DE102006056543A1

DE102006056543A1 - Sondenhalter für eine Sonde zur Prüfung von Halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE102006056543A1
Application number: DE102006056543A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl.-Ing. Runge; Stojan Dr. Kanev; Claus Dr. Dietrich
Original assignee: SUSS MicroTec Test Systems GmbH
Current assignee: Cascade Microtech Dresden GmbH
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2008-06-19
Also published as: US7859278B2; US20080122465A1

Abstract

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sondenhalter anzugeben, der geringen Horizontalversatz der Sondennadel bei Einwirkung einer Vertikalkraft aufweist, wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Sondenhalter für eine Sondennadel, der zur Befestigung und elektrischen Kontaktierung an einer Trägereinrichtung einer Prüfvorrichtung ausgebildet ist und einen Halterarm mit einer am freien Ende des Halterarms angeordneten Nadelaufnahme zur Befestigung der Sondennadel aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Befestigungsarm zur Verbindung des Sondenhalters mit der Trägereinrichtung vorgesehen ist und dass der Halterarm und der Befestigungsarm durch eine Parallelführung miteinander verbunden sind. Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass der Horizontalversatz der Nadelspitze aufgrund äußerer Kräfte dadurch verringert oder sogar verhindert werden kann, dass der Sondennadel eine vertikale Ausweichbewegung erleichtert wird, die möglichst keine Verdrehung der Sondennadel um eine horizontale Achse - sei es aufgrund einer Relativverdrehung der Sondennadel gegenüber dem Halterarm oder aufgrund einer Biegeverformung des Halterarms - erfordert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sondenhalter für eine Sonde gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Prüfung der Funktionsfähigkeit von Halbleiterbauelementen werden die Halbleiterbauelemente, die zu diesem Zeitpunkt meist noch im Verbund mit anderen Halbleiterbauelementen auf einem Wafer angeordnet sind, in einer dafür vorgesehenen Prüfvorrichtung auf einem beweglichen Prüftisch (Chuck) abgelegt und befestigt. Das Halbleiterbauelement wird anschließend mittels einer Sonde kontaktiert, so dass Messungen vorgenommen werden können. Die Sonde, die die Form einer Nadel hat und auch als Probe oder Probe Tip bezeichnet wird, ist üblicherweise an einer Trägereinrichtung, beispielsweise einer Trägerplatte (Probecard) oder einem Sondenhalterarm (Probearm) so befestigt, dass sie bezüglich der Oberfläche des Halbleiterbauelements schräg angeordnet ist. Das Bauteil, das die Sondennadel mit der Trägereinrichtung verbindet, wird nachfolgend einheitlich als Sondenhalter bezeichnet. Ein verbesserter Sondenhalter dieser Art ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Zum Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen der Sondennadel und dem zu testenden Halbleiterbauelement (device under test, DUT) wird die Sondennadel über dem Halbleiterbauelement positioniert und durch Absenken des Sondenhalters mit einer Kontaktfläche, beispielsweise einer Bondinsel des Halbleiter bauelements, in Berührung gebracht. Die dabei auf die Sondennadel in vertikaler Richtung einwirkende Kraft führt zu einer Verformung des Sondenhalters oder/und der Sondennadel oder, wenn die Sondennadel nicht starr eingespannt ist, zu einer Verdrehung der Sondennadel um eine horizontale Achse. Die dadurch hervorgerufene Verschiebung der Spitze der Sondennadel in horizontaler Richtung (Horizontalversatz) führt zu schwer kontrollierbaren Ungenauigkeiten bei der Positionierung der Sondennadel während der Prüf- und Messvorgänge.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Sondenhalter anzugeben, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet und insbesondere einen geringeren Horizontalversatz der Sondennadel bei Einwirkung einer Vertikalkraft aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Sondenhalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Sondenhalter für eine Sondennadel, der zur Befestigung und elektrischen Kontaktierung an einer Trägereinrichtung einer Prüfvorrichtung ausgebildet ist und einen Halterarm mit einer am freien Ende des Halterarms angeordneten Nadelaufnahme zur Befestigung der Sondennadel aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Befestigungsarm zur Verbindung des Sondenhalters mit der Trägereinrichtung vorgesehen ist und dass der Halterarm und der Befestigungsarm durch eine Parallelführung miteinander verbunden sind.
Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass der Horizontalversatz der Nadelspitze aufgrund äußerer Kräfte dadurch verringert oder sogar verhindert werden kann, dass der Sondennadel eine vertikale Ausweichbewegung erleichtert wird, die möglichst keine Verdrehung der Sondennadel um eine horizontale Achse – sei es aufgrund einer Relativverdrehung der Sondennadel gegenüber dem Halterarm oder aufgrund einer Biegever formung des Halterarms – erfordert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der die Sondennadel tragende Halterarm in einer Parallelführung gelagert wird. Diese Parallelführung benötigt ihrerseits ebenfalls eine Lagerung, welche durch den Befestigungsarm bereitgestellt wird. Der Befestigungsarm selbst ist an seinem freien Ende, das heißt dem der Nadelaufnahme gegenüberliegenden Ende, zur Verbindung und Kontaktierung mit der Trägereinrichtung einer Prüfvorrichtung ausgebildet. Im eingebauten Zustand innerhalb einer Prüfvorrichtung zum Testen von Halbleiterbauelementen wird der Sondenhalter üblicherweise horizontal oder schräg oberhalb des üblicherweise horizontal angeordneten zu testenden Halbleiterbauelements angeordnet sein. Soweit nachfolgend die Begriffe "horizontal" und "vertikal" verwendet werden, beziehen sich diese auf den bestimmungsgemäßen Einbau des Sondenhalters in einer Prüfvorrichtung der eben beschriebenen Art.
Unter einer Parallelführung im Sinne dieser Anmeldung soll ein zwischen dem Trägerarm und dem Befestigungsarm anbringbares Führungsmittel verstanden werden, das bei Einwirkung einer äußeren Vertikalkraft auf die Spitze der Sondennadel eine Parallelverschiebung des Halterarms in der Richtung der Vertikalkraft, das heißt eine rein translatorische Bewegung des Halterarms und der daran angebrachten Sondennadel ohne rotatorische Komponente, bewirkt. Derartige Parallelführungen können auf vielfältige Weise ausgestaltet sein, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise könnte die Parallelführung so ausgeführt sein, dass der Halterarm mindestens ein Gleitelement aufweist, das in einer am Befestigungsarm vorgesehenen, vertikalen Gleitschiene verschiebbar gelagert ist. Aufgrund der geringen Maße der Bestandteile des Sondenhalters wäre eine solche Lösung aber vermutlich relativ aufwändig zu fertigen und daher kostspielig. Nachfolgend werden einige vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens erläutert.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Parallelführung mindestens zwei parallel und mit einem Abstand zueinander angeordnete, gleich lange Verbindungselemente, die jeweils mit ihrem einen Ende mit dem Halterarm und mit ihrem anderen Ende mit dem Befestigungsarm verbunden sind. Die beiden gleich langen, parallelen Verbindungselemente, die beispielsweise stabförmig ausgestaltet sein können, erzwingen eine Parallelverschiebung des Halterarms, bei der Sicht der Halterarm nicht um eine horizontale Achse verdreht. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, weil sie einfach aufgebaut und kostengünstig in der Herstellung ist.
Es kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Verbindungselement wenigstens einseitig gelenkig gelagert ist oder/und dass mindestens ein Verbindungselement wenigstens einseitig starr gelagert ist. Daraus ergibt sich eine Vielzahl möglicher Kombinationen für die Lagerung der mindestens zwei Verbindungselemente. Beispielsweise kann für Ausführungsformen, bei denen die Parallelführung zwei Verbindungselemente umfasst, vorgesehen sein, dass beide Verbindungselemente beidseitig starr gelagert sind.
Alternativ kann für derartige Ausführungsformen vorgesehen sein, dass beide Verbindungselemente einseitig starr und einseitig gelenkig gelagert sind, wobei jeweils die starre und die gelenkige Lagerung bei den beiden Verbindungselementen entweder am gleichen Ende oder an entgegengesetzten Enden ausgeführt sein kann. Ebenso ist es möglich, dass ein Verbindungselement beidseitig starr und das andere Verbindungselement beidseitig gelenkig gelagert ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass das eine Verbindungselement beidseitig starr und das andere Verbindungselement einseitig starr und einseitig gelenkig gelagert ist. Ebenso vom Erfindungsgedanken umfasst sind Lösungen, bei denen das eine Verbindungselement beidseitig gelenkig und das andere Verbindungselement einseitig starr und einseitig gelenkig gelagert ist. Schließlich ist es auch möglich, beide Verbindungselemente beidseitig gelenkig zu lagern.
Unter einer starren Lagerung im Sinne der Erfindung soll eine Verbindung verstanden werden, die in der Lage ist, zwischen dem Verbindungselement und dem Halterarm beziehungsweise dem Befestigungsarm ein Moment um eine horizontale Achse zu übertragen. Insbesondere ist dabei eine horizontale Achse gemeint, die senkrecht auf der Längsausdehnung eines langgestreckten Verbin dungselements steht. Demgegenüber ist eine gelenkige Lagerung im Sinne dieser Erfindung nicht in der Lage, ein derartiges Moment um eine horizontale Achse vom Verbindungselement zum Halterarm beziehungsweise Befestigungsarm oder umgekehrt zu übertragen.
Insbesondere für den Fall, dass beide Verbindungselemente beidseitig gelenkig gelagert sind, ist es vorteilhaft vorzusehen, dass weiterhin mindestens ein Federelement zur Erzeugung einer Rückstellkraft vorgesehen ist. Wenn beide Verbindungselemente gleich lang und beidseitig gelenkig gelagert sind, kann sich der Sondenhalter nicht allein in einer horizontalen oder annähernd horizontalen Position halten. Dementsprechend ist es notwendig, eine der Gravitationskraft entgegengesetzt wirkende Kraft zu erzeugen. Dies ist besonders kostengünstig durch Anbringung eines zusätzlichen Federelements möglich. Beispielsweise kann zwischen dem Halterarm und dem Befestigungsarm ein elastischer Faden gespannt sein, der nichtparallel zu den Verbindungselementen angeordnet ist und auf diese Weise eine der Gravitationskraft entgegengesetzt wirkende Kraft erzeugt.
Zur Erzielung einer kompakten Bauform des erfindungsgemäßen Sondenhalters kann es vorteilhaft sein, dass mindestens ein Verbindungselement streifenförmig ist. Weiter vorteilhaft kann mindestens ein Verbindungselement aus einem metallischen Werkstoff bestehen. Werden beide obigen Merkmale miteinander kombiniert, das heißt ist das Verbindungselement streifenförmig und aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, so kann das Verbindungselement wie ein Federblatt einer Blattfeder wirken. Dies ist insbesondere für die Ausführungsformen günstig, bei denen mindestens ein Verbindungselement mindestens einseitig starr gelagert ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird selbstverständlich auch durch eine Prüfvorrichtung zur Prüfung von Halbleiterbauelementen gelöst, die einen Sondenhalter der oben beschriebenen Art aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbei spiels und einer zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt die einzige 1 einen erfindungsgemäßen Sondenhalter.
Der dargestellte Sondenhalter umfasst einen Halterarm 1 mit einer Nadelaufnahme, in der eine Sondennadel 2 befestigt ist, sowie einen Befestigungsarm 3, der zur Befestigung und Herstellung eines elektrischen Kontakts mit einer Trägereinrichtung 4 ausgebildet ist und im Ausführungsbeispiel auch mit der Trägereinrichtung 4 verbunden ist. Der Halterarm 1 und der Befestigungsarm 3 sind miteinander durch eine Parallelführung verbunden, die im Ausführungsbeispiel ein oberes Verbindungselement 5 und ein unteres Verbindungselement 6 umfasst, die beide beidseitig starr gelagert sind, d.h. so mit dem Halterarm 1 und dem Befestigungsarm 3 verbunden sind, dass ein Moment um eine horizontale Achse übertragen werden kann.
Die Verbindungselemente 5, 6 sind streifenförmig ausgebildet und bestehen aus einem metallischen Werkstoff. Sie können daher besonders vorteilhaft als Bestandteile von Leiterbahnen genutzt werden, die von der Kontaktstelle des Befestigungsarms 3 mit der Trägereinrichtung 4 zur Sondennadel 2 geführt sind.

1: Halterarm
2: Sondennadel
3: Befestigungsarm
4: Trägereinrichtung
5: oberes Verbindungselement
6: unteres Verbindungselement

Claims

Sondenhalter für eine Sondennadel (2), der zur Befestigung und elektrischen Kontaktierung an einer Trägereinrichtung (4) einer Prüfvorrichtung ausgebildet ist und einen Halterarm (1) mit einer am freien Ende des Halterarms (1) angeordneten Nadelaufnahme zur Befestigung der Sondennadel (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Befestigungsarm (3) zur Verbindung des Sondenhalters mit der Trägereinrichtung (4) vorgesehen ist und dass der Halterarm (1) und der Befestigungsarm (3) durch eine Parallelführung (5, 6) miteinander verbunden sind.
Sondenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelführung mindestens zwei parallel und mit einem Abstand zueinander angeordnete, langgestreckte Verbindungselemente (5, 6) umfasst, die jeweils mit ihrem einen Ende mit dem Halterarm (1) und mit ihrem anderen Ende mit dem Befestigungsarm (3) verbunden sind.
Sondenhalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement (5, 6) wenigstens einseitig gelenkig gelagert ist.
Sondenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement (5, 6) wenigstens einseitig starr gelagert ist.
Sondenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin mindestens ein Federelement zur Erzeugung einer Rückstellkraft an der Parallelführung vorgesehen ist.
Sondenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement (5, 6) streifenförmig ist.
Sondenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement (5, 6) aus einem metallischen Werkstoff besteht.