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Die
Erfindung betrifft eine Sondenaufnahme zur Halterung einer Sonde
zur Prüfung
von Halbleiterbauelementen gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1, einen Sondenhalterarm und eine Prüfvorrichtung.
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Zur
Prüfung
der Funktionsfähigkeit
von Halbleiterbauelementen werden die Halbleiterbauelemente, die
zu diesem Zeitpunkt meist noch im Verbund mit anderen Halbleiterbauelementen
auf einem Wafer angeordnet sind, in einer dafür vorgesehenen Prüfvorrichtung
auf einem beweglichen Prüftisch (Chuck)
abgelegt und befestigt. Das Halbleiterbauelement wird anschließend mittels
einer Sonde kontaktiert, so dass Messungen vorgenommen werden können. Die
Sonde, die die Form einer Nadel hat und auch als Probe oder Probe
Tip bezeichnet wird, ist üblicherweise
entweder an einer Trägerplatte
(Probecard) oder an einem Sondenhalterarm (Probearm) befestigt.
Bei vielen bekannten Prüfvorrichtungen
erstreckt sich der Sondenhalterarm von einem Sondenkopf, an dem
der Sondenhalterarm befestigt ist, bis in die Nähe der Oberfläche des
Chucks beziehungsweise des auf dem Chuck angeordneten Wafers. Der Sondenkopf,
der der Ansteuerung und Bewegung der Sondennadel dient, ist bei
diesen Prüfvorrichtungen
oberhalb des Chucks neben dem Chuck angeordnet, so dass sich der
Sondenhalterarm von oberhalb und außerhalb des Wafers bis kurz
vor die Oberfläche
des Wafers erstreckt, so dass die Sondennadel mit der Oberfläche des
Wafers in Kontakt gebracht werden kann.
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Zur
Befestigung der Sondennadel am Sondenhalterarm bei Prüfvorrichtungen
des oben beschriebenen Typs ist es bekannt, am freien Ende des Sondenhalterarms
einen vertikal verlaufenden Schlitz vorzusehen, in den die Sondennadel
schräg eingelegt
und festgeklemmt wird. Ein Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin,
dass der vertikale Schlitz nicht dafür geeignet ist, die Sondennadel
reproduzierbar in eine relativ zum Sondenhalterarm definierte Lage
zu bringen. Die dadurch hervorgerufenen Lageabweichungen führen zu
Problemen bei der Positionierung der Sondennadel während der
Prüf- und
Messvorgänge.
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Ein
Sondenhalter, bei dem die Positionierung der Sondennadel verbessert
ist, ist beispielsweise aus dem
deutschen Gebrauchsmuster 298 09 568 bekannt.
Bei dieser Lösung
ist die Sondennadel an einem abgewinkelten, prismatischen Sondenschaft aus
einem dielektrischen Material angeordnet und mit diesem fest verbunden.
Auf dem Sondenschaft sind Leiterbahnen angeordnet, die vom Ende
des Sondenschafts zur Sondennadel führen. Der Sondenhalterarm weist
eine Sondenaufnahme zur Aufnahme des prismatischen Sondenschafts
auf. Im Innern der Sondenaufnahme sind Kontakte zur elektrischen
Kontaktierung der Leiterbahnen des Sondenschafts vorgesehen. Zur
Fixierung des Sondenschafts in der Sondenaufnahme ist ein Federelement vorgesehen,
das seitlich auf den Sondenschaft drückt und auf diese Weise gleichzeitig
den elektrischen Kontakt zwischen dem Sondenschaft und den in der
Sondenaufnahme angeordneten Kontakten herstellt, so dass das Einsetzen
sowie das Auswechseln der Sondennadel relativ einfach erfolgen kann. Die
Vorteile dieser Lösung
bestehen zum einen darin, dass der Sondenschaft in der Sondenaufnahme
relativ exakt geführt
ist, so dass die exakte Positionierung der Sondennadel erleichtert
ist. Zum anderen kann auf dem Sondenschaft auch eine Schirmung (Shielding)
geführt
werden, so dass das Guard-Potential bis nahe an die Spitze der Sondennadel
herangeführt werden
kann. Als nachteilig hat sich jedoch erwiesen, dass die Klemmung
des Sondenschafts mittels eines Federelements nur für die Übertragung
relativ begrenzter Klemmkräfte
geeignet ist. Darüber
hinaus kann die Verwendung des beschriebenen Sondenhalterarms problematisch
sein, wenn Tests unter erhöhten
Temperaturen oder mit relativ hohen Probekräften durchgeführt werden
sollen und diese hohen Temperaturen zu einer Verringerung der Federspannung
führen
beziehungsweise die Probekraft eine Verschiebung der Sondennadel
relativ zum Sondenhalterarm bewirkt. Schließlich kann bei der vorgeschlagenen
Konstruktion die sichere Kontaktierung zwischen den Leiterbahnen
des Sondenschafts und den Kontakten der Sondenaufnahme aufgrund
der relativ kleinen Kontaktflachen nicht fehlerfrei sichergestellt
werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, eine Sondenaufnahme anzugeben, die die Nachteile
des Standes der Technik überwindet
und insbesondere eine reproduzierbare Anordnung einer Sondennadel
ermöglicht,
eine sichere Kontaktierung der Sondennadel und auch bei hohen Temperaturen oder
Probekräften
ein sicheres Festhalten der Sondennadel gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Sondenaufnahme mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Sondenhalterarm
mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie eine Prüfvorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
erfindungsgemäße Sondenaufnahme zur
Halterung einer Sonde zur Prüfung
von Halbleiterbauelementen mit einer Sondennadel und einem im wesentlichen
prismatischen Sondenschaft umfasst einen Sockel mit einer zur Aufnahme
eines prismatischen Sondenschafts ausgebildeten, von einer Sockelwand
umgebenen Fassungsöffnung
und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sockelwand aus mindestens
zwei aufeinander zu bewegbaren Sockelwandsegmenten besteht.
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Die
zur Aufnahme eines prismatischen Sondenschafts ausgebildete, von
einer Sockelwand umgebene Fassungsöffnung ermöglicht die reproduzierbare
Anordnung der Sonde in der Prüfvorrichtung. Gleichzeitig
ermöglichen
es die mindestens zwei Sockelwandsegmente, den in die Fassungsöffnung eingeführten Sondenschaft
einer Sonde durch Einwirkung äußerer Kräfte in der
Fassungsöffnung
festzuklemmen. Hierdurch sind höhere
und auch bei hohen Temperaturen gleich bleibende Klemmkräfte darstellbar,
so dass eine sichere Kontaktierung der Sondennadel erreicht wird.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung ist die Sockelwand durch mindestens
zwei in der Längsrichtung
der Fassungsöffnung
verlaufende Schlitze in Sockelwandsegmente geteilt. Mit anderen Worten,
die Sockelwand, die zunächst
einen einheitlichen Körper
darstellte, wurde anschließend
durch die Herstellung von Schlitzen in Sockelwandsegmente geteilt.
So kann der Sockel beispielsweise aus einem zylindrischen Grundkörper gebildet
sein, in den in axialer Richtung eine Sackbohrung als Fassungsöffnung eingebracht
ist und die die Fassungsöffnung umgebende
Sockelwand durch mindestens zwei Schlitze in mindestens zwei Segmente
unterteilt ist, die durch Verformung aufgrund radial wirkender äußerer Kräfte aufeinander
zu bewegbar sind.
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Gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist die Sockelwand aus mindestens
zwei voneinander unabhängigen,
aufeinander zu bewegbaren Sockelwandsegmenten zusammengesetzt. Mit
anderen Worten, die Sockelwand wurde durch nachträgliches
Zusammensetzen einzeln hergestellter Sockelwandsegmente gebildet.
Diese Lösung
sieht vor, dass zumindest der Teil des Sockels, der die Fassungsöffnung bildet,
aus mehreren, voneinander unabhängigen
Sockelwandsegmenten gebildet ist. Die Sockelwandsegmente können – wie bei
der oben beschriebenen ersten Ausgestaltung – starr gelagert und durch
Verformung aufeinander zu bewegbar sein. Der aufwendigere Aufbau
des Sockels aus unabhängigen
Sockelwandseg menten ermöglicht
jedoch auch die bewegliche Lagerung derselben, wobei Federelemente
zur Erzeugung eine Rückstellkraft vorgesehen
sein können,
die die Freigabe des in der Fassungsöffnung befindlichen Sondenschafts
bewirkt, wenn keine äußeren Kräfte auf
die Sockelwandsegmente wirken.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin mindestens ein
Spannmittel zur Erzeugung einer auf die Sockelwandsegmente wirkenden
Spannkraft vorgesehen. Obgleich es selbstverständlich möglich ist, ein Spannmittel
unabhängig von
der Sondenaufnahme und zusätzlich
zu dieser vorzusehen, wenn die Sondenaufnahme in einer Prüfvorrichtung
verwendet wird, oder die Sondenaufnahme so auszugestalten, dass
es eines zusätzlichen
Spannmittels nicht bedarf, ist es dennoch vorteilhaft, das Spannmittel
als Bestandteil der Sondenaufnahme auszuführen. Hierdurch kann eine besonders
kompakte Bauweise erzielt werden.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Außenfläche des
Sockels einen kegelförmigen
ersten Bereich aufweist und das Spannmittel eine Spannhülse ist,
deren Innenfläche
einen kegelförmigen
ersten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich der Spannhülse mit dem
ersten Bereich des Sockels in Anlage bringbar ist. Die von außen auf
die Sockelwand Segmente wirkenden Spannkraft wird bei dieser Ausgestaltung
dadurch erzeugt, dass die Spannhülse
in axiale Richtung der Sondenaufnahme verschoben wird, so dass die
beiden kegelförmigen
Bereiche von Spannhülse und
Sockel in axiale Richtung gegeneinander verschoben werden, wodurch
die Sockelwand Segmente in radialer Richtung bewegt werden. Die
dadurch hervorgerufene Verengung der Fassungsöffnung bewirkt die Ausübung einer
Spannkraft auf den in der Fassungsöffnung steckenden Sondenschaft.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Außenfläche des
Sockels einen zylindrischen zweiten Bereich aufweist und die Innenfläche der
Spannhülse
einen zylindrischen zweiten Bereich aufweist, der auf dem zweiten
Bereich der Außenfläche des
Sockels in axialer Richtung, d.h. in der Längsrichtung der Fassungsöffnung,
bewegbar ist. Die Ausführung
des Sockels und der Spannhülse
mit je einem zylindrischen zweiten Bereich unterstützt die
axiale Relativbewegung der Spannhülse auf dem Sockel und sorgt
dafür,
dass die Spannhülse exakt
auf der Oberfläche
des Sockels geführt
wird.
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Zur
Erzeugung einer Spannkraft von der Spannhülse auf die Außenseite
des Sockels kann vorgesehen sein, dass der zweite Bereich der Außenfläche des
Sockels mit einem Außengewinde
und der zweite Bereich der Innenfläche der Spannhülse mit
einem korrespondierenden Innengewinde versehen sind. Die Anbringung
eines Gewindes auf dem jeweiligen zylindrischen Bereich ist relativ
einfach zu realisieren und bringt eine Sondenaufnahme hervor, die
einfach zu bedienen ist, indem die Spannhülse relativ zum Sockel verdreht
wird. Hierzu kann die Spannhülse
auf ihrer Außenfläche beispielsweise Schlüsselflächen für die Verwendung
von Schraubenschlüsseln
aufweisen.
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Alternativ
kann zur Bereitstellung der benötigten
Spannkraft vorgesehen sein, dass weiterhin eine Feder vorgesehen
ist, die auf die Spannhülse eine
in axialer Richtung, d.h. in der Längsrichtung der Fassungsöffnung,
wirkende Kraft ausübt.
Diese Ausführung
der erfindungsgemäßen Sondenaufnahme sorgt
dafür,
dass eine Spannkraft so lange zur Verfügung steht, bis die Spannhülse entgegen
der von der Feder ausgeübten
Kraft in axialer Richtung verschoben wird. Zur Betätigung der
Sondenaufnahme wird in diesem Fall kein zusätzliches Werkzeug benötigt.
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In
einer besonders für
einen zylindrischen Sondenschaft geeigneten, den Sondenschaft hochgenau
zentrierenden Ausgestaltung ist vorgesehenen, dass drei Sockelwandsegmente
vorgesehen sind. Vorteilhaft sind die drei Sockelwandsegmente gleichmäßig über den
Umfang des Sockels verteilt. Diese Ausgestaltung entspricht in ihrer
Funktionalität einem
von Werkzeugmaschinen bekannten Drei-Backen-Futter.
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Vorteilhaft
kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Schlitze geradzahlig ist.
Im einfachsten Fall weist der Sockel zwei Schlitze auf. Die beiden dadurch
entstehenden Sockelwandsegmente sind besonders einfach zu spannen,
wenn die beiden Schlitze bezüglich
der Fassungsöffnung
im wesentlichen gegenüberliegend
angeordnet sind, beispielsweise indem der Sockel von einer Spannschelle
umfasst wird. Diese einfache Lösung
führt zu
einer einfach aufgebauten, robusten und preiswerten Sondenaufnahme.
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Weiter
vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass vier Sockelwandsegmente vorgesehen
sind. Diese Ausführung
hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der prismatische
Sondenschaft einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Besonders einfach
herstellbar ist der Sockel, wenn die zwischen den Sockelwandsegmenten
vorhandenen Schlitze einander bezüglich der Fassungsöffnung paarweise gegenüberliegen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gleichfalls gelöst durch einen Sondenhalterarm
zur Halterung einer Sonde in einer Prüfvorrichtung zur Prüfung von Halbleiterbauelementen,
der dadurch gekennzeichnet ist, dass an einem Ende des Sondenhalterarms mindestens
eine Sondenaufnahme der oben beschriebenen Art angeordnet ist. Gleichermaßen wird die
Aufgabe durch eine Prüfvorrichtung
zur Prüfung von
Halbleiterbauelementen mit mindestens einer Sonde gelöst, die
dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Sondenaufnahme der oben beschriebenen
Art vorgesehen ist. Dabei kann die erfindungsgemäße Sondenaufnahme innerhalb
der Prüfvorrichtung selbstverständlich am
freien Ende eines Sondenhalterarms angeordnet sein.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen
näher erläutert. Dabei
zeigt die einzige 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Sondenaufnahme,
die am freien Ende eines Sondenhalterarms angeordnet ist sowie eine
Schnittdarstellung durch den Sockel der Sondenaufnahme.
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Die
erfindungsgemäße Sondenaufnahme
ist am freien Ende eines in einer Prüfvorrichtung angeordneten Sondenhalterarms 10 befestigt.
Die Sondenaufnahme besteht aus einem Sockel 3 und einer auf
dem Sockel 3 sitzenden Spannhülse 9. Zentral in dem
Sockel 3 ist zur Aufnahme eines prismatischen Sondenschafts 2 mit
rechteckigem Querschnitt eine Fassungsöffnung 6 mit ebenfalls
rechteckigem Querschnitt angeordnet. Der Sockel 3 ist durch
vier Schlitze 5, die einander bezüglich der Fassungsöffnung 6 gegenüberliegend
angeordnet sind, in vier Sockelwandsegmente 4 aufgeteilt.
Der Sockel 3 im Ausführungsbeispiel
mit der Fassungsöffnung 6 und
den Schlitzen 5 ist durch Funkenerodieren hergestellt.
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In
die Fassungsöffnung 6 wird
der prismatische Sondenschaft 2 eingesetzt. Im Ausführungsbeispiel
ist dieser prismatische Sondenschaft 2 abgewinkelt. Am
freien Ende des Sondenschafts 2 ist die Sondennadel 1 angeordnet
und fest mit dem Sondenschaft 2 verbunden. Im Innern der
Fassungsöffnung 6,
das heißt
an einem oder mehreren der vier Sockelwandsegmente 4, wird
die Sonde elektrisch kontaktiert. Hierzu können im Innern der Fassungsöffnung 6 entsprechende
elektrische Kontakte vorgesehen sein. Da jedoch der Sondenschaft 2 im
Ausführungsbeispiel
aus einem metallischen Material ausgeführt ist, erfolgt hier die Kontaktierung
direkt durch die Sockelwandsegmente 4, die ebenfalls aus Metall
bestehen.
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Der
Sockel 3 weist im vorderen Teil seiner Außenfläche einen
ersten, kegelförmigen
Bereich 7 und im hinteren Teil einen zweiten, zylindrischen
Bereich 8 auf. Auf dem Sockel 3 und den Sockel 3 umschließend sitzt
die Spannhülse 9.
Auch die Spannhülse 9 weist
im vorderen Teil ihrer Innenfläche
einen ersten, kegelförmigen
Bereich und im hinteren Teil einen zweiten, zylindrischen Bereich
auf, die jedoch in der gewählten
Darstellung nicht sichtbar sind. Die beiden kegelförmigen Bereiche 7 von
Sockel 3 und Spannhülse 9 liegen
aneinander an. Die beiden zylindrischen Bereiche 8 von
Sockel 3 und Spannhülse 9 sind
mit zueinander passenden Gewinden versehen.
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Die
Erzeugung einer Spannkraft, die auf den in die Fassungsöffnung 6 eingelegten
prismatischen Sondenschaft 2 wirkt, erfolgt durch Verdrehen
der Spannhülse 9 gegenüber dem
Sockel 3, so dass die Spannhülse 9 in axialer Richtung
des Sockels 3 vor bzw. zurück bewegt wird. Durch das Zusammenwirken
der beiden kegelförmigen
Bereiche 7 von Spannhülse 9 und
Sockel 3 werden die Sockelwandsegmente 4 in der
einen Drehrichtung aufeinander zu bewegt, so dass sie eine Spannkraft
erzeugen und in der anderen Drehrichtung die Spannkraft aufgehoben
wird, so dass der prismatische Sondenschaft 2 freigegeben
wird.
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- 1
- Sondennadel
- 2
- Sondenschaft
- 3
- Sockel
- 4
- Sockelwandsegment
- 5
- Schlitz
- 6
- Fassungsöffnung
- 7
- erster
Bereich
- 8
- zweiter
Bereich
- 9
- Spannhülse
- 10
- Sondenhalterarm