DE10355296B3

DE10355296B3 - Testeinrichtung zum Wafertest von digitalen Halbleiterschaltungen

Info

Publication number: DE10355296B3
Application number: DE10355296A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Bucksch
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: US7180313B2; US20050162176A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Testeinrichtung zum Test von digitalen Halbleiterschaltungen auf Waferebene mit einer digitale Testsignale von/zu einem Testkopf (4) empfangenden/sendenden Sondenkarte (3), die Testsignale führende Signalkanäle zum jeweiligen Ort auf dem Wafer (1) über einen eine Leiterplatte (101) mit beidseitigen Kontaktpins (13) aufweisenden Interposer (10) und eine Nadel- oder Kontaktzungenkarte (2) verteilt, wobei in allen oder in zeitkritische Testsignale führenden Signalkanälen der Testeinrichtung jeweils ein Signalverstärker (11, 111, 112) vorgesehen ist, wobei die Signalverstärker bevorzugt Digitalsignalverstärker (11, 111, 112) sind, die auf der Leiterplatte (101) des Interposers (10) montiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Testeinrichtung zum Test von digitalen Halbleiterschaltungen auf Waferebene mit einer digitale Testsignale von/zu einem Testkopf empfangenden/sendenden Sondenkarte, die Testsignale führende Signalkanäle zum jeweiligen Ort auf dem Wafer über einen eine Leiterplatte mit beidseitigen Kontaktpins aufweisenden Interposer und eine Nadel- oder Kontaktzungenkarte verteilt.
Mit steigender Leistungsfähigkeit von integrierten Schaltungen, insbesondere auch Speicherbausteinen steigen auch die Anforderungen an den Test. Bei Betriebsfrequenzen im Bereich 500 MHz bis 1 GHz treten Effekte in den Vordergrund, die bei Niederfrequenzsignalen vernachlässigbar waren. Besonders beim so genannten Wafertest, bei dem mittels einer Testeinrichtung Signale direkt von Bausteinen auf dem Wafer getestet werden, sind aufgrund der relativ langen Signalwege im Vergleich zum Testgehäuse der Bausteine durch parasitäre Effekte verursachte Schwierigkeiten zu überwinden.
Durch den Einsatz von Nadeln oder andern federnden Sondenkontakten treten, bedingt durch den gegenseitigen sehr geringen Abstand im Bereich der Nadelanordnung starke Wechselwirkungen auf, die die Signale beeinflussen oder stören können. Insbesondere bei Signalen mit geringer Spannungsamplitude begrenzt die auch Übersprechen genannte Signalbeeinflussung die maximal einsetzbare Signalfrequenz und das Eingabe- als auch Ausgabedatenfenster im Falle digitaler Signale. Bei analogen Signalen vermindert sich der Signal-/Rauschabstand und damit die Messauflösung und Empfindlichkeit des Systems.
Erhöhte Kopplungen kapazitiver aber auch induktiver Art vermindern die Ausbeute beim Wafertest und beschränken die Überprüfbarkeit kritischer Parameter.
Durch die üblicherweise eingesetzte Kontakttechnologie wird frequenzabhängig die Amplitude des Signals gedämpft. Reflexionen verursachen Welligkeiten im Signalverlauf, die zu einer falschen Auswertung führen können.
Bislang hat man, um die parasitären Effekte zu verringern, vom Standard abweichende Materialien und Entwurfsregeln bei der Herstellung der Sondenkarten verwendet. Dies führte zu einem drastischen Preisanstieg. Hochleistungssondenkarten werden damit um einen Faktor 1,5 bis 3 mal teurer als entsprechende Karten für Standardanwendungen.

WO 2003/065064 A2 schlägt eine adaptive Spannungsversorgung für eine Testvorrichtung vor. Die Testvorrichtung ist für den Test von integrierten Schaltungen auf Waferebene vorgesehen und weist zur Kontaktierung des Prüflings (d. h. des Wafers). an dem Tester ein Substrat, einen Interposer und einen Sondenkopf auf, dessen Sondenelemente den Kontakt zum Prüfling herstellen. Um Störungen an dem Versorgungsspannungsanschluss des Prüflings zu begrenzen, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, den Versorgungsstrom mittels eines Sensors am Prüfling zu messen. Sollte unter bestimmten Voraussetzungen der Strombedarf am Versorgungsspannungsanschluss des Prüflings ansteigen, so treibt ein von der Zusatzspannungsversorgung versorgter Verstärker eine weitere Stromspitze über einen Trennkondensator auf die Versorgungsspannungsleitung.

US 5,974,662 A schlägt eine Anordnung zur Kontaktierung eines Wafers an einem Testrechner vor, mit einer Sondenkarte, einem Interposer und einem "Space-Transformer". In Spalte 23, Zeilen 44 bis 46, regt diese Druckschrift an, dass auf der Sondenkarte weitere Bauteile, z. B. aktive elektronische Elemente montiert sein können.

Die Erfindung hat sich somit zur Aufgabe gestellt, eine preiswerte und leistungsfähige Lösung der obigen Schwierigkeiten zu ermöglichen und stellt eine Testeinrichtung zur Verfügung, die die bislang im Signalweg auftretenden Störungen und Signalverzerrungen unterdrückt.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt gibt die Erfindung eine Testeinrichtung zum Test von digitalen Halbleiterschaltungen auf Waferebene an, mit einer digitale Testsignale von/zu einem Testkopf empfangenden/sendenden Sondenkarte, die Testsignale führende Signalkanäle zum jeweiligen Ort auf dem Wafer über einen eine Leiterplatte mit beidseitigen Kontaktpins aufweisenden Interposer und eine Nadel- oder Kontaktzungenkarte verteilt. Diese Testeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in allen oder in zeitkritische Testsignale führenden Signalkanälen der Testeinrichtung jeweils ein Signalverstärker vorgesehen ist.

In digitalen Systemen besteht die Möglichkeit, die auf der Sondenkarte ankommenden und abgehenden Signale mit recht einfachen Bausteinen nachzuverstärken. Hierzu wird für jedes Signal ein digitaler Verstärker in den Signalweg geschaltet. Geschieht dies, wie bevorzugt, so nahe wie möglich an der Nadel oder Kontaktzunge, lassen sich damit viele auftretende Signalverzerrungen und Störungen eliminieren und dem Bausteinpin auf dem Wafer bzw. dem Testgerät an der Sondenschnittstelle weitgehend störungsfreie Signale zur Verfügung stellen.

Da die meisten aktuell eingesetzten Sondenkarten einen so genannten Interposer beinhalten, der die Sondenkarte mit der Schnittstelle zum Testgerät und die auf einer Keramik montierten Nadeln mechanisch und thermisch entkoppelt, werden die erfindungsgemäßen Signalverstärker bevorzugt auf der Leiterplatte des Interposers montiert. Somit wird der bestehende Interposer durch eine aktive Schaltungsanordnung ersetzt, die eine Verstärkungsschaltung wenigstens für jeden zeitkritischen Signalkanal oder für alle Signalkanäle enthält. Das empfangene bzw. ausgesendete Signal wird somit nach dem Durchlauf der Sondenkarte nachverstärkt und von störenden Signaleinflüssen bereinigt. Ein Vorteil besteht in der leichten Implementierung in bestehende Testsysteme, ohne dass die prinzipielle Konstruktion des Kontaktsystems geändert werden muss. Ein weiterer Vorteil ist die deutliche Kostenverringerung, da durch den Einsatz der aktiven Elemente der Rest des Systems in einer kostengünstigen Ausführung produziert werden kann.

Für die Implementierung der Signalverstärkung gibt es mehrere Möglichkeiten: ist man an einer rein digitalen Umsetzung der Eingangs-/Ausgangssignale interessiert, kann ein zweifaches logisches Invertierglied (Buffer) die Signalverstärkung übernehmen. Ist dagegen für den Test ein bestimmter Signalpegel erforderlich, der z.B. abweichend von der Versorgungsspannung V_DD für den hohen Pegel und Masse für den tiefen Pegel ist, sieht die Erfindung eine Verstärkerschaltung mit einstellba rem hohen und/oder tiefen Pegel vor. Dabei ist zu erwähnen, dass nicht unbedingt alle Signalverstärkungen mit variablem hohen und/oder tiefen Signalpegel realisiert werden müssen.

Nachstehend werden anhand der Zeichnung eine Prinzipanordnung und Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Testeinrichtung beschrieben. Die Zeichnungsfiguren zeigen im einzelnen:
1 schematisch eine prinzipielle Anordnung einer Testeinrichtung, bei der die Erfindung Anwendung findet;
2 schematisch einen mit den erfindungsgemäßen Signalverstärkern ausgerüsteten Interposer als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine erste Ausführungsform eines bei der Erfindung verwendbaren Signalverstärkers mit festem hohen und tiefen Pegel und
4 eine weitere Ausführungsform eines bei der Erfindung verwendbaren Signalverstärkers mit einstellbarem hohen und tiefen Signalpegel.
In 1 ist in schematischer Darstellung das Prinzip einer Wafertesteinrichtung gezeigt, bei der die Erfindung verwendbar ist. Durch diese Testeinrichtung werden Bausteine auf einem Wafer 1 mittels diesen Bausteinen zugeführten und von ihnen abgeleiteten Testsignalen getestet. Um diese Signale räumlich auf eine Anzahl von Bausteinen auf dem Wafer 1 zu verteilen, ist eine Adaptereinrichtung ("Space Transformer") 2 vorgesehen, die eine Nadel- oder Kontaktzungenkarte bildet. Im Testkopf 4 findet sich eine Sondenkarte 3, die zum Testgerät hin eine Sondenschnittstelle hat und Treiber- und Empfängerbausteine 5; 6 können zur Signalverstärkung an der Sondenschnittstelle zum Testgerät vorgesehen sein.
Es ist hier zu erwähnten, dass bei Hochleistungstesteinrichtungen vom (nicht gezeigten) Testgerät auch so genannte "Fly-By"-Signale zu Fly-By-Verbindungspunkten 9 geführt werden, die keine eigentlichen Testsignale zum Test der Bausteine auf dem Wafer 1 sind, sondern zur Signalaufbereitung und zeitlichen Kalibrierung der Testsignale im Testgerät dienen. Die diese Fly-By-Signale führenden Leitungen sind in 1 mit 8 bezeichnet.
Weiterhin enthält die Testeinrichtung zwischen der Nadel- oder Kontaktzungenkarte 2 und der Sondenkarte 3 einen so genannten Interposer 10, der die Sondenkarte 3 mit ihrer Schnittstelle zum Testgerät und die auf einer Keramik montierten Nadeln bzw. Kontaktzungen der Nadel- oder Kontaktzungenkarte 2 mechanisch und thermisch entkoppelt. Dieser Interposer 10 besteht aus einer Leiterplatte, Durchkontaktierungen und beidseitigen Kontaktpins.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden nun die durch die Erfindung vorgeschlagenen Signalverstärker auf diesem Interposer 10 platziert, so dass sie sich damit in unmittelbarer Nähe zu den Nadeln befinden.
2 zeigt schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines einen aktiven Teil bildenden Interposers 10, der die erfindungsgemäßen Signalverstärker 11 enthält. Wie erwähnt, enthält der Interposer 10 eine Leiterplatte 101 und beidseitige Kontaktpins 13, 14, 15, die auf der einen Seite Kontakt zur Sondenkarte 3 und auf der anderen Seite zur Nadel- oder Kontaktzungenkarte 2 herstellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens ein Signalverstärker 11 so eingerichtet, dass er das jeweils vom Wafer 1 empfangene bzw. an den Wafer (1) ausgesendete Signal mit festgelegtem hohen und tiefen Pegel verstärkt.
2 zeigt dagegen eine andere Ausführungsform, bei der die Signalverstärker 11 so eingerichtet sind, dass sie das jeweilige vom Wafer 1 empfangene bzw. an den Wafer 1 ausgesendete Signal mit variablem hohen und/oder tiefen Signalpegel verstärken. Dazu weist der Interposer 10 zusätzliche Pins 14 und 15 auf, über die von außen, d.h. vom Testgerät jeweils ein hoher und tiefer Signalpegel zuführbar ist. Selbstverständlich kann auch nur ein Teil der Signalverstärker zu einer Einstellung des hohen und tiefen Signalpegels eingerichtet sein. Außerdem können in Abweichung von 2 den Signalverstärkern 11 auch jeweils unterschiedliche Signalpegel zugeführt werden, was jedoch mehr zusätzliche Pins 14, 15 erfordert.
Wie schon erwähnt, bilden die Signalverstärker 11 auf dem Interposer 10 bevorzugt digitale Signalverstärker in Form eines Buffers.
In 3 ist ein Schaltbild eines üblichen aus zwei hintereinander geschalteten C-MOS-Invertern 111a und 111b gebildeten digitalen Signalverstärkers 111 dargestellt. Das diesem digitalen Signalverstärker 111 zugeführte Eingangssignal EIN wird mit festem hohen und tiefen Pegel verstärkt und als Ausgangssignal AUS ausgegeben.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines digitalen Signalverstärkers 112, der aus zwei zueinander parallel geschalteten MOS-Transfergates 112a und 112b besteht. Dem in 4 oben liegenden Transfergate 112a wird der jeweils gewünschte hohe Pegel und dem unten gezeigten Transfergate 112b der jeweils gewünschte tiefe Pegel zugeführt, während die Eingänge beider Transfergates jeweils mit dem wahren und dem komplementären Eingangssignal ϕ, ϕ - beaufschlagt sind.
Die oben beschriebene und in den Figuren dargestellte Schaltung ermöglicht es bisherige passive Schnittstellen von Testeinrichtungen mit einer aktiven, bevorzugt digitalen Signalverstärkung auszurüsten. Dies ermöglicht es, im Signalweg aufgetretene Störungen und Signalverzerrungen zu unterdrücken. Eine kostenintensive Optimierung der Hardware der Testeinrichtung kann somit durch die durch die Erfindung vorgeschlagene preisgünstige Alternative vermieden werden.

1: Wafer
2: Nadel- oder Kontaktzungenkarte
3: Sondenkarte
4: Testkopf
5, 6: Receiver und Treiber in der Sondenschnittstelle
8: Fly-By-Signale
9: Fly-By-Verbindungspunkte
10: Interposer
11: Signalverstärker
13: Kontaktpins
14: Hochpegel- und Tiefpegelkontaktpins
111: erste Ausführungsform des digitalen Signalver
: stärkers
111a: erster Inverter
111b: zweiter Inverter
112: zweite Ausführungsform des digitalen Signalver
: stärkers
112a: erstes Transfergate
112b: zweites Transfergate
ϕ, ϕ -: wahres und komplementäres Eingangssignal

Claims

Testeinrichtung zum Test von digitalen Halbleiterschaltungen auf Waferebene mit einer digitale Testsignale von/zu einem Testkopf (4) empfangenden/sendenden Sondenkarte (3), die Testsignale führende Signalkanäle zum jeweiligen Ort auf dem Wafer (1) über einen eine Leiterplatte (101) mit beidseitigen Kontaktpins (13) aufweisenden Interposer (10) und eine Nadel- oder Kontaktzungenkarte (2) verteilt, dadurch gekennzeichnet, dass in allen oder in zeitkritische Testsignale führenden Signalkanälen der Testeinrichtung jeweils ein Signalverstärker (11, 111, 112) vorgesehen ist.
Testeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverstärker (11, 111, 112) digitale Signalverstärker sind.
Testeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverstärker (11, 111, 112) im Signalkanal in räumlicher Nähe zur Nadel- oder Kontaktzungenkarte (2) eingekoppelt sind.
Testeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverstärker (11, 111, 112) auf der Leiterplatte (102) des Interposers (10) montiert sind.
Testeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Signalverstärker (11, 111) so eingerichtet ist, dass er das jeweilige vom Wafer (1) empfangene bzw. an den Wafer (1) ausgesendete Signal mit festgelegtem hohen und tiefen Pegel verstärkt.
Testeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Signalverstärker so eingerichtet ist, dass er das jeweils vom Wafer empfangene bzw. an den Wafer (1) ausgesendete Signal mit variablem hohen und/oder tiefen Signalpegel verstärkt.
Testeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese variablen Signalpegel jeweils von außerhalb des Interposers (10) einstellbar oder regelbar sind.