WO2007026458A1 - ウェーハレベルバーンイン方法およびウェーハレベルバーンイン装置 - Google Patents

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WO2007026458A1
WO2007026458A1 PCT/JP2006/312701 JP2006312701W WO2007026458A1 WO 2007026458 A1 WO2007026458 A1 WO 2007026458A1 JP 2006312701 W JP2006312701 W JP 2006312701W WO 2007026458 A1 WO2007026458 A1 WO 2007026458A1
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WO
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temperature
semiconductor wafer
wafer
area
level burn
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Application number
PCT/JP2006/312701
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English (en)
French (fr)
Inventor
Terutsugu Segawa
Minoru Sanada
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Publication date
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Priority to US12/064,093 priority Critical patent/US20090160472A1/en
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2855—Environmental, reliability or burn-in testing
    • G01R31/2872—Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation
    • G01R31/2874—Environmental, reliability or burn-in testing related to electrical or environmental aspects, e.g. temperature, humidity, vibration, nuclear radiation related to temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor

Definitions

  • the present invention relates to a wafer level burn-in method and a wafer level burn-in apparatus for performing screening by applying an electrical load and a temperature load to a semiconductor wafer.
  • a screening test apparatus generally called a burn-in apparatus encapsulates an IC chip obtained by dividing a semiconductor wafer, and then energizes in a thermal atmosphere at a predetermined temperature (for example, 125 ° C). Testing is conducted to reveal latent defects and screen defective products.
  • Such a conventional device requires a large thermostatic device and generates a large amount of heat, so it must be separated from other manufacturing lines and performed in a separate room. Since it takes time and effort to detach, etc., and defective products are discovered after knocking, package costs are wasted, and quality assurance for mounting chips without packaging, so-called bare chips Due to the requirements of the bare chip, etc., it is desired to perform a burn-in test at the wafer stage before chipping.
  • a burn-in apparatus for meeting such demands requires that the wafer be maintained at a uniform temperature when a thermal load is applied to the semiconductor wafer.
  • a wafer level burn-in apparatus having a temperature control function for maintaining a semiconductor wafer at a predetermined target temperature by providing heaters on both sides of the wafer.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a conventional woofer level burn-in device
  • Fig. 5 (a) shows the temperature distribution in the lateral direction of the wafer when a temperature load is applied by the conventional woofer level burn-in device
  • Fig. 5 (b) shows the temperature distribution in the vertical direction of the wafer when a temperature load is applied by a conventional wafer level burn-in device. The temperature distribution in the direction perpendicular to the wafer surface is shown.
  • a woofer 101 is held on a woofer holding tray 102 and is connected to a substrate 104 to which an electrical load is applied by a probe 103 that can be contacted by a woofer.
  • the electrical load applied force [1, electrical An electrical load is applied by a tester 105 having a function of generating and comparing signals.
  • the temperature load is such that the temperature of the temperature adjustment plate 106 is set to a set temperature such as 125 ° C by a heater 108 disposed in the temperature adjustment plate 106, a refrigerant such as water or alcohol flowing in the refrigerant flow path 107, etc. Applied by controlling.
  • the temperature of the temperature adjustment plate 106 is controlled by the temperature measured by the temperature sensor 109 in contact with the surface of the tray 102 opposite to the surface holding the wafer, from the temperature adjuster 110 to the heating value of the heater 108 and the refrigerant. This is done by controlling the temperature and flow rate of the refrigerant flowing through the channel 107.
  • the heater 108 is heated to a set temperature such as 125 ° C by the heater 108, then an electrical load is applied to the device on the wafer by the tester 105, and the temperature is controlled by the temperature adjustment plate. While maintaining the set temperature, check the operation with tester 105 to see if the device formed on the woofer has failed at regular intervals.
  • the electrical load by the tester 105 is cut off, and the device is operated by applying an electrical signal for operation confirmation to the device.
  • the output from the device is monitored by the tester 105, and it is checked whether the device has failed due to an electrical load or a temperature load.
  • a device is formed on the surface of the semiconductor wafer 101 and is in contact with the probe 103, and the back surface is held by the tray 102. Therefore, the temperature sensor 109 measures the temperature by contacting the surface of the tray 102 opposite to the surface holding the wafer. Also, as the chip size of the IC chip is reduced and the applied current is increased !, the amount of heat generated per unit area when an electrical load is applied on the woofer is increasing. As the heat generation amount per unit area increases, the heat flux that moves from the wafer increases due to cooling to maintain the target temperature, so the temperature gradient in the direction of heat transfer becomes steep, and the wafer 101 The difference between the actual temperature and the temperature measured with the temperature sensor 109 increases. For this reason, the woofer temperature is different from the temperature for applying the thermal load.
  • the heating power of the wafer 101 by applying an electrical load to a conventional 8-inch wafer is 00 W, that is, heat is generated.
  • the density is 12.74 kW / m 2
  • the temperature difference between the front and back of Tray 102 is 0.6 ° C.
  • the temperature difference between the front and back of the tray 102 when ie heat density when the heat amount 300mm Ueha is 3kW is 42. 46KWZm 2 2
  • the electrical load on the woofer that performs burn-in is performed by applying a predetermined voltage. At that time, the current that flows to the device on the wafer is the same device type. However, there are variations in the target wafer, and there are some devices in which about 1.5 current flows, assuming that the current flowing in the average device is 1. For this reason, even if the percentage of non-defective devices formed on the wafer is the same, the amount of heat generated may vary greatly. In addition, among the devices formed on the woofer, no electrical load is applied to the devices diagnosed as defective in the previous step, so heat generated by energization is generated. Does not occur.
  • the woofer temperature may not be controlled to a desired temperature. If the temperature of the wafer increases due to this temperature shift, there is a problem that the probe used to apply an electrical load to the wafer may become exhausted or cause serious damage such as burning. It was. In addition, if the temperature became low, screening due to temperature load became insufficient, and there was a problem that defects could flow out to the plant.
  • the present invention controls the temperature of the woofer to a desired temperature regardless of the distribution of non-defective devices formed on the woofer and the power consumption of the device. It is an object of the present invention to provide a highly reliable wafer level burn-in method and wafer level burn-in apparatus that prevent probe wear and burn.
  • the wafer level burn-in method of the present invention sets an entire semiconductor wafer or an area obtained by dividing the semiconductor wafer as an area, and the semiconductor wafer on the semiconductor wafer.
  • a woofer level burn-in method in which a probe that contacts all chips at once is used to apply an electrical load and a thermal load to the device on the semiconductor wafer to screen for defective products.
  • the power consumption is a design value.
  • the power consumption is obtained by dividing the actually measured power consumption by the yield rate of the semiconductor wafer.
  • the entire semiconductor wafer or a region obtained by dividing the semiconductor wafer is set as an area, and a probe that contacts all the chips on the semiconductor wafer at once is used to control the electrical load and the thermal load to the semiconductor wafer.
  • a probe that contacts all the chips on the semiconductor wafer at once is used to control the electrical load and the thermal load to the semiconductor wafer.
  • a step of calculating a correction value, a step of applying a thermal load to each area so as to have a set temperature corrected by the first correction value, and an electric load being applied to the semiconductor wafer A step of measuring the power consumption of the semiconductor wafer due to the electrical load, and using the product obtained by dividing the measured power consumption by the non-defective product rate of the semiconductor wafer. Calculating a second correction value from the second heat generation density, and correcting the set temperature with the second correction value for each area. Characterized by a step of controlling the temperature of the temperature load at the electrical load applied
  • the heat generation density of a non-defective device portion of the semiconductor wafer is obtained from an average for each of the one or more areas.
  • a weighting constant depending on a distance from the sensor or the number of devices existing between the sensor and the device is preliminarily set, and the correction value is set. It is calculated as a function of the product of the sum of weight constants set for non-defective devices and the heat generation density of each area.
  • the correction value is calculated as a function of the heat generation density of each area.
  • the correction is performed after an electrical load is applied.
  • the correction is performed before an electrical load is applied.
  • the wafer level burn-in apparatus of the present invention sets the entire semiconductor wafer or an area obtained by dividing the semiconductor wafer as an area, and includes a probe that collectively contacts all the chips on the semiconductor wafer.
  • a wafer level burn-in apparatus that screens for defective products by applying an electrical load and a temperature load to the device on the semiconductor wafer, and is provided in each area, and the semiconductor wafer temperature in each area is determined.
  • a temperature sensor to be measured; one heater for each area; a heater for heating the semiconductor wafer in each area; and one heater for each area.
  • a cooling source for cooling the semiconductor woofer in the area, and a temperature difference between the actual temperature of the semiconductor woofer in each area and the temperature measured by the temperature sensor is used as a correction value for each area.
  • the temperature correction value calculation device calculated from the heat density of the non-defective device location and the temperature set by the semiconductor wafer in each area measured by the temperature sensor are set to the temperature corrected by the correction value.
  • the apparatus includes a temperature regulator that controls heating of the heater and cooling of the cooling source, and a tester that inspects the device.
  • the heat generation density of the semiconductor wafer is obtained from an average of heat generation density in each of the one or more areas.
  • the heat generation density of the semiconductor wafer is obtained from a design value of power consumption.
  • the heat generation density of the semiconductor wafer is obtained from an actually measured power consumption divided by a non-defective product ratio of the semiconductor wafer.
  • a weighting constant that depends on a distance from the sensor or the number of devices existing between the sensor and the sensor is preliminarily set, and the correction value is set. It is calculated as a function of the product of the sum of weight constants set for non-defective devices and the heat generation density of each area.
  • the correction value is calculated as a function of the heat generation density of each area.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a woofer burn-in apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of division of a temperature adjustment plate in Embodiments 2 and 4 of the present invention.
  • FIG. 3 (a) is a schematic diagram showing weighting in area a in Embodiment 4 of the present invention.
  • (B) It is the schematic which shows the weighting in the area b in Embodiment 3 of this invention.
  • C It is the schematic which shows the weighting in the area c in Embodiment 3 of this invention.
  • D It is the schematic which shows the weighting in the area d in Embodiment 3 of this invention.
  • Reality of the present invention 6 is a schematic diagram showing weighting in area e in Embodiment 3.
  • FIG. 4 is a schematic view of a conventional woofer burn-in device.
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing a temperature distribution in the lateral direction of a wafer when a temperature load is applied by a conventional wafer level burn-in device.
  • (B) It is a figure which shows the temperature distribution in the woofer longitudinal direction when the temperature load is applied by the conventional wafer level burn-in apparatus.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a wafer level burn-in device according to Embodiments 2 and 4 of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing weighting in Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a wafer level burn-in apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the temperature correction value calculation device 3 is added to the device configuration shown in FIG.
  • the difference from the measured temperature in 9 is calculated as a function of the calorific value per unit area, ie the calorific density, in Unito 101.
  • ⁇ is the difference between the actual temperature of wafer 101 and the temperature measured by temperature sensor 109
  • D is the heat generation density at a non-defective device at wafer 101
  • ⁇ is the actual temperature of wafer 101 and the measured temperature at temperature sensor 109.
  • the temperature correction value calculation device 301 the wafer in the previous process is processed for each wafer that performs wafer level burn-in. 1. Obtain the electrical continuity test results of the device formed on 1. Then, temperature control is performed using the temperature corrected by using the correction value for the measured value of the temperature sensor 109.
  • the heater 108 is heated to 125 ° C at room temperature, and after 125 ° C stabilization, an electrical load is applied from the tester 105 to the device on the wafer. Immediately after the electric load is applied, the current of the electric load applied by the tester 105 is measured, and the electric power consumed on the wafer 101 by the electric load is also calculated. The calculated power consumption value is sent to the temperature correction value calculation device 301. By dividing this value by the non-defective product rate based on the continuity test result of the device formed on wafer 101, the non-defective product rate is 100%.
  • the power consumption of the device formed in woofer 101 is obtained, and the average heat generation density on the entire surface of woofer 101 is obtained by dividing the power consumption when the yield rate of 100% obtained is divided by the area of woofer 101. Calculated.
  • the reason for using the power consumption when the non-defective product rate is 100% is that the heat generated in the wafer 101 passes through the tray 102 and is radiated from the temperature adjustment plate, depending on the size of the heat flux.
  • the temperature gradient from 101 to temperature sensor 109 and the temperature difference are determined, by using the power consumption when the yield rate of the device is 100%, the temperature gradient from wafer 101 to temperature sensor 109 and This is to calculate the maximum value of the temperature difference and perform temperature correction so that the temperature of wafer 101 and probe 103 do not exceed the set temperature.
  • the temperature is controlled so that the temperature measured by the temperature sensor 109 becomes (125 ⁇ AT) ° C., so that the wafer 101 is temperature controlled to 125 ° C.
  • the correction value is derived by obtaining the power consumption of woofer 101 when an electrical load is applied, but there is little variation from the power consumption design value of woofer 101. Then, the correction value may be derived based on the power consumption design value. In addition, using the correction value calculated based on the power consumption design value as the first correction value up to the electrical load applied force tl, the current measurement power obtained after applying the electrical load was calculated. Based on this, the second correction value may be calculated and corrected.
  • a refrigerant is used as a cooling source, a configuration may be adopted in which wind generated by a blower such as a fan is applied to the temperature adjustment plate. Also that In some cases, the cooling performance is improved by installing fins on the temperature adjusting plate.
  • the temperature at which the non-in is performed is 125 ° C.
  • the temperature may be different from 125 ° C depending on the burn-in conditions.
  • the relationship between the temperature of wafer 101 due to heat generated by the power consumption of the device and the temperature measured by temperature sensor 109 and the heat generation density at wafer 101 is directly proportional as in equation (1). Depending on the equipment conditions, it is possible that other relational expressions hold, such as the constant term in equation (1).
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the division of the temperature adjustment plate in the second embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the wafer level burn-in device in the second embodiment.
  • the temperature adjustment plate 106 is divided into five areas a to b as shown in FIG. 2, and as shown in FIG.
  • the heater 601, refrigerant flow path 607, temperature sensors 409 a to 409 e, temperature regulator 610, and temperature correction value calculation device 611 are arranged independently to perform temperature control for each divided area. Yes.
  • the second embodiment in contrast to the first embodiment corresponding to the measurement error due to the heat generation density, the second embodiment further supports variations in the heat generation density in each area of the wafer.
  • the difference between the actual temperature in each area of wafer 101 and the temperature measured by temperature sensors 409a to 409e due to the heat generated in the area is calculated as a function of the amount of heat generated per unit area in wafer 101, that is, the heat generation density. deep.
  • ⁇ ⁇ is the difference between the actual temperature in each area of TU 101 and the temperature measured by temperature sensors 409a and 409e
  • Da De is the heat density at the non-defective device location in each area of UA 101
  • ⁇ a ⁇ e This is a coefficient for the difference between the actual temperature in each area of ÜH101 and the temperature measured by the temperature sensors 409a and 409e and the heat generation density in each area of ÜH101.
  • the relationship between the temperature sensor 409a 409e at each heat generation density and the wafer temperature was also derived by experiments using a heat-able wafer.
  • the electrical continuity test result in each area of the device formed on the wafer 101 in the previous process is obtained for each wafer performing the wafer level burn-in. The Then, temperature control is performed using the temperature corrected by using the correction value for the measured value of the temperature sensors 409a and 409e.
  • the heater 608 when burning the wafer, the heater 608 is heated to 125 ° C at room temperature, and after 125 ° C is stabilized, an electrical load is applied from the tester 105 to the device on the wafer. Immediately after the electric load is applied, the current of the electric load applied by the tester 105 is measured, and the electric power consumed in each of the areas 101 by the electric load is also calculated. The calculated power consumption value is sent to the temperature correction value calculation device 6 11, and this value is divided by the non-defective product rate based on the continuity test result of the device formed on the woofer 101 in each area.
  • the power consumption of the device formed in each area of TU 101 when it is 100% is obtained, and the power consumption when the obtained non-defective rate is 100% is the area of each area of TU 101.
  • the reason for using the power consumption when the non-defective product rate is 100% is that the heat generated in the tub 101 passes through the tray 102 and is dissipated from the temperature adjustment plate. Because the temperature gradient and temperature difference from Ü 101 to temperature sensor 109 are determined, the temperature gradient from ⁇ 101 to temperature sensor 409a 409e is obtained by using the power consumption when the non-defective product rate is 100%.
  • the ATa ATe is calculated from the obtained heat generation density using the equations (2 ⁇ a) to (2 ⁇ e), and the temperature setting value is converted from the temperature correction value calculation device 611 to the temperature controller 610 (125 ⁇
  • the temperature measured by the temperature sensors 409a 409e is controlled to be (125—ATa) to (125—ATe) ° C, so that C
  • Each area of 101 will be temperature controlled to 125 ° C.
  • the correction value is derived by calculating the power consumption of each area of the woofer 101 when an electrical load is applied. If there is little variation, the correction value may be derived based on the power consumption design value. In addition, using the correction value calculated based on the power consumption design value as the first correction value until the electrical load is applied, the power consumption of each area of the U 101 obtained by the current measurement force after the electrical load is applied is calculated. The second correction value may be calculated based on the correction.
  • a refrigerant is used as a cooling source, it may be configured such that the air generated by a blower such as a fan is applied to the temperature adjustment plate. In this case, the cooling performance can be improved by installing fins on the temperature adjustment plate.
  • Equation (1) shows the relationship between the difference between the temperature in each area of ue 101 and the temperature measured by temperature sensors 409a and 409e due to the heat generated by the power consumption of the device, and the heat generation density in each area of ue 101 Depending on the condition of the force device that is directly proportional to, other relational expressions such as the fact that a constant term is included in Eq. Furthermore, in the second embodiment, the power required to calculate the power consumption in each area. The correction value is calculated by calculating the power consumption for the entire area as in the first embodiment, and the temperature control is performed in each area. Even in a configuration,
  • the case where the area division is performed by five divisions has been described as an example, but the number of divisions is arbitrary. In the first embodiment, the number of divisions is 1, and the area is the entire queue.
  • the temperature difference from the surface of the tray to the top surface of the tray is obtained by performing the correction at the time of temperature measurement by the temperature sensor using the function of the heat generation density of the wafer that has been derived in advance.
  • This eliminates the offset of the measured temperature which enables accurate temperature control, prevents probe wear and burn, and provides a highly reliable wafer level burn-in method and wafer level burn-in device. It becomes possible.
  • the same device configuration as that of the first embodiment shown in FIG. 1 is used.
  • the temperature sensor when these devices generate heat due to power consumption due to the distance between the temperature sensor 109 and each device formed on the wafer 101 Considering that the effect on the difference between the temperature measured by 109 and the actual temperature of UENO 101 is different, a temperature sensor was installed in advance and a woofer capable of generating heat with the desired heat distribution and heat density was used. Based on the experiment, the weight constant is set for each device according to the distance in the surface direction of the wafer 101 from the temperature sensor 109 based on the relationship between the temperature sensor 109 and the temperature of the wafer 101 in each heat generation distribution and heat generation density. . In other words, in contrast to the first embodiment corresponding to the measurement error due to the heat generation density, the third embodiment further corresponds to the error due to the nonuniformity of the non-defective product distribution in the vicinity of the temperature sensor.
  • a function for setting a weight constant is set.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing weighting in Embodiment 3 of the present invention. As shown in Fig. 7, each device is weighted by Equation (3).
  • the continuity test result of the device formed on the wafer 101 in the previous process is obtained for each wafer to be subjected to wafer level burn-in, and ⁇ for each good device is obtained. Is calculated using Equation (3) to obtain the sum of ⁇ set for the non-defective device, and the difference between the temperature measured by wafer 101 and temperature sensor 109 is obtained by Equation (4) below.
  • ⁇ ⁇ (sum of ⁇ set for non-defective devices) X Hr (4)
  • ⁇ ⁇ is the difference between the actual temperature of wafer 101 and the temperature measured by temperature sensor 109
  • Hr is a coefficient proportional to the heat generation density of wafer 101
  • the non-defective rate of the devices formed on burn-in target wafer 101 is 100. It is calculated by dividing the difference between the actual temperature of wafer 101 when it is% and the temperature measurement value at temperature sensor 109 by the sum of a set for non-defective devices.
  • a, k, and Hr are set according to the device formed on wafer 101 and the burn-in condition.
  • the heater 108 is heated from room temperature to 125 ° C, and after 125 ° C stabilization, an electrical load is applied from the tester 105 to the device on the wafer, and at the same time, temperature correction is performed.
  • a signal is sent from the value calculation device 301 to the temperature regulator 110 to set the temperature setting value to (1 25 ° C-AT) ° C, and the temperature measured by the temperature sensor 109 is the temperature measured by the temperature sensor 109 ( 125—AT)
  • the temperature is controlled to be at ° C, so that wafer 101 is temperature controlled at 125 ° C.
  • r in the expression (3) may be a force in the surface direction of the wafer 101 from the temperature sensor 109, or a linear distance from the temperature sensor 109 to the target device on the wafer 101.
  • the weight constant is set as a function of the distance of the temperature sensor force, but the sensor force is set closest to the device as the reference device and the number of devices from the reference device. May be.
  • the correction value is derived by obtaining the power consumption of wafer 101 when an electrical load is applied.
  • the power consumption The correction value may be derived based on the design value.
  • the correction value calculated based on the power consumption design value is used as the first correction value until the electrical load is applied, and the second correction is based on the power consumption of wafer 101 for which the current measurement force is also obtained after the electrical load is applied.
  • the value may be calculated and corrected.
  • a refrigerant is used as a cooling source, it may be configured such that air generated by a fan such as a fan is applied to the temperature adjustment plate. In this case, the cooling performance can be improved by installing fins on the temperature adjustment plate.
  • the burn-in temperature is set to 125 ° C, it may be different from 125 ° C depending on the burn-in conditions. Further, the force for correcting the temperature after applying the electrical load may be corrected when heating from room temperature. Formula (3 ) And (4), other relational expressions may hold depending on the device conditions.
  • the correction at the time of temperature measurement by the temperature sensor is obtained by calculating the function of the distance from the temperature sensor to the non-defective device, and using the sum of all non-defective devices in this function, near the temperature sensor Temperature deviation due to variations in non-defective product distribution can be suppressed, temperature control can be performed accurately, probe wear and burnout are prevented, and a highly reliable wafer level burn-in method and A wafer level burn-in device can be provided.
  • the wafer level burn-in according to the fourth embodiment having such a configuration, in each area, depending on the distance between the temperature sensors 409a to 409e and each device formed on the wafer 101, these devices are used.
  • the temperature sensor is installed in advance and the desired heat distribution is installed in consideration of the different effects on the difference between the temperature measured by the temperature sensors 409a to 409e and the actual temperature of 101 and 101. From the relationship between the temperature sensors 409a to 409e and the temperature of wafer 101 at each heat generation distribution and heat generation density, an experiment using a wafer capable of generating heat at a heat generation density showed that wafer 101 from temperature sensors 409a to 409e A weight constant is set for each device according to the distance in the plane direction.
  • FIG. 3 (a) is a schematic diagram showing weighting in area a in Embodiment 4 of the present invention
  • FIG. 3 (b) is a schematic diagram showing weighting in area b in Embodiment 4 of the present invention
  • 3 (c) is a schematic diagram showing weighting in area c in Embodiment 4 of the present invention
  • FIG. 3 (d) is a schematic diagram showing weighting in area d in Embodiment 4 of the present invention.
  • FIGS. 3 (a) to (e) are schematic diagrams showing weighting in the area e in Embodiment 4 of the present invention.
  • a device having a temperature sensor used to control the temperature of the thermal load at a position perpendicular to the wafer surface As shown in FIGS. 3 (a) to (e), for each temperature sensor 409a to 409e, there is a device having a temperature sensor used to control the temperature of the thermal load at a position perpendicular to the wafer surface.
  • weight constants a to e that are monotonically decreasing depending on the number of devices from the reference device are set. Using this method, you can specify a reference device that is related to the size of the device. There is an advantage that the weight constant can be set only by setting.
  • the continuity test result of the device formed on the woofer 101 in the previous process is obtained for each woofer that performs uh-level burn-in, and is set as a good device.
  • ATa (sum of aa set for non-defective devices) XHna (5a)
  • ATb (sum of ab set for non-defective device) XHnb (5b)
  • ATa ATe is the difference between the actual temperature of OH 101 and the temperature measured by temperature sensors 409a and 409e
  • Hna Hne is a coefficient proportional to the heat generation density of VO 101
  • a ae Hna Hne is set according to the device formed on the wafer 101 and the burn-in condition.
  • the ATa ATe calculated from equations (5a) to (5e) using Hna Hne calculated from the power consumption design value from the room temperature by the heaters in each area was used. Then, a signal is sent from the temperature correction value calculation device 611 to the temperature regulator 610 to set the temperature set value to (125—ATa) to (125—ATe) ° C, respectively, and the temperature measurement value of the temperature sensor in each area ( 125 ⁇ ATa) ⁇ (125 ⁇ ATe) ° C
  • the temperature is controlled to become (125 ⁇ ATa) ⁇ (125 ⁇ ATe) ° C, and after the electrical load is applied from the tester 105 to the device on the wafer, Immediately after this electrical load is applied, it is applied to the tester 105 to measure the current of the electrical load, and the applied power is used to calculate the power consumed on the wafer 101 by the electrical load.
  • the calculated power consumption value is sent to the temperature correction value calculation device 611, and this value is sent to the device formed on the wafer 101.
  • the heat generation density at woofer 101 is calculated from the obtained power consumption. Since Hda to Hde are proportional to the heat generation density in wafer 101, the values are corrected, and ATa to e are calculated again using equations (5a) to (5e).
  • a signal is sent to the temperature controller 110 so that the temperature setting value of each area is (125— ⁇ &) to (125—ATe) ° C.
  • the correction value calculated based on the power consumption design value is used as the first correction value up to the electric load mark, and each of the woofers 101 for which the current measurement force is obtained after the electric load is applied is described.
  • the second correction value is calculated and corrected based on the power consumption of the area, but if there is little variation in the power consumption design value of each area of the wafer 101, only the correction based on the power consumption design value is possible. Correction may be made only by determining the power consumption of each area of wafer 101 when an electrical load is applied. Furthermore, although the power consumption is obtained in each area in the second embodiment, the correction value may be calculated by obtaining the power consumption in the entire wafer 101 as in the third embodiment.
  • a configuration may be adopted in which wind generated by a force fan using a refrigerant as a cooling source is applied to the temperature adjustment plate.
  • the force at which the burn-in temperature is set to 125 ° C
  • the temperature may be different from 125 ° C depending on the burn-in conditions.
  • the temperature is corrected after applying the electrical load, but it is also possible to correct it when heating from room temperature.
  • Expressions (5a) to (5e) may be considered to hold other relational expressions depending on the apparatus conditions.
  • the case where the area division is performed by five divisions has been described as an example, but the number of divisions is arbitrary. In the third embodiment, the number of divisions is 1, and the area is the entire woofer.
  • the temperature adjustment plate is divided into a plurality of areas, each area is provided with a temperature sensor, a heater, and a cooling flow path. Find the function of the distance to the device, By performing the temperature control for each area using the sum of vices and controlling the temperature for each area, it is possible to accurately control the temperature, preventing probe wear-out and burning, and highly reliable wafer level burn-in. It is possible to provide a method and a wafer level burn-in device.

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Description

明 細 書
ゥエーハレベルバーンイン方法およびゥエーハレベルバーンイン装置 技術の分野
[0001] 本発明は、半導体ゥヱーハに対して電気的負荷および温度的負荷を与えてスクリ 一-ングを行うゥエーハレベルバーンイン方法およびゥエーハレベルバーンイン装置 に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、一般にバーンイン装置と呼ばれているスクリーニングテスト装置は、半導体ゥ エーハを分断して得られた ICチップをパッケージングした後、所定温度 (例えば 125 °C)の熱雰囲気中において通電試験をして、潜在欠陥を顕在化させ、不良品のスクリ 一ユングを行っている。
[0003] このような従来装置は、大きな恒温装置が必要で、発熱量が多いため、他の製造ラ インとは分離して、別室において行う必要があり、ゥヱーハの搬送、装置への装着、 脱着等の手間を要すること、ノ ッケージングの後に不良品が発見されることから、パッ ケージコストに無駄が生じること、又、チップをパッケージ化せず、いわゆるベアチッ プのまま実装するための品質保証されたベアチップの要求等により、チップィ匕される 前のゥエーハの段階でバーンインテストを行うことが望まれている。
[0004] このような要請に応えるためのバーンイン装置は、半導体ゥヱーハに熱負荷を加え るに際して、ゥエーハを均一な温度に維持する必要がある。この目的の為、ゥエーハ の表裏両面にヒータを備えることにより半導体ゥヱーハを所定の目標温度に維持する ようにした温度調節機能を備えたゥエーハレベルバーンイン装置が提案されて 、る。
[0005] 従来のゥヱーハレベルバーンインにおける温度制御について図 4を用いて説明す る。
[0006] 図 4は従来のゥ ーハレベルバーンイン装置の概略図、図 5 (a)は従来のゥ ーハ レベルバーンイン装置によって温度負荷が印加された時のゥエーハ横方向での温度 分布を示す図、図 5 (b)は従来のゥエーハレベルバーンイン装置によって温度負荷が 印加された時のゥヱーハ縦方向での温度分布を示す図であり、図 5により、各チップ のゥエーハ面上を直交する方向での温度分布を示して 、る。
[0007] 図 4において、ゥヱーハ 101はゥヱーハ保持用トレイ 102に保持され、ゥヱーハー括 コンタクト可能なプローブ 103により、電気的負荷を印加する基板 104と接続され、電 気的負荷印力 [1、電気的信号発生及び信号比較機能を有したテスター 105によって 電気的負荷を印加される。温度的負荷は、温度調整用プレート 106内に配置された ヒータ 108、冷媒流路 107に流される水、アルコール等の冷媒により温度調整用プレ ート 106の温度を 125°C等の設定温度にコントロールすることにより印加される。温度 調整用プレート 106の温度コントロールはトレイ 102のゥエーハを保持している面と逆 の面に接触させた温度センサ 109により計測された温度により、温度調整器 110から ヒータ 108の発熱量および、冷媒流路 107を流れる冷媒の温度および流量を制御す ることによって行われる。実際のゥエーハレベルバーンインではヒータ 108により室温 力も 125°C等の設定温度まで加熱した後、テスター 105によりゥエーハ上のデバイス への電気的負荷を投入し、温度調整用プレートにより温度制御を行い、設定温度を 維持したまま、一定時間間隔でゥ ーハ上に形成されたデバイスが故障していない かテスター 105で動作確認を行う。動作確認中は、テスター 105による電気的負荷を 切断し、動作確認用の電気的信号をデバイスへ印加することでデバイスを動作させ る。そして、デバイスからの出力をテスター 105でモニターし、電気的負荷、温度的負 荷によりデバイスが故障して 、な 、か確認を行う。
[0008] ここで、半導体ゥエーノ、 101の表面は、デバイスが形成されプローブ 103とコンタク トしており、裏面はトレイ 102により保持されている。その為、温度センサ 109はトレイ 1 02のゥエーハを保持している面と逆の面に接触させ温度を測定している。また、 ICチ ップのチップサイズ縮小や印加電流の増大に伴!、、ゥヱーハ上での電気的負荷印加 時の単位面積当たりの発熱量が増加している。単位面積当たりの発熱量の増加によ り、目標温度維持の為の冷却によってゥ ーハから移動する熱流束が増大する為、 熱が移動する方向への温度勾配が急になり、ゥエーハ 101の実温度と温度センサ 10 9で測定した測定温度間での差が拡大する。その為、ゥ ーハ温度が温度的負荷を 印加するための温度と差がっ 、てしまう。
[0009] 図 5 (a)の従来のゥエーハレベルバーンイン装置によって温度負荷が印加された時 のゥエーハ横方向での温度分布を示す図，図 5 (b)の従来のゥヱーハレベルバーン イン装置によって温度負荷が印加された時のゥヱーハ縦方向での温度分布を示す 図から分かるように、従来のゥヱーハレベルバーンイン装置を用いて、設定温度 125 °Cの温度負荷を印加した場合のゥヱーハ 101上の実温度分布は、中央部分に行く ほど高くなつている。また、温度制御を温度センサ 109で測定される温度を基に行つ ているにもかかわらず、実際の温度は 125°C力も乖離している。
[0010] この温度差は、次に説明する 2点によって生じる。
[0011] まず、ゥヱーハ保持用トレイ 102が熱伝導率 200WZm'Kの厚さ 10mmのアルミ- ゥムである時、従来の 8インチウエーハで電気的負荷印加によるゥエーハ 101の発熱 力 00W、すなわち発熱密度が 12. 74kW/m2あった場合には、トレイ 102の表裏 での温度差は 0. 6°Cとなる。一方、 300mmゥエーハで発熱量が 3kWである場合す なわち発熱密度は 42. 46kWZm2である場合にはトレイ 102の表裏での温度差は 2
. cとなる。
[0012] 実際にはトレイの表裏での温度差の他に、ゥエーハ 101とゥエーハ保持用トレイ 10 2との接触面と、ゥエーハ保持用トレイ 102と温度センサ 109との接触面で接触抵抗 が存在し、その抵抗が発熱密度に比例する為温度差は更に拡大する。 300mmゥヱ ーハで発熱量が 3kWである場合には、ゥエーハ 101と温度センサ 109での温度差は 約 6°Cとなる。
[0013] 以上より、図 4の構成ではゥエーハの温度を 125°C近傍に保障することが困難とな る。
発明の開示
[0014] し力しながら、従来の方法ではバーンインを行うゥヱーハへの電気的負荷は所定の 電圧を印加することにより行われるのだ力 その際にゥエーハ上のデバイスに流れる 電流は、同一品種デバイスにおいても対象ゥエーハによりばらつきがあり、そのばら つきは、平均的なデバイスに流れる電流を 1とすると、およそ 1. 5の電流が流れるデ バイスもある。その為、ゥヱーハ上に形成されたデバイスの良品率が同じものでも、発 熱量が大きく異なる場合がある。また、ゥ ーハ上に形成されたデバイスの内、前ェ 程で不良と診断されたデバイスには電気的負荷が印加されない為、通電による発熱 は発生しない。これらにより、温度センサの測定温度と実際の温度にずれが生じるた め、ゥヱーハ温度を所望の温度に制御できなくなる場合があった。この温度のずれに よってゥエーハ温度が高くなつてしまった場合、ゥエーハに電気的負荷を印加するた めのプローブの消耗が激しくなる、あるいは焼けるといった重大な損害を招く恐れが あるという問題点があった。また、温度が低くなつてしまった場合、温度的負荷による スクリーニングが不十分になり、巿場に不良が流出してしまう恐れがあるという問題点 かあつた。
[0015] 本発明は、上記問題点を解決するために、ゥヱーハ上に形成されたデバイスの良 品の分布や、デバイスの消費電力に依らず、ゥ ーハの温度を所望の温度に制御す ることでプローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いゥエーハレベルバーンイン方 法およびゥエーハレベルバーンイン装置を提供することを目的とする。
[0016] 上記目的を達成するために、本発明のゥエーハレベルバーンイン方法は、エリアと して半導体ゥ ーハ全体または前記半導体ゥ ーハを分割した領域を設定し、半導 体ゥエーハ上の全てのチップを一括してコンタクトするプローブを用い、電気的負荷 及び温度的負荷を前記半導体ゥエーハ上のデバイスに与えて不良品のスクリーニン グを行うゥヱーハレベルバーンイン方法であって、前記半導体ゥヱーハの前記各エリ ァが設定温度になるように温度的負荷を印加する工程と、前記半導体ゥエーハに電 気的負荷を印加する工程と、電気的負荷印加による前記半導体ゥ ーハの消費電 力から前記半導体ゥ ーハの良品デバイス箇所の発熱密度を求める工程と、前記発 熱密度から前記各エリアの補正値を算出する工程と、前記設定温度を前記補正値に より補正して前記エリア毎に電気的負荷印加時の温度的負荷の温度制御を行う工程 とを有することを特徴とする。
[0017] また、前記消費電力が設計値であることを特徴とする。
[0018] また、前記消費電力として、実際に計測した消費電力を前記半導体ゥ ーハの良 品率で割ったものを用いることを特徴とする。
[0019] また、エリアとして半導体ゥエーハ全体または前記半導体ゥエーハを分割した領域 を設定し、半導体ゥエーハ上の全てのチップを一括してコンタクトするプローブを用い 、電気的負荷及び温度的負荷を前記半導体ゥヱーハ上のデバイスに与えて不良品 のスクリーニングを行うゥエーハレベルバーンイン方法であって、電気的負荷印加に よる前記半導体ゥ ーハの消費電力の設計値から得られる前記半導体ゥエーハの良 品デバイス箇所の第 1の発熱密度から第 1の補正値を算出する工程と、前記各エリア に前記第 1の補正値により補正された設定温度になるように温度的負荷を印加する 工程と、前記半導体ゥ ーハに電気的負荷を印加する工程と、前記電気的負荷によ る前記半導体ゥエーハの消費電力を計測する工程と、前記計測された消費電力を前 記半導体ゥエーハの良品率で割ったものを用いて前記半導体ゥエーハの良品デバィ ス箇所の第 2の発熱密度を求める工程と、前記第 2の発熱密度から第 2の補正値を 算出する工程と、前記設定温度を前記第 2の補正値により補正して前記エリア毎に 電気的負荷印加時の温度的負荷の温度制御を行う工程とを有することを特徴とする
[0020] また、前記半導体ゥ ーハの良品デバイス箇所の発熱密度を、前記 1または複数の エリア毎の平均から求めることを特徴とする。
[0021] また、前記半導体ゥエーハ上の各デバイスに対して前記センサからの距離または前 記センサとの間に存在するデバイスの数に依存する重み定数をあら力じめ設定し、 前記補正値を良品のデバイスに設定された重み定数の和と前記各エリアの発熱密 度との積の関数として算出することを特徴とする。
[0022] また、前記補正値を前記各エリアの発熱密度の関数として算出することを特徴とす る。
[0023] また、前記補正を電気的負荷印加後に行うことを特徴とする。
[0024] また、前記補正を電気的負荷印加前に行うことを特徴とする。
[0025] さらに、本発明のゥヱーハレベルバーンイン装置は、エリアとして半導体ゥヱーハ全 体または前記半導体ゥエーハを分割した領域を設定し、半導体ゥエーハ上の全ての チップを一括してコンタクトするプローブを用い、電気的負荷及び温度的負荷を前記 半導体ゥエーハ上のデバイスに与えて不良品のスクリーニングを行うゥエーハレベル バーンイン装置であって、前記各エリアに 1つずつ備えられ、前記各エリアの半導体 ゥエーハ温度を測定する温度センサと、前記各エリアに 1つずつ備えられ、前記各ェ リアの半導体ゥエーハを加熱するヒータと、前記各エリアに 1つずつ備えられ、前記各 エリアの半導体ゥ ーハを冷却する冷却源と、前記エリア毎の前記半導体ゥ ーハの 実温度と前記温度センサの測定温度の温度差をエリア毎の補正値として前記半導 体ゥ ーハの良品デバイス箇所の発熱密度より算出する温度補正値算出装置と、前 記温度センサで測定した前記各エリアの半導体ゥエーハの温度があら力じめ設定し た設定温度を前記補正値で補正した温度になるように前記ヒータの加熱および前記 冷却源の冷却を制御する温度調整器と、前記デバイスの検査を行うテスターとを有 することを特徴とする。
[0026] また、前記半導体ゥ ーハの発熱密度を、前記 1または複数の各エリアにおける発 熱密度の平均から求めることを特徴とする。
[0027] また、前記半導体ゥ ーハの発熱密度を、消費電力の設計値から求めることを特徴 とする。
[0028] また、前記半導体ゥ ーハの発熱密度を、実際に計測した消費電力を前記半導体 ゥエーハの良品率で割ったものから求めることを特徴とする。
[0029] また、前記半導体ゥエーハ上の各デバイスに対して前記センサからの距離または前 記センサとの間に存在するデバイスの数に依存する重み定数をあら力じめ設定し、 前記補正値を良品のデバイスに設定された重み定数の和と前記各エリアの発熱密 度との積の関数として算出することを特徴とする。
[0030] また、前記補正値を前記各エリアの発熱密度の関数として算出することを特徴とす る。
図面の簡単な説明
[0031] [図 1]本発明の実施の形態 1におけるゥ ーハレベルバーンイン装置の概略図である
[図 2]本発明の実施の形態 2、 4における温度調整用プレートの分割の概略図である
[図 3](a)本発明の実施の形態 4におけるエリア aでの重み付けを示す概略図である。（ b)本発明の実施の形態 3におけるエリア bでの重み付けを示す概略図である。（c)本 発明の実施の形態 3におけるエリア cでの重み付けを示す概略図である。（d)本発明 の実施の形態 3におけるエリア dでの重み付けを示す概略図である。（e)本発明の実 施の形態 3におけるエリア eでの重み付けを示す概略図である。
[図 4]従来のゥ ーハレベルバーンイン装置の概略図である。
[図 5](a)従来のゥエーハレベルバーンイン装置によって温度負荷が印加された時のゥ エーハ横方向での温度分布を示す図である。（b)従来のゥエーハレベルバーンイン装 置によって温度負荷が印加された時のゥヱーハ縦方向での温度分布を示す図であ る。
[図 6]本発明の実施の形態 2、 4におけるゥエーハレベルバーンイン装置の概略図で ある。
[図 7]本発明の実施の形態 3における重み付けを示す概略図である。
発明の実施例の説明
[0032] 以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
[0033] (実施の形態 1)
図 1は本発明の実施の形態 1におけるゥエーハレベルバーンイン装置の概略図で ある。図 1に示す本実施の形態 1は、図 4に示す装置構成に、温度補正値算出装置 3
01を追加した構成である。
[0034] このような構成による本実施の形態 1におけるゥヱーハレベルバーンインでは、予め
、実験により、ゥエーハ 101上に形成されたデバイスへ電気的負荷を印加した時の、 デバイスでの電力消費で発生する発熱によるゥエーハ 101の実温度と温度センサ 10
9における測定温度との差を、ゥヱーノ、 101での単位面積当たりの発熱量すなわち 発熱密度の関数として算出しておく。本実施の形態 1では、
ΔΤ= y X D (1)
と正比例の関係を用いている。ここで、 ΔΤはゥエーハ 101の実温度と温度センサ 10 9における測定温度との差、 Dはゥエーハ 101での良品デバイス箇所の発熱密度、 γ はゥエーハ 101の実温度と温度センサ 109における測定温度との差とゥエーハ 101 での発熱密度に対する係数であり、予め温度センサが設置され所望の発熱密度で 発熱が可能なゥエーハを用いた実験により、各発熱密度における温度センサ 109とゥ エーハ温度との関係力も導出したものである。また、温度補正値算出装置 301にお いて、ゥエーハレベルバーンインを行う各ゥエーハについて、前工程でのゥエーハ 10 1上に形成されたデバイスの電気的導通試験結果を入手しておく。そして、温度セン サ 109の測定値に対して補正値を用いて補正した温度を用いて温度制御を行う。
[0035] 具体的には、ゥエーハをバーンインする際は、ヒータ 108により室温力ら 125°Cまで 加熱し、 125°C安定後、テスター 105からゥエーハ上のデバイスへ電気的負荷を投 入する。この電気的負荷印加直後、テスター 105において印加している電気的負荷 の電流を計測し、印加している電圧力も電気的負荷によるゥエーハ 101上で消費さ れている電力を算出する。算出された消費電力の値は温度補正値算出装置 301へ 送られ、この値をゥエーハ 101上に形成されたデバイスの導通試験結果による良品 率で割ることで、良品率が 100%である時のゥエーハ 101に形成されたデバイスでの 消費電力が得られ、得られた良品率が 100%である時の消費電力をゥ ーハ 101の 面積で割ることでゥエーハ 101全面の平均での発熱密度が算出される。ここで、良品 率 100%である時の消費電力を用いる理由は、ゥエーハ 101で発生した熱がトレイ 1 02を通過して温度調整用プレートから放熱される際の熱流束の大きさによってゥエー ノ、 101から温度センサ 109への温度勾配及び、温度差が決まる為で、デバイスの良 品率を 100%とした時の消費電力を用いることで、ゥエーハ 101から温度センサ 109 への温度勾配及び、温度差の最大値を算出して温度補正を行い、ゥエーハ 101の温 度やプローブ 103が設定温度以上にならないようにする為である。得られた発熱密 度より式（1)を用いて、 ΔΤを算出し、温度補正値算出装置 301から温度調整器 110 へ温度設定値を（125— AT)°Cとするよう信号を送ることで、温度センサ 109で測定 される温度が（125— AT)°Cとなるよう温度制御され、それによりゥエーハ 101が 125 °Cに温度制御されることになる。
[0036] 本実施の形態 1では、電気的負荷印加時のゥ ーハ 101の消費電力を求めること で補正値を導出しているが、ゥエーハ 101の消費電力設計値からのバラツキが少な いものでは、消費電力設計値を基に補正値を導出してもよい。また、第 1の補正値と して消費電力設計値を基に算出した補正値を電気的負荷印力 tlまで用い、電気的負 荷印加後に電流測定力 求められたゥ ーハ 101の消費電力を基に第 2の補正値を 算出し補正を行ってもよい。冷却源として冷媒を使用しているが、ファン等の送風機 によって作り出された風を温度調整用プレートに当てる構成としてもよい。また、その 際には温度調整用プレートにフィンを設置すると冷却性能が向上する。ノーンインを 行う温度を 125°Cとしている力 バーンインの条件により 125°Cと異なる温度としても よい。デバイスでの電力消費で発生する発熱によるゥエーハ 101の温度と温度セン サ 109における測定温度との差と、ゥ ーハ 101での発熱密度の関係を式（1)の様 に正比例としたが、装置条件によっては式（1)に定数項が含まれる等、他の関係式 が成り立つことも考えられる。
[0037] このように、温度センサによる温度測定時の補正を、あら力じめ導出したゥエーハの 発熱密度の関数を用いて行うことにより、ゥエーハ表面からトレイの上面までの温度差 による、測定温度のオフセットなくすことができるため、温度制御を正確に行うことがで き、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いゥエーハレベルバーンイン方法お よびゥエーハレベルバーンイン装置を提供することが可能となる。
(実施の形態 2)
図 2は本発明の実施の形態 2における温度調整用プレートの分割の概略図、図 6は 本実施の形態 2におけるゥエーハレベルバーンイン装置の概略図である。
[0038] 本発明の実施の形態 2では、図 1に示す構成のうち、温度調整用プレート 106を図 2に示すようにエリア a〜エリア bの 5つのエリアに分割し、図 6に示すようにそれぞれヒ ータ 601、冷媒流路 607、温度センサ 409a〜409e、温度調整器 610及び、温度補 正値算出装置 611を独立に配置し、分割させたエリアごとに温度制御を行う構成とし ている。つまり、発熱密度による測定誤差に対応した実施の形態 1に対して、実施の 形態 2では、さらに、ゥエーハの各エリアでの発熱密度のバラツキにも対応している。
[0039] このような構成による本実施の形態 2におけるゥヱーハレベルバーンインでは、予め 、実験により、ゥエーハ 101上に形成されたデバイスへ電気的負荷を印加した時の、 デバイスでの電力消費で発生する発熱によるゥエーハ 101の各エリアでの実温度と 温度センサ 409a〜409eにおける測定温度との差を、ゥエーハ 101の各エリアでの 単位面積当たりの発熱量すなわち発熱密度の関数として算出しておく。本実施の形 態 2では、
ATa= y a X Da (2— a)
ATb= y b X Db (2— b) A Tc = y c X Dc (2-c)
Δ Τά= y d X Dd (2— d)
Figure imgf000012_0001
と正比例の関係を用いている。ここで、 Δ Τはゥ ハ 101の各エリアでの実温度と 温度センサ 409a 409eにおける測定温度との差、 Da Deはゥエーハ 101の各ェ リアでの良品デバイス箇所の発熱密度、 γ a γ eはゥ ハ 101の各エリアの実温 度と温度センサ 409a 409eにおける測定温度との差とゥ ハ 101の各エリアで の発熱密度に対する係数であり、予め温度センサが設置され所望の発熱密度で発 熱が可能なゥ ハを用いた実験により、各発熱密度における温度センサ 409a 4 09eとゥ ハ温度との関係力も導出したものである。また、温度補正値算出装置 61 1において、ゥ ハレベルバーンインを行う各ゥ ハについて、前工程でのゥェ 101上に形成されたデバイスの各エリアでの電気的導通試験結果を入手してお く。そして、温度センサ 409a 409eの測定値に対して補正値を用いて補正した温 度を用いて温度制御を行う。
具体的には、ゥ ハをバーンインする際は、ヒータ 608により室温力ら 125°Cまで 加熱し、 125°C安定後、テスター 105からゥ ハ上のデバイスへ電気的負荷を投 入する。この電気的負荷印加直後、テスター 105において印加している電気的負荷 の電流を計測し、印加している電圧力も電気的負荷によるゥ 101の各エリアで 消費されている電力を算出する。算出された消費電力の値は温度補正値算出装置 6 11 送られ、この値を各エリアでのゥ ハ 101上に形成されたデバイスの導通試 験結果による良品率で割ることで、良品率が 100%である時のゥ ハ 101の各エリ ァに形成されたデバイスでの消費電力が得られ、得られた良品率が 100%である時 の消費電力をゥ ハ 101の各エリアの面積で割ることでゥ ハ 101の各エリアの 平均での発熱密度が算出される。ここで、良品率 100%である時の消費電力を用い る理由は、ゥ ハ 101で発生した熱がトレイ 102を通過して温度調整用プレートか ら放熱される際の熱流束の大きさによってゥ ハ 101から温度センサ 109への温度 勾配及び、温度差が決まる為で、デバイスの良品率を 100%とした時の消費電力を 用いることで、ゥヱ 101から温度センサ 409a 409eへの温度勾配及び、温度 差の最大値を算出し温度補正を行いゥ ハ 101の温度や、プローブ 103が設定温 度以上にならな 、ようにする為である。得られた発熱密度より式（2— a)〜式（2— e) を用いて、 ATa ATeを算出し、温度補正値算出装置 611から温度調整器 610へ 温度設定値を（125— ΔΤ 〜（125— ATe)°Cとするよう信号を送ることで、温度セ ンサ 409a 409eで測定される温度が（125— ATa)〜（125— ATe)°Cとなるよう 温度制御され、それによりゥ ハ 101の各エリアが 125°Cに温度制御されることに なる。
[0041] 本実施の形態 2では、電気的負荷印加時のゥ ハ 101の各エリアの消費電力を 求めることで補正値を導出しているが、ゥ ハ 101の各エリアの消費電力設計値か らのバラツキが少ないものでは、消費電力設計値を基に補正値を導出してもよい。ま た、第 1の補正値として消費電力設計値を基に算出した補正値を電気的負荷印加ま で用い、電気的負荷印加後に電流測定力 求められたゥ 101の各エリアの消 費電力を基に第 2の補正値を算出し補正を行ってもよい。冷却源として冷媒を使用し ているが、ファン等の送風機によって作り出された風を温度調整用プレートに当てる 構成としてもよい。また、その際には温度調整用プレートにフィンを設置すると冷却性 能が向上する。バーンインを行う温度を 125°Cとしている力 バーンインの条件により 125°Cと異なる温度としてもよい。デバイスでの電力消費で発生する発熱によるゥェ 101の各エリアの温度と温度センサ 409a 409eにおける測定温度との差と、ゥ ハ 101の各エリアでの発熱密度の関係を式（1)の様に正比例とした力 装置条 件によっては式（1)に定数項が含まれる等、他の関係式が成り立つことも考えられる 。さらに、本実施の形態 2では各エリアで消費電力を求めている力 消費電力を実施 の形態 1の様にゥ 101全体で求めることで補正値を算出し、温度制御は各エリ ァで行うと 、う構成にしてもょ 、。
[0042] ここでは、エリア分割を 5分割で行った場合を例に説明したが、分割数は任意であ る。また、実施の形態 1では、分割数を 1として、エリアがゥヱ 全体である場合の 例である。
[0043] このように、温度センサによる温度測定時の補正を、あら力じめ導出したゥ ハの 発熱密度の関数を用いて行うことにより、ゥ 表面からトレイの上面までの温度差 による、測定温度のオフセットをなくすことができるため、温度制御を正確に行うことが でき、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高いゥエーハレベルバーンイン方法 およびゥエーハレベルバーンイン装置を提供することが可能となる。
[0044] (実施の形態 3)
本発明の実施の形態 3では、図 1に示す実施の形態 1と同様の装置構成を用いて いる。
[0045] 本実施の形態 3におけるゥエーハレベルバーンインでは、温度センサ 109とゥエー ノ、 101上に形成された各デバイスとの距離により、これらのデバイスが電力消費によ り発熱する際の温度センサ 109による温度測定値とゥエーノ、 101の実温度との差に 与える影響が異なることを考慮して、予め温度センサが設置され所望の発熱分布、 発熱密度で発熱が可能なゥ ーハを用いた実験により、各発熱分布、発熱密度にお ける温度センサ 109とゥエーハ 101の温度との関係から、温度センサ 109からのゥェ ーハ 101の面方向の距離により、各デバイスに重み定数を設定する。つまり、発熱密 度による測定誤差に対応した実施の形態 1に対して、実施の形態 3では、さらに、温 度センサ付近での良品分布のバラツキによる誤差にも対応している。
[0046] 本実施の形態 3では、重み定数を設定する為の関数を
=e (3)
としている。ここで、 αは重み定数、 rは温度センサ 109からのゥエーハ 101の面方向 の距離、 kは係数で、この値が小さいほど温度センサ 109から遠いデバイスによる発 熱の影響を受けていることを表している。ここで、図 7は本発明の実施の形態 3におけ る重み付けを示す概略図である。図 7に示すように式（3)により各デバイスに重み付 けされる。
[0047] そして、温度補正値算出装置 301において、ゥエーハレベルバーンインを行う各ゥ エーハについて、前工程でのゥエーハ 101上に形成されたデバイスの導通試験結果 を入手し、各良品デバイスについての αを式（3)を用いて算出して良品デバイスに 設定された αの和を求め、次式 (4)によりゥエーハ 101と温度センサ 109での温度計 測値との差を求める。
[0048] Δ Τ= (良品デバイスに設定された αの和） X Hr (4) ここで、 Δ Τはゥエーハ 101の実温度と温度センサ 109における測定温度との差、 Hrはゥエーハ 101の発熱密度に比例する係数で、バーンイン対象ゥエーハ 101上に 形成されたデバイスの良品率が 100%である時のゥエーハ 101の実温度と温度セン サ 109での温度測定値の差を、良品デバイスに設定された aの和で割ることで算出 される。式（3)、式 (4)における、 a、 k、 Hrはゥエーハ 101上に形成されるデバイス、 およびバーンイン条件によりそれぞれ設定される。
[0049] ゥエーハをバーンインする実際の処理時は、ヒータ 108により室温から 125°Cまで 加熱し、 125°C安定後、テスター 105からゥエーハ上のデバイスへ電気的負荷を投 入すると同時に、温度補正値算出装置 301から温度調整器 110へ温度設定値を（1 25°C - A T) °Cとするよう信号を送り、温度センサ 109での温度測定値が温度センサ 109で測定される温度が（125— A T) °Cとなるよう温度制御され、それによりゥエーハ 101が 125°Cに温度制御されることになる。
[0050] 本実施の形態 3では式（3)における rとして、温度センサ 109からのゥエーハ 101の 面方向の距離としている力 温度センサ 109からゥエーハ 101上の対象デバイスまで の直線距離としてもよい。これにより、温度センサ 109からのゥエーハ 101までの距離 の誤差が小さくなる。さらに、本実施の形態 3において、重み定数の設定方法として、 温度センサ力もの距離の関数として 、るが、センサ力 最も近 、デバイスを基準デバ イスとし、基準デバイスからのデバイスの数によって設定してもよい。本実施の形態 3 では、電気的負荷印加時のゥエーハ 101の消費電力を求めることで補正値を導出し ているが、ゥヱーノ、 101の消費電力設計値からのバラツキが少ないものでは、消費電 力設計値を基に補正値を導出してもよい。また、第 1の補正値として消費電力設計値 を基に算出した補正値を電気的負荷印加まで用い、電気的負荷印加後に電流測定 力も求められたゥエーハ 101の消費電力を基に第 2の補正値を算出し補正を行って もよい。冷却源として冷媒を使用しているが、ファン等の送風機によって作り出された 風を温度調整用プレートに当てる構成としてもよい。また、その際には温度調整用プ レートにフィンを設置すると冷却性能が向上する。バーンインを行う温度を 125°Cとし ているが、バーンインの条件により 125°Cと異なる温度としてもよい。また、電気的負 荷印加後温度補正を行っている力 室温からの加熱時に補正を行ってもよい。式（3 )、式 (4)は、装置条件によっては他の関係式が成り立つことも考えられる。
[0051] このように、温度センサによる温度測定時の補正を、温度センサから良品デバイス までの距離の関数をもとめ、この関数の全良品デバイスの総和を用 、て行うことにより 、温度センサ付近での良品分布のバラツキによる、温度補正値のずれを抑制すること ができるため、温度制御を正確に行うことができ、プローブの消耗、焼けを防止し、信 頼性の高いゥエーハレベルバーンイン方法およびゥエーハレベルバーンイン装置を 提供することが可能となる。
(実施の形態 4)
実施の形態 4では図 6に示す実施の形態 2と同様の装置構成を用いている。
[0052] このような構成による本実施の形態 4におけるゥヱーハレベルバーンインでは、各ェ リアにおいて、温度センサ 409a〜409eとゥエーハ 101上に形成された各デバイスと の距離により、これらのデバイスが電力消費により発熱する際の温度センサ 409a〜4 09eによる温度測定値とゥエーノ、 101の実温度との差に与える影響が異なることを考 慮して、予め温度センサが設置され所望の発熱分布、発熱密度で発熱が可能なゥェ ーハを用いた実験により、各発熱分布、発熱密度における温度センサ 409a〜409e とゥエーハ 101の温度との関係から、温度センサ 409a〜409eからのゥエーハ 101の 面方向の距離により、各デバイスに重み定数を設定する。つまり、温度センサ付近で の良品分布のバラツキによる誤差に対応した実施の形態 3にカ卩え、ゥエーハの各エリ ァでの発熱密度のバラツキにも対応している。ここで図 3 (a)は本発明の実施の形態 4におけるエリア aでの重み付けを示す概略図、図 3 (b)は本発明の実施の形態 4に おけるエリア bでの重み付けを示す概略図、図 3 (c)は本発明の実施の形態 4におけ るエリア cでの重み付けを示す概略図、図 3 (d)は本発明の実施の形態 4におけるェ リア dでの重み付けを示す概略図、図 3 (e)は本発明の実施の形態 4におけるエリア e での重み付けを示す概略図である。図 3 (a)〜（e)に示すように、各温度センサ 409a 〜409eそれぞれに対し、ゥエーハ面と垂直の位置に前記温度的負荷の温度を制御 するために使用する温度センサが存在するデバイス（図 3中では斜線で図示)を基準 として、基準デバイスからのデバイスの数によって単調減少する重み定数ひ a〜ひ e を設定している。この方法を用いると、デバイスの大小に関係なぐ基準デバイスを指 定するだけで、重み定数を設定できる利点がある。
[0053] そして、温度補正値算出装置 611において、ゥ ハレベルバーンインを行う各ゥ ハについて、前工程でのゥ ハ 101上に形成されたデバイスの導通試験結果 を入手し、良品デバイスに設定された αの和を求め、次式（5a)〜（5e)によりゥ
101の実温度と各温度センサ 409a 409eとの温度計測値との差 ATa ATeを 求める。
[0054] ATa= (良品デバイスに設定された aaの和） XHna (5a)
ATb= (良品デバイスに設定された abの和） XHnb (5b)
ΔΤο= (良品デバイスに設定された acの和） XHnc (5c)
ΔΤά= (良品デバイスに設定された a dの和） XHnd (5d)
(良品デバイスに設定された aeの和） XHne (5e)
ここで、 ATa ATeはゥ ハ 101の実温度と温度センサ 409a 409eにおける 測定温度との差、 Hna Hneはゥエーハ 101の発熱密度に比例する係数で、バーン イン対象ゥ 101上に形成されたデバイスの良品率が 100%である時のゥ
101の実温度と温度センサ 409a 409eでの温度測定値の差を、良品デバイスに 設定された a a eのそれぞれの和で割ることで算出される。式（5a) （5e)にお ける a a a e Hna Hneはゥエーハ 101上に形成されるデバイス、およびバーン イン条件によりそれぞれ設定される。
[0055] ゥエーハをバーンインする実際の処理時は、各エリアのヒータにより室温から、消費 電力設計値を元に求められた Hna Hneによって式（5a)〜（5e)により算出された ATa ATeを用い、温度補正値算出装置 611から温度調整器 610へ温度設定値 をそれぞれ（125— ATa)〜（125— ATe)°Cとするよう信号を送り、各エリアの温度 センサでの温度測定値が（125— ATa)〜（125— ATe)°Cとなるよう温度制御され (125- ATa)〜（125— ATe)°C安定後、テスター 105からゥ ハ上のデバイス へ電気的負荷を投入すると同時に、この電気的負荷印加直後、テスター 105におい て印加して 、る電気的負荷の電流を計測し、印加して 、る電圧から電気的負荷によ るゥ ハ 101上で消費されている電力を算出する。算出された消費電力の値は温 度補正値算出装置 611へ送られ、この値をゥエーハ 101上に形成されたデバイスの 導通試験結果による良品率で割ることで、良品率が 100%である時のゥエーハ 101 に形成されたデバイスでの消費電力が得られる。得られた消費電力から、ゥ ーハ 1 01での発熱密度が算出される。 Hda〜Hdeはゥエーハ 101での発熱密度に比例す ることより、それぞれ値を修正し、式（5a)〜（5e)を用いて、再度 ATa〜eを算出し、 温度補正値算出装置 611から温度調整器 110へ各エリアの温度設定値を（125— ΔΤ&)〜（125— ATe)°Cとするよう信号を送る。それにより、デバイス設計値からの デバイス形成時の処理のばらつきによる消費電力のばらつきが修正されより正確にゥ エーハ 101が 125°Cに温度制御されることになる。本実施の形態 4では、第 1の補正 値として消費電力設計値を基に算出した補正値を電気的負荷印カロまで用い、電気 的負荷印加後に電流測定力 求められたゥ ーハ 101の各エリアの消費電力を基に 第 2の補正値を算出し補正しているが、ゥエーハ 101の各エリアの消費電力設計値 力ものバラツキが少ないものでは、消費電力設計値を基にした補正のみ、電気的負 荷印加時のゥエーハ 101の各エリアの消費電力を求めることでの補正のみとしてもよ い。さらに、本実施の形態 2では各エリアで消費電力を求めているが、実施の形態 3 の様にゥエーハ 101全体で消費電力を求めることで補正値を算出するという構成にし てもよい。
[0056] 本実施の形態 4では、冷却源として冷媒を使用している力 ファンによって作り出さ れた風を温度調整用プレートに当てる構成としてもよい。また、その際には温度調整 用プレートにフィンを設置すると冷却性能が向上する。バーンインを行う温度を 125 °Cとしている力 バーンインの条件により 125°Cと異なる温度としてもよい。また、電気 的負荷印加後温度補正を行って 、るが、室温からの加熱時に補正を行ってもょ 、。 式（5a)〜（5e)は、装置条件によっては他の関係式が成り立つことも考えられる。
[0057] ここでは、エリア分割を 5分割で行った場合を例に説明したが、分割数は任意であ る。また、実施の形態 3では、分割数を 1として、エリアがゥヱーハ全体である場合の 例である。
[0058] このように、温度調整プレートを複数のエリアに分割して、エリア毎に温度センサ，ヒ ータおよび冷却流路を備え、温度センサによる温度測定時の補正を、各温度センサ 力も良品デバイスまでの距離の関数をもとめ、この関数の各エリアにおける全良品デ バイスの総和を用いてエリア毎に行って、エリア毎に温度制御を行うことにより、温度 制御を正確に行うことができるため、プローブの消耗、焼けを防止し、信頼性の高い ゥエーハレベルバーンイン方法およびゥエーハレベルバーンイン装置を提供すること が可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] エリアとして半導体ゥエーハ全体または前記半導体ゥエーハを分割した領域を設定 し、半導体ゥエーハ上の全てのチップを一括してコンタクトするプローブを用い、電気 的負荷及び温度的負荷を前記半導体ゥヱーハ上のデバイスに与えて不良品のスクリ 一-ングを行うゥヱーハレベルバーンイン方法であって、
前記半導体ゥ ーハの前記各エリアが設定温度になるように温度的負荷を印加す る工程と、
前記半導体ゥ ーハに電気的負荷を印加する工程と、
電気的負荷印加による前記半導体ゥ ーハの消費電力から前記半導体ゥ ーハの 良品デバイス箇所の発熱密度を求める工程と、
前記発熱密度から前記各エリアの補正値を算出する工程と、
前記設定温度を前記補正値により補正して前記エリア毎に電気的負荷印加時の温 度的負荷の温度制御を行う工程と
を有することを特徴とするゥエーハレベルバーンイン方法。
[2] 前記消費電力が設計値であることを特徴とする請求項 1記載のゥエーハレべルバ ーンイン方法。
[3] 前記消費電力として、実際に計測した消費電力を前記半導体ゥ ーハの良品率で 割ったものを用いることを特徴とする請求項 1記載のゥエーハレベルバーンイン方法
[4] エリアとして半導体ゥエーハ全体または前記半導体ゥエーハを分割した領域を設定 し、半導体ゥエーハ上の全てのチップを一括してコンタクトするプローブを用い、電気 的負荷及び温度的負荷を前記半導体ゥヱーハ上のデバイスに与えて不良品のスクリ 一-ングを行うゥヱーハレベルバーンイン方法であって、
電気的負荷印加による前記半導体ゥ ーハの消費電力の設計値力 得られる前記 半導体ゥ ーハの良品デバイス箇所の第 1の発熱密度力 第 1の補正値を算出する 工程と、
前記各エリアに前記第 1の補正値により補正された設定温度になるように温度的負 荷を印加する工程と、 前記半導体ゥ ーハに電気的負荷を印加する工程と、
前記電気的負荷による前記半導体ゥエーハの消費電力を計測する工程と、 前記計測された消費電力を前記半導体ゥ ーハの良品率で割ったものを用いて前 記半導体ゥヱーハの良品デバイス箇所の第 2の発熱密度を求める工程と、
前記第 2の発熱密度から第 2の補正値を算出する工程と、
前記設定温度を前記第 2の補正値により補正して前記エリア毎に電気的負荷印加 時の温度的負荷の温度制御を行う工程と
を有することを特徴とするゥエーハレベルバーンイン方法。
[5] 前記半導体ゥエーハの良品デバイス箇所の発熱密度を、前記 1または複数のエリア 毎の平均力 求めることを特徴とする請求項 1記載のゥヱーハレベルバーンイン方法
[6] 前記半導体ゥ ーハ上の各デバイスに対して前記センサ力 の距離または前記セ ンサとの間に存在するデバイスの数に依存する重み定数をあら力じめ設定し、 前記補正値を良品のデバイスに設定された重み定数の和と前記各エリアの発熱密 度との積の関数として算出することを特徴とする請求項 1記載のゥヱーハレべルバ一 ンイン方法。
[7] 前記補正値を前記各エリアの発熱密度の関数として算出することを特徴とする請求 項 1記載のゥヱーハレベルバーンイン方法。
[8] 前記補正を電気的負荷印加後に行うことを特徴とする請求項 1記載のゥ ーハレべ ルバーンイン方法。
[9] 前記補正を電気的負荷印加前に行うことを特徴とする請求項 1記載のゥ ーハレべ ルバーンイン方法。
[10] エリアとして半導体ゥ ーハ全体または前記半導体ゥ ーハを分割した領域を設定 し、半導体ゥエーハ上の全てのチップを一括してコンタクトするプローブを用い、電気 的負荷及び温度的負荷を前記半導体ゥヱーハ上のデバイスに与えて不良品のスクリ 一-ングを行うゥエーハレベルバーンイン装置であって、
前記各エリアに 1つずつ備えられ、前記各エリアの半導体ゥ ーハ温度を測定する 温度センサと、 前記各エリアに 1つずつ備えられ、前記各エリアの半導体ゥ ーハを加熱するヒータ と、
前記各エリアに 1つずつ備えられ、前記各エリアの半導体ゥ ーハを冷却する冷却 源と、
前記エリア毎の前記半導体ゥエーハの実温度と前記温度センサの測定温度の温度 差をエリア毎の補正値として前記半導体ゥ ーハの良品デバイス箇所の発熱密度よ り算出する温度補正値算出装置と、
前記温度センサで測定した前記各エリアの半導体ゥエーハの温度があら力じめ設 定した設定温度を前記補正値で補正した温度になるように前記ヒータの加熱および 前記冷却源の冷却を制御する温度調整器と、
前記デバイスの検査を行うテスターと
を有することを特徴とするゥエーハレベルバーンイン装置。
[11] 前記半導体ゥエーハの発熱密度を、前記 1または複数の各エリアにおける発熱密 度の平均力も求めることを特徴とする請求項 10記載のゥエーハレベルバーンイン装 置。
[12] 前記半導体ゥエーハの発熱密度を、消費電力の設計値から求めることを特徴とする 請求項 10記載のゥエーハレベルバーンイン装置。
[13] 前記半導体ゥエーハの発熱密度を、実際に計測した消費電力を前記半導体ゥエー ハの良品率で割ったものから求めることを特徴とする請求項 10記載のゥエーハレべ ルバーンイン装置。
[14] 前記半導体ゥ ーハ上の各デバイスに対して前記センサ力 の距離または前記セ ンサとの間に存在するデバイスの数に依存する重み定数をあら力じめ設定し、 前記補正値を良品のデバイスに設定された重み定数の和と前記各エリアの発熱密 度との積の関数として算出することを特徴とする請求項 10記載のゥヱーハレべルバ ーンイン装置。
[15] 前記補正値を前記各エリアの発熱密度の関数として算出することを特徴とする請求 項 10記載のゥヱーハレベルバーンイン装置。
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