Verfahren zur Messnadelüberwachung im Prüfbetrieb

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Testen von Baugruppen, Chips auf Wafern oder sonstiger Komponenten, wobei das zu testende Objekt an Messnadelspitzen eines Messinstrumentes herangefahren wird, mit den Messspitzen kontaktiert wird und die Messung beginnt.

Die hauptsächliche Einsatzmöglichkeit ergibt sich im technischen Bereich von Geräten zum Inspizieren von Wafern bzw. darauf strukturierten Elementen. Beim elektrischen Wafertest werden mehrere auf einer Messspinne sitzende Messnadeln auf zur Messung vorgesehenen Kontaktpunkten, so genannten Pads, des oder der zu vermessenden Chips mechanisch aufgesetzt und anschließend wird bei elektrischer Kontaktierung die Funktion des Chips gemessen.

Zum Kontaktieren wird der Wafer angehoben und gegen die Messnadeln gedrückt, bzw. es wird die die Messnadeln in der Messspinne enthaltene Vorrichtung auf den Wafer abgesenkt. Bei sogenannten Kontaktfahrten verfahren Messeinheit und Prüfling bzw. Chuck im Wesentlichen unter Beibehaltung der parallelen gegenseitigen Ausrichtung.

Es steht im Vordergrund, bei Prüfvorgängen ein gleichzeitiges Aufsetzen sämtlicher Messnadelspitzen auf die hierfür vorgesehenen Kontaktpunkte zu erreichen. Falls diese Bedingung nicht gegeben ist, treten bei den beispielsweise zu früh aufgesetzten Messnadeln höhere mechanische Spannungen auf als bei den zum Schluss aufgesetzten Messnadeln. Gefordert ist jeweils die Kontaktierung sämtlicher Messnadeln einer Gruppe bei einer Messung. Somit kann im schlechtesten Fall ein Nadelausfall stattfinden, indem eine der zu früh aufgesetzten Nadeln mechanisch bricht. Bei einer überdehnung von Messnadeln können auch Schädigungen der Chipoberfläche entstehen.

Schlecht justierte Messspinnen erfordern eine längere Kontaktfahrt, d. h. einen längeren Weg, bis der Kontakt aller Messnadeln hergestellt ist.

Durch längere Verfahrwege der zu kontaktierenden Partner ist eine entsprechend größere Zeit für derartige Kontaktfahrten einzurechnen. Gut justierte Messnadeln erfordern kürzere Wege und es wird jede Kontaktfahrt kürzer sein, wenn die entsprechenden Justierungen exakt ausgeführt sind oder reproduzier- bar für eine Vielzahl von Testvorgängen abrufbar sind. Somit wird die Summe der Messzeiten für den gesamten Wafertest bzw. für die Vielzahl von prozessierten Elementen verkürzt. Aufgrund ungenügend ebener Wafer, Wafer-Chuck-Systeme oder verbogener Messnadeln kann es zu einem frühzeitigen Aufsetzen vereinzelter Messnadeln kommen.

Bisher war es notwendig, dass in bestimmten zeitlichen Intervallen Messnadeln unter einem Mikroskop manuell einzujustie- ren waren, so dass der Einbau einer Messspinne in ein ent- sprechendes Prüfsystem und entsprechend weitere Apparaturen zu einer optimalen Ausrichtung der Messnadelspitzen führte. Zusätzlich konnte der Weg zur Kontaktierung zwischen Messnadelspitzen und elektronischem Bauelement mit einem übermaß versehen sein, so dass sichergestellt ist, dass bei nicht op- timaler Ausrichtung der Messnadeln auch die am weitesten vom elektronischen Bauelement entfernte Messnadel kontaktiert wird. Dies ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass die zuerst kontaktierte Nadel bis zum Abschluss des Vorgangs mit einer wesentlichen Kraft angedrückt wird, die unter Umständen zum Bruch einer Nadel führen kann. Da die Geschwindigkeiten mit denen Prüflingen und Messsystem gegeneinander zur Kontaktierung verfahren werden sehr hoch sind existiert bisher keine überwachung für Messnadeln während der PrüfVorgänge .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prüfen von elektronischen Baugruppen, Chips oder Wafern bereitzustellen, mit dem im Betrieb eine optimale Positionie-

rung sämtlicher Messnadeln auf zu prüfende Bauelemente, gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombi- nation entsprechend Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei automatisch aufgenommener Ist-Position der Nadeln eine erkannte Fehlpositionierung von Messnadeln oder deren Spitzen während des Prüfbetriebs durch entsprechende Nachstellung ausgleichbar ist. Der dazu eingesetzte optische Sensor beleuchtet die Messnadeln und/oder die Messnadelspitzen im , Auflicht' durch die ringförmig ausgebildete Messspinne, die die Messnadeln hält, und von der den Messnadelspitzen gegenüberliegenden

Seite hindurch. Zugleich wird von der gleichen Seite die Szene mit einer mindestens einzeiligen Zeilen-Kamera erfasst. Die Messnadeln und/oder die Messnadelspitzen werden auf ihre aktuelle Lage im Messsystem überprüft. Fehlstellungen von Messnadeln und/oder Messnadelspitzen werden ermittelt, und durch Drehung und/oder Verkippung der Messspinne oder eines nachgelagerten zugeordneten Stützelements der Messspinne mittels mindestens eines Stellantriebs im laufenden Prüfbetrieb mit einer zwischen Kontaktiervorgängen durchführbaren Lage- korrektur ausgeglichen.

Die Positions- bzw. Lageprüfung bezieht sich auf die Messnadelspitzen und kann zugleich die Lage der Messnadelstellungen berücksichtigen. Idealerweise sollten die Messnadelspitzen einer Messspinne parallel zu einer Oberfläche eines Prüflings liegen, so dass bei parallelem gegenseitigem Zusammenfahren von Messsystemen bzw. Messnadelspitzen und Prüfling, wie Wa- fer, Chip oder Baugruppe, sämtliche Messnadelspitzen gleichzeitig auf entsprechenden Kontaktstellen aufsetzen. Somit sind vor einer Kontaktierung die Messnadelspitzen auf bestimmte Sollwerte einzustellen, die zum Teil erst unmittelbar vorher festgelegt werden.

Eine Optimierung der Objektbeleuchtung sieht vor, dass LED- Lichtquellen verwendet werden.

Die Justierung erfolgt dabei während des Betriebs, also wäh- rend des Prüfens . Es wird sichergestellt, dass die Messnadeln mit ihren Messnadelspitzen nicht nur an der richtigen Stelle auf einem Prüfling aufsetzen, sondern dass die Messnadeln, die gemeinsam verfahrbar sind, und eine Messnadelgruppe bilden, bei jeder Kontaktierung optimal, d. h. gleichzeitig auf dem entsprechenden Prüfling aufsetzen.

Es ist vorteilhaft die Dauer und/oder die Länge einer Kontaktfahrt ein beim Aufsetzen der Messnadeln auf einer Prüflingsoberfläche erzeugtes Signal an eine überwachungseinheit zu liefern. Abhängig von vorgegebenen Sollwerten wird eine Nachführung der Messnadellage zwischen zwei Kontaktierungen durchgeführt .

Im Folgenden werden anhand von begleitenden Figuren die Erfindung nicht einschränkende Ausführungsbeispiele beschrieben .

Figur 1 zeigt eine Messnadelspinne mit Messnadeln,

Figur 2 zeigt eine Messplatte (7), die eine darin verdrehbar gelagerte Messnadelkarte (6) aufnimmt,

Figur 3 zeigt den Messaufbau zur Online-Messnadel- überwachung.

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In Figur 1 ist eine Messnadelspinne 1 dargestellt, die aus einem Metall-Anschlussring 2 besteht und die Messnadeln 3 aufnimmt, wobei die Messnadeln mit ihren Messnadelspitzen in den inneren Bereich des Rings hineinragen und axial einseitig überstehen. Die Messnadelspitzen sind in einer vorgegebenen gegenseitigen Anordnung ausgerichtet, insbesondere können die

Messnadelspitzen 4 auf einer Geraden liegen. Das Koordinatensystem 8 der Messnadel 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 aus Figur 1 durch unterbrochene Linien entsprechend angedeutet 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 bzw. die Messspinne 1 kann innerhalb der Messnadelkarte 6 zusätzlich verdreht werden. Die Messnadelkarte stellt ein nachgeschaltetes Stützelement dar.

In Figur 3 ist die Anordnung von Messnadelkarte 6 und Messspinne 1 mit entsprechendem Metallanschlussring 2 und den darin enthaltenen Messnadeln 3 in der seitlichen, teilweise geschnittenen Ansicht dargestellt. Motoren zur Nachregelung sind nicht dargestellt. Mögliche Ausführungen bestehen in ei- ner Messkartenkonstruktion, wobei die Messkarte 6 gegenüber der Messplatte 7 aus der gegenseitigen parallelen Ausrichtung verkippbar ist und/oder verdrehbar.

Die wesentlichen Bestandteile des optischen Sensors sind eine Beleuchtung, die Kamera 18 und entsprechender Strahlengang

17, wobei eine Bildverarbeitung für die Justierung der Messkarte 6 beziehungsweise der Messnadelspitzen eingesetzt wird und Ist-Daten aufnimmt, auswertet und an die Bildanalyse weitergibt .

Es werden ständig, beispielsweise als Bestandteil eines Messprogramms oder eines Justierprogramms, mit Hilfe eines optischen Messsystems die Messnadelstellung und die Lage der Messnadelspitzen im Prüfsystem analysiert und es wird eine Korrekturgröße für Fehlstellungen berechnet. Die Messkarte 6 mit der darauf sitzenden Messspinne oder lediglich die Messspinne mit den zugehörigen Messnadeln wird automatisch mit

mindestens einem Stellantrieb um die Korrekturgröße voreingestellt.

Der Chuck 12 wird derart verfahren, dass die Messnadeln op- tisch abgebildet werden können. Die Justierung der Nadelver- kippung erfolgt vor dem PrüfVorgang. Aufgrund der automatisch justierten Nadelverkippung lassen sich die Kontaktfahrten verkürzen. Die Chipoberflächen und die Messnadeln werden beispielsweise 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 bzw. Strahlteiler enthalten sein. Maßgeblich für die parallele

Ausrichtung ist die Oberfläche, beispielsweise eines Wafers oder eine Baugruppe. Die Lagekorrektur wird erst vorgenommen, wenn die Bildaufnahme nicht parallele Verhältnisse festgestellt hat.

Mit der Online-Messnadelüberwachung kann eine Kontaktierfahrt überwacht werden. Es können Schädigungen elektrischer Bauelemente beim Kontaktieren auf ein Minimum reduziert werden. Die Geometrie unebener Chuckoberflachen oder keilförmiger Wafer lässt sich ohne zeitintensive vorherige Abtastung online erfassen und entsprechend nachregeln. Die Gesamtprozesszeit wird optimiert. Nadelschäden werden frühzeitig erkannt, wodurch die Produktivität erhöht wird.