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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleitertestgeräte. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Bestimmen von Fehlern in
einer Halbleiternadelkarte und einer Prüfmaschine.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine
Vielzahl von Gerätschaften
und Techniken wurden entwickelt, um Herstellern integrierter Schaltungen
beim Testen dieser Schaltkreise zu unterstützen, während diese immer noch in der
Form von Chips auf Halbleiterwafern vorliegen. Um schnell und ausgewählt metallisierte
Kontaktflecken (auch als "Bondpads" bekannt) auf jedem
Chip mit einem elektrischen Testgerät (bekannt als "Prüfmaschine" oder "prober machine") elektrisch zu verbinden,
sind Arrays von dünnen
Drähten
oder anderen Kontaktmitteln vorgesehen. Die Kontaktmittel sind auf
herkömmlichen
gedruckten Leiterplatten angeordnet, um auf den metallisierten Kontaktpads,
die jedem Halbleiterchip zugeordnet sind, positioniert werden zu
können.
Wie herkömmlichen
Fachleuten bekannt, sind derartige gedruckte Leiterplattentestkarten
als "Nadelkarten" oder "Nadelarraykarten" ("probe cards" oder "probe array cards") bekannt und die Kontaktmittel
sind unter den Begriffen "Nadelkartenstifte" oder "Nadelstifte" oder "Nadeldrähte" ("probe card pins", "probe pins" oder "probe wires") bekannt.
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In
dem selben Maße,
in dem die Komponentendichte der Halbleiterschaltungen zugenommen hat,
hat auch die Anzahl von Kontaktpads, die jedem Chip zugeordnet ist,
zugenommen. Es ist jetzt nicht ungewöhnlich, wenn ein einziger Chip
bis zu 600 Pads aufweist, die mit diesem Chip elektrisch verbunden
sind. Die metallisierten Pads selber können durch einen nur 10 μm breiten
Spalt voneinander getrennt sein und einen Mittenabstand in der Größenordnung
von 50 μm
bis 100 μm
aufweisen. Demzufolge sind die schlanken Prüfdrähte auf den Nadelarraykarten
viel dichter gepackt. Es ist äußerst wünschenswert,
dass die freien Enden oder "Spitzen" der Nadeln auf einer
gemeinsamen horizontalen Ebene angeordnet sind und dass sie in Bezug
aufeinander innerhalb der Ebene die richtige Position haben, so dass,
wenn die Nadeln auf die metallisierten Pads des integrierten Schaltungschips
durch eine Prüfmaschine
hinuntergepresst werden, die Nadeln im Wesentlichen gleichzeitig
aufsetzen und dies mit im Wesentlichen gleicher Kraft, während sie
auf dem Messobjekt sind. Im Folgenden haben die Begriffe "aufsetzen", "ruhen" und "erster Kontakt" dieselbe Bedeutung.
Während
des Vorgangs des Herstellens eines elektrischen Kontakts mit den
Pads sind die Nadeln "überdehnt", was dazu führt, dass
sich die Nadeln aus ihrer Ruheposition hinausbewegen. Diese Bewegung
nennt man "Reiben" oder "Ritzen" ("scrub") und sie muss berücksichtigt
werden, wenn man bestimmen will, ob die Ruheposition und die überdehnte
Position der Nadeln innerhalb der Spezifikationen für die Nadelkarte
liegen.
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Der
Anmelder der vorliegenden Erfindung hat Geräte zum Testen der elektrischen
Eigenschaften, der Planarität
und horizontalen Ausrichtung, wie auch der Reibcharakteristiken
verschiedener Nadelkarten entwickelt und verkauft derartige Geräte unter seiner
Precision Point®-Baureihe
von Nadelkartenarraytest- und Überarbeitungsstationen.
Eine wesentliche Komponente dieser Stationen ist eine planare Arbeitsfläche, die
als eine "Testplatte" ("check plate") bekannt ist. Eine
Testplatte simuliert den Halbleiterchip, der einem Test durch die
Nadelkarte unterzogen wird, während
die oben beschriebenen Eigenschaften der Nadeln überprüft werden. Eine geeignete Testplatte
zur Verwendung mit den Precision Point®-Geräten des
Anmelders ist im Detail in dem US-Patent 4,918,374, Stewart et al.,
17. April 1990, beschrieben. Es ist ausreichend für die Zwecke
dieser Offenbarung, hier zu wiederholen, dass, während die zu untersuchende
Nadelkarte in einer festen Position gehalten wird, die Testplatte
horizontal in Schritten bewegt wird, wenn die relative horizontale Positionierung überprüft wird,
und in Schritten vertikal bewegt wird, wenn der Aufsetzkontakt und
die gedehnte Position jeder Spitze getestet werden.
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Früher und
wie in dem oben genannten Patent beschrieben, wurde die horizontale
Positionsinformation für
jede Prüfspitze
dadurch bestimmt, dass eine isolierte Prüfspitze in Schritten über widerstandsbehaftete
Diskontinuitäten
auf der Testplatte verschoben wurde.
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In
den letzten Jahren wurde die Technik dahingehend geändert, dass
ein transparentes, optisches Fenster in der Oberflächenkontaktebene
der Testplatte mit einer ausreichend großen Oberflächenabmessung angeordnet wurde,
um es zu erlauben, dass eine Prüfspitze
darauf ruhen kann. Eine elektronische Kamera, welche die Prüfspitze
durch das Fenster hindurch aufnimmt, digitalisiert das Bild des
anfänglichen
Aufsetzens der Nadel und eine verschobene Position der Nadeln infolge
des "Reibens", wenn die Testplatte
angehoben wird, um die Nadel "zu überdehnen". Die Position des
anfänglichen
Aufsetzens wird mit einer angenommenen Aufsetzposition verglichen,
um einem Bediener dabei zu helfen, die jeweilige Nadel wieder auszurichten.
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Eine
weitere Technik nach dem Stand der Technik zum Bestimmen der relativen
Positionen einer Prüfspitze
in einer horizontalen (beispielsweise X-Y-) Ebene ist in dem US-Patent 5,657,394, Schwartz
et al., beschrieben. Das hierin offenbarte System verwendet eine
Präzisionsvorschubstufe zum
Positionieren einer Videokamera in einer bekannte Position zum Aufnehmen
von Nadelspitzen durch ein optisches Fenster. Eine Analyse des Videobildes
und der Vorschubstufenpositionsinformation werden verwendet, um
die relativen Positionen der Nadelspitzen zu bestimmen. Bei Systemen
dieser Art wird eine "Referenz"-Nadelposition zunächst durch Information
von der Videokamera bestimmt, kombiniert mit Positionsinformation
von der Präzisionsstufe.
Wenn der Rasterabstand der Nadeln auf der Nadelkarte klein genug
ist, können
zwei oder mehr Nadeln gleichzeitig mit der Videokamera aufgenommen werden.
Die Position dieser benachbarten Nadel wird dann im Vergleich zu
der "Referenz"-Nadel von der Information
der Videokamera allein verglichen. Die Kamera wird dann zu einer
dritten Nadel bewegt, die der zweiten Probe benachbart ist, und
dieser Prozess wird wiederholt, bis jede Nadel auf der gesamten
Nadelkarte aufgenommen worden ist.
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Zusätzlich zu
den oben dargestellten Vorrichtungen zum Messen verschiedener Parameter der
Nadelkarten gibt es Drähte
zum Messen der tatsächlichen "Riebmarken" oder "Ritzspuren" ("scrub marks"), die von den Nadelkartenpins
auf einem Testwafer hinterlassen werden, auf den die Nadelkarte
mit der Prüfmaschine
gedrückt
wurde. Eine derartige Vorrichtung wird von der Firma Visioneering
Research Laboratory, Inc., Las Cruces, New Mexico, hergestellt,
um eine qualitativ hochstehende Abbildung von Ritzspuren, die von
einer Nadelkarte und einer Prüfmaschine
gemacht wurden, bereitzustellen. Es ist wohl bekannt, dass Ritzmuster,
die von einer Nadelkartenanalysenmaschine (im Folgenden als "PCA"-Maschine bezeichnet)
analysiert werden, nicht mit den Ritzspuren übereinstimmen, die auf einem
Testwafer entstehen und von einer Ritzspuranalysema schine (im Folgenden "SMA") aufgenommen wurden.
Der Testwafer bildet die Oberflächeneigenschaften
der Bondpads auf einem Halbleiterchip nach.
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Wie
oben erwähnt,
wird die Messoberfläche in
einem Nadelkartenanalysator typischerweise aus gehärtetetem
Stahl hergestellt oder neuerdings auch aus einem transparenten synthetischen
oder natürlichen
Kristall, wie Saphir. Diese PCA-Testoberfläche ist viel härter als
die aluminisierte Oberfläche
eines Halbleiterbondpads. Die typische ausgehärtete Aluminiumoberfläche eines
Halbleiterbondpads gibt tatsächlich
unter dem Druck, der von einer Halbleiterprüfmaschine ausgeübt wird
und der in der Größenordnung
von 5 g pro Pin liegen kann, nach. Bedenkt man, dass die Pinoberfläche sehr
klein ist, wird der aufgewendete Druck hoch genug, um die Oberfläche der
Aluminiumbondpads zu durchbrechen und dazu zu führen, dass die Nadelspitze
sich während
des Verschiebens des Nadelstifts "eingräbt". Innerhalb einer kurzen Entfernung
pflügt
sich die Spitze des Nadelstifts so tief in die Aluminiumoberfläche ein,
dass sie stoppt, obwohl die Nadelkarte mit ihrer Abwärtsbewegung
fortfährt.
Diese Erscheinung wurde von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung
als "Abbremsen" ("stubbing") bezeichnet. Dem
gegenüber gibt
die harte Metall- oder Saphiroberfläche einer Nadelkartenanalysatormaschine
unter dem Druck des Nadelstifts nicht nach. Darüber hinaus ist die metallene
oder aus Saphir bestehende Kontaktoberfläche der Nadelkartenanalysatormaschine
hochpoliert und hat einen viel niedrigeren Reibungskoeffizienten
als die aluminisierte Oberfläche
des Halbleiterchips und -pads. Demzufolge wird der Nadelkartenstift
auf der Nadelkartenanalysatormaschine nicht „abgebremst" und die Nadelkartenstiftspitze
gleitet weiter, als sie das auf einem aluminisierten Bondpad tut.
Weiterhin erkennt man den Punkt, an dem Nadelkartenstift ein aluminisiertes
Bondpad als erstes kontaktiert (oder den aluminisierten Halbleitertestwafer,
der das Bondpad in der Ritzspuranalysatormaschine simuliert) oder
die "Aufsetz"-Position des Nadelkartenstifts nicht
leicht in der Ritzspur, die in der Aluminiumoberfläche hinterlassen
wird. Die Ritzspur ähnelt
einem Pinselstrich mit einer schwachen Anfangsposition und einer
tiefen, klar definierten Endposition. Umgekehrt erfasst die Nadelkartenanalysatormaschine
exakt die Aufsetzposition des Nadelkartenstiftes auf der Messoberfläche wie
auch seinen gesamten Weg entlang der Oberfläche ohne Abbremsen. Deshalb
stimmen weder die Aufsetzposition noch die Wegendeposition des Nadelkartenstifts
auf der Nadelkartenanalysatormaschine mit entsprechenden Positionen
sowohl auf tatsächlichen
Aluminiumbondpads wie auch auf Halbleitertestwafern, wie sie von
einer Ritzspuranalysatormaschine aufgenommen werden, überein.
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Wie
Fachleuten bekannt ist, ist es wünschenswert,
die Bahnkurve eines Nadelkartenstifts auf einem Halbleiterbondpad
unter Verwendung von Analyse- und Testgeräten genau nachzubilden. Es
ist weiterhin offensichtlich, dass weder die Nadelkartenanalysenmaschine
noch die Ritzspuranalysenmaschine alleine genaue Daten mit Bezug
auf die wahre Aufsetzposition einer Nadel auf einem metallisierten Bondpad
und die wahre Wegendeposition des Nadelkartenstiftes auf einem aluminisierten
Bondpad liefern.
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Daher
besteht der Bedarf nach einer Mess- und Analysentechnik, die das
Verhalten eines Halbleiternadelkartenstifts auf einem aluminisierten
Bondpad exakt vorhersagt.
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Es
existiert ein weiterer Bedarf für
eine Nadelkartenanalyse- und -messtechnik, die quantitativ bestimmt,
wann eine Kombination aus einer Nadelkarte und einer Prüfmaschine
für eine
bestimmte Aufgabe außerhalb
des Toleranzbereichs ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum exakten Vorhersagen des Verhaltens eines Halbleiternadelkartennadelstifts
auf einem Halbleiterbondpad bereitzustellen.
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Es
weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die obige Aufgabe
zu erfüllen
und gleichzeitig quantitative Daten bereitzustellen, die sich auf die
Eigenschaft einer Kombination aus einer Nadelkarte und einer Prüfmaschine,
eine Aufgabe exakt durchzuführen,
beziehen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Daten
zum Optimieren der Leistungsfähigkeit
einer Nadelkarte und/oder einer Prüfmaschine, basierend auf dem
vorhergesagten Verhalten eines Halbleiternadelkartenstifts auf einem Halbleiterchipbondpad,
bereitzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung erfüllt
diese Aufgaben, und weitere Aufgaben und Vorteile werden aus der
folgenden Beschreibung deutlich, indem das Ritzmuster von Halbleiternadelkartenstiften
mit einer Nadelkartenanalysatormaschine gemessen wird, indem Ritzspuren
auf einem Halbleitertestwafer, die von einer Prüfmaschine mittels einer interessierenden
Nadelkarte gemacht wurden, gemessen werden, und indem die sich ergebenden
Messdaten zusammengeführt
werden, um einen Datensatz bereitzustellen, der vorhersehbar genaue
Lande- und Wegendepositionsdaten für eine Vielzahl von Nadelkartennadelstiften
auf einer metallisierten Halbleiterchipoberfläche haben.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung werden Fehlerwerte unterschiedlichen einander
entsprechenden Daten von der Nadelkartenanalysemaschine und Messdaten von
der Ritzspuranalysemaschine zugewiesen. Die Fehlerwerte werden dann
minimiert, indem horizontale, vertikale und rotatorische Kompensationswerte (beispielsweise
X, Y und θ)
von einem der Datensätze
iterativ mathematisch erhöht
werden, bis die Unterschiede zwischen entsprechenden gemessenen bzw.
kompensierten Daten zwischen der Ritzspuranalysemaschine und der
Nadelkartenanalysemaschine minimiert sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Halbleiterwafers mit einer Vielzahl
von Chips.
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2 ist
eine vergrößerte schematische Darstellung
eines Halbleiterchips, der in der eingekreisten Fläche 2 von 1 markiert
ist.
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3 ist
eine geschnittene schematische erhöhte Seitenansicht einer Nadelkarte,
die eine Vielzahl von Nadelkartenstiften hat, und eines Halbleiterwafers.
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4 ist
eine schematische Darstellung einer Ritzspur, wie sie von einer
Ritzspuranalysemaschine analysiert wird, sowie von einer Ritzspur,
wie sie von einer Nadelkartenanalysemaschine analysiert wird.
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5 (a bis h)
ist eine schematische Darstellung von Halbleiterchipbondpads, die Ritzspuren
infolge verschiedener Nadelkarten- und/oder Prüfmaschinenfehler aufweisen.
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6 ist
eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Kombinieren von
Datensätzen gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein
Halbleiterwafer wird allgemein mit Bezugszeichen 10 in 1 bezeichnet.
Ein Halbleiterwafer hat eine Vielzahl von Chips 12, die
in rechtwinkligen Reihen und Spalten über die Oberfläche des
Wafers angeordnet sind. Ein herkömmlicher
Wafer kann einen Durchmesser von bis zu 8 Inch und etwa zwischen
200 bis Tausenden von Chips pro Wafer aufweisen, abhängig von
der Komplexität
der Halbleiterschaltungen, die in jedem Chip enthalten sind. Ein
repräsentativer
Chip ist allgemein mit der Bezugsziffer 12 in 2 angegeben.
Der Chip hat eine Vielzahl von Bondpads 14 und eine Vielzahl
von Halbleiterschaltungen 16, die von den Bondpads umgeben
sind. Die Bondpads haben typischerweise eine aluminisierte Oberfläche, die
ausgeheizt wurde. Die Bondpads dienen als elektrische Verbindung
zwischen der Welt außerhalb
der integrierten Schaltung 16 und der Schaltung selbst.
Kleine Drähte
(hier nicht gezeigt) verbinden die Bondpads 14 mit der
Halbleiterschaltung 16. Ein weiterer Satz kleiner Drähte (ebenfalls
nicht gezeigt) verbinden die Bondpads mit äußeren Pins (nicht gezeigt)
in einem keramischen oder so genannten Dual-In-Line-Gehäuse (DIP),
um die integrierte Schaltung mit einem größeren Schaltkreis zu verbinden.
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Wie
in 3 gezeigt, stellen die Bondpads auch Positionen
für die
elektronischen Nadelkartenstifte 18 auf einer Halbleiternadelkarte 20 zum
Kontaktieren der Bondpads dar. Wie Fachleuten wohl bekannt ist,
wird die Halbleiternadelkarte 20 in einer Prüfmaschine
(hier nicht gezeigt) aufgenommen, wie dies auch der Halbleiterwafer 10 ist,
so dass, wenn die Nadelkartenstifte 18 in Kontakt mit Bondpads 14 stehen,
eine Vielzahl von elektronischen Tests auf der Halbleiterschaltung 16 durchgeführt werden kann.
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Es
ist ebenfalls Fachleuten wohl bekannt, dass es für derartige Nadelkartenstifte 18 üblich ist, während der
Benutzung fehlausgerichtet zu werden. Überschreitet diese Fehlausrichtung
einmal vorbestimmte Toleranzwerte, dann muss die Nadelkarte überarbeitet
und/oder wiederhergestellt werden, um die Spitzen 22 der
Nadelkartenstifte wieder in die Planarität zurückzubringen und auch wieder
zurück
in die horizontale Übereinstimmung
in Bezug aufeinander und in Bezug auf die Nadelkarte 20.
Hierfür
wurde eine Vielzahl von Maschinen, die als Nadelkartenanalysatoren
bekannt sind, konstruiert, bei denen eine relativ harte Testoberfläche, die
oft als "Testplatte" ("check plate") bezeichnet wird,
anstelle des Halbleiterwafers 10 angeordnet wird. Die Testplatte
kann ein sehr hartes transparentes Fenster aufweisen, das aus Saphir
oder einem anderen synthetischem Kristall hergestellt ist, oder
kann aus einem gehärteten Werkzeugstahl
bestehen, der verschiedene elektrische Diskontinuitäten aufweist,
so dass die horizontale Position der jeweiligen Stiftspitzen 22 in
Bezug aufeinander und in Bezug auf die Nadelkarte gemessen werden
kann. Es ist während
eines solchen Tests üblich,
dass die Nadelkartenstifte in der vertikalen (d. h. der "Z"-) Richtung überdehnt werden und dass sie entlang
der Oberfläche
der Testplatte "gleiten". Wie man am besten
an den gestrichelten Linien in 4 mit der
Bezugsziffer 24 sehen kann, hat ein Nadelkartenanalysereibmuster
einen wohl definierten Anfangs- oder "Lande"-Punkt 26 und einen wohl definierten
Wegendepunkt 28. Unglücklicherweise stimmt
infolge der Härte
der Oberfläche
der Testplatte dieses Reibmuster nicht mit einer entsprechenden Ritzspur 30 überein,
die in durchgezogenen Linien in der 4 gezeigt
ist und auf einem tatsächlichen Bondpad
oder einem Testwafer entstand.
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Die
Ritzspur 30 kann elektronisch von einer geeigneten Ritzspuranalysemaschine
aufgenommen werden. Der Anfangs- oder Landepunkt 32 der
Ritzspur in einer aluminisierten Oberfläche, wie einem Halbleiterchipbondpad,
ist nur schwer erkennbar, weil der Nadelkartenstift 18 nur
eine relativ geringe Kraft auf die aluminisierte Oberfläche ausübt. Tatsächlich sollte
der Landepunkt auf der aluminisierten Oberfläche dort sein, wo der Landepunkt 26 gezeigt ist,
wenn dieselbe Nadel auf eine Nadelkartenanalysetestplatte aufsetzt.
Die Nadel "gleitet" jedoch entlang der
Oberfläche
des aluminisierten Bondpads, bevor sie anfängt, eine erkennbare Spur zu
hinterlassen, und der Abstand zwischen dem Landepunkt 26, wie
er von der Nadelkartenanalysemaschine gemessen wird, und dem Landepunkt 32,
wie er von der Ritzspuranalysemaschine gemessen wurde, wurde vom
Anmelder als "Gleitabstand" 34 ("skating distance") bezeichnet.
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In ähnlicher
Weise bleibt das Wegende 36 der Nadelkartenstiftspitze
entweder in einem aluminisierten Bondpad oder in der Oberfläche eines
Testwafers in einer Ritzspuranalysemaschine hinter dem Wegendepunkt 28,
wie er für
die Nadelkartenanalysemaschine angegeben ist, zurück. Das
ist darauf zurückzuführen, dass,
kurz nachdem die Nadel in dem Landepunkt 32 aufsetzt, die
Nadelkartenspitze sich in die aluminisierte Oberfläche des
Bondpads so eingräbt,
wie ein Pflug in den Boden eindringt. Der Reibungskoeffizient zwischen
der Nadelkartenstiftspitze und dem Bondpad erhöht sich schnell. Demzufolge
wird die Nadel in der metallisierten Oberfläche „abgebremst", wenn die Kraft
infolge der Reibung gleich der nach vorne wirkenden Kraft, die von
der Prüfmaschine
durch den Nadelkartenstift 18 ausgeübt wird, wird. Der Abstand
zwischen dem Wegendepunkt 36, wie er von der Ritzspuranalysemaschine gemessen
wird, und dem Wegendepunkt 28, wie er von der Nadelkartenanalysemaschine
gemessen wurde, wurde vom Anmelder als der "Abbremsabstand" 38 ("stubbing distance") definiert.
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Es
ist offensichtlich, dass beim Vorhersagen des Verhaltens eines Nadelkartenstifts
auf einem Halbleiterbondpad der Landepunkt 26 der Nadelkartenanalyse
(PCA)-Maschine und der Wegendepunkt 36 der Ritzspuranalyse
(SMA)-Maschine von vorrangigem Interesse für die Bediener von Halbleiterprüfmaschinen
sind. Das heißt,
es ist unerwünscht,
wenn der Nadelkartenstift außerhalb
der Bondpadfläche auf
der weichen Passivierungsschicht des Halbleiterchips aufsetzt (was
auch eine Verletzung von verschiedenen Militärstandards für Halbleiterprodukte darstellt).
Es ist ebenfalls unerwünscht,
wenn der Nadelkartenstift 18 durch übermäßiges Abbremsen, welches durch
den Abbremsabstand 38 ausgedrückt ist, übermäßig deformiert wird, so dass
entweder übermäßiger Druck
auf das Bondpad ausgeübt
wird und das Bondpad beschädigt
wird oder der Stift verbogen wird. Zusätzlich ist es höchst wünschenswert, wie
in 5 gezeigt, die Fehlerquelle in einer Kombination
aus einer Nadelkarte und einer Prüfmaschine zu bestimmen, die
in Fehlern in der Prüfmaschine selbst
ihre Ursache haben kann.
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5 illustriert
schematisch eine Reihe von Bondpads auf einem Halbleiterchip, die
Ritzspuren aufweisen, welche von einer Kombination aus einer Nadelkarte
und einer Prüfmaschine
hinterlassen wurden. Wie in 5(a) gezeigt,
sind alle Ritzspuren im Wesentlichen in den Pads zentriert, wie
dies gewünscht
ist. 5(b) illustriert, dass entweder
die Nadelkartenstifte oder, noch wahrscheinlicher, die Prüfmaschine
selber die Stifte in die negative X-Richtung versetzt hat. 5(c) illustriert die Situation, in der die Prüfmaschine
wahrscheinlich einen Offset in positiver Y-Richtung hat. 5(d) illustriert, dass die Nadelkarte um die Z-Achse
in Uhrzeigerrichtung gedreht wurde, oder dass die Stifte in dieser
Richtung verdreht wurden. 5(e) illustriert übermäßig lange Ritzspuren,
sowohl in X- als auch in Y-Richtung, was darauf hinweist, dass die
Prüfmaschine
wahrscheinlich zuviel Kraft auf die Nadelkartenstifte ausübt. Umgekehrt
hat 5(f) kleine Ritzspuren, die
nicht verlängert
sind, was darauf hinweist, dass ungenügender Druck in Z-Richtung
von der Prüfmaschine
ausgeübt
wird. 5(g) zeigt längliche Ritzspuren auf der
linken Seite des Chips und sehr kurze Ritzspuren auf der rechten
Seite des Chips. Diese Konfiguration deutet auf einen Pitchfehler
(Nickfehler) um die Y-Achse
hin. 5(h) deutet auf einen Rollfehler (wankfehler)
um die X-Achse hin, so dass zuviel Druck auf die Nadelkartenstifte
im oberen Teil des Chips ausgeübt
wird, und zu wenig Druck auf die Stifte im unteren Bereich des Chips
ausgeübt
wird.
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Kombiniert
man die Ritzspuranalysedaten von dem Ritzspuranalysator und die
Ritzmusterdaten von der Nadelkartenanalysemaschine, ist es möglich, das
Verhalten eines Nadelkartenstifts auf einem Halbleiterchipmetallisierungspad
genauer vorherzusagen und herauszufinden, ob die Fehlerquelle bei der
Lage der Nadelkartenstifte auf die Prüfmaschine zurückzuführen ist
oder auf die Lage der Nadelkartenstifte mit Bezug auf die Nadelkarte
selbst.
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Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden Korrekturfaktoren, die einer Fehlausrichtung
in X-, Y- oder θ-Richtung
entsprechen (links-rechts, auf-ab und in bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn,
wie in 6 gezeigt), berechnet, um Unterschiede in den Datensätzen, die
sich auf den gemessenen Abbremsabstand 38, der in 4 gezeigt
ist, beziehen, zu minimieren. 6 illustriert
einen repräsentativen Satz
von rechtwinkligen Bondpads 14 auf einer Halbleiterchipoberfläche 12 in
der X- und Y-Richtung. Die Pads haben Ritzspuren 30, die
von einer Ritzspuranalysemaschine analysiert werden können. In
einer iterativen Art und Weise wird ein Korrekturfaktor in der X-,
Y- und θ-Richtung
zu gemessenen Daten, die in einem Computer durch ein herkömmliches
Computerprogramm, wie dem Exceldatenbankprogramm, das von Microsoft
Corporation, Redmond, Washington, erhältlich ist, addiert. In diesem
Prozess wird ein Fehlerwert dem Abbremsabstand 38 zugeordnet,
wie er für
jeden Nadelkartenstift 18, der einem Bondpad 14 zugeordnet
ist, gemessen wurde. Erhöht
man die X-, Y- und θ-Korrekturfaktoren
oder "Offsetwerte", findet man einen
minimalen Fehlerwert, der von dem Abbremsabstand repräsentiert
ist. Dieser minimale Fehlerwert und die entsprechenden X-, Y- und θ-Offsets
repräsentieren
quantitativ den Grad, zu dem die Kombination aus Nadelkarte und
Prüfmaschine
außerhalb
der Toleranz liegt. Der Fehlerwert kann durch eine einfache Summation
des Anschlussabstandes 38 oder durch das Bilden eines Durchschnitts
für alle Abbremsabstände aller
Pads oder durch das Summieren der Quadrate der Unterschiede zwischen
den Durchschnittsabbremswerten und den Abbremswerten oder eine Standardabweichung
der Abbremswerte berechnet werden. Das spezifische numerische Verfahren,
das ein herkömmlicher
Fachmann verwendet, ist mit Bezug auf die vorliegende Erfindung eine
unwesentliche Aktivität.
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Alternativ
kann, gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der Fehlerwert dem Gleitabstand 34,
wie er in 4 gezeigt ist, zugeordnet sein.
In dieser alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann ein Fehlerwert der Summe der Differenzen
zwischen dem durchschnittlichen Gleitabstand 34 für alle Ritzspuren 30 und
die Summe des Gleitabstands, wie er von der Nadelkartenanalysemaschine
und der Ritzspuranalysemaschine jeweils gemessen wurde, zugeordnet
werden. Wie im Hinblick auf die erste bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert,
kann eine Summe der Differenz der Quadrate oder eine Standardabweichungstechnik
ebenfalls verwendet werden, um den Fehlerwert zu definieren. Wie
mit Bezug auf die erste bevorzugte Ausführungsform erwähnt, werden
in dieser alternativen Ausführungsform
Korrekturfaktoren in X-Richtung, Y-Richtung und θ-Richtung inkrementierend auf
die gemessenen Orte der Landepunkte, die mit dem Gleitabstand 34 korreliert
sind, angewendet, bis der Fehlerwert minimal ist. Die Korrekturfaktoren
X, Y und θ beziehen
sich daher auf den Grad, in welchem die Kombination aus Nadelkarte
und Prüfmaschine außerhalb
der Toleranz ist.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der Mittelpunkt der Ritzspuren,
wie sie von der Ritzspuranalysemaschine gemessen wurden, mathematisch
dadurch definiert, dass eine gerade Linie 40 zwischen dem
Landepunkt 32 und dem Wegendepunkt 36, wie er
von der Ritzspuranalysemaschine gemessen wurde, verwendet wird.
Eine weitere mathematische gerade Linie wird so definiert, dass
sie zwischen dem Landepunkt 26 und dem Wegendepunkt 28 hindurchführt, wie
sie von der Nadelkartenanalysemaschine gemessen werden. Diese Ritzspurmittellinie 40 kann
auch direkt von der Ritzspuranalysemaschine von dem linken oder
rechten Rand des Bondpads 14 in der X-Achse und von dem
oberen oder unteren Rand des unteren Randes in der Y-Achse, wie
in 6 gezeigt, gemessen werden. Der Fehlerwert kann
dann zugewiesen werden als die Summe der absoluten Werte der Abstände der
Mittellinien 40 mit Bezug auf den Rand ihres entsprechenden
Bondpads oder als die Summe der Quadrate dieser Messungen. Indem
Korrekturfaktoren in der X-, Y- und θ-Richtung inkrementiert werden,
ergibt der minimale Fehlerwert, der von der inkrementalen Analyse
resultiert, X-, Y- und θ-Faktoren,
die repräsentativ
für den
Grad sind, in welchem die Kombination aus Nadelkarte und Prüfmaschine außerhalb
der Toleranz ist.
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Gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die kürzere Achse 42 der
Ritzspuren sowohl durch die Ritzspuranalysemaschine als auch durch
die Nadelspuranalysemaschine gemessen werden, und die Fehlerfaktoren
werden zugewiesen, wie oben mit Bezug auf die dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Weiterhin
kann durch einen Vergleich der Datensätze, die für die Ritzmuster von der Nadelkartenanalysemaschine
und die Ritzspuren von der Ritzspuranalysemaschine gesammelt wurden
und durch ein Vergleichen mit den Fehlern, wie in 5 gezeigt,
bestimmt werden, ob die Fehler infolge einer Fehlausrichtung der
Nadeln mit Bezug auf die Nadelkarte oder der Nadelkarte mit Bezug
auf die Prüfmaschine
zurückzuführen sind.
Diese Fehler sind insbesondere offensichtlich, wenn die Chips, die
gemessen werden, sich am äußeren Umfang
des Halbleiterwafers befinden.
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Schließlich ist
es wünschenswert,
den Testwafer 10 in der Prüfmaschine mit einer heißen Spannvorrichtung
(Chuck) oder anderen Mitteln zum Heizen des Wafers und der Nadelkarte 20 auf
die annähernde
Betriebstemperatur einer interessierenden integrierten Schaltung
aufzuheizen. Daraus resultiert, dass die Ritzspuren und ihre Lage
sehr ähnlich denen
von wirklichen Bondpad-Ritzspuren oder von einem Halbleiterchip,
der auf einer Prüfmaschine
getestet wird, sind. Ein geeigneter heißer Chuck ist von Temptronic
Corporation, Newton, Massachusetts, USA, unter dem Modellnamen "Thermochuck TPO 3000" erhältlich.
Der heiße
Chuck kann auch während
des Bildgebungsschritts der Ritzspuranalysemaschine verwendet werden,
um die Genauigkeit dieser Messungen zu erhöhen.