DD255410A1

DD255410A1 - Heizbarer scheibenteller fuer automatische waferprober

Info

Publication number: DD255410A1
Application number: DD29827386A
Authority: DD
Inventors: Juergen Wende
Original assignee: Tech Mikroelektronik Forsch
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1988-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen heizbaren Scheibenteller fuer automatische Waferprober zur Messung von mikroelektronischen Testelementen und Schaltkreisen bei Temperaturen bis etwa 300C, wobei sich die Testelemente und Schaltkreise noch im Scheibenverband auf Siliziumscheiben befinden. Der heizbare Scheibenteller ist einfach aufgebaut, weist eine geringe Bauhoehe auf und laesst kurze Aufheiz- und Abkuehlzeiten zu. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass eine Heiz- und Kontaktierscheibe 2, eine Trennscheibe 3, eine Membran 6, ein Dicht- und Kontaktring 9 und zwei Stempel 4 in einer Aufnahme 5 auf einem Waferprober aufsetzbar sind. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen heizbaren Scheibenteller, der auf einem automatischen Waferprober aufgesetzt werden kann und zur Messung mikroelektronischer Testelemente und Schaltkreise bei hohen Temperaturen oder vor und nach Temperatur-Spannungs-Belastungszyklen vorgesehen ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind verschiedene Lösungen von heizbaren Scheibentellern für automatische Waferprober bekannt. Als nächstliegende Lösung wird in der DE-OS 27 53684 ein drehbarer Auflagetisch für automatische Waferprober mit Peltierelementen zur Aufheizung oder Kühlung der Wafer beschrieben. Nachteilig ist hierbei, daß die maximale Heiztemperatur nur ca. 125°C beträgt und daß der Auflagetisch konstruktiv bedingt eine große Wärmekapazität aufweist, die eine hohe Leistung für die Aufheizung und Abkühlung, besonders bei der Messung großer Siliziumscheiben, erfordert. ·

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen heizbaren Scheibenteller für produktive Kontrollmessungen von mikroelektronischen Testelementen und Schaltkreisen auf Siliziumscheiben großen Durchmessers zu realisieren, der einfach aufgebaut ist, eine geringe Bauhöhe besitzt, leicht und schnell auf den Scheibenteller eines Waferprobers aufgesetzt und abgenommen werden kann, eine Temperatur von ca. 300⁰C erreicht, eine geringe Aufheizenergie verbraucht und kurze Aufheiz- und Abkühlzeiten zuläßt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mikroelektronische Testelemente und Schaltkreise auf Siliziumscheiben vorzugsweise großen Durchmessers bei einer Temperatur von ca. 300°C sowie kurzen Aufheiz- und Abkühlzeiten mittels eines Waferprobers zu messen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Heiz- und Kontaktierscheibe aus Silizium nach einer Präparation von oben nach unten eine Kontaktierschicht, eine obere Isolierschicht, eine nichtpräparierte tragende Schicht, eine untere Isolierschicht und eine Widerstandsschicht aufweist. Auf der Widerstandsschicht sind parallel und vom Scheibenmittelpunkt aus in gleichen Abständen zwei niederohmige Kontaktiersegmente für eine Heizstromzuführung angeordnet. Auf der Oberfläche der Heiz- und Kontaktierscheibe sind kreis- und sternförmig angeordnete Vakuumgräben vorhanden. Unter der Heiz- und Kontaktierscheibe befindet sich eine elektrisch und thermisch isolierende Trennscheibe gleichen Durchmessers, die ober- und unterhalb vertikal trapezförmige und horizontal in Kreisen angeordnete Stege aufweist. Durch die Trennscheibe führen zwei Bohrungen für je einen Stempel zur elektrischen Kontaktierung mit den zwei Kontaktiersegmenten und eine dritte Bohrung für einen bis an die untere Isolierschicht heranreichenden Temperaturfühler. Mit den unteren Stegen liegt die Trennscheibe auf dem Boden einer hohlzylinderförmigen inneren Aufnahme auf. Die innere Aufnahme sitzt in einer gleichförmigen äußeren Aufnahme. Zwischen den Böden der inneren und der äußeren Aufnahme ist eine elektrisch isolierende und wärmebeständige Membran eingespannt.

Des weiteren weist die innere Aufnahme in der Seitenwand ringsherum von außen einen rechteckigen Kühlluftkanal auf, von dem mindestens je ein Verbindungskanal unterhalb der Membran zur Kühlung an die zwei Stempel und den Temperaturfühler führt. Ferner besitzen die innere und die äußere Aufnahme drei Bohrungen, die deckungsgleich den Bohrungen in der Trennscheibe vertikal zugeordnet sind. Zum Aufsetzen des Scheibentellers auf einen Waferprober besitzen der Boden der äußeren Aufnahme und die Membran in der Mitte eine kreisförmige Öffnung. Weiterhin sind die zwei Stempel und der Temperaturfühler in der Membran vertikal schwimmend und luftdicht befestigt. Ein Vakuumkanal, der mit Seitenkanälen versehen ist, führt in der Mitte vertikal durch die innere Aufnahme, durch die Trennscheibe und durch die Heiz- und Kontaktierscheibe zur Vakuumherstellung sowohl im Innenraum als auch in den Vakuumgräben des heizbaren Scheibentellers. Ein oberhalb trapezförmiger Dicht- und Kontaktring steht mittels einer nach unten gerichteten Schneide mit der Kontaktierschicht und mittels einer nach unten gerichteten Auflagefläche mit der inneren Aufnahme in Eingriff. Sowohl die elektrische Kontaktierung der Heiz- und Kontaktierscheibe als auch eine feste Aufspannung des Scheibentellers auf einem Waferprober erfolgt nur unter angelegtem Vakuum.

In Ausgestaltung der Erfindung kann die Widerstandsschicht einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gegenüber der tragenden Schicht aufweisen.

Des weiteren kann die Widerstandsschicht ein Metallsilizid, eine metallische Schicht oder Polysilizium sein. Ferner kann die tragende Schicht vertikal über der Bohrung für den Temperaturfühler ein Kontaktfeld für einen elektrischen Anschluß zur Festlegung des elektrischen Potentials in der tragenden Schicht aufweisen

Anstelle präparierter Schichten kann die Heiz- und Kontaktierscheibe aus einzelnen Scheiben bestehen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles und drei Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine Seitenansicht des heizbaren Scheibentellers mit Detaildarstellungen Fig.2: eine Draufsicht der Heiz- und Kontaktierscheibe in Detaildarstellung

Fig. 3: eine Draufsicht des heizbaren Scheibentellers in Detaildarstellung ohne Heiz-und Kontaktierscheibe sowie ohne Dicht- und Kontaktring

Aus Fig. 1 ist in einer Teilseitenansicht der Aufbau des heizbaren Scheibentellers zu entnehmen. Er besteht aus einer Heiz- und Kontaktierscheibe 2, die auf ihrer Oberfläche kreis- und sternförmig angeordnete Vakuumgräben 2.1 besitzt (Fig. 2).

Die Heiz- und Kontaktierscheibe 2 besteht nach einer in der Halbleiterherstellung üblichen Präparation von oben nach unten aus einer Kontaktierschicht 2.2, einer oberen Isolierschicht 2.3, einer tragenden nichtpräparierten Schicht 2.4, einer unteren Isolierschicht 2.5 und einer Widerstandsschicht 2.6 auf der parallel und vom Scheibenmittelpunkt aus in gleichen Abständen zwei niederohmige Kontaktiersegmente 2.7 für eine Heizstromzuführung angeordnet sind.

Dfe Widerstandsschicht 2.6 ist vorzugsweise ein Metallsilizid, kann aber auch eine metallische Schicht oder Polysilizium sein. Des weiteren kann die Widerstandsschicht 2.6 einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gegenüber der tragenden Schicht 2.4 aufweisen, wobei der pn-übergang die untere Isolierschicht 2.5 ersetzt.

Die tragende Schicht 2.4 kann vertikal über der Bohrung 7 für den Temperaturfühler 10 ein Kontaktfeld 2.8 zur Festlegung des elektrischen Potentials in der tragenden Schicht 2.4 aufweisen.

Die Heiz-und Kontaktierscheibe 2 kann anstelle der Schichten 2.2 bis 2.6 auch aus einzelnen Scheiben bestehen. Unter der Heiz- und Kontaktierscheibe befindet sich eine elektrisch und thermisch isolierende Trennscheibe 3 gleichen Durchmessers, die vertikal trapezförmige und horizontal in Kreisen angeordnete Stege 3.1 aufweist (Fig.3).

Durch die Trennscheibe 3 führen zwei Bohrungen 7 für je einen Stempel 4 zur elektrischen Kontaktierung mit den zwei Kontaktiersegmenten 2.7 und eine dritte Bohrung 7 für einen bis an die untere Isolierschicht 2.5 heranreichenden Temperaturfühler 10. Die Trennscheibe 3 liegt mit den unteren Stegen 3.1 auf dem Boden einer hohlzylinderförmigen inneren Aufnahme 5.1 auf. Die innere Aufnahme 5.1 sitzt in einer gleichförmigen äußeren Aufnahme 5.2. Zwischen den Böden der inneren und der äußeren Aufnahme 5.1; 5.2 ist eine elektrisch isolierende und wärmebeständige Membran 6 mittels Schraubverbindungen eingespannt. Die innere Aufnahme 5.1 weist in der Seitenwand ringsherum von außen einen rechteckigen Kühlluftkanal 5.3 auf, von dem mindestens je ein Verbindungskanal 5.4 unterhalb der Membran 6 zur Kühlung an die zwei Stempel 4führt. Des weiteren besitzen die innere und die äußere Aufnahme 5.1; 5.2 drei Bohrungen?, die deckungsgleich den Bohrungen 7 in der Trennscheibe 3 vertikal zugeordnet sind. Zum Aufsetzen des Scheibentellers auf einen Waferprober ist in der Mitte des Bodens der äußeren Aufnahme 5.2 und in der Membran 6 eine kreisförmige Öffnung vorhanden. Die zwei Stempel 4 und der Temperaturfühler 10 sind in der Membran 6 vertikal schwimmend und luftdicht befestigt. Ein Vakuemkanal 8, der mit Seitenkanälen versehen ist, führt in der Mitte vertikal durch die innere Aufnahme 5.1, durch die Trennscheibe 3 und durch die Heiz- und Kontaktierscheibe 2 zur Vakuumherstellung sowohl im Innenraum 11 des Scheibentellers als auch in den Väkuumgräben 2.1. Ein oberhalb trapezförmiger Dicht- und Kontaktring 9 steht mittels einer nach unten gerichteten Schneide 9.1 mit der Kontaktierschicht 2.2 und mittels einer nach unten gerichteten Auflagefläche 9.2 mit der inneren Aufnahme 5.1 in Eingriff.

Derfunktionsfähige Zustand des heizbaren Scheibentellers wird nach angelegtem Vakuum hergestellt. Unter Vakuum werden eine zu messende Siliziumscheibe 1, die Heiz-und Kontaktierscheibe 2, die Trennscheibe 3, die Stempel 4 und der Temperaturfühler 10 gegeneinander, der Dicht- und Kontaktring 9 sowohl auf die innere Aufnahme 5.1 als auch auf die Kantaktierschicht 2.2 gepreßt und der Scheibenteller insgesamt auf den Waferprober aufgespannt. Die in der Widerstandsschicht 2.6 erreichbare Temperatur von ca. 300⁰C wird weitestgehend gleichmäßig auf die zu messende SiJiziumscheibe 1 übertragen. Die Trennscheibe 3, bestehend z. B. aus Quarzglas und mit schmalen Stegen 3.1 versehen, bewirkt eine geringe Wärmeableitung auf die Aufnahme 5. Des weiteren ist mittels Kühlluftkanal 5.3 und Verbindungskanälen 5.4 eine Konstanthaltung der Temperatur des heizbaren Scheibentellers möglich. Eine schnelle Abkühlung des heizbaren Scheibentellers kann mittels einer nicht dargestellten Gasdusche bewirkt werden.

Die Messung der mikroelektronischen Testelemente und Schaltkreise auf der Siliziumscheibe 1 erfolgt mittels Waferprober auf bekannte Art und Weise. Der Dicht- und Kontaktring 9 stellt hierbei die elektrische Verbindung zwischen Kontaktierschicht 2.2 und Aufnahme 5 her.

Der erfindungsgemäße heizbare Scheibenteller eignet sich bei geringer Gestaltungsänderung der äußeren Aufnahme 5.2, die zeichnerisch nicht dargestellt ist, auch für Drehbewegungen mit einem Drehwinkel >360°. Die Seitenwand der äußeren Aufnahme 5.2 wird vom Boden getrennt und nach unten verlängert zur Aufnahme von gegeneinander isolierten Kontaktbürsten sowie zur statischen Befestigung am Waferprober. Der Boden der äußeren Aufnahme 5.2 wird nach unten verstärkt zur Anbringung von gegeneinander isolierten Schleifringen, die bei Drehbewegungen des Scheibentellers ständig mit den Kontaktbürsten in Eingriff stehen, sowie elektrische Kabelverbindungen zu den zwei Stempeln 4 und zum Temperaturfühler 10 aufweisen.

Der Vorteil der erfinderischen Lösung besteht darin, daß der heizbare Scheibenteller einfach aufgebaut ist, eine geringe Bauhöhe besitzt, leicht und schnell auf den Scheibenteller eines Waferprobers aufgesetzt und abgenommen werden kann, eine Temperatur von ca. 300⁰C realisiert, eine geringe Aufheizenergie verbraucht und kurze Aufheiz- und Abkühlzeiten zuläßt.

Claims

1. Heizbarer Scheibenteller für automatische Waferprober zur Messung von mikroelektronischen Testelementen und Schaltkreisen bei hohen Temperaturen, wobei sich die Testelemente und Schaltkreise noch im Scheibenverband auf Siliziumscheiben mit vorzugsweise großen Durchmesser befinden, bestehend aus einer Aufnahme, einer Heizeinrichtung, einem Temperaturfühler und Vakuumkanälen, gekennzeichnet dadurch, daß eine Heiz- und Kontaktierscheibe (2) aus Silizium nach einer Präparation von oben nach unten eine Kontaktierschicht (2.2), eine obere Isolierschicht (2.3), eine nichtpräparierte tragende Schicht (2.4), eine untere Isolierschicht (2.5) und eine Widerstandsschicht (2.6), auf der parallel und vom Scheibenmittelpunkt aus in gleichen Abständen zwei niederohmige Kontaktiersegmente (2.7) für eine Heizstromzuführung angeordnet sind, aufweist, daß auf der Oberfläche der Heiz- und Kontaktierscheibe (2) kreis-und sternförmig angeordnete Vakuumgräben (2.1) vorhanden sind, daß sich des weiteren unter der Heiz- und Kontaktierscheibe (2) eine elektrisch und thermisch isolierende Trennscheibe (3) gleichen Durchmessers befindet, die ober- und unterhalb vertikal trapezförmige und horizontal in Kreisen angeordnete Stege (3.1) aufweist, daß durch die Trennscheibe (3) zwei Bohrungen (7) für je einen Stempel (4) zur elektrischen Kontaktierung mit den zwei Kontaktiersegmenten (2.7) und eine dritte Bohrung (7) für einen bis an die untere Isolierschicht (2.5) heranreichenden Temperaturfühler (10) führen, daß die Trennscheibe (3) mit den unteren Stegen (3.1) auf dem Boden einer hohlzylinderförmigen inneren Aufnahme (5.1) aufliegt, daß die innere Aufnahme (5.1) in einer gleichförmigen äußeren Aufnahme (5.2) sitzt, daß zwischen den Böden der inneren und der äußeren Aufnahme (5.1; 5.2) eine elektrisch isolierende und wärmebeständige Membran (6) eingespannt ist, daß ferner die innere Aufnahme (5.1) in der Seitenwand ringsherum von außen einen rechteckigen Kühlluftkanal (5.3) aufweist, von dem mindestens je ein Verbindungskanal (5.4) unterhalb der Membran (6) zur Kühlung an die zwei Stempel (4) und den Temperaturfühler (10) führt, daß die innere und die äußere Aufnahme (5.1; 5.2) drei Bohrungen (7) besitzen, die deckungsgleich den Bohrungen (7) in der Trennscheibe (3) vertikal zugeordnet sind, daß der Boden der äußeren Aufnahme (5.2) und die Membran (6) in der Mitte eine kreisförmige Öffnung zum Aufsetzen des Scheibentellers auf einen Waferprober besitzen, daß weiterhin die zwei Stempel (4) und der Temperaturfühler (10) in der Membran (6) vertikal schwimmend und luftdicht befestigt sind, daß ein Vakuumkanal (8), mit Seitenkanälen versehen, in der Mitte vertikal durch die innere Aufnahme (5.1) durch die Trennscheibe (3) und durch die Heiz- und Kontaktierscheibe (2) zur Vakuumherstellung sowohl im Innenraum (11) als auch in den Vakuumgräben (2.1) geführt ist, daß weiterhin ein oberhalb trapezförmiger Dicht- und Kontaktring (9) mittels einer nach unten gerichteten Schneide (9.1) mit der Kontaktierschicht (2.2) und mittels einer nach unten gerichteten Auflagefläche (9.2) mit der inneren Aufnahme (5.1) in Eingriff steht, daß des weiteren nur unter angelegtem Vakuum sowohl die elektrische Kontaktierung der Heiz- und Kontaktierscheibe (2) als auch eine feste Aufspannung des Scheibentellers auf einem Waferprober erfolgt.

2. Heizbarer Scheibenteller nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Widerstandsschicht (2.6) einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gegenüber der tragenden Schicht (2.4) aufweist.

3. Heizbarer Scheibenteller nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Widerstandsschicht (2.6) ein Metallsilizid ist.

4. Heizbarer Scheibenteller nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Widerstandsschicht (2.6) Polysilizium ist.

5. Heizbarer Scheibenteller nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Widerstandsschicht (2.6) eine metallische Schicht ist.

6. Heizbarer Scheibenteller nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die tragende Schicht (2.4) vertikal über der Bohrung (7) für den Temperaturfühler (10) ein Kontaktfeld (2.8) für einen elektrischen Anschluß aufweist.

7. Heizbarer Scheibenteller nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Heiz- und Kontaktierscheibe (2) anstelle von Schichten (2.2 bis 2.6) einzelne Scheiben aufweist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen