DE19717369A1 - Prüfkarte und diese verwendende Untersuchungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Prüfkarte (Meßfühlerkarte, Tast­ kopfkarte) die bei einem Meßfühler zum Messen elektrischer Eigenschaften einer integrierten Halbleiterschaltung zu ver­ wenden ist. Genauer betrifft die Erfindung eine Prüfkarte, die eine Einbrennuntersuchung (Untersuchung bei künstlicher Alterung, Frühausfalluntersuchung, Burn-In-Untersuchung) be­ züglich einer Vielzahl von Chips im Waferzustand durchführen kann, sowie eine die Prüfkarte verwendende Untersuchungsvor­ richtung.

Zum Erhalt einer Zuverlässigkeit von Endprodukten wird her­ kömmlich eine Einbrennuntersuchung als ein Sortierverfahren zur Auslese versteckter Defekte (latenter Fehler) der inte­ grierten Halbleiterschaltung verwendet. Fig. 5 zeigt eine Darstellung eines herkömmlichen Einbrennuntersuchungsverfah­ rens, wobei die Bezugszahlen 31, 32, 33 und 34 jeweils eine bei Zusammenbauschritten vervollständigte integrierte Schal­ tung, ein Sockel, ein thermostatischer Ofen bzw. eine Span­ nungsanlegeeinheit darstellen. Die herkömmliche Einbrennun­ tersuchung weist die Schritte Einsetzen der integrierten Halbleiterschaltung 31 in den Sockel 32 innerhalb des thermo­ statischen Ofens 33, Anlegen einer Spannung, die höher als unter den tatsächlichen Verwendungsbedingungen ist, durch die Spannungsanlegeeinrichtung 34, Erzeugen von Lufttemperaturen, die höher als unter tatsächlichen Verwendungsbedingungen sind, und Bewirken eines Alterungsvorgangs. Eine Untersuchung unter härteren Bedingungen als unter praktischen Verwendungs­ bedingungen kann auf diese Weise die versteckten Probleme in kurzer Zeitdauer finden.

In letzter Zeit wurde ein Verfahren zur Durchführung der Ein­ brennuntersuchung im Waferzustand vorgeschlagen, bei dem ein Meßfühler zum Messen der elektrischen Eigenschaften der inte­ grierten Halbleiterschaltung verwendet wird. Beispielsweise ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 340 964/1993 eine Einbrennuntersuchungsvorrichtung vorgeschlagen worden, die die Spannung bezüglich aller Chips gleichzeitig anlegen kann, wobei die Anschlüsse die Bondanschlußflächen der Chips an dem Halbleiterwafer berühren, während die Rückseite des Halbleiterwafers mit einer Heizeinrichtung erhitzt wird.

Bei der herkömmlichen Einbrennuntersuchung war es schwierig zu unterscheiden, ob die Probleme durch die Waferverarbeitung oder durch das Gehäuse verursacht werden, da die Untersuchung im im Gehäuse eingebauten Zustand (Gehäusezustand) nach Voll­ endung der Zusammenbauschritte durchgeführt wurde. Außerdem war der Temperaturanstieg aufgrund des Gehäuses beschränkt, obwohl es möglich war, die Temperatur während der Untersu­ chung im Waferzustand weiter zu steigern. Außerdem waren Ein­ richtungen wie eine Vielzahl von Sockeln 32 und ein thermo­ statischer Ofen 32 erforderlich, was zu höheren Kosten und einem größeren Bauraum führte.

Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme ist es ef­ fektiv, die Einbrennuntersuchung im Waferzustand durch Ver­ wendung eines Meßfühlers durchzuführen. Es war jedoch schwie­ rig zu erreichen, daß die Meßfühlernadeln die Bondanschluß­ fläche der Chips berühren, wodurch die Positioniergenauigkeit der Nadeln verschlechtert wurde und eine Beschränkung der An­ zahl der Nadeln verursacht wurde, da die herkömmliche Prüf­ karte aus einem mit einem lichtundurchlässigen Glas (Opak­ glas) bedeckten Epoxidharzsubstrat oder dergleichen herge­ stellt war. Außerdem trat das Problem des Verrutschens oder Verschiebens bei den erhöhten Temperaturen auf, nachdem die Positionierausrichtung bei Raumtemperatur durchgeführt worden war, da sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des mit Glas be­ deckten Epoxidharzsubstrats und der des Siliziumwafers unter­ schiedlich waren. Außerdem ist in der japanischen Offenle­ gungsschrift Nr. 340 964/1993 eine Untersuchungsvorrichtung vorgeschlagen, bei der Anschlüsse an lichtdurchlässigen Po­ lyimidfilmen ausgebildet sind, wobei ein Positioniervorgang mittels eines optischen Mikroskops unter Verwendung von Aus­ richtungsmarkierungen durch eine Öffnung an den Polyimidfil­ men bewirkt wird. Bei einer solchen Einrichtung muß jedoch die Zuverlässigkeit der Polyimidfilme nach einer langen Ver­ wendungsdauer angezweifelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige wie vor­ stehend beschriebene Probleme zu lösen und eine Prüfkarte, die eine Einbrennuntersuchung der Chips im Waferzustand durchführen kann, sowie eine die Prüfkarte verwendende Unter­ suchungsvorrichtung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird eine Prüfkarte zur gemeinsamen Messung elektrischer Eigenschaften einer Vielzahl auf einem Halblei­ terwafer ausgebildeter Chips geschaffen, die durch ein Quarz­ glassubstrat, eine an dem Quarzglassubstrat angeordnete und zur Berührung einer Bondanschlußfläche jedes Chips eingerich­ tete Kontaktelektrode und eine auf dem Quarzglassubstrat an­ geordnete Schaltungsverdrahtung zum Untersuchungsgebrauch ge­ kennzeichnet ist.

Die Kontaktelektrode ist unter Verwendung von Masken zur Aus­ bildung von Bondanschlußflächen ausgebildet.

Außerdem besteht die Kontaktelektrode aus einem elastischen leitenden Gummi oder aus einem elastischen leitenden Gummi mit einer darauf ausgebildeten Goldkugel (Au-Kugel).

Erfindungsgemäß wird außerdem eine Untersuchungsvorrichtung geschaffen, die durch eine Fixiereinrichtung zur Positionie­ rung einer Prüfkarte an einem Halbleiterwafer mit einer Viel­ zahl von zu messenden Chips, wobei die Prüfkarte ein Quarz­ glassubstrat, eine an dem Quarzglassubstrat angeordnete und zur Berührung einer Bondanschlußfläche jedes Chips eingerich­ teten Kontaktelektrode und eine auf dem Quarzglassubstrat an­ geordnete Schaltungsverdrahtung zum Untersuchungsgebrauch aufweist, eine Positioniereinrichtung zur Befestigung des Halbleiterwafers darauf und Ausrichtung in bezug auf die Prüfkarte, eine Andruckeinrichtung, durch die jede Kontakt­ elektrode der Prüfkarte unter gleichem und konstantem Druck mit der Bondanschlußfläche jedes Chips in Kontakt gebracht wird, eine Spannungsanlegeeinrichtung zum Anlegen elektri­ scher Signale an die Chips aus der Kontaktelektrode und eine Einrichtung zum Heizen oder Kühlen der Chips gekennzeichnet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig 1 eine Schnittansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel einer Prüfkarte,

Fig. 2 eine Draufsicht gemäß einem Ausführungsbeispiel einer Prüfkarte,

Fig. 3 eine Schnittansicht des Aufbaus eines Meßfühlerfeldes einer Prüfkarte gemäß dem Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine Schnittansicht des Aufbaus gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel einer Untersuchungsvorrichtung und

Fig. 5 eine Darstellung eines herkömmlichen Einbrennuntersu­ chungsverfahrens.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Schnittansicht bzw. eine Drauf­ sicht eines Ausführungsbeispiels der Prüfkarte. Gemäß den An­ sichten sind ein Halbleiterwafer 1, bei dem eine Vielzahl zu messender Chips auf deren Hauptoberfläche ausgebildet sind, ein Oberflächenschutzfilm 2, eine Bondanschlußfläche (ein Bondpad) 3, ein Anschlußbereich zum Anschließen eines Schalt­ elements jedes Plättchens an einen externen Elektrodenan­ schluß, eine Prüfkarte 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel, ein Quarzglassubstrat 5, ein Prüfkontakt 6, eine Kontaktelektrode für den elektrischen Kontakt mit der Bondanschlußfläche 3 des Chips, eine mit einer Energieversorgung, Masse oder derglei­ chen zu verbindende Anschlußeinrichtung 7 sowie eine Schal­ tungsverdrahtung 8 zum Untersuchungsgebrauch gezeigt. Außer­ dem zeigt Fig. 3 eine Schnittansicht eines Prüfkontakts 6, wobei die Bezugszahl 9 einen metallischen Abschnitt, 10 ein elastisches leitendes Gummi und 11 eine auf dem leitenden Gummi 10 ausgebildete Goldkugel (Au-Kugel) darstellt.

Die Prüfkarte 4 weist das Quarzglassubstrat 5 auf, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient nahe an dem des Siliziumwafers mit den zu messenden Chips liegt. Ein Positioniervorgang kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden, da bei Veränderung der Temperatur von Raumtemperatur auf eine höhere Temperatur keine Positionsverschiebung zwischen dem Prüfkontakt 6 und der Bondanschlußfläche 3 auftritt. Die Positionierung zwi­ schen dem Prüfkontakt 6 und der Bondanschlußfläche 3 ist ein­ facher durchzuführen, da die Herstellung von Löchern zur Po­ sitionierung aufgrund des transparenten Quarzglassubstrats 5 nicht erforderlich ist, wie es bei dem herkömmlichen mit Glas bedecktem Epoxidharzsubstrat der Fall ist.

Außerdem ist die Haftfähigkeit gemäß dem Ausführungsbeispiel besser als im Vergleich mit dem herkömmlichen metallischen Meßfühler der Bauart mit aufgerichteten Nadeln, so daß ein Kontaktvorgang mit gleichem Kontaktdruck bezüglich der Viel­ zahl der Bondanschlußflächen 3 unter Verwendung des elasti­ schen Gummis 10 für den Prüfkontakt 6 bewirkt werden kann, die als einen Hauptanteil beispielsweise elastisches Epoxid­ harz und wie in Fig. 3(a) gezeigt eine Goldkugel (Au-Kugel) aufweist. Die elektrische Leitung zu der Bondanschlußfläche 3 wird weiter durch die Ausbildung der Goldkugel 11 mit einer höheren Leitfähigkeit auf dem leitenden Gummi 10 wie in Fig. 3(b) gezeigt verbessert. Außerdem erfordert eine Einbrennun­ tersuchung (Untersuchung bei künstlicher Alterung, Frühaus­ falluntersuchung, Burn-In-Untersuchung) ein Teil, das stabil genug ist, den strengen Verwendungsbedingungen standzuhalten. Die Goldkugel weist eine bessere Stabilität ohne deren Ver­ schlechterung bei wiederholtem starken Erhöhen und Senken der Temperatur auf.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht des Aufbaus einer die Prüf­ karte 4 verwendenden Untersuchungsvorrichtung. In der Ansicht sind ein XY-Objekttisch 12, eine untere Andruckplatte 13, ei­ ne Heizung 14 als Heizeinrichtung für den Wafer 1, eine aus Glas hergestellte obere Andruckplatte 15, eine Fixierplatte 16 zum Andrücken des Wafers, eine Schraube 17 zur Druckaus­ übung, die an die Fixierplatte 16 zum Andrücken des Wafers geschraubt und drehbar an die obere Andruckplatte 15 befe­ stigt ist, damit die obere Andruckplatte 15 zur vertikalen Bewegung axial bewegt wird, ein Motor 18 zur Druckausübung, damit die Andruckschraube 17 in Drehung versetzt wird, eine Motorsteuereinrichtung 19, ein optisches Mikroskop 20 und ei­ ne Spannungsanlegeeinrichtung 21 als eine Signalanlegeein­ richtung dargestellt.

Nachstehend ist die Funktionsweise beschrieben. Die Heizung 14 ist an der an dem XY-Objekttisch 12 angeordneten unteren Andruckplatte 13 zum Heizen des Wafers 1 mit einer Vielzahl zu messender Chips vorgesehen. Obwohl die Heizung 14 gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Heizeinrichtung vorgesehen ist, kann ebenfalls eine Kühleinrichtung vorgesehen sein. Die Motorsteuereinrichtung 19 steuert den Motor 18 zur Druckaus­ übung an. Die Andruckschraube 17 wird derart in Drehung ver­ setzt, daß der an der Unterseite der oberen Andruckplatte 15 vorgesehene Prüfkontakt 6 der Prüfkarte 4 gegen die an dem Halbleiterwafer 1 ausgebildete Bondanschlußfläche 3 anliegt.

Wenn der Prüfkontakt 6 und die Bondanschlußfläche 3 positio­ niert werden, werden beide Muster der oberen Andruckplatte 15 und des Quarzglassubstrats 5, die beide aus Glas hergestellt sind, mittels des optischen Mikroskops 20 durch die Platte 15 und das Substrat erkannt, damit diese überlappt werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind keine besonders ausgebildeten Ausrichtungsmarkierungen erforderlich, da der Prüfkontakt 6 unter Verwendung der Maske zum Bohren von Löchern der Bondan­ schlußfläche 3 derart ausgebildet wird, daß jeweils Positio­ nen vollständig mit den anderen zusammenfallen. Der Positio­ niervorgang kann durch eine Bildverarbeitung mit einer an dem optischen Mikroskop angeschlossenen Kamera erfolgen. Die an dem Quarzglassubstrat 5 ausgebildete Schaltungsverdrahtung 8 hat keinen Einfluß auf die Ausrichtung, da die Schaltungsver­ drahtung 8 ausreichend dünner als im Vergleich mit dem Prüf­ kontakt 6 ist. Für die obere Andruckplatte 15 kann anderes Material verwendet werden, solange es transparent oder licht­ durchlässig ist, geeignete Härte aufweist und stabil ist, ob­ wohl gemäß diesem Ausführungsbeispiel die obere Andruckplatte 15 aus Glas hergestellt ist. Außerdem muß eine Öffnung zur Mustererkennung lediglich vorgesehen werden, wenn für die obere Andruckplatte 15 ein lichtundurchlässiges Material ver­ wendet wird.

Die Einbrennuntersuchung beginnt nach Abschluß der Positio­ nierung und Andruck des Prüfkontakts 6 mit gleichem Kontakt­ druck an die Bondanschlußfläche 3. Da der Chip durch die Hei­ zung 14 erhitzt wird, kann eine beschleunigte Untersuchung erfolgen. Bevor die Einbrennuntersuchung ausgeführt wird, wird durch die Spannungsanlegeeinrichtung 21 über den Prüf­ kontakt 6 ein Impulssignal an die Bondanschlußfläche 3 an dem Halbleiterwafer 1 angelegt oder ein Gleichstrom darin einge­ geben.

Bei der Untersuchungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbei­ spiel kann eine Zuverlässigkeitsauswertung oder dergleichen nach TEG derart ausgeführt werden, daß es nicht erforderlich ist, die Einbrennuntersuchung an den fertigen Chips auszufüh­ ren. Außerdem kann der Temperaturanstieg ausreichend ohne Be­ achtung der Wärmewiderstandsfähigkeiten des Gehäuses wie beim herkömmlichen Verfahren ausgeführt werden, da die Einbrennun­ tersuchung im Waferzustand durchgeführt werden kann. Außerdem wird so der sinnlose Vorgang des Einbaus fehlerhafter Produk­ te in Gehäuse beseitigt, da die Probleme vor dem Einbau ins Gehäuse erfaßt werden können. Außerdem können niedrigere Ko­ sten und ein geringerer Bauraum verwirklicht werden, da Ein­ richtungen wie eine Vielzahl der Sockel 32, der thermostati­ scher Ofen 33 und so weiter, die bei der herkömmlichen Ein­ brennuntersuchung erforderlich sind, unnötig sind.

Wie vorstehend beschrieben kann gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Prüfkarte erhalten werden, die eine leichte Positionie­ rung in bezug auf viele an dem Halbleiterwafer ausgebildeten Chips ermöglicht, da ein transparentes Quarzglassubstrat ver­ wendet wird, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient nahe an dem des Halbleiterwafers liegt, sowie eine Positionierung bei Raumtemperatur und eine Untersuchung bei einer hohen Tempera­ tur ermöglicht, da keine Positionsverschiebung aufgrund der Temperaturveränderungen auftritt.

Da die Kontaktelektrode unter Verwendung von Masken zur Aus­ bildung der Bondanschlußfläche ausgebildet ist, sind Ausrich­ tungsmarkierungen aufgrund der Übereinstimmung der jeweiligen Positionen nicht besonders erforderlich.

Außerdem wird durch Verwendung von leitendem Gummi als Kon­ taktelektrode der Prüfkarte ein gleicher Kontaktdruck für ei­ ne Vielzahl von Bondanschlußflächen erreicht. Da die Goldku­ gel auf dem leitenden Gummi ausgebildet ist, kann eine ver­ läßliche Prüfkarte erhalten werden, die zu der Bondanschluß­ fläche eine bessere Leitfähigkeit und eine höhere Material­ stabilität aufweist.

Ebenfalls kann bei der Untersuchungsvorrichtung die Untersu­ chungszeit verkürzt, die Kosten verringert und der Bauraum verkleinert werden, da die Einbrennuntersuchung einer Viel­ zahl von Chips im Waferzustand gemeinsam ausgeführt werden kann.

Vorstehend ist eine Prüfkarte zur gemeinsamen Messung elek­ trischer Eigenschaften einer Vielzahl von an einem Halblei­ terwafer 1 ausgebildeten Chips beschrieben worden, die ein Quarzglassubstrat 5, eine an dem Quarzglassubstrat 5 angeord­ neten und zur Berührung einer Bondanschlußfläche 3 jedes Chips eingerichteten Kontaktelektrode 6 und eine auf dem Quarzglassubstrat 5 angeordnete Schaltungsverdrahtung zum Un­ tersuchungsgebrauch aufweist. Die Prüfkarte ermöglicht eine leichte Positionierung in bezug auf eine Vielzahl an dem Halbleiterwafer ausgebildeten Chips, da ein transparentes Quarzglassubstrat 5 verwendet wird, dessen Wärmeausdehnungs­ koeffizient nahe an dem des Halbleiterwafers 1 liegt.

Claims (6)

1. Prüfkarte (4) zur gemeinsamen Messung elektrischer Ei­ genschaften einer Vielzahl von an einem Halbleiterwafer (1) ausgebildeten Chips, gekennzeichnet durch
ein Quarzglassubstrat (5),
eine an dem Quarzglassubstrat (5) angeordnete und zur Berührung einer Bondanschlußfläche (3) jedes Chips eingerich­ tete Kontaktelektrode (6) und
eine auf dem Quarzglassubstrat (5) angeordnete Schal­ tungsverdrahtung (8) zum Untersuchungsgebrauch.

2. Prüfkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode unter Verwendung von Masken zur Ausbil­ dung von Bondanschlußfläche ausgebildet ist.

3. Prüfkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode (6) aus einem elastischen leitenden Gum­ mi (10) oder einem elastischen leitenden Gummi (10) mit einer an dem elastischen leitenden Gummi (10) ausgebildeten Goldku­ gel (11) besteht.

4. Untersuchungsvorrichtung gekennzeichnet durch
eine Fixiereinrichtung zur Positionierung einer Prüfkar­ te (4) an einem Halbleiterwafer (1) mit einer Vielzahl von zu messenden Chips, wobei
die Prüfkarte ein Quarzglassubstrat (5), eine an dem Quarzglassubstrat (5) angeordnete und zur Berührung einer Bondanschlußfläche (3) jedes Chips eingerichteten Kontakte­ lektrode (6) und eine auf dem Quarzglassubstrat (5) angeord­ nete Schaltungsverdrahtung (8) zum Untersuchungsgebrauch auf­ weist,
eine Positioniereinrichtung zur Befestigung des Halblei­ terwafers (1) darauf und Ausrichtung in bezug auf die Prüf­ karte (4),
eine Andruckeinrichtung, durch die jede Kontaktelektrode (6) der Prüfkarte (4) unter gleichem und konstantem Druck mit der Bondanschlußfläche (3) jedes Chips in Kontakt gebracht wird,
eine Spannungsanlegeeinrichtung (21) zum Anlegen elek­ trischer Signale an die Chips aus der Kontaktelektrode (6) und
eine Einrichtung (14) zum Heizen oder Kühlen der Chips.

5. Untersuchungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode (6) unter Verwendung von Masken zur Aus­ bildung von Bondanschlußflächen ausgebildet ist.

6. Untersuchungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode (6) aus einem elastischen leitenden Gum­ mi (10) oder einem elastischen leitenden Gummi (10) mit einer an dem elastischen leitenden Gummi (10) ausgebildeten Goldku­ gel (11) besteht.