DE102007054698B4

DE102007054698B4 - Prüfstation und Verfahren zur Prüfung von Testsubstraten unter Verwendung der Prüfstation

Info

Publication number: DE102007054698B4
Application number: DE102007054698.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kanev Stojan; Hans-Jürgen Fleischer; Stefan Kreissig; Karsten Stoll; Axel Schmidt; Andreas Kittlaus
Original assignee: Cascade Microtech Inc
Current assignee: FormFactor Beaverton Inc
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: DE102007054698A1

Abstract

Prüfstation zur Prüfung von Testsubstraten (20), folgende Bauteile umfassend: – eine Chuckanordnung mit einer Aufnahmefläche (33) zur Aufnahme einer Mehrzahl von Testsubstraten (20), – eine Sondenhalterung zur Aufnahme von Sonden (34), welche eine Probecard (3) zur Aufnahme der Sonden (34) und einen Probecardhalter (1) zur Halterung der Probecard (3) umfasst, – zumindest eine Positionierungseinrichtung (32) zur Positionierung jedes Testsubstrats (20) in den drei Raumrichtungen X, Y und Z relativ zu den Sonden, – einen Schirm (5) aus elektrisch leitfähigem Material zur elektromagnetischen Abschirmung der Testsubstrate (20), – wobei der Schirm (5) zwischen der Sondenhalterung und den Testsubstraten (20) angeordnet ist und – wobei der Probecardhalter (1) und der Schirm (5) zueinander korrespondierende Durchgänge (4) aufweisen, durch welche die Sonden (34) jeweils ein Testsubstrat (20) kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, dass – die Probecard (3) durch einen Probecardadapter (2) aufgenommen und adaptiert ist, so dass der Probecardhalter (1) die adaptierte Probecard (3) hält, – der Schirm (5) vom Probecardhalter (1) elektrisch isoliert ist – die Probecard (3) mittels des Probecardadapters (2) in dem Durchgang des Schirms (5) angeordnet ist und – der Probecardadapter (2) vom Probecardhalter (1) elektrisch isoliert und mit dem Schirm (5) elektrisch verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfstation (Prober) mit einer Sondenhalterung zur Halterung von Sonden, die der elektrischen Kontaktierung von Testsubstraten für Testzwecke in dienen. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Prüfung von Testsubstraten in einer Prüfstation mit einer solchen Sondenhalterung.
In Prüfstationen werden die unterschiedlichsten Testsubstrate hinsichtlich ihrer elektrischen 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.
Für die Entwicklung und Herstellung der elektronischen Bauelemente ist es erforderlich, in den verschiedenen Fertigungsstufen unterschiedlichste Tests und Prüfungen vorzunehmen. Bekanntermaßen werden dazu Prüfstationen verwendet, die im Wesentlichen einen Chuck mit einer Oberfläche zur Aufnahme von zu testenden elektronischen Bauelementen, den Testsubstraten, umfassen. Der Chuck ist meist in X- und Y-Richtung verfahrbar. Die Prüfstation weist weiterhin eine Sondenhalterung mit Sonden, auch Probes genannt, zur elektrischen Kontaktierung der Testsubstrate auf. 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, eine Relativbewegung in Z-Richtung zwischen den Sonden und den Testsubstraten erforderlich. Die erforderlichen Bewegungen in Z-Richtung sind meist durch den Chuck im Zusammenhang mit einer Positionierungseinrichtung der Sondenhalterung realisierbar.
Es sind die verschiedensten Positionierungseinrichtungen zur Bewegung des Chucks oder der Sonden oder der Sondenhalterung oder mehrerer dieser Komponenten und daraus folgende unterschiedliche Bewegungsabläufe bekannt, mit denen die zur Positionierung der Sonden oder der Testsubstrate oder beider und die zur Kontaktierung durch die Sonden erforderlichen Relativbewegungen ausgeführt werden. Mit zunehmender Integrationsdichte und damit verbundener Minimierung der Größe der Kontaktflächen werden die Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierung von Sonden und Testsubstrat immer größer, insbesondere wenn die Einzelpositionen einer Vielzahl von Testsubstraten, die im Waferverbund oder vereinzelt rasterartig auf dem Chuck angeordnet sind, nacheinander anzufahren sind. Dazu werden der Wafer oder die einzelnen Testsubstrate so auf dem Chuck angeordnet, dass deren Raster sehr genau mit der X- und der Y-Bewegungsrichtung des Chucks bzw. der Sonden übereinstimmt, d.h. das Raster und die entsprechenden Bewegungsrichtungen der Positionierungseinrichtungen sind in-line. Das Anfahren der Einzelpositionen der Testsubstrate erfolgt dann durch schrittweises Abfahren des Rasters in X- oder in Y-Richtung.
Zur Prüfung werden eine definierte Anordnung von Sonden, meist entsprechend der Dichte und der Größe der Kontaktflächen sowie entsprechend dem Prüfsignal angepasste Prüfspitzen, gleichzeitig auf den Kontaktflächen eines Testsubstrats aufgesetzt und das Testsubstrat mit einem Signal beaufschlagt oder ein Signal vom Testsubstrat abgegriffen. Dann wird der Kontakt gelöst, die Position des in X- oder in Y-Richtung nächsten Testsubstrats angefahren und dieses zur Prüfung kontaktiert. Diese Struktur erfordert nicht nur die präzise Ausrichtung des Testsubstrats auf dem Chuck, sondern ebenso die präzise winklige Ausrichtung der Anordnung der Sonden zu den gleichzeitig zu kontaktierenden Kontaktflächen.
Wegen der Anpassbarkeit an die verschiedenen Testsubstrate und deren Anordnung erfolgt die Anordnung der Sonden, die mit der Anordnung der gleichzeitig zu kontaktierenden Kontaktflächen eines Testsubstrats korrespondiert, bei derartigen Prüfungen häufig auf einer Karte, der so genannten Probecard. In diesem Fall umfasst die Sondenhalterung neben der Probecard einen Probecardadapter und eine Probecardhalterung. Auf der Probecard sind die Sonden mit einer fixen Position zueinander und im montierten Zustand der Sondenhalterung mit einer fixen Position zur Sondenhalterung angeordnet und gleichzeitig die Zuleitungen zu den einzelnen Sonden fest realisiert. Die Sonden und/oder die Zuleitungen können sowohl auf der dem Testsubstrat zugewandten Seite als auch auf der abgewandten Seite der Probecard befestigt sein. In letzterem Fall ist in der Probecard ein Durchgang für die Sondenspitzen vorhanden, durch den das Testsubstrat kontaktiert wird.
Die Probecards bestehen in der Regel aus elektrisch isolierendem Material, z.B. Leiterplattenmaterial. Es werden jedoch auch andere Materialien verwendet, soweit deren elektrische und mechanische Eigenschaften der jeweiligen Anforderungen der Prüfung genügen. Die unterschiedlichen Probecards sind mittels Probecardadapter an die Probecardhalterung der Sondenhalterung angepasst. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der DE 10 2005 006 838 A1 beschrieben. Alternativ kann auch die Probecard direkt an die Probecardhalterung angepasst sein, so dass der Probecardadapter entfallen kann.
Im Gegensatz zur Montage der Sonden direkt auf der Sondenhalterung und somit mit definierter Lage relativ zum Chuck bringt die Anordnung der Sonden auf Probecards mit Probecardadaptern jedoch mit sich, dass Passtoleranzen zwischen den einzelnen Bauteilen die Anforderungen an die Ausrichtung der Sonden zu den Kontaktflächen der Testsubstrate erhöhen. Sofern die Probecards nicht rotationssymmetrisch sind, verstärkt sich dieser Effekt, da ein Drehen der Probecard für deren Winkelausrichtung zum Testsubstrat eine entsprechend höhere Passtoleranz im Probecardadapter erfordert. Um die Probecard in dem erforderlichen Maße in der Aufnahmeöffnung des Probecardadapters drehen zu können, ist die Aufnahme so weit zu vergrößern, dass der erforderliche Freiraum zum Verdrehen der Probecard entsteht. Dieser Freiraum wird häufig nicht durch die Probecard ausgefüllt, so dass unbeabsichtigte und nachteilige Spalten und Durchgänge in der Fläche entstehen, in der Probecard und Probecardadapter liegen.
Unabhängig von der Gestalt der Probecard erweist sich deren Winkelausrichtung stets als schwierig, da dafür keine vergleichbaren Hilfsmittel zur Verfügung stehen, wie beispielsweise bei der Positionierung in X-, Y- oder Z-Richtung. Vielmehr erfolgt die Winkelausrichtung der Probecard und damit der Sonden mit deren Einbau in den Probecardadapter und gegebenenfalls auch dessen Einbau in die Probecardhalterung. Bei einem großen Raster von Testsubstraten auf dem Chuck ergibt sich durch Kumulation einer Fehlpositionierung meist die Notwendigkeit, dass Nachjustierungen erforderlich sind, die bei der Prüfung von größeren Stückzahlen zu einem erheblichen Zeit- und damit Kostenfaktor führen können.
Die Prüfungen der Testsubstrate werden häufig unter besonderen Umgebungsbedingungen ausgeführt, die mittels eines Gehäuses realisiert werden, welches den Arbeitsbereich der Prüfstation umgibt. Z.B. besteht das Gehäuse zur Vermeidung äußerer elektrischer und elektromagnetischer Beeinflussung der Prüfung aus leitfähigem Material, wie z.B. in der US 6 194 907 B1 beschrieben. Das dort beschriebene äußere elektrisch leitfähige Gehäuse weist ein zweites, inneres Gehäuse aus elektrisch leitfähigem Material auf, welches das Testsubstrat und dessen Haltevorrichtung, den Chuck, umgibt.
Für die Messung sehr kleiner Ströme, wo bereits geringe elektromagnetische Störeinflüsse die Prüfung verfälschen können, wird ein triaxialer Aufbau der Messeinrichtung einschließlich der Schirmung realisiert. In der US 6 194 907 B1 kann dazu der innere Schirm auf Guard-Potential gelegt werden. In der DE 196 38 816 A1 ist beschrieben, dass zur Realisierung eines Triaxialaufbaus dem Messelement gegenüberliegend, d.h. benachbart zur Aufnahmefläche des Chucks, zwei Schirme angeordnet werden, die aus elektrisch leitfähigem Material bestehen. Das äußere Element dient als Schirm der Abschirmung und das mittlere Element dient als so genanntes Guard. Das Guard wird auf das gleiche Potential gelegt, wie das Messelement, so dass selbst ein sehr geringer, das Messergebnis verfälschender Kriechstrom zwischen diesen beiden Elementen vermieden wird.
In der US 6 492 822 B2 wird dieser triaxiale Aufbau auch bezüglich des umgebenden Gehäuses realisiert. Dafür ist innerhalb des äußeren Gehäuses eine innere Umhüllung angeordnet, die auf Guardpotential liegt, d.h. dem Potential des Messelements. Die innere Umhüllung wird durch eine Umhüllung des Chucks sowie durch ein Guardblech bebildet, das sich ca. parallel zur Deckplatte des Gehäuses erstreckt und elektrisch isoliert von dieser Deckplatte abgehängt ist. Die Sonden sind außerhalb des Gehäuses angeordnet, so dass die Sondenhalterung, die in diesem Fall durch die Deckplatte des Gehäuses gebildet ist, auf dem Potential des Gehäuses liegt, z.B. auf Erdpotential. In der DE 198 25 274 A1 wird ergänzend zu den beiden, auf Erdpotential liegenden Umhüllungen innerhalb der inneren Hülle und der Chuckoberfläche gegenüber liegend eine weitere elektrisch leitfähige Platte angeordnet. Diese ist von der inneren Umhüllung elektrisch isoliert und wird auf Guardpotential gelegt. Zur elektrischen Kontaktierung des Testsubstrats weist diese zusätzliche Schirmung den gleichen Durchgang auf, wie auch die beiden anderen Gehäuse. Nachteilig erweist es sich bei dieser Anordnung, dass die Öffnung des Guardblechs für den Durchgang der Sonden zum Testsubstrat durch den Verfahrweg der Sonden bestimmt wird, der für die Positionierung der Sonden zum Testsubstrat und dessen präziser Kontaktierung erforderlich ist und dass infolge dessen das Guardblech den Messbereich nicht überdeckt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Prüfstation mit einer Sondenhalterung zur Halterung von Sonden anzugeben, mit denen eine maximale und spaltfreie Schirmung auch über dem Messbereich möglich ist. Es ist ebenso Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Prüfung von Testsubstraten in einer Prüfstation mit der beschriebenen Sondenhalterung anzugeben, welches eine Positionierung der Testsubstrate relativ zur Anordnung der Sonden umfasst, die auch bei rasterartig angeordneten Testsubstraten schnell und präzise und automatisiert erfolgen kann.
Die beschriebene Prüfstation mit deren Sondenhalterung gestattet es, den Durchgang für die Sonden durch die Schirmung möglichst klein zu halten und so eine optimale Schirmung zu erzielen. Indem der Probecardadapter wie auch der aus elektrisch leitfähigem Material bestehende Schirm vom Probecardhalter elektrisch isoliert und diese beiden Elemente elektrisch miteinander verbunden sind, werden in die Schirmung die Teile des Probecardadapters einbezogen, die in den Durchgang des Schirms hineinragen. Die Schirmung ist damit räumlich zwischen dem Testsubstrat und der Probecardhalterung angeordnet.
Sofern die Prüfstation, in der die Sondenhalterung eingesetzt wird, ein äußeres, elektrisch leitfähiges Gehäuse aufweist, befindet sich die Schirmung gleichzeitig zwischen dem Testsubstrat und dem Gehäuse, so dass mittels dieser beiden elektrisch leitfähigen Bauteile ein triaxialer Aufbau der Prüfstation realisierbar ist. Somit ist aufgrund der elektrischen Isolation von Schirm und Probecardadapter vom Probecardhalter sowohl eine einfache Schirmung gegenüber EMI-Einflüssen möglich als auch das Guarding für Messungen kleiner Ströme. Im letzteren Fall werden die Aufnahmefläche des Chucks auf ein gegenüber Erdpotential abweichendes erstes Potential und der Schirm und damit der Probecardadapter auf ein zweites Potential, welches betragsmäßig dem ersten Potential der Aufnahmefläche des Chucks entspricht. Bei einer Schirmung kann der Schirm mit dem Probecardadapter, die dann gemeinsam als Schirm fungieren, zusätzlich zur Deckplatte des Gehäuses angeordnet sein oder die Deckplatte ersetzen. Eine Potentialdifferenz zwischen dem Schirm und dem Gehäuse ist zwar unproblematisch, da ein möglicher Kriechstrom zwischen diesen beiden Elementen keinen Einfluss auf die Prüfung hat, jedoch wird der Schirm regelmäßig auf das Potential des Gehäuses gelegt sein.
Gleichzeitig sind die mit der Montage der Sonden auf der Sondenhalterung fest und präzise eingestellte Positionen der Sonden zueinander und zur Sondenhalterung auch in dieser Sondenhalterung nutzbar. Durch entsprechende Gestaltung des Probecardadapters, z.B. durch dem Chuck zugewandte Aufnahmeflächen zur Auflage und Fixierung der Probecard sind geringe Spalten, die sich durch erforderliche Passtoleranzen zwischen Probecard und Probcardadapter ergeben und die andernfalls eine Schirmung oder Guarding unterbrechen würden, auf der dem Testsubstrat zugewandten Seite z.B. durch stufenförmige Berührungsflächen zu überdecken und so der Durchgang durch die Schirmung zu minimieren. Durch die flexible Möglichkeit der Gestaltung des Probecardadapters kann der Probecardadapter und mit ihm die Probecard in den Durchgang des elektrisch leitfähigen Schirms ragen und diesen damit nahezu vollständig ausfüllen.
Sofern die beschriebene Sondenhalterung auch die dem Testsubstrat zugewandte Oberfläche der Probecard elektrisch leitfähig und mit dem Probecardadapter elektrisch verbunden ist und dabei keine elektrische leitende Verbindung zu den elektrischen Zuleitungen der Sonden auf der Probecard aufweist, ist es möglich, den Durchgang in der Schirmung weiter zu minimieren. In dieser Ausgestaltung wird die Schirmung durch den Schirm, den Probecardadapter und die Probecard selbst gebildet. Ein Durchgang ist dann erforderlich, wenn die Sonden auf der dem Testsubstrat abgewandten, oberen Seite der Probecard angeordnet sind. Dessen Größe ist auf den erforderlichen Platz für die Durchführung der Sondenspitzen und deren Anordnung zueinander reduzierbar. Sofern Zuleitungen und Sonden auf der unteren Seite montiert sind, ist kein Durchgang durch die Schirmung erforderlich. Hier ist durch geeignete Struktur der Probecard und Isolierung der Zuleitungen eine elektrische Verbindung zwischen der leitfähigen Oberfläche der Probecard und den Zuleitungen dauerhaft zu gewährleisten.
Die leitfähige Oberfläche der Probecard ist durch unterschiedliche Möglichkeiten realisierbar, z.B. durch eine metallische Beschichtung oder durch die Befestigung einer Metallplatte an der Probecard. Auch mit dieser Ausgestaltung ist wie oben beschrieben sowohl die Schirmung als auch das Guarding realisierbar.
Ohne speziellen Montageaufwand und mit der erforderlichen mechanischen Stabilität ist die beschriebene Sondenhalterung zu realisieren, indem in einer Ausgestaltung der Schirm oder der Probecardadapter oder beide mittels elektrisch isolierender Montagemittel am Probecardhalter befestigt sind. Damit sind Bewegungen der gesamten Sondenhalterung, z.B. in Z-Richtung möglich. Darüber hinaus ist die Schirmung zum Testsubstrat in dessen Nähe und mit geringer Bauhöhe angeordnet.
Da die beschriebene Sondenhalterung keinen Einfluss auf die Positionierungssysteme an sich hat, weder auf das Positionierungssystem des Chucks noch auf ein Positionierungssystem zur Bewegung der Sonden, ist es auch auf sehr einfache Weise möglich, bestehende Prüfstationen, welche eine solche Sondenhalterung mit Probecardhalter, Probecardadapter und Probecard verwendet, umzurüsten und so die beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen zu nutzen.
Mit der beschriebenen Sondenhalterung wird eine Vorrichtung zur Anordnung von Sonden zur Verfügung gestellt, die den Aufwand zur winkligen Ausrichtung der Sondenanordnung der Probecard verringert. Die Sondenhalterung gestattet den Einbau von Probecards oder Probecardadaptern mit größeren Winkelabweichungen und passt die Schirmung an diese Situation an. Damit ergeben sich jedoch auch besondere Anforderungen an die Positionierung im Rahmen des Prüfungsverfahrens des Testsubstrats, da diese Abweichungen durch entsprechende Positionierung auszugleichen ist.
Das Verfahren zur Positionierung eines in einer Prüfstation gemäß voranstehender Beschreibung zu testenden, auf der Aufnahmefläche eines Chucks angeordneten Testsubstrats relativ zu einer Sondenanordnung gestattet es, die eingangs beschriebene Vergrößerung der Aufnahmeöffnung im Probecardadapter, in welcher die Probecard eingesetzt wird, zu vermeiden. Damit ist auch eine Schirmung ohne Unterbrechung durch Spalten und Durchgänge realisierbar.
Denn aufgrund des beschriebenen Positionierungsablaufs ist die Winkelausrichtung der Probecard zur Kontaktanordnung des Testsubstrats durch Verdrehen der Probecard nicht erforderlich. Vielmehr wird die Winkelausrichtung durch ein Drehen des Chucks ausgeglichen. Damit ist zwar die Kontaktanordnung nicht mehr in-line zu den Bewegungsrichtungen X und/oder Y des Chucks, jedoch wird diese Winkeldifferenz durch den besonderen Verfahrweg des Chucks zu Anfahren der einzelnen Positionen der Testsubstrate ausgeglichen.
Im Folgenden soll die Sondenhalterung und das Positionierungsverfahren anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt
1 einen Probecardadapter mit Probecard und Schirm in perspektivischer Darstellung,
2 die Baugruppe gemäß 1 an einer Probecardhalterung montiert in geschnittener Darstellung,
3A bis 3C einen Positionierungsablauf eines Referenzpunktes und einer dazu benachbarten Kontaktflächenanordnung relativ zu Sondenspitzen und
4 eine Prüfstation unter Verwendung einer Sondenhalterung gemäß 2.
In einem Probecardadapter 2 gemäß 1 ist mit verschiedenen Montagewinkeln 11 und Schrauben 12 eine rechteckige Probecard 3 motiert. Der Probecardadapter 2 ist für die Adaption anderer Probecards 3 mehrteilig ausgeführt. Die Probecard 3 hat einen zentralen, rechteckigen Durchgang 4, durch den nicht dargestellte Sonden ein unterhalb der Probecard 3 angeordnetes Testsubstrat (nicht dargestellt) kontaktieren können. Auf der Unterseite der Probecard 3 ist eine nicht näher dargestellte Metallschicht aufgebracht, die auf nicht näher dargestellte Weise elektrisch mit dem Probecardadapter 2 verbunden ist. Die elektrische Verbindung kann z.B. durch die Einbeziehung der umfänglichen Seitenflächen der Probecard 3, mit denen der Kontakt zum Probecardadapter 2 besteht, in die Metallisierung der Unterseite erfolgen oder ebenso durch geeignete Verbinder.
Der Probecardadapter 2, ist zentral auf einer rechteckigen Platte montiert, die der Schirm 5 bildet. Da der Probecardadapter 2 vorliegend wie auch der Schirm 5 aus elektrisch leitfähigem Material besteht, ist er über die gesamten Berührungsflächen elektrisch mit dem Schirm 5 verbunden.
Wie in der Schnittdarstellung von 2 ersichtlich sind die Anschlüsse zwischen Probecard 3 und Probecardadapter 2 sowie zwischen Probecardadapter 2 und dem Schirm 5 stufenförmig ausgebildet, so dass die Unterseite der dargestellten Baugruppe eine bis zum zentralen Durchgang der Probecard 4 geschlossene, elektrisch leitfähige Fläche darstellt. Die gesamte Baugruppe ist über ein Kabel 6 mit dem Ausgang einer nicht näher dargestellten Spannungsnachführungsschaltung verbunden, deren Eingang mit der Aufnahmefläche des Chucks einer Prüfstation verbindbar ist, so dass auf die Baugruppe gemäß 1 ein Potential gelegt werden kann, dass betragsmäßig gleich dem Potential der Aufnahmefläche des Chucks ist.
Auf dem Probecardadapter ist mittels weiterer Montagewinkel 11 und Schrauben 12 ein Rahmen 7 aus elektrisch isolierendem Material angeordnet, mit dem die gesamte Baugruppe am Probecardhalter 1 montierbar ist. Die Sondenhalterung, bei der die Baugruppe gemäß 1 am Probecardhalter 1 montiert ist, ist in 2 dargestellt. In der Schnittdarstellung der 2 ist ein Spalt 8 zwischen Probecardhalter 1 und Schirm 5 ersichtlich, welcher die beiden Bauteile vollflächig elektrisch voneinander isoliert. Es ist selbstverständlich, dass dieser Spalt durch ein elektrisch isolierendes Material ausgefüllt sein kann oder dass auch andere Montagemittel zur mechanischen Verbindung zwischen Probecardhalter 1 und Probecardadapter 2 verwendbar sind, sofern beide Komponenten voneinander elektrisch isoliert sind.
Oben stehend ist die Sondenhalterung stets mit einem Probecardadapter 2 zur Adaption von Probecards 3 beschrieben, die sich z.B. hinsichtlich ihrer Gestalt, ihrer elektrischen und mechanischen Eigenschaften oder der Anschlussbedingungen für den elektrischen Anschluss der Sonden unterscheiden können. Ist jedoch eine solche Adaption nicht erforderlich, kann die Sondenhalterung selbstverständlich ohne Probecardadapter 2 ausgeführt sein, wobei die beschriebenen Eigenschaften sowohl der Probecard 3 als auch des Probecardadapters 2 durch diese neue Probecard 3, unabhängig davon ob diese ein- oder mehrteilig ausgeführt ist, erfüllt sein müssen. Deshalb kann für diese Ausgestaltung auf die obigen Erläuterungen verwiesen werden.
Die Positionierung von Testsubstraten 20 die vereinzelt oder im Waferverbund rasterartig auf der Aufnahmefläche eines Chucks einer Prüfstation angeordnet sind, soll an einem Testsubstrat 20 mit acht Kontaktflächen 21, jeweils vier in einer Reihe und beide Reihen einander parallel gegenüber liegend, erläutert werden. Dieses Testsubstrat 20 ist im beschriebenen Ausführungsbeispiel Teil eines Wafers, der eine Vielzahl solcher Testsubstrate 20, in einem Raster angeordnet, umfasst. Auch einzelne Testsubstrate 20 sind meist rasterartig auf der Aufnahmefläche des Chucks angeordnet oder es ist zumindest ihre Lage relativ zueinander bekannt.
In jedem Fall sind die Testsubstrate 20 so auf dem Chuck ausgerichtet, dass eine Richtung der Rasteranordnung, die mit der Richtung übereinstimmt, in der eine Reihe von Kontaktflächen 21 liegt, mit einer Bewegungsrichtung des Chucks 24, z.B. der X-Richtung übereinstimmt. Diese Richtung der Rasteranordnung soll im Folgenden als Vorzugsrichtung der Kontaktflächenanordnung 25 des Testsubstrats bezeichnet sein. Die zweite Richtung des Rasters stimmt mit der zweiten Bewegungsrichtung, der Y-Richtung des Chucks 24 überein.
Die acht Kontaktflächen 21 eines Testsubstrats 20 werden durch acht Sondenspitzen 22 kontaktiert, die korrespondierend zur Anordnung der Kontaktflächen 22 relativ zueinander angeordnet sind. D.h. jeweils vier Sondenspitzen 22 sind in einer Reihe und beide Reihen sind einander parallel gegenüber liegend angeordnet. Die Richtung der Sondenspitzenreihen soll im Folgenden als Vorzugsrichtung der Sondenanordnung 26 bezeichnet sein. Die Ebene, in der alle Sondenspitzen 22 angeordnet sind, liegt parallel zur Oberfläche des Testsubstrats 20.
In den 3A bis 3C ist die gemeinsame Positionierung der acht Sondenspitzen 22 relativ zu den Kontaktflächen 21 eines Testsubstrats dargestellt. In gleicher Weise sind auch einfachere oder komplexere Anordnungen von Kontaktflächen 21 kontaktierbar.
3A stellt die mittige Ausrichtung einer der Sondenspitzen 22 zu einem Referenzpunkt 23 dar, welcher als erste Referenzposition im X-Y-Koordinatensystem der Bewegungsebene des Chucks der Ausgangspunkt eines Positionierungsablaufs zur Messung eines Rasters von Testsubstraten 20 ist. Der besseren Übersicht halber sind in den 3A bis 3C weitere Flächen in einer solchen Lage zum Referenzpunkt 23 dargestellt, dass die Anordnung der Kontaktflächen 21 eines nachfolgend zu kontaktierenden Testsubstrats 20 erkennbar wird. Anhand dieser angenommenen Anordnung von Kontaktflächen 21 ist ersichtlich, dass zwischen der Vorzugsrichtung der Kontaktflächenanordnung 25 und der Vorzugsrichtung der Sondenanordnung 26 eine Winkel β besteht, so dass die übrigen sieben Sondenspitzen 22 nicht korrekt zu den Kontaktflächen 21 ausgerichtet sind.
In einem nächsten Schritt wird der Winkel β bestimmt und die Aufnahmefläche des Chucks wird um diesen Winkel β, jedoch entgegen der festgestellten Verdrehung gerichtet, wird gedreht, so dass beide Vorzugsrichtungen 25, 26 übereinstimmen (3B). Entsprechend der Definition der Vorzugsrichtung der Kontaktflächenanordnung 25 kann der Winkel β anstelle 0° auch 90° betragen. Das wäre der Fall, wenn diese Vorzugsrichtung 25 durch zwei sich gegenüber liegende Kontaktflächen 21 je einer Reihe definiert sein würde.
Die Drehung erfolgt um die Drehachse des Chucks, die senkrecht zur Aufnahmefläche steht und meist in dessen Mitte aber aufgrund z.B. von Toleranzen der Anordnung des Wafers auf der Aufnahmefläche nicht in jedem Fall mittig des Wafers liegt. Die Drehung kann entsprechend der Gestaltung des Chucks z.B. durch eine Drehung des Chucks selbst oder durch eine Drehung einer Auflageplatte erfolgen, welche auf der Oberfläche des Chucks angeordnet ist (Add-On-Platte) und deren Oberfläche die Aufnahmefläche des Chucks darstellt. Die Bestimmung des Winkels β kann z.B. anhand der Abbildung der Positionen der Sondenspitzen 22 und der Kontaktflächen 21 oder anhand der ausgeführten Drehung der Aufnahmefläche bei gleichzeitiger Beobachtung der Positionen zueinander erfolgen.
Infolge der Winkelausrichtung um eine Drehachse außerhalb des Referenzpunktes 23 ändert sich dessen Position relativ zur Sondenspitze 22 gemäß der Darstellung in 3B. Diese Fehlposition wird nachfolgend durch den Chuck korrigiert, indem der Chuck, z.B. mittels eines X-Y-Kreuztisches, in seiner X- und Y-Bewegungsrichtung 24 um eine entsprechende X- und Y-Korrekturkomponente verfahren wird (3C). Die so eingestellte zweite Referenzposition ist die Startposition von der aus das erste zu kontaktierende Testsubstrat 20 angefahren wird.
Da gemäß 3C die Sondenspitzen 22 zu den Kontaktflächen 21 in-line sind, die Kontaktflächen 21 zu den Bewegungsrichtungen des Chucks 23 jedoch nicht, erfolgt das Anfahren des ersten Testsubstrats, indem der Pfad in X-Richtung, der bei in-line-Ausrichtung der Testsubstrate zu den Bewegungsrichtungen des Chucks erforderlich wäre, ergänzt wird um einen Schritt in Y-Richtung, um die Verdrehung des Chucks um den Winkel β zu kompensieren. Der resultierende Pfad setzt sich somit aus einer X-Komponente 27 und einer Y-Komponente 28 zusammen (3C), wobei die Y-Komponente dem Sinus des Winkels β entspricht. Bei einem Rasterschritt ungefähr in Y-Richtung dreht sich das beschriebene Verhältnis zwischen X- und Y-Richtung selbstverständlich um.
Nachdem die X-Y-Position des Testsubstrats 20, im Folgenden als Kontaktierungsposition bezeichnet, relativ zu den Sondenspitzen 22 angefahren ist, erfolgt die Zustellung des Chucks in Z-Richtung bis die Sondenspitzen 22 die Kontaktflächen 21 sicher kontaktiert haben und nachfolgend die Prüfung des Testsubstrats. Nach der Prüfung des ersten Testsubstrats 20 wird durch Absenken des Chucks der Kontakt wieder gelöst und die Kontaktierungsposition des nächsten Testsubstrats 20 mit einem Verfahrweg angefahren, der sich ebenfalls aus einer X- und einer Y-Komponente zusammensetzt. Daraufhin erfolgen wieder die Zustellung zwischen Testsubstrat 20 und Sondenspitzen 22 in Z-Richtung und ein erneuter Messvorgang. Auf diese Weise werden die einzelnen Testsubstrate des Rasters nacheinander angefahren und geprüft, wobei die Bewegung des Chucks in X- und Y-Richtung einer Sägezahnlinie gleicht.
Sofern sich in einer Ausgestaltung des Verfahrens der Referenzpunkt 23 in einer dem Raster der Testsubstrate 20 entsprechenden Position auf dem Wafer befindet, entsprechen die X-Komponente 27 und Y-Komponente 28 zum Anfahren des zweiten und jedes weiteren Testsubstrats 20 innerhalb einer Rasterreihe denen des Verfahrwegs vom Referenzpunkt 23 zu ersten Testsubstrat 20. Andernfalls ist dieser Verfahrweg entsprechend zu korrigieren. Die Korrektur kann z.B. rechnerisch auf der Grundlage der bekannten Lage des Referenzpunkts relativ zum ersten angefahrenen Testsubstrat ermittelt werden. Alternativ kann auch das zweite, benachbarte Testsubstrat 20 angefahren werden und die X-Komponente 27 und Y-Komponente 28 dieses Verfahrweges der Positionierung jedes weiteren Testsubstrats 20 des Rasters zugrunde gelegt werden.
Vorstehend wurden die X- und die Y-Komponenten zum Anfahren der Kontaktierungspositionen der Testsubstrate 20 durch Ausführung und Auswertung der notwendigen Positionierungsabläufe bis zum ersten oder alternativ bis zum zweiten Testsubstrat 20 ermittelt. Alternativ können beide Komponenten auch rechnerisch ermittelt werden, wenn die X- und Y-Koordinaten der ersten Referenzposition in dem X-Y-Koordinatensystem des Chucks nach deren Anfahren bekannt sind und die Drehung der Auflagefläche um einen bekannten Winkel β erfolgt ist, so dass beide Vorzugsrichtungen auf einen Winkel 0° oder alternativ 90° zueinander ausgerichtet sind. Anhand der Kenntnis der Lage ersten und jeder weiteren Kontaktfläche relativ zum Referenzpunkt können die Kontaktierungspositionen und daraus die X-Komponenten 27 und Y-Komponenten 28 der Verfahrwege bestimmt werden.
4 stellt eine Prüfstation mit einer Sondenhalterung entsprechend obiger Beschreibung dar. In einem Gehäuse 30 ist ein Chuck 31 mit einer Positionierungseinrichtung 32 angeordnet. Der Chuck weist eine Aufnahmefläche 33 auf, auf Wafer 20 oder eine Mehrzahl einzelner Testsubstrate 20 angeordnet werden können. Mittels der Positionierungseinrichtung 32 des Chucks 31 ist die Aufnahmefläche 33 in X-, Y- und Z-Richtung zu bewegen und um eine zentrale Achse drehbar.
Der Aufnahmefläche 33 gegenüber liegend ist die Sondenhalterung angeordnet, deren Aufbau im Wesentlichen dem oben beschriebenen besteht, wobei gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, so dass auf die obige Beschreibung der Sondenhalterung verwiesen werden kann. In einer nicht näher dargestellten Ausgestaltung weist die Sondenhalterung ebenfalls eine Positionierungseinrichtung auf, mit der die Sondenhalterung in Z-Richtung für eine finale Zustellungbewegung verfahrbar ist.
Die Sondenhalterung besteht aus einem plattenförmigen Probecardhalter 1, der derart auf dem Gehäuse angeoerdnet ist, dass er das Gehäuse 30 nach oben verschließt. Während der Probecardhater 1 gemeinsam mit dem Gehäuse 30 auf Ground-Potential und die Aufnahmefläche 33 des Chucks 31 auf einem gegenüber Ground abweichendem erstes Potential liegen, sind der Probecardadapter 2, die unterseitige elektrisch leitfähige Schicht der Probecard 3 sowie der Schirm 5 elektrisch miteinander verbunden und auf ein zweites Potential gelegt, welches betragsmäßig dem ersten Potential der Aufnahmefläche des Chucks entspricht.
Auf der Probecard 3 ist eine Mehrzahl von Sonden 34 angeordnet, die durch den zentralen Durchgang 4 in der Probecard 3 das Testsubstrat kontaktieren. Die Sonden 34 sind über nicht näher dargestellte Leiterbahnen auf der Probecard 3 und geeignete Verbinder mit einer Signalsverarbeitungseinrichtung (nicht dargestellt) verbunden. Die Positionierung und die Kontaktierung der Testsubstrate sind mittels einer Beobachtungseinrichtung 35 zu beobachten und auszuwerten.
Bezugszeichenliste

1: Probecardhalter
2: Probecardadapter
3: Probecard
4: zentraler Durchgang der Probecard
5: Schirm
6: Kabel
7: Rahmen
8: Spalt
11: Montagewinkel
12: Schrauben
20: Testsubstrat
21: Kontaktfläche
22: Sondenspitze
23: Referenzpunkt
24: Bewegungsrichtung des Chucks
25: Vorzugsrichtung der Kontaktflächenanordnung
26: Vorzugsrichtung der Sondenanordnung
27: X-Komponente
28: Y-Komponente
30: Gehäuse
31: Chuck
32: Positionierungseinrichtung
33: Aufnahmefläche
34: Sonde
35: Beobachtungseinrichtung

Claims

Prüfstation zur Prüfung von Testsubstraten (20), folgende Bauteile umfassend: – eine Chuckanordnung mit einer Aufnahmefläche (33) zur Aufnahme einer Mehrzahl von Testsubstraten (20), – eine Sondenhalterung zur Aufnahme von Sonden (34), welche eine Probecard (3) zur Aufnahme der Sonden (34) und einen Probecardhalter (1) zur Halterung der Probecard (3) umfasst, – zumindest eine Positionierungseinrichtung (32) zur Positionierung jedes Testsubstrats (20) in den drei Raumrichtungen X, Y und Z relativ zu den Sonden, – einen Schirm (5) aus elektrisch leitfähigem Material zur elektromagnetischen Abschirmung der Testsubstrate (20), – wobei der Schirm (5) zwischen der Sondenhalterung und den Testsubstraten (20) angeordnet ist und – wobei der Probecardhalter (1) und der Schirm (5) zueinander korrespondierende Durchgänge (4) aufweisen, durch welche die Sonden (34) jeweils ein Testsubstrat (20) kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, dass – die Probecard (3) durch einen Probecardadapter (2) aufgenommen und adaptiert ist, so dass der Probecardhalter (1) die adaptierte Probecard (3) hält, – der Schirm (5) vom Probecardhalter (1) elektrisch isoliert ist – die Probecard (3) mittels des Probecardadapters (2) in dem Durchgang des Schirms (5) angeordnet ist und – der Probecardadapter (2) vom Probecardhalter (1) elektrisch isoliert und mit dem Schirm (5) elektrisch verbunden ist.
Prüfstation nach Anspruch 1, wobei der Probecardadapter (2) derart gestaltet ist, dass Spalten zwischen Probecard (3) und Probecardadapter (2) auf der dem Testsubstrat (20) zugewandten Seite überdeckt sind.
Prüfstation nach Anspruch 1 oder 2, wobei die dem Testsubstrat (20) zugewandte Oberfläche der Probecard (3) elektrisch leitfähig und mit dem Probecardadapter (2) elektrisch verbunden ist und dabei keine elektrische leitende Verbindung zu den elektrischen Zuleitungen der Sonden (34) auf der Probecard (3) aufweisen.
Prüfstation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schirm (5) elektrisch isoliert am Probecardhalter (1) befestigt ist.
Prüfstation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Probecardadapter (2) elektrisch isoliert am Probecardhalter (1) befestigt ist.
Prüfstation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Prüfstation ein elektrisch leitfähiges äußeres Gehäuse (30) aufweist.
Prüfstation nach Anspruch 6, wobei das äußere Gehäuse (30) auf Erdpotential gelegt ist, die Aufnahmefläche (33) des Chucks (31) auf ein gegenüber Erdpotential abweichendes erstes Potential und der Schirm (5) auf ein zweites Potential, welches in der Höhe gleich dem ersten Potential ist.
Verfahren zur Prüfung von Testsubstraten (20) in einer Prüfstation nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Testsubstrate (20) auf der Aufnahmefläche (33) eines Chucks (31) angeordnet und jedes relativ zu einer Sondenanordnung der Prüfstation mittels zumindest einer Positionierungseinrichtung (32) positioniert und anschließend durch Sonden (34) kontaktiert und gemessen wird, indem zur Positionierung nach dem Anfahren einer ersten Referenzposition des Chucks (31) durch Relativbewegungen zwischen Chuck (31) und Sondenanordnung in der Ebene der Aufnahmefläche (33) des Chucks (31) (X-Y-Ebene) die erste und jede weitere Kontaktierungsposition angefahren wird, von denen aus der Kontakt eines ersten und jedes weiteren Testsubstrats (20) durch die Sonden (34) infolge einer Zustellbewegung senkrecht zur X-Y-Ebene erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anfahren der ersten Kontaktierungsposition durch Drehen der Aufnahmefläche (33) des Chucks (31) um eine senkrecht zur X-Y-Ebene stehende Drehachse eine bevorzugte Richtung der Kontaktanordnungen der Testsubstrate (20) zu einer bevorzugten Richtung der Sondenanordnung, die nicht mit der X- oder der Y-Richtung der X-Y-Ebene übereinstimmt, ausgerichtet wird, so dass beide Vorzugsrichtungen einen Winkel von 0° oder 90° einschließen und eine erste Referenzposition des Chucks (31) und nachfolgend die erste sowie jede weitere Kontaktierungsposition mit einem Pfad angefahren wird, der sich aus einer ersten Komponente in X-Richtung und einer zweiten Komponente in Y-Richtung zusammensetzt.
Verfahren zur Prüfung von Testsubstraten nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung der Aufnahmefläche (33) des Chucks (31) nach dem Anfahren der ersten Referenzposition erfolgt, dass anschließend eine zweite Referenzposition auf einem Pfad angefahren wird, der sich aus einer X-Korrekturkomponente und einer Y-Korrekturkomponente zusammensetzt, aus welchen besagte Komponenten in X-und Y-Richtung zum Anfahren der Kontaktierungspositionen ermittelt werden, und dass der Pfad zu jeder weiteren Kontaktierungsposition aus deren Position relativ zu deren vorangegangener Kontaktierungsposition ermittelt wird.
Verfahren zur Prüfung von Testsubstraten nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung der Aufnahmefläche (33) des Chucks (31) nach dem Anfahren der ersten Referenzposition erfolgt, anschließend die erste X-Y-Kontaktierungsposition auf einem Pfad angefahren wird, der sich aus einer X- und einer Y-Komponente zusammensetzt, welche aus der Drehung des Chucks (31) und der Lage der Referenzposition relativ zur ersten Kontaktierungsposition ermittelt werden, und dass der Pfad zu jeder weiteren Kontaktierungsposition aus deren Position relativ zu deren vorangegangener Kontaktierungsposition ermittelt wird.