DE69831917T2

DE69831917T2 - Verbessertes Verfahren und Vorrichtung zur Waferprobendetektion

Info

Publication number: DE69831917T2
Application number: DE69831917T
Authority: DE
Inventors: Russell Sunnyvale Kaplan; Ralph Cupertino Scherp; Timothy J. Cupertino Boyle
Original assignee: Electroglas Inc
Current assignee: Electroglas Inc
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: DE69831917D1; KR19990062690A; EP0919817A3; JPH11317429A; KR100598787B1; EP0919817B1; US6096567A; EP0919817A2

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Systeme zum Prüfen von Einheiten mit einer Vielzahl von zum Herstellen von elektrischem Kontakt ausgelegten Stellen, wie beispielsweise Halbleitereinheiten. Im Besonderen betrifft diese Erfindung das automatische Ausrichten eines Waferprüfers auf die Bonding-Kontaktstellen einer integrierten Siliziumschaltungseinheit.
Hintergrund der Erfindung
Integrierte Schaltungen werden häufig auf einem Halbleitersubstrat, wie beispielsweise einem Siliziumwafer, gefertigt. Der Siliziumwafer ist typischerweise eine dünne, runde Platte aus Silizium, die 150 oder 200 Millimeter im Durchmesser und ungefähr 0,635 mm (25 Mils dick) ist. Ein einzelner Wafer wird zahlreiche Einheiten aufweisen, die integrierte Schaltungen sind und auf dem ein Netz von Einheiten umfassenden Wafer aufgedruckt sind. Jede Einheit ist aus zahlreichen Schaltungsschichten und einer Ansammlung von Bonding-Kontaktstellen zusammengesetzt. Die Bonding-Kontaktstellen sind kleine Stellen, typischerweise 2·10^–3 mm² (3 Quadratmils), gewöhnlich mit Aluminium hergestellt, die letztendlich als die Verbindungen der Einheit zu den Pinanschlüssen dienen. Anders als die Bonding-Kontaktstellen ist der Rest des Wafers mit einer als die Passivierungsschicht bezeichneten Endschicht aus einem isolierenden Material wie beispielsweise Siliziumnitrid beschichtet, die sich in vielerlei Hinsicht wie Glas verhält. Das Aluminium selbst bildet eine dünne, nicht leitende Schicht aus Aluminiumoxid, die entfernt oder durchbrochen werden muss, bevor guter elektrischer Kontakt hergestellt werden kann.
Da das Packen einer Einheit etwas teuer ist, ist es wünschenswert, eine Einheit vor dem Packen zu testen, um das Packen schlechter Einheiten zu vermeiden. Dieser Prozess des Testens von Einheiten vor dem Packen wird als der Sortierprozess bezeichnet. Dieser Prozess umfasst das Verbinden einer Prüfkarte genannten Einheit mit einem speziellen Testgerät. Die Prüfkarte weist eine Ansammlung von elektrischen Kontakten oder Pins auf, die für die normalen Pins und Anschlussdrähte einer gepackten Einheit stehen. Der Wafer wird dann so positioniert, dass die Kontakte oder Pins auf der Prüfkarte Kontakt mit den Bonding-Kontaktstellen einer gegebenen Einheit herstellen, und das Testgerät führt eine Batterie von elektrischen Tests an der Einheit aus. Ein spezielles, als Waferprüfer bezeichnetes Gerät wird zum Positionieren jeder Einheit auf dem Wafer bezüglich der Prüfkarte verwendet. Hohe Genauigkeit ist erforderlich, weil die Bonding-Kontaktstellen klein sind und das Ergebnis ein Bruch in der Passivierungsschicht sein kann, wenn ein Prüfkartenpin außerhalb des Bonding-Kontaktstellenbereich Kontakt herstellt, was im Allgemeinen in einer beschädigten Einheit resultiert.
Die Hauptabsicht der Waferprüfung ist die genaue Positionierung der Ansammlung von Einheiten, oder Chips, auf einem Wafer in solch einer Weise, dass die Bonding-Kontaktstellen der Einheit guten elektrischen Kontakt mit Prüfspitzen einer Prüfkarte herstellen, so dass die Einheit vor dem Schneiden in einzelne Chips und dem Packen korrekt getestet werden kann. Etliche verschiedene Überlegungen sind mit Waferprüfung verbunden. Erstens gibt es aufgrund der dünnen Schicht aus nichtleitendem Aluminiumoxid, die sich bei normaler atmosphärischer Einwirkung über der Bonding-Kontaktstelle bildet, eine Anforderung, dass die Prüfspitzen sich vertikal über den anfänglichen Kontakt hinaus verschieben. Außerdem wird bei der gebräuchlichsten Form der Prüfkartentechnologie, Cantilever-Prüfungen, ein Teil dieser vertikalen Über-Verschiebung (overtravel) in eine Bewegung entlang der Waferebene, oder das Schruppen (scrub), umgewandelt, um weiterhin einen guten Kontakt der Spitze mit Aluminium und nicht mit dem Oxid zu gewährleisten. Zweitens sind die Einheiten mit Ausnahme der Bonding-Kontaktstellen mit einer isolierenden Schicht beschichtet. Wenn dieser Stoff, der im Wesentlichen Glas ist, von den Prüfspitzen verletzt wird, können die resultierenden Brüche eine ansonsten funktionierende Einheit beschädigen. In Anbetracht dessen, dass eine typische Verschiebung der Prüfspitze 0,038 bis 0,051 mm (1,5 bis 2 Mils) betragen kann und dass die Kontaktstellenabmessungen, oder der Bereich, in dem Kontakt erlaubt ist, sich in der Größe von 0,051 bis 0,102 mm (2 bis 4 Mils) bewegen, sind die Genauigkeitsanforderungen offensichtlich wichtig.
Der Waferprüfer, oder Prüfer, muss zum Prüfen eines Wafers etliche Dinge ausführen. Zuerst muss der Prüfer, wenn ihm ein Wafer übergeben wird, fähig sein, die Achse des bezeichneten Chips auf dem Wafer genau auf einen spezifizierten Winkel relativ zu der Bewegungsachse des Prüfermotors auszurichten. Dies wird im Allgemeinen durch Autoausrichtung erreicht. Als ein zusätzlicher Aspekt der Autoausrichtung muss der Prüfer fähig sein, wiederholbar von Wafer zu Wafer eine bekannte Position auf einem Wafer relativ zu einer Position auf dem Motor zu finden, um zu vermeiden, aus jedem Wafer ein Trainingswafer zu machen. Zweitens muss der Prüfer eine Lage des Motors kennen, von der bekannt ist, dass sie die Anforderungen eines guten Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Kontakts erfüllt, und er muss fähig sein, auf eine solche Weise von dieser Lage zu den anderen Chips präzise zu indizieren (to index), dass der gute Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Kontakt auf folgenden Chips wiederholt wird. Der Prozess des Findens der Motorlage, die einen guten Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Kontakt ergibt, wird als Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung bezeichnet. Ein häufig verwendetes Synonym für Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Kontakt ist Setzen des ersten Chips. Zusätzlich muss dem Prüfer auch die vertikale Kontakthöhe der Prüfspitzen beigebracht werden, und er muss fähig sein, variierende Waferdicken genau auszugleichen, was durch Waferdicken-Profiling erreicht wird. Zuletzt muss, nachdem nicht alle Prüfkarten präzise rotiert werden können, berücksichtigt werden, dass dem Prüfer der Winkel der Prüfkarte mitgeteilt wird, um Wafer auf den Winkel auszurichten und zusätzlich entlang von zu diesem Winkel rotierten Achsen zu indizieren.
Ein Waferprüfer könnte tatsächlich als ein dreidimensionaler Positionierer betrachtet werden. Jedoch gibt es zusätzlich eine große Vielzahl von Funktionen, die in den Prüfungsprozess involviert sind. Beispielsweise kann der Bediener wünschen, die Chips zu markieren, um anzuzeigen, welche Chips den Test nicht bestehen. Diese verschiedenen Funktionen zusammen mit den Mitteln für die Bediener zum Steuern derselben und zum Überwachen des Testprozesses definieren den Prüfer außerdem und unterscheiden ihn von einer einfachen Positionierstufe.
Genauigkeits- und Durchsatzfragen haben zu der Entwicklung des Konzepts des automatischen Waferprüfers geführt. Automati sierung erfordert, dass der Prüfer das Einheitennetz versteht und seine Beziehung zum Wafer und der Prüfkarte versteht. Außerdem wird das System nur auf einem Wafer pro Einheitentyp trainiert, oder die Prüfkartenlage wird nur auf einem Wafer pro Einheitentyp gezeigt. Daher wird vom System gefordert, genaues Positionieren auf folgenden, ähnlichen Wafern zu wiederholen.
Von den drei für eine gute Prüfung erforderlichen Hauptprozessen – Wafer-Ausrichtung, Dickenprofiling und Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung – war nur die Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung traditionell nicht automatisiert gewesen. Früher gab es, obwohl lästig, kein so starkes Bedürfnis für eine Automatisierung einer Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung wie für die Automatisierung der anderen beiden Prozesse. Jedoch haben Entwicklungen in der Halbleitertechnologie ein Bedürfnis nach Automatisierung aus etlichen Gründen angetrieben. Erstens können Prüfkarten nun deutlich mehr als 500 Pins aufweisen. Zweitens sind Prüf-Array (probe array)-Größen größer geworden, so dass Mehrfach-Chip-Arrays nun in einer Richtung etliche Inches messen können. Drittens wurde das Verhältnis von Spitzendurchmesser zu Kontaktstellengröße nahezu Eins, und der Pitch, oder Abstand zwischen Pins, nähert sich der Kontaktstellengröße. Entsprechend wird die Fähigkeit des Operators zum genauen und schnellen Ausrichten von Prüfspitzen auf Kontaktstellen unter Verwendung eines Mikroskops schwieriger. Daher wächst der Wunsch, Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung zu automatisieren.
Alle Halbleiterhersteller haben einen Bedarf nach Ausrichtung von Prüfspitzen auf Kontaktstellen und Wafertest. Ihre Herausforderung ist, diese relativ banale Aufgabe in der kürzestmöglichen Zeit mit der größten Beständigkeit in Genauigkeit und Ausrichtung durchzuführen.
Zusätzlich zu dem generellen Automatisierungsbedürfnis entwickeln sich bestimmte Prüfungstechnologien, die Oberseiten-Mikroskop-Zugang zu dem Prüf-Array unmöglich machen. Eine Membran-Prüfung gemäß dem Stand der Technik ist eine Technologie, die eine Plastikmembran direkt in der Mikroskoplinie einer Stelle platziert und eine traditionelle Ausrichtung unmöglich macht. Außerdem schließen Prüf-Arrays mit hoher Dichte gemäß dem Stand der Technik auch eine Oberseiten-Mikroskop-Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung aus. Um mit diesen neuen Prüfungstechnologien zurechtzukommen und auch um das Streben nach voller Automatisierung im Wafersortierbereich weiterzuverfolgen, fordern Halbleiterhersteller eine Fähigkeit zur maschinellen, vollautomatischen "light-off" Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung.
Außerdem gibt es etliche zusätzliche Faktoren, die die Schwierigkeit einer Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung mittels eines leeren (blank), aluminisierten Wafers vergrößern. Erstens entsprechen die Prüfspitzen bei anfänglichem Kontakt nicht den Kontaktstellenmittelpunkten. Zweitens sind Prüf-Arrays häufig nicht aus durchgehenden Linien zusammengesetzt; oft gibt es versetzte Kontaktstellen, denen Seiten oder Ecken fehlen, Doppelreihen und viele andere Ausnahmen. Drittens wird als ein Ergebnis des Fertigungsprozesses häufig Schmutz in der Form von Aluminiumpartikeln auf den Wafern zurückgelassen. Viertens ist der leere Wafer hochreflektiv, was schlechte Beleuchtung und schmutzige Prüfer-Mikroskopoptiken verschlimmert.
Die Hauptverkäufer von Waferprüfern haben einige Formen von automatischer Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung angeboten. Jedoch sind die angebotenen Formen automatischer Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung häufig nicht ausreichend, um eine Ausrichtung für moderne integrierte Schaltungen bereitzustellen, die sehr kleine Kontaktstellen haben, und für Prüfspitzen, die ebenfalls klein sind und oft eine nicht perfekte Form aufweisen. Infolgedessen ist es erforderlich, automatisch die Positionskoordinaten eines Prüf-Arrays und die Positionskoordinaten eines ersten Chips mit ausreichender Genauigkeit festzustellen.
Das Dokument US-A-4929893 aus dem Stand der Technik offenbart einen Waferprüfer, der mit einer Prüfkarte für die Untersuchung von auf einem Wafer gebildeten Chips verwendbar ist. Der Waferprüfer hat eine Funktion für das automatische Ausrichten der Bonding-Kontaktstellen jedes Chips mit Prüfnadeln des Prüfkarte. Der Prüfer umfasst eine Kontaktplatte, die in X- und Y-Richtung mit einer Wafereinspannvorrichtung bewegbar ist. Das Kontaktblatt wird gegen wenigstens eine der Prüfnadelspitzen gepresst, und die so kontaktierte Nadelspitze wird von einer TV-Kamera von der Unterseite der Kontaktplatte beobachtet. Das dadurch erhaltene Videosignal wird für die Ausrichtung zwischen den Bonding-Kontaktstellen und den Prüfnadeln verwendet. Die TV-Kamera wird auch mit der Wafereinspannvorrichtung in die Xund Y-Richtung bewegt, um zu ermöglichen, dass ein und dasselbe Referenzzeichen von dieser TV-Kamera und von einer anderen, zum Bildnehmen der Bonding-Kontaktstellen bereitgestellten TV-Kamera beobachtet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Gegenstand der Erfindung ist in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen definiert. Ein verbessertes Verfahren und System für das automatische Ausrichten einer Vielzahl von Kontaktelektroden (z.B. Pins auf einer Prüfkarte in einem Waferprüfer) auf eine Vielzahl von Kontaktstellen einer integrierten Schaltungseinheit werden bereitgestellt. Gemäß einer Ausführungsform eines Aspekts der Erfindung wird ein Muster von Kontaktelektroden mittels eines Bilds einer Anzahl von Kontaktelektroden mit geringer Vergrößerung lokalisiert. Eine für eine Kontaktelektrodenoberfläche repräsentative Form wird dann an jede der Anzahl von Kontaktelektroden unter Verwendung eines Bilds der Kontaktelektroden mit hoher Vergrößerung angepasst, und ein Schwerpunkt wird für jede angepasste Form bestimmt, die repräsentativ für eine Kontaktelektrode ist. Die Position des Schwerpunkts wird mit der Position der entsprechenden Kontaktstellen verglichen, und die Kontaktstellen und Kontaktelektroden werden für Kontakt zwischen den Kontaktstellen und Kontaktelektroden relativ zueinander auf eine Position bewegt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform eines anderen Aspekts der Erfindung werden eine Anzahl von Kontaktelektroden und eine Anzahl von Kontaktstellen präzise relativ zueinander positioniert. Um dies zu erreichen, wird eine für einen Kontaktelektrodenpunkt repräsentative Form an jede einer Anzahl von Kontaktelektroden angepasst. Dann wird ein Schwerpunkt der angepassten Form ermittelt. Jeder der Anzahl von Schwerpunkten wird einer entsprechenden einer Anzahl von Kontaktstellen zugeordnet. Eine Anzahl von Abständen wird als Nächstes relativ zu einer jedem der Anzahl von Schwerpunkten zugehörigen Position und der Anzahl von Begrenzungen jeder der Anzahl der Kontaktstellen bestimmt. Die minimale Entfernung der Anzahl von Entfernungen wird dann maximiert, und die Kontaktstellen und Kontaktelektroden werden für Kontakt zwischen den Kontaktstellen und Kontaktelektroden relativ zueinander auf eine Position bewegt.
Diese und andere Ausführungsformen, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus den begleitenden Zeichnungen und aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, die folgen, klar werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird als Beispiel und nicht als Einschränkung in den Figuren der begleitenden Zeichnungen veranschaulicht, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen und in denen:
1 eine von der vorliegenden Erfindung implementierte Ausführungsform eines Direktprüfsensor(direct probe sensor, DPS) -Prüfers darstellt.
2 eine von der vorliegenden Erfindung implementierte Ausführungsform der Sensorkamera darstellt.
3 ein Flussdiagramm für den Betrieb des DPS-Prüfers darstellt.
4 ein Flussdiagramm für die Kalibrierung von Kameralagen des DPS-Prüfers darstellt.
5 ein Flussdiagramm für das Trainieren eines Produkts für eine Anwendung mit dem DPS-Prüfer darstellt.
6 zwei Beispiele von empfohlenen Kontaktstellen zum Trainieren darstellt, wenn ein einzelner Chip verwendet wird.
7 zwei Beispiele von empfohlenen Kontaktstellen zum Trainieren in Mehrfach-Chip-Arrays darstellt.
8 ein Flussdiagramm zum Finden einer Prüfkarten-Z-Höhe darstellt.
9 eine von dem Sichtuntersystem des DPS-Prüfers verwendete Mustererkennungstechnik zum Finden eines Zielmusters darstellt, mit der das Untersystem ausgerichtet wird.
10 ein Flussdiagramm zum Suchen eines Musters von Interesse auf einer Prüfkarte unter Verwendung der DPS-Kamera mit geringer Vergrößerung darstellt.
11 ein Flussdiagramm des Autofokus-Algorithmus einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
12 ein Flussdiagramm des Autobeleuchtungs-Algorithmus einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
13 ein repräsentatives Bild von der DPS-Kamera mit geringer Vergrößerung darstellt.
14 ein Flussdiagramm für das Validieren eines Musters von Interesse an einem anderen Ort einer Prüfkarte mittels der DPS-Kamera mit geringer Vergrößerung darstellt.
15 ein Flussdiagramm für das Untersuchen entsprechender Punkte mittels der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung darstellt.
16 ein repräsentatives Bild von der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung veranschaulicht.
17 einen Prüfspitzenkontaktbereich, oder Prüfspitzenzeichen (probe mark), in einer Kontaktstellenbegrenzung darstellt.
18 eine Datentabelle für eine Optimierung mittels des Simplex-Algorithmus darstellt.
19 ein Flussdiagramm für das Anwenden der Lageoptimierungsroutine auf DPS-Daten zum Bereitstellen von Endpositionierungsdaten darstellt.
20 ein digitales Rechensystem, wie beispielsweise ein Computersystem darstellt, das mit einem DSP-Prüfsystem, wie dem System 100, gekoppelt sein kann, um das System zu steuern und die hier beschriebenen Algorithmen und Verfahren zu verarbeiten.
21a, 21b und 21c ein Bild einer Kontaktelektrode (z.B. ein Pin auf einer Prüfkarte), eine angepasste Form 2102, die an das Bild 2102 angepasst wurde, bzw. eine andere angepasste Form 2105, die an das Bild 2106 angepasst wurde, zeigen.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden Beschreibung sind zu Erklärungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu unterstützen. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeübt werden kann. In anderen Fällen sind wohlbekannte Strukturen und Einheiten in Blockdiagrammform gezeigt, um ein unnötiges Verdunkeln der Erfindung zu vermeiden.
Automatische Ausrichtung von Kontaktelektroden einer Waferprüfkarte auf die Bonding-Kontaktstellen einer Integrierten-Schaltungs(integrated circuit, IC)-Einheit oder eines Wafers wird hier als automatische Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung (automatic probe to pad alignment, APTPA) bezeich net. Die APTPA ist ein Verfahren, durch das Position und Winkel eines Prüfkartentoolpunkts ohne die Hilfe eines von einem menschlichen Bediener manipulierten Mikroskops ermittelt werden können. Die grundlegende Idee bei APTPA ist, die Beziehung der Prüfkartentoolpunkte zu den Waferkontaktstellen zu entwickeln durch: Trainieren der Waferkontaktstellen und Kennen ihrer Lage in Bezug auf eine Kamera in einer Weise, die mit einer Ausrichtungszielposition und Positionierungsbasis verknüpft ist; Trainieren der Prüfkartenposition in Bezug auf die Kamera; Finden der Lage der Prüfkartentoolpunkte durch Bewegen der Kamera zu dem Prüfkartenbereich; und Anpassen der Toolpunktlagen an die Waferkontaktstellenlagen durch parallelen Transport der Kontaktstellenlagen in einer Weise, die zulassen wird, dass das Prüfen korrekt ist, so dass angemessener elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktelektroden und den Kontaktstellen auf dem IC ausgebildet werden kann.
1 veranschaulicht eine von der vorliegenden Erfindung implementierte Ausführungsform eines Direktprüfsensor(DPS)-Prüfers. Der DPS-Prüfer führt die automatische Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung durch. Der Prüfer 100 umfasst eine Wafereinspannvorrichtung 102, die beweglich mit einem Kolben 104 auf eine Weise gekoppelt ist, die zulässt, dass die Wafereinspannvorrichtung 102 in X-, Y-, Z- und Theta-Richtung 199 bewegt wird. Die Wafereinspannvorrichtung 102 akzeptiert die Anfügung eines Wafers 112. Der Prüfer 100 umfasst auch eine Prüfereinspannvorrichtung 140, die eine Prüfkarte 130 aufnimmt. Die Prüfkarte 130 kann jede einer Vielzahl verschiedener Prüfkarten sein, einschließlich beispielsweise Membranprüfkarten. Die Prüfeinspannvorrichtung 140 kann zum Bereitstellen einer Bewegung der Prüfkarte 130 in jede der X-, Y-, Z- oder Theta-Richtungen 199 ausgelegt sein. Die von der Prüfeinspannvorrichtung 140 angenommene Prüfkarte 130 umfasst eine Anzahl von leitenden Kontaktelektroden 132. Die Kontaktelektroden können in einer Ausführungsform metallische Pins 132 umfassen. Diese Pins 132 stellen Kontakt mit den Kontaktstellen 114 des Wafers 112 her, wenn die Prüfkarte und der Wafer von dem Prüfer 100 korrekt ausgerichtet sind. Die Kontaktstellen können jede Kontaktelektrodenoberfläche umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eine flache Oberfläche oder ein Lötkontakthügel oder Pins oder Stifte. Die Ausrichtung wird mit der Hilfe eines Sichtuntersystems ausgeführt. Das Sichtuntersystem des Prüfers 100 der vorliegenden Ausführungsform verwendet zwei Kameras, eine Waferausrichtungskamera 120 und eine die Komponenten 106-110 umfassende Sensorkamera. Die Waferausrichtungskamera 120, die sowohl koaxiale als auch schräge Beleuchtungsquellen enthalten kann, ist zum Betrachten eines Wafers 112 auf der Wafereinspannvorrichtung 102 ausgelegt. Die Sensorkamera 106-110 ist zum Betrachten einer an der Prüfeinspannvorrichtung 130 angebrachten Prüfkarte 130 ausgelegt. Während das in 1 gezeigte System den Wafer horizontal prüft, wird man verstehen, dass die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung für vertikale Prüfersysteme verwendet werden können, in denen die flache Oberfläche des Wafers um 90° aus der in 1 gezeigten Position gedreht wird.
2 stellt eine von der vorliegenden Erfindung implementierte Ausführungsform der Sensorkamera 200 dar. Die Sensorkamera 200 arbeitet zum Abbilden der Pins der Prüfkarte und Verwenden der Information zum Durchführen von automatischer Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung. Die Sensorkamera 200 umfasst zwei Kameras, eine für jede von zwei Vergrößerungsniveaus. Es gibt jedoch nur ein Kameraobjektiv mit einem in zwei Pfade aufgeteilten Lichtpfad. In Bezug auf 1 umfasst die Sensorkamera 200 eine vordere Objektivlinse 106, ein Kameragehäuse 110 und eine Verbindung 108. Die vordere Objektivlinse 106 ist mit der Wafereinspannvorrichtung 102 verbunden, was ein Bewegen des Objektivs 106 mit der Wafereinspannvorrichtung bewirkt. Das Kameragehäuse 110 ist mit dem Kolben 104 gekoppelt. Die Verbindung 108 verläuft zwischen der vorderen Objektivlinse 106 und dem Kameragehäuse 110. Das Sensorkameragehäuse 110 enthält zwei CCD-Platinen (PC Board)-Kameras, eine Kamera 212 mit hoher Vergrößerung und eine Kamera 210 mit geringer Vergrößerung. Das Kameragehäuse 110 enthält auch eine Optik 208 mit hoher Vergrößerung und eine Optik 206 mit geringer Vergrößerung zur Verwendung mit der Kamera mit hoher Vergrößerung bzw. der Kamera mit geringer Vergrößerung. Außerdem enthält das Sensorkameragehäuse 110 eine koaxiale Beleuchtungsquelle 202 zum Bereitstellen von koaxialer Beleuchtung 222 und eine schräge Beleuchtungsquelle 204 zum Bereitstellen von schräger Beleuchtung 224. Das Kameragehäuse 110 ist von der Linse 106 getrennt, um die Komponenten im Gehäuse 110 von den häufig extremen Tempera turen der Einspannvorrichtung 102 zu schützen. Beispielsweise wird die Wafereinspannvorrichtung 102 beim Testen des Chips (nachdem die Kontaktelektroden elektrischen Kontakt mit den Kontaktstellen des Chips hergestellt haben) häufig auf hohe Temperaturen aufgeheizt. Indem man die hitzeempfindlichen Komponenten getrennt von den Komponenten auf der Wafereinspannvorrichtung auf dem Kolben beherbergt hat, sind diese hitzeempfindlichen Komponenten vor den Temperaturextremen der Wafereinspannvorrichtung geschützt.
Eine hier für das Ausführen von APTPA beschriebene Ausführungsform des DPS-Prüfers ist für eine vollständige "lights-off"-Funktion, was bedeutet, dass sie zur genauen, beständigen Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung ohne menschliches Eingreifen geeignet ist. In dieser Anwendung von APTPA wird die Waferidentifikation von optischen Zeichenlesern gelesen, auf Ausrichtungsziele und Prüferoptionsdateien wird über ein elektronisches Netzwerk oder Festplatte zugegriffen, jeder Wafer wird automatisch ausgerichtet, und Prüfspitzen werden automatisch auf die ersten Chip-Kontaktstellen ausgerichtet. In den Anfangsphasen des In-Ausrichtung-Bringens eines Wafers lernt die Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung die Lage der Testkontaktstellen, oder virtuellen Kontaktstellen, und richtet ohne menschliches Eingreifen auf diese Kontaktstellen aus. Dieses System ist in einer Ausführungsform fähig, Kontaktstellen von 0,002 Inch aufzunehmen und Mehrfach-Chip-Prüfungs-Anforderungen zu erfüllen. Dieses System ist auch geeignet zum Aufnehmen von: Epoxy-Ring-Keramik-, Metallblatt(metal blade)-und Membranprüfkarten; vertikalen Prüfkarten; Einzel- und Mehrschicht-Cantilever-Prüfern; und Mehrfach-Chip-Prüfung von einer einzelnen Karte.
Volle Automatisierung der Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung umfasst das Lernen von Prüfspitzen-Lageinformation. Die Waferkontaktstellen-Lageinformation kann automatisch trainiert werden, oder ein Bediener kann Waferkontaktstellen-Information einmal beim anfänglichen Produkt-Setup für eine spezielle IC-Einheit oder einen speziellen Wafer trainieren. Diese Information wird gespeichert und zusammen mit den Prüfer-Setup-Parametern und Produkt-Setup-Spezifikationen und Ausrichtungszielen hoch- und heruntergeladen werden. Ausrichtungsziele können von Hand trainiert oder mit jeder Gruppe auto-trainiert werden oder per Disk, externem Input/Output oder einem anderen Netzwerksystem heruntergeladen werden.
Automatische Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung unter Verwendung des DPS-Prüfers eliminiert die mit Kontaktstellenausrichtung verbundenen Schwierigkeiten. Der DPS-Prüfer operiert durch Feststellen der X-, Y- und Z-Position des Prüfspitzen. Der DPS-Prüfer überprüft dann die Orte der Spitzen auf Ebenheit und berechnet die Lage des Prüfspitzenschwerpunkts. Als Nächstes berechnet der DPS-Prüfer einen Kontaktstellen-Aufsetzort und führt das Aufsetzen durch. Der DPS-Prüfer kann mit Mehrfach- oder Einzelchips arbeiten. Als ein Ergebnis erhöht der DPS-Prüfer die Produktivität, die Genauigkeit und Sicherheit. Die Produktivität wird aufgrund der erhöhten Automatisierung und verminderten Notwendigkeit von Bedienereingriffen erhöht. Verbesserte Anwendungsfreundlichkeit, die verminderte Trainingsanforderungen und schnellere Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung bewirkt, erhöht die Produktivität ebenfalls. Eine höhere Genauigkeit wird durch verminderte Variabilität des Setups zwischen Gruppen erreicht, was höhere Beständigkeit und höhere Gewinne bewirkt. Eine reduzierte Abhängigkeit vom Bediener und Vermeidung von menschlichen Fehlern führt zu einem Anstieg der Sicherheit. Weil der DPS-Prüfer keine leeren Wafer verwendet, gibt es kein Verschleißmaterial, und ein entsprechender Geschwindigkeitsanstieg ergibt sich, weil kein Transport von leeren Wafern erforderlich ist.
Um Wafer erfolgreich zu prüfen, muss die Lage und die Orientierung der Prüfkarte in einer Weise bekannt sein, dass ausgerichtete Wafer unter der Prüfkarte mit gutem Kontakt zwischen den Waferchip-Bonding-Kontaktstellen und den Prüfkartenpins platziert werden können. Die APTPA unter Verwendung des DPS-Prüfers ermittelt Lage und Winkel der Prüfkarte automatisch ohne Eingreifen des Bedieners. Im Wesentlichen entwickelt der DPS-Prüfer die Beziehung zwischen den Prüfspitzen und den Kontaktstellen durch: Trainieren der Kontaktstellen und Kennen ihrer Lage in Bezug auf die Waferausrichtungskamera in einer Weise, welche die Lage der Kontaktstellen mit dem Waferausrichtungsziel und der Systempositionierungsbasis verknüpft; Trainieren der Lage der Prüfkarte in Bezug auf die Waferausrichtungskamera; und Finden der Lage der Pins durch Bewegen der Prüfkarte zum Prüfbereich auf dem Wafer, Ausführen eines Mus terabstimmungsalgorithmus zum korrekten Abstimmen der Pins mit den entsprechenden Kontaktstellen und Optimieren der Position und des Winkels zum Gewährleisten des besten Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Kontakts.
Für das Positionieren verwendet der DPS-Prüfer ein Koordinatensystemparadigma, mit Transformationen, als ein abstraktes Positioniersystem. Das grundlegende Konzept ist von einer abstrakten Platte (platen), oder Referenzkoordinatensystem (reference coordinate system, RCS), mit Tools, oder Punkten von Interesse, die darüber an festen x-y-z-Orten schweben. Die Prüfkarte hat auch eine Theta-Komponente. Der Kolben, dessen Ursprung im Mittelpunkt der Wafereinspannvorrichtung definiert ist, bewegt sich dann in diesem abstrakten System herum. Das Waferkonzept umfasst einen idealisierten Wafer, oder Waferkoordinatensystem (wafer coordinate system, WCS), der in Chips aufgeteilt ist. Die Chips verwenden das Chipkoordinatensystem (die coordinate system, DCS), eine lokalisierte Version des WCS. Das WCS hat als seinen Ursprung den Mittelpunkt des Chips, auf dem eine Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen durchgeführt wurde. Der Mittelpunkt des Chips wird über die trainierten Chipbegrenzungen gelehrt.
Es gibt verschiedene Transformationen, um Wafer-Punkt-zu-Tool-Anfragen (z.B. Bewegung des Wafers relativ zu einer Prüfkarte mit Kontaktelektroden) in tatsächliche Anfragen an das mechanische DPS-Prüfer-Bewegungs-System umzuwandeln. Im Allgemeinen ist die verwendete Sequenz: WCS in Kolben-Koordinatensystem (forcer coordinate system, FCS) einschließlich der Ermittlung von Wafertemperatur, Waferwinkel und Waferposition; FCS in RCS bestimmte Toollage; RCS in Platte (PCS), Temperatur; PCS in DPS-Prüfer-Firmware-Anfrage. Die Z-Positions-Komponente, oder Toolhöhe, wird parallel betrachtet, um Z zu der weniger die Waferdicke ausgleichenden Toolarbeitshöhe zu bewegen. Eine Electroglas-Geräteeinheit (Electroglas device unit, EDU) ist eine Messeinheit, die von der DPS-Prüfer-Software verwendet wird, um zu gewährleisten, dass alle Positionen genau berechnet werden können und die gesamte Platte durch einen 32-Bit-Integer ausgedrückt werden kann.
3 stellt ein Flussdiagramm für eine Ausführungsform des Betriebs des DPS-Prüfers dar. Das Flussdiagramm startet bei Block 302. Der Ablauf setzt sich bei Block 304 fort, bei dem die Kameralagen sowohl für die Waferausrichtungskamera als auch die DPS-Prüfer-Kamera kalibriert werden. Der Ablauf setzt sich bei Block 306 fort, bei dem der DPS-Prüfer unter Verwendung von vom Hersteller bereitgestellten Produktdaten trainiert wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 308 fort, bei dem eine Prüfkarte eingesetzt wird. Bei Block 310 wird der DPS-Prüfer aktiviert. Der Ablauf setz sich bei Block 312 fort, bei dem die Prüfkarten-Z-Höhe gefunden wird. Bei Block 314 wird ein Muster von Interesse aus den trainierten Kontaktstellen entwickelt.
Der Ablauf setzt sich bei Block 316 fort, bei dem eine Suche nach einem Muster von Interesse auf der Prüfkarte unter Verwendung der DPS-Kamera mit geringer Vergrößerung durchgeführt wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 318 fort, bei dem das Muster von Interesse an einem anderen Ort auf der Prüfkarte unter Verwendung der DPS-Kamera mit geringer Vergrößerung validiert wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 320 fort, bei dem das Muster von Interesse unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung validiert wird. Die entsprechenden Punkte werden unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung bei Block 322 untersucht. Die Pinebenheit wird bei Block 324 verifiziert. Der Ablauf setzt sich bei Block 326 fort, bei dem die Pin-Kreis-Anpassung mit hoher Vergrößerung mit den entsprechenden trainierten Kontaktstellen verglichen wird. Eine die Position betreffende Optimierungsroutine wird bei Block 328 auf die Daten aus dem Vergleich mit der hohen Vergrößerung angewendet, um endgültige Positionierungsdaten bereitzustellen und die Position und den Winkel zu optimieren, um den besten Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Kontakt zu ermöglichen. Der Ablauf setzt sich bei Block 330 fort, bei dem der Wafer und die Prüfkarte relativ zueinander bewegt werden, um die Pins der Prüfkarte zum Auf setzen auf die Kontaktstellen auf einem Chip des Wafers zu veranlassen. Das Flussdiagramm endet bei Block 332. Die in den Blöcken 304-330 enthaltenen Details werden nun in Bezug auf die 4 bis 19 erklärt werden.
Man wird verstehen, dass die verschiedenen Schritte in 3 in einer anderen Abfolge durchgeführt werden können (oder völlig weggelassen werden können) und dennoch immer noch die verschiedenen Aspekte der Erfindung verwenden. Man wird ebenso verstehen, dass verschiedene Schritte der Erfindung mit Software ausgeführt werden können, die auf einem digitalen Verar beitungssystem ausgeführt wird. Typischerweise ist diese Software in einem computerlesbaren Medium wie einer Festplatte oder einem optischen Plattenlaufwerk oder anderen Massenspeichergeräten gespeichert. 20 zeigt ein Beispiel eines solchen digitalen Verarbeitungssystems 2001, das ein Massenspeichergerät 2002 (das solche Software speichern kann), einen Prozessor 2004 (der ein konventioneller Mikroprozessor für allgemeine Zwecke sein kann), einen Speicher 2006, ein Anzeigegerät 2008 und I/O(input/output)-Steuerungen 2012 und 2016 umfasst. Diese Komponenten des Systems 2001 sind typischerweise durch wenigstens einen Bus 2010 miteinander gekoppelt. Die I/O-Steuerung 2012 empfängt Eingaben von den Kameras und Positions-/Bewegungsencodern und Motorsteuerungen und stellt diese Eingaben dem System 2001 für die Verwendung durch das System 2001 zur Verfügung. Die I/O-Steuerung 2012 stellt auch, wenigstens in bestimmten Ausführungsformen, Ausgaben für die Beleuchtungsquellen, die Motorsteuerungen und die Kameras bereit. Diese Eingaben und Ausgaben erlauben dem System 2001 die Steuerung des gesamten DPS-Betriebs unter Verwendung eines im System 2001 gespeicherten Computerprogramms. Auch kann ein Bediener durch die Bediener-I/O 2018 Befehle bereitstellen und den Zustand des Systems 2001 durch Betrachten des Anzeigegeräts 2008 feststellen. Man wird verstehen, dass die vorliegende Erfindung vollständig in Hardware implementiert werden kann, obwohl dies nicht bevorzugt wird.
Die Kamerakalibrierung umfasst hauptsächlich das Ermitteln der Skalierung und der Neigung der DPS-Prüfer-Kameras. Die Skalierung ist die Größe eines Pixels in Bezug auf die Motorbewegung der Wafereinspannvorrichtung. Die Neigung ist die Achse der Kamera in Bezug auf die Bewegung. Diese Skalierungs- und Neigungsdaten werden dann von DPS-Prüfer-Sichtuntersystem-Softwareroutinen verwendet, um Positionen in Pixeln in das FCS umzuwandeln. Im Allgemeinen wird jedoch tatsächlich das WCS verwendet und als äquivalent angenommen, was akzeptabel ist.
Die Skalierungs- und Neigungskalibrierung kann unter Verwendung von Zieltraining und Mustererkennung ausgeführt werden. Grundsätzlich funktioniert das System, indem zuerst ein Ziel trainiert wird. Für die Waferkameras mit geringer und hoher Vergrößerung ist das Ziel auf einem Wafer oder der Wafereinspannvorrichtung. Der Kolben wird dann im RCS zu einer Rei he von nahegelegenen Punkten nur in der X-Richtung und danach nur in der Y-Richtung bewegt, so dass das Ziel im Sichtfeld bleibt. Das Ziel wird dann lokalisiert und die Position in Pixeln gespeichert. Nachdem dies abgeschlossen ist, werden eine Skalierung und Neigung, oder eine Koordinatensystemtransformation, zwischen den X-Y-Bewegungslagen und den X-Y-Pixel-Zielpositionen eingesetzt. Dies sollte die gewünschten Antworten liefern, die typischerweise 4·10^–3 mm (0,16 Mils) pro Pixel in geringer Vergrößerung und 10^–3 mm (0,04 Mils) in hoher Vergrößerung sind. Die Neigung sollte im Allgemeinen nicht mehr als einige Zehntel eines Grads in Absolutwerten sein.
Der Bediener kann eine Gelegenheit haben, die Kamerakalibrierungsergebnisse zu validieren. Dies wird durch Bewegen zu verschiedenen Orten auf dem Wafer oder der Wafereinspannvorrichtung und anschließendes Anzeigen sowohl des vorhergesagten Zielorts basierend auf den Kalibrierungsdaten als auch des tatsächlich gefundenen Zielorts erledigt.
Die Sensorkameraposition wird unter Verwendung eines Spezialzieltools trainiert, das im Stand der Technik bekannt ist, und das ein Fadenkreuz aufweist, das gleichzeitig sowohl von der Sensorkamera mit geringer Vergrößerung als auch der Sensorkamera mit hoher Vergrößerung betrachtet werden kann. Das Sichtmodul wird aufgefordert, durch Finden von zwei Linien des Fadenkreuzes und anschließendes Finden ihrer Kreuzung ein Fadenkreuz zu ermitteln. Nachdem der Kolben so positioniert ist, dass das Fadenkreuz für beide Kameras sichtbar ist, findet wiederum jede Kamera das Fadenkreuz und merkt sich seine Position. Der Unterschied in den Fadenkreuzorten wird beobachtet und dann auf die Sensorkamerapositionen angewendet.
Die Sensorkamera-Z-Kalibrierung ermittelt die Fokushöhe der Sensorkamera, die als der Punkt definiert ist, bei dem Pins fokussiert werden. Dies wird erledigt durch Z-Scannen (auf und ab) unter Verwendung eines automatischen Fokus mit der Sensorkamera zum Finden der Höhe eines speziellen Pins, des Z-Kalibrierungstools, und dann Fokussieren auf das Pin. Die Höhe des speziellen Pins wird auch absolut ermittelt unter Verwendung eines Einspannvorrichtungs-Prüfkontaktsensors (chuck probe contact sensor (CPCS)). Der CPCS ist ein Gerät, das durch einen rückseitigen Kontakt ein Potential auf die Wafereinspannvorrichtung legen kann und ermittelt, wenn eine ausreichende An zahl von Pins mit ausreichende Kapazität Kontakt mit der Wafereinspannvorrichtung herstellt. Dem folgend, wird das spezielle Pin unter Verwendung einer Autofokus-Technik fokussiert. Der Höhenunterschied wird dann als die Fokushöhe des DPS aufgenommen, ausgedrückt als ein Abstand über der höchsten Höhe der Wafereinspannvorrichtung.
Das Z-Scannen wird unter Verwendung sowohl der Fähigkeit der Sensorkamera zur geringen Vergrößerung als auch der zur hohen Vergrößerung ausgeführt. Ein Z-Scan-Algorithmus mit geringer Vergrößerung wird mit einem inkrementellen Scan integriert in dem Sinn, dass jeder Frame Z-gesucht wird, bis eine Z-Höhe ermittelt ist. Nachfolgende Frames mit geringer Vergrößerung verwenden diese Höhe. Das bedeutet natürlich, dass die Z-Höhe in einem Frame gefunden werden kann, der nicht notwendigerweise die speziellen Pins, nach denen gesucht wird, enthält, aber das ist nicht wirklich wichtig. Der Algorithmus mit der niedrigen Vergrößerung ist ein Drei-Schritt-Algorithmus, der nichts über die Höhe der Prüfspitzen annimmt. Für den ersten Schritt werden große Inkrementierschritte verwendet, bis etwas lokalisiert wird. Wenn etwas lokalisiert wird, falle einen Schritt zurück; wenn nichts gefunden wird, wird der Frame als leer eingestuft. Für den zweiten Schritt werden mittelgroße Inkrementierschritte verwendet, um nach einem Peak in der Autofokus-Messung zu suchen. Für die drei Punkte um den Peak wird dann ein quadratisches Polynom angepasst, und das Maximum der Anpassung wird dann als die Antwort betrachtet. Für den dritten Schritt wird die Antwort vom ersten Schritt unterhalb und oberhalb in einiger Entfernung gescannt. Die Daten werden mit einem gleitenden Mittelwertsfilter (moving average filter) geglättet, und der erste wirklich Peak wird gefunden und als die Antwort zurückgegeben.
In hoher Vergrößerung wird das Z zuerst an den Eckpins gescannt. Der Bediener hat die Möglichkeit, das Z-Scannen nur auf diese Pins zu beschränken; wenn dies jedoch ausgewählt wird, wird der Bereich der resultierenden Pins statistisch mit früheren Ergebnissen verglichen und dann als eine Qualifikation zum Festlegen verwendet, ob das Pin mit einem Z-Scan neu überprüft werden sollte. Der Scan-Algorithmus mit hoher Vergrößerung verwendet nur den einen Schritt von der Scanroutine mit niedriger Vergrößerung, weil die ungefähre Antwort als aus den früheren Überprüfungen mit niedriger und hoher Vergrößerung bekannt betrachtet wird.
4 stellt ein Flussdiagramm für die Kalibrierung von Kameralagen des DPS-Prüfers dar. Die DPS-Kalibrierung belehrt das System über die Charakteristik des DPS in Bezug auf die Einspannvorrichtung und die Sensorkamera. Es sind verschiedene Kalibrierungsarten erforderlich einschließlich Skalierungs-, Neigungs-, X-, Y- und Z-Kalibrierungen. Zusätzlich sind einige neue Tools zum Kalibrieren des DPS-Prüfers erforderlich. Zu beachten ist, dass die Kamera mit niedriger Vergrößerung vor der Kalibrierung der Sensorkamera voll kalibriert sein sollte. Das Flussdiagramm beginnt bei Block 402. Der Ablauf setzt sich bei Block 404 fort, bei dem eine Kalibrierung der Waferkamera mit niedriger Vergrößerung ausgeführt wird. Der Ablauf setzt sich bei 406 fort, bei dem eine Kalibrierung der Waferkamera mit hoher Vergrößerung ausgeführt wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 408 fort, bei dem eine Skalierungs- und Neigungskalibrierung der DPS-Kamera mit niedriger Vergrößerung ausgeführt wird. Die Skalierungs- und Neigungskalibrierung wird unter Verwendung einer auf der Optikbrücke befestigten Brückenbezugsmarke ausgeführt. Die Brückenbezugsmarke ist eine kleine, auf der Optikbrücke in der Nähe der Linse der Sensorkamera mit niedriger Vergrößerung befestigte Referenz, die ein Fadenkreuz mit einer Anzahl von anderen Funktionen, die für Autobeleuchtungsermittlung und Bedieneridentifikation verwendet werden, umfasst. Bevor die Sensorkamera kalibriert werden kann, muss die Brückenbezugsmarkenlage trainiert werden. Die Position sollte in der Nähe der bereitgestellten Default-Daten liegen.
Der Ablauf setzt sich bei Block 412 fort, bei dem der Offset der Sensorkamera mit hoher Vergrößerung in Bezug auf die Sensorkamera mit niedriger Vergrößerung kalibriert wird. Der Offset ist der Betrag, um den sich der Prüfer zwischen hoher und niedriger Vergrößerung bewegen muss, um dasselbe Bild zentriert zu haben. Der Zweck dieser Prozedur ist, dem Prüfer mitzuteilen, wo sich die Position der Kamera mit hoher Vergrößerung in Bezug auf die Position der Sensorkamera mit niedriger Vergrößerung befindet.
Der Ablauf setzt sich bei Block 414 fort, bei dem die Auto-Fokus-Z-Höhe auf die Einspannvorrichtungs-Prüfkontaktsensor(CPCS)-Z-Höhe an der Sensorkamera mit niedri ger Vergrößerung kalibriert wird. Bei der Durchführung dieser Kalibrierung wird eine Kalibrierungskarte an der Prüfeinspannvorrichtung installiert, und die Wafereinspannvorrichtung wird auf die Position unter der Kalibrierungskarte bewegt. Ein Referenz-CPCS wird dann betrieben. Dem Referenz-CPCS folgend, wird die Prüfspitze unter Verwendung der Sensorkamera mit niedriger Vergrößerung gefunden, und Autofokus wird auf das Pin ausgeführt, um eine Z-Kalibrierung zu erstellen. Als Nächstes wird die Prüfspitze unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung gefunden, und Autofokus wird auf das Pin ausgeführt, um eine Z-Kalibrierung zu erstellen.
Der Ablauf setzt sich bei Block 416 fort, bei dem der Brückenbezugsmarkentoolpunkt trainiert wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 418 fort, bei dem eine X-,Y-Kalibrierung unter Verwendung der DPS-Kamera mit niedriger Vergrößerung durchgeführt wird. Die DPS-Prüfer-X-,-Y-Kalibrierung wird unter Verwendung eines speziellen, als Kalibrierungstool bezeichneten Tools durchgeführt. Das Tool umfasst in einer Ausführungsform einen kleinen Träger, der über das Objektivgehäuse passt und eine kleine Fadenkreuzreferenz auf der Oberseite aufweist, die am Fokuspunkt der Sensorkameras liegt. In einer anderen Ausführungsform kann das Tool ein automatisch eingesetztes Fadenkreuz sein, das zwischen sowohl der aufwärts zeigenden als auch der abwärts zeigenden Kamera eingesetzt ist. Die Beleuchtung wird dann automatisch eingestellt, um maximalen Kontrast zu erreichen, und der Fokus wird auf das Fadenkreuz eingestellt. Das System wird dann das Fadenkreuz finden. Der Ablauf setzt sich bei Block 420 fort, bei dem eine X-, Y-Kalibrierung unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung durchgeführt wird. Die Prozedur ist dieselbe wie die in Block 418 verfolgte. Der Ablauf setzt sich bei Block 422 fort, bei dem ein Produkt trainiert wird. Das Flussdiagramm endet bei Block 424.
Automatische Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung wird unter Verwendung von Kontaktstellensätzen durchgeführt, die eine Untermenge von allen trainierten Kontaktstellen für die Positionsermittlung sind. Daher sollten die Kontaktstellen trainiert werden. Folglich sollte die Maske, oder Ausrichtungsziel und Chipbegrenzung, ebenfalls trainiert werden. Als solcher benötigt der DPS-Prüfer Information über die spezifische zu testende Einheit. Die vom Einheitenhersteller benötigte Einheite ninformation kann umfassen, ist aber nicht beschränkt auf: Produktbediener-Koordinatensystem; Maskeninformation einschließlich Chipgröße, Mittelpunktreferenz und Vektoren; physikalische Waferinformation einschließlich Durchmesser, flach/Nut, Temperaturkoeffizienten; Information über den aktiven Chipbereich; eine interne Darstellung der Maskendaten; eine interne Darstellung der Chipdaten; Chipsatz-Steuerkarten(chip set control map)-Information (Zonen und Listen); Bincode-Information; Bingroup-Information; Prüfmodusinformation; Qualitätssteuerinformation; Waferidentifikationsinformation; Färbungsparameter; und Ausrichtungsmodelle und -parameter.
5 stellt ein Flussdiagramm zum Trainieren eines Produkts für den Einsatz mit dem DPS-Prüfer dar. Das Flussdiagramm beginnt bei Block 502. Der Ablauf fährt bei Block 504 fort, bei dem Kameralagen kalibriert werden. Der Ablauf setzt sich bei Block 506 fort, bei dem die Chipgröße trainiert wird. Die Chipgröße wird trainiert, indem vom Waferhersteller bereitgestellte Information über die Größe des Chips in den Prüfer geladen wird. Die Chipgröße kann auch durch den Prüfer von einem repräsentativen Produkt trainiert werden. Waferausrichtungsziele werden bei Block 508 trainiert. Der Ablauf setzt sich bei Block 510 fort, bei dem Chipbegrenzungen gesetzt werden. Chipbegrenzungen können unter Verwendung von vom Waferhersteller bereitgestellter Information oder unter Verwendung von von einem repräsentativen Produkt erhaltenen Daten gesetzt werden. Der Ablauf setzt sich bei Block 512 fort, bei dem Kontaktstellen trainiert werden. Kontaktstellen können unter Verwendung von vom Hersteller bereitgestellter Information oder unter Verwendung von von einem repräsentativen Produkt erhaltenen Daten trainiert werden.
Der Ablauf setzt sich bei Block 514 fort, bei dem Kontaktstellen-Selektionskriterien gesetzt werden. Der Kontaktstellensatz 0 wird für Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtungs-Suche mit niedriger Vergrößerung verwendet, und ein Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtungs-Kontaktstellensatz wird für die endgültige Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtungs-Berechnung mit hoher Vergrößerung verwendet. Es sind in einer Ausführungsform vier Kontaktstellenselektionskriterien zu befolgen, um die Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtungs-Erfolgsquote zu maximieren. Erstens muss der Kontaktstellensatz 0 in einer Ecke genügend Kontaktstellen aufweisen, um ein einzigartiges Muster zu haben (wenigstens vier Kontaktstellen empfohlen). Zweitens muss der Kontaktstellensatz 0 ein oder zwei Kontaktstellen in der gegenüberliegenden Ecke aufweisen, die weit genug entfernt liegt, um den Prüfwinkel (probe angle) präzise zu bestimmen. Drittens muss der Kontaktstellensatz 0 eine Kontaktstelle in der dritten Ecke aufweisen für die Verifizierung mit hoher Vergrößerung. Viertens muss der Kontaktstellensatz 0 für die Verifizierung mit hoher Vergrößerung für den Fall eine Kontaktstelle in einer Ecke aufweisen, dass ein Problem mit der ersten Verifizierung auftritt. Der Ablauf setzt sich bei Block 516 fort, bei dem eine Prüfkarte eingesetzt wird. Bei Block 518 wird der DPS-Prüfer aktiviert. Das Flussdiagramm endet bei Block 520.
Hinsichtlich des bei Block 514 in 5 durchgeführten Setzens von Kontaktstellen-Selektionskriterien stellen 6 und 7 Beispiele von empfohlenen Kontaktstellen zum Trainieren dar, wenn sowohl einzelne Chips also Mehrfach-Chip-Arrays verwendet werden. 6 stellt zwei Beispiele von empfohlenen Kontaktstellen zum Trainieren dar, wenn ein einzelner Chip verwendet wird. Chip 602 hat eine sich von Chip 604 unterscheidende Kontaktstellenkonfiguration. Sowohl in Chip 602 als auch in Chip 604 sind die grauen Kontaktstellen die zum Trainieren empfohlenen Kontaktstellen. Die Kontaktstellen mit Nummern sind Kontaktstellen für den Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtungs-Kontaktstellensatz.
7 stellt zwei Beispiele von zum Trainieren empfohlenen Kontaktstellen in Mehrfach-Chip-Arrays dar. Mehrfach-Chip-Array 702 umfasst Chips 704, 706, 708 und 710. Mehrfach-Chip-Array 722 umfasst Chips 724, 726, 728 und 730. In beiden Mehrfach-Chip-Arrays 702 und 722 sind die grauen Kontaktstellen zum Trainieren empfohlene Kontaktstellen, und die Kontaktstellen mit Nummern sind Kontaktstellen für den Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtungs-Kontaktstellensatz. Der Unterschied zwischen Mehrfach-Chip-Array 702 und Mehrfach-Chip-Array 722 ist das fehlende Pin. Das fehlende Pin führt dazu, dass die ausgewählten Kontaktstellen ein einzigartigeres Muster bilden.
8 stellt ein Flussdiagramm zum Finden einer Prüfkarten-Z-Höhe dar. Das Flussdiagramm beginnt bei Block 802. Der Ablauf setzt sich bei Block 804 fort, bei dem das DPS-System aktiviert wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 806 fort, bei dem ein Einspannvorrichtungs-Prüfkontaktsensor (CPCS) zum Ermitteln der Z-Höhe von Prüfkartenpins eingesetzt werden kann. Wenn der CPCS zum Ermitteln der Z-Höhe bei Block 806 verwendet wird, dann setzt sich der Ablauf bei Block 808 fort, wo der CPCS betrieben wird, um die Z-Höhe zu ermitteln. Auf das Betreiben des CPCS bei Block 808 folgend, oder wenn der CPCS nicht zum Ermitteln der Z-Höhe der Prüfkartenpins verwendet wird, setzt sich dann der Ablauf bei Block 810 fort. Bei Block 810 wird ein Muster von Interesse aus den trainierten Kontaktstellen entwickelt. Das Flussdiagramm endet bei Block 812.
Das in einer Ausführungsform der APTPA verwendete Prinzip ist, dass es ein vernünftig einzigartiges Muster auf jedem Chip gibt, das auf jedem Chip vom Sichtuntersystem gefunden werden kann. 9 veranschaulicht eine Mustererkennungstechnik, die von dem DPS-Prüfer-Sichtuntersystem verwendet wird, um ein Zielmuster 902 zu finden, mit dem das Untersystem auszurichten ist. Dieses Zielmuster 902 wird an Extrempunkten 904 und 906 auf dem Wafer verwendet werden, um einen Winkelfehler festzustellen, während ein spezielles Ziel, das ursprüngliche Trainingsziel 902, zum Nullen der Position verwendet wird. Die Extrempunkte 904 und 906 auf dem Wafer sind in einer Ausführungsform diejenigen Punkte, die bei 80% der radialen, relativ zum Mittelpunkt und den Extrempunkten des Wafers definierten Entfernung liegen. In einer Ausführungsform sind die Extrempunkte 904 und 906 auf derselben radialen Achse durch den Mittelpunkt des Wafers gelegen. Das Zielmuster 908 wird für die Grobausrichtung verwendet und in einer Ausführungsform horizontal mit dem Trainingsziel 902 ausgerichtet. Daher lässt der DPS-Prüfer wiederholbare Positionierung eines Wafers in Bezug auf die Prüfspitzen zu, ohne Prüfspitzen zu Kontaktstellen zurückzusetzen.
Die Sichtuntersystemausrichtung wird unter Verwendung eines normalisierten Korrelationsverfahrens der Mustererkennung erreicht. Die Ausrichtung wird in einer Ausführungsform des DPS-Prüfers durchgeführt, indem ein Trainingsziel, oder Wafer, zum Setzen des Bewegungssystems zur Anpassung an den Prüfkartenwinkel verwendet wird. Der Offset ist der trainierte Produktdefault, der durch den Wafermittelpunkt ausgeglichen wird. Der DPS-Prüfer bewegt die erwartete Lage eines Trainingsziels zu der Waferkamera. Ein Ziel nahe dem Wafermittelpunkt wird weniger empfindlich auf Winkelfehler an diesem Punkt sein. Mit Hilfe der Waferkamera sucht der DPS-Prüfer dann nach dem Ziel und lokalisiert es. Der DPS-Prüfer kann eine Spiralsuche nach dem Ziel ausführen. Der DPS-Prüfer korrigiert als Nächstes den Offset um einen erforderlichen Wert, so dass das Ziel auf das Zentrum eingestellt wäre, wenn dasselbe Bewegungskommando angefordert werden würde. Dann schreitet der DPS-Prüfer um einen Chip weiter und sucht nach dem Ziel unter Verwendung von Waferklassenfunktionen zum Ermitteln, wohin er sich bewegen soll. Dann rotiert der DPS-Prüfer die Einspannvorrichtung um den ermittelten Winkelfehler. Der Offset wird aktualisiert, so dass eine Ausrichtung keine Spiralsuche nach dem Ziel ausführen muss. Der DPS-Prüfer bewegt sich dann nach oben zu Punkten 80% radial oben und unten und korrigiert den Winkelfehler ähnlich. Wenn der Winkelfehler kleiner als die Korrekturfähigkeit des Thetamotors ist (z.B. 16 Mikroradians), aktualisiert der DPS-Prüfer die passende Koordinatensystemumwandlungsaufzeichnung. Der DPS-Prüfer bewegt wiederum das Trainingsziel zum Kamerazentrum und korrigiert den Offset. Diese bewegungskorrekte Schleife wiederholt sich etliche Male, bis keine signifikante Korrektur mehr vorgenommen werden kann.
Zusätzlich kann die Ausrichtung eine zweite Referenz finden, die nach der Ausrichtung zum Verifizieren, dass das Ziel auf dem richtigen Chip gefunden wurde, verwendet wird. Es ist im Allgemeinen ein auf dem Wafer einzigartiges Ziel. Wenn die zweite Referenz-Offset-Korrektur gemacht wird, wird es um ganze Chip-Schritte sein. Als eine Alternative zur zweiten Referenzausrichtung kann der DPS-Prüfer auch weiterschreiten und die Chips bis zur Kante zählen.
Training ist ein Prozess ähnlich zur Ausrichtung, außer dass es keine Offsetkorrektur gibt. Beim Training kann ein Ziel von Hand oder automatisch vom Sichtuntersystem trainiert werden. Das Training hat keine Offsetkorrektur, aber eine Winkelkorrektur wird angewendet, so dass der Wafer am Ende der Prozedur ausgerichtet ist. Es gibt eine Nullungsprozedur, bei der das Ziel zum Mittelpunkt bewegt wird, aber der Offset nicht geändert wird; statt dessen wird das Ziel am Ende der Prozedur neu trainiert und die Endlage wird als die Zielposition gespeichert.
Die Bonding-Kontaktstellen werden in Bezug auf ein Ausrichtungsziel trainiert. Trainierte Kontaktstellen können aus den vom Einheitenhersteller bereitgestellten Einheitenspezifikationsdaten ermittelt werden. Alternativ können Kontaktstellen von dem Sichtuntersystem mit sehr wenig Einheitenspezifikationsdaten trainiert werden. Ein POI wird aus den trainierten Kontaktstellen entwickelt, und wenn die Prüfkarte untersucht wird, sucht das Sichtuntersystem nach demselben Ziel-POI unter den Pins auf der Prüfkarte. Die verwendete Suchprozedur ist dieselbe, wie die vorher in Bezug auf Ausrichtung diskutierte. Wenn das Ziel-POI unter den Prüfkartenpins gefunden wird, gibt das Sichtmodul die Lage des gefundenen Ziels in Pixeln zurück, was dann in eine Position in EDUs umgewandelt wird, die von dem System zum Ausführen der notwendigen Korrekturen für das Aufsetzen verwendet werden kann.
10 stellt ein Flussdiagramm für das Suchen eines Musters von Interesse auf einer Prüfkarte unter Verwendung der DPS-Kamera mit niedriger Vergrößerung dar. Das Flussdiagramm beginnt bei Block 1002. Ein Muster von Interesse wird bei Block 1004 aus trainierten Kontaktstellen entwickelt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1006 fort, bei dem die trainierten Kontaktstellen nach einem Muster von Interesse analysiert werden, das in das einzelne Sichtfeld einer DPS-Kamera passt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1008 fort, bei dem ein Untermuster des Musters von Interesse zum Vergleich mit den Prüfkartenpins ausgewählt wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 1010 fort, bei dem eine Untersuchung der Prüfkarte mit niedriger Vergrößerung von der DPS-Kamera in einem Bereich der Prüfkarte durchgeführt wird, in dem man glaubt, das Untermuster des Musters von Interesse zu finden.
Wenn der CPCS wie in Bezug auf 8 beschrieben betrieben wurde, setzt sich der Ablauf bei Block 1018 fort. Wenn der CPCS nicht betrieben wurde, setzt sich der Ablauf bei Block 1014 fort, bei dem festgestellt wird, ob die Untersuchung der Prüfkarte mit niedriger Vergrößerung ein Pin lokalisiert hat. Wenn ein Pin lokalisiert wurde, setzt sich der Ablauf bei Block 1018 fort. Wenn kein Pin lokalisiert wurde, setzt sich der Ablauf bei Block 1016 fort, bei dem ein Autofokus mit niedriger Vergrößerung durchgeführt wird. Dem Autofokus mit niedriger Vergrößerung folgend, setzt sich der Ablauf bei Block 1018 fort.
Der bei Block 1016 durchgeführte Autofokus wird unter Verwendung eines Autofokus-Algorithmus durchgeführt, der in einer Ausführungsform ein Bild untersucht, in dem die Pins bei oder in der Nähe von Sättigung sind. Das Schwellenbild wird in Pin- und Nicht-Pin-Blobs eingeteilt entsprechend der Form, Größe und Intensität. Ein Autoschwellenverfahren wird in einer Ausführungsform an einem gesamten Bild durchgeführt, um den die Graustufe des Hintergrunds repräsentierenden Raum zu ermitteln. Eine Schwelle wird angewendet, und nur die Bereiche werden durchgelassen, die über der Schwelle liegen. Jeder durchgelassene Pixelbereich wird als Blob bezeichnet. Der Autofokus-Algorithmus dieser Ausführungsform verwendet die Gradienteninformation des Körpers des Blob-Bereichs als ein Maß des besten Fokus, aber etliche andere Maße sind ebenfalls verfügbar, einschließlich der Verwendung der detektierten Kanteninformation im Blob-Bereich als ein Maß für den besten Fokus.
11 stellt ein Flussdiagramm des Autofokus-Algorithmus einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wenn Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung unter Verwendung von niedriger Vergrößerung durchgeführt wird, beginnt der Ablauf bei Block 1102, bei dem die DPS-Kamera zu der gewünschten Z-Höhe bewegt wird. Bei Block 1104 wird der Autoschwellen-Algorithmus auf das gesamte Bild angewendet. Eine Blob-Analyse wird an dem resultierenden, schwellenbearbeiteten (thresholded) Bild bei Block 1106 durchgeführt. Alle Blobs des schwellenbearbeiteten Bilds werden bei Block 1108 lokalisiert, weil jeder Blob einen potentiell als ein Pin angesehenen Bereich repräsentiert.
Der Ablauf setzt sich bei Block 1110 fort, bei dem eine Formanalyse bei jedem Blob durchgeführt wird. Wenn ein Blob nicht pin-artig ist, wird es in einer Ausführungsform aus der tatsächlichen Autofokus-Maß-Berechnung entfernt. Ein pinartiges Blob ist definiert, eine annäherungsweise kreisförmige Konturform zu haben, deren Größe in einem Toleranzband von erwarteten Größen für den speziellen Typ von erwartetem Prüfpin liegt. Für alle pin-artigen Blobs wird das Autofokus-Maß bei Block 1112 berechnet. Eins der folgenden drei Maße kann verwendet werden: der gesamte Blob-Bereich; ein Mittel des Gradienten der Intensitätsinformation in dem umgebenden Bereich jedes qualifizierten Blobs, inklusive; ein Mittel des Gradienten von Intensitätsinformation in dem inneren Bereich jedes qualifizierten Blobs. Bei Block 1114 wird ein berechneter Autofokuswert zurückgegeben. Wenn der gesamte Blob-Bereich zum Messen des Autofokus verwendet wird, zeigt ein kleinerer Autofokuswert einen größeren Fokus an. Wenn ein Mittel des Gradienten der Intensitätinformation entweder im umgebenden Bereich oder im inneren Bereich eines qualifizierten Blobs verwendet wird, zeigt ein kleinerer Autofokuswert weniger Fokus an.
Wenn Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung unter Verwendung von großer Vergrößerung durchgeführt wird, ist der Nicht-Im-Fokus-Algorithmus (out-of-focus algorithm) wie zuvor diskutiert, wenn Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung mit niedriger Vergrößerung durchgeführt wird, mit zwei Ausnahmen. Erstens wird bei Block 1108 nur ein Blob erwartet. Zweitens soll der erwartete Blob nahe dem Mittelpunkt des Sichtfelds mit hoher Vergrößerung platziert sein.
Wieder in Bezug auf 10, führt der DPS-Prüfer auf die Durchführung des Autofokus mit niedriger Vergrößerung bei Block 1016 folgend bei Block 1018 Autobeleuchtung zum Optimieren der Sichtbarkeit der Pins durch. Sichtbarkeit in dem DPS-Prüfersystem ist in einer Ausführungsform als die beste Trennung zwischen den Hintergrundpixeln, oder dem Bereich, der nicht den Pins entspricht, und den Vordergrundpixeln, oder dem Bereich der Pins, definiert. Hintergrundpixel rühren entweder von interner Rückreflektion der Optik her oder können andere beleuchtete Teile des Prüfkartenaufbaus sein, wie beispielsweise Cantilever oder Blätter (blades). Der Autobeleuchtungs-Algorithmus stellt automatisch ein Lichtniveau ein, um zwischen den Hintergrundpixeln und den Pixeln der Kontaktelektroden zu unterschieden, wodurch ein Lichtniveau gesetzt wird, das einen optimalen Kontrast in dem gering oder stark vergrößerten Bild der Sensorkamera herstellt. Im Fall der niedrigen Vergrößerung wird das gesamte Bild-Sichtfeld evaluiert. In dem Fall der hohen Vergrößerung wird ein zentriertes, reduziertes Bildfenster verwendet, um die Graustufenattribute des Bilds zu evaluieren.
Beim Autobeleuchtungs-Algorithmus kann die Standardabweichung des Bilds als ein Kontrastmaß verwendet werden. Dieser Algorithmus hat die Eigenschaft, dass, wenn dort überhaupt et was ist, sogar nur Hintergrund und Schmutz auf der Optik, es beleuchtet werden wird. Das Auto-Lichtniveau maximiert in einer Ausführungsform den Unterschied zwischen dem Hintergrund und dem Vordergrund, so dass es einen Graustufenwert ungefähr in der Mitte des Bereichs von möglichen Werten (0 bis 63) aufweist und jedes helle Objekt nahe bei oder in Sättigung zu sein scheint (maximal möglicher Wert 63). Die Größe der Standardabweichung kann als Indikator verwendet werden, ob sich ein reales Objekt im Bild befindet.
12 stellt ein Flussdiagramm des Autobeleuchtungs-Algorithmus einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Das Flussdiagramm beginnt bei Block 1202. Der Ablauf setzt sich bei Block 1204 fort, bei dem das Lichtniveau anfänglich auf den hellsten Nennpegel abgestimmt wird. Der Algorithmus beginnt mit dem Setzen des hellsten Lichts und reduziert die Lichtintensität schrittweise, um das Timing der Autobeleuchtungsfunktion zu optimieren. In vielen Fällen sind die vom Autobeleuchtungs-Algorithmus festgesetzten Lichtniveaus nahe dem oberen Ende des Beleuchtungsbereichs.
Der Ablauf setzt sich bei Block 1206 fort, bei dem eine Verzögerung initiiert wird, um der Lichtquelle ein Regulieren auf den neuen Wert zu erlauben. Die Länge dieser Verzögerung hängt von der verwendeten Lichtquelle ab. Glühlampen können eine Verzögerung bis zu einer Sekunde benötigen, um korrekt zu regeln, während Leuchtdioden eine relativ kürzere Regulierungszeit haben. Der Ablauf setzt sich bei Block 1208 fort, bei dem ein Scanbild unter Verwendung des neu gesetzten Beleuchtungsniveaus erfasst wird.
Auf die Erfassung eines Scanbilds folgend, setzt sich der Ablauf bei Block 1210 fort, bei dem die Szenenbild-Graustufenverteilung überprüft wird. Wenn bei Block 1212 festgestellt wird, dass die Graustufenverteilung 90% des möglichen Bereichs ohne Graustufensättigung übersteigt, dann ist der Lichtniveau korrekt, und der Autobeleuchtungs-Algorithmus endet bei Block 1222. Wenn bei Block 1212 festgestellt wird, dass die Graustufenverteilung 90% des möglichen Bereichs ohne Graustufensättigung nicht übersteigt, dann setzt sich der Ablauf bei Block 1214 fort, bei dem eine Feststellung betreffend des Auftretens von Graustufensättigung getroffen wird. Wenn Graustufensättigung auftritt, dann wird das Lichtniveau bei Block 1216 verringert, und der Ablauf setzt sich bei Block 1208 fort, bei dem ein Scanbild mittels des neu gesetzten Lichtniveaus erfasst wird. Die Schleife der Blöcke 1208 bis 1216 wird wiederholt, bis Graustufensättigung nicht länger in dem erfassten Bild auftritt.
Wenn Graustufensättigung nicht auftritt, dann setzt sich der Ablauf bei Block 1218 fort, bei dem ermittelt wird, ob das kleinste mögliche Lichtniveau gesetzt ist. Wenn das kleinste mögliche Lichtniveau gesetzt ist, dann ist das Lichtniveau so gut, wie es werden kann, und der Autobeleuchtungs-Algorithmus endet bei Block 1222. Wenn das kleinste mögliche Lichtniveau nicht gesetzt ist, dann entscheidet der Algorithmus bei Block 1220, ob der Graustufenbereich groß genug ist. Wenn der Graustufenbereich nicht groß genug ist, wird das Lichtniveau bei Block 1216 verringert, und der Ablauf setzt sich bei Block 1208 fort. Wenn entschieden wird, dass der Graustufenbereich groß genug ist, endet der Autobeleuchtungs-Algorithmus bei Block 1222.
Wiederum in Bezug auf 10, setzt sich der Ablauf bei Block 1020 fort, bei dem ein Autoschwellenverfahren durchgeführt wird, um den dunklen Hintergrund und die hellen Pins zu trennen, wenn ein Lichtniveau gefunden ist, das in einer Ausführungsform den maximalen Kontrast und die Bildgebung herstellt. Die Autoschwellenverfahrens-Funktion berechnet den Durchschnitt zwischen dem Mittel oder Median (dem Hintergrund) des autobeleuchteten Bilds und dem hellen Peak (Objekt oder nahe der Sättigung), um eine Schwelle zu setzen, die Hintergrundbildcharakteristika angemessen ignorieren wird. Es war empirisch bewiesen worden, dass, wenn Pins in dem DPS-Prüfer-Sichtfeld vorliegen, und die Pins in Fokus sind, sie die hellsten vorliegenden Objekte sein werden. Im Fall von niedriger Vergrößerung werden die Pins nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Bildbereichs darstellen. Daraus können die Hintergrundpixelcharakteristika geschätzt werden, indem die oberen paar Prozent der hellsten Graustufenpixel in Sichtfeld ignoriert werden. Im Fall von hoher Vergrößerung kann die Annahme nicht getroffen werden, dass die Mehrzahl der Pixel Hintergrund sind. Daher wird, wenn hohe Vergrößerung verwendet wird, ein zentriertes, reduziertes Sichtfeld verwendet, das eine einzelne Prüfspitze enthält, so dass diese Prüfspitze die Mehrzahl der Pixel im Sichtfeld einnehmen wird.
Der Autoschwellen-Algorithmus funktioniert, indem er einen Schwellwert findet, unter dem alle der Hintergrundpixel liegen sollten. Der Algorithmus nimmt an, dass eine Mehrzahl von Pixeln in einem Bild Hintergrundpixel sind, und dass durch Heranziehen des mittleren Grauniveaus der Pixel und Addieren eines 0,15% Einheitlichkeitsfaktors (uniformity factors) plus Eins der Hintergrund der Bilder effektiv mit dem Schwellenverfahren entfernt werden kann. Daher bleiben nach dem Anwenden des Schwellverfahrens nur das Bild des Cantilevers und der Pins. Für DPS-Prüfer-Pindetektierung mit niedriger Vergrößerung wird der Algorithmus unter Verwendung des vollen Sichtfelds angewendet. Für DPS-Prüfer-Pindetektierung mit hoher Vergrößerung wird der Algorithmus unter Verwendung eines zentrierten Fensters mit Dimensionen von 200 Pixeln mal 200 Pixeln im Sichtfeld angewendet. Auf das automatischen Setzen einer Schwelle folgend, setzt sich der Ablauf bei Block 1022 fort, bei dem eine autodetektierende Bildanalyse durchgeführt wird, um die Schwerpunkte der Prüfkartenpinbilder zu ermitteln.
Der Autodetektierungs-Algorithmus, der auf die automatische Einstellung von Lichtschwelle und Fokus folgt, führt eine Blobanalyse aus, um festzustellen, ob etwas im Bild ist. Wenn die DPS-Prüfer-Algorithmen festgestellt haben, dass etwas im Bild ist und das Bild möglicherweise das von Pins ist, dann wird das Bild gegenüber dem Untermuster des Musters von Interesse verglichen und gegenüber diesem Muster verifiziert. Wenn der DPS bei Block 1024 entscheidet, dass er ein Muster des Untermusters von Interesse erkannt hat, setzt sich der Ablauf bei Block 1040 fort, bei dem die Validierung des Musters von Interesse an einem anderen Ort auf der Prüfkarte unter Verwendung der DPS-Kamera mit niedriger Vergrößerung stattfindet. Das Flussdiagramm endet bei Block 1042.
Wenn der DPS bei Block 1024 kein Muster des Untermusters von Interesse erkennt, dann setzt sich der Ablauf bei Block 1026 fort, bei dem inkrementelles Scannen implementiert wird. Inkrementelles Scannen scannt in einer Ausführungsform nicht den gesamten Array. Statt dessen analysiert der Prüfer unter Verwendung von inkrementellem Scannen die trainierten Kontaktstellen auf interessante Untermuster hin, die in ein einzelnes Sichtfeld passen. Der DPS-Prüfer wählt dann ein Untermuster aus, mit dem arbeiten will, und überprüft basierend auf der nominellen Lage in niedriger Vergrößerung, wo er das Untermuster zu finden erwartet. Er wird dann eine Spiralsuche von der angenommenen Lage des Untermusters des Musters von Interesse aus zur Grenze der Positionstoleranz ausführen, bis er ein Untermuster erkennt, das nicht notwendigerweise das ursprüngliche Untermuster ist.
Auf inkrementelle Spiralen von der angenommenen Lage des Musters von Interesse aus folgend, setzt sich der Ablauf bei Block 1028 fort, bei dem eine Entscheidung getroffen wird, ob die Spirale ausgeschöpft (exhausted) ist, oder ob sie die Grenzen des Chips erreicht hat. Wenn der DPS-Prüfer entscheidet, dass die Spiralsuche nicht ausgeschöpft ist, setzt sich der Ablauf bei Block 1010 fort, der im Vorangehenden beschrieben wurde. Die in Block 1010 bis Block 1024 beschriebenen Schritte werden wiederholt, bis der DPS-Prüfer ein Untermuster erkennt, bei welchem Punkt die Validierung des Musters von Interesse an einem anderen Punkt auf der Prüfkarte unter Verwendung der DPS-Kamera mit niedriger Vergrößerung stattfindet.
Wenn der DPS-Prüfer entscheidet, dass die Spiralsuche ausgeschöpft ist, setzt sich der Ablauf bei Block 1030 fort, bei dem der DPS-Prüfer umfassendes Scannen (comprehensive scanning) implementiert. Unter Verwendung von umfassendem Scannen setzt sich der Ablauf bei Block 1032 fort, bei dem der DPS-Prüfer den gesamten Prüfkartenbereich unter Verwendung der DPS-Kamera mit niedriger Vergrößerung scannt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1034 fort, bei dem der DPS-Prüfer alle detektierten Punkte mathematisch nach Fällen der trainierten Kontaktstelle als ein Muster durchsuchen wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 1036 fort, bei dem der DPS-Prüfer ein Muster erkennt. Auf die Mustererkennung folgend, untersucht der DPS-Prüfer bei Block 1038 entsprechende Punkte unter Verwendung des DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung. Das Flussdiagramm endet bei Block 1042.
13 stellt ein repräsentatives Bild von der DPS-Kamera mit niedriger Vergrößerung dar. Dieses repräsentative Bild zeigt ein Bild eines Pinmusters.
14 stellt ein Flussdiagramm für das Validieren eines Musters von Interesse an einem anderen Ort auf einer Prüfkarte unter Verwendung der DPS-Kamera mit niedriger Auflösung dar.
Das Flussdiagramm beginnt bei Block 1402. Der Ablauf setzt sich bei Block 1404 fort, bei dem der DPS-Prüfer nach einem Muster von Interesse unter den Prüfkartenpins unter Verwendung einer DPS-Kamera mit niedriger Vergrößerung sucht. Wenn der DPS-Prüfer ein Untermuster erkannt hat, setzt sich der Ablauf bei Block 1406 fort, bei dem der Prüfer dann das Untermuster an einem zweiten Ort mit der DPS-Kamera mit niedriger Auflösung verifizieren wird. Diese Verifizierung wird unter Verwendung der oben erwähnten Autobeleuchtungs-, Autoschwellenverfahren- und Autodetektierungs-Bildanalyse-Algorithmen durchgeführt. Der zweite Ort sollte eine Maximaldistanz von dem ursprünglichen Muster sein, um Fehler und Winkelberechnung zu minimieren. Der DPS-Prüfer wird dann unter Verwendung von Triangulation und hoher Vergrößerung verifizieren.
Der Ablauf setzt sich bei Block 1408 fort, bei dem der DPS-Prüfer das Untermuster an einem dritten Ort unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung verifizieren wird. In jedem Stadium, in dem der DPS-Prüfer die Verifizierung eines Untermusters versucht, ist es möglich, dass es dort mehr als eine Lösung gibt. Der DPS-Prüfer wird versuchen, alle Lösungen zu verifizieren, bis nur eine übrigbleibt. Beim Versuch, alle Lösungen zu verifizieren, wird der DPS-Prüfer eins von drei möglichen Ergebnissen erzeugen: eine Lösung bleibt übrig; mehr als eine Lösung bleibt übrig; und keine Lösung bleibt übrig. Der Rest der Beschreibung dieses Flussdiagramms für das Validieren eines Musters von Interesse wird den Validierungsfluss für jedes dieser drei möglichen DPS-Prüfer-Ergebnisse beschreiben.
Der Ablauf setzt sich bei Block 1410 fort, bei dem der DPS-Prüfer alle Lösungen verifiziert. Wenn nur eine Lösung als ein Ergebnis der DPS-Prüfer-Ergebnis-Verifizierung übrigbleibt, setzt sich der Ablauf bei Block 1422 fort, bei dem der DPS-Prüfer ein Muster erkennt. Der Betrieb setzt sich bei Block 1424 fort, bei dem der DPS-Prüfer entsprechende Punkte unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung untersucht. Das Flussdiagramm endet bei Block 1446.
Wenn als ein Ergebnis der DPS-Prüfer-Lösungs-Verifizierung keine Lösung übrigbleibt, setzt sich der Ablauf bei Block 1426 fort, bei dem inkrementelles Scannen implementiert wird. Inkrementelles Scannen analysiert in einer Ausführungsform die trainierten Kontaktstellen nach einem Untermuster und prüft in ge ringer Vergrößerung, wo es erwartet, ein Untermuster zu finden. Dann wird es eine Spiralsuche von der angenommenen Lage des Untermusters des Musters von Interesse aus zur Grenze der Positionstoleranz ausführen, bis es ein Untermuster erkennt, das nicht notwendigerweise das ursprüngliche Untermuster ist. Auf die inkrementellen Spiralen von der angenommenen Lage des Musters von Interesse aus folgend setzt sich der Ablauf bei Block 1428 fort, bei dem eine Entscheidung getroffen wird, ob die Spirale ausgeschöpft ist, oder ob die Spirale die Grenzen des Chips erreicht hat.
Wenn der DPS-Prüfer entscheidet, dass die Spiralsuche ausgeschöpft ist, setzt sich der Ablauf bei Block 1416 fort, bei dem der DPS-Prüfer umfassendes Scannen implementiert. Unter Verwendung von umfassendem Scannen setzt sich der Ablauf bei Block 1418 fort, bei dem der DPS-Prüfer den gesamten Prüfkartenbereich unter Verwendung der DPS-Kamera mit niedriger Vergrößerung scannt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1420 fort, bei dem der DPS-Prüfer alle detektierten Punkte mathematisch nach Fällen der trainierten Kontaktstelle als ein Muster durchsuchen wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 1422 fort, bei dem der DPS-Prüfer ein Muster erkennt. Auf die Mustererkennung folgend, untersucht der DPS-Prüfer bei Block 1424 entsprechende Punkte unter Verwendung des DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung. Das Flussdiagramm endet bei Block 1446.
Wenn der DPS-Prüfer bei Block 1428 entscheidet, dass die Spiralprüfung nicht ausgeschöpft ist, setzt sich der Ablauf bei Block 1430 fort, bei dem eine Prüfung der Prüfkarte mit niedriger Vergrößerung durch die DPS-Kamera in einem Bereich der Prüfkarte ausgeführt wird, in dem angenommen wird, das Untermuster des Musters von Interesse zu finden. Der Ablauf setzt sich bei Block 1432 fort, bei dem der DPS-Prüfer entscheidet, ob der CPCS betrieben wurde, um die Z-Höhe festzustellen. Wenn der CPCS wie in Bezug auf 8 beschrieben betrieben wurde, setzt sich der Ablauf bei Block 1438 fort. Wenn der CPCS nicht ausgeführt wurde, setzt sich der Ablauf bei Block 1434 fort, bei dem entschieden wird, ob die Prüfung der Prüfkarte mit niedriger Vergrößerung ein Pin lokalisiert hat. Wenn ein Pin lokalisiert wurde, setzt sich der Ablauf bei Block 1438 fort. Wenn kein Pin lokalisiert wurde, setzt sich der Ablauf bei Block 1436 fort, bei dem ein Autofokus mit niedriger Vergröße rung durchgeführt wird. Auf den Autofokus mit niedriger Vergrößerung folgend, führt der DPS-Prüfer bei Block 1438 Autobeleuchtung zum Optimieren der Sichtbarkeit der Pins durch. Wenn ein Lichtniveau gefunden wird, das in einer Ausführungsform den maximalen Kontrast und die Bildgebung erzeugt, setzt sich der Ablauf bei Block 1440 fort, bei dem ein Autoschwellenverfahren zum Trennen des dunklen Hintergrunds und der hellen Pins durchgeführt wird. Auf das automatische Setzen einer Schwelle folgend, setzt sich der Ablauf bei Block 1442 fort, bei dem eine autodetektierende Bildanalyse zum Bestimmen der Schwerpunkte der Prüfkarten-Pinbilder durchgeführt wird. Der Autodetektierungs-Algorithmus, der auf automatisches Einstellen der Lichtschwelle und den Fokus folgt, führt eine Blobanalyse durch, um zu ermitteln, ob etwas in dem Bild ist. Wenn die DPS-Prüfer-Algorithmen entschieden haben, dass sich etwas im Bild befindet und das Bild möglicherweise das von Pins ist, dann wird das Bild gegenüber dem Untermuster des Musters von Interesse verglichen und ihm gegenüber verifiziert. Wenn der DPS bei Block 1444 entscheidet, dass er ein Muster des Untermusters von Interesse erkannt hat, setzt sich der Ablauf bei Block 1422 fort, bei dem der DPS-Prüfer ein Muster erkennt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1424 fort, bei dem der DPS-Prüfer entsprechende Punkte unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung untersucht. Das Flussdiagramm endet bei Block 1446.
Wenn mehr als eine Lösung auf die Verifizierung einer Lösung bei Block 1410 hin übrigbleibt, setzt sich der Ablauf bei Block 1412 fort, bei dem der DPS-Prüfer das Untermuster an einem vierten Ort unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung verifizieren wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 1414 fort, bei dem der DPS-Prüfer wiederum alle Lösungen verifiziert. Wenn nur eine Lösung übrigbleibt, dann setzt sich der Ablauf wie zuvor beschrieben bei Block 1422 fort. Wenn keine Lösung übrigbleibt, dann setzt sich der Ablauf wie zuvor diskutiert bei Block 1426 fort. Wenn mehr als eine Lösung übrigbleibt, dann setzt sich der Ablauf wie oben diskutiert bei Block 1416 fort.
Unter Verwendung von umfassendem Scannen setzt sich der Ablauf bei Block 1420 fort, bei dem der DPS-Prüfer den gesamten Prüfbereich unter Verwendung der DPS-Kamera mit niedriger Verwendung scannt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1422 fort, bei dem der DPS-Prüfer alle detektierten Punkte mathematisch auf Fälle von den trainierten Kontaktstellen als ein Muster durchsuchen wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 1424 fort, bei dem der DPS-Prüfer ein Muster erkennt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1426 fort, bei dem der DPS-Prüfer entsprechende Punkte unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung untersucht. Das Flussdiagramm endet bei Block 1428.
15 stellt ein Flussdiagramm zum Untersuchen entsprechender Punkte unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung dar. Das Flussdiagramm beginnt bei Block 1502. Der Ablauf setzt sich bei Block 1504 fort, bei dem der DPS-Prüfer ein Muster erkennt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1506 fort, bei dem der DPS-Prüfer eine Prüfung mit hoher Vergrößerung der individuellen Prüfkartenpins durchführt. Bei Block 1508 wird der zuvor beschriebene Autofokus-Algorithmus ausgeführt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1510 fort, bei dem der zuvor beschriebene Autobeleuchtungs-Algorithmus ausgeführt wird, um ein Lichtniveau zu finden, das den maximalen Kontrast im Pinbild erzeugt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1512 fort, bei dem der DPS-Prüfer ein Autoschwellenverfahren durchführt. Bei Block 1514 wird Autofokus wiederholt, um das Bild weiter zu verfeinern. Autobeleuchtung und Autoschwellenverfahren werden ebenfalls bei den Blöcken 1516 bzw. 1518 wiederholt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1520 fort, bei dem der DPS-Prüfer eine autodetektierende Bildanalyse zum Ermitteln der Schwerpunkte bei den Prüfkartenbildern durchführt. Die Details der Autobeleuchtungs-, Autoschwellen-, Autofokus- und Autodetektierungsschritte entsprechen den oben dargelegten Schritten.
16 stellt ein repräsentatives Bild von der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung dar. Dieses Bild wurde unter Verwendung der Dunkelfeldsicht erhalten, in der schräge Beleuchtung verwendet wurde und die Prüfpins weiß gegenüber einem dunklen Hintergrund erscheinen. Die ideale Pinform der Ausführungsform des hier dargestellten Prüfers ist die eines Kreises. Das Bild mit hoher Vergrößerung aus 16 veranschaulicht, dass die beobachtete Pinform nicht notwendigerweise kreisförmig ist. Als ein Ergebnis setzt sich, wiederum in Bezug auf 15, der Ablauf bei Block 1522 fort, bei dem eine Ausführungsform des Prüfers einen für eine ideale Pinform repräsentativen Kreis an die beobachtete Pinform anpasst und einen Schwerpunkt für den Kreis ermittelt, der derartig angepasst wurde.
Man wird verstehen, dass die Form, die an die Kontaktelektroden (die zum Herstellen von elektrischem Kontakt zu den Kontaktstellen ausgelegt sind) angepasst ist, normalerweise eine Form sein wird, die im Wesentlichen an die Form einer normal geformten Kontaktelektrode (z.B. Pin auf der Prüfkarte) angepasst ist oder ihr entspricht. Wenn die Form der Kontaktelektrode elliptisch ist, dann ist die Form, die angepasst ist, ebenfalls elliptisch. Daher existieren zahlreiche alternative Formen (z.B. Quadrat, Rechteck, elliptisch etc.) und können bei der Erfindung verwendet werden. Auch ist der Schwerpunkt der Form, nachdem die Form an eine ermittelte Kontaktelektrode eines Bilds angepasst worden ist, normalerweise ein "Massenmittelpunkt" des Objekts. Jedoch kann der Schwerpunkt in einer Weise, die mit der Erfindung konsistent ist, jeder geometrische Parameter sein, der die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass eine Vielzahl von Kontaktelektroden nicht falsch auf ihre entsprechenden Kontaktstellen ausgerichtet werden, wenn die Kontaktelektroden in physikalischen Kontakt mit dem geprüften Wafer gebracht werden. 21a, 21b und 21c stellen den Vorgang des Anpassens einer Form, wie beispielsweise die Kreise 2102 oder 2105 an ein Bild einer Kontaktelektrode, wie Bilder 2101 und 2106, und des Ermittelns eines Schwerpunkts der angepassten Form dar. Wie in 21a gezeigt, ist das Bild einer Kontaktelektrode 2101 kein perfekter Kreis, obwohl die normal geformte ("ideale") Kontaktelektrode (angenommen, dass ihre Form im Herstellungsprozess perfekt geformt wird) ein Kreis ist. Dies kann sich aus einer Anzahl von Gründen ergeben, einschließlich schlechter Beleuchtung und Bilderfassung, oder die Form der Kontaktelektrode ist tatsächlich schlecht geformt. 21b zeigt das Ergebnis des Anpassens eines Kreises an das Bild 2101, um dadurch die angepasste Form 2102 mit einem Schwerpunkt 2103 zu erzeugen, das im Erfindungsverfahren ermittelt wurde. In einer Ausführungsform ist der so ermittelte Schwerpunkt der Mittelpunkt des angepassten Kreises. Zu beachten ist, wie die Position des Schwerpunkts 2103, die erfindungsgemäß ermittelt wurde, von dem Schwerpunkt 2104 des Bilds 2101 abweicht. 21c stellt einen Vorteil der vorliegenden Erfindung dar, indem sie zeigt, wie groß die Abweichung zwischen dem Schwerpunkt 2108 der angepassten Form 2105 und dem Schwerpunkt 2107 des Kontaktelektrodenbilds 2106 sein kann. Durch Verwendung des Schwerpunkts 2108 wird diese Kontaktelektrode immer noch korrekt auf ihre entsprechende Kontaktstelle ausgerichtet sein, und die anderen Kontaktelektroden werden auf ihre entsprechenden Kontaktstellen ausgerichtet bleiben. Wenn man den Schwerpunkt 2107 verwenden würde, wäre es wahrscheinlich, dass andere Kontaktelektroden nicht korrekt ausgerichtet sein werden, wenn die Prüfung stattfindet.
Beim Anpassen eines Kreises an ein detektiertes Pin werden die Kantenpixel eines Blobs extrahiert. Diese Kantenpixel repräsentieren die Umfangspunkte. In der Annahme, dass die Form des ursprünglichen Pins kreisförmig ist, kann die maximale Entfernung zwischen zwei beliebigen Umfangspunkten in den Kantenpixeln gefunden werden. Diese maximale Entfernung repräsentiert die Sehne des abgebildeten Pinkreises. Der Kreisanpassungs-Algorithmus kann auf Ellipsen ausgedehnt werden, bei denen eine maximale Sehne gefunden wird und dann eine orthogonale minimale Sehne in der Nähe des auf halbem Weg liegenden Punkts der maximalen Sehne, oder des Kreismittelpunkts, wie er von der maximalen Sehne festgelegt ist, angeordnet wird.
Nachdem ein Kreis an ein Pin angepasst wurde, setzt sich der Ablauf bei Block 1524 fort, bei dem der DPS-Prüfer feststellt, ob alle Prüfkartenpins mit einem repräsentativen Kreis ausgerüstet wurden. Wenn nicht alle Prüfkartenpins mit einem repräsentativen Kreis ausgerüstet wurden, setzt sich der Ablauf bei Block 1506 fort, und die Schritte der Blöcke 1506 bis 1522 werden bei einem anderen Pin wiederholt. Wenn alle Prüfkartenpins mit einem repräsentativen Kreis ausgerüstet worden sind, setzt sich der Ablauf bei Block 1526 fort. Wenn der CPCS betrieben wurde, setzt sich der Ablauf bei Block 1530 fort, bei dem die Prüfkartenebenheit unter Verwendung von Autofokusdaten verifiziert wird. Wenn der CPCS nicht betrieben wurde, setzt sich der Ablauf bei Block 1528 fort, bei dem die aus den Autofokusdaten ermittelte Prüfkarten-Z-Höhe angewendet wird. Der Ablauf setzt sich bei Block 1530 fort, bei dem die Prüfkartenebenheit unter Verwendung von Autofokusdaten verifiziert wird. Der DPS-Prüfer vergleicht dann bei Block 1532 die Pinkreisanpassung mit hoher Vergrößerung mit entsprechenden trainierten Kontaktstellen. Eine Positionsoptimierungroutine wird bei Block 1534 angewendet. Das Flussdiagramm endet bei Block 1536.
Die APTPA stellt einen optimalen Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Kontakt unter Verwendung von zwei Algorithmen, einem Korrelationsalgorithmus und einem Positionsoptimierungsalgorithmus, bereit. In Bezug auf den optimalen Positionierungsalgorithmus und die zugehörige Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Kontakt-Theorie ist es klar, dass der beschränkende Faktor die Kontaktstellenbegrenzungen sind: Prüfspitzenverschiebung und Prüfspitzenzeichen (probe marks) sind darauf beschränkt, innerhalb der Kontaktstellenbegrenzungen zu bleiben. Außerdem gilt dieser beschränkende Faktor lokal für jede Kontaktstelle, wobei globale Überlegungen nicht besonders wichtig sind; das heißt, sogar wenn alle Pins außer einem perfekt auf den Mittelpunkt der Kontaktstellen zentriert sind, wird ein einzelnes, die Kontaktstellenbegrenzung verletzendes Streupin das gesamte Aufsetzen ungültig machen. Dementsprechend wird die Qualität des Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Kontakts nur so gut sein wie die Kontaktstelle mit der geringsten Qualität.
Dies berücksichtigend, wird es zuerst aufschlussreich, eine einzelne Kontaktstelle zu analysieren. 17 stellt einen Prüfspitzenkontaktbereich 1702, oder Prüfspitzenzeichen, innerhalb einer Kontaktstellenbegrenzung 1704 dar. Die Kontaktstelle wird als der Bereich angesehen, der von der Überschneidung von vier offenen Halbebenen 1704 gebildet wird. Der minimale Abstand 1710, 1712, 1714 und 1716 der Prüfspitzenzeichen zu jeder der vier Halbebenenbegrenzungen 1704 stellt die relative Sicherheit dar, dass das Zeichen diese spezielle Begrenzung verletzt; je größer der Abstand, desto sicherer das Zeichen. Dementsprechend repräsentiert das Minimum dieser vier Abstände die Sicherheit des Prüfspitzenzeichens in Bezug auf die gesamte Kontaktstelle. Dies wird als die Qualität des Prüfspitzenzeichens bezeichnet. Dies wird geschrieben als:
wobei Q_i die Qualität des i-ten Zeichens ist, m_i das i-te Zeichen ist, und b_j die vier Begrenzungen sind.
Angesichts dieser Qualität kann nun die Qualität des gesamte Chips (oder Arrays für den Fall von mehreren Chips) gemessen werden. Weil die globale Betrachtung nur so gut wie die schlechteste individuelle Kontaktstelle ist, wird klar, dass:
wobei i sich über alle Zeichen/Kontaktstellen auf dem Chip erstreckt. Dementsprechend ist das Ziel der Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung, die Werte der Aufsetzqualität auf jedem gegebenen Chip zu maximieren. Die Parameter, die modifiziert werden dürfen, sind der Offset und die Rotation. Dies lässt eine Betrachtung der transformierten Qualität eines speziellen Zeichens zu, wobei die Transformation relativ zu der Referenzlage des Chips ist:
wobei T die lineare Transformation ist, die von einer Rotation, ψ, mit einem hinzugefügten Offset X und Y beschrieben
und es wird angenommen, dass, wenn der Punkt p_j von m_j der Punkt wäre, der den Abstand zu b_j definiert, T(p_j) dann auch den Abstand definiert. Dies ist für kleine Winkelwerte gültig.
Analog kann die transformierte Qualität des Aufsetzen des Chips (oder des Arrays) definiert werden als:
Daher kann das Ziel der Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung nun als die Maximierung der transformierten Qualität über dem Raum aller möglichen Transformationen, das heißt, Werte von Rotation und Offset, definiert werden.
Ziel:
Es wird festgehalten, dass das eben erwähnte Ziel sofort als ein Maximun-Problem (oder Minimax nach einer einfachen Inversion der Richtung der Qualität) formuliert werden kann, und dass die verschiedenen Techniken der linearen und nichtlinearen Optimierung betrachtet werden. Naturgemäß existiert der Wunsch, Nichtlinearität zu vermeiden, und dies wird einfach erreicht durch Verwendung der Annahme, dass der Winkel Psi klein genug ist, um die Anwendung von Näherungen ersten Grades auf den Sinus und Cosinus zuzulassen.
Nun wird für jede Kontaktstelle geschrieben: ϛ = bx – (xx ψyx + x) ϛ = (xx ψyx + x) – bx ϛ = by – (yy + ψxy + γ) ϛ = (yy + ψxy + γ) – by ϛ > 0wobei (beispielsweise) b_x die vertikale Begrenzung in der positiven Richtung bezeichnet, x_x die x-Komponente des Punktes bezeichnet, der den Abstand zu der entsprechenden Begrenzung definiert, und z die global identifizierte Variable des Abstands von Zeichen zu Begrenzung repräsentiert. Wir trennen nun Variable in positive und negative Teile für die Simplex-Normalform und erhalten das Optimierungsproblem, ζ in Anbetracht der Tabelle (i-ter Teil) aus 18 zu maximieren. Dies wird durch eine Anwendung des Simplex-Algorithmus gelöst. Es ist zu beachten, dass Unzulässigkeit des Problems einfach heißt, dass ζ < 0 für alle möglichen Kombinationen von 〈ψ, x, y〉 ∊ Ω; dies wird wiederum dahingehend interpretiert, dass die vorliegende Prüfkarte nicht ausrichtbar ist.
Es gibt jedoch eine kleine Komplikation bei dieser Lösung: obwohl die zwei Begrenzungsabstände für jede Kontaktstelle in Richtung jeder Achse (das heißt, die zwei x- und die zwei y-Abstände) eng gekoppelt sind, was bedeutet, dass, wenn einer erhöht wird, der andere abnimmt, sind die Abstände zwischen den beiden Achsen nur sehr lose durch Rotation gekoppelt. Das heißt, dass der Simplex eine Lösung finden wird, die den Worst-Case-Abstand maximiert, aber dass er eine Verbesserung entlang der orthogonalen Achsen zu der Achse mit dem Worst-Case-Abstandnicht betrachten wird. Dies wird durch Einführen der sekundären Qualität eines Aufsetzens oder eines Zeichens berichtigt. Dies ist definiert als der minimale Kontaktstellen-zu-Zeichen-Abstand in den orthogonalen Achsen zu der Achse mit dem Worst-Case-Abstand, die die Primärqualität definiert. Dies wird global über den Chip für die gegebene Lösung maximiert, indem nur eine Translation in den orthogonalen Achsen betrachtet wird. Die Maximierung wird erreicht durch Zentralisieren des Worst-Case-Abstands in jeder Richtung. Dieser Algorithmus wird in dem System auch auf Zeichen, Pins und virtuelle Zeichen angewendet, die einzelne Punkte sind oder Punkte, die durch Extrapolation in zeichenähnlichere Elemente entwickelt werden.
In Bezug auf den Korrelationsalgorithmus wurde festgehalten, dass über die Ansammlung von Zeichen angenommen wurde, dass sie relativ zu ihren entsprechenden Kontaktstellen gemessen wurden. Bei den virtuellen Kontaktstellen des DPS-Prüfers gibt es keine entsprechenden Kontaktstellen. Im normalen Prüfungsablauf auf einer Einheit mit Kontaktstellen wird angenommen, dass ein Zeichen an einem Kontaktstellenort gefunden werden kann. Während es wahr ist, dass virtuelle Kontaktstellen im Raum extrapoliert sind, ist es nicht von vornherein klar, welches Zeichen oder Pin gegenüber welcher Kontaktstelle zu messen ist. Daher wird es notwendig, eine Form eines ursprünglichen Zeichen-zu-Kontaktstellen-Korrelationsalgorithmus auf die DPS-Prüfer-Daten anzuwenden.
Im Wesentlichen ist das Korrelationsproblem ein Problem des Musterabgleichs. Das heißt, angesichts einer Ansammlung von bekannten Orten, die ein Muster umfassen, bezeichnet als die Vorlage, und einer Ansammlung von Beobachtungspunkten muss ein einzigartiges Auftreten des Musters in der Beobachtung gefunden werden (mehr als ein oder kein Auftreten des Musters kann auftreten, in welchem Fall ein Fehler vermerkt werden sollte). Außerdem muss eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen den Beobachtungspunkten, die das Musterauftreten umfassen, und den Punkten in dem Muster aufgebaut werden. Das Muster selbst kann bei verschiedenen Offsets auftreten und ist möglicherweise in Bezug auf die erwartete Orientierung der Vorlage rotiert.
Das Thema des Erfordernisses nach Eins-zu-Eins-Abbildung weist eine Erweiterung auf normale Mustersuchtechniken an, weil die Suche nach mehr als einem einfachen Musterfall ist. Ebenso ist das Problem hochdiskret, weil das Basisbild aus einer Ansammlung von getrennten kleinen Blobs oder Punkten einer Farbe, entweder schwarz oder weiß, gegenüber einem Hintergrund der entgegengesetzten Farbe mit wenig Abstufung zusammengesetzt ist. Daher würde ein Reliefhistogramm des Bilds beinahe eine Charakteristik oder Sprungfunktion sein. Zusätzlich ist das Problem sehr verstreut, weil sowohl die Bildelemente als auch die Vorlagenelemente im Vergleich zu den jeweiligen Elementgrößen durch große Abstände getrennt sind. Diese letzten zwei Überlegungen schließen jede einfache Anwendung von Standard-Mustersuchtechniken aus, die Masken oder Gradienten verwenden. In der Tat nehmen die meisten Techniken normalerweise an, dass das Problem von allgemeiner Mustererkennung in der Wirklichkeit ein kontinuierliches Problem mit der diskreten Natur von Pixeln und Graustufen ist, das von natürlichen Näherungen und Quantisierung herrührt, deren Auftreten bei jedem Problem der realen Welt erwartet wird.
Die obige Diskussion nimmt zu einem bestimmten Ausmaß an, dass der gesamte Bildraum vor dem Versuch der Mustererkennung untersucht worden ist. Während dies das Erkennungsproblem vereinfacht, hat es einen nachteiligen Effekt auf die Betriebsgeschwindigkeit, weil Datenerfassung der Flaschenhals des Prozesses ist. Daher wird es zwingend, dass ein inkrementeller Ansatz verwendet wird; das heißt, ein Ansatz, bei dem der Bildraum nur teilweise erfasst wird und der resultierende Teilmuster-Erkennungs-Algorithmus dann die nächste Teilerfassung des Bildraums befiehlt. Dies setzt sich dann fort, bis das Muster voll erkannt ist.
Im Folgenden wird eine genaue Diskussion des nichtinkrementellen Korrelationsproblems präsentiert. Eine Vorlage von n Punkten wird bereitgestellt, T = {t_i}_i=l...n, die als "ideale" Orte betrachtet werden können, relativ zu einem abstrakten Ursprung eines möglichen Musterfalls. Ein Bildraum wird als Nächstes bereitgestellt, Π = {P_k}_k=l...m in dem eine Ansammlung von Fällen von T bei verschiedenen Winkeln und Offsets eingeschlossen ist, beispielsweise {T_j, Θ_j, v_j}_j=l...q. Außerdem ist jeder Punkt t_ij von realisierten Musterfällen (d.h., der einem bestimmten Punkt P_k entspricht) um einen Betrag gestört, so dass, wenn S_Θ,ν die eine Rotation um θ und einen Offset um ν beschreibende Transformation ist, dann: Pk = Sθj,νj(tij) + ε →ij = Sθj,νj(tij + S–1θj,νj (ε →ij)) = Sθj,νj(t'ij), obei ε →ij eine kleine, aber bedeutsame Abweichung vom Ideal ist.
Das Problem ist dann zweifach. Erstens, finde jeden realisierten Musterfall mit zugehöriger Positionskombination, {T_j, θ_j, ν_j}. Zweitens, entwickle verbunden mit jedem realisierten Musterfall eine Abbildung φj : T → Π, wobei φj(Ti) = Pk ⇔ Sθj,νj(t'ij) = Pk.
Zusätzlich gibt es drei Überlegungen. Erstens müssen die realisierten Musterfälle nicht vollständig sein; das heißt, es kann fehlende Punkte in dem realisierten Fall geben. Es wird angenommen, dass wenigstens 50% des Musters in jedem realisierten Fall vorhanden ist. Zweitens wird angenommen, dass der Raum, T, so ist, dass unter einem vernünftigen Wertebereich für θ und ε →ij keine falschen Realisierungen bei ungültigen Winkeln aufgrund von rotatorischer Selbst-Quasi-Ähnlichkeit (self quasi similarity) wegen für die ε →ij-Variation gemachten Zugeständnissen erzeugt werden werden. Drittens kann angenommen werden, dass der Raum Π schwach besetzt und diskret in einem globalen Bildraum ist und dass T ebenfalls schwach besetzt definiert ist.
Der zum Lösen dieses Problems aus der Anzahl von verfügbaren Techniken gewählte Ansatz ist die Vorlagen-Selbst-Referentielle-Ansatz-Lokalisierung mit Untervorlagen-Optimierung. Dieser Ansatz weist sieben Schritte auf, die nun beschrieben werden. Erstens, spanne den Raum T ^_trel = {t₁ – t : t₁ ∊ T} auf. Wähle ein spezielles Element t ^ ∊ T ^_trel. Im Allgemeinen ist es am besten, wenn dieses so gewählt wird, dass
maximiert wird. Zweitens, scanne jeden Punkt P₁∊ Π, der in einem möglichen Bereich ist, an der Endstelle (terminus) von t zu sein. Scanne durch die verbleibenden Punkte, um die nachfolgenden Punkte P₂∊ Π festzustellen, so dass wir, wenn P = P₁ – P₂, haben, dass
Drittens, scanne Π_p1 ⊆ Π (einen Frame) nach Punkten. Wenn es keine Punkte gibt, dann führe einen größeren Scan aus, bis der gesamte, erwartete Bereich von t ausgeschöpft ist. Wenn keine Punkte gefunden werden, gibt es einen Fehler. Viertens, stelle in der für jeden Punkt (als ein versuchter Repräsentant von t) beobachteten Ansammlung von Frames fest, ob es irgendwelche erwarteten Punkte t ^_i ∊ T ^_trel gibt.
Wenn es Punkte gibt, suche nach entsprechenden P_i∊ Π in den bereits gescannten Frames. Wenn die Suche für alle solchen vorhergesagten Punkte scheitert, fahre mit dem dritten und vierten Schritt fort, bis der gesamte erwartete Ort für jeden vermuteten Repräsentanten von t-Punkten im erwarteten Bereich von t ausgeschöpft ist, wonach es einen Fehler gibt. Fünftens, gehe weiter zum zweiten Untervorlagenpunkt und ermittle das Bild an seiner erwarteten Lage für jeden vermuteten Repräsentanten von t. Punkte an dem erwarteten Ort werden eine winkelgemittelten Lage ergeben, wenn zweite Punkte im vierten Schritt nicht gefunden werden. Erfolglosigkeit beim Finden des zweiten Untervorlagenpunkts beauftragt das Fortsetzen mit den dritten bis fünften Schritten, bis der gesamte erwartete Bereich von t ausgeschöpft ist, wonach es einen Fehler gibt. Sechstens ist es als eine Erweiterung vor dem umfassenden Scan möglich, zusätzliche Punkte zu wählen, die aus einer relativen Vorlage gewählt werden; z.B. t ^₁ ∊ T ^_trel, was eine Basis für einen vorläufigen Scan bilden würde anstelle eines großen Scans der gesamten Vorlage. Siebtens ist es, wenn es genügend nach Vervollständigung der Prozedur in Π verbleibende Punkte gibt, dann notwendig, den ersten und zweiten Schritt unter Verwendung eines unterschiedlichen Basis-Vorlagemelements und/oder von unterschiedsbasisrelativen Vorlagenelementen zu wiederholen.
Die APTPA hat eine Sichtschnittstelle, die sich aus etlichen Basisfunktionen zusammensetzt. Eine erste Funktion findet alle Blobs (für niedrige Vergrößerung) in einem Frame und gibt die Positionen von Schwerpunkten und Bereichen zurück. Eine zweite Funktion findet alle Blobs (für niedrige und hohe Vergrößerung) in einem Frame und gibt die Positionen von Schwerpunkten und Bereichen sortiert nach der Entfernung vom Mittelpunkt zurück. Eine dritte Funktion führt eine virtuelle Kon taktstellenprüfung eines Zeichens oder eines Pins in hoher Vergrößerung durch. Eine vierte Funktion führt eine Autofokusmessung (in niedriger oder hoher Vergrößerung) bei dem aktuellen Frame durch. Diese wird nur beim DPS-Prüfer in Verbindung mit Z-Findung verwendet.
Der DPS-Prüfer führt zwei Arten von Scannen durch, umfassende Scannen und inkrementelles Scannen. In Bezug auf umfassendes Scannen erfolgt der grundlegende Scan-Algorithmus mit der Sensorkamera, wenn Autofokus nicht verwendet wird. Es hat einen hohen Leistungsüberhang, weil es das Prüfen einer großen Anzahl von Frames in niedriger Vergrößerung erfordert. Der Scan-Algorithmus ist ziemlich einfach: Überprüfe einen Gesamtbereich mit niedriger Vergrößerung und berichte über alle gefundenen Blobs. Der Bereich wird mit einem Serpentinenverfahren überprüft und verwendet sich überlagernde Frames zum Sicherstellen, dass nichts ausgelassen wird.
In Bezug auf das inkrementelle Scannen, das am besten funktioniert, wenn ein gutes Untermuster aus dem gesamten Satz von trainierten Kontaktstellen gewonnen werden kann, kombiniert ein Algorithmus die Aspekte des Scannens nach Blobs mit der Mustererkennung. Dies wird durch Betrachtung von Untermustern des Gesamtmusters erreicht; die Grundidee ist, nach einem Untermuster zu suchen, das in den bisher gescannten Bereich passt. Ist dies einmal getan, wird das Untermuster als der korrekte Repräsentant des Gesamtmusters validiert. Der in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete Ansatz ist der inkrementelle Vorlagen-Selbst-Referentielle-Ansatz, der Untervorlagen verwendet. Dieser Ansatz weist sechs Schritte auf, die nun beschrieben werden.
Der erste Schritt ist das Aufspannen des Raums T ^_trel = {t₁ – t : t₁ ∊ T}. Wähle ein bestimmtes Element t ^ ∊ T ^_trel. Im Allgemeinen ist es am besten, wenn dieses so gewählt wird, dass
maximiert wird. Zweitens, ermittle die erwartete Lage P₁ ∊ Π, an der erwartet wird, t zu finden. Drittens, scanne Π_p1 ⊆ Π (einen Frame) nach Punkten. Wenn es keine Punkte gibt, dann führe einen größeren Scan aus, bis der gesamte, erwartete Be reich von t ausgeschöpft ist. Wenn keine Punkte gefunden werden, gibt es einen Fehler. Viertens, stelle in der für jeden Punkt (als ein versuchter Repräsentant von t) beobachteten Ansammlung von Frames fest, ob es irgendwelche erwarteten Punkte t ^_i ∊ T ^ gibt. Wenn es Punkte gibt, suche nach entsprechenden P_i ∊ Π in den bereits gescannten Frames. Wenn die Suche nach allen solchen vorhergesagten Punkten scheitert, fahre mit dem dritten und vierten Schritt fort, bis der gesamte erwartete Ort für jeden vermuteten Repräsentant von t-Punkten im erwarteten Bereich von t ausgeschöpft ist, wonach es einen Fehler gibt. Fünftens, gehe weiter zum zweiten Untervorlagen-Punkt und ermittle das Bild an seiner erwarteten Lage für jede vermutete Repräsentative von t. Punkte an dem erwarteten Ort werden einen winkelgemittelten Ort ergeben, wenn zweite Punkte im vierten Schritt nicht gefunden werden. Erfolglosigkeit beim Finden des zweiten Untervorlagenpunkts beauftragt das Fortsetzen mit den dritten bis fünften Schritten, bis der gesamte erwartete Bereich von t ausgeschöpft ist, wonach es einen Fehler gibt. Sechstens, wiederhole den fünften Schritt mit einem Winkel für den dritten Punkt der Untervorlage. Wenn mehr als eine Untervorlage im Bilde identifiziert ist, fahre mit dem vierten und anschließenden Punkten fort. Gibt es einmal eine Festlegung auf eine Untervorlage, kann das Bild für alle verbleibenden Punkte ermittelt werden und dann eine Suche ausgeführt werden nach dem Rest des Musters in dem vervollständigten Scan. In jedem Stadium werden die Bildframes optimiert, um so viele erwartete Orte pro Frame wie möglich zu umfassen.
Bei der Auswahl des optimalen Positionierungsalgorithmus sind die Kontaktstellenbegrenzungen der beschränkende Faktor, der in Bezug auf Prüfspitzen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung beachtet werden muss; Prüfspitzenverschiebung und Prüfspitzenzeichen sind darauf beschränkt, innerhalb der Kontaktstellengrenzen zu bleiben. Außerdem ist dieser beschränkende Faktor für jede Kontaktstelle lokal, wobei globale Überlegungen nicht besonders wichtig sind. Das heißt, wenn nur ein Pin von vielen die Kontaktstellengrenzen verletzt, dann ist das gesamte Aufsetzen ungültig. Somit ist die Qualität der gesamten Prüfspit zen-zu-Kontaktstellen-Ausrichtung nur so gut wie die Kontaktstelle mit der geringsten Qualität.
Unter Beachtung dessen wird der Kontaktstellenbereich als die Schnittmenge von vier offenen Halbebenen definiert. Der minimale Abstand zu jeder der vier Halbebenen stellt die relative Sicherheit dar, dass das Zeichen die spezielle Begrenzung verletzt (d.h., je größer der Abstand zu einer Begrenzung, desto sicherer ist die Situation in Bezug auf diese Begrenzung). Das Minimum solcher Abstände wird dann über den gesamten Pinarray evaluiert. Dieses Minimum definiert die Qualität oder die Sicherheit der Ausrichtung, wobei das Ziel die Maximierung dieses minimalen Abstands im Raum aller möglichen Rotationen und Translationen ist.
Wenn die linearen Näherungen zu den trigonometrischen Funktionen verwendet werden, wird das Problem einfach als das lineare Maximin-Programmierproblem formuliert. Das Problem wird ziemlich einfach in Simplex-Normalform transformiert, und eine unkomplizierte Anwendung des Simplex-Algorithmus wird eine Lösung ergeben. Weil die Anwendung im Simplex die zwei Achsen gleich behandelt, wird der Algorithmus eine Antwort für den Worst Case bei einer Achse finden, aber wird die andere Achse nur bis zum Niveau der Worst-Case-Achse verbessern. Folglich optimiert die orthogonale Achse zu der Worst-Case-Achse weiter durch eine Verschiebung, die den Worst-Case-Abstand in jeder Richtung zentralisiert.
19 stellt ein Flussdiagramm für das Anwenden der Positionsoptimierungsroutine auf DPS-Daten dar, um endgültige Positionierdaten bereitzustellen. Das Flussdiagramm beginnt bei Block 1902. Der Ablauf setzt sich bei Block 1904 fort, bei dem der DPS-Prüfer die Pinkreisanpassung mit hoher Vergrößerung mit entsprechenden trainierten Kontaktstellen vergleicht. Der Ablauf setzt sich bei Block 1906 fort, bei dem der DPS-Prüfer angepasste Kreise von allen Pins auf trainierte Kontaktstellen anwendet. Der Ablauf setzt sich bei Block 1908 fort, bei dem der DPS-Prüfer Abstände von einem Schwerpunkt oder den vier äußeren Begrenzungen jedes angepassten Pinkreises zu den Begrenzungen der entsprechenden trainierten Kontaktstellen ermittelt. Der Ablauf setzt sich bei Block 1910 fort, bei dem der DPS-Prüfer den Simplex-Algorithmus auf die Abstandsdaten anwendet. Ein Rechensystem, wie in 20 gezeigt, kann diesen Algo rithmus unter Verwendung eines in einem computerlesbaren Medium (z.B. Massenspeicher), oder einer Disk oder CD-Rom gespeicherten Computerprogramms im System ausführen. Der Simplex-Algorithmus maximiert den minimalen Abstand zwischen äußeren Begrenzungen oder Schwerpunkten und den Kontaktstellenbegrenzungen über den gesamten Pinarray im Raum aller möglichen Rotationen und Translationen. Bei Block 1912 bewegt der DPS-Prüfer den Wafer und die Prüfkarte relativ zueinander, um die Pins der Prüfkarte zum Aufsetzen auf den Kontaktstellen auf einem Chip des Wafers zu veranlassen. Das Flussdiagramm endet bei Block 1914.
Somit wurden ein Verfahren und ein System für die automatische Ausrichtung eines Waferprüfers auf die Bonding-Kontaktstellen einer IC-Einheit bereitgestellt. Obwohl die vorliegenden Erfindung in Bezug auf spezifische, beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es klar, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den Ansprüchen dargelegt ist. Dementsprechend sollen die Beschreibung und die Zeichnungen im veranschaulichenden und nicht im einschränkenden Sinn verstanden werden.

1

104: Kolben

3

Direct Probe Sensor (DPS) Operation Flowchart – Flussdiagramm für Direktprüfsensor(DPS)-Betrieb

302: Start
304: Kalibriere Kameralagen.
306: Trainiere ein Produkt (Setze Produktdaten).
308: Setze Prüfkarte ein.
310: Aktiviere DPS-Prüfer.
312: Finde Prüfkarten-Z-Höhe.
314: Entwickle ein Muster von Interesse (POI).
316: Suche nach POI auf der Prüfkarte.
318: Validiere POI an einem anderen Ort auf der Prüfkarte.
320: Validiere POI unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher
: Vergrößerung.
322: Untersuche entsprechende Punkte unter Verwendung der DPS-
: Kamera mit hoher Vergrößerung.
324: Verifiziere Ebenheit.
326: Vergleiche Pin-Kreis-Anpassung mit hoher Vergrößerung mit
: trainierten Kontaktstellen.
328: wende Positionsoptimierungsroutine an.
330: Bewege Wafer und Prüfkarte relativ zueinander, um Pins
: der Prüfkarte zum Aufsetzen auf Waferkontaktstellen zu ver
: anlassen.
332: Ende

4

Calibration of camera locations – Kalibrierung von Kameralagen

402: Start
404: Führe Kalibrierung der Waferkamera mit geringer Vergrößerung durch.
406: Führe Kalibrierung der Wafer-Kamera mit hoher Vergrößerung durch.
408: Führe Skalierungs- und Neigungskalibrierung der Sensorka
: mera mit geringer Vergrößerung durch.
410: Führe Skalierungs- und Neigungskalibrierung der Sensorka
: mera mit hoher Vergrößerung durch.
412: Kalibriere Offset der Sensorkamera mit hoher Vergrößerung
: in Bezug auf Sensorkamera mit geringer Vergrößerung.
414: Führe Kalibrierung der Autofokus-Z-Höhe auf CPCS-Z-Höhe
: durch;
: A. Installiere Kalibrierungskarte.
: B. Platziere Einspannvorrichtung unter der Kalibrierungs
: karte.
: C. Betreibe Referenz-CPCS.
: D. Finde Prüfspitze unter Verwendung von Sensorkamera mit
: hoher Vergrößerung.
: E. Autofokus auf Pin ausgeführt, um Z-Kalibrierung zu
: erstellen.
: F. Finde Prüfspitze unter Verwendung der Sensorkamera mit
: hoher Vergrößerung.
: G. Autofokus auf Pin ausgeführt, um Z-Kalibrierung zu
: erstellen.
416: Trainiere den Brückenbezugsmarkentoolpunkt.
418: Führe X-, Y-Kalibrierung der Sensorkamera mit geringer
: Vergrößerung durch:
: A. Platziere DPS-Kalibrierungstool auf Objektiv.
: B. Beleuchtung für maximalen Kontrast eingestellt.
: C. Fokus auf Fadenkreuz eingestellt.
: D. Offset kalibriert.
420: Führe X-, Y-Kalibrierung der Sensorkamera mit hoher Ver
: größerung durch:
: A. Platziere DPS-Kalibrierungstool auf Objektiv.
: B. Beleuchtung für maximalen Kontrast eingestellt.
: C. Fokus auf Fadenkreuz eingestellt.
: D. Offset kalibriert.
422: Trainiere ein Produkt.
424: Ende

5

Train a product – Trainiere ein Produkt

502: Start
504: Kalibriere Kameralagen.
506: Trainiere Chipgröße.
508: Trainiere Waferausrichtungsziele.
510: Setze Chipbegrenzungen.
512: Trainiere Kontaktstellen.
514: Setze Kontaktstellen-Selektionskriterien.
516: Setze Prüfkarte ein.
518: Aktiviere DPS-System.
520: Ende

8

Find probe card height – Finde Prüfkarten-Z-Höhe

802: Start
804: Aktiviere DPS-Prüfer.
806: Einspannvorrichtungs-Prüfkontaktsensor (CPCS) zum Ermit
: teln der Z-Höhe verwendet?
Yes: Ja
No: Nein
808: Betreibe CPCS zum Erhalten von Z (keine Ebenheits-
: Verifizierung).
810: Entwickle ein Muster von Interesse aus trainierten Kon
: taktstellen.
812: Ende

9

Up: Oben
Down: Unten

10

Search for POI on probe card using DPS low magnification camera – Suche nach POI auf Prüfkarte unter Verwendung der DPS-Kamera mit niedriger Vergrößerung

1002: Start
1004: Entwickle ein Muster von Interesse (POI) aus trainierten
: Kontaktstellen.
1006: Analyse von trainierten Kontaktstellen nach POIs.
1008: Auswahl eines POI-Untermusters zum Vergleich mit Prüf
: karte.
1010: Untersuchung der Prüfkarte mit niedriger Vergrößerung in
: Bereich, in dem man glaubt, POI-Untermuster zu finden.
1012: Wurde Einspannvorrichtungs-Prüfkontaktsensor (CPCS) be
: trieben, um die Z-Höhe zu bestimmen?
Yes: Ja (kommt mehrfach in der Figur vor)
No: Nein (tritt mehrfach in der Figur auf)
1014: Hat die Untersuchung der Prüfkarte mit geringer Vergrö
: ßerung ein Pin gefunden?
1016: Führe Autofokus mit geringer Vergrößerung aus.
1018: Führe Autobeleuchtung aus.
1020: Führe Autoschwellenverfahren aus.
1022: Führe autodetektierende Bildanalyse aus.
1024: POI-Untermuster gefunden?
1026: Inkrementelle Spiralen von geschätztem Ort des POI-
: Untermusters aus.
1028: Spirale ausgeschöpft?
1030: Implementiere umfassendes Scannen.
1032: Scanne gesamte Prüfkarte in geringer Vergrößerung.
1034: Suche detektierte Punkte mathematisch nach Fällen von
: trainierten Kontaktstellen als ein Muster ab.
1036: Erkennung eines Musters.
1038: Untersuche Punkte unter Verwendung der Sensorkamera mit
: hoher Vergrößerung.
1040: Validiere POI an einem anderen Ort auf der Prüfkarte un
: ter Verwendung der DPS-Kamera mit geringer Vergrößerung.
1042: Ende

11

Start: Start
1102: Bewege DPS-Kamera zu gewünschter Z-Höhe.
1104: Wende Autoschwellen-Algorithmus auf gesamtes Bild an.
1106: Führe Blobanalyse an resultierendem, schwellenbearbeite
: ten Bild durch.
1108: Lokalisiere alle Blobs des schwellenbearbeiteten Bilds.
1110: Führe Formanalyse an jedem Blob aus.
1112: Berechne Autofokusmaß für pin-artige Blobs.
1114: Gib berechneten Autofokuswert zurück.
End: Ende

12

1202: Start
1204: Stelle Licht auf anfängliches, hellstes Nennniveau ein.
1206: Erlaube Lichtquelle, auf neuen Wert zu regulieren.
1208: Erfasse Scanbild unter Verwendung des neu gesetzten Be
: leuchtungsniveaus.
1210: Überprüfe Szenenbild-Graustufenverteilung.
1212: Graustufenverteilung übersteigt nicht 90% des möglichen
: Bereichs ohne Graustufensättigung?

Yes: Ja (tritt mehrfach in der Figur auf)
No: Nein (tritt mehrfach in der Figur auf)
1214: Tritt Graustufensättigung auf?
1218: Kleinstes mögliches Lichtniveau gesetzt?
1220: Graustufenbereich groß genug?
1216: Verringere Lichtniveau.
1222: Ende

14

Validate POI at another location on proce card using DPS low magnification camera – Validiere POI an einem anderen Ort auf der Prüfkarte unter Verwendung der DPS-Kamera mit geringer Vergrößerung

1402: Start
1404: Suche nach POI auf Prüfkarte unter Verwendung der DPS-
: Kamera mit geringer Vergrößerung.
1406: Verifiziere Untermuster an zweiten Ort mit DPS-Kamera
: mit geringer Vergrößerung.
: A. Führe Autobeleuchtung aus.
: B. Führe Autoschwellenverfahren aus.
: C. Führe autodetektierende Bildanalyse aus.
1408: Verifiziere Untermuster an drittem Ort mit der DPS-
: Kamera mit hoher Vergrößerung.
1410: Verifiziere alle Lösungen; bleibt nur eine Lösung?
: A. Eine Lösung bleibt = Ja
: B. Mehr als eine Lösung bleibt = Nein
: C. Keine Lösung bleibt = Keine.
Yes: Ja (tritt mehrfach in der Figur auf)
No: Nein (tritt mehrfach in der Figur auf)
None: Keine (tritt mehrfach in der Figur auf)
1412: Verifiziere Untermuster an viertem Ort mit Sensorkamera
: mit hoher Vergrößerung.
1414: Verifiziere alle Lösungen; bleibt nur eine Lösung?
1416: Implementiere umfassendes Scannen
1418: Scanne gesamte Prüfkarte in niedriger Vergrößerung
1420: Suche detektierte Punkte mathematisch nach Fällen von
: trainierten Kontaktstellen als ein Muster ab
1422: Erkennung eines Musters.
1424: Untersuche entsprechende Punkte unter Verwendung der
: DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung.
1446: Ende
1426: Inkrementelle Spiralen von geschätzter Lage des POI-
: Untermusters aus
1428: Spirale ausgeschöpft?
1430: Untersuchung mit geringer Vergrößerung der Prüfkarte in
: Bereich, in dem erwartet wird, POI zu finden.
1432: Wurde CPCS betrieben, um Z-Höhe zu bestimmen?
1434: Hat Untersuchung mit niedriger Vergrößerung der Prüfkar
: te ein Pin gefunden?
1436: Führe Autofokus mit geringer Vergrößerung aus.
1438: Führe Autobeleuchtung aus.
1440: Führe Autoschwellenverfahren aus.
1442: Führe autodetektierende Bildanalyse aus.
1444: POI-Untermuster gefunden.

15

Inspect corresponding points using DPS high magnification camera – Untersuche entsprechende Punkte unter Verwendung der DPS-Kamera mit hoher Vergrößerung

1502: Start
1504: Erkennung eines Musters.
1506: Untersuchung mit hoher Vergrößerung von individuellem
: Prüfkartenpin.
1508: Führe Autofokus durch.
1510: Führe Autobeleuchtung durch.
1512: Führe Autoschwellenverfahren durch.
1514: Führe Autofokus durch.
1516: Führe Autobeleuchtung durch.
1518: Führe Autoschwellenverfahren durch.
1520: Führe autodetektierende Bildanalyse aus.
1522: Passe Schwerpunkt eines für eine ideale Pinform reprä
: sentativen Kreises an die beobachtete Pinform an.
1524: Alle Prüfkartenpins mit repräsentativem Kreis ausgerüs
: tet?
Yes: Ja (tritt mehrfach in der Figur auf)
No: Nein (tritt mehrfach in der Figur auf)
1526: CPCS betrieben zum Bestimmen der Z-Höhe?
1528: Wende Prüfkarten-Z-Höhe aus Autofokusdaten an.
1530: Verifiziere Prüfkartenebenheit unter Verwendung von Au
: tofokusdaten.
1532: Vergleiche mit hoher Vergrößerung Pinkreisanpassung mit
: entsprechenden trainierten Kontaktstellen.
1534: Wende Positionsoptimierungsroutine an.
1536: Ende

19

Apply positional optimization routine – Wende Positionsoptimierungsroutine an

1902: Start
1904: Vergleiche Pinkreisanpassung mit entsprechenden trai
: nierten Kontaktstellen.
1906: Wende angepasste Kreise aller Pins auf trainierte Kon
: taktstellen an.
1908: Bestimme Abstände von Schwerpunkt oder Außenbegrenzungen
: der angepassten Pinkreise zu Begrenzungen der entsprechen
: den trainierten Kontaktstellen
1910: Wende Simplex-Algorithmus auf Abstandsdaten an, um den
: minimalen Abstand zwischen Außenbegrenzungen oder Schwer
: punkten und Kontaktstellenbegrenzungen über den gesamten
: Pinarray zu maximieren.
1912: Bewege Wafer und Prüfkarte relativ zueinander, um die
: Pins der Prüfkarte zum Aufsetzen auf die Waferkontaktstel
: len zu veranlassen.
1914: Ende

20

2002: Massenspeicher
2004: Prozessor
2006: Speicher
2008: Anzeigegerät
2012, 2016: I/O-Steuerung
2014: Von Kameras und Encodern und Motorsteuerungen
2018: Tastatur und/oder andere Bediener-I/O

Claims

Verfahren zur genauen Positionierung von einer Vielzahl von Kontaktelektroden gegenüber einer Vielzahl von Kontaktstellen, wobei das Verfahren umfaßt: Lokalisieren eines Musters von Kontaktelektroden (132) an einem ersten Ort unter Verwendung eines ersten Bildes der Vielzahl der Kontaktelektroden; Anpassen einer für eine vorgegebene Kontaktelektrodenfläche (2105) repräsentative Form an wenigstens eine von einer Vielzahl von Kontaktelektroden (2106) und Bestimmen eines Schwerpunktes der Form (2108); Vergleichen der Position des Schwerpunktes mit einer Position von wenigstens einer der Vielzahl von Kontaktstellen (114); in Reaktion auf diesen Vergleich, Bewegen von wenigstens einer von der Vielzahl von Kontaktstellen und der Vielzahl von Kontaktelektroden relativ zueinander in eine Position für einen Kontakt zwischen der Vielzahl von Kontaktelektroden und der Vielzahl von Kontaktstellen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner ein Bewerten des Musters der Kontaktelektroden an einem zweiten Ort unter Verwendung von wenigstens einem des ersten Bildes und eines dritten Bildes umfaßt, wobei beim Anpassen ein zweites Bild von wenigstens einer der Kontaktelektroden verwendet wird und das zweite Bild gegenüber dem ersten Bild vergrößert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner umfaßt: Suchen nach einem Muster von Kontaktelektroden (132) an dem ersten Ort unter Verwendung eines ersten Vergrößerungsniveaus; und Überprüfen von jeder der Vielzahl von Kontaktelektroden unter Verwendung eines zweiten Vergrößerungsniveaus.
Verfahren nach Anspruch 3, welches ferner umfaßt: Bewerten des Musters von Kontaktelektroden an dem zweiten Ort, wobei das Suchen und Überprüfen mit einer Kamera mit einer Mehrzahl von Vergrößerungsniveaus durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner umfaßt: Erhalten eines Bildes der Vielzahl von Kontaktelektroden (132) unter Verwendung eines ersten Vergrößerungsniveaus; Erhalten eines Bildes von jeder der Vielzahl von Kontaktelektroden unter Verwendung eines zweiten Vergrößerungsniveaus; Automatisches Anpassen eines Lichtniveaus, um zwischen einer Vielzahl von Pixel von jeder der Vielzahl von Kontaktelektroden und einer Vielzahl von Pixel von einem Hintergrund zu differenzieren; Automatisches Fokusieren des Bildes, um die Form von jeder der Vielzahl der Kontaktelektroden zu bestimmen; und Anpassen einer repräsentativen Form von einer vorgegebenen Kontaktelektrode (2105) an die Form von jeder der Vielzahl von Kontaktelektroden (2106) und Bestimmen eines Schwerpunktes für jede repräsentative Form (2108).
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem ein automatisches Anpassen eine Lichtniveaus durchgeführt wird, während das erste und das zweite Vergrößerungsniveau verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem ein automatisches Fokusieren des Bildes durchgeführt wird, während das erste und das zweite Vergrößerungsniveau verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Vergleichen umfaßt: Bestimmen einer Vielzahl von Abständen (1710, 1712, 1714, 1716) zu einer jedem der Vielzahl von Schwerpunkten zugehörigen Position und einer Vielzahl von Begrenzungen von jeder der Vielzahl der Kontaktstellen; und Maximieren einer minimalen Distanz der Vielzahl von Distanzen.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem das Maximieren einer minimalen Distanz der Vielzahl von Distanzen unter Verwendung eines Simplex-Algorhythmus durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner umfaßt: Automatisches Anpassen eines Lichtniveaus, um zwischen einer Vielzahl von Pixel von jeder der Vielzahl von Kontaktelektroden (132) und einer Vielzahl von Pixel eines Hintergrundes zu unterscheiden; Beobachten von den Kontaktelektroden unter Verwendung einer Kamera mit einer ersten Vergrößerung; und Anpassen einer repräsentativen Form von einer vorgegebenen Kontaktelektrode (2105) an die Form von jeder der Vielzahl von Kontaktelektroden (2106) und Bestimmen eines Schwerpunktes für jede repräsentative Form (2108).
Verfahren nach Anspruch 10, welches ferner ein Beobachten von jeder einzelnen Kontaktelektrode unter Verwendung einer Kamera mit einer zweiten Vergrößerung umfaßt, wobei die erste Vergrößerung eine geringere Vergrößerung als die zweite Vergrößerung ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die Kamera einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, der optisch mit dem ersten Abschnitt gekoppelt ist, wobei der zweite Abschnitt wärmeempfindliche Komponenten enthält.
Computerlesbares Medium, welches ausführbare Computerprogrammbefehle speichert, die bei Ausführen durch ein Prozeßsystem bewirken, daß das Prozeßsystem ein die folgenden Schritte umfassendes Verfahren ausführt: Lokalisieren eines Musters von Kontaktelektroden an einem ersten Ort unter Verwendung eines ersten Bildes der Vielzahl der Kontaktelektroden; Anpassen einer für eine vorgegebene Kontaktelektrodenfläche repräsentative Form an wenigstens eine von einer Vielzahl von Kontaktelektroden und Bestimmen eines Schwerpunktes der Form; Vergleichen der Position des Schwerpunktes mit einer Position von wenigstens einer der Vielzahl von Kontaktstellen; in Reaktion auf diesen Vergleich, Bewegen von wenigstens einer von der Vielzahl von Kontaktstellen und der Vielzahl von Kontaktelektroden relativ zueinander in eine Position für einen Kontakt zwischen der Vielzahl von Kontaktelektroden und der Vielzahl von Kontaktstellen.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 13, bei welchem das Verfahren ferner umfaßt: Suchen nach einem Muster von Kontaktelektroden an dem ersten Ort unter Verwendung eines ersten Vergrößerungsniveaus; und Überprüfen von jeder der Vielzahl von Kontaktelektroden unter Verwendung eines zweiten Vergrößerungsniveaus.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 13, wobei das Verfahren ferner umfaßt: Erhalten eines Bildes der Vielzahl von Kontaktelektroden unter Verwendung eines ersten Vergrößerungsniveaus; Erhalten eines Bildes von jeder der Vielzahl von Kontaktelektroden unter Verwendung eines zweiten Vergrößerungsniveaus; Automatisches Anpassen eines Lichtniveaus, um zwischen einer Vielzahl von Pixel von jeder der Vielzahl von Kontaktelektroden und einer Vielzahl von Pixel von einem Hintergrund zu differenzieren; Automatisches Fokusieren des Bildes, um die Form von jeder der Vielzahl der Kontaktelektroden zu bestimmen; und Anpassen einer repräsentativen Form von einer vorgegebenen Kontaktelektrode an die Form von jeder der Vielzahl von Kontaktelektroden und Bestimmen eines Schwerpunktes für jede repräsentative Form.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 13, wobei das Vergleichen umfaßt: Bestimmen einer Vielzahl von Abständen zu einer jedem der Vielzahl von Schwerpunkten zugehörigen Position und einer Vielzahl von Begrenzungen von jeder der Vielzahl der Kontaktstellen; und Maximieren einer minimalen Distanz der Vielzahl von Distanzen.