EP4698911A1 - Vorrichtung zum elektrischen prüfen von halbleiterbauteilen - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum elektrischen Prüfen von Halbleiterbauteilen, wie Wafer (18) oder Chips, umfasst einen Prüfkopf (7) mit mehreren Prüfnadeln (2), und insbesondere einen Prüfkopf (7) in Form einer Vertikalnadelkarte (1), wobei die Prüfnadeln (2) in Löchern in einer Führungsplatte (5b) verschiebbar geführt sind und über die Führungsplatte (5b) in Richtung auf den zu prüfenden Halbleiterbauteil überstehen. Auf der Führungsplatte (5b) ist eine Schutzplatte (9) vorgesehen und die über die Führungsplatte (5b) überstehenden, die Spitzen (3) tragenden, Enden der Prüfnadeln (2) durchgreifen die Schutzplatte (9).

Description

VORRICHTUNG ZUM ELEKTRISCHEN PRÜFEN VON HALBLEITERBAUTEILEN Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Prüfen von Halbleiterbauteilen mit den Merkmalen des einleitenden Teils von Patentanspruch 1. Diese Vorrichtungen enthalten in ihren Nadelkarten Prüfköpfe, die als sogenannte Vertikalnadelkarten ausgebildet sein können. Eine Vertikalnadelkarte ist beispielsweise aus AT 14209 A1 bekannt. Die Prüfnadeln sind in Führungsplatten aufgenommen und in Löchern relativ zu der unteren, dem Halbleiterbauteil (z.B. einem Chip) benachbarten, Führungsplatte beweglich geführt. Vertikalnadelkarten haben eine Vielzahl von Prüfnadeln, die alle durch Löcher in der unteren Führungsplatte (Keramikplatte) greifen und in diesen Löchern relativ zu der unteren Führungsplatte verschiebbar geführt sind und die sich beim Aufsetzen auf den zu prüfenden Leistungshalbleiterchip oberhalb der unteren Führungsplatte elastisch verformen (ausbiegen), sodass die Spitzen der Prüfnadeln federnd nachgiebig sind. Beim Prüfen von Mikrochips („Leistungschips“) werden teilweise sehr hohe Ströme, derzeit bis zu 3000 Ampere, angewendet. Damit diese Ströme ohne Überlastung der Kontaktstellen zum zu prüfenden Chip und mit möglichst homogener Stromverteilung in den Chip eingebracht werden können, wird eine sehr hohe Anzahl von Prüfnadeln verwendet, die annähernd gleichmäßig über die Fläche des zu prüfenden Chips verteilt sind. Bei einem Nennstrom von 1 Ampere je Prüfnadel ergibt sich eine Vertikalnadelkarte mit etwa 3000 Prüfnadeln. Soferne in dem zu prüfenden Chip eine Fehlstelle (ein sogenannter „hot spot“) vorliegt, entstehen an der Oberfläche des Chips punktuell sehr hohe Verlustleistungen. Das kann dazu führen, dass die Metallisierung des Chips je nach dem Werkstoff der Metallisierung schmilzt und explosionsartig verspritzt oder verdampft. Dies kann dazu führen, dass sich auf den Prüfnadeln der Vertikalnadelkarte und auf der unteren Führungsplatte (Keramikplatte) des Prüfkopfes, in welcher die Prüfnadeln – verschiebbar - geführt sind, Metallanlagerungen bilden. Wenn in dem zu prüfenden Chip eine Fehlstelle (ein sogenannter „hot spot“) vorliegt, entstehen an der Fehlstelle in dem Chip beim elektrischen Prüfen hohe Verlustleistungen. Je nach Energieeintrag beim Prüfen des Chips und abhängig vom Werkstoff der Metallisierung in dem Chip, kann das dazu führen, dass der Werkstoff der Metallisierung schmilzt und explosionsartig verspritzt oder explosionsartig verdampft. Dies kann dazu führen, dass sich auf den über die untere Führungsplatte vorstehenden Enden (Spitzen) der Prüfnadeln und/oder auf der unteren Führungsplatte (Keramikplatte) des Prüfkopfes, in welcher die Prüfnadeln – verschiebbar – geführt sind, Metallanlagerungen bilden. Wenn auf den über die untere Führungsplatte vorstehenden Spitzen der Prüfnadeln und/oder auf der unteren Führungsplatte Metall angelagert ist, ist die Beweglichkeit der Prüfnadeln relativ zur Führungsplatte beeinträchtigt bzw. unterbunden. JP 2000-241454 A beschreibt eine Vorrichtung zum Prüfen von Halbleiterbauteilen, wobei auf einer Führungsplatte eine Schutzplatte vorgesehen ist und die über die Führungsplatte überstehenden Enden der Prüfnadeln die Schutzplatte durchgreifen (vgl. Fig. 1). Die Schutzplatte ist an der dem zu prüfenden Halbleiterbauteil zugewandten Fläche der Führungsplatte befestigt. CN 217181007 U und CN 218180937 U beschreiben Vorrichtungen zum elektrischen Prüfen von Halbleiterbauteilen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beweglichkeit von Prüfnadeln auch zu gewährleisten, wenn Metall des Chips beim Prüfen auf Grund eines Fehlers in dem Chip verdampft und/oder verspritzt. Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche. Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, an der Unterseite – die dem zu prüfenden Halbleiterbauteil (Chip) zugekehrte Seite - der unteren Führungsplatte eine Abdeckung in Form einer Schutzplatte anzubringen (beispielsweise anzukleben), wobei die Prüfnadeln relativ zu der Schutzplatte beweglich durch Löcher in der Schutzplatte greifen. Die Schutzplatte schirmt (in der Art eines Regenschirmes) Spritzer aus flüssigem Metall und/oder verdampftes Metall von der Nadelkarte, insbesondere von der unteren Führungsplatte, ab. Eine Schutzplatte, beispielsweise in Form einer Kunststoffplatte, hat den Vorteil, dass die Beweglichkeit der Nadeln auch gegeben ist, wenn die Nadeln Metallanlagerungen aus dem (Leistungs-)Chip tragen. Zusätzlich ergibt sich bei einer Schutzplatte aus Kunststoff der Vorteil, dass Metall an dem Kunststoff schlecht oder nicht haftet, sodass die Prüfnadeln beweglich bleiben. Wenn die Schutzplatte aus (relativ) weichem Material besteht, bleiben die Prüfnadeln relativ zu der Führungsplatte beweglich, auch wenn sich auf den Spitzen der Nadeln Metall abgelagert hat. An den Prüfnadeln angelagertes Metall führt gegebenenfalls zu einem Aufweiten der Löcher in der Schutzplatte, so dass die Prüfnadeln relativ zur unteren Führungsplatte (und der Schutzplatte) beweglich bleiben. Die von den Prüfnadeln durchgriffenen Löcher in der Schutzplatte können so bemessen sein, dass zwischen Löchern und den Prüfnadeln Spiel vorliegt, sodass die Beweglichkeit der Spitzen der Prüfnadeln relativ zu der Schutzplatte gegeben ist, auch wenn im Bereich der Löcher und/oder an den Spitzen der Prüfnadeln Metall angelagert ist. Die Schutzplatte (Kunststoffplatte) wird mit dem Prüfkopf der Nadelkarte bevorzugt durch Kleben verbunden. Dabei kann eine Maßnahme getroffen werden, die verhindert, dass Klebstoff unter Kapillarwirkung in die Mitte der Schutzplatte gesaugt wird und die Prüfnadeln „festklebt“. Diese Maßnahme kann rings um das Zentrum, also um den Bereich, in dem die Prüfnadeln des Prüfkopfes durch die Schutzplatte treten, herum angeordnete, beispielsweise schlitzförmige, Öffnungen umfassen. Solche Öffnungen unterbrechen die Kapillarwirkung, so dass kein Klebstoff zwischen Führungsplatte und Schutzplatte in den Bereich der Prüfnadeln gelangt. Da die exakte Führung der Spitzen der Prüfnadeln von der unteren Führungsplatte des Prüfkopfes bewirkt wird, können die Löcher in der Schutzplatte so dimensioniert sein, dass die Spitzen der Prüfnadeln in den Löchern der Schutzplatte mit Spiel aufgenommen sind. Spiel zwischen den Prüfnadeln und den Löchern in der Schutzplatte hat auch den Vorteil, dass die Gefahr, dass Metall, das in dem Bereich der Löcher an der Schutzplatte abgelagert ist, die Beweglichkeit der Spitzen der Prüfnadeln beeinträchtigt, verhindert oder wenigstens verringert ist. Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigt: Fig. 1 eine, beispielsweise aus AT 14209 U1 bekannte, Vertikalnadelkarte, Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung eines Prüfkopfes einer Nadelkarte mit Schutzplatte, Fig. 3 eine Einzelheit des Prüfkopfes von Fig. 2 in vergrößerter Darstellung und im Schnitt und Fig. 4 eine Ansicht von schräg unten eines Prüfkopfes einer Nadelkarte mit Schutzplatte. Ein Prüfkopf 7 einer Vertikalnadelkarte 1 umfasst eine Vielzahl von, beispielsweise abgewinkelten, Prüfnadeln 2. In den Fig. 1 und 4 sind die Prüfnadeln 2 und deren Spitzen 3 symbolisiert dargestellt. In der Praxis sind beispielsweise bis zu 3000 oder mehr Prüfnadeln 2 vorgesehen. In dem Prüfkopf 7 sind Führungen, umfassend eine obere Führungsplatte 5a und eine untere Führungsplatte 5b, vorgesehen. Die Spitzen 3 der Prüfnadeln 2 stehen über die untere Führungsplatte 5b über und sind in Löchern in der unteren Führungsplatte 5b verschiebbar geführt. Der Prüfkopf 7 besitzt eine Druckkammer 6, die über Leitungen 8 mit Druckgas beaufschlagt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Druckkammer 6 in dem Prüfkopf 7 nicht zwingend vorgesehen. Wenn die Vertikalnadelkarte 1 mit dem Prüfkopf 7 auf einen zu prüfenden Halbleiterbauteil, im gezeigten Beispiel ein Wafer 18, der auf einem Halter (Chuck) 19 gehalten wird, aufgesetzt wird, bewegen sich die Spitzen 3 der Prüfnadeln 2 relativ zu der unteren Führungsplatte 5b nach oben (Doppelpfeil 15 in Fig. 3), wobei sich die zwischen den Führungsplatten 5a und 5b liegenden Bereiche der Prüfnadeln 2 unter elastischem Verformen krümmen (ausbiegen), wie das für eine Prüfnadel in Fig. 2 strichliert (idealisiert!) angedeutet ist. An dem Prüfkopf 7 der Vertikalnadelkarte 1 ist an der dem Wafer 18 zugewandten Außenseite (Unterseite) der unteren Führungsplatte 5b eine Schutzplatte 9 (vgl. Fig. 2 und 3) angebracht. In der Schutzplatte 9 sind Löcher 10 für die nach unten über die untere Führungsplatte 5b und die Schutzplatte 9 überstehenden, die Spitzen 3 tragenden, Enden der Prüfnadeln 2 vorgesehen. Die Prüfnadeln 2 können gegenüber den Löchern 10 in der Schutzplatte 9 Spiel aufweisen. Das Spiel ergibt sich, weil der Durchmesser „D“ der Löcher 10 in der Schutzplatte 9 größer ist als der Durchmesser „d“ der Prüfnadeln 2. Beispielsweise liegt der Durchmesser „D“ in der Größenordnung von 63 µm und der Durchmesser „d“ in der Größenordnung von 80 µm. Durch ein Spiel der Prüfnadeln 2 in den Löchern 10 der Schutzplatte 9 ist auch gewährleistet, dass die Beweglichkeit der Prüfnadeln 2, die in den Bohrungen der unteren Führungsplatte 5b (aus Keramikwerkstoff) mit Gleitführung (Lineargleitlager) aufgenommen sind, durch die Schutzplatte 9 nicht behindert wird. Dies auch, wenn die Achsen der Löcher 10 in der Schutzplatte 9 zu den Achsen der Bohrungen in der unteren Führungsplatte 5b versetzt sind. Das Spiel der Prüfnadeln 2 zu den Löchern 10 in der Schutzplatte kann 10 µm bis 20 µm, und insbesondere 17 µm, betragen. Die Schutzplatte 9 besteht beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden und bevorzugt elastisch verformbaren Kunststoff, beispielsweise aus einem Polyimid. Durch die Schutzplatte 9 wird verhindert, dass sich Metallanteile, die von dem Wafer 18 durch Fehler in dem Wafer 18 während des Prüfens des Wafers 18 durch explosionsartiges Schmelzen und/oder Verdampfen von Metall der Metallisierung des Wafers 18 weggeschleudert (verspritzt) sind, an die Prüfnadeln 2 im Bereich der unteren Führungsplatte 5b anlagern. So sind Bewegungen der Prüfnadeln 2 relativ zur unteren Führungsplatte 5b nicht eingeschränkt oder unterbunden. Wenn zwischen den Löchern 10 in der Schutzplatte 9 und den Prüfnadeln 2 Spiel vorliegt, sind die Prüfnadeln 2 noch beweglich, wenn im Bereich der Löcher 10 in der Schutzplatte 9 und/oder an den Prüfnadeln 2 Metall, das von dem Wafer 18 oder Chip durch explosionsartiges Schmelzen und/oder Verdampfen von Metall der Metallisierung verspritzt worden ist, angelagert ist. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Schutzplatte 9 so ausgebildet, dass sie die gesamte, dem zu prüfenden Halbleiterbauteil (Wafer 18) zugewandte, Unterseite des Prüfkopfes 7 und damit auch die Unterseite der unteren Führungsplatte 5b der Vertikalnadelkarte 1 bedeckt. Zum Befestigen der Schutzplatte 9 an dem Gehäuse des Prüfkopfes 7 der Vertikalnadelkarte 1 wird bevorzugt eine Klebetechnik in Betracht gezogen. In der Schutzplatte 9 sind in einem Bereich 13, der außerhalb des Bereiches 12, in welchem die Löcher 10 für die Prüfnadeln 2 vorgesehen sind, liegt, mehrere, beispielsweise kreisrunde, Löcher 17 vorgesehen. Durch die Löcher 17 kann (fließfähiger) Klebstoff aufgebracht werden. Klebstoff verteilt sich durch Kapillarwirkung zwischen der Schutzplatte 9 und der unteren Führungsplatte 5b. Um zu verhindern, dass Klebstoff durch Kapillarwirkung aus dem Bereich 13 außerhalb des Bereiches 12 der unteren Führungsplatte 5b und der Schutzplatte 9, in dem die Prüfnadeln 2 mit ihren Spitzen 3 durch die Schutzplatte 9 ragen, in den Bereich 12 mit den Prüfnadeln 2 gesaugt wird, sind um den Bereich 12 herum Öffnungen, die beispielsweise die Form von schlitzförmigen Löchern 11 haben, vorgesehen. Die Löcher 11 sind im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 in zwei Reihen („Doppelreihe“) angeordnet. Die schlitzförmigen Löcher 11 bewirken, dass kein Klebstoff aus dem Bereich 13 außerhalb des Bereiches 12, in dem die Prüfnadeln 2 vorgesehen sind, durch Kapillarwirkung in den Bereich 12 mit den Prüfnadeln 2 gesaugt wird und die Bewegung der Prüfnadeln 2 relativ zur unteren Führungsplatte 5b durch Verkleben (Festkleben) der Prüfnadeln 2 an der Schutzplatte 9 und/oder an der unteren Führungsplatte 5b behindert oder unterbindet. In der Schutzplatte 9 sind nach außen offene Aussparungen 20 vorgesehen, durch welche Zugang zu Montageschrauben 16 des Prüfkörpers 7 möglich ist. Die Führungsplatten 5a und 5b sind aus elektrisch isolierendem Werkstoff, insbesondere aus Keramik, gefertigt, sodass die Prüfnadeln 2 voneinander elektrisch isoliert sind. Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden: Eine Vorrichtung zum Prüfen von Wafern 18 oder Chips besitzt einen Prüfkopf 7 in Form einer Vertikalnadelkarte 1, deren Prüfnadeln in einer Keramik-Führungsplatte 5b mit Gleitführung geführt sind. An der dem zu prüfenden Wafer 18 oder Chip zugewandten Unterseite der Führungsplatte 5b ist eine Schutzplatte 9 angeklebt. Die Prüfnadeln 2 ragen mit Spiel durch Löcher 10 in der Schutzplatte 9. In der Schutzplatte 9 sind Löcher 17, durch die Klebstoff zwischen die Schutzplatte 9 und die untere Führungsplatte 5b eingebracht werden kann, vorgesehen. Rings um den Bereich 12, in welchem die Löcher 10 für die Prüfnadeln 2 liegen, sind in der Schutzplatte 9 schlitzförmige Löcher 11 vorgesehen. Die Löcher 11 verhindern durch Unterbrechen der zwischen der Schutzplatte 9 und der unteren Führungsplatte 5b auftretenden Kapillarwirkung, dass Klebstoff in den Bereich 12 gesaugt wird.

Claims

Ansprüche: 1. Vorrichtung zum elektrischen Prüfen von Halbleiterbauteilen, wie Wafer (18) oder Chips, umfassend einen Prüfkopf (7) mit mehreren Prüfnadeln (2), insbesondere umfassend einen Prüfkopf (7) in Form einer Vertikalnadelkarte (1), wobei die Prüfnadeln (2) in Löchern in einer Führungsplatte (5b) verschiebbar geführt sind und über die Führungsplatte (5b) in Richtung auf den zu prüfenden Halbleiterbauteil überstehen, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Führungsplatte (5b) eine Schutzplatte (9) vorgesehen ist und dass die über die Führungsplatte (5b) überstehenden, die Spitzen (3) tragenden, Enden der Prüfnadeln (2) die Schutzplatte (9) durchgreifen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatte (9) an der dem zu prüfenden Halbleiterbauteil zugewandten Fläche der Führungsplatte (5b) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatte (5b) an der Führungsplatte (5b) außerhalb des Bereiches (12), in welchem die Prüfnadeln (2) vorgesehen sind, befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatte (9) an der Führungsplatte (5b) durch Ankleben befestigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass um den Bereich (12) herum in der Schutzplatte (9) Löcher (11) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher schlitzförmige Löcher (11) sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (11) in zwei zueinander parallelen und den Bereich (12) umgebenden Reihen liegen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatte (9) Löcher (17), die im Bereich des äußeren Randes der Schutzplatte (9) vorgesehen sind, aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (17) kreisrund sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (17) in einem außerhalb des Bereiches (12), in dem die Prüfnadeln (2) vorgesehen sind, insbesondere in einem außerhalb der schlitzförmigen Löcher (11) liegenden Bereich (13) der Schutzplatte (9) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatte (9) aus elektrisch isolierendem Werkstoff besteht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatte (9) aus elastischem Werkstoff besteht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfnadeln (2) in Löchern (10) in der Schutzplatte (9) aufgenommen sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfnadeln (2) in den Löchern (10) mit Spiel aufgenommen sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schutzplatte (9) über die ganze dem zu prüfenden Halbleiterbauteil zugewandte Fläche des Prüfkopfes (7) erstreckt.