DE102004030881B4

DE102004030881B4 - Verfahren und Prober zur Kontaktierung einer Kontakfläche mit einer Kontaktspitze

Info

Publication number: DE102004030881B4
Application number: DE200410030881
Authority: DE
Inventors: Dr. Schneidewind Stefan; Dipl.-Ing. Dietrich Claus; Dr.-Ing. Kiesewetter Jörg; Dr. Kanev Stojan; Stefan Kreissig; Frank FEHRMANN; Hans-Jürgen Fleischer
Original assignee: Cascade Microtech Inc
Current assignee: FormFactor Beaverton Inc
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2024-06-26
Also published as: US20050007135A1; DE102004030881A1; US7057408B2

Abstract

Verfahren zur Kontaktierung einer Kontaktfläche mit der Kontaktspitze einer Kontaktnadel in einem Prober, wobei die Kontaktfläche auf der freien Scheibenoberfläche einer ebenen Halbleiterscheibe angeordnet ist, indem die Halbleiterscheibe mittels einer Bewegungseinrichtung zunächst horizontal so positioniert wird, dass die Kontaktfläche und die Kontaktspitze übereinander und beabstandet zueinander stehen und die Halbleiterscheibe anschließend vertikal in Richtung der Kontaktspitze bewegt wird, bis ein Kontakt der Kontaktspitze mit der Kontaktfläche hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass während der vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe (7), vor und während der Kontaktierung der Kontaktnadel (8) auf der Kontaktfläche, die Kontaktspitze der Kontaktnadel (8) entlang zumindest einer im Wesentlichen horizontalen Beobachtungsachse beobachtet wird, die im Wesentlichen waagerecht und parallel zu der freien Scheibenoberfläche (1) verläuft sowie in einer Ebene verläuft, die einen Abstand zur freien Scheibenoberfläche (11) in ihrer zu erwartenden Endposition aufweist und die tatsächliche Endposition der vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe (7) anhand der beobachteten vertikalen Auslenkung der Kontaktspitze während der Kontaktierung bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontaktierung einer Kontaktfläche mit der Spitze einer Kontaktnadel (Kontaktspitze) in einem Prober, wobei die Kontaktfläche auf der freien Scheibenoberfläche einer ebenen Halbleiterscheibe angeordnet ist, indem die Halbleiterscheibe mittels einer Bewegungseinrichtung zunächst horizontal so positioniert wird, dass die Kontaktfläche und die Kontaktspitze übereinander und beabstandet zueinander stehen und anschließend vertikal in Richtung der Kontaktspitze verfahren wird, bis ein Kontakt der Kontaktspitzen mit der Kontaktfläche hergestellt ist.
Die Erfindung betrifft ebenso einen Prober mit einem Grundgestell, mit dem eine Spannvorrichtung über eine Bewegungseinrichtung verbunden ist, auf die eine ebene Halbleiterscheibe unter Freiliegen einer freien Scheibenoberfläche aufspannbar ist. Die Spannvorrichtung ist in vertikaler z-Richtung sowie in einer horizontalen x-Richtung und einer senkrecht dazu liegenden horizontalen y-Richtung verfahrbar. Der Prober ist auch mit Kontaktnadeln versehen, die der freien Scheibenoberfläche gegenüber liegend angeordnet und in einer oder mehreren Haltevorrichtungen gehalten sind. Diese weisen einen Abstand zu der freien Scheibenoberfläche auf und sind mit einer Sondenhalterplatte verbunden, die ihrerseits über der Spannvorrichtung angeordnet und mit dem Grundgestell verbunden ist.
Die zunehmende Miniaturisierung von Halbleiterschaltkreisen bringt es mit sich, dass Kontaktflächen (Kontaktpads), die entweder der Kontaktierung zu Testzwecken und/oder der Herstellung von Bondkontaktierungen dienen eine Verringerung der Padfläche erfahren.
Werden solche Kontaktpads mit einer geringen Padfläche mit Kontaktnadeln von Probern kontaktiert, kann es vorkommen, dass eine Kontaktspitze von dem Kontaktpad rutscht und damit eine Fehlkontaktierung eintritt. Der Grund ist in folgendem zu sehen:
Kontaktnadeln von Probern werden entweder an Sondenhaltern oder an Probecards befestigt. Im Falle der Verwendung von Sondenhaltern werden die Sondenhalter so auf einer Sondenhalterplatte positioniert, dass die Kontaktspitzen den Kontaktpads entsprechend des Musters, das die Kontaktpads einnehmen, gegenüber stehen.
Im Falle der Verwendung von Probecards sind die Kontaktnadeln auf eben diesen Probecards so befestigt, dass die Kontaktspitzen der Kontaktnadeln ebenfalls den Kontaktpads in Form der von diesen Kontaktpads eingenommenen Muster gegenüber stehen. Insbesondere in diesen Fällen. ist eine genaue Anordnung der Kontaktnadeln zueinander und aller Kontaktnadeln zum Prüfobjekt erforderlich. In der US 5,644,245 A wird beschrieben, welche Maßnahmen getroffen werden, um die Anordnung der Kontaktnadeln zur Anordnung der Kontaktpads so präzise in der Auflageebene, d. h. in X- und Y-Richtung sowie im Winkel der Anordnungen zueinander, auszurichten, dass die sichere Kontaktierung auch für eine größere Reihe gleichartiger, im Raster angeordneter Kontakstrukturen gewährleistet werden kann.
Derart vorpositionierte Kontaktspitzen werden nun mit den Kontaktpads der Halbleiterchips derart in Verbindung gebracht, dass in aller Regel die Halbleiterchips im Verbund der Halbleiterscheibe, die auf einer Spannplatte, einem so genannten Chuck gehalten ist, nach einer Positionierung in Richtungen parallel zur Ebene der Halbleiterscheibe von unten gegen die Kontaktspitzen gefahren werden, d. h. der Chuck wird senkrecht bewegt, wobei eine Feststellung des Kontakts auch optisch erfolgen kann, z. B. seitlich auf die zu kontaktierenden Oberfläche blickende Kameras und Beleuchtungseinrichtungen ( US 5,644,245 A oder JP 05121498 A ). Zum Ausgleich der Toleranzen des senkrechten Verfahrweges und der Gewährleistung der sicheren Herstellung eines Kontaktes sind die Kontaktnadeln biegsam ausgeführt und wird ein so genannter Overdrive gefahren, eine Bewegung über die zur Kontaktierung erforderliche Mindestposition hinaus. In Folge dieses Overdrive werden die Kontaktnadeln elastisch verformt, wobei eine laterale Bewegung der Kontaktspitze relativ zur Halbleiteroberfläche eintritt. Dies wird üblicherweise als Scratch bezeichnet.
Dieser Scratch kann nun eine solche Größe aufweisen, dass die Relativbewegung die Kontaktspitze von dem Kontaktpad rutscht und so die Kontaktierung verloren geht.
Zur Feststellung der erforderlichen Mindestposition und des Overdrives wird der Verfahrweg des Chucks, insbesondere in Richtung der Kontaktspitzen, mittels der Relativpositionsbestimmung ermittelt, welche die Bewegungseinrichtung selbst zulässt. Sofern es die Messbedingung gestatten, ist zusätzlich eine Beobachtung der Kontaktspitze in einer Beobachtungsachse möglich, die parallel zum Verfahrweg des Chucks zur Kontaktspitze, das heißt in der Regel in senkrechter Richtung liegt. Somit ist die tatsächlich erfolgte Bewegung des Kontaktpads in Richtung der Kontaktnadel nur innerhalb jener Toleranzen zu ermitteln, in welchen die Bewegungseinrichtung selbst funktioniert und zusätzlich, sofern möglich, visuell nur über die Beobachtung des Scratches.
Aufgrund der Miniaturisierung der Kontaktpads sind aber diese Möglichkeiten nicht ausreichend, um eine Endposition der Kontaktnadel mit sicherem Kontakt auf dem Kontaktpad und gleichzeitig mit so geringem Overdrive zu erzielen, dass die Kontaktnadel mit Sicherheit nicht von dem Kontaktpad gleitet.
Sofern die Messung des Scratches überhaupt möglich ist, erweist sie sich für die Feststellung der optimalen Endposition nicht geeignet, da dem beobachteten Scratch stets nur ein, von der Winkelstellung der Kontaktnadel abhängiger Bruchteil der tatsächlichen, in Beobachtungsrichtung ablaufenden Bewegung des Kontaktpads entspricht und damit bei den gegenwärtigen Kontaktpadabmessungen Größenordnungen für die Steuerung der Bewegung zur Verfügung stehen, die im Bereich der maßlichen und zeitlichen Toleranzen der Beobachtungs- und Bewegungseinrichtung liegen. Außerdem wird auf die US 5 091 692 A verwiesen.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen Prober derart auszugestalten, dass bei einer Kontaktierung von Kontaktpads mit geringen Dimensionen bei minimalem Overdrive eine sichere Kontaktierung gewährleistet werden kann. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Kontaktierung einer Kontaktfläche mit einer Kontaktspitze in diesem Prober darzustellen, welches die direkte Beobachtung der Herstellung des Kontaktes zwischen Kontaktspitze und Kontaktfläche gestattet.
Verfahrensseitig wird die Aufgabenstellung gelöst, indem während der vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe die Kontaktspitze entlang zumindest einer im Wesentlichen horizontalen Beobachtungsachse beobachtet wird. Die Beobachtungsachse verläuft erfindungsgemäß in einer Ebene, die einen Abstand zur freien Scheibenoberfläche in ihrer zu erwartenden Endposition aufweist und die tatsächliche Endposition der vertikalen Bewegung wird anhand der derart beobachteten, vertikalen Auslenkung der Kontaktspitze bestimmt. Die im Wesentlichen horizontale Beobachtungsachse schließt dabei auch ein, dass die Beobachtungsachse in einem flachen Winkel gegenüber der freien Scheibenoberfläche geneigt sein kann, beispielsweise wenn auf die Kontaktspitze fokussiert wird.
Aufgrund dieser Richtung der Beobachtungsachse kann die maßgebliche vertikale Bewegung, welche den Kontakt letztendlich herstellt, und die vertikale Auslenkung der Kontaktspitze nach deren Aufsetzen auf der Kontaktfläche direkt beobachtet werden. Aus der Kenntnis der Winkelstellung der Kontaktspitze zur Kontaktfläche kann beispielsweise rechnerisch die optimale vertikale Auslenkung der Kontaktspitze aus ihrer Ruheposition ermittelt werden, welche der optimalen Endposition entspricht, das heißt bei der ein sicherer Kontakt gewährleistet und gleichzeitig das Abgleiten der Kontaktnadel von der Kontaktfläche sicher vermieden wird. Somit kann während der vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe laufend die tatsächliche Auslenkung beobachtet werden, bis die optimale Endposition erreicht ist.
Mit der vorab vorgenommenen genauen horizontalen Positionierung der Kontaktfläche relativ zur Kontaktspitze, so dass nur noch die Bewegung in einer, üblicherweise der vertikalen Richtung zur Herstellung des Kontaktes erforderlich ist, ist für das weitere Kontaktierungsverfahren auch nur noch diese vertikale Bewegung maßgeblich.
Die beschriebenen Größenverhältnisse der Kontaktfläche und der daraus resultierenden möglichen vertikalen Ablenkung bedingen einen sehr kleinen Toleranzbereich zum Erreichen der Endposition, so dass insbesondere nahe der zu erwartenden Endposition eine laufende Beobachtung der Bewegung erforderlich ist. Aus diesem Grund erfolgt die Beobachtung entlang einer Achse, die oberhalb der freien Oberfläche der Halbleiterscheibe in ihrer zu erwartenden Endposition und somit oberhalb der Kontaktspitze verläuft. Besonders vorteilhaft erweist es sich deshalb, wenn dieser Abstand zwischen der Beobachtungsachse und der freien Scheibenoberfläche sehr gering, insbesondere in der Größenordnung von 100 μm, ist und die Beobachtungsachse im Wesentlichen parallel zur Scheibenoberfläche verläuft. Die zu erwartende Endposition kann dabei aus den Maßen des Probers, der Halbleiterscheibe und der Kontaktnadeln sowie aus einem gegebenenfalls erforderlichen Overdrive hinreichend genau ermittelt und bezogen auf die eingestellte Position der Kontaktnadeln oder einen anderen geeigneten gemeinsamen Bezugspunkt festgelegt werden.
Sofern, entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Kontaktspitze im Gegenlicht einer Beleuchtungseinrichtung beobachtet wird, ist die Kontaktspitze und die Kontaktfläche nahe der Endposition ausnehmend kontrastreich zu beobachten.
Die erfindungsgemäße Lage der Beobachtungsachse oberhalb der freien Scheibenoberfläche und die optischen Eigenschaften der Halbleiterscheibe gestatten es in besonders vorteilhafter Weise, während der vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe kurz vor Erreichen der Endposition ein Spiegelbild der Kontaktspitze zu beobachten, welches von der freien Scheibenoberfläche der Halbleiterscheibe erzeugt ist. Während der vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe bewegen sich die Kontaktspitze und deren Spiegelbild aufeinander zu und kommen in der Position in scheinbaren Kontakt, wenn die Kontaktspitze auf die Scheibenoberfläche aufsetzt, das heißt, wenn die Endposition erreicht ist.
Bei dem genannten geringen Abstand der Beobachtungsachse über der freien Scheibenoberfläche ist das Spiegelbild der Kontaktspitze erst zu beobachten, wenn sie sich nahe der zu erwartenden Endposition befindet, jedoch ist insbesondere dadurch eine sehr konturenscharfe Abbildung möglich.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die beschriebenen Möglichkeiten zur Ermittlung der Endposition, der Ermittlung der vertikalen Ausdehnung der Kontaktspitze und der Ermittlung des scheinbaren Kontakts zwischen der Kontaktspitze und ihrem Spiegelbild miteinander kombiniert, indem die Endposition der vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe aus der Position zum Zeitpunkt des scheinbaren Kontakts der Kontaktnadel mit ihrem Spiegelbild und der darauf folgenden vertikalen Auslenkung der Kontaktspitze bestimmt wird. Auf diese Weise wird der Overdrive zur Gewährleistung eines sicheren Kontaktes, beispielsweise auch unter definierten thermischen und wegen der verschiedenen thermischen Ausdehnung der verschiedenen Materialien unter veränderten räumlichen Bedingungen sehr genau einstellbar.
Da die Beobachtung der Bewegung eines Objektes in einer definierten Richtung besonders exakt aus zwei im Wesentlichen rechtwinklig zueinander stehenden Richtung zu verfolgen ist, welche wiederum rechtwinklig zur Bewegungsrichtung stehen, ist es von Vorteil, wenn in einer Ausgestaltung der Erfindung die Beobachtung entlang zweier Beobachtungsachsen erfolgt, welche in der einen Ebene im Wesentlichen rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind.
Grundsätzlich ist die Beobachtungsrichtung bezogen auf die Ausrichtung der Kontaktnadeln beispielsweise zur Beobachtung des Spiegelbildes frei wählbar, jedoch erweist es sich beispielsweise bei einem sehr spitzen Winkel zwischen der Kontaktnadel und der freien Scheibenoberfläche oder bei verschiedenen Spitzengeometrien von Vorteil, wenn die Beobachtungsachse rechtwinklig zur Ausrichtung der Kontaktnadel verläuft, um ein Spiegelbild mit einer deutlich zu erkennenden Spitze zu erzeugen. Des weiteren ist die Beobachtung der vertikalen Auslenkung der Kontaktspitze besonders gut zu beobachten, wenn die Beobachtung rechtwinklig zur Kontaktnadelausrichtung erfolgt. Mit den beiden möglichen Beobachtungsrichtungen kann flexibel den jeweiligen Konstellationen hinsichtlich der Kontaktnadelgeometrie, der erforderlichen Genauigkeit in der Einstellung der Endposition oder der sonstigen räumlichen Gegebenheiten entsprochen werden, Aus diesem Grund ist es ebenfalls dienlich, dass der Ablauf der Kontaktierung der Kontaktfläche in der Draufsicht beobachtet wird. Auf diese Weise ist gegebenenfalls ein Scratch in der bekannten Weise ebenso zu beobachten, wie eine Drift der Kontaktfläche in horizontaler Richtung im Verlaufe deren vertikaler Bewegung.
Anordnungsseitig wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Beobachtungseinrichtung mit einer Beobachtungsachse derart angeordnet ist, dass die Beobachtungsachse in dem Abstand zwischen der freien Scheibenoberfläche und der oder den Haltevorrichtungen und dabei in Höhe der Kontaktspitzen oder in der Größenordnung von 100 μm darüber verläuft.
Mittels dieser Beobachtungseinrichtungen können die Kontaktnadeln bei dem Kontaktieren der Kontaktpads einer genauen Beobachtung unterzogen werden. Somit kann beispielsweise genau das Maß des erreichten Overdrive ermittelt werden und bei einem festgelegten Maß die vertikale Bewegung eingestellt werden.
Es ist dabei zweckmäßig, dass die Beobachtungsachse im wesentlichen waagerecht und parallel zu der freien Scheibenoberfläche verläuft. Damit wird erreicht, dass die Haltevorrichtungen der oder andere Bauteile nicht die Sicht auf die Kontaktnadeln behindern.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass gegenüber der Beobachtungseinrichtung eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Beleuchtungsachse so angeordnet ist, dass die Beleuchtungsachse und die Beobachtungsachse auf einer gemeinsamen optischen Achse liegen, die durch den Abstand zwischen der freien Scheibenoberfläche und der oder den Haltevorrichtungen verläuft. Damit arbeitet die Beobachtungseinrichtung nach dem Gegenlichtprinzip, wodurch eine konturenscharfe Abbildung der Kontaktnadeln erreicht werden kann.
Grundsätzlich ist es möglich, die Kontaktnadeln mittels einzelner Sondenhalter in ihrer Position einzustellen und zu halten. Insbesondere bei produktiven Probern ist es jedoch zweckmäßig, dass als Haltevorrichtung für die Kontaktnadeln eine Probecard eingesetzt wird, auf deren einer Seite die Kontaktnadeln angeordnet sind, die mittels eines Probecardhalters mit der Sondenhalterplatte verbunden ist und die optische Achse zwischen der Kontaktnadelseite und der Scheibenoberfläche verläuft.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen dass Beobachtungseinrichtung aus einem Beobachtungsmittel und einem Beobachtungsobjektiv und Beleuchtungseinrichtung aus einer Lichtquelle und einer Beleuchtungsoptik bestehen. Zumindest das Beobachtungsobjektiv und die Beleuchtungsoptik sind unter der Sondenhalterplatte angeordnet und mit dieser verbunden. Sie weisen einen die Bewegung der Spannvorrichtung frei gebenden Abstand zueinander auf. Somit wird gewährleistet, dass die Spannvorrichtung so verfahren werden kann, dass jeder Punkt der Halbleiterscheibe kontaktierbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine sogenannte Köhler'sche Beleuchtung dadurch realisiert, dass der Fokus des Beleuchtungsoptik und der Fokus des Beobachtungsobjektives im Bereich der Kontaktnadeln liegt, wodurch eine besonders scharfe und kontrastreiche Abbildung ermöglicht wird.
Zur einfachen und bequemen Handhabung und zur weiteren Verwendung der Beobachtungsergebnisse für eine Regelung oder eine automatische Steurung beispielsweise der Bewegungseinrichtung ist es zweckmäßig, dass als Beobachtungsmittel eine CCD-Kamera eingesetzt wird.
Die Erfindung soll anschließend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung eines Probers in Schnittdarstellung.
Der Prober 1 weist ein Grundgestell 2 auf, an dem über eine Halterung 3 eine Sondenhalterplatte 4 befestigt in einem Abstand angeordnet ist.
Unterhalb der Sondenhalterplatte 4 ist eine Bewegungseinrichtung 5 mit dem Grundgestell 2 verbunden, die in einer horizontalen x-, einer senkrecht dazu liegenden horizontalen y-Richtung und einer vertikalen z-Richtung beweglich und um eine vertikale Drehachse um einen Winkel φ drehbar gestaltet ist.
Auf dieser Bewegungseinrichtung 5 ist eine Spannvorrichtung 6 angeordnet, die durch die Bewegungen der Bewegungseinrichtung 5 führbar ist.
Auf die Spannvorrichtung 6 wird zum Testen eine Halbleiterscheibe 7 aufgelegt, die mit einer Anzahl nicht näher dargestellter Kontaktflächen in Form von Kontaktpads versehen ist. Zur Kontaktierung dieser Kontaktpads ist eine Kontaktnadel 8 vorgesehen, die auf einer Probecard 9 angeordnet ist. Die Probecard 9 ist über Probecardhalter 10 an der Unterseite der Sondenhalterplatte 4 befestigt. Die Kontaktnadel 8 ist dann nach unten gerichtet und kontaktiert das Kontaktpad auf der nach oben gerichteten freien Scheibenoberfläche 11 der Halbleiterscheibe 7. Zwischen der Probecard 9 und der freien Scheibenoberfläche 11 ist ein Abstand 12 vorgesehen, welcher in jener Position der Halbleiterscheibe 7, in der der Kontakt zwischen Kontaktnadel 8 und Kontaktpad hergestellt ist, durch die Kontaktnadel 8 überbrückt ist.
In der schematischen Darstellung des Probers 1 ist nur eine Kontaktnadel 8 berücksichtigt, es ist jedoch ebenso die Anordnung mehrerer Kontaktnadeln 8 denkbar, die in genau dem Muster angeordnet sind, welches die Kontaktpads auf der Halbleiterscheibe 7 aufweisen. Die Kontaktnadeln 8 kontaktieren in diesem Fall mehrere Kontaktpads gleichzeitig, wobei infolge einer übereinstimmenden vertikalen Anordnung aller Spitzen der Kontaktnadeln 8 (Kontaktspitzen) zur Herstellung des Kontaktes nur eine Kontaktspitze beobachtet werden muss.
Grundsätzlich ist die Erfindung auch nicht auf die dargestellte Kontaktierung der Halbleiterscheibe 7 beschränkt. Es ist beispielsweise auch eine Unterseitenkontaktierung möglich, wenn die freie Scheibenoberfläche 11 nach unten und die Kontaktnadeln 8 nach oben gerichtet sind, um beispielsweise eine Rückseitenbeobachtung der Halbleiterscheibe 7 vorzunehmen. Im Ausführungsbeispiel ist jedoch nur die Kontaktierung von oben her dargestellt.
Seitlich von den Probecardhaltern 10 und in einem Abstand 13 zueinander, der eine Verfahrbarkeit der Spannvorrichtung 6 in dem Maße zulässt, dass jeder Punkt auf der freien Scheibenoberfläche 11 kontaktierbar ist, ist eine Beleuchtungsoptik 14 und ein Beobachtungsobjektiv 15 an der Unterseite der Sondenhalterplatte 4 befestigt. Die Beleuchtungsoptik 14 weist eine Beleuchtungsachse und das Beobachtungsobjektiv 15 eine Beobachtungsachse auf, die beide auf einer gemeinsamen optischen Achse 16 liegen, die durch den Bereich der Kontaktnadeln 8 verläuft.
Auf der den Kontaktnadeln 8 abgewandten Seite der Beleuchtungsoptik 14 ist eine Lichtquelle 17 und auf der den Kontaktnadeln 8 abgewandten Seite des Beobachtungsobjektivs 15 eine CCD-Kamera 18 als Beobachtungsmittel angeordnet. Lichtquelle 17 und Beleuchtungsoptik 14 bilden dabei eine Beleuchtungseinrichtung 19 und Beobachtungsobjektiv 15 und CCD-Kamera 18 bilden eine Beobachtungseinrichtung 20. Dabei ist die Beleuchtungsoptik 14 so eingestellt, dass der Fokus der Beleuchtungseinrichtung 19 im Bereich der Kontaktnadeln 8 liegt. In gleicher Weise ist das Beobachtungsobjektiv 15 so eingestellt, dass der Fokus der Beobachtungseinrichtung 20 im Bereich der Kontaktnadeln 8 liegt. Mit dieser Anordnung der Beleuchtungseinrichtung 19 und der Beobachtungseinrichtung 20 wird es möglich, die Kontaktnadeln 8 im Gegenlicht zu beobachten.
Zur Kontaktierung wird die Halbleiterscheibe 7 zunächst horizontal derart ausgerichtet, dass sich das zu kontaktierende Kontaktpad genau mittig und senkrecht unter der Spitze der Kontaktnadel 8 mit einem Abstand zur Spitze befindet. Diese horizontale Ausrichtung erfolgt bevorzugt in einer von der Messposition entfernten und somit gut zugänglichen Stellung der Spannvorrichtung 6, indem die Stellung der Spitze der Kontaktnadel 8 bezogen auf einen festen Bezugspunkt zuzüglich einer in x- und y-Richtung genau definierten Distanz für den Mittelpunkt des Kontaktpads, bezogen auf den selben Bezugspunkt, exakt eingestellt und anschließend diese Distanz mittels der Bewegungseinrichtung 5 auf Null gefahren wird.
Nachfolgend wird die Halbleiterscheibe 7 mittels der Bewegungseinrichtung 5 bis auf einen geringen Abstand zwischen dem Kontaktpad und der Kontaktspitze vertikal vorpositioniert. Der Kontakt wird von dieser Position des Kontaktpads ausgehend durch die weitere, mittels Feinvortrieb vorgenommene vertikale Bewegung der Halbleiterscheibe 7 hergestellt.
Die Beobachtung der Kontaktnadel geschieht während dieser vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe 7 kurz vor der Kontaktierung und während der Kontaktierung der Kontaktnadel 8 auf dem Kontaktpad. Dabei wird die Halbleiterscheibe 7, die auf der Spannvorrichtung 6 fest aufgespannt ist, mittels der Bewegungseinrichtung 5 von unten gegen die Kontaktnadel 8 gefahren. Sobald sich die Halbleiterscheibe in unmittelbarer Nähe der Kontaktspitze befindet, wird das Spiegelbild der Kontaktspitze sichtbar und beide bewegen sich aufeinander zu. Treffen Spiegelbild und Bild der Kontaktnadel zusammen, ist nur noch ein minimaler Abstand von wenigen Mikrometern zwischen Kontaktnadel 8 und Kontaktpad vorhanden oder die Kontaktnadel trifft auf das Kontaktpad auf. Ab dem Aufsetzen fängt die Kontaktnadel an sich elastisch zu verformen. Diese Verformung kann mittels der CCD-Kamera 18 festgestellt werden. Bei einem bestimmten Grad der Verformung kann dann beispielsweise die z-Bewegung gestoppt werden. Somit wird gewährleistet, dass der Overdrive nicht zu einem Abgleiten der Kontaktnadel 8 von dem Kontaktpad führt.
Bezugszeichenliste

1: Prober
2: Grundgestell
3: Halterung
4: Sondenhalterplatte
5: Bewegungseinrichtung
6: Spannvorrichtung
7: Halbleiterscheibe
8: Kontaktnadel
9: Probecard
10: Probecardhalter
11: freie Scheibenoberfläche
12: Abstand
13: Abstand
14: Beleuchtungsoptik
15: Beobachtungsobjektiv
16: optische Achse
17: Lichtquelle
18: CCD-Kamera
19: Beleuchtungseinrichtung
20: Beobachtungseinrichtung

Claims

Verfahren zur Kontaktierung einer Kontaktfläche mit der Kontaktspitze einer Kontaktnadel in einem Prober, wobei die Kontaktfläche auf der freien Scheibenoberfläche einer ebenen Halbleiterscheibe angeordnet ist, indem die Halbleiterscheibe mittels einer Bewegungseinrichtung zunächst horizontal so positioniert wird, dass die Kontaktfläche und die Kontaktspitze übereinander und beabstandet zueinander stehen und die Halbleiterscheibe anschließend vertikal in Richtung der Kontaktspitze bewegt wird, bis ein Kontakt der Kontaktspitze mit der Kontaktfläche hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass während der vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe (7), vor und während der Kontaktierung der Kontaktnadel (8) auf der Kontaktfläche, die Kontaktspitze der Kontaktnadel (8) entlang zumindest einer im Wesentlichen horizontalen Beobachtungsachse beobachtet wird, die im Wesentlichen waagerecht und parallel zu der freien Scheibenoberfläche (1) verläuft sowie in einer Ebene verläuft, die einen Abstand zur freien Scheibenoberfläche (11) in ihrer zu erwartenden Endposition aufweist und die tatsächliche Endposition der vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe (7) anhand der beobachteten vertikalen Auslenkung der Kontaktspitze während der Kontaktierung bestimmt wird.
Verfahren zur Kontaktierung einer Kontaktfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Bewegung der Halbleiterscheibe (7) entlang einer Beobachtungsachse beobachtet wird, welche in einer zur freien Scheibenoberfläche (11), in ihrer zu erwartenden Endposition, in der Größenordnung von 100 μm beabstandeten, Ebene verläuft.
Verfahren zur Kontaktierung einer Kontaktfläche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktspitze im Gegenlicht einer Beleuchtungseinrichtung (19) beobachtet wird.
Verfahren zur Kontaktierung einer Kontaktfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe (7) die Kontaktspitze und deren von der freien Scheibenoberfläche (11) der Halbleiterscheibe (7) erzeutes Spiegelbild beobachtet und die vertikale Bewegung der Halbleiterscheibe (7) frühestens zu dem Zeitpunkt beendet wird, zu dem ein scheinbarer Kontakt der Kontaktspitze mit seinem Spiegelbild hergestellt ist.
Verfahren zur Kontaktierung einer Kontaktfläche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endposition der vertikalen Bewegung der Halbleiterscheibe (7) aus der Position zum Zeitpunkt des scheinbaren Kontakts der Kontaktnadel (8) mit ihrem Spiegelbild und der darauf folgenden vertikalen Auslenkung der Kontaktspitze bestimmt wird.
Verfahren zur Kontaktierung einer Kontaktfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtung entlang zweier Beobachtungsachsen erfolgt, welche in der einen Ebene im Wesentlichen rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind.
Verfahren zur Kontaktierung einer Kontaktfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablauf der Kontaktierung der Kontaktfläche auch in der Draufsicht beobachtet wird.
Prober mit einem Grundgestell, mit dem eine Spannvorrichtung über eine Bewegungseinrichtung verbunden ist, auf die eine ebene Halbleiterscheibe unter Freiliegen einer freien Scheibenoberfläche aufspannbar ist, wobei die Spannvorrichtung in vertikaler Z-Richtung sowie in einer horizontalen x-Richtung und einer senkrecht dazu liegenden horizontalen y-Richtung verfahrbar ist, mit Kontaktnadeln und deren Kontaktspitzen die der freien Scheibenoberfläche gegenüber liegend angeordnet und in einer oder mehreren Haltevorrichtungen gehalten sind, wobei die Haltevorrichtungen einen Abstand zu der freien Scheibenoberfläche aufweisen und mit einer Sondenhalterplatte verbunden sind, die ihrerseits über der Spannvorrichtung angeordnet und mit dem Grundgestell verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beobachtungseinrichtung (20) zur Beobachtung der Kontaktspitzen mit einer Beobachtungsachse derart angeordnet ist, dass die Beobachtungsachse im wesentlichen waagerecht und parallel zu der freien Scheibenoberfläche (11) verläuft und die Beobachtungsachse in dem Abstand (12) zwischen der freien Scheibenoberfläche (11) und der oder den Haltevorrichtungen (9) in Höhe der Kontaktspitzen oder in der Größenordnung von 100 μm darüber, in Richtung der Sondenhalterplatte (4), verläuft.
Prober nach einem der Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der Beobachtungseinrichtung (20) eine Beleuchtungseinrichtung (19) mit einer Beleuchtungsachse so angeordnet ist, dass die Beleuchtungsachse und die Beobachtungsachse auf einer gemeinsamen optischen Achse (16) liegen, die durch den Abstand (12) zwischen der freien Scheibenoberfläche (11) und der oder den Haltevorrichtungen (9) verläuft.
Prober nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Haltevorrichtung für die Kontaktnadeln (8) eine Probecard (9) eingesetzt wird, auf deren einer Seite die Kontaktnadeln (8) angeordnet sind, die mittels eines Probecardhalters (10) mit der Sondenhalterplatte (4) verbunden ist und die optische Achse (16) zwischen der Kontaktnadelseite der Probecard (9) und der Scheibenoberfläche (11) verläuft.
Prober nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtungseinrichtung (20) aus einem Beobachtungsmittel (18) und einem Beobachtungsobjektiv (15) und die Beleuchtungseinrichtung (19) aus einer Lichtquelle (17) und einer Beleuchtungsoptik (14) bestehen und zumindest das Beobachtungsobjektiv (15) und die Beleuchtungsoptik (14) unter der Sondenhalterplatte (4) angeordnet und mit dieser verbunden sind und einen die Bewegung der Spannvorrichtung (6) frei gebenden Abstand (13) zueinander aufweisen.
Prober nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokus der Beleuchtungsoptik (14) und der Fokus des Beobachtungsobjektives (15) im Bereich der Kontaktspitzen liegt.
Prober nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Beobachtungsmittel eine CCD-Kamera (18) eingesetzt wird.