DE102007054879B4

DE102007054879B4 - Verfahren und Anordnung zur Positionierung einer Probecard

Info

Publication number: DE102007054879B4
Application number: DE102007054879.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kanev Stojan; Hans-Jürgen Fleischer; Stefan Kreissig; Dr. Kiesewetter Jörg
Original assignee: Cascade Microtech Inc
Current assignee: FormFactor Beaverton Inc
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2027-11-16
Also published as: TW200921108A; JP5595640B2; JP2009025284A; US20090085595A1; DE102007054879A1; US7733108B2; US20090021275A1

Abstract

Verfahren zur Positionierung der Oberfläche eines zu testenden Substrates relativ zu einer Probecard mit Nadelspitzen aufweisenden Sondennadeln in senkrecht zur Oberfläche des Substrates liegenden Richtung,- wobei mittels einer Stelleinrichtung zur Relativverstellung einer Substrathalterung zur Probecard eine erste Relativposition der Oberfläche des Substrates zu den Nadelspitzen derart eingestellt und als Separationsposition gespeichert wird,- dass sie in einem ersten Positionierschritt ohne eine Abstandsmessung zwischen Nadelspitzen und Oberfläche des Substrates unter Erzeugung eines Abstandes zwischen den Nadelspitzen und der Oberfläche des Substrates angefahren wird,- wobei mittels der Stelleinrichtung eine zweite Relativposition der Nadelspitzen zu der Oberfläche des Substrates derart eingestellt und als Kontaktposition gespeichert wird,- dass sie in einem zweiten Positionierschritt ohne eine Abstandsmessung zwischen Nadelspitzen und Oberfläche des Substrates zur Kontaktierung der Nadelspitzen mit der Oberfläche des Substrates angefahren wird und- wobei ein Abbild der Nadelspitzen entlang zumindest einer parallel zur Oberfläche des Substrates liegenden horizontalen Abbildungsrichtung aufgenommen und als Abbildung angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass- in der Abbildung der Nadelspitzen (3) eine rechentechnisch erzeugte Abbildung eines Probehorizonts (4) erfolgt, welcher der absoluten Höhe der Nadelspitzen (3) entspricht und gespeichert ist,- nach einem Wechsel der Probecard (5) mittels Eingabemittel eine Änderung des gespeicherten Probehorizonts (4) vorgenommen wird, bis dieser in der Darstellung der für die neue Probecard (5) entsprechenden absoluten Höhe der Nadelspitzen (3) entspricht und- danach die derart ermittelte Kontaktposition als neue Kontaktposition gespeichert wird oder aus dem eingestellten Probehorizont (4) die entsprechende Kontaktposition errechnet und abgespeichert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung der Oberfläche eines zu testenden Substrates relativ zu einer Probecard mit Nadelspitzen aufweisenden Sondennadeln in senkrecht zur Oberfläche des Substrates liegenden Richtung. Dabei wird mittels einer Stelleinrichtung zur Relativverstellung einer Substrathalterung zur Probecard eine erste Relativposition der Oberfläche des Substrates zu den Nadelspitzen derart gemessen und als Separationsposition gespeichert, dass sie in einem ersten Positionierschritt ohne eine Abstandsmessung zwischen Nadelspitzen und Oberfläche des Substrates unter Erzeugung eines Abstandes zwischen den Nadelspitzen und der Oberfläche des Substrates angefahren wird. Weiterhin wird mittels der Stelleinrichtung eine zweite Relativposition der Nadelspitzen zu der Oberfläche des Substrates derart gemessen und als Kontaktposition gespeichert, dass sie in einem zweiten Positionierschritt ohne eine Abstandsmessung zwischen Nadelspitzen und Oberfläche des Substrates bis zur Kontaktierung der Nadelspitzen mit der Oberfläche des Substrates angefahren wird. Ein Abbild der Nadelspitzen wird entlang zumindest einer im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Substrates liegenden horizontalen Abbildungsrichtung aufgenommen und angezeigt.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Positionierung einer Probecard mit Nadelspitzen aufweisenden Sondennadeln, die lageorientiert auf der Probecard angeordnet sind. Dabei weist die Anordnung eine Substrathalterung, eine Stelleinrichtung zur Relativverstellung der Substrathalterung zur Probecard, und eine Aufnahmeeinrichtung auf, deren Aufnahmeachse auf die Sondennadeln und im Wesentlichen parallel zur Substratoberfläche gerichtet ist. Dabei ist die Stelleinrichtung mit einer Ansteuereinrichtung versehen, die mit einem eine Kontaktposition und eine Separationsposition speichernden Speicher versehen ist.
Substrate mit elektrisch aktiven Bauelementen, wie beispielsweise Halbleiterbauelemente, weisen so genannte Kontaktpads auf, die der Kontaktierung von außen über Sondennadeln dienen. Damit können diese Halbleiterbauelemente von außen mit Signalen beaufschlagt werden und deren Reaktionen auf in diese Signale festgestellt werden. Damit wird es möglich in, diese Substrate zu testen. Für einen solchen Test sind so genannte Prober vorgesehen.
Sondennadeln 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 Nadelspitzen der Sondennadeln den Kontaktpads entsprechend des Musters, das die Kontaktpads einnehmen, gegenüber stehen.
Im Falle der Verwendung von Probecards sind die Sondennadeln auf eben diesen Probecards so befestigt, dass die Nadelspitzen der Sondennadeln ebenfalls den Kontaktpads in Form der von diesen Kontaktpads eingenommenen Muster gegenüber stehen. So wird in der US 6 356 093 B2 ein Positionierungsverfahren beschrieben, bei dem die Sondennadeln und die Kontaktpads zunächst in X- und Y-Richtung zueinander positioniert werden, so dass sie sich mit einem Abstand in Z-Richtung (senkrecht zur Substratoberfläche) gegenüberstehen. Anschließend werden die Sondennadeln bis zur Herstellung des Kontakts mit den Kontaktpads in Z-Richtung bewegt.
In der DE 10 2004 030 881 A1 ist zur Beobachtung der Sondennadeln bei dem Kontaktieren der Kontaktpads eine Beobachtungseinrichtung mit einer Beobachtungsachse beschrieben, derart, dass die Beobachtungsachse in dem Abstand zwischen der freien Scheibenoberfläche und der oder den Haltevorrichtungen verläuft.
Mittels dieser Beobachtungseinrichtungen können die Sondennadeln einer genauen Beobachtung unterzogen werden. Somit kann beispielsweise genau das Maß des erreichten Overdrive ermittelt werden und bei einem festgelegten Maß die Bewegung in Z-Richtung 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 Sondennadeln behindern.
Während der relative Abstand zwischen den Nadelspitzen der Sondennadeln und der Oberfläche des zu testenden Substrates einstellbar und folglich abhängig von der Stelleinrichtung ist, die diesen Abstand einstellt, beispielsweise eine Substratspannvorrichtung, die eine Bewegung in senkrechter Richtung zu der Halbleiteroberfläche realisiert, so ist die absolute Höhe der Nadelspitzen, das heißt der Abstand der Nadelspitzen zu dem Einbauort des Sondenhalters, beispielsweise eine Sondenhalterplatte, abhängig vom Einbau beziehungsweise der geometrischen Gestaltung des Sondenhalters.
Das Testen der Substrate geschieht normalerweise in einem Substratverband, beispielsweise in einer Halbleiterscheibe, auf der mehrere Chips als Substrate angeordnet sind. Dabei wird ein Chip relativ in den Nadelspitzen in lateraler Richtung so positioniert, dass die Nadelspitzen über den Kontaktpads zu liegen kommen. Eine Kontaktierung erfolgt in diesem Falle noch nicht, da zum Zwecke der Bewegung der Chips relativ zu den Nadelspitzen ein Abstand zwischen den Nadelspitzen und der Oberfläche des Substrates eingestellt werden muss, um ein in Kratzen der Nadelspitzen auf der Oberfläche des Substrates zu vermeiden. Erst in der Testposition wird der Abstand zwischen den Nadelspitzen und der Oberfläche des Substrates so weit verringert, dass die Nadelspitzen auf den Kontaktpads einen leichten Scratch, das heißt eine leichte laterale Bewegung auf dem Kontaktpad ausführen.
Nach dem Testen wird dann das nächste Substrat angefahren. Dabei wird wieder der Abstand zwischen den Nadelspitzen und der Oberfläche des Substrates eingestellt, die in laterale Bewegung ist zur Erreichung der nächsten Testposition ausgeführt und erneut kontaktiert.
Zur Erhöhung in der Geschwindigkeit, insbesondere bei einem automatischen Testen, werden in die beiden Höhenpositionen, das heißt die erste Höhenpositionen, die mit „Separationsposition“ bezeichnet wird und die zweite Höhenpositionen, die mit „Kontaktposition“ bezeichnet wird, gespeichert und beim Positionieren ausgelesen und über Stelleinrichtung eingestellt.
Da über die genaue absolute Höhe der Sondennadeln keine genauen Angaben vorliegen, stimmen diese beiden gespeicherten Positionen nach einem Wechsel der Probecard nicht mehr mit den tatsächlichen Gegebenheiten überein. Wird dann nach einem Wechsel der Probecard die Arbeit mit den in gespeicherten Positionen fortgesetzt, kann dies zu einer Fehlkontaktierung, einem Schleifen der Nadelspitzen auf der Oberfläche der Substrate bei einem Positionswechsel oder zu einem überhöhten Kontaktdruck und damit zur Zerstörung des Substrates oder des Substratverbandes führen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, sicherzustellen, dass nach einem Wechsel einer Probecard die Separationsposition und die Kontaktposition in einfacher Art und Weise der Probecard angepasst werden können, um somit eine Fehlbedienung zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und mit einer Anordnung gemäß Anspruch 11 gelöst. Die Unteransprüche geben besondere Ausführungsarten der Erfindung an.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Wie in 1 dargestellt, werden von einer nicht näher dargestellten Aufnahmeeinrichtung die Sondennadeln 1 auf einer Anzeigeeinrichtung 2 dargestellt. Dabei werden auch die Nadelspitzen 3 mit abgebildet. Auf der Anzeigeeinrichtung 2 wird auch ein sogenannter Probehorizont 4 rechentechnisch erzeugt abgebildet. Dieser Probehorizont 4 stellt die absolute Höhe der Nadelspitzen 3 dar, und ist in einem ebenfalls nicht näher dargestellten Speicher gespeichert.
2 stellt nunmehr den Zustand dar, wie er nach dem Einbau einer neuen Probecard eintritt. Da bei der neu eingebauten Probecard die Nadelspitzen 3 herstellungstechnisch bedingt tiefer liegen, als bei der Probecard, wie sie in 1 darstellt ist. Damit liegt der gespeicherte Probehorizont 4, der gleich dem Probehorizont 4 in 1 ist, über den Nadelspitzen 3.
Aus dem Probehorizont 4 werden nun rechentechnisch sowohl die Kontaktposition, in der die Nadelspitzen 3 sich in Kontakt mit den Kontaktpads des Substrats stehen, als auch die Separationsposition, in der die Sondennadeln 1 oder besser die Nadelspitzen 3 einen Abstand zu der Oberfläche des Substrates aufweisen, berechnet und die Stelleinrichtung wird für die Substrathalterung entsprechend eingestellt. Wenn nun die Kontaktposition nicht mehr mit der tatsächlichen Höhe der Nadelspitzen 3 übereinstimmt, kann es zu starken Beeinträchtigungen bis hin zur Zerstörung des Substrates kommen.
Wie in 3 dargestellt, kann nun mittels nicht näher dargestellter Eingabemittel, die Lage des Probehorizonts 4 in jede beliebige Lage relativ zu den Nadelspitzen 3 eingestellt werden. Sinnvoll ist es natürlich, den Probehorizont 4 wieder auf die Höhe der Nadelspitzen 3 einzustellen, wie dies in 4 dargestellt ist. Aus der Einstellung des Probehorizonts 4 in dieser Stellung wird nun auch die Kontaktposition berechnet, die der neu eingesetzten Probecard entspricht.
Es ist sehr zweckmäßig, insbesondere dann wenn das Verhältnis des gespeicherten Probehorizonts 4 zu der tatsächlichen Lage der Nadelspitzen 3 darzustellen ist, um damit zu einer Korrektur der gespeicherten und für die Positionierung genutzten Werte zu gelangen, wenn ein Wechsel der Probecard vorgenommen wurde.
Dieser Aufgabe dient eine Anordnung, wie sie in den 5 bis 8 dargestellt ist.
Gemäß 5 wird eine Probecard 5, die in einer Probecardhalterung 6 angeordnet wird, mittels eines Schiebestückes 7 arretiert.
An dem Schiebestück 7 ist in unmittelbarer Nähe ein Sensorstück 8 feststehend mit der Probecardhalterung verbunden, angeordnet.
In dem Sensorstück 8 ist eine Druckleitung 9 angeordnet, die mit einer nicht näher dargestellten Vakuum- oder Druckluftquelle verbunden ist und die in einer Öffnung 10 mündet. Wie in 6 dargestellt, wird die Öffnung 10 bei arretierendem Schiebestück 7 geschlossen.
Soll die Probecard 5 entfernt werden, ist es erforderlich, das Schiebestück 8 so weit zu verschieben, dass die Probecard 5 entnommen und eine neue eingesetzt werden kann. Damit wird zwangsweise die Öffnung 10 freigegeben. Somit erzeugt diese Öffnung eine Druckdifferenz in der Druckleitung, die messbar ist und einen Wechsel der Probecard 5 detektiert.
Eine Detektion eines solches Wechsel kann u.a. auch dazu genutzt werden, die Anzeige gemäß den 1 bis 4 und die damit verbundene Korrektur der gespeicherten Kontaktposition zu veranlassen.
Bezugszeichenliste

1: Sondennadel
2: Anzeigeeinrichtung
3: Nadelspitze
4: Probehorizont
5: Probecard
6: Probecardhalterung
7: Schiebestück
8: Sensorstück
9: Druckleitung
10: Öffnung

Claims

Verfahren zur Positionierung der Oberfläche eines zu testenden Substrates relativ zu einer Probecard mit Nadelspitzen aufweisenden Sondennadeln in senkrecht zur Oberfläche des Substrates liegenden Richtung, - wobei mittels einer Stelleinrichtung zur Relativverstellung einer Substrathalterung zur Probecard eine erste Relativposition der Oberfläche des Substrates zu den Nadelspitzen derart eingestellt und als Separationsposition gespeichert wird, - dass sie in einem ersten Positionierschritt ohne eine Abstandsmessung zwischen Nadelspitzen und Oberfläche des Substrates unter Erzeugung eines Abstandes zwischen den Nadelspitzen und der Oberfläche des Substrates angefahren wird, - wobei mittels der Stelleinrichtung eine zweite Relativposition der Nadelspitzen zu der Oberfläche des Substrates derart eingestellt und als Kontaktposition gespeichert wird, - dass sie in einem zweiten Positionierschritt ohne eine Abstandsmessung zwischen Nadelspitzen und Oberfläche des Substrates zur Kontaktierung der Nadelspitzen mit der Oberfläche des Substrates angefahren wird und - wobei ein Abbild der Nadelspitzen entlang zumindest einer parallel zur Oberfläche des Substrates liegenden horizontalen Abbildungsrichtung aufgenommen und als Abbildung angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - in der Abbildung der Nadelspitzen (3) eine rechentechnisch erzeugte Abbildung eines Probehorizonts (4) erfolgt, welcher der absoluten Höhe der Nadelspitzen (3) entspricht und gespeichert ist, - nach einem Wechsel der Probecard (5) mittels Eingabemittel eine Änderung des gespeicherten Probehorizonts (4) vorgenommen wird, bis dieser in der Darstellung der für die neue Probecard (5) entsprechenden absoluten Höhe der Nadelspitzen (3) entspricht und - danach die derart ermittelte Kontaktposition als neue Kontaktposition gespeichert wird oder aus dem eingestellten Probehorizont (4) die entsprechende Kontaktposition errechnet und abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Probehorizont (4) der absoluten Höhe der Nadelspitzen (3) in der gespeicherten Kontaktposition entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Separationsposition aus der gespeicherten Kontaktposition oder über die gespeicherte Höhe der Nadelspitzen (3) über einen vorgegebenen Abstand errechnet und gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abbildung der Nadelspitzen (3) eine Abbildung der gespeicherten Separationsposition erfolgt, dass eine Änderung der Abbildung der Separationsposition vorgenommen wird, bis diese Abbildung der für die neue Probecard (5) entsprechenden Höhe der Separationsposition entspricht und danach diese eingestellte Abbildung der Separationsposition als neue Separationsposition gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entfernen der Probecard (5) aus ihrer Probecardhalterung (6) detektiert wird und bei festgestelltem Entfernen die Darstellung der gespeicherten Kontaktposition erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Probecard (5) detektiert wird, wenn ein Abstand zwischen der Probecard (5) und der Probecardhalterung (6) überschritten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Abbildung der Nadelspitzen (3) die Lage der Nadelspitzen (3) elektronisch ermittelt und gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus der gespeicherten Lage der Nadelspitzen (3) die Kontaktposition errechnet und gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus der gespeicherten Lage der Nadelspitzen (3) oder aus der errechneten Kontaktposition die Separationsposition errechnet und gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem detektierten Entfernen der Probecard ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn eine festlegbare Abweichung zwischen der Lage der Nadelspitzen (3) und der gespeicherten Kontaktposition überschritten wird.
Anordnung, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, zur Positionierung der Oberfläche eines zu testenden Substrates relativ zu einer Probecard mit Nadelspitzen aufweisenden Sondennadeln, die lageorientiert auf der Probecard angeordnet sind, in senkrecht zur Oberfläche des Substrates liegenden Richtung, - wobei die Anordnung eine Substrathalterung, eine Stelleinrichtung zur Relativverstellung der Substrathalterung zur Probecard und eine Aufnahmeeinrichtung, deren Aufnahmeachse auf die Sondennadeln und parallel zur Substratoberfläche gerichtet ist, aufweist, - wobei die Stelleinrichtung mit einer Ansteuereinrichtung versehen ist, - die mit einem eine Kontaktposition und eine Separationsposition speichernden Speicher versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass - eine die Nadelspitzen (3) und die gespeicherte Kontaktposition darstellende Anzeigeeinrichtung mit dem Speicher und der Aufnahmeeinrichtung verbunden ist, - in der Anzeigeeinrichtung ein rechentechnisch erzeugter Probehorizont (4) darstellbar ist, welcher der absoluten Höhe der Nadelspitzen (3) entspricht, und - die Aufnahmeeinrichtung Eingabemittel aufweist zur Änderung des Probehorizonts (4).
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entfernen der Probecard (5) detektierendes Mittel mit der Aufnahmeeinrichtung verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Abstand zwischen der Probecard (5) und einer Probecardhalterung (6) detektierendes Mittel vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Probecardhalterung (6) eine über eine Druckleitung (9) mit einer Druckluftquelle oder einer Vakuumquelle verbundene Öffnung (10) angeordnet ist, die bei in die Probecardhalterung (6) eingesetzter Probecard (5) verschlossen und bei entfernter Probecard (5) geöffnet ist, und dass die Druckleitung (9) mit einer eine Druckdifferenz in der Druckleitung (9) detektierende Druckmesseinrichtung verbunden ist, die ihrerseits mit einer eine Druckdifferenz feststellenden Auswerteeinheit verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Probecardhalterung (6) mit einem die Probecard (5) arretierenden Schiebestück (7) versehen ist, welches eine die Probecard (5) entriegelnde Position aufweist, in der die Öffnung (10) geöffnet ist und eine die Probecard (5) verriegelnde Position, in der die Öffnung (10) verschlossen ist.