JP2009115456A - ハンドラ、テストトレイおよびメモリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被試験デバイスの温度制御
【解決手段】複数の被試験デバイスを収容するテストトレイと、テストトレイを収容するチャンバと、チャンバの内部において複数の被試験デバイスを目標温度まで一括して加熱する全体ヒータと、テストトレイに設けられ、複数の被試験デバイスを個別に加熱する個別ヒータとを備える。個別温度制御部は、個別ヒータを個別に動作または停止させて、目標温度からずれた被試験デバイスの温度を目標温度まで個別に上昇させる。個別温度制御部は、被試験デバイスに対して試験が開始される前に個別ヒータを動作させて被試験デバイスの各々を目標温度まで加熱させ、試験が開始されると個別ヒータを停止させてもよい。
【選択図】図５

Description

本発明はハンドラ、テストトレイおよびメモリ装置に関する。より詳細には、半導体試験を実行するシステムにおいて被試験デバイスを収容するテストトレイと、テストトレイに搭載された被試験デバイスを搬送しつつ温度管理するハンドラと、精密な試験を実行できるメモリ装置とに関する。

半導体装置の製造には試験工程が含まれる。量産される半導体装置の製造においては、試験工程の効率が、製造工程全体の効率に大きな影響を与える。試験工程は半導体試験装置により実施される。

一方、半導体装置の高性能化に伴い、試験工程の精度に対する要求も厳しくなりつつある。試験のひとつである熱負荷試験も例外ではなく、被試験デバイスを要求された試験温度まで正確に加熱して試験を実行することが求められている。

下記の特許文献１には、チャンバ内でファンにより熱気を循環させて、被試験デバイスを加熱する恒温槽の内部を均一に加熱することが記載される。また、下記の特許文献２には、被試験デバイスに接するプッシャブロックに吸放熱体を装着することにより、温度変化に対する被試験デバイスの追従性を向上させることが記載される。
特開平０８−３１３５８４号公報 特開２０００−１８７０６０号公報

一方、記憶装置のように生産量の多い半導体集積回路は、多数の被試験デバイスをテストトレイに収容して、一括して試験を実行する場合がある。このような場合、ひとつのテストトレイの内部に温度分布が生じて、一部の被試験デバイスに対する試験の精度が低下する場合がある。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、複数の被試験デバイスを収容するテストトレイと、テストトレイを収容するチャンバと、チャンバの内部において複数の被試験デバイスを目標温度まで一括して加熱する全体ヒータと、テストトレイに設けられ、複数の被試験デバイスを個別に加熱する個別ヒータと、を備えるハンドラが提供される。

また、本発明の第２の形態として、複数の被試験デバイスのうち目標温度からずれた被試験デバイスの温度を目標温度まで個別に上昇させる個別ヒータを備え、複数の被試験デバイスを収容するテストトレイが提供される。

更に、本発明の第３の形態として、目標温度からずれた場合に目標温度まで加熱する個別ヒータを個々に備えるメモリ装置が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。ただし、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、半導体試験装置１０の全体構造を示す図である。同図に示すように、半導体試験装置１０は、ハンドラ２０、テストヘッド１１０、ケーブル１２０およびメイン装置１３０を備える。

テストヘッド１１０は、被試験デバイス５０に対する一時的な電気接続部と、個別の試験を実行する場合に用いられるハードウェアおよびソフトウェアとを有する。ハンドラ２０は、被試験デバイス５０を物理的に操作する。ケーブル１２０を介して接続されたメイン装置１３０は、テストヘッド１１０およびハンドラ２０の動作を総合的に制御する。

上記のような半導体試験装置１０において、被試験デバイス５０は、ハンドラ２０によりテストヘッド１１０に順次供給される。試験を終えた被試験デバイス５０は、再びハンドラ２０により順次搬出される。更に、ハンドラ２０は、熱負荷試験等を実行する場合に、被試験デバイス５０を一定の目標温度まで加熱する機能も有する。

図２は、ハンドラ２０の構造を模式的に示す図である。同図に示すように、ハンドラ２０は、テストトレイ３０、格納部２１０、搬送部２２０、２７０、ローディング部２３０、恒温槽２４０、テストチャンバ２５０、除温槽２６０およびアンローディング部２８０を備える。

格納部２１０は、試験に供される大量の被試験デバイス５０を、カスタマトレイ２９０に収容した状態で格納する。また、格納部２１０は、試験後に評価結果に応じて分類された被試験デバイス５０を格納する。

ローディング部２３０は、格納部２１０から順次搬出された被試験デバイス５０を、カスタマトレイ２９０からテストトレイ３０にローディングする。このとき、被試験デバイス５０の各々は、図示されていない吸着装置によりひとつずつテストトレイ３０に移し替られる。

搬送部２２０は、被試験デバイス５０を収容したテストトレイ３０を恒温槽２４０に搬送する。恒温槽２４０において、テストトレイ３０に収容された被試験デバイス５０は、一括して試験温度まで加熱される。加熱された被試験デバイス５０を収容したテストトレイ３０はテストチャンバ２５０に搬入される。

点線で示すテストチャンバ２５０の内部には、被試験デバイス５０を電気的に接続するテストソケット等を含むテストヘッド１１０の上端面が配されている。これにより、テストチャンバ２５０の内部で、被試験デバイス５０がテストヘッド１１０に一時的に実装され、試験が実行される。試験は、テストトレイ３０毎に一括して実行される場合と、いくつかずつ繰り返し実行される場合とがある。

テストチャンバ２５０内において試験を終えた被試験デバイスは、除温槽２６０において常温またはその近くまで冷却された後に、依然としてテストトレイ３０に収容されたまたまま搬送部２７０によりアンローディング部２８０に搬送される。アンローディング部２８０は、図示されていない吸着装置を用いてテストトレイ３０から被試験デバイスを取り出し、試験結果に基づく評価に応じてカスタマトレイ２９０に分類して収容する。２９０マトレイに格納された被試験デバイス５０は、再び格納部２１０に格納される。こうして、半導体試験装置１０による試験が終了する。

図３は、テストトレイ３０の構造を示す分解斜視図である。同図に示すように、テストトレイ３０は、枠体３００と、枠体３００に装着されるインサート４０とを含む。

枠体３００は、矩形の外枠部３１０と、外枠部３１０の内側に互いに平行に配された複数の桟３２０とを有する。外枠部３１０および桟３２０の互いに対向する側面には、一定間隔で配された複数の取付片３１２が設けられる。

インサート４０は、取付片３１２に対して上方から搭載され、取付片３１２を貫通して装着されたファスナ３３０により枠体３００に固定される。被試験デバイス５０は、インサート４０の内部に個々に収容される。このような構造により、テストトレイ３０は、適切な形状のインサート４０を介して種々の被試験デバイス５０を収容できる。

なお、図３にはただひとつのインサート４０が描かれているが、実際には取付片３１２の各々にそれぞれインサート４０が装着される。これにより、テストトレイ３０は、例えば１２８個あるいは２５６個といった大量の被試験デバイス５０を収容できる。

図４は、インサート４０を単独で示す斜視図である。同図に示すように、インサート４０は、本体部４１０およびカバー４２０を含む。本体部４１０には、被試験デバイス５０と相補的な内面形状を有する収容部４３０が形成される。また、収容部４３０の底部には連通孔４４０が形成される。

このような構造により、インサート４０は、被試験デバイス５０を収容して保持する。また、テストヘッド１１０に対して接続できるように、被試験デバイス５０の下面に設けられた接続端子を連通孔４４０内に露出させる。

図５は、テストチャンバ２５０における温度制御機構６０の構造を模式的に示す図である。同図に示すように、ハンドラ２０のテストチャンバ２５０に搬入されたテストトレイ３０には、複数の被試験デバイス５０が収容されている。温度制御機構６０は、テストチャンバ２５０の内部に設けられた全体ヒータ６１０と、テストトレイ３０に組み込まれた個別ヒータ６２０および温度センサ６３０と、テストチャンバ２５０の外部に配置された個別温度制御部６４０および個別ヒータ電源６５０とを含む。

全体ヒータ６１０は、熱源となるヒータ６１２と、ヒータ６１２に熱せられた雰囲気を加熱媒体としてテストチャンバ２５０内で循環させるファンとを有する。また、個別温度制御部６４０は、温度センサ６３０の出力信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器６４２と、個別ヒータ電源６５０の電力を個別ヒータ６２０に個別に供給する個別駆動部６４４とを含む。

個別温度制御部６４０は、メイン装置１３０の制御の下に動作して、例えば、テストチャンバ２５０に被試験デバイス５０を搭載したテストトレイ３０が搬入されたときに動作を開始する。また、試験が終了して、テストトレイ３０がテストチャンバ２５０から搬出される前に動作を停止する。あるいは、テストチャンバ２５０の内部において、被試験デバイス５０の試験が開始される前に、被試験デバイス５０の加熱を停止させてもよい。これにより、個別ヒータ６２０がＯＮ／ＯＦＦする場合に発生する電気的なノイズが試験に与える影響を排除できる。

全体ヒータ６１０は、ヒータ６１２が加熱した雰囲気を、図中に矢印で示すようにテストチャンバ２５０の内部で循環させて、テストチャンバ２５０の内部を全体に均一な温度にする。これにより、各テストトレイ３０に収容された被試験デバイス５０の温度も均一になる。

しかしながら、例えば、テストトレイ３０の縁部近傍と内側とでは、被試験デバイス５０の加熱速度が異なる。また、プッシャ、テストソケット等が接触した場合に、一部の被試験デバイス５０の温度が低下する場合がある。このため、一部の被試験デバイス５０の温度が、他の被試験デバイス５０よりも低くなる場合がある。

一方、被試験デバイス５０の各々の温度は、個々の被試験デバイス５０の近傍に配された温度センサ６３０により個別に検知されている。温度センサ６３０が検知した温度を示す温度信号は、アナログ信号で個別温度制御部６４０に送信される。個別温度制御部６４０は、アナログ／デジタル変換器６４２によりデジタル変換された温度信号を参照して演算して、当該被試験デバイス５０の温度が低いことを検知して個別駆動部６４４を動作させることにより、当該被試験デバイス５０の近傍に位置する個別ヒータ６２０に電力を供給する。

こうして、当該被試験デバイス５０の温度を、当初想定された目標温度まで正確に加熱することができる。なお、被試験デバイス５０の温度が目標温度に到達したことを温度センサ６３０が検知した場合に、温度信号を参照した個別温度制御部６４０は、個別ヒータ６２０への電力供給を遮断して加熱を停止させることもできる。

このように、全体ヒータ６１０により概ね目標温度まで加熱された被試験デバイス５０を、更に、個別ヒータ６２０により個別に加熱して目標温度にすることにより、全ての被試験デバイス５０を効率よく目標温度に到達させることができる。ここで、温度センサ６３０の各々は、アナログ／デジタル変換器６４２までの間に、互いに同じ線路長を有するアナログ信号経路６３２を有する。これにより、アナログ信号経路６３２における信号の減衰等の影響を受けることなく、全ての被試験デバイス５０を精度よく、同じ目標温度まで加熱できる。

また、個別ヒータ６２０に電力を供給する個別ヒータ電源６５０を、このテストチャンバ２５０を備えた半導体試験装置１０のメイン装置１３０およびテストヘッド１１０に電力を供給する電源とは別の、独立した電源とすることができる。これにより、個別ヒータ６２０のＯＮ／ＯＦＦにより発生したノイズが、被試験デバイス５０の試験に影響を及ぼすことが防止される。また、大量の個別ヒータ６２０が同時に動作した場合に電源電圧に生じる変動の影響も排除できる。

なお、温度センサ６３０としては、例えば熱電対を用いることができる。熱電対、熱電能の異なる金属を接合して、ゼーベック効果により生じた電流を測定することにより温度差を検知できる。使用材料により測定温度範囲が異なるが、例えば、銅およびコンスタンタン合金（Ｃｕ−Ｎｉ合金）を組み合わせた熱電対は、−２００℃から３００℃程度の範囲で温度を検知できる。また、被試験デバイス５０に含まれる半導体素子はまたは回路の温度特性を利用して温度センサ６３０とすることもできる。更に、上記の実施形態では温度センサ６３０をテストトレイ３０に配したが、被試験デバイス５０の内部に配してもよい。

一方、上記の実施形態では、温度センサ６３０を用いて被試験デバイス５０の各々の温度を測定して、それぞれの被試験デバイス５０が目標温度に達するまで個別ヒータ６２０で加熱した。しかしながら、例えば、ひとつのテストトレイ３０に生じる温度分布が予め判っている場合は、温度センサ６３０を参照することなく、一定の分布で個別ヒータ６２０を動作させて、温度分布を解消することもできる。

従って、例えば、あるロットに係る被試験デバイス５０の試験を開始する場合に、当初は温度センサ６３０を用いて温度分布を測定し、以降は、温度センサ６３０を参照することなく、同じ加熱分布で個別ヒータ６２０を制御してもよい。これにより、試験工程全体のスループットを向上させることができる。

なお、被試験デバイス５０としては、ＩＣ、ＬＳＩ、メモリ、ＳｏＣ（システム・オン・チップ）等の様々な半導体装置が例示できる。特に、記憶装置等のＩＣは、生産量が多いので、大量に一括して試験が実行される。このため、同時に試験される被試験デバイス相互に温度差が生じやすいので、個別ヒータ６２０を備えた半導体試験装置１０を用いることにより品質のばらつきを抑制する効果が顕著になる。

図６は、他の実施形態に係る温度制御機構６０の構造を模式的に示す図である。なお、以下に説明する部分を除いて、温度制御機構６０は既に説明した温度制御機構６０と同じ構造および作用を有する。そこで、同じ構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

同図に示すように、温度制御機構６０は、テストトレイ３０に組み込まれた個別ヒータ６２０および温度センサ６３０と、個別ヒータ６２０および温度センサ６３０に接続された個別温度制御部６４０とを備える。ただし、個別温度制御部６４０は、個別ヒータ６２０および温度センサ６３０と共に共通のパッケージ６４６に封止されたＡＳＩＣに組み込まれている。

このようなＡＳＩＣを供給して、例えば、インサート４０に組み込むことにより、既存のテストトレイ３０あるいは既存の半導体試験装置１０において、前記した作用および効果を享受できる。また、被試験デバイス５０の温度を個別に制御できる半導体試験装置１０を、比較的廉価に製造できる。

図７は、更に他の実施形態に係る温度制御機構６０の構造を模式的に示す図である。なお、以下に説明する部分を除いて、温度制御機構６０は既に説明した温度制御機構６０と同じ構造および作用を有する。そこで、同じ構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

同図に示すように、温度制御機構６０は、テストトレイ３０に組み込まれた個別ヒータ６２０および温度センサ６３０と、個別ヒータ６２０および温度センサ６３０に接続された個別温度制御部６４０とを含む。個別駆動部６４４およびアナログ／デジタル変換器６４２を含む個別温度制御部は、テストチャンバ２５０の外部に配される。

一方、個別ヒータ６２０および温度センサ６３０は、被試験デバイス５０としての記憶装置５１のパッケージ５４に、当該記憶装置５１の内部回路５２と共に封止されている。このような構造により、温度センサ６３０で記憶装置５１の個別の温度を精密に検知できると共に、個別ヒータ６２０で記憶装置５１の内部回路５２を効率よく加熱して、迅速に目標温度に到達させることができる。このような構造は、複数の被試験デバイス５０を一括して試験する場合が多い記憶装置５１において特に有利ではあるが、他のＩＣ、ＬＳＩ、ＳｏＣ等の様々な半導体装置にも適用できる。

なお、上記のような機能に鑑みて、記憶装置５１は、温度センサ６３０の出力する温度信号を、個別温度制御部６４０のアナログ／デジタル変換器６４２に伝達する接続端子を備えることが好ましい。また、記憶装置５１は、個別ヒータ６２０を外部から動作または停止させる制御端子も設けることが好ましい。これにより、アナログ信号経路６３２および配線６２２を介して、温度センサ６３０および個別ヒータ６２０を、記憶装置５１のパッケージ５４の外部から利用できる。

更に、記憶装置５１は、個別ヒータ６２０に駆動電力を供給する給電端子を設けることが好ましい。当該給電端子への電力源の接続は、テストソケットに含まれる端子の一部を利用することができる。また、試験を実行する場合に記憶装置５１に接近する部材に接続端子を設け給電に設けることもできる。具体的には、記憶装置５１をテストソケットに押し付けるプッシャ等に接続端子を設けて給電することができる。

更に、個別ヒータ６２０としては、パッケージ５４に組み込んだ電熱線の他、パッケージ５４の表面に貼り付けたフィルムヒータ等を用いることもできる。フィルムヒータは、例えばニッケル合金の発熱抵抗体をポリイミド等の絶縁シートで挟み込んだ構造を有して、厚さが１ｍｍ未満なので、記憶装置５１の仕様および構造を殆ど変更することなく使用できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができることは当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

半導体試験装置１０の全体構造を示す図である。 ハンドラ２０の構造を模式的に示す図である。 テストトレイ３０の構造を示す分解斜視図である。 インサート４０の形状を示す図である。 温度制御機構６０を示す模式的な断面図である。 温度制御機構６０の他の形態を示す模式的な断面図である。 温度制御機構６０のまた他の形態を示す模式的な断面図である。

符号の説明

１０ 半導体試験装置、２０ ハンドラ、３０ テストトレイ、４０ インサート、５０ 被試験デバイス、５１ 記憶装置、５２ 内部回路、５４、６４６ パッケージ、５１ メモリ装置、６０ 温度制御機構、１１０ テストヘッド、１２０ ケーブル、１３０ メイン装置、２１０ 格納部、２２０、２７０ 搬送部、２３０ ローディング部、２４０ 恒温槽、２５０ テストチャンバ、２６０ 除温槽、２８０ アンローディング部、２９０ カスタマトレイ、３００ 枠体、３１０ 外枠部、３１２ 取付片、３２０ 桟、３３０ ファスナ、４１０ 本体部、４２０ カバー、４３０ 収容部、４４０ 連通孔、６１０ 全体ヒータ、６１２ ヒータ、６１４ ファン、６２０ 個別ヒータ、６２２ 配線、６３０ 温度センサ、６３２ アナログ信号経路、６４０ 個別温度制御部、６４２ アナログ／デジタル変換器、６４４ 個別駆動部、６５０ 個別ヒータ電源

Claims (22)

1. 複数の被試験デバイスを収容するテストトレイと、
   前記テストトレイを収容するチャンバと、
   前記チャンバの内部において前記複数の被試験デバイスを目標温度まで一括して加熱する全体ヒータと、
   前記テストトレイに設けられ、前記複数の被試験デバイスを個別に加熱する個別ヒータと、
   を備えるハンドラ。
2. 前記個別ヒータを個別に動作または停止させて、前記目標温度からずれた被試験デバイスの温度を前記目標温度まで個別に上昇させる個別温度制御部を備える請求項１に記載のハンドラ。
3. 前記個別温度制御部は、前記被試験デバイスに対して試験が開始される前に前記個別ヒータを動作させて前記被試験デバイスの各々を前記目標温度まで加熱させ、前記試験が開始されると前記個別ヒータを停止させる請求項２に記載のハンドラ。
4. 前記個別温度制御部は、前記全体ヒータにより既に加熱された前記被試験デバイスを、前記個別ヒータに加熱させる請求項２に記載のハンドラ。
5. 前記複数の被試験デバイスの各々の温度に個別に対応した温度信号を出力する温度センサを更に備える請求項２に記載のハンドラ。
6. 前記温度センサは、前記被試験デバイスの内部に配される請求項５に記載のハンドラ。
7. 前記温度センサは、前記複数の被試験デバイスについて互いに同じ線路長を有するアナログ信号経路を介して前記温度信号を出力する請求項５に記載のハンドラ。
8. 前記個別温度制御部は、前記温度信号を参照して前記個別ヒータを動作または停止させる請求項５に記載のハンドラ。
9. 前記個別ヒータは、前記温度センサおよび前記個別温度制御部の少なくとも一方と共通のパッケージに収容される請求項５に記載のハンドラ。
10. 前記個別ヒータは、前記被試験デバイスに対する試験を実行する場合に当該被試験デバイスに接近する部材を介して外部から動作電力を供給される請求項１に記載のハンドラ。
11. 前記個別ヒータは、専ら前記個別ヒータに電力を供給する独立したヒータ電源を備える請求項１に記載のハンドラ。
12. 前記全体ヒータは、前記チャンバの内部の雰囲気を加熱媒体として循環させる請求項１に記載のハンドラ。
13. 複数の被試験デバイスのうち目標温度からずれた被試験デバイスの温度を前記目標温度まで個別に上昇させる個別ヒータを備え、前記複数の被試験デバイスを収容するテストトレイ。
14. 収容した前記複数の被試験デバイスの各々の温度に個別に対応した温度信号を出力する温度センサを更に備える請求項１３に記載のテストトレイ。
15. 前記温度センサは、前記被試験デバイスに含まれる請求項１４に記載のテストトレイ。
16. 前記温度センサは、前記複数の被試験デバイスについて互いに同じ線路長を有するアナログ信号経路を介して前記温度信号を出力する請求項１４に記載のテストトレイ。
17. 前記温度信号を参照して、前記個別ヒータを動作または停止させる個別温度制御部を更に備える請求項１４に記載のテストトレイ。
18. 前記個別ヒータは、前記温度センサおよび前記個別温度制御部の少なくとも一方と共通のパッケージに収容される請求項１７に記載のテストトレイ。
19. 目標温度からずれた場合に前記目標温度まで加熱する個別ヒータを個々に備えるメモリ装置。
20. 前記個別ヒータを、前記メモリ装置の外部から動作または停止させる制御端子を備える請求項１９に記載のメモリ装置。
21. 温度に対応した温度信号を出力する温度センサを更に備える請求項１９に記載のメモリ装置。
22. 前記温度センサの出力信号を前記メモリ装置の外部へ出力する出力端子を備える請求項２１に記載のメモリ装置。

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