Brevet FR2839556A1 — publié le 20031114

PLAQUETTE DE TEST POUR LE CONTROLE DE DISPOSITIFS MICROELECTRONIQUES ET APPAREIL DE CONTROLE UTILISANT CETTE PLAQUETTE DE TEST DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L' invention concerne une plaquette de test pour le controle de dispositifs microelectroniques. Wile concerne egalement un appareil de controle utilisant cette plaquette de test. Wile se rapporte au domaine du test electrique des dispositifs electroniques ou technologiques realises en technique microelectronique: les circuits integres, les capteurs, les dispositifs elementaires (resistances, diodes, condensateurs,...). ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Les dispositifs electroniques comme par exemple des circuits integres, des capteurs, des composants elementaires vent realises sur des plaquettes generalement en silicium. Ces dispositifs vent ensuite controles sur des banes specifiques comportant: - un systeme de test, generalement compose d'un ensemble d'appareils apses a effectuer des mesures analogiques et/ou numeriques, - une carte a pointes dont le but est d'assurer les connexions electriques entre le systeme de test et les plots de contact du dispositif electronique realise sur la plaquette de silicium, B 13988.3 JL - un robot charge de manipuler les plaquettes, pour les mettre successivement sous la carte a pointes, et de deplacer la plaquette qui est mise sous la carte a pointes pour tester successivement tous les composants (puces ou dispositifs electroniques) realises sur la plaquette, - un micro-ordinateur pour gerer la realisation automatique des tests. Cette technique presente differents inconvenients. Un premier inconvenient est constitue par le temps de test d'une plaquette. Celui-ci est directement lie au nombre de composants presents sur la plaquette puisque les composants vent testes successivement. Un deuxieme inconvenient resulte de la carte a pointes qui fait appel a des techniques de pointes classiques (pointes soudees sur un support epoxy) ou de cartes a membranes (croissance de bosses sur un substrat). Dans les deux cas, ces cartes vent de plus en plus couteuses et lourdes a mettre en uvre, surtout loreque le nombre de plots de connexion augmente. Un troisieme inconvenient provient des robots de manipulation qui vent de plus en plus encombrants puisqu'ils vent destines a manipuler des plaquettes de taille de plus en plus grande. La taille des plaquettes augmentant, la surface de deplacement de la plaquette sous la carte a pointes doit etre au moins quatre fois plus grande que la taille de la plaquette pour pouvoir tester tous les composants. B 13988.3 JL Un quatrieme inconvenient provient de l'utilisation ou de l'immobilisation du bane de test pour contr61er, en cours ou en fin de fabrication, des composants simples (par exemple des resistances ou des diodes) surtout dans les nouvelles techniques de micro- technologie. Un cinquieme inconvenient resulte de la difficulte de mesurer des composants a tres hautes frequences pour lesquels les problemes de connexion vent parfois limitatifs. Des solutions existent, qui permettent de pallier en partie a ces inconvenients. Les tests peuvent etre realises de maniere echantillonnee, avec bien sur un risque sur la fonctionnalite finale de tous les circuits de la plaquette. Une autre solution consiste a utiliser des cartes a pointes permettant de realiser une connexion sur plusieurs composants (de deux a quatre puces) de la plaquette. Ceci permet de limiter le temps de deplacement diun composant au suivant puisqu'un deplacement de la plaquette sous la carte a pointes a plusieurs composants pour objet. Cela peut conduire aussi a realiser certains tests en parallele en multipliant les fonctionnalites des appareils de controle. Un defaut de cette solution est l' augmentation de complexite et d'elevation du cout des cartes a pointes ainsi que de l'appareil de controle. D'autre part, cette technique est limitee et ne progresse pas de la meme maniere que l' augmentation du nombre de puces par plaquette resultant de l' augmentation de la taille de celle-ci. B 13988.3 JL Le document FR-A-2 700 063, correspondent au brevet americain N 5 608 335, divulque un procede de test de puces de circuit integre. Il est prevu, sur la plaquette comprenant les puces a tester, une zone de circuit de test comportant des plots de contact sur lesquels peuvent etre appliquees les pointes d'un testeur. La zone de circuit de test comporte en outre un multiplexcur pour diriger les signaux de test vers les differentes puces a controler. Le multiplexeur est relic aux differentes puces de la plaquette par des lignes de connexion. Ce procede ne permet pas de controler simultanement toutes les puces de la plaquette, mais il evite les deplacements de la plaquette sous la carte a pointes en realisant une connexion en un seul endroit de la plaquette. D'autre part, la mise en uvre de cette technique est incompatible avec la fabrication actuelle des composants electroniques par photo-repetition. Wile fait appel aux techniques de masquage dit "pleine plaque". Dans le meilleur des cas, elle necessiterait un melange des deux techniques. EXPOSE DE L'lNVE=lON L'invention permet de remedier a ces inconvenients. Wile permet d'effectuer le controle simultane de plusieurs ou de tous les dispositifs electroniques realises sur une tranche. Cette tranche peut etre en silicium, en GaAs, en SiC. Il peut s'agir d'un substrat SOI. Un premier objet de l 'invention consiste en une plaquette de test pour le controle de dispositifs microelectroniques realises sur une tranche, chaque B 13988.3 JL dispositif microelectronique presentant des entrees/sorties sur une premiere face de la tranche, caracterisee en ce que: - la plaquette de test comprend des circuits de controle pour le controle simultane du fonctionnement des dispositifs microelectroniques, chaque circuit de contr81e controlant un dispositif microelectronique ou un groupe de dispositifs microelectroniques; - une premiere face de la plaquette de test comporte des moyens de connexion permettant, loreque la premiere face de la plaquette de test est positionnee et appliquee sur la premiere face de la tranche, de connecter les entrees/sorties des dispositifs microelectroniques a leurs circuits de controle correspondents; - une deuxieme face de la plaquette de test comporte des moyens de liaison mecanique a un organe permettant le positionnement et le maintien mecanique de la plaquette de test sur la tranche, et des moyens de connexion permettant, loreque la premiere face de la plaquette de test est positionnee et appliquee sur la premiere face de la tranche, d' assurer une interface vers les circuits de controle; - la plaquette de test comprend des moyens de liaison electrique entre les moyens de connexion de la deuxieme face de la plaquette et les circuits de controle. Si chaque circuit de controle controle un groupe de dispositifs microelectroniques, la plaquette de test peut comprendre egalement un multiplexeur B 13988.3 JL associe a chaque circuit de controle pour controler successivement chacun des dispositifs micro- electroniques du groupe. De preference, les circuits de controle vent realises sur la premiere face de la plaquette de test. Les moyens de liaison electrique entre les moyens de connexion de la deuxieme face de la plaquette et les circuits de controle peuvent alors comprendre des traversees reliant les premiere et deuxieme faces de la plaquette de test. Les moyens de connexion de la deuxieme face de la plaquette de test peuvent comprendre des moyens de connexion electrique et/ou des moyens de connexion optoelectroniques. Les moyens de connexion de la premiere face de la plaquette de test peuvent comprendre des plots de connexion. Avantageusement, les entrees/sorties sur la premiere face de la tranche etant des plots de connexion, les plots de connexion de la premiere face de la plaquette de test vent en un materiau plus dur que les plots de connexion des entrees/sorties sur la premiere face de la tranche. L' invention a aussi pour objet un appareil de controle de dispositifs microelectroniques realises sur une tranche, chaque dispositif microelectronique presentant des entrees/sorties sur une premiere face de la tranche, caracterise en ce qu'il comprend: - une plaquette de test telle que decrite ci-dessus, B 13988.3 JL - un robot possedant des moyens de reception de la tranche et un organe permettant le positionnement et le maintien mecanique de la plaquette de test sur la tranche, - des moyens d'alimentation electrique et de communication relies aux moyens de connexion de la deuxieme face de la plaquette et destines a la realisation du controle des dispositifs microelectroniques, - un micro-ordinateur relic au robot et aux moyens d'alimentation electrique et de communication, permettant de gerer le controle des dispositifs microelectroniques. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L' invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularites apparaltront a la lecture de la description qui va suivre, donnee a titre d'exemple non limitatif, accompagnee des dessins annexes parmi lesquels: la figure 1 represente un assemblage comprenant la plaquette de test selon l' invention, positionnee et maintenue sur une tranche comportant des dispositifs microelectroniques a controler, - la figure 2 est une vue partielle et en coupe transversale de la plaquette de test positionnee sur la tranche de dispositifs microelectroniques a controler, - la figure 3 est une vue partielle et en perspective d'une plaquette de test utilisable pour la B 13988.3 JL presente invention, cette vue ne montrant qu'un seul circuit de contrale, - la figure 4 est une vue partielle et en coupe transversale montrant une interface mecanique appliquee sur la plaquette de test selon l 'invention, - la figure 5 illustre, de maniere schematique, un appareil de controle de dispositifs microelectroniques selon la presente invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L' INVENTION La figure 1 represente un assemblage comprenant la plaquette de test selon l 'invention, positionnee et maintenue sur une tranche comportant des dispositifs microelectroniques a contrCler. L' assemblage comprend, de teas en haut, un support 1 supportant successivement une tranche 2 comportant des dispositifs microelectroniques a controler, une plaquette de test 3, un organe 4 permettant le positionnement et le maintien mecanique de la plaquette de test sur la tranche, enfin un bus 5 de liaisons electriques comprenant des fils d'alimentation electrique et des fils de communication electronique. La plaquette de test 3 est une plaquette en materiau semiconducteur et qui comporte, sur l'une de ses faces, des circuits permettant de controler la fonctionnalite des dispositifs de la tranche 2 a controler. Les dispositifs a controler vent realises sur une tranche qui peut etre en silicium, en GaAs, en SiC, etc... La fonctionnalite a controler est B 13988.3 JL principalement electrique. Wile peut aussi etre optique ou mecanique. Les circuits de contrCle integrent diverges fonctions et necessitent done une certaine surface de realisation. Il se peut que dans certains cas cette surface soit superieure a la surface des dispositifs a controler. Pour ces cas, un circuit de la plaquette de test est utilise pour controler un groupe de dispositifs de la tranche en integrant des techniques de multiplexage connues. La plaquette de test a avantageusement la meme taille que la tranche a controler. Wile comporte autant de circuits qutil y a de dispositifs ou de groupes de dispositifs a controler. Avantageusement, chaque circuit de controle a les memes dimensions que le dispositif ou le groupe de dispositifs a controler et est situe, sur la plaquette de test, en regard du dispositif ou du groupe de dispositifs a controler. Des moyens numeriques et/ou analogiques de mesure, qui peuvent etre specifiques a un type ou a une famille de dispositifs, peuvent etre associes aux circuits de controle. Les plots d'entree/sortie d'un dispositif a controler, ou d'un groupe de dispositifs a controler, se trouvent en contact avec des plots correspondents d'un circuit de controle. La figure 2 est une vue partielle et en coupe transversale de la plaquette de test positionnee sur la tranche de dispositifs microelectroniques a controler. En traits interrompus, on a montre les limites diun dispositif microelectronique 21 realise B 13988.3 JL dans la tranche 2. Le dispositif 21 comporte des plots d' entree/sortie 22. La plaquette de test 3 est positionnee sur la tranche 2 de fa,con que les dispositifs a controler soient alignes avec leurs circuits de controle. Un circuit de controle 31 de la plaquette de test 3 est aussi represente. Il comporte des plots de connexion 32 connectes aux plots d' entree/sortie 22 appropries et des plots de connexion 33 pour les liaisons electriques aux fils d'alimentation electrique et pour les fils de communication electronique. Les plots d' entree/sortie 22 des dispositifs a controler vent realises en un materiau tendre, par exemple de l'aluminium, et vent plans. Les plots de connexion 32 du circuit de controle comportent des nodules d'epaisseur suffisante pour obtenir un contact electrique efficace. Ils vent realises avec un materiau plus dur que le materiau des plots des dispositifs a controler, par exemple en nickel ou en tungstene, pour eviter leur degradation a cause d'un emploi repete. Les plots de connexion 33 situes sur la face superieure de la plaquette de test 3 comprennent, pour un circuit de controle, au moins deux plots de reception d'une tension d'alimentation du circuit de controle et du dispositif a controler et au moins deux plots pour echanger des signaux de communication avec les autres elements de l'appareil de controle. Ces plots de connexion 33 vent relies au circuit de controle 31 par des lignes conductrices et des traversees conductrices traversant la plaquette 3. Ces B 13988.3 JL lignes et traversees peuvent etre realisees par des techniques microelectroniques connues. Les circuits de contr81e peuvent etre realises a partir d'une face d'un substrat semiconducteur servant de plaquette de test. Ils peuvent aussi etre rapportes sur une plaquette de materiau isolant tel que le Mylar. La figure 3 est une vue partielle et en perspective d'une telle plaquette de test, cette vue ne montrant qu'un seul circuit de controle. La plaquette 40 est en un materiau tel que le Mylar. Les circuits de controle vent realises a part, par exemple sur un substrat de silicium puis decoupes. Sur la plaquette 40 vent realises differents elements de conduction electrique. Sur la face inferieure de la plaquette 40, on realise des plots avec des nodules 42 pour les connexions au dispositif a controler. Sur la face superieure de la plaquette 40, on realise des plots de connexion 43 pour l' interface electronique, des plots de connexion 45 pour la fixation du circuit de controle sur la plaquette et des lignes conductrices 46 pour relier les plots de connexion 45 aux plots de connexion 43 d' interface et, par l'intermediaire de traversees 44, aux plots de connexion 42. Le circuit de controle 41 est ensuite fixe sur la face superieure de la plaquette 40 par la technique "flip-chip". Tout ceci fait appel a des techniques connues en electronique ou en microelectronique. La plaquette de test est. lors de son utilisation, positionnee et maintenue au-dessus de la B 13988.3 JL tranche a controler par une interface mecanique. Ceci peut etre obtenu par des canalisations realisees a l'interieur de l'organe servant d' interface mecanique et reliees a une pompe a vice. De ce fait, quand la plaquette de test est disposee sous cette interface mecanique, elle y est maintenue par la technique d' aspiration. L' interface mecanique a aussi pour role de supporter des pointes conductrices de l' interface electronique, prenant contact avec les plots de connexion de la face superieure de la plaquette de test pour chaque circuit de controle. L' interface mecanique peut supporter des liaisons optiques dans le cas de moyens de communication optoelectronique. La figure 4 est une vue partielle et en coupe transversale montrant une interface mecanique appliquee sur la plaquette de test selon l' invention. On reconnalt la plaquette de test 53 avec ses nodules de contact 51 positionnee sur la tranche a controler 52 et maintenue dans cette position par ltorgane 60 servant dtinterface mecanique. La face de la paroi 61 de l'organe 60 qui est adjacente a la plaquette de test 53 est pourvue d'une canalisation 62 pour le vice d' aspiration. Cette face est revetue d' un materiau souple 63 pour assurer l'etancheite. Sur la paroi 61 a ete representee une pointe conductrice 64 prenant contact avec un plot de connexion de la face superieure de la plaquette de test 53. L'organe servant d' interface mecanique peut avoir une forme alveolee. Les armatures des alveoles vent alors posit ionnees au- dessus des plot s de B 13988.3 JL connexion de la plaquette de test. Wiles favorisent ainsi la pression pour obtenir un contact efficace. Le robot de l'appareil de controle selon l' invention necessite une surface de manipulation de la tranche a controler equivalente a la taille de celle- ci. Il possede les fonctions suivantes: - chargement de la plaquette de test sur le support du robot, - alignement de la plaquette de test par rapport a l' interface mecanique (par exemple en alignant les plots de la face superieure de la plaquette par rapport aux pointes fixees sur l' interface mecanique), - fixation de la plaquette de test sous l' interface mecanique par aspiration, - chargement d'une premiere tranche a tester sur le support du robot, - alignement de la tranche par rapport a la plaquette de test de maniere que tous les plots de tous les dispositifs a tester soient en face de tous les plots de tous les circuits de controle, - mise en contact, - realisation du controle, - dechargement de la tranche controlee, - chargement de la tranche a controler suivante. L' interface electronique permet de connecter la plaquette de test aux sources d'alimentation en tension et/ou en courant pour tous les circuits de controle de la plaquette de test et des dispositifs a controler sur la tranche. L' interface B 13988.3 JL electronique possede des moyens de communication avec tous les circuits de la plaquette de test, par exemple des interfaces cites series ou des interfaces cites optoelectroniques. Wile possede des fils de liaison connectes aux pointes placees sur l' interface mecanique. Wile est reliee au micro-ordinateur qui gere l' ensemble des tests pour lui fournir les resultats des tests de tous les dispositifs microelectroniques. Chaque circuit de controle de la plaquette de test est constitue d'un circuit integre specifique. I1 comporte, pour realiser le test du dispositif a tester: - des moyens de mesures electriques numeriques et/ou analogiques, - des moyens de multiplexage pour connecter ces moyens de mesures aux differentes entrees/sorties du dispositif a controler, - une memoire ou vent stockes la sequence de test, les resultats des tests, les facteurs d'ajustage des moyens de mesures, les informations relatives a ce circuit de controle (plaque, numero du circuit, etc.., - un processeur charge de realiser la sequence de tests, - une interface de communication electronique ou optoelectronique pour transferer les resultats des tests a l' interface electronique. Chaque circuit de controle de la plaquette de test est apres sa fabrication controle, a l' aide d'un systeme de test classique, de maniere a verifier son fonctionnement et a etalonner ses moyens de mesures B 13988.3 JL numeriques et/ou analogiques. Ensuite, peuvent etre stockes dans sa memoire les informations relatives a ce circuit de controle (numero de plaque, numero de circuit...) et les facteurs d'ajustage des moyens de mesures. La figure 5 illustre, de maniere schematique, un appareil de contrCle de dispositifs microelectroniques selon la presente invention. L'appareil de controle comprend un robot 70 de dimensions tres reduites par rapport aux robots des appareils de controle de l'art anterieur. Ce robot n'est charge que de manipuler les tranches a controler pour les placer successivement sous la plaquette de test. L'assemblage constitue d'un support, de la tranche a controler, de la plaquette de test, de l'organe de positionnement et de maintien mecanique de la plaquette de test sur la tranche et de l' interface electronique (voir la figure 1) est represente symboliquement sous la reference 71. Un bus de liaisons electriques 72 relic la plaquette de test a un dispositif 73 comprenant notamment les sources d'alimentation electriques et qui est relic au micro- ordinateur 74 qui gere ['ensemble des tests. B 13988.3 JL REVENDICATIONS 1. Plaquette de test (3, 40, 53) pour le controle de dispositifs microelectroniques realises sur une tranche (2, 52), chaque dispositif micro- electronique (21) presentant des entrees/sorties sur une premiere face de la tranche, caracterisee en ce que: - la plaquette de test (3) comprend des circuits de controle (31) pour le controle simultane du fonctionnement des dispositifs microelectroniques (21), chaque circuit de controle controlant un dispositif microelectronique ou un groupe de dispositifs microelectroniques; - une premiere face de la plaquette de test (3) comporte des moyens de connexion (32) permettant, loreque la premiere face de la plaquette de test (3) est positionnee et appliquee sur la premiere face de la tranche (2), de connecter les entrees/sorties (22) des dispositifs microelectroniques a leurs circuits de controle correspondents; - une deuxieme face de la plaquette de test (3) comporte des moyens de liaison mecanique a un organe (4) permettant le positionnement et le maintien mecanique de la plaquette de test sur la tranche (2), et des moyens de connexion permettant, lorsque la premiere face de la plaquette de test est positionnee et appliquee sur la premiere face de la tranche, d' assurer une interface vers les circuits de controle; - la plaquette de test (3) comprend des moyens de liaison electrique entre les moyens de B 13988.3 JL connexion de la deuxieme face de la plaquette et les circuits de controle. 2. Plaquette de test selon la revendication 1, caracterisee en ce que, chaque circuit de controle controlant un groupe de dispositifs microelectroniques, la plaquette de test comprend egalement un multiplexeur associe a chaque circuit de controle pour controler successivement chacun des dispositifs micro electroniques du groupe. 3. Plaquette de test selon l'une des revendications 1 ou 2, caracterisee en ce que les circuits de controle (31) vent realises sur la premiere face de la plaquette de test (3). 4. Plaquette de test selon la revendication 3, caracterisee en ce que les moyens de liaison electrique entre les moyens de connexion de la deuxieme face de la plaquette et les circuits de controle comprennent des traversees reliant les premiere et deuxieme faces de la plaquette de test. 5. Plaquette de test selon lune quelconque des revendications 1 a 4, caracterisee en ce que les moyens de connexion de la deuxieme face de la plaquette de test comprennent des moyens de connexion electrique et/ou des moyens de connexion optoelectroniques. 6. Plaquette de test selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterisee en ce que les B 13988,3 JL moyens de connexion de la premiere face de la plaquette de test (3) comprennent des plots de connexion (32). 7. Plaquette de test selon la revendication 6, caracterisee en ce que les entrees/sorties (22) sur la premiere face de la tranche (21) etant des plots de connexion, les plots de connexion (32) de la premiere face de la plaquette de test (3) vent en un materiau plus dur que les plots de connexion des entrees/sorties sur la premiere face de la tranche. 8. Appareil de controle de dispositifs microelectroniques realises sur une tranche, chaque dispositif microelectronique presentant des entrees/sorties sur une premiere face de la tranche, caracterise en ce qu'il comprend: - une plaquette de test selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, - un robot (70) possedant des moyens de reception de la tranche et un organe permettant le positionnement et le maintien mecanique de la plaquette de test sur la tranche, - des moyens d'alimentation electrique (73) et de communication relies aux moyens de connexion de la deuxieme face de la plaquette et destines a la realisation du controle des dispositifs microelectroniques, - un micro-ordinateur (74) relic au robot et aux moyens d'alimentation electrique et de communication, permettant de gerer le controle des dispositifs microelectroniques.