Verfahren zur Justierung von Messnadeln

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justierung von Messnadeln zum genauen Kontaktieren von elektrisch zu testenden Bauelementen mittels mehrerer Messnadelspitzen gleichzeitig.

Zum elektrischen Testen von Baugruppen, Chips auf Wafern oder sonstigen elektronischen Komponenten wird das zu testende Objekt mit den Messnadelspitzen eines Messinstrumentes kontaktiert und die Messung wird gestartet. Eine Anwendungsmöglichkeit des Messverfahrens ist der Wafer-Test. Auf einem Wafer sind beispielsweise mehrere Halbleiterbauelemente, die sogenannten Chips aufgebracht. Jeder Chip besitzt Messstellen für die elektrische Messung, sogenannte Pads . Beim elektrischen Wafer-Test werden die Messnadeln auf die hierfür vorgesehenen Pads aufgesetzt und anschließend wird die Funktion des elektronischen Bauteils geprüft. Zum Kontaktieren wird der Wafer derart angehoben, dass die Messnadeln des Messsystems die Pads des Messobjektes elektrisch kontaktieren. Dabei werden sämtliche kontaktierten Pads von den Messnadeln elektrisch kontaktiert. Die Messnadeln werden im Bezug zur Chiplage und zur Lage der Chipmatrix derart positioniert, dass ein fehlerfreies Kontaktieren sämtlicher Chips des Wafers möglich ist.

Bisher war es notwendig, dass ein Einrichter nach definierten zeitlichen Intervallen oder vor jedem Prüfvorgang die sogenannten Messkarten mit darauf befindlichen Messspinnen mit entsprechenden Messnadeln unter einem Mikroskop justieren musste. Ziel ist jeweils die Messnadeln möglichst optimal auf die elektrischen Anschlussflecken, die Pads, auszurichten wenn das Messsystem mit den Messnadeln jeweils auf zu prüfende elektronische Strukturen aufsetzt. Durch das bei einer Prüfung notwendige Anfahren, in Position fahren, und Kontaktieren von Chips werden auf den Pads Nadelabdrücke erzeugt. Diese Nadelabdrücke werden vom Einrichter unter dem Mikroskop analysiert und gegebenenfalls wird der Einrichtvorgang bis

zum Erreichen eines befriedigenden Messergebnisses wiederholt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Justierung von Messnadeln zur Kontaktierung bei der elektrischen Prüfung von elektronischen Baugruppen oder Wafern bereitzustellen, wobei Fehlpositionierungen im Prüfvorgang vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombination entsprechend dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Lage von Messnadelspitzen oder allgemein einer Gruppe von Messnadeln zu einem bestimmten vorgebbaren Zeitpunkt vor den eigentlichen Testvorgängen oder nach dem Einsetzen einer neuen Messnadelspinne mit mehreren Messnadeln unter Einsatz eines zweidimensionalen Kamerasystems und mittels mindestens eines Stellantriebes zunächst erfassbar ist, eine Fehlstellung erkennbar ist und eine Nachführung in eine optimale Lage durchführbar ist. Somit ist für mindestens einen, meist eine Vielzahl, von Testvorgängen die Gruppe von Messnadeln optimal positioniert und ausgerichtet. Optimal bedeutet, dass eine Vielzahl von gleichzeitig verfahrbaren Messnadeln mit entsprechenden Messnadelspitzen gleichzeitig auf eine zu testenden Oberfläche von Prüflingen aufsetzen.

Es werden die Messnadelspitzen im Wesentlichen unterhalb der Messstation im Auflicht beleuchtet und deren Bild wird nach der übertragung mit entsprechenden Spiegeleinheiten in einer Kamera erzeugt, analysiert und hinsichtlich einer rotatorischen Fehlstellung um die Z-Achse untersucht. Mittels entsprechender überwachung wird eine Messnadelkarte in einer vorhandenen rotatorischen Fehlstellung erkannt und in der Positionierung korrigiert, indem Sie um die Z-Achse gedreht wird. Somit ist insgesamt die Anordnung einer Vielzahl von Messnadelspitzen derart ausgerichtet dass sie eine große An-

zahl von Prüfvorgängen parallel beziehungsweise gleichzeitig auf den zu prüfenden Oberflächen aufsetzt. So wird ein bestimmtes elektronisches Bauteil, welches beispielsweise auf einen Wafer vorhanden ist, kurz mit den Messnadeln angefah- ren, kurz kontaktiert und elektrisch überprüft. Der entsprechende Vorgang wiederholt sich für eine große Anzahl von nebeneinander liegenden Bauelementen.

Im Folgenden werden anhand von schematischen begleitenden Fi- guren, die die Erfindung jedoch nicht einschränken, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben.

Figur 1 zeigt, eine Messnadelspinne bestehend aus einem Messnadelring auf dem Messnadeln aufgebracht sind,

Figur 2 zeigt, eine Messplatte mit darin verdrehbar gelagerter Messnadelkarte und darin enthaltener Messnadelspinne,

Figur 3 zeigt, einen Messaufbau zur Messung der Verdrehung um die z- Achse.

Figur 1 zeigt eine Messnadelspinne 1, die aus einem Metall- Anschlussring 2 besteht, der Messnadeln 3 aufnimmt, wobei die Messnadeln mit ihren Messnadelspitzen in den inneren Bereich des Rings hineinragen und nach unten hervor stehen. Die Messnadelspitzen 4 sind in einer vorgegebenen gegenseitigen Anordnung ausgerichtet, insbesondere liegen die Messnadelspitzen 4 möglichst auf einer Geraden. Das Koordinatensystem 8 der Messnadeln ist in Figur 1 angedeutet, wobei die z-Achse senkrecht auf der Bildebene steht.

Figur 2 zeigt die Messspinne 1, die in einer so genannten Messnadelkarte 6 aufgenommen ist, wobei das Koordinatensystem 8 der Messnadeln durch unterbrochene Linien entsprechend an- gedeutet ist. Die Messnadelkarte 6 ist in einer Messplatte 7 aufgenommen, deren Koordinatensystem 9 mit den Koordinaten xp und yp in Figur 2 dargestellt ist.

Der Metallanschlussring 2 kann zusammen mit der Messnadelkarte 6 gegenüber der Messplatte 7 verdreht sein, wie in Figur 2 dargestellt. Dies bedeutet eine Fehlstellung der Messnadeln bei Prüfverfahren, die mit den Messnadeln an Chips auszuführen sind.

Eine Anordnung nach Figur 3 zeigt in der Seitenansicht, dass die Messplatte 7 allgemein parallel zum Werkstückträger mit darauf befindlichem Messobjekt, beispielsweise einem Wafer 11, ausgerichtet ist.

Figur 3 zeigt das Gesamtmesssystem, wobei eine so genannte Messnadelüberwachung einerseits das System auf rotatorische Fehlstellungen überwacht und damit Daten von einer Bildanalyse berücksichtigt. Die Bildanalyse greift auf Daten des optischen Sensors, insbesondere einer zweidimensional auflösenden Kamera 18 zurück, die Teil des optischen Sensors ist. Mit angedeutet ist das Koordinatensystem 8 der Messnadeln 3. Die Objektbeleuchtung geschieht nach dem Auflichtprinzip . Der optische Sensor weist eine Beleuchtung 13 auf, die die Messnadeln 4 im Durchlichtsystem mittels eines Messstrahls 17 und über einen Umlenkspiegel 14 in die Kamera 18 abbilden. Die Bildanalyse ergibt Daten hinsichtlich der Prüfung, ob eine Verdrehung vorliegt oder nicht.

Ausgehend von einer Fehlstellung in Form einer Verdrehung entsprechend Figur 2 wird eine Korrektur der Nadeln vorgenommen und eine genaue rotatorische Ausrichtung erzielt. Zur op- tischen Abbildung wird eine zweidimensional auflösende CCD- Kamera verwendet. Die Abbildung der Nadeln und deren Spitzen erfolgt im Auflichtprinzip . Hierzu beleuchtet eine Lichtquelle 13 die Messnadeln 3 und deren Spitzen 4. Die Lichtquelle kann mittels Licht emittierender Dioden betrieben werden.

Der Chuck 12 wird derart verfahren, dass die Messnadeln mittels des Sensors nach dem Auflichtprinzip beleuchtet werden und eine Verdrehung einer Nadelgruppe geschieht vor dem Prüf-

Vorgang. Aufgrund der automatischen Nachjustierung lassen sich die Kontaktfahrten während des PrüfVorgangs verkürzen. Die Chipoberflächen und die Messnadeln werden weniger stark belastet, was die Reduzierung von Chipausfällen zur Folge hat. Weiterhin wird der Messnadelverschleiß minimiert.

Die Verstellbereiche liegen im μm-Bereich. Im Strahlengang des optischen Sensors kann mindestens ein Umlenkspiegel enthalten sein. Maßgeblich für die parallele Ausrichtung ist die Oberfläche, beispielsweise eines Wafers oder eine Baugruppe.

Anhand der Figuren ist klar dargestellt, dass sich eine Messnadelspinne 1 an einer Messnadelkarte 6 abstützt und die Messnadelkarte 6 wiederum in eine Messplatte 7 eingebaut ist. Zur Justierung der Messnadellage insbesondere bezüglich einer Fehlstellung durch Verdrehung wird entweder die Messnadelspinne oder die Messnadelkarte in der Drehlage korrigiert.

Entsprechend Figur 2 wird in jedem Fall ein Korrekturwinkel 15 zur Korrektur einer winkelbezogenen Fehlstellung mittels eines Stellantriebes berücksichtigt, so dass insbesondere die Messnadelspitzen 4 in einem Koordinatensystem des übergreifenden Systems derart ausgerichtet sind, dass sie bei Prüfvorgängen optimal auf zu testende Bauelemente aufsetzen kön- nen.

In Figur 3 sind die wesentlichen Bestandteile des optischen Sensors in Form der Beleuchtung 13, einer zusätzlichen Beleuchtung 16 und 19, der Kamera 18 und dem entsprechenden Strahlengang 17 dargestellt, wobei eine Bildverarbeitung für die Justierung der Messkarte 6 beziehungsweise der Messnadelspitzen eingesetzt wird.

Der optische Sensor prüft eine Fehlstellung der Messnadel- spitzen insbesondere unterhalb des Messanordnung. Zur Abbildung der Messnadelspitzen oder größerer Teile der Messnadeln wird mindestens ein Umlenkspiegel verwendet, welcher direkt oder indirekt fest mit der oberen Linearachse des Chuckan-

triebs verbunden ist. Mindestens ein Umlenkspiegel kann auch mit der auf der oberen Linearachse sitzenden Rotationsachse oder dem hierauf sitzenden Chuck verbunden sein.

Ein Umlenkspiegel kann alternativ als Strahlteiler dargestellt werden. Dies ermöglicht eine zusätzliche Beleuchtung aus einer weiteren Richtung.

Zur weiteren Beleuchtung der Messnadel ist eine zusätzliche Lichtquelle, die über einen Umlenkspiegel oder Strahlteiler einkoppelt, vorgesehen. Anstelle eines Umlenkspiegels kann auch ein optischer Sensor mit integrierter Lichtquelle verwendet werden.

Aufgrund automatisch einstellbaren Nadelpositionen kann sichergestellt werden, dass die Messnadeln im Rahmen der Kontaktfahrten bei den später auszuführenden Prüfverfahren beziehungsweise Kontaktfahrten auf die Pads treffen und nicht auf Regionen elektrisch kontaktieren, die nicht dafür vorge- sehen sind. Zusätzlich kann die Messnadelqualität automatisch beurteilt werden. Verschlissene oder beschädigte Messnadeln werden rechtzeitig erkannt. Die elektronischen Bauelemente werden durch diese elektrischen Testvorgänge weniger belastet .