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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur optischen
Inspektion von Kontaktflächen bzw.
sogenannter Kontaktpads an Halbleiter-Bauelementen und insbesondere
ein Verfahren zur optischen Inspektion von Kontaktpads in Halbleiter-Bauelementen
mit unterschiedlichem Erscheinungsbild. Die Kontaktpads dienen der
elektrischen Kontaktierung des Halbleiter-Bauelements mit der Peripherie über sogenannte
Bonding-Drähte,
welche die Kontaktpads mit Anschlusspins oder Kontaktbällen verbinden.
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In
der Regel wird eine größere Anzahl
von Halbleiter-Bauelementen
auf einkristallinen Silizium-Scheiben – sogenannten Wafern – gleichzeitig hergestellt.
Dabei werden die Schaltkreise der Halbleiter-Bauelemente auf dem
Wafer üblicherweise
in mehreren Prozessschritten strukturiert, anschließend die
Halbleiter-Bauelemente durch Zersägen des Wafers vereinzelt und
in Kunststoffmaterial eingehäust. Häufig werden
die Halbleiter-Bauelemente noch vor der Vereinzelung von entsprechenden
Test-Systemen bzw. Test-Stationen
auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft.
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Auf
diese Weise können
die Halbleiter-Bauelemente, wie z.B. integrierte (analoge oder digitale) Rechenschaltkreise,
Halbleiter-Speicherbauelemente, wie z.B. Funktionsspeicher-Bauelemente (PLAs, PALs,
etc.) und Tabellenspeicher-Bauelemente
(z.B. RUMs und RAMs, insbesondere SRAMs und DRAMs), etc. im halbfertigen
und/oder im fertigen Zustand an mehreren Test-Stationen umfangreichen Tests
unterzogen werden. Zum Testen der Halbleiter-Bauelemente kann an
der jeweiligen Test-Station jeweils ein entsprechendes Testgerät vorgesehen sein,
welches die zum Testen der Halbleiter-Bauelemente erforderlichen Test-Signale
erzeugt.
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Die
vorliegende Erfindung dient insbesondere für den Einsatz beim Testen der
Funktionsfähigkeit von
Halbleiter-Bauelementen
mit entsprechenden Test-Systemen bzw. Testgeräten. Um das zu testende Halbleiter-Bauelement
in einer Test-Station mit dem Test-System elektrisch zu verbinden,
wird üblicherweise
eine spezielle Kontakt-Vorrichtung,
eine Halbleiter-Bauelement-Test-Karte – eine sogenannte „Probecard" verwendet. An der
Halbleiter-Bauelement-Test-Karte
(Probecard) sind nadelförmige
Anschlüsse
(Kontakt-Nadeln) vorgesehen, welche die entsprechenden Kontaktpads
der zu testenden Halbleiter-Bauelemente
kontaktieren.
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Mit
Hilfe der Probecard können
an einer Test-Station die zum Testen von noch auf dem Wafer befindlichen
Halbleiter-Bauelementen
erforderlichen Signale von dem mit der Probecard verbundenen Testgerät erzeugt
und mittels der an der Probecard vorgesehenen Kontakt-Nadeln in
die jeweiligen Kontaktpads der Halbleiter-Bauelemente eingeleitet
werden. Die in Reaktion auf die eingegebenen Test-Signale von dem
Halbleiter-Bauelement an entsprechenden Kontaktpads ausgegebenen
Signale werden wiederum von nadelförmigen Anschlüssen der Probecard
abgegriffen und beispielsweise über
eine die Probecard mit dem Testgerät verbindende Signalleitung
an das Testgerät
weitergeleitet, wo eine Auswertung der betreffenden Signale stattfinden
kann. Nach dem Zersägen
des Wafers bzw. dem Vereinzeln der auf dem Wafer befindlichen Halbleiter-Bauelemente
können
diese dann in eine entsprechende Umverpackung – sogenannte Carrier – geladen
und zu weiteren Test-Stationen transportiert werden.
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An
einer weiteren Test-Station können
die Carriers mit den zu testenden Halbleiter-Bauelementen in entsprechende – mit einem
(weiteren) Testgerät
verbundene – Adapter
bzw. Sockel eingesteckt und dann das in dem Carrier befindliche
Halbleiter-Bauelement weiteren Testverfahren unterzogen werden.
Zum Testen der in den Carriern befindlichen Halbleiter-Bauelemente
werden die vom Testgerät ausgegebenen
Test-Signale über
einen Adapter und entsprechende Anschlüsse des Carriers an die Kontaktpads
des zu testenden Halbleiter-Bauelements weitergeleitet.
Die in Reaktion auf die eingegebenen Test-Signale von den Halbleiter-Bauelementen
an entsprechenden Kontaktpads ausgegebenen Signale werden von den
Carrier-Anschlüssen
abgegriffen und über
den Adapter (sowie eine den Adapter mit dem Testgerät verbindende
Signalleitung) an das Testgerät
weitergeleitet, wo eine Auswertung der Signale stattfinden kann.
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Um
bei den Testverfahren eine hohe Genauigkeit der in das zu testende
Halbleiter-Bauelement eingeleiteten bzw. gemessenen Signale zu erreichen,
muss das jeweilige Testgerät
vor Beginn des eigentlichen Testverfahrens einem Kalibrier- bzw.
Setup-Prozess unterzogen
werden. Dazu kann beispielsweise vom jeweiligen Testgerät über eine
Signalleitung an eine das zu testende Halbleiter-Bauelement bzw.
den das Halbleiter-Bauelement
tragenden Carrier kontaktierende Probecard ein entsprechendes Kalibrier-Signal
ausgegeben werden. Anschließend
kann vom Testgerät
das durch das Kalibrier-Signal
hervorgerufene Reflexions-Signal gemessen und ausgewertet werden.
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Eine
weitere Voraussetzung für
die exakte Durchführung
eines Testverfahrens ist die zuverlässige Kontaktierung des zu
testenden Halbleiter-Bauelements mit dem Test-System bzw. mit dem
Testgerät.
Dazu muss eine gute elektrische Verbindung zwischen den Kontakt-Nadeln
(an der Probecard) des Test-Systems
und den Kontaktpads des zu testenden Halbleiter-Bauelements gewährleistet sein.
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Zu
Beginn des Vorgangs zum Testen der Funktionsfähigkeit des Halbleiter-Bauelements
werden die Kontakt-Nadeln bzw. die Probecard des Testgeräts üblicherweise
so über
dem zu testenden Halbleiter-Bauelement positioniert, dass die jeweils
gewünschten
Anschlüsse
bzw. Kontakt-Nadeln (Probes) des Testgeräts jeweils die gewünschten
Anschlüsse
bzw. Kontaktpads des zu testenden Halbleiter-Bauelements kontaktieren.
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Nach
dem Testen der Halbleiter-Bauelemente (Chips) auf Waferlevel werden
die Abdrücke,
welche die Kontakt-Nadeln auf den Kontaktpads der Chips hinterlassen,
hinsichtlich Größe und Position überprüft. Dies
ist notwendig um den Prozess des Probens zu überwachen und Abweichungen
in der Position der Kontakt-Nadeln gegenüber den Kontaktpads zu korrigieren.
Geht der Abdruck der Kontakt-Nadeln über den Rand des Kontaktpads
hinaus, ist keine elektrische Verbindung zwischen der Kontakt-Nadel
und dem Kontaktpad zustande gekommen und es kann zu einer Beschädigung der
das Kontaktpad umgebenden Passivierung kommen, was in der späteren Anwendung
ein potenzielles Zuverlässigkeitsrisiko
darstellt.
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Auch
aufgrund von Fertigungstoleranzen und Abweichungen in der Position
der zu testenden Halbleiter-Bauelemente auf dem Wafer bzw. in den Carriern
können
mangelhafte oder fehlende Kontaktierungen zwischen den Kontakt-Nadeln
und den Kontaktpads auftreten. Deshalb wird nach der Kontaktierung
der Kontaktpads durch die den Kontakt-Nadeln eine optische Inspektion
der Kontaktflächen
bzw. Kontaktpads an Halbleiter-Bauelementen durchgeführt, um
die tatsächliche
Position der Kontakt-Nadeln auf den Kontaktpads des Halbleiter-Bauelements
zu ermitteln.
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Die
Kontakt-Nadeln hinterlassen auf der Oberfläche der Kontaktpads eine Spur
in Form eines Abdrucks, der optisch als Schattierung erscheint. Durch
die optische Inspektion der Kontaktpads kann anhand dieser Schattierung
der Abdruck bzw. die Position der Kontakt-Nadel, die sie während der
Kontaktierung auf dem Kontaktpad hatte, erfasst werden. Wenn die
ermittelte Position der Kontakt-Nadel nicht auf dem Kontaktpad bzw.
nicht in dem gewünschten Bereich
auf dem Kontaktpad liegt, kann in einem nachfolgenden Justier-Schritt
die Position der Kontakt-Nadeln bzw. der Probecard des Testgeräts gegenüber dem
Kontaktpad des zu testenden Halbleiter-Bauelements entsprechend
korrigiert werden.
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Anhand
der bisher verwendeten Test-Systeme und Tools zur optischen Inspektion
nach dem Stand der Technik, können
jedoch nur Abdrücke
von Kontakt-Nadeln auf Kontaktpads mit relativ einfachen Kontaktpad-Geometrien
(z.B. in der Form eines Rechtecks, Rechtecks mit abgeschrägten Ecken oder
runde Kontaktpads) analysiert werden. Jede Änderung der Kontaktpad-Geometrie und jede
Veränderung
in der Oberflächenstruktur
der Kontaktpads erfordert eine Anpassung der Software-Algorithmen
der Bilderkennung.
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Ferner
können
die Abdrücke
der Kontakt-Nadeln auf den Kontaktpads von Halbleiter-Bauelementen
mit modifiziertem Chip-Design, wie es beispielsweise bei aktuellen
Halbleiterspeicher-Chips mit den höchsten Taktraten verwendet
wird, mit den existierenden Verfahren und Test-Systemen (Tools)
nicht aussagekräftig
beurteilt werden. Aufgrund von Veränderungen der unter dem Kontaktpad
liegenden Schichten können
sich Veränderungen
in seiner Oberfläche
ergeben. Dies hat zur Folge, dass mit herkömmlichen Bilderkennungssystemen
die im Vergleich zur umgebenden Fläche etwas dunkler erscheinende
Mitte des Kontaktpads nicht vom Abdruck der Kontakt-Nadel unterschieden
werden können,
wodurch die Lage des Abdrucks der Kontakt-Nadeln falsch ermittelt
wird. In solchen Fällen kann
die Größe des Abdrucks
der Kontakt-Nadeln auf dem Kontaktpad nicht korrekt interpretiert
werden, da z.B. eine zu große
Fläche
als Abdruck der Kontakt-Nadel interpretiert wird. Zudem kann der
Abstand zum Rand des Kontaktpads falsch ermittelt werden.
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Bei
bekannten Verfahren musste bislang für jedes neue Kontaktpad-Design,
das nicht mit bestehenden Algorithmen analysiert werden konnte,
das Analysesystem mit einem neuen Algorithmus programmiert werden.
Der Vorgang der Neuprogrammierung des Analysesystems ist jedoch
zeitaufwendig und kostenintensiv. Außerdem beruhen alle bisher
verwendeten Algorithmen auf dem Prinzip, den Abdruck der Kontaktspitzen
auf den Kontaktpads des Halbleiter-Bauelements über den veränderten Kontrast des optischen
Erscheinungsbildes zu identifizieren, was bei schlechtem Kontrast
nur schwer möglich ist
und zu unzuverlässigen
Ergebnissen führt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
bereitzustellen, das in der Lage ist, unabhängig von der Kontaktpad-Geometrie und
der Beschaffenheit Kontaktpad-Oberfläche die Position der Kontakt-Nadelspitzen
auf dem Kontaktpad auf zuverlässige
und einfache Weise zu bestimmen.
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Die
Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren
zur optischen Inspektion von Kontaktflächen (Kontaktpads) an Halbleiter-Bauelementen
mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Nach einem weiteren Aspekt
der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein System zur
optischen Inspektion von Kontaktflächen (Kontaktpads) an Halbleiter-Bauelementen
mit den im Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen definiert.
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Die
Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur
optischen Inspektion von Kontaktflächen bzw. Kontaktpads an Halbleiter-Bauelementen,
die zum Testen der Funktionsfähigkeit
des Halbleiter-Bauelements durch Kontaktelemente von einem Test-System
kontaktierbar sind, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- • optische
Erfassung der Oberfläche
des Kontaktpads vor dem Kontaktieren des Kontaktpads durch ein Kontaktelement
zur Erzeugung eines ersten Bildes (Referenzbild);
- • optische
Erfassung der Oberfläche
des Kontaktpads nach dem Kontaktieren des Kontaktpads durch ein
Kontaktelement zum Erzeugen eines zweiten Bildes (zu analysierendes
Bild);
- • Differenzbildung
zwischen dem Referenzbild und dem zu analysierenden Bild zum Erzeugen eines
dritten Bildes (Ergebnisbild); und
- • Analysieren
des dritten Bildes (Ergebnisbild) zum Erfassen von Abdrücken oder
Kontrasten, die das Kontaktelement auf dem Kontaktpad beim Kontaktieren
hinterlassen hat.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt folglich das Prinzip zugrunde, dass
zunächst
von einem Kontaktpad, das noch nicht von einer Kontakt-Nadel kontaktiert
wurde, ein Referenzbild aufgenommen wird. Dieses Referenzbild wird
von dem zu analysierenden Bild subtrahiert und das sich aus dieser
Subtraktion oder Differenzbildung ergebende Bild mit Hilfe eines geeigneten
Algorithmus analysiert, um festzustellen, an welcher Stelle die
Kontakt-Nadel einen Abdruck auf dem Kontaktpad hinterlassen hat,
d.h. an welcher Stelle die Kontakt-Nadel das Kontaktpad kontaktiert hat.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, dass
mittels der Differenzbildung zwischen einem Referenzbild vor einer
Kontaktierung des Kontaktpads und dem zu analysierenden Bild nach
der Kontaktierung des Kontaktpads praktisch jede beliebige Kontaktpad-Geometrie
und Kontaktpad-Oberfläche analysiert
werden kann. Dieser Effekt beruht auf der Tatsache, dass die jeweiligen Ausprägungen der
Kontaktpad-Geometrie und Schattierungen auf der Kontaktpad-Oberfläche durch die
Differenzbildung zwischen dem Referenzbild und dem zu analysierenden
Bild aussubtrahiert werden. Durch den Vergleich des zu analysierenden
Bildes mit dem Referenzbild wird die benötigte Bildinformation zur Ermittlung
der Position der Kontakt-Nadeln auf den Kontaktpads extrahiert.
Das aufgrund der Differenzbildung entstehende Ergebnisbild ist somit
frei von optischen Irritationen, welche die Analyse beeinträchtigen
könnten.
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Nach
der Auswertung des Ergebnisbildes können die Positionen der Kontakt-Nadeln
bzw. der Probecard des Testgeräts
gegenüber
den Kontaktpads des zu testenden Halbleiter-Bauelements bei Bedarf korrigiert werden,
um eine zuverlässige
elektrische Verbindung zwischen dem Testgerät und dem zu testenden Halbleiter-Bauelement
herzustellen. Durch die zuverlässige
Kontaktierung kann sichergestellt werden, dass die Übertragung
der Signale zwischen dem zu testenden Halbleiter-Bauelement und dem
Testgerät
möglichst
exakt, mit den jeweils gewünschten
Spannungshöhen
und/oder dem gewünschten,
zeitlichen Verlauf etc. erfolgt. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass das Verfahren in selbständiger Weise
schnell und flexibel auf jede mögliche Änderung
im optischen Erscheinungsbild der Kontaktpads reagieren und dabei
eine aussagekräftige
Analyse liefern kann.
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Die
Differenzbildung zwischen dem Referenzbild und dem zu analysierenden
Bild kann entweder durch Subtrahieren des Referenzbildes von dem zu
analysierenden Bild oder umgekehrt durch Subtrahieren des zu analysierenden
Bildes von dem Referenzbild vorgenommen werden. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn die Differenz jeweils zwischen korrespondierenden Bildpunkten
des Referenzbildes und des zu analysierenden Bildes berechnet wird.
Dabei können
der Differenzbildung zwischen dem Referenzbild und dem zu analysierenden
Bild die Graustufen der Bildpunkte oder die Schattierungen bzw. Kontraste
zugrunde liegen, die das Kontaktelement auf dem Kontaktpad beim
Kontaktieren hinterlassen hat.
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Vorteilhafterweise
wird das Referenzbild zumindest für die Zeitspanne von seiner
Erfassung bis zur Differenzbildung zwischen dem Referenzbild und dem
zu analysierenden Bild im Test-System gespeichert. Ebenso kann das
zu analysierende Bild zumindest von seiner Erfassung bis zur Differenzbildung zwischen
dem Referenzbild und dem zu analysierenden Bild im Test-System gespeichert
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die optische Erfassung der Oberfläche des Kontaktpads zum Erzeugen
des Referenzbildes oder des zu analysierenden Bildes in der Weise
einer optischen Aufnahme durch analoge und/oder digitale Aufnahmemittel,
wie z.B. entsprechende Kameras, vorgenommen. Je nach Beschaffenheit
der Oberfläche
und Aufbau des Kontaktpads kann die optische Erfassung des Erscheinungsbildes
von der Oberfläche des
Kontaktpads im sichtbaren Bereich, im ultravioletten und/oder im
infraroten Spektralbereich erfolgen. Da Halbleiter-Bauelemente üblicherweise
eine größere Anzahl
von Kontaktpads umfassen, ist es von Vorteil, wenn die optische
Inspektion der Kontaktflächen
bzw. Kontaktpads einer Anzahl von Kontaktpads eines oder mehrerer
Halbleiter-Bauelemente gleichzeitig erfolgt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird aufgrund der Analyse des Ergebnisbildes ermittelt, ob der Abdruck,
den das Kontaktelement auf dem Kontaktpad hinterlassen hat, innerhalb
des Kontaktpads oder innerhalb eines festgelegten Bereichs auf dem
Kontaktpad liegt. Wenn diese Ermittlung ergibt, dass der Abdruck,
den das Kontaktelement auf dem Kontaktpad hinterlassen hat, nicht
innerhalb des Kontaktpads oder nicht innerhalb eines festgelegten Bereichs
auf dem Kontaktpad liegt, kann eine entsprechende Korrektur der
Position der Kontaktelemente relativ zu den Kontaktpads veranlasst
werden, so dass die Position der Kontakt-Nadel auf dem Kontaktpad
bei der nächsten
Kontaktierung innerhalb des Kontaktpads oder innerhalb eines festgelegten Bereichs
auf dem Kontaktpad liegt.
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Zur
Korrektur der Position der Kontaktelemente relativ zu den Kontaktpads
ist insbesondere ein Kalibrier-Prozess geeignet, der zum Kalibrieren des
Test-Systems dient. Auf diese Weise wird der übliche Prozess zum Testen des
Halbleiter-Bauelemente
praktisch nicht beeinträchtigt.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte
Aufgabe gelöst
durch ein System zur optischen Inspektion von Kontaktflächen bzw.
Kontaktpads an Halbleiter-Bauelementen, das in der Lage ist, das
oben beschriebene Verfahren nach der vorliegenden Erfindung auszuführen, wobei
das System mindestens ein Kontaktelement zum Kontaktieren der Kontaktpads
und eine Vorrichtung aufweist, mit der die Position der Kontaktelemente
relativ zu den Kontaktpads variierbar ist, und das System mittels
der Vorrichtung die Position der Kontaktelemente relativ zu den
Kontaktpads entsprechend korrigiert, wenn der Abdruck, den das Kontaktelement
auf dem Kontaktpad hinterlassen hat, nicht innerhalb des Kontaktpads
oder innerhalb eines festgelegten Bereichs auf dem Kontaktpad liegt.
Die Korrektur der Position der Kontaktelemente relativ zu den Kontaktpads
kann entweder durch eine entsprechende Veränderung der Position der Kontaktelemente
und/oder durch Veränderung
der Position der Kontaktpads erfolgen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das erfindungsgemäße System
so ausgebildet, dass die Kontaktpads der zu testenden Halbleiter-Bauelemente
durch die Kontaktelemente des Systems kontaktierbar sind, während die Halbleiter-Bauelemente noch
auf einem Wafer oder in einer Halterung bzw. Carrier angeordnet
sind. Dadurch können
die Tests zur Überprüfung der
Funktionsfähigkeit
der Halbleiter-Bauelemente
bereits auf Waferlevel, wenn sich die Halbleiter-Bauelemente noch auf dem Wafer befinden,
oder zu einem späteren
Zeitpunkt des Fertigungsprozesses durchgeführt werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst das erfindungsgemäße System elektronische
Berechnungsmittel, die angepasst sind, die Differenzbildung zwischen
dem Referenzbild und dem zu analysierenden Bild durchzuführen, um
ein Ergebnisbild zu erzeugen. Ferner kann das System elektronische
Speichermittel umfassen, die angepasst sind, das Referenzbild, das
zu analysierende Bild und/oder das Ergebnisbild zu speichern.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
und der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus eines zum Testen
von auf einem Wafer angeordneten Halbleiter-Bauelementen verwendeten
Halbleiter-Bauelement-Test-Systems nach dem Stand der Technik mit
einem Test-Gerät und
einer daran angeordneten Probecard mit Kontakt-Nadeln (Probes);
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2A, 2B und 2C zeigen
eine schematische Darstellung des optischen Erscheinungsbildes ohne
bzw. mit dem Abdruck einer Kontakt-Nadel auf einem normalen Kontaktpad
und wie dieser von einem Halbleiter- Bauelement-Test-System nach dem Stand
der Technik interpretiert wird;
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3A, 3B und 3C zeigen
eine schematische Darstellung des optischen Erscheinungsbildes ohne
bzw. mit dem Abdruck einer Kontakt-Nadel auf einem modifizierten
Kontaktpad und wie dieser von einem Halbleiter-Bauelement-Test-System nach dem Stand
der Technik interpretiert wird;
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4 zeigt
eine schematische Darstellung des optischen Erscheinungsbildes vom
Abdruck einer Kontakt-Nadel (Probe) auf einem modifizierten Kontaktpad
und wie dieser gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung interpretiert wird.
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In 1 ist
ein prinzipieller Aufbau eines Test-Systems bzw. einer Test-Station
nach dem Stand der Technik zum Testen der Funktionsfähigkeit von
Halbleiter-Bauelementen schematisch dargestellt. Das Test-System
umfasst eine elektronische Steuerung 6 die mit einer Halbleiter-Bauelement-Test-Karte
bzw. Probecard 2 über
elektrische Leitungen 4 und 5 verbunden ist. Bei
der in 1 dargestellten Test-Station befinden sich die
zu testenden Halbleiter-Bauelemente noch im halbfertigen Zustand
auf einer einkristallinen Silizium-Scheibe – dem sogenannten Wafer 1.
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Bei
den noch auf dem Wafer 1 befindlichen Halbleiter-Bauelementen kann
es sich z.B. um integrierte (analoge bzw. digitale) Rechenschaltkreise handeln
und/oder um Halbleiter-Speicherbauelemente
wie z.B. Funktionsspeicher-Bauelemente (PLAs, PALs, etc.) oder Tabellenspeicher-Bauelemente
(z.B. ROMs oder RAMS), insbesondere um SRAMs oder DRAMs (Static
oder Dynamic Random Access Memories bzw. statische oder dynamische Schreib-Lese-Speicher)
mit einfacher oder doppelter Datenrate (DDR-DRAMs = Double Data
Rate – DRAMs).
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Zum
Testen der Halbleiter-Bauelemente werden von einem Testgerät 6 (z.B.
ein digitales ATE-Testgerät
mit DC-Funktion)
Test-Signale erzeugt und über
eine oder mehrere entsprechende Signalleitungen (Treiberkanäle) 4 an
eine Halbleiter-Bauelement-Test-Karte bzw. Probecard 2 weitergeleitet.
An der Probecard 2 sind Kontakt-Nadeln 3 angeordnet,
welche die entsprechenden Kontaktpads auf dem zu testenden Halbleiter-Bauelement elektrisch
kontaktieren. Die Test-Signale werden vom Testgerät 6 über die
Probecard 2 und die auf deren Unterseite angeordneten Kontakt-Nadeln 3 auf
die entsprechenden Anschlüsse
bzw. Kontaktpads auf dem Halbleiter-Bauelement übertragen und damit in das
Halbleiter-Bauelement
eingeleitet.
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Die
in Reaktion auf die eingegebenen Test-Signale an entsprechenden
Halbleiter-Bauelement-Anschlüssen
bzw. Kontaktpads ausgegebenen Signale werden wiederum von Kontakt-Nadeln 3 der Probecard 2 abgegriffen,
und über
die o.g. oder eine oder mehrere weitere Signalleitungen (Komparatorkanäle) 5 dem
Testgerät 6 zugeführt, wo
dann eine Auswertung der empfangenen Signale stattfinden kann.
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Die 2A, 2B und 2C zeigen
jeweils eine schematische Darstellung des optischen Erscheinungsbildes
ohne bzw. mit dem Abdruck einer Kontakt-Nadel (Probe) 3 auf
einem normalen Kontaktpad und wie dieser von einem Analyse-System
nach dem Stand der Technik interpretiert wird. Die 2A zeigt
zunächst
eine schematische Darstellung eines üblichen Kontaktpads 7 mit
normaler Geometrie und einem homogenen Erscheinungsbild, ohne den
Abdruck einer Kontakt-Nadel 3. Die 2B und 2C zeigen
jeweils das dasselbe Kontaktpad 7 aus 2A,
nachdem es von einer Kontakt-Nadel 3 kontaktiert wurde
und dabei einen Abdruck 8 hinterlassen hat. Der Abdruck 8 der
Kontakt-Nadel 3 auf dem Kontaktpad 7 ist in 2B und 2C jeweils durch
ein dunkler schattiertes bzw. schraffiertes rechteckiges Feld gekennzeichnet.
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In 2C ist
durch eine Ellipse 9 angedeutet, wie ein derzeit verwendetes
Analyse- bzw. Bilderkennungssystem nach dem stand der Technik den Abdruck 8 der
Kontakt-Nadel 3 auf dem normalen Kontaktpad 7 interpretieren
würde.
Dabei ist zu erkennen, dass der Abdruck 8 der Kontakt-Nadel 3 innerhalb
der Ellipse 9 liegt, wobei die vom Analyse-System berechnete
Ellipse 9 sämtliche
Ecken des Abdrucks 8 tangiert. Demnach hat das Analyse-System
nach dem Stand der Technik in diesem Fall aufgrund des homogenen
Erscheinungsbildes des Kontaktpads 7 eine korrekte Lokalisierung
vom Abdruck 8 der Kontakt-Nadel 3 erzielen und
damit die Position der Kontakt-Nadel 3 während der
Kontaktierung auf dem Kontaktpad 7 korrekt erfassen können.
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Die 3A, 3B und 3C zeigen
eine schematische Darstellung des optischen Erscheinungsbildes ohne
bzw. mit dem Abdruck einer Kontakt-Nadel 3 auf einem modifizierten
Kontaktpad 10 und wie dieser von einem Analyse-System nach
dem Stand der Technik interpretiert wird. Bei diesem modifizierten
Kontaktpad 10 sind aufgrund von Veränderungen unter dem Kontaktpad 10 liegender
Matrialschichten Veränderungen
im optischen Erscheinungsbild der Oberfläche vorhanden. Diese Veränderungen
im optischen Erscheinungsbild der Oberfläche des Kontaktpads 10 sind
in den 3A, 3B und 3C jeweils
durch unterschiedlich starke Schattierungen bzw. Schraffierungen 11, 12 in der
Mitte und am Rand des Kontaktpads 10 angedeutet.
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Die 3A zeigt
zunächst
eine schematische Darstellung des modifizierten Kontaktpads 10 mit
modifizierter Geometrie und einem inhomogenen Erscheinungsbild,
ohne den Abdruck einer Kontakt-Nadel 3. Die 3B und 3C zeigen
jeweils das dasselbe Kontaktpad 10 aus 3A,
nachdem es von einer Kontakt-Nadel 3 kontaktiert wurde
und dabei einen Abdruck 13 hinterlassen hat. Der Abdruck 13 der
Kontakt-Nadel 3 auf dem Kontaktpad 10 ist in 3B und 3C jeweils
durch ein dunkel schattiertes bzw. schraffiertes rechteckiges Feld
gekennzeichnet.
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In 3C ist
durch eine Ellipse 14 angedeutet, wie ein derzeit verwendetes
Analyse- bzw. Bilderkennungssystem nach dem stand der Technik den Abdruck 13 der
Kontakt-Nadel 3 auf dem modifizierten Kontaktpad 10 interpretieren
würde.
Die automatische Kontrolle eines Analysesystems nach dem Stand der
Technik kann die im Vergleich zur umgebenden Fläche etwas dunkler erscheinende
Mitte 11 des Kontaktpads 10 nicht vom Abdruck 13 der
Kontakt-Nadel 3 unterscheiden. Wie in 3C zu
erkennen, umfasst die vom Analysesystem berechnete Ellipse 14 sowohl
den Abdruck 13 der Kontakt-Nadel 3 als auch die
im Vergleich zur umgebenden Fläche
etwas dunkler erscheinende Mitte 11 des Kontaktpads. Somit
interpretiert das herkömmliche
Bilderkennungssystem die dunkel erscheinende Mitte 11 des Kontaktpads 10 ebenfalls
als Abdruck der Kontakt-Nadel 3, was zur Folge hat, dass
die Lage des Abdrucks der Kontakt-Nadel 3 auf dem modifizierten Kontaktpad 10 falsch
ermittelt wird.
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In 4 ist
der Vorgang der Differenzbildung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
schematisch dargestellt. In 4 sind jeweils
drei Bilder eines modifizierten Kontaktpads 10 mit bzw.
ohne Abdruck 13 einer Kontakt-Nadel 3 schematisch
dargestellt und wie diese gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung bearbeitet werden.
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Auf
der linken Seite von 4 ist das zu analysierende Bild
A von der Oberfläche
eines modifizierten Kontaktpads 10 mit einem inhomogenen
Erscheinungsbild schematisch dargestellt, nachdem es von einer Kontakt-Nadel 3 kontaktiert
wurde und dadurch einen Abdruck 13 von einer Kontakt-Nadel 3 aufweist.
Das auf der linken Seite von 4 dargestellte
Erscheinungsbild A entspricht folglich dem in 3B dargestellten
Erscheinungsbild. In der Mitte von 4 ist das
Referenzbild R desselben Kontaktpads 10 wie auf der linken
Seite von 4 schematisch dargestellt, bevor
es von einer Kontakt-Nadel 3 kontaktiert wurde und deshalb
noch keinen Abdruck 13 von einer Kontakt-Nadel 3 aufweist.
Das in der Mitte von 4 schematisch dargestellte Referenzbild
R entspricht folglich dem in 3A dargestellten Erscheinungsbild.
Die mathematischen Funktionszeichen „–" und „=" in 4 stellen
die Operationen dar, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren anhand der Erscheinungsbilder
von der Oberfläche
des Kontaktpads 10 durchgeführt werden, was nachfolgen
näher beschrieben
wird.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
erfolgt eine erste optische Erfassung der Oberfläche des Kontaktpads 10,
bevor dieses durch ein Kontaktelement bzw. eine Kontakt-Nadel 3 kontaktiert
wurde, wodurch ein Referenzbild R erzeugt wird, das in der Mitte
von 4 dargestellt ist. Nach dem Kontaktieren des Kontaktpads 10 von
einer Kontakt-Nadel 3 erfolgt eine zweite optische Erfassung
der Oberfläche
des Kontaktpads 10 zum Erzeugen eines zu analysierenden
Bildes A, das auf der linken Seite von 4 dargestellt
ist. Anschließend
erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine Differenzbildung zwischen dem Referenzbild R und dem zu analysierenden
Bild A, was durch das Subtraktionszeichen zwischen dem linken Bild
(zu analysierendes Bild A) und dem mittigen Bild (Referenzbild R)
in 4 angedeutet ist.
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Aus
dieser Differenzbildung geht ein Ergebnisbild E hervor, das auf
der rechten Seite von 4 dargestellt ist. Darin ist
zu erkennen, dass die Gemeinsamkeiten zwischen dem zu analysierenden Bild
A und dem Referenzbild R durch die Differenzbildung in dem Ergebnisbild
E aussubtrahiert sind. Auf diese Weise sind die dunkler erscheinende
Flächen vom
Rand 12 und der Mitte 11 des Kontaktpads 10 nicht
mehr im Ergebnisbild E auf der rechten Seite von 4 vorhanden.
Die z.B. durch eine modifizierte Geometrie oder den Schichtenaufbau
des Kontaktpads 10 begründeten
Irritationen auf der Oberfläche des
Kontaktpads 10, welche die Analyse des Ergebnisbildes beeinträchtigen
könnten,
sind dadurch im optischen Ergebnisbild E beseitigt.
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Aus
der Differenz zwischen dem zu analysierenden Bild A und dem Referenzbild
R bleibt im Ergebnisbild E lediglich der Abdruck 13 zurück, den
das Kontaktelement bzw. die Kontakt-Nadel 3 auf dem Kontaktpad 10 beim
Kontaktieren hinterlassen hat. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Ergebnisbild E analysiert und die Position der Kontakt-Nadel 3 auf
dem Kontaktpad 10 während
des Kontaktierens kann anhand des Abdrucks 13 auf eindeutige
Weise ermittelt werden.
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Vor
oder während
der Subtraktion des Referenzbildes R vom zu analysierenden Bild
A wird auch die Information über
die Position des Padrandes 12 erfasst und gespeichert,
da diese nach der Differenzbildung nicht mehr im Ergebnisbild E
vorhanden ist. Diese Information wird dazu verwendet, den Abstand des
Abdrucks 13 zum Padrand 12 zu bestimmen. Aufgrund
des guten Kontrastes zwischen der Oberfläche des Kontaktpads 10 und
der umgebenden Passivierung ist die Bestimmung des Padrandes 12 problemlos
möglich.
Abweichungen im optischen Erscheinungsbild der Kontaktpads 10 z.B.
ein veränderter
Kontrast aufgrund einer veränderten
Rauhigkeit des Kontaktpads 10, die durch Prozessschwankungen
auftreten, können
bei der Methode nach der vorliegenden Erfindung ebenfalls kompensiert
werden.
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Wenn
aufgrund der Analyse eine Abweichung in der Position der Kontakt-Nadel 3 aus
dem Bereich des Kontaktpads 10 oder aus einem festgelegten
Bereich des Kontaktpads 10 festgestellt wird, kann ein
Justier-Schritt zur Korrektur der Position der Kontakt-Nadeln 3 gegenüber den
Kontaktpads 10 durchgeführt
werden. Anhand von 1 wird verständlich, dass zur Durchführung des
Justier-Schritts, bei dem die Position der Kontakt-Nadeln 3 gegenüber den
Kontaktpads 10 korrigiert wird, beispielsweise zunächst der
Wafer 1 von der Unterseite der Probecard 2 zur
Durchführung
der optischen Inspektion wegbewegt und nach erfolgter Analyse unter
Berücksichtigung
der Justierung bzw. Korrektur wieder zurück bewegt werden kann.
-
- 1
- Wafer
mit Halbleiter-Bauelementen
- 2
- Halbleiter-Bauelement-Test-Karte
bzw. Probecard
- 3
- nadelförmige Anschlüsse bzw.
Kontakt-Nadeln
- 4
- Leitungen
zur Übertragung
von Testsignalen vom Test-
-
- System
an die Halbleiter-Bauelement-Test-Karte
- 5
- Leitungen
zur Übertragung
von Testsignalen von der
-
- Halbleiter-Bauelement-Test-Karte
an das Test-System
- 6
- Test-System
- 7
- Bild
eines normalen Kontaktpads
- 8
- Abdruck
von einer Kontakt-Nadel auf dem Kontaktpad
- 9
- vom
Analysesystem berechnete Ellipse
- 10
- Bild
eines modifizierten Kontaktpads
- 11
- Mitte
des Kontaktpads
- 12
- Rand
des Kontaktpads bzw. Padrand
- 13
- Abdruck
von einer Kontakt-Nadel auf dem Kontaktpad
- 14
- vom
Analysesystem berechnete Ellipse
- A
- zu
analysierendes Bild
- R
- Referenzbild
- E
- Ergebnisbild