JPS6359273B2 - - Google Patents

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JPS6359273B2
JPS6359273B2 JP58053490A JP5349083A JPS6359273B2 JP S6359273 B2 JPS6359273 B2 JP S6359273B2 JP 58053490 A JP58053490 A JP 58053490A JP 5349083 A JP5349083 A JP 5349083A JP S6359273 B2 JPS6359273 B2 JP S6359273B2
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wafer
chamber
measurement
wafer tray
measurement chamber
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ジヨセフソン集積回路を形成したウ
エハにプローブ針を接触させ、その電気的特性を
試験するための試験機に係り、特に自動試験に好
適な試験機の構造に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a testing machine for testing the electrical characteristics of a wafer on which Josephson integrated circuits are formed by bringing a probe needle into contact therewith, and is particularly suitable for automatic testing. Regarding the structure of a testing machine.

〔従来技術〕 従来のジヨセフソン集積回路テスター(特開昭
58−50479号公報記載のジヨセフソン集積回路テ
スター)では、測定雰囲気が真空であり、ウエハ
の冷却はウエハ固定台の熱伝導のみによるもので
あつた。この方法では、回路素子の消費電力が大
きい時、ウエハ表面の素子が発生する熱を充分に
取り切れないという欠点があることがわかつた。
また、1枚のウエハの測定を終了した後、次のウ
エハと交換するためには、測定室内に空気あるい
はHeガスを導入し、極低温容器内の液体Heを完
全に気化させてから、フランジをはずしてウエハ
を交換する必要があつた。このため、交換に時間
がかかるという欠点や、液体Heを有効に利用で
きないという欠点があり、自動測定を行うために
は不適当であつた。
[Prior art] Conventional Josephson integrated circuit tester
In the Josephson integrated circuit tester described in Publication No. 58-50479, the measurement atmosphere was vacuum, and the wafer was cooled only by heat conduction from the wafer fixing table. It has been found that this method has a drawback in that when the power consumption of circuit elements is large, the heat generated by the elements on the wafer surface cannot be sufficiently removed.
In addition, after measuring one wafer, in order to replace it with the next wafer, air or He gas is introduced into the measurement chamber to completely vaporize the liquid He in the cryogenic container, and then the flange is replaced with the next wafer. It was necessary to remove the wafer and replace it. For this reason, it has the disadvantage that it takes time to replace it and the disadvantage that liquid He cannot be used effectively, making it unsuitable for automatic measurement.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、ウエハの測定時にウエハトレ
イ側からの熱伝導による冷却と測定室内にHeガ
スを導入することによるガス冷却を併用してウエ
ハの冷却を完全にし、また、ウエハトレイの移動
により、複数のウエハを自動的に測定することが
可能な低温自動テスターを提供することにある。
An object of the present invention is to completely cool the wafer by using a combination of heat conduction cooling from the wafer tray side and gas cooling by introducing He gas into the measurement chamber during wafer measurement, and to achieve multiple An object of the present invention is to provide a low-temperature automatic tester that can automatically measure wafers.

〔発明の概要〕 本発明の特徴の第1点はウエハの裏側に密着さ
せた治具の熱伝導による冷却とHeガスによる冷
却を併用してウエハの冷却能力を高めたことであ
る。特徴の第2点は、装置を前処理室、測定室、
後処理室に分離し、ウエハをウエハトレイに設置
した後、ウエハトレイごと前処理室で予冷し、測
定室で測定し、後処理室で室温にすることを繰り
返し、ウエハの自動測定を可能にしたことであ
る。
[Summary of the Invention] The first feature of the present invention is that the wafer cooling capacity is increased by using a combination of cooling by heat conduction of a jig closely attached to the back side of the wafer and cooling by He gas. The second feature is that the device has a pretreatment chamber, a measurement chamber,
After separating the wafers into the post-processing chamber and placing the wafers on a wafer tray, the wafer tray is pre-cooled in the pre-processing chamber, measured in the measurement chamber, and brought to room temperature in the post-processing chamber repeatedly, making it possible to automatically measure wafers. It is.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。第1図は低温自動テスターの構造を示す断面
図である。本実施例は、3のブロツクに分解され
る。それらは前処理室16、測定室15、後処理
室14である。前処理室16と測定室15の間に
は前室側ゲートバルブ9−1があり、測定室15
と後処理室14の間には後側ゲートバルブ9−2
がある。前処理室16はウエハ3を設置した複数
のウエハトレイ11を室温から液体窒素温まで予
冷するため、予冷用液体窒素容器17を備えてい
る。測定室15は、ウエハ3を液体ヘリウム温度
あるいは近傍の温度にするための液体ヘリウム容
器1とウエハ3を検査するためのプローブカード
4及びプローブカード微動ステージ6が付属して
いる。後処理室14は液体ヘリウム温度で測定さ
れたウエハ3をウエハトレイ11ごと受け入れ、
それらを結露などを起さない状態で液体ヘリウム
温度から室温まで赤外線加熱装置により、素子に
ヒロツクが生じない程度の遅い昇温速度で昇温す
る。ウエハトレイ11の移動のためウエハトレイ
送り装置18及びウエハトレイ停止装置19があ
り、ウエハトレイ11を移動する際には前室側ゲ
ートバルブ9−1及び後室側ゲートバルブ9−2
が開かれる。後処理室14にはウエハトレイ11
を1枚ずつ受け取るためのウエハトレイ受け台1
2が設置されている。ウエハトレイ11の移動及
びプローブカード微動装置を制御して自動測定、
自動送りを行うためのコントローラ21が付属し
ている。第2図及び第3図はウエハ3の冷却及び
プローブカード4の微動の原理を示す模式図であ
る。ウエハ3を検査していない時及びウエハトレ
イ11を移動している時は第2図に示すように測
定室及び前処理室、後処理室は真空に保たれる。
第3図のようにウエハトレイ11が測定状態の位
置に固定され、さらにプローブカード4が検査す
べきチツプにプローブを接触させた後、ヘリウム
ガスが測定室内に導入され、ウエハ3は表面側か
らも冷却される。検査を終え、プローブカード4
を次のチツプ位置に移動する際には再度測定室内
を排気し、真空に保つてからプローブカードを移
動する。これは微動部が低温でかたくなつたりこ
おり付くのを防ぐためである。断熱材5の断熱効
果を大きくし、液体ヘリウム温度と、室温とを充
分に断熱でき、ウエハプローバ微動ステージ6を
室温に保つことができれば、チツプ位置の移動毎
に測定室内を排気する必要はない。第4図、第5
図、第6図はウエハトレイ11の移動の原理を示
す断面図である。第1図と合わせて、ウエハ3の
移動及び測定の原理を説明する。ウエハ3は複数
のウエハトレイ11に設置された後、第1図の前
処理室16の中に設置される。次に前処理室16
を窒素雰囲気にした後、予冷用液体窒素容器17
に液体窒素を満たし、予冷を行う。第4図は測定
室15にウエハトレイ11を移動した際の断面図
である。充分に予冷した後、前処理室16を排気
し、第4図に示すように前室側ゲートバルブ9−
1を開く、この時、測定室15は真空になつてい
る。ウエハトレイ送り装置18により第4図に示
すようにウエハトレイ11を測定室の所定の位置
まで移動した後、ウエハトレイ送り装置18を戻
し、前室側ゲートバルブを閉じる。第5図は測定
状態を示す断面図である。次に第5図に示すよう
に、プローブカード4をプローブカード微動ステ
ージ6により所定の位置に移動して、プローブカ
ード4をウエハ3の特定のチツプに接触させた
後、測定室排気及びヘリウムガス導入管20によ
りヘリウムガスを測定室15に導入し、ウエハ3
を冷却し検査を行う。この時、プローブカード微
動ステージ6がこおり付くのを防止するため断熱
材5を設置している。第6図は検査が終了してウ
エハトレイ11が後処理室に移動した際の断面図
である。検査が終了すると測定室15は排気さ
れ、前室側ゲートバルブ9−1と後室側ゲートバ
ルブ9−2が開かれ、ウエハトレイ送り装置18
により、ウエハトレイ11は後処理室14まで送
られ、第6図に示すようにウエハトレイ受け台1
2上に落ちる。ウエハトレイ送り装置18を戻
し、後室側ゲートバルブ9−2を閉じる。次に、
これまで動作させていたウエハトレイ停止装置1
9を一時的に解除して、前処理室16に積層され
ているウエハトレイ11を一枚だけ待期位置に落
す。ウエハトレイ停止装置19を動作させ、待期
位置にあるウエハトレイ11以外を固定した後、
ウエハトレイ送り装置18により新らたなウエハ
トレイ11を測定室15の所定の位置に送り、次
の検査を始める。本実施例によれば、ジヨセフソ
ン集積回路などの低温で動作する素子の自動検査
を短時間のうちに、効率良く行うことができ、し
かも、液体ヘリウムを余分に消費することなし
に、複数枚のウエハを自動的に検査できるという
効果がある。また、液体ヘリウム容器1が測定室
15と完全に分離しているため、液体ヘリウム容
器1を減圧あるいは加圧して液体ヘリウム温度近
傍の任意の温度で測定できるという効果もある。
この場合には、液体ヘリウム容器にヘリウムガス
排気管とともにヘリウムガス自動リーク弁を設置
し、ウエハ部に設置した温度センサの出力に応じ
て液体ヘリウム容器内のガス圧力を微調整して、
ウエハの温度を一定に保つようにする。第7図は
ウエハ3を上向きにウエハトレイ11に設置する
実施例を示しており、極低温容器との熱的接触を
改善できるという効果がある。さらにウエハトレ
イ11を沿直方向に立てた状態で測定し、移動す
る実施例では、液体ヘリウム容器内で発生する気
泡の影響を小さくできるという効果がある。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a low temperature automatic tester. This example is broken down into three blocks. They are a pretreatment chamber 16, a measurement chamber 15, and a posttreatment chamber 14. There is a front chamber side gate valve 9-1 between the pretreatment chamber 16 and the measurement chamber 15.
There is a rear gate valve 9-2 between the and after-treatment chamber 14.
There is. The pre-processing chamber 16 includes a pre-cooling liquid nitrogen container 17 for pre-cooling the plurality of wafer trays 11 on which the wafers 3 are placed from room temperature to liquid nitrogen temperature. The measurement chamber 15 is equipped with a liquid helium container 1 for bringing the wafer 3 to liquid helium temperature or a temperature close to it, a probe card 4 for inspecting the wafer 3, and a probe card fine movement stage 6. The post-processing chamber 14 receives the wafer 3 measured at liquid helium temperature along with the wafer tray 11,
They are heated from liquid helium temperature to room temperature using an infrared heating device without causing dew condensation, etc., at a slow heating rate that does not cause any hillocks on the elements. There is a wafer tray feeding device 18 and a wafer tray stopping device 19 for moving the wafer tray 11, and when moving the wafer tray 11, a front chamber side gate valve 9-1 and a rear chamber side gate valve 9-2 are used.
will be held. A wafer tray 11 is provided in the post-processing chamber 14.
Wafer tray holder 1 for receiving wafers one by one
2 is installed. Automatic measurement by controlling the movement of the wafer tray 11 and the probe card fine movement device,
A controller 21 for automatic feeding is attached. 2 and 3 are schematic diagrams showing the principle of cooling the wafer 3 and micro-movement of the probe card 4. FIG. When the wafer 3 is not being inspected or the wafer tray 11 is being moved, the measurement chamber, pre-processing chamber, and post-processing chamber are kept in vacuum as shown in FIG.
As shown in FIG. 3, after the wafer tray 11 is fixed in the measurement position and the probe card 4 brings the probe into contact with the chip to be tested, helium gas is introduced into the measurement chamber, and the wafer 3 is exposed from the front side. cooled down. After completing the test, probe card 4
When moving the probe card to the next chip position, the measurement chamber is evacuated again to maintain a vacuum before moving the probe card. This is to prevent the micro-moving parts from becoming hard or frozen at low temperatures. If the heat insulating effect of the heat insulating material 5 is increased to sufficiently insulate the liquid helium temperature from the room temperature, and if the wafer prober fine movement stage 6 can be kept at room temperature, there is no need to exhaust the inside of the measurement chamber each time the chip position is moved. . Figures 4 and 5
6 are cross-sectional views showing the principle of movement of the wafer tray 11. FIG. The principle of movement and measurement of the wafer 3 will be explained in conjunction with FIG. After the wafers 3 are placed on a plurality of wafer trays 11, they are placed in the preprocessing chamber 16 shown in FIG. Next, the pretreatment chamber 16
After creating a nitrogen atmosphere, the pre-cooling liquid nitrogen container 17
Fill with liquid nitrogen and pre-cool. FIG. 4 is a cross-sectional view when the wafer tray 11 is moved to the measurement chamber 15. After sufficiently precooling, the pretreatment chamber 16 is evacuated, and the pretreatment chamber side gate valve 9- is opened as shown in FIG.
1 is opened. At this time, the measurement chamber 15 is in a vacuum state. After the wafer tray 11 is moved to a predetermined position in the measurement chamber by the wafer tray transport device 18 as shown in FIG. 4, the wafer tray transport device 18 is returned and the front chamber side gate valve is closed. FIG. 5 is a sectional view showing the measurement state. Next, as shown in FIG. 5, the probe card 4 is moved to a predetermined position by the probe card fine movement stage 6, and after the probe card 4 is brought into contact with a specific chip of the wafer 3, the measurement chamber is evacuated and helium gas is Helium gas is introduced into the measurement chamber 15 through the introduction pipe 20, and the wafer 3
Cool and inspect. At this time, a heat insulating material 5 is installed to prevent the probe card fine movement stage 6 from getting cold. FIG. 6 is a sectional view when the wafer tray 11 is moved to the post-processing chamber after the inspection is completed. When the inspection is completed, the measurement chamber 15 is evacuated, the front chamber side gate valve 9-1 and the rear chamber side gate valve 9-2 are opened, and the wafer tray feeding device 18 is opened.
As a result, the wafer tray 11 is sent to the post-processing chamber 14, and as shown in FIG.
Fall on top of 2. The wafer tray feeding device 18 is returned and the rear chamber side gate valve 9-2 is closed. next,
Wafer tray stop device 1 that has been operating so far
9 is temporarily released, and only one wafer tray 11 stacked in the preprocessing chamber 16 is dropped into the waiting position. After operating the wafer tray stop device 19 and fixing the wafer trays other than the wafer tray 11 in the waiting position,
A new wafer tray 11 is sent to a predetermined position in the measurement chamber 15 by the wafer tray feeding device 18, and the next inspection is started. According to this embodiment, it is possible to automatically test elements that operate at low temperatures, such as Josephson integrated circuits, in a short period of time and efficiently. This has the effect of automatically inspecting wafers. Furthermore, since the liquid helium container 1 is completely separated from the measurement chamber 15, there is an effect that measurement can be performed at any temperature near the liquid helium temperature by reducing or pressurizing the liquid helium container 1.
In this case, a helium gas automatic leak valve is installed in the liquid helium container along with a helium gas exhaust pipe, and the gas pressure in the liquid helium container is finely adjusted according to the output of a temperature sensor installed in the wafer area.
Try to keep the wafer temperature constant. FIG. 7 shows an embodiment in which the wafer 3 is placed facing upward on the wafer tray 11, which has the effect of improving thermal contact with the cryogenic container. Furthermore, in the embodiment in which the wafer tray 11 is measured while standing in the vertical direction and then moved, there is an effect that the influence of air bubbles generated in the liquid helium container can be reduced.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、ジヨセフソン集積回路の検査
をウエハ状態で行うことができ、検査時間を著し
く短縮することができる。さらに、ウエハをウエ
ハトレイに設置して、複数のウエハの検査を連続
的に行い、検査時間の短縮効果をさらに高めるこ
とができる。また、前処理室で予冷を行い、ウエ
ハの交換時に液体ヘリウム容器を断熱状態に置く
ため、液体ヘリウムの蒸発量を小さくすることが
できる。検査時間の短縮はジヨセフソン集積回路
の開発及び生産に多大の効果をもたらし、液体ヘ
リウムを効率良く使用できることはジヨセフソン
集積回路の開発及び生産において経済的にも著し
い効果が期待できる。
According to the present invention, Josephson integrated circuits can be tested in the wafer state, and the testing time can be significantly shortened. Furthermore, by placing the wafers on a wafer tray and inspecting a plurality of wafers in succession, the effect of shortening inspection time can be further enhanced. Furthermore, since pre-cooling is performed in the pre-processing chamber and the liquid helium container is placed in an insulated state during wafer exchange, the amount of evaporation of liquid helium can be reduced. Reducing inspection time has a great effect on the development and production of Josephson integrated circuits, and the efficient use of liquid helium can be expected to have significant economic effects on the development and production of Josephson integrated circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の断面図である。第
2図、第3図はウエハの冷却及びプローブカード
の微動の原理を示す模式図である。第4図、第5
図、第6図はウエハトレイの移動の原理を示す断
面図である。第7図は本発明の他の実施例の断面
図である。 1……液体ヘリウム容器、2……液体窒素容
器、3……ウエハ、4……プローブカード、5…
…断熱材、6……プローブカード微動ステージ、
7……プローブカード上下装置、8……微動ステ
ージ駆動装置、9−1……前室側ゲートバルブ、
9−2……後室側ゲートバルブ、10−1……前
室側ゲートバルブ駆動装置、10−2……後室側
ゲートバルブ駆動装置、11……ウエハトレイ、
12……ウエハトレイ受け台、13……受け台駆
動装置、14……後処理室、15……測定室、1
6……前処理室、17……予冷用液体窒素容器、
18……ウエハトレイ送り装置、19……ウエハ
トレイ停止装置、20……測定室排気及びヘリウ
ムガス導入管、21……ウエハトレイ移動装置及
びプローブカード微動装置コントローラ。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention. FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams showing the principle of cooling the wafer and micro-movement of the probe card. Figures 4 and 5
6 are cross-sectional views showing the principle of movement of the wafer tray. FIG. 7 is a sectional view of another embodiment of the invention. 1...Liquid helium container, 2...Liquid nitrogen container, 3...Wafer, 4...Probe card, 5...
...Insulation material, 6...Probe card fine movement stage,
7... Probe card up/down device, 8... Fine movement stage drive device, 9-1... Front chamber side gate valve,
9-2... Rear chamber side gate valve, 10-1... Front chamber side gate valve drive device, 10-2... Rear chamber side gate valve drive device, 11... Wafer tray,
12... Wafer tray pedestal, 13... pedestal driving device, 14... Post-processing chamber, 15... Measurement chamber, 1
6... Pre-treatment chamber, 17... Liquid nitrogen container for pre-cooling,
18... Wafer tray feeding device, 19... Wafer tray stopping device, 20... Measurement chamber exhaust and helium gas introduction pipe, 21... Wafer tray moving device and probe card fine movement device controller.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ジヨセフソン集積回路をウエハ状態で検査す
る低温自動テスターにおいてウエハを搭載したウ
エハトレイを収納して予備冷却を行なう前処理室
と、前記前処理室から移送されたウエハトレイに
搭載されたウエハを測定するための測定室と、前
記測定室から取出したウエハトレイを室温に戻す
後処理室を備え、前記測定室の測定位置壁面の内
部は前記ウエハトレイを冷却するための液体ヘリ
ウム容器となし、かつ前記測定室には測定時にヘ
リウムガスを排気し、ウエハ移動時にヘリウムガ
スを排気して真空となす機構を備えたことを特徴
とする低温自動テスター。 2 前記液体ヘリウム容器は圧力が可変であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の低
温自動テスター。
[Scope of Claims] 1. In a low-temperature automatic tester that tests Josephson integrated circuits in the wafer state, there is a pre-processing chamber in which a wafer tray loaded with wafers is stored and pre-cooled; a measurement chamber for measuring the wafers taken out from the measurement chamber; and a post-processing chamber for returning the wafer tray taken out from the measurement chamber to room temperature; the inside of the measurement position wall of the measurement chamber is a liquid helium container for cooling the wafer tray; and a low temperature automatic tester characterized in that the measurement chamber is equipped with a mechanism for exhausting helium gas during measurement and for creating a vacuum by exhausting helium gas during wafer movement. 2. The low temperature automatic tester according to claim 1, wherein the liquid helium container has a variable pressure.
JP58053490A 1983-03-31 1983-03-31 Low temperature automatic tester Granted JPS59181076A (en)

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