способ и устройство для тестирования полупроводниковых пластин с помощью зажимного механизма с регулируемой установкой температуры

Формула изобретения

1. Способ тестирования полупроводниковых пластин (5) с помощью зажимного приспособления (1) с регулируемой установкой температуры, включающий в себя следующие шаги: температуру зажимного приспособления (1) регулируют на уровне заданной температуры измерения посредством устройства нагревания с заданной мощностью (PW) нагрева и посредством устройства охлаждения (11а, 11b, 11с) с заданной мощностью (РК) охлаждения, и с помощью устройства охлаждения подводят текучую среду (F) для охлаждения, причем мощность нагрева (PW) намного превышает заданную тестовую мощность (РТ); полупроводниковую пластину (5) кладут задней стороной (R) на подложку (AF) зажимного приспособления (1); зондовую плату (7', 7'а) накладывают на переднюю сторону полупроводниковой пластины (5); полупроводниковую пластину (5) проверяют подачей тестовой мощности (РТ) от устройства тестирования к чиповой области (СН) передней стороны полупроводниковой пластины (5) при помощи зондов (91, 92) установленной зондовой платы (7', 7'а); при тестировании регистрируют увеличение температуры текучей среды (F), отражающее тестовую мощность (РТ); и мощность (PW) нагрева уменьшают во время теста при, по существу, постоянной мощности (РК) охлаждения, учитывая измеренное при тестировании увеличение температуры текучей среды (F).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличение температуры текучей среды регистрируют, учитывая сигналы второго и третьего датчиков (TS2, TS3) температуры, которые во время теста регистрируют температуру (Т_in) на входе и температуру (T_out ) на выходе используемой для охлаждения текучей среды (F), подводимой из устройства охлаждения (11а, 11b, 11с) к зажимному приспособлению (1).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что мощность (PW) нагрева уменьшают, учитывая измеренное первым датчиком (TS1) температуры увеличение температуры в чиповой области (СН), причем во время теста температуру в чиповой области (СН) дистанционно измеряют первым датчиком (TS1).

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что первый датчик (TS1) температуры содержит инфракрасный термометр (120, 121).

5. Способ по одному из пп.1, 2, 4, отличающийся тем, что зажимное приспособление (1) содержит верхнюю область (1а), среднюю область (1b) и нижнюю область (1с), причем верхняя область (1а) содержит подложку (AF), находящуюся в контакте с задней стороной полупроводниковой пластины (5), средняя область (1b) содержит устройство нагревания, а нижняя область (1с) содержит устройство охлаждения (11а, 11b, 11с).

6. Способ по одному из пп.1, 2, 4, отличающийся тем, что тестовая мощность (РТ) по порядку величины составляет от одного до нескольких сотен ватт, а мощность (PW) нагрева по порядку величины составляет от одного до нескольких киловатт.

7. Устройство для тестирования полупроводниковых пластин (5) с помощью зажимного приспособления (1) с регулируемой установкой температуры, содержащее устройство регулируемой установки температуры для регулировки температуры зажимного приспособления (1) на уровне заданной температуры измерения при помощи устройства нагревания с заданной мощностью (PW) нагрева и при помощи устройства (11а, 11b, 11с) охлаждения с заданной мощностью (РК) охлаждения, выполненного с возможностью подвода текучей среды (F) для охлаждения, причем мощность (PW) нагрева намного превышает заданную тестовую мощность (РТ), а также содержащее устройство тестирования для тестирования полупроводниковых пластин (5) путем подачи тестовой мощности (РТ) к чиповой области (СН) передней стороны полупроводниковой пластины (5) при помощи зондов (91, 92) зондовой платы (7', 7'а), а также содержащее датчик температуры (TS5, TS6) для регистрации повышения температуры текучей среды (F) при тестировании, и это повышение температуры отражает тестовую мощность, причем устройство регулируемой установки температуры выполнено так, что уменьшение мощности (PW) нагрева во время тестирования происходит, по существу, при постоянной мощности охлаждения (РК), с учетом измеренного при тестировании увеличения температуры текучей среды (F).

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что увеличение температуры текучей среды может быть измерено с помощью датчиков (TS5, TS6) температуры, учитывая сигналы от второго и третьего датчиков (TS2, TS3), которые регистрируют температуру на входе (Т_in) и температуру на выходе (T_out) подводимой к зажимному приспособлению (1) текучей среды (F) для его охлаждения во время тестирования.

9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что мощность нагрева (PW) может быть уменьшена, учитывая измеренное при помощи сигнала первого датчика (TS1) температуры увеличение температуры в чиповой области (СН), причем первый датчик (TS1) температуры бесконтактно измеряет температуру в чиповой области (СН) во время тестирования.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что первый датчик (TS1) температуры содержит инфракрасный термометр (120, 121).

11. Устройство по одному из пп.7, 8, 10, отличающееся тем, что зажимное приспособление (1) состоит из верхней области (1а), средней области (1b) и нижней области (1 с), причем верхняя область (1а) содержит подложку (AF), находящуюся в контакте с задней стороной полупроводниковой пластины (5), средняя область (1b) содержит устройство нагревания, а нижняя область (1с) содержит устройство (11а, 11b, 11с) охлаждения.

12. Устройство по одному из пп.7, 8, 10, отличающееся тем, что тестовая мощность (РТ) по порядку величины составляет от одного до нескольких сотен ватт, а мощность (PW) нагрева по порядку величины составляет от одного до нескольких киловатт.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Данное изобретение относится к способу и устройству для тестирования полупроводниковых пластин с помощью зажимного приспособления (держателя) с регулируемой установкой температуры.

Уровень техники

Как известно, тестовые измерения на полупроводниковых пластинах обычно проводятся в температурном диапазоне от -60°С до +400°С. Для регулируемой установки температуры полупроводниковая пластина кладется на предметный столик или на зажимное приспособление (держатель), который охлаждается и/или нагревается в соответствии с заданной температурой.

При этом, с одной стороны, нужно учитывать то, что температура полупроводниковой пластины не должна находиться ниже точки росы окружающей газообразной среды, так как в противном случае возникает конденсация влаги на поверхности полупроводниковой пластины или же ее обледенение, что затрудняет тестовые измерения или делает их невозможными.

С другой стороны, при тестовых измерениях с высокой мощностью, рассеиваемой кристаллом, возникает проблема, связанная с тем, что передняя сторона полупроводниковой пластины в области протекания тока локально нагревается выше температуры задней стороны, находящейся в контакте с зажимным механизмом, так как теплоотдача замедлена из-за конечного теплового переходного сопротивления между полупроводниковой пластиной и зажимным механизмом. Обычно при электрических мощностях свыше 100 Вт локальная разница температур между передней стороной полупроводниковой пластины и подложкой зажимного приспособления составляет примерно 90 К. Эта разница температур мешает тестовому измерению, которое как раз и должно давать сведения об изотермических электрических свойствах интегральных микросхем в полупроводниковой пластине. Одновременно, при высоких мощностях кристаллы могут нагреваться выше допустимой температуры, что влечет за собой опасность электрического отказа.

Фиг.2 показывает схематическое изображение поперечного сечения известного из патентного документа US 5010296 устройства для тестирования полупроводниковых пластин с помощью зажимного приспособления с регулируемой установкой температуры.

На фиг.2 ссылочный знак 6' обозначает зажимное приспособление с регулируемой установкой температуры. Зажимное приспособление 6' соединено с приводным устройством 7', которое вызывает движение в вертикальном направлении и в плоскости. Над зажимным механизмом 6' предусмотрена зондовая плата 12', имеющая зонды 1' в форме, например, тонких игл, которые используются для того, чтобы осуществлять контактирование с интегральными микросхемами на полупроводниковой пластине 30' и проводить на них электрические измерения.

Ссылочное обозначение 13' обозначает устройство тестирования, при помощи которого можно управлять зондами 1' в соответствии с заданной программой тестирования. Устройство управления 7' также может управляться при помощи устройства тестирования 13' для того, чтобы соединить определенные интегральные микросхемы полупроводниковой пластины 30' с зондами 1'.

Устройство подачи газа 8', соединенное с устройством газоснабжения 10', предусмотрено на одной из сторон зажимного приспособления 6'.

На противоположной стороне зажимного приспособления 6' предусмотрен всасывающий трубопровод 9', соединенный в свою очередь с устройством всасывания 11'. Устройство подачи газа 8' и всасывающий трубопровод 9' имеют довольно плоское поперечное сечение, так что обдув газом может быть осуществлен равномерно по всей плоскости полупроводниковой пластины 30'. Обдув газом в этом известном устройстве тестирования полупроводниковых пластин служит для удаления загрязняющих частиц (инородных частиц), которые осаждаются на поверхности полупроводниковой пластины под влиянием внешних воздействий или же под влиянием зондов 1'.

Конструкция зондовых плат для тестирования полупроводниковых пластин известна из журнала «Elektronik, Produktion und Prüftechnik» Juli/August 1982, («Электроника. Производство и техника контроля», июль/август 1982), стр.485-487, «Positionieren und Kontaktieren von Wafern» («Позиционирование и контактирование пластин»).

В патентном документе ЕР 0438957 В1 раскрыто устройство контроля для пластин полупроводник-полупроводник, причем на зажимном механизме установлено множество температурных датчиков, которые измеряют соответствующее температурное распределение на поверхности зажимного механизма.

В патентном документе ЕР 0511928 В1 раскрыт зажимной механизм с множеством лабиринтных каналов, через которые поступает текучая среда для регулируемой установки температуры зажимного механизма. Благодаря лабиринтной структуре, достигаются высокая мощность охлаждения и однородное распределение температуры.

В патентном документе US 5977785 раскрыты способ и устройство для тестирования полупроводниковых пластин с помощью зажимного приспособления с регулируемой установкой температуры с устройством охлаждения и нагревания посредством текучей среды, причем температура тестируемого кристалла регистрируется в процессе тестирования, и, основываясь на полученных данных, производится корректировка дрейфа в управлении устройства охлаждения и нагревания.

В патентном документе US 5084671 раскрыты другой способ и другое устройство для тестирования полупроводниковых пластин с помощью зажимного приспособления с регулируемой установкой температуры с устройством охлаждения посредством текучей среды и электрическим устройством нагревания.

Раскрытие изобретения

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы создать способ и устройство для тестирования полупроводниковых пластин с помощью зажимного приспособления с регулируемой установкой температуры, которые делали бы возможным тренировку полупроводниковой пластины.

Предлагаемый согласно данному изобретению способ с признаками по п.1 формулы изобретения и соответствующее устройство по п.7 формулы изобретения обладают преимуществом по отношению к известным решениям, которое состоит в том, что даже при высоких электрических мощностях разность температур между передней стороной полупроводниковой пластины и подложкой зажимного приспособления очень мала.

Лежащая в основе данного изобретения идея состоит в том, что регулирование температуры зажимного приспособления (называемого также держателем или зажимным механизмом) до заданной температуры измерения осуществляется при помощи устройства нагревания с заданной мощностью нагрева и при помощи устройства охлаждения с заданной мощностью охлаждения, причем мощность нагрева значительно больше, чем заданная тестовая мощность. При тестировании полупроводниковых пластин путем подачи тестовой мощности от устройства тестирования происходит уменьшение нагревательной мощности на величину тестовой мощности во время тестирования при, по существу, постоянной мощности охлаждения.

Достоинством этой идеи является очень быстрое срабатывание зажимного приспособления с регулируемой установкой температуры в виде реакции на подачу тестовой мощности.

В зависимых пунктах формулы изобретения содержатся целесообразные улучшения и усовершенствования касательно объекта изобретения.

Краткое описание чертежей

Пример реализации изобретения представлен на чертежах и подробно пояснен в последующем описании.

Фигуры изображают следующее:

фиг.1 - схематическое изображение варианта реализации устройства для тестирования полупроводниковых пластин с помощью зажимного приспособления с регулируемой установкой температуры согласно изобретению; и

фиг.2 - схематическое изображение поперечного сечения известного из патентного документа US 5010296 устройства для тестирования полупроводниковых пластин с помощью зондовой платы.

На фиг.1 и 2 одинаковые ссылочные знаки обозначают одинаковые или функционально одинаковые элементы.

Фиг.1 показывает схематическое изображение варианта реализации устройства для тестирования полупроводниковых пластин с помощью зажимного приспособления с регулируемой установкой температуры согласно изобретению.

На фиг.1 позицией 1 обозначено зажимное приспособление с регулируемой установкой температуры, передвигаемое в вертикальном и в горизонтальном направлениях.

Осуществление изобретения

Зажимное приспособление (держатель) 1 имеет верхнюю область 1а с предусмотренными на ней вакуумными канавками 50. На верхней области 1а зажимного приспособления 1 находится полупроводниковая пластина 5, задняя сторона R которой находится в контакте с подложкой AF зажимного приспособления 1.

В средней области 1b зажимного приспособления 1 находится электрическое устройство НЕ нагревания, которое предусмотрено для нагрева зажимного приспособления 1 путем подачи электрической мощности PW.

Наконец, в нижней области 1с зажимного приспособления 1 находится лабиринтная система каналов охлаждения 11с, на вход которой подается предварительно охлажденная текучая среда F с входной температурой Т_in и на выходе 11b которой эта текучая среда F с повышенной температурой Т_out снова отводится. При помощи не представленной здесь системы регулировки температуры текучая среда F приводится к заданной температуре за пределами зажимного механизма.

Над полупроводниковой пластиной 5 находится пластинчатое зондовое устройство 7', имеющее ступенчатую область 7'а, исходящие из которой зондовые иглы 91, 92 прикладываются к чиповой области СН на передней стороне О полупроводниковой пластины 5.

При помощи устройства TV тестирования электрическая тестовая последовательность передается через зонды 91, 92 в чиповую область СН, причем мощность РТ выделяется в области СН, что приводит к локальному нагреву полупроводникового кристалла 5, этот нагрев должен быть компенсирован для того, чтобы провести желаемое изотермическое тестовое измерение.

В этом варианте реализации изобретения предусмотрены различные устройства регистрирования температуры (датчики температуры) TS1-TS6. Первый датчик TS1 температуры находится на зондовом устройстве 7' и имеет инфракрасный термометр IR, содержащий инфракрасный световод 120 и схему обработки 121.

При помощи не представленных здесь инфракрасного фоторезистора и подключенного далее усилителя схема обработки 121 непосредственно регистрирует температуру в чиповой области СН.

Второй датчик TS2 температуры находится в верхней области 1а зажимного приспособления 1, третий датчик TS3 температуры - в средней области 1b зажимного приспособления 1, четвертый датчик TS4 температуры - в нижней области 1с зажимного приспособления 1, пятый датчик TS5 температуры - на впуске 11а для текучей среды F, шестой датчик TS6 температуры - на выпуске 11b для текучей среды F. В частности, с помощью датчиков температуры TS2-TS4 может быть установлено, находится ли зажимное приспособление 1 в термодинамическом равновесии.

Перед проведением тестового измерения при установленной полупроводниковой пластине 5 и приложенных зондах 91, 92 осуществляется регулировка температуры зажимного приспособления 1 до заданной температуры измерения, например, до 20°С, при помощи устройства НЕ нагревания с заданной мощностью PW нагрева и устройством охлаждения 11а, 11b, 11с с заданной мощностью РК охлаждения, причем мощность PW нагрева намного превышает заданную тестовую мощность РТ, например PW=1 кВт, РТ=200 Вт.

После этого осуществляется тестирование полупроводниковой пластины 5 путем подачи тестовой мощности РТ от устройства TV тестирования к чиповой области СН передней стороны О полупроводниковой пластины 5 с помощью зондов 91, 92 установленной зондовой платы 7'.

В соответствии с реализацией устройства, вычитаемая из мощности PW нагрева тестовая мощность РТ задается, принимая во внимание сигналы от второго и третьего датчиков TS2, TS3 температуры, которые в течение теста регистрируют температуру Т_in на входе или же температуру T _out на выходе используемой для охлаждения текучей среды F, подводимой к зажимному приспособлению 1 из устройства охлаждения 11а, 11b, 11с, так как увеличение ее температуры также отражает тестовую мощность РТ.

Дополнительно к этому, вычитаемая из мощности PW нагрева тестовая мощность РТ может быть задана, принимая во внимание сигналы первого датчика TS1 температуры, который во время теста напрямую дистанционно измеряет температуру в чиповой области СН.

Изобретение не ограничивается случаем газообразного сухого воздуха и может быть также применено для любой текучей среды.