CN113748350A - 试验装置 - Google Patents

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Abstract

试验装置(100)对形成有包含磁阻存储器或磁传感器在内的被试验器件(12)的被试验晶圆(10)进行试验。在台(130)上，在试验工序中载置被试验晶圆(10)。磁场施加装置(140)在试验工序中向被试验晶圆(10)施加磁场(BEX)。试验用探针卡(160)在试验工序中被使用。诊断用晶圆(170)形成有多个磁检测单元(172)，在试验装置(100)的诊断工序中，取代被试验晶圆(10)而载置于台(130)，通过各磁检测单元(172)能够测定磁场施加装置(140)产生的磁场(BEX)。诊断用探针卡(180)在诊断工序中取代试验用探针卡(160)来使用。

Description

试验装置
技术领域
本公开涉及半导体试验装置。
背景技术
作为下一代的存储器，开发出磁阻存储器(MRAM：Magnetoresistive RandomAccess Memory)。磁阻存储器利用磁隧道结(MTJ：Magnetic Tunnel Junction)的磁化状态来记录信息，因此与SRAM(Static RAM)、DRAM(Dynamic RAM)等利用了电荷的存储器不同，具有非易失性。
MRAM在数据的写入时，需要通过向MTJ施加磁场来使MTJ的磁化的状态变化。换言之，如果由于外部的磁场而使MTJ的磁化的状态变化，则数据被破坏。因此，MRAM除了包含电特性之外还包含外部施加磁场等的磁特性，之后规格被确定，MRAM需要在组装工序前对磁特性进行试验。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-024518号公报
专利文献2：日本特开2008-139305号公报
专利文献3：日本特开2004-151056号公报
专利文献4：日本特开2012-198102号公报
发明内容
发明的概要
发明要解决的课题
MRAM器件与DRAM等同样地以被切割成芯片之前的晶圆的状态进行试验。试验装置以遍及大范围地施加了外部磁场的状态同时对多个芯片进行试验。在此，试验装置需要保证对于分布在大范围内的多个芯片施加满足规格的外部磁场。
以往，需要相对于试验装置另行地准备市售的磁传感器，将磁传感器配置在应施加外部磁场的区域的附近来测定外部磁场。在该方法中，难以使磁传感器与实际的晶圆的高度方向的位置完全一致。磁场的强度与距离的平方成反比例，因此微小的位置的偏差成为大的测定误差而出现时，通过以往的市售的磁传感器测定出的磁场表示与要向晶圆上的MRAM器件施加的实际的磁场不同的值。
另外，在使用市售的磁传感器的情况下，从其尺寸、成本的观点出发，能够使用的磁传感器的个数受限。因此，虽然能够进行多点的磁场的测定，但是难以测定空间的磁场的分布。
在此，以MRAM器件为例进行了说明，但是在将磁传感器进行了集成化的芯片的试验装置中也会产生同样的问题。
本公开是鉴于上述课题而作出的发明，其一方案的例示性的目的之一在于，提供一种能够测定向晶圆上的器件施加的磁场的试验装置。
用于解决课题的方案
本发明的一方案涉及对被试验晶圆进行试验的试验装置，其中，被试验晶圆形成有包括磁阻存储器或磁传感器在内的被试验器件。试验装置具备：测试头；台，其在试验工序中载置被试验晶圆；磁场施加装置，其在试验工序中向被试验晶圆施加磁场；试验用探针卡，其在试验工序中被使用，能够对被试验晶圆进行探测接触；诊断用晶圆，其形成有多个磁检测单元，在试验装置的诊断工序中，所述诊断用晶圆取代被试验晶圆而载置于台，通过各磁检测单元能够测定磁场施加装置产生的磁场；以及诊断用探针卡，其在诊断工序中取代试验用探针卡来使用，能够对诊断用晶圆进行探测接触。
需要说明的是，将以上的构成要素任意组合的结构或者将本公开的表现在方法、装置等之间进行变换的结构作为本公开的方案也是有效的。
发明效果
根据本公开的一方案，能够测定向晶圆上的器件施加的磁场。
附图说明
图1是表示被试验晶圆的图。
图2是实施方式1的试验装置的框图。
图3是表示诊断用晶圆的图。
图4是表示诊断工序中的试验装置的结构的图。
图5是磁场施加装置的剖视图。
图6是表示变形例1的试验装置的图。
图7是表示变形例2的试验装置的图。
图8是表示变形例3的试验装置的图。
图9是变形例1的磁场施加装置的剖视图。
图10的(a)～(c)是变形例5的磁检测单元及测试头的电路图。
图11是实施方式2的试验装置的框图。
图12是实施方式3的试验装置的框图。
具体实施方式
(实施方式的概要)
说明本公开的若干的例示性实施方式的概要。该概要作为后述的详细说明的开场，以实施方式的基本理解为目的来简化说明一个或多个实施方式的若干概念，不限定发明或公开的范围。而且，该概要不是能想到的全部实施方式的总括性的概要，不限定实施方式的不可或缺的构成要素。为了方便，“一实施方式”有时用于指代本说明书公开的一个实施方式(实施例、变形例)或者多个实施方式(实施例、变形例)。
一实施方式的试验装置对形成有包括磁阻存储器或磁传感器的被试验器件的被试验晶圆进行试验。试验装置具备：测试头；在试验工序中载置被试验晶圆的台；在试验工序中向被试验晶圆施加磁场的磁场施加装置；在试验工序中使用，能够对被试验晶圆进行探测接触的试验用探针卡；形成有多个磁检测单元，在试验装置的诊断工序中，取代被试验晶圆而载置于台，通过各磁检测单元能够测定磁场施加装置产生的磁场的诊断用晶圆；以及在诊断工序中取代试验用探针卡被使用，能够对诊断用晶圆进行探测接触的诊断用探针卡。
在一实施方式中，形成于诊断用晶圆的磁检测单元存在于与形成于被试验晶圆的被试验器件相同的高度处。因此，通过诊断用晶圆上的磁检测单元，能够准确地测定要向形成于被试验晶圆的被试验器件施加的外部磁场。磁检测单元的输出经由诊断用探针卡向测试头输入，能够有效利用测试头或测试器主体的硬件进行处理。
在一实施方式中，也可以是，试验装置还具备设置在试验用探针卡或诊断用探针卡与测试头之间的连接单元，磁场施加装置设置于连接单元。电磁铁根据提供的电流量来使磁场强度变化，因此其自身成为发热体，但是在该结构中，通过晶圆能够使作为发热体的磁场施加装置与应进行温度控制的台分离。而且，在将磁场施加装置设置于台的下侧或侧方的情况下，需要新追加用于传送对磁场施加装置的控制信号的布线、接口。相对于此，在本方案中，能够利用测试头与连接单元之间的既存的接口来传送对磁场施加装置的控制信号，因此能够简化系统。
在一实施方式中，磁场施加装置可以设置于台的下侧，也可以设置于台的侧方。
在一实施方式中，多个磁检测单元可以分别包含磁传感器和将磁传感器输出的电信号放大的放大器。磁传感器是根据磁场而使电气状态变化的元件，不受限定，可例示MR(磁阻)元件、MI(磁阻抗)元件、霍尔元件等。将放大器集成化于诊断用晶圆，将放大后的信号利用探针卡读出，由此能够提高噪声耐性。
在一实施方式中，多个磁检测单元可以分别包含磁传感器。诊断用探针卡可以包含与多个磁检测单元对应的多个放大器。各放大器将对应的磁传感器输出的电信号放大。在该情况下，作为放大器，可以利用分立部件，因此可以使用与集成化于诊断用晶圆的放大器相比性能稳定及/或高性能的部件。
以下，以优选的实施方式为基础，参照附图来说明本公开。对于各附图所示的相同或同等的构成要素、构件、处理标注同一符号，适当省略重复的说明。而且，实施方式没有限定公开而是例示，实施方式记述的全部的特征、其组合未必是公开的实质性的特征、组合。
(实施方式1)
图1是表示被试验晶圆10的图。在被试验晶圆10形成多个被试验器件12，通过切割而得到被试验器件12的芯片。在本实施方式中，被试验器件12为MRAM，具有构成MRAM单体的MTJ、其周边电路和接触用的多个引脚(电极)。虚线14表示能由后述的试验装置100同时测定的范围(称为同测区域)，通常，试验装置100同时测定多个(例如256个、128个等)被试验器件12。
图2是实施方式1的试验装置的框图。试验装置100是对图1的被试验晶圆10进行试验的晶圆检査装置。试验装置100具备测试器主体110、测试头120、台130、磁场施加装置140、晶圆连接HiFix150、试验用探针卡160、诊断用晶圆170、诊断用探针卡180。
测试器主体110具备执行测试程序的运算处理装置，对试验装置100进行综合控制。
在测试头120内置有向被试验器件12供给电力的器件电源122、电压电流测定器(DVM)124、模式发生器126、接口电路128等硬件。这些硬件由测试器主体110控制。这些硬件的一部分可以设置于测试器主体110。接口电路(收发器)128与设置于晶圆连接HiFix150的接口电路152之间能够收发数据。接口电路128的种类没有特别限定，可以采用例如以太网(注册商标)、USB(Universal Serial Bus)等协议。
台130也称为卡盘，在试验工序中，在其上载置被试验晶圆10。台130能够沿X、Y、Z方向移动，而且也可以能够沿着绕Z轴的θ方向转动。
磁场施加装置140在试验工序中向被试验晶圆10施加外部磁场BEX。具体而言，磁场施加装置140对于被试验晶圆10的同测区域14，换言之，同测区域14中包含的多个被试验器件12，施加实质上均匀的外部磁场BEX。磁场施加装置140的结构没有特别限定，可以由能够电气性地控制外部磁场BEX的大小、波形的电磁铁构成。
MRAM存在施加垂直磁场的类型和施加水平磁场的类型。磁场施加装置140产生的外部磁场BEX的朝向根据MRAM的种类来确定，在本实施方式中，外部磁场BEX相对于被试验晶圆10朝向垂直方向。
试验用探针卡160在试验工序中能够对被试验晶圆10进行探测接触。具体而言，在试验用探针卡160的底面设有能够与被试验晶圆10的多个引脚接触的多个探测针162。
在测试头120与试验用探针卡160之间设置称为晶圆连接HiFix(High FidelityTester Access Fixture)150的连接单元(接口)，经由晶圆连接HiFix150来传送测试头120与试验用探针卡160之间的信号。在本实施方式中，磁场施加装置140设置于晶圆连接HiFix150。对磁场施加装置140的控制信号能够通过测试头120的接口电路128与晶圆连接HiFix150的接口电路152之间的通信来传送。
以上是试验装置100的基本结构。在通常的试验工序中，对于同测区域14中包含的多个被试验器件12，一边通过磁场施加装置140施加外部磁场BEX，一边进行针对作为被试验器件12的MRAM的数据的写入、读出，检查被试验器件12是否正常动作。通过台130使被试验晶圆10的位置移动，反复进行相同处理，由此检查被试验晶圆10的全部芯片。
试验装置100在诊断工序中能够测定磁场施加装置140产生的外部磁场BEX。为了进行磁场施加装置140的诊断、校正，试验装置100与诊断用晶圆170及诊断用探针卡180一起使用。
图3是表示诊断用晶圆170的图。诊断用晶圆170在试验装置100的诊断工序中，取代被试验晶圆10而载置于台130。在诊断用晶圆170形成有能够测定磁场施加装置140产生的磁场BEX的多个磁检测单元172。在图3中，同测区域14由虚线表示。同测区域14可以说是应保证均匀的外部磁场BEX的施加的范围。诊断用晶圆170的材料没有特别限定，可以为硅、SiC、GaN等的半导体基板，也可以为半导体以外的基板。
多个磁检测单元172遍及针对被试验晶圆10保证来自磁场施加装置的外部磁场BEX的强度分布均匀的同测区域14或比其宽的范围配置，能够取得外部磁场BEX的强度分布。在此示出9个磁检测单元172，但是磁检测单元172的个数没有限定，如果需要高的空间分辨率，则可以增多其个数，在并非如此的情况下，可以减少其个数。
返回图2。诊断用探针卡180与诊断用晶圆170成组使用，在诊断工序中取代试验用探针卡160而装配于晶圆连接HiFix150。诊断用探针卡180与诊断用晶圆170对置设置，能够对诊断用晶圆170进行探测接触。具体而言，在诊断用探针卡180的底面设置能够与诊断用晶圆170的多个引脚接触的多个探测针182。
图4是表示诊断工序中的试验装置100的结构的图。在诊断用晶圆170形成有多个磁检测单元172。磁检测单元172包括磁传感器174和对磁传感器174的输出即电信号H+、H-进行差动放大的放大器176，具有三端子结构(VDD、GND、OUT)。在该例中，磁传感器174是霍尔元件。器件电源122产生的电源电压经由晶圆连接HiFix150及诊断用探针卡180向磁检测单元172的电源引脚VDD供给。而且，器件电源122的接地电压经由晶圆连接HiFix150及诊断用探针卡180向磁检测单元172的接地引脚VDD供给。而且，在磁检测单元172的输出引脚OUT产生与磁传感器174接受到的外部磁场BEX对应的检测信号。输出引脚OUT经由晶圆连接HiFix150及诊断用探针卡180与DVM124连接，将检测信号作为数字信号取入。
在晶圆连接HiFix150设置磁场施加装置140。需要说明的是，由于空间的关系而将磁场施加装置140缩小表示，但是实际上，具有将多个磁检测单元172罩住的面积。磁场施加装置140具备一个或多个芯部142、卷装于各芯部142的线圈144、驱动电路146。驱动电路146接受从测试头120供给的控制信号，根据控制信号，控制向线圈144流动的电流，使其产生外部磁场BEX。
在诊断工序中，对于在诊断用晶圆170形成的多个(N个)磁检测单元172的全部，可以一齐取得接触，利用全部N个磁检测单元172来一齐测定N点的外部磁场BEX。或者，也可以不一齐测定而分多次地测定N点的外部磁场BEX。
图5是磁场施加装置140的剖视图。磁场施加装置140具备芯部142和卷装于芯部142的线圈144。根据该结构，能够对被试验晶圆10施加垂直的外部磁场BEX。磁场施加装置140如上所述内置于晶圆连接HiFix150。在图5中，省略试验用探针卡160。
以上是试验装置100的结构。接下来，说明试验装置100的优点。
形成于诊断用晶圆170的磁检测单元172与形成于被试验晶圆10的被试验器件12存在于相同高度。因此，通过诊断用晶圆170上的磁检测单元172，能够准确地测定要向形成于被试验晶圆10的被试验器件12施加的外部磁场BEX。
磁检测单元172能够通过半导体工艺而集成化于诊断用晶圆170地制作，因此与以往的市售的磁探测相比能够高密度地配置。因此，通过N个磁检测单元172，能够在多点测定磁场施加装置140产生的外部磁场BEX，能够得到其强度分布。
在使用以往的市售磁探测的方法中，磁探测需要使用专用的计测器，在想要将计测器的输出向测试器主体110取入的情况下，使用者需要构筑复杂的试验系统。相对于此，在本实施方式中，能够利用测试头120内置的硬件、即试验装置100标准地具备的硬件对从磁检测单元172得到的电信号进行处理，而且，测试器主体110能够直接对得到的与磁分布相关的数据进行处理。
此外，在本实施方式中，将磁场施加装置140内置于晶圆连接HiFix150。在较多的试验装置中，检查被试验晶圆10的温度特性，动态地控制台130的温度。构成磁场施加装置140的电磁铁根据提供的电流量来使磁场强度变化，并且其自身成为发热体，因此如果将磁场施加装置140与能够进行温度控制的台130接近配置，则可能会给台130的温度控制造成不良影响。根据本实施方式，能够通过试验用探针卡160及被试验晶圆10(或者诊断用晶圆170及诊断用探针卡180)将磁场施加装置140与作为热源的台130分离，能够不易受到热量的影响。
如第二、第三实施方式中说明那样，也可以将磁场施加装置140配置在台130的下侧或侧方，但是在该情况下，需要从测试头120另行设置用于控制磁场施加装置140的控制线。相对于此，根据实施方式1，由于将磁场施加装置140内置于晶圆连接HiFix150，因此能够利用测试头120与晶圆连接HiFix150之间的既存的接口电路128、152来传送对磁场施加装置140的控制信号，因此能够简化系统。而且，能够将磁场施加装置140与内置于测试头120的硬件同等地处理，因此能够将对磁场施加装置140的控制命令记述在测试器主体110执行的测试程序中。
接下来，说明实施方式1关联的变形例。
(变形例1)
图6是表示变形例1的试验装置100A的图。在该变形例1中，在诊断用探针卡180中，将多个磁检测单元172的GND引脚共通地连接并接地。通过在诊断用探针卡180中将GND引脚彼此短路，由此能够降低阻抗，能够提高对噪声的耐性。
(变形例2)
图7是表示变形例2的试验装置100B的图。磁检测单元172具有磁传感器174、电源引脚VDD、接地引脚GND、一对输出引脚OUTP、OUTN。磁传感器174产生的正极和负极的电信号H+、H-经由输出引脚OUTP、OUTN向诊断用探针卡180供给。诊断用探针卡180具备对电信号H+、H-进行差动放大的放大器184。放大器184的输出经由晶圆连接HiFix150向DVM124供给而被取入。
上述的变形例1与变形例2相比具有能够减少探测针182的根数这样的优点。另一方面，变形例2能够利用分立部件作为放大器184，因此可以使用与集成化于诊断用晶圆170的放大器176相比性能稳定及/或高性能的部件。
(变形例3)
图8是表示变形例3的试验装置100C的图。磁检测单元172的结构与变形例2同样。在变形例3中，磁传感器174产生的正极和负极的电信号H+、H-经由输出引脚OUTP、OUTN、诊断用探针卡180、晶圆连接HiFix150向DVM124供给而被取入。变形例3在电信号H+、H-的信号电平充分大且S/N比高的平台下有效。
(变形例4)
在实施方式1中，对于被试验晶圆10产生了垂直方向的外部磁场BEX，但是并不局限于此，磁场施加装置140可以施加被试验晶圆10的面内方向的外部磁场BEX。图9是变形例1的磁场施加装置140D的剖视图。磁场施加装置140如上所述内置于晶圆连接HiFix150。在图9中，省略试验用探针卡160。
(变形例5)
磁检测单元172可以取代霍尔元件而具备磁阻根据磁场进行变化的MR(磁阻)传感器作为磁传感器174。图10的(a)～(c)是变形例5的磁检测单元172及测试头120的电路图。图10的(a)、(b)的磁检测单元172E、172F包含MR元件178。图10的(a)的测试头120E通过电流施加/电压测定，检测MR元件178的磁阻值的变化。图10的(b)的测试头120F通过电压施加/电流测定，检测MR元件178的磁阻值的变化。图10的(c)的磁检测单元172G除了MR元件178之外，还包含磁阻179。测试头120G向FORCE引脚与GND引脚之间施加定电压，测定在SENSE引脚产生的电压。可以将磁阻179设置于诊断用探针卡180。
(变形例6)
在实施方式中，说明了将被试验晶圆10分割检査的情况，但是在晶圆总括方式(Full Wafer Contact)中也能够适用本公开。在该情况下，磁场施加装置140能够遍及被试验晶圆10的整面地施加均匀的磁场。
(实施方式2)
在实施方式1中，说明了将磁场施加装置140内置于晶圆连接HiFix150的情况，但是并不局限于此。图11是实施方式2的试验装置100H的框图。在实施方式2中，磁场施加装置140配置于台130的下侧。如上所述，台130为热源，磁场施加装置140容易受到热量的影响，因此优选对磁场施加装置140与台130之间进行隔热。
磁场施加装置140产生的外部磁场BEX可以是被试验晶圆10的垂直方向，也可以是面内方向。
(实施方式3)
图12是实施方式3的试验装置100I的框图。在实施方式3中，磁场施加装置140配置在台130的旁边，产生被试验晶圆10的面内方向的外部磁场BEX。根据该结构，能够遍及大范围地形成均匀的磁场。
在实施方式1～3中，说明了被试验器件12为MRAM的情况，但是并不局限于此，被试验器件12可以是包括霍尔传感器、MR传感器等的磁传感器。在该情况下，使磁场施加装置140产生的外部磁场BEX变化，测定磁传感器对此的响应性。
虽然基于实施方式说明了本公开，但是实施方式只不过示出本公开的原理、应用，在实施方式中，在不脱离权利要求书规定的本公开的思想的范围内，可认可较多的变形例、配置的变更。
产业上的可利用性
本公开涉及半导体试验装置。
符号说明
100 试验装置
110 测试器主体
120 测试头
122 器件电源
124 DVM
126 模式发生器
128 接口电路
130 台
140 磁场施加装置
142 芯部
144 线圈
146 驱动电路
150 晶圆连接HiFix
152 接口电路
160 试验用探针卡
162 探测针
170 诊断用晶圆
172 磁检测单元
174 磁传感器
176 放大器
178 MR元件
179 磁阻
180 诊断用探针卡
182 探测针
184 放大器
10 被试验晶圆
12 被试验器件
14 同测区域。

Claims (4)

1.一种试验装置，其对被试验晶圆进行试验，所述被试验晶圆形成有包括磁阻存储器或磁传感器在内的被试验器件，
其特征在于，
所述试验装置具备：
测试头；
台，其在试验工序中载置所述被试验晶圆；
磁场施加装置，其在所述试验工序中向所述被试验晶圆施加磁场；
试验用探针卡，其在所述试验工序中能够对所述被试验晶圆进行探测接触；
诊断用晶圆，其形成有多个磁检测单元，在所述试验装置的诊断工序中，所述诊断用晶圆取代所述被试验晶圆而载置于所述台，通过各磁检测单元能够测定所述磁场施加装置产生的磁场；以及
诊断用探针卡，其在所述诊断工序中取代所述试验用探针卡来使用，能够对所述诊断用晶圆进行探测接触。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，
所述试验装置还具备设置在所述试验用探针卡或所述诊断用探针卡与所述测试头之间的连接单元，
所述磁场施加装置设置于所述连接单元。
3.根据权利要求1或2所述的试验装置，其特征在于，
所述多个磁检测单元分别包含：
磁传感器；以及
将所述磁传感器输出的电信号放大的放大器。
4.根据权利要求1或2所述的试验装置，其特征在于，
所述多个磁检测单元分别包含磁传感器，
所述诊断用探针卡包含与所述多个磁检测单元对应的多个放大器，各放大器将对应的磁传感器输出的电信号放大。
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