EP0951732A2 - Teststation für halbleiterwafer bzw. bruchstücke von halbleiterwafern - Google Patents

Teststation für halbleiterwafer bzw. bruchstücke von halbleiterwafern

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Publication number
EP0951732A2
EP0951732A2 EP98905215A EP98905215A EP0951732A2 EP 0951732 A2 EP0951732 A2 EP 0951732A2 EP 98905215 A EP98905215 A EP 98905215A EP 98905215 A EP98905215 A EP 98905215A EP 0951732 A2 EP0951732 A2 EP 0951732A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
support
test station
stage
temperature
station according
Prior art date
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Ceased
Application number
EP98905215A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ludwig Haslsteiner
Wilhelm Schindler
Reinhard Fink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0951732A2 publication Critical patent/EP0951732A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2886—Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks
    • G01R31/2887—Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks involving moving the probe head or the IC under test; docking stations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
    • G01R31/2831—Testing of materials or semi-finished products, e.g. semiconductor wafers or substrates

Definitions

  • Designation of the invention Test station for semiconductor wafers or fragments of semiconductor wafers
  • the invention relates to a test station for semiconductor wafers or fragments of semiconductor wafers with a chuck arrangement which has a support with an essentially flat surface which is provided with a plurality of bores which are used for the releasable fixing of the semiconductor wafer or
  • Fragment are coupled by suction on the support with a vacuum source.
  • test stations are used in the automated measurement technology of semiconductor wafers or wafers.
  • the test station has a suitably mounted chuck arrangement which can be moved in a motor-driven manner in at least two different directions, preferably along a vertical Z direction and in a horizontal direction, for example either in the X and / or Y direction, or can be pivoted in one direction around the Z axis up to a maximum adjustment angle.
  • the chuck arrangement has a support with an essentially flat surface, on which the semiconductor wafer to be measured is placed and sucked in for the measurement to be carried out.
  • the support is provided with a plurality of bores which are connected to a vacuum source or the like suction device.
  • such a test station In order that semiconductor wafers with different wafer diameters can be measured, such a test station generally has several interchangeable chuck arrangements for different wafer diameters.
  • the holes provided in the support are arranged in concentric or spiral beads in order to provide an optimal distribution of the vacuum suction over the entire wafer surface, as a result of which the semiconductor wafer is securely fixed on the support and thus secure Contacting on the measuring machine guaranteed and thus slipping of the semiconductor wafer can be avoided.
  • no fragments of semiconductor wafers can be fixed with the necessary security with the known chuck arrangements.
  • the vacuum supply is interrupted when a fragment of a semiconductor wafer is supported, so that a broken disk on the chuck arrangement no longer adheres sufficiently securely, and thus reliable contacting on the measuring machine can no longer be guaranteed.
  • a broken disk whose shape does not correspond to a circle or square can therefore not be measured and is discarded as a failure.
  • the known test stations for the defined setting of the temperature of the support have an electronically controllable temperature stabilization, in which a support plate assigned to the wafer is kept at a certain thermal potential. Due to the fact that electromechanical components arranged below or next to the test station, which additionally generate heat, it is usually not possible to precisely regulate the temperature of the chuck arrangement because of considerable fluctuations in the temperature of the thermal counter potential.
  • the invention has for its object to provide a test station of the type mentioned, which ensures a secure fixation even of fragments of a semiconductor wafer.
  • the invention is furthermore based on the object of creating a test station or a chuck arrangement of the type mentioned at the outset, in which regulation of the measuring temperature with deviations from the desired target temperature of at most ⁇ 0.1 ° Celsius can be ensured.
  • a group of holes belonging together opens into one of several chambers which can be coupled to the vacuum source independently of one another via vacuum switches.
  • a chamber is assigned a group of holes belonging together in a circle segment for the joint coupling with the vacuum source.
  • the vacuum suction is divided into several, individually switchable segments. Depending on the shape of the fragment of a semiconductor wafer to be measured, only the segment on which a wafer surface actually rests is released. The other segments, on which no part of the disc piece to be measured comes to rest, are blocked and prevent the vacuum supply from being interrupted.
  • the distances between the bores of a group belonging to a circle segment increase in the radial direction towards the edge of the support. Furthermore, the diameter of the inner bores can be larger than that of the outer bores. As a result, the semiconductor wafer to be measured or the semiconductor wafer fragment to be measured can be sucked up more strongly in the middle of the support than in the edge regions. Slightly curved semiconductor wafers or fragments get a higher one in the center
  • the vacuum switches are attached directly to the edge of the chuck arrangement and are connected by means of flexible hose lines to the chambers which can be coupled individually and independently of one another to the vacuum source.
  • the vacuum holders are thus attached directly to the chuck arrangement in order to keep the supply lines as short as possible.
  • four vacuum switches can be combined to form a block, with a preferred division of the vacuum supply in the form of an eight division, the two vacuum switch blocks being attached very close to the chuck arrangement in order not to move the chuck arrangement Approach the support pillars of the measuring machine or other measuring instruments.
  • one or more bores in the middle of the support are or are separately connected to a further vacuum source.
  • a separate vacuum suction provided in the center of the support which can be in continuous operation, has the advantage that all other segments can be closed with extremely small fragments, so that the entire suction effect is only available for the small area and therefore causes a high suction force.
  • the invention further relates to a chuck arrangement for measuring the electronic properties of semiconductor circuits located in the wafer assembly, with a support having an essentially flat surface for supporting the semiconductor wafer and an electronically controllable temperature stabilization device for the defined setting of the temperature of the support. It is provided according to the invention that the temperature stabilization device has two stabilization stages which can be regulated independently of one another, of which the first stage is assigned to the setting of the temperature of the support and the second stage to the dissipation of the power dissipated by the first stage.
  • first and the second stabilization stage are each formed by a Peltier element.
  • a thermal counter potential cooled by means of cooling air is provided.
  • the cooling air introduced to cool the thermal counter potential is guided in a cooling coil formed by a twin screw.
  • Figure l is a schematic side view of a test station with a chuck arrangement according to an embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic plan view of the test station;
  • Figure 3 is a schematic sectional view of the test station along the line III-III;
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of the test station along the line IV-IV;
  • Figure 5 is a schematic sectional view of the test station along the line V-V.
  • the exemplary embodiment of the invention shown in FIGS. 1 to 5 comprises a test station 1 for a semiconductor wafer or a fragment 2 of a semiconductor wafer with a chuck arrangement 3 which has a support 4 with an essentially flat surface which is provided with a plurality of holes 5 which, for the releasable fixation of the fragment or semiconductor wafer 2 by suction on the support 4, are coupled to a vacuum pump (not shown in the figures).
  • the test station 1 further comprises a measuring arrangement 6, which is only indicated schematically in FIG.
  • test station 1 with electronic control and evaluation circuits, measuring devices and with probe arms 7, 8 attached to positioning devices, each of which has a test probe or measuring device at the free end in a manner known per se -Support tip 9, 10, which is to be brought into contact with a connection of an integrated circuit at a predetermined location on the surface of the semiconductor wafer 2.
  • the test station 1 with a chuck arrangement 3 and a measuring arrangement 6 serves to measure the electronic properties of the microcircuits and the like semiconductor components manufactured on the semiconductor wafer 2 with a high integration density, namely the circuits and components still located in the wafer combination.
  • the chuck arrangement 3 and the measuring arrangement 6 are mounted so as to be movable relative to one another.
  • the chuck arrangement 3 can be moved along a Z axis 11 in the vertical direction and by means of drive means 12 by a maximum swivel angle of approximately 90 ° along the direction indicated by the arrow 13.
  • any desired location on the surface of the semiconductor wafer 2 can be reached and with the measuring tips 9, 10 can be contacted.
  • the bores 5 provided in the support 4 are arranged in related groups 14a to 14h in such a way that one related group 14 of bores 5 in one of several, each independently of one another via vacuum switches 15a to 15h opens into chambers 17a to 17h that can be coupled to vacuum sources 16 and 18 connected to vacuum lines.
  • Each chamber 17a to 17h can be coupled to the vacuum source via the vacuum switches 15a to 15h, each of which can be individually electrically actuated, by means of flexible connecting lines 19a to 19h, in order in this way to securely support semiconductor wafers or fragments of semiconductor wafers in different sizes 4 to fix.
  • the holes 5 of an associated chamber are preferably arranged in segments into groups 14a to 14h, ie holes along a line running radially from the center to the edge of the support belong together.
  • the segments for the division of the vacuum were chosen in the form of an 8 division.
  • Each segment is switched individually by the associated vacuum switch.
  • the vacuum switches 15a to 15h are advantageous in the immediate vicinity and directly on the Chuck assembly 3 attached to keep the leads 16 and 19a to 19h as short as possible.
  • four vacuum switches were combined into one block. Both switch blocks are attached very close to the chuck arrangement 3 in order not to approach the support columns of the measuring arrangement 6 (not shown in the figure) when the chuck arrangement 3 is moved.
  • central chamber 20 which is connected to central bores 21 and is coupled to a central vacuum suction (not shown in more detail) which can be in constant operation.
  • a central vacuum suction (not shown in more detail) which can be in constant operation.
  • the substantially circular surface of platen 4 was designed for a five inch wafer diameter.
  • the holes 5 of each group are arranged so that the distance from hole to hole increases from the center of the support to the outside.
  • the diameter of the inner holes is larger than that of the outer holes.
  • the bores 5 in the groups 14a and 14c are arranged in two rows in the radial direction. This results in a double suction force and support of a small fragment " either in the X or Y direction, even for wafers that only rest on a switchable segment.
  • FIGS. 3 to 5 show more details of an electronically controllable temperature stabilization device, which is used for the defined setting of the temperature of the support 4 and thus the temperature of the semiconductor wafer 2 to be measured.
  • a temperature stabilization of the support 4 is necessary in the sense of sufficient measurement accuracy and reproducibility of the measurements carried out, the selected temperature of the semiconductor wafer to be measured being kept stable at at least ⁇ 0.1 ° Celsius.
  • One of the main difficulties here is that there are generally electromechanical components below the chuck arrangement 3 which additionally generate heat.
  • the chuck arrangement 3 has at least two heat stabilization stages 22 and 23 which can be regulated independently of one another, of which the first stage 22 of setting the temperature of the support 4 and the second stage 23 of dissipating the power loss of the first stage 22 is assigned.
  • Peltier elements are advantageously used for both stages, namely Peltie elements 24 for the first stage of heat stabilization (cf. FIG.
  • Peltier elements 24, 25 are in intimate thermal contact with plates 26, 27, 28 of the chuck arrangement 3 which are preferably made of metal or other highly heat-conducting material and are arranged below the support 4.
  • the electrical supply and control devices for the Peltier elements 24, 25 are not shown in the figures. Peltierele Elements are known in many types and configurations, so that their detailed description can be omitted.
  • the Peltier elements 24 are controllable in such a way that in the support 4 and thus in the semiconductor wafer 2 to be measured, a uniformly constant measuring temperature of typically around the room temperature (approximately 15 ° Celsius to 25 ° Celsius) with an accuracy of at least ⁇ 0 , 1 ° Celsius is adjustable.
  • the Peltier elements 24 work as a heating element; by simply reversing the polarity of the voltage supply, the Peltier elements 24 can also be operated as cooling elements, so that in the support 4 measuring temperatures of less than room temperature can also be regulated with sufficient accuracy.
  • the Peltier elements 25 of the second stabilization stage 23 essentially serve to dissipate the power loss generated by the first stage.
  • the relatively low efficiency of the Peltier elements 24, 25 usually results in only a slightly higher temperature in the first stage than in the second stage.
  • the control for the second stage is therefore switched such that it basically only dissipates heat from the first stage, but can never transfer heat of the counter potential to the first stage 22.
  • Air is preferred as the medium for setting the thermal counter potential, since liquids as cooling media are constructive due to the high electrification of the entire test station 1
  • the cooling air is guided in a cooling coil 29 in the form of a double screw, which is connected to lines 30 for feeding in the cooling medium and 31 for removing the cooling medium, and is formed inside the plate 28 made of solid material.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Teststation für Halbleiterwafer bzw. Bruchstücke von Halbleiterwafern (2) mit einer Chuckanordnung (3), welche eine Auflage (4) mit einer im wesentlichen ebenen Oberfläche aufweist, die mit mehreren Bohrungen (5) versehen ist, welche für die lösbare Fixierung des Halbleiterwafers bzw. Bruchstückes (2) durch Ansaugen auf der Auflage (4) mit einer Vakuumquelle gekoppelt sind. Jeweils eine zusammengehörende Gruppe von Bohrungen (5) mündet in eine von mehreren, jeweils unabhängig voneinander über Vakuumschalter (15a bis 15h) mit der Vakuumquelle koppelbaren Kammern (17a bis 17h). Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf eine Chuckanordnung (3) zur Messung der elektronischen Eigenschaften von im Waferverbund befindlichen Halbleiterschaltungen, mit einer elektronisch regelbaren Temperaturstabilisierungseinrichtung zur definierten Einstellung der Temperatur der Auflage (4).

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung: Teststation für Halbleiterwafer bzw. Bruchstücke von Halbleiterwafern
Die Erfindung betrifft eine Teststation für Halbleiterwafer bzw. Bruchstücke von Halbleiterwafern mit einer Chuckanordnung, welche eine Auflage mit einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche aufweist, die mit mehreren Bohrungen versehen ist, welche für die lösbare Fixierung des Halbleiterwafers bzw.
Bruchstückes durch Ansaugen auf der Auflage mit einer Vakuumquelle gekoppelt sind.
Derartige Teststationen werden in der automatisierten Messtechnik von Halbleiterwafern bzw. -Scheiben eingesetzt. Die Teststation besitzt eine geeignet gelagerte Chuckanordnung, welche motorgetrieben in wenigstens zwei unterschiedliche Richtungen bewegbar ist, vorzugsweise entlang einer vertikalen Z-Richtung und in einer horizontalen Richtung, bei- spielsweise entweder in X- und/oder Y-Richtung, oder in einer Richtung schwenkbar um die Z-Achse bis zu einem maximalen Verstellwinkel. Die Chuckanordnung besitzt eine Auflage mit einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche, auf welcher der zu messende Halbleiterwafer abgelegt und für die durchzuführende Messung angesaugt wird. Zu diesem Zweck ist die Auflage mit mehreren Bohrungen versehen, welche mit einer Vakuumquelle oder dergleichen Saugeinrichtung in Verbindung stehen. Damit Halbleiterwafer mit unterschiedlichen Waferdurchmessern gemessen werden können, besitzt eine solche Teststation in der Regel mehrere austauschbare Chuckanordnungen für unterschiedliche Waferdurchmesser . Bei den vorbekannten Standard-Chuckanordnungen mit nur einer Vakuumversorgung sind die in der Auflage vorgesehenen Bohrungen in konzentrischen oder spiralförmigen Sicken angeordnet, um eine optimale Aufteilung der Vakuumans ugung über die gesamte Waferfläche hinweg vorzusehen, wodurch eine sichere Fixierung des Halbleiterwafers auf der Auflage und damit sichere Kontaktierung am Messautomaten gewährleistet und damit ein Verrutschen der Halbleiterscheibe vermieden werden kann. Allerdings können mit den bekannten Chuckanordnungen keine Bruchstücke von Halbleiterwafern mit der notwendigen Sicherheit fixiert werden. Durch die konzen- trische oder spiralförmige Anordnung der Sicken wird die Vakuumversorgung bei der AbStützung eines Bruchstückes eines Halbleiterwafers unterbrochen, so dass eine Bruchscheibe auf der Chuckanordnung nicht mehr ausreichend sicher haftet, und damit eine sichere Kontaktierung am Messautomaten nicht mehr gewährleistet werden kann. Eine Bruchscheibe, deren Form nicht einem Kreis oder Quadrat entspricht, kann somit nicht gemessen werden und wird als Ausfall verworfen.
Weiterhin besitzen die bekannten Teststationen zur definier- ten Einstellung der Temperatur der Auflage eine elektronisch regelbare Temperaturstabilisierung, bei welcher eine dem Wafer zugeordnete Auflageplatte auf einem bestimmten thermischen Potential gehalten wird. Aufgrund von unterhalb oder neben der Teststation angeordneten elektromechanischen Kompo- nenten, die zusätzlich Wärme erzeugen, ist ein genaues Ausregeln der Temperatur der Chuckanordnung wegen erheblicher Schwankungen der Temperatur des thermischen Gegenpotentials meist nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Teststation der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine sichere Fixierung auch von Bruchstücken eines Halbleiterwafers gewährleistet. Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, eine Teststation bzw. eine Chuckanordnung der ein- gangs genannten Art zu schaffen, bei der eine Regelung der Messtemperatur mit Abweichungen von der gewünschten Solltemperatur von maximal ± 0,1° Celsius gewährleistet werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeweils eine zusammengehörende Gruppe von Bohrungen in eine von mehreren, jeweils unabhängig voneinander über Vakuumschalter mit der Vakuumquelle koppelbaren Kammern mündet. Dem Prinzip der Erfindung folgend ist hierbei vorgesehen, dass einer Kammer eine zusammengehörende Gruppe von in einem Kreissegment angeordneter Bohrungen für die gemeinsame Kopplung mit der Vakuumquelle zugeordnet ist. Nach einem wesentlichen Gedanken der Erfindung wird die Vakuumansaugung auf mehrere, einzeln schaltbare Segmente aufgeteilt. Abhängig von der Form des zu messenden Bruchstückes eines Halbleiterwafers wird nur noch das Segment freigegeben, auf dem tatsächlich eine Scheibenfläche aufliegt. Die anderen Segmente, auf denen kein Teil des zu messenden Scheibenstückes zum Liegen kommt, sind gesperrt und verhindern eine Unterbrechung der Vakuumversorgung.
Von Vorteil ist hierbei vorgesehen, dass die Abstände der in einem Kreissegment angeordneten Bohrungen einer zusammengehörenden Gruppe zum Rand der Auflage hin in radialer Richtung zunehmen. Des Weiteren kann der Durchmesser der inneren Bohrungen größer sein als die der äußeren. Dadurch kann der zu messende Halbleiterwafer bzw. das zu messende Halbleiterwa- ferbruchstück in der Mitte der Auflage stärker angesaugt werden als in den Randbereichen. Leicht gekrümmte Halbleiterwa- fer bzw. Bruchstücke bekommen im Zentrum somit eine höhere
Ansaugkraft und liegen plan auf. Ein plötzliches Abheben während des Messvorgangs, was zu einer Zerstörung des Halbleiterwafers oder der Nadelkarte oder sonstiger Messinstrumente führen würde, kann vermieden werden.
Bei Bruchstücken von Halbleiterwafern gibt es oftmals eine bevorzugte Bruchrichtung. Die entstehenden Waferformen sind in der Regel hierbei rechteckig. Im Extremfall besitzen die Bruchstücke eine Länge entsprechend des vollen Halbleiterwa- ferdurchmessers, sind jedoch lediglich nur wenige Chipsysteme breit. Um auch solche extrem schmalen Scheibenstreifen mit - einer ausreichenden Ansaugkraft auf der Auflage fixieren zu können, ist vorgesehen, dass wenigstens eine zusammengehörende Gruppe von in einem Kreissegment angeordneter Bohrungen doppelreihig oder mehrfachreihig in radialer Richtung angeordnet ist . Nachdem wegen der Lage der Chips auf der Scheibe die beiden Möglichkeiten vorhanden sind, die schmalen Rechtecke entweder im Hochformat oder im Querformat auf der Auflage der Chuckanordnung auflegen zu müssen, kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Segmente mit doppelreihig angeordneten Bohrungen ausgeführt sind, wobei jeweils ein Segment in horizontaler Richtung, und ein anderes in vertikaler Richtung verläuft. Von Vorteil ergibt sich hiermit eine im Wesentlichen doppelte Ansaugkraft und damit AbStützung in X- oder Y- Richtung auch bei solchen Scheibenbruchstücken, die lediglich auf einem schaltbaren Segment aufliegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vakuumschalter unmittelbar am Rand der Chuckanordnung angebracht, und vermittels flexibler Schlauchleitungen mit den einzeln und unabhängig voneinander mit der Vakuumquelle koppelbaren Kammern verbunden. Die Vakuumsehalter sind somit direkt an der Chuckanordnung befestigt, um die Zuleitungen möglichst kurz zu halten. Im Sinne einer möglichst kompakten Bauweise können vorzugsweise vier Vakuumschalter zu einem Block zusammenge- fasst sein, wobei bei einer bevorzugten Aufteilung der Vaku- umversorgung in Form einer Achter-Teilung die beiden Vakuumschalterblöcke sehr nahe an der Chuckanordnung befestigt sind, um beim Verfahren der Chuckanordnung nicht an Stützsäulen des Messautomaten oder sonstiges Messinstrumentarium anzufahren.
Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Bohrungen in der Mitte der Auflage separat an eine weitere Vakuumquelle angeschlossen ist bzw. sind. Eine im Zentrum der Auflage vorgesehene sepa- rate Vakuumansaugung, die ständig in Betrieb sein kann, besitzt hierbei den Vorteil, dass bei extrem kleinen Bruchstük- ken alle anderen Segmente geschlossen werden können, so dass die gesamte Ansaugwirkung nur noch für die kleine Fläche zur Verfügung steht und demzufolge eine hohe Ansaugkraft bewirkt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Chuckanordnung zur Messung der elektronischen Eigenschaften von im Waferverbund befindlichen Halbleiterschaltungen, mit einer eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweisenden Auflage zur Abstützung des Halbleiterwafers und einer elektronisch regelbaren Temperaturstabilisierungseinrichtung zur definierten Einstellung der Temperatur der Auflage. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Temperaturstabilisierungseinrichtung zwei unabhängig voneinander regelbare Stabilisierungsstufen aufweist, von denen die erste Stufe der Einstellung der Temperatur der Auflage und die zweite Stufe der Abführung der von der ersten Stu- fe abgegebenen Verlustleistung zugeordnet ist.
Dem Prinzip der Erfindung folgend kann hierbei des Weiteren vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Stabilisierungsstufe jeweils durch ein Peltierelement ausgebildet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein vermittels Kühlluft gekühltes thermisches Gegenpotential vorgesehen ist. Hierbei kann von Vorteil vorgesehen sein, dass die zur Kühlung des thermischen Gegenpotentials einge- brachte Kühlluft in einer durch eine Doppelschnecke ausgebildeten Kühlschlange geführt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Es zeigt:
Figur l eine schematische Seitenansicht einer Teststation mit einer Chuckanordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine schematische Draufsicht der Teststation; Figur 3 eine schematische Schnittansicht der Teststation entlang der Linie III-III;
Figur 4 eine schematische Schnittansicht der Teststation ent- lang der Linie IV-IV;
Figur 5 eine schematische Schnittansicht der Teststation entlang der Linie V-V.
Das in den Figuren 1 bis 5 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine Teststation 1 für einen Halbleiterwafer bzw. ein Bruchstück 2 eines Halbleiterwafers mit einer Chuckanordnung 3, welche eine Auflage 4 mit einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche besitzt, die mit mehreren Boh- rungen 5 versehen ist, welche für die lösbare Fixierung des Bruchstückes bzw. Halbleiterwafers 2 durch Ansaugen auf der Auflage 4 mit einer (in den Figuren nicht näher dargestellten) Vakuumpumpe gekoppelt sind. Die Teststation 1 umfasst des Weiteren eine in Figur 1 lediglich schematisch angedeute- te Messanordnung 6 mit elektronischen Steuer- und Auswerteschaltkreisen, Messgeräten und mit an Positioniereinrichtungen befestigten Sondenarmen 7, 8, die in an sich bekannter Weise am freien Ende jeweils eine Testsonde bzw. Mess-Spitze 9, 10 abstützen, die in Kontakt mit einem Anschluss einer in- tegrierten Schaltung an einer vorbestimmten Stelle auf der Oberfläche des Halbleiterwafers 2 zu bringen ist. Die Teststation 1 mit Chuckanordnung 3 und Messanordnung 6 dient der Messung der elektronischen Eigenschaften der auf dem Halbleiterwafer 2 in hoher Integrationsdichte gefertigten Mikro- Schaltkreise und dergleichen Halbleiterbauelemente, und zwar noch im Waferverbund befindlichen Schaltkreise und Bauelemente. Der prinzipielle Aufbau und die Wirkungsweise einer solchen Teststation ist dem Fachmann geläufig und braucht an dieser Stelle nicht näher erläutert zu werden; insbesondere sind nähere Einzelheiten der elektrischen Verbindungen, etwa von der Mess-Spitze zum Messeingang des in der Messanordnung 6 vorgesehenen Messgerätes und weitere erforderliche Mess- und Auswerteschaltungen in den Figuren nicht näher dargestellt. Für die Kontaktierung der Mess-Spitzen 9 und 10 auf den vorbestimmten Kontaktflächen auf der Oberfläche des Halb- leiterwafers 2 ist die Chuckanordnung 3 und die Messanordnung 6 relativ zueinander beweglich gelagert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Chuckanordnung 3 entlang einer Z-Achse 11 in vertikaler Richtung, und über Antriebsmittel 12 um einen maximalen Schwenkwinkel von etwa 90° entlang der durch den Pfeil 13 angedeuteten Richtung bewegt werden. Zu- sammen mit der in wenigstens einer Richtung quer zur Z-Achse 11 bewegbaren Positioniereinrichtung bzw. Sondenarmen 7, 8 entlang einer X- oder Y-Richtung kann jede gewünschte Stelle auf der Oberfläche des Halbleiterwafers 2 erreicht und mit den Mess-Spitzen 9, 10 kontaktiert werden.
Wie dies insbesondere aus der schematischen Draufsicht nach Figur 2 ersichtlich ist, sind die in der Auflage 4 vorgesehenen Bohrungen 5 in zusammengehörenden Gruppen 14a bis 14h dergestalt geordnet, dass jeweils eine zusammengehörende Gruppe 14 von Bohrungen 5 in eine von mehreren, jeweils unabhängig voneinander über Vakuumschalter 15a bis 15h mit einer an Vakuumleitungen 16 und 18 angeschlossenen Vakuumquelle koppelbaren Kammern 17a bis 17h mündet. Jede Kammer 17a bis 17h kann hierbei über die vermittels flexibler Anschlusslei- tungen 19a bis 19h verbundenen, jeweils einzeln elektrisch betätigbaren Vakuumschalter 15a bis 15h mit der Vakuumquelle gekoppelt werden, um auf diese Weise Halbleiterwafer bzw. Bruchstücke von Halbleiterwafern in unterschiedlichen Größen sicher auf der Auflage 4 zu fixieren. Hierbei sind die Boh- rungen 5 einer zugehörenden Kammer vorzugsweise segmentweise zu Gruppen 14a bis 14h geordnet, d.h. Bohrungen entlang einer radial von der Mitte bis zum Rand der Auflage verlaufenden Linie gehören zusammen. Die Segmente für die Aufteilung des Vakuums wurden hierbei in Form einer 8-er-Teilung gewählt. Jedes Segment wird einzeln durch den zugehörenden Vakuum- schalter geschaltet. Die Vakuumschalter 15a bis 15h sind hierbei von Vorteil in unmittelbarer Nähe und direkt an der Chuckanordnung 3 befestigt, um die Zuleitungen 16 bzw. 19a bis 19h möglichst kurz zu halten. Im Sinne einer besseren Kompaktheit wurden hierbei jeweils vier Vakuumschalter zu einem Block zusammengefasst . Beide Schalterblöcke sind sehr na- he an der Chuckanordnung 3 befestigt, um bei einem Verfahren der Chuckanordnung 3 nicht an (in der Figur nicht dargestellte) Stützsäulen der Messanordnung 6 anzufahren.
Im Zentrum der Chuckanordnung 3 befindet sich eine zentrale Kammer 20, die mit zentralen Bohrungen 21 in Verbindung steht, und an eine (nicht näher dargestellte) zentrale Vakuu- mansaugung gekoppelt ist, die ständig in Betrieb sein kann. Der Vorteil bei dieser Ausbildung besteht darin, dass bei sehr kleinen Bruchstücken eines Halbleiterwafers alle anderen Segmente geschlossen werden können, so dass das gesamte Vakuum nur noch für die kleine Fläche in der Mitte der Auflage 4 zur Verfügung steht und eine hohe Ansaugkraft bewirkt .
Die im Wesentlichen kreisförmige Oberfläche der Auflage 4 wurde für einen Waferdurchmesser von fünf Zoll ausgelegt. Die Bohrungen 5 einer jeden Gruppe sind so angeordnet, dass der Abstand von Bohrung zu Bohrung von der Mitte der Auflage nach außen hin zum Rand zunimmt . Der Durchmesser der inneren Bohrungen ist hierbei größer als die der äußeren. Dadurch wird der Halbleiterwafer 2 im Zentrum stärker angesaugt als in den Randbereichen. Die oftmals leicht konkav gekrümmten Wafer bekommen damit im Zentrum eine höhere Ansaugkraft und liegen dann plan auf. Ein plötzliches Abheben während des Prüfvor- gangε, was zur Zerstörung des Wafers und/oder der Mess- Spitzen 9, 10 führen würde, wird vermieden.
Zur sicheren Fixierung auch sehr schmaler Bruchstücke von Halbleiterwafern mit einer im Wesentlichen rechteckigen Form sind die Bohrungen 5 bei den Gruppen 14a und 14c doppelreihig in radialer Richtung angeordnet. Damit ergibt sich eine doppelte Ansaugkraft und Stützung eines schmalen Bruchstückes " entweder in X- oder in Y-Richtung auch bei solchen Wafern, die nur auf einem schaltbaren Segment aufliegen.
In den Figuren 3 bis 5 sind nähere Einzelheiten einer elek- tronisch regelbaren Temperaturstabilisierungseinrichtung dargestellt, die zur definierten Einstellung der Temperatur der Auflage 4 und damit der Temperatur des zu messenden Halbleiterwafers 2 dient. Eine Temperaturstabilisierung der Auflage 4 ist im Sinne einer ausreichenden Messgenauigkeit und Repro- duzierbarkeit der vorgenommenen Messungen erforderlich, wobei die gewählte Temperatur des zu messenden Halbleiterwafers auf wenigstens ± 0,1° Celsius stabil gehalten werden soll. Eine Schwierigkeit besteht hier vor allem darin, dass sich unterhalb der Chuckanordnung 3 in der Regel elektromechanische Komponenten befinden, die zusätzlich Wärme erzeugen. Zur Abführung dieser Wärme ist ein thermisches Gegenpotential beispielsweise in Form einer Luftkühlung vorgesehen, dessen Temperatur gegenüber den Wafertemperaturen größeren Schwankungen unterworfen ist, was dazu führt, dass ein genaues Ausregeln der Temperatur der Chuckanordnung aufgrund der Schwankungen des Gegenpotentials besondere Maßnahmen erfordert. Erfin- dungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass die Chuckanordnung 3 wenigstens über zwei unabhängig voneinander regelbare Wärmestabilisierungsstufen 22 und 23 verfügt, von denen die er- ste Stufe 22 der Einstellung der Temperatur der Auflage 4 und die zweite Stufe 23 der Abführung der Verlustleistung der ersten Stufe 22 zugeordnet ist. Von Vorteil werden für beide Stufen sogenannte Peltierelemente verwendet, und zwar Peltie- relemente 24 für die erste Stufe der Wärmestabilisierung (vgl. Figur 3) und Peltierelemente 25 für die zweite Stabili- sierungsstufe (vgl. insbesondere Figur 4). Die Peltierelemente 24, 25 befinden sich in innigem thermischen Kontakt zu unterhalb der Auflage 4 angeordneten vorzugsweise aus Metall oder anderem gut wärmeleitenden Material gefertigten Platten 26, 27, 28 der Chuckanordnung 3. Die elektrischen Versor- gungs- und Regelungseinrichtungen für die Peltierelemente 24, 25 sind in den Figuren nicht näher dargestellt. Peltierele- mente sind in vielen Typen und Ausgestaltungen bekannt, so dass deren genauere Beschreibung weggelassen werden kann. Wichtig ist, dass die Peltierelemente 24 solchermaßen regelbar sind, dass in der Auflage 4 und damit in dem zu messenden Halbleiterwafer 2 eine gleichmäßig konstante Messtemperatur von typischerweiεe etwa der Zimmertemperatur (etwa 15° Celsius bis 25° Celsius) mit einer Genauigkeit von wenigstens ± 0,1° Celsius einstellbar ist. Normalerweise arbeiten die Peltierelemente 24 als Heizelement; durch einfaches Umpolen der Spannungsversorgung sind die Peltierelemente 24 auch als Kühlelemente betreibbar, so dass in der Auflage 4 auch Messtemperaturen von kleiner als Zimmertemperatur mit ausreichender Genauigkeit regelbar sind. Die Peltierelemente 25 der zweiten Stabilisierungsstufe 23 dienen im Wesentlichen zur Abführung der von der ersten Stufe erzeugten Verlustleistung. Durch den relativ geringen Wirkungsgrad der Peltierelemente 24, 25 entsteht meistens nur eine geringfügig höhere Temperatur in der ersten Stufe gegenüber der zweiten Stufe. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Regelung für die zweite Stu- fe deshalb so geschaltet, dass sie grundsätzlich nur Wärme von der ersten Stufe abführt, aber niemals Wärme des Gegenpotentials auf die erste Stufe 22 überführen kann. Zur Einstellung des thermischen Gegenpotentials ist Luft als Medium bevorzugt, da Flüssigkeiten als Kühlmedien wegen der hohen Elektrifizierung der gesamten Teststation 1 konstruktive
Nachteile mit sich bringen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Kühlluft in einer in Form einer Doppel- Schnecke ausgebildeten Kühlschlange 29 geführt, die an Leitungen 30 zur Einspeisung des Kühlmediums und 31 zur Abfuhr des Kühlmediums angeschlossen ist, und innerhalb der aus Vollmaterial gefertigten Platte 28 ausgebildet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Teststation für Halbleiterwafer bzw. Bruchstücke von Halbleiterwafern (2) mit einer Chuckanordnung (3) , welche eine Auflage (4) mit einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche aufweist, die mit mehreren Bohrungen (5) versehen ist, welche für die lösbare Fixierung des Halbleiterwafers bzw. Bruchstückes (2) durch Ansaugen auf der Auflage (4) mit einer Vakuumquelle gekoppelt sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass jeweils eine zusammengehörende Gruppe von Bohrungen (5) in eine von mehreren, jeweils unabhängig voneinander über Vakuumschalter (15a bis 15h) mit der Vakuumquelle koppelbaren Kammern (17a bis 17h ) mündet.
2. Teststation nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass einer Kammer (17a bis 17h) eine zusammengehörende Gruppe (14a bis 14h) von in einem Kreissegment angeordneter Bohrun- gen (5) für die gemeinsame Kopplung mit der Vakuumquelle zugeordnet ist .
3. Teststation nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Abstände der in einem Kreissegment angeordneten Bohrungen (5) einer zusammengehörenden Gruppe (14a bis 14h) zum Rand der Auflage (4) hin in radialer Richtung zunehmen.
4. Teststation nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Durchmesser der in einem Kreissegment angeordneten Bohrungen (5) einer zusammengehörenden Gruppe (14a bis 14h) zum Rand der Auflage (4) hin in radialer Richtung abnehmen.
5. Teststation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass wenigstens eine zusammengehörende Gruppe (14a bis 14h) von in einem Kreissegment angeordneter Bohrungen (5) doppel- reihig oder mehrfachreihig in radialer Richtung angeordnet ist .
6. Teststation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Vakuumschalter (15a bis 15h) unmittelbar am Rand der Chuckanordnung (3) angebracht und vermittels flexibler Schlauchleitungen mit den einzeln und unabhängig voneinander mit der Vakuumquelle koppelbaren Kammern (17a bis 17h) verbunden sind.
7. Teststation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass eine oder mehrere Bohrungen (5) in der Mitte der Auflage (4) separat an eine weitere Vakuumquelle angeschlossen ist bzw. sind.
8. Teststation nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Chuckanordnung (3) zur definierten Einstellung der Temperatur der Auflage (4) eine elektronisch regelbare Temperaturstabilisierungseinrichtung aufweist .
9. Teststation nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Temperaturstabilisierungseinrichtung zwei unabhängig voneinander regelbare Stabilisierungsstufen (22, 23) aufweist, von denen die erste Stufe der Einstellung der Temperatur der Auflage (4) und die zweite Stufe der Abführung der Verlustleistung von der ersten Stufe zugeordnet ist.
10. Teststation nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste und die zweite Stabilisierungsstufe (22, 23) jeweils durch ein Peltierelement (24, 25) ausgebildet ist.
11. Chuckanordnung zur Messung der elektronischen Eigenschaften von im Waferverbund befindlichen Halbleiterschaltungen, mit einer eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweisenden Auflage (4) zur AbStützung des Halbleiterwafers (2) und einer elektronisch regelbaren Temperaturstabilisierungseinrichtung zur definierten Einstellung der Temperatur der Auflage (4) , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Temperaturstabilisierungseinrichtung zwei unabhängig voneinander regelbare Stabilisierungsstufen (22, 23) auf- weist, von denen die erste Stufe der Einstellung der Temperatur der Auflage (4) und die zweite Stufe der Abführung der von der ersten Stufe abgegebenen Verlustleistung zugeordnet ist .
12. Chuckanordnung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste und die zweite Stabilisierungsstufe (23, 23) jeweils durch ein Peltierelement (24, 25) ausgebildet ist.
13. Chuckanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass ein vermittels Kühlluft gekühltes thermisches Gegenpotential vorgesehen ist.
14. Chuckanordnung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die zur Kühlung des thermischen Gegenpotentials eingebrachte Kühlluft in einer durch eine DoppelSchnecke ausgebildeten Kühlschlange (29) geführt ist.
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