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TWI878325B - 晶圓夾頭之溫度的控制方法、設定夾頭溫度之溫度設定裝置和測試晶圓之晶圓測試系統 - Google Patents

晶圓夾頭之溫度的控制方法、設定夾頭溫度之溫度設定裝置和測試晶圓之晶圓測試系統 Download PDF

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TWI878325B
TWI878325B TW109124585A TW109124585A TWI878325B TW I878325 B TWI878325 B TW I878325B TW 109124585 A TW109124585 A TW 109124585A TW 109124585 A TW109124585 A TW 109124585A TW I878325 B TWI878325 B TW I878325B
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chuck
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wafer
temperature measuring
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馬克斯 艾伯
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德商先進溫度測試系統有限公司
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Abstract

本發明涉及一種用於晶圓的夾頭的溫度控制方法，包括以下步驟：檢測用於測試晶圓的測試手段的位置；確定測試手段與多個用於測量夾頭溫度的測溫手段之間各自的空間距離；確定測試手段與多個用於測量夾頭或由夾頭支撐的晶圓的溫度的測溫手段之間各自的空間距離。由所述夾頭支撐的晶圓；從所述多個測溫手段中選擇至少一個測溫手段作為參考測溫手段；根據所述選擇的參考測溫手段測量的所述夾頭的溫度，控制所述夾頭的溫度。

Description

晶圓夾頭之溫度的控制方法、設定夾頭溫度之溫度設定裝置和測試晶圓之晶圓測試系統
本發明涉及一種晶圓用夾頭的溫度控制方法，一種用於夾頭溫度控制的溫度控制裝置和用於測試晶圓的晶圓測試系統。
舉例來說，在半導體工業中，特別是在微電子和微系統技術中，使用晶圓前需要提前準備好夾頭，用於檢查晶圓的幾何參數。同樣，借助於測溫手段(prober)可以接觸位於晶圓上的結構(二極體、電晶體、積體電路等電氣元件)，並進行各種功能測試。功能測試包括對結構施加電壓和/或電流並測量某些參數。對於這樣的功能測試，如果在測試開始時，待測試的晶圓或晶圓上的結構具有特定的溫度，則對測試特別有利。這樣做的好處是可以減少或避免一些基本干擾因素對功能測試的影響。此外，特別是當晶圓結構與測試手段在進行功能測試時的電流接觸時，晶圓結構或 晶圓的溫度通常會因與測試手段(prober)的相互作用而發生改變。因此，持續對晶圓結構或晶圓的溫度進行控制或調節是有好處的，因此在進行功能測試時優選的存在基本相同的測試條件。進行功能測試的溫度範圍通常在約-75℃至約400℃之間。
大量的溫度感測器和溫度控制元件可用於控制或調節溫度，並可透過不同的方式進行控制或調節。通常一個夾頭都會配備各種溫度感測器，使之在夾頭或晶圓等不同區域測溫。此外，一般而言，大量的溫度控制元件也用於加熱和/或冷卻夾頭或晶圓。通常在對擁有大量夾頭或晶圓的區域進行溫度監測時，如果發現與設定點溫度有偏差，則會相應地啟動位於該區域的溫度控制元件，使存在晶圓或夾頭的這些區域的溫度保持相同，並與設定點的溫度維持一致。
但是，按照程序所述來操作控制，頗為複雜。此外，夾頭或晶圓上不進行功能測試的區域也必須連續溫控，儘管這些區域的溫度對功能測試幾乎沒有影響。
因此，本發明的目的是提供一種溫度控制和調節的方法，以及一種簡化、有利的夾頭或晶圓溫度控制裝置和晶圓測試系統。
上述目標由獨立請求項達成，有利的實施方式則為附屬請求項的標的。。
本發明的其中一個方面涉及一種用於晶圓的夾頭的溫度控制方法，包括以下步驟：檢測用於測試晶圓的測試手段的位置；確定測試 手段和多個用於測量夾頭或由夾頭支撐的晶圓的溫度的測溫手段之間各自的空間距離；從多個測溫手段中選擇至少一個測溫手段作為參考測溫手段；根據所選的參考測溫手段測量的夾頭或晶圓的溫度來控制夾頭的溫度。
這個方法提供對夾頭或晶圓進行簡單和有利的溫控，由於整個夾頭的溫度控制基本上均勻地進行，例如可以通過控制夾頭上所有的裝置來對夾頭進行溫控，因此，該工藝對處理過程和/或控制電子裝置的要求條件較少，也消除了對功能測試無關緊要的夾頭或對晶圓區域不必要的加熱和/或冷卻。
夾頭優選具有用於夾持晶圓的平臺，由此晶圓透過產生磁場或真空等方式被夾頭支撐或夾持。
夾頭優選包括佈置在夾頭中或夾頭上的多個測溫手段，以利在更多不同位置測量夾頭或晶圓的溫度。
晶圓由夾頭支撐或夾持以使測試手段，例如探針或探針卡，可接觸晶圓表面上的不同點和位於晶圓中或晶圓表面上的待測結構。大量的探針或探針卡最好以特定方式排列，使它們接觸待測結構的接觸面，並且可以透過引入電流或施加電壓來檢查結構的特性。
夾頭溫度的控制或調節最好以一致的方式進行，即以條件相同的方式進行，最好透過統一控制一個或多個夾頭溫控的裝置，如控制佈置在夾頭中或夾頭上的數個電熱轉換器。
選擇測溫手段以作為參考，包括以下步驟：優先選擇離測試手段空間距離最小的測溫手段作為參考裝置。
優先根據眾多測溫手段中的單一測溫手段所測溫度，控制或調節夾頭的溫度，然後控制晶圓的溫度。優先選擇與待測裝置空間距離最小或最接近待測裝置當前位置的測溫手段或被測溫度。因此，選擇控制夾頭或晶圓溫度的測溫手段作為參考裝置的好處是，它可能是最準確的和/或第一個記錄待測結構所在的晶圓區域溫度變化的裝置。
在兩個或兩個以上測溫手段的空間距離在一定的公差T±和/或基本相等的前提下，選擇參考測溫手段包括以下步驟：從兩個或兩個以上測溫手段中選擇溫差Tdiff和/或單位時間內溫度變化量Tgrad最大的測溫手段；或者選擇兩個或兩個以上測溫手段作為參考測溫手段，其中，夾頭溫度的控制是基於參考測溫手段測量溫度的平均值。例如，公差T±可以對應的優先選擇小於約10cm、或者小於約1cm、或者小於約0.1cm的等效值。測量裝置之間的距離應基本相同，應優先選擇例如小於約10%、更優選小於約1%、更優選小於約0.1%的距離差。可以根據結構條件，特別是眾多測溫手段的數量和/或佈置和/或通過溫度控制或調節來選擇數值。另外，還可以選擇兩個或兩個以上的測溫手段作為參考測溫手段，並且由兩個或兩個以上的參考測溫手段所測量的溫度，例如且最好是測量溫度的平均值，用於調節或控制夾頭的溫度。
溫差Tdiff是指被測溫度T(t)與夾頭或晶圓Tsoll的目標溫度之差。
Tdiff=｜T(t)-Tsoll｜
或
同一測溫手段先前測量的溫度T(t-x)。
Tdiff=｜T(t)-T(t-x)｜
或
多個測溫手段的平均溫度Tavg。
Tdiff=｜T(t)-Tavg｜=｜T(t)-(T1+T2+T3+…+TX)/X｜。
優選比較一定時間段t1內每一時間Tgrad的溫度變化。
Tgrad=｜(T(x)-T(x+t1))/t1｜。
如此，則能夠優先選擇在一段時間t1內記錄溫度下降幅度最大或溫度上升幅度最大的測溫手段作為參考測溫手段。時間週期t1優先選擇小於約1秒之週期或小於約5秒之週期。
優先選擇測試介質與基於向量座標的測溫手段之間的空間距離。優選將測試手段和測溫手段的位置投影到坐標系中，並計算出連接向量及其數量(長度)，此外，計算它們的數量(長度)以確定測試手段和測溫手段之間各自的距離。測試手段和測溫手段的二維和/或三維座標可用於確定距離，其中測試手段和/或測溫手段的二維座標優先選擇與晶圓表面平行的平面。基於向量座標確定的距離在詳細的圖示說明中進行詳細描述。
本發明的另一個方面涉及一種用於控制夾頭和/或由夾頭定位或夾持的晶圓的溫度控制裝置，包括：用於與夾頭通訊的第一通訊介面，第一通訊介面適於傳輸電信號；與第一通訊介面連接的控制單元，用於接收來自各種溫度測量設備的電信號，測量夾頭或晶圓的溫度。選擇其中一個測溫手段作為參考測溫手段；根據所選擇的參考測溫手段測量的夾頭或晶圓的溫度，控制夾頭的溫度。
溫度控制裝置還適合將離測試手段空間距離最小的測溫手段優先選擇作為參考測溫手段，用於測試晶圓。
更優選地，溫度控制裝置的控制單元適合於選擇溫差Tdiff和/或單位時間內溫度變化量Tgrad最大的那個測溫手段作為參考測溫手段，條件是兩個或多個測溫手段的絕對空間距離在一定的公差T±和/或基本相等。
溫度控制裝置特別優選地還包括：
第二通訊介面，用於引入和/或排出溫控媒介，以控制進出夾頭之溫度；和/或
第三通訊介面，與至少一個電熱轉換器進行通訊，以實現夾頭溫度控制。
本發明的另一個方面涉及一種用於測試晶圓的晶圓測試系統，包括：用於夾持和溫控晶圓的夾頭，包括多個用於測量夾頭溫度的測溫手段；至少一個用於測試晶圓的測試手段；位置檢測手段，用於檢測測試手段相對於夾頭的位置；以及上述提及的溫度控制裝置。
在下文中，示例性地使用附圖說明用於解決問題的個別實施例。所述的一些實施例具有一些特性，其並非強制性來實現特定的目的，而是為了在某種特殊情況下提供所需。因此，實施例也應被視為落入所描述的技術教導之內，其不具有下述實施例的所有特徵。此外，為了避免不必要的重複，下文也就僅僅提及部分實施例之某些特徵。要指出的是，各個實施例不僅應該被單獨地觀察，而且應當被整體觀察。有鑑於此，本領域技術人員將認識到，也可以通過包括其他實施例的單個或多個特徵來修 改各個實施例。要指出的是，各個實施例與相對於其他實施例描述的一個或多個特徵的系統組合可能是合乎需要與合宜的，因此應被考慮並且也應被認為包括在說明書中。
1:夾頭
2:晶圓表面
3:晶圓表面
4:待測結構
6:測溫手段
8:中線
9:電熱轉換器
10:溫度控制裝置
12:通訊介面
14:控制單元
18:溫控媒介
20:晶圓測試系統
22:測試手段
23:探針
24:探針卡
25:電路板
26:接觸元件
28:位置檢測手段
30:第一溫度控制電路
32:第二溫度控制電路
圖1顯示了一種晶圓測試系統的示例性實施例，該系統具有安裝在夾頭上的晶圓、用於測試晶圓的測試手段和溫度控制裝置，該裝置通過多個電熱轉換器實現對夾頭的溫度控制。
圖2顯示了晶圓測試系統的替代實施例，該系統包括一個夾頭、一個用於測試晶圓的測試手段和一個溫度控制裝置，該溫度控制裝置通過向夾頭中引入溫度控制裝置來溫控夾頭。
圖3顯示了夾頭和存儲有多個待檢結構的晶圓的俯視圖，以及用於測試多個待檢結構的測試手段和多個測溫手段。
圖4顯示了由各種測溫手段測量的夾頭或晶圓的溫度的示例性變化過程。
圖5顯示了夾頭的替代示例性實施例，它包括兩個獨立的溫度控制電路，用於不同的溫控介質。
圖1顯示了根據示例性的，特別優選的實施例，一個晶圓測試系統20的剖視圖。所示的晶圓測試系統20包括一個夾頭1或一個固定或夾持裝置，它支撐或夾持一個晶圓2。晶圓2優選通過施加的磁場，平 行於夾頭1的基本平坦表面而安裝。替代地，夾頭1可以具有若干吸槽(未示出)，通過這些吸槽，可以通過負壓將晶圓吸取，因此被夾頭1夾緊或定位。通過吸力，將晶圓2壓在夾頭1上或定位在夾頭1上，因此確保了夾頭1與晶圓2之間有良好的傳熱係數。夾頭1優先考慮選擇包括陶瓷體，例如由氧化鋁或氮化鋁組成的材質，更優先考慮選擇在夾頭1的表面上設有與晶圓2對齊的導電遮罩層，晶圓2優先考慮選擇與夾頭1的遮罩層基本平坦接觸，晶圓2還優選地選擇晶圓表面3，該晶圓表面3包括一個或多個待測結構4。該待測結構4可以是積體電路或電子元件(二極體、電晶體等)。晶圓2可以擁有不同數量和/或不同排列的待測結構4，這取決於晶圓表面3和待測結構4的大小。
在此背景下，參考專利說明書DE 10 2005 014 513 B4和DE 20 2005 014 918 U1中描述的夾頭的特別優選設計，其內容通過引用結合到本發明中。
上述晶圓測試系統10的特別優選實施例還包括至少一種測試手段22，可測試晶圓2的結構4。特別優選地，合適的測試手段22具有一個或多個探針23，它們分別與待測結構4的一個接觸點接觸。待測結構4的特性可以通過這種方式進行研究或測試，例如通過引入電流或施加電壓和/或通過探針23測量電壓/電流。對測試手段22的控制，特別是測試手段22相對於晶圓2或待測結構4的對準，由(優選地，分開的)控制裝置進行。在所示的晶圓測試系統20的優選實施例中，測試手段22在晶圓2上移動，並根據晶圓表面3上的待測結構4的位置校準。此外，優選設置一位置檢測手段28，用於檢測和/或控制測試手段22的位置。這樣，位置 檢測手段28優選地例如從用於移動測試手段22的致動或定位裝置接收測試手段22的位置。替代地和/或附加地，置檢測手段28可以通過感測器(例如紅外感測器、電阻感測器和/或磁感測器)確定測試手段22的位置。測試手段22的位置通過位置檢測手段28相對於晶圓2和/或夾頭1的參考元素/點(例如晶圓表面3、晶圓的結構4、夾頭的測溫手段6)檢測或確定。
作為該方法中描述的測試手段22的替代，適合測試晶圓2的測試手段22有一個所謂的探針卡24，這樣的探針卡24優選包括一個帶有多個接觸元件26的電路板25，該電路板可以與多個待測結構4的接觸點接觸。使用這樣的探針卡24有這樣的優點，即可以基本上同時或緊接著一個一個地測試多個待測結構4，而不需要重新調整測試手段22。圖2顯示了晶片測試系統20的另一示例性和優選的實施例，其具有這樣的探針卡24作為測試手段22以測試晶圓2上的待測結構4的晶圓測試系統20。
在所示的優選實施例中，夾頭1包括多個測溫手段6，這些測溫手段6適用於測量晶圓的溫度或在接近或基本鄰近晶圓2的區域測量夾頭1的溫度(例如溫度感測器：PT100、NTC、PTC等)。在所示的實施例中，基本上有規律的間隔並排設置了大量(優選是5個)測溫手段6，並且基本上平行於晶圓表面3的平面上。優先把測溫手段6佈置在夾頭1夾持/支撐晶圓2的那個表面，因此可以有利地將晶圓2的溫度傳遞到夾頭1中。根據所示的實施例，夾頭1優先選擇具有一個或多個電熱轉換器9(例如電加熱元件和/或電路板元件)，以實現對夾頭1以及晶圓2的溫度控制。夾頭1最好具有5個以上，更優選使用10個以上的電熱轉換器9，這些電熱 轉換器9基本上均勻地分佈在夾頭1中，這樣可以對夾頭1進行有利的溫控，特別是在進行冷卻和/或加熱操作中的時候。
在該方法中所述的夾頭1的實施例的替代方案，還可以應用其他用於溫控或用於控制或調節夾頭1的溫度的裝置或特徵。夾頭1的另一個優選實施例有一條導線8，特別當溫控空氣和/或溫控液體流過的時候，適合使用溫控媒介18。夾頭1的裝置上的導線8的設計用途是，夾頭1大部分可以通過使用導線8的溫控媒介18基本均勻地進行溫控。導線8的中線至少有部分在夾頭1的內部折彎佈置。圖2顯示了帶有夾頭1的晶圓測試系統20的另一個示範性和優選實施例，該系統的溫度可以由溫控媒介18控制或調節。
圖1所示的晶圓測試系統20的示例性優選實施例，包括溫度控制裝置10，用於分別控制夾頭1或晶圓2的溫度。溫度控制裝置10優選具有與夾頭1通訊的裝置，例如以一個或多個通訊介面12的形式，溫度控制裝置12可通過其與夾頭1連接。溫度控制裝置12特別優選具有至少一個第一通訊介面12a，該第一通訊介面12a特別適用於傳輸電信號，特別是用於傳輸來自一個或多個測溫手段6的電訊信號到溫度控制裝置12。根據所示的示例性優選實施例，溫度控制裝置12還具有至少一個通訊介面12c，能夠實現與夾頭1的一個或多個電熱轉換器9進行通訊，尤其是對電熱轉換器9進行控制。替代地和/或附加地，還可以提供一個單一的通訊介面12，用於與測溫手段6和電熱轉換器9進行通訊。
所示的示例性溫度控制裝置12還具有控制單元14(例如(微)控制器、FPGA等)，該控制單元14與一個或多個通訊介面12連接， 並可通過這些介面與夾頭1通訊。特別是，控制單元14適用於接收、處理和/或評估夾頭1的測溫手段/溫度感測器6的信號。此外，圖1控制單元14用於影響或控制夾頭1或晶圓2的溫度。特別是在控制單元14用於控制夾頭1的電熱轉換器9的時候，以增加、降低和/或保持夾頭1的溫度基本恒定。控制單元14可以進一步被設計成從檢測裝置28的位置獲得測試手段22的位置。替代地和/或附加地，控制單元14優選地適用於控制和/或調節溫控夾頭1的溫控媒介18的供應和/或排出和/或溫控媒介18的溫度。詳細說明請參考圖2。
圖1所示的控制單元14的特別優選實施例，還可以使溫度控制裝置10執行夾頭1或由夾頭1支撐的晶圓2的溫度控制(溫控)方法，包括以下步驟：
確定測試手段22和多個測溫手段6之間各自的空間距離，用於測量夾頭1或被夾頭1夾持的晶圓2的溫度。
在所示的優選實施例中，控制單元14可以確定測試手段22和夾頭1的眾多測溫手段6之間各自的空間距離。
適合於這一步驟的方法包括在(優選笛卡爾)坐標系中定義測試手段22和多個測溫手段6的位置。測試手段22的位置優選為近似於點或基本上為點狀的，無限小的區域，更優選地在基本上平行於晶片表面3的平面中。特別優選地，該點基本上對應於測試手段22的幾何重心，而且位於在夾頭1的多個測溫手段6所限定的平面上。更優選地，參考點確定為二維坐標系的座標原點或極點/零點，其優選地位於多個測溫手段6的平面上。此外，各個測溫手段6以及測試手段22的位置最好近似於一個基 本上是點狀的、無限小的區域(優選地對應於幾何重心)，並分配給坐標系中的一個座標。此外，控制單元14優選地通過計算測試手段22和測溫手段6的各個坐標之間的連接向量的長度(量)來確定各個測溫手段6和測試手段22之間的距離。
在確定測試手段22和各個測溫手段6之間的空間距離的方法中所描述的操作過程只是優選實施例的一個例子。例如，測試手段22或測溫手段6的位置也可以被分配到三維坐標系中的座標上(不在特定平面上投影--見圖2)。此外，可以使用任何其他方法來確定測試手段22到測溫手段6的距離。
此外，用於夾頭1或由夾頭1夾持的晶圓2的溫度控制或調節(溫控)的示例性優選方法包括以下步驟：
從眾多的測溫手段6中選擇一個測溫手段6作為參考測溫手段。
其中優選測溫手段6選擇與測試手段22的空間距離最小的。
為了此目的，控制單元14優選將確定的各個測溫手段6的空間距離Ai與測試手段22進行比較，選擇距離Ai最小的測溫手段6作為參考測溫手段。特別優選的是，在兩個或多個測溫手段6具有基本相同的距離或距離的差值小於特定的公差值T±(優選小於約1cm，更優選小於約0.1cm)的情況下，在有關的測溫手段6中進行(進一步)選擇，即從兩個或更多的測溫手段6(其確定的到測試手段22的空間距離在特定的公差值 T±範圍內和/或基本相同的大小)中選擇具有最大的溫度差值Tdifference和/或單位時間的溫度變化量Tgrad的那個測溫手段6。
可替代地，可以選擇兩個或兩個以上的測溫手段6作為參考測溫手段，例如，可以將參考測溫手段測量的溫度的平均值作為夾頭1溫控的參考溫度。
對於程序中所述的情況，當兩個或兩個以上的測溫手段6與測試手段22的距離基本相同時，優先比較有關測溫手段6或與測試手段距離基本相同的測溫手段所測量的溫度或溫度曲線。
這裡，測溫手段6的單一溫差Tdiff對應於測溫手段6在時間t T(t)處測量的溫度與以下之間的差值：
夾頭或晶圓Tsoll的目標溫度。
Tdiff=｜T(t)-Tsoll｜
或
同一測溫手段6的先前測量的溫度T(t-x)。
Tdiff=｜T(t)-T(t-x)｜
(圖3和圖4所示為作為示例的一個基於該溫差的選擇程序)
或
X個測溫手段6(最好是夾頭1上的所有測溫手段6)的平均溫度Tavg。
Tdiff=｜T(t)-Tavg｜=｜T(t)-(T1+T2+T3+…+TX)/X｜。
在一定的時間t1內，每次的溫度變化Tgrad優選對應於由測溫手段6測量的溫度一段時間t1內的變化量。
Tgrad=｜T(x)-T(x+t1)｜。
結果，隨後選取該測溫手段6作為參考測溫手段，其記錄了一段時期t1內最大的溫度損耗或最大的溫度上升。確定溫度曲線的週期t1優選小於約5秒，更優選小於約1秒，更優選小於約0.1秒。
有關的測溫手段6中(進一步)選擇程序中所述的參數既可以單獨使用，也可以任意組合使用，必要時可以用不同的權重，用於選擇參考測溫手段的操作步驟。這同樣適用於有關測溫手段之間距離的確定。此外，還可以使用進一步的替代參數來選擇參考測溫手段。
此外，典型的的優選夾頭1或被夾頭1夾持的晶圓2的溫度控制(溫控)的示例性優選方法包括以下步驟：根據選定的參考測溫手段所測量的夾頭1或晶圓2的溫度來控制夾頭1的溫度。
優選地，整個夾頭1的溫度，也就是所有用於溫控夾頭1的手段(例如電熱轉換器、溫控媒介/中線)的溫度，基本上均勻/相同地控制，因此實現夾頭1的基本均勻溫控。對於夾頭1的溫度(溫控)的控制或調節，優選只使用所選參考測溫手段所測量出來的溫度。優選將參考測溫手段所測量的溫度與夾頭1或晶圓2的確定目標溫度進行比較，例如，通過相應地控制溫控手段(例如電熱轉換器9)(見圖4)，使其與夾頭1或晶圓2的目標溫度基本匹配。結果，影響晶片2的溫度的夾頭1的不同區域可能具有不同的溫度。
圖2顯示了根據另一個示例特別優選的實施例(類似於圖1中的實施例)的晶圓測試系統20的剖視圖。所示的晶圓測試系統20包括一個夾頭1，該夾頭1優選地借助於磁場或施加負壓來夾持晶片2。與圖1中的夾頭1一樣，夾頭1優選具有多個用於測量夾頭1或晶圓2溫度的測溫 手段6(例如PT100、NTC、PTC)，其通過第一通訊介面12a與控制單元14連接。類似於圖1的系統，晶圓測試系統20適用於執行描述在程序中的溫控夾頭1或晶圓2的方法。
然而，作為圖1所示的晶圓測試系統20的替代方案，圖2所示的系統提供了一個所謂的探針卡24作為測試手段22，用於測試晶圓2或晶圓2上的待測結構4。這樣的探針卡24最好包括一個帶有多個接觸元件26的電路板25，其中探針卡24的多個接觸元件26以這樣的方式佈置，即可以使它們與晶圓2上的多個待測結構4的接觸點接觸。這樣，通過一次對準或定位測試手段22或探針卡24，可以有利地基本上同時和/或順序地測試數個結構，這使得測試程式變得更快。
另外還示出了對溫度測量裝置6與測試裝置22或探針卡24之間的各個空間距離的不同確定。如圖1所示，探針卡24的位置不是投影到由測溫手段6的位置形成的平面上而確定，而是根據另一種方法確定。該示例性優選方法在三維(優選為笛卡爾)坐標系中給每個測試手段22(探針卡24)和測溫手段6分配一個座標，並確定三維空間中連接向量的長度或大小。如圖1所述，各個測溫手段6和測試手段22的位置優選近似於一個基本上呈點狀的、無限小的區域(優選對應於各自的幾何重心)。距離Ai對應於測溫手段6和測試手段22的座標之間的連接向量的長度(量)。
同樣與圖1所示的設計不同，用於溫控或控制夾頭1溫度的手段包括溫控媒介18和佈置在夾頭1中用於傳導溫控媒介18的中線8，溫控媒介包括例如溫控空氣和/或溫控液體，並流經夾頭的中線8以實現溫控(提高/降低/保持夾頭1的溫度)。夾頭1的中線8優選設計成至少在某些 區域彎曲，這樣可以通過溫控媒介18實現夾頭1的有效溫控。根據所示的優選實施例，溫度控制裝置10擁有相應的通訊介面12b，該通訊介面12b適用於將溫控媒介引入夾頭1或從夾頭1中排出。相應配置的控制單元14適合於根據需要影響和/或調整流量參數、溫度和/或溫控媒介18的成分。各種醇類如戊醇(pentanol)和甲醇，以及庚烷，特別適合作為溫度控制介質。以矽油為主的導熱油更為合適。優選使用含有全氟聚醚(例如可從Solvay Solexis S.p.A.搜索商品名Galden HT)、聚(氧全氟-正-烷基)(例如可從Solvay Solexis S.p.A.搜索商品名Galden ZT)和/或三乙氧基烷基矽烷的混合物(例如可從DWS Synthesetechnik搜索商品名DW-Therm)的溫控液。但是，也可以使用本領域技術人員已知的其他物質。夾頭1還可以擁有多個(獨立的)中線8，這些中線8優選地適合於對夾頭1的大部分進行溫控，這些中線8還可以優選地以基本均勻的方式進行控制溫度，因此可以對整個夾頭1或夾頭上所有溫控元件進行基本均勻的溫控。
圖3展示了優選實施例夾頭1的俯視圖，夾頭1帶有一個支撐或夾持的晶圓2，它擁有一個基本上是圓形的晶圓表面3。晶圓具有多個(優選在1至約1000之間；更優選在約5至約200之間；更優選在約10至約100之間；例如圖3所示的14個)待測結構4，這些待測結構4在晶圓2(晶圓表面3)中或在晶圓2上佈置基本上均勻的圖案。在所示的示例性實施例中的夾頭1具有多個(優先選擇在約3至20之間；例如5個，如圖3所示)測溫手段6a、6b、6c、6d、6e，優選PT-100溫度感測器，其優選地位於晶圓2的下方。另外也可以提供其他溫度感測器，例如HTC和/或NTC，以測量夾頭1或晶圓2的溫度。
測溫手段6a-6e優選地按照圖中所示的圖案佈置，並且更優選地基本均勻分佈在晶圓表面3上。圖3還顯示了一個帶有多個(優選地為4個)探針23(未示出)的測試手段22，這些探針適合於接觸待測結構4的接觸面，以便對其進行測試。
在圖3所示狀態下，測試手段22基本上是在眾多待測結構4的其中一個上面，其探針23分別與待測結構4的接觸面接觸。在這種狀態下，測試手段22具有一個位置(優選是近似的、基本上是點狀以及基本上和幾何重心相對應的位置)，其距離與測溫手段6a、6b和6c的位置(優選是近似的、基本上是點狀以及基本上和幾何重心相對應的位置)基本上相同(或者其中測試手段22與測溫手段A6a、A6b和A6c中的每一個之間的距離具有一個差值，該差值在規定的容許值T±之內)。如果在使用於所述程序中描述之溫控夾頭1的方法時存在這種情況，則參考測溫手段應優先考慮從測溫手段6a、6b和6c中選擇，同時需要考慮到測溫手段6a、6b和6c的溫度差Tdiff和/或溫度梯度Tgrad。
圖4為根據圖3所示的佈置和所述程序顯示示例溫度曲線。測溫手段6a-6e測得的溫度T6a、T6b、T6c、T6d和T6e的曲線如圖所示。如程序中所述，用於控制夾頭1或晶圓2的溫度的參考測溫手段是從測溫手段6a、6b和6c中選擇的。為此，在本優選實施例中，在時間t內測溫手段6a-6c測量的溫度T(t)的溫度差Tdiff與在時間t-x(即在時間t之前的一段持續時間x)內測量的各測溫手段6a-6c的溫度進行比較：
Tdiff6a=｜T6a(t)-T6a(t-x)｜
Tdiff6b=｜T6b(t)-T6b(t-x)｜
Tdiff6c=｜T6c(t)-T6c(t-x)｜
圖3顯示了測溫手段6a的溫差Tdiff6a作為示例或代表，在本示例性方案中，該溫差也對應於測溫手段6a-6c的最大溫差。
將溫差Tdiff6a、Tdiff6b、Tdiff6c進行比較，得出溫差值最大那個值。根據示例性方法，選擇與最高值的溫差相關聯的測溫手段6作為參考測溫手段。因此，在本示例性優選方法中，選擇測溫手段6a作為參考測溫手段，用於對夾頭1或晶圓2進行溫控。
溫控(溫度的控制或調節)也應該由調整測溫手段6a測量的溫度來進行。從圖4中可以看出，溫控影響眾多測溫手段6中的任意一個，因此也會影響夾頭1的基本上全部或至少大部分區域。在本實施例中，測溫手段6b-6e測量的值(顯著地)低於晶圓1或夾頭1的目標溫度。
圖3和圖4所說明的方法只是夾頭或晶圓溫控方法的一種示例性優選實施例。特別是用於選擇參考測溫手段的參數可以如要求和/或期望而變化。例如，這裡可以選擇或使用測溫手段的溫度梯度作為確定參數。兩個或兩個以上的測溫手段6的測量溫度的平均值也可以作為溫度控制的參考值，例如通過形成測量溫度的平均值。溫控的方法也可以用替代方式進行，例如將參考測溫手段的溫度與夾頭1或晶圓2的目標溫度之間的差值減半。
圖5為夾頭1的進一步優選實施例，通過優選不同的溫控媒介18a、18b在第一溫度控制電路30和第二溫度控制電路32中對夾頭1進行溫控。更優選地，兩個溫度控制電路30、32各自具有一條至少在部分區域運行的彎曲的中線8a、8b。該示例性且優選的實施例實現了對夾頭1進 行有利的溫控，因為不同的溫控媒介18優選地可以用於不同溫度範圍內的溫控。例如，第一溫控媒介18a用於第一溫度範圍，例如在約-75℃和約100℃之間，第二溫控媒介18b用於第二溫度範圍，例如在約50℃和約400℃之間。各種醇類，如戊醇(pentanol)和甲醇，以及庚烷，特別適合用於溫控媒介18。以矽油為主的導熱油更為合適。優先選擇使用含有全氟聚醚(例如可從Solvay Solexis S.p.A.搜索商品名Galden HT)、聚(氧全氟-正-烷基)(例如可從Solvay Solexis S.p.A.搜索商品名Galden ZT)和/或三乙氧基烷基矽烷的混合物(例如可從DWS Synthesetechnik搜索商品名DW-Therm)的溫控液。但是，也可以使用本領域技術人員已知的其他物質。
此外，圖5中的夾頭1優選地具有一個或多個電熱轉換器9，以使夾頭1的溫度控制更加有利。一個或多個電熱轉換器9特別適用於在大約+-50℃的相對較小的溫度範圍內精確和快速的調節溫度控制。
在此背景下，參考專利說明書DE 10 2005 049 598 B4中描述的特別適用於此目的的夾頭的優選實施例，其內容通過引用結合到本發明中。
1:夾頭
2:晶圓
3:晶圓表面
4:待測結構
6:測溫手段
8:中線
9:電熱轉換器
10:溫度控制裝置
12:通訊介面
14:控制單元
18:溫控媒介
20:晶圓測試系統
22:測試手段
23:探針
24:探針卡
25:電路板
26:接觸元件
28:位置檢測手段
30:第一溫度控制電路
32:第二溫度控制電路

Claims (11)

  1. 晶圓(2)的夾頭(1)的溫度控制方法，包括以下步驟：檢測用於測試晶圓(2)的測試手段(22)的位置；確定測試手段(22)和多個用於測量夾頭(1)或由夾頭(1)支撐的晶圓(2)的溫度的測溫手段(6)之間各自的空間距離；從所述多個測溫手段(6)中選擇至少一個測溫手段(6)作為參考測溫手段；根據選定的參考測溫手段(6)測量的夾頭(1)或晶圓(2)的溫度來控制夾頭(1)的溫度。
  2. 如請求項1所述的方法，其中選擇一個測溫手段(6)作為參考測溫手段，包括：選擇與測試手段(22)空間距離最小的那個測溫手段(6)。
  3. 如請求項1所述的方法，其中，若兩個或多個測溫手段(6)的確定的空間距離在一定的公差T±範圍內和/或基本相等則選擇至少一個參考測溫手段，包括：從兩個或兩個以上的測溫手段(6)中選擇該測溫手段(6)的溫差Tdiff和/或單位時間的溫度變化量Tgrad最大者；或選擇兩個或兩個以上的測溫手段(6)作為參考測溫手段，其中控制夾頭(1)的溫度是根據參考測溫手段所測溫度的平均值。
  4. 如請求項3所述的方法，其中溫差Tdiff是測量溫度T(t)與下述溫度之差額：夾頭(1)或晶圓(2)的目標溫度Tset；或 同一測溫手段先前測量的溫度T(t-x)；或對應於多個測溫手段(6)的平均溫度Tavg。
  5. 如請求項3所述的方法，其中，在特定時間段t1內比較每一時間Tgrad的溫度變化。
  6. 如請求項1至5中任一項的方法，其中測試手段(22)和測溫手段(6)之間的空間距離是根據向量座標確定的。
  7. 對夾頭(1)和/或由夾頭(1)支撐或夾持的晶圓(2)進行溫控的溫度控制裝置(10)，包括：用於與夾頭(1)通訊的第一通訊介面(12a)，其中，第一通訊介面適於傳輸電信號；與所述第一通訊介面(12a)連接的控制單元(14)，用於：從多個測溫手段(6)接收電訊信號，以測量夾頭(1)或晶圓(2)的溫度；選擇所述測溫手段(6)中的至少一個作為參考測溫手段；根據所選參考測溫手段(6)測量的夾頭(1)或晶圓(2)的溫度來控制夾頭(1)的溫度。
  8. 如請求項7所述的溫度控制裝置(10)，其中控制單元(14)適合於選擇與用於測試晶圓2的測試手段(22)的空間距離最小的那個測溫手段(6)作為參考測溫手段。
  9. 如請求項7或8所述的溫度控制裝置(10)，其中控制單元(14)適合於選擇溫差Tdiff和/或單位時間內溫度變化量最大的那個測溫手段(6)作為參考測溫手段，條件是兩個或多個測溫手段(6)之間的確定空間距離在一定的公差T±範圍內和/或大小基本相等。
  10. 如請求項7或8所述的溫度控制裝置(10)，還包括：第二通訊介面(12b)，用於引入和/或排出用於對夾頭(1)進行控制溫度進出的溫控媒介(18)，和/或第三通訊介面(12c)，用於與至少一個電熱轉換器(9)通訊，以對夾頭(1)進行溫控。
  11. 一種用於測試晶圓的晶圓測試系統(20)，包括：一種用於夾持和溫控晶圓(2)的夾頭(1)，包括多個測溫手段(6)，用於測量夾頭(1)或由夾頭(1)夾持的晶圓(2)的溫度；至少一個測試手段(22)，用於測試晶圓(2)；位置檢測手段(24)，用於檢測測試手段(22)相對於夾頭(1)或晶圓(2)的位置；以及如請求項7至10中任一項所述的溫度控制裝置(10)。
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