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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen
temperierter elektronischer Bauelemente in einer Prüfstation
wobei ein Bauelement durch einen Chuck gehalten und positioniert wird,
mit einer temperierten und gerichteten Fluidströmung gekühlt oder erwärmt wird
sowie mit Kontaktspitzen elektrisch kontaktiert und gemessen wird.
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Die
Prüfung
erfolgt, indem jedes zu messende Bauelement relativ zu Kontaktspitzen
positioniert wird, meist durch Bewegung des auf einem Chuck angeordneten
Bauelements, um es anschließend mittels
der auf Kontaktflächen
der Bauelemente aufgelegten Kontaktspitzen elektrisch zu kontaktieren. Über die
Kontaktspitzen werden die entsprechenden Signale eingespeist und/oder
abgegriffen. Bei optoelektronischen Bauelementen, die hinsichtlich
ihres Strahlungsverhaltens im relevanten Spektralbereich gemessen
werden, ist es erforderlich, einen optischen Pfad für die Einspeisung
oder den Abgriff optischer Signale zu gewährleisten, wobei es oft ein
Problem darstellt, dass insbesondere bei Bauelementen, die noch
im Waferverbund vorliegen die Strahlungsquelle oder der Strahlungseingang
auf einer anderen Seite liegen, als die Kontaktflächen. Diese
Anordnung von Strahlungsquelle oder Strahlungseingang sowie Kontaktflächen macht
es erforderlich, dass die Bauelemente während der Messung von beiden
Seiten zugänglich
sind. Auch die Messung anderer, beispielsweise drucksensibler Bauelemente
macht es mitunter erforderlich, dass sie in der Messanordnung beiderseitig
zugänglich
sind.
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Die
Messung elektronischer Bauelemente, die sowohl im Waferverbund als
auch vereinzelt und gegebenenfalls bereits endmotiert vorliegen
können, erfolgt
zu Zwecken der Funktionsprüfung
oder Alterungsprüfung
(BurnIn). Sie erfolgen bekanntermaßen in einem Temperaturbereich
zwischen –60°C und +200°C, entsprechend
ihrer Anwendungsparameter. In einzelnen Fällen können auch höhere Temperaturen erforderlich
sein.
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Die
Temperierung der zu messenden Bauelemente, im Waferverbund oder
vereinzelt, erfolgt üblicherweise
durch einen flächigen,
thermischen Kontakt der Bauelemente mit einer Aufnahmeplatte des Chucks,
die kühlbar
und/oder heizbar ist, wie in der
DE 10 2005 015 334 A1 beschrieben. Auch in
der
WO 2005/121824
A2 erfolgt der Erwärmung
durch den flächigen
Kontakt der Bauelemente mit einer heizbaren Aufnahmeplatte des Chucks.
Um gleichzeitig zur Kontaktierung des Bauelements auf dessen Oberseite
die Strahlungsemission einer Quelle auf dessen Unterseite messen
oder Strahlung zu einem dortigen Signaleingang senden zu können, ist
die Aufnahmeplatte aus für
den relevanten Spektralbereich durchsichtigem Material hergestellt.
Heizbar ist diese Platte mittels einer gleichermaßen durchsichtigen,
als Flächenheizung
wirkenden Beschichtung, wie es von Fahrzeuggläsern bekannt ist. Problematisch
erweist es sich bei dieser Messanordnung, dass zum einen nicht bei
jedem Bauelement ein flächiger Kontakt
zur Aufnahmefläche
des Chucks herstellbar ist und dass es zum anderen auch erforderlich
sein kann, dass das Bauelement von beiden Seiten frei zugänglich sein
muss, wie beispielsweise bei Drucksensoren. Darüber hinaus ist mit dem Chuck
aus der
WO 2005/121824
A2 kein Kühlen
des Bauelements möglich.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist die elektrische Heizung der
Aufnahmeplatte des Chucks. Der erforderliche Stromfluss beeinflusst
verschiedene Messung, z.B. die Prüfung von Detektoren. Darüber hinaus
begrenzt die Beschichtung der Flächenheizung
die Transmission stets in bestimmten Spektralbereichen. Sie wirkt
in Abhängigkeit
von dem verwendeten Material als Bandfilter.
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Aus
der
DE 10 2004
057 215 A1 ist eine Möglichkeit
bekannt, eine am Bauelement mittels eines heizbaren und kühlbaren
Chucks eingangs eingestellte Temperatur zu stabilisieren, selbst
bei hohem Leistungseintrag in das Bauelement. Dazu wird eine temperierte
Fluidströmung
mittels einer oder mehrerer Düsen
auf das Bauelement gerichtet. Diese Anordnung gestattet zwar die
Kühlung,
aber eine beidseitige Zugänglichkeit
des Bauelements selbst für
optische Signale ist nicht möglich.
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Es
ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Kühlung
oder zur Erwärmung
sowie zur Messung der temperierten elektronischen Bauelemente anzugeben,
die eine gute, beidseitige Zugänglichkeit
des Bauelements sowohl für
die elektrische Kontaktierung als auch für die Einspeisung oder den
Abgriff verschiedenartiger Signale gestatten.
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Diese
Aufgabenstellung wird einerseits durch ein Verfahren gelöst, welches
die Merkmale gemäß Anspruch
1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den
abhängigen
Ansprüchen
2 bis 12 zu entnehmen.
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Mittels
der Fluidströmung
ist die Messtemperatur des Bauelements reproduzierbar und gerade bei
ungehäusten
Bauelementen sehr schnell einstellbar, da über die Wahl des Fluids, über dessen
Vorlauftemperatur, d.h. der Differenz zwischen der Temperatur des
Fluids und der einzustellenden Temperatur des Bauelements, und über die
zeitnah regelbaren Parameter der Strömungsgeschwindigkeit und Einwirkzeit
der Wärmeaustausch
sehr gut zu definieren und zu regeln ist. Zum anderen erfolgt aufgrund der
definierten Strömungsgeschwindigkeit
ein guter Wärmeaustausch
zwischen dem Fluid und dem Bauelement. Auch die sonst erforderliche
Einstellzeit ist zu verringern, da im Wesentlichen nur das Bauelement
temperiert wird.
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Die
Wahl des Fluids hängt
neben der Messaufgabe, die beispielsweise auch eine aktive Kühlung während Messung
vorsehen kann, auch vom Bauelement, der Einspeisung und dem Abgriff
der Signale und der weiteren Messumgebung ab. So wird in vielen
Anwendungsfällen
wegen seines einfachen Handlings Luft einge setzt werden. Aber auch
Flüssigkeit
ist verwendbar, wenn die elektrischen Kontakte isoliert oder räumlich getrennt
von der Fluidströmung
sind. Die Flüssigkeit
hat den Vorteil, dass sie eine höhere
Wärmekapazität aufeist,
wodurch geringere Fluidmengen für
die gleiche Temperaturdifferenz erforderlich sind.
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Ein
guter Wärmeaustausch
zwischen Fluid und Bauelement erfolgt insbesondere dann, wenn die
Strömung
entsprechend einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung so gerichtet
ist, dass sie parallel zur Ober- und/oder Unterseite des Bauelements
gerichtet ist. Einerseits kann insbesondere bei beidseitiger Strömung die
Fläche
des Wärmeaustausches
erhöht
werden und zum anderen kann über
die Begrenzung der Strömungsgeschwindigkeit
die Strömung
laminar gehalten werden. Dies hängt
selbstverständlich
von der Oberflächenstruktur
des Bauelements ab, jedoch die laminare Strömung gegebenenfalls zumindest
abschnittsweise realisiert werden.
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Des
Weiteren kann die Temperierung über die
Gestaltung der Strömungseinrichtung
sehr gezielt erfolgen, mit einer deutlich geringeren Beeinflussung benachbarter
Komponenten erfolgen. So sind bei der Anordnung von Düsen in der
Vorrichtung zur Erzeugung der Strömung (Strömungsvorrichtung) deren Anzahl,
Form und Durchmesser variierbar. Die Gestaltung der Düsen ist
vor allem dann relevant, wenn entsprechend einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung die Strömung
ungefähr
rechtwinklig auf die Ober- und/oder Unterseite des Bauelements gerichtet
ist, wobei in Abhängigkeit
von der Messanordnung der Strömungseinrichtung,
der Bauelementehalterung oder der Kontaktspitzen eine Abweichung
von dieser Ausrichtung möglich
ist. Bei der in derartigen Prüfstationen
vorwiegend horizontalen Anordnung der Bauelemente ist die Strömung somit
im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet.
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Über die
Gestaltung der Düsen
der Strömungsvorrichtung
ist beispielsweise einstellbar, ob ein oder mehrere Bauelemente
gleichzeitig zu temperieren sind. Auch eine Anpassung an das Fluid, gasförmig oder
flüssig,
ist über
die Gestaltung der Düsen
möglich.
So kann z.B. mit einer größeren, kreisförmi gen Öffnung eine
nahezu gleichmäßige Strömung über der
gesamten Oberfläche
des Bauelements erzielt werden, die gut seitlich abfließen kann,
oder mit sehr kleinen Düsen
einen gezielter Strahl für
mehrteilige Oberflächenstrukturen.
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Die
Einstellung der Temperatur ausschließlich mittels einer auf das
Bauelement gerichteten Fluidströmung
gestattet es insbesondere auch, dass das Bauelement frei zugänglich ist,
da die hinderlichen Kontaktflächen
auf solch eine Größe und Gestalt
reduziert werden können,
dass die Halterung des Bauelements auf dem Chuck gewährleistet
ist. Hier können
mittels kraftschlüssiger
Halterung, d.h. Klemmen oder Spannen, die Haltefläche noch
reduziert werden. Die Halterung des Bauelements hängt hauptsächlich davon
ab, in welchem Montagezustand es zu messen ist, d.h. ob das Bauelement
im Waferverbund, bereits vereinzelt, zwischenmontiert z.B. auf einem
Trägersubstrat,
teil- oder endmontiert vorliegt.
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Für diese
oder weitere Montagezustände
der Bauelemente und für
unterschiedliche Signale sind die verschiedensten Halterungen bekannt,
die den Wafer, das Trägersubstrat
oder das Bauelement nur im Randbereich oder abschnittsweise unterstützt halten.
Beispielhaft sei hier auf die Druckschriften
US 2003/00 42 889 A1 ,
DE 100 00 133 A1 und
DE 196 04 833 A1 verwiesen,
in denen die Auflagen der Bauelemente auf dem Chuck derart ausgestaltet
sind, dass vonseiten der Auflage optische, elektrische oder Drucksignale
beaufschlagt oder abgegriffen werden können.
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Von
besonderem Vorteil erweist es sich für die Fluidströmung auf
die Oberseite des Bauelements, wenn auf dieser Seite auch die elektrische Kontaktierung
erfolgt, dass mit der Temperierung des Bauelements mittels Fluidströmung die
Einstellung der Messtemperatur sowohl zeitlich als räumlich von der
elektrischen Kontaktierung des Bauelements und dessen Messung trennbar
zu gestalten ist. So wird in einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zunächst
das Bauelement von der Oberseite her temperiert und anschließend erst
kontaktiert und gemessen
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Auf
diese Weise können
die Kontaktspitzen, das Fluid und die Parameter der Strömung nahezu unabhängig voneinander
entsprechend der zu realisierenden Messaufgabe gewählt werden,
ohne dass eine Beeinflussung der Messergebnisse durch die Strömung erfolgt.
Dies könnte
beispielsweise der Fall sein, wenn eine starke Strömung mit
einer Richtungskomponente rechtwinklig zur Ausrichtung der Kontaktspitzen
realisiert wird.
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Die
räumliche
Trennung von Temperierung und Kontaktierung erfolgt in einer Ausgestaltung
des Verfahrens, indem von mehreren Bauelementen, die entweder im
Waferverbund oder auf einem gemeinsamen Trägersubstrat oder auf andere
Weise nebeneinander angeordnet sind, eines mittels der Fluidströmung temperiert
wird, während
ein weiteres Bauelement, das bereits auf die Messtemperatur eingestellt ist,
kontaktiert und gemessen wird. Da bedeutet, dass die Strömungseinrichtung
stets über
einem anderen Bauelement positioniert wird als die Kontaktspitzen
kontaktieren beziehungsweise es wird keine Kontaktspitze auf ein
solches Bauelement gesetzt, auf das die Fluidströmung gerichtet ist. So kann
die gesamte Bauelementanordnung durch ein rasterähnliches Abfahren nacheinander
temperiert und kontaktiert werden. Zum Ausgleich der für beide
Vorgänge eventuell
voneinander abweichenden Zeitabläufe, können neben
der Regulierung des Fluidstromes mit den oben beschriebenen Möglichkeiten
auch mehrere Bauelemente gleichzeitig temperiert oder gemessen werden.
So kann eine länger
andauernde Temperierung eines Bauelements ausgeglichen werden, indem
die Fluidströmung
mehrere Bauelemente gleichzeitig erfasst und jedes Bauelement in
mehreren aufeinander folgenden Rasterschritten allmählich auf
die erforderliche Messtemperatur erwärmt oder gekühlt wird.
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Die
gezielte Temperierung der Bauelemente durch eine auf deren Oberseite
gerichtete Fluidströmung
ist besonders mittels einer oder mehrerer Düsen möglich, die in einer Fläche angeordnet
sind, welche sich im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des
Bauelements erstreckt. Entsprechend einer Ausgestaltung der Vorrichtung
ist diese Düse
der Auslass eines über
dem Bauelement angeordneten Gehäuses,
da auf diese Weise ein gleichmäßiger Fluidstrom auf
das Bauelement und darüber
hinaus ein Fluidstau über
dem Bauelement erzeugt werden kann, der die Temperierung verbessert
und darüber
hinaus einen Bereich definiert, in welchem die Temperatur des unmittelbar
am Bauelement anliegenden Fluids bestimmbar ist. Darüber hinaus
können
in dieser Fläche mehrere
Düsen angeordnet
sein, die der schrittweisen Temperierung mehrerer Bauelemente dienen.
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Als
besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Temperierung des
Bauelements über
seine Unterseite erfolgt, da hier die räumliche Trennung sehr einfach
zu realisieren ist. Auch wenn die zuvor beschriebenen Vorteile,
Wirkungen und Gestaltungen auch auf diese Ausgestaltung zutreffen,
gestattet sie insbesondere jedoch die Verwendung von flüssigen Fluiden,
wenn eine Isolierung der elektrischen Kontakte des Bauelements nur
mit kosten- und zeitaufwendigen Zwischenmontagen realisierbar ist.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
sowohl auf die Oberseite als auch auf die Unterseite des Bauelements
eine Fluidströmung
zu richten. Sofern die Fluidströmung
auch über
die Messanordnung frei hinwegstreichen und/oder abfließen kann, wird
diese Ausgestaltung vor allem dann zur Anwendung kommen, wenn die
Messanordnung und insbesondere ein Sensor zur Aufnahme optischer
Signale temperaturunempfindlich sind und ein Temperaturregime mit
kleinen Temperaturdifferenzen gefahren wird.
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Ist
eine räumliche
Trennung zum Schutz der Bauelemente oder der Messanordnung konsequent zu
realisieren oder aus anderen Gründen
vorteilhaft oder erfordert die Bauart der Bauelemente einer vollflächige Auflage,
kann die Temperierung des Bauelements über seine Unterseite auch indirekt über die Temperierung
einer Platte mittels der Fluidströmung erfolgen. In diesem Fall
stehen die Bauelmente im thermischen Kontakt mit dieser Platte.
Es ist selbstverständlich,
dass diese Platte zumindest akzeptable Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen
muss. Mit diesem Verfahren wird die bekannte Temperierung über die
Aufnahmefläche
des Chucks mit Vorteilen der Temperierung mittels Fluidströmung kombiniert,
wobei hier die Kombination mit der Beaufschlagung der Oberseite
des Bauelements ebenfalls umfasst ist.
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Vergleichbar
zur gezielten Beaufschlagung der Oberseite des Bauelements ist es
auch in dieser Ausgestaltung des Verfahrens möglich, einzelne Bauelemente
aus einer größeren Anzahl
gezielt zu temperieren, indem die Platte nur abschnittsweise mit
der Fluidströmung
beaufschlagt wird. Dabei kann entweder in Kauf genommen werden,
dass gleichzeitig ein Wärmeaustausch
auch mit benachbarten Bauelementen erfolgt oder die Wärmeleitung
in der Platte durch die Wahl des Materials oder durch eine Strukturierung
der Platte vermindert wird. Eine alternativer Ausgestaltung sieht
vor, dass die Fluidströmung durch
ein Plattenpaar fließt,
die aus der oben beschriebenen oberen Platte besteht, auf welcher
das Bauelement oder die Bauelemente angeordnet sind, und einer zweiten
Platte, die mit einem Abstand und parallel zur ersten Platte angeordnet
ist. Auf diese Weise ist eine begrenzte und gut zu regelnde Fluidströmung parallel
zur Unterseite des Bauelements zu erzeugen, die zudem z.B. durch
die Anordnung von Kanälen
zwischen beiden Platten abschnittsweise die obere Platte und darüber die
dort positionierten Bauelemente temperieren kann.
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Die
Strömungseinrichtung,
mit der eine solche Fluidströmung
zu realisieren ist und die aus diesen beiden Platten aufgebaut ist,
muss lediglich einen kontrollierten Zulauf und einen kontrollierten
Ablauf auf, die beide so dimensioniert sind, dass das Fluid das
Volumen gleichmäßig durchströmt. Mittels dieser
Vorrichtung ist auf besonders einfache Weise eine laminare Strömung zu
erzeugen, die eine gute Wärmeübertragung
zwischen Fluid und oberer Platte gestattet. Insbesondere ist mittels
der an der gesamten oberen Platte vorbei streichenden Fluidströmung eine
sehr gleichmäßige Temperierung
dieser Platte gewährleistet,
selbst wenn die Platte aus schlecht wärmeleitendem Material besteht.
Deshalb kann diese Anwendung vor allem dann zur Anwendung kommen,
wenn durch die Ausführung
der beiden Platten aus Glas oder einem anderen, für einen
definierten Spektralbereich durchsichtigen Material ein optischer Pfad
zur Unterseite des Bauelements realisiert ist. Eine derart tempe rierte
Auflagefläche
weist einerseits keine durch die Temperierung generierte elektromagnetische
Störungsquelle
auf und gestattet es, im Wellenlängebereich
vom ultravioletter bis zur mittleren Infrarotstrahlung.
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Dieser
optische Pfad dient der Beaufschlagung eines optoelektronischen
Bauelements mit Licht dieses definierten Wellenlängenbereich oder dem Empfang
eines solchen Signals und gestattet sowohl die Prüfung solcher
Bauelemente, die elektrisch angesteuert selbst Strahlung emittieren,
als auch solcher, die optisch angeregt werden und diese optischen
Signale in elektrische umwandeln. zumeist sind in diesem Fall die
Strahlungsquelle oder der Strahlungseingang auf diese Strömungseinrichtung gerichtet
und die elektrische Kontaktierung erfolgt von der abgewandten Oberseite
des Bauelements.
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Ebenso
gestattet der optische Pfad die Inspektion der optoelektronischen
Bauelemente im Verlauf der Messung. Das ist besonders bei Mikrosystemelementen
mit mechanischen Komponenten von Interesse, sowohl den mechanisch-elektrischen Mikrosystemelementen
(MEM-Systeme) als auch den mechanisch-optisch-elektrischen Mikrosystemelementen (MOEM-Systeme).
So kann z.B. die Auslenkung einer Membran aus ihrer Ruhelage beobachtet
werden.
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Die
Gestaltung des optischen Pfades hängt im Wesentlichen von dem
verwendeten Detektor ab. So kann für eine Glasfaser bereits eine
Bohrung in der Aufnahmeplatte des Chucks genügen. Ein größerer, frei zugänglicher
Bereich ist bei der Verwendung eines Großflächendetektors oder einer Ulbricht-Kugel
erforderlich. Ein optischer Pfad ist bei anderen, oben beschriebenen
Ausgestaltungen auch dann realisiert, wenn ein Wafer nur im Randbereich
gehalten ist und nach unten einen frei zugänglichen Bereich aufweist.
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Sofern
die Bauelemente im Waferverbund temperiert und gemessen werden,
kann der Wafer auch die obere des beschriebenen Plattenpaares ersetzen,
wenn dessen Auflage derart dicht gestaltet ist, dass das Fluid nicht
unkontrolliert sondern über die
vorgesehenen Abflüsse
abfließt.
Auch in diesem Fall ist der optische Pfad realisierbar, wenn die
untere Platte aus durchsichtigem Material besteht, wobei sich die
Verringerung der Anzahl der Grenzflächen entlang des optischen
Pfades als vorteilhaft erweisen kann.
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Für eine Regelung
der Temperierung mittels Änderung
des Fluidstromes, d.h. seiner Geschwindigkeit, seiner Temperatur
und seiner Menge erweist es sich von Vorteil, wenn die Temperatur
des Bauelements und/oder die Temperatur des Fluidstromes mittels
geeigneter Temperatursensoren gemessen wird. Mittels eines Referenzbauelements,
das vor allem durch Größe, Struktur
und Material in seinem thermischen Verhalten vergleichbar ist mit
den zu messenden Bauelementen und dass an vergleichbarem Ort im
Fluidstrom angeordnet ist, kann eine solche Temperaturmessung des
Fluidstromes durchgeführt
werden, die dessen Regelung gewährleistet. Dafür ist in
Abhängigkeit
von der Lage des Referenzbauelements entweder ein direkter Schluss
auf die Temperatur des zu messenden Bauelements möglich oder
durch Kalibrierung ein reproduzierbarer Zusammenhang zwischen beiden
Bauelementen herzustellen. Die Bestimmung der Temperatur der Bauelemente
ist darüber
hinaus auch direkt über
das bekannte thermische Verhalten der Dioden möglich, die jedes Bauelement
enthält.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
In der zugehörigen
Zeichnung zeigt jeweils in schematischer Darstellung
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1 eine
Messanordnung mit Kontaktnadeln und einer oberhalb einer Mehrzahl
von Bauelementen angeordneten Strömungseinrichtung;
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2 die
Messanordnung gemäß 1 in der
Schnittdarstellung mit der Schnittlinie A-A und
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3 eine
Messanordnung mit Kontaktnadeln und einer unterhalb einer Mehrzahl
von optoelektronischen Bauelementen angeordneten Strömungseinrichtung.
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Die
Messanordnungen gemäß der 1 bis 3 dienen
der Messung von elektronischen Bauelementen 1, die sich
entweder noch im Waferverbund befinden oder vereinzelt sind und
rasterartig auf einem waferähnlichen
Trägersubstrat 2 temporär fixiert sind.
Wenn im Folgenden von einem Wafer gesprochen wird, sollen auch die
dazu vergleichbaren Anordnungen von Bauelementen auf einem solchen Trägersubstrat
umfasst sein.
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Die
in den 1 bis 3 dargestellten Chucks 3 umfassen
eine Waferaufnahme 4 und eine Komponente zur Aufnahme der
Kontaktspitzen (Probesupport) 5, die beide relativ zueinander
mittels einer nicht naher dargestellten Positionierungseinrichtung
innerhalb der Ebene, die mit der Zeichnungsebene zusammenfällt (X-Y-Ebene),
in der senkrecht dazu stehenden Z-Richtung zu bewegen und im Winkel
Theta zueinander auszurichten sind. Der Begriff „Probe" soll im Folgenden in der auf dem Fachgebiet der
Prüfung
elektronischer Bauelemente üblichen englischen
Bezeichnung für
einen Messfühler
verwendet werden, der das Bauelement zur Beaufschlagung oder zum
Abgriff des Signals elektrisch kontaktiert. Das Testobjekt hingegen
wird stets als Bauelement bezeichnet werden.
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Die
Waferaufnahme 4 der Chucks 3 aus 1 bis 3,
die in der X-Y-Ebene, in Z-Richtung und im Winkel positionierbar
ist, weist stets eine ringförmige
Auflagefläche 6 auf,
auf welcher der Wafer 2 direkt oder eine Aufnahmeplatte 7 des
Chucks 3 (Add-On-Platte) zur Aufnahme des Wafers 2 jeweils im
Randbereich auflegbar und mit nicht naher dargestellten Mitteln
fixierbar sind. Der Probesupport 5 des Chucks 3 umfasst
eine Probehalterplatte 8 zur Aufnahme der Kontaktspitzen 9 und
ist lediglich in Z-Richtung zu positionieren, um die Kontaktspitzen 9 nach
der Positionierung des Wafers 2 in der X-Y-Ebene und der
Grobpostionierung in Z-Richtung derart in Z-Richtung auf das zu
messende Bauelements 1 abzusenken, das die Kontaktspitzen 9 die
Kontaktflächen
des Bauelements 1 kontaktieren.
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In
der Messanordnung gemäß 1 und 2 ist
ein Wafer 2 auf der ringförmigen Auflagefläche 6 der
Waferaufnahme 4 aufgelegt und fixiert. Die ringförmige Auflagefläche 6 ermög licht eine
freie Zugänglichkeit
der Unterseite des Wafers 2, so dass mit dieser Anordnung
z.B. optoelektronische Bauelemente 1 mit einer Strahlungsquelle
auf der Unterseite zu messen sind. Zum Empfang des vom einzelnen Bauelement 2 infolge
seiner elektrischen Anregung emittierten Lichts dient ein unterhalb
des Wafers 2 angeordneter, nicht näher dargestellter optischer Sensor.
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Mit
einem Abstand zum Wafer 2 und parallel zu diesem ist auf
dem Probesupport 5 die Probehalterplatte 8 angeordnet,
die ungefähr
die Größe eines Wafers 2 hat
und im Ausführungsbeispiel
sowohl als Teil einer Strömungseinrichtung 10 als
auch als Probehalterung dient.
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Die
Probehalterplatte 8 weist einen zentralen Durchgang 11 auf,
durch welchen ein einzelnes Bauelement 1 des Wafers 2 elektrisch
kontaktiert werden kann. Die Kontaktierung erfolgt durch mehrere
Nadeln 12 einer Kontaktspitze 9, die entsprechend
der Anordnung der Kontaktflächen
des Bauelements 1 zueinander angeordnet sind. Die Kontaktspitze 9 ist mittels
einer Halterung 13 auf der Probehalterplatte 8 montiert
und mittels eines Kabels 14 mit einer nicht dargestellten
Auswerteeinheit verbunden.
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Die
Probehalterplatte 8 weist weitere Durchgänge auf,
die auf einem Durchmesser der Probehalterplatte 8 gleichmäßig beidseitig
des zentralen Durchgangs 11 angeordnet sind. Diese weiteren Durchgänge dienen
als Auslass 15 für
ein Fluid. Auf jener Hälfte
der Probehalterplatte 8, die nicht die Kontaktspitze 9 umfasst,
ist auf ihrer Unterseite, d.h. dem Wafer 2 gegenüber liegend
ein vereinzeltes, den Bauelementen 1 des Wafers 2 hinsichtlich
seines thermischen Verhaltens vergleichbares Referenzbauelement 17 angeordnet
und mit einem nicht näher dargestellten
Temperatursensor versehen. In unmittelbarer Umgebung des Referenzbauelements 17 weist
die Probehalterplatte 8 einen weiteren Auslass, den Referenzauslass 16 auf.
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Der
Bereich der Probehalterplatte 8, der die beidseitig des
zentralen Durchgangs 11 angeordneten Auslässe 15 und das
Referenzbauelement 17 umfasst, ist von einer Haube 18 derart
abgedeckt, dass zumindest der zentrale Durchgang 11 und
die Kontaktspitze 9 einschließlich deren Halterung 13 nicht
umschlossen ist. Die Haube 18 ist durch eine parallel zur
Probehalterplatte 8 angeordnete Deckfläche 20 und eine umschließende Mantelfläche 21 gebildet,
so dass die Haube 18 und der Abschnitt der von ihr überdeckten
Probehalterplatte 8 ein Gehäuse 19 bildet. In
der Mantelfläche 21 sind
verteilt drei verschließbare
Eingangsstutzen 22 angeordnet, durch die wahlweise einzeln
oder gemeinsam ein Fluid in das Gehäuse 19 eingelassen
werden kann.
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Zur
Temperierung des zu messenden Bauelements 1 wird dieses
Bauelement 1 unter einem der Auslässe 15 positioniert.
Dann wird temperiertes Fluid, im Ausführungsbeispiel Luft, durch
einen der Eingangsstutzen 22 in das Gehäuse 19 eingeblasen.
Die Luft strömt
durch die Auslässe 15 in
Richtung der Bauelemente 1 des Wafers 2 und entweicht
mit einer zu deren Oberfläche
parallelen Strömung
zwischen Wafer 2 und Probehalterplatte 8, wie
in 2 anhand der Strömungspfeile gekennzeichnet.
Die Strömungsgeschwindigkeit
kann insbesondere durch einen höheren
Druck der eingeblasenen Luft eingestellt werden. Alternativ kann
die Luft auch durch mehrere der Eingangsstutzen 22 eingeblasen
werden, wobei jedoch größere Verwirbelungen
innerhalb des Gehäuses 19 aufgrund
entgegengesetzter Strömungen
zu verhindern sind, um einen gleichmäßigen Fluidstrom durch alle
Auslässe 15 in
Richtung der Bauelemente 1 zu gewährleisten.
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Die
Messtemperatur an dem ersten Bauelement 1 kann entweder
durch eine längere
Positionierung unter einem Auslass 15 in unmittelbarer
Nähe des
zentralen Durchganges 11 erzielt werden oder durch schrittweises
Erwärmen,
indem dieses Bauelement 1 in einem gleichmäßigen Takt
erst unter dem entferntesten und nacheinander jedem weiteren Auslass 15 in
Richtung zum zentralen Durchgang 11 positioniert und der
Luftströmung 24 ausgesetzt
wird. Dieser Takt wird durch die Zeitspanne definiert, in welcher
ein unter der Folge der entfernteren Auslässe 15 vortemperiertes
Bauelement 1 unter dem letzten Auslass 15 auf
die endgültige
Messtemperatur erwärmt
wird. Auf diese Weise werden mit einem getakteten Vorschub alle
Bauelemente 1 des Wafers 2 schrittweise vorgewärmt, auf
die Messtemperatur eingestellt und anschließend kontaktiert und gemessen.
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Die
Luft, die im Ausführungsbeispiel
das ausgewählte
Bauelement 1 auf 70°C
erwärmen
soll, ist auf 100°C
temperiert. Diese Temperaturangaben sind selbstverständlich nur
Beispielwerte und entsprechend des thermischen Verhaltens des Bauelements
und der konkreten, einzustellenden Fluidströmung 24 für jede Messaufgabe
ermittelt werden. Das unter jedem Auslass 15 liegende Bauelement 1 wird primär durch
die senkrecht auf das Bauelement 1 gerichtete Luftströmung 24 erwärmt. Durch
die parallele Luftströmung 24 der
entweichenden Luft werden auch die benachbarten Bauelemente 1 bereits
erwärmt,
so dass einerseits der Temperatursprung beim Auftreffen der temperierten
Luftströmung 24 auf ein
Bauelement 1 in einem Bereich gehalten wird, der unschädlich ist
selbst für
kleinste Strukturen des Bauelements 1 und der die Temperaturdifferenz
innerhalb des Wafers 2 verringert. Dies verkürzt die
Temperierung der Bauelemente 1 und verringert störende Spannungen
im Wafer 2.
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Sobald
das ausgewählte
Bauelement 2 die Messtemperatur erreicht hat, wird es mittels
der Positionierungseinrichtung des Chucks 3 unter der Kontaktspitze 9 positioniert
und die Nadeln 12 der Kontaktspitze 9 auf dessen
Kontaktflächen
abgesenkt. Aufgrund der Anordnung der Auslässe 15 entlang eines
Durchmessers der Probehalterplatte 8, die dem Wafer 2 in
der Größe ungefähr gleicht,
erfolgt die mehrfache Vortemperierung der auf einem mäanderförmigen Weg
des Vorschubes liegenden Bauelemente 1 des Wafers 2.
Die Vortemperierung wird durch die Anzahl der Auslässe 15 entlang
des Vorschubs und die Komplexität
des Bewegungsablaufs bestimmt, so dass eine Änderung der Vortemperierung
durch eine Änderung
der Anzahl und Anordnung der Auslässe 15 möglich ist.
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Wegen
der räumlichen
Trennung zwischen der elektrischen Kontaktierung und der Luftströmung 24 ist
es nicht erforderlich, die Luftströmung 24 während der
Kontaktierung und der Messung zu unterbrechen. Bei fortgesetzter
Luftströmung 24 werden fortlaufend
die nächsten
zu messenden Bauelemente 1 auf die Messtemperatur eingestellt
und die entfernteren Bauelemente 1 vorgewärmt. In
besonderen Fällen
jedoch kann eine Unterbrechung angebracht sein.
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Durch
das seitliche Entweichen der Luftströmung 24 zwischen Probehalterplatte 8 und
Wafer 2 wird auch jener Bereich des zentralen Durchganges 11 von
dieser Sekundärströmung erfasst,
in welchem das ausgewählte
Bauelement 1 kontaktiert und gemessen wird. Dies kann entweder
von Vorteil sein, um die Kontaktspitze 9 ebenfalls zu erwärmen, ohne sie
einer direkten Strömung
auszusetzen, oder kann durch eine gezielte Absaugung weitestgehend
verhindert werden.
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Der
Referenzauslass 16 in der unmittelbaren Nähe des Referenzbauelements 17 gestattet
die Abschätzung
der eingestellten Temperatur. Ist eine genaue Messung der Temperatur
während
der endgültigen
Einstellung der Messtemperatur oder während der Kontaktierung erforderlich,
kann diese mit geeigneten Sensoren auch direkt am betreffenden Bauelement 1 gemessen
werden. Auch ein Temperatursensor in der Nähe des auf die Messtemperatur
eingestellten Bauelements 1, im Stau des senkrecht auf das
Bauelement 1 strömenden
Fluids ist anwendbar.
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Es
ist offensichtlich, dass diese Ausgestaltung auch mit einem anderen,
eventuell auch flüssigem
Fluid und zur Kühlung
der Bauelemente 1 verwendet werden kann.
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3 zeigt
eine weitere Ausgestaltung der Messvorrichtung, bei welcher eine
fortwährende
Fluidströmung 24 indirekt über eine
spezielle Add-On-Platte 7 die Bauelemente 1 temperiert.
Zu diesem Zweck besteht die Add-On-Platte 7 aus zwei gleichgroßen, parallelen
Platten 25, die von einer Mantelfläche 21 umfasst sind.
Die Mantelfläche 21 weist
wiederum mehrere verschließbare
Eingangsstutzen 22 und Ausgangsstutzen 23 auf.
Das auf eine ermittelte Vorlauftemperatur erwärmte oder abgekühlte Fluid,
in diesem Ausführungsbeispiel
Wasser, wird durch einen oder auch mehrere Eingangsstutzen 22 unter
Druck in das Volumen der Add-On-Platte 7 eingeleitet und
fließt über zumindest
einen Ausgangsstutzen 23 wieder ab. Auch hier ist durch
die Wahl der Lage und Anzahl der Eingangs- 22 und Ausgangsstutzen 23 eine
gleichmäßige, wirbelarme Fluidströmung 24 zu
gewährleisten,
um die Bauelemente 1 auf Add-On-Platte 7 gleichmäßig zu temperieren. Über den
Druck ist die Strömungsgeschwindigkeit
der Fluidströmung 24 einstellbar.
Auch in dieser Ausgestaltung ist anstelle des Wassers ein anderes,
auch gasförmiges
Fluid einsetzbar.
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Die
beiden Platten 25 der Add-On-Platte 7 bestehen
im Ausführungsbeispiel
aus Glas, so dass von den Unterseiten der Bauelemente 1 des
auf der Add-On-Platte 7 befindlichen Wafers 2 emittierte Strahlung
mittels eines Detektors 26 aufgenommen werden kann. Durch
die Verwendung von Wasser als Fluid, das eine hohe Wärmekapazität hat, kann
der Abstand der beiden Platten 25 der Add-On-Platte 7 sehr
gering gehalten werden, so dass der Detektor 26 nahe an
der Emissionsquelle des Bauelements 1 positionierbar ist.
Die Art des Fluids hängt
in dieser Ausgestaltung auch von der Strahlung ab, welche die vom
Fluid durchströmte
Add-On-Platte 7 durchdringen muss. Wasser ist insbesondere
sehr gut durchlässig
für UV-Strahlung.
Anstelle der Glasplatten kann, ebenfalls in Abhängigkeit von der Wellenlänge der
Strahlung, aber auch in Abhängigkeit
von der Temperatur, ein anderes für diese Wellenlänge durchlässiges Material
verwendet werden, z.B. auch Saphir.
-
Die
Kontaktierung und Messung der einzelnen Bauelemente 1 des
Wafers 2 erfolgt nach deren Temperierung in der bekannten
Weise, indem die von einer Probehalterplatte 8 gehaltenen
Kontaktspitzen 9 auf die Kontaktflächen der Bauelemente 1 auf
der zuvor relativ zu den Kontaktspitzen positionierten Add-On-Platte 7 abgesenkt
und mit dem Signal beaufschlagt werden.
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- 1
- Bauelement
- 2
- Wafer,
Trägersubstrat
- 3
- Chuck
- 4
- Waferaufnahme
- 5
- Probesupport
- 6
- Auflagefläche
- 7
- Aufnahmeplatte,
Add-On-Platte
- 8
- Probehalterplatte
- 9
- Kontaktspitze
- 10
- Strömungseinrichtung
- 11
- zentraler
Durchgang
- 12
- Nadeln
- 13
- Halterung
- 14
- Kabel
- 15
- Auslass
- 16
- Referenzauslass
- 17
- Referenzbauelement
- 18
- Haube
- 19
- Gehäuse
- 20
- Deckfläche
- 21
- Mantelfläche
- 22
- Eingangsstutzen
- 23
- Ausgangsstutzen
- 24
- Fluidströmung, Luftströmung
- 25
- Platte
- 26
- Detektor
- 27
- Oberseite
des Bauelements
- 28
- Unterseite
des Bauelements