DE10043193A1 - Test device for semiconductor wafers allowing precise determination of the measurement waveform and so compensation for phase shifts during measurement and increased accuracy - Google Patents

Abstract

Wafer test card (34) has a needle type contact (342) and an associated earth (343), both being electrically connected to the test head (20). The needle is moved to test different regions of the wafer (W). A measurement component (35) having contact needle (353) and earth (353) is used at the beginning of a test or during a test for measuring and correcting the characteristics of the test signal. An independent claim is made for a procedure for testing a semiconductor wafer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Prüfen von Halbleitersubstraten (im folgen­ den als "Wafer" bezeichnet), auf denen Bauelemente wie beispielsweise integrier­ te Halbleiterschaltungen ausgebildet sind. Insbesondere befaßt sich die Erfin­ dung mit einem Prüfgerät dieser Art, mit dem die Wellenform eines von einer Prüfeinheit übermittelten Prüfsignals präzise gemessen werden kann.The invention relates to a device for testing semiconductor substrates (in the following referred to as the "wafer"), on which components such as integrated te semiconductor circuits are formed. In particular, the Erfin deals with a test device of this type, with which the waveform is one of a Test unit transmitted test signal can be measured precisely.

Auf einem Substrat, beispielsweise in der Form eines Siliziumwafers und einer Glasplatte etc., wird eine große Anzahl integrierter Halbleiterschaltungen ausge­ bildet und dann verschiedenen Verarbeitungsschritten unterzogen wie etwa rennen, Verdrahten, Versiegeln, etc., bis man schließlich fertige elektrische Bauelemente (ICs) erhält. Ein solches IC wird vor dem Versand einem Funktion­ stest unterzogen. Dieser Test kann am fertigen IC oder im Wafer-Stadium ausge­ führt werden.On a substrate, for example in the form of a silicon wafer and one Glass plate, etc., a large number of integrated semiconductor circuits are produced forms and then subjected to various processing steps such as running, wiring, sealing, etc. until you finally finished electrical Components (ICs) receives. Such an IC becomes a function before shipping subjected to test. This test can be done on the finished IC or at the wafer stage leads.

Mit fortschreitender Entwicklung von Herstellungstechniken für Halbleiter sind in den letzten Jahren zunehmend Bauelemente mit einer Umhüllung (Versiege­ lung) in Chipgröße (CSP- = chip size package) in Gebrauch gekommen, beispiels­ weise ICs mit Kugelraster-Kontakten (BGA = ball grid array). ICs dieser Art wer­ den im Wafer-Stadium versiegelt und dann getrennt. Somit kommt es häufig vor, daß die Prüfprozedur an den Bauelementen im Wafer-Stadium durchgeführt wird.With the advancing development of manufacturing techniques for semiconductors In recent years, components with an enclosure (Versiege chip size package (CSP-) came into use, for example wise ICs with ball grid contacts (BGA = ball grid array). ICs of this type who sealed at the wafer stage and then separated. So it happens often before that the test procedure was performed on the devices at the wafer stage becomes.

Ein Beispiel eines bekannten Prüfgerätes zum Prüfen von ICs im Wafer-Stadium wird in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 5-15431 beschrie­ ben. In einem solchen Prüfgerät wird die Prüfung durchgeführt, indem ein zu prüfender Wafer durch Unterdruck an einen Wafertäger angesaugt wird und eine an einer Prüfkarte angeordnete Nadel (ein nadelförmiger Kontakt) mit einem auf dem Wafer ausgebildeten Kontaktpunkt in elektrischen Kontakt gebracht wird.An example of a known test device for testing ICs in the wafer stage is described in Japanese Utility Model Publication 5-15431 ben. In such a testing device, the test is carried out by a testing wafer is sucked onto a wafer carrier by negative pressure and a needle located on a test card (a needle-shaped contact) with a brought into electrical contact on the contact point formed on the wafer becomes.

Bei der Prüfung von ICs werden von einer Prüfeinheit ein oder mehrere vorgege­ bene Prüfsignale über Prüfköpfe an die jeweiligen Kontaktpunkte der ICs über­ mittelt. Bei diesen Prüfsignalen handelt es sich beispielsweise um die in Fig. 4 gezeigten Prüfsignale a und b. Wenn die Phasen dieser verschiedenen Arten von Prüfsignalen a und b verschoben sind, kann die Prüfung nicht mit einer hohen Taktfrequenz vorgenommen werden. Deshalb ist es üblich, die Wellenformen von Prüfsignalen der in Fig. 4 gezeigten Art aufzunehmen, um die Phasen der beiden Prüfsignale zu korrigieren, bevor die eigentliche Prüfung durchgeführt wird.When testing ICs, a test unit transmits one or more specified test signals via test heads to the respective contact points of the ICs. These test signals are, for example, test signals a and b shown in FIG. 4. If the phases of these different types of test signals a and b are shifted, the test cannot be carried out with a high clock frequency. Therefore, it is common to pick up the waveforms of test signals of the type shown in Fig. 4 to correct the phases of the two test signals before the actual test is performed.

In einem als einen "Handler" bezeichneten Prüfgerät für fertige ICs wird die Pha­ senkorrektur üblicherweise durchgeführt, indem ein Oszilloskop zur Aufnahme der Wellenformen an Kontaktstifte von Prüfköpfen angeschlossen wird. Wenn die Kontaktstifte der Prüfköpfe und ein Massepunkt (Erde oder Masse) zu weit von einander entfernt sind, kann die an das Oszilloskop ausgegebene Wellen­ form durch Rauschsignale und dergleichen überlagert werden, so daß keine kor­ rekte Wellenform aufgenommen werden kann. Wie beispielsweise in Fig. 5 ge­ zeigt ist, werden anstelle der korrekten Wellenform x verzerrte Wellenformen y oder z aufgenommen. Deshalb wurde, soweit vorhanden, ein Massepunkt in der Nähe der Kontaktstifte benutzt. Wenn kein geeigneter Massepunkt in der Nähe der Kontaktstifte vorhanden war, wurde ein Massekontakt, beispielsweise eine Masse-Kontaktfläche, separat bereitgestellt.In a test device for finished ICs, referred to as a "handler", the phase correction is usually carried out by connecting an oscilloscope for recording the waveforms to contact pins on test heads. If the contact pins of the probes and a ground point (earth or ground) are too far from each other, the waveform output to the oscilloscope can be superimposed by noise signals and the like, so that no correct waveform can be recorded. As shown in FIG. 5, for example, instead of the correct waveform x, distorted waveforms y or z are recorded. Therefore, if available, a ground point near the contact pins was used. If there was no suitable ground point in the vicinity of the contact pins, a ground contact, for example a ground contact area, was provided separately.

Bei einem Substrat-Prüfgerät zum Prüfen der Bauelemente im Wafer-Stadium sind jedoch Nadeln, die den Kontaktstiften des Handlers entsprechen, in gerin­ gen Abständen von beispielsweise 150 µm angeordnet. Deshalb war es bisher äußerst schwierig, einen Massepunkt in der Nähe der Nadeln bereitzustellen.In a substrate tester for testing the components at the wafer stage However, needles that correspond to the contact pins of the handler are contained arranged at intervals of, for example, 150 µm. That's why it was so far extremely difficult to provide a ground point near the needles.

Aus diesem Grund wurden die Wellenformen der Prüfsignale mit Hilfe von Lei­ terbahnen-Mustem aufgenommen, die in relativ großen Abständen auf Prüfkar­ ten angeordnet waren. Bei diesem Verfahren wurden jedoch die Prüfsignale, die den Kontaktpunkten der Bauelemente auf dem Wafer zugeführt wurden, nicht direkt aufgenommen, sondern zur Aufnahme der Wellenformen der Prüfsignale wurden Kontaktpunkte benutzt, die davon entfernt waren, und deshalb mußten Ungenauigkeiten bei der Aufnahme der Wellenformen in Kauf genommen wer­ den.For this reason, the waveforms of the test signals were measured using Lei terbahnen-Mustem recorded on test cards at relatively large intervals were arranged. With this method, however, the test signals, the were not fed to the contact points of the components on the wafer recorded directly, but for recording the waveforms of the test signals contact points were used that were distant from it and therefore had to Any inaccuracies in recording the waveforms are accepted the.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Prüfgerät für Halbleitersubstrate zu schaffen, mit dem es möglich ist, die charakteristischen Merkmale von Wellenformen etc. eines von einer Prüfeinheit übermittelten Prüfsignals mit höherer Genauigkeit zu messen.The object of the invention is to provide a test device for semiconductor substrates, with which it is possible to determine the characteristic features of waveforms etc. a test signal transmitted by a test unit with higher accuracy measure up.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den unabhängigen Patentan­ sprüchen angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved with the in the independent patent  characteristics specified resolved.

Ein ein Gegenstand der Erfindung ist ein Prüfgerät zur Vornahme einer Prüfung an einem Halbleitersubstrat durch Übermitteln mehrerer Prüfsignale an einen auf dem Substrat ausgebildeten Bauelementbereich und Bewerten dieses Bau­ elementbereichs als gut oder schadhaft in Abhängigkeit vom Prüfergebnis, mit einer Prüfkarte, die elektrisch mit einem Prüfkopf verbunden ist und auf ihrer einen Hauptfläche eine Vielzahl erster nadelförmiger Kontaktpunkte zum elektri­ schen Kontaktieren des Bauelementbereiches und einen in der Nähe der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte angeordneten Masseleiter aufweist, und mit ei­ nem Meßbaustein, der an seiner einen Hauptfläche einen Kontaktbereich zum elektrischen Kontaktieren des ersten nadelförmigen Kontaktpunktes sowie zwei­ te nadelförmige Kontaktpunkte zum elektrischen Kontaktieren des Masseleiters aufweist.One object of the invention is a test device for carrying out a test on a semiconductor substrate by transmitting several test signals to one device area formed on the substrate and evaluation of this device element area as good or defective depending on the test result, with a test card that is electrically connected to a test head and on it a main surface a plurality of first needle-shaped contact points for electri contacting the component area and one near the first has needle-shaped contact points arranged ground conductor, and with egg Nem module that has a contact area on its one main surface electrical contact of the first needle-shaped contact point and two te needle-shaped contact points for electrical contacting of the ground conductor having.

Bevorzugt weist der Meßbaustein ein oder mehrere Paare aus zweiten nadelför­ miger Kontaktpunkten und Kontaktbereichen in Übereinstimmung mit der An­ ordnung mit der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte und Masseleiter auf der Prüfkarte auf.The measuring module preferably has one or more pairs of second needles miger contact points and contact areas in accordance with the An order with the first needle-shaped contact points and ground wire on the Test card on.

Weiterhin weist das Prüfgerät vorzugsweise eine Meßbaustein-Ausrichtbühne auf, zum Bewegen des Meßbausteins relativ zu den ersten nadelförmigen Kon­ taktpunkten und den Masseleitern der Prüfkarte.Furthermore, the test device preferably has a measuring module alignment platform on, to move the measuring block relative to the first needle-shaped con tact points and the earth conductors of the test card.

Bevorzugt weist das Gerät außerdem eine Substratbühne auf, die das Halbleiter­ substrat so hält, daß der Bauelementbereich mit den ersten nadelförmigen Kon­ taktpunkten der Prüfkarte in Kontakt gebracht wird, und an welcher der Meß­ baustein angeordnet ist.The device preferably also has a substrate stage, which is the semiconductor Holds the substrate so that the component area with the first needle-shaped Kon tact points of the test card is brought into contact and at which the measurement block is arranged.

Das Prüfgerät kann weiterhin eine Meßeinrichtung aufweisen, die an eine Aus­ gangsklemme des Meßbausteins angeschlossen ist und eine Signalcharakteri­ stik der Prüfsignale ausgibt.The test device can also have a measuring device that is connected to an off output terminal of the measuring block is connected and a signal character stik of the test signals.

Bei dieser Signalcharakteristik kann es sich beispielsweise um die Wellenform des Prüfsignals handeln, doch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt.This signal characteristic can be, for example, the waveform act of the test signal, but the invention is not limited to this.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Prüfkarte, die elektrisch mit einem Prüfkopf eines Prüfgerätes für Halbleitersubstrate verbunden ist und auf ihrer einen Hauptfläche eine Vielzahl nadelförmiger Kontaktpunkte zum elektrischen Kontaktieren eines Bauelementbereichs des Halbleitersubstrats sowie einen in der Nähe dieser nadelförmigen Kontaktpunkte angeordneten Masseleiter auf­ weist.The invention further relates to a test card which is electrically connected to a  Test head of a test device for semiconductor substrates is connected and on their a main surface a plurality of needle-shaped contact points for electrical Contacting a component area of the semiconductor substrate and an in ground conductors arranged in the vicinity of these needle-shaped contact points has.

Es kann je ein Masseleiter für jeden nadelförmigen Kontaktpunkt vorgesehen sein. Wahlweise kann jedoch auch ein gemeinsamer Masseleiter für mehrere na­ delförmige Kontaktpunkte vorgesehen sein.One ground conductor can be provided for each needle-shaped contact point his. Alternatively, however, a common ground conductor can be used for several na del-shaped contact points can be provided.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Meßbaustein eines Prüfgerätes für Halbleitersubstrate, mit mindestens einem Kontaktbereich zum elektrischen Kontaktieren erster nadelförmiger Kontaktpunkte auf einer Prüfkarte des Prüf­ gerätes und mit mindestens mit einem zweiten nadelförmigen Kontaktpunkt zum elektrischen Kontaktieren eines Masseleiters, der in der Nähe der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte angeordnet ist.Another object of the invention is a measuring module of a test device for semiconductor substrates, with at least one contact area for electrical Contacting the first needle-shaped contact points on a test card of the test device and with at least one second needle-shaped contact point to make electrical contact with a ground conductor close to the first needle-shaped contact points is arranged.

Ein vierter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Messen von Cha­ rakteristika von Prüfsignalen eines Prüfgerätes für Halbleitersubstrate, das mehrere Prüfsignale an einen Bauelementbereich auf einem Halbleitersubstrat übermittelt und diesen Bauelementbereich je nach Ergebnis der Prüfung als gut oder schadhaft bewertet, bei welchem Verfahren für den Abgriff der Prüfsignale Kontaktpunkte zumindest in der Nähe eines Bereiches benutzt werden, der den Bauelementbereich des Halbleitersubstrats kontaktiert.A fourth object of the invention is a method for measuring Cha characteristics of test signals of a test device for semiconductor substrates, the multiple test signals to a component area on a semiconductor substrate transmitted and this component area as good depending on the result of the test or defective with which method for tapping the test signals Contact points are used at least in the vicinity of an area that the Contacted component region of the semiconductor substrate.

Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, daß das Prüfgerät mindestens einen nadelförmigen Kontaktpunkt zur Übermittlung von Prüfsignalen an den Bauele­ mentbereich sowie einen in der Nähe dieser nadelförmigen Kontaktpunkte ange­ ordneten Masseleiter aufweist und die nadelförmigen Kontaktpunkte und der Masseleiter als ein Eingangsteil zum Messen von Charakteristika der Prüfsignale benutzt werden.In the context of the invention it is preferred that the test device at least one needle-shaped contact point for transmitting test signals to the component ment area and a near these needle-shaped contact points has ordered earth conductor and the needle-shaped contact points and the Ground wire as an input part for measuring characteristics of the test signals to be used.

Vor oder während der Durchführung einer Prüfung an einem Halbleitersubstrat, etwa einem Siliziumwafer und einem Glas-Substrat, wird in einem Zustand, in dem der zweite nadelförmige Kontaktpunkt des Meßbausteins mit dem Masselei­ ter der Prüfkarte in Berührung steht und der Kontaktbereich des Meßbausteins mit dem ersten nadelförmigen Kontaktpunkt der Prüfkarte in Berührung steht, ein Prüfsignal gesendet. Der zweite nadelförmige Kontaktpunkt und der Kon­ taktbereich des Meßbausteins nehmen als ein Eingangssignal ein Prüfsignal auf, das nahezu demjenigen Signal äquivalent ist, das dem Bauelementbereich auf dem zu prüfenden Halbleitersubstrat zugeführt wird, und dieses erstere Signal wird an eine Meßeinrichtung zur Aufnahme der Signalcharakteristik, etwa ein Oszilloskop, ausgegeben. Somit können die Charakteristika des Prüfsignals in einer elektrischen Umgebung gemessen werden, die derjenigen bei einer tatsäch­ lichen Prüfung äquivalent ist, und die Verläßlichkeit des Meßergebnisses wird so deutlich verbessert. Da erfindungsgemäß außerdem ein Masseleiter in der Nähe der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte auf der Prüfkarte vorhanden ist, ist die Gefahr, daß über den Masseleiter Rauschsignale und dergleichen in den Meß­ baustein eingestreut werden, extrem gering.Before or during a test on a semiconductor substrate, such as a silicon wafer and a glass substrate, is in a state in which is the second needle-shaped contact point of the measuring block with the junk ter of the test card is in contact and the contact area of the measuring block is in contact with the first needle-shaped contact point on the test card,  sent a test signal. The second needle-shaped contact point and the con clock range of the measuring block receive a test signal as an input signal, which is almost equivalent to the signal that the component area is supplied to the semiconductor substrate to be tested, and this former signal is to a measuring device for recording the signal characteristic, such as a Oscilloscope output. Thus, the characteristics of the test signal in in an electrical environment that is comparable to that in an actual Lichen test is equivalent, and the reliability of the measurement result is so clearly improved. According to the invention, there is also a ground conductor nearby of the first needle-shaped contact points on the test card is the Danger of noise signals and the like in the measurement via the ground conductor building block can be sprinkled in, extremely low.

Die Messungen werden für jeden der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte auf der Prüfkarte oder einige Gruppen (Paare) derselben durchgeführt, und der Meß­ baustein wird zu diesem Zweck zu den betreffenden ersten nadelförmigen Kon­ taktpunkten bewegt. Wenn eine große Anzahl von Paaren aus zweiten nadelför­ migen Kontaktpunkten und Kontaktbereichen an dem Meßbaustein vorgesehen ist, so können Prüfsignale, die an eine große Anzahl erster nadelförmiger Kon­ taktpunkte übermittelt werden, gleichzeitig gemessen werden, und die Meßzeit für sämtliche der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte kann abgekürzt werden. Wenn andererseits nur ein Paar oder eine kleine Anzahl von Paaren aus zweiten nadelförmigen Kontaktpunkten und Kontaktbereichen an dem Meßbaustein vor­ handen ist, genügen einfache Kabel zur Weiterleitung der Signale an die Meßein­ richtung, beispielsweise an das Oszilloskop.The measurements are based on each of the first needle-shaped contact points the test card or some groups (pairs) of the same, and the measurement For this purpose, the block becomes the relevant first needle-shaped con tact points moved. If a large number of pairs from second needles migen contact points and contact areas provided on the measuring block is, test signals which are connected to a large number of first needle-shaped con tact points are transmitted, measured simultaneously, and the measuring time can be abbreviated for all of the first needle-shaped contact points. On the other hand, if only one pair or a small number of pairs out of two needle-shaped contact points and contact areas on the measuring module simple cables are sufficient to forward the signals to the measuring device direction, for example to the oscilloscope.

Wenn der Meßbaustein auf einer Substratbühne für das Halbleitersubstrat an­ geordnet ist, kann er mit Hilfe der Substratbühne bewegt werden, so daß keine besondere Ausrichtbühne für den Meßbaustein erforderlich ist und somit eine Kosten- und Platzersparnis erreicht wird.When the measuring module on a substrate stage for the semiconductor substrate is ordered, it can be moved using the substrate stage, so that none special alignment platform is required for the measuring module and thus a Cost and space savings are achieved.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeich­ nung näher erläutert. In the following an embodiment of the invention with reference to the drawing tion explained in more detail.  

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Gesamtdarstellung eines Prüfgerätes für Halbleitersubstrate; Fig. 1 is an overall view of a tester for semiconductor substrates;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung wesentlicher Teile des Prüfgerätes nach Fig. 1; FIG. 2 shows a sectional illustration of essential parts of the testing device according to FIG. 1;

Fig. 3 Meßbausteine und eine Prüfkarte des Prüfgerätes; Fig. 3 measuring blocks and a test card of the tester;

Fig. 4 Beispiele für Wellenformen von Prüfsignalen; und Fig. 4 examples of waveforms of test signals; and

Fig. 5 eine Darstellung von Wellenformen zur Erläuterung der Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt. Fig. 5 is an illustration of waveforms for explaining the object on which the invention is based.

In Fig. 3 sind zwei Meßbausteine 35 gezeigt, von denen der linke in einer relativ zu dem rechten umgekehrten Orientierung dargestellt ist.In Fig. 3 two Meßbausteine 35 are shown, the left of which is shown in a relative to the right-reversed orientation.

Fig. 1 zeigt ein Prüfgerät 1 für Halbleitersubstrate, mit einer Prüfeinheit 10 zur Ausgabe eines Prüfsignals und zur Durchführung der Prüfung, einem Prüfkopf 20, der durch ein Kabel oder dergleichen mit der Prüfeinheit verbunden ist, und einem Probenhalter 30, dem ein zu prüfender Wafer W zugeführt wird und der eine Vielzahl von Bauelementbereichen, die auf dem Wafer W ausgebildet sind, so bewegt, daß sie mit Nadeln (nadelförmigen Kontaktpunkten) des Prüfkopfes 20 kontaktiert werden. Fig. 1 shows a test device 1 for a semiconductor substrate, with a test unit 10 for outputting a test signal and to perform the test, a test head 20 that is connected by a cable or the like with the test unit, and a sample holder 30, the one to be tested wafer W is supplied and which moves a plurality of component regions which are formed on the wafer W so that they are contacted with needles (needle-shaped contact points) of the test head 20 .

Auf dem in dem Probenhalter 30 gehaltenen Wafer W ist eine große Anzahl von integrierten Halbleiterschaltungen (Bauelementbereichen) ausgebildet. Der Wa­ fer wird während der Prüfung durch Unterdruck in einer präzise ausgerichteten Position an einem nicht gezeigten Waferträger gehalten. Zu diesem Zweck ist der Waferträger auf einer Substratbühne 31 angeordnet, die relativ zu einer Grund­ platte 32 präzise in der XY-Ebene in Fig. 1 bewegbar ist. Die Substratbühne 31 als Ganzes oder nur der Waferträger kann in Richtung der Z-Achse angehoben und abgesenkt werden.A large number of integrated semiconductor circuits (component regions) are formed on the wafer W held in the sample holder 30 . The wafer is held in a precisely aligned position on a wafer carrier (not shown) by negative pressure during the test. For this purpose, the wafer carrier is arranged on a substrate stage 31 , the plate 32 relative to a base 32 can be moved precisely in the XY plane in FIG. 1. The substrate stage 31 as a whole or only the wafer carrier can be raised and lowered in the direction of the Z axis.

Für die Prüfung des Wafers W unter thermischer Belastung ist in dem Waferträ­ ger eine nicht gezeigte Heizeinrichtung vorgesehen, mit der der Wafer erhitzt werden kann. For testing the wafer W under thermal stress is in the wafer carrier ger provided a heater, not shown, with which the wafer heats can be.  

In dem Probenhalter 30 ist im oberen Bereich der Substratbühne 31 ein Karten­ träger 33 angeordnet, auf dem eine Prüfkarte 34 gehalten ist. Die Prüfkarte 34 hat ein rechteckiges Substrat 341 aus Keramik oder Silizium und eine Vielzahl von Nadeln 342 auf einer ihrer Hauptflächen (der Unterseite in Fig. 1 und 2 und der sichtbaren Vorderseite in Fig. 3). Die Nadeln sind gemäß Fig. 3 in meh­ reren Reihen angeordnet. Auf derselben Hauptfläche des Substrats 341 ist zwi­ schen den Reihen der Nadeln 342 ein Muster aus Masseleitern 343 ausgebildet, die mit Masse verbunden sind.In the sample holder 30 , a card carrier 33 is arranged in the upper region of the substrate stage 31 , on which a test card 34 is held. The probe card 34 has a rectangular substrate 341 made of ceramic or silicon and a plurality of needles 342 on one of its main surfaces (the underside in FIGS. 1 and 2 and the visible front side in FIG. 3). The needles are shown in FIG. Meh arranged in rows 3 reren. On the same major surface of the substrate 341 , a pattern of ground conductors 343 connected to ground is formed between the rows of the needles 342 .

Die Nadeln 342 sind beispielsweise aufrecht stehend angeordnet, so daß sie Kontaktklemmen (Kontaktpunkte im Zustand vor der Verdrahtung) eines inte­ griert auf dem Wafer W ausgebildeten Bauelementbereichs kontaktieren können. Indem die Substratbühne schrittweise im XYZ-Raum bewegt wird, können die Nadeln mit den jeweiligen Klemmen der zu prüfenden Bauelementbereiche auf dem Substrat in Kontakt gebracht werden.The needles 342 are arranged upright, for example, so that they can contact contact terminals (contact points in the state before the wiring) of an integrated component area formed on the wafer W. By moving the substrate stage step by step in the XYZ space, the needles can be brought into contact with the respective clamps of the component areas to be tested on the substrate.

Die Prüfkarte 34 hat auf ihrer dem Substrat 341 entgegengesetzten Seite (der Oberseite in Fig. 1 und 2 und der Rückseite in Fig. 3) einen oder mehrere Verbinder 344, die als kraftfreie Verbinder ausgebildet sind.The probe card 34 has on its side opposite the substrate 341 (the upper side in FIGS. 1 and 2 and the rear side in FIG. 3) one or more connectors 344 which are designed as force-free connectors.

Unter einem kraftfreien Verbinder wird hier ein elektrischer Verbinder verstan­ den, der mit einem später erläuterten kraftfreien Gegenverbinder 221 am Prüf­ kopf 20 in Eingriff gebracht werden kann, ohne daß in Einsteckrichtung (in die­ ser Ausführungsform in vertikaler Richtung) eine Kraft aufgewendet werden muß. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß eine im Inneren des Verbinders installierte Schiene mit Hilfe eines Zylinders in Längsrichtung vor und zurück bewegt wird, ein mit der Schiene verbundener Nocken aufwärts und abwärts bewegt wird und/oder ein Zwischenraum zwischen Sockelkontak­ ten verengt oder erweitert wird, um einen Kontaktstift dazwischen aufzuneh­ men.A force-free connector is understood here as an electrical connector which can be brought into engagement with a force-free mating connector 221 explained later on the test head 20 without a force having to be applied in the direction of insertion (in the embodiment in the vertical direction). This can be achieved, for example, in that a rail installed inside the connector is moved back and forth in the longitudinal direction by means of a cylinder, a cam connected to the rail is moved up and down and / or a space between base contacts is narrowed or widened to insert a contact pin in between.

Die elektrische Verbindung der einzelnen Nadeln 342 mit den entsprechenden Kontakten des kraftfreien Verbinders 344 erfolgt durch ein Verdrahtungsmuster und ein Durchgangsloch (beide nicht gezeigt), die an bzw. in dem Substrat 341 der Prüfkarte 34 ausgebildet sind.The individual needles 342 are electrically connected to the corresponding contacts of the force-free connector 344 by a wiring pattern and a through hole (both not shown) which are formed on or in the substrate 341 of the test card 34 .

Im Rahmen der Erfindung ist das Verfahren zum elektrischen Verbinden der Prüfkräfte 34 mit dem Prüfkopf 20 nicht auf den Gebrauch der oben beschriebe­ nen kraftfreien Verbinder beschränkt, und es ist möglich, andere Arten von Ver­ bindern und Verbinderklemmen einzusetzen.Within the scope of the invention, the method for electrically connecting the test forces 34 to the test head 20 is not limited to the use of the non-power connector described above, and it is possible to use other types of connectors and connector terminals.

Der Prüfkopf 20 ist oberhalb der Substratbühne 31 angeordnet und weist meh­ rere nicht gezeigte Baugruppen auf, beispielsweise eine Leistungsplatine (perfor­ mance board). An der Unterseite des Prüfkopfes 20 ist eine Tafel 21 befestigt (Fig. 2), und ein Kontaktring 22 ist an der Unterseite der Tafel 21 angebracht. Der Kontaktring 22 trägt die oben erwähnten kraftfreien Gegenverbinder 221. Fig. 2 zeigt den Zustand, in dem die Verbinder 344 und die Gegenverbinder 221 miteinander in Eingriff stehen.The test head 20 is arranged above the substrate stage 31 and has a plurality of assemblies, not shown, for example a power board (perfor mance board). A panel 21 is attached to the underside of the test head 20 ( FIG. 2), and a contact ring 22 is attached to the underside of the panel 21 . The contact ring 22 carries the above-mentioned non-force mating connector 221 . Fig. 2 shows the state in which the connector 344 and the mating connector 221 are engaged with each other.

Die Positionsausrichtung der Prüfkarte 34 relativ zu dem Kontaktring 22 erfolgt in nicht gezeigter Weise beispielsweise mit Hilfe eines Führungsstiftes an der Prüfkarte 34, der in eine Führungsbuchse an dem Kontaktring 22 eingreift.The position of the test card 34 relative to the contact ring 22 is carried out in a manner not shown, for example with the aid of a guide pin on the test card 34 , which engages in a guide bushing on the contact ring 22 .

Der kraftfreie Gegenverbinder 221 auf Seiten des Kontaktrings 22 und die Lei­ stungsplatine in dem Prüfkopf 20 sind durch eine große Anzahl von Verdrahtun­ gen oder Tochterplatinen elektrisch miteinander verbunden.The force-free mating connector 221 on the side of the contact ring 22 and the power circuit board in the test head 20 are electrically connected to one another by a large number of wirings or daughter boards.

Bei dem Probenhalter 30 in diesem Ausführungsbeispiel ist der in Fig. 3 gezeigte Meßbaustein nach oben weisend an einem Flansch 311 der Substratbühne 31 angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Der Meßbaustein 35 hat ein Substrat 351, das aus demselben Keramikmaterial oder Silizium wie das Substrat 341 der Prüfkarte 34 besteht. An einer Hauptfläche des Substrats 351 (der Oberseite in Fig. 2) sind eine Nadel 352 (entsprechend dem zweiten nadelförmigen Kontakt­ punkt) und ein Kontaktbereich 353 ausgebildet. Der Abstand zwischen der Na­ del 352 und dem Kontaktbereich 353 ist annähernd derselbe wie der zwischen der Nadel 342 und dem Masseleiter 343 der Prüfkarte 34. Wenn der Meßbau­ stein 35 gegen das Paar aus Nadel 342 und Masseleiter 343 der Prüfkarte 34 ge­ halten wird, so kontaktiert die Nadel 353 des Meßbausteins den Masseleiter 343 der Prüfkarte 34, und gleichzeitig kontaktiert die Nadel 342 der Prüfkarte 34 den Kontaktbereich 353 des Meßbausteins 35.In the sample holder 30 in this exemplary embodiment, the measuring module shown in FIG. 3 is arranged facing upward on a flange 311 of the substrate stage 31 , as shown in FIG. 2. The measuring module 35 has a substrate 351 , which consists of the same ceramic material or silicon as the substrate 341 of the test card 34 . A needle 352 (corresponding to the second needle-shaped contact point) and a contact region 353 are formed on a main surface of the substrate 351 (the upper side in FIG. 2). The distance between the needle 352 and the contact area 353 is approximately the same as that between the needle 342 and the ground conductor 343 of the probe card 34 . If the measuring block 35 is held against the pair of needle 342 and ground conductor 343 of the test card 34 , the needle 353 of the measuring module contacts the ground conductor 343 of the test card 34 , and at the same time the needle 342 of the test card 34 contacts the contact area 353 of the measuring module 35 .

Die Nadel 352 und der Kontaktbereich 353 des Meßbausteins 35 sind, wie auf der rechten Seite in Fig. 3 gezeigt ist, über ein Kabel mit einem Oszilloskop 40 (Fig. 1) verbunden, so daß die Wellenform des Prüfsignals aufgenommen werden kann.The needle 352 and the contact area 353 of the measuring module 35 are, as shown on the right-hand side in FIG. 3, connected via a cable to an oscilloscope 40 ( FIG. 1), so that the waveform of the test signal can be recorded.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des Prüfgerätes erläutert.The operation of the tester is explained below.

Beim Prüfen eines Wafers W wird der Wafer zunächst durch Sog gehalten, wäh­ rend die Position justiert wird. Die Substratbühne 31 wird angehoben, während auf der flachen XY-Oberfläche eine Position aufgesucht wird, in welcher die Na­ del 342 der Prüfkarte 34 den Kontaktpunkt des Bauelementbereichs auf dem Wafer W kontaktiert. Auf diese Weise wird eine Prüfung an einigen Bauelement­ bereichen des Wafers vorgenommen, und wenn die Prüfung abgeschlossen ist, wird die Substratbühne 31 etwas abgesenkt und dann wieder angehoben, wäh­ rend auf der flachen XY-Oberfläche eine Position aufgesucht wird, in der die Na­ del 342 der Prüfkarte 34 den Kontaktpunkt des nächsten Bauelementbereichs kontaktiert. Diese Operation wird schrittweise wiederholt, so daß die Prüfungen an den Bauelementbereichen auf der gesamten Fläche des Wafers W durchge­ führt werden. Bei einer Prüfung des Wafers W unter Temperaturbelastung wird die in den Waferträger integrierte Heizung eingeschaltet, und der Wafer W wird auf eine Temperatur von beispielsweise 100°C erhitzt.When checking a wafer W, the wafer is first held by suction while the position is adjusted. The substrate stage 31 is raised while a position is sought on the flat XY surface in which the needle 342 of the probe card 34 contacts the contact point of the component region on the wafer W. In this way, a test is performed on some component areas of the wafer, and when the test is completed, the substrate stage 31 is lowered somewhat and then raised again, while a position is sought on the flat XY surface in which the needle 342 of the test card 34 contacts the contact point of the next component area. This operation is repeated step by step so that the tests on the device areas are performed on the entire area of the wafer W. When the wafer W is tested under a thermal load, the heating integrated in the wafer carrier is switched on and the wafer W is heated to a temperature of, for example, 100.degree.

Bevor die oben beschriebenen Prüfungen an dem Wafer W beginnen oder erfor­ derlichenfalls auch zwischen diesen Prüfungen wird die Wellenform des von der Prüfeinheit 10 über den Prüfkopf 20 an den Bauelementbereich übermittelten Prüfsignals aufgenommen, und die Phasen der verschiedenen Prüfsignale wer­ den korrigiert.Before the above-described tests on the wafer W begin or, if necessary, also between these tests, the waveform of the test signal transmitted by the test unit 10 via the test head 20 to the component area is recorded, and the phases of the different test signals are corrected.

Dazu wird die Substratbühne 31 in der XY-Ebene so bewegt, daß der an dem Flansch 311 befestigte Meßbaustein 35 in eine Position unter der Prüfkarte 34 gelangt. In dieser Position wird die Substratbühne angehoben, so daß der Kon­ taktbereich 353 und die Nadel 352 des Meßbausteins eine Nadel 342 der Prüf­ karte 34 und den in der Nähe derselben ausgebildeten Masseleiter 343 kontak­ tieren. In diesem Zustand wird dann von der Prüfeinheit 10 ein vorgegebenes Prüfsignal ausgegeben und mit Hilfe des Oszilloskops 40 aufgenommen.For this purpose, the substrate stage 31 is moved in the XY plane in such a way that the measuring module 35 attached to the flange 311 comes to a position under the test card 34 . In this position, the substrate stage is raised so that the contact area 353 and the needle 352 of the measuring module contact a needle 342 of the test card 34 and the ground conductor 343 formed in the vicinity thereof. In this state, a predetermined test signal is then output by the test unit 10 and recorded using the oscilloscope 40 .

Da erfindungsgemäß bei der Aufnahme der Wellenform des Prüfsignals prak­ tisch dieselbe Konfiguration vorliegt wie bei der Prüfung an dem Bauelementbe­ reich auf dem Wafer W, dem das eigentliche Prüfsignal zugeführt wird, das heißt, da die Spitze der Nadel 342 der Prüfkarte 34 zur Übermittlung des Prüfsi­ gnals an das Oszilloskop 40 benutzt wird, stimmt die mit dem Oszilloskop auf­ genommene Wellenform des Prüfsignals sehr gut mit der Wellenform des Prüfsi­ gnals überein, das tatsächlich in den Bauelementbereich eingegeben wird. Da die Prüfkarte 34 außerdem den Masseleiter 343 in der Nähe der Nadel 342 hat, wird die Einstreuung von Rauschen und dergleichen in das Signal, dessen Wel­ lenform mit dem Oszilloskop 40 aufgenommen wird, weitgehend unterdrückt, so daß eine korrekte Signalwellenform aufgenommen werden kann.Since, according to the invention, when the waveform of the test signal is recorded, there is practically the same configuration as in the test on the component area on the wafer W, to which the actual test signal is supplied, that is, since the tip of the needle 342 of the test card 34 for transmitting the test signal When used on the oscilloscope 40 , the waveform of the test signal recorded with the oscilloscope corresponds very well with the waveform of the test signal that is actually input into the component area. Since the probe card 34 also has the ground conductor 343 in the vicinity of the needle 342 , the interference of noise and the like in the signal whose waveform is recorded with the oscilloscope 40 is largely suppressed, so that a correct signal waveform can be recorded.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird für das Substrat 341 der Prüfkarte 34 dasselbe Material benutzt wie für das Substrat 351 des Meßbausteins 35. Hierdurch ist es möglich, die feine Nadel und den Kontaktbereich auf dieselbe Weise auszubilden wie auf der Prüfkarte 34. Hinsichtlich der Wahl des Materials bestehen jedoch keine Beschränkungen, sofern es möglich ist, feine Nadeln und Kontaktbereiche in Übereinstimmung mit dem Muster der Nadeln und Masselei­ ter auf der Prüfkarte 34 herzustellen.In the exemplary embodiment described, the same material is used for the substrate 341 of the test card 34 as for the substrate 351 of the measurement module 35 . This makes it possible to form the fine needle and the contact area in the same way as on the test card 34 . However, there are no restrictions on the choice of material if it is possible to make fine needles and contact areas in accordance with the pattern of the needles and ground conductors on the probe card 34 .

Claims (12)

1. Prüfgerät zur Vornahme von Prüfungen an einem Halbleitersubstrat (W) durch Übermittlung mehrerer Prüfsignale an einen auf dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Bauelementbereich und Bewerten des Bauelementbereichs als gut oder schadhaft in Abhängigkeit vom Prüfergebnis, mit
einer Prüfkarte (34), die auf ihrer einen Hauptfläche mehrere erste nadelför­ mige Kontaktpunkte (342) zum elektrischen Kontaktieren des Bauelementbe­ reichs sowie einen in der Nähe der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte (342) angeordneten Masseleiter (343) aufweist und elektrisch mit einem Prüfkopf (20) verbunden ist, und
einem Meßbaustein (35), der auf seiner einen Hauptfläche einen Kontaktbe­ reich (353) zum elektrischen Kontaktieren eines der ersten nadelförmigen Kon­ taktpunkte (342) und einen zweiten nadelförmigen Kontaktpunkt (352) zum elektrischen Kontaktieren des Masseleiters (343) aufweist.1. Test device for carrying out tests on a semiconductor substrate (W) by transmitting a plurality of test signals to a component area formed on the semiconductor substrate and evaluating the component area as good or defective depending on the test result
a test card ( 34 ) which has on its one main surface a plurality of first needle-shaped contact points ( 342 ) for making electrical contact with the component area and a ground conductor ( 343 ) arranged in the vicinity of the first needle-shaped contact points ( 342 ) and is electrically connected to a test head ( 20 ) is connected, and
a measuring block ( 35 ) having on one main surface a contact area ( 353 ) for electrically contacting one of the first needle-shaped contact points ( 342 ) and a second needle-shaped contact point ( 352 ) for electrically contacting the ground conductor ( 343 ). 2. Prüfgerät nach Anspruch 1, bei dem der Meßbaustein (35) ein oder mehrere Paare aus je einem zweiten nadelförmigen Kontaktpunkt (352) und einem Kon­ taktbereich in einer der Anordnung der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte (342) und Masseleiter (343) auf der Prüfkarte (34) entsprechenden Anordnung aufweist.2. Test device according to claim 1, wherein the measuring module ( 35 ) one or more pairs each of a second needle-shaped contact point ( 352 ) and a contact area in one of the arrangement of the first needle-shaped contact points ( 342 ) and ground conductor ( 343 ) on the test card ( 34 ) corresponding arrangement. 3. Prüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Ausrichtbühne zum Bewegen des Meßbausteins (35) relativ zu den ersten nadelförmigen Kontaktpunkten (342) und den Masseleitern (343) der Prüfkarte (34).3. Test device according to claim 1 or 2, with an alignment platform for moving the measuring block ( 35 ) relative to the first needle-shaped contact points ( 342 ) and the ground conductors ( 343 ) of the test card ( 34 ). 4. Prüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Substratbühne (31) zum Hal­ ten des Halbleitersubstrats (W) in einer Position, in der sein Bauelementbereich durch die ersten nadelförmigen Kontaktpunkte (342) der Prüfkarte kontaktiert wird, bei dem der Meßbaustein (35) an der Substratbühne (31) angeordnet ist.4. Test device according to claim 1 or 2, with a substrate stage ( 31 ) for holding th the semiconductor substrate (W) in a position in which its component region is contacted by the first needle-shaped contact points ( 342 ) of the test card, in which the measuring module ( 35 ) is arranged on the substrate stage ( 31 ). 5. Prüfgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer an eine Aus­ gangsklemme des Meßbausteins (35) angeschlossenen Meßeinrichtung (40) zur Aufnahme und Ausgabe von Signalcharakteristiken der Prüfsignale.5. Testing device according to one of the preceding claims, with a measuring device ( 40 ) connected to an output terminal of the measuring module ( 35 ) for receiving and outputting signal characteristics of the test signals. 6. Prüfgerät nach Anspruch 5, bei dem die Signalcharakteristik die Wellenform des Prüfsignals ist.6. A tester according to claim 5, wherein the signal characteristic is the waveform  of the test signal. 7. Prüfkarte (34) zur elektrischen Verbindung mit einem Prüfkopf (20) eines Prüfgerätes (1) für Halbleitersubstrate (W), die auf ihrer einen Hauptfläche meh­ rere nadelförmige Kontaktpunkte (342) zum elektrischen Kontaktieren eines Bauelementbereichs auf dem Halbleitersubstrat (W) sowie einen in der Nähe die­ ser nadelförmigen Kontaktpunkte (342) angeordneten Masseleiter (343) aufweist.7. test card ( 34 ) for electrical connection to a test head ( 20 ) of a test device ( 1 ) for semiconductor substrates (W), the several main needle-shaped contact points ( 342 ) for electrical contacting a component area on the semiconductor substrate (W) as well as a ground conductor ( 343 ) arranged in the vicinity of the needle-shaped contact points ( 342 ). 8. Prüfkarte nach Anspruch 7, bei der ein gemeinsamer Masseleiter (343) für mehrere nadelförmige Kontaktpunkte (342) vorgesehen ist.8. Test card according to claim 7, in which a common ground conductor ( 343 ) is provided for a plurality of needle-shaped contact points ( 342 ). 9. Meßbaustein (35) für ein Prüfgerät (1) für Halbleitersubstrate (W), mit einem Kontaktbereich (353) zum elektrischen Kontaktieren mindestens eines nadelför­ mige Kontaktpunktes (342) an einer Prüfkarte (34) des Prüfgerätes (1) und ei­ nem zweiten nadelförmigen Kontaktpunkt (352) zum elektrischen Kontaktieren eines in der Nähe der ersten nadelförmigen Kontaktpunkte (342) angeordneten Masseleiters (343).9. measuring module ( 35 ) for a test device ( 1 ) for semiconductor substrates (W), with a contact area ( 353 ) for electrical contacting at least one needle-shaped contact point ( 342 ) on a test card ( 34 ) of the test device ( 1 ) and a second one needle-shaped contact point ( 352 ) for electrically contacting a ground conductor ( 343 ) arranged in the vicinity of the first needle-shaped contact points ( 342 ). 10. Verfahren zum Messen von Charakteristika von Prüfsignalen eines Prüfgerä­ tes (1), das zur Durchführung von Prüfungen an einem Halbleitersubstrat (W) durch Übermittlung mehrerer Prüfsignale an einen auf dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Bauelementbereich und zum Bewerten dieses Bauelementbe­ reichs als gut oder schadhaft in Abhängigkeit vom Prüfergebnis dient, bei wel­ chen Verfahren für den Abgriff der Prüfsignale Kontaktpunkte (342, 343) zumin­ dest in der Nähe eines Bereiches benutzt werden, der den Bauelementbereich des Halbleitersubstrats (W) kontaktiert.10. A method for measuring the characteristics of test signals from a test device ( 1 ) which is used to carry out tests on a semiconductor substrate (W) by transmitting a plurality of test signals to a component area formed on the semiconductor substrate and to evaluate this component area as good or defective from the test result, in which method for tapping the test signals, contact points ( 342 , 343 ) are used at least in the vicinity of an area that contacts the component area of the semiconductor substrate (W). 11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Charakteristik des Prüfsignals die Wellenform des Prüfsignals ist.11. The method of claim 10, wherein the characteristic of the test signal Is the waveform of the test signal. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Prüfgerät (1) mindestens einen nadelförmigen Kontaktpunkt (342) zur Übermittlung von Prüfsignalen an den Bauelementbereich auf dem Halbleitersubstrat (W) und mindestens einen Masseleiter (343) aufweist, der in der Nähe der nadelförmigen Kontaktpunkte (342) angeordnet ist, und die nadelförmigen Kontaktpunkte (342) und der Mas­ seleiter (343) zum Abgriff der Signalcharakteristik des Prüfsignals benutzt wer­ den.12. The method according to claim 10 or 11, wherein the test device ( 1 ) has at least one needle-shaped contact point ( 342 ) for transmitting test signals to the component region on the semiconductor substrate (W) and at least one ground conductor ( 343 ) which is in the vicinity of the needle-shaped contact points ( 342 ) is arranged, and the needle-shaped contact points ( 342 ) and the mas seleiter ( 343 ) for tapping the signal characteristics of the test signal who used the.