DE10043193B4

DE10043193B4 - Tester for semiconductor substrates

Info

Publication number: DE10043193B4
Application number: DE2000143193
Authority: DE
Inventors: Susumo Kondo
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: KR20010050313A; DE10043193A1; JP2001077160A; JP4183859B2; TW541430B; KR100478261B1

Abstract

Prüfgerät zur Vornahme von Prüfungen an einem Halbleitersubstrat (W) durch Übermittlung mehrerer Prüfsignale an einen auf dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Bauelementbereich und Bewerten des Bauelementbereichs als gut oder schadhaft in Abhängigkeit vom Prüfergebnis, mit
einer Prüfkarte (34), die auf ihrer einen Hauptfläche mehrere erste nadelförmige Kontaktpunkte (342) zum elektrischen Kontaktieren des Bauelementbereichs sowie einen in der Nähe der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte (342) angeordneten Masseleiter (343) aufweist und elektrisch mit einem Prüfkopf (20) verbunden ist, und
einem Meßbaustein (35), der auf seiner einen Hauptfläche einen Kontaktbereich (353) zum elektrischen Kontaktieren eines der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte (342) und einen zweiten nadelförmigen Kontaktpunkt (352) zum elektrischen Kontaktieren des Masseleiters (343) aufweist.Test device for carrying out tests on a semiconductor substrate (W) by transmitting a plurality of test signals to a device region formed on the semiconductor substrate and evaluating the device region as good or defective depending on the test result, with
a probe card (34) having on its one major surface a plurality of first needle-shaped contact points (342) for electrically contacting the device region and a near the first needle-shaped contact points (342) arranged ground conductor (343) and electrically connected to a probe (20) is and
a measuring module (35) having on its one main surface a contact region (353) for electrically contacting one of the first needle-shaped contact points (342) and a second needle-shaped contact point (352) for electrically contacting the ground conductor (343).

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Prüfen von Halbleitersubstraten (im folgenden als "Wafer" bezeichnet), auf denen Bauelemente wie beispielsweise integrierte Halbleiterschaltungen ausgebildet sind. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Prüfgerät dieser Art, mit dem die Wellenform eines von einer Prüfeinheit übermittelten Prüfsignals präzise gemessen werden kann.The The invention relates to a device to check Semiconductor substrates (hereinafter referred to as "wafers") on which components such as semiconductor integrated circuits are formed. In particular the invention with a tester this Way in which the waveform of a test signal transmitted by a test unit is precisely measured can be.

Auf einem Substrat, beispielsweise in der Form eines Siliziumwafers und einer Glasplatte etc., wird eine große Anzahl integrierter Halbleiterschaltungen ausgebildet und dann verschiedenen Verarbeitungsschritten unterzogen wie etwa Trennen, Verdrahten, Versiegeln, etc., bis man schließlich fertige elektrische Bauelemente (ICs) erhält. Ein solches IC wird vor dem Versand einem Funktionstest unterzogen. Dieser Test kann am fertigen IC oder im Wafer-Stadium ausgeführt werden.On a substrate, for example in the form of a silicon wafer and a glass plate, etc., becomes a large number of semiconductor integrated circuits trained and then subjected to various processing steps such as cutting, wiring, sealing, etc., until finally finished electrical Components (ICs) receives. Such an IC is subjected to a functional test before shipping. This test can be done on the finished IC or at the wafer stage.

Mit fortschreitender Entwicklung von Herstellungstechniken für Halbleiter sind in den letzten Jahren zunehmend Bauelemente mit einer Umhüllung (Versiegelung) in Chipgröße (CSP- = chip size package) in Gebrauch gekommen, beispielsweise ICs mit Kugelraster-Kontakten (BGA = ball grid array). ICs dieser Art werden im Wafer-Stadium versiegelt und dann getrennt. Somit kommt es häufig vor, daß die Prüfprozedur an den Bauelementen im Wafer-Stadium durchgeführt wird. With progressive development of manufacturing techniques for semiconductors In recent years, increasingly components with a coating (seal) in chip size (CSP = chip size package) come into use, for example ICs with Ball grid contacts (BGA = ball grid array). ICs of this type will be sealed at the wafer stage and then separated. Thus, it often happens that the test procedure on the components in the wafer stage carried out becomes.

Aus der Druckschrift US 5 778 485 ist ein Prüfgerät für Tests im Wafer-Stadium bekannt, bei dem an einer Substratbühne ein Reinigungsmechanismus mit einer Bürsteneinheit mit leitfähigen Filamenten vorgesehen ist, um Staub von einem Bereich einer Prüfkarte zu entfernen.From the publication US 5,778,485 For example, there is known a wafer stage testing apparatus in which a cleaning mechanism having a conductive filament brush unit is provided on a substrate stage for removing dust from a portion of a probe card.

Die Druckschrift GB 2 184 849 A beschreibt ein Verfahren zum Kalibrieren eines Prüfgerätes zum Prüfen von integrierten Schaltungen mit Mikrowellen, bei dem eine Kalibriervorrichtung ein Substrat mit Kontaktflächen aufweist, die von einer Sonde des Prüfgeräts kontaktiert werden können.The publication GB 2 184 849 A describes a method for calibrating a test device for testing integrated circuits with microwaves, in which a calibration device has a substrate with contact surfaces that can be contacted by a probe of the tester.

Ein Beispiel eines bekannten Prüfgerätes zum Prüfen von ICs im Wafer-Stadium wird in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 5-15431 (JP 05-015431 u) beschrieben. In einem solchen Prüfgerät wird die Prüfung durchgeführt, indem ein zu prüfender Wafer durch Unterdruck an einen Wafertäger angesaugt wird und eine an einer Prüfkarte angeordnete Nadel (ein nadelförmiger Kontakt) mit einem auf dem Wafer ausgebildeten Kontaktpunkt in elektrischen Kontakt gebracht wird.One Example of a known tester for Check in wafer stage ICs is disclosed in Japanese Utility Model Publication 5-15431 (JP 05-015431 u). In such a tester is the exam carried out, by a to be tested Wafer is sucked by vacuum to a wafer carrier and a on a test card arranged needle (a needle-shaped Contact) with a formed on the wafer contact point in electrical Contact is brought.

Bei der Prüfung von ICs werden von einer Prüfeinheit ein oder mehrere vorgegebene Prüfsignale über Prüfköpfe an die jeweiligen Kontaktpunkte der ICs übermittelt. Bei diesen Prüfsignalen handelt es sich beispielsweise um die in 4 gezeigten Prüfsignale a und b. Wenn die Phasen dieser verschiedenen Arten von Prüfsignalen a und b verschoben sind, kann die Prüfung nicht mit einer hohen Taktfrequenz vorgenommen werden. Deshalb ist es üblich, die Wellenformen von Prüfsignalen der in 4 gezeigten Art aufzunehmen, um die Phasen der beiden Prüfsignale zu korrigieren, bevor die eigentliche Prüfung durchgeführt wird.When testing ICs, one or more predetermined test signals are transmitted via test heads to the respective contact points of the ICs by a test unit. These test signals are, for example, those in 4 shown test signals a and b. If the phases of these different types of test signals a and b are shifted, the test can not be performed at a high clock frequency. Therefore, it is common to use the waveforms of test signals of the 4 to correct the phases of the two test signals before the actual test is performed.

In einem als einen "Handler" bezeichneten Prüfgerät für fertige ICs wird die Phasenkorrektur üblicherweise durchgeführt, indem ein Oszilloskop zur Aufnahme der Wellenformen an Kontaktstifte von Prüfköpfen angeschlossen wird. Wenn die Kontaktstifte der Prüfköpfe und ein Massepunkt (Erde oder Masse) zu weit von einander entfernt sind, kann die an das Oszilloskop ausgegebene Wellenform durch Rauschsignale und dergleichen überlagert werden, so daß keine korrekte Wellenform aufgenommen werden kann. Wie beispielsweise in 5 gezeigt ist, werden anstelle der korrekten Wellenform x verzerrte Wellenformen y oder z aufgenommen. Deshalb wurde, soweit vorhanden, ein Massepunkt in der Nähe der Kontaktstifte benutzt. Wenn kein geeigneter Massepunkt in der Nähe der Kontaktstifte vorhanden war, wurde ein Massekontakt, beispielsweise eine Masse-Kontaktfläche, separat bereitgestellt.In a finished IC tester referred to as a "handler", phase correction is usually performed by connecting an oscilloscope to receive the waveforms on probe probes. If the probe pins and a ground point (ground or ground) are too far apart, the waveform output to the oscilloscope may be superimposed by noise signals and the like, so that a correct waveform can not be picked up. Such as in 5 2, distorted waveforms y or z are recorded instead of the correct waveform x. Therefore, if present, a ground point near the pins was used. If no suitable ground point was present near the pins, a ground contact, such as a ground pad, was provided separately.

Bei einem Substrat-Prüfgerät zum Prüfen der Bauelemente im Wafer-Stadium sind jedoch Nadeln, die den Kontaktstiften des Handlers entsprechen, in geringen Abständen von beispielsweise 150 mm angeordnet. Deshalb war es bisher äußerst schwierig, einen Massepunkt in der Nähe der Nadeln bereitzustellen.at a substrate tester for testing the However, wafer stage devices are needles that contact the pins correspond to the dealer, at close intervals of, for example, 150 mm arranged. That's why it has been extremely difficult, a mass point near to provide the needles.

Aus diesem Grund wurden die Wellenformen der Prüfsignale mit Hilfe von Leiterbahnen-Mustern aufgenommen, die in relativ großen Abständen auf Prüfkarten angeordnet waren. Bei diesem Verfahren wurden jedoch die Prüfsigna le, die den Kontaktpunkten der Bauelemente auf dem Wafer zugeführt wurden, nicht direkt aufgenommen, sondern zur Aufnahme der Wellenformen der Prüfsignale wurden Kontaktpunkte benutzt, die davon entfernt waren, und deshalb mußten Ungenauigkeiten bei der Aufnahme der Wellenformen in Kauf enommen werden.Out For this reason, the waveforms of the test signals were recorded by means of conductor patterns, which in relatively large intervals on test cards were arranged. In this method, however, the test signals, which have been supplied to the contact points of the components on the wafer, not recorded directly, but to record the waveforms the test signals contact points were used, which were removed, and therefore had Inaccuracies in recording the waveforms accepted become.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Prüfgerät für Halbleitersubstrate zu schaffen, mit dem es möglich ist, die charakteristischen Merkmale von Wellenformen etc. eines von einer Prüfeinheit übermittelten Prüfsignals mit höherer Genauigkeit zu messen.task The invention is a test device for semiconductor substrates to create, with which it is possible is the characteristic features of waveforms etc. one from a test unit transmitted test signal with higher To measure accuracy.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst.These Task is according to the invention with the in the independent ones claims solved characteristics.

Die Unteransprüche geben besondere Ausführungsarten des Erfindung an. Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Prüfgerät zur Vornahme einer Prüfung an einem Halbleitersubstrat durch Übermitteln mehrerer Prüfsignale an einen auf dem Substrat ausgebildeten Bauelementbereich und Bewerten dieses Bauelementbereichs als gut oder schadhaft in Abhängigkeit vom Prüfergebnis, mit einer Prüfkarte, die elektrisch mit einem Prüfkopf verbunden ist und auf ihrer einen Hauptfläche eine Vielzahl erster nadelförmiger Kontaktpunkte zum elektrischen Kontaktieren des Bauelementbereiches und einen in der Nähe der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte angeordneten Masseleiter aufweist, und mit einem Meßbaustein, der an seiner einen Hauptfläche einen Kontaktbereich zum elektrischen Kontaktieren des ersten nadelförmigen Kontaktpunktes sowie zweite nadelförmige Kontaktpunkte zum elektrischen Kontaktieren des Masseleiters aufweist.The under claims give special designs of the invention. An object of the invention is a test device for making an exam on a semiconductor substrate by transmitting a plurality of test signals to a device region formed on the substrate and evaluated this device area as good or defective depending from the test result, with a test card, the electrical with a probe is connected and on its one major surface a plurality of first needle-shaped contact points for electrically contacting the device region and a near the first acicular Having contact points arranged mass conductors, and with a measuring module, the at its one main surface a contact region for electrically contacting the first needle-shaped contact point as well as second acicular Having contact points for electrically contacting the ground conductor.

Bevorzugt weist der Meßbaustein ein oder mehrere Paare aus zweiten nadelförmiger Kontaktpunkten und Kontaktbereichen in Übereinstimmung mit der Anordnung mit der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte und Masseleiter auf der Prüfkarte auf.Prefers points the measuring block one or more pairs of second needle-shaped contact points and contact areas in accordance with the arrangement with the first acicular contact points and ground conductor on the test card on.

Weiterhin weist das Prüfgerät vorzugsweise eine Meßbaustein-Ausrichtbühne auf, zum Bewegen des Meßbausteins relativ zu den ersten nadelförmigen Kontaktpunkten und den Masseleitern der Prüfkarte. Farther the tester preferably has one Measuring module alignment stage on, for moving the measuring module relative to the first needle-shaped Contact points and the ground conductors of the probe card.

Bevorzugt weist das Gerät außerdem eine Substratbühne auf, die das Halbleitersubstrat so hält, daß der Bauelementbereich mit den ersten nadelförmigen Kontaktpunkten der Prüfkarte in Kontakt gebracht wird, und an welcher der Meßbaustein angeordnet ist.Prefers points the device Furthermore a substrate stage on, which holds the semiconductor substrate so that the device area with the first acicular Contact points of the probe card is brought into contact, and at which the measuring module is arranged.

Das Prüfgerät kann weiterhin eine Meßeinrichtung aufweisen, die an eine Ausgangsklemme des Meßbausteins angeschlossen ist und eine Signalcharakteristik der Prüfsignale ausgibt.The Tester can continue a measuring device have, which is connected to an output terminal of the measuring module and outputs a signal characteristic of the test signals.

Bei dieser Signalcharakteristik kann es sich beispielsweise um die Wellenform des Prüfsignals handeln, doch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt.at This signal characteristic may be, for example, the waveform act the test signal, but the invention is not limited thereto.

Auf der Prüfkarte kann je ein Masseleiter für jeden nadelförmigen Kontaktpunkt vorgesehen sein. Wahlweise kann jedoch auch ein gemeinsamer Masseleiter für mehrere nadelförmige Kontaktpunkte vorgesehen sein.On the test card can ever be a leader for everyone acicular Contact point be provided. Alternatively, however, a common Ground conductor for several acicular ones Be provided contact points.

Der Meßbaustein kann mit mindestens einem Kontaktbereich zum elektrischen Kontaktieren erster nadelförmiger Kontaktpunkte auf einer Prüfkarte des Prüfgerätes und mit mindestens mit einem zweiten nadelförmigen Kontaktpunkt zum elektrischen Kontaktieren eines Masseleiters, der in der Nähe der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte angeordnet ist, versehen sein.Of the measuring module can with at least one contact area for electrically contacting first needle-shaped Contact points on a probe card of the tester and with at least one second acicular contact point to the electrical Contacting a ground conductor which is near the first acicular contact points is arranged to be provided.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Messen von Charakteristika von Prüfsignalen eines Prüfgerätes für Halbleitersubstrate, das mehrere Prüfsignale an einen Bauelementbereich auf einem Halbleitersubstrat übermittelt und diesen Bauelementbereich je nach Ergebnis der Prüfung als gut oder schadhaft bewertet, bei welchem Verfahren für den Abgriff der Prüfsignale Kontaktpunkte zumindest in der Nähe eines Bereiches benutzt werden, der den Bauelementbereich des Halbleitersubstrats kontaktiert.One Another object of the invention is a method for measuring Characteristics of test signals a tester for semiconductor substrates, the multiple test signals transmitted to a device region on a semiconductor substrate and this component area depending on the result of the test as good or defective in which method for the tap the test signals Contact points at least in the vicinity of a region covering the device region of the semiconductor substrate contacted.

Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, daß das Prüfgerät mindestens einen nadelförmigen Kontaktpunkt zur Übermittlung von Prüfsignalen an den Bauelementbereich sowie einen in der Nähe dieser nadelförmigen Kontaktpunkte angeordneten Masseleiter aufweist und die nadelförmigen Kontaktpunkte und der Masseleiter als ein Eingangsteil zum Messen von Charakteristika der Prüfsignale benutzt werden.in the Within the scope of the invention, it is preferred that the testing device has at least one needle-shaped contact point for transmission of test signals to the device area as well as one near these needle-shaped contact points having arranged ground conductor and the needle-shaped contact points and the Ground conductor as an input part for measuring characteristics the test signals to be used.

Vor oder während der Durchführung einer Prüfung an einem Halbleitersubstrat, etwa einem Siliziumwafer und einem Glas-Substrat, wird in einem Zustand, in dem der zweite nadelförmige Kontaktpunkt des Meßbausteins mit dem Masseleiter der Prüfkarte in Berührung steht und der Kontaktbereich des Meßbausteins mit dem ersten nadelförmigen Kontaktpunkt der Prüfkarte in Berührung steht, ein Prüfsignal gesendet. Der zweite nadelförmige Kontaktpunkt und der Kontaktbereich des Meßbausteins nehmen als ein Eingangssignal ein Prüfsignal auf, das nahezu demjenigen Signal äquivalent ist, das dem Bauelementbereich auf dem zu prüfenden Halbleitersubstrat zugeführt wird, und dieses erstere Signal wird an eine Meßeinrichtung zur Aufnahme der Signalcharakteristik, etwa ein Oszilloskop, ausgegeben. Somit können die Charakteristika des Prüfsignals in einer elektrischen Umgebung gemessen werden, die derjenigen bei einer tatsächlichen Prüfung äquivalent ist, und die Verläßlichkeit des Meßergebnisses wird so deutlich verbessert. Da erfindungsgemäß außerdem ein Masseleiter in der Nähe der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte auf der Prüfkarte vorhanden ist, ist die Gefahr, daß über den Masseleiter Rauschsignale und dergleichen in den Meßbaustein eingestreut werden, extrem gering.In front or while the implementation an exam on a semiconductor substrate, such as a silicon wafer and a Glass substrate, is in a state in which the second needle-shaped contact point of the measuring block with the ground conductor of the test card in touch is and the contact area of the measuring module with the first needle-shaped contact point the test card in touch stands, a test signal Posted. The second needle-shaped Contact point and the contact area of the measuring block take as an input signal a test signal which is almost equivalent to the signal corresponding to the device region on the to be tested Semiconductor substrate supplied and this former signal is sent to a measuring device for recording the signal characteristic, such as an oscilloscope, output. Thus, the characteristics of the test signal be measured in an electrical environment, those at an actual Examination equivalent is, and the reliability of the measurement result is improved so much. In addition, according to the invention, a ground conductor in the Near the first acicular Contact points on the probe card available is the danger that is beyond the Ground conductor noise signals and the like in the measuring module be interspersed, extremely low.

Die Messungen werden für jeden der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte auf der Prüfkarte oder einige Gruppen (Paare) derselben durchgeführt, und der Meßbaustein wird zu diesem Zweck zu den betreffenden ersten nadelförmigen Kontaktpunkten bewegt. Wenn eine große Anzahl von Paaren aus zweiten nadelförmigen Kontaktpunkten und Kontaktbereichen an dem Meßbaustein vorgesehen ist, so können Prüfsignale, die an eine große Anzahl erster nadelförmiger Kontaktpunkte übermittelt werden, gleichzeitig gemessen werden, und die Meßzeit für sämtliche der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte kann abgekürzt werden. Wenn andererseits nur ein Paar oder eine kleine Anzahl von Paaren aus zweiten nadelförmigen Kontaktpunkten und Kontaktbereichen an dem Meßbaustein vorhanden ist, genügen einfache Kabel zur Weiterleitung der Signale an die Meßeinrichtung, beispielsweise an das Oszilloskop.The measurements are made for each of the first acicular contact points on the probe card or some groups (pairs) thereof, and the measuring module is moved for this purpose to the respective first needle-shaped contact points. When a large number of pairs of second needle-shaped contact points and contact areas are provided on the measurement device, test signals transmitted to a large number of first needle-shaped contact points can be measured simultaneously, and the measurement time for all of the first needle-shaped contact points can be shortened. On the other hand, if only a pair or a small number of pairs of second needle-shaped contact points and contact areas are present on the measuring module, simple cables are sufficient for forwarding the signals to the measuring device, for example to the oscilloscope.

Wenn der Meßbaustein auf einer Substratbühne für das Halbleitersubstrat angeordnet ist, kann er mit Hilfe der Substratbühne bewegt werden, so daß keine besondere Ausrichtbühne für den Meßbaustein erforderlich ist und somit eine Kosten- und Platzersparnis erreicht wird.If the measuring block on a substrate stage for the Semiconductor substrate is arranged, it can be moved by means of the substrate stage be so no special alignment stage for the measuring module is required and thus achieved a cost and space savings becomes.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.in the The following will be an embodiment of Invention with reference to the drawing explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Gesamtdarstellung eines Prüfgerätes für Halbleitersubstrate; 1 an overall view of a tester for semiconductor substrates;

2 eine Schnittdarstellung wesentlicher Teile des Prüfgerätes nach 1; 2 a sectional view of essential parts of the test device according to 1 ;

3 Meßbausteine und eine Prüfkarte des Prüfgerätes; 3 Measuring blocks and a test card of the tester;

4 Beispiele für Wellenformen von Prüfsignalen; und 4 Examples of waveforms of test signals; and

5 eine Darstellung von Wellenformen zur Erläuterung der Aufgabe, die der Erfindung zu runde liegt. 5 a representation of waveforms for explaining the task that is the invention to round.

In 3 sind zwei Meßbausteine 35 gezeigt, von denen der linke in einer relativ zu dem rechten umgekehrten Orientierung dargestellt ist.In 3 are two measuring blocks 35 shown, of which the left is shown in a relative to the right-hand inverted orientation.

1 zeigt ein Prüfgerät 1 für Halbleitersubstrate, mit einer Prüfeinheit 10 zur Ausgabe eines Prüfsignals und zur Durchführung der Prüfung, einem Prüfkopf 20, der durch ein Kabel oder dergleichen mit der Prüfeinheit verbunden ist, und einem Probenhalter 30, dem ein zu prüfender Wafer W zugeführt wird und der eine Vielzahl von Bauelementbereichen, die auf dem Wafer W ausgebildet sind, so bewegt, daß sie mit Nadeln (nadelförmigen Kontaktpunkten) des Früfkopfes 20 kontaktiert werden. 1 shows a tester 1 for semiconductor substrates, with a test unit 10 for issuing a test signal and performing the test, a test head 20 which is connected to the test unit by a cable or the like, and a sample holder 30 to which a wafer W to be tested is supplied, and which moves a plurality of device regions formed on the wafer W so as to intermesh with needles (needle-shaped contact points) of the scarfing head 20 be contacted.

Auf dem in dem Probenhalter 30 gehaltenen Wafer W ist eine große Anzahl von integrierten Halbleiterschaltungen (Bauelementbereichen) ausgebildet. Der Wafer wird während der Prüfung durch Unterdruck in einer präzise ausgerichteten Position an einem nicht gezeigten Waferträger gehalten. Zu diesem Zweck ist der Waferträger auf einer Substratbühne 31 angeordnet, die relativ zu einer Grundplatte 32 präzise in der XY-Ebene in 1 bewegbar ist. Die Substratbühne 31 als Ganzes oder nur der Waferträger kann in Richtung der Z-Achse angehoben und abgesenkt werden.On the in the sample holder 30 held wafer W is formed a large number of semiconductor integrated circuits (device areas). The wafer is held under vacuum in a precisely aligned position on a wafer carrier, not shown, during the test. For this purpose, the wafer carrier is on a substrate stage 31 arranged, relative to a base plate 32 precise in the XY plane in 1 is movable. The substrate stage 31 as a whole or only the wafer carrier can be raised and lowered in the direction of the Z-axis.

Für die Prüfung des Wafers W unter thermischer Belastung ist in dem Waferträger eine nicht gezeigte Hieizeinrichtung vorgesehen, mit der der Wafer erhitzt werden kann.For the examination of the Wafer W under thermal stress is in the wafer carrier one Not shown heating device provided with which heats the wafer can be.

In dem Probenhalter 30 ist im oberen Bereich der Substratbühne 31 ein Kartenträger 33 angeordnet, auf dem eine Prüfkarte 34 gehalten ist. Die Prüfkarte 34 hat ein rechteckiges Substrat 341 aus Keramik oder Silizium und eine Vielzahl von Nadeln 342 auf einer ihrer Hauptflächen (der Unterseite in 1 und 2 und der sichtbaren Vorderseite in 3). Die Nadeln sind gemäß 3 in mehreren Reihen angeordnet. Auf derselben Hauptfläche des Substrats 341 ist zwischen den Reihen der Nadeln 342 ein Muster aus Masseleitern 343 ausgebildet, die mit Masse verbunden sind.In the sample holder 30 is in the upper area of the substrate stage 31 a card carrier 33 arranged on which a probe card 34 is held. The inspection card 34 has a rectangular substrate 341 made of ceramic or silicon and a variety of needles 342 on one of its main surfaces (the bottom in 1 and 2 and the visible front in 3 ). The needles are according to 3 arranged in several rows. On the same main surface of the substrate 341 is between the rows of needles 342 a pattern of ground conductors 343 formed, which are connected to ground.

Die Nadeln 342 sind beispielsweise aufrecht stehend angeordnet, so daß sie Kontaktklemmen (Kontaktpunkte im Zustand vor der Verdrahtung) eines integriert auf dem Wafer W ausgebildeten Bauelementbereichs kontaktieren können. Indem die Substratbühne schrittweise im XYZ-Raum bewegt wird, können die Nadeln mit den jeweiligen Klemmen der zu prüfenden Bauelementbereiche auf dem Substrat in Kontakt gebracht werden.The needles 342 For example, they are arranged upright so that they can contact contact terminals (contact points in the pre-wiring state) of a device region integrally formed on the wafer W. By moving the substrate stage stepwise in the XYZ space, the needles can be brought into contact with the respective terminals of the device areas to be tested on the substrate.

Die Prüfkarte 34 hat auf ihrer dem Substrat 341 entgegengesetzten Seite (der Oberseite in 1 und 2 und der Rückseite in 3) einen oder mehrere Verbinder 344, die als kraftfreie Verbinder ausgebildet sind.The inspection card 34 has on her the substrate 341 opposite side (the top in 1 and 2 and the back in 3 ) One or more connectors 344 , which are designed as force-free connectors.

Unter einem kraftfreien Verbinder wird hier ein elektrischer Verbinder verstanden, der mit einem später erläuterten kraftfreien Gegenverbinder 221 am Prüfkopf 20 in Eingriff gebracht werden kann, ohne daß in Einsteckrichtung (in dieser Ausführungsform in vertikaler Richtung) eine Kraft aufgewendet werden muß. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß eine im Inneren des Verbinders installierte Schiene mit Hilfe eines Zylinders in Längsrichtung vor und zurück bewegt wird, ein mit der Schiene verbundener Nocken aufwärts und abwärts bewegt wird und/oder ein Zwischenraum zwischen Sockelkontakten verengt oder erweitert wird, um einen Kontaktstift dazwischen aufzunehmen.Under a force-free connector is understood here as an electrical connector, which with a force-free counter-connector explained later 221 at the test head 20 can be brought without a force must be applied in the insertion direction (in this embodiment, in the vertical direction). This can be achieved, for example, by moving a rail installed inside the connector longitudinally back and forth by means of a cylinder, moving a cam connected to the rail up and down, and / or narrowing or widening a gap between base contacts, around egg NEN contact pin in between.

Die elektrische Verbindung der einzelnen Nadeln 342 mit den entsprechenden Kontakten des kraftfreien Verbinders 344 erfolgt durch ein Verdrahtungsmuster und ein Durchgangsloch (beide nicht gezeigt), die an bzw. in dem Substrat 341 der Prüfkarte 34 ausgebildet sind.The electrical connection of the individual needles 342 with the corresponding contacts of the force-free connector 344 is performed by a wiring pattern and a through hole (both not shown) attached to the substrate 341 the test card 34 are formed.

Im Rahmen der Erfindung ist das Verfahren zum elektrischen Verbinden der Prüfkarte 34 mit dem Prüfkopf 20 nicht auf den Gebrauch der oben beschriebenen kraftfreien Verbinder beschränkt, und es ist möglich, andere Arten von Verbindern und Verbinderklemmen einzusetzen.Within the scope of the invention is the method for electrically connecting the probe card 34 with the test head 20 not limited to the use of the force-free connectors described above, and it is possible to use other types of connectors and connector terminals.

Der Prüfkopf 20 ist oberhalb der Substratbühne 31 angeordnet und weist mehrere nicht gezeigte Baugruppen auf, beispielsweise eine Leistungsplatine (performance board). An der Unterseite des Prüfkopfes 20 ist eine Tafel 21 befestigt (2), und ein Kontaktring 22 ist an der Unterseite der Tafel 21 angebracht. Der Kontaktring 22 trägt die oben erwähnten kraftfreien Gegenverbinder 221. 2 zeigt den Zustand, in dem die Verbinder 344 und die Gegenverbinder 221 miteinander in Eingriff stehen.The test head 20 is above the substrate stage 31 arranged and has a plurality of modules, not shown, for example, a performance board. At the bottom of the test head 20 is a blackboard 21 attached ( 2 ), and a contact ring 22 is at the bottom of the blackboard 21 appropriate. The contact ring 22 carries the above-mentioned force-free mating connector 221 , 2 shows the state in which the connectors 344 and the mating connectors 221 engage each other.

Die Positionsausrichtung der Prüfkarte 34 relativ zu dem Kontaktring 22 erfolgt in nicht gezeigter Weise beispielsweise mit Hilfe eines Führungsstiftes an der Prüfkarte 34, der in eine Führungsbuchse an dem Kontaktring 22 eingreift.The position alignment of the probe card 34 relative to the contact ring 22 takes place in a manner not shown, for example with the aid of a guide pin on the probe card 34 which is in a guide bush on the contact ring 22 intervenes.

Der kraftfreie Gegenverbinder 221 auf Seiten des Kontaktrings 22 und die Leistungsplatine in dem Prüfkopf 20 sind durch eine große Anzahl von Verdrahtungen oder Tochterplatinen elektrisch miteinander verbunden.The force-free mating connector 221 on the part of the contact ring 22 and the power board in the test head 20 are electrically connected by a large number of wirings or daughter boards.

Bei dem Probenhalter 30 in diesem Ausführungsbeispiel ist der in 3 gezeigte Meßbaustein nach oben weisend an einem Flansch 311 der Substratbühne 31 angeordnet, wie in 2 gezeigt ist. Der Meßbaustein 35 hat ein Substrat 351, das aus demselben Keramikmaterial oder Silizium wie das Substrat 341 der Prüfkarte 34 besteht. An einer Hauptfläche des Substrats 351 (der Oberseite in 2) sind eine Nadel 352 (entsprechend dem zweiten nadelförmigen Kontaktpunkt) und ein Kontaktbereich 353 ausgebildet. Der Abstand zwischen der Nadel 352 und dem Kontaktbereich 353 ist annähernd derselbe wie der zwischen der Nadel 342 und dem Masseleiter 343 der Prüfkarte 34. Wenn der Meßbaustein 35 gegen das Paar aus Nadel 342 und Masseleiter 343 der Prüfkarte 34 gehalten wird, so kontaktiert die Nadel 353 des Meßbausteins den Masseleiter 343 der Prüfkarte 34, und gleichzeitig kontaktiert die Nadel 342 der Prüfkarte 34 den Kontaktbereich 353 des Meßbausteins 35.At the sample holder 30 in this embodiment, the in 3 shown measuring block pointing upwards on a flange 311 the substrate stage 31 arranged as in 2 is shown. The measuring module 35 has a substrate 351 made of the same ceramic material or silicon as the substrate 341 the test card 34 consists. On a main surface of the substrate 351 (the top in 2 ) are a needle 352 (corresponding to the second needle-shaped contact point) and a contact area 353 educated. The distance between the needle 352 and the contact area 353 is almost the same as that between the needle 342 and the mass leader 343 the test card 34 , If the measuring module 35 against the pair of needle 342 and ground leader 343 the test card 34 held, so contacted the needle 353 of the measuring block the ground conductor 343 the test card 34 , and at the same time contacted the needle 342 the test card 34 the contact area 353 of the measuring block 35 ,

Die Nadel 352 und der Kontaktbereich 353 des Meßbausteins 35 sind, wie auf der rechten Seite in 3 gezeigt ist, über ein Kabel mit einem Oszilloskop 40 (1) verbunden, so daß die Wellenform des Prüfsignals aufgenommen werden kann.The needle 352 and the contact area 353 of the measuring block 35 are as on the right in 3 is shown via a cable with an oscilloscope 40 ( 1 ), so that the waveform of the test signal can be picked up.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des Prüfgerätes erläutert.below the operation of the tester is explained.

Beim Prüfen eines Wafers W wird der Wafer zunächst durch Sog gehalten, während die Position justiert wird. Die Substratbühne 31 wird angehoben, während auf der flachen XY-Oberfläche eine Position aufgesucht wird, in welcher die Nadel 342 der Prüfkarte 34 den Kontaktpunkt des Bauelementbereichs auf dem Wafer W kontaktiert. Auf diese Weise wird eine Prüfung an einigen Bauelementbereichen des Wafers vorgenommen, und wenn die Prüfung abgeschlossen ist, wird die Substratbühne 31 etwas abgesenkt und dann wieder angehoben, während auf der flachen XY-Oberfläche eine Position aufgesucht wird, in der die Nadel 342 der Prüfkarte 34 den Kontaktpunkt des nächsten Bauelementbereichs kontaktiert. Diese Operation wird schrittweise wiederholt, so daß die Prüfungen an den Bauelementbereichen auf der gesamten Fläche des Wafers W durchgeführt werden. Bei einer Prüfung des Wafers W unter Temperaturbelastung wird die in den Waferträger integrierte Heizung eingeschaltet, und der Wafer W wird auf eine Temperatur von beispielsweise 100° C erhitzt.When testing a wafer W, the wafer is first held by suction while the position is adjusted. The substrate stage 31 is raised while a position is sought on the flat XY surface in which the needle is 342 the test card 34 contacted the contact point of the device region on the wafer W. In this way, a check is made on some device areas of the wafer, and when the test is complete, the substrate stage becomes 31 lowered slightly and then raised again, while on the flat XY surface a position is sought in which the needle 342 the test card 34 contacted the contact point of the next device area. This operation is repeated step by step so that the tests on the device areas are performed on the entire surface of the wafer W. In a test of the wafer W under temperature load, the heater integrated into the wafer carrier is turned on, and the wafer W is heated to a temperature of, for example, 100 ° C.

Bevor die oben beschriebenen Prüfungen an dem Wafer W beginnen oder erforderlichenfalls auch zwischen diesen Prüfungen wird die Wellenform des von der Prüfeinheit 10 über den Prüfkopf 20 an den Bauelementbereich übermittelten Prüfsignals aufgenommen, und die Phasen der verschiedenen Prüfsignale werden korrigiert.Before the tests described above begin on the wafer W or, if necessary, also between these tests, the waveform of the test unit 10 over the test head 20 received to the device area transmitted test signal, and the phases of the various test signals are corrected.

Dazu wird die Substratbühne 31 in der XY-Ebene so bewegt, daß der an dem Flansch 311 befestigte Meßbaustein 35 in eine Position unter der Prüfkarte 34 gelangt. In dieser Position wird die Substratbühne angehoben, so daß der Kontaktbereich 353 und die Nadel 352 des Meßbausteins eine Nadel 342 der Prüfkarte 34 und den in der Nähe derselben ausgebildeten Masseleiter 343 kontaktieren. In diesem Zustand wird dann von der Prüfeinheit 10 ein vorgegebenes Prüfsignal ausgegeben und mit Hilfe des Oszilloskops 40 aufgenommen.This is the substrate stage 31 moved in the XY plane so that the on the flange 311 attached measuring module 35 into a position under the test card 34 arrives. In this position, the substrate stage is raised, so that the contact area 353 and the needle 352 of the measuring module a needle 342 the test card 34 and the ground conductors formed near them 343 to contact. In this state is then from the test unit 10 a given test signal is output and with the help of the oscilloscope 40 added.

Da erfindungsgemäß bei der Aufnahme der Wellenform des Prüfsignals praktisch dieselbe Konfiguration vorliegt wie bei der Prüfung an dem Bauelementbereich auf dem Wafer W, dem das eigentliche Prüfsignal zugeführt wird, das heißt, da die Spitze der Nadel 342 der Prüfkarte 34 zur Übermittlung des Prüfsi gnals an das Oszilloskop 40 benutzt wird, stimmt die mit dem Oszilloskop aufgenommene Wellenform des Prüfsignals sehr gut mit der Wellenform des Prüfsignals überein, das tatsächlich in den Bauelementbereich eingegeben wird. Da die Prüfkarte 34 außerdem den Masseleiter 343 in der Nähe der Nadel 342 hat, wird die Einstreuung von Rauschen und dergleichen in das Signal, dessen Wellenform mit dem Oszilloskop 40 aufgenommen wird, weitgehend unterdrückt, so daß eine korrekte Signalwellenform aufgenommen werden kann.Since according to the invention in recording the waveform of the test signal is practically the same configuration as in the test on the device region on the wafer W, where the actual test signal is supplied, that is, because the tip of the needle 342 the test card 34 for transmitting the test signal to the oscilloscope 40 is used, the oscilloscope's waveform of the test signal matches the waveform very well of the test signal actually input to the device area. Because the probe card 34 also the ground leader 343 near the needle 342 has, the scattering of noise and the like in the signal, its waveform with the oscilloscope 40 is recorded, largely suppressed, so that a correct signal waveform can be recorded.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird für das Substrat 341 der Prüfkarte 34 dasselbe Material benutzt wie für das Substrat 351 des Meßbausteins 35. Hierdurch ist es möglich, die feine Nadel und den Kontaktbereich auf dieselbe Weise auszubilden wie auf der Prüfkarte 34. Hinsichtlich der Wahl des Materials bestehen jedoch keine Beschränkungen, sofern es möglich ist, feine Nadeln und Kontaktbereiche in Übereinstimmung mit dem Muster der Nadeln und Masseleiter auf der Prüfkarte 34 herzustellen.In the described embodiment is for the substrate 341 the test card 34 same material used as for the substrate 351 of the measuring block 35 , This makes it possible to form the fine needle and the contact area in the same manner as on the probe card 34 , With regard to the choice of material, however, there are no limitations, as far as possible, fine needles and contact areas in accordance with the pattern of the needles and ground conductor on the probe card 34 manufacture.

Claims

Test apparatus for carrying out tests on a semiconductor substrate (W) by transmitting a plurality of test signals to a component area formed on the semiconductor substrate and evaluating the component area as good or defective depending on the test result, with a test card ( 34 ), which have on their one main surface a plurality of first needle-shaped contact points ( 342 ) for electrically contacting the device region and one in the vicinity of the first needle-shaped contact points ( 342 ) arranged mass conductors ( 343 ) and electrically connected to a test head ( 20 ), and a measuring module ( 35 ), which has on its one main surface a contact area ( 353 ) for electrically contacting one of the first needle-shaped contact points ( 342 ) and a second needle-shaped contact point ( 352 ) for electrically contacting the ground conductor ( 343 ) having.

Test device according to Claim 1, in which the measuring module ( 35 ) one or more pairs each of a second needle-shaped contact point ( 352 ) and a contact region in one of the arrangement of the first acicular contact points ( 342 ) and ground conductors ( 343 ) on the test card ( 34 ) has corresponding arrangement.

Test device according to Claim 1 or 2, having an alignment stage for moving the measuring component ( 35 ) relative to the first acicular contact points ( 342 ) and the ground conductors ( 343 ) of the test card ( 34 ).

Test device according to claim 1 or 2, with a substrate stage ( 31 ) for holding the semiconductor substrate (W) in a position where its device region is defined by the first acicular contact points ( 342 ) of the test card at which the measuring module ( 35 ) at the substrate stage ( 31 ) is arranged.

Test device according to one of the preceding claims, with an output terminal of the measuring module ( 35 ) connected measuring device ( 40 ) for receiving and outputting signal characteristics of the test signals.

Test device according to claim 5, where the signal characteristic is the waveform of the test signal is.

Method for measuring characteristics of test signals of a test device ( 1 ), wherein the test apparatus is used to carry out tests on a semiconductor substrate (W) by transmitting a plurality of test signals to a component area formed on the semiconductor substrate and for evaluating this component area as good or defective depending on the test result, with contact points for the tapping of the test signals ( 342 . 343 ) are used at least in the vicinity of a region which contacts the device region of the semiconductor substrate (W), and in which the test device ( 1 ) at least one needle-shaped contact point ( 342 ) for transmitting test signals to the device region on the semiconductor substrate (W) and at least one ground conductor ( 343 ) close to the needle-shaped contact points ( 342 ), and the needle-shaped contact points ( 342 ) and the ground conductor ( 343 ) are used to pick up the signal characteristic of the test signal.

Method according to claim 7, wherein the characteristic the test signal the waveform of the test signal is.