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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR POSITIONING TEST SUBSTRATE, PROBES AND INSPECTION UNIT RELATIVE TO ONE ANOTHER, AND TESTER FOR CARRYING OUT THE METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/048567
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and a tester (1) for positioning the test substrate (5), probes (6) and inspection unit (9) relative to one another, in which the test substrate (5) and the probes (6) are oriented into a desired position relative to one another at least in the X-Y plane, and the inspection unit (9) is moved in a Z position over the relative position in which the focus of the inspection unit (9) is set onto an observation point on the test substrate (5). In order to make tracking of the inspection unit (9) simpler and faster, the test substrate (5) and the inspection unit (9) are moved synchronously from this starting position in the Z direction such that the focal plane is maintained.

Inventors:
LORD ANTHONY JAMES (GB)
ANDREWS PETER DOUGLAS (US)
THIELE FRANK (DE)
KLATTENHOFF JENS (DE)
FISHER GAVIN (GB)
KELLER RALF (DE)
SCHNEIDER PETER (DE)
HERZ ENRICO (DE)
FLEISCHER HANS-JÜRGEN (DE)
KIESEWETTER JÖRG (DE)
Application Number:
DE2019/100794
Publication Date:
March 12, 2020
Filing Date:
September 04, 2019
Export Citation:
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Assignee:
FORMFACTOR GMBH (DE)
International Classes:
G01R31/28
Foreign References:
US20110304857A12011-12-15
DE102010040242A12012-03-08
AT249401B1966-09-26
US5436571A1995-07-25
US5644245A1997-07-01
US5642056A1997-06-24
Attorney, Agent or Firm:
WOLF, Beate (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Positionierung von Testsubstrat (5),

Sonden (6) und Inspektionseinheit (9) relativ

zueinander, bei welchem das Testsubstrat (5) und die Sonden (6) zumindest in der X-Y-Ebene in eine

gewünschten Relativposition zueinander ausgerichtet werden und die Inspektionseinheit (9) in eine solchen Z-Position über der Relativposition verfahren wird, in welcher der Fokus der Inspektionseinheit (9) auf einen Beobachtungspunkt (12) des Testsubstrats (5)

eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet , dass von dieser Ausgangsposition ausgehend das Testsubstrat (5) und die Inspektionseinheit (9) derart synchron in Z-Richtung bewegt werden, dass die Fokusebene

beibehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass die Bewegungen von

Testsubstrat (5) und Inspektionseinheit (9) in Z- Richtung durch einen Manipulatorkörper (20, 30) initiiert werden, welcher manuell bewegt wird, wobei die Bewegungsrichtung und das Bewegungsmaß des

Manipulatorkörpers (20, 30) messtechnisch erfasst und daraus der Richtungssinn in Z-Richtung und die Länge der Bewegung in Z-Richtung bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die Bewegungen von Testsubstrat (5) und Inspektionseinheit (9) in Z- Richtung durch einen Manipulatorkörper (20, 30) initiiert werden, welcher eine Rotation ausführt, wobei die Drehrichtung und der Drehwinkel des

Manipulatorkörpers (20, 30) messtechnisch erfasst und daraus der Richtungssinn in Z-Richtung und die Länge der Bewegung in Z-Richtung bestimmt werden..

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des

Manipulatorkörpers (20, 30) durch zumindest einen, optional variablen Anschlag begrenzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Anschlag für eine zu überwindende Distanz eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass während der Z- Bewegung von Testsubstrat (5) und Inspektionseinheit

(9) oder im Anschluss daran eine Linearkompensation von Abweichungen in der Relativposition zwischen

Testsubstrat (5) und Inspektionseinheit (9) in X-Y- Richtung erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Beibehaltung der Fokusebene und/oder der Relativposition zwischen Testsubstrat (5) und Inspektionseinheit (9) in X-Y- Richtung in situ überwacht werden und eine

festgestellte Abweichung ausgeglichen wird.

Prober zur Prüfung von Testsubstraten, welcher einen Chuck (2) zur Aufnahme und Halterung eines Testsubstrats (5), Sonden (6) zur Kontaktierung des Testsubstrats (5), eine Inspektionseinheit (9) zur fokussierten Abbildung eines Beobachtungspunktes des Testsubstrats (5) im Verlauf der Prüfung und eine

Positionierungsvorrichtung zur Bewegung des Chucks (2) und der Inspektionseinheit (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die

Positionierungsvorrichtung Bewegungseinheiten (3, 10) aufweist, welche konfiguriert sind, um Bewegungen des Chucks (2) und der Inspektionseinheit (9) zumindest in Z-Richtung auszuführen und zumindest eine Steuereinheit (11), welche zur Steuerung der Bewegungseinheiten (3,

10) konfiguriert ist, um Bewegungen des Chucks (2) und der Inspektionseinheit (9) in Z-Richtung derart

synchron auszuführen, dass die Fokusebene beibehalten wird .

9. Prober nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, dass die

Positionierungsvorrichtung einen Manipulator (13) mit einem Manipulatorkörper (20, 30), einem Bedienelement (23) zur Bewegung des Manipulatorkörpers (20, 30) und einem Bewegungswertgeber umfasst, dass der

Bewegungswertgeber (26) derart konfiguriert und relativ zum Manipulatorkörper (20, 30) angeordnet ist, dass er Art und Umfang einer Bewegung des Manipulatorkörpers (20, 30) messtechnisch erfasst, und dass der

Manipulator (13) kommunikativ mit der Steuereinheit (11) verbunden ist zur Erzeugung von Steuersignalen zur Bewegung des Chucks (2) und/oder der Inspektionseinheit (9) in Z-Richtung auf der Basis der Messwerte.

10. Prober nach Anspruch 9, dadurch

gekennzeichnet, dass der Manipulatorkörper (20, 30) genau einen Bewegungsfreiheitsgrad hat.

11. Prober nach Anspruch 9 oder 10, dadurch

gekennzeichnet, dass der Manipulatorkörper (20,

30) ein Rotationskörper ist und der Bewegungswertgeber (26) ein Drehwertgeber.

12. Prober nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch

gekennzeichnet, dass der Manipulator (13) zumindest einen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des

Manipulatorkörpers (20, 30) aufweist.

13. Prober nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Prober zumindest eine Bewegungseinheit (3, 10) aufweist, welche konfiguriert ist um Bewegungen des Chucks (2) und/oder der

Inspektionseinheit (9) in X-, Y-Richtung auszuführen, und dass die Steuereinheit (11) konfiguriert ist zur Ermittlung von Abweichungen von einer eingestellten X- Y-Relativposition und/oder einer eingestellten Z- Relativposition zwischen einem Beobachtungspunkt (12) des Testsubstrats (5) und dem Fokus der

Inspektionseinheit (9) .

Description:
Verfahren zur Positionierung von Testsubstrat, Sonden und Inspektionseinheit relativ zueinander und Prober zu dessen

Ausführung

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur

Positionierung von Testsubstrat, Sonden und

Inspektionseinheit relativ zueinander, bei welchem das Testsubstrat und die Sonden zumindest in der X-Y-Ebene in eine gewünschten Relativposition zueinander ausgerichtet werden und die Inspektionseinheit in eine solchen Z-Position über Relativposition verfahren wird, in welcher der Fokus der Inspektionseinheit auf einen Beobachtungspunkt des Testsubstrats eingestellt ist. Die Erfindung betrifft auch einen Prober zur Ausführung des Verfahrens

Bekanntermaßen werden die unterschiedlichsten elektronischen Bauelemente, allgemein als Testsubstrate bezeichnet, hinsichtlich verschiedener Eigenschaften geprüft oder speziellen Test unterzogen. Dabei können die Testsubstrate in verschiedenen Fertigungs- und Integrationsstufen

vorliegen. So werden Tests von Halbleiterchips,

Hybridbauelementen, mikromechanischen sowie mikrooptischen Bauelementen und dergleichen durchgeführt, die sich noch im Waferverbund befinden oder vereinzelt oder bereits in mehr oder weniger komplexen Schaltungen integriert sind.

Zur Prüfung und Inspektion von Testsubstraten werden

PrüfStationen, üblicherweise als Prober bezeichnet,

verwendet, die einen Chuck mit einer Oberfläche zur Aufnahme von Testsubstraten umfassen. Der Chuck ist eine auf die Halterung des Testsubstrats , auf dessen Kontaktierung und auf die Prüfbedingungen abgestimmte Aufnahmevorrichtung und ist meist mittels einer Bewegungseinheit in X-, Y- und Z- Richtung verfahrbar.

Der Prober umfasst weiter mehrere Sonden, die von einer Sondenhalterung gehalten werden. Als Sonden können je nach Testsubstrat und Teststatus Einzelsonden oder Sondenkarten mit einer Vielzahl von Sondenspitzen, so genannte Probe- Cards, verwendet werden. Die Sondenhalterung umfasst

regelmäßig eine Sondenhalterplatte, welche über dem Chuck liegend angeordnet ist und die Einzelsonden, gehalten durch Sondenköpfe, oder die Sondenkarte trägt. Auch die

Sondenhalterplatte und/oder die Sondenköpfe können über Bewegungseinheiten verfügen, mittels welcher die Sonden gemeinsam oder einzeln zumindest in Z-Richtung verfahrbar sind .

Der Prober weist weiterhin eine Inspektionseinheit auf, welche der bildlichen Darstellung des Testsubstrats und der Sondenspitzen dient. Die Inspektionseinheit umfasst ein Mikroskop und/oder eine Kamera, mit welcher in Z-Richtung auf die zu Oberfläche des Testsubstrats geblickt werden kann. Häufig verfügt auch die Inspektionseinheit über eine Bewegungseinheit, um das Objektiv zur Inspektion in Z- Richtung an das Testsubstrat heranzuführen, so dass der Fokus der Inspektionseinheit auf einen bestimmten

Beobachtungspunkt des Testsubstrats eingestellt ist, d. h. dieser Beobachtungspunkt scharf abbildbar ist, und um wieder einen ausreichenden Abstand herzustellen, beispielsweise wenn die Sonden auszuwechseln sind.

Die Bewegungseinheiten lassen regelmäßig voneinander

unabhängige Bewegungen der genannten Komponenten des Probers zu, beispielsweise um mit der Inspektionseinheit entweder die Sondenspitzen oder das Testsubstrat oder Zwischenpositionen in den Fokus zu nehmen. Die

Bewegungseinheiten sind regelmäßig auch mit Antrieben ausgerüstet, zur motorischen Bewegung des Chucks und/oder der Sondenhalterplatte bzw. der Einzelsonden und/oder der Inspektionseinheit. Die motorischen Bewegungen der genannten Komponenten werden mittels einer dafür konfigurierten

Steuereinheit realisiert.

Die Fokussierung des Beobachtungspunktes muss im Verlauf eines Prüfablaufs, der eine wiederholte Kontaktierung eines oder mehrerer Punkte des Testsubstrats und damit die dafür notwendigen Zustellbewegungen in X-, Y- und Z-Richtung einschließt, mehrfach wiederholt werden. Aufgrund dessen erhöht sich der Zeitaufwand mit jeder neuen Zustellbewegung.

Zur Herstellung des elektrischen Kontaktes ist neben der Verfahrbarkeit in der X-Y-Ebene, die stets als die Ebene definiert ist, in welcher die Aufnahmefläche des Chucks liegt und meist durch die Bewegungseinheit des Chucks realisiert wird, eine Zustellbewegung in Z-Richtung zwischen den Sonden und den Testsubstraten erforderlich.

Zunächst werden Sonden und das Testsubstrat mittels

zumindest einer der Bewegungseinheiten relativ zueinander in der X-Y-Ebene positioniert, so dass sie mit einem Abstand übereinander stehen. In einer nachfolgenden Zustellbewegung in Z-Richtung (nachfolgend als Z-Zustellbewegung bezeichnet) wird der Kontakt hergestellt. Diese Z-Position wird als Kontaktposition bezeichnet. Nach Beendigung der Prüfung wird der Kontakt durch ein Verfahren in Z-Richtung gelöst und die nächste Kontaktposition in der X-Y-Ebene angefahren.

Die Z-Zustellbewegung in die Kontaktposition kann mittels einer Bewegung der Sonden oder mittels einer Bewegung des Testsubstrats erfolgen. Die Zustellung der Sonden hat den Vorteil, dass sich die Relativpositionen von

Inspektionseinheit und Testsubstrat nicht ändern und damit der Fokus auf die Kontaktfläche erhalten bleibt, so dass schon kleinste Ausweichbewegungen der beobachteten

Sondenspitze in X-Y-Richtung, die mit dem Aufsetzen der Sondenspitze erfolgt und zur Herstellung eines sicheren elektrischen Kontakts gewünscht ist, fortlaufend beobachtet werden können.

In verschiedenen Situationen hat sich das Anfahren einer Zwischenposition der Sondenspitzen in Z-Richtung über dem Testsubstrat als vorteilhaft erwiesen. In dieser

Zwischenposition besteht ein ausreichend großer Abstand der Sondenspitzen zum Testsubstrat, so dass z. B. Korrekturen in der X-Y-Ebene möglich sind ohne die Gefahr, die

Sondenspitzen zu beschädigen. Diese Zwischenposition

gestattet aber gleichzeitig eine Kontrolle der X-Y- Positionen und eine zügige, auch manuelle Zustellung in die Kontaktposition .

Häufig ist die Zustellung in Z-Richtung durch den Chuck bevorzugt oder aufgrund der Gestaltung der Sondenhalterung nur damit möglich. Das führt jedoch dazu, dass die

Inspektionseinheit nachgeführt werden muss, um z. B. die Kontaktflächen des Testsubstrats zu erkennen. Muss auch die Zwischenposition angefahren werden, summiert sich die dafür benötigte Zeit aufgrund notwendiger Zwischenkorrekturen an beiden Komponenten, Chuck und Inspektionseinheit, auf ein Maß, welches hinsichtlich der steten Forderung nach

Kosteneffizienz und einer teil- oder vollautomatisierten Prüfung nicht mehr akzeptabel ist.

Es besteht daher ein Bedarf, die Zustellbewegungen der

Inspektionseinheit in Z-Richtung zu vereinfachen und zu beschleunigen .

Dabei soll auch deren Zustellgenauigkeit in X-Y-Ebene beibehalten werden.

Weiterhin soll auch die finale Zustellung zur

Kontaktposition, zumindest von der Zwischenposition

ausgehend, auch mittels manueller Bedienung erfolgen können.

Das Konzept zur Lösung der Aufgabenstellung sieht vor, mittels Chuck und Inspektionseinheit jenen Effekt zu

simulieren, welcher erzielt würde, wenn zur Herstellung und Lösung des Kontakts zwischen Testsubstrat und Sondenspitzen die Sondenhalterplatte mit den Sonden angehoben und

abgesenkt würde und Testsubstrat und Inspektionseinheit nicht bewegt würden. Dies wird dadurch realisiert, dass von einer Ausgangsposition ausgehend, in welcher der Fokus der Inspektionseinheit auf einen Beobachtungspunkt des

Testsubstrats , beispielsweise eine Kontaktfläche auf der Oberfläche des Testsubstrats , eingestellt ist, das

Testsubstrat und die Inspektionseinheit synchron in Z- Richtung bewegt werden, um die gewünschte Endposition des Testsubstrats relativ zu den Sondenspitzen, beispielsweise die Kontaktposition, einzustellen.

Diese synchrone Bewegung erfolgt derart, dass die Fokusebene zumindest während einer Z-Zustellbewegung, gegebenenfalls auch während des Lösens des Kontakts, beibehalten wird, so dass der Beobachtungspunkt auf dem Testsubstrat scharf abgebildet bleibt, wie von der Bewegung der Sonden aus dem Stand der Technik bekannt. Eine solche Verfahrensweise kann als virtuelle Bewegung der Sondenhalterplatte angesehen werden und ist auch in solchen Anwendungen möglich, wo die Sondenhalterplatte unbeweglich ist oder deren Bewegung unverhältnismäßig in den Prüfablauf eingreift.

Der Begriff „eine" Bewegung in Z-Richtung umfasst sowohl den gesamten Bewegungsablauf, der auszuführen ist um eine erforderliche Distanz in Z-Richtung, beispielsweise die Distanz bis zum Kontakt der Sondenspitzen auf dem

Testsubstrat, zu überwinden, als auch einzelne Abschnitte davon. Ein solcher Abschnitt kann beispielsweise die

Zustellung von oder zu der oben genannten Zwischenposition sein, sowohl zum Testsubstrat oder von diesem weg.

Nachfolgend werden zur Realisierung des Konzepts verwendete Merkmale beschrieben. Diese wird der Fachmann in

verschiedenen Ausführungsformen verschieden miteinander kombinieren, soweit ihm das für einen Anwendungsfall sinnvoll und geeignet erscheint.

Die Richtungsangaben X, Y und Z entsprechen der üblichen Verwendung im hier vorliegenden Fachgebiet für die

horizontalen X- und Y- Richtungen und die vertikale Z- Richtung .

Eine synchrone Bewegung unter Beibehaltung der Fokusebene schließt sowohl die Bewegungslänge in Z-Richtung als auch die zeitliche Komponente ein.

Der Begriff „synchron" bezeichnet hier auch eine zeitgleiche Bewegungen und schließt solche Verzögerungen ein, die durch die Steuereinheit bedingt und/oder mit der gegenwärtig üblichen Rechentechnik realisierbar sind, wenn mittels der gängigen Algorithmen ein Verschieben des Fokus, auch

automatisiert, erkannt und eine entsprechende

Ausgleichsbewegung ausgelöst wird.

Untersuchungen haben ergeben, dass mit der aktuellen

Probertechnik Latenzzeiten, d. h. Verzögerungszeiten

zwischen dem Start der auslösenden, tatsächlich erfolgenden Bewegung, beispielsweise des Chucks, und der dieser

folgenden, tatsächlichen Bewegung, beispielsweise der

Inspektionseinheit, von 300 ms noch ausreichend sind, um eine Verschiebung Fokusebene rechtzeitig erkennen zu können.

„Rechtzeitig" bedeutet beispielsweise, dass die mit dem Aufsetzen der Sondenspitzen auf dem Testsubstrat ausgelöste Ausweichbewegung zu einem Zeitpunkt wahrgenommen wird, zu welchem die Sondenspitze noch auf dem Kontaktareal liegt und/oder noch keinen Schaden genommen hat oder eine andere nachteilige Relativposition erreicht wurde. Bevorzugt sollte die Latenzzeit kleiner 200 ms, bevorzugt kleiner 100 ms, weiter bevorzugt kleiner 50 ms, weiter bevorzugt kleiner 40 ms, weiter bevorzugt kleiner 30 ms, weiter bevorzugt kleiner 20 ms, weiter bevorzugt kleiner 10 ms, weiter bevorzugt kleiner 5 ms sein. Mit zunehmender Skalierung der

elektronischen Bauelemente und der Leistungsfähigkeit der Rechentechnik können sich zulässige Ausweichbewegungen und die realisierbaren Latenzzeiten weiter verringern.

Eine synchrone Bewegung von Testsubstrat und

Inspektionseinheit kann beispielsweise mittels synchroner Steuersignale zur Ausführung der Bewegungen von Chuck und Inspektionseinheit realisiert werden, wobei auch bezogen auf die Zeitabstände der Steuersignale die obigen Latenzzeiten anwendbar sind.

Sofern nachfolgend eine Bewegung des Chucks beschrieben wird, ist diese mit der Bewegung des Testsubstrats

identisch, da der Chuck auf seiner horizontalen

Aufnahmefläche das Testsubstrat trägt.

Entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens können die Bewegungen von Testsubstrat und Inspektionseinheit in Z- Richtung durch einen Manipulatorkörper, welcher Teil eines Manipulators des verwendeten Probers ist, initiiert werden. Der Manipulatorkörper wird bewegt und zwar in der Art und Weise, dass der Bewegung eindeutig durch eine

Bewegungsrichtung und ein Maß der Bewegung, beispielsweise eine Länge oder ein Winkel, bestimmt ist. Die Bewegung des Manipulatorkörpers wird in Richtung und Maß messtechnisch mittels eines geeigneten Bewegungsmesswertgebers erfasst, so dass daraus Richtungssinn, aus der Bewegungsrichtung des Manipulatorkörpers, und Länge der Bewegung, aus dem

Bewegungsmaß des Manipulatorkörpers, für die in Z-Richtung auszuführende Bewegung von Chuck und/oder Inspektionseinheit ermittelt werden kann.

Auf der Basis der Messwerte und der daraus generierten

Steuersignale erfolgt die Bewegungen von Chuck oder

Inspektionseinheit und die jeweils andere Proberkomponente folgt dieser initialen Bewegung synchron aufgrund einer rechentechnischen Kopplung beider Bewegungseinheiten mittels der Steuereinheit. In Abhängigkeit von der Konfiguration der Prüfvorrichtung kommen auch andere Verfahren zur Verbindung beider Bewegungen in Betracht, sofern diese die synchrone Bewegung zulassen. Die initiale Bewegung kann beispielsweise durch den Chuck ausgeführt werden, woraufhin die Inspektionseinheit folgt. Auch die andere Reihenfolge oder die Bewegung beider Komponenten auf der Basis der aus den Messwerten generierten Steuersignale sind möglich.

Zur Realisierung der synchronen Bewegung von Testsubstrat und Inspektionseinheit kann der Manipulator mit beiden Bewegungseinheiten gekoppelt sein, so dass bei motorischer Bewegung der Manipulator die Antriebe beider

Bewegungseinheiten steuert, indem auf der Basis der

Messwerte des Bewegungswertgebers des Manipulators

Steuersignale generiert werden, die der Steuerung der

Bewegungseinheiten dienen.

Alternativ kann der Manipulator mit nur einer der beiden Bewegungseinheiten in direktem Wirkzusammenhang stehen. In dieser Ausgestaltung führt die zweite Bewegungseinheit eine Ausgleichsbewegung in Z-Richtung aus.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform wird der

Manipulatorkörper manuell bewegt. Alternativ sind auch mittels einer geeigneten Manipulatorsteuerung ausgeführte Bewegungen des Manipulatorkörpers möglich.

Eine Bewegung des Manipulatorkörpers kann eine Rotation des Manipulatorkörpers um eine Rotationsachse sein. Dabei gibt die Drehrichtung, im oder entgegen dem Uhrzeigersinn, den Richtungssinn in Z-Richtung, auf- oder abwärts, und der Winkel der Drehung den Wert des positiven oder negativen Hubs, d. h. der Länge der Bewegung in Z-Richtung, vor.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann die Bewegung des Manipulatorkörpers durch einen Anschlag oder mehrere davon begrenzt werden. Der Anschlag begrenzt das Maß der Bewegung und kann durch die

Kontaktposition definiert sein. Auch für häufige

Verwendungen vorteilhafter Start-, Zwischen- und

Endpositionen, wie einer minimalen Distanzposition, kann mittels Anschlag definiert sein.

Es wurde festgestellt, dass die Bewegungsachsen des Chucks und der Inspektionseinheit in Z-Richtung, nicht immer exakt parallel zueinander liegen. Entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Kompensation einer daraus

resultierenden Änderung der X-Y-Relativpositionen zwischen Beobachtungspunkt des Testsubstrats und Fokus der

Inspektionseinheit die Abweichung infolge einer Z-Bewegung ermittelt und mittels ihrer Bewegungseinheit ausgeglichen. Auch dafür sind die oben für die synchrone Bewegung

beschriebenen Latenzzeiten anwendbar.

Der Ausgleich der X-Y-Abweichung, hier als

Linearkompensation bezeichnet, kann in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung und dem Grad der Abweichung während oder nach der Ausführung der Bewegung in Z-Richtung durch eine zusätzliche Bewegung zumindest einer der beiden Komponenten in X-Y-Richtung erfolgen. Beispielsweise wird bei einer Bewegung des Testsubstrats in X-Y-Richtung der Ausgleich während der Bewegung und vor dem Aufsetzen der Sondenspitzen auf dem Testsubstrat bevorzugt, um eine Beschädigung der Kontaktfläche infolge des nachträglichen Ausgleichs zu vermeiden .

Alternativ kann der Ausgleich im Anschluss an die Z-Bewegung erfolgen. Sofern dazu die Inspektionseinheit bewegt wird, ist die Relativposition zwischen Testsubstrat und Sondenhalterung unbeeinflusst.

Die Ermittlung der Abweichungen beruht auf dem während der Z-Bewegung noch bestehenden Abstand zwischen den beiden Kontaktpartnern, der bei nicht parallel verlaufenden Z- Bewegungen zu einer Verschiebung des Bildfeldes relativ zum Testsubstrat führt. Eine solche Abweichung ist in der

Draufsicht erkennbar. Diese Verschiebung kann, wie auch Abweichungen bei der synchronen Z-Bewegung, mittels

bekannter Verfahren, z. B. Mustererkennungsverfahren oder Überwachung der räumlichen Positionen beider Komponenten oder anderen geeigneten Maßnahmen, in situ ermittelt werden.

Alternativ kann die Lage der Z-Achsen bekannt sein,

beispielsweise aus vorherigen Zustellbewegungen oder einer Analyse des Probers. In allen Fällen kann die

Linearkompensation durch gegensteuernde Bewegungen während oder nach der Z-Bewegung ausgeglichen werden

Ein zur Ausführung des Verfahrens verwendbarer Prober weist neben den gattungsgemäßen Komponenten Chuck, Sonden mit deren entsprechender Halterung und Inspektionseinheit eine Positionierungsvorrichtung auf, welche Bewegungseinheiten umfasst, zumindest eine für den Chuck und eine für die

Inspektionseinheit, zur Ausführung von Bewegungen von Chuck und Inspektionseinheit zumindest in Z-Richtung. Weiter ist zumindest eine Steuereinheit zur Steuerung beider

Bewegungseinheiten derart konfiguriert, dass Bewegungen des Chucks und der Inspektionseinheit synchron gemäß obiger Beschreibung ausgeführt werden können. Alternativ kann jeder der Bewegungseinheiten über eine eigene Steuereinheit verfügen, die zur Ausführung der synchronen Bewegung

miteinander kommunikativ verbunden sind. Die synchrone Bewegung erfolgt derart, dass die Fokusebene beibehalten wird, so dass der Beobachtungspunkt auf den Testsubstrat scharf abgebildet bleibt.

Entsprechend einer Ausgestaltung umfasst die

Positionierungsvorrichtung des Probers einen Manipulator, welcher zur Bewegung des Chucks oder der Inspektionseinheit dient .

Der Manipulator umfasst einen Manipulatorkörper, einem

Bedienelement zur Bewegung des Manipulatorkörpers und einem Bewegungswertgeber. Als Manipulatorkörper kommen solche Gegenstände in Betracht, die sich so bewegen lassen, dass aus Ihrer Bewegung messtechnisch eindeutig eine

Bewegungsrichtung und ein Maß der Bewegung entnehmbar sind.

Eine eindeutige Bewegungsrichtung ist entsprechend einer Ausgestaltung des Manipulators dann gewährleistet, wenn der Manipulator genau einen Freiheitsgrad in seiner Bewegung hat .

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des Manipulators kann der Manipulatorkörper ein Rotationskörper sein, welcher um seine Drehachse drehbar angeordnet ist.

Die Bedienung des Manipulators erfolgt mittels eines geeigneten Bedienelements, welches auf die Art der

Bedienung, manuell oder maschinell, und die Art der

Bewegung, beispielsweise Drehung oder Verschiebung, des Manipulatorkörpers abgestimmt ist.

Bewegungsrichtung und Bewegungsmaß werden mittels eines Bewegungswertgebers des Manipulators ermittelt, der dafür entsprechend konfiguriert ist. In Abhängigkeit von der Art des Bewegungswertgebers und der damit zu ermittelnden

Bewegung ist der Bewegungswertgeber relativ zum

Manipulatorkörper angeordnet. Im Beispiel des

Rotationskörpers ist der Bewegungswertgeber ein

Drehwertgeber, der Drehrichtung und Drehwinkel erfasst und beispielsweise axial zum Rotationsköper angeordnet ist.

Alternativ können auch mehr als ein Bewegungswertgeber verwendet werden, um die benötigten Messwerte zu ermitteln. Die Messwerte werden, gegebenenfalls vorverarbeitet, an die zumindest eine Steuereinheit übermittelt.

Auf der Basis der Messwerte werden Steuersignale erzeugt, die der Steuerung der Bewegung von Chuck oder

Inspektionseinheit oder beiden in Z-Richtung gemäß obiger Beschreibung dienen. Zu diesem Zweck ist der

Bewegungswertgeber kommunikativ mit der Steuereinheit verbunden .

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung des Probers weist der Manipulator zumindest einen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Manipulatorkörpers auf. Von Vorteil ist es, wenn dieser Anschlag variabel und/oder für eine definierte Distanz in Z-Richtung einstellbar ist. Indem der Anschlag verstellbar ist, können verschiedene End- oder

Zwischenpositionen auch manuell exakt angefahren werden. Der zumindest eine Anschlag kann hardwareseitig am Manipulator oder softwareseitig, beispielsweise mittels der

Steuereinheit, realisiert sein.

Entsprechend der Verfahrensbeschreibung kann es erforderlich sein, eine Linearkompensation der Relativposition von Chuck und Inspektionseinheit in X-Y-Richtung vorzunehmen, um stets den gewünschten Bildausschnitt zur Verfügung zu haben. Zu diesem Zweck umfasst ein für eine Linearkompensation

eingerichteter Prober zumindest eine solche auf Chuck oder Inspektionseinheit zugreifende Bewegungseinheit, die

konfiguriert ist um neben der Z-Bewegung auch Bewegungen der zugehörigen Komponente in X-, Y-Richtung auszuführen.

Optional können auch beide Komponenten mit einer solchen Bewegungseinheit in Verbindung stehen. Darüber hinaus ist auch die Steuereinheit hardware- und softwareseitig dafür eingerichtet, die entsprechende, zumindest eine

Bewegungseinheit in X-, Y- und Z-Richtung zu steuern.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von

Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Prober mit den für die Erfindung wesentlichen Bestandteilen;

Fig. 2A und Fig. 2B Detailansichten einer Ausführung eines Manipulators in perspektivischer Darstellung, als Ansicht und geschnitten, und

Fig. 3 einen Manipulatorkörper mit verstellbarem Anschlag.

Die Zeichnungen zeigen die Vorrichtung nur schematisch in dem Umfang, wie es zur Erläuterung der Erfindung

erforderlich ist. Sie erheben keinen Anspruch auf

Vollständigkeit oder Maßstäblichkeit .

Der Prober 1 gemäß Fig. 1 umfasst einen Chuck 2 mit einer Bewegungseinheit 3 des Chucks . Der Chuck 2 ist in X-, Y- und Z-Richtung beweglich. Die Richtungen sind durch ein

Koordinatensystem dargestellt. Auf der oberen, horizontalen Aufnahmefläche 4 ist ein Testsubstrat 5, beispielsweise ein Wafer, angeordnet. Der Wafer wird mittels Sonden 6, die von Sondenköpfen 7 gehalten werden, kontaktiert. Die Sondenköpfe sind auf einer Sondenhalterplatte 8 angeordnet.

Von oben, in Z-Richtung, blickt eine Inspektionseinheit 9, beispielsweise eine Kamera, auf das Testsubstrat 5, und zwar auf den Kontaktpunkt, so dass dieser scharf abbildbar ist. Die Inspektionseinheit 9 verfügt ebenfalls über eine

Bewegungseinheit 10, mit welcher die Inspektionseinheit 9 beispielsweise ebenfalls in X-, Y- und Z-Richtung, zumindest jedoch in Z-Richtung beweglich ist.

Zur Verdeutlichung der kinematischen Bestimmtheit der beweglichen Komponenten mit den zugehörigen

Bewegungseinheiten bzw. Halterungen, vorliegend sind das der Chuck 2 und die Inspektionseinheit 9 mit deren

Bewegungseinheiten 3, 10 sowie die Sondenköpfe 7 mit deren Sondenhalterplatte 8, sind diese als gestellfest und damit statisch bestimmt zu einem gemeinsamen Bezugssystem

dargestellt (anschraffierte horizontale Linie) .

Beide Bewegungseinheiten 3, 10 sind zu deren Betrieb mit, beispielsweise aber nicht beschränkend, einer gemeinsamen Steuereinheit 11 kommunikativ verbunden, die hard- und softwareseitig dafür konfiguriert ist.

In der Darstellung befindet sich die Sonde 6 in Kontakt mit dem Testsubstrat 5, indem der Chuck 2 in eine

Kontaktposition K c gefahren wurde. Auch die

Inspektionseinheit 9 befindet sich in ihrer Kontaktposition Ki. In dieser ist der Fokus der Inspektionseinheit 9 auf die Oberfläche des Wafers 5 und damit auch auf die darauf liegenden Spitzen der Sonden 6 eingestellt. Soll der Kontakt gelöst werden, wird der Chuck 2 nach unten gefahren (dargestellt durch einen Pfeil) . Synchron dazu wird auch die Inspektionseinheit 9 mit derselben Distanz in Z- Richtung (dargestellt durch die gleiche Pfeillänge) nach unten bewegt. Die Bewegungen können bis zu jeweils einer Zwischenposition Zc, Zi (jeweils dargestellt durch eine gestrichelte Linie für die Aufnahmefläche 4 des Chucks 2 und der Unterkante der Inspektionseinheit 9) oder jeweils einer Endposition Ec, Ei (jeweils dargestellt durch eine Strich-Punkt-Linie für die Aufnahmefläche 4 des Chucks 2 und der Unterkante der Inspektionseinheit 9) erfolgen. Aufgrund der synchronen Bewegung von Chuck 2 und Inspektionseinheit 9 bleibt der eingestellte Beobachtungspunkt 12 auf dem

Testsubstrat 5, im Ausführungsbeispiel ist das eine der Kontaktflächen des Wafers, die von einer Sondenspitze kontaktiert ist bzw. war, während der Bewegung des Chucks 2 in eine der tieferen Positionen stets scharf sichtbar.

In der Zwischenposition Z c oder der Endposition E c kann der Chuck 2 in X- und/oder Y-Richtung bewegt werden, um ein weiteres elektronisches Bauelement des Wafers anzufahren und nachfolgend mittels der Sonden 6 zu kontaktieren.

Zur Kontaktierung des nächsten elektronischen Bauelements wird der Wafer 5 mittels Chuck 2 beispielsweise in eine Zwischenposition Z c angehoben, Diese Zwischenposition Z c kann in ihrer Z-Koordinate mit der vorherigen und der

Zwischenposition Z c jedes weiteren elektronischen Bauelements des Wafers 5 übereinstimmen. Nachfolgend erfolgt die

Bewegung des Chucks 2 in die Kontaktposition Kc.

In der Steuereinheit 11 werden synchron zu den

Steuersignalen zur Bewegung des Chucks 2 Steuersignale zur Bewegung der Inspektionseinheit 10 zunächst in die für die Inspektionseinheit analoge Zwischenposition Zi und

nachfolgende Kontaktposition Ki generiert.

Fig. 2A und Fig. 2B stellen beispielhaft und nicht

beschränkend eine Ausführungsform eines Manipulators 13 dar, welcher zur Bewegung des Chucks 2 verwendbar ist. Die in beiden Figuren verwendeten gleichen Bezugszeichen bezeichnen jeweils dasselbe Bauteil des Manipulators.

Der Manipulator 13 selbst wird manuell bedient und steuert eine motorische Bewegung des Chucks 2.

Der Manipulator 13 umfasst einen Manipulatorkörper 20, der als zylinderförmiger Rotationskörper ausgebildet ist. Der Manipulatorkörper 20 ist in einem Gehäuse 21 drehbar

gelagert .

Am Manipulatorkörper 20 ist mittels geeigneter Verbinder 22 (Fig. 2B) ein Bedienelement 23, welches im

Ausführungsbeispiel als Hebel 23 ausgeführt ist, montiert, so dass mit diesem der Manipulatorkörper 20 manuell im

Uhrzeigersinn und entgegen zu diesem gedreht werden kann.

Ein solcher Hebel 23 ist auch für andere Bewegungen

alternative Ausführungen eines Manipulatorkörpers nutzbar. Der Hebel 23 wird in einem Rahmen 25 geführt indem dessen Kontur mit jener Kontur des Rahmens 25 korrespondiert.

Weiter sind die Bedienkraft und das Bedienmoment des

Manipulatorkörpers 20 und damit dessen Sensibilität mittels Bremsen 24 variierbar. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Bremsen 24 angeordnet, welche mit einer einstellbaren Kraft auf die Mantelfläche des zylindrischen Manipulatorkörpers 20 drücken .

Benachbart und axial zum Manipulatorkörper 20 ist ein

Bewegungswertgeber 26, im Ausführungsbeispiel ein

Drehwertgeber 26, angeordnet, welcher die Drehrichtung und den Winkel der Drehung misst. Die Messwerte werden, optional nach einer Vorverarbeitung, über einen Signalleiter 28 an die Steuereinheit 11 (Fig. 1) übertragen.

Mittels einer Verkleidung 27 wird der Manipulatorkörper 20 und der Drehwertgeber 26 vor äußerer Beeinflussung geschützt und ist am Prober montierbar (Fig. 1) .

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines alternativen

Manipulatorkörpers 30 dargestellt, in welcher der

Manipulatorkörper 30 als Drehknopf 31 ausgebildet ist und in definierten Winkelpositionen arretierbar ist. Der Drehknopf 31 ist um seine Achse 32 drehbar. Auf einem Teilumfang sind in seiner Mantelfläche 33 drei radiale Aussparungen 34 angeordnet, in welche ein Stift 35 steckbar ist. Der Stift 35 wird durch einen Führungsschlitz 37 eines konzentrisch zum Drehknopf 31 angeordneten Führungsbleches 36 in eine der Aussparungen 34 geführt und beschränkt auf dieser Weise die ausführbare Drehbewegung des Drehknopfs 31 auf die Länge des Führungsschlitzes 37. Wird einen andere Aussparung 34 verwendet, ist eine andere Drehbewegung ausführbar, wodurch die mittels der Bewegungseinheiten 3, 10 ausführbare

Bewegungslänge modifiziert wird.

Alternative Ausführungen eines Manipulators oder der

Anschläge sind möglich. Weist der Prober mehrere

Manipulatoren mit unterschiedlichen Funktionen auf, kann über das Design eine haptische Unterscheidung unterstützt werden .

Verfahren zur Positionierung von Testsubstrat, Sonden und Inspektionseinheit relativ zueinander und Prober zu dessen

Ausführung

Bezugszeichenliste

1 Prober

2 Chuck

3 Bewegungsrichtung des Chucks

4 Aufnahmefläche

5 Testsubstrat, Wafer

6 Sonde

7 Sondenkopf

8 Sondenhalterplatte

9 Inspektionseinheit

10 Bewegungsrichtung der Inspektionseinheit

11 Steuereinheit

12 Beobachtungspunkt

13 Manipulator

20 Manipulatorkörper

21 Gehäuse

22 Verbinder

23 Bedienelement, Hebel

24 Bremsen

25 Rahmen

2 6 Bewegungswertgeber, Drehwertgeber

27 Verkleidung

2 8 Signalleiter

30 Manipulatorkörper

31 Drehknopf

32 Achse

33 Mantelfläche 34 Aussparung

35 Stift

36 Führungsblech

37 Führungsschlitz

K c Kontaktposition des Chucks

Z c Zwischenposition des Chucks

E c Endposition des Chucks

Ki Kontaktposition der Inspektionseinheit Zi Zwischenposition der Inspektionseinheit Ei Endposition der Inspektionseinheit