DE4231704C1 - Mfg. needle for dynamic signal measurements in integrated circuit chip - covering metallic needle point by insulation layer and outer metal layer apart from extreme needle end - Google Patents
Mfg. needle for dynamic signal measurements in integrated circuit chip - covering metallic needle point by insulation layer and outer metal layer apart from extreme needle endInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Meßnadel für integrierte Halbleiterchips sowie eine Meßnadel und deren Verwendung.The invention relates to a method for producing a Measuring needle for integrated semiconductor chips and a measuring needle and their use.
Halbleiterchips, insbesondere integrierte elektronische Halbleiter, werden bei der Herstellung in verschiedenen Verfahrensabschnitten getestet. Auf der Waferebene erfolgt die Messung dynamischer Signale üblicherweise an Waferprobern, Spitzenmeßplätzen bzw. im Elektronenstrahltester unter Benutzung von Nadelkarten. Diese Nadelkarten weisen eine Vielzahl von Nadeln auf, die auf die Pads, d. h. die Anschlußflecken des Halbleiters abgesenkt und kontaktiert werden. Bisher erfolgt der Einsatz der Meßnadeln auf den Nadelkarten ohne Abschirmmaßnahmen. Im Elektronenstrahltester ergeben sich bei ungeschirmten Nadeln wegen des Einflusses der elektrischen Felder der Meßnadeln typische Meßfehler bis zu 50%. Das bedeutet, daß zahlreiche Meßstellen wegen des gleichzeitig auftretenden Rauschens überhaupt nicht ausmeßbar sind.Semiconductor chips, in particular integrated electronic Semiconductors are used in various manufacturing processes Process sections tested. At the wafer level the measurement of dynamic signals usually on wafer probers, Peak measuring stations or in the electron beam tester under Use of needle cards. These pin cards point a variety of needles on the pads, i.e. H. the Terminal pads of the semiconductor lowered and contacted will. So far, the use of the measuring needles on the Needle cards without shielding measures. In the electron beam tester arise with unshielded needles because of the Influence of the electrical fields of the measuring needles typical Measurement errors up to 50%. This means that numerous measuring points because of the simultaneous noise are not measurable at all.
Bei Waferprobern und Spitzenmeßplätzen ist eine Wechselwirkung zwischen den Nadeln zu erwarten, wenn diese bei zukünftigen Produktgenerationen höhere Frequenzen zu verarbeiten haben und geringere Nadelabstände aufweisen.There is an interaction in wafer testers and top measuring stations expected between the needles if these at to process future product generations with higher frequencies have smaller needle distances.
Aufgrund der technisch mangelhaften Ausrüstung werden Messungen auf Waferebene üblicherweise nur zur groben Klassifizierung von Fehlerbildern durchgeführt. Für exaktere Messungen ist es erforderlich, einzelne Halbleitersysteme in Keramikgehäuse einzubauen und danach zu messen. Bei Analysen führt dieses zu einem erheblichen Zeitverlust, zu geringeren verfügbaren Probenzahlen, erheblichen Zusatzkosten und insgesamt zu unzureichender Meßinformation, die insbesondere für die Lernkurven bei der Herstellung von Massenprodukten sehr wesentlich sind.Due to the technically inadequate equipment, measurements at the wafer level usually only for rough classification carried out by error images. For more precise Measurements require individual semiconductor systems to be installed in a ceramic housing and then measured. At Analyzes this leads to a considerable loss of time, at lower available number of samples, considerable additional costs and overall insufficient measurement information, which especially for the learning curves in manufacturing of mass products are very essential.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, die zu verbesserten Meßbedingungen führt.The invention has for its object a possibility specify which leads to improved measurement conditions.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 10 und 16 gelöst.This object is achieved through the features of the claims 1, 10 and 16 solved.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß mit verhältnismäßig geringem Aufwand Meßnadeln herzustellen sind, die zu einer erheblichen Verbesserung von Meßsignalen führen. Dadurch werden Testmöglichkeiten erschlossen, die bisher nur sehr teuer und mit erheblich größerem Aufwand zu erhalten waren. Das Verhalten erfindungsgemäßer Meßnadeln in elektrischen Feldern und eine Wechselwirkung der Meßnadeln untereinander wird günstig beeinflußt.The invention has the advantage that with relatively little Effort need to produce measuring needles that lead to a lead to significant improvement of measurement signals. Thereby test possibilities are opened up, which so far have only been very to get expensive and with much more effort were. The behavior of measuring needles according to the invention in electrical Fields and an interaction of the measuring needles with each other is influenced favorably.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.Embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is described below with reference to one in the figure illustrated embodiment explained in more detail.
Ausgangspunkt für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Meßnadel ist eine übliche, kommerziell erhältliche metallische Nadel 1. Als Material wird üblicherweise Wolfram verwendet. Die Schirmung sieht vor, daß zunächst eine Isolationsschicht 2 und auf dieser eine metallische Schicht 3 aufgebracht werden. The starting point for the production of a measuring needle according to the invention is a customary, commercially available metallic needle 1 . Tungsten is usually used as the material. The shielding provides that first an insulation layer 2 and a metallic layer 3 are applied thereon.
Die Isolierung kann dadurch erfolgen, daß ein Lack durch Spritzen oder Tauchen aufgebracht wird. Für die Lackschicht von einer Dicke bis zu 10 µm, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 µm eignet sich besonders Acryllack. Die Isolation kann aber auch durch alle nicht leitenden Lacke erfolgen, sofern sie bis etwa 130°C mechanisch stabil bleiben.The insulation can be done by a varnish Spraying or dipping is applied. For the paint layer of a thickness up to 10 µm, preferably in the range Acrylic lacquer of 5 to 10 µm is particularly suitable. The Insulation can also be achieved with all non-conductive paints provided they are mechanically stable up to about 130 ° C stay.
Die Spitze der fertigen Meßnadel muß auf einer Länge l von etwa 100 bis 150 µm von Lack frei sein, damit eine Messung möglich wird. Die Entfernung des Lacks geschieht beispielsweise durch Einstechen der Spitze der Meßnadel in einen Würfel. Der Würfel kann eine Kantenlänge von ca. 300 µm haben. Das Material dieses Spitzenschutzes für die Meßnadel ist dabei so beschaffen, daß die Nadelspitze ohne Beschädigung eindringen kann. Geeignet ist beispielsweise Neopren. Die Nadelspitze kann dabei mit dem Spitzenschutz vor dem Aufbringen des Lacks versehen werden. Es ist aber auch möglich, die Meßnadel zunächst im Ganzen zu lackieren bzw. zu isolieren und die überflüssige Isolation nach dem Aufbringen der Abschirmung 3 mit dieser zusammen zu entfernen.The tip of the finished measuring needle must be free of lacquer over a length l of approximately 100 to 150 μm so that a measurement is possible. The varnish is removed, for example, by inserting the tip of the measuring needle into a cube. The cube can have an edge length of approx. 300 µm. The material of this tip protection for the measuring needle is such that the needle tip can penetrate without damage. Neoprene, for example, is suitable. The needle tip can be provided with the tip protection before applying the varnish. However, it is also possible to first paint or isolate the measuring needle as a whole and to remove the superfluous insulation together with the shield 3 after it has been applied.
Eine andere Möglichkeit zum Aufbringen der Isolationsschicht besteht in einer Oxidation der Wolfram-Meßnadel. Die Freilegung der Meßnadelspitze erfolgt dann durch naßchemisches Ätzen.Another way of applying the insulation layer consists in an oxidation of the tungsten measuring needle. The measuring needle tip is then exposed by wet chemical means Etching.
Wesentlich für die zu erreichende Funktion der geschirmten Meßnadel ist, daß die Isolationsschicht 2 eine Leitfähigkeit unter 5×10-8 S und eine Dielektrizitätszahl εr < 4 hat.It is essential for the function of the shielded measuring needle to be achieved that the insulation layer 2 has a conductivity below 5 × 10 -8 S and a dielectric constant ε r <4.
Im Anschluß an das Aufbringen der Isolationsschicht 2 wird die Abschirmung als metallische Schicht 3 aufgebracht. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, zunächst eine dünne Bekeimungsschicht aus Gold aufzusputtern oder chemisch abzuscheiden. Anschließend wird auf elektrolytischem Wege eine etwa 3 µm dicke Kupferschicht abgeschieden, wobei die Nadelspitze auf der Länge l von bis zu 150 µm freibleiben muß. Eine andere Möglichkeit zum Aufbringen der elektrisch leitenden metallischen Schicht 3 besteht im Aufdampfen von metallischem Material.Following the application of the insulation layer 2 , the shield is applied as a metallic layer 3 . One possibility is, for example, to first sputter on a thin layer of gold seed or chemically deposit it. An approximately 3 μm thick copper layer is then deposited electrolytically, the needle tip having to remain free over the length l of up to 150 μm. Another possibility for applying the electrically conductive metallic layer 3 consists in the vapor deposition of metallic material.
Eine gemäß Fig. 1 hergestellte geschirmte Meßnadel hat für den Einsatz folgende Eigenschaften zu erfüllen: Zwischen der metallischen Nadel 1 und der metallischen Schicht 3 darf der Leckstrom 100 µA nicht überschreiten und die Kapazität muß kleiner als 30 pF sein. Die geschirmte Meßnadel muß temperaturbeständig bis oberhalb von 130°C sein und darf mechanisch bis 10° gebogen werden. Der Gesamtdurchmesser am Schaft einschließlich der Isolationsschicht 2 und der aufgebrachten Metallisierungsschicht 3 muß unter 0,5 mm liegen.A shielded measuring needle manufactured according to FIG. 1 has to meet the following properties for use: Between the metallic needle 1 and the metallic layer 3 , the leakage current must not exceed 100 μA and the capacitance must be less than 30 pF. The shielded measuring needle must be temperature-resistant up to above 130 ° C and may be bent mechanically up to 10 °. The total diameter on the shaft including the insulation layer 2 and the applied metallization layer 3 must be less than 0.5 mm.
Die Meßnadel gemäß Fig. 1 wird in eine herkömmliche Prüfkarte oder ein komplexeres Testboard eingebaut. Dies ist aufgrund der vorgesehenen Eigenschaften der Meßnadel durch Einlöten und Einkleben möglich. Durch das Justieren der Meßnadel wird die zu erzielende Signalqualität nur geringfügig beeinflußt. Wesentlicher Punkt bei der Montage der Meßnadel ist eine elektrisch gut leitende Verbindung zwischen der metallischen Schicht 3 und der Masseverbindung der Prüfkarte oder des Testboards. Diese Verbindung kann durch ein Lot oder durch einen hochleitfähigen Lack, der aufgestrichen oder aufgedruckt werden kann, hergestellt werden.The stylus of FIG. 1 is installed in a conventional probe card or a more complex test board. This is possible due to the intended properties of the measuring needle by soldering and gluing. The signal quality to be achieved is only slightly influenced by adjusting the measuring needle. An essential point in the assembly of the measuring needle is an electrically highly conductive connection between the metallic layer 3 and the ground connection of the test card or the test board. This connection can be made by means of a solder or by means of a highly conductive lacquer that can be spread on or printed on.
Die wesentlich geringere Anfälligkeit einer gemäß Fig. 1 hergestellten Meßnadel zeigt sich daran, daß bei einem Einsatz der mit den Meßnadeln bestückten Prüfkarten oder Testboards in einem Elektronenstrahltester erheblich bessere Meßsignale erzielt werden. Die Verbesserungen beziehen sich sowohl auf die Höhe der Amplitude als auch auf eine Verringerung des Einflusses elektrischer Felder der Nadeln auf die Primärelektronen des Elektronenstrahltesters. Dadurch wird das sogenannte Strahlverreißen, bei dem eine dargestellte metallische Leitbahn aus zueinander versetzten Leiterbahnstücken zusammengesetzt ist, erheblich verbessert, so daß sich ein weitgehend durchgehender Leitbahnzug ergibt. Aus diesem Grund können auch Meßstellen, die bisher nicht einer Messung zugänglich waren, mit einer erfindungsgemäßen Meßnadel ausgemessen werden. Darüber hinaus führt der verringerte Einfluß der Nadelfelder auf die Sekundärelektronen des Elektronenstrahltesters zu korrekten Potentialmessungen.The much lower susceptibility of a measuring needle produced according to FIG. 1 is shown by the fact that when the test cards or test boards equipped with the measuring needles are used in an electron beam tester, considerably better measuring signals are achieved. The improvements relate both to the amplitude and to a reduction in the influence of the electrical fields of the needles on the primary electrons of the electron beam tester. As a result, the so-called beam tearing, in which a metal interconnect shown is composed of mutually offset interconnect pieces, is considerably improved, so that there is a largely continuous interconnect. For this reason, measuring points that were previously not accessible for measurement can also be measured with a measuring needle according to the invention. In addition, the reduced influence of the needle fields on the secondary electrons of the electron beam tester leads to correct potential measurements.
Bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Meßnadeln an einem Spitzenmeßplatz oder einem Waferprober wird die gegenseitige Wechselwirkung der Meßnadeln untereinander deutlich reduziert. Hierdurch steigert sich die Signalqualität an den Bauelementeingängen und es werden korrekte Messungen auch empfindlicher Signale möglich.When using the measuring needles according to the invention on a Top measuring station or a wafer tester becomes the mutual Interaction between the measuring needles clearly reduced. This increases the signal quality the component inputs and there will be correct measurements sensitive signals also possible.
Claims (16)
- a) auf eine metallische Meßnadel (1) wird eine Isolationsschicht (2) aufgebracht,
- b) auf die Isolationsschicht (2) wird eine metallische Schicht (3) aufgebracht, und
- c) die Meßnadelspitze wird von der Isolationsschicht (2) bzw. der metallischen Schicht (3) befreit.
- a) an insulation layer ( 2 ) is applied to a metallic measuring needle ( 1 ),
- b) a metallic layer ( 3 ) is applied to the insulation layer ( 2 ), and
- c) the measuring needle tip is freed from the insulation layer ( 2 ) or the metallic layer ( 3 ).
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Publications (1)
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---|---|---|---|---|
EP1482314A1 (en) * | 1996-05-17 | 2004-12-01 | Formfactor, Inc. | Microelectronic spring contact element |
US7073254B2 (en) | 1993-11-16 | 2006-07-11 | Formfactor, Inc. | Method for mounting a plurality of spring contact elements |
US8033838B2 (en) | 1996-02-21 | 2011-10-11 | Formfactor, Inc. | Microelectronic contact structure |
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- 1992-09-22 DE DE19924231704 patent/DE4231704C1/en not_active Expired - Fee Related
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NICHTS ERMITTELT * |
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