DE19817763C2

DE19817763C2 - Verfahren zum Kalibrieren einer Meßvorrichtung

Info

Publication number: DE19817763C2
Application number: DE19817763A
Authority: DE
Inventors: Michael Janssen; Joerg Paulus; Dirk Leipold
Original assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2018-04-22
Also published as: DE19817763A1; US6300757B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kalibrieren einer Meßvorrichtung zum Messen von HF-Parametern von inte grierten Schaltungen auf Halbleiterscheiben, auf denen sich eine große Anzahl solcher integrierter Schaltungen befindet.

Bei der Herstellung integrierter Schaltungen ist es üblich, die Funktionsfähigkeit der einzelnen Schaltungen zu testen, solange sich diese noch auf einer Halbleiterscheibe befin den, auf der Hunderte oder gar Tausende solcher Schaltungen gebildet sind. Beim Testen wird die Scheibe in eine Testvor richtung eingesetzt, und mit Hilfe von Meßspitzen werden Verbindungen zu Meßpunkten der integrierten Schaltungen her gestellt. Über diese Testspitzen können gewünschte Ströme und Spannungen angelegt und Ausgangsströme und Ausgangsspan nungen gemessen werden.

Solange beim Testen mit Gleichströmen und Gleichspannungen gearbeitet wird, ist es nicht schwierig, genaue Meßergebnis se zu erhalten, da die Meßvorrichtung selbst die Meßergeb nisse kaum beeinflußt. Wenn es sich bei den integrierten Schaltungen jedoch um Hochfrequenzschaltungen handelt, deren Hochfrequenzverhalten getestet werden soll, dann treten er hebliche Schwierigkeiten auf, die für das Hochfrequenzver halten verantwortlichen Vierpolparameter der zu testenden Schaltung genau zu erfassen, da die Meßvorrichtung und ins besondere die Verbindungsleitungen zwischen den eigentlichen Meßgeräten und den Meßpunkten der integrierten Schaltung aufgrund der bekannten Transformationsvorgänge zu einer er heblichen Veränderung der gemessenen Werte führen. Die Schwierigkeit besteht also darin, die Vierpolparameter an der Ebene der Meßpunkte der integrierten Schaltung zu erfas sen. Dies führt zu der Forderung, die Meßvorrichtung so zu kalibrieren, daß am Meßgerät die tatsächlichen Vierpolparameter der integrierten Schaltung auf der Ebene ihrer Meßpunkte und nicht am Ausgang der zu den Meßgeräten führenden Leitungen gemessen werden. Dieser Kalibriervorgang muß für jede Testkonfiguration, also beispielsweise nach einer Änderung der jeweils zu kontaktierenden Meßpunkte der integrierten Schaltung, erneut durchgeführt werden.

Zum Kalibrieren einer solchen Meßvorrichtung stehen zwar Kalibriersubstrate mit genau bekannten Vierpolparametern zur Verfügung, jedoch handelt es sich bei diesen Substraten um Keramiksubstrate mit aufgedampften Schaltungen und Schal tungselementen, die in die Testvorrichtung eingesetzt werden und mit deren Hilfe dann ein Kalibriervorgang durchgeführt werden kann. Bei diesem Kalibriervorgang können jedoch nicht genau die tatsächlichen geometrischen Verhältnisse herge stellt werden, die beim Testen einer integrierten Schaltung auf einer Halbleiterscheibe vorliegen. Das exakte Kalibrie ren der Meßvorrichtung auf der Ebene der zu kontaktierenden Meßpunkte unter Verwendung solcher Keramiksubstrate mit Norm-Schaltungselementen ist daher nicht möglich. Außerdem sind diese Keramiksubstrate extrem teuer, so daß es bisher kaum möglich war, für alle möglichen Anwendungsfälle solche Kalibriersubstrate einzusetzen. Ein solches Kalibrierverfah ren mit speziellen Kalibrierstandards ist aus der US-PS 5 734 268 bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kali brierverfahren der eingangs geschilderten Art zu schaffen, das mit geringem Kostenaufwand ein exaktes Kalibrieren der Meßvorrichtung auf der Ebene der Meßpunkte der integrierten Schaltung auch bei unterschiedlichen Meßkonfigurationen er möglicht.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Kalibrier verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmalen gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß auf der Kalibrier-Halbleiterscheibe von jedem Schal tungstyp mehrere Vergleichs-Schaltungseinheiten hergestellt werden, und daß die Streu-Parameter dieser Vergleichs- Schaltungseinheiten nach Kalibrieren der Meßvorrichtung mit Hilfe der Schaltungseinheiten, deren Streu-Parameter exakt gemessen wurden, bestimmt und zusammen mit ihrer Position auf der Kalibrier-Halbleiterscheibe gespeichert werden, und daß die Meßvorrichtung unter Verwendung einer der mehreren Vergleichs-Schaltungseinheiten kalibriert wird. Durch diese Ausgestaltung wird ermöglicht, die Kalibrier-Halbleiter scheibe für zahlreiche Kalibriervorgänge einzusetzen, auch wenn die mit den Meßspitzen zu kontaktierenden Meßpunkte der Schaltungseinheiten infolge mechanischen Abriebs unbrauchbar werden. Trotzdem ist es nur nötig, eine einzige exakte Be stimmung der Vierpolparameter einer Schaltungseinheit jedes Schaltungstyps vorzunehmen, da die Vierpolparameter aller anderen, jeweils gleichartigen Schaltungseinheiten auf die ausgemessenen Schaltungseinheiten bezogen werden können.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Kali brier-Halbleiterscheibe hergestellt, auf der in Form inte grierter Schaltungen Vergleichs-Schaltungseinheiten gebildet werden. Diese Vergleichs-Schaltungseinheiten entsprechen charakteristischen Schaltungstypen, an denen Vierpolparame ter, nämlich die Streuparameter, gemessen werden können. Typische Schaltungstypen sind dabei Widerstände mit bestimm ter Impedanz, beispielsweise ein 50 Ohm-Widerstand, ein Kurzschluß, ein offener Stromkreis, Widerstände mit einem vom Widerstand von 50 Ohm abweichenden Wert, beispielsweise ein 25 Ohm-Widerstand oder ein 75 Ohm-Widerstand und dergl. Dabei werden auf der Halbleiterscheibe von jedem dieser Schaltungstypen nicht nur eine Schaltungseinheit gebildet, sondern es werden von jedem Schaltungstyp eine große Anzahl, beispielsweise 200, gebildet. Der Zweck dieser Maßnahme wird anschließend noch näher erläutert.

In einem nächsten Schritt wird jeweils ein Schaltungstyp hinsichtlich seiner Vierpolparameter genau vermessen. Für diesen Meßvorgang kann ohne weiteres ein hoher Aufwand in Kauf genommen werden, da er nur ein einziges Mal und nur an jeweils einem Exemplar jedes Schaltungstyps durchgeführt werden muß. Die gemessenen Werte der Vierpolparameter werden abgespeichert. Die Kalibrier-Halbleiterscheibe wird dann in die Meßvorrichtung eingesetzt, die für das Testen der inte grierten Schaltungen bestimmt ist. Die Meßspitzen der Meß vorrichtung werden mit den Meßpunkten der Schaltungsein heiten in Kontakt gebracht, deren Vierpolparameter zuvor exakt bestimmt worden sind. Die Meßvorrichtung wird nun so kalibriert, daß an der Meßstelle, also an der Meßebene zwi schen den Meßspitzen und den Meßpunkten auf der Kalibrier- Halbleiterscheibe der Einfluß der Meßeinrichtung auf die erfaßten Werte durch übliche Transformationsrechnungen eli miniert wird. Durch diese Kalibrierung wird erreicht, daß die Meßvorrichtung die an der Meßebene erfaßten Meßwerte nicht durch Transformation verändert. Bei dem Kalibriervor gang läßt sich feststellen, wie stark der Einfluß der Meßvorrichtung auf die in der Meßebene erfaßten Werte ist. Dies bedeutet, daß dieser Einfluß beim anschließenden Testen der integrierten Schaltungen durch entsprechende Berech nungen eliminiert werden kann, so daß es möglich ist, den tatsächlichen Meßwert zu erfassen, der in der Meßebene, d. h. an der Berührungsstelle zwischen den Meßspitzen und den Kontaktflächen der integrierten Schaltung, vorliegt.

Der Kalibriervorgang, der unter Verwendung der Meßvorrich tung durchgeführt wird und bei dem die Meßspitze auf die die Meßpunkte bildenden Kontaktflächen der Kalibrier-Halblei terscheibe aufgesetzt werden, kann nicht beliebig oft durch geführt werden, da sich die elektrischen Eigenschaften der Kontaktflächen aufgrund des durch die Meßspitzen hervorge rufenen Abriebs verändern. In der Praxis hat sich gezeigt, daß die gleichen Kontaktflächen nur maximal viermal verwen det werden können, ohne daß es zu einer merklichen Änderung der elektrischen Eigenschaften kommt. Damit nicht jedesmal dann, wenn die Kontaktflächen an einer zur Kalibrierung ver wendeten Schaltungseinheit abgenutzt sind, eine neue Kali brier-Halbleiterscheibe hergestellt und zum Einsatz kommen muß, werden, wie oben bereits erwähnt wurde, von jedem Schaltungstyp mehrere, beispielsweise 200, Schaltungseinhei ten hergestellt. Damit diese Schaltungseinheiten für einen Kalibriervorgang eingesetzt werden können, müssen ihre Vier polparameter aber bekannt sein. Die Erfassung der Vierpol parameter kann jedoch auf einfache Weise durchgeführt wer den. Wie erwähnt, wurde ja bei der Anwendung des hier be schriebenen Verfahrens eine Schaltungseinheit jedes Schal tungstyps exakt ausgemessen, so daß deren Vierpolparameter genau bekannt sind. Nach diesem Meßvorgang kann die Kali brier-Halbleiterscheibe in die Meßvorrichtung eingesetzt werden, und es kann der oben beschriebene Kalibriervorgang unter Verwendung dieser genau ausgemessenen Schaltungsein heiten erfolgen. Nach der Kalibrierung können die Vierpolpa rameter aller anderen Schaltungseinheiten der verschiedenen Schaltungstypen auf der Kalibrier-Halbleiterscheibe oder auch weiterer, später hergestellter Kalibrier-Halbleiter scheiben in der Meßvorrichtung gemessen werden, und in einer Tabelle kann abgespeichert werden, welche Vierpolparameter die jeweiligen Schaltungseinheiten an den verschiedenen Stellen auf der Kalibrier-Halbleiterschaltung haben. Somit sind die Vierpolparameter aller Schaltungseinheiten auf der Kalibrier-Halbleiterscheibe bekannt, so daß sie ebenso wie die Schaltungseinheiten, deren Vierpolparameter exakt be stimmt worden sind, in späteren Kalibriervorgängen als Kali brierstandard benutzt werden können. Die Kalibrier-Halblei terscheibe kann daher wesentlich öfter für Kalibrierzwecke verwendet werden, als dies der Fall wäre, wenn nur eine ge nau ausgemessene Schaltungseinheit jedes Schaltungstyps vor handen wäre.

Somit wurde gezeigt, daß für die Durchführung des Kalibrier vorgangs nur eine einzige exakte Messung der Vierpolparame ter an einer Schaltungseinheit jedes Schaltungstyps durchge führt werden muß. Jeder Kalibriervorgang kann dann unter Verwendung der Meßwerte durchgeführt werden, die beim erst maligen Kalibrieren der Meßvorrichtung bei eingesetzter Ka librier-Halbleiterscheibe erhalten worden sind.

Claims

1. Verfahren zum Kalibrieren einer Meßvorrichtung zum Messen von HF-Parametern von integrierten Schaltungen auf Halbleiterscheiben, auf denen sich eine große Anzahl solcher integrierter Schaltungen befindet, mit folgenden Schritten:

a) es werden Vergleichs-Schaltungseinheiten hergestellt, die verschiedenen, charakteristischen Schaltungstypen entspre chen und die über Meßpunkte kontaktierbar sind;
b) die Streu-Parameter jeweils einer einem Schaltungstyp entsprechenden Schaltungseinheit werden exakt gemessen;
c) die gemessenen Streu-Parameter werden gespeichert;
d) die Vergleichs-Schaltungseinheiten werden in die Meßvor richtung eingesetzt;
e) die Kalibrierfaktoren für die Meßvorrichtung werden so bestimmt, daß an Meßspitzen, mit denen die Meßpunkte kontak tiert werden, der Einfluß der Meßeinrichtung auf die erfaß ten Werte durch übliche Transformationsrechnungen eliminiert werden,

gekennzeichnet dadurch, daß eine Kalibrier-Halbleiterscheibe hergestellt wird, die in integrierter Form die Vergleichs-Schaltungseinheiten ent hält, die über Meßpunkte auf der Oberfläche der Kalibrier- Halbleiterscheibe kontaktierbar sind, und daß die Kalibrier- Halbleiterscheibe mit den Vergleichs-Schaltungseinheiten für die Verfahrensschritte b) bis e) verwandt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kalibrier-Halbleiterscheibe von jedem Schaltungstyp mehrere Vergleichs-Schaltungseinheiten hergestellt werden, und daß die Streu-Parameter dieser Vergleichs-Schaltungs einheiten nach Kalibrierung der Meßvorrichtung mit Hilfe der Schaltungseinheiten, deren Streu-Parameter exakt gemessen wurden, bestimmt und zusammen mit ihrer Position auf der Kalibrier-Halbleiterscheibe gespeichert werden, und daß die Meßvorrichtung unter Verwendung einer der mehreren Ver gleichs-Schaltungseinheiten kalibriert wird.