DE60010890T2

DE60010890T2 - Gerät und verfahren zur temperaturkontrolle von integrierten schaltungen während der prüfung

Info

Publication number: DE60010890T2
Application number: DE60010890T
Authority: DE
Inventors: Larry Dibattista; Mark Malinoski; Tomoya Shitara
Original assignee: Delta Design Inc
Current assignee: Delta Design Inc
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2020-07-15
Also published as: WO2001006273A9; AU6096900A; EP1196790B1; DE60010890D1; EP1196790A1; WO2001006273A1; ATE267403T1

Description

Querverweis zu einer verbundenen Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der früher eingereichten provisorischen Anmeldung Nr. 60/143,932, hinterlegt am 15. Juli 1999.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Temperaturkontrolle integrierter Schaltkreis- („IC-") Einrichtungen während Tests. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Vorrichtungen und Verfahren zur Kontrolle der Temperatur solcher Vorrichtungen, wenn sie bei einem Wafer getestet werden.
Hintergrund der Erfindung
Funktionstests von IC-Vorrichtungen sind notwendig um die Leistungsfähigkeit zu überprüfen, bevor sie an einen Endverbraucher ausgeliefert werden. Es ist wünschenswert, solche Vorrichtungen so früh wie möglich im Herstellungsprozess zu testen, sodass alle nicht funktionierenden Vorrichtungen aus dem Prozess entfernt werden können, bevor weitere teure Prozessschritte angewandt werden. Der früheste Zeitpunkt in der Herstellung, zu welchem die volle Funktionalität der Vorrichtungen getestet werden kann, ist das Ende der Bearbeitung des Wafers, auf welchem die Vorrichtungen ausgebildet werden. Ein Testen zu diesem Zeitpunkt, oftmals als „wafer probing" bzw. „Waferuntersuchung" bezeichnet, wurde bei früheren Teststrategien benutzt. Wafertester-Schnittstellen werden als eine Schnittstelle mit einem Testsystem benutzt. In einer Wafertester-Schnittstelle werden vorläufige Kontakte wie z. B. Nadeln in elektrische Kontakte mit auf der Vorrichtung geformten Kontaktflächen platziert, wie für Leistungsein- und Ausgangssignale. Die Kontaktflächen werden ausgebildet, wenn die Vorrichtung immer noch Teil des Wafers ist, das heißt, bevor der Wafer in individuelle oder vereinzelte bzw. singularisierte Vorrichtungen geschnitten wird. Ein Testmuster wird dann über diese Kontaktflächen angewandt.
Die thermische Steuerung von Vorrichtungen während Tests wurde als ein Problem beim Test von IC-Vorrichtungen erkannt. Ein besonderes Problem beim Testen von IC-Vorrichtungen ist, dass sie getestet werden, bevor Temperatursteuervorrichtungen wie Wärmesenken und Lüfter angebracht werden. Für Vorrichtungen, in welchen die Verlustleistung des Chips relativ konstant ist, oder nur in einem kleinen Bereich variiert, kann eine Temperatursteuerung durch Platzieren der Vorrichtung in Kontakt mit einer großen thermischen Masse erreicht werden, welche auf der gewünschten Tempe ratur gehalten wird. Diese Methode ist jedoch im allgemeinen unbefriedigend, wenn der Wert der Verlustleistung der Vorrichtung über einen großen Bereich variiert.
Eine Herangehensweise, die Temperatur einer Vorrichtung während eines Tests zu steuern, umfasst das Platzieren der Vorrichtung in Kontakt mit einem Temperaturregelsystem. Das Temperaturregelsystem wird benutzt, um die Kühl- oder Heizmenge zu variieren, um die Vorrichtung während des Tests auf den gewünschten Temperatursollwert zu halten. Die Steuerung eines solchen Systems benutzt typischerweise einen Regelkreis basierend auf der Ausgangsgröße eines Temperatursensors, welcher mit der Vorrichtung in Kontakt steht, oder, in gewissen Fällen, in die Vorrichtung selbst eingebaut ist.
Typische Temperaturregelsysteme benutzen oft Luftkonvektionssysteme, die erheblich über den gewünschten geregelten Temperaturbereich hinausgehen, und zwar sowohl am heißen, wie auch am kalten Ende. Auf diese Weise kann versucht werden, die Temperaturkonditionierung der Vorrichtung durch übermäßiges Kühlen oder übermäßiges Heizen zu beschleunigen. Da die nominelle Leistungsdichte der Vorrichtungen weiterhin ansteigt, erreicht die Fähigkeit von Luftkonvektionssystemen, übermäßig zu kühlen, praktische Grenzen, welche einen Anstieg der Temperatursollwertabweichung zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Temperatur verursachen. Ein weiteres Problem ist die gestiegene Empfindlichkeit gegenüber hohen Temperaturen, welche Vorrichtungen haben, die nach den neuesten Prozessen hergestellt sind. Die Möglichkeit einer Beschädigung des Chips wegen übermäßigen Heizens führt zu einem zusätzlichen Risiko beim Gebrauch des Ansatzes mit übermäßigem Heizen. Die Kombination aus einer begrenzten Möglichkeit übermäßig zu kühlen, und der Notwendigkeit, beim übermäßigen Heizen zurückhaltend zu sein, führt zu einem erhöhten Zeitbedarf den Sollwert zu erreichen, mit einer überflüssigen Benutzung von teurer Testausrüstung und technischem Personal als Kosten.
Ein weiterer Ansatz im Design von Temperaturregelsystemen beinhaltet den Gebrauch eines doppelten Flüssigkeitsleitsystems, mit einer heißen Flüssigkeit und einer kalten Flüssigkeit. Das Verhältnis der beiden Flüssigkeiten wird mechanisch gemessen, um die gewünschte Regeltemperatur herbeizuführen. Um schnelle Ansprechzeiten zu erreichen, erfordert dieser Ansatz, dass die Messung sehr nahe an der Vorrichtung erfolgt. Dies legt der mechanischen Konstruktion Beschränkungen auf, welche die Flexibilität beschränken, die vom Temperaturregelsystem kontrollierte Fläche in Kontakt mit der Vorrichtung oder der Verpackung der Vorrichtung zu bringen. Selbst ohne diese Beschränkungen ist die mechanische Messung der beiden Flüssigkeiten bei der Änderung der Regeltemperaturen langsam im Vergleich zu der Temperaturänderung, welche durch die verzögerungsfreie Verlustleistung der Vorrichtung verursacht wird. Diese relativ langsame Änderung verursacht auch eine erhöhte Sollwertabweichung zwischen den gewünschten und den tatsächlichen Temperaturen.
Beispiele der oben beschriebenen Systeme können in den folgenden US-Patenten gefunden werden: 5,420,521; 5,297,621; 5,315,240; 5,205,132; 5,309,090; 5,821,505; 5,172,049; und 4,734,872. Einige Systeme heizen nur den Chip, und stellen keine Mittel bereit, um Wärme vom Chip wegzuführen. Andere Systeme erhöhen oder erniedrigen die Temperatur des Chips mit einem Gasstrom oder mit einer Tauchflüssigkeit. In den letztgenannten Systemen ist die Genauigkeit der eingestellten Chiptemperaturen durch die Geschwindigkeit begrenzt, mit welcher die Temperatur des Gasstroms oder der Flüssigkeit erhöht oder erniedrigt werden kann.
Heutzutage besteht der Ansatz bei der Temperaturkontrolle beim Wafertesten darin, eine thermische Masse in der Form eines geheizten und/oder gekühlten Futters bereitzustellen, auf welchem der Wafer während des Testens platziert wird. Das Futter versucht, die Temperatur des gesamten Wafers während des Testens auf der gewünschten Solltemperatur zu halten. Ein Beispiel für ein solches System ist das ThermoChuck, angeboten von Temptronic Corp. aus Newton, Massachusetts. Es ist jedoch für ein solches System nicht möglich, auf lokale Temperaturänderungen zu reagieren, welche von einer einzelnen leistungsfähigen Vorrichtung auf einem Wafer verursacht wird, die schnell gemessen wird. Diese Beschränkung hat es effektiv verhindert, dass das Wafertesten genutzt wird, um leistungsfähige Vorrichtungen schnell im Herstellungsprozess zu testen.
US-A-5,210,485 beschreibt einen Wafer-Einbrenntestapparat, der während des Testens eine Vielzahl integrierter Schaltkreiseinrichtungen auf einem Wafer heizt. Ein Heizelement ist ausgebildet die einzelnen Vorrichtungen gleichmäßig und kontrolliert zu heizen, und umfasst eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen, schlangenlinienförmigen Spuren auf einem Siliziumsubstrat. Die Anzahl und Anordnung der Spuren korrespondiert zu der Anzahl und Anordnung der Vorrichtungen auf dem Wafer.
Ein alternativer Wafer-Einbrenntestapparat wird in der EP-A-0,613,149 beschrieben. Eine Vielzahl von Halbleiterchips werden während des Testens durch Platzieren der einzelnen Chips, vereinzelt vom Wafer, in einer Heizanordnung geheizt, welche eine Öffnung für jeden Chip besitzt. Jede Öffnung hat sein eigenes Heizelement, wobei die Elemente über eine gemeinsame Stromleitung mit Energie versorgt werden.
DE-A-197 00 839 beschreibt einen alternativen Wafer-Testapparat, in welchem eine Temperaturstabilisierungsvorrichtung bereitgestellt wird, um die Temperatur eines zu testenden Halbleiterwafers festzulegen. Die Temperaturstabilisierungsvorrichtung umfasst eine erste Wärmestabilisierungsstufe um die Temperatur des Wafers festzusetzen, und eine zweite Wärmestabilisierungsstufe, um abgeführte Wärme von der ersten Stufe wegzuführen. Die zwei Stationen sind unabhängig voneinander kontrollierbar, und sind bevorzugterweise als Peltiervorrichtungen ausgebildet.
Es besteht ein Bedürfnis nach einem Temperaturkontrollsystem, welches einige der Probleme überwindet oder zumindest reduziert, welche bei der Temperaturkontrolle von Vorrichtungen auftreten, wenn eine Waferuntersuchung zum Testen genutzt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Kurz gesagt wird gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Steuervorrichtung für integrierte Schaltkreiseinrichtungen in der Prüfung bereitgestellt. Die Vorrichtung beinhaltet einen Wärmetauscher mit einer Oberfläche, die derart ausgebildet ist, dass sie mit jeder einer Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen in Kontakt tritt. Die Oberfläche hat eine Vielzahl von Regionen, welche zu den entsprechenden Regionen einer Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen korrespondieren. Während des Testens wird die Temperatur einer jeden der Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen individuell in jeder der Vielzahl von Regionen kontrolliert.
Übereinstimmend mit diesem Aspekt der Erfindung kann der Wärmetauscher ein Futter umfassen, welches eine Vielzahl von Heizelementen besitzt, die an jeder der Regionen angeordnet sind, und das Futter kann eine Wärmesenke beinhalten, mit welcher jedes Heizelement die Temperatur einer korrespondierenden Region auf eine Temperatur oberhalb der von der Wärmesenke vorgegebenen Temperatur einregelt.
Ebenfalls übereinstimmend mit diesem Aspekt der Erfindung kann die Temperatur jeder dieser Regionen individuell mit einem Heizelement kontrolliert werden, welches an einer Wärmesenke angeordnet ist, oder durch eine Vielzahl von Heizelementen, welche oberhalb einer korrespondierenden Wärmesenke von einer Vielzahl von Wärmesenken angeordnet sind.
Ebenfalls übereinstimmend mit diesem Aspekt der Erfindung kann die Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen auf einem Wafer ausgebildet werden, und die Oberfläche kann so ausgerichtet sein, dass sie den Wafer berührt, sodass die Vielzahl von Regionen zu den entsprechenden Regionen einer Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen korrespondieren, welche auf dem Wafer gebildet sind. Alternativ können die Vielzahl integrierter Schaltkreiseinrichtungen vereinzelte Vorrichtungen sein, und die Oberfläche ist so ausgerichtet, dass sie die vereinzelten Vorrichtungen zu berühren, sodass die Vielzahl von Regionen zu entsprechenden Bereichen der vereinzelten Vorrichtungen korrespondiert.
In einer Ausführungsform umfasst der Wärmetauscher ein Futter, um die Vorrichtungen während des Testens zu lokalisieren. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Vielzahl von Temperaturkontrollvorrichtungen, um die Temperatur jeder der Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen zu kontrollieren, welche in dem Futter angeordnet sind, und welche zu der Anordnung der zu testenden Vorrichtungen auf dem Wafer korrespondieren.
Übereinstimmend mit dieser Ausführungsform der Erfindung kann das Futter mit Mitteln zur Kontrolle seiner Temperatur während des Testens ausgestattet werden, und die Mittel zur Kontrolle der Futtertemperatur können eine Versorgung eines temperaturgeregelten Fluids oder eine elektrische Vorrichtung umfassen.
Ebenfalls übereinstimmend mit dieser Ausführungsform der Erfindung können die Vielzahl von Temperaturkontrolleinrichtungen Heizelemente umfassen, und ein Wärmetauscherkörper kann für jedes Heizelement bereitgestellt werden, oder ein einzelner Wärmetauscherkörper kann für eine Vielzahl von Heizelementen bereitgestellt werden.
Kurz gesagt, in einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Kontrolle der Temperatur einer Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen in der Prüfung bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Platzieren der Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen in Kontakt mit einer korrespondierenden Region einer Vielzahl von Regionen einer Oberfläche des Wärmetauschers. Die Temperaturen einer jeden der Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen in jeder der Vielzahl von Regionen wird individuell kontrolliert.
Übereinstimmend mit diesem Aspekt der Erfindung kann der Wärmetauscher ein Futter umfassen, welches eine Vielzahl von Heizelementen besitzt, die an jedem der Bereiche angeordnet sind, und das Futter kann eine Wärmesenke besitzen, mit welcher jedes Heizelement die Temperatur eines korrespondierenden Bereichs auf eine Temperatur oberhalb der von der Wärmesenke vorgegebenen Temperatur einregelt.
Ebenfalls übereinstimmend mit diesem Aspekt der Erfindung kann die Temperatur jeder Region individuell durch ein Heizelement kontrolliert werden, welches an einer Wärmesenke angeordnet ist, oder durch eine Vielzahl von Heizelementen, welche an einer korrespondierenden Wärmesenke eine Vielzahl von Wärmesenken angeordnet sind.
Ebenfalls übereinstimmend mit diesem Aspekt Erfindung kann die Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen auf einem Wafer ausgebildet werden, und die Oberfläche kann ausgerichtet werden, um mit dem Wafer in Kontakt zu treten, sodass die Vielzahl von Regionen den entsprechenden Regionen der Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen, welche auf dem Wafer gebildet sind, entsprechen. Alternativ hierzu können die Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen vereinzelte Vorrichtungen sein, und die Oberfläche kann ausgerichtet sein, um mit den vereinzelten Vorrichtungen in Kontakt zu treten, sodass die Vielzahl von Regionen den entsprechenden Regionen der vereinzelten Vorrichtungen entsprechen.
Übereinstimmend mit diesem Aspekt der Erfindung umfasst das Platzieren der Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen die Lokalisierung der Vorrichtungen an einem Prüfungsort, an wel chem Temperaturkontrollvorrichtungen angeordnet sind, um mit der Anordnung der zu testenden Vorrichtungen zu korrespondieren. Die individuellen Vorrichtungen werden getestet.
Übereinstimmend mit diesem Aspekt Erfindung kann das Verfahren weiterhin das Vereinzeln der auf dem Wafer gebildeten Vorrichtungen vor dem Testen umfassen, wobei die vereinzelten Vorrichtungen auf dem Futter in der gleichen Anordnung angeordnet werden, als wenn sie auf dem Wafer gebildet wären.
Übereinstimmend mit Aspekten der Erfindung kann die Temperatur einer jeden der Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen basierend auf der Leistungsaufnahme der integrierten Schaltkreiseinrichtungen kontrolliert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Wärmetauschers;
2. ist ein Blockdiagramm auf hoher Ebene, das die Beziehung zwischen dem Wärmetauscher, einer Vorrichtung in der Prüfung, und einem thermischen Kontrollsystem entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
2B bis 2C zeigen Anordnungen des Wärmetauschers von 2A;
3 zeigt eine schematische Ansicht aus der Systemperspektive einer Testvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt ein Blockdiagramm des Kühlsystems von 3;
5 stellt ein Beispiel für ein mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmendes Futter dar;
6 zeigt ein Blockdiagramm auf hoher Ebene der Kontrollelektronik der Systemkontrolleinheit von 3;
7 zeigt einen Teil eines Blockdiagramms der thermischen Schalttafel von 6;
8A–8B stellt Ausführungsformen eines Wärmetauschers mit mehreren Heizern dar, thermisch verbunden mit einzelnen Vorrichtungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt ein schematisches Diagramm des thermischen Kontrollschaltkreises von 3;
10A und 10B zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht eines Wärmetauschers zum Gebrauch mit Wafern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung; und
11A und 11B zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht eines Wärmetauschers mit einer Trägeranordnung für vereinzelte Vorrichtungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 veranschaulicht einen Wärmetauscher, der eine leitende thermische Kontrolle einer Vorrichtung 20 bereitstellt. Der Wärmetauscher beinhaltet eine Wärmesenke 10, welche eine zirkulierende Kühlflüssigkeit 12 beherbergt, ein Heizelement 14 und einen Regelkreis 16, um eine Kontaktfläche 18 der Testvorrichtung und eine Vorrichtung 20 auf der Solltemperatur zu halten. Die Wärmetauschervorrichtung beinhaltet auch eine Stromquelle 22, welche von dem Regelkreis 16 benutzt wird, um die Kontaktfläche 18 auf der Solltemperatur zu halten.
In diesem Beispiel wird die Flüssigkeit 12 am besten auf einer konstanten Temperatur gehalten, die hinreichend kleiner als die Solltemperatur ist, und welche oberhalb oder unterhalb der Umgebungstemperatur liegen kann. Das Heizelement 14 wird dann benutzt, um die Temperatur der Kontaktfläche 18 auf die gewünschte Solltemperatur zu bringen. In solch einer Konfiguration kühlt die Flüssigkeit 12 das Heizelement 14 unabhängig davon, ob die Solltemperatur oberhalb oder unterhalb der Umgebungstemperatur ist.
Der Wärmetauscher von 1 erlaubt es, die Temperatur der Kontaktfläche schnell zu ändern, um Veränderungen in der augenblicklichen Verlustleistung einer IC-Vorrichtung zu kompensieren. Das Heizelement 14 kann auch ziemlich kompakt sein, was eine erhöhte Flexibilität mit sich bringt, typischen Testsituationen bei solchen Vorrichtungen zu begegnen.
Der Temperaturbereich für die Flüssigkeit ist typischerweise –60 °C bis +60°C. Am besten sind bei jedem Punkt dieses Temperaturbereichs die Viskosität der Flüssigkeit und die resultierende Fließgeschwindigkeit innerhalb weniger Prozent konstant, um einen negativen Einfluss auf die Durchführung der thermischen Kontrolle zu vermeiden. Ein Ansatz, diese Kombination von Prozenten zu erreichen, und welcher mit Vorteil mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung genutzt werden kann, wird in der zusammen übertragenen US-Patentanmeldung Nr. 09/352,762 mit dem Titel „Apparatus, method and device of liquid-based, wide range, fast response temperature control of electronic devices" beschrieben, die am 14. Juli 1999 angemeldet wurde.
2A ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Systems, wie es in 1 gezeigt wird. In 2A steuert ein Temperaturkontrollsystem 140 einen Wärmetauscher 216, welcher in thermischen Kon takt mit einer Vorrichtung in der Prüfung („DUT") 182 steht. Die DUT 182 steht am besten in physischem Kontakt mit einer Oberfläche des Wärmetauschers 216. In diesem Diagramm wird eine einzige DUT gezeigt. Wie vorstehend erläutert, erlaubt jedoch die vorliegende Erfindung auch die Temperaturkontrolle einer Vielzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen, die zur gleichen Zeit getestet werden können.
2B und 2C zeigen Beispiele für konkretere Implementierungen des Wärmetauschers 216 und der DUT 182, die ganz allgemein in 2A gezeigt sind. In 2B umfasst der Wärmetauscher 216 ein Futter 120 mit einem Heizelement 149 in thermischem Kontakt mit der DUT 182. In 2C umfasst der Wärmetauscher 216 das Heizelement 14 und eine Wärmesenke 10, dessen Temperatur mit der Flüssigkeit 12 reguliert wird, in der Art, wie es in Bezug auf 1 beschrieben wurde.
Da jetzt die allgemeineren Aspekte eines Wärmetauschers für die thermische Kontrolle eines VIP beschrieben sind, werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung diskutiert, in welchen mehrfache DUTs, die Wafertests durchlaufen, auf einer individuellen Basis thermisch kontrolliert werden.
Wie in 8A gezeigt, umfasst ein Wärmetauscher 216 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Futter 120 auf welchem eine Vielzahl von Heizelementen 149 integriert sind. Eine Vielzahl von DUTs 182 befinden sich auf dem Heizelement 149, bevorzugt in einer Eins-zu-Eins Beziehung. Diese Eins-zu-Eins Beziehung zwischen den Heizelementen 149 und den DUTs 182 ermöglicht es, die Temperatur eines jeden DUT 182 während eines Tests unabhängig zu kontrollieren.
8B zeigt eine alternative Ausführungsform, in welcher separate Wärmetauscherkörper 153 für jeden einer Vielzahl von Heizern 149 bereitgestellt wird. Jeder der Wärmetauscherkörper 153 besitzt eine Öffnung, die es einer Flüssigkeit erlaubt, durch sie hindurchzufließen, um als Wärmesenke zu dienen, wie es oben beschrieben wurde. Die Wärmetauscherkörper 153 können Teil eines einzigen Futters 120 sein. Obwohl die 8B separate Wärmetauscherkörper 153 für jedes Heizelement 149 zeigt, können sich diese Körper 153 gegenseitig thermisch beeinflussen, abhängig vom Maß der zwischen ihnen befindlichen thermischen Isolierung. Das Gleiche trifft für die Heizelemente 149 selbst zu, unabhängig davon, wie viele Wärmetauscherkörper 153 vorhanden sind.
Die individuellen Heizelemente 149 oder Heizer können zum Beispiel als ein dreilagiges, bei niedriger Temperatur gesintertes Aluminiumnitrid-Heizersubstrat mit Heizerspuren zwischen den ersten beiden Lagen und der RTD-Spur zwischen beiden letzten Lagen bestehen. Die Heizerspuren stellt die Wärmeenergie bereit, und die RTD-Spur stellt die Temperaturinformation bereit. Die beiden Spuren sind elektrisch isoliert, wobei sie, wegen der thermischen Leitfähigkeit der Aluminiumnitrid-Lagen, im Wesentlichen die gleiche thermische Position einnehmen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Heizelemente 149 Widerstandsheizer. Es ist jedoch klar, dass viele andere Ty pen von Heizelementen benutzt werden können, einschließlich und ohne Beschränkung eines Heizers der Laser verwendet, anderer Optiken oder elektromagnetischer Wellen.
10A und 10B sind eine perspektivische Ansicht bzw. eine Draufsicht auf einen exemplarischen Wärmetauscher gemäß der Erfindung. Ein Futter 122 dient dazu, den ganzen Wafer zu fixieren, das heißt auszurichten. Vorzugsweise ist das Futter 122 ein gekühltes Fluid, einschließlich einer Fluidkavität 124, einem Fluideinlass 126, und einem Fluidauslass 128. Der Einlass 126 und der Auslass 128 sind über Fluidversorgungszuführungen 133 mit dem Temperaturkontrollsystem verbunden, so wie dem oben mit Bezug auf 1 Beschriebenen. Angeordnet auf der oberen Oberfläche des fluidgekühlten Futters 122 ist eine Anordnung 129 von Heizelementen 149, welche mit dem Temperaturkontrollsystem über ein Heizer-Kontrollkabel 134 verbunden ist. Jedes Heizelement 149 in der Anordnung 129 hat eine Größe und eine Form, die zu derjenigen der zugeordneten, auf dem Wafer zu testenden IC-Vorrichtung korrespondiert. Folglich wird, wenn ein Wafer auf dem Futter 120 positioniert wird, jede Vorrichtung oberhalb eines Heizelements 149 sitzen.
In dieser Ausführungsform wird jedes Heizelement 149 unabhängig von den anderen kontrolliert. Infolgedessen kann die Temperaturkontrolle auf die jeweilige Vorrichtung in der Prüfung angewandt werden, welche sich auf dem korrespondierenden Heizelement 149 befindet, wenn ein Wafer auf dem Futter 120 in solcher Weise platziert wird, dass jedes DUT auf seiner Solltemperatur gehalten wird.
11A und 11B sind jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht einer alternativen Ausführung die benutzt wird, um vereinzelte Vorrichtungen zu kontrollieren. "Vereinzeln" bzw. „Singularisieren" bezieht sich auf das Separieren der Vorrichtungen, und vereinzelte Vorrichtungen sind in irgendeiner speziellen Anordnung nicht notwendig, obwohl sie mit Vorteil und in Übereinstimmung mit ihrem jeweiligen Ort auf einem vorgeschnittenen Wafer genutzt werden können. In diesem Fall sind das Futter 122 und die Heizelemente im Wesentlichen dieselben wie in der Ausführungsform für die Ausrichtung des ganzen Wafers, wie sie in 10A und 10B gezeigt wird. Ein Wafer-Größenadapter 137 kann jedoch, wie in 11A und 11B gezeigt, auf das Futter 122 und die Heizelementeanordnung platziert werden. Der Wafer-Größenadapter 137 umfasst einen Träger 138 mit darin eingeformten Taschen 139. Die Taschen korrespondieren in Form, Größe und Position zu dem Ort der IC-Vorrichtungen im Wafer für die Herstellung. Vorzugsweise besteht der Träger aus einem Material mit niedrigem thermischem Widerstand.
Der Adapter 137 erlaubt es, einen Test ähnlich der Waferuntersuchung bezüglich Vorrichtungen durchzuführen, nachdem der Wafer geschnitten wurde, um die separaten oder vereinzelten Vorrichtungen bereitzustellen, während weiterhin dieselbe Futteranordnung benutzt wird, als ob der gesamte Wafer benutzt würde. Das heißt, die räumliche Beziehung der Vorrichtungen vor der Separierung vom Wafer wird aufrechterhalten, und eine Diagnose des Herstellungsprozesses ist möglich, selbst wenn der Wafer nicht mehr ein Stück ist. Natürlich ist es nicht notwendig, eine Vorrichtung in jeder der Taschen zu haben, insbesondere wenn gewisse Vorrichtungen bereits als fehlerhaft bekannt sind, und es nicht wert sind, weiter bearbeitet oder getestet zu werden. Weiterhin ist es auch nicht notwendig, die vereinzelten Vorrichtungen auf dem Adapter 137 in denselben Positionen anzuordnen, die sie auf dem Wafer hatten. Nichtsdestotrotz bietet die Anordnung der vereinzelten Vorrichtungen in den gleichen Positionen, wie sie auf dem Wafer vorlagen, zusätzliche Testinformationen über den Wafer. Die vereinzelten Vorrichtungen können auch, wenn gewünscht, einzeln getestet werden.
Jeder der Heizelemente 149 kann, wie in 10A und 10B gezeigt, in einen gemeinsamen Wärmetauscherkörper integriert werden, in welchem jedes der Heizelemente 149 in thermischem Kontakt mit der Fluidkavität 124 des fluidgekühlten Futters 122 steht. Andere Ausführungen können mehrfache, separierte Wärmesenken benutzen. Diese mehrfachen Senken können in thermischem Kontakt mit individuellen Heizelementen 149, oder mit mehrfachen Heizelementen 149 stehen. Es sei angemerkt, dass in einer bevorzugten Ausführungsform das Futter 120 kein Heizelement 149 besitzt. Die Heizelemente 149 können jedoch in das Futter 120 integriert werden.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform ein Futter beinhaltet, welches die Heizelemente stützt, kann jede Vorrichtung, die eine Vielzahl von Heizelementen 149 hält, aufnimmt oder sichert, stattdessen verwendet werden. Dies kann beispielsweise der Adapter 137 sein, eine Oberfläche, eine Anordnung von Spalten oder andere Stützkonstruktionen oder jede andere geeignete Stützvorrichtung. Wenn die Heizelemente 149 gesichert sind oder eine Aufnahmevorrichtung benutzt wird, um sie zu halten, ist es auch möglich, die DUTs 182 von der Seite oder von oben zu kontaktieren. In einigen Ausführungen sind nur die Heizelemente 149 starr angeordnet, sodass die DUTs 182 mit ihnen ausgerichtet werden können. Die Heizelemente 149 können in ihrer Anordnung durch Bonden, Adhäsion, Sicherungen, Retention, einen begrenzten Raum für Bewegungen oder jeden anderen geeigneten Mechanismus oder Vorrichtung fixiert werden. In solchen Ausführungen ist ein Futter per se nicht notwendig, wenn die Temperaturkontrolle durch die Heizelemente 149 vorgenommen werden kann.
3 veranschaulicht eine exemplarische Anwendung der Erfindung in Zusammenhang mit einer Testvorrichtung, welche einen Wafertester 100 umfasst. Der Wafertester 100 kann ein solcher sein, den es bereits gibt, so wie den UF200-Tester erhältlich von Tokyo Seimitsu., Ltd. (TSK). Der Wafertester 100 beinhaltet eine Region 110, welche ein Futter 120 trägt. Das Futter 120 ist ausgebildet, einen Wafer (nicht dargestellt) zu tragen, auf welchem eine Anzahl von integrierten Haltleiterschaltkreiseinrichtungen ausgeformt wurden. Solche Wafer haben typischerweise einen Durchmesser von 200 mm, obwohl andere Größen oft benutzt werden, und können mehr als 200 auf ihnen ausgeformte Vorrichtungen aufweisen. Die Zahl und Anordnung von Vorrichtungen auf dem Wafer variiert entsprechend des jeweiligen Designs der fraglichen IC-Vorrichtung.
Die Testvorrichtung von 3 umfasst auch eine Prüfkopfschnittstelle 130, die elektrische Anschlüsse bereitstellt, welche an die Stromaufnahme- und Input/Output-Kontaktstellen der Vorrichtungen auf dem Wafer angelegt werden können. Die Anschlüsse können Nadeln seinen, oder jede andere Form von Kontakten, welche für die fragliche Vorrichtung geeignet sind. Die Prüfkopfschnittstelle 130 ist mit Anschlüssen für den Prüfkopf für jedes der verschiedenen verfügbaren Testsysteme ausgestattet, sowie das ITS 9000 IX (nicht dargestellt) von Schlumberger Technologies, Inc., aus San Jose, Kalifornien.
Die Testvorrichtung von 3 umfasst ferner ein Temperaturkontrollsystem 140. Das Futter 120 ist mittels in einem Gehäuse 135 angeordneter Fluidzuführungen und Kontrollkabeln mit dem Temperaturkontrollsystem 140 verbunden. Das Temperaturkontrollsystem kann mit jedem der verschiedenen verfügbaren Systeme implementiert werden, so mit dem ETS 1000 hergestellt von Schlumberger Technologies, Inc. Das Temperaturkontrollsystem 140 kann als ein thermisches Kontrollgehäuse 150 ausgebildet sein, welches den Systemcontroller 160 trägt, und welches mit einer Benutzerschnittstelle, einer Flüssigkeitskühlung, und einem Rezirkulationssystem 170 ausgestattet ist, sowie einem Auslegerarm 180, welcher die Fluidzuführungen und die Kontrollkabel trägt.
Die Benutzung des in 3 gezeigten Systems ist im Wesentlichen die gleiche wie diejenige, die in Malinoski et. al., US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 09/352,762, mit dem Titel „Apparatus, method and system of liquid-based, wide range, fast response temperature control of electronic devices", angemeldet am 14. Juli 1999, beschrieben wurde, und worauf oben Bezug genommen wurde. Insbesondere kontrolliert das System die Temperatur einer Testvorrichtung bei oder nahe einer Solltemperatur trotz möglicher Fluktuationen in der Temperatur der Vorrichtung bedingt durch Selbstheizung.
4 zeigt ein Blockdiagramm des Flüssigkeitskühl- und Rezirkulationssystems 170. Wie in 4 gezeigt, beinhaltet das Flüssigkeitskühl- und Rezirkulationssystem 170 eine Kälteanlage 200, einen Filter 210, und eine Flusssteuerung 212. Die Kälteanlage umfasst ein Reservoir 202 mit einem unter Druck stehenden Kühlmittel, eine Pumpe 204, einen Wärmetauscher- (Heiz-/Kühl-) System 206, einen Temperatursensor 208, und ein Überdruckventil 218. Das Fluid gelangt von der Kälteanlage 200 über den Temperatursensor 208 durch den Filter 210 zur Flusskontrolle 212, und von dort zum Futter 120. Das Fluid kehrt dann vom Futter 120 durch einen Flusssensor 214 zurück, um durch das Flüssigkeitskühl- und Rezirkulationssystem 170 gepumpt zu werden. In einer alternativen Ausführung kann der Flusssensor 214 in den Weg des zum Futter 120 fließenden Fluids platziert werden, und so zwischen der Flusskontrolle 212 und dem Futter 120. Der Flusssensor kann in einer alternativen Ausführungsform auch als ein Teil des Flüssigkeitskühl- und Rezirkulationssystems 170 ausgeführt sein. Das Überdruckventil 218 befindet sich zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Pumpe, um zu verhindern, dass das System einen zu hohen Druck aufweist. Das Fluid fließt durch die Fluidzuführungen 133 in den Wärmetauscher 216 hinein und aus ihm hinaus.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tauscht der Wärmetauscher 216 Wärme zwischen dem Flüssigkeitskühl- und Rezirkulationssystem 170 und einem DUT aus. In anderen Ausführungen jedoch kann der Wärmetauscher 216 die Flüssigkeit, oder das Flüssigkeitskühl- und Rezirkulationssystem 170 besitzen.
Die Kühlflüssigkeit kann zum Beispiel zwischen –40°C und +40°C betriebenes HFE7100 sein, zwischen +10°C und +90°C betriebene Wasser/Glykol- oder Wasser/Methanol-Mischungen, oder jedes andere geeignete Fluid, abhängig von der gewünschten Temperatur und der erforderlichen Wärmedissipation. HFE7100 ist ein spezielles Fluid, welches von dem Unternehmen 3M hergestellt wird, und welches Ethylnonafluorobuthylether und Ethylnonafluoroisobuthylether beinhaltet. Im laufenden Betrieb ist die Differenz zwischen der Solltemperatur der Vorrichtung und der Fluidtemperatur im Bereich zwischen 5 °C und 160 °C, wobei die Solltemperatur der Vorrichtung typischerweise im Bereich zwischen –35°C und +170°C liegt.
Wie in 4 gezeigt, wird durch das Futter 120 zirkulierende Flüssigkeit unter eine Solltemperatur abgekühlt. Das Heizelement 149 von 2B, welches im thermischen Kontakt mit dem Futter 120 und einem DUT 182 steht, wird benutzt, um die Temperatur des DUT 182 auf der Solltemperatur zu halten. In solchen Ausführungen wirkt das Futter 120 als eine Wärmesenke, indem sie Wärmeenergie vom Heizelement 149 und zeitweise und indirekt von der Testvorrichtung 182 absorbiert.
Es versteht sich, dass andere Systeme neben dem Flüssigkeitskühl- und Rezirkulationssystem 170 benutzt werden können, um die Temperatur des Futters zu variieren. Zum Beispiel würden Luftkonvektionssysteme, Peltiervorrichtungen, hochleitfähige Konstruktionsmaterialien für das Futter 120, und Umgebungsluft mit einem großen Temperaturunterschied es jeweils erlauben, dass das Futter 120 als eine Wärmetauschervorrichtung dient. Eines dieser Beispiele ist in 5 dargestellt, in welchem eine elektrische Vorrichtung 123 innerhalb des Futters 120 enthalten ist, und durch Kontrollzuführungen 132 kontrolliert wird.
6 zeigt ein Blockdiagramm auf hoher Ebene der Kontrollelektronik des Systemcontrollers 160 des in 3 gezeigten Temperaturkontrollsystems 140. Variablen im elektronischen Kontrollsystem sind unter anderem (i) ein Signal V_fsst, welches die Systemsolltemperatur T_fss des Heizelements 149 repräsentiert, gemessen durch einen Temperatursensor in einem Heizelement (nicht dargestellt), (ii) ein Signal V_ped, welches den Vorrichtungsstromverbrauch, P_ed, repräsentiert, gemessen durch einen Überwachungsschaltkreis 250, welche die durch die Vorrichtung erzeugte Wärme infolge der durch die Vorrichtung während des Tests aufgenommenen Leistung berechnet (nicht gezeigt), und (iii) ein Signal V_sp, welche die Solltemperatur T_sp der Vorrichtung repräsentiert, und welche vom Benutzer eingestellt wird. Diese Variablen dienen als Eingabe in eine thermische Kontrollschaltung 252, welche Teil der Schalttafel 254 im Systemcontroller 160 ist.
Die thermische Steuerschaltung 252 erzeugt ein Temperaturkontrollsignal V_tcs auf eine Weise wie sie weiter unten mit Bezug auf 9 beschrieben ist, und stellt dieses Signal einer Wärmetauschertemperatursteuerung 256 auf der Schalttafel 254 zur Verfügung. Die Wärmetauschertemperatursteuerung 256 gibt ein Leistungssignal V_hps an einen Leistungsverstärker 258, welcher eine Heizleistung In an das Heizelement 149 ausgibt.
7 zeigt ein detailreicheres Blockdiagramm der thermischen Steuerschalttafel 254. Wie in 7 gezeigt, umfasst die thermische Steuerschalttafel 254 zusätzlich zum thermischen Steuerschaltkreis 252 und der Wärmetauschertemperatursteuerung 256 eine erste präzise Konstantstromquelle 280, und eine zweite präzise Konstantstromquelle 290. Die erste präzise Konstantstromquelle 280 sendet einen präzisen Konstantstrom von der thermischen Steuerschalttafel 254 zu einer Vorrichtung mit variablem Widerstand („RTD") im Heizelement 149. Das RTD antwortet auf die Systemregeltemperatur, und gibt eine Spannung aus, welche die Systemsolltemperatur V_fsst repräsentiert. Das Systemregeltemperatursignal koppelt in den thermischen Kontrollschaltkreis 252 zurück. Durch Einstellen eines Abstandes zwischen der ersten präzisen Konstantstromquelle 280 und dem Heizer 149 ist es möglich, dass der Heizer 149 leichter ausgetauscht werden kann. Die zweite präzise Konstantstromquelle 290 ist vorhanden, um einen präzisen Konstantstrom an das DUT abzugeben.
Obwohl nur eine thermische Steuerschalttafel 254 in 6 gezeigt ist, können mehrere Schalttafeln bzw. Platinen gewählt werden. Der Gebrauch mehrerer Schalttafeln würde es erlauben, eine Vielzahl von Heizelementen 149 simultan zu betreiben, von welchen jede im Wärmetauscher 216 enthalten wäre, und die an individuelle DUTs 182 thermisch angekoppelt wären, so wie in 8A gezeigt. Jede einzelne Schalttafel 254 würde bevorzugt einen getrennten Satz von Eingangsgrößen (V_fsst, V_Ped, V_sp) besitzen, wobei die verschiedenen Werte von V_fsst von der Vielzahl von Heizelementen 149 stammen würden. Separate Steuerschaltkreise 250 könnten benutzt werden, um die Leistung der einzelnen DUTs 182 zu steuern, und der separate Leistungsverstärker 258 könnte für jedes Heizelement 149 benutzt werden. Es wäre jedoch auch möglich, dass die separaten Leistungsverstärker 258 in einer einzigen Vorrichtung untergebracht sind.
9 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm des thermischen Steuerschaltkreises 252. Solche thermischen Steuerschaltkreise sind ausführlich in der US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 09/352,760 beschrieben, mit den Inhabern Jones et. al. und dem Titel „Temperature control of electronic devices using power following feedback", auf deren Inhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Diese Anmeldung offenbart unter anderem eine Leistungsfolger-Rückkopplungssteuermethode. Die Temperatur der Vorrichtung in der Prüfung kann mit der folgenden Gleichung bestimmt werden: Gerätetemperatur = Ktheta * Ped + Tfss wobei:

– Die Gerätetemperatur (°C) repräsentiert die über seine Wärmedissipation bestimmte Gerätetemperatur.
– K_theta ist eine Konstante (°C/Watt), gewonnen aus der Leistungsfähigkeit des Temperatursteuersystems und des thermischen Widerstands des Mediums (oder Medien, in diesen Fällen, in denen Wärmeverteiler bzw. Heat Spreader, Abdeckungen oder anderer Vorrichtungen auf der Oberseite der Vorrichtung selbst angebracht sind) zwischen der elektronischen Vorrichtung und dem Wärmetauscher.
– P_ed (Watt) ist die gesamte Leistungsaufnahme der DUT, repräsentiert durch das Signal V_Ped, welches von dem Steuerschaltkreis 250 ermittelt wird, und welches die von der DUT verbrauchte Leistung in Watt darstellt.
– T_fss (°C) ist die Systemregeltemperatur, und ist die absolute Temperatur des Mediums, welches die Vorrichtung kontaktiert, durch einen Temperatursensor gemessen, der in der thermischen Kontrollsystemoberfläche eingebettet ist (bevorzugt die Oberfläche eines Heizelements im Wärmetauscher 216). T_fss wird durch das Signal V_fss repräsentiert.

K_theta wird auch aus der allgemeinen Effizienz des thermischen Kontrollsystems, wenn es in Kontakt mit einer DUT 182 steht, abgeleitet. Zum Beispiel verliert bei einer Solltemperatur deutlich oberhalb der Umgebungstemperatur die DUT 182 proportional mehr Wärme an seine Umgebung, und das thermische Steuersystem muss nun stärker arbeiten, um die Temperatur der DUT anzuheben als um sie abzusenken. Vom Standpunkt eines thermischen Steuersystems, welches auf die Selbstheizung der DUT reagiert, ist der Gesamteffekt der Gleiche wie bei einem niedrigeren thermischen Widerstand zwischen der DUT 182 und dem Wärmetauscher 216, welche bei einer Umgebungssolltemperatur arbeiten. Ganz ähnlich gewinnt die DUT 182 bei Solltemperaturen deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur Wärme von ihrer Umgebung und das Temperatursteuersystem muss stärker arbeiten, um die Temperatur abzusenken, als um sie anzuheben. Vom Standpunkt eines thermischen Steuersystems, welches auf die Selbstheizung des DUT reagiert, ist der Gesamteffekt der Gleiche wie bei einem höheren thermischen Widerstand zwischen der DUT 182 und dem Wärmetauscher 216, welche bei einer Umgebungssolltemperatur arbeiten. In beiden Fällen wird K_theta angepasst, um dem Wärmetransfer an die Umgebung während der Leistungsaufnahme Rechnung zu tragen.
K_theta kann als ein effektiver oder als ein genau angepasster thermischer Widerstand des Mediums angesehen werden. Obwohl der thermische Widerstand von verschiedenen Medien in Standard-Nachschlagewerken der Chemie fest gehalten ist (so im CRC-Handbook of Chemistry and Physics, 77. Auflage; Herausgeber David R. Lide), können Faktoren wie die Feuchtigkeit der Umgebung, der Druck und die Temperatur den tatsächlichen thermischen Widerstand beeinflussen. Der thermische Widerstand kann auch durch die physikalische Konfiguration des Tests beeinflusst werden. Um K_theta zu bestimmen, kann man einen Kalibrierungsprozess verwenden, um den Wert des erwarteten thermischen Widerstands des Mediums anzupassen, und um sicherzustellen, dass das Ergebnis eine Verbesserung darstellt. Ein weiterer Vorteil eines Kalibrierungsprozesses besteht darin, dass er automatisch den Effizienzfaktor des Wärmetransfers von der DUT 182 zum Temperaturkontrollsystem 140 als eine Funktion der Solltemperatur berücksichtigt.
Wie oben beschrieben, kann K_theta die Beiträge einer Vielzahl von Variablen in einem Term beinhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform kann K_theta für eine gegebene Applikation optimiert werden oder für den Typ der DUT 182 und kann dann benutzt werden, um viele verschiedene Vorrichtungen des gleichen Typs zu testen. Zusätzlich besteht ein praktischer Effekt von K_theta darin, dass K_theta, indem es die kontrollierte Leistungsaufnahme der Vorrichtung mit der Temperatur der Testvorrichtung widerspiegelt, die relative Größe der Widerspiegelung vergrößert oder kürzt.
Das Temperatursteuersignal wird unter Benutzung der folgenden Gleichung bestimmt: VtCS = d(Vsp – ((Vk–theta * VPed) +(Vfsst – VIRO)/ Valpha )) / dt Wobei gilt:

– V_tCS ist das Temperatursteuersignal.
– V_sp ist eine Spannung, welche die Solltemperatur T_sp der Vorrichtung repräsentiert.
– V_k–theta ist eine Spannung, welche den Wert V_ktheta repräsentiert. Der Wert von K_theta ist eine Eingangsgröße für den Digital-Analalog-Umseizer, welcher eine Spannung erzeugt, die dem Wert der Eingangsgröße entspricht.
– V_fsst ist eine Spannung, welche der Oberflächentemperatur T_fss des temperaturregelnden Systems repräsentiert, und wird durch eine Digital-Analog-Umsetzung erzeugt.
– V_IRO ist eine Spannung und repräsentiert eine Spannung gleich dem Wert des präzisen Konstantstroms von der ersten präzisen Konstantstromquelle 280 in der thermischen Steuerschalttafel 254, multipliziert mit dem Widerstand, welcher von der variablen Widerstandsvorrichtung im Wärmetauscher bei 0°C angezeigt wird, und welche durch Digital-Analog- Umsetzung erzeugt wird. Diese Spannung kann bestimmt werden, wenn der eingebettete Temperatursensor im Wärmetauscher kalibriert wird.
– V_alpha ist eine Spannung und repräsentiert die Steigerung einer Kurve für die variable Widerstandsvorrichtung, und zwar des Widerstands gegen die Temperatur, und wird durch Digital-Analog-Umsetzung erzeugt. Diese Spannung kann bestimmt werden, wenn der im Wärmetauscher eingebettete Temperatursensor kalibriert wird.

Kehrt man zur 9 zurück, gelangt das Leistungsaufnahmesignal V_ped vom in 6 gezeigten Steuerschaltkreis 250 zum thermischen Steuerschaltkreis 252 über einen ersten Verstärker 310. Von dort gelangt das Leistungsaufnahmesignal in einen Multipliziererschaitkreis 320, wo es mit V_k–theta multipliziert wird, um ein erstes modifiziertes Signal zu erzeugen. Das modifizierte Leistungsaufnahmesignal gelangt dann in einen zweiten Verstärker 325 und von dort in einen thermischen Summierschaltkreis 330. Die Spannung V_fsst repräsentiert die Systemregeltemperatur, und gelangt in den thermischen Kontrollschaltkreis 252 über einen dritten Verstärker 353. Von dort gelangt V_fsst in einen Subtrahierschaltkreis 340, wo V_IRO von V_fsst subtrahiert wird, um V_fsst zu kalibrieren. Die kalibrierte V_fsst gelangt durch einen vierten Verstärker 350 in einen Teilungsschaltkreis 355, wo die kalibrierte V_fsst durch V_alpha dividiert wird. Ein Ergebnis welches (V_fsst – V_IRO)/V_alpha repräsentiert, gelangt in einen fünften Verstärker 365, und von dort in einen thermischen Summierschaltkreis 330, und wird dort mit dem modifizierten Leistungsaufnahmesignal addiert, um eine Summierung zu erhalten. Die Summierung gelangt in einen Differenzialschaltkreis (oder Subtrahierschaltkreis) 375, welcher die Summierung von der Solltemperaturspannung V_sp abzieht, um ein Signal zu erhalten. Das sich ergebende Signal gelangt in einen Differenzialschaltkreis 380, welcher das Differenzial des sich ergebenden Signals bezüglich der Zeit bestimmt. Dies ergibt ein Temperatursteuersignal V_tCS , welches durch einen sechsten Verstärker 390 verstärkt wird, bevor es vom thermischen Steuerschaltkreis 252 ausgegeben wird.
Es können auch andere Verfahren zur Steuerung des Wärmetauschers 216 verwendet werden. Beispielsweise beschreibt die hinterlegte US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 08/734,212 unter anderem die Steuerung ohne Rückkopplung und mit Leistungsprofilen. Andere Methoden ohne Rückkopplung, als Beispiel und ohne Beschränkung, können die Temperatur der DUT 182, oder eines anderen Orts im Testsystem, überwachen. Weiterhin können andere Methoden ein Rückkopplungssystem benutzen welches, als Beispiel und ohne Beschränkung, die Temperatur der DUT, die Temperatur des Wärmetausches, oder die aufgenommene Leistung des Wärmetauschers benutzen. Beispiele für Temperaturkontrollvorrichtungen beinhalten, ohne Beschränkung, Widerstandsheiz elemente und alle diesbezüglich oben genannten Ersatzmöglichkeiten, und Wärmetauscher auf Basis einer Flüssigkeit, und alle diesbezüglich oben genannten Ersatzmöglichkeiten.
Diese Offenbarung hat eine Testvorrichtung beschrieben welche, unter anderem, den Vorteil mit sich bringt, dass ein Wärmetauscher mit einem Wafertester für die Temperaturkontrolle von Vorrichtungen in der Prüfung verwendet werden kann. Das gegenwärtige System ist im Stande, eine Vielzahl von anderen Funktionen bereitzustellen. Einige dieser zusätzlichen Funktionen beinhalten die Kontrolle des Tests, die Temperaturbestimmung, und die Datenaufnahme.
Zusätzlich kann, während die bevorzugte Ausführungsform einen flüssig gekühlten Wärmetauscher und ein elektrisches Heizelement aufweist, die genaue Methode des Bereitstellens eines Kühlens oder Heizens aus einer Vielzahl von möglichen Quellen gewählt werden. Z. B. können erhitzte Flüssigkeiten oder Gase als das Heizelement benutzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Regelkreis bzw. die Rückkopplungsschleife auch benutzt, um den Betrieb des Heizelements zu überwachen, während der flüssig gekühlte Wärmetauscher als eine auf Solltemperatur befindliche Wärmesenke benutzt wird. Andere Steuerverfahren, wie die Überwachung der Leistungsaufnahme der Vorrichtung oder eine Profilbildung bzw. ein Profiling der Testleistungsaufnahme, können auch benutzt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Testen von IC- Vorrichtungen auf Wafer-Niveau zur Verfügung, in welchem die Temperatur jeder Vorrichtung auf dem Wafer unabhängig von den anderen Vorrichtungen auf dem Wafer in der Prüfung kontrolliert wird. Zusätzlich kann der Test mit einer hohen Geschwindigkeit ablaufen, ohne die Gefahr eines Hitzeschadens bei den Vorrichtungen.
Obwohl die Erfindung, wie oben umrissen, im Wesentlichen in Bezug auf Tests auf Wafer-Niveau diskutiert wird, kann es ebenfalls auf mehrfache singularisierte (d. h. separierte) Vorrichtungen angewandt werden. Vorzugsweise sind diese Vorrichtungen innerhalb einer Halterung in derselben Anordnung angeordnet, in welcher sie auf dem Wafer gebildet werden. Durch das Beibehalten des Layouts, welches die Vorrichtungen auf dem Wafer hatten, während des Tests können Produktionsprobleme identifiziert werden, welche von der Lage einer Vorrichtung auf dem Wafer abhängen. Diese Beibehaltung der Anordnung erlaubt eine Diagnose des Produktionsprozesses und kann die Ausbeute verbessern.
Die Prinzipien, bevorzugten Ausführungsformen, und Betriebsweisen der vorliegenden Erfindung wurden mit der vorangegangenen Beschreibung erläutert. Die Erfindung soll nicht aufgefasst werden, als sei sie auf die besonders offenbarten Ausbildungsformen beschränkt, weil diese als veranschaulichend, und weniger als einschränkend aufgefasst werden. Darüber hinaus können Abwei chungen und Änderungen durch den Fachmann vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen.

Claims

Vorrichtung für die Temperatursteuerung von integrierten Schaltkreiseinrichtungen (20) in der Prüfung, die aufweist: einen Wärmetauscher (216) mit einer Oberfläche, die derart eingerichtet ist, dass sie mit jeder der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen in Kontakt tritt, wobei die Oberfläche eine Mehrzahl von Regionen hat, die jeweils einer der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen entsprechen, wobei der Wärmetauscher angepasst ist, damit er eine gesteuerte Aufheizung und Abkühlung an diesen Regionen bereitstellt, wobei die Temperatur von jedem der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen individuell an jeder der Mehrzahl von Regionen während der Prüfung gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher ein Chuck bzw. Futter (120) aufweist mit einer Mehrzahl von Heizelementen (149), die an jeder der Regionen angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Futter eine Wärmesenke (10) beinhaltet, wobei jedes der Heizelemente die Temperatur eines der Bereiche bzw. einer der Regionen auf eine Temperatur oberhalb einer Temperatur, die von der Wärmesenke bestimmt wird, reguliert.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Wärmesenke eine Kavität (124) definiert, die derart angepasst ist, dass sie mit einem temperaturgesteuerten Fluidstrom ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Temperatur des Fluids und der Heizelemente basierend auf dem Leistungsverbrauch der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen reguliert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eines der Mehrzahl von Heizelementen (149) an jeder der Mehrzahl von Regionen bereitgestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Temperatur jeder Region individuell von einem Heizelement (149), das an einer Wärmesenke (10) angeordnet ist, gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jedes der Heizelemente über einer entsprechenden Wärmesenke von einer Mehrzahl von Wärmesenken angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jedes Heizelement über einer einzelnen Wärmesenke angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Temperatur von jeder der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen individuell gesteuert wird basierend auf dem Energieverbrauch der integrierten Schaltkreiseinrichtungen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen auf einem Wafer ausgebildet ist und die Oberfläche so eingerichtet ist, dass sie den Wafer berührt, so dass die Mehrzahl von Regionen den jeweiligen Einrichtungen der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen, die auf dem Wafer gebildet sind, entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen singularisierte Einrichtungen sind und die Oberfläche derart eingerichtet ist, dass sie die singularisierten Einrichtungen kontaktiert, so dass die Mehrzahl von Regionen zu entsprechenden Einrichtungen der singularisierten Einrichtungen korrespondieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher aufweist: ein Futter (120) für das Lokalisieren der Einrichtungen während der Prüfung und mehrere Temperatursteuervorrichtungen (149), um individuell die Temperatur von jeder der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen zu steuern, die in dem Futter angeordnet sind, um mit der Anordnung auf einem Wafer der zu testenden Einrichtungen zu korrespondieren.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Futter mit Einrichtungen für die Steuerung seiner Temperatur während des Prüfens ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Einrichtung für das Steuern der Futtertemperatur die Zuführung eines temperaturgesteuerten Fluids (170) beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Einrichtung für das Steuern der Futtertemperatur eine elektrische Heizeinrichtung (123) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die mehreren Temperatursteuereinrichtungen Heizelemente (149) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 17, die weiterhin zumindest eine Wärmesenke (10), die mit den Heizelementen verknüpft ist, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die zumindest eine Wärmesenke einen Körper aufweist, der mit einem Fluss von temperaturgesteuertem Fluid (170) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei eine Wärmesenke für jedes Heizelement bereitgestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei eine einzelne Wärmesenke für die mehreren Heizelemente bereitgestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die einzelne Wärmesenke in dem Futter aufgenommen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Temperatur des Futters von einem temperaturgesteuerten Fluid (170) reguliert wird.
Verfahren zum Steuern der Temperatur einer Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen (20) während der Überprüfung, das aufweist: Plazieren der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen in Kontakt mit einer einer Mehrzahl von Regionen einer Oberfläche eines Wärmetauschers (216), die eingerichtet sind, um bei den Regionen ein gesteuertes Heizen und Kühlen bereitzustellen, und individuelles Steuern der Temperatur von jeder der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen an jeder der Mehrzahl von Regionen.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Wärmetauscher ein Futter (120) mit einer Mehrzahl von Heizelementen (149), die an jeder der Regionen angeordnet sind, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Futter eine Wärmesenke (10) aufweist und wobei das Steuern das Regulieren der Temperatur einer entsprechenden der Regionen mit den Heizelementen bei einer Temperatur oberhalb einer Temperatur, die durch die Wärmesenke bestimmt wird, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Wärmesenke eine Kavität festlegt, die derart angepasst ist, dass sie mit einem Fluss eines temperaturgesteuerten Fluids (170) ausgestattet ist.
Verfahren nach Anspruch 24, das weiterhin aufweist: Bereitstellen von einem einer Mehrzahl von Heizelementen (149) an jeder der Mehrzahl von Regionen.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Temperatur von jeder Region einzeln von einem Heizelement (149), das auf einer Wärmesenke (10) angeordnet ist, gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 29, das weiterhin aufweist: Anordnen der Heizelemente mit einer entsprechenden der Mehrzahl von Wärmesenken.
Verfahren nach Anspruch 29, das weiterhin aufweist: Anordnen der Heizelemente über einer einzelnen Wärmesenke.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, wobei die Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen auf einem Wafer gebildet werden und die Oberfläche derart eingerichtet wird, dass sie den Wafer kontaktiert, so dass die Mehrzahl von Regionen entsprechenden Einrichtungen der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen, die auf dem Wafer ausgebildet sind, entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, wobei die Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen singularisierte Einrichtungen sind und die Oberfläche derart angeordnet ist, dass sie die singularisierten Einrichtungen kontaktiert, so dass die Mehrzahl von Regionen entsprechenden Einrichtungen der singularisierten Einrichtungen entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 33, wobei die Temperatur von jeder der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen individuell basierend auf dem Leistungsverbrauch der integrierten Schaltkreiseinrichtungen gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Plazieren der Mehrzahl von integrierten Schaltkreiseinrichtungen aufweist: Lokalisieren der integrierten Schaltkreiseinrichtungen an einem Testort, an dem mehrere Temperatursteuereinrichtungen (149) angeordnet sind, so dass sie mit der Anordnung der integrierten Schaltkreiseinrichtungen, die getestet werden, korrespondieren, und wobei das Verfahren weiterhin aufweist: Testen einzelner der integrierten Schaltkreiseinrichtungen.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die integrierten Schaltkreiseinrichtungen auf einem Wafer lokalisiert sind.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die integrierten Schaltkreiseinrichtungen vor der Überprüfung singularisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei die singularisierten Einrichtungen auf einem Futter in derselben Anordnung angeordnet sind, als ob sie auf einem Wafer ausgebildet wären.
Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 38, wobei das Lokalisieren der integrierten Schaltkreiseinrichtungen das Plazieren der Einrichtungen auf einem Futter (120) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Futter mehrere Oberflächen hat, die zu jeder zu überprüfenden Einrichtung korrespondieren, wobei die Temperatur hiervon gesteuert wird, um die Temperatur der einzelnen Einrichtungen, die überprüft werden, zu steuern.