DE10106557B4

DE10106557B4 - Testanordnung zum parallelen Hochfrequenztest einer Mehrzahl von Halbleiterbausteinen

Info

Publication number: DE10106557B4
Application number: DE2001106557
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Pöchmüller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2021-02-14
Also published as: DE10106557A1

Abstract

Testanordnung zum parallelen Hochfrequenztest einer Mehrzahl von Halbleiterbausteinen, mit
einem Testgerät (1), das Testsignale, insbesondere Daten-, Steuer-, Adreß- und Taktsignale, erzeugt, über eine Mehrzahl von Testerkanälen (5a,5b; 25,26) ausgibt, den zu testenden Bausteinen (3) zuführt und die von den zu testenden Bausteinen (3) in Abhängigkeit von den Testsignalen erzeugten Antwortsignale zur Auswertung aufnimmt, wobei
die Testanordnung Mittel zur optischen Signalübertragung (6-9, 9–15; 20–28; 30–38) aufweist, um Testsignale von dem Testgerät (1) zu den zu testenden Bausteinen (3) und die von den zu testenden Bausteinen (3) erzeugten Antwortsignale zum Testgerät (1) zu übertragen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel zur optischen Signalübertragung (6–9, 9–15; 20–28; 30–38) ein erstes Signalübertragungsmittel (9–15; 30–38) zur bidirektionalen Kommunikation des Testgeräts (1) mit den zu testenden Bausteinen (3) umfaßt, das
– genau einen Lichtwellenleiter (30) zur bidirektionalen Kommunikation des Testgeräts (1) mit den zu testenden Bausteinen (3),
– Mittel zum Senden...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Testanordnung zum parallelen Hochfrequenztest einer Mehrzahl von Halbleiterbausteinen mit einem Testgerät, das Testsignale, insbesondere Daten-, Steuer-, Adreß- und Taktsignale, erzeugt, über eine Mehrzahl von Testerkanälen ausgibt, den zu testenden Bausteinen zuführt und die von den zu testenden Bausteinen in Abhängigkeit von den Testsignalen erzeugten Antwortsignale zur Auswertung aufnimmt.

Heutige DRAM (Dynamic Random Access Memory-Chips) werden mit kostspieligen Speichertestsystemen getestet. Auf diesen Testern werden dabei Testprogramme zur Überprüfung der Funktionstauglichkeit der Speicherchips eingesetzt. Dabei werden Signale mit genau definierten Spannungspegeln zu exakt definierten Zeitpunkten an den zu testenden Halbleiterschaltkreis (kurz DUT für Device Under Test) angelegt. Während der Überprüfung der Lesefunktion von dem DUT ist es darüber hinaus möglich, von dem DUT kommende Signale zu genau definierten Zeitpunkten in das Testgerät einzulesen und mit erwarteten Signalwerten zu vergleichen.

Aufgrund der hohen Frequenzen, bei denen heutige Speicherbausteine arbeiten, zum Beispiel 200 – 300 MHz bei DDR (Double Data Rate)-DRAMs und 400 – 800 MHz bei Rambus-DRAMs erfordert die Spezifikation dieser Chips eine hohe Genauigkeit der Signale. So sind beispielsweise bei DDR-Speichern Signalspezifikationen in der Größenordnung von 400 ps bereits heute üblich. Die verwendeten Produktions- und Speichertestsysteme müssen daher höchsten technischen Anforderungen genügen, was zu entsprechend hohen Produktions- und Testkosten führt. Gegenwärtig kosten DRAM-Testgeräte; die die genannten Spezifikationen erfüllen, je Stück mehrere Millionen Dollar. All dies führt dazu, daß bei höchstfrequenten Speicherbausteinen die Testkosten bereits bis zu 30% der gesamten Herstellungskosten ausmachen.

Aus diesem Grund werden Testkonzepte vorangetrieben, die die parallele Prüfung mehrerer Bausteine zugleich erlauben. Hierzu wird ein Teil der Testerkanäle parallel zu mehreren der zu testenden Halbleiterbausteinen geführt. Dies, sowie die großen mechanischen Abmessungen heutiger Produktionstester führen zu deutlichen, und für die verschiedenen zu testenden Bausteine unterschiedlichen Leitungslaufzeiten, welche allerdings im Widerspruch zu den hohen Testfrequenzen und den exakt spezifizierten Verzögerungszeiten stehen.

So erzeugt in einer typischen Testanordnung zum parallelen Hochfrequenztest von Speicherbausteinen ein hochgenaues Testgerät Ansteuersignale und liest entsprechende Rücksignale von den zu testenden Bausteinen ein. Dabei werden die vom Testgerät kommenden Signalleitungen üblicherweise auf ein sogenanntes Load/Socketboard geführt, welches mit Sockeln zur mechanischen Aufnahme der zu testenden Bausteine bestückt ist. Die Abmessungen einer solchen Anordnung sind relativ groß und können durchaus in einer Größenordnung von bis zu einem Meter liegen.

Dies gilt insbesondere für Wafertester, die über einen Waferprober mit Nadelkarten die einzelnen zu testenden Bausteine vor der Vereinzelung auf dem Wafer kontaktieren und testen. Die damit verbundene hohe Zahl in enger Nachbarschaft verlaufender Signalleitungen führt zu großen Leitungslaufzeiten sowie zu Kopplungseffekten, da eine perfekte Abschirmung der Signale gegeneinander in der Praxis nicht möglich ist.

Die beschriebene Problematik wird durch hochparalleles Testen weiter verschärft. Die Produktionstester sind sehr kostspielig, weshalb man bestrebt ist, möglichst viele Bausteine gleichzeitig zu testen. Bei einer vorgegebenen Anzahl von Te sterkanälen versucht man daher, gleiche Testsignale an mehrere zu testende Bausteine zu führen. Dies ist bei Speicherbausteinen beispielsweise bei den Adreßsignalen möglich. Diese Vorgehensweise hat allerdings den Nachteil, daß dann die Leitungen besonders stark kapazitiv belastet werden und eine große Leitungslänge aufweisen. Weiter wird die Testungenauigkeit vergrößert, da dasselbe Signal nun zu verschiedenen Zeitpunkten an den verschiedenen zu testenden Bausteinen ankommt.

Eine Testanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der Druckschrift DE 198 82 290 T1 bekannt.

Die Druckschrift DE 692 16 296 T2 offenbart eine optischen Verteiler zur Verwendung in einem Lichtleiter-Kommunikationssystem, das Lichtenergie aus einer einzigen Eingabe auf eine Mehrzahl von Ausgaben abzweigt.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 197 43 709 A1 zeigt und beschreibt ein rein elektrisches IC-Testgerät mit Leitern zum Übertragen von Signalen zwischen einem Baustein und dem Testgerät, bei dem eine Wähleinrichtung zum Auswählen von einem der Ausgangssignale zweier Vergleichschaltungen vorgesehen ist.

Hier setzt die Erfindung an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Testanordnung so weiterzuentwickeln, daß insbesondere die Laufzeitunterschiede bei parallelen Hochfrequenztests einer Mehrzahl von Halbleiterbausteinen unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Testanordnung gemäß Anspruch 1 oder 3 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß weist eine gattungsgemäße Testanordnung Mittel zur optischen Signalübertragung auf, um Testsignale von dem Testgerät zu den zu testenden Bausteinen und die von den zu testenden Bausteinen erzeugten Antwortsignale zum Testgerät zu übertragen. Durch die hohe Übertragungsgeschwindigkeit lassen sich Laufzeitunterschiede verschiedener Signalstrecken bei der optischen Signalübertragung vermeiden.

Darüber hinaus treten auch bei einer sehr großen Zahl von parallel getesteten Bausteinen und nahe aneinander geführter Signalleitungen keine Kopplungseffekte zwischen den Leitungen auf. Ferner werden die Signalleitungen durch die zu testenden Bausteine kapazitiv nicht belastet, so daß die an den Eingängen der Bausteine ankommende Signalform der ausgesandten Signalform sehr gut entspricht.

Bevorzugt umfassen die Mittel zur optischen Signalübertragung erste Signalübertragungsmittel zur bidirektionalen Kommunikation des Testgeräts mit den zu testenden Bausteinen und zweite Signalübertragungsmittel zum Anlegen derselben Testsignale an eine Mehrzahl von zu testenden Bausteinen. Aufgrund der optischen Signalübertragung ist es möglich, dasselbe Testsignal an eine große Zahl von zu testenden Bausteinen gleichzeitig anzulegen, ohne daß die Signalleitung dabei kapazitiv belastet wird. Dies ermöglicht eine signifikante Erhöhung der Zahl der Bausteine, die innerhalb der Spezifikationsvorgaben parallel getestet werden können.

Die Zahl der Bausteine, an die dieselben Testsignale angelegt wird, ist im allgemeinen kleiner als die Gesamtanzahl der parallel getesteten Bausteine. Es ist jedoch auch möglich, daß bestimmte Testsignale, beispielsweise Adreßsignal an alle parallel getesteten Bausteine angelegt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung übertragen die ersten Signalübertragungsmittel I/O-Testsignale und die zweiten Signalübertragungsmittel Adreßsignale.

Bevorzugt weist ein erstes Signalübertragungsmittel einen ersten Lichtwellenleiter zur Übertragung der Testsignale von dem Testgerät zu den zu testenden Bausteinen, einen zweiten Lichtwellenleiter zum Übertragen der von den zu testenden Bausteinen erzeugten Antwortsignale zum Testgerät und einen Multiplexer zum Umschalten der Übertragungsrichtung auf.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist ein erstes Signalübertragungsmittel genau einen Lichtwellenleiter zur bidirektionalen Kommunikation des Testgeräts mit den zu testenden Bausteinen, Mittel zum Senden der Testsignale von dem Testgerät zu den zu testenden Bausteinen mit einer ersten Lichtwellenlänge, und Mittel zum Senden der von den zu testenden Bausteinen erzeugten Antwortsignale zum Testgerät mit einer zweiten, unterschiedlichen Lichtwellenlänge auf.

In einer Ausgestaltung der Testanordnung kommuniziert über jedes der ersten Signalübertragungsmittel genau ein Testerkanal mit genau einem zu testenden Baustein.

Ein zweites Signalübertragungsmittel weist zweckmäßigerweise einen Lichtwellenleiter auf, der bausteinseitig in eine Mehrzahl von Lichtwellenleiter aufgespalten ist, um die Testsignale an die Mehrzahl von zu testenden Bausteinen anzulegen. Die Aufspaltung des Lichtwellenleiters erfolgt dabei in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Aufsplittung eines Glasfaserkabels oder mit Hilfe optischer Prismen.

Die Verwendung von Lichtwellenleitern bietet den Vorteil einer hohen Bandbreite bei sehr geringer Dämpfung, dem Fehlen von Übersprechen zwischen benachbarten Leitungen, der Unempfindlichkeit gegen die Einkopplung von Störsignalen und der galvanischen Trennung der Endstellen. Bei den relativ kurzen Wegstrecken in der Testanordnung kommen sowohl Mono- als auch Multimodefasern in Betracht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Zahl der erforderlichen Übertragungsstrecken zwischen Testgerät und den zu testenden Bausteinen dadurch reduziert, daß mehrere verschiedene Signale über dieselbe Übertragungsstrecke bei verschiedenen Lichtwellenlängen übertragen werden. Die Signalübertragungsmittel weisen dazu bevorzugt Mittel zum Senden von für verschiedene Bausteine bestimmte Testsignale bei verschiedenen Lichtwellenlängen auf, sowie Mittel zum Empfangen und Weiterleiten der bei verschiedenen Wellenlängen gesendeten Testsignale zu den entsprechenden Bausteinen.

Die Zahl der Testerkanäle der Testanordnung beträgt bevorzugt mehr als 100, besonders bevorzugt mehr als 500, ganz besonders bevorzugt mehr als 1.000.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei sind jeweils nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Es zeigt

1 eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

2 eine schematische Teildarstellung anderen eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

3 eine schematische Teildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Wie in 1 gezeigt, erzeugt ein hochgenaues Testgerät 1 Testsignale, insbesondere Daten-, Steuer-, Adreß- und Taktsignale, die über Testerkanäle 5a, 5b ausgegeben werden. Die elektrischen Signale werden über optische Bauelemente, im Ausführungsbeispiel Laserdioden 6, 13, in optische Signale umgewandelt und in Glasfaserkabel 7, 10 eingekoppelt, die die Signale zu den zu testenden Bausteinen 3 übertragen.
Eine Mehrzahl von zu testenden Speicherbausteinen 3, beispielsweise 16, sind auf einem Load/Socketboard 4 angeordnet, das mit Sockeln zur mechanischen Aufnahme der zu testenden Speicherbausteine 3 bestückt ist. Jeder Speicherbaustein 3 weist eine Vielzahl von Adreß- (Bezugszeichen 16) und I/O-Anschlüssen (Bezugszeichen 17) auf, von denen in der schematischen Darstellung der Figur jeweils nur einer gezeigt ist. Dabei besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Anschlußarten darin, daß an die Adreßeingänge 16 nur das Anlegen eines Testsignals zur Adreßauswahl erforderlich ist, Das Glasfaserkabel 7 ist speicherbausteinseitig in drei Glasfasern 7a, 7b, 7c aufgesplittet, so daß ein über den Testerkanal 5a ausgegebene Adreßsignal gleichzeitig an drei Speicherbausteine 3 angelegt wird.
Das am Ende jeder Glasfaser 7a–7c, 10 ausgekoppelte Licht wird über ein optisches Bauelement, im Ausführungsbeispiel einen optischen Transistor 8 in ein elektrisches Signal umgewandelt, und durch einen Verstärker 9 auf einen programmierbaren Spannungswert gebracht.
Die bidirektionale Kommunikation des Testgeräts 1 mit einem I/O-Anschluß 17 des Speicherbausteins 3 erfolgt im Ausführungsbeispiel über eine doppelte Glasfaser 10. Dabei wird ein am Testerkanal 5b ausgegebenes Testsignal von der Laserdiode 13 in eine optisches Signal umgewandelt und in die zugehörige Glasfaser 10a eingekoppelt. Am Ende der Übertragungsstrecke nimmt ein optischer Transistor 11 zusammen mit einem Verstärker 9 das Signal auf und leitet es nach Umwandlung in ein elektrisches Signal dem I/O-Anschluß 17 des Bausteins 3 zu.
Die Antwortsignale des Speicherbausteins 3 laufen über die Laserdiode 12, die zweite Glasfaser 10b und den optischen Transistor 14 den umgekehrten Weg. Der Multiplexer 15 führt dabei, je nachdem, ob ein Schreib- oder Lesesignal vorliegt, das richtige Leitungssignal an den Testerkanal 5b.
Anstelle der doppelten Glasfaser 10 kann auch eine einzige Glasfaser 30 verwendet werden (3), wobei die Übertragung vom Testgerät 1 zum Speicherbaustein 3 bzw. umgekehrt bei unterschiedlichen Lichtwellenlängen λ₁, λ₂ stattfindet. Ein testerseitige Laserdiode 33 sendet dabei Licht der Wellenlänge λ₁ aus, das von dem optischen Transistor 31 aufge nommen und an den Speicherbaustein 3 weitergeleitet wird. Die Antwortsignale werden von bausteinseitige Laserdiode 32 bei der Wellenlänge λ₂ emittiert und von dem optischen Transistor 34 aufgenommen. Beiderseits der Glasfaser 30 ist jeweils eine Optik 37, 38 zum Ein- und Auskoppeln der Strahlung vorgesehen.
Durch die Verwendung verschiedener Wellenlängen ist es auch möglich, mehrere verschiedene Testsignale über eine einzige Glasfaser 20 vom Testgerät 1 zu den zu testenden Bausteinen 3 zu übertragen. 2 zeigt, wie die Testsignale von zwei Testerkanälen 25, 26 über eine einzige Glasfaser 20 übertragen werden. Die Laserdioden 21, 22 emittieren bei zwei unterschiedlichen Lichtwellenlängen λ₁, λ₂. Beide Testsignale werden über ein Optik 27 in die Glasfaser 20 eingekoppelt und bausteinseitig über ein Optik 28 ausgekoppelt.
Optische Transistoren 23, 24 nehmen die Signale der entsprechenden Wellenlänge auf und leiten sie jeweils an einen der Speicherbausteine 3 weiter. Zur Diskriminierung der Wellenlängen kann die Optik 28 auch verschiedene Filter, beispielsweise Bandpassfilter für die Wellenlängen λ₁ und λ₂ vor den zugehörigen optischen Transistoren 23,24 aufweisen.
Bausteinseitig kann somit nun anhand der Wellenlänge erkannt werden, zu welchem Baustein ein bestimmtes Testsignal gehört. Dadurch läßt sich, insbesondere bei höchstparallelen Tests mit mehreren tausend Testerkanälen die Zahl der notwendigen Verbindungen zwischen Testgerät und zu testenden Bausteinen deutlich reduzieren.

Claims

Testanordnung zum parallelen Hochfrequenztest einer Mehrzahl von Halbleiterbausteinen, mit einem Testgerät (1), das Testsignale, insbesondere Daten-, Steuer-, Adreß- und Taktsignale, erzeugt, über eine Mehrzahl von Testerkanälen (5a,5b; 25,26) ausgibt, den zu testenden Bausteinen (3) zuführt und die von den zu testenden Bausteinen (3) in Abhängigkeit von den Testsignalen erzeugten Antwortsignale zur Auswertung aufnimmt, wobei die Testanordnung Mittel zur optischen Signalübertragung (6-9, 9–15; 20–28; 30–38) aufweist, um Testsignale von dem Testgerät (1) zu den zu testenden Bausteinen (3) und die von den zu testenden Bausteinen (3) erzeugten Antwortsignale zum Testgerät (1) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur optischen Signalübertragung (6–9, 9–15; 20–28; 30–38) ein erstes Signalübertragungsmittel (9–15; 30–38) zur bidirektionalen Kommunikation des Testgeräts (1) mit den zu testenden Bausteinen (3) umfaßt, das – genau einen Lichtwellenleiter (30) zur bidirektionalen Kommunikation des Testgeräts (1) mit den zu testenden Bausteinen (3), – Mittel zum Senden der Testsignale (33) von dem Testgerät (1) zu den zu testenden Bausteinen (3) mit einer ersten Lichtwellenlänge (λ₁), und – Mittel zum Senden (32) der von den zu testenden Bausteinen erzeugten Antwortsignale (3) zum Testgerät (1) mit einer zweiten, unterschiedlichen Lichtwellenlänge (λ₂) aufweist.
Testanordnung nach Anspruch 1, bei der die Mittel zur optischen Signalübertragung (6–9, 9–15; 20–28; 30–38) weiter zweite Signalübertragungsmittel (6–9; 20–28) zum Anlegen derselben Testsignale an eine Mehrzahl von zu testenden Bausteinen (3) umfassen.
Testanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Signalübertragungsmittel (20–28) Mittel zum Senden (21,22) von für verschiede Bausteine (3) bestimmte Testsignale bei verschiedenen Lichtwellenlängen, und Mittel zum Empfangen und Weiterleiten (23,24,28) der bei verschiedenen Wellenlängen gesendeten Testsignale zu den entsprechenden Bausteinen (3) aufweisen.
Testanordnung nach Anspruch 3, bei der die Mittel zur optischen Signalübertragung (6–9, 9–15; 20–28; 30–38) umfassen: – erste Signalübertragungsmittel (9–15; 30–38) zur bidirektionalen Kommunikation des Testgeräts (1) mit den zu testenden Bausteinen (3), und – zweite Signalübertragungsmittel (6–9; 20–28) zum Anlegen derselben Testsignale an eine Mehrzahl von zu testenden Bausteinen (3).
Testanordnung nach Anspruch 2 oder 4, bei der die ersten Signalübertragungsmittel (9–15; 30–38) I/O-Testsignale übertragen und die zweiten Signalübertragungsmittel (6–9; 20–28) Adreßsignale übertragen.
Testanordnung nach Anspruch 2, 4 oder 5, bei der ein erstes Signalübertragungsmittel (9–15) einen ersten Lichtwel lenleiter (10a) zum Übertragen der Testsignale von dem Testgerät (1) zu den zu testenden Bausteinen (3), einen zweiten Lichtwellenleiter (10b) zum Übertragen der von den zu testenden Bausteinen (3) erzeugten Antwortsignale zum Testgerät (1), und einen Multiplexer (15) zum Umschalten der Übertragungsrichtung aufweist.
Testanordnung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der über jedes der ersten Signalübertragungsmittel (9–15; 30-38) genau ein Testerkanal (5b) mit genau einem zu testenden Baustein (3) kommuniziert.
Testanordnung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der ein zweites Signalübertragungsmittel (6–9) einen Lichtwellenleiter (7) aufweist, der bausteinseitig in eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern (7a,7b,7c) aufgespalten ist, um die Testsignale an eine Mehrzahl von zu testenden Bausteinen (3) anzulegen.
Testanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, bei der die Zahl der Testerkanäle (5a,5b; 25,26) mehr als 100, bevorzugt mehr als 500, besonders bevorzugt mehr als 1000 beträgt.