、サーマルヘッド及びその周辺部の構成例を示す上部平面図であり、図５Ｂは図５Ａに係るＡ矢視図であり、図５Ｃは図５Ａに係るＢ矢視図である。

図５Ａ〜図５Ｃにおいて、１０１はサーマルヘッド、１０２は高温側温度に設定された溶液が流れる溶液用配管（高温側）、１０３は低温側温度に設定された溶液が流れる溶液用配管（低温側）、１０４はサーマルヘッド１０１内を溶液を通過させるための溶液用配管である。溶液用配管（高温側）１０２は、図４に示した溶液用配管（高温側）５２に相当し、溶液用配管（低温側）１０３は、図４に示した溶液用配管（低温側）５３に相当する。

溶液用配管（高温側）１０２と溶液用配管１０４との接続部、及び溶液用配管（低温側）１０３と溶液用配管１０４との接続部には、それぞれ流路切替機構１０５が設けられる。この流路切替機構１０５によりサーマルヘッド１０１に溶液を循環させるか否かを切り替える、すなわちサーマルヘッド１０１に対する溶液の流路を開くか遮断するかを制御することができる。

図５Ａ〜図５Ｃに示す構成において、流路切替機構１０５により高温側温度に設定された溶液又は低温側温度に設定された溶液を選択的にサーマルヘッド１０１内に流通させることが可能である。なお、サーマルヘッド１０１に対する溶液の流路を遮断するように各流路切替機構１０５を制御することにより、サーマルヘッド１０１内に高温側温度に設定された溶液及び低温側温度に設定された溶液のいずれも流れないようにすることも可能である。

なお、図５Ａ〜図５Ｃにおいては、高温側温度に設定された溶液又は低温側温度に設定された溶液を選択的にサーマルヘッド１０１内に流通させるような構成を示したが、試験装置にある温度に設定された１種類の温度の溶液のみを循環させ、図６Ａ〜図６Ｃに示すような構成によりサーマルヘッド１０１内に溶液を流通させるか否か切り替えることで半導体装置の温度制御を行うようにしても良い。

図６Ａ〜図６Ｃは、本実施形態におけるサーマルヘッド及びその周辺部の他の構成例を示す図である。図６Ａは上部平面図であり、図６Ｂは図６Ａに係るＣ矢視図であり、図６Ｃは図６Ａに係るＤ矢視図である。

図６Ａ〜図６Ｃにおいて、２０１はサーマルヘッド、２０２は試験装置内に溶液を循環させるための溶液用配管、２０３はサーマルヘッド２０１内を溶液を通過させるための溶液用配管である。溶液用配管２０２と溶液用配管２０３との接続部には、サーマルヘッド２０１に溶液を循環させるか否かを切り替える、すなわちサーマルヘッド２０１に対する溶液の流路を開くか遮断するかを制御する流路切替機構２０４が設けられる。これにより、サーマルヘッド２０１に溶液を流通させたり、溶液の流通を遮断したりすることができる。

本実施形態における流路切替機構について説明する。なお、以下では、試験装置内に溶液を循環させるための１つの溶液用配管と、サーマルヘッド内を溶液を通過させる溶液用配管とを示して説明するが、図５Ａ〜図５Ｃに示す構成においては、試験装置内に溶液を循環させるためのそれぞれの溶液用配管に対して、以下に説明する流路切替機構を適用すればよい。

図７は、本実施形態における流路切替機構の一例を示す図である。
図７において、３０１、３０２はサーマルヘッドであり、サーマルヘッド３０１に対応する半導体装置は発熱量が小さく、サーマルヘッド３０２に対応する半導体装置は発熱量が大きいものとする。試験装置内に溶液を循環させるための溶液用配管３０３と、サーマルヘッド３０１、３０２内に溶液を通過させるための溶液用配管との接続部に、サーマルヘッド３０１、３０２へ溶液を流通させるか否か切り替える制御弁３０４、３０５が設けられる。制御弁３０４、３０５は、温度制御部２０内の流路制御部２２により制御される。

サーマルヘッド３０１、３０２へ溶液を流通させない場合には、制御弁３０４として示すように溶液用配管３０３とサーマルヘッド内に溶液を通過させるための溶液用配管との接続経路を遮断するように制御弁が制御される。一方、サーマルヘッド３０１、３０２へ溶液を流通させる場合には、制御弁３０５として示すように溶液用配管３０３の経路を遮断し、溶液用配管３０３からサーマルヘッド内に溶液を通過させるための溶液用配管へと溶液が流れるように制御弁が制御される。

図８は、本実施形態における流路切替機構の他の例を示す図である。
図８において、４０１、４０２はサーマルヘッドであり、サーマルヘッド４０１に対応する半導体装置は発熱量が小さく、サーマルヘッド４０２に対応する半導体装置は発熱量が大きいものとする。試験装置内に溶液を循環させるための溶液用配管４０３と、サーマルヘッド４０１、４０２内に溶液を通過させるための溶液用配管との接続部に、溶液用配管４０３の内壁に接するとともに回転可能な筒状の部材４０４、４０６が設けられる。

部材４０４、４０６は、開口部４０５、４０７を有する。開口部４０５、４０７は、部材４０４、４０６を適当な角度だけ回転させた際に、サーマルヘッド４０１、４０２内に溶液を通過させるための溶液用配管と合わさるように設けられる。また、部材４０４、４０６の内部には、サーマルヘッド４０１、４０２内に溶液を通過させるための溶液用配管と開口部４０５、４０７が合わさるように部材４０４、４０６を回転させた場合に、部材４０４、４０６内の流通経路を遮断し、それ以外では部材４０４、４０６内の流通経路を開く遮蔽部４０８、４０９を有する。部材４０４、４０６は、温度制御部２０内の流路制御部２２により回転量が制御される。

サーマルヘッド４０１、４０２へ溶液を流通させない場合には、部材４０４として示すように開口部４０５とサーマルヘッド内に溶液を通過させるための溶液用配管とが合わさらないように制御される。一方、サーマルヘッド４０１、４０２へ溶液を流通させる場合には、部材４０６として示すように開口部４０７とサーマルヘッド内に溶液を通過させるための溶液用配管とが合わさるように制御される。

図９は、本実施形態における流路切替機構の他の例を示す図である。
図９において、５０１、５０２はサーマルヘッドであり、サーマルヘッド５０１に対応する半導体装置は発熱量が小さく、サーマルヘッド５０２に対応する半導体装置は発熱量が大きいものとする。試験装置内に溶液を循環させるための溶液用配管５０３と、サーマルヘッド５０１、５０２内に溶液を通過させるための溶液用配管との接続部に、サーマルヘッド５０１、５０２へ溶液を流通させるか否か切り替える制御弁５０４、５０５が設けられる。制御弁５０４、５０５は、温度制御部２０内の流路制御部２２により制御される。

サーマルヘッド５０１、５０２へ溶液を流通させない場合には、制御弁５０４として示すように溶液用配管５０３とサーマルヘッド内に溶液を通過させるための溶液用配管との接続経路を遮断するように制御弁が制御される。一方、サーマルヘッド５０１、５０２へ溶液を流通させる場合には、制御弁５０５として示すように溶液用配管５０３の経路を遮断し、溶液用配管５０３からサーマルヘッド内に溶液を通過させるための溶液用配管へと溶液が流れるように制御弁が制御される。

本実施形態におけるサーマルヘッドの構成例を図１０Ａ、図１０Ｂに示す。図１０Ａはサーマルヘッドの下部平面図であり、図１０Ｂはサーマルヘッドの側面図である。なお、図１０Ａ、図１０Ｂにおいて、サーマルヘッド内に溶液を通過させるための溶液用配管については図示を省略している。

図１０Ａ、図１０Ｂにおいて、６０１はサーマルヘッド、６０２は半導体装置６０６に熱を与えるためのヒーター、６０３は半導体装置６０６の温度を測定するための温度センサー、６０４は溶液温度伝達シートである。ヒーター６０２及び温度センサー６０３は、溶液温度伝達シート６０４が固定されたブロックとは異なるブロック６０５に固定される。

溶液温度伝達シート６０４が固定されたブロックと、ヒーター６０２及び温度センサー６０３が固定されたブロック６０５は、それぞれ独立して上下方向の移動量を調整可能である。例えば、溶液温度伝達シート６０４が固定されたブロックと、ヒーター６０２及び温度センサー６０３が固定されたブロック６０５とを移動させるための駆動機構（カムやエアシリンダー等）をそれぞれ設け、温度制御部２０内のヘッド移動量制御部２４により駆動機構が制御され移動量が調整される。なお、移動量の調整は、サーマルヘッド毎に独立して行うことができる。

図１１Ａ、図１１Ｂを参照して、本実施形態におけるサーマルヘッドの移動制御について説明する。図１１Ａは、試験装置にて試験を実行していないアイドル時の状態を示しており、図１１Ｂは、試験を実行している試験時の状態を示している。

図１１Ａ、図１１Ｂにおいて、６１１は温度制御ユニットであり、サーマルヘッド６１２Ａ〜６１２Ｅが設けられている。また、６１３は試験ボードであり、半導体装置６１４Ａ〜６１４Ｅが搭載されている。ここで、半導体装置６１４Ａ、６１４Ｅは、半導体装置６１４Ｂ、６１４Ｃ、６１４Ｄと比較して試験時における発熱量が小さいものとする。

試験装置にて試験を行う場合、最初は溶液温度伝達シートが固定されたブロックと、ヒーター及び温度センサーが固定されたブロックとがともに半導体装置６１４Ａ〜６１４Ｅに接触するようにサーマルヘッド６１２Ａ〜６１２Ｅを移動させる。そして、発熱量が小さく、予め定めた設定時間内に半導体装置の温度が規定温度に到達しなかった場合、又はそのような状態が予測される場合には、図１１Ｂにおけるサーマルヘッド６１２Ａ、６１２Ｅとして示すように溶液温度伝達シートが固定されたブロックを上昇させて半導体装置６１４Ａ、６１４Ｅに対して非接触状態とする。このようにして、必要以上に半導体装置の熱が奪われないようにすることで、試験時における半導体装置の温度バラツキを低減することができる。

なお、上述した説明では、異なるブロックに溶液温度伝達シートと、ヒーター及び温度センサーとが固定するようにしているが、ブロック分割せずに溶液温度伝達シート、ヒーター、及び温度センサーを１つのブロックに設け、ヒーター及び温度センサーの突出量を調整できるようにしても良い。この場合には、半導体装置に対して溶液温度伝達シート、ヒーター、及び温度センサーのすべてが接触する第１状態、溶液温度伝達シートが非接触かつヒーター及び温度センサーが接触する第２状態、溶液温度伝達シート、ヒーター、及び温度センサーのすべてが非接触となる第３状態を実現できるようサーマルヘッドの上下方向の移動量を調整すればよい。

次に、本実施形態における試験装置の動作について説明する。
図１２は、本実施形態における試験装置での温度制御動作を示すフローチャートである。なお、図１２においては、２種類の異なる温度に設定した溶液を用いて半導体装置の温度制御を行う場合の動作を示している。

まず、動作を開始すると、制御部１０は、温度検出部３０により検出される半導体装置の温度（発熱量）を取得する（Ｓ１０１）。次に、制御部１０は、取得した半導体装置の温度に基づいて、温度上昇時における上昇率を確認する（Ｓ１０２）。

その結果、上昇率が予め定めた設定値以下、すなわち半導体装置の発熱量が小さい場合には、ステップＳ１０３に進む。そして、温度制御部２０内の流路制御部２２は、制御部１０からの制御指示に基づいて、高温側温度に設定された溶液が循環される溶液用配管と、サーマルヘッドに溶液を通過させるための溶液用配管とが溶液を流通可能に接続されるように流路切替機構を制御する（Ｓ１０３）。

次に、制御部１０は、温度検出部３０により検出される半導体装置の温度（発熱量）を取得し（Ｓ１０４）、取得した半導体装置の温度に基づいて温度上昇率を確認する（Ｓ１０５）。続いて、確認された温度上昇率に応じた制御部１０からの制御指示に基づいて、温度制御部２０内の溶液温度制御部２１は、熱交換器（ＨＩＧＨ）４１を制御して高温側溶液の温度調整を行い、ヒーター制御部２３はサーマルヘッドのヒーターパワーの調整を行う（Ｓ１０６）。

次に、制御部１０は、温度検出部３０により検出される半導体装置の温度（発熱量）を基に、温度安定時に移行したか否かを判断する（Ｓ１０７）。その結果、温度安定時に移行していない、すなわち温度上昇時であると判断した場合には（Ｓ１０７のＮＯ）、ステップＳ１０４に戻ることで、制御部１０が温度安定時に移行したと判断するまで、ステップＳ１０４〜Ｓ１０７の動作が繰り返し行われる。

一方、ステップＳ１０７での判断の結果、温度安定時に移行したと判断した場合には（ＹＥＳ）、制御部１０は、温度検出部３０により検出される半導体装置の温度（発熱量）を取得し（Ｓ１０８）、取得した半導体装置の温度に基づいて温度変化率を確認する（Ｓ１０９）。そして、確認された温度変化率に応じた制御部１０からの制御指示に基づいて、温度制御部２０内の溶液温度制御部２１は、熱交換器（ＨＩＧＨ）４１を制御して高温側溶液の温度調整を行い、ヒーター制御部２３はサーマルヘッドのヒーターパワーの調整を行う（Ｓ１１０）。

ステップＳ１０８〜Ｓ１１０の動作を試験が終了するまで繰り返し行い、試験が終了すると（ステップＳ１１１のＹＥＳ）、温度制御動作を終了する。

ステップＳ１０２で上昇率を確認した結果、上昇率が予め定めた設定値以上、すなわち半導体装置の発熱量が大きい場合には、ステップＳ１１２に進む。そして、温度制御部２０内の流路制御部２２は、制御部１０からの制御指示に基づいて、低温側温度に設定された溶液が循環される溶液用配管と、サーマルヘッドに溶液を通過させるための溶液用配管とが溶液を流通可能に接続されるように流路切替機構を制御する（Ｓ１１２）。

以下、ステップＳ１１３〜Ｓ１２０の動作は、溶液の温度調整を行う場合に熱交換器（ＬＯＷ）４２を制御して低温側溶液の温度調整を行う点が異なるだけで、上述したステップＳ１０４〜Ｓ１１１の動作と同様であるので、説明は省略する。

図１３は、本実施形態における試験装置での温度制御動作を示すフローチャートである。なお、図１３においては、サーマルヘッド内に溶液を流通させるか否かを切り替えることにより半導体装置の温度制御を行う場合の動作を示している。

まず、動作を開始すると、制御部１０は、温度検出部３０により検出される半導体装置の温度（発熱量）を取得し（Ｓ２０１）、取得した半導体装置の温度に基づいて温度上昇時における上昇率を確認する（Ｓ２０２）。

その結果、上昇率が予め定めた設定値以下、すなわち半導体装置の発熱量が小さい場合には、ステップＳ２０３に進む。そして、温度制御部２０内の流路制御部２２は、制御部１０からの制御指示に基づいて、試験装置内に溶液を循環させる溶液用配管と、サーマルヘッドに溶液を通過させるための溶液用配管とが遮断される、すなわちサーマルヘッドへの溶液供給が行われないように流路切替機構を制御する（Ｓ２０３）。

一方、上昇率が予め定めた設定値以上、すなわち半導体装置の発熱量が大きい場合には、ステップＳ２０４に進む。そして、温度制御部２０内の流路制御部２２は、制御部１０からの制御指示に基づいて、試験装置内に溶液を循環させる溶液用配管と、サーマルヘッドに溶液を通過させるための溶液用配管とが溶液を流通可能に接続されるように流路切替機構を制御する（Ｓ２０４）。

次に、制御部１０は、温度検出部３０により検出される半導体装置の温度（発熱量）を取得し（Ｓ２０５）、取得した半導体装置の温度に基づいて温度上昇率を確認する（Ｓ２０６）。続いて、確認された温度上昇率に応じた制御部１０からの制御指示に基づいて、温度制御部２０内の溶液温度制御部２１は、熱交換器を制御して溶液の温度調整を行い、ヒーター制御部２３はサーマルヘッドのヒーターパワーの調整を行う（Ｓ２０７）。

次に、制御部１０は、温度検出部３０により検出される半導体装置の温度（発熱量）を基に、温度安定時に移行したか否かを判断する（Ｓ２０８）。その結果、温度安定時に移行していない、すなわち温度上昇時であると判断した場合には（Ｓ２０８のＮＯ）、ステップＳ２０５に戻ることで、制御部１０が温度安定時に移行したと判断するまで、ステップＳ２０５〜Ｓ２０８の動作が繰り返し行われる。

一方、ステップＳ２０８での判断の結果、温度安定時に移行したと判断した場合には（ＹＥＳ）、制御部１０は、温度検出部３０により検出される半導体装置の温度（発熱量）を取得し（Ｓ２０９）、取得した半導体装置の温度に基づいて温度変化率を確認する（Ｓ２１０）。そして、確認された温度変化率に応じた制御部１０からの制御指示に基づいて、温度制御部２０内の溶液温度制御部２１は、熱交換器を制御して溶液の温度調整を行い、ヒーター制御部２３はサーマルヘッドのヒーターパワーの調整を行う（Ｓ２１１）。

ステップＳ２０９〜Ｓ２１１の動作を試験が終了するまで繰り返し行い、試験が終了すると（ステップＳ２１２のＹＥＳ）、温度制御動作を終了する。

なお、図１２及び図１３には、試験を実行する前にのみ流路切替を行う場合を一例として示したが、試験実行中に任意のタイミングで流路切替を行うようにしても良い。

また、本実施形態においては、サーマルヘッドの上下方向の移動量を調整することでも半導体装置の温度制御を行うことが可能であるが、サーマルヘッドの移動制御による半導体装置の温度制御動作では、例えば図１３に示すフローチャートのステップＳ２０３、Ｓ２０４においてサーマルヘッドの移動量を調整するようにすれば良い。具体的には、ステップＳ２０３においては溶液温度伝達シートが半導体装置に対して非接触状態となるようにサーマルヘッドの位置を調整し、ステップＳ２０４においては溶液温度伝達シートが半導体装置に対して接触するようにサーマルヘッドの位置を調整すれば良い。

以上、説明したように本実施形態によれば、試験対象となる半導体装置の製造バラツキ等により発熱量の差があっても、半導体装置の温度を良好に制御することができ、半導体装置の温度バラツキを低減することができる。例えば、発熱量のバラツキが大きく、従来においては、発熱量が大きい半導体装置の温度が規定温度範囲内に収まるように溶液温度が制御されると、規定温度に到達できなかった発熱量が小さい半導体装置であっても、図１４に示すように規定温度範囲内に制御することが可能になる。

図１４は、本実施形態における試験装置による半導体装置の温度制御例を示す図である。図１４において、縦軸は温度であり、横軸は時間である。図１４には、一例として、試験装置に搭載された半導体装置のうち、発熱量が大きい半導体装置の温度をＤＶ１で示し、発熱量が小さい半導体装置の温度をＤＶ２で示している。

ＴＲは試験時における半導体装置の規定温度（typical値）であり、ＴＲＵ及びＴＲＬは、それぞれ規定温度の上限値及び下限値である。また、ＳＴ１は温度上昇時の期間であり、ＳＴ２は温度安定時の期間である。

本実施形態によれば、発熱量が大きい半導体装置の温度（ＤＶ１）が規定温度範囲内になるように溶液温度を低くすると、従来では規定温度に到達できなかった発熱量が小さい半導体装置であっても、設定時間内に規定温度に到達しない又はそのような予測がなされた場合には、サーマルヘッドに流通させる溶液を高温側温度のものに切り替える、あるいはサーマルヘッドへの溶液の流通を遮断して、必要以上に半導体装置の熱を奪われないようにすることで、図１４のＤＶ２に示すように規定温度範囲内に温度制御することが可能になる。これにより、従来であれば同時にスクリーニングを行うことができないような発熱量の差がある半導体装置も同時にスクリーニングを行うことができ、再度スクリーニングを行ったり不良品扱いされたりすることがなくなり、試験効率を向上させることができるとともに、不良率を低減することができる。

なお、サーマルヘッド内に流通させる溶液の選択、言い換えれば流路切替機構の制御は、半導体装置毎に行っても良いし、試験ボード（温度制御ユニット）毎に行っても良い。また、流路切替機構の制御は、図１５に示すように試験装置７０１内の試験ボード７０２の内、複数の試験ボード７０２からなる組（ゾーン：ＺＯＮＥ）７０３Ａ、７０３Ｂ毎に行うようにしても良いし、複数の半導体装置からなる半導体装置群毎に行うようにしても良い。
また、発熱量のバラツキは大きいが、発熱量が大きい半導体装置と発熱量が小さい半導体装置とのグルーピングが可能であれば、半導体装置の温度検出（発熱量監視）は行わずに、例えば第１ゾーン７０３Ａを高発熱用、第２ゾーン７０３Ｂを低発熱用に試験前にのみ制御させておくことを可能としたものとすると、試験装置の製造コストを抑制することが可能となる。

また、上述した実施形態において、試験装置に複数の温度の溶液を循環させる場合、高温側及び低温側の２つの温度の溶液を循環させるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、３種類以上の異なる温度の溶液を循環させるようにしても良く、サーマルヘッドへの各温度の溶液の流通／遮断を制御できるようにそれぞれ流路切替機構を設ければ良い。

また、本実施形態における半導体装置の試験装置に、図１６にフローチャートを示すような動作確認機能を具備させるようにしても良い。

図１６は、本実施形態における試験装置の機能チェック動作を示すフローチャートであり、溶液の循環及び遮断を切り替える機能、すなわち流路切替機構が正常に動作しているか否かを確認する動作を一例として示している。

まず、動作を開始すると、温度制御部２０内の流路制御部２２は、制御部１０からの制御指示に基づいて、試験装置内に溶液を循環させる溶液用配管と、サーマルヘッドに溶液を通過させるための溶液用配管との接続経路が遮断されるように流路切替機構を制御する（Ｓ３０１）。

温度制御部２０内の溶液温度制御部２１は、制御部１０からの制御指示に基づいて、溶液温度をＴＡ℃に設定するよう熱交換器を制御する（Ｓ３０２）。

次に、制御部１０は、試験装置内に溶液を循環させる溶液用配管とサーマルヘッドに溶液を通過させるための溶液用配管との接続経路を遮断するよう流路切替機構が制御された状態で、温度検出部３０により検出される半導体装置の温度（発熱量）を取得して半導体装置の温度を確認する（Ｓ３０３）。

その結果、半導体装置の温度が室温（試験装置内の雰囲気温度）であれば、制御部１０は流路切替機構における遮断機能は異常でないと判断する。続いて、温度制御部２０内の流路制御部２２は、制御部１０からの制御指示に基づいて、試験装置内に溶液を循環させる溶液用配管と、サーマルヘッドに溶液を通過させるための溶液用配管とが溶液を流通可能に接続されるように流路切替機構を制御する（Ｓ３０４）。

次に、制御部１０は、試験装置内に溶液を循環させる溶液用配管とサーマルヘッドに溶液を通過させるための溶液用配管とが溶液を流通可能に接続されるよう流路切替機構が制御された状態で、温度検出部３０により検出される半導体装置の温度（発熱量）を取得して半導体装置の温度を確認する（Ｓ３０５）。

その結果、半導体装置の温度がＴＡ℃（溶液温度）であれば、制御部１０は流路切替機構における循環機能は異常でないと判断し、流路切替機構が正常に動作すると最終的に判定して（Ｓ３０６）、動作を終了する。

ステップＳ３０３での確認の結果、半導体装置の温度がＴＡ℃である、あるいはステップＳ３０５での確認の結果、半導体装置の温度が室温である場合には、制御部１０は、流路切替機構における循環及び遮断の切り替えが正常に行われていないと判断し、流路切替機構が異常であると最終的に判定して（Ｓ３０７）、動作を終了する。

また、同様にして、状態を適宜切り替え、その都度半導体装置の温度を検出して、温度が適切であるか否かを判断することで、サーマルヘッドに流通される溶液を切り替える機能や、サーマルヘッドの上下方向の移動制御機能（半導体装置に対する溶液温度伝達シートの接触／非接触の切り替え機能）が正常に動作しているか否かを確認することも可能である。

また、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明によれば、発熱量のバラツキが大きかったとしても、発熱量に応じた制御を行うことで半導体装置の温度を良好に制御することができ、半導体装置の発熱量の差にかかわらず、半導体装置の温度を規定温度範囲内に制御することが可能になる。したがって、従来であれば再度スクリーニングを行ったり不良品扱いされたりする半導体装置も同時に試験を行うことができ、試験効率及び良品率を向上させることができる。

Claims (8)

1. 複数の半導体装置の温度を前記半導体装置毎に検出する温度検出部と、
   前記温度検出部の検出結果に基づいて前記半導体装置の温度を制御する温度制御ユニットとを備え、
   前記温度制御ユニットは、
   前記半導体装置毎に設けられ、対応する前記半導体装置を冷却又は加熱するサーマルヘッドと、
   互いに異なる温度に設定した複数の溶液が並列に流通される複数の第１の溶液用配管と、
   前記第１の溶液用配管から分岐し、前記サーマルヘッド内を通過し、前記第１の溶液用配管に合流する第２の溶液用配管と、
   前記第１の溶液用配管の経路を遮断し、前記第２の溶液用配管へと溶液が流れるように制御され、前記第１の溶液用配管を流通する溶液を前記サーマルヘッドに流通させるか否かを前記第１の溶液用配管毎に切り替える流路切替部とを備え、
   前記サーマルヘッド毎に前記流路切替部を備えることを特徴とする半導体装置の試験装置。
2. 前記流路切替部は、前記複数の溶液の中から１つの溶液を選択的に前記サーマルヘッドに流通させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の試験装置。
3. 前記流路切替部は、前記複数の溶液の中から１つの溶液を選択的に前記サーマルヘッドに流通させるか、又は前記サーマルヘッドへの溶液の流通を遮断することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の試験装置。
4. 前記温度検出部の検出結果に応じて、前記第１の溶液用配管を流通する溶液の温度を制御する温度制御部を備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の試験装置。
5. 前記サーマルヘッドは、内部を流通する溶液の温度を前記半導体装置に伝達する温度伝達部材と、前記半導体装置を加熱するヒーターとを有し、
   前記温度伝達部材及び前記ヒーターをともに前記半導体装置に接触させるか、又は前記ヒーターのみを前記半導体装置に接触させるかを切り替え可能であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の試験装置。
6. 前記温度検出部の検出結果に応じて、前記温度伝達部材及び前記ヒーターをともに前記半導体装置に接触させるか、又は前記ヒーターのみを前記半導体装置に接触させるかを切り替えるとともに、前記ヒーターの出力を制御する温度制御部を備えることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の試験装置。
7. 複数の半導体装置の温度を前記半導体装置毎に検出する温度検出部と、
   前記半導体装置を冷却又は加熱するサーマルヘッドを前記半導体装置毎に有し、前記温度検出部の検出結果に基づいて前記半導体装置の温度を制御する温度制御ユニットとを備え、
   前記サーマルヘッドは、内部を流通する溶液の温度を前記半導体装置に伝達する温度伝達部材と、前記半導体装置を加熱するヒーターとを有し、
   前記温度伝達部材及び前記ヒーターは、それぞれ独立して移動量が調整可能であり、前記温度伝達部材及び前記ヒーターをともに前記半導体装置に接触させるか、又は前記ヒーターのみを前記半導体装置に接触させるかを前記半導体装置毎に切り替え可能であることを特徴とする半導体装置の試験装置。
8. 試験ボードに搭載された複数の半導体装置の温度を、前記半導体装置毎に設けられた前記半導体装置を冷却又は加熱するサーマルヘッドと、異なる温度に設定した複数の溶液が並列に流通される複数の第１の溶液用配管と、前記第１の溶液用配管から分岐し前記サーマルヘッド内を通過し前記第１の溶液用配管に合流する第２の溶液用配管と、前記サーマルヘッド毎に備えられ前記第１の溶液用配管の経路を遮断し前記第２の溶液用配管へと溶液が流れるように制御される流路切替部とを有する温度制御ユニットにより制御して試験を行う半導体装置の試験方法であって、
   前記半導体装置の温度を前記半導体装置毎に検出する温度検出工程と、
   前記温度検出工程での検出結果に基づいて前記サーマルヘッド毎に前記流路切替部を制御し流路の切り替えを行い、前記複数の溶液の中から１つの溶液を選択的に前記サーマルヘッドに流通させる流路切替工程とを有することを特徴とする半導体装置の試験方法。

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