Beschreibung

LED-Beleuchtungssystem für ein elektrisches Prüfsystem

Die Erfindung betrifft allgemein die Prüfung von elektronischen Baugruppen, sowie die Prüfung von Bauelementen, die beispielsweise auf einem Wafer aufgebracht sind. Dabei werden allgemein die auf einem Träger positionierten Objekte derart geprüft, dass sie unter einem Mikroskop gefahren werden und die Objektlage durch optische Analyse bestimmbar ist.

Basierend auf aufgenommenen Daten wird die Kontaktposition für die elektrische Messung bestimmt. Anschließend werden die Positionen für die elektrische Messung angefahren. Ein Chuck/Werkstückträger mit Wafer und Messnadeln werden zueinander bewegt, bis der elektrische Kontakt sicher hergestellt ist .

Für die Bestimmung von Messpositionen ist die sichere Erken- nung der unterschiedlichen zu messenden Objekte notwendig.

Beim elektrischen Prüfen von Halbleiterchips, die beispielsweise auf einem Wafer aufgebracht sind, ist eine optische Analyse an einer mikroskopischen Abbildung notwendig, um die erforderlichen Messpositionen ausreichend genau bestimmen zu können.

Im Stand der Technik wurden für einen Mikroskopeinsatz Standartbeleuchtung regelmäßig entsprechende Halogenbeleuchtungen verwendet. Bei der Verwendung der Mikroskopdunkelfeldbeleuch- tung wird die für das Hellfeld genutzte Beleuchtung auf die Objektivkante umgelenkt, sodass am Objektiv ein ringförmiger Lichtaustritt entsteht. Diese Art Dunkelfeldbeleuchtung ist allerdings sehr uneffizient. Zusätzlich hängt die Abbildung im Dunkelfeld auch von der Objektoberfläche ab, sodass mit normalerweise zur Verfügung gestellten Dunkelfeldbeleuchtungen nur eine ungenügende optische Abbildung des Prüflings bzw. des elektrisch zu prüfenden Chips möglich ist.

Im Stand der Technik wurden Prüfsysteme bisher mit einer üblichen Mikroskopbeleuchtung angeboten, wobei jedoch die Beleuchtungseinrichtung nicht optimal ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mikroskop gestützte Prüfungen an elektronischen Baugruppen mit optimierter Beleuchtung auszustatten.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombi- nation entsprechend Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Verfahren, die auf mikroskopischen Abbildungen aufbauen, an Stelle von einer Beleuchtung mit Halogenlampen Licht emittierende Dioden (LED) eingesetzt werden können. Diese werden im Beleuchtungssystem optimal positioniert, wobei für verschiedene Beleuchtungsarten eine Kombination von LEDs oder von LED-Gruppen gebildet wird. Die einzelnen zugehörigen Beleuchtungseinheiten können an unterschiedlichen Positionen im Beleuchtungssystem positioniert sein.

Das Beleuchtungssystem besteht aus einer Kombination von unterschiedlich positionierten LEDs als Lichtquellen, wobei vorteilhaft eine LED-Beleuchtungseinheit für die Hellfeldbeleuchtung, eine LED-Beleuchtungseinheit für die nahe Dunkelfeldbeleuchtung und eine weitere LED-Beleuchtungseinheit für die ferne Dunkelfeldbeleuchtung zuständig ist.

Es ist weiterhin vorteilhaft, weiß abstrahlende LEDs einzusetzen, wobei auch andere Farben wie rot, grün oder blau möglich sind.

Eine LED-Beleuchtung zur Erzeugung eines Hellfeldes wird op- timal seitwärts in den Abbildungsstrahlengang eingekoppelt und ist somit in Beleuchtungsrichtung vor dem Objektiv des Systems positioniert. Zur Darstellung von Dunkelfeldbeleuchtungen sind die LED-Einheiten jeweils in Beleuchtungsrichtung

hinter dem Objektiv positioniert und bilden einen ringförmigen oder auch eckigen Rahmen um den Beleuchtungsstrahlengang. Zur Erzeugung einer Beleuchtung mit nahem Dunkelfeld ist ein Rahmen mit kleinerem Durchmesser vorgesehen und zur Beleuch- tung im fernen Dunkelfeld ist ein Rahmen mit größerem Durchmesser vorgesehen. Die einzelnen LEDs sind vorteilhaft über einen Rahmen oder einen Ring gleichmäßig verteilt.

Es ist vorteilhaft, die Abstrahlrichtung von einzelnen LEDs durch Vorsatzlinsen gezielt zu beeinflussen. Die Linsen werden derart optimiert ausgelegt, dass sie in einem Bereich von +/- 10° um eine Oberflächennormale abstrahlen.

Der Abbildungsstrahlengang hat vorteilhafter Weise den glei- chen Durchmesser wie ein abzubildendes Objekt.

Im Folgenden wird in einer schematischen die Erfindung nicht einschränkenden Figur eine Ausgestaltung der Erfindung beschrieben .

Die Figur zeigt einen Messaufbau für ein LED- Beleuchtungssystem, wobei drei getrennt voneinander positionierte Beleuchtungseinheiten für jeweils drei unterschiedliche Beleuchtungsarten optimal positioniert sind.

Das System besteht aus einer Kombination von unterschiedlichen Lichtquellen für die Hellfeld-, die nahe Dunkelfeld- und die ferne Dunkelfeldbeleuchtung. Als Lichtquellen werden weiße LEDs (Licht emittierende Dioden) verwendet. Deren Licht wird über eine Optik auf das mit der Kamera zu betrachtende Objekt geführt. Hierbei wird die Hellfeldbeleuchtung 3 durch die Einkopplung der Lichtstrahlen über einen Strahlteiler in den Abbildungsstrahlengang erzeugt.

Eine Dunkelfeldbeleuchtung wird optimal durch direkte Beleuchtungsanordnungen 1, 2 relativ zum Abbildungsstrahlengang 4 hinter dem Objektiv 7 erzeugt. Als Lichtquelle für das nahe

und das ferne Dunkelfeld werden ebenfalls weiß abstrahlende LEDs verwendet.

Die Beleuchtung für die Erzeugung eines nahen Dunkelfeldes besteht aus LEDs und einer Optik, wobei die LEDs und die Optik auf einem Ring mit der Ringbreite von 1 bis 5 mm um den Abbildungsstrahlengang positioniert sind. Der Abbildungsstrahlengang hat den Durchmesser des abzubildenden Objektes.

Bei der Nutzung von Zeilenkameras zur optischen Erfassung des abgebildeten Objekts ist der Querschnitt des nutzbaren Strahlengangs entsprechend der Figur rechteckförmig ausgebildet. In diesem Fall ist die Beleuchtung des nahen Dunkelfeldes innerhalb eines Rahmens mit der Rahmenbreite von 1 bis 5 mm um den rechteckigen Querschnitt des Strahlenganges herum positioniert .

Die verwendeten LEDs besitzen eine Linse zur Erzeugung einer Strahlkeule mit einer öffnung von +/- 10° von der Flächennor- malen aus gerechnet. Am Rand dieses öffnungswinkels ist die

Lichtstärke auf etwa 50 % gegenüber einem Winkel von 0° abgefallen. Der Winkel von 0° ist identisch mit dem Lot auf die abstrahlende Fläche einer LED.

Die Linsen der LEDs sind zur Realisierung dieser Abstrahlcharakteristik mittig herum derart poliert, dass die dabei entstehende ebene Fläche, die Größe des LED-Chips besitzt. Die polierten Flächen besitzen in etwa das gleiche Lot wie die abstrahlende Chipfläche.

Die Optik für die Brechung des Beleuchtungsstrahls der nahen und der fernen Dunkelfeldbeleuchtung besteht aus einer Fres- nel-Linse 16 mit einer Brennweite von f = A, wie es in der Figur vermerkt ist.

Wird keine zusätzliche Optik eingesetzt, so werden die LEDs so gebogen, dass für ausreichend viele LEDs das Lot der ab-

strahlenden Fläche auf das zu beleuchtende Objekt gerichtet ist .

Es ist weiterhin vorteilhaft, die drei getrennten Beleuch- tungseinheiten auch separat ein- und ausschalten zu können. Somit kann die Beleuchtung für die Erzeugung eines Hellfeldes, für das nahe Dunkelfeld und für das ferne Dunkelfeld separat aktiviert werden.

Für jeden Beleuchtungskreis bzw. Rahmen kann die Lichtstärke durch den in die Leuchtdioden eingespeisten elektrischen Stromes variiert werden.

Der besondere Vorteil an diesem Beleuchtungssystem liegt dar- in, dass LEDs eine sehr lange Standzeit aufweisen, sodass für lange Zeit kein Wechsel der Lichtquellen erforderlich sein wird. LEDs sind sehr kompakt, sodass kleine LEDs direkt zwischen Objektiv und abzubildenden Objekt platzierbar sind. Das Objekt kann praktisch direkt im Dunkelfeld beleuchtet werden, wodurch die Objektausleuchtung qualitativ verbessert und die automatische Bildanalyse vereinfacht wird.

Die Figur zeigt ein zu beleuchtendes und zu prüfendes Objekt in Form des Wafers 14. Diese ist auf einem Chuck 15 aufge- bracht und kann mit entsprechendem Antrieb relativ zum Mikroskop verfahren werden. Innerhalb der Mikroskopanordnung sind Beleuchtungseinheiten 1, 2, 3 an unterschiedlichen Positionen vorgesehen, sodass unterschiedliche Beleuchtungsarten möglich sind. Diese können einzeln oder insgesamt aktiviert werden. Die Hellfeldbeleuchtung 3 kann über einen Strahlteiler 6 den Abbildungsstrahlengang 4 eingeleitet werden. Vom Objekt, Wa- fer 14, zurückreflektierte Strahlen werden von der Kamera 5 aufgenommen und einer Bildanalyse zugeführt. Basierend darauf kann eine Beleuchtungssteuerung, bzw. eine Beleuchtungsanpas- sung, erfolgen. Die übergeordnete Steuerung des PrüfSystems kann über die Antriebssteuerung mittels der Messeinheiten, bestehend aus Messplatte 10, Messspinne 11, Messkarte 12, Messnadel 13, den Wafer bzw. die auf dem Wafer aufgebrachten

elektronischen Bauelemente durch entsprechende Kontaktierung mit den Messnadelspitzen 13 prüfen.