DE102016106508B4

DE102016106508B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Waferprüfung

Info

Publication number: DE102016106508B4
Application number: DE102016106508.0A
Authority: DE
Inventors: Ivan PENJOVIC; Oliver Nagler
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2036-04-09
Also published as: US20170292832A1; DE102016106508A1; DE102016106508B9; US10598480B2

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Bestimmen eines minimal zulässigen Nadelspitzendurchmessers von Prüfnadeln einer Prüfkarte für die Wafer-Prüfung. Das Verfahren umfasst das Durchführen mehrerer Kontaktprozeduren wenigstens einer Prüfnadel für mehrere Bondinseln auf einem Wafer. Die mehreren Kontaktprozeduren werden mit unterschiedlicher Belastung durchgeführt, die von der wenigstens einen Prüfnadel auf die Bondinseln angewendet wird. Eine Tabelle mit Eindrucktiefen der mehreren Bondinseln, die durch die Kontaktprozeduren bei unterschiedlicher Belastung verursacht werden, wird bestimmt. Ein Satz von Kalibrierungskoeffizienten auf Basis der Tabelle wird bestimmt, wobei es der Satz von Kalibrierungskoeffizienten ermöglicht, eine vorhergesagte Eindrucktiefe als Funktion der Belastung zu berechnen. Der minimal zulässige Prüfnadelspitzendurchmesser wird basierend auf einer Auswertung der Funktion bestimmt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft allgemein das Verfahren der Wafer-Prüfung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Unversehrtheit der Bondinseln (Bondpads) auf einem Warfer hat starke Auswirkungen auf die Leistung der herzustellenden mikroelektronischen Vorrichtung. Bei Wafertests werden Prüfnadeln verwendet, um Bondinseln auf einem Warfer zu kontaktieren. Während der Prüfung müssen Kontaktkräfte ausreichende Werte erzielen, um einen geringen Widerstand und einen stabilen elektrischen Kontakt zur Bondinsel sicherzustellen, ohne mechanischen Schaden an der Bondinsel und/oder den darunterliegenden Schichten zu verursachen. Hohe Kontaktkräfte können eine plastische Deformation oder Eindrucktiefe („Scrub-Tiefe”) auf der Bondinsel verursachen, was die Zuverlässigkeit des Drahtbondens während der nachfolgenden Fertigungsstufen reduzieren könnte. Ferner könnten hohe Kontaktkräfte zu Rissen in der Oxidschicht unter der Bondinsel führen. Zum Stand der Technik wird auf die Druckschrift US 2014/0 090 480 A1 verwiesen.
KURZFASSUNG
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Bestimmen eines minimal zulässigen Nadelspitzendurchmessers von Prüfnadeln einer Prüfkarte für die Warfer-Prüfung. Das Verfahren umfasst das Durchführen mehrerer Kontaktprozeduren wenigstens einer Prüfnadel für mehrere Bondinseln aus Metall auf einem Warfer. Die mehreren Kontaktprozeduren werden mit unterschiedlicher Belastung (mechanischer Spannung) durchgeführt, die von der wenigstens einen Prüfnadel auf die Bondinseln angewendet wird. Eine Tabelle mit Eindrucktiefen der mehreren Bondinseln, die durch die Kontaktprozeduren bei unterschiedlicher Belastung verursacht werden, wird bestimmt, wobei jede Eindrucktiefe durch eine einzelne Kontaktprozedur an einer jeweiligen Bondinsel verursacht wird. Ein Satz von Kalibrierungskoeffizienten auf Basis der Tabelle wird bestimmt, wobei es der Satz von Kalibrierungskoeffizienten ermöglicht, eine vorhergesagte Eindrucktiefe als Funktion der Belastung zu berechnen. Der minimal zulässige Prüfnadelspitzendurchmesser wird basierend auf einer Auswertung der Funktion bestimmt.
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Anpassen der Nadelspitzendurchmesser von Prüfnadeln einer Prüfkarte für die Wafer-Prüfung. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers der Prüfnadeln gemäß den vorstehenden Angaben. Die Spitzendurchmesser der mehreren Prüfnadeln der Prüfkarte werden gemessen. Die Prüfnadelspitzendurchmesser werden so angepasst, dass sie größer oder gleich dem minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmesser sind.
Nicht vom Schutz umfasste Beispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Risswahrscheinlichkeitsverteilung einer darunterliegenden Schicht (Unterlageschicht), die unter mehreren Bondinseln auf einem Wafer angeordnet ist. Das Verfahren umfasst das Durchführen von mehreren Kontaktprozeduren wenigstens einer Prüfnadel für mehrere Bondinseln auf dem Wafer, wobei die mehreren Kontaktprozeduren bei wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen durchgeführt werden, die von der wenigstens einen Prüfnadel auf die Bondinseln angewendet werden. Wenigstens zwei unterschiedliche Belastungen, die auf die darunterliegende Schicht einwirken, werden auf Basis der wenigstens zwei unterschiedlichen, auf die Bondinseln angewendeten Belastungen bestimmt. Für jede der wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen, die auf die Barunterliegende Schicht einwirken, wird eine gemessene Risswahrscheinlichkeit der darunterliegenden Schicht bestimmt. Dann wird ein Satz von Parametern einer gegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung auf Basis der gemessenen Risswahrscheinlichkeiten bestimmt, wobei es der Satz von Parametern ermöglicht, die Risswahrscheinlichkeitsverteilung zu berechnen.
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf eine Wafer-Testeinrichtung. Die Wafer-Testeinrichtung weist einen Waferträger auf, der dafür ausgelegt ist, einen Wafer darauf zu platzieren. Die Testeinrichtung weist ferner einen Prüfkartenhalter auf, der dafür ausgelegt ist, eine Prüfkarte zu halten, und einen Manipulator, der dafür ausgelegt ist, die Prüfkarte auf den Wafer aufzusetzen. Die Prüfkarte umfasst mehrere Prüfnadeln für das gleichzeitige, einzelne Kontaktieren von jeweiligen Bandinseln aus Metall auf dem Wafer. Die Testeinrichtung weist ferner eine Recheneinheit auf, die dafür ausgelegt ist, einen Satz von Kalibrierungskoeffizienten zu bestimmen, wobei es der Satz von Kalibrierungskoeffizienten ermöglicht, eine vorhergesagte Eindrucktiefe einer Prüfnadel auf einer Bandinsel als Funktion der Belastung, die von der Prüfnadel auf die Bandinsel angewendet wird, zu berechnen. Die Recheneinheit ist ferner dafür ausgelegt, den minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmesser basierend auf der Auswertung der Funktion zu bestimmen.
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf ein Computerprogramm für das Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers der Prüfnadeln einer Prüfkarte für die Wafer-Prüfung. Das Computerprogramm führt, wenn es auf einem Computer ausgeführt oder in einen Computer geladen wird, ein Verfahren aus oder ist in der Lage, ein Verfahren auszuführen, welches das Aufzeichnen einer Tabelle von Eindrucktiefen auf Bondinseln aus Metall, die durch mehrere Kontaktprozeduren von wenigstens einer Prüfnadel für mehrere Bondinseln des Warfers verursacht werden, umfasst, wobei jede Eindrucktiefe durch eine einzelne Kontaktprozedur an einer jeweiligen Bondinsel verursacht wird. Die mehreren Kontaktprozeduren werden mit unterschiedlicher Belastung, die von der wenigstens einen Prüfnadel auf die Bondinseln angewendet wird, durchgeführt. Auf Basis der Tabelle wird ein Satz von Kalibrierungskoeffizienten bestimmt. Auf Basis des Satzes von Kalibrierungskoeffizienten wird eine vorhergesagte Eindrucktiefe als Funktion der Belastung (mechanischen Spannung) berechnet. Der minimal zulässige Prüfnadelspitzendurchmesser wird basierend auf einer Auswertung der Funktion bestimmt.
Nicht vom Schutz umfasste Beispiele beziehen sich auf ein Computerprogramm für das Bestimmen einer Risswahrscheinlichkeitsverteilung einer darunterliegenden Schicht (Unterlageschicht), die unter mehreren Bondinseln auf einem Warfer angeordnet ist, wenn mehrere Kontaktprozeduren von wenigstens einer Prüfnadel auf die mehreren Bondinseln angewendet werden, wobei die mehreren Kontaktprozeduren bei wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen durchgeführt werden, die von der wenigstens einen Prüfnadel auf die Bondinseln angewendet werden. Das Computerprogramm führt, wenn es auf einem Computer ausgeführt oder in einen Computer geladen wird, ein Verfahren aus oder ist in der Lage, ein Verfahren auszuführen, welches das Bestimmen von wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen, die auf die darunterliegende Schicht einwirken, auf Basis der wenigstens zwei unterschiedlichen, auf die Bondinseln angewendeten Belastungen umfasst. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen eines Satzes von Parametern einer gegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung basierend auf gemessenen Risswahrscheinlichkeiten für die wenigstens zwei unterschiedlichen, auf die darunterliegende Schicht einwirkenden Belastungen, und das Berechnen der Risswahrscheinlichkeitsverteilung basierend auf dem bestimmten Satz von Parametern.
Weitere nicht vom Schutz umfasste Beispiele beziehen sich auf das vorstehend erwähnte Computerprogramm, wobei das Verfahren ferner das Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf einer Auswertung der Risswahrscheinlichkeitsverteilung bei einer maximal zulässigen Risswahrscheinlichkeit umfasst.
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf eine Vorrichtung für das Bestimmen eines minimal zulässigen Nadelspitzendurchmessers von Prüfnadeln einer Prüfkarte für die Wafer-Prüfung. Die Vorrichtung umfasst Mittel für das Durchführen von mehreren Kontaktprozeduren wenigstens einer Prüfnadel für mehrere Bondinseln aus Metall auf einem Wafer, wobei die mehreren Kontaktprozeduren bei unterschiedlicher Belastung durchgeführt werden, die von der wenigstens einen Prüfnadel auf die Bondinseln angewendet wird, wobei jede Eindrucktiefe durch eine einzelne Kontaktprozedur an einer jeweiligen Bondinsel verursacht wird; Mittel für das Bestimmen einer Tabelle von Eindrucktiefen der mehreren Bondinseln, die durch die Kontaktprozeduren bei unterschiedlicher Belastung verursacht werden; Mittel für das Bestimmen eines Satzes von Kalibrierungskoeffizienten auf Basis der Tabelle, wobei es der Satz von Kalibrierungskoeffizienten ermöglicht, eine vorhergesagte Eindrucktiefe als Funktion der Belastung zu berechnen; und Mittel für das Bestimmen des minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf einer Auswertung der Funktion.
Nicht vom Schutz umfasste Beispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung für das Bestimmen einer Risswahrscheinlichkeitsverteilung einer darunterliegenden Schicht, die unter mehreren Bondinseln auf einem Wafer angeordnet ist. Die Vorrichtung weist ferner Mittel für das Durchführen mehrerer Kontaktprozeduren von wenigstens einer Prüfnadel für mehrere Bondinseln auf einem Wafer auf, wobei die mehreren Kontaktprozeduren bei wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen durchgeführt werden, die von der wenigstens einen Prüfnadel auf die Bondinseln angewendet werden; Mittel für das Bestimmen von wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen, die auf die darunterliegende Schicht einwirken, basierend auf den wenigstens zwei unterschiedlichen, auf die Bondinseln angewendeten Belastungen; Mittel für das Bestimmen, für jede der wenigstens zwei unterschiedlichen, auf die darunterliegende Schicht einwirkenden Belastungen, einer gemessenen Risswahrscheinlichkeit der darunterliegenden Schicht; und Mittel für das Bestimmen eines Satzes von Parametern einer gegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung basierend auf den gemessenen Risswahrscheinlichkeiten, wobei es der Satz von Parametern ermöglicht, die Risswahrscheinlichkeitsverteilung zu berechnen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen sind angehängt, um die Ausführungsformen besser verstehen zu können und sie sind in diese Patentschrift einbezogen und stellen einen wesentlichen Bestandteil derselben dar. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Grundsätze von Ausführungsformen zu erläutern. Andere Ausführungsformen und viele der vorgesehenen Vorteile von Ausführungsformen sind problemlos erkennbar, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Bezugsnummern bezeichnen ähnliche Teile.
1 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Bestimmen eines minimal zulässigen Spitzendurchmessers von Prüfnadeln einer Prüfkarte für die Wafer-Prüfung.
2A–2B sind Querschnittsansichten, die eine beispielhafte Wafer-Testeinrichtung für die Wafer-Prüfung vor und nach dem Aufsetzen einer Prüfkarte auf einem Wafer veranschaulichten.
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Vertiefung auf einer Bondinsel auf einem Wafer veranschaulicht, die beim Kontaktieren der Bondinsel von einer Prüfnadel verursacht wird.
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen beispielhaften Prozess für das Messen der Eindrucktiefen mehrerer Bondinseln auf einem Wafer veranschaulicht.
5 ist eine Darstellung, die eine beispielhafte Tabelle mit gemessenen einzelnen Eindrucktiefen mehrerer Bondinseln auf einem Wafer zeigt.
6 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für das Bestimmen eines Satzes von Kalibrierungskoeffizienten aus einer Tabelle mit individuellen Eindrucktiefen durch Kurvenanpassung einer Funktion, die eine belastungsabhängige vorhergesagte Eindrucktiefe für die gemessenen Tabellendaten liefert, veranschaulicht.
7A ist eine Darstellung, die ein Beispiel für das Bestimmen eines ersten Satzes von Kalibrierungskoeffizienten aus einer Tabelle mit individuellen Eindrucktiefen durch Kurvenanpassung einer ersten Funktion, die eine belastungsabhängige vorhergesagte Eindrucktiefe für die gemessenen Tabellendaten liefert, veranschaulicht.
7B ist eine Darstellung, die ein Beispiel für das Bestimmen eines zweiten Satzes von Kalibrierungskoeffizienten aus einer Tabelle mit einzelnen Eindrucktiefen durch Kurvenanpassung einer zweiten Funktion, die eine belastungsabhängige vorhergesagte Eindrucktiefe für dieselben gemessenen Tabellendaten wie in 7A liefert, veranschaulicht.
8 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Zählung der Vorkommnisse von Eindrucktiefen veranschaulicht, wie man sie durch das Messen der Eindrucktiefe („Versuch”) und durch das Berechnen der vorhergesagten Eindrucktiefe in Abhängigkeit von einer (einzelnen) Belastung, die von den einzelnen Prüfnadeln auf eine Bondinsel angewendet wird, erhält.
9 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für das Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf der Auswertung einer durch die Kalibrierungskoeffizienten gegebenen Funktion veranschaulicht.
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Vorrichtung für das Messen von Nadelspitzendurchmessern veranschaulicht, z. B. einen Prüfkartenanalysator für das Messen der Nadelspitzendurchmesser der Prüfnadeln einer Prüfkarte.
11 zeigt ein Blockschaltbild einer beispielhaften Wafer-Testeinrichtung für die Wafer-Prüfung.
12 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für drei Verteilungen von Nadelspitzendurchmessern veranschaulicht, die für eine Prüfkarte zu unterschiedlichen Zeitinstanzen bestimmt wurden.
13 ist eine Darstellung, die die (berechneten) vorhergesagte Eindrucktiefen der drei Verteilungen von Nadelspitzendurchmessern aus 12 veranschaulicht.
14 ist eine Darstellung, die die (berechneten) vorhergesagten Eindrucktiefen der drei Verteilungen von Nadelspitzendurchmessern aus 12 gegenüber den (gemessenen) Prüfnadelspitzendurchmessern veranschaulicht, gemessen über alle drei Verteilungen aus 12, und ein Beispiel für das Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf der Auswertung einer Funktion, die durch Kalibrierungskoeffizienten gegeben ist, welche von den Daten aus 13 abgeleitet sind.
15 ist eine Querschnittsansicht, die eine plastische Deformation einer Bondinsel, die durch eine Prüfnadelspitze verursacht wird, und die auf eine darunterliegende Schicht, welche unter der Bondinsel liegt, einwirkende Belastung veranschaulicht.
16 ist eine Darstellung, die die berechnete, auf die darunterliegende Schicht einwirkende Belastung, normalisiert durch eine Belastung, die auf die Bondinsel in Abhängigkeit von der Bondinsel-Restdicke z ausgeübt wird, veranschaulicht.
17 ist eine Darstellung, die Versuchsdaten zur Risswahrscheinlichkeit und die (berechnete) Risswahrscheinlichkeit gemäß der Weibull-Wahrscheinlichkeitsverteilung bei Anpassung an die Versuchsdaten zur Risswahrscheinlichkeit veranschaulicht.
18 ist eine Darstellung, die die berechnete Risswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von einer Prüfnadel-Übersteuerung d während der Wafer-Prüfung veranschaulicht.
19 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Bestimmen einer Risswahrscheinlichkeitsverteilung für eine darunterliegende Schicht, die unter mehreren Bondinseln auf einem Wafer angeordnet ist.
20 ist eine Darstellung, die Versuchsdaten zur Risswahrscheinlichkeit und die (berechnete) Risswahrscheinlichkeit gemäß der Weibull-Wahrscheinlichkeitsverteilung bei Anpassung an die Versuchsdaten zur Risswahrscheinlichkeit veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es ist zu verstehen, dass die Merkmale der verschiedenen, in dieser Patentanmeldung beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben.
Ferner kann das Wort „über” im Hinblick auf ein Teil, ein Element oder eine Materialschicht, das/die „über” einer Oberfläche geformt oder positioniert (z. B. platziert, geformt, aufgetragen etc.) ist, hier in der Bedeutung verwendet werden, dass sich das Teil, das Element bzw. die Materialschicht „direkt auf”, z. B. in direktem Kontakt mit der implizierten Oberfläche befindet. Das Wort „über” kann im Hinblick auf ein Teil, ein Element oder eine Materialschicht, das/die „über” einer Oberfläche geformt oder positioniert (z. B. platziert, geformt, aufgetragen etc.) ist, hier in der Bedeutung verwendet werden, dass sich das Teil, das Element bzw. die Materialschicht „indirekt auf” der implizierten Oberfläche befindet, wobei ein(e) oder mehrere zusätzliche(s) Teil(e), Element(e) oder Schicht(en) zwischen der implizierten Oberfläche und dem Teil, dem Element bzw. der Materialschicht angeordnet sind. Gleiches gilt analog für die Begriffe „unter”, „unterhalb”, „darunter” etc.
Der hier beschriebene Wafer kann aus verschiedenen Materialien bestehen, darunter kristalline, polykristalline oder amorphe Materialien. So kann der Wafer beispielsweise aus einem Halbleitermaterial wie etwa Si, SiC, SiGe, GaAs, GaN, AlGaN, InGaAs, InAlAs etc. hergestellt sein und des Weiteren anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter darstellen.
Der Begriff „Wafer”, wie er in dieser Offenbarung verwendet wird, kann verschiedene Bedeutungen haben. So kann ein Wafer beispielsweise in einem eWLP(embedded Wafer Level Packaging)-Verfahren hergestellt sein. In diesem Fall sind die Halbleiterkomponenten (z. B. Chips, Halbleiterplättchen etc.) in einer beabstandeten Beziehung auf einem Träger platziert, und ein isolierendes Verkapselungsmaterial wird dann über den Träger und über den darauf platzierten Halbleiterkomponenten aufgebracht (z. B. laminiert oder geformt), um einen sogenannten künstlichen Wafer zu bilden. Ein solcher künstlicher Wafer soll ebenfalls unter die Bedeutung des in dieser Offenbarung verwendeten Begriffs „Wafer” fallen. Der künstliche Wafer kann eine hohe Anzahl von Halbleiterkomponenten aufweisen. Ähnlich wie der Volumen-Halbleiterwafer (Bulk-Halbleiterwafer) letztendlich in einzelne Chips unterteilt (aufgetrennt) werden kann, kann auch der künstliche Wafer letztendlich in einzelne Halbleiterbauelementpakete unterteilt (aufgetrennt) werden, die jeweils eine oder mehrere Halbleiterkomponenten enthalten, welche durch ein Verkapselungsmittel gepackt sind, das aus dem isolierenden Verkapselungsmaterial gebildet ist. Das Verkapselungsmaterial kann ein Polymermaterial aufweisen oder daraus bestehen, z. B. ein thermoplastisches Material, ein duroplastisches Material, ein gefülltes oder ungefülltes Form- oder Laminatmaterial oder ein glasfaserverstärktes Form- oder Laminatmaterial.
Der Wafer verfügt über Bondinseln (Elektroden), die an wenigstens einer seiner Hauptoberflächen angeordnet sind. Die Bondinseln ermöglichen das Herstellen eines elektrischen Kontakts zu den integrierten Schaltungen in dem Wafer (dies schließt z. B. auch die integrierten Schaltungen der in einem künstlichen Wafer eingebetteten Halbleiterkomponenten ein). Die Bondinseln können eine oder mehrere Metallschichten umfassen, die auf das Halbleitermaterial des Wafers aufgebracht sind. Die Metallschichten können mit jeder gewünschten geometrischen Form und jeder gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt sein. Die Metallschichten können beispielsweise die Form einer Schicht oder eines Stegs haben, die bzw. der einen Bereich bedeckt. So kann beispielsweise jedes gewünschte Metall, das in der Lage ist, eine Lötverbindung oder eine Diffusionslötverbindung zu bilden, beispielsweise Cu, Al, Au, Ni, AlCu, NiSn, Ag, Pt, Pd, In, Sn und eine Legierung von einem oder mehreren dieser Metalle, als Material verwendet werden. Die Metallschichten müssen nicht homogen oder nur aus einem Material hergestellt sein, das heißt, dass verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der in den Metallschichten enthaltenen Materialien möglich sind.
Des Weiteren können die hier beschriebenen integrierten Schaltungen von unterschiedlicher Art sein und können beispielsweise monolithische integrierte elektrische, elektro-optische oder elektro-mechanische Schaltungen oder passive Bauelemente umfassen. Die integrierten Schaltungen können beispielsweise als logische integrierte Schaltungen, analoge integrierte Schaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, integrierte Leistungsschaltungen, Speicherschaltungen, Pegelwandler, Treiber, Mikrocontroller, Batterien oder integrierte passive Bauelemente wie beispielsweise sogenannte PIDs (passive integrierte Bauelemente) ausgelegt sein.
Die Wafer-Prüfung wird für das Testen von integrierten Schaltungsbauelementen eingesetzt. Die Wafer-Prüfung wird eingesetzt, um die Leistung der integrierten Bauelemente zu testen, um zu bestimmten, welche der integrierten Bauelemente in einem Wafer brauchbar und welche unbrauchbar sind. Da das nachfolgende Packen (Packaging) und der Montageprozess kostenintensiv sind, ist es wünschenswert, nur die brauchbaren integrierten Bauelemente zu packen, um die Fertigungskosten zu senken. Dies kann erzielt werden, indem auf Waferebene zwischen brauchbaren und unbrauchbaren integrierten Bauelementen (z. B. integrierten Schaltungen) unterschieden wird, d. h. durch die Technik der Wafer-Prüfung.
Während der Wafer-Prüfung kontaktieren Prüfnadeln einer Prüfkarte die Bondinseln auf dem Wafer. Die Prüfkarte bildet eine Schnittstelle zwischen der Wafer-Testeinrichtung und den zu testenden integrierten Schaltungen. Während der Prüfung müssen die Kontaktkräfte zwischen den Prüfnadeln und den Bondinseln ausreichende Werte erreichen, um einen geringen und stabilen elektrischen Kontakt zwischen der Wafer-Testeinrichtung und den integrierten Schaltungen sicherzustellen. Sind die Kontaktkräfte andererseits zu hoch, kann die Prüfung eine unzulässige Beschädigung der Bondinsel und/oder der unter der Bondinsel liegenden Schicht(en) verursachen.
Genauer gesagt kann das nachfolgende Drahtbonden eine ausreichende Bondinsel-Restdicke für eine zuverlässige Haftung zwischen der Drahtbondkugel und der Bondinsel erfordern. Daher sollte die von einem Kontakt der Prüfnadel auf der Bondinsel verursachte Eindrucktiefe (auch als „Scrub-Tiefe” bezeichnet) einen kritischen Grenzwert nicht überschreiten. Das Überschreiten eines solchen kritischen Grenzwertes wird als erste Art von Prüfschaden betrachtet. Eine andere Art von Prüfschaden ist das Auftreten eines Risses in der bzw. den Barunterliegenden Schicht(en) der Bondinsel. Das Auftreten eines Risses kann zu einem Ausfall des integrierten Bauelements führen.
Die von einer Prüfnadel-Bondinsel-Kontaktprozedur erzeugte Eindrucktiefe hängt unter anderem von der Kraft ab, die auf die Bondinsel angewendet wird, sowie von der Geometrie der Spitze der Prüfnadel und insbesondere von dem Nadelspitzendurchmesser der Prüfnadel. Eine Prüfkarte kann mehr als 10000, 15000 oder sogar 20000 Prüfnadeln umfassen, mit unterschiedlichen Nadelspitzendurchmessern, die eine Größe von > ±20 oder 25% aufweisen können. Daher ist es nicht möglich, eine konsistente Eindrucktiefe auf den Bondinseln und/oder eine konsistente Risswahrscheinlichkeit der darunterliegenden Schicht, die unter den Bondinseln liegt, zu realisieren. Demzufolge stellt es eine Herausforderung dar, optimale Prüfparameter und eine entsprechende Bondinsel-Schichtstapel-Ausgestaltung für eine Teile-pro-Million-Zuverlässigkeit (ppm Zuverlässigkeit) zu finden.
Jede Wafer-Technologie variiert im Hinblick auf mehrere Spezifikationen wie z. B. Schichtdicke, Material und Ausgestaltung. Insbesondere Schichtdicke, Material und Ausgestaltung der Bondinseln können unterschiedlich sein. Dies erfordert eine spezielle Wafer-Prüflösung für jede Wafer-Technologie. Für eine neue Prüfkarte-zu-Bondinsel-Kombination muss eine vollständige Qualifizierung hinsichtlich der Wafer-Prüfzuverlässigkeit (mit Berücksichtigung kritischer Eindrucktiefen und Risswahrscheinlichkeiten) durchgeführt werden. Eine solche Qualifizierung umfasst weitreichende Versuchsarbeiten. Typischerweise werden Hunderttausende (bis zu Millionen) Bandinseln über chemische Ätzprozeduren vorbereitet und müssen mit Hilfe von optischen Mikroskopen manuell auf Schäden (Bondinselschäden oder Risse in der bzw. den darunterliegenden Schicht(en)) geprüft werden.
Im Allgemeinen werden Versuche und Reaktionsmessungen (Response-Messungen) zur Wafer-Prüfung mehrmals und oft über mehrere Monate wiederholt, bis ein Mittelwert für einen Prüfnadelspitzendurchmesser bestimmt worden ist, welcher voraussichtlich sicher ist. Diese Arbeit musste in der Vergangenheit von hocherfahrenen Experten durchgeführt werden, aber dennoch konnte ein beträchtliches Ausfallrisiko nicht ausgeschlossen werden.
Da die Prüfnadelspitzendurchmesser einer Prüfkarte nicht einheitlich sind, werden sie herkömmlicherweise als eine Spitze mit einem mittleren Durchmesser und einer Standardabweichung gemäß einer Gaußschen Verteilung betrachtet, die durch Messung der Nadelspitzendurchmesser bestimmt wird. Allerdings entsprechen die Prüfnadelspitzendurchmesser in Wirklichkeit nicht der Gaußschen Verteilung, und ferner kann sich der Nadelspitzendurchmesser jeder einzelnen Prüfnadel (auch während eines Produktivtests) ändern, ohne eine signifikante Änderung hinsichtlich des Mittelwerts und der Standardabweichung zu bewirken. Dies kann ein großer Risikofaktor für die Zuverlässigkeit sein, der dazu führt, dass während der Produktion eine regelmäßige Überwachung und Neuqualifizierung der Prüfkarte mit Hilfe konfokaler Mikroskopie erforderlich ist. Diese Notwendigkeit einer regelmäßigen Überwachung der Eindrucktiefe und/oder der Rissbildung aus Wartungsgründen erfordert ferner teure Messsysteme, ist sehr zeitaufwändig und lässt sich daher nur mit Messungen auf Zufallsbasis realisieren – wobei auch hier wieder davon ausgegangen wird, dass die Eindrucktiefen eine Normalverteilung aufweisen.
Falls während dieser ersten und/oder regelmäßigen Qualifizierungs- oder Wartungsprozeduren ein mittlerer Prüfnadelspitzendurchmesser-Wert einer Prüfkarte bestimmt worden ist, welcher voraussichtlich sicher ist (d. h., es wird davon ausgegangen, dass die Prüfschäden im Hinblick auf kritische Eindrucktiefen und/oder Risse unter einem bestimmten akzeptablen Wert liegen), können die im Rahmen der Produktion verwendeten Prüfnadelspitzen der Prüfkarte so geformt sein, dass sie einen Durchmesser aufweisen, der einen ausreichenden Abstand zu dem bestimmten Mittelwert hat.
1 ist ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen eines minimal zulässigen Nadelspitzendurchmessers von Prüfnadeln einer Prüfkarte veranschaulicht. Bei S1 wird wenigstens ein Aufsetzen einer Prüfkarte auf einem Wafer durchgeführt. Die Prüfkarte umfasst mehrere Prüfnadeln, die Bondinseln auf dem Wafer kontaktieren.
Das Aufsetzen der Prüfkarte auf dem Wafer kann mit bekannter Übersteuerung (overdrive) erfolgen. Die Übersteuerung ist der Abstand, über den sich der Prüfkartenhalter und der Waferträger (Trägerplatte) von der anfänglichen Kontaktposition zwischen der Prüfnadel und der Bondinsel bis zu der Einstellposition des Prüfkartenhalters und des Waferträgers noch relativ zueinander annähern. Vernachlässigt man die Eindrucktiefe, ist dies der Abstand, um den die Spitze einer Prüfnadel durch die Aufsetzbewegung der Prüfkarte relativ zu der Prüfkarte vertikal verschoben wird. Die Übersteuerung kann als Größe herangezogen werden, welche bei einem einmaligen Aufsetzen für alle Prüfnadeln identisch ist – siehe hierzu die vorstehende Definition. Allerdings ist es auch möglich, dass einzelne (oder einzeln korrigierte) Übersteuerungen für jede der Prüfnadeln infolge kleiner Abweichungen der anfänglichen Nadelspitzenpositionen der Prüfnadeln vor dem Kontaktieren der einzelnen Bondinseln aufgezeichnet werden.
Die (gemeinsamen oder individuellen) Übersteuerungen ermöglichen es, eine Kontaktkraft zu berechnen, die von den Prüfnadeln auf die Bondinseln ausgeübt wird. Auch hier kann es sich bei dieser Kontaktkraft um eine gemeinsame Kontaktkraft handeln, die für alle Prüfnadeln identisch ist, oder um eine individuelle Kontaktkraft für jede Prüfnadel.
Ferner können die einzelnen Nadelspitzendurchmesser der mehreren Prüfnadeln der Prüfkarte bekannt sein. Die Nadelspitzendurchmesser können beispielsweise vor dem Aufsetzen in einem Prüfkartenanalysator gemessen worden sein, beispielsweise durch Sichtprüfung. Es sei darauf hingewiesen, dass eine solche Analyse der Prüfnadelspitzendurchmesser dafür ausgelegt sein kann, jeden einzelnen Nadelspitzendurchmesser (von beispielsweise 10000, 15000 oder sogar 20000 oder mehr) der Prüfnadeln einer Prüfkarte zu messen und aufzuzeichnen.
Diese oder andere Prozesse ermöglichen es, die individuelle Belastung abzuleiten, die von jeder Prüfnadel auf die entsprechende Bondinsel des Wafers angewendet wird. Beispielsweise kann die individuelle Belastung (mechanische Spannung) durch die Gleichung σ = F/A abgeleitet werden, wobei F für die (individuelle oder gemeinsame) Kontaktkraft steht, die von einer Prüfnadel auf eine Bondinsel ausgeübt wird, und A für die Oberflächengröße der Prüfnadelspitze steht. Die Kraft F kann als eine Funktion der Übersteuerung d, beispielsweise auf Basis des Hookeschen Gesetzes gemäß F = Kd, abgeleitet werden, wobei K für die Steifigkeit der Federaktion der Prüfnadel steht. A kann durch A = πD²/4 ausgedrückt werden, wobei D für den (individuellen) Prüfnadelspitzendurchmesser steht.
Bei S2 wird eine Tabelle mit individuellen Eindrucktiefen der (einzelnen) Bondinseln, die durch die Kontaktprozeduren bei unterschiedlicher Belastung verursacht werden, bestimmt. Die Eindrucktiefenmessung, die auch als Eindruckmessung bezeichnet wird, kann durch konfokale Mikroskopie erfolgen. Die Tabelle kann für jede Prüfnadel eine spezifische Eindrucktiefe umfassen, die auf einer Bondinsel von dem spezifischen Spitzendurchmesser der Prüfnadel verursacht wird.
Bei S3 wird ein Satz von Kalibrierungskoeffizienten auf Basis der Tabelle bestimmt. Der Satz von Kalibrierungskoeffizienten ermöglicht es, eine vorhergesagte Eindrucktiefe in Abhängigkeit von der Belastung, die von einer Prüfnadel auf eine Bondinsel angewendet wird, zu berechnen. Da die individuelle Belastung, die von jeder Prüfnadel angewendet wird, bekannt ist, kann daher eine individuelle vorhergesagte Eindrucktiefe für jede Prüfnadel-Bondinsel-Kombination berechnet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Ansatz für das Bestimmen eines Satzes von Kalibrierungskoeffizienten bei S3, um vorhergesagte Eindrucktiefen zu berechnen, eine Trennung aller Einflüsse auf eine Bondinselbeschädigung ermöglicht (z. B. Prüfkraft, Nadelspitzendurchmesser, Bondinselmaterial, Bondinseldicke). Dies macht eine umfassende statistische Versuchsplanung (Design of Experiments, DoE) für die Qualifizierung neuer Wafer-Technologien überflüssig.
Ferner lässt sich der Aufwand, der sich durch eine regelmäßige Überwachung von Bondinselschäden während der Fertigung ergibt, durch die „indirekte” Überwachung von Bondinselschäden (z. B. Eindrucktiefe, aber auch Schichtrisse, wie an späterer Stelle erläutert wird) in Abhängigkeit von der Belastung, die von jeder einzelnen Prüfnadel auf eine Bondinsel gemäß S3 angewendet wird, verringern oder komplett vermeiden. Somit erleichtert das Verfahren des Vorhersagens und/oder indirekten Überwachens individueller Eindrucktiefen der Bondinseln die Ausgestaltung einer neuen Wafer-Technologie und deren Anwendung während der Chipproduktion signifikant.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei S3 die individuelle Einwirkung, die jede Nadel einer Prüfkarte auf eine Bondinsel auf einem Wafer ausübt, berücksichtigt werden kann. Dies verringert den Versuchsaufwand für das Erhalten des Satzes von Kalibrierungskoeffizienten deutlich, da ein einzelnes Aufsetzen einer Prüfkarte mit beispielsweise 10000 Prüfnadeln 10000 Versuchsergebnisse liefert, anstatt nur als eine einzelne Prüfnadelspitze mit einem Mittelwert und einer hohen Ungenauigkeit hinsichtlich der tatsächlichen Verteilung der Nadelspitzendurchmesser angesehen zu werden. Ganz im Gegenteil: Da ein (einzelnes) Aufsetzen als eine Ausführung von 10000 Versuchen mit hoher Genauigkeit der Eingabeparameter betrachtet werden kann, kann der Satz von Kalibrierungskoeffizienten auf Basis von einer oder einer kleinen Anzahl von Aufsetzprozeduren bestimmt werden. Auf diese Weise können, nachdem der Satz von Kalibrierungskoeffizienten bestimmt worden ist, Bondinselschäden leicht vorhergesagt oder „indirekt” auf Basis der (individuellen) Belastung, die von jeder Prüfnadel der Prüfkarte auf eine entsprechende Bondinsel angewendet wird, überwacht werden.
Bei S4 kann ein minimal zulässiger Prüfnadelspitzendurchmesser basierend auf einer Auswertung der Funktion bestimmt werden. Der minimal zulässige Prüfspitzendurchmesser kann beispielsweise basierend auf einer maximal zulässigen Eindrucktiefe bestimmt werden. Gemäß der Funktion entspricht die maximale Eindrucktiefe einer maximal zulässigen Belastung. Der minimal zulässige Prüfspitzendurchmesser kann dann basierend auf dieser maximal zulässigen Belastung und einer weiteren Eingabegröße bestimmt werden. Bei dieser weiteren Eingabegröße kann es sich beispielsweise um eine Aufsetzkraft oder eine Aufsetzübersteuerung handeln, die während der Wafer-Prüfung auf die Prüfkarte anzuwenden sind.
Sobald der minimal zulässige Prüfnadelspitzendurchmesser bei S4 bestimmt worden ist, kann die Prüfkarte dahingehend bearbeitet werden, dass sie diesem minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmesser entspricht. Falls beispielsweise einer oder mehrere der Nadelspitzendurchmesser der Prüfnadeln kleiner ist/sind als der minimal zulässige Prüfnadelspitzendurchmesser, kann der Durchmesser der Prüfnadelspitzen so erweitert werden, dass er den minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmesser wie in S4 bestimmt übersteigt. Sind andererseits alle Prüfnadelspitzendurchmesser größer als der bestimmte minimal zulässige Prüfnadelspitzendurchmesser, können die Nadelspitzendurchmesser der Prüfnadeln bearbeitet (d. h. reduziert) werden, um sich dem in S4 bestimmten minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmesser anzunähern. Auf diese Weise kann die Wafer-Prüfung kontinuierlich bei nahezu optimalem Prüfnadel-Bondinsel-Kontaktverhalten durchgeführt werden, so dass während der Produktion ein schadensfreier und hochzuverlässiger Wafer-Prüfprozess erreicht und beibehalten werden kann, ohne irgendeine oder zumindest eine aufwändige Prozessüberwachung durch Eindruckmessungen auf Bondinseln durchführen zu müssen.
2A zeigt eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Wafer-Testeinrichtung für die Wafer-Prüfung veranschaulicht. In 2A kann die Wafer-Testeinrichtung 200 einen Halter 210, einen Waferträger (Trägerplatte) 220 und einen Manipulator 250 aufweisen, die dafür ausgelegt sind, den Abstand zwischen dem Halter 210 und dem Waferträger 220 zu variieren. Eine Prüfkarte 230 kann an dem Halter 210 angebracht sein. Die Prüfkarte 230 kann einen Prüfnadelträger 231 und mehrere an dem Prüfnadelträger 231 fixierte Prüfnadeln 232 aufweisen. Bei dem Prüfnadelträger 231 kann es sich beispielsweise um eine gedruckte Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) handeln. Die Prüfnadeln 232 können freitragender Art sein und über einen freitragenden Abschnitt 232_1 und einen Nadelspitzenabschnitt 232_2 verfügen. Der Nadelspitzenabschnitt 232_2 ist im Wesentlichen in vertikaler Richtung ausgerichtet und zum freitragenden Abschnitt 232_1 hin ausgerichtet. Der Nadelspitzenabschnitt 232_2 der Prüfnadel 232 verfügt über einen Nadelspitzenoberflächenbereich A und/oder einen Nadelspitzendurchmesser D.
Zur Vereinfachung kann angenommen werden, dass die Nadelspitzendurchmesserfläche A kreisförmig ist, so dass sich A = πD²/4 ergibt. Allerdings ist es auch möglich, dass die Kontaktfläche der Nadelspitze eine andere Form hat. In diesem Fall kann jede Abweichung von der kreisförmigen Form berücksichtigt werden, wenn von der Nadelspitzenkontaktfläche A und dem Nadelspitzendurchmesser D gesprochen wird. Mit anderen Worten darf die Bedeutung des Ausdrucks „Nadelspitzendurchmesser” in dieser Beschreibung nicht so verstanden werden, dass sie die Kontaktfläche der Nadelspitze 232_3 der Prüfnadeln 232 auf eine kreisförmige Ausgestaltung einschränkt. Vielmehr sollte jede beliebige Form der Kontaktfläche eingeschlossen sein und der Ausdruck Nadelspitzendurchmesser D kann einfach als „nominaler” Nadelspitzendurchmesser interpretiert werden, der durch die vorstehende Formel basierend auf der tatsächlichen Nadelspitzenkontaktfläche A vorgegeben ist.
Bezugnehmend auf 2A kann ein Wafer 240 auf dem Waferträger 220 platziert sein. Der Wafer 240 kann in einer spezifischen Halbleitertechnologie hergestellt sein. So kann beispielsweise eine (spezifische) Halbleitertechnologie unter anderem durch ein spezifisches Bondinselmaterial, eine spezifische Dicke der Bondinseln, eine spezifische Ausgestaltung der Bondinseln und einen spezifischen Stapel von Schichten unter den Bondinseln definiert sein. Als spezifisches Beispiel kann der Stapel von Schichten eine einzelne Oxidschicht mit einer spezifischen Dicke unter allen Bondinseln umfassen. Der Begriff „Wafer-Technologie”, wie er hier verwendet wird, wird auf diesem Gebiet der Technik auch als „Verarbeitungslinie” („processing line”) bezeichnet.
2B zeigt die Wafer-Testeinrichtung während des Aufsetzens der Prüfkarte 230 auf dem Wafer 240. Während des Aufsetzens kommen die Nadelspitzen 232_3 der Prüfnadeln 232 in Kontakt mit den Bondinseln auf dem Wafer 240. Das Aufsetzen kann durch den Manipulator 250 erfolgen. Der Manipulator 250 kann dafür ausgelegt sein, den Waferträger 220 und den Halter 210 einander anzunähern, beispielsweise durch Anheben des Waferträgers 220 (siehe z. B. 2B) und/oder durch Absenken des Halters 210.
Die vertikale Position des Halters 210 (und somit der Prüfkarte 230) und die vertikale Position des Waferträgers 220 (und somit des Wafers 240) können mit hoher Präzision gesteuert werden. Insbesondere die Übersteuerung (Verschiebung d vom anfänglichen Prüfnadel-Bondinsel-Kontakt zu der Einstellposition der Wafer-Testeinrichtung 200) kann präzise gemessen werden.
3 zeigt eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Vertiefung 311, die auf einer Bondinsel eines Wafers 240 erzeugt wurde. In 3 wird nur ein kleiner Teil des Wafers 240 an der Position einer Bondinsel 310 gezeigt. Die Bondinsel 310 kann aus einem Metall mit der Dicke t gefertigt sein. Die Bondinsel 310 kann jedes der vorstehend erwähnten Metalle aufweisen oder daraus bestehen.
Eine darunterliegende Schicht 320 erstreckt sich unter der Bondinsel 310. Bei der darunterliegenden Schicht 320 kann es sich beispielsweise um eine Isolierschicht wie etwa eine anorganische Schicht handeln, beispielsweise ein SiO₂ umfassendes oder daraus bestehendes oder ein anderes Isoliermaterial. Die darunterliegende Schicht kann auch durch eine zum Bilden eines pn-Übergangs dotierte Volumen-Halbleitermaterialschicht (Bulk-Halbleitermaterialschicht) dargestellt sein. Die darunterliegende Schicht 320 kann die Stärke t_ox aufweisen. Die darunterliegende Schicht 320 kann sich beispielsweise auch aus einem Stapel von darunterliegenden Schichten zusammensetzen, beispielsweise einem Stapel von Isolierschichten.
Vor dem Kontaktieren der Bondinsel 310 befindet sich die Prüfnadel 232 in Position A. In der Einstellposition befindet sich die Prüfnadel 232 in Position B. Wie aus 3 ersichtlich, hat der Kontakt der Prüfnadel 232 eine Vertiefung 311 der Tiefe h in der Oberfläche der Bondinsel 310 erzeugt. Die Vertiefung 311 der Bondinsel 310 ist eine Art von Prüfschaden, der durch die Prüfnadel 232 verursacht wird. Eine andere Art von Prüfschaden ist ein Riss 321, der in der (den) darunterliegende Schicht(en) 320 auftreten kann.
Beide Arten von Prüfschäden können bei der Wafer-Prüfung von Nachteil sein. Falls die Eindrucktiefe h einen bestimmten Grenzwert überschreitet, nimmt die Zuverlässigkeit der Drahtbondung auf der Bondinsel 310 deutlich ab. Ein in der darunterliegenden Schicht 320 auftretender Riss 321 kann einen Ausfall des integrierten Bauelements verursachen.
Neben der Bondinsel 310 und der darunterliegenden Schicht 320 kann der Wafer 240 beispielsweise eine weitere Metallschicht 330 aufweisen, die unter der (den) darunterliegenden Schicht(en) 320 angeordnet ist, und eine weitere darunterliegende Schicht (z. B. eine Low-k-Schicht) 340, die unter der Metallschicht 330 angeordnet ist.
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen beispielhaften Eindrucktiefenanalysator 400 und einen Prozess zum Messen der Eindrucktiefen h mehrerer Bondinseln 310 auf dem Wafer 240 veranschaulicht. Die Messung kann nach einem Aufsetzversuch bei der Wafer-Prüfung durchgeführt werden. Ein konfokales Mikroskop 410 kann verwendet werden, um die Eindrucktiefen h jeder einzelnen Bondinsel 310 zu messen. Falls eine Prüfkarte mit beispielsweise 10000 Prüfnadeln 232 verwendet wird, kann daher eine Anzahl von 10000 einzelnen (z. B. unterschiedlichen) Eindrucktiefen h aufgezeichnet werden.
Bei dem Eindrucktiefenanalysator 400, wie in 4 gezeigt, kann es sich um einen integralen Bestandteil der Wafer-Testeinrichtung 200 handeln. In diesem Fall wird das konfokale Mikroskop 410 nach dem Prozess der Wafer-Prüfung (siehe hierzu die 2A–2B) so positioniert, dass es nach unten auf den Wafer 240 gerichtet ist (während der Halter 210 mit der Prüfkarte 230 beispielsweise entfernt sein kann).
5 zeigt eine beispielhafte Tabelle mit individuellen Eindrucktiefen h (in μm), die von den entsprechenden Prüfnadeln 232 mit individuellem Nadelspitzendurchmesser D (in μm) bereitgestellt werden. Wie ersichtlich ist, kann eine hohe Anzahl von korrelierten Datenpaaren (D, h) während eines Aufsetzvorgangs gesammelt werden.
Die Tabelle mit den durch Kontaktprozeduren bei unterschiedlicher Belastung verursachten Eindrucktiefen h der mehreren Bondinseln kann über unterschiedliche Versuchsprozeduren erhalten werden. Eine Variation der Belastung kann durch eine Variation der von der Nadelspitze ausgeübten Kraft oder durch eine Variation des Nadelspitzendurchmessers oder durch beides erzielt werden. Daher besteht eine erste Möglichkeit für das Erhalten einer Tabelle mit Eindrucktiefen darin, die bei bekanntem Nadelspitzendurchmesser von einer Prüfnadel auf die Bondinseln angewendete Kraft zu variieren. Solche Versuche können beispielsweise mit einer einzelnen Prüfnadel durchgeführt werden, die bei Einsatz unterschiedlicher Kräfte (z. B. durch Anwenden unterschiedlicher Übersteuerungen d) auf mehrere Bondinseln heruntergedrückt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die (unvermeidliche) Verteilung von Nadelspitzendurchmessern der Prüfnadeln einer Prüfkarte auszunutzen. In diesem Fall wird die Prüfkarte bis zu einer bestimmten Einstellposition auf dem Wafer aufgesetzt, und die durch die einzelnen Prüfnadeln angewendeten Kräfte können beispielsweise auf Basis der Prüfkartenspezifikation und der Übersteuerung berechnet werden (für alle Prüfnadeln einheitlich und somit repräsentativ für eine identische Kraft, oder korrigiert durch individuelle Ruhepositionen der Prüfnadeln und somit repräsentativ für individuelle Kräfte). Die Variation der Belastung zwischen den Prüfnadeln wird dann „automatisch” durch die Variation des Nadelspitzendurchmessers (oder, allgemeiner, der Nadelspitzengeometrie) der einzelnen Prüfnadeln erzeugt. Mit anderen Worten kann eine einzelne Aufsetzprozedur eine hohe Anzahl von Kontaktprozeduren bei unterschiedlichen Belastungen bereitstellen. Auf diese Weise kann eine vollständige Tabelle mit Eindrucktiefen in Abhängigkeit von der Belastung (im Hinblick auf beispielsweise den Nadelspitzendurchmesser D) durch eine einzelne Aufsetzprozedur und die Kenntnis jedes einzelnen Nadelspitzendurchmessers D erhalten werden (siehe hierzu beispielsweise die Tabelle aus 5). Wie vorstehend erwähnt, kann der Nadelspitzendurchmesser D effektiv eine Geometrie der Nadelspitze ausdrücken, was komplizierter ist als ein idealer kreisförmiger Umriss rund um eine flache Nadelspitzenoberfläche. Insbesondere kann eine Anzahl von Parametern der Geometrie der Nadelspitze gemessen werden, wie beispielsweise die Kontaktfläche, der Kontaktflächenumriss und die Planarität der Kontaktfläche, und all diese Parametermesswerte können den effektiven (oder nominalen) Durchmesser D der Nadelspitze beeinflussen.
Die elastischen und plastischen Materialeigenschaften eines Bondinselmaterials sind von der normalisierten Eindrucktiefe h/t abhängig. Falls sich die Härte des Bondinselmaterials während des Eindrückens ändert, ändert sich somit die plastische Deformation analog zur Belastung. Daher könnten Variationen der Kraft oder der Kontaktfläche (d. h. des (nominalen) Nadelspitzendurchmessers D) als Belastungsänderung berücksichtigt werden. Dies erlaubt eine Vorhersage der Eindrucktiefe h für jede Variation von F oder D oder F und D für eine einzelne Prüfnadel. Wie bereits erwähnt, können Prüfnadel-Bondinsel-Kontaktversuche durch Wiederholung einzelner Nadelaufsetzer Insel für Insel durchgeführt werden oder durch „parallele” Kontaktprozeduren unter Verwendung einer Prüfkarte und der natürlichen Verteilung von Kontaktflächen/Nadelspitzendurchmessern der Prüfnadeln, welche zuvor für jede Prüfnadelspitze gemessen und aufgezeichnet worden sind.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Bestimmen von Kalibrierungskoeffizienten anhand der Tabelle der korrelierten Datenpaare (D, h) aus 5 veranschaulicht. Die Kreuze geben die entsprechenden Messdaten an (σ(D), h/t). Somit werden hier die Kalibrierungskoeffizienten auf Basis der gemessenen Nadelspitzendurchmesser D bestimmt. Eine erste Funktion, welche die normalisierte Eindrucktiefe h/t auf Basis der Belastung σ(D) vorhersagt, kann die Relation h/t = 1 – exp[–(k × σ)^m] (1) aufweisen, wobei (k, m) eine Untermenge des Satzes von Kalibrierungskoeffizienten ist.
6 zeigt ferner eine Kurve der vorhergesagten normalisierten Eindrucktiefe h/t, so wie sie durch die Relation (1) nach Kurvenanpassung erhalten wird. Kurvenanpassung bedeutet das Auswählen von Koeffizienten (k, m), um eine beste Anpassung der Kurve an die Tabellendaten aus 5 zu erhalten, was in 6 durch die Kreuze dargestellt ist. Die Kurvenanpassung kann durch einen beliebigen geeigneten Ansatz erfolgen, z. B. durch eine Anpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate etc.
6 bezieht sich auf Bondinseln, die in einer ersten Wafer-Verarbeitungslinie gefertigt sind. In diesem Beispiel sind die Bondinseln aus AlCu gefertigt und haben eine Dicke t von etwa 2,8 μm. Wie aus 6 ersichtlich, weist die normalisierte vorhergesagte Eindrucktiefe h/t eine starke Übereinstimmung mit den Versuchstabellendaten auf. Die Kalibrierungskoeffizienten, wie durch Kurvenanpassung bestimmt, sind in diesem Beispiel m = 1,30544 und k = 1,38143.
7A veranschaulicht ein Beispiel für eine zweite Funktion, die eine vorhergesagte normalisierte Eindrucktiefe h/t in Abhängigkeit von der Belastung liefert, die von einer Prüfnadel auf eine in einer zweiten Wafer-Verarbeitungslinie gefertigte Bondinsel angewendet wird. Hier wird eine Cu-Bondinsel verwendet, und die Dicke t der Bondinsel beträgt beispielsweise 6 μm. Aus 7A ist ersichtlich, dass die Versuchstabellendaten stark von den in 6 dargestellten Versuchstabellendaten abweichen. Allerdings ergibt sich durch Kurvenanpassung einer Funktion mit der Relation (1) zu den gemessenen Tabellendaten eine ziemlich gute Vorhersage hinsichtlich der normalisierten Eindrucktiefe h/t auf Basis der Belastung. Die durch Kurvenanpassung abgeleiteten Kalibrierungskoeffizienten sind beispielsweise m = 1,29298, k = 0,33215.
Daher ist es mit dem bestimmten Satz von Kalibrierungskoeffizienten (m, k) jetzt möglich, die Eindrucktiefen h für jede Prüfkraft F (oder Übersteuerungen d) und/oder jeden (nominalen) Nadelspitzendurchmesser D auf einer Bondinsel, die in einer spezifischen Wafer-Verarbeitungslinie (z. B. einer AlCu-Bondinsel der Wafer-Verarbeitungslinie aus 6 oder einer Cu-Bondinsel der Wafer-Verarbeitungslinie aus 7A) gefertigt wurde, vorherzusagen.
Es wird Bezug genommen auf 7A; es zeigt sich, dass die normalisierte vorhergesagte Eindrucktiefe h/t bei kleineren Belastungswerten σ von den Versuchstabellendaten abweicht. Es hat sich herausgestellt, dass diese Abweichung auf geometrische Unsicherheiten der einzelnen Prüfnadelspitzen zurückzuführen sein kann. Zum Ausgleich dieser geometrischen Unsicherheiten kann ein zusätzlicher Kalibrierungskoeffizient b in die Relation (1) aufgenommen werden, so dass diese h/t = 1 – (1 – b)exp[–(k × σ)^m] (2) lautet, wobei (k, m, b) der Satz oder eine Untermenge des Satzes von Kalibrierungskoeffizienten der Relation (2) ist.
Die Kurvenanpassung der Relation (2) an die Versuchstabellendaten ist in 7B veranschaulicht. Es ist offensichtlich, dass die Vorhersage der normalisierten Eindrucktiefe h/t selbst für geringe Kontaktkräfte optimiert ist. Die Kalibrierungskoeffizienten, wie durch Kurvenanpassung bestimmt, sind in diesem Beispiel m = 1,53706, k = 0,33154 und b = 0,04974.
Des Weiteren kann der Standardfehler der Parameter (k, m, b) als eine Anpassungsgüte-Schätzung berechnet werden. Die Standardfehler in diesem Beispiel sind <m> = 0,03636, <k> = 0,00223 und <b> = 0,00549. Die Anpassungsgüte-Schätzung liefert Informationen zum Nadelspitzenzustand und kann als Alarmauslöser für jedes ungewöhnliche Verhalten verwendet werden, das beispielsweise eine fehlerhaft implementierte Reinigungs-/Formungsprozedur erkennen lässt. Mit anderen Worten: Falls eine Abweichung zwischen den für die Kurvenanpassung verwendeten Versuchstabellendaten (Kreuze) und der erhaltenen Kurve mit vorhergesagten normalisierten Eindrucktiefen gleich oder größer einem bestimmten Schwellwert von beispielsweise einem oder mehreren Standardfehlern ist, könnte ein Alarm ausgelöst werden.
Der Satz von Kalibrierungskoeffizienten kann beispielsweise an einem einzelnen Nadelversuchswerkzeug, das für die Prüfung von Bondinseln unterschiedlicher Wafer-Technologien verwendet wird (z. B. unterschiedliche Materialien und/oder unterschiedliche Dicken), abgeleitet werden. In diesem Fall muss nicht die in den 2A–2B dargestellte beispielhafte Wafer-Testeinrichtung für das Ableiten des Satzes von Kalibrierungskoeffizienten verwendet werden. Um jedoch alle Unsicherheiten zu berücksichtigen, kann der Satz von Kalibrierungskoeffizienten im laufenden System bestimmt werden, d. h. in der Wafer-Testeinrichtung 200 der 2A–2B, indem dieselbe Prüfkarte verwendet wird, die auch während der produktiven Wafer-Prüfung verwendet wird. In diesem Fall werden die Kalibrierungskoeffizienten abgeleitet, indem dieselben Prüfnadeln verwendet werden, die auch bei Wafertests verwendet werden. Bei Verwendung der Wafer-Testeinrichtung 200 aus den 2A–2B für das Durchführen der Kontaktprozeduren basierend darauf, welcher Satz von Kalibrierungskoeffizienten abgeleitet wird, kann die Wafer-Testeinrichtung 200 ferner eine Recheneinheit aufweisen, die dafür ausgelegt ist, den Satz von Kalibrierungskoeffizienten zu bestimmen, wobei es der Satz von Kalibrierungskoeffizienten ermöglicht, die vorhergesagte Eindrucktiefe einer Prüfnadel auf einer Bondinsel als Funktion einer Belastung, die von der Prüfnadel auf die Bondinsel angewendet wird, zu berechnen. Die Recheneinheit kann ferner dafür ausgelegt sein, den minimal zulässigen Nadelspitzendurchmesser basierend auf einer Auswertung der Funktion zu bestimmen.
8 ist ein Histogramm für den Vergleich der theoretischen Ergebnisse und der Versuchsergebnisse. Genauer gesagt ist die Zählung der Vorkommnisse von Eindrucktiefen h, wie sie durch das Messen der Eindrucktiefe („Versuch”) erhalten wird, und die Zählung der Vorkommnisse der Eindrucktiefe h, wie sie durch das Berechnen der vorhergesagten Eindrucktiefe in Abhängigkeit von einer von den einzelnen Prüfnadeln auf eine Bondinsel angewendeten Belastung erhalten wird, dargestellt. Die vorhergesagte Verteilung („Theorie”) zeigt eine gute Korrelation zu den gemessenen Daten („Versuch”). Die theoretische Verteilung wurde von einer Funktion gemäß einer Relation (1) abgeleitet, bei der die Kalibrierungskoeffizienten auf Basis eines einnadligen Versuchswerkzeugs bestimmt worden waren. Werden die Kalibrierungskoeffizienten jedoch auf Basis von Tabellendaten abgeleitet, die von einer Messung im laufenden System erhalten werden, sollte man eine noch bessere Korrelation erhalten.
9 veranschaulicht ein Beispiel für das Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf der Auswertung einer Funktion, die beispielsweise durch Kurvenanpassung durch den Satz von Kalibrierungskoeffizienten abgeleitet ist. Die Funktion wird bei einer vorgegebenen maximal zulässigen (vorhergesagten) Eindrucktiefe hmax ausgewertet, beispielsweise bei 1 μm. Dies ergibt eine maximal zulässige Belastung. Die maximal zulässige Belastung wird in einen Nadelspitzendurchmesser D(h_max) für eine bestimmte Aufsetzkraft F (oder eine bestimmte Übersteuerung d) übertragen, die während der Wafer-Prüfung auf die Prüfkarte anzuwenden ist. Unter Berücksichtigung einer bestimmten Sicherheitsmarge ΔD kann der minimal zulässige Prüfspitzendurchmesser D_min durch D_min = D(h_max) + ΔD gegeben sein. Die Sicherheitsmarge ΔD kann beispielsweise auf Basis der Anpassungsgüte, wie sie durch einen oder mehrere der Standardfehler der Koeffizienten angegeben ist, abgeleitet werden; siehe hierzu 8.
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine Vorrichtung für das Messen von Nadelspitzendurchmessern 1000 darstellt. Bei der Vorrichtung für das Messen von Nadelspitzendurchmessern 1000 kann es sich beispielsweise um einen Prüfkartenanalysator für das Messen der Nadelspitzendurchmesser der Prüfnadeln 232 einer Prüfkarte 230 handeln. Die Vorrichtung für das Messen von Nadelspitzendurchmessern 1000 kann beispielsweise ein Mikroskop 1010 aufweisen, das dafür ausgelegt ist, einen (nominalen oder effektiven) Durchmesser D jeder Prüfnadel 232 der Prüfkarte 230 zu messen.
Nachdem der minimal zulässige Prüfnadelspitzendurchmesser D_min bestimmt worden ist (siehe z. B. 9), können die Spitzen der einzelnen Prüfnadeln 232 so angepasst werden, dass sie D > D_min entsprechen. Die Durchmesser D der Nadelspitzen können reduziert werden, beispielsweise durch Eintauchen der Spitzen der Prüfnadeln 232 in eine Lösung, welche die Spitzen ätzt. Hingegen können die Nadelspitzendurchmesser D der Prüfnadel 232 beispielsweise durch mechanischen Abrieb vergrößert werden.
In der Praxis, während der Produktion, wird die Prüfkarte 230 in einer Vorrichtung für das Messen von Nadelspitzendurchmessern 1000 wie in 10 gezeigt regelmäßig untersucht. Dann werden die Nadelspitzendurchmesser so angepasst, dass jeder Nadelspitzendurchmesser D > D_min erfüllt. Diese Anpassung der Nadelspitzendurchmesser kann während der regulären Wartung, beispielsweise mehrmals pro Woche oder Monat, erfolgen. Sie kann allein auf einem Vergleich der gemessenen Nadelspitzendurchmesser D und D_min basieren, so wie dies gemäß dieser Offenbarung bestimmt ist. Insbesondere ist es nicht erforderlich, zu jedem Wartungszeitpunkt eine Messung und Analyse der Bondinsel-Eindrucktiefen durchzuführen.
11 zeigt ein Blockschaltbild einer Wafer-Testeinrichtung 1100 in Übereinstimmung mit einem Beispiel der Offenbarung. Die Wafer-Testeinrichtung 1100 kann wie unter Bezugnahme auf die 2A–2B beschrieben einen Halter 210, einen Waferträger 220 und einen Manipulator 250 umfassen. Ferner kann die Wafer-Testeinrichtung 1100 eine Recheneinheit 1110 umfassen. Die Recheneinheit 1110 kann dafür ausgelegt sein, einen Satz von Kalibrierungskoeffizienten zu bestimmen, wobei es der Satz von Kalibrierungskoeffizienten ermöglicht, eine vorhergesagte Eindrucktiefe einer Prüfnadel auf einer Bondinsel als Funktion der Belastung, die von der Prüfnadel auf die Bondinsel angewendet wird, zu berechnen. Beispielsweise kann einer der Sätze von Kalibrierungskoeffizienten (m, k) oder (m, k, b) wie vorstehend beschrieben durch die Recheneinheit 1110 bestimmt sein. Ferner kann die Recheneinheit 1110 dafür ausgelegt sein, den minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmesser D_min basierend auf der Auswertung der Funktion zu bestimmen. Die Bestimmung von D_min kann gemäß einem der vorstehend beschriebenen Verfahren erfolgen.
Die Wafer-Testeinrichtung 1100 kann optional mit der Vorrichtung für das Messen von Nadelspitzendurchmessern 1000 aus 10 ausgestattet sein. In diesem Fall kann die Wafer-Testeinrichtung 1100 von Zeit zu Zeit die Nadelspitzendurchmesser der Prüfkarte analysieren, um zu verifizieren, dass die Prüfkarte noch in einem guten Zustand ist (alle Prüfnadelspitzendurchmesser D sind gleich oder größer als D_min) oder, andernfalls, auf die Notwendigkeit einer Prüfkartenwartung oder eines Prüfkartenaustauschs hinzuweisen. Der Datentransfer zwischen der Recheneinheit 1110 und der Vorrichtung für das Messen von Nadelspitzendurchmessern 1000 kann über eine Datenverbindung 1120 erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Wafer-Testeinrichtung 1100 einen Eindrucktiefenanalysator 400 aufweisen. Der Eindrucktiefenanalysator 400 ist dafür ausgelegt, eine Tabelle mit einzelnen, durch die einzelnen Prüfnadeln verursachten Eindrucktiefen h auf den Bondinseln zu bestimmen, siehe rechte Spalte in 5. Der Datentransfer zwischen dem Eindrucktiefenanalysator 400 und der Recheneinheit 1110 kann über eine Datenverbindung 1140 erfolgen.
Genauer gesagt können die gemessenen Eindrucktiefen h über eine Datenverbindung 1140 an die Recheneinheit 1110 gemeldet werden. Die Recheneinheit 1110 kann ferner Übersteuerungsdaten über eine Datenverbindung 1130 zwischen dem Manipulator 250 und der Recheneinheit 1110 empfangen. Übersteuerungsdaten und Prüfkartenspezifikationen (z. B. die Steifigkeit der Prüfnadeln) zusammen mit den individuellen Nadelspitzendurchmessern D der Prüfkartennadeln (z. B. über die Datenverbindung 1120 oder von einer externen Vorrichtung für das Messen von Nadelspitzendurchmessern empfangen) ermöglichen es, die von jeder einzelnen Prüfnadel angewendete Belastung zu berechnen. Auf diese Weise kann eine Tabelle, z. B. wie in 5 dargestellt, angelegt werden, und ein Satz von Kalibrierungskoeffizienten kann berechnet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei der Vorrichtung für das Messen von Nadelspitzendurchmessern (Prüfkartenanalysator) 1000 und/oder dem Eindrucktiefenanalysator 400 um externe Vorrichtungen handeln kann. In diesem Fall entsprechen die Datenverbindungen 1120 und/oder 1140 den jeweiligen Schnittstellen für die (optionale) Anbindung an diese externen Vorrichtungen.
12 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für drei Verteilungen von Nadelspitzendurchmessern darstellt, die für eine Prüfkarte zu unterschiedlichen Zeitinstanzen (Zeitpunkten) gemessen werden, beispielsweise 3/2013, 9/2013 und 01/2016. Abgeleitet werden diese Verteilungen durch rückwirkendes Analysieren der Messungen für die Nadelspitzendurchmesser der Prüfkarte, die während der Prüfkartenwartung zu diesen Zeiten durchgeführt worden sind.
Um den Ansatz der „indirekten” Prozessüberwachung zu verifizieren, wurden die erwarteten Eindrucktiefezählungen auf Basis der drei Verteilungen berechnet. Die Ergebnisse der (berechneten) vorhergesagten Eindrucktiefen der drei Verteilungen von Nadelspitzendurchmessern aus 12 sind in 13 dargestellt. Die berechneten Ergebnisse zeigen, dass äußerst tiefe Eindrücke 1310 (die den maximal zulässigen Grenzwert für Eindrucktiefen von beispielsweise 0,5 μm für ein sicheres Bonden überschreiten) im Laufe von 09/2013 erwartet wurden. Tatsächlich stehen diese (wenigen) durch „indirekte” Überwachung berechneten äußerst tiefen Eindrücke 1310 wahrscheinlich in Bezug zu einem Produktionsfehler im Laufe von 09/2013. Mit anderen Worten wäre aufgrund der Analyse von Messungen der Nadelspitzendurchmesser, so wie sie hier im Rahmen des Konzepts der „indirekten” Prozessüberwachung erläutert wird, ein Produktionsfehler, wie er in Wirklichkeit in 09/2013 aufgetreten ist, wahrscheinlich zu vermeiden gewesen.
14 zeigt eine grafische Darstellung der (berechneten) vorhergesagten Eindrucktiefen h der drei Verteilungen von Nadelspitzendurchmessern aus 12 gegenüber den (gemessenen) Prüfnadelspitzendurchmessern D, so wie sie über alle drei Verteilungen aus 12 gemessen wurden. Ist eine maximale Eindrucktiefe von h_max = 0,5 μm erforderlich, hat dies einen maximal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmesser D > 20 μm + ΔD zur Folge, wobei ΔD in einem Bezug zur Anpassungsgüte stehen kann. In 14 werden alle vorhergesagten Eindrucktiefen h auf Basis desselben Satzes von Koeffizienten berechnet, der für die (einzelne) Wafer-Technologie gilt, die während der Produktion in 3/2013, 9/2013 und 01/2016 verwendet wurde.
Ferner wird ein Computerprogramm für das Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers von Prüfnadeln einer Prüfkarte für die Wafer-Prüfung offenbart, welches, wenn es auf einem Computer ausgeführt oder in einen Computer geladen wird, eines der hier beschriebenen beispielhaften Verfahren ausführt oder in der Lage ist, ein solches Verfahren auszuführen. Das Verfahren kann das Aufzeichnen einer Tabelle mit Eindrucktiefen auf Bondinseln umfassen, die durch mehrere Kontaktprozeduren von wenigstens einer Prüfnadel für mehrere Bondinseln auf dem Wafer verursacht werden, wobei die Kontaktprozeduren bei unterschiedlicher Belastung durchgeführt werden, die von der wenigstens einen Prüfnadel auf die Bondinsel angewendet wird; das Bestimmen eines Satzes von Kalibrierungskoeffizienten auf Basis der Tabelle; das Berechnen, auf Basis des Satzes von Kalibrierungskoeffizienten, einer vorhergesagten Eindrucktiefe als Funktion der Belastung; und das Bestimmen des minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf einer Auswertung der Funktion.
Ein solches Computerprogramm kann beispielsweise in die Recheneinheit 1110 der Wafer-Testeinrichtung 1100 geladen werden. Insbesondere kann es durch ein Firmware-Update in die Wafer-Testeinrichtung 1100 geladen werden. Es ist allerdings auch möglich, das Computerprogramm auf irgendeiner anderen Vorrichtung auszuführen, beispielsweise einem Prüfkartenanalysator 1000 und/oder einem Wafer-Eindrucktiefenanalysator 400 und/oder auf einer eigenständigen CPU (Central Processing Unit) wie beispielsweise einem PC (Personal Computer) oder einem Server, der für das Verbinden mit anderen Vorrichtungen über eine Schnittstelle angepasst sein kann.
Wie vorstehend erwähnt, ist eine zweite Art von Prüfschäden das Auftreten eines Risses in einer darunterliegenden Schicht, die unter der Bondinsel liegt. 15 zeigt eine Querschnittsansicht einer durch eine Prüfnadelspitze 232_3 verursachten plastischen Deformation (Vertiefung 311) einer Bondinsel 310. Ein Radius a der Prüfnadelspitze 232_3 ist als a gekennzeichnet, wobei a = D/2 ist. Die Restdicke der Bondinsel 310 ist als z gekennzeichnet. Die Belastung σ_ox(z), die die darunterliegende Schicht 320 erreicht, kann als
notiert werden, wobei σ_max die maximale Belastung bezeichnet, welche die darunterliegende Schicht 320 erreichen könnte. Diese maximale Belastung σ_max entspricht der Belastung σ(z = 0), d. h. der Belastung σ, die auf die Bondinsel 310 einwirkt.
16 zeigt die berechnete normalisierte Belastung σ_ox(z)/σ_max, die in Abhängigkeit von der Bondinsel-Restdicke z auf die anorganische Schicht 320 wirkt.
Die auf die anorganische Schicht 320 wirkende Belastung σ_ox(z) wird in eine Risswahrscheinlichkeitsverteilung der Barunterliegenden Schicht 320 eingegeben. Beispielsweise kann die Risswahrscheinlichkeitsverteilung auf der Weibull-Verteilung
basieren, wobei m_W das Weibull-Modul und σ₀ die charakteristische Festigkeit (der darunterliegenden Schicht 320) bezeichnet.
Anstelle der Weibull-Verteilung und deren spezifischem Satz von Parametern (Weibull-Modul m_W und charakteristische Festigkeit σ₀) könnten beispielsweise auch andere gegebene Wahrscheinlichkeitsverteilungen mit anderen spezifischen Parametern verwendet werden, um die Risswahrscheinlichkeit auszudrücken. Somit sollte die Weibull-Verteilung nur als ein Beispiel in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen verstanden werden, um Risswahrscheinlichkeiten auf Basis von Materialparametern auszudrücken.
Allgemein ermöglicht es das Bestimmen eines Satzes von Parametern einer gegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung gemäß der obigen Offenbarung, das Ausfallrisiko (d. h. die Risswahrscheinlichkeit) der darunterliegenden Schicht 320 getrennt von dem Einfluss von Prüfnadel- und Bondinseleigenschaften zu schätzen. Dies ermöglicht es, ein Ausfallrisiko (Risswahrscheinlichkeit) nur auf Basis des bestimmten Satzes von Parametern in Abhängigkeit von der Belastung, die auf die Bondinsel angewendet wird (z. B. in Abhängigkeit vom Nadelspitzendurchmesser D bei bekanntem σ(D) oder in Abhängigkeit von einer Übersteuerung d bei bekanntem σ(d)) zu schätzen. Die Parameter können beispielsweise nur auf Materialeigenschaften der darunterliegenden Schicht 320 hinweisen.
17 ist eine Darstellung, die die (berechnete) Risswahrscheinlichkeit P gemäß der Weibull-Wahrscheinlichkeitsverteilung bei Anpassung an (durch Kreuze angezeigte) vorgegebene Daten zur Risswahrscheinlichkeit veranschaulicht. Eine Kurvenanpassung kann durch einen beliebigen geeigneten Ansatz erfolgen, beispielsweise durch eine Anpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate, um die Parameter (m_W, σ₀) der Weibull-Wahrscheinlichkeitsverteilung zu erhalten.
Basierend auf den bestimmten Wahrscheinlichkeitsparametern (m_W, σ₀) kann die Risswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von einer Prüfnadelübersteuerung d während der Wafer-Prüfung berechnet werden. 18 zeigt eine Darstellung der berechneten Risswahrscheinlichkeit P(d) auf Basis vorab bestimmter Parameter (m_W, σ₀).
19 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Bestimmen einer Risswahrscheinlichkeitsverteilung für eine darunterliegende Schicht, die unter mehreren Bondinseln auf einem Wafer angeordnet ist. Bei S11 werden mehrere Kontaktprozeduren von wenigstens einer Prüfnadel für mehrere Bondinseln auf dem Wafer durchgeführt. Die mehreren Kontaktprozeduren werden bei wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen durchgeführt, die von der wenigstens einen Prüfnadel auf die Bondinseln angewendet werden. Auch hier, wie vorstehend in Verbindung mit den Kontaktprozeduren beschrieben, die verwendet werden, um eine Tabelle von Eindrucktiefen zu bestimmen, können die Kontaktprozeduren sequenziell von einem einzelnen Prüfnadelwerkzeug oder simultan durch das Aufsetzen einer Prüfkarte unter Berücksichtigung der Verteilung von Prüfnadelspitzendurchmessern angewendet werden.
Bei S12 werden auf Basis der wenigstens zwei unterschiedlichen, auf die Bondinsel angewendeten Belastungen wenigstens zwei unterschiedliche Belastungen bestimmt, die auf die darunterliegende Schicht einwirken. Dies kann beispielsweise unter Verwendung der Gleichung (3) erfolgen.
Bei S13 wird für jede der wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen, die auf die darunterliegende Schicht einwirken, eine gemessene Risswahrscheinlichkeit der darunterliegenden Schicht bestimmt. S13 kann durch eine Reihe von unterschiedlichen Prozessen durchgeführt werden; Beispiele davon werden nachfolgend beschrieben.
Bei S14 wird ein Satz von Parametern einer gegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung auf Basis der gemessenen Risswahrscheinlichkeiten bestimmt, wobei es der Satz von Parametern ermöglicht, die Risswahrscheinlichkeitsverteilung zu berechnen. Der Satz von Parametern kann auf die Robustheit der Barunterliegenden Schicht hinweisen. Wie vorstehend erwähnt, könnte es sich bei einer gegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung beispielsweise um die Weibull-Verteilung aus Gleichung (4) mit den Parametern (m_W, σ₀) handeln.
Unter Bezugnahme auf die bei S13 erwähnte Reihe von unterschiedlichen Prozessen verwendet eine erste Möglichkeit (Option A) für das Erhalten der gemessenen Risswahrscheinlichkeiten bei unterschiedlichen, auf die darunterliegende Schicht einwirkenden Belastungen das Zählen der Anzahl von Rissen nach dem Durchführen von Prüfversuchen. Da die „exakte” Bestimmung von Risswahrscheinlichkeiten typischerweise in der Größenordnung von Teilen pro Million (ppm) liegt, ist eine hohe Anzahl von Kontaktprozeduren erforderlich, und der Durchmesser D jeder Prüfnadel kann berücksichtigt werden. Wie vorstehend beschrieben, kann es sich bei dem Durchmesser D um einen „nominalen” oder „effektiven” Durchmesser unter Berücksichtigung nicht-idealer Nadelspitzengeometrien wie beispielsweise eine nicht-ideale Nadelspitzenplanarität oder einen nicht kreisförmigen Nadelspitzenumriss handeln.
Dann führt die Summierung aller Rissvorkommnisse bezogen auf die Anzahl von Versuchen zu verschiedenen Rissanzahlen in Abhängigkeit von der Belastung, woraus sich die relevanten Weibull-Parameter (m_W, σ₀) für die Robustheit der Barunterliegenden Schicht erkennen lassen.
Eine zweite Möglichkeit für das Erhalten gemessener Risswahrscheinlichkeiten (Option B) basiert auf dem Zählen einer Anzahl von rissfreien Nadelkontaktprozeduren für wenigstens zwei unterschiedliche Nadelspitzendurchmesser von wenigstens zwei Prüfnadeln. Dieser Ansatz kann auch als Robustheitsqualifizierung der darunterliegenden Schicht über eine statistische Sicherheitsmarge bezeichnet werden. Sind beispielsweise 10000 Kontaktprozeduren durchgeführt worden, ohne einen einzigen Riss zu finden, kann durch Summierung aller Wahrscheinlichkeiten eine ungünstigste charakteristische Festigkeit von σ₀ (worst case charakteristische Festigkeit σ₀) angenommen werden, wobei diese Wahrscheinlichkeiten als gleich 1/10000 definiert werden.
Das Weibull-Modul m_W kann erwartungsgemäß in einer ähnlichen Ordnung für darunterliegende Schichten wie beispielsweise spröde Oxidschichten liegen. Allerdings könnte eine ungünstigste Anpassung erfolgen sowie ein zweiter Lauf von Kontaktprozeduren mit einem anderen Nadelspitzendurchmesser D (oder, falls eine Prüfkarte verwendet wird, mit einer anderen Nadelspitzenverteilung) verwendet werden, ohne Risse zu finden.
Ein Grundprinzip der Robustheitsqualifizierung über eine statistische Sicherheitsmarge ist in 20 dargestellt. 20 zeigt eine grafische Darstellung mit dem (gemessenen) Nadelspitzendurchmesser D, dargestellt auf der X-Achse, und der Wahrscheinlichkeit, keine Risse P_cl zu finden, dargestellt auf der Y-Achse. Die Wahrscheinlichkeit P_cl, keine Risse zu finden (cl bedeutet „rissfrei” (crackless)), wird wie vorstehend beschrieben durch Versuch bestimmt. Die Risswahrscheinlichkeit (oder besser gesagt eine Obergrenze davon) wird dann durch P_cl definiert.
Als Beispiel werden erste Versuchsdaten 2010 durch einen Versuch mit beispielsweise 100 Kontaktprozeduren einer einzelnen Prüfnadel mit einem Durchmesser D von 7 μm erhalten. Da keine Risse gefunden werden, ist die gemessene Null-Defekt-Wahrscheinlichkeit P_cl gleich 1/100, und daher wird die Risswahrscheinlichkeit auf weniger als 1/100 geschätzt. Zweite Versuchsdaten 2020 werden beispielsweise durch einen Versuch von 10000 Kontaktprozeduren mit einer einzelnen Prüfnadel mit einem Durchmesser D von 10 μm erhalten. Wieder ist, da keine Risse gefunden werden, die gemessene Null-Defekt-Wahrscheinlichkeit P_cl gleich 1/10000, und die Risswahrscheinlichkeit wird dann auf weniger als 1/10000 geschätzt.
Im Prinzip reichen diese beiden Versuchsdaten 2010, 2020 aus, um einen Satz von Parametern der Wahrscheinlichkeitsverteilung (z. B. die Parameter (m_W, σ₀) der Weibull-Verteilung) durch Kurvenanpassung zu bestimmen. Diese Parameter können als ungünstigste Materialparameter interpretiert werden, da sie anhand der Null-Defekt-Versuchsdaten mit dem Hinweis „keine Risse gefunden” abgeleitet sind, was als eine Obergrenze für das Auftreten eines einzelnen Risses interpretiert werden könnte.
Nachdem der Satz von Parametern der Weibull-Verteilung basierend auf der Messung für „keine Risse gefunden” (siehe S14) bestimmt worden ist, kann ein minimal zulässiger Prüfnadelspitzendurchmesser D für eine spezifische erforderliche Null-Defekt-Wahrscheinlichkeit P_cl bestimmt werden. Falls beispielsweise eine Null-Defekt-Wahrscheinlichkeit P_cl von 0,1 ppm (d. h. 10^–7) erforderlich ist, ergibt eine Auswertung der Risswahrscheinlichkeitsverteilung wie auf Basis der (gemessenen) Null-Riss-Risswahrscheinlichkeiten berechnet einen minimal zulässigen Nadelspitzendurchmesser von 16 μm.
Es sei darauf hingewiesen, dass viel mehr als nur zwei Versuchsdaten 2010, 2020 verwendet werden können, um den Satz von Wahrscheinlichkeitsparametern auf Basis von Messungen zu bestimmen. Ferner können die Versuchsdaten 2010, 2020 durch wenigstens einmaliges Aufsetzen einer Prüfkarte auf einem Wafer erhalten werden, wobei die wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen (oder Prüfnadelspitzendurchmesser) durch die Verteilung von Prüfnadelspitzendurchmessern auf einer Prüfkarte „automatisch” verfügbar gemacht werden. Die tatsächlichen Prüfnadelspitzendurchmesser der Prüfkarte (wie beispielsweise in einem Prüfkartenanalysator gemessen) können dann dahingehend geprüft werden, ob sie gleich dem minimal zulässigen Nadelspitzendurchmesser oder größer als der minimal zulässige Nadelspitzendurchmesser sind oder nicht, d. h. ob sie dem erforderlichen Niveau der Null-Defekt-Wahrscheinlichkeit P_cl entsprechen.
Eine dritte Möglichkeit für das Bestimmen einer gemessenen Risswahrscheinlichkeit (Option C) der darunterliegenden Schicht basiert auf dem Nanoindentierungsverfahren (Technik der „nanoindentation”). Es ist hinlänglich bekannt, dass Materialparameter durch das Nanoindentierungsverfahren mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können. Ist die Robustheit der darunterliegenden Schicht 320 per Nanoindentierungsverfahren bestimmt worden, könnten solche Materialparameter auf alle Technologien angewendet werden, die dasselbe Isoliermaterial verwenden.
Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass Änderungen hinsichtlich der Ausgestaltung von Bondinseln (d. h. unterschiedliche Bondinsel-Layouts wie beispielsweise Linien, Schlitze und zweidimensionale Schlitze (Rechteckmuster)) die Isolierungsrisswahrscheinlichkeit in einem Bereich von nur einigen Prozent beeinflussen.
Daher könnte für einige Wafer-Technologien der Einfluss der Bondinsel-Ausgestaltung vollständig vernachlässigt werden, was den hohen Aufwand für die Prüfung von Wafern auf Prüfschäden im Falle einer Änderung der Bondinsel-Ausgestaltung überflüssig macht.
Allerdings wurde mit den hier beschriebenen neuen Verfahren gezeigt, dass Kraft und Nadelspitzendurchmesser die Größenordnungen der Risswahrscheinlichkeit beeinflussen. Da der Nadelspitzendurchmesser D eine so hohe Auswirkung auf die Risswahrscheinlichkeit hat, ist klar, warum diese Abhängigkeit noch nicht früher beobachtet wurde. Bei Wafer-Prüfversuchen, die mit klassischen Ansätzen durchgeführt wurden, beträgt die Veränderung des Nadelspitzendurchmessers nur wenige Mikrometer. Dann wäre ein statistischer Aufwand von einigen Milliarden Versuchen erforderlich, um Risse mit niedriger Wahrscheinlichkeit zu beobachten.
Ein viertes Verfahren zum Erhalten einer gemessenen Risswahrscheinlichkeit (Option D) der darunterliegenden Schicht verwendet eine Robustheitsqualifizierung aus der Produktionserfahrung. Während der Produktion werden jedes Jahr Milliarden solcher Prüf”versuche” (d. h. Kontaktprozeduren) durchgeführt. Anhand der Wartungsdaten der Prüfkarten kann die Zuverlässigkeit einer spezifischen darunterliegenden Schicht unter Berücksichtigung jeder Prüfnadel geschätzt werden.
Die Implementierung des Verfahrens zum Bestimmen einer Risswahrscheinlichkeitsverteilung einer darunterliegenden Schicht, die unter mehreren Bondinseln angeordnet ist, kann durch dieselben Vorrichtungen erfolgen wie vorstehend in Verbindung mit dem Verfahren zum Bestimmen des minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers D_min anhand von Bondinselschäden aufgrund der Eindrucktiefe beschrieben. Genauer gesagt kann das Verfahren, bei dem eine Risswahrscheinlichkeitsverteilung einer darunterliegenden Schicht bestimmt wird, in der Wafer-Testeinrichtung 1100 aus 11 durchgeführt werden. In diesem Fall kann die Recheneinheit 1110 dafür ausgelegt sein, für jede der wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen, die auf die darunterliegende Schicht einwirken, eine gemessene Risswahrscheinlichkeit der Barunterliegenden Schicht zu bestimmen (siehe S13). Alle vorstehend beschriebenen Prozesse für das Durchführen von S13 können von der Recheneinheit 1100 unterstützt werden. Ferner kann die Recheneinheit 1110 dafür ausgelegt sein, einen Satz von Parametern einer gegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung basierend auf den gemessenen Risswahrscheinlichkeiten zu bestimmen (siehe S14).
Ferner kann die Recheneinheit 1110 dafür ausgelegt sein, den minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmesser D_min basierend auf einer Auswertung der auf Basis des bestimmten Satzes von Parametern berechneten Risswahrscheinlichkeitsverteilung zu bestimmen; siehe beispielsweise den in 20 dargestellten Ansatz.
Analog zu der beschriebenen Bestimmung von D_min anhand der Analyse von Bondinselschäden aufgrund der Eindrucktiefe kann die Wafer-Testeinrichtung 1100 optional von Zeit zu Zeit die Nadelspitzendurchmesser der Prüfkarte analysieren, um zu verifizieren, dass die Prüfkarte noch in einem guten Zustand ist (alle Prüfnadelspitzendurchmesser D sind größer oder gleich D_min, so wie dies gemäß der Rissanalyse für die darunterliegende Schicht bestimmt worden ist), oder andernfalls auf die Notwendigkeit einer Prüfkartenwartung oder eines Prüfkartenaustauschs hinzuweisen. Somit kann über die Nadelspitzenüberwachung während der Produktiv„tests” sichergestellt werden, dass kein Prüfnadelspitzendurchmesser den erforderlichen Null-Defekt-Grenzwert überschreitet. Da mehrere Prüfnadeln ein integriertes Bauelement (d. h. ein Halbleiterplättchen) kontaktieren, sollte eine Gruppe von Prüfnadeln (d. h. die einem integrierten Bauelement zugeordneten Prüfnadeln) den erforderlichen Grenzwert für die Risswahrscheinlichkeit nicht überschreiten. Daher kann die Überwachung der Nadelspitzendurchmesser als ein Prozess dienen, bei dem Risswahrscheinlichkeiten (d. h. Schichtrissschäden) überwacht werden, die unter einem bestimmten Grenzwert liegen sollten, und/oder bei dem Eindrucktiefen überwacht werden, die die maximal zulässige Eindrucktiefe unterschreiten sollten (d. h. Bondinsel-Eindruckschäden).
Ferner wird ein Computerprogramm für das Bestimmen einer Risswahrscheinlichkeitsverteilung einer darunterliegenden Schicht offenbart, die unter mehreren Bondinseln auf einem Wafer angeordnet ist, wenn sie mehreren Kontaktprozeduren von wenigstens einer Prüfnadel auf die mehreren Bondinseln ausgesetzt wird, wobei die mehreren Kontaktprozeduren bei wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen durchgeführt werden, die von der wenigstens einen Prüfnadel auf die Bondinseln angewendet werden. Das Computerprogramm führt, wenn es auf einem Computer ausgeführt oder in einen Computer geladen wird, ein Verfahren aus oder ist in der Lage, ein Verfahren auszuführen, welches umfasst: das Bestimmen von wenigstens zwei unterschiedlichen Belastungen, die die darunterliegende Schicht einwirken, auf Basis der wenigstens zwei unterschiedlichen, auf die Bondinseln angewendeten Belastungen; das Bestimmen eines Satzes von Parametern einer gegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung basierend auf gemessenen Risswahrscheinlichkeiten für die wenigstens zwei unterschiedlichen, auf die darunterliegende Schicht einwirkenden Belastungen; und das Berechnen der Risswahrscheinlichkeitsverteilung auf Basis des bestimmten Satzes von Parametern.
Das Verfahren, welches das Computerprogramm ausführt oder auszuführen in der Lage ist, kann ferner das Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf einer Auswertung der Risswahrscheinlichkeitsverteilung bei einer maximal zulässigen Risswahrscheinlichkeit umfassen.
Analog oder zusätzlich zu dem Computerprogramm für das Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf der Berechnung einer (vorhergesagten) Eindrucktiefe kann beispielsweise ein Computerprogramm für das Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf einer Auswertung der Risswahrscheinlichkeitsverteilung in die Recheneinheit 1110 der Wafer-Testeinrichtung 1100 geladen werden. Insbesondere kann dieses Computerprogramm durch ein Firmware-Update in die Wafer-Testeinrichtung 1100 geladen werden. Es ist allerdings auch möglich, das Computerprogramm auf irgendeiner anderen Vorrichtung auszuführen, beispielsweise einem Prüfkartenanalysator 1000 und/oder einem Wafer-Eindrucktiefenanalysator 400 und/oder auf einer eigenständigen CPU (Central Processing Unit) wie beispielsweise einem PC (Personal Computer) oder einem Server, der beispielsweise für das Verbinden mit anderen der vorstehend erwähnten Vorrichtungen über eine Schnittstelle angepasst sein kann.

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines minimal zulässigen Nadelspitzendurchmessers von Prüfnadeln (232) einer Prüfkarte (230) für die Wafer-Prüfung, wobei das Verfahren umfasst: Durchführen von mehreren Kontaktprozeduren wenigstens einer Prüfnadel (232) für mehrere Bondinseln (310) aus Metall auf einem Wafer (240), wobei die mehreren Kontaktprozeduren bei unterschiedlicher Belastung durchgeführt werden, die von der wenigstens einen Prüfnadel (232) auf die Bondinseln (310) angewendet wird; Bestimmen einer Tabelle von Eindrucktiefen (311) der mehreren Bondinseln (310), die durch die Kontaktprozeduren bei unterschiedlicher Belastung verursacht werden, wobei jede Eindrucktiefe (311) durch eine einzelne Kontaktprozedur an einer jeweiligen Bondinsel (310) verursacht wird; Bestimmen eines Satzes von Kalibrierungskoeffizienten auf Basis der Tabelle, wobei es der Satz von Kalibrierungskoeffizienten ermöglicht, eine vorhergesagte Eindrucktiefe (311) als Funktion der Belastung zu berechnen; und Bestimmen des minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf einer Auswertung der Funktion.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Durchführen mehrerer Kontaktprozeduren umfasst: Durchführen von wenigstens einem Aufsetzen einer Prüfkarte (230) auf dem Wafer (240), wobei die Prüfkarte (230) mehrere Prüfnadeln (232) umfasst, die die mehreren Bondinseln (310) auf dem Wafer (240) kontaktieren.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Messen der Nadelspitzendurchmesser der mehreren Prüfnadeln (232) der Prüfkarte (230); und Bestimmen des Satzes von Kalibrierungskoeffizienten basierend auf den gemessenen Nadelspitzendurchmessern.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers umfasst: Auswerten der Funktion bei einer vorgegebenen maximal zulässigen vorhergesagten Eindrucktiefe, um eine maximal zulässige Belastung zu erhalten; und Bestimmen des minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf der maximal zulässigen Belastung und einer Aufsetzkraft oder einer Aufsetzübersteuerung, die während der Wafer-Prüfung auf die Prüfkarte (230) anzuwenden sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Funktion die Relation h/t = 1 – exp[–(k × σ)] umfasst, wobei h die vorhergesagte Eindrucktiefe ist, t eine Bondinseldicke ist, σ die Belastung ist und (k, m) eine Untermenge des Satzes von Kalibrierungskoeffizienten ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Funktion die Relation h/t = 1 – (1 – b)exp[–(k × σ)^m] umfasst, wobei h die vorhergesagte Eindrucktiefe ist, t eine Bondinseldicke ist, σ die Belastung ist und (k, m, b) eine Untermenge des Satzes von Kalibrierungskoeffizienten ist.
Verfahren zum Anpassen der Nadelspitzendurchmesser von Prüfnadeln (232) einer Prüfkarte (230) für die Wafer-Prüfung, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers der Prüfnadeln (232) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche; Messen der Nadelspitzendurchmesser der mehreren Prüfnadeln (232) der Prüfkarte (230); und Anpassen der Prüfnadelspitzendurchmesser, so dass diese größer oder gleich dem minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmesser sind.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Messen der Nadelspitzendurchmesser der mehreren Prüfnadeln (232) optisch mittels eines Mikroskops in einem Prüfkartenanalysator erfolgt.
Wafer-Testeinrichtung, umfassend: einen Waferträger (220), der dafür ausgelegt ist, einen Wafer (240) darauf zu platzieren; einen Prüfkartenhalter (210), der dafür ausgelegt ist, eine Prüfkarte (230) zu halten; einen Manipulator (250), der dafür ausgelegt ist, den Abstand zwischen dem Waferträger (220) und dem Prüfkartenhalter (210) zu variieren, wobei die Prüfkarte (230) mehrere Prüfnadeln (232) für das gleichzeitige, einzelne Kontaktieren von jeweiligen Bondinseln (310) aus Metall auf dem Wafer (240) umfasst; und eine Recheneinheit (1110), die dafür ausgelegt ist, auf der Basis einer Tabelle von Eindrucktiefen (311) der mehreren Bondinseln (310), die durch die einzelnen Kontaktprozeduren bei unterschiedlichen Belastungen versursacht werden, einen Satz von Kalibrierungskoeffizienten zu bestimmen, wobei es der Satz von Kalibrierungskoeffizienten ermöglicht, eine vorhergesagte Eindrucktiefe einer Prüfnadel (232) auf einer Bondinsel (310) als Funktion der Belastung, die von der Prüfnadel (232) auf die Bondinsel angewendet wird, zu berechnen, und den minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmesser basierend auf einer Auswertung der Funktion zu bestimmen.
Wafer-Testeinrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend: einen Eindrucktiefenanalysator (400), der dafür ausgelegt ist, eine Tabelle mit individuellen, durch die einzelnen Prüfnadeln (232) verursachten Eindrucktiefen (311) auf den Bondinseln (310) zu bestimmen.
Wafer-Testeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, ferner umfassend: eine Vorrichtung für das Messen von Nadelspitzendurchmessern, die dafür ausgelegt ist, die Nadelspitzendurchmesser der mehreren Prüfnadeln der Prüfkarte zu messen.
Computerprogramm für das Bestimmen eines minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers von Prüfnadeln (232) einer Prüfkarte (230) für die Wafer-Prüfung, welches, wenn es auf einem Computer ausgeführt oder in einen Computer geladen wird, ein Verfahren ausführt oder in der Lage ist, ein Verfahren auszuführen, das umfasst: Aufzeichnen einer Tabelle mit Eindrucktiefen (311) auf Bondinseln (310) aus Metall, die durch mehrere Kontaktprozeduren von wenigstens einer Prüfnadel (232) für mehrere Bondinseln (310) auf dem Wafer (240) verursacht werden, wobei jede Eindrucktiefe (311) durch eine einzelne Kontaktprozedur an einer jeweiligen Bondinsel (310) verursacht wird, wobei die mehreren Kontaktprozeduren bei unterschiedlicher Belastung durchgeführt werden, die von der wenigstens einen Prüfnadel (232) auf die Bondinseln (310) angewendet wird; Bestimmen eines Satzes von Kalibrierungskoeffizienten auf Basis der Tabelle; Berechnen, auf Basis des Satzes von Kalibrierungskoeffizienten, einer vorhergesagten Eindrucktiefe als Funktion der Belastung; und Bestimmen des minimal zulässigen Prüfnadelspitzendurchmessers basierend auf einer Auswertung der Funktion.
Computerprogramm nach Anspruch 12, wobei die Funktion die Relation h/t = 1 – exp[–(k × σ)^m] oder die Relation h/t = 1 – (1 – b)exp[–(k × σ)^m) umfasst, wobei h die vorhergesagte Eindrucktiefe ist, t eine Bondinseldicke ist, σ die Belastung ist, (k, m) eine Untermenge oder der Satz von Kalibrierungskoeffizienten ist und (k, m, b) eine Untermenge oder der Satz von Kalibrierungskoeffizienten ist.