JP2007051959A - 半導体試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 試験状態のＩＣに発生する自己発熱を、試験装置自体で吸熱することができる半導体試験装置を実現する。
【解決手段】 自己発熱する半導体を試験する半導体試験装置において、
前記半導体の温度を測定する温度センサと、
前記温度の測定値と試験環境において許容される前記半導体の上限温度に基づいて前記半導体に吹き付ける冷却媒体の流量を制御する温度調節手段と、
を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自己発熱する半導体を試験する半導体試験装置に関する。本発明の対象となる半導体試験装置は、完成品の電気的特性試験を行なうＩＣハンドラ、半導体製造工程でのウェーハの電気的特性試験を行なうウェーハ・プローバ等に適用される。

図３は、ＩＣハンドラに適用された従来の半導体試験装置の一例を示す機能ブロック図である。１は所定の試験温度環境を提供するチャンバーである。２はチャンバー底部に形成されるテスト・ボード（図示せず）上に配置されたソケット、３は、このソケットに装着される試験対象となる半導体集積回路（以下、ＩＣ）である。

ＩＣ３は、ハンドラ４に形成されたコンタクト・ヘッド４１に吸引固定されて所定のストック場所から搬送され、ソケット２に装着される。４２は、ハンドラ４及びコンタクト・ヘッド４１内に形成された吸引管であり、真空吸引装置（図示せず）に導かれており、搬送中のＩＣ３をコンタクト・ヘッド４１に吸引固定する。

５はテスターであり、適当なコネクタ５１，５２を介してソケット２に電気的に接続され、ソケット２に装着されたＩＣ３の電気的特性試験を実行する。その後、コンタクト・ヘッド４１によりＩＣ３がソケット２より取り除かれる。取り除かれたＩＣは、ハンドラ４によってテスト結果に従った分類（良品／不良品）が実施される。以下、このサイクルを繰返して、ＩＣの特性試験が順次実施される。

ＩＣの電気的特性試験を実行する環境は、常温（２５℃）環境のほか、高温環境（例：７０℃）内で実施する場合も一般的であり、高温環境で試験を実施すると、特性不良近傍のＩＣをスクリーニングすることができる。チャンバー１はこのような高温環境を提供するための空間である。６は温度センサであり、チャンバー１内の温度を検出し測定値ＰＶを温度調節手段７に入力する。

温度調節手段７は、測定値ＰＶと設定値ＳＶとの偏差に基づく操作信号ＭＶをヒータエアブロー８に出力し、チャンバー１内に吹き込むヒートエアＨの流量を制御し、チャンバー１内の温度を設定値ＳＶに調節する。

特許文献１には、半導体素子を温度制御しながら特性検査する半導体検査装置が記載されている。

特開２００３−４７９９号公報

このような構成の半導体試験装置では、次のような問題点があった。
ＩＣの機能性能向上に伴う端子数増加は、消費電流を増加させている。例えば、ペンティアム（登録商標）に代表される高速・高性能ＩＣでは、動作時に大量の熱を発生するため、通常の使用時にはクーラの設置が必須となっている。

この様なＩＣの特性試験をクーラの設置なしで実施する場合、ＩＣの自己発熱を何らかの手段で吸熱しないとＩＣが熱暴走して破壊する危険があり、正常な動作状態での試験ができない。しかしながら、従来の半導体試験装置では、こうしたＩＣの自己発熱を吸熱する手段・機能を有していないため、正しい特性試験を行なうことが困難であった。

従って本発明が解決しようとする課題は、試験状態のＩＣに発生する自己発熱を、試験装置自体で吸熱することができる半導体試験装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）自己発熱する半導体を試験する半導体試験装置において、
前記半導体の温度を測定する温度センサと、
前記温度の測定値と試験環境において許容される前記半導体の上限温度に基づいて前記半導体に吹き付ける冷却媒体の流量を制御する温度調節手段と、
を備えたことを特徴とする半導体試験装置。

（２）前記温度センサは、前記半導体に内蔵されるサーマル・ダイオードであることを特徴とする（１）に記載の半導体試験装置。

（３）前記半導体は、前記冷却媒体が吹き付けられるサーマル・フィンに接触されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の半導体試験装置。

（４）前記冷却媒体は、流体であることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の半導体試験装置。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、試験状態のＩＣに発生する自己発熱を、試験装置自体で吸熱することができる半導体試験装置を実現できるので、常温環境及び所定温度の高温環境下で、自己発熱により熱暴走するおそれのあるＩＣを通常のＩＣと同一の試験環境下で安全に試験をすることが可能となる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用した半導体試験装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図３で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。

図１において、１００は熱伝導率の高い金属（AL6063，Cu，Ag等）で構成されたサーマル・フィンであり、コンタクト・ヘッド４１の底面より延長して形成されている。検査状態において、このサーマル・フィンの底面１００ａは、検査対象のＩＣ３の上面に密着して接触し、ＩＣ３で発生する自己発熱を効率よくコンタクト・ヘッド４１に伝達する。

このように、コンタクト・ヘッド４１に延長してサーマル・フィン１００を形成した構成では、吸引管４１はコンタクト・ヘッド４１の底面よりサーマル・フィン１００の底面１００ａまで延長され、搬送時に検査対象ＩＣを吸引固定する。

１０１は筒状の送風手段であり、サーマル・フィン１００の上方に、コンタクト・ヘッド４１及びハンドラ４の内部を貫通して形成されている。この送風手段の頂部は、チャンバー１の頂部を貫通して外部に延長され、冷却用のエアーＡの導入孔１０１ａが形成されている。冷却用のエアーＡは、検査環境にインフラとしてあるエアーコンプレッサー手段等より容易に供給が可能である。

１０２は、チャンバー１内において送風手段１０１の途中に設けられた電磁弁であり、この電磁弁の開閉操作によりエアーＡのコンタクト・ヘッド４１への吹きつけ流量が制御される。

１０３は、ＩＣ３が標準機能として内臓しているサーマル・ダイオードである。このサーマル・ダイオードによるＩＣ３の内部温度の測定値ＰＶｔは、ソケット２に接続される適当なコネクタ（図示せず）、又はテスター５のコネクタ５１，５２を介して温度調節手段１０４に入力される。ＩＣ３が標準機能としてサーマル・ダイオード内臓していない場合には、表面温度センサを用いることができる。

ＩＣ３の内部温度の測定に、内蔵のサーマル・ダイオード１０３を使用する場合は、予め校正するＶＦ温度曲線での補正、或いは異なる定電流を印加した際の電圧差を用いた換算式での温度算出を行なう。

温度調節手段１０４は、温度の測定値ＰＶｔと試験環境において許容される検査対象ＩＣの上限温度に関する温度設定条件（例えば９０℃±１０℃）Ｐに基づいて操作信号ＭＶｔを出力して電磁弁１０２を開閉制御し、冷却媒体であるエアＡの流量を制御する。

温度調節手段１０４は、ＩＣ３の内部温度が一定以上の温度になると電磁弁１０２の開放を行い、エアーＡをコンタクト・ヘッド４１へ吹きつけ、サーマル・フィン１００を介してＩＣ３の温度を低下させる。又、ＩＣ３の温度が一定以下になった場合には、電磁弁１０２を閉じエアーＡの吹き付けを停止し、自己発熱中のＩＣ３の上限温度が安全範囲に維持されるように調節する。

エアーＡの送風の開始／停止に関する温度設定条件は、ＩＣの種類で個別に設定が可能とし、試験開始前に作業者が予め登録される品種条件より選択を行い、ＩＣの種類に関わらず最適な温度制御を実施する。

図２は、本発明を適用した試験環境でＩＣを擬似的に定周期で発熱させた場合の温度計測結果を記録した特性図である。特性曲線Ｃ１は、ＩＣの内部温度変化、特性曲線Ｃ２は、ＩＣの表面温度変化を示している。この試験環境では、チャンバー１内は、高温環境７０℃に管理されている。

時刻ｔ１より試験がスタートし、時刻ｔ２近傍までは自己発熱の少ない試験のために発熱量も小さく、内部温度も７０℃よりゆっくりと上昇して８０℃程度を維持する。時刻ｔ２より自己発熱を伴なう試験がスタートすると、内部温度が急激に上昇し始める。

ＩＣの内部温度が８５℃以上になると、コンタクト・ヘッド４１を介してサーマル・フィン１００へのエアーＡの吹き付けを開始（エアーブローオン）している。ＩＣの自己発熱が開始すると、ＩＣの温度が上昇する。発熱量が更に増大するとＩＣ温度も関連して上昇するが、エアーの吹き付けにより、温度上昇は１００℃近傍まで上昇後に下降していることが判る。

時刻ｔ３で試験が終了すると、内部温度は７０℃以下に急激に低下する。時刻ｔ３経過後の適当な時刻で電磁弁１０２を閉じて送風を停止する。Ｃ２で示す表面温度は、時刻ｔ２までは６５℃を維持し、時刻ｔ２以降はエアーＡの吹き付けにより低下し、時刻ｔ３では４０℃
近傍まで下がる。

以上説明した実施形態では、ＩＣから自己発熱する熱を吸収する手段として、送風手段によりサーマル・フィンを介してエアーの吹き付け制御する構成を示したが、サーマル・フィン上に設置する循環冷却水の流量制御でも同等の効果が期待することができる。

以上説明した実施形態では、本発明をＩＣハンドラに適用した半導体試験装置の構成を示したが、半導体製造の電気的特性試験工程でウェーハを測定するための搬送装置（ウェーハ・プローバ）においても、同一原理で本発明を適用することが可能である。

本発明を適用した半導体試験装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。 本発明を適用した試験環境でＩＣを擬似的に定周期で発熱させた場合の温度計測結果を記録した特性図である。 従来の半導体試験装置の一例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１ チャンバー
２ ソケット
３ ＩＣ
４ ハンドラ
４１ コンタクト・ヘッド
４２ 吸引管
５ テスター
５１，５２ コネクタ
６ 温度センサ
７ 温度調節手段
８ ヒータエアブロー
１００ サーマル・フィン
１００ａ 底面
１０１ 送風手段
１０１ａ エア導入孔
１０２ 電磁弁
１０３ 温度センサ
１０４ 温度調節手段

Claims (4)

1. 自己発熱する半導体を試験する半導体試験装置において、
   前記半導体の温度を測定する温度センサと、
   前記温度の測定値と試験環境において許容される前記半導体の上限温度に基づいて前記半導体に吹き付ける冷却媒体の流量を制御する温度調節手段と、
   を備えたことを特徴とする半導体試験装置。
2. 前記温度センサは、前記半導体に内蔵されるサーマル・ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の半導体試験装置。
3. 前記半導体は、前記冷却媒体が吹き付けられるサーマル・フィンに接触されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体試験装置。
4. 前記冷却媒体は、流体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体試験装置。
   

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