Nadelkartenadaptern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung und Vermessung von Nadelkartenadaptern auf mechanische und elektrische Funktionsfähigkeit, wobei der Nadelkartenadapter zumindest aus einer Platine mit mindestens einer elektrischen Schaltkreisstruktur und einem Probehead zur Befestigung von Nadeln an der Platine besteht, wobei die Nadeln elektrisch mit der mindestens einen Schaltkreisstruktur verbunden sind und deren Nadelspitzen zum Kontaktieren von elektrischen Kontaktflächen auf zu testenden Wafern dienen.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Derartige Nadelkartenadapter, Probecards genannt, dienen zur Funktionsüberprüfung von Wafern in Waferprober, wobei die Nadelspitzen mit den Pads von Chips in Kontakt gebracht werden, die sich auf dem Wafer befinden.

Im Rahmen der Qualitätssicherung im Wafertest ist es notwendig, die speziellen, auf die Bedürfnisse der Halbleiterindustrie ausgelegten Nadelkartenadapter, die zur Überprüfung der integrierten Schaltkreise auf den Wafern eingesetzt werden, regelmäßig und in idealer Weise vor jedem Einsatz auf deren Zustand und einwandfreie Beschaffenheit zu kontrollieren. Zu diesem Zweck müssen einerseits die geometrischen Parameter von Nadelspitzen derartiger Nadelkartenadapter, wie z. B. Durchmesser oder Koplanarität derartiger Nadelspitzen und andererseits die elektronischen Eigenschaften wie beispielsweise die Funktionsfähigkeit der in der Platine des Nadelkartenadapters enthaltenen Schaltkreise sichergestellt werden.

Dabei muss gleichzeitig sichergestellt werden, dass der Bereich unterhalb der Nadelspitzen und oberhalb des Probeheads bzw. zwischen Nadelspitze und Probehead absolut frei von Störungen, Fremdkörpern und sonstigen Obstruktionen frei sein muss.

Dabei sollen beim Test des Nadelkartenadapters im Idealfall die gleichen Bedingungen vorherrschen, wie sie beim tatsächlichen Einsatz der Nadelkartenadapter bei der Überprüfung der Wafer vorliegen. In der Beschreibung und den Ansprüchen werden Fachausdrücke benutzt, die hier folgendermaßen definiert sind.

Als Platine wird ein mechanischer Träger von elektrischen Leiterbahnstrukturen wie überlicherweise in der Elektronik oder Elektrotechnik verwendet, bezeichnet. Diese Platine kann aus einer oder mehreren Lagen bestehen und aus verschiedenen Materialien gefertigt sein.

Probecards im Sinne dieser Definition sind Nadelkartenadapter, wie sie regelmäßig im Wafertest gängiger Halbleiterprozesse eingesetzt werden. Diese Probecards bestehen regelmäßig aus einer Platine mit mindestens einer Schaltkreisstruktur, einer rückseitigen mechanischen Versteifung, einer vorderseitigen Haltevorrichtung (Probehead) für Nadeln sowie den Nadeln mit den Nadelspitzen zum Kontaktieren der Pads auf dem Wafer selbst. Typische Beispiele solcher Probecards sind so genannte MEMS-Karten, so genannte Verticals-Karten und so genannter Lupo-Karten.

Als Waferprober im Sinne dieser Definition wird die Vorrichtung verstanden, in welcher Wafer mittels einer Probecard auf Funktion getestet werden. Ein Waferprober übernimmt das Zu- und Abführen von Wafern sowie die Positionierung von Wafern zu den Probecards. Nadelspitzen im Sinne dieser Definition sind alle Kontaktierungspunkte (Spitzen der Nadeln zum Kontaktieren der Wafer), welche auf den Probecards angeordnet sind und welche dazu dienen, physikalisch-elektrischen bzw. mechanischen Kontakt zu dem Wafer herzustellen, unabhängig davon, ob diese durch ME MS- Verfahren und andere, konventionelle, mechanische Verfahren hergestellt sind.

Probehead im Sinne der Erfindung ist die mechanische Befestigung in oder auf der die Nadeln bzw. die Nadelspitzen mechanisch befestigt werden, sowie über welche die Nadeln bzw. Nadelspitzen mit den Schaltkreisen einer Probecard elektrisch verbunden werden.

Der Bereich unterhalb der Nadelspitzen und oberhalb des Probeheads bzw. zwischen Nadelspitze und Probehead, der absolut frei von Obstruktionen sein muss, wird als Clearance bezeichnet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Nadelkartenadapter in einer mechanischen Vorrichtung eingespannt wird, derart, dass eventuelle Unebenheiten der Platine durch mechanischen Druck im Spannzustand eliminiert werden und ein reproduzierbarer Zustand erreicht wird, der dem Zustand entspricht, in dem sich der Nadelkartenadapter im Prüfeinsatz in einem Waferprober befindet, und die der Nadeln zugewandten Fläche der Platine im gespannten Zustand als Messreferenzebene dient.

Hierbei entspricht der mechanische Druck, welcher auf die Platine der Probecard durch die Methode ausgeübt wird, dem gleichen mechanischen Druck, wie er im tatsächlichen Einsatzfall in einem Waferprober auftritt. Dabei erfolgt gemäß Anspruch 2 das Einspannen der Platine derart, dass die den Nadelspitzen zugewandte Seite der Platine zumindest teilweise, direkt oder indirekt für den Messprozess zugänglich ist. Dabei kann es sich bei dem Messprozess um einen solchen optischer oder auch elektronischer Art handeln.

Dadurch, dass der Nadelkartenadapter in einer wohl definierten und reproduzierbaren Position eingespannt ist, kann gemäß Anspruch 3 die Vermessung der den Nadelspitzen zugewandten Seite der Platine und die Vermessung des Probeheads in einem einzigen Messvorgang ohne Veränderung der mechanischen Aufnahmebedingungen erfolgen.

Dadurch, dass durch das Verfahren immer die gleichen Bedingungen für den Messvorgang eingestellt werden können, ist ein Entnehmen und ein nachfolgendes, erneutes Spannen der Probecard für eine weitere, der ersten Vermessung der Nadelspitzen und des Probeheads bzw. der Clearance nach folgender Vermessung mit im Rahmen der Messgenauigkeit des Messsystems gleichen Ergebnissen, möglich. Gemäß Anspruch 4 erfolgt das Einlegen und Entnehmen des Nadelkartenadapters in die Spannvorrichtung schnell, sicher und präzise manuell.

In einer Alternative gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, dass das Einlegen und Entnehmen des Nadelkartenadapters in die Spannvorrichtung automatisch erfolgt, beispielsweise durch Roboter.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird darüber hinaus durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche gelöst, welche aus einer ersten Verbundeinheit zur Aufnahme des Nadelkartenadapters und einer zweiten Verbundeinheit zum Aufnehmen der mit dem Nadelkartenadapter bestückten ersten Verbundeinheit besteht, wobei die zweite Verbundeinheit Mittel zum Spannen der ersten Verbundeinheit durch mechanischen Druck aufweist.

Dabei kann die erste Verbundeinheit der Vorrichtung örtlich verbringbar sein und mindestens die zweite Verbundeinheit der Vorrichtung fest in einer Maschine verankert sein.

Gemäß Anspruch 7 besteht die erste Verbundeinheit aus einer unteren präzis ebenen Platte und einer oberen präzis ebenen Platte, wobei beide Platten die Platine des Nadelkartenadapters zwischen sich aufnehmen und in den Platten jeweils eine offene Ausnehmung für den Probehead einerseits und den Nadeln andererseits vorhanden ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Nadelkartenadapter bzw. die Platine in der ersten Verbundeinheit für den Messvorgang präzise angeordnet ist und sowohl der Probehead als auch die Nadeln nicht beschädigt werden können.

Die obere und die untere Platte der ersten Verbundeinheit sind mittels Zapfen und mit diesen zusammenwirkende Bohrungen in eine definierte Lage zueinander bringbar.

Zur exakten Positionierung der aus der ersten und zweiten Verbundeinheit bestehenden zur Vermessung bereiten Einheit sind auf der Oberseite der oberen Platte der ersten Verbundeinheit auf den Eckpunkten eines gedachten gleichseitigen Dreiecks Noppen als Bezugsebenenadapter vorgesehen.

Gemäß Anspruch 8 ist vorgesehen, dass die zweite Verbundeinheit aus einer Basisplatte und einer zur Basisplatte parallelen, verschiebbaren Platte besteht, wobei Mittel an der Basisplatte und der auf der verschiebbaren Platte angeordneten ersten Verbundeinheit vorgesehen sind, die im Zusammenwirken miteinander beim Verschiebevorgang in die Endstellung den Verpressdruck aufbauen.

Damit die den Nadeln zugewandte Fläche der Platine und die Nadeln an sich frei zugänglich sind, ist gemäß Anspruch 9 vorgesehen, dass die erste Verbundeinheit mittels Abstandhaltern auf der verschiebbaren Platte aufsetzbar ist, wobei Zapfen an der Unterseite der unteren Platte in Ausnehmungen in den Abstandhaltern eintauchen.

Zur Verspannung der ersten Verbundeinheit mittels der zweiten Verbundeinheit ist gemäß Anspruch 10 vorgesehen, dass auf der Basisplatte an drei auf den Eckpunkten eines gedachten gleichseitigen Dreiecks Klemmelemente angeordnet sind, die jeweils aus einem vertikal von der Basis aufragenden Klemmschenkel bestehen, dessen nach oben stehendes freies Ende als horizontaler Klemmschenkel um 90° Richtung Basisplattenzentrum umgebogen ist und auf der Oberseite der oberen Platte der ersten Verbundeinheit an zwei sich gegenüberliegenden Seitenkanten Führungsnuten vorgesehen sind, und in der in Verschieberichtung vorderen Seitenkante der oberen Platte der ersten Verbundeinrichtung eine Aufnahmeausnehmung für das dritte Klemmelement vorgesehen ist. Gemäß Anspruch 1 1 ist vorgesehen, dass die Basisplatte und die auf ihr verschiebbare Platte relativ zueinander mittels Führungsschienen verschiebbar sind.

Gemäß Anspruch 13 ist vorgesehen, dass in den in Richtung Basisplattenzentrum gerichteten horizontalen Klemmelementen Kugeln vorgesehen sind, die mit entsprechenden Aufnahmen in den Führungsnuten der oberen Platte der ersten Verbundeinheit einerseits und in der in Verschiebeeinheit vorderen Kante der oberen Platte der ersten Verbundeinheit andererseits zusammenwirken.

Dadurch ist es möglich, dass beim Verschieben der verschiebbaren Platte relativ zur Basisplatte die horizontalen Klemmelemente auf den Führungsnuten auf der Oberseite der oberen Platte der ersten Verbundeinheit aufliegen. Beim Erreichen der Endstellung gelangt auch das horizontale Klemmelement an der in Verschieberichtung vorderen Seite der Basisplatte in die entsprechende Aufnahme auf der Vorderkante der oberen Platte der ersten Verbundeinheit. Neben den Führungsschienen angeordnete Hubantriebe heben dann die obere Platte mit der ersten Verbundeinheit an. Dabei rasten die Kugeln in den horizontalen Klemmelementen in entsprechende Aufnahmen. Nun ist die zu überprüfende Probecard (Nadelkartenadapter) in der Messposition, die auch bei erneutem Entnehmen und erneutem Positionieren immer wieder reproduzierbar ist.

In der oberen Platte kann eine elektronische oder optische Einrichtung zur automatischen Identifikation des eingelegten Nadelkartenadapters vorgesehen sein.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : obere Platte einer ersten Verbundeinheit Fig. 2: untere Platte einer ersten Verbundeinheit Fig. 3: untere Platte der ersten Verbundeinheit mit eingelegter Probecard

Fig. 4: erste Verbundeinheit mit eingelegter

Probecard in zusammengebautem Zustand

Fig. 5: zweite Verbundeinheit (unbestückt) Fig. 6: zweite Verbundeinheit (Einlegestellung) Fig. 7: zweite Verbundeinheit mit aufgesetzter erster Verbundeinheit in gespannter Endstellung

Fig. 8: Schnitt A-A aus Figur 7 In den Figuren 1 und 2 sind die Elemente einer ersten mit dem Bezugszeichen 20 versehenen Verbundeinheit dargestellt. Die Verbundeinheit 20 besteht aus einer oberen präzis ebenen Platte 1 und einer unteren, ebenfalls präzis ebenen Platte 4. Verteilt auf der oberen Seite der unteren Platte 4 sind zylinderförmige Zapfen 5 angeordnet, die mit entsprechenden Randausnehmungen sowie einer Bohrung in der oberen Platte 1 zusammenwirken. In den beiden Platten 1 und 4 sind kreisförmige offene Ausnehmungen vorgesehen. Die Form dieser Ausnehmungen ist jedoch selbstverständlich abhängig von der Art und der Geometrie des einzusetzenden und zu testenden Nadel kartenadapters 6.

In der Figur 3 ist der Zustand dargestellt, in dem dieser Nadelkartenadapter 6 die untere Platte 4 eingelegt worden ist. In zwei sich gegenüberliegenden Seitenkanten der Platte 1 sind Führungsnuten 22 eingefräst, die an ihren vorderen Kanten Abschrägungen 23 aufweisen. In der die beiden mit den Führungsnuten 22 versehenen Seitenkanten miteinander verbindenden Vorderkante der Platte 1 ist eine Ausnehmung 24 eingefräst. Sowohl in den Führungsnuten 22 als auch in der Aufnahme 24 sind Rastpunkte 3 angeordnet, die in Verbindung mit den Figuren 6 bis 8 erläutert werden.

In der Figur 4 ist die erste Verbundeinheit 20 bestückt mit dem Nadelkartenadapter 6 im montierten Zustand dargestellt.

In der Figur 5 ist eine zweite Verbundeinheit dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Diese zweite Verbundeinheit 7 besteht aus einer Basisplatte 9, die an drei der Seitenkanten Klemmelemente 10 aufweist, wobei jedes Klemmelement aus einem vertikalen und einem horizontalen Klemmschenkel besteht. Mit dem Bezugszeichen 1 1 sind Hubantriebe angedeutet, mit denen eine obere Platte 8 gegenüber der Basisplatte 9 vertikal angehoben werden kann. Auf der Oberseite dieser verschiebbaren Platte 8 befinden sich im Bereich der Klemmelemente 10 abstandhaltende Auflageleisten 31 . Die obere Platte 8 ist gegenüber der Basisplatte 9 in einer zu dieser parallelen Ebene auf Führungen 13 verschiebbar.

Auf die Auflageleisten 31 wird die erste Verbundeinheit 20 aufgesetzt, wobei Zapfen 25 an der Unterseite der Verbundeinheit 20 in entsprechende Ausnehmungen 35 in den Auflageleisten 31 eintauchen, und die Platte 8 in Richtung Pfeil P gegenüber der Basisplatte 9 verschoben wird. Dabei gelangen die seitlichen Klemmelemente 10 über die Schrägen 23 auf die Führungsnuten 22. Die Verschiebebewegung endet, wenn das vordere Klemmelement 10 in die vordere Aufnahme 24 der oberen Platte 1 der ersten Verbundeinheit 20 eingefahren ist. Ist diese Stellung erreicht, was z. B. durch eine Lichtschranke detektiert wird, werden die Hubantriebe 1 1 in Tätigkeit versetzt.

Die Verschiebebewegung geht aus den Figuren 6 und 7 hervor.

Die Schnittansicht A-A in Figur 8 zeigt, dass in den Klemmelementen 10 und zwar in dem oberen horizontalen Klemmschenkel jeweils eine Kugel 12 angeordnet ist, die beim Verschieben in die Endposition (Figur 7) in entsprechende Aufnahmen 3 in den Führungsnuten 22 einerseits und der vorderen Aufnahme 24 in der oberen Platte 1 der ersten Verbundeinheit einrastet, nachdem die obere Platte 8 mittels der Hubantriebe 1 1 angehoben wurde. Die drei Kugeln 12 werden dabei in die drei unterschiedlich ausgestalteten Aufnahmen 3 aufgenommen. Eine der Aufnahmen 3 ist der Form der Kugel entsprechend halbkugelförmig ausgestaltet, wodurch der Kugel 12 beim Eintauchen in die Aufnahme alle Freiheitsgrade genommen werden, während eine zweite Aufnahme 3 in Form einer länglichen Nut ausgestaltet ist und die entsprechende Kugel einen Freiheitsgrad besitzt. Die dritte Aufnahme 3 ist eine ebene Vertiefung, die der entsprechenden Kugel 12 zwei Freiheitsgrade lässt. Somit befinden sich die drei Kugeln in einer definierten Ebene, wobei durch die verschiedene Ausgestaltung der Aufnahmen 3 Positionstoleranzen gegeben sind. In dieser Position ist durch mechanischen Druck das Einspannen des Nadelkartenadapters 6 vollzogen. Die Gesamtheit aus Verbundeinheit 20 und Verbundeinheit 7 kann dann in die eigentliche Mess- und Prüfstation eingesetzt werden, wobei auf der Oberseite der oberen Platte 1 der ersten Verbundeinheit Noppen 2 vorgesehen sind, die zur Verlagerung der Referenzebene der Oberfläche der Platine dienen .