试验装置的制作方法

1.本公开涉及半导体试验装置。


背景技术：

2.作为下一代的存储器，开发出磁阻存储器(mram：magnetoresistive random access memory)。磁阻存储器利用磁隧道结(mtj：magnetic tunnel junction)的磁化状态来记录信息，因此与sram(static ram)、dram(dynamic ram)等利用了电荷的存储器不同，具有非易失性。
3.mram在数据的写入时，需要通过向mtj施加磁场来使mtj的磁化的状态变化。换言之，如果由于外部的磁场而使mtj的磁化的状态变化，则数据被破坏。因此，mram除了包含电特性之外还包含外部施加磁场等的磁特性，之后规格被确定，mram需要在组装工序前对磁特性进行试验。
4.在先技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2007
‑
024518号公报
7.专利文献2：日本特开2008
‑
139305号公报
8.专利文献3：日本特开2004
‑
151056号公报
9.专利文献4：日本特开2012
‑
198102号公报


技术实现要素：

10.发明的概要
11.发明要解决的课题
12.本公开是在上述状况下作出的发明，其一方案的例示性的目的之一在于，提供能够向晶圆上的器件施加磁场的试验装置。
13.用于解决课题的方案
14.本公开的一方案涉及对被试验晶圆进行试验的试验装置，其中，所述被试验晶圆形成有包括磁阻存储器或磁传感器在内的被试验器件。试验装置是对形成有包括磁阻存储器或磁传感器的被试验器件的被试验晶圆进行试验的试验装置，其具备：测试头；台，其在试验工序中载置被试验晶圆；试验用探针卡，其在试验工序中，能够对被试验晶圆进行探测接触；连接单元，其设置在试验用探针卡与测试头之间；磁场施加装置，其设置于连接单元，在试验工序中向被试验晶圆施加磁场。
15.需要说明的是，将以上的构成要素任意组合的结构或者将本公开的表现在方法、装置等之间进行变换的结构作为本公开的方案也是有效的。
16.发明效果
17.根据本公开的一方案，能够向晶圆上的器件施加磁场。
附图说明
18.图1是表示被试验晶圆的图。
19.图2是实施方式1的试验装置的框图。
20.图3是磁场施加装置的剖视图。
21.图4是变形例1的磁场施加装置的剖视图。
22.图5是表示实施方式2的试验装置的图。
23.图6是表示诊断用晶圆的图。
24.图7是表示诊断工序中的试验装置的结构的图。
25.图8是表示变形例1的试验装置的图。
26.图9是表示变形例2的试验装置的图。
27.图10是表示变形例3的试验装置的图。
28.图11的(a)～(c)是变形例4的磁检测单元及测试头的电路图。
29.图12是表示变形例6的试验装置的图。
30.图13是表示磁场施加装置的结构例的图。
具体实施方式
31.(实施方式的概要)
32.说明本公开的若干的例示性实施方式的概要。该概要作为后述的详细说明的开场，以实施方式的基本理解为目的来简化说明一个或多个实施方式的若干概念，不限定发明或公开的范围。而且，该概要不是能想到的全部实施方式的总括性的概要，不限定实施方式的不可或缺的构成要素。为了方便，“一实施方式”有时用于指代本说明书公开的一个实施方式(实施例、变形例)或者多个实施方式(实施例、变形例)。
33.一实施方式的试验装置对形成有包括磁阻存储器或磁传感器的被试验器件的被试验晶圆进行试验。试验装置是对形成有包括磁阻存储器或磁传感器的被试验器件的被试验晶圆进行试验的试验装置，具备：测试头；在试验工序中载置被试验晶圆的台；在试验工序中，能够对被试验晶圆进行探测接触的试验用探针卡；设置在试验用探针卡与测试头之间的连接单元；以及设置于连接单元，在试验工序中向被试验晶圆施加磁场的磁场施加装置。
34.电磁铁根据提供的电流量来使磁场强度变化，因此其自身成为发热体，因此会对周围的温度造成影响。根据本方案，能够通过晶圆将磁场施加装置与应进行温度控制的台分离。
35.在一实施方式中，对磁场施加装置的控制信号可以利用测试头与连接单元之间的既存的接口来传送。在将磁场施加装置设置于台的下侧或侧方的情况下，需要新追加用于传送对磁场施加装置的控制信号的布线、接口。相对于此，通过利用既存的接口，能够简化系统。
36.在一实施方式中，磁场施加装置可以具备：芯部；卷装于芯部的线圈；以及对线圈进行驱动的驱动电路。连接单元还具备从测试头接收对驱动电路的控制信号的接口电路。
37.在一实施方式中，磁场施加装置可以具备：芯部；以及卷装于芯部的线圈。对线圈进行驱动的驱动电路可以设置于连接单元的外部。
38.在一实施方式中，试验装置可以还具备：形成有多个磁检测单元，在试验装置的诊断工序中，取代被试验晶圆而被载置于台，通过各磁检测单元能够测定磁场施加装置产生的磁场的诊断用晶圆；在诊断工序中取代试验用探针卡被使用，对于诊断用晶圆能够进行探测接触的诊断用探针卡。
39.形成于诊断用晶圆的磁检测单元存在于与形成于被试验晶圆的被试验器件相同的高度处。因此，通过诊断用晶圆上的磁检测单元，能够准确地测定要向形成于被试验晶圆的被试验器件施加的外部磁场。磁检测单元的输出经由诊断用探针卡向测试头输入，能够有效利用测试头或测试器主体的硬件进行处理。
40.(实施方式)
41.以下，以优选的实施方式为基础，参照附图来说明本公开。对于各附图所示的相同或同等的构成要素、构件、处理标注同一符号，适当省略重复的说明。而且，实施方式没有限定公开而是例示，实施方式记述的全部的特征、其组合未必是公开的实质性的特征、组合。
42.(实施方式1)
43.图1是表示被试验晶圆10的图。在被试验晶圆10形成多个被试验器件12，通过切割而得到被试验器件12的芯片。在本实施方式中，被试验器件12为mram，具有构成mram单体的mtj、其周边电路和接触用的多个引脚(电极)。虚线14表示能由后述的试验装置100e同时测定的范围(称为同测区域)，通常，试验装置100e同时测定多个(例如256个、128个等)被试验器件12。
44.图2是实施方式1的试验装置100e的框图。试验装置100e是对图1的被试验晶圆10进行试验的晶圆检査装置。试验装置100e具备测试器主体110、测试头120、台130、磁场施加装置140、晶圆连接hifix150、试验用探针卡160。
45.测试器主体110具备执行测试程序的运算处理装置，对试验装置100e进行综合控制。
46.在测试头120内置有向被试验器件12供给电力的器件电源122、电压电流测定器(dvm)124、模式发生器126等硬件。这些硬件由测试器主体110控制。这些硬件的一部分可以设置于测试器主体110。接口电路(收发器)128与设置于晶圆连接hifix150的接口电路152之间能够收发数据。接口电路128的种类没有特别限定，可以采用例如以太网(注册商标)、usb(universal serial bus)等协议。
47.台130也称为卡盘，在试验工序中，在其上载置被试验晶圆10。台130能够沿x、y、z方向移动，而且也可以能够沿着绕z轴的θ方向转动。
48.磁场施加装置140在试验工序中向被试验晶圆10施加外部磁场b
ex
。具体而言，磁场施加装置140对于被试验晶圆10的同测区域14，换言之，同测区域14中包含的多个被试验器件12，施加实质上均匀的外部磁场b
ex
。磁场施加装置140的结构没有特别限定，但是可以由能够电气性地控制外部磁场b
ex
的大小、波形的电磁铁构成。
49.mram存在施加垂直磁场的类型和施加水平磁场的类型。磁场施加装置140产生的外部磁场b
ex
的朝向根据mram的种类来确定，在本实施方式中，外部磁场b
ex
相对于被试验晶圆10朝向垂直方向。
50.试验用探针卡160也称为性能板，在试验工序中能够对被试验晶圆10进行探测接触。具体而言，在试验用探针卡160的底面设有能够与被试验晶圆10的多个引脚接触的多个
探测针162。
51.在测试头120与试验用探针卡160之间设置称为晶圆连接hifix150或hifix(high fidelity tester access fixture)150的连接单元(接口)，经由晶圆连接hifix150来传送测试头120与试验用探针卡160之间的信号。在本实施方式中，磁场施加装置140的主要部分设置于晶圆连接hifix150。对磁场施加装置140的控制信号能够通过测试头120的接口电路128与晶圆连接hifix150的接口电路152之间的通信来传送。
52.以上是试验装置100e的基本结构。在通常的试验工序中，对于同测区域14中包含的多个被试验器件12，一边通过磁场施加装置140施加外部磁场b
ex
，一边进行针对作为被试验器件12的mram的数据的写入、读出，检查被试验器件12是否正常动作。通过台130使被试验晶圆10的位置移动，反复进行相同处理，由此检查被试验晶圆10的全部芯片。
53.图3是磁场施加装置140的剖视图。磁场施加装置140具备：芯部142；卷装于芯部142的线圈144。根据该结构，能够对被试验晶圆10施加垂直的外部磁场b
ex
。磁场施加装置140如上所述内置于晶圆连接hifix150。在图3中，省略试验用探针卡160。
54.接下来，说明试验装置100e的优点。
55.此外，在本实施方式中，将磁场施加装置140内置于晶圆连接hifix150。在较多的试验装置中，检查被试验晶圆10的温度特性，动态地控制台130的温度。构成磁场施加装置140的电磁铁根据提供的电流量来使磁场强度变化，并且其自身成为发热体，因此如果将磁场施加装置140与能够进行温度控制的台130接近配置，则可能会给台130的温度控制造成不良影响。根据本实施方式，能够通过试验用探针卡160及被试验晶圆10(或者诊断用晶圆170及诊断用探针卡180)将磁场施加装置140与作为热源的台130分离，能够不易受到热量的影响。
56.另外，也可以将磁场施加装置140配置在台130的下侧或侧方，但是在该情况下，需要从测试头120另行设置用于控制磁场施加装置140的控制线。相对于此，根据本实施方式，由于将磁场施加装置140内置于晶圆连接hifix150，因此能够利用测试头120与晶圆连接hifix150之间的既存的接口电路128、152来传送对磁场施加装置140的控制信号，因此能够简化系统。而且，能够将磁场施加装置140与内置于测试头120的硬件同等地处理，因此能够将对磁场施加装置140的控制命令记述在测试器主体110执行的测试程序中。
57.在到此为止的说明中，相对于被试验晶圆10产生了垂直方向的外部磁场b
ex
，但是并不局限于此，磁场施加装置140可以施加被试验晶圆10的面内方向的外部磁场b
ex
。图4是变形例1的磁场施加装置140d的剖视图。在图4中，省略试验用探针卡160。
58.(实施方式2)
59.图5是表示实施方式2的试验装置100的图。试验装置100在诊断工序中，能够测定磁场施加装置140产生的外部磁场b
ex
。为了进行磁场施加装置140的诊断、校正，试验装置100与诊断用晶圆170及诊断用探针卡180一起使用。
60.图6是表示诊断用晶圆170的图。诊断用晶圆170在试验装置100的诊断工序中，取代被试验晶圆10而载置于台130。在诊断用晶圆170形成有能够测定磁场施加装置140产生的磁场b
ex
的多个磁检测单元172。在图6中，同测区域14由虚线表示。同测区域14可以说是应保证均匀的外部磁场b
ex
的施加的范围。诊断用晶圆170的材料没有特别限定，可以为硅、sic、gan等的半导体基板，也可以为半导体以外的基板。
61.多个磁检测单元172遍及同测区域14或比其宽的范围配置，能够取得外部磁场b
ex
的强度分布。在此示出9个磁检测单元172，但是磁检测单元172的个数没有限定，如果需要高的空间分辨率，则可以增多其个数，在并非如此的情况下，可以减少其个数。
62.返回图5。诊断用探针卡180与诊断用晶圆170成组使用，在诊断工序中取代试验用探针卡160而装配于晶圆连接hifix150。诊断用探针卡180与诊断用晶圆170对置设置，能够对诊断用晶圆170进行探测接触。具体而言，在诊断用探针卡180的底面设置能够与诊断用晶圆170的多个引脚接触的多个探测针182。
63.图7是表示诊断工序中的试验装置100的结构的图。在诊断用晶圆170形成有多个磁检测单元172。磁检测单元172包括磁传感器174和对磁传感器174的输出即霍尔信号h 、h
‑
进行差动放大的放大器176，具有三端子结构(vdd、gnd、out)。器件电源122产生的电源电压经由晶圆连接hifix150及诊断用探针卡180向磁检测单元172的电源引脚vdd供给。而且，器件电源122的接地电压经由晶圆连接hifix150及诊断用探针卡180向磁检测单元172的接地引脚vdd供给。而且，在磁检测单元172的输出引脚out产生与磁传感器174接受到的外部磁场b
ex
对应的检测信号。输出引脚out经由晶圆连接hifix150及诊断用探针卡180与dvm124连接，将检测信号作为数字信号取入。
64.在晶圆连接hifix150设置磁场施加装置140。需要说明的是，由于空间的关系而将磁场施加装置140缩小表示，但是实际上，具有将多个磁检测单元172罩住的面积。磁场施加装置140具备一个或多个芯部142、卷装于各芯部142的线圈144和驱动电路146。驱动电路146接受从测试头120供给的控制信号，根据控制信号，控制向线圈144流动的电流，使其产生外部磁场b
ex
。
65.在诊断工序中，对于在诊断用晶圆170形成的多个(n个)磁检测单元172的全部，可以一齐取得接触，利用全部n个磁检测单元172来一齐测定n点的外部磁场b
ex
。或者，也可以不一齐测定而分多次地测定n点的外部磁场b
ex
。
66.以上是试验装置100的结构。接下来，说明试验装置100的优点。
67.形成于诊断用晶圆170的磁检测单元172与形成于被试验晶圆10的被试验器件12存在于相同高度。因此，通过诊断用晶圆170上的磁检测单元172，能够准确地测定要向形成于被试验晶圆10的被试验器件12施加的外部磁场b
ex
。
68.磁检测单元172能够通过半导体工艺而集成化于诊断用晶圆170地制作，因此与以往的市售的磁探测相比能够高密度地配置。因此，通过n个磁检测单元172，能够在多点测定磁场施加装置140产生的外部磁场b
ex
，能够得到其强度分布。
69.在使用以往的市售磁探测的方法中，磁探测需要使用专用的计测器，在想要将计测器的输出向测试器主体110取入的情况下，使用者需要构筑复杂的试验系统。相对于此，在本实施方式中，能够利用测试头120内置的硬件、即试验装置100标准地具备的硬件对从磁检测单元172得到的电信号进行处理，而且，测试器主体110能够直接对得到的与磁分布相关的数据进行处理。
70.接下来，说明实施方式2关联的变形例。
71.(变形例1)
72.图8是表示变形例1的试验装置100a的图。在该变形例1中，在诊断用探针卡180中，将多个磁检测单元172的gnd引脚共通地连接并接地。通过在诊断用探针卡180中将gnd引脚
彼此短路，由此能够降低阻抗，能够提高对噪声的耐性。
73.(变形例2)
74.图9是表示变形例2的试验装置100b的图。磁检测单元172具有磁传感器174、电源引脚vdd、接地引脚gnd、一对输出引脚outp、outn。磁传感器174产生的正极和负极的电信号h 、h
‑
经由输出引脚outp、outn向诊断用探针卡180供给。在该例中，磁传感器174是霍尔元件。诊断用探针卡180具备对电信号h 、h
‑
进行差动放大的放大器184。放大器184的输出经由晶圆连接hifix150向dvm124供给而被取入。
75.上述的变形例1与变形例2相比具有能够减少探测针182的根数这样的优点。另一方面，变形例2能够利用分立部件作为放大器184，因此可以使用与集成化于诊断用晶圆170的放大器176相比性能稳定及/或高性能的部件。
76.(变形例3)
77.图10是表示变形例3的试验装置100c的图。磁检测单元172的结构与变形例2同样。在变形例3中，磁传感器174产生的正极和负极的电信号h 、h
‑
经由输出引脚outp、outn、诊断用探针卡180、晶圆连接hifix150向dvm124供给而被取入。变形例3在霍尔信号h 、h
‑
的信号电平充分大且s/n比高的平台下有效。
78.(变形例4)
79.磁检测单元172可以取代霍尔元件而具备磁阻根据磁场进行变化的mr(磁阻)传感器作为磁传感器174。图11的(a)～(c)是变形例4的磁检测单元172及测试头120的电路图。图11的(a)、(b)的磁检测单元172e、172f包含mr元件178。图11的(a)的测试头120e通过电流施加/电压测定，检测mr元件178的磁阻值的变化。图11的(b)的测试头120f通过电压施加/电流测定，检测mr元件178的磁阻值的变化。图11的(c)的磁检测单元172g除了mr元件178之外，还包含磁阻179。测试头120g向force引脚与gnd引脚之间施加定电压，测定在sense引脚产生的电压。可以将磁阻179设置于诊断用探针卡180。
80.(变形例5)
81.在实施方式中，说明了将被试验晶圆10分割检査的情况，但是在晶圆总括方式(full wafer contact)中也能够适用本公开。在该情况下，磁场施加装置140能够遍及被试验晶圆10的整面地施加均匀的磁场。
82.(变形例6)
83.图12是表示变形例6的试验装置100f的图。有时向台130装入温度控制机构。面向车载的用途的器件有时被要求在
‑
50℃～170℃的温度范围内进行动作，在该情况下，台130的温度也被冷却至
‑
50℃～
‑
70℃。台130的冷却的结果是，如果晶圆连接hifix150的温度下降，则可能会发生结露。因此，可以从干燥空气供给源154向晶圆连接hifix150供给干燥空气。
84.磁场施加装置140为发热体，因此其发热对试验用探针卡160、台130造成影响的情况是不优选的。在仅凭借干燥空气进行的空冷的话冷却能力不足的情况下，通过设置对晶圆连接hifix150进行冷却用的冷却冷机190，由此能够减少热量对试验用探针卡160、台130的影响。
85.图13是表示磁场施加装置140f的结构例的图。在磁场施加装置140f设置与芯部142紧密地接触而热耦合的冷却机构156。制冷剂经由制冷剂管192向冷却机构156的内部流
入，在冷却机构156的内部夺走了热量的制冷剂从冷却机构156经由制冷剂管192排出。
86.另外，通过对晶圆连接hifix150进行冷却，能够防止作业者接触而被烧伤等灾害。
87.另外，从磁场施加装置140，与应向被试验晶圆10施加的外部磁场b
ex
另行地产生不优选的漏泄磁场。该漏泄磁场可能会给被试验晶圆10或试验装置100自身、或者周围的设备或人体造成不良影响。因此，如图13所示，磁场施加装置140f具备对漏泄磁场进行屏蔽的磁屏蔽机构158。
88.(变形例7)
89.在实施方式中，将对磁场施加装置140的控制信号通过测试头120的接口电路128与晶圆连接hifix150的接口电路152的通信进行传送，但是并不局限于此，可以通过与之不同的路径进行传送。
90.可以追加磁场施加装置140的控制器，从测试器主体110向控制器赋予控制信号，该控制器控制磁场施加装置140的产生磁场。
91.另外，只要将磁场施加装置140中的作为主要部分的芯部142及线圈144内置于晶圆连接hifix150即可，作为周边电路的驱动电路146可以设置于晶圆连接hifix150的外部。在该情况下，可以从测试器主体110控制驱动电路146。
92.虽然基于实施方式说明了本公开，但是实施方式只不过示出本公开的原理、应用，在实施方式中，在不脱离权利要求书规定的本公开的思想的范围内，可认可较多的变形例、配置的变更。
93.产业上的可利用性
94.本公开涉及半导体试验装置。
95.符号说明
96.100 试验装置
97.110 测试器主体
98.120 测试头
99.122 器件电源
100.124 dvm
101.126 模式发生器
102.128 接口电路
103.130 台
104.140 磁场施加装置
105.142 芯部
106.144 线圈
107.146 驱动电路
108.150 晶圆连接hifix
109.152 接口电路
110.154 干燥空气供给源
111.156 冷却机构
112.158 磁屏蔽机构
113.160 试验用探针卡
114.162 探测针
115.170 诊断用晶圆
116.172 磁检测单元
117.174 磁传感器
118.176 放大器
119.178 mr元件
120.179 磁阻
121.180 诊断用探针卡
122.182 探测针
123.184 放大器
124.190 冷却冷机
125.10 被试验晶圆
126.12 被试验器件
127.14 同测区域