DE102007046446A1 - Method for adjusting measuring needles - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur automatischen Justierung von Messnadeln (3) relativ zu Oberflächen von Prüflingen, wie elektronischen Bauelementen, wobei die Messnadeln zum elektrischen Prüfen relativ zum Prüfling verfahren werden und nach dem Aufsetzen und Kontaktieren entsprechend elektrisch prüfen, wobei mittels eines optischen Sensors die Lage von Messnadeln (3) mit dem Auflichtprinzip zu einem vorgebbaren Zeitpunkt in einem Prüfsystem erkannt wird, eine Bildverarbeitung Fehlstellungen hinsichtlich einer Verdrehung einer Gruppe von Messnadeln ermittelt und bei wesentlichen Fehlstellungen eine mit mehreren Messnadeln bestückte Messnadelspinne (1) mittels eines Stellantriebs in die korrekte Lage gedreht wird.Method for the automatic adjustment of measuring needles (3) relative to surfaces of specimens, such as electronic components, the measuring needles being moved relative to the specimen for electrical testing and correspondingly electrically tested after fitting and contacting, whereby the position of measuring needles ( 3) is detected with the incident light principle at a predeterminable time in a test system, an image processing determined malpositions with respect to a rotation of a group of measuring needles and in essential misalignments equipped with a plurality of measuring needles measuring needle spider (1) is rotated by means of an actuator in the correct position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justierung von Messnadeln zum genauen Kontaktieren von elektrisch zu testenden Bauelementen mittels mehrerer Messnadelspitzen gleichzeitig.The The invention relates to a method for the adjustment of measuring needles for Precise contacting of electrically testable devices by means of several Measuring needle tips at the same time.

Zum elektrischen Testen von Baugruppen, Chips auf Wafern oder sonstigen elektronischen Komponenten wird das zu testende Objekt mit den Messnadelspitzen eines Messinstrumentes kontaktiert und die Messung wird gestartet. Eine Anwendungsmöglichkeit des Messverfahrens ist der Wafer-Test. Auf einem Wafer sind beispielsweise mehrere Halbleiterbauelemente, die sogenannten Chips aufgebracht. Jeder Chip besitzt Messstellen für die elektrische Messung, sogenannte Pads. Beim elektrischen Wafer-Test werden die Messnadeln auf die hierfür vorgesehenen Pads aufgesetzt und anschließend wird die Funktion des elektronischen Bauteils geprüft. Zum Kontaktieren wird der Wafer derart angehoben, dass die Messnadeln des Messsystems die Pads des Messobjektes elektrisch kontaktieren. Dabei werden sämtliche kontaktierten Pads von den Messnadeln elektrisch kontaktiert. Die Messnadeln werden im Bezug zur Chiplage und zur Lage der Chipmatrix derart positioniert, dass ein fehlerfreies Kontaktieren sämtlicher Chips des Wafers möglich ist.To the electrical testing of assemblies, chips on wafers or other electronic components becomes the object to be tested with the measuring needle tips a measuring instrument contacted and the measurement is started. An application possibility the measurement method is the wafer test. For example, on a wafer several semiconductor devices, the so-called chips applied. Each chip has measuring points for the electrical measurement, so-called pads. At the electrical wafer test The measuring needles are placed on the pads provided for this purpose and subsequently the function of the electronic component is checked. To the Contact the wafer is raised so that the measuring needles of the measuring system electrically contact the pads of the measurement object. there be all contacted pads electrically contacted by the measuring needles. The Measuring needles are related to the chip position and to the position of the chip matrix positioned such that a faultless contacting of all Chips of the wafer is possible.

Bisher war es notwendig, dass ein Einrichter nach definierten zeitlichen Intervallen oder vor jedem Prüfvorgang die sogenannten Messkarten mit darauf befindlichen Messspinnen mit entsprechenden Messnadeln unter einem Mikroskop justieren musste. Ziel ist jeweils die Messnadeln möglichst optimal auf die elektrischen Anschlussflecken, die Pads, auszurichten wenn das Messsystem mit den Messnadeln jeweils auf zu prüfende elektronische Strukturen aufsetzt. Durch das bei einer Prüfung notwendige Anfahren, in Position fahren, und Kontaktieren von Chips werden auf den Pads Nadelabdrücke erzeugt. Diese Nadelabdrücke werden vom Einrichter unter dem Mikroskop analysiert und gegebenenfalls wird der Einrichtvorgang bis zum Erreichen eines befriedigenden Messergebnisses wiederholt.So far It was necessary for a setter to be defined in terms of time Intervals or before each test procedure the so-called measuring cards with thereon spiders with had to adjust corresponding measuring needles under a microscope. The aim is the measuring needles as optimally as possible on the electrical Pads, the pads, align when the measuring system with each of the measuring needles to be tested electronic structures. By the necessary in an examination Starting, driving into position, and contacting chips on the pads needleprints generated. These needleprints are analyzed by the installer under the microscope and if necessary the setup process will be satisfactory until it reaches a satisfactory level Measurement result repeated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Justierung von Messnadeln zur Kontaktierung bei der elektrischen Prüfung von elektronischen Baugruppen oder Wafern bereitzustellen, wobei Fehlpositionierungen im Prüfvorgang vermieden werden.Of the Invention is based on the object, a method for adjustment of measuring needles for contacting in the electrical testing of provide electronic assemblies or wafers, with mispositioning in the inspection process be avoided.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombination entsprechend dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.The solution This task is done by the combination of features accordingly the main claim. Advantageous embodiments are the dependent claims remove.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Lage von Messnadelspitzen oder allgemein einer Gruppe von Messnadeln zu einem bestimmten vorgebbaren Zeitpunkt vor den eigentlichen Testvorgängen oder nach dem Einsetzen einer neuen Messnadelspinne mit mehreren Messnadeln unter Einsatz eines zweidimensionalen Kamerasystems und mittels mindestens eines Stellantriebes zunächst erfassbar ist, eine Fehlstellung erkennbar ist und eine Nachführung in eine optimale Lage durchführbar ist. Somit ist für mindestens einen, meist eine Vielzahl, von Testvorgängen die Gruppe von Messnadeln optimal positioniert und ausgerichtet. Optimal bedeutet, dass eine Vielzahl von gleichzeitig verfahrbaren Messnadeln mit entsprechenden Messnadelspitzen gleichzeitig auf eine zu testenden Oberfläche von Prüflingen aufsetzen.Of the The invention is based on the finding that the position of measuring needle tips or in general a group of measuring needles to a certain predeterminable Time before the actual testing or after insertion a new measuring needle spider with several measuring needles under use a two-dimensional camera system and by means of at least one Actuator first detectable is, a misalignment is recognizable and a tracking in an optimal location feasible is. Thus, for at least one, usually a multitude, of the test procedures Group of measuring needles optimally positioned and aligned. Optimal means a variety of simultaneously movable needles with corresponding needle tips simultaneously on one to be tested surface of test pieces put on.

Es werden die Messnadelspitzen im Wesentlichen unterhalb der Messstation im Auflicht beleuchtet und deren Bild wird nach der Übertragung mit entsprechenden Spiegeleinheiten in einer Kamera erzeugt, analysiert und hinsichtlich einer rotatorischen Fehlstellung um die Z-Achse untersucht. Mittels entsprechender Überwachung wird eine Messnadelkarte in einer vorhandenen rotatorischen Fehlstellung erkannt und in der Positionierung korrigiert, indem Sie um die Z-Achse gedreht wird. Somit ist insgesamt die Anordnung einer Vielzahl von Messnadelspitzen derart ausgerichtet dass sie eine große An zahl von Prüfvorgängen parallel beziehungsweise gleichzeitig auf den zu prüfenden Oberflächen aufsetzt. So wird ein bestimmtes elektronisches Bauteil, welches beispielsweise auf einen Wafer vorhanden ist, kurz mit den Messnadeln angefahren, kurz kontaktiert und elektrisch überprüft. Der entsprechende Vorgang wiederholt sich für eine große Anzahl von nebeneinander liegenden Bauelementen.It the measuring needle tips are essentially below the measuring station illuminated in reflected light and their image is transmitted after transmission generated with corresponding mirror units in a camera, analyzed and with respect to a rotational misalignment about the Z axis examined. By means of appropriate monitoring becomes a measuring needle card detected in an existing rotational misalignment and in the Corrected positioning by rotating around the Z-axis. Thus, overall, the arrangement of a plurality of measuring needle tips is such that they are a big one Parallel to a number of test procedures or simultaneously on the surfaces to be tested. Thus, a particular electronic component, which for example on a wafer, briefly hit with the measuring needles, briefly contacted and electrically checked. Of the corresponding process is repeated for a large number of side by side lying components.

Im Folgenden werden anhand von schematischen begleitenden Figuren, die die Erfindung jedoch nicht einschränken, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben.in the The following will be described with reference to schematic accompanying figures, but not limit the invention, as in the embodiment described.

1 zeigt, eine Messnadelspinne bestehend aus einem Messnadelring auf dem Messnadeln aufgebracht sind, 1 shows a measuring needle spider consisting of a measuring needle ring are mounted on the measuring needles,

2 zeigt, eine Messplatte mit darin verdrehbar gelagerter Messnadelkarte und darin enthaltener Messnadelspinne, 2 1 shows a measuring plate with a measuring needle card rotatably mounted therein and a measuring needle spider contained therein,

3 zeigt, einen Messaufbau zur Messung der Verdrehung um die z-Achse. 3 shows a measurement setup for measuring the rotation about the z-axis.

1 zeigt eine Messnadelspinne 1, die aus einem Metall-Anschlussring 2 besteht, der Messnadeln 3 aufnimmt, wobei die Messnadeln mit ihren Messnadelspitzen in den inneren Bereich des Rings hineinragen und nach unten hervor stehen. Die Messnadelspitzen 4 sind in einer vorgegebenen gegenseitigen Anordnung ausgerichtet, insbesondere liegen die Messnadelspitzen 4 möglichst auf einer Geraden. Das Koordinatensystem 8 der Messnadeln ist in 1 angedeutet, wobei die z-Achse senkrecht auf der Bildebene steht. 1 shows a measuring needle spider 1 made of a metal connecting ring 2 consists of the measuring needles 3 The measuring needles protrude with their needle tips in the inner region of the ring and stand down. The measuring needle tips 4 are in a given ge aligned genseitigen arrangement, in particular are the measuring needle tips 4 if possible on a straight line. The coordinate system 8th the measuring needles is in 1 indicated, wherein the z-axis is perpendicular to the image plane.

2 zeigt die Messspinne 1, die in einer so genannten Messnadelkarte 6 aufgenommen ist, wobei das Koordinatensystem 8 der Messnadeln 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 2 dargestellt ist. 2 shows the spider 1 which are in a so-called measuring card 6 is included, where the coordinate system 8th the measuring needles is indicated by broken lines accordingly. The measuring needle card 6 is in a measuring plate 7 recorded, their coordinate system 9 with the coordinates xp and yp in 2 is shown.

Der Metallanschlussring 2 kann zusammen mit der Messnadelkarte 6 gegenüber der Messplatte 7 verdreht sein, wie in 2 dargestellt. Dies bedeutet eine Fehlstellung der Messnadeln bei Prüfverfahren, die mit den Messnadeln an Chips auszuführen sind.The metal connection ring 2 can be used together with the measuring needle card 6 opposite the measuring plate 7 be twisted, as in 2 shown. This means a misalignment of the measuring needles in test methods that are performed with the measuring needles on chips.

Eine Anordnung nach 3 zeigt in der Seitenansicht, dass die Messplatte 7 allgemein parallel zum Werkstückträger mit darauf befindlichem Messobjekt, beispielsweise einem Wafer 11, ausgerichtet ist.An arrangement after 3 shows in the side view that the measuring plate 7 generally parallel to the workpiece carrier with thereon measuring object, such as a wafer 11 , is aligned.

3 zeigt das Gesamtmesssystem, wobei eine so genannte Messnadelüberwachung einerseits das System auf rotatorische Fehlstellungen überwacht und damit Daten von einer Bildanalyse berücksichtigt. Die Bildanalyse greift auf Daten des optischen Sensors, insbesondere einer zweidimensional auflösenden Kamera 18 zurück, die Teil des optischen Sensors ist. Mit angedeutet ist das Koordinatensystem 8 der Messnadeln 3. Die Objektbeleuchtung geschieht nach dem Auflichtprinzip. Der optische Sensor weist eine Beleuchtung 13 auf, die die Messnadeln 4 im Durchlichtsystem mittels eines Messstrahls 17 und über einen Umlenkspiegel 14 in die Kamera 18 abbilden. Die Bildanalyse ergibt Daten hinsichtlich der Prüfung, ob eine Verdrehung vorliegt oder nicht. 3 shows the total measuring system, whereby a so-called measuring needle monitoring on the one hand monitors the system for rotatory misalignments and thus takes into account data from an image analysis. The image analysis accesses data of the optical sensor, in particular a two-dimensionally resolving camera 18 back, which is part of the optical sensor. Indicated is the coordinate system 8th the measuring needles 3 , The object illumination happens according to the incident light principle. The optical sensor has a lighting 13 on that the measuring needles 4 in the transmitted light system by means of a measuring beam 17 and a deflection mirror 14 into the camera 18 depict. The image analysis gives data regarding the check whether there is a twist or not.

Ausgehend von einer Fehlstellung in Form einer Verdrehung entsprechend 2 wird eine Korrektur der Nadeln vorgenommen und eine genaue rotatorische Ausrichtung erzielt. Zur optischen Abbildung wird eine zweidimensional auflösende CCD-Kamera verwendet. Die Abbildung der Nadeln und deren Spitzen erfolgt im Auflichtprinzip. Hierzu beleuchtet eine Lichtquelle 13 die Messnadeln 3 und deren Spitzen 4. Die Lichtquelle kann mittels Licht emittierender Dioden betrieben werden.Starting from a malposition in the form of a twist accordingly 2 a correction of the needles is made and achieved an accurate rotational alignment. For optical imaging, a two-dimensionally resolving CCD camera is used. The illustration of the needles and their tips is done in the incident light principle. For this illuminates a light source 13 the measuring needles 3 and their tips 4 , The light source can be operated by means of light-emitting diodes.

Der Chuck 12 wird derart verfahren, dass die Messnadeln mittels des Sensors nach dem Auflichtprinzip beleuchtet werden und eine Verdrehung einer Nadelgruppe geschieht vor dem Prüf vorgang. Aufgrund der automatischen Nachjustierung lassen sich die Kontaktfahrten während des Prüfvorgangs verkürzen. Die Chipoberflächen und die Messnadeln werden weniger stark belastet, was die Reduzierung von Chipausfällen zur Folge hat. Weiterhin wird der Messnadelverschleiß minimiert.The chuck 12 The procedure is such that the measuring needles are illuminated by the sensor according to the incident light principle and a rotation of a needle group happens before the test process. Due to the automatic readjustment, the contact runs can be shortened during the test procedure. The chip surfaces and the measuring needles are less heavily loaded, resulting in the reduction of chip failures. Furthermore, the measuring needle wear is minimized.

Die Verstellbereiche liegen im μm-Bereich. Im Strahlengang des optischen Sensors kann mindestens ein Umlenkspiegel enthalten sein. Maßgeblich für die parallele Ausrichtung ist die Oberfläche, beispielsweise eines Wafers oder eine Baugruppe.The Adjustment ranges are in the μm range. in the Beam path of the optical sensor can be at least one deflection mirror be included. decisive for the parallel alignment is the surface, such as a wafer or an assembly.

Anhand der Figuren ist klar dargestellt, dass sich eine Messnadelspinne 1 an einer Messnadelkarte 6 abstützt und die Messnadelkarte 6 wiederum in eine Messplatte 7 eingebaut ist. Zur Justierung der Messnadellage insbesondere bezüglich einer Fehlstellung durch Verdrehung wird entweder die Messnadelspinne oder die Messnadelkarte in der Drehlage korrigiert.The figures clearly show that there is a measuring needle spider 1 on a measuring map 6 supports and the measuring needle card 6 turn into a measuring plate 7 is installed. For adjusting the measuring needle position, in particular with respect to a misalignment by rotation, either the measuring needle spider or the measuring needle card is corrected in the rotary position.

Entsprechend 2 wird in jedem Fall ein Korrekturwinkel 15 zur Korrektur einer winkelbezogenen Fehlstellung mittels eines Stellantriebes berücksichtigt, so dass insbesondere die Messnadelspitzen 4 in einem Koordinatensystem des übergreifenden Systems derart ausgerichtet sind, dass sie bei Prüfvorgängen optimal auf zu testende Bauelemente aufsetzen können.Corresponding 2 will in any case be a correction angle 15 taken into account for the correction of an angle-related misalignment by means of an actuator, so that in particular the measuring needle tips 4 are aligned in a coordinate system of the overall system so that they can optimally put on test components during testing.

In 3 sind die wesentlichen Bestandteile des optischen Sensors in Form der Beleuchtung 13, einer zusätzlichen Beleuchtung 16 und 19, der Kamera 18 und dem entsprechenden Strahlengang 17 dargestellt, wobei eine Bildverarbeitung für die Justierung der Messkarte 6 beziehungsweise der Messnadelspitzen eingesetzt wird.In 3 are the essential components of the optical sensor in the form of lighting 13 , an additional lighting 16 and 19 , the camera 18 and the corresponding beam path 17 illustrated, wherein an image processing for the adjustment of the measuring card 6 or the measuring needle tips is used.

Der optische Sensor prüft eine Fehlstellung der Messnadelspitzen insbesondere unterhalb des Messanordnung. Zur Abbildung der Messnadelspitzen oder größerer Teile der Messnadeln wird mindestens ein Umlenkspiegel verwendet, welcher direkt oder indirekt fest mit der oberen Linearachse des Chuckan triebs verbunden ist. Mindestens ein Umlenkspiegel kann auch mit der auf der oberen Linearachse sitzenden Rotationsachse oder dem hierauf sitzenden Chuck verbunden sein.Of the optical sensor checks a malposition of the measuring needle tips, in particular below the measuring arrangement. For imaging the measuring needle tips or larger parts of the measuring needles At least one deflection mirror is used, which is direct or indirectly connected to the upper linear axis of the Chuckan drive is. At least one deflection mirror can also be used with the on the top Linear axis sitting axis of rotation or sitting on it Be connected to Chuck.

Ein Umlenkspiegel kann alternativ als Strahlteiler dargestellt werden. Dies ermöglicht eine zusätzliche Beleuchtung aus einer weiteren Richtung.One Deflection mirror can alternatively be represented as a beam splitter. this makes possible an additional Lighting from another direction.

Zur weiteren Beleuchtung der Messnadel ist eine zusätzliche Lichtquelle, die über einen Umlenkspiegel oder Strahlteiler einkoppelt, vorgesehen. Anstelle eines Umlenkspiegels kann auch ein optischer Sensor mit integrierter Lichtquelle verwendet werden.to Further illumination of the measuring needle is an additional light source, which has a Deflecting mirror or beam splitter coupled, provided. Instead of a deflection mirror can also be an optical sensor with integrated Be used light source.

Aufgrund automatisch einstellbaren Nadelpositionen kann sichergestellt werden, dass die Messnadeln im Rahmen der Kontaktfahrten bei den später auszuführenden Prüfverfahren beziehungsweise Kontaktfahrten auf die Pads treffen und nicht auf Regionen elektrisch kontaktieren, die nicht dafür vorgesehen sind. Zusätzlich kann die Messnadelqualität automatisch beurteilt werden. Verschlissene oder beschädigte Messnadeln werden rechtzeitig erkannt. Die elektronischen Bauelemente werden durch diese elektrischen Testvorgänge weniger belastet.by virtue of automatically adjustable needle positions can be ensured that the needles in the context of the contact trips at the later to be executed test methods or contact runs on the pads and not on Electrically contact regions that are not intended. In addition, can the measuring needle quality be judged automatically. Worn or damaged needles be recognized in time. The electronic components are going through these electrical tests less burdened.

Claims (7)

Verfahren zur automatischen Justierung von Messnadeln (3) relativ zu Oberflächen von Prüflingen, wie elektronischen Bauelementen, wobei die Messnadeln zum elektrischen Prüfen relativ zum Prüfling verfahren werden und nach dem Aufsetzen und Kontaktieren entsprechend elektrisch Prüfen, dadurch gekennzeichnet, dass – mittels eines optischen Sensors die Lage von Messnadeln (3) mit dem Auflichtprinzip zu einem vorgebbaren Zeitpunkt in einem Prüfsystem erkannt wird, – eine Bildverarbeitung Fehlstellungen hinsichtlich einer Verdrehung einer Gruppe von Messnadeln ermittelt, und – bei wesentlichen Fehlstellungen eine mit mehreren Messnadeln bestückte Messnadelspinne (1) mittels eines Stellantriebs in die korrekte Lage gedreht wird.Method for the automatic adjustment of measuring needles ( 3 ) relative to surfaces of specimens, such as electronic components, wherein the measuring needles are moved relative to the DUT for electrical testing and according to touchdown and contacting according electrically test, characterized in that - by means of an optical sensor, the position of measuring needles ( 3 ) is detected with the incident light principle at a predeterminable time in a test system, - an image processing determines misalignments with respect to a rotation of a group of measuring needles, and - in the case of substantial misalignments a measuring needle spider equipped with several measuring needles ( 1 ) is rotated by means of an actuator in the correct position. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sensor eine zweidimensional auflösende Kamera umfasst, insbesondere eine CCD-Kamera.Method according to claim 1, characterized in that that an optical sensor is a two-dimensional resolution camera includes, in particular a CCD camera. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Ausrichtung der Messnadeln (3) die Position der Messnadelspitzen (4) mit berücksichtigt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that in addition to the alignment of the measuring needles ( 3 ) the position of the measuring needle tips ( 4 ) is taken into account. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor eine LED-Beleuchtung aufweist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the optical sensor has an LED illumination. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Objektbeleuchtung mittels diffusem Licht geschieht.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that object lighting is done by means of diffused light. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Objektträger derart verfahren wird, dass Justiervorgänge in einer Justierstation ablaufen.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that a slide is moved so that adjustments in an adjustment expire. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Justiervorgang vor jedem Prüfvorgang erfolgt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized that an adjustment process takes place before each test procedure.
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