KR100600154B1 - 신뢰성 평가 시험 장치, 신뢰성 평가 시험 시스템, 및 신뢰성 평가 시험 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 신뢰성 시험 장치(10)는, 웨이퍼 W에 형성된 다수의 디바이스 각각의 전극 패드와 콘택터(11)의 범프를 전기적으로 일괄 접촉한 상태에서 수납하는 웨이퍼 수납부(12)를 구비한다. 이 웨이퍼 수납부(12)는 측정부(15)와의 사이에서 시험용 신호를 수수하고, 기밀, 단열 구조이다. 웨이퍼 수납부(12)에는, 콘택터(11)를 압압하는 압압 기구(13)와, 콘택터(11)와 일괄 접촉한 웨이퍼 W를 소정의 고온으로 직접 가열하는 가열 기구(14)를 가지며, 가속 조건 하에서 상기 반도체 웨이퍼에 형성된 배선막, 절연막의 신뢰성을 평가한다.
Description
본 출원은 2001년 11월 30일에 제출되었으며, 그 내용을 여기에 포함시킨, 이전의 일본 출원 2001-367268호에 근거하고 있으며, 그 우선권을 주장합니다.
본 발명은 신뢰성 평가 시험 장치, 신뢰성 평가 시험 시스템, 콘택터 및 신뢰성 평가 시험 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 반도체 웨이퍼 내에 형성된 다수의 반도체 소자를 위한 다층 배선을 형성하는 배선 및 절연막의 신뢰성을 평가 시험하기 위한 신뢰성 평가 시험 장치, 신뢰성 평가 시험 시스템, 콘택터 및 신뢰성 평가 시험 방법에 관한 것이다.
반도체 검사 공정에서는, 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)의 표면에 형성된 다수의 반도체 소자(이하, 「디바이스」라고 함)의 전기적 특성을 웨이퍼 상태에서 검사하여, 전기적 특성에 결함이 없는 디바이스를 스크리닝하고 있다. 그 후, 검사의 최종 공정으로서, 웨이퍼를 다이싱한 후, 온도 등에 대한 가속 조건 하에서, 각 디바이스의 다층 배선의 일렉트로마이그레이션(electromigration) 시험이나 동일면 내의 배선간 및 상하에 배치된 배선간의 리크 전류 시험 등의 신뢰성 평가 시험을 행한다.
신뢰성 평가 시험을 행하는 경우에는, 시험용 패키지를 제작하고, 디바이스를 이 패키지에 패키징한다. 계속해서, 예컨대 70개 정도의 패키지된 디바이스의 신뢰성 평가 시험을 소정의 고온(예컨대, 300℃)에 있는 가열로 내에서 실시한다.
발명의 개시
그러나, 종래와 같이 가열로 내에서 신뢰성 평가 시험을 행하는 경우에는, 웨이퍼를 다이싱하고, 시험용 패키지를 제작한다. 이 시험용 패키지를 이용하여 각 디바이스를 패키지하기 때문에, 웨이퍼의 다이싱, 시험용 패키지의 제작 및 각 디바이스의 패키징에 상당의 기간과 비용이 필요하게 된다고 하는 과제가 있었다. 또, 종래의 가열로 내에서 행하는 시험은 한번에 수 십개의 패키지, 바꾸어 말하면 수 십개의 디바이스밖에 취급할 수 없다고 하는 과제가 있었다.
또한, 예컨대 구리, 구리 합금 등의 산화되기 쉬운 금속 배선을 갖는 디바이스를 시험하는 경우에는, 가열로 내를 불활성 가스 분위기로 하고 있다. 그러나, 가열로는 기밀성이 떨어지기 때문에, 예컨대 구리 배선의 산화를 방지하는 정도까지 산소 농도를 낮출 수 없다. 그 때문에, 구리 배선의 경우, 구리 배선의 패드부뿐만 아니라 패드부를 거쳐서 구리 배선 그 자체도 산화되어 버린다. 이 때문에, 웨이퍼 샘플 제작 시에, 산화 방지용 알루미늄 패드층을 구리 패드부에 추가하지 않으면 안된다. 또한, 복수 종의 샘플을 시험하는 경우에는, 그 종류에 따라 다이싱 방법 및 와이어 본딩 부분을 변경해야 하는 등의 문제도 있었다. 따라서, 신뢰성 평가 시험 결과가 나올 때까지 3주간 이상의 장시간이 필요하다고 하는 과제가 있었다.
더욱, 신뢰성 시험 상의 중요한 파라미터나 여러가지 시험 패턴에 관련된 의존성 등의 데이터는 복수회의 시험을 실행하여 취득해야 한다. 이 때문에, 시험 효율이 떨어진다고 하는 과제가 있었다. 또한, 예컨대, 일렉트로마이그레이션 시험의 경우에는, 일렉트로마이그레이션에 의해 발생한 보이드의 장소를 관찰한 결과를 그 후의 프로세스 개발에 피드백한다. 이 관찰을 위해서는, 시험용 패키지를 하나하나 해체하여 디바이스를 취출해서, 각 디바이스로부터 본딩 와이어를 분리한 후, 각 디바이스를 현미경으로 관찰한다고 하는 막대한 노동력과 시간이 필요하다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은 해당 과제를 해결하기 위해서 이루어졌다.
본 발명의 하나의 관점에 따른 발명은, 웨이퍼 내에 형성된 상태의 복수의 반도체 소자에 대한 신뢰성 평가 시험을 신속하고 또한 양호한 효율, 더구나 높은 신뢰성을 갖고 행할 수 있는 신뢰성 평가 시험 장치, 신뢰성 평가 시험 시스템, 콘택터 및 신뢰성 평가 시험 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 발명은, 신뢰성 평가 시험에 필요한 노동력 및 비용을 각별히 저감할 수 있는 신뢰성 평가 시험 장치, 신뢰성 평가 시험 시스템, 콘택터 및 신뢰성 평가 시험 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은, 이하의 명세서에 기재되며, 그 일부는 해당 개시로부터 자명하거나, 또는 본 발명의 실행에 의해 얻어질 것이다. 본 발명의 해당 목적 및 이점은 여기에 특히 지적되는 수단과 조합에 의해 실현되어 얻어진다.
본원 발명의 제 1 관점에 따르면, 측정부 및, 콘택터와 전기적으로 일괄 접촉한 반도체 웨이퍼를 수납하고 또한 측정부와의 사이에서 시험용 신호를 수수하는 기밀, 단열 구조의 수납부를 구비한, 해당 측정부로부터의 시험용 신호에 근거하여 반도체 웨이퍼의 신뢰성을 시험하는 장치가 제공된다.
이 신뢰성 평가 시험 장치는, 해당 수납부에서 해당 콘택터를 압압(押壓)하는 압압 기구와, 이 압압 기구를 거쳐서 해당 콘택터와 일괄 접촉한 반도체 웨이퍼를 소정의 고온으로 가열하는 가열 기구를 구비한다.
이 신뢰성 평가 시험 장치는 가속 조건 하에서 해당 반도체 웨이퍼에 형성된 다층 배선의 배선 및 절연막의 신뢰성을 평가한다.
상기 제 1 관점에 따라서 제공되는 장치는, 하기 (a1) 내지 (a14) 중 하나, 또는 해당 (a1) 내지 (a14) 중의 복수를 조합시켜 구비하는 것도 바람직하다.
(a1) 해당 수납부가 구비하는 바인, 해당 반도체 웨이퍼를 재치하는 단열 구조의 재치대와, 이 재치대를 둘러싸고 또한 해당 콘택터와 전기적으로 접촉하는 접속 링과, 이 접속 링과 전기적으로 접촉하고 또한 해당 측정부로부터의 시험용 신호를 수수하는 배선 기판.
(a2) 해당 접속 링 상에, 해당 콘택터와 접촉하여 해당 수납부 내를 외부로부터 봉지하는 밀봉 부재, 및 해당 수납부 내에 불활성 가스 및/또한 환원성 가스를 공급하는 수단.
(a3) 해당 압압 기구가 구비하는 바인, 해당 콘택터를 압압하는 압압판과, 해당 압압판에 그 하단이 연결된 벨로우즈와, 해당 벨로우즈의 상단에 연결된 승강 가능한 지지체와, 압압판, 벨로우즈 및 지지체로 형성된 공간 내에 기체를 압입하는 수단.
(a4) 해당 가열 기구가 구비하는 바인, 해당 반도체 웨이퍼의 전면(全面)을 하면측으로부터 균일하게 가열하고 또한 해당 재치대를 겸하는 가열체.
(a5) 해당 가열체가 구비하는 바인, 해당 반도체 웨이퍼의 중앙부를 가열하는 제 1 가열부와, 제 1 가열부를 둘러싸서 해당 반도체 웨이퍼의 외주연부를 가열하는 제 2 가열부.
(a6) 해당 가열 기구가 구비하는 바인, 해당 반도체 웨이퍼 전면을 표면측으로부터 가열하는 보조 가열체.
(a7) 해당 측정부가 구비하는 바인, 일렉트로마이그레이션 측정부 및 리크 전류 측정부.
(a8) 해당 각 측정부를 교대로 전환하는 전환 기구.
(a9) 해당 일렉트로마이그레이션 시험 측정부는, 직류, 펄스 직류, 교류의 3종의 전류를 인가하는 기능을 구비한다.
(a10) 해당 반도체 웨이퍼 상에 형성된 복수의 시험 패턴, 이들 복수의 시험 패턴을 그룹으로 나누고, 동시에 5 그룹 이상의 신뢰성 평가 시험을 행하는 시험 패턴의 그룹화(grouping) 기능 수단.
(a11) 해당 콘택터와 반도체 웨이퍼 사이에 배치되는 이방 도전성 필름.
(a12) 해당 측정부가 구비하는 바인, 해당 반도체 웨이퍼 내에 형성된 100개 이상의 반도체 소자의 신뢰성 평가 시험을 동시에 행하는 수단.
(a13) 해당 웨이퍼 수납부가 구비하는 바인, 해당 반도체 웨이퍼를 160 ℃ 이상의 온도로 유지하는 단열 구조.
(a14) 해당 콘택터가 구비하는 바인, 열 팽창률이 1∼50ppm/℃인 내열성 기판.
본원 발명의 제 2 관점에 따르면, 콘택터와 반도체 웨이퍼를 일괄 접촉시키는 얼라이너와, 해당 얼라이너에 의해 일괄 접촉된 상태의 해당 콘택터와 해당 반도체 웨이퍼를 반송하는 반송구와, 해당 반송구와 함께 일체화된 반도체 웨이퍼의 신뢰성 평가 시험을 행하기 위한 본원 발명의 제 1 관점에 따라서 제공되는 신뢰성 평가 시험 장치를 구비한 신뢰성 평가 시험 시스템이 제공된다.
상기 제 2 관점에 따라서 제공되는 신뢰성 평가 시험 시스템은 하기 (b1) 내지 (b4) 중 하나, 또는 해당 (b1) 내지 (b14) 중의 복수를 조합시켜 구비하는 것도 바람직하다.
(b1) 해당 얼라이너와 해당 신뢰성 평가 시험 장치 사이에서 데이터 통신을 가능하게 하는 수단.
(b2) 해당 얼라이너가 구비하는 바인, 해당 반도체 웨이퍼의 시험 결과에 근 거하여 해당 반도체 웨이퍼를 관찰하기 위한 현미경.
(b3) 해당 반송구가 구비하는 바인, 해당 콘택터 및 해당 반도체 웨이퍼를 일체화하기 위한 자석.
(b4) 해당 반송구가 구비하는 바인, 자기(磁氣) 회로와, 해당 자기 회로를 온-오프하는 스위치 수단과, 해당 스위치 수단에 의해 해당 자기 회로를 여자, 소자하는 것에 의해, 일체화된 해당 콘택터 및 해당 반도체 웨이퍼를 해당 반송구에 흡착하고, 및 해당 반송구로부터 탈리(脫離)시키는 수단.
본원 발명의 제 3 관점에 따르면, 열 팽창률이 1∼50ppm/℃인 내열성 기판과, 해당 내열성 기판 상에 형성된 도체 회로를 구비하며, 160℃ 이상의 온도로 신뢰성 평가 시험을 행할 때에 사용되는 콘택터가 제공된다.
상기 제 3 관점에 따라서 제공되는 콘택터는 하기 (c1) 내지 (c3) 중 하나, 또는 해당 (c1) 내지 (c3) 중의 복수를 조합시켜 구비하는 것도 바람직하다.
(c1) 해당 도체 회로가 구비하는 범프.
(c2) 내열성 수지, 금속, 반도체 및 세라믹 중에서 선택되는 적어도 일종으로 형성되어 이루어지는 내열성 기판.
(c3) 해당 신뢰성 평가 시험을 행할 때에 도통되는 부분을 제외한 표면에 형성한 절연성 피막.
본원 발명의 제 4 관점에 따르면, 반도체 웨이퍼와 콘택터를 전기적으로 일괄 접촉시킨 상태에서, 해당 반도체 웨이퍼에 대해서 다른 신뢰성 평가 시험을 동시에 행하는 신뢰성 평가 시험 방법이 제공된다.
본원 발명의 제 5 관점에 따르면, 반도체 웨이퍼와 콘택터를 전기적으로 일괄 접촉시킨 상태에서, 반도체 웨이퍼를 가압하고, 160℃ 이상으로 가열해서, 전기를 도통시켜, 해당 반도체 웨이퍼에 대해서 신뢰성 평가 시험을 행하는 신뢰성 평가 시험 방법이 제공된다.
상기 제 4 및 제 5 관점에 따라서 제공되는 신뢰성 평가 시험 방법은 하기 (d1) 내지 (d5) 중 하나, 또는 해당 (d1) 내지 (d5) 중의 복수를 조합시켜 구비하는 것도 바람직하다.
(d1) 해당 반도체 웨이퍼 내의 100 이상의 반도체 소자에 대해서 동시에 신뢰성 평가 시험을 행하는 것.
(d2) 해당 신뢰성 평가 시험으로서 일렉트로마이그레이션 시험 및/또는 리크 전류 시험을 행하는 것.
(d3) 해당 반도체 웨이퍼면 내를 160∼350℃의 범위 내에서, 또한 ±2.0℃ 이내의 온도 분포로 제어하는 것.
(d4) 해당 반도체 웨이퍼와 해당 콘택터를 불활성 가스 분위기, 및 불활성 가스에 환원성 가스를 혼입한 분위기 중 어느 하나에 두는 것.
(d5) 산소 농도가 100ppm 이하인 것. 이러한 특징 및 변경은 당해 기술분야의 당업자에는 착상되는 바이다. 그 때문에, 본 발명은 보다 넓은 관점으로 성립되는 것이고, 특정한 상세한 및 여기에 개시된 대표적인 실시예에 한정되는 것이 아니다.
따라서, 첨부된 청구항에 정의된 넓은 발명 개념 및 그 균등물의 해석과 범 위에 있어서, 거기로부터 벗어나는 일없이, 여러 가지의 변경을 행할 수 있다.
도 1(a), (b)는 본 발명의 신뢰성 평가 시험 장치의 일 실시예의 구성을 나타내는 도면으로서, 도 1(a)는 그 주요부를 나타내는 구성도, 도 1(b)는 제어기를 나타내는 사시도,
도 2는 도 1에 나타내는 신뢰성 평가 시험 장치를 이용하여 웨이퍼의 신뢰성 평가 시험을 행하는 상태의 주요부를 나타내는 단면도,
도 3(a), (b)는 본 발명의 콘택터의 일 실시예를 나타내는 도면으로서, 도 3(a)는 그 단면도, 도 3(b)는 그 평면도,
도 4는 본 발명의 콘택터의 다른 실시예를 나타내는 단면도,
도 5(a), (b)는 웨이퍼와 콘택터를 위치 맞춤하는 얼라이너의 일례를 나타내는 도면으로, 도 5(a)는 그 외관을 나타내는 사시도, 도 5(b)는 고정 기구를 나타내는 단면도,
도 6은 웨이퍼 반송구를 이용하여 셀을 흡착한 상태를 나타내는 측면도,
도 7(a)는 도 2에 나타내는 압압 기구를 거쳐서 콘택터와 웨이퍼가 일괄 접촉하는 상태의 측면을 나타내는 모식도, 도 7(b)는 콘택터가 휘어진 상태를 과장하여 나타내는 측면도,
도 8(a)는 본 발명의 신뢰성 평가 시험 방법에서 사용되는 웨이퍼의 구리 배선에서의 전극 패드부를 확대하여 나타내는 단면도, 도 8(b)는 종래의 가열로를 이 용하여 행하는 신뢰성 평가 시험 방법에서 사용되는 웨이퍼의 구리 배선에서의 전극 패드부를 확대하여 나타내는 단면도,
도 9(a), (b)는 일렉트로마이그레이션 시험에 이용되는 웨이퍼 상의 시험 패턴을 나타내는 평면도로서, 도 9(a)는 편(片)종단 타입을 나타내는 도면, 도 9(b)는 양(兩)종단 타입을 나타내는 도면,
도 10은 일렉트로마이그레이션 시험 동안의 상대 저항 변화와 테스트 시간의 관계를 나타내는 그래프,
도 11은 일렉트로마이그레이션 시험에 의한 누적 불량을 나타내는 그래프,
도 12는 펄스 직류를 이용한 일렉트로마이그레이션 시험에서 인가하는 전류의 파형도,
도 13은 교류를 이용한 일렉트로마이그레이션 시험에서 인가하는 교류의 파형도,
도 14(a)-(c)는 각각 주확산 패스와 MTF의 배선폭 의존성의 관계를 나타내는 도면,
도 15(a)는 임계 길이 측정 결과를 나타내는 그래프, 도 15(b)는 MTF의 Reservoir 길이 의존을 나타내는 그래프,
도 16은 TTF, 초기 저항의 웨이퍼 분포와 나타내는 도면,
도 17은 MTF, σ의 Juse에 부여되는 영향을 나타내는 그래프,
도 18(a)는 전류의 편차에 의한 Juse 손실을 나타내는 그래프, 도 18(b)는 온도 분포에 의한 Juse 손실을 나타내는 그래프,
도 19(a)-(d)는 BT 시험(TDDB 시험)에서 사용하는 시험 패턴의 일례를 나타내는 도면으로서, 도 19(a)는 상층 배선의 패턴을 나타내는 평면도, 도 19(b)는 도 19(a)의 단면도, 도 19(c)는 하층 배선의 패턴을 나타내는 평면도, 도 19(d)는 도 19(c)의 단면도,
도 20(a)-(e)는 본 실시예의 콘택터를 제조하는 공정을 나타내는 도면,
도 21(a)-(d)는 도 20(a)-(e)에 나타내는 공정에 연속하는 콘택터 제조 공정을 나타내는 도면,
도 22(a)-(d)는 도 21(a)-(d)에 나타내는 공정에 연속하는 콘택터 제조 공정을 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도 1(a)∼도 22(d)에 나타내는 실시예에 근거하여 본 발명을 설명한다. 본 실시예의 신뢰성 평가 시험 시스템은 신뢰성 평가 시험 장치(10)와 얼라이너(50)를 구비하여, 이들 양자는 데이터 통신 가능하게 통신 네트워크로 연결될 수 있다. 먼저 본 실시예의 신뢰성 평가 시험 장치(10)에 대해서 설명한 후, 얼라이너(50)에 대해서 설명한다.
본 실시예의 신뢰성 평가 시험 장치(10)는,도 1(a), (b) 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 후술하는 콘택터(11)(도 3(a), (b) 참조)와 전기적으로 일괄 접촉한 웨이퍼를 수납하는 웨이퍼 수납부(12)와, 이 웨이퍼 수납부(12)의 위쪽에 배치되고 또한 콘택터(11)를 압압하는 압압 기구(13)와, 이 압압 기구(13)에 의해 콘택터(11)에 압압된 웨이퍼를 직접 가열하는 가열 기구(14)(도 2 참조)와, 이 가열 기구(14)에 의해 가열된 웨이퍼의 전기적 특성을 측정하는 측정부(15)와, 이 측정부(15)의 측정용 신호를 형성하고, 또한, 측정 결과 신호를 처리하는 테스터부(16)와, 웨이퍼의 온도를 제어하는 온도 제어기(17)와, 테스터부(16)를 관리하는 테스터 관리부(18)와, 이들 기기를 수납하는 관체(19)와, 이 관체(19) 내의 각 기기를 제어하는 제어기(20)(도 1(b) 참조)를 구비한다. 신뢰성 평가 시험 장치(10)는 온도, 전류 밀도 등을 가속한 조건 하에서 상기 반도체 웨이퍼에 형성된 배선막, 절연막의 신뢰성을 평가한다. 제어기(20)는, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 데스크탑 타입의 컴퓨터에 의해서 구성되며, 관체(19)에 인접하여 배치될 수 있다. 컴퓨터의 모니터 화면(20A)에는 예컨대 시험 결과가 웨이퍼 맵(도 16 참조)으로서 표시된다. 웨이퍼 맵 상의 각 디바이스를 마우스(20B) 등으로 클릭하는 것에 의해서 각 디바이스의 시험 결과가 모니터 화면(20A)에 순간 표시될 수 있다. 더욱, 제어기(20)는 후술하는 얼라이너와의 데이터 통신 기능을 갖고, 신뢰성 평가 시험의 결과를 얼라이너로 송신할 수 있다. 또한, 웨이퍼 수납부(12)는 슬라이드 기구(21)를 거쳐서 관체(19)에 대하여 도 1(a)의 화살표 a 방향으로 출입할 수 있도록 되어 있다. 또한, 측정부(15)는 예컨대 일렉트로마이그레이션(EM) 측정부(15A)와, 리크 전류(BT) 측정부(15B)로 구성될 수 있다. 테스터부(16)는 이들 측정부(15A, 15B)에 대응하여 구성되어 있다. 이 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 구조의 주요부의 예를 나타낸 것이 도 2이다. 상기 측정부는 다른 시험 항목을 위한 측정부를 구비할 수도 있다.
상기 웨이퍼 수납부(12)는, 예컨대 도 2에 나타내는 바와 같이, 콘택터(11)와 전기적으로 일괄 접촉한 웨이퍼 W를 가열체(29A, 29B)(후술함)를 거쳐서 재치할 수 있는 단열, 절연성 재료로 이루어지는 재치대(22)와, 이 재치대(22)를 둘러싸는 단열성 및 절연성 재료로 이루어지는 단열 기구(통체)(23)와, 콘택터(11)와 내열성의 접촉 단자(예컨대, 포고핀)(24A)를 거쳐서 전기적으로 접촉하는 내열성의 접속 링(24)과, 이 접속 링(24)과 전기적으로 접촉하고 또한 측정부(15)로부터의 시험용 신호를 수수하는 배선 기판(25)을 구비할 수 있다. 웨이퍼 수납부(12)는 압압 기구(13)에 의해 콘택터(11)와 웨이퍼 W를 확실히 전기적으로 일괄 접촉시키고, 또한, 콘택터(11)는 접속 링(24) 및 배선 기판(25)을 거쳐서 측정부(15)와 도통 가능하다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 접속 링(24)의 외주연부에는 예컨대 실리콘 고무 등의 내열성 수지로 이루어지는 밀봉 링(26)이 배치될 수 있다. 이 밀봉 링(26)과 콘택터(11)가 탄력적으로 접촉하는 것에 의해, 웨이퍼 수납부(12) 내에 기밀 공간이 형성된다. 또, 웨이퍼 수납부(12)는 콘택터(11)의 외주연부를 누르는 누름 기구(27)를 구비할 수 있다. 누름 기구(27)는 콘택터(11)와 접속 링(24)을 확실히 전기적으로 접촉시킨다. 이 누름 기구(27)는, 예컨대, 내열성 재료(예컨대, 세라믹)에 의해서 제작되고, 콘택터(11)의 외주연부의 형상에 맞춘 형상의 제 1 링 형상 부재(27A)와, 이 링 형상 부재(27A)와 대략 동일 크기로 형성된 제 2 링 형상 부재(27B)와, 제 1, 제 2 링 형상 부재(27A, 27B) 사이에 개재하는 내열성 용수철 부재(27C)와, 제 2 링 형상 부재(27B)와 일체적으로 형성되고 또한 웨이퍼 수 납부(12)의 후방에서 힌지 결합된 암(27D)과, 이 암(27D)을 지지하는 1쌍의 가스 스프링(도시하지 않음)을 구비할 수 있다. 가스 스프링의 동작에 의해, 제 1, 제 2 링 형상 부재(27A, 27B)는 가벼운 힘으로 개폐될 수 있다. 누름 기구(27)는 록 기구(27E)를 구비할 수 있다. 록 기구(27E)는 제 1, 제 2 링 형상 부재(27A, 27B)가 콘택터(11)의 외주연부에 고정된다. 따라서, 웨이퍼 수납부(12)는 일체화한 콘택터(11) 및 웨이퍼 W를 수납하고, 압압 기구(13) 및 누름 기구(27)에 의해 콘택터(11)를 압압하는 것에 의해, 그 내부는 외부로부터 단열되어, 기밀을 유지하는 구조로 되어 있다.
예컨대 도 2에 나타내는 바와 같이, 재치대(22)에는 상하 방향으로 관통하는 1쌍의 급배기 구멍(22A, 22B)이 각각 형성될 수 있다. 불활성 가스 공급 장치(74)로부터 질소 가스 등의 불활성 가스 및/또는 수소 가스 등의 환원성 가스를 급기 구멍(22A)을 거쳐서 공급하여, 웨이퍼 수납부(12) 내의 콘택터(11)와 웨이퍼 W의 접촉부라는 지극히 한정된 최소한의 공간은 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기로 된다. 배기 구멍(22B)은 불활성 가스 및/또한 환원성 가스를 밸브(75)를 거쳐서 배기한다. 환원성 가스의 공급은 불활성 가스에 소정량의 환원성 가스를 첨가하는 것에 의해 실시되는 것이 바람직하다. 웨이퍼 수납부(12) 내의 좁은 공간에서 불활성 가스 분위기 및/또한 환원성 가스 분위기를 형성함으로써, 웨이퍼 W에 형성된 구리 배선 등의 산화되기 쉬운 금속 배선의 고온 하에서의 산화를 방지하고, 혹은 금속 산화막을 환원할 수 있다. 더구나 불활성 가스 및/또한 환원성 가스의 공급량을 최소한으로 억제할 수 있다. 웨이퍼 수납부(12)는 기밀 구조로 되어 있기 때문에, 불활성 가스 및/또한 환원성 가스로 공기를 치환하는 것에 의해, 산소 농도를 구리 등의 금속 배선 또는 패드의 산화를 방지할 수 있는 농도, 예컨대 10ppm 이하, 구체적으로는 1∼5ppm 이하까지 낮출 수 있다. 산소 농도는 웨이퍼 수납부(12) 내에 배치된 종래 공지의 산소 센서(도시하지 않음)에 의해 검출되고, 이 검출 신호에 근거하여 관체(19) 내에 마련된 산소 농도 측정부(28)(도 1 참조)가 산소 농도를 산출한다. 따라서, 종래와 같이 시험용 패드에 산화 방지용의 알루미늄 패드층을 마련할 필요가 없다. 환원성 가스로 치환하는 것에 의해, 시험 직전까지 형성된 금속 산화막은 환원되기 때문에, 웨이퍼 W와 콘택터(11)간의 전기적인 도통을 확실히 취할 수 있다.
상기 압압 기구(13)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 관체(19) 내에 삽입된 웨이퍼 수납부(12)의 바로 위에 고정되어 있다. 이 압압 기구(13)는, 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 콘택터(11)를 압압하는 압압판(13A)과, 이 압압판(13A)의 상면에 그 하단이 연결된 금속제의 벨로우즈(13B)와, 이 벨로우즈(13B)의 상단에 연결되고 또한 벨로우즈(13B)를 지지하는 지지판(13C)과, 이 지지판(13C)에 연결되고 또한 관체(19) 내에서 수하(垂下)하여 고정된 실린더 기구(13D)를 구비하고 있을 수 있다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 지지판(13C)에는 관통 구멍(13E)이 형성될 수 있다. 이 관통 구멍(13E)으로부터 기체 압입 기구(76)는 압축 공기를 공급하는 것에 의해, 압압판(13A), 벨로우즈(13B) 및 지지판(13C)에 의해 구성되는 실내의 압력을 높게 한다. 이 가압에 의해, 실린더 기구(13D)에 의해 지지된 지지판(1C)으로부터 벨로우즈(13B)가 하강 신장하여, 압압판(13A)을 거쳐서 콘택터(11)를 압하(押下)한다. 이 압하에 의해, 콘택터(11) 전면은 균등하게 압압됨으로써, 콘택터(11)의 범프와 웨이퍼 W의 전극 패드는 확실히 일괄 접촉시켜진다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 압압판(13A)의 하면 중앙에는 후술하는 보조 가열체(29C)가 고정될 수 있다. 보조 가열체(29C)는 웨이퍼 W를 콘택터(11)측으로부터도 가열한다. 누름 기구(27)는, 상술한 바와 같이, 웨이퍼 수납부(12)의 후방에서 힌지 결합되고, 가스 스프링 등의 보조 기구를 거쳐서 개폐 자유롭게 구성된다. 일체화한 콘택터(11)와 웨이퍼 W가 웨이퍼 수납부(12) 내에 재치된 후, 누름 기구(27)를 전방으로 기울이는 것에 의해, 웨이퍼 수납부(12) 내의 콘택터(11) 주연부에 제 2 링 형상 부재(27B)를 수평으로 접합한다. 이 결과, 도 2에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 수납부(12)에 수납된 콘택터(11)의 외주연부는 제 2 링 형상 부재(27B)와 록 기구(27E)에 의해 눌려진다.
상기 가열 기구(14)는 재치대(22) 상에 배치된 웨이퍼 W를 하면측으로부터 가열하는 가열체(29)를 구비할 수 있고, 이 가열체(29)는 웨이퍼 W 전면을 균일하게 가열한다. 또, 이 가열체(29)는, 예컨대, 재치대(22) 상의 중앙부에 배치된 원 형상의 제 1 가열부(29A)와, 제 1 가열부(29A)를 둘러싸는 링 형상의 제 2 가열부(29B)로 구성될 수 있다. 제 1 가열부(29A)는 웨이퍼 W의 중앙부를 가열하고, 또한, 제 2 가열부(29B)는 웨이퍼 W의 외주연부를 가열한다. 제 2 가열부(29B)는 웨이퍼 W의 외주연부로부터의 방열분을 보완하는 역할도 수행할 수 있다. 가열체(29)는 웨이퍼 W 전면을 균일하게 가열할 수 있을 수 있는 구조이면 어떠한 구조라도 되고, 제 1 가열부(29A) 및 제 2 가열부(29B)로 반드시 분할된 구 조가 아니더라도 된다. 가열 기구(14)는, 가열체(29) 외에, 콘택터(11)의 상면에 접촉하는 원반 형상의 보조 가열체(29C)를 구비할 수 있다. 보조 가열체(29C)는 가열체(29)와 협동하여 웨이퍼 W를 보다 확실하게 소정의 고온까지 가열하여, 그 온도를 유지한다. 이 가열 기구(14)는, 상술한 바와 같이, 웨이퍼 W를 상하 양면으로부터 직접 가열한다. 가열 기구(14)의 가열용 공간은 지극히 한정되어 있기 때문에, 웨이퍼 W는 단시간에 목표 온도까지 가열될 수 있다. 더구나 웨이퍼 W를 160℃ 이상, 최대로 350℃의 고온까지 가열, 유지하는 것에 의해, 고온 하에서 웨이퍼 W의 금속 배선의 일렉트로마이그레이션 및 리크 전류 등을 고정밀도로 측정할 수 있다. 이 가열 기구(14)는, 웨이퍼 W 전면을 160℃ 이상에서, 그 온도 분포를 ±2.0℃ 이내에서 균일하게 가열하도록 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 예컨대 배선 재료로서 구리을 이용한 경우에는, 고온, 고밀도 전류가 가속된 조건 하에서 신뢰성 평가 시험을 행하는 것에 의해, 배선, 절연막은 고정밀도로 평가될 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼 수납부(12)를 구성하는 배선 기판(25)은 관체(19)의 안쪽측(도 2의 우측)으로 연장되어 있다. 이 연장 부분(25A)의 상하 양면 각각에 외부 접속 단자(15E)가 배치되어 있다. 한편, 도 1에 나타내는 EM 측정부(15A) 및 BT 측정부(15B)의 접속 기판(15C, 15D)이 도 2에 나타내는 바와 같이 연장 부분(25A)을 사이에 유지하도록 배치되고, 이들 접속 기판(15C, 15D)은 전환 기구(78)에 의해 연장 부분(25A)의 상하 양면의 외부 접속 단자와 교대로 전기적으로 접촉하고, EM 측정부(15A)와 BT 측정부(15B)간을 교대로 바꾼다. 즉, 접속 기판(15C, 15D)은 EM 측정부(15A)와 BT 측정부(15B) 사이에서 전환된다. 이들 측정부(15A, 15B) 각각은 예컨대 512 채널을 갖는 보드로 이루어지며, 512개의 디바이스를 동시에 측정할 수 있다.
상기 콘택터(11)와 웨이퍼 W는, 도 2에 나타내는 바와 같이 이방 도전성 필름(31)을 거쳐서 일괄 접촉할 수 있다. 콘택터(11)의 범프 및 웨이퍼 W의 전극 패드는 원형 또는 다각형, 또는 이들의 조합 중 어느 하나가 바람직하다. 범프의 피치 방향의 최대 길이는 웨이퍼의 전극 패드의 피치 사이즈 이하가 바람직하고, 예컨대 지름이 약 75㎛의 크기로 형성되고, 각각의 중심을 기준으로 하여 약 120㎛의 간격을 비워 형성될 수 있다. 한편, 이방 도전성 필름(31)은, 콘택터(11)의 범프 및 웨이퍼 W의 전극 패드에 고저차가 있더라도, 이 고저차를 흡수할 수 있는 탄성 구조를 갖고 있다. 이러한 이방 도전성 필름(31)으로서는, 예컨대 도 7(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 4불화에틸렌 수지 시트(31A)와, 이 4불화에틸렌 수지 시트(31A) 전면을 소정 간격(예컨대, 70㎛)을 비워 균등하게 관통하는 니켈 미립자의 집합체(예컨대, 지름이 25㎛)(31B)로 형성되어 있다. 집합체(31B)는 금속 미립자가 집합하여 형성되어 있기 때문에, 집합체(31B)에 압력이 걸리면 니켈 미립자가 압밀(壓密) 상태로 된다. 따라서, 콘택터(11)와 웨이퍼 W 사이에 이방 도전성 필름(31)을 개재시킬 뿐이며 콘택터(11)의 범프와 웨이퍼 W의 전극 패드는 이방 도전성 시트(31)를 거쳐서 탄력적으로 일괄 접촉하는 것에 의해, 양자(11, W)는 확실히 도통할 수 있다. 이 고어메이트는 통상 1회용으로 한다. 또한, 도 2, 도 7(a), (b)에서, 32는 예컨대 철계 재료 등의 자성 재료로 이루어지는 웨이퍼 홀더이다. 한편, 콘택터(11)의 범프와 웨이퍼 W의 전극 패드를 얼라인먼트할 때에는 후술하는 얼라이너를 이용할 수 있다.
그리고, 상기 콘택터(11)는, 예컨대 도 3(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 후술하는 재료에 의해서 형성된 내열성 기판(11A)과, 이 내열성 기판(11A)의 상면에 도전성 금속(예, 철 또는 구리 합금 등)에 의해서 형성된 도체 회로(11B)와, 이 도체 회로(11B)와 일체적으로 각각 복수개씩 형성된 범프(11C)와, 웨이퍼 W용의 접속 패드부(11D)와, 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 접속 링(24)에 배치된 포고핀(24A)과 전기적으로 접촉하는 접속용 패드부(11E)와, 이들 범프(11C), 접속 패드부(11D) 및 접속용 패드부(11E) 이외의 부분을 피복하는 절연성 피막(11F)을 구비할 수 있다. 이 콘택터(11)는 160℃ 이상의 온도에서 실시되는 신뢰성 평가 시험에 적합하게 사용된다.
절연성 피막(11F)은 콘택터(11)와 웨이퍼 W 사이의 불필요한 전기적 접촉을 방지하여, 콘택터(11)와 웨이퍼 W 사이에서의 안정한 전기적 도통이 확보도리 수 있다. 내열성 기판(11A)은 고온 하에서의 열 팽창률이 지극히 작은 재료, 예컨대, 160℃ 이상의 온도 하에서 콘택터(11)의 평면 방향의 열 팽창률이 1∼50ppm/℃, 바람직하게는 2∼30ppm/℃의 재료에 의해서 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 내열성 기판(11A)은 160℃ 이상, 예컨대 350℃의 고온 하이더라도 웨이퍼 W의 열 팽창률과의 사이에 거의 어긋남이 없이 일괄 접촉 상태를 유지할 수 있어, 확실히 전기적 도통을 확보할 수 있어, 신뢰성 평가 시험을 확실히 행할 수 있다. 이 내열성 기판(11)은, 예컨대 폴리이미드, 비스마레이미드트리아진 등의 내열성 수지, 보 강재(예컨대, 유리 크로스, 탄소 섬유 등) 함유의 내열성 수지, 알루미늄, 구리, 스테인레스, 인버 합금, 인버 등의 금속, 실리콘 등의 도체 및 질화알루미늄, 탄화 규소 등을 주체로 한 세라믹 중에서 선택되는 적어도 1종의 재료에 의해서 형성될 수 있다. 이들 재료를 2종 이상 이용하는 경우에는 적절히 조합시켜 내열성 기판(11A)을 형성할 수 있다. 절연성 피막(11F)을 형성하는 재료는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대 폴리이미드계 수지 등의 내열성 수지가 바람직하게 이용된다. 절연성 피막(11F)은 신뢰성 평가 시험을 행할 때에 도통되는 부분을 제외한 표면에 형성되어 있으면 된다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이 내열성 기판(11A)의 종류에 따라 그 표면에 실리콘 산화막 등의 절연층(11G)을 마련하더라도 된다.
상기 제어기(20)는, 표시 장치에 웨이퍼 W의 시험 결과를 웨이퍼 맵(도 16 참조)으로서 표시할 수가 있고, 또한, 데이터 통신 회선을 거쳐서 얼라이너(50)에 시험 결과를 송신할 수도 있다.
상기 얼라이너는 예컨대 도 5(a), (b)에 나타내는 바와 같이 구성되어 있다. 이 얼라이너(50)는, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 W를 수납하고 또한 웨이퍼 W를 로드, 언로드하는 로더실(51)과, 이 로더실(51)에 인접하고 또한 웨이퍼 W와 콘택터(11)를 위치 맞춤하는 얼라인먼트실(52)을 구비한다. 얼라인먼트실에서는, 웨이퍼 W와 콘택터(11)를 일괄 접촉시키기 위해서 이들 양자의 얼라인먼트가 실시된다. 도시하고 있지 않지만 로더실(51)에는 반송 기구(핀셋) 및 예비 위치 맞춤 기구(서브척)가 배치된다. 웨이퍼 W는 1장씩 핀셋을 거쳐서 캐리어 내로부터 반송된다. 이 반송 과정에서 서브척 상에서 오리풀러 또는 노치를 기준으로 하여 웨이퍼 W는 예비 위치 맞춤(플리얼라인먼트)된다. 그 후, 핀셋을 거쳐서 웨이퍼 W는 얼라인먼트실(52)로 반송된다.
도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 상기 얼라인먼트실(52)에는 헤드 플레이트(53)가 개폐 가능하게 부착된다. 이, 개폐 구동 기구(54)는 콘택터(11)를 장착한 헤드 플레이트(53)를 이동하여, 얼라인먼트실(52)의 상면 개구를 개폐한다. 이 헤드 플레이트(53)의 중앙에는 콘택터(11)보다 작은 직경의 제 1 개구부(53A)가 형성된다. 제 1 개구부(53A)의 내면(도 5(a)에서는 개방되어 상향(上向)으로 되어 있음)에는 콘택터(11)를 고정하는 고정 기구(53B)가 제 1 개구부(53A)를 둘러싸도록 4개 마련되어 있다. 이 고정 기구(53B)는, 예컨대 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 개구부(53A)의 주위 4부분에 형성된 오목홈부(53C) 내에 추착(樞着)된 누름 부재(53D)와, 누름 부재(53D)의 기단부(基端部)에 연결된 에어 실린더(53E)를 구비하고 있다. 에어 실린더(53E)는 누름 부재(53D)를 반시계 방향으로 회전하여, 제 1 개구부(53A)에 재치된 콘택터(11)를 헤드 플레이트(53)에 고정한다.
도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 얼라인먼트실(52) 내의 헤드 플레이트(53)의 아래쪽에는 X, Y, Z 및 θ 방향으로 이동 가능한 메인 척(55)이 배치된다. 이 메인 척(55) 상에 웨이퍼 홀더(32)를 거쳐서 웨이퍼 W가 재치된다. 메인 척(55)은 XY 스테이지(56)를 거쳐서 X, Y 방향으로 이동한다. 이 메인 척(55)은 회전 승강 기구(도시하지 않음)를 내장한다. 회전 승강 기구는 XY 스테이지(56) 상에서 메인 척을 승강하고, 또한, θ 방향으로 정반대 회전한다. 로더실(51) 내의 핀셋은 프리얼라인먼트 후의 웨이퍼 W를 얼라인먼트실(52) 내의 메인 척(55) 상에 미리 재치 된 웨이퍼 홀더(32) 상으로 이동한다. 웨이퍼 홀더는 철계 합금 등의 자성 재료로 구성될 수 있다. 이 웨이퍼 홀더(32)는 후술하는 웨이퍼 반송구로 일체화된 웨이퍼 W와 콘택터(11)를 반송할 때에 사용된다.
얼라인먼트실(52) 내에는 도시하지 않은 얼라인먼트 기구가 배치될 수 있다. 이 얼라인먼트 기구는 얼라인먼트 브리지에 고정된 상부 카메라와, 메인 척(55)측에 고정된 하부 카메라를 구비한다. 이들 카메라로 촬상된 화상을 표시 장치(57)에 표시한다. 이 표시 장치(57)의 표시 화면에는 터치 패널도 표시하여, 화면 상에서 얼라이너(50)를 조작할 수가 있다. 메인 척(55)을 이동시켜 상부 카메라로 웨이퍼 W의 전극 패드를 촬상하고, 또한, 메인 척(55)을 이동시켜 하부 카메라로 헤드 플레이트(53)에 장착된 콘택터(11)의 범프(도 3 참조)를 촬상한다. 이들의 화상 데이터에 근거하여 웨이퍼 W의 전극 패드와 콘택터(11)의 범프를 얼라인먼트한다. 이 얼라인먼트 기구로서는 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 11-238767 호에서 제안한 기술을 이용할 수 있다. 개폐 구동 기구(54)는 얼라인먼트 후에 헤드 플레이트(53)를 몇 번 개폐하더라도 콘택터(11)와 웨이퍼 W가 틀림없이 일괄 접촉하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 표시 장치(57)의 표시 화면에는 상기 신뢰성 평가 시험 장치(10)와의 데이터 통신에 의해서 송신되어 오는 신뢰성 평가 시험 결과를 웨이퍼 맵(도 16 참조)으로서 표시할 수 있다. 웨이퍼 맵에는 시험 결과가 수치로 표시된다. 웨이퍼 맵을 거쳐서 시험 후의 불량 부분과 그 모양을 선택하고, 이 불량 디바이스를 현미경(79)으로 관찰할 수 있도록 되어 있다. 즉, 헤드 플레이트(53)에는 제 1 개구부(53A)에 인접시킨 제 2 개구부(53F)가 형성되어 있다. 이 제 2 개구부(53F)의 표면에는 현미경(예컨대, 최고 배율이 2000배 이상)이 장착된다. 이 현미경을 거쳐서 메인 척(55) 상에 재치된 웨이퍼 W의 각 디바이스를 관찰할 수 있다. 따라서, 신뢰성 평가 시험 장치(10)에 의해 시험된 웨이퍼 W를 얼라이너(50)의 메인 척(55) 상에 재치한 후, 신뢰성 평가 시험 장치(10)로부터의 시험 결과를 얼라이너(50)로 통신 회선을 거쳐서 송신한다. 시험 결과를 표시 장치(57)의 표시 화면에 웨이퍼 맵으로서 표시한다. 시험에 이용한 디바이스를 화면 상에서 선택하고, 메인 척(55)의 조작에 의해서 이 시험 후의 디바이스를 현미경의 바로 아래로 이동시켜, 현미경에 의해서 일렉트로마이그레이션 현상에 의한 보이드 등을 웨이퍼 상태대로 관찰할 수 있다. 현미경으로서 렌즈 부착 CCD 카메라를 이용하는 것에 의해, 표시 장치(57)에서 웨이퍼 W 상의 각 디바이스를 관찰할 수 있다.
그래서, 얼라이너(50)에서 일괄 접촉한 웨이퍼 W와 콘택터(11)는 웨이퍼 반송구(60)에 의해 신뢰성 평가 시험 장치(10)까지 반송된다. 웨이퍼 반송구(60)는, 예컨대 도 6에 나타내는 바와 같이, 케이스(61) 내에 마련된 자기 회로(77)와, 이 자기 회로를 개폐 조작하기 위해서 케이스(61)에 추착된 조작 레버(62)와, 이 조작 레버(62)의 좌우에 배치하여 케이스에 부차된 1쌍의 손잡이(63)를 구비하고 있다. 또한, 자기 회로 대신에 자석을 이용할 수 있다. 이 경우는 자석을 조작 레버(62)에 의해서 승강하도록 하더라도 된다. 따라서, 헤드 플레이트(53)(도 5(a) 참조)의 제 1 개구부(53A)로부터 웨이퍼 반송구를 콘택터(11) 상에 재치한 상태에서 핸들 조작하는 것에 의해, 자기 회로가 여자되고, 자기 회로는 웨이퍼 홀더(32)를 강 력히 흡착하여, 도 6에 나타내는 바와 같이 콘택터(11), 이방 도전성 필름(31) 및 웨이퍼 W를 위치 어긋나는 일없이 일체화한다.
다음에, 도 5(a)∼도 17을 참조하면서 본 발명의 신뢰성 평가 시험 방법의 일 실시예를 상기 신뢰성 평가 시험 시스템의 동작과 함께 설명한다. 먼저, 얼라이너(50)를 이용하여 콘택터(11)의 프로브(예, 범프)와 웨이퍼 W의 전극 패드를 위치 맞춤한다. 그것에는 개폐 구동 기구(54)에 의해, 헤드 플레이트(53)를 열려, 헤드 플레이트(53)의 내면측으로부터 제 1 개구부(53A)로 콘택터(11)를 고정 기구(53B)를 거쳐서 장착한다. 그와 함께 메인 척(55) 상에 웨이퍼 홀더(32)를 재치한다. 이어서, 개폐 구동 기구(54)에 의해 헤드 플레이트(53)를 닫는다. 그 후, 로더실(51) 내에서 핀셋 및 서브척에 의해 웨이퍼 W를 프리얼라인먼트한 후, 핀셋에 의해 웨이퍼 W를 웨이퍼 홀더(32) 상에 재치한다. 계속해서, XY 스테이지(56), 회전 승강 기구 및 얼라인먼트 기구에 의해, 웨이퍼 W의 전극 패드와 콘택터(11)의 범프의 얼라인먼트를 행한다. 얼라인먼트 종료 후, 헤드 플레이트(53)를 열고, 얼라인먼트 후의 웨이퍼 W 상에 이방 도전성 필름(31)을 배치할 수 있다. 이어서, 개폐 구동 기구(54)에 의해, 헤드 플레이트(53)가 얼라인먼트실(52)의 개구부를 닫는다. 메인 척(55)이 상승하여, 콘택터(11)의 범프와 웨이퍼 W의 전극 패드가 이방 도전성 필름(31)을 거쳐서 일괄 접촉하는 것에 의해, 웨이퍼 홀더(32)를 포함해서 일체화한 셀(71)이 형성된다.
그 후, 오퍼레이터가 헤드 플레이트(53)의 제 1 개구부(53A)로부터 웨이퍼 반송구(60)를 콘택터(11) 상에 재치하여, 웨이퍼 반송구(60)의 조작 레버(62)를 조작해서 자기 회로를 여자하는 것에 의해, 콘택터(11)측으로부터 웨이퍼 홀더(32)를 강력한 자력에 의해서 흡착하여, 콘택터(11), 이방 도전성 필름(31), 웨이퍼 W 및 웨이퍼 홀더(32)를 위치 어긋나게 하는 일없이 일체화하여 고정한다. 고정 기구(53B)를 해제하는 것에 의해 헤드 플레이트(53)를 연 후, 웨이퍼 반송구(60)를 셀(71)과 함께 메인 척(55) 상으로부터 분리하여, 신뢰성 평가 시험 장치(10)까지 반송하고, 그 장치(10)의 관체(19)로부터 인출된 웨이퍼 수납부(12)의 가열체(29) 상에 재치한다. 이어서, 웨이퍼 수납부(12)의 누름 기구(27)를 핸들 조작에 의해서 기울이는 것에 의해, 웨이퍼 수납부(12) 내의 콘택터(11)의 외주연부를 접속 링(24) 상의 밀봉 링(26)에 압압하여 고정한다(도 2 참조). 이 조작에 의해서 웨이퍼 W가 웨이퍼 홀더(32)에 의해, 재치대(22) 상의 가열체(29)와 가접촉한다. 콘택터(11)의 외주연부가 접속 링(24) 상의 밀봉 링(26)과 탄력적으로 접촉하는 것에 의해 기밀 상태를 형성하고, 또한, 콘택터(11)가 접속 링(24)의 포고핀(24A)과 탄접(彈接)하여, 콘택터(11)와 접속 링(24)이 전기적으로 접촉한다. 이어서, 웨이퍼 반송구(60)의 조작 레버(62)를 조작하는 것에 의해, 자기 회로를 소자하여 셀을 해방하고, 웨이퍼 반송구(60)를 콘택터(11)로부터 분리하여, 웨이퍼 수납부(12)를 관체(19) 내에 밀어넣는다.
그런 후, 제어기(20)(도 1(b) 참조)가 압압 기구(13)의 실린더 기구(13D)를 구동하고, 또한, 관통 구멍(13E)으로부터 벨로우즈(13B) 내로 압축공기를 압입한다. 이 주입 후, 실린더 기구(13D)는 압압판(13A) 및 벨로우즈(13B)를 하강시켜, 압압판(13A)의 하면의 보조 가열체(29C)가 누름 기구(27)의 내측에 감입(嵌入)된 다. 압압판(13A)이 하강단에 도달한 상태에서, 압압판(13A) 하면의 보조 가열체(29C)가 콘택터(11)와 접촉한다. 이 때, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 벨로우즈(13B) 내의 가압 공기의 압력은 동 도면의 화살표 방향으로 나타내는 바와 같이 압압판(13A)을 보조 가열체(29C)를 거쳐서 콘택터(11)의 중앙부를 밀어넣고, 콘택터(11)는 웨이퍼 W 에 대하여 전면 균등하게 압접시킨다.
압압판(13A) 및 누름 기구(27)로부터의 압압력은 콘택터(11)의 범프(11C)와 웨이퍼 W의 다층 배선(73)에 형성된 전극 패드를 이방 도전성 필름(31)을 거쳐서 전기적으로 일괄 접촉시킨다. 여기서, 웨이퍼 W의 다층 배선(73)은 절연막(74)과 적층되는 구조에 의해 형성될 수 있다. 이 때, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 콘택터(11)가 간신히 기복이 생긴 상태로 변형하고 있는 경우가 있다. 벨로우즈(13B) 내의 가압 공기는 보조 가열체(29C)를 거쳐서 콘택터(11)의 변형을 도 7(a) 및 도 2에 나타내는 바와 같이 교정한다. 이 교정과, 이방 도전성 필름(31)에 의해, 콘택터(11)의 전 범프와 웨이퍼 W의 전 전극 패드는 확실히 균등한 압압력으로 전기적으로 일괄 접촉한다. 신뢰성 평가 시험에 있어서는, 512개의 디바이스를 한번에 측정할 수 있기 때문에, 가열로를 사용하는 종래 방법에 비하여 시험 시간을 각별히 삭감할 수 있다.
상술한 형태에서, 웨이퍼 수납부(12) 내에 급기 구멍(22A)으로부터 불활성 가스를 소정 시간(예컨대, 약 30분) 공급하는 것에 의해, 웨이퍼 수납부(12) 내의 공기는 배기 구멍(22B)으로부터 배기되고, 웨이퍼 수납부(12) 내는 불활성 가스 분위기로 되어, 그 산소 농도는 10ppm 이하, 구체적으로는 1∼5ppm 이하까지 내려간 다. 이 산소 농도에 있어서는, 웨이퍼 W의 전극 패드 및 금속 배선은 산화를 확실히 방지할 수 있기 때문에, 전극 패드 및 금속 배선을, 예컨대 산화되기 쉬운 구리 또는 구리 합금에 의해서 형성할 수 있다. 예컨대, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 W 상에 최근 사용되고 있는 구리, 구리 합금의 패드 P를 형성하고 나서 시험까지 긴 일수(日數) 방치해 두는 경우, 패드 P의 표면에 산화막이 형성된다. 해당 산화막은 전기적인 도통을 곤란하게 한다. 이러한 경우이더라도, 질소 가스 등의 불활성 가스를 웨이퍼 수납부(12) 내에 미리 공급하여 불활성 가스 분위기를 형성하는 것에 의해, 웨이퍼 수납부(12) 내의 산소 농도를 수 ppm 정도까지 낮춘다. 이 후, 가열하여 콘택터(11)와 웨이퍼 W를 가압하는 것에 의해, 양자의 전기적 접속은 개선된다. 패드 P의 표면이 현저히 산화되어 있는 경우에는, 수소 가스 등의 환원성 가스를 수% 정도 첨가한 질소 가스 등의 불활성 가스를 웨이퍼 수납부(12) 내에 공급하고, 200℃ 이상으로 가열하는 것에 의해, 패드 P의 산화막은 환원성 가스로 환원되어, 패드 P와 콘택터(11)의 전기적 접속이 개선된다. 이와 같이 콘택터(11)와 웨이퍼 W의 전기적 도통이 양호하게 된 후, 압압 기구(13)에 의해 콘택터(11)를 가압하는 것에 의해, 콘택터(11)와 웨이퍼 W는 전기적으로 확실히 접속되어, 신뢰성이 높은 신뢰성 평가 시험을 실행할 수 있다. 이 때, 질소 가스 등의 불활성 가스나 수소 가스 등의 환원성 가스는 배기 구멍(22B)으로부터 배기된다. 웨이퍼 수납부(12) 내는 최소한의 공간으로 되는 것에 의해, 이들 가스의 사용량을 최소한으로 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예는 웨이퍼 레벨로 신뢰성 평가 시험을 실행할 수 있다. 가열로를 사용하는 종래의 방법에서의 웨이퍼의 다이싱 공정 및 어셀블리(패키징) 공정을 모두 생략할 수가 있는 결과, 시험 시간의 단축 및 시험 비용의 각별한 삭감이 가능하다. 특히, 어셈블리 공정에 있어서, 구리, 구리 합금으로 이루어지는 패드 P에 직접 와이어를 본딩하는 것이 어렵다. 이 때문에, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 알루미늄의 배리어층 B 및 패드층 P1을 마련한 후, 와이어 L을 본딩해야 한다. 그런데, 본 실시예에서는, 웨이퍼 수납부(12) 내의 산소 농도를 수 ppm 정도까지 낮출 수 있기 때문에, 상술한 바와 같이 알루미늄의 배리어층 B 및 패드층 P1을 생략할 수 있다. 이 결과, 시험 비용을 더욱 삭감할 수가 있다. 또, 종래 방법은 알루미늄의 패드층 외에, 알루미늄의 배리어층을 필요로 하는 이유는, 가열로가 일반적으로 기밀성이 좋지 않기 때문에, 구리, 구리 합금의 패드부가 시험 중에 산화되어, 전기적 도통을 확보하기 어렵기 때문이다.
이어서, 가열 기구(14)가 작동한다. 가열체(29) 및 보조 가열체(29C)의 온도가 상승하여, 이들 양자(29, 29C)는 웨이퍼 W를 상하로부터 직접 가열한다. 이와 같이, 웨이퍼 W를 가열체(29)와 보조 가열체(29C)에서 사이에 유지하여 상하로부터 가열하는 것에 의해, 웨이퍼 W를 목표 온도(최대 350℃)까지 단시간(예컨대, 1시간 이내)에 승온시킬 수 있다. 게다가, 웨이퍼 수납부(12)를 단열 구조로 하는 것에 의해, 웨이퍼 수납부(12) 내에서의 방열에 의한 온도 저하를 각별히 억제할 수 있어, 이 결과, 웨이퍼 W를 목표 온도로 유지하는 것이 용이하게 된다. 가열체(29)는 개별적으로 기능하는 제 1, 제 2 가열부(29A, 29B)에 의해 구성될 수 있다. 가령, 콘택터(11)의 외주연부로부터 열이 방산(放散)되더라도, 외측의 제 2 가열부(29B)는 콘택터(11)의 외주연부로부터의 방열분을 확실히 보충해서 웨이퍼 W 전면을 목표 온도로 유지한다. 웨이퍼 W면 내에서의 160∼350℃ 범위의 온도 분포의 편차를 ±2.0℃ 이하로 억제할 수 있다.
고온 하에서 일렉트로마이그레이션 시험을 행하는 경우에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, EM 측정부(15A)의 접속 기판(15C)을 배선 기판(25)의 연장 부분(25A)의 외부 접속 단자에 접촉시킨다. 이 후, EM 측정부(15A)는 웨이퍼 W 내의 512개의 디바이스의 일렉트로마이그레이션 측정을 동시에 실시하고, 테스터부(16)는 시험 결과를 해석한다. 이 경우, 웨이퍼 W를 350℃의 고온에 안정적으로 유지하는 것에 의해, 예컨대 각 디바이스의 구리 배선의 금속 원자의 이동이 유기되기 쉬운 상태로 유지할 수 있어, 이 결과, 단시간에 시험 결과를 얻어, 웨이퍼 W 상의 각 디바이스를 단시간에 평가할 수 있다.
일렉트로마이그레이션 시험을 행하기 위해서, 전류를 억제하는 경우에는, 본 실시예의 EM 측정부(15A)는 직류, 펄스 직류 및 교류의 3종류의 전류를 인가할 수 있다. 종래의 가열로를 사용하는 방법은, 직류 전류만, 혹은 펄스 직류 또는 교류만을 인가하는 방식이지만, 본 실시예의 신뢰성 평가 시험 장치(10)는 1대로 3종류의 전류 인가 방식에 대응할 수 있다.
이들 3종류의 전류를 인가하는 경우에는, 시험 패턴(77)은, 예컨대 도 9(a), (b)에 나타내는 웨이퍼 W 상에 형성된 시험 패턴을 사용할 수 있다. 이들 시험 패턴은 통상 가장 빈번히 사용되는 것이다. 기본적인 시험 패턴은, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이 전자의 흐름에 대하여 상류단에 접속 구멍을 갖는 편종단 타입의 시험 패턴과, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이 전자의 흐름의 상류단과 하류단의 각각에 접속 구멍을 갖는 양종단 타입의 시험 패턴이 있다. 도 9(a)에 나타내는 편종단 타입의 시험 패턴은, 전자가 하층 배선으로부터 접속 구멍을 거쳐서 상류의 배선에 흐를 때에 이용된다. 통상 가속 시험 전류 밀도는 0.5∼2.0MA/㎠을 채용하지만, 시험 배선의 길이 L은 백플로우 효과가 일어나지 않는 길이로 설정할 필요가 있다. 배선 길이 L은 50㎛ 이상이면 충분하지만, 100∼200㎛이 바람직하다. 또한, 시험 배선폭은 통상 디바이스나 대상으로 하고 있는 시험 내용에 따라서도 변한다.
시험을 행하는 배선 라운딩에 통상 디바이스의 편측(片側)에 10개, 양측에서 20개 정도의 더미의 배선이 배치될 수 있다. 이들 더미 배선은 가는 시험 배선을 형성하기 위한 리소그래피 공정에서의 근접 효과를 회피하여 목표의 배선폭을 얻기 위해서와, 일렉트로마이그레이션 시험 시에 배선으로부터의 배선 재료인 금속의 분출(Extrusion)을 검지하기 위해서 배치하고 있다. 시험은 기본적으로는 4단자 측정에 의해 분출을 감시한다.
먼저, 직류를 이용하는 경우에는, 도 9(a)의 편종단 타입의 시험 패턴을 사용한다. 배선 길이 L이 100㎛로 설정된 배선을 사용한다. 시험 배선이 구리, 구리 합금제인 경우에는, 시험 온도는 250∼350℃인 것이 바람직하다. 배선이 알루미늄, 알루미늄 합금제인 경우에는, 시험 온도는 150∼250℃인 것이 바람직하다. 인가하는 전류 밀도는 주울 발열에 의한 온도 상승을 피하기 위해서, 0.5∼3MA/㎠ 정도가 바람직하다. 도 9(a)에 나타내는 시험 패턴을 이용했을 때의 상대 저항값 의 변화를 도 10에 나타내었다. 이 도면으로부터도 명확한 바와 같이, 저항값이 전혀 상승하지 않는 시간(Incubation Time)이 길고, 그 후, 급격하게 저항값이 상승(Growth Time)하고 있는 것을 안다. 이 때, 예컨대 저항값이 10%, 20%로 상승한 시점에서의 시간을 불량에 도달하는 시간(Time To Failure)으로 정의한다. 동일한 시험 패턴을 이용하여 예컨대 30개 동시에 시험을 행한 경우, 그 누적 불량을 나타낸 것이 도 11이다. 도 11은 통계 상의 분포로서 대수 정규 분포를 이용하고 있지만, 신뢰성 평가 시험 장치(10)는 와이블 분포, 정규 분포도 대수 정규 분포와 마찬가지로 출력할 수 있다. 도 11에 있어서, 50% 불량에 도달하는 시간을 MTF(Median Time to Failure)로 정의한다. 직선 근사했을 때의 경사의 역수가 일렉트로마이그레이션의 편차로 된다. 이들 2개의 값은 LSI의 일렉트로마이그레이션 수명을 예측하는 데에 있어 대단히 중요한 파라미터이다.
펄스 직류를 이용하는 경우에는, 예컨대 도 12에 나타내는 펄스 직류를 인가한다. 여기서 중요한 것은 펄스 주파수이다. 펄스 주파수로서는 예컨대 50㎑∼10㎒ 정도가 필요하며, 본 실시예의 신뢰성 평가 시험 장치(10)는 이것에 대응하고 있다. 펄스 직류에 의한 일렉트로마이그레이션 시험 시에는, 펄스 주파수에 의해서 금속 원자의 이동 모드가 천이하는 것이 알려지고 있다. 지금까지의 보고에서는, 천이하는 주파수는 100㎑∼수 ㎒로 전해지고 있다. 따라서, 본 실시예의 신뢰성 평가 시험 장치(10)는 금속 원자의 이동 모드를 확실히 측정할 수 있다. 교류 전류를 인가하는 경우에는, 주파수와, 도 13에 나타내는 바와 같이 주파수의 정의 영역과 부의 영역의 면적을 동일하게 유지한 상태에서 듀티비(ton/tcycle)를 변경하는 것이 중요하다. 이것은, LSI의 회로에서 빈번히 일어나고 있는 금속 원자의 거동에 대단히 유사하기 때문이다.
웨이퍼 W 상태의 디바이스에 대하여 일렉트로마이그레이션 시험을 행하는 경우에는, 512개의 디바이스를 동시에 시험할 수 있다. 이에 반하여, 종래의 가열로를 사용하는 종래 방법은, 많더라도 100개 정도밖에 시험할 수 없다. 따라서, 본 발명의 실시예의 시험 능력이 4.5배 향상한다. 또한, 웨이퍼 W 상의 시험 패턴의 배치와 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 시험 패턴의 그룹화 기능을 사용하는 것에 의해, 고신뢰화 기술 개발을 위해 대단히 중요한 데이터, 즉 배선폭 의존성(주확산 패스의 동정(同定))(도 14(a)∼(c) 참조), 임계 길이(Lc : Critical length)(도 15(a) 참조), Reservoir 길이 의존(도 15(b) 참조) 등을 한번에 우수한 효율로 얻을 수 있다. 이에 반하여, 가열로를 사용하는 종래 방법은 각 데이터를 측정할 때마다 각 패키지를 세트하지 않으면 안되어, 시험이 대단히 번잡하고 결과를 얻을 때까지 장시간이 필요하였다.
또한, 웨이퍼 상에 형성된 디바이스를 시험함으로써, 신뢰성에 관계하는 아웃풋 파라미터, 예컨대 TTF나 초기 저항값 등의 웨이퍼 W면 내에서의 분포 상태를 도 16에 나타내는 웨이퍼 맵으로서 출력할 수가 있어, 그 분포 상태를 즉시 파악할 수가 있다. 예컨대, 도 16 중 2중의 □으로 나타내어진 디바이스의 출력 결과는 도 10에 나타낸 상대 저항값의 변화를 나타내는 도면이다. 도 11에 나타낸 누적 불량 분포를 나타내는 도면으로부터는, 상대 저항값의 시간에 대한 변화나 시간에 대한 누적 불량을 즉시 알 수 있다. 따라서, 시험 결과에 근거하여 목적으로 하는 데이터를 단시간에 양호한 효율로 얻을 수 있고, 더구나 테스터부(16)에 의해 단시간에 효율적으로 정확히 데이터를 해석할 수 있다. 이에 반하여, 가열로를 사용하는 종래 방법에서는, 웨이퍼를 다이싱한 후, 각 디바이스를 패키지에 넣을 때에 어떤 디바이스인지를 기입하는 등의 시간이 걸리게 되어, 기입 미스 등의 문제가 발생할 우려가 있다.
일렉트로마이그레이션 시험 후에는, 시험 결과를 신뢰성 평가 시험 장치(10)로부터 얼라이너(50)로 데이터 통신으로 송신할 수 있다. 얼라이너(50)에는 얼라인먼트용의 카메라와 현미경이 마련되어 있기 때문에, 얼라인먼트실(52) 내에 시험 후의 웨이퍼 W를 세트한 후, 얼라인먼트 기구에 의해 불량품을 현미경의 바로 아래에 위치 맞춤하고, 보이드 등의 일렉트로마이그레이션에 의한 불량을 바로 관찰할 수 있다. 더구나, 512개의 시험 패턴을 관찰 결과를 화상으로서 보존할 수 있다. 또한, 예컨대, 웨이퍼 맵 상에서 그 저항 거동이 이상한 디바이스가 있으면, 그 화상을 즉시 표시 장치(57)의 화면에 영상 출력할 수 있다. 얼라이너(50)는 필요에 따라 매뉴얼 모드로 카메라를 조작하여, 고배율로 불량 부분 및 그 부근을 관찰할 수 있다. 더욱, 미리 추출하고자 하는 저항 거동, 보이드의 발생 부분 등을 지정하면, 시험 후에 얼라이너(50)에 의한 보이드 관찰 후, 자동적으로 그들을 리스트 업할 수 있다. 이에 반하여, 가열로를 사용하는 종래 방법은, 패키지 내에서 디바이스를 취출하고, 현미경으로 하나하나 관찰하고 있기 때문에, 관찰에 막대한 노동 력과 시간이 필요하다.
상기 일렉트로마이그레이션 시험을 행하는 경우에는, 웨이퍼 W면 내의 온도 분포를 예컨대 160∼350℃, ±2.0℃ 이내의 범위로 제어한다. 일렉트로마이그레이션 시험은 온도와 전류 밀도의 가속 조건 하에서 행하여질 수 있다. 그 시험 결과로서 MTF 및 편차 σ를 얻는다. 또, 온도 조건과 전류 밀도 조건을 바꾸어 가속 파라미터인 Ea(Activation energy)와 n(Current exponent)을 구하여, 최종적으로 Juse(Use current dentisy at operating condition)를 구한다. 이 Juse가 클수록 좋다. n은 일렉트로마이그레이션의 원리로부터 1(growth time 의 성분)∼2(incubation time의 성분) 사이이다. n은 시험 패턴의 성과나 상대 저항의 변화가 몇 %인 것을 불량이라고 간주할지인 것으로 변한다. En은 확산에 대한 활성화 에너지로, 시험 패턴을 여하 재료와 프로세스로 형성할지에 의해 결정된다. Ea와 n은 웨이퍼 W에 따라 결정되는 것이며, 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 성능에 의해 결정되는 것이 아니다. 이에 반하여, 편차 σ는 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 성능이 영향을 준다. MTF 및 σ의 Juse에 대한 영향의 정도를 도 17에 나타낸다. 도 17로부터 알 수 있는 바와 같이, 편차 σ의 영향은 현저하고 크다. 환언하면, σ가 크면, 예컨대 σ가 0.5 이상으로 되면, MTF의 길이에 의한 영향은 없어진다. 편차 σ는 웨이퍼 W(LSI의 제조 프로세스)에 기인하는 것과, 신뢰성 평가 시험 장치(10)에 기인하는 것이 있다. 신뢰성 평가 시험 장치(10)에 기인하는 편차 σ가 작으면 작을수록 좋다. 신뢰성 평가 시험 장치(10)로부터 발생하는 편차 σ로서는, 웨이퍼 W면 내의 온도 분포에 기인하는 것과, 전류의 편차에 기인하는 것의 2종류가 있다. 도 18(a), (b)는 각각 전류의 편차에 기인하는 Juse 손실과, 온도 분포(편차)에 기인하는 Juse 손실을 나타낸 것이다. 이들 계산 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 온도 분포에 의한 손실이 대단히 큰 것을 안다. 이로부터 신뢰성 평가 시험 장치(10)에서는, 가열 기구(14)를 이용하여 지극히 좁은 공간에서 웨이퍼 W 전면을 직접 또한 균등하게 가열하는 것에 의해, 350℃의 고온 하에서도 온도 분포를 ±2.0℃ 이내로 억제한다. 따라서, 신뢰성 평가 시험 장치(10)에 기인하는 편차를 각별히 억제하여, 신뢰성이 높은 일렉트로마이그레이션 시험을 행할 수 있다.
상술한 일렉트로마이그레이션의 시험 외에, 리크 전류 측정(Bias-Temperature Tseting : BT 시험) 또는 TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown) 시험을 행하는 경우에는, 전환 기구에 의해 EM 측정부(15A)의 접속 기판(15C)을 BT 측정부(15B)의 접속 기판(15D)으로 전환한다. 이 전환에 의해, 1대의 장치로 완전히 다른 시험을 행할 수 있다. 본 발명의 실시예는, 종래의 어셈블리 공정을 생략할 수 있고, 또한, 대량의 디바이스를 1회로 시험할 수 있기 때문에, 시험 비용을 삭감할 수 있어, 시험 효율을 각별히 높일 수 있다.
리크 전류 시험에 이용하는 시험 패턴의 일례를 도 19(a)∼(d)에 나타낸다. 이 시험 패턴은, 동 도면에 나타내는 바와 같이, 기본적으로 빗살형 패턴과 다른 패턴으로서, 배선 사이에 배치된 평면 패턴 혹은 배선 패턴이다. 도 19(b) 및 도 19(d)에서, 사선으로 나타낸 부분은 각각 도 19(a) 및 (b)에 일점 쇄선으로 나타내는 방향으로부터 본 배선의 단면을 나타내고, 도 19(c), (d)의 □는 상층 배선과의 접속 구멍을 나타낸다. 리크 전류 시험에서는, 웨이퍼 W를 임의의 온도로 유지한 상태에서 전압을 인가하여, 배선 사이에 발생하는 리크 전류의 변화를 시간의 경과와 함께 모니터한다. 리크 전류가 임의의 일정한 값에 도달하기까지의 시간이, 그 샘플의 불량에 도달하는 시간으로 된다. 일렉트로마이그레이션 시험과 마찬가지로, 불량에 도달하는 시간의 분포를 플롯한다. 리크 전류 시험으로서는 와이블 분포가 특성 수명(characteristic life)과 잘 일치한다.
이 시험도, 일렉트로마이그레이션 시험과 마찬가지로, 대량의 디바이스를 한번에 측정할 수 있어, 시험 패턴에 대응한 각각의 시험 결과를 그룹화할 수 있기 때문에, 한번에 전계 의존성 등의 복수의 측정 데이터를 취득할 수 있다. 또한, 콘택터(11)를 제작할 때에, 일렉트로마이그레이션 시험용과 리크 전류 시험용의 패드의 위치는 동일한 콘택터(11) 내에 배치하는 것에 의해, 일렉트로마이그레이션 시험과 리크 전류 시험을 동시에 실행할 수 있다. 단, 일렉트로마이그레이션 시험과 리크 전류 시험에서의 가속 온도는 동일 온도로 제한된다. 일렉트로마이그레이션 시험과 리크 전류 시험에서의 가속 온도가 다른 경우에는 신뢰성 평가 시험 장치(10)를 적절히 분간하여 사용하는 것이 필요하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예는 콘택터(11)와 전기적으로 일괄 접촉한 웨이퍼 W를 수납하는 웨이퍼 수납부(12)에 있어서, 콘택터(11)를 압압하는 압압 기구(13)와, 이 압압 기구(13)에 의해 콘택터(11)와 일괄 접촉한 웨이퍼 W를 직접 가 열하는 가열 기구(14)를 구비할 수 있다. 이 때문에, 웨이퍼 상에 형성된 100개 이상의 디바이스, 구체적으로는 512개의 디바이스에 대한 일렉트로마이그레이션 시험이나 리크 전류 시험 등의 신뢰성 평가 시험을 행할 수 있다. 따라서, 종래와 같이, 웨이퍼 W를 디바이스 단위로 다이싱하는 공정 및 다이싱된 각 디바이스를 어셈블리하는 공정을 삭제하는 것에 의해, 시험 비용을 삭감할 수 있고, 또한, 단시간에서 양호한 효율로 복수종의 신뢰성 평가 시험을 행할 수 있다.
웨이퍼 수납부(12)는, 콘택터(11)와 전기적으로 일괄 접촉한 웨이퍼 W를 재치하는 재치대(22)와, 이 재치대(22)를 둘러싸고 또한 콘택터(11)와 전기적으로 접촉하는 접속 링(24)과, 이 접속 링(24)과 전기적으로 접촉하고 또한 재치대(22)를 지지하는 배선 기판(25)을 가질 수 있다. 이 구조에 의해, 웨이퍼 수납 공간을 최소한으로 할 수 있고, 또한, 단시간에 웨이퍼 W의 온도를 160℃ 이상, 구체적으로는 350℃까지 단시간에 상승시킬 수 있다.
압압 기구(13)는, 콘택터(11)에 접촉하는 압압판(13A)과, 이 압압판(13A)에 하단이 연결된 금속제의 벨로우즈(13B)와, 이 벨로우즈(13B)에 연결된 지지판(13C)과, 이들의 부재 내에 공기를 압입하는 수단을 가질 수 있다. 이 구조에 의해, 공기압에 의해서 콘택터(11)와 웨이퍼 W와의 접촉압을 적절히 제어할 수 있다.
접속 링(24) 상에 밀봉 링(26)을 마련할 수 있다. 이 밀봉 링(26)은 콘택터(11)와 접촉하는 것에 의해 웨이퍼 수납부(12) 내를 외부로부터 봉지한다. 그리고, 웨이퍼 수납부(12) 내에 질소 가스등의 불활성 가스를 공급하는 수단을 마련하였다. 이 구조에 의해, 웨이퍼 수납부(12) 내의 산소 농도를 10ppm 이하, 구 체적으로는 1∼5ppm 이하까지 낮출 수 있다. 이 결과, 웨이퍼 W 상에 형성된 구리 배선 등의 금속 배선이 산화되는 것을 방지하는 것에 의해, 콘택터(11)와 웨이퍼 W를 전기적으로 확실히 접속시킬 수 있고, 신뢰성 평가 시험을 확실히 행할 수 있다. 필요에 따라, 수소 가스 등의 환원성 가스를 불활성 가스에 첨가하여 공급하는 것에 의해, 금속 패드가 현저히 산화되고 있는 경우이더라도, 그 산화막을 확실히 환원하여, 콘택터(11)와 웨이퍼 W를 전기적으로 확실히 접속할 수 있고, 신뢰성 평가 시험을 확실히 행할 수 있다.
가열 기구(14)는 그 제 1 가열부(29A), 제 2 가열부(29B)에 의해 웨이퍼 W를 하면측으로부터 가열하고, 또한, 그 보조 가열체(29C)에 의해 웨이퍼 W를 표면측으로부터 가열할 수 있다. 이 구조에 의해, 웨이퍼 W 양면을 상하로부터 직접 가열하여, 웨이퍼의 온도를 목표 온도(160℃ 이상, 구체적으로는 350℃)까지 단시간에 상승시킬 수 있다. 웨이퍼 수납부(12)가 단열, 기밀 구조로 되어 있기 때문에, 시험 중인 온도를 목표 온도로 확실히 유지할 수 있고, 또한, 웨이퍼 W 전면의 온도 분포를 ±2.0℃ 이하로 억제할 수 있어, 온도의 편차가 거의 없는 신뢰성이 높은 시험 결과를 얻을 수 있다.
EM 측정부(15A) 및 BT 측정부(15B)와, 이들 측정부(15A, 15B)를 교대로 전환하는 전환 기구를 마련할 수 있다. 이 구조에 의해, 1대의 장치로 일렉트로마이그레이션 시험과 리크 전류 시험을 동시에, 혹은 교대로 전환하여 실시할 수 있어, 시험 효율을 각별히 높일 수 있어, 시험 비용을 삭감할 수 있다.
본 실시예는, 일렉트로마이그레이션 시험 시에, 직류, 펄스 직류, 교류의 3 종의 전류를 인가하는 기능을 가질 수 있다. 이 구조에 의해, 본 실시예는, 한번의 시험으로 3종류의 시험을 행할 수 있어, 시험 시간을 각별히 단축할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 웨이퍼 W 상에 형성된 복수의 시험 패턴을 그룹으로 나눌 수 있다. 그리고, 본 실시예는 이들 복수의 그룹 중의 5 그룹 이상에 대한 시험을 동시에 행하는 그룹화 기능을 갖는다. 이 때문에, 한번의 시험으로 신뢰성에 관계하는 복수의 파라미터를 얻을 수 있어, 시험 효율 및 데이터의 해석 효율을 각별히 높일 수 있다.
본 실시예는 콘택터(11)가 내열성 기판(11A)을 구비할 수 있다. 이 내열성 기판(11A)은 그 평면 방향의 열 팽창률이 1∼50ppm/℃로 할 수 있다. 이 때문에, 160℃ 이상, 예컨대 350℃의 고온 하이더라도 웨이퍼 W와의 열 팽창에 거의 차이가 없고, 콘택터(11)와 웨이퍼 W 사이의 전기적 접속을 확실히 취할 수 있다. 내열성 기판(11A)의 재료는, 예컨대 폴리이미드, 비스마레이미드트리아진 등의 내열성 수지, 보강재(예컨대, 유리 크로스, 탄소 섬유 등) 혼입의 내열성 수지, 알루미늄, 구리, 스테인레스, 인버 합금, 인버 등의 금속, 실리콘 등의 도체 및 질화 알루미늄, 탄화규소 등을 주체로 한 세라믹 중에서 선택되는 적어도 1종의 재료로 하는 것에 의해, 상기 열 팽창률을 확보할 수 있다. 또, 웨이퍼 W와의 접속부나 접속 링(24)의 포고핀(24A)와의 접속부 이외를 절연성 피막(11F)으로 피복할 수 있다. 이 때문에, 콘택터(11)와 웨이퍼 W 사이의 여분의 전기적 접촉을 방지하여, 콘택터(11)와 웨이퍼 W 사이에서 안정한 전기적 도통을 취할 수 있다. 또한, 콘택터(11)와 웨이퍼 W 사이에 이방 도전성 필름(31)을 개재시킬 수 있다. 이 때문에, 콘택터(11)의 범프와 웨이퍼 W의 전극 패드를 확실히 전기적으로 도통시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는, 콘택터(11)와 웨이퍼 W를 일괄 접촉시키는 얼라이너(50)와, 이 얼라이너(50)에서 일괄 접촉한 콘택터(11)와 웨이퍼 W를 그대로 반송하는 웨이퍼 반송구(60)와, 이 웨이퍼 반송구(60)를 거쳐서 일체화한 채로 수납된 콘택터(11)를 이용하여 웨이퍼 W의 신뢰성 평가 시험을 행하는 신뢰성 평가 시험 장치(10)를 구비할 수 있다. 얼라이너(50)가 콘택터(11)의 범프와 웨이퍼 W의 전극 패드를 확실히 접촉시켜, 양자를 셀로서 일체화한 후, 웨이퍼 반송구(60)를 거쳐서 신뢰성 평가 시험 장치(10)까지 셀을 반송해서, 신뢰성 평가 시험 장치(10)가 확실히 신뢰성 평가 시험을 행할 수 있다. 또한, 신뢰성 평가 시험 장치(10)와 얼라이너(50)는 데이터 통신 가능하게 구성될 수 있다. 이 때문에, 신뢰성 평가 시험 장치(10)에서 얻어진 시험 결과를 그대로 얼라이너(50)에 송신하고, 시험 결과를 얼라이너(50)가 웨이퍼 맵으로서 표시하여, 이용할 수가 있다. 또한, 얼라이너(50)는 웨이퍼 W를 시험 결과에 근거하여 관찰하기 위한 현미경을 가질 수 있다. 이 때문에, 시험된 디바이스를 웨이퍼 맵 상에서 지정하고, 지정한 디바이스의 보이드 등을 직접 관찰하여, 이후의 프로페스 개발에 유효하게 이용할 수 있다. 또한, 이 관찰 화상은 얼라이너(50) 및 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 쌍방이 보존할 수 있다.
본 실시예는 웨이퍼 반송구(60)에 자석을 구비시킬 수 있다. 이 때문에, 얼라이너(50)는 일괄 접촉한 콘택터(11), 이방 도전성 필름(31) 및 웨이퍼 W를 웨이 퍼 홀더(32)를 거쳐서 확실히 셀로서 일체화하여 고정할 수가 있다. 콘택터(11)와 웨이퍼 W를 위치 어긋나지 않고 확실히 반송할 수가 있다.
[실시예]
본 발명의 콘택터를 제조하는 방법 및 그 성능을 도 20(a)∼도 22(d)를 참조하면서 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 도 3에 나타내는 콘택터(11)를 제조하는 경우에 대해서 설명한다. 우선, 예컨대 평균 입경 0.6㎛의 질화 알루미늄 분말 100중량부, 평균 입경 0.4㎛의 이트리아 분말 4중량부, 아크릴계 수지 바인더 12중량부 및 알콜 20중량부로 이루어지는 조성물을 스프레이 드라이하는 것에 의해, 과립 형상의 조성물 분말을 조제하였다. 이어서, 이 과립 형상의 조성물 분말을 금형에 투입하고, 평판 형상으로 성형하여, 성형체(그린)를 얻었다. 이 성형체를 1890℃, 압력 15MPa에서 10시간 핫 프레스하여, 두께 5㎜의 질화 알루미늄 소결체를 얻었다. 이 소결체로부터 직경 310㎜의 원판 형상의 기판을 잘라내어, 도 20(a)에 나타내는 내열성 기판(11A)을 얻었다. 이 내열성 기판(11A)의 평면 방향의 열 팽창률은 4.5ppm/℃이었다.
이어서, 스퍼터링 장치를 이용하여, 내열성 기판(11A)의 표면에 구리를 스퍼 터링하고, 도 20(b)에 나타내는 바와 같이, 두께 5㎛의 구리 박막(11B1)을 형성하였다. 또, 라미네이트용 필름(101)에서 구리 박막(11B1)을 라미네이트하였다. 라미네이트용 필름(101)을 노광, 현상 처리하여, 구리 박막(11B1)이 부분적으로 노정(露呈)되는 개구부(101A)를 갖는 에칭용 레지스트막(101)을 형성하였다(동 도면 (c) 참조). 그 후, 55℃의 HF/HNO3 수용액(HF/HNO3/물=1/1/2)을 이용하여 에칭 레지스트막(101)이 형성된 부분 이외의 그리 박막(11B1)을 제거하였다(동 도면 (d) 참조). 에칭용 레지스트막(101)을 제거하여 금속 구리로 이루어지는 도체 회로(11B)를 형성하였다(동 도면 (e) 참조).
이어서, 스핀코트법을 이용하여 내열성 기판(11A)의 주면(도체 회로(11B)가 형성된 쪽의 면)에 범프 형성용의 액체 레지스트를 도포하였다. 이것을 온도 160℃에서 20분간 건조시켜 레지스트 도포막을 형성하였다. 이어서, 레지스트 도포막을 노광, 현상 처리하여, 도 21(a)에 나타내는 바와 같이 범프 형성용의 개구부(102A)를 갖는 도금용 레지스트막(102)을 형성하였다. 이어서, 무전해 니켈 도금욕 내에서 개구부(102A)로부터 도체 회로(11B)에 대해서 니켈 도금(11C1)을 실시한 후(동 도면 (b) 참조), 동 도면 (c)에 나타내는 바와 같이, 도금용 레지스트막(102)을 제거하여 웨이퍼 W와 접속하기 위한 범프(11C)를 형성하였다. 또, 도체 회로(11A) 및 범프(11C)에 대하여 니켈 도금막(103)을 형성하였다(동 도면 (d) 참조).
또한, 도 22(a)에 나타내는 바와 같이, 스핀코트법을 이용하여 미리 점도를 30 Pa·s로 조정한 감광성 칼드형 폴리머의 용액을 니켈 도금막(103) 및 내열성 기판(11A)의 표면 전면에 도포한 후, 온도 160℃에서 20분간 건조시켜, 포토레지스트막(104)을 형성하였다. 이어서, 동 도면의 (b), (c)에 나타내는 바와 같이 범프 개구부에 상당하는 부분에 흑색 원이 그려진 포토에칭용 마스크를 포토레지스트막(104) 상에 재치한 후, 자외선을 400mJ/㎠의 조건에서 조사하여 포토레지스트막(104)을 노광, 현상 처리해서, 웨이퍼 W와 접속하기 위한 접속용 개구(104A)를 형성하였다. 또, 동 도면 (d)에 나타내는 바와 같이 개구부(104A)로부터 범프(11C) 및 도체 회로(11B)에 귀금속(예컨대, 금) 도금(105)을 실시하였다. 이들의 일련의 처리에 의해 내열성 기판(11A) 상에 도체 회로(11B) 및 범프(11C)가 형성되었다. 또한, 도시하지 않고 있지만, 상기 일련의 처리와 마찬가지로 해서, 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 포고핀(24A)과 접속하기 위한 접속용 패드부(11E)를 노출하기 위한 개구부를 형성하였다(도 3(a), (b) 참조). 범프는 방형(方形) 형상이며, 피치 방향의 최대의 길이가 75㎛이었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 도 4에 나타내는 콘택터(11)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 예컨대 평균 입경 1.1㎛의 탄화 규소 분말 100중량부, 소결 조제의 탄화 붕소 분말 0.5중량부, 아크릴계 수지 바인더 12중량부 및 알콜 20중량부로 이루어지는 조성물을 스프레이 드라이하여, 과립 형상의 조성물 분말을 조제하였다. 이 어서, 이 과립 형상의 조성물 분말을 금형에 투입하여, 평판 형상으로 성형하여 성형체(그린)를 얻었다. 이 성형체를 2100℃, 압력 17.6MPa에서 10시간 핫 프레스하여, 두께 3㎜의 탄화 규소제의 세라믹 기판을 얻었다. 이 세라믹 기판을 1500℃에서 용융한 규소 용액에 침지하여, 세라믹 기판에 규소 용액을 함침(含浸)시켰다. 이어서, 이 세라믹 기판을 표면으로부터 직경 210㎜의 원판 형상으로 잘라내어 복합체 기판을 얻었다. 이 복합체 기판의 평면 방향의 열 팽창률은 3.6ppm/℃이었다. 이 복합체 기판에 유리 페이스트(G-523N : 쇼에 화학 공업(주)제)를 도포한 후, 600℃에서 1시간 소성하여 탄화 규소를 주성분으로 하는 복합체 기판의 표면에 두께 2㎛의 실리콘 산화막(11G)을 형성해서 내열성 기판(11A)을 얻었다(도 4 참조). 그리고, 이 내열성 기판(11A)의 주면에 도체 회로(11B) 등을 상술한 공정에 준하여 형성하였다.
즉, 스퍼터링 장치를 이용하여 내열성 기판(11A)의 표면에 구리를 스퍼터링하여 두께 5㎛의 구리 박막을 형성하였다. 또, 라미네이트용 필름으로 구리 박막을 라미네이트하였다. 라미네이트용 필름을 노광, 현상 처리하여, 구리 박막이 부분적으로 노정되는 에칭용 레지스트막을 형성하였다. 그 후, 55℃의 HF/HNO3 수용액(HF/HNO3/물=1/1/2)을 이용하여 에칭 레지스트막이 형성된 부분 이외의 구리 박막을 제거한 후, 에칭용 레지스트막을 제거하여 금속 구리로 이루어지는 도체 회로(11B)를 형성하였다.
이어서, 스핀코트법을 이용하여 미리 점도를 30Pa·s로 조정한 감광성 칼드 형 폴리머의 용액을 내열성 기판(11A)의 주면 전면에 도포한 후, 온도 150℃에서, 20분간 건조시켜 감광성 칼드형 폴리머의 반경화막으로 이루어지는 수지층을 형성하였다. 이어서, 웨이퍼 W의 패드부 및 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 포고핀(24A)과의 접속용 패드부(11E)에 상당하는 개구부 부분에 흑색 원이 그려진 포토에칭용 마스크를 상기 수지층 상에 재치하였다. 자외선을 400mJ/㎠의 조건에서 조사하여 상기 수지층을 노광, 현상 처리하고, 웨이퍼 W와 접속하기 위한 접속용 개구부 및 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 포고핀(24A)과 접속하기 위한 접속용 패드부(11E)를 노출하기 위한 개구부를 형성하였다. 그 후, 250℃에서 120분간 수지층을 본경화시켜, 절연성 피막(11F)을 형성하였다. 더욱, 금 도금욕을 이용하여 두께 0.03㎛의 금층을 패드부에 형성해서 도 4에 나타내는 콘택터(11)를 얻었다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 기판의 재료로서 유리 크로스 혼입의 폴리이미드 기판(평면 방향의 열 팽창률이 30ppm/℃)을 사용하였다. 이 기판은 유리 크로스에 폴리이미드 수지를 함침시켜, 80℃에서 1시간 건조시켜 B 스테이지로 한 프리플러그를 10장 적층하고 7.8MPa, 120℃에서 1시간 가열, 가압하여 제조한 것이다. 즉, 스퍼터링 장치를 이용하여 폴리이미드 기판의 표면에 구리를 스퍼터링해서, 두께 5㎛의 구리 박막을 형성하였다. 또, 레지스트용 필름(동경 응화(주)제 DF)으로 구리 박막을 라미네이트하였다. 레지스트용 필름을 노광, 현상 처리하여, 구리 박막이 부분적 으로 노정되는 에칭용 레지스트막을 형성하였다. 그 후, 55℃의 HF/HNO3 수용액(HF/HNO3/물=1/1/2)을 이용해서 에칭 레지스트막이 형성된 부분 이외의 구리 박막을 제거하였다. 에칭용 레지스트막을 제거하여 금속 구리로 이루어지는 도체 회로를 형성하였다.
이어서, 스핀코트법을 이용하여 미리 점도를 30Pa·s로 조정한 감광성 칼드형 폴리머의 용액을 폴리이미드 기판의 주면 전면에 도포한 후, 온도 150℃에서 20분간 건조시켜 감광성 칼드형 폴리머의 반경화막으로 이루어지는 수지층을 형성하였다. 이어서, 웨이퍼 W의 패드부 및 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 포고핀(24A)과의 접속용 패드부(11E)에 상당하는 개구부 부분에 흑색 원이 그려진 포토에칭용 마스크를 상기 수지층 상에 재치한 후, 자외선을 400mJ/㎠의 조건에서 조사해서 상기 수지층을 노광, 현상 처리하여, 웨이퍼 W와 접속하기 위한 접속용 개구부 및 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 포고핀(24A)과 접속하기 위한 접속용 패드부(11E)를 노출하기 위한 개구부를 형성하였다. 그 후, 250℃에서 120분간 가열하여, 수지층을 본경화시켜, 절연성 피막(11F)을 형성하였다. 또, 금 도금욕을 이용하여 금층을 웨이퍼 W와의 접속 패드부 및 신뢰성 평가 시험 장치(10)와의 접속용 패드부의 표면에 형성하고, 와이어 본딩 장치를 이용하여 첨탑(尖塔) 형상의 금 범프를 형성하여 콘택터를 얻었다.
(비교예 1)
본 비교예에서는 기판의 재료로서 탄소 섬유를 사용하였다. 예컨대, 탄소 섬유(도레제 T-300 상당품 : 섬유 직경 15㎛)와 페놀 수지와 혼합하고, 질소 가스 중, 1000℃의 온도 하, 19.6MPa의 압력으로 핫 프레스하여, 평면 방향의 열 팽창률이 0.9ppm/℃의 탄소 기판을 내열성 기판으로서 얻었다. 이 탄소 기판에 유리 페이스트(쇼에 화학 공업(주)제 G-523N)를 도포하여, 600℃에서 1시간 소성해서 표면에 두께 2㎛의 실리콘 산화막을 형성하였다.
스퍼터링 장치를 이용하여 내열성 기판의 표면에 구리를 스퍼터링하고, 두께 5㎛의 구리 박막을 형성하였다. 또, 레지스트용 필름(동경 응화(주)제 DF)으로 구리 박막을 라미네이트하였다. 레지스트용 필름을 노광, 현상 처리하여, 구리 박막이 부분적으로 노정되는 에칭용 레지스트막을 형성하였다. 그 후, 55℃의 HF/HNO3 수용액(HF/HNO3/물=1/1/2)을 이용하여 에칭 레지스트막이 형성된 부분 이외의 구리 박막을 제거하였다. 에칭용 레지스트막을 제거하여 금속 구리로 이루어지는 도체 회로를 형성하였다.
이어서, 스핀코트법을 이용하여 미리 점도를 30Pa·s로 조정한 감광성 칼드형 폴리머의 용액을 내열성 기판의 주면 전면에 도포하였다. 온도 150℃에서 20분간 건조시켜 감광성 칼드형 폴리머의 반경화막으로 이루어지는 수지층을 형성하였다. 이어서, 웨이퍼 W의 패드부 및 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 포고핀(24A)과의 접속용 패드부(11E)에 상당하는 개구부 부분에 흑색 원이 그려진 포토에칭용 마스 크를 상기 수지층 상에 재치한 후, 자외선을 400mJ/㎠의 조건에서 조사하여 상기 수지층을 노광, 현상 처리해서, 웨이퍼 W와 접속하기 위한 접속용 개구부 및 신뢰성 평가 시험 장치(10)의 포고핀(24A)과 접속하기 위한 접속용 패드부를 노출하기 위한 개구부를 형성하였다. 그 후, 250℃에서 120분간에서 수지층을 본경화시켜, 절연성 피막(11F)을 형성하였다. 더욱, 금 도금욕을 이용하여 두께 0.03㎛의 금층을 웨이퍼 W와의 접속 패드부 및 신뢰성 평가 시험 장치(10)와의 접속용 패드부의 표면에 형성하여 콘택터를 얻었다.
(비교예 2)
본 비교예에서는 페놀 수지판을 사용한 이외는 비교예 1과 마찬가지이다. 이 페놀 수지판은 미경화의 페놀 수지를 불소 수지제의 주형에 넣어, 120℃에서 경화시킨 것이다. 이 기판의 평면 방향의 열 팽창률은 60ppm/℃이었다.
상기 각 실시예 및 각 비교예에서 얻어진 콘택터에 대해서, 범프 어레이 시트를 이용하여, 25℃ 및 250℃에서의 웨이퍼 W와 콘택터와의 콘택트율을 구하여, 하기 표 1에 나타내는 결과를 얻었다. 하기 표 1에 나타내는 결과에 의하면, 본 실시예 1, 2, 3의 콘택터(11)는 모두 100%의 콘택트율을 나타내고, 250℃의 고온 하에서 사용할 수 있는 것을 알았다. 이에 반하여, 비교예 1, 2의 경우에는 실온 정도의 온도 하에서는 100%의 콘택트율을 나타내지만, 250℃의 고온 하에서의 사용에는 견딜 수 없다는 것을 알았다.
또, 본 발명은 상기 실시예에 하등 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 범위 내에서 각 구성 요소를 적절히 설계 변경할 수 있다. 예컨대, 압압 기구(13)의 압압판(13A)을 단열재에 의해서 형성하고, 콘택터(11) 상면으로부터의 방열을 방지할 수 있으면 보조 가열체(29C)는 마련하지 않아도 된다. 또한, 본 실시예에서는 콘택터(11)와 웨이퍼 W 사이에 이방 도전성 필름(31)이 개재되어 있지만, 콘택터(1)의 범프와 웨이퍼 W의 전극 패트가 탄력적으로 접촉하는 구조로 되어 있으면, 이방 도전성 필름(31)은 개재하지 않아도 된다.
또한, 본 발명의 콘택터도 상기 실시예에 하등 제한되는 것이 아니다. 포인트는, 평면 방향의 열 팽창률이 1∼50ppm/℃를 나타내는 내열성 기판을 갖는 콘택터가 본 발명에 포함된다. 또한, 본 발명의 콘택터는 신뢰성 평가 시험 이외에도 사용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 반도체 소자를 웨이퍼 레벨로 신뢰성 평가 시험을 신속하고 또한 양호한 효율로 더구나 높은 신뢰성을 갖고 행할 수 있고, 또한, 신뢰성 평 가 시험에 필요한 노동력 및 비용을 각별히 저감할 수 있는 신뢰성 평가 시험 장치, 신뢰성 평가 시험 시스템, 콘택터 및 신뢰성 평가 시험 방법을 제공할 수 있다.
Claims (41)
- 측정부 및, 콘택터와 전기적으로 일괄 접촉한 반도체 웨이퍼를 수납하고 또한 측정부와의 사이에서 시험용 신호를 수수하는 기밀, 단열 구조의 수납부를 구비하며, 해당 측정부로부터의 시험용 신호에 근거하여 반도체 웨이퍼의 신뢰성을 시험하는 장치에 있어서,해당 수납부에서 해당 콘택터를 압압(押壓)하는 압압 기구와,이 압압 기구에 의해 해당 콘택터와 일괄 접촉한 반도체 웨이퍼를 소정의 온도로 가열하는 가열 기구를 구비하되,여기서, 신뢰성 평가 시험 장치는 가속 조건 하에서 해당 반도체 웨이퍼에 형성된 다층 배선의 배선 및 절연막의 신뢰성을 평가하는신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 수납부는, 해당 반도체 웨이퍼를 재치하는 단열 구조의 재치대와, 이 재치대를 둘러싸고 또한 해당 콘택터와 전기적으로 접촉하는 접속 링과, 이 접속 링과 전기적으로 접촉하고 또한 해당 측정부로부터의 시험용 신호를 수수하는 배선 기판을 갖는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 접속 링 상에, 해당 콘택터와 접촉하여 해당 수납부 내를 외부로부터 봉지하는 밀봉 부재, 및 해당 수납부 내에 불활성 가스 및/또한 환원성 가스를 공급하는 수단을 더 구비하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 압압 기구는, 해당 콘택터를 압압하는 압압판과, 해당 압압판에 그 하단이 연결된 벨로우즈와, 해당 벨로우즈의 상단에 연결된 승강 가능한 지지체와, 압압판, 벨로우즈 및 지지체로 형성된 공간 내에 기체를 압입하는 수단을 구비하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가열 기구는, 해당 반도체 웨이퍼의 전면(全面)을 하면측으로부터 균일하게 가열하고 또한 상기 재치대를 겸하는 가열체를 구비하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 가열체는, 해당 반도체 웨이퍼의 중앙부를 가열하는 제 1 가열부와, 제 1 가열부를 둘러싸고 해당 반도체 웨이퍼의 외주연부를 가열하는 제 2 가열부를 구비하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 가열 기구는 해당 반도체 웨이퍼 전면을 상면측으로부터 가열하는 보조 가열체를 구비하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 측정부는 일렉트로마이그레이션 측정부 및 리크 전류 측정부를 구비하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 각 측정부를 교대로 전환하는 전환 기구를 구비하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 일렉트로마이그레이션 측정부는 직류, 펄스 직류, 교류의 3종의 전류를 인가하는 기능을 구비하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼 상에는 복수의 시험 패턴이 형성되어 있고, 이들 복수의 시험 패턴을 그룹으로 나누며, 동시에 5 그룹 이상의 신뢰성 평가 시험을 실행하는 시험 패턴의 그룹화 기능을 구비하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 콘택터와 반도체 웨이퍼 사이에 이방 도전성 필름을 구비하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 측정부는 해당 반도체 웨이퍼 내에 형성된 100개 이상의 반도체 소자의 신뢰성 평가 시험을 동시에 행하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 웨이퍼 수납부는 해당 반도체 웨이퍼를 160℃ 이상의 온도로 유지하는 단열 구조를 구비하는 신뢰성 평가 시험 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 콘택터는 내열성 기판을 갖고, 해당 내열성 기판의 열 팽창률은 1∼50ppm/℃인 신뢰성 평가 시험 장치.
- 콘택터와 반도체 웨이퍼를 일괄 접촉시키는 얼라이너(aligner)와,해당 얼라이너에 의해 일괄 접촉된 상태의 해당 콘택터와 해당 반도체 웨이퍼를 반송하는 반송구와,해당 반송구에 의해 반송된 반도체 웨이퍼의 신뢰성 평가 시험을 행하기 위한 청구항 1에 기재된 신뢰성 평가 시험 장치를 구비한 신뢰성 평가 시험 시스템.
- 제 16 항에 있어서,상기 얼라이너와 상기 신뢰성 평가 시험 장치 사이에서 데이터 통신을 가능하게 한 신뢰성 평가 시험 시스템.
- 제 16 항에 있어서,상기 얼라이너는 해당 반도체 웨이퍼의 시험 결과에 근거하여 해당 반도체 웨이퍼를 관찰하기 위한 현미경을 갖는 신뢰성 평가 시험 시스템.
- 제 16 항에 있어서,상기 반송구는 해당 콘택터 및 해당 반도체 웨이퍼를 일체화하기 위한 자석을 갖는 신뢰성 평가 시험 시스템.
- 제 16 항에 있어서,상기 반송구는 자기(磁氣) 회로와, 해당 자기 회로를 온-오프하는 스위치 수단을 가지며, 상기 스위치 수단에 의해 상기 자기 회로를 여자(勵磁), 소자(消磁)하는 것에 의해, 일체화된 해당 콘택터 및 해당 반도체 웨이퍼를 해당 반송구에 흡착하거나, 해당 반송구로부터 탈리(脫離)시키는 신뢰성 평가 시험 시스템.
- 측정부로부터의 시험용 신호에 근거하여 반도체 웨이퍼의 신뢰성을 평가 시험하기 위하여, 측정부 및, 콘택터와 전기적으로 일괄 접촉한 반도체 웨이퍼를 수납하고 또한 측정부와의 사이에서 시험용 신호를 수수하는 기밀, 단열 구조의 수납부를 사용하여 실시되는 신뢰성 평가 시험 방법에 있어서,해당 수납부에서 압압(押壓) 기구에 의해 해당 콘택터를 압압하는 단계와,압압에 의해 해당 콘택터와 일괄 접촉한 반도체 웨이퍼를, 가열 기구에 의해 가열하는 단계를 포함하되,여기서, 상기 신뢰성을 평가 시험하기 위한 방법은, 가속 조건 하에서 해당 반도체 웨이퍼에 형성된 다층 배선의 배선 및 절연막의 신뢰성을 시험 평가하는신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 수납부는, 해당 반도체 웨이퍼를 재치하는 단열 구조의 재치대와, 이 재치대를 둘러싸고 또한 해당 콘택터와 전기적으로 접촉하는 접속 링과, 이 접속 링과 전기적으로 접촉하고 또한 해당 측정부로부터의 시험용 신호를 수수하는 배선 기판을 갖는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 압압 기구는, 해당 콘택터를 압압하는 압압판과, 해당 압압판에 그 하단이 연결된 벨로우즈와, 해당 벨로우즈의 상단에 연결된 승강 가능한 지지체와, 압압판, 벨로우즈 및 지지체로 형성된 공간 내에 기체를 압입하는 수단을 구비하는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 가열 기구는, 해당 반도체 웨이퍼의 전면(全面)을 하면측으로부터 균일하게 가열하고 또한 상기 재치대를 겸하는 가열체를 구비하는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 콘택터와 반도체 웨이퍼 사이에 이방 도전성 필름을 개재시킨 상태에서 실시하는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 콘택터는 내열성 기판을 갖고, 해당 내열성 기판의 열 팽창률은 1∼50ppm/℃인 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,반도체 웨이퍼와 콘택터를 전기적으로 일괄 접촉시키고, 상기 반도체 웨이퍼에 대해서 다른 신뢰성 평가 시험을 동시에 실행하는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,반도체 웨이퍼와 콘택터를 전기적으로 일괄 접촉시킨 상태에서, 반도체 웨이퍼를 160℃ 이상으로 가열한 후, 가압하고, 전기를 도통시켜, 상기 반도체 웨이퍼에 대해서 신뢰성 평가 시험을 행하는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼 내의 100 이상의 반도체 소자에 대해서 동시에 신뢰성 평가 시험을 행하는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 신뢰성 평가 시험으로서 일렉트로마이그레이션 시험 및/또는 리크 전류 시험을 행하는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 30 항에 있어서,일렉트로마이그레이션 시험 및/또는 리크 전류 시험을, 서로 전환하여 실시하는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼면 내를 160∼350℃의 범위 내에서, 또한 ±2.0℃ 이내의 온도 분포로 제어하는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼와 상기 콘택터를 불활성 가스 분위기 또는 환원성 가스 분위기에 놓는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 33 항에 있어서,해당 분위기의 산소 농도가 100ppm 이하인 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,신뢰성 평가 시험은, 직류, 펄스 직류, 교류의 3종의 전류를 인가하는 기능을 갖는 장치에 의해 행해지는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 21 항에 있어서,웨이퍼 상에 형성된 복수의 시험 패턴을 그룹으로 나누고, 그 그룹을 동시에 시험하는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 측정부로부터의 시험용 신호에 근거하여 반도체 웨이퍼의 신뢰성을 평가 시험하기 위하여, 측정부 및, 콘택터와 전기적으로 일괄 접촉한 반도체 웨이퍼를 수납하고 또한 측정부와의 사이에서 시험용 신호를 수수하는 기밀, 단열 구조의 수납부를 사용하여 실시되는 신뢰성 평가 시험 방법에 있어서,얼라이너에 의해 콘턱터와 반도체 웨이퍼를 일체화시키는 단계와,일체화된 상태의 해당 콘택터와 해당 반도체 웨이퍼를 반송구에 의해 수용부에 반송하는 단계와,해당 수납부에서, 압압 기구에 의해 해당 콘택터를 압압하고, 상기 반송구에 의해 반송된 해당 콘택터와 해당 반도체 웨이퍼를 일괄 접촉시키는 단계와,압압에 의해 해당 콘택터와 일괄 접촉한 해당 반도체 웨이퍼를, 가열 기구에 의해 가열하는 단계와,가속 조건 하에서 해당 반도체 웨이퍼에 형성된 다층 배선의 배선 및 절연막의 신뢰성을 평가 시험하는 단계를 포함하는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 얼라이너에 상기 신뢰성 평가 시험 데이터의 통신을 가능하게 한 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 얼라이너는 해당 반도체 웨이퍼의 시험 결과에 근거하여 해당 반도체 웨이퍼를 관찰하기 위한 현미경을 갖는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 반송구는 해당 콘택터 및 해당 반도체 웨이퍼를 일체화하기 위한 자석을 갖는 신뢰성 평가 시험 방법.
- 제 37 항에 있어서,상기 반송을 실시하는 반송구는 자기(磁氣) 회로와, 해당 자기 회로를 온-오프하는 스위치 수단을 가지며, 상기 스위치 수단에 의해 상기 자기 회로를 여자(勵磁), 소자(消磁)하는 것에 의해, 일체화된 해당 콘택터 및 해당 반도체 웨이퍼를 해당 반송구에 흡착하거나, 해당 반송구로부터 탈리(脫離)시키는 신뢰성 평가 시험 방법.
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