DE102021110102B4 - Wafer-level test methods for opto-electronic chips - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips (1), mit elektrischen Schnittstellen in Form von Kontaktpads (1.1) und hierzu fest angeordneten optischen Elementen, welche optische Schnittstellen in Form von optischen Umlenkelementen (1.2) mit einem spezifischen Kopplungswinkel (α) umfassen, bei dem der Wafer von einem Positioniertisch (3) aufgenommen wird, der in x-, y- und z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems gegenüber einem Kontaktierungsmodul (2) verstellbar und um die z-Achse drehbar ist, wobei das Kontaktierungsmodul (2) den Kontaktpads (1.1) zugeordnete elektrische Schnittstellen in Form von Nadeln (2.1) mit Nadelspitzen (2.3) und den optischen Umlenkelementen (1.2) zugeordnete optische Schnittstellen (2.2) aufweist, und• in einem ersten Ausrichtungsschritt der Wafer dem Kontaktierungsmodul (2) so zugestellt wird, dass die Nadelspitzen (2.3) in einer ersten Position (x1, y1, z1) jeweils in z-Richtung beabstandet über einer vorbestimmten Stelle (1.4) des zugeordneten Kontaktpads (1.1) eines ersten der Chips (1) angeordnet sind, wobei das Kontaktierungsmodul (2) in z-Richtung einen ersten Abstand (a) zu dem ersten der Chips (1) aufweist, wobei der erste Abstand (a) größer ist als ein maximaler Abstand (I) der Nadelspitzen (2.3) zum Kontaktierungsmodul (2),• ausgehend von der ersten Position (x1, y1, z1) in einem zweiten Ausrichtungsschritt eine zweite Position (x2, y2, z2) ermittelt wird, indem der Positioniertisch (3) dem Kontaktierungsmodul (2) in z-Richtung in einen zweiten Abstand (b) zugestellt wird, bei dem die Nadelspitzen (2.1) an den Kontaktpads (1.1) anliegen, so dass über die jeweils einander zugeordneten Schnittstellen elektrische Signale und über die jeweils einander zugeordneten optischen Schnittstellen optische Signale übertragbar sind, wobei im zweiten Ausrichtungsschritt eine relative Ausrichtung der optischen Umlenkelemente (1.2) zu den an dem Kontaktierungsmodul (2) vorhandenen optischen Schnittstellen (2.2) erfolgt, indem in einem Scanfeld (4, 5) kleiner einer xy- Ausdehnung der Kontaktpads (1.1) der Positioniertisch (3) in Scanpositionen Ps[i] = (xs[i], ys[i], zs[i]) innerhalb eines Scanbereichs (7) gegenüber den x- und/oder y Koordinaten der ersten Position in x- und/oder y-Richtung ausgelenkt und/oder in z-Richtung zugestellt wird, und an den Scanpositionen (xs[i], ys[i], zs[i]) über wenigstens eine der optischen Schnittstellen des Kontaktierungsmoduls (2.2) und eines der optischen Umlenkelemente (1.2) ein optisches Signal gekoppelt wird, wobei die zweite Position (x2, y2, z2) dadurch definiert ist, dass das optische Signal mit einem maximalen Kopplungsgrad gekoppelt wird, wobei der Kopplungsgrad mittels wenigstens eines über wenigstens eine elektrische Schnittstelle (1.2, 2.1) übertragenen elektrischen Signals bestimmt wird, und• in einem dritten Ausrichtungsschritt der erste der Chips (1) an eine dritte Position (x3, y3, z3) gebracht wird, indem zunächst die x3-und y3-Koordinate des Positioniertisches eingestellt und anschließend in z-Richtung in einen dritten Abstand c, welcher kleiner als der zweite Abstand b ist, zugestellt wird, wobei die Nadelspitzen (2.3) an den Kontaktpads (1.1) mit einer vorbestimmten Andruckkraft anliegen, wobei die dritte Position (x3, y3, z3) aus der zweiten Position und dem Kopplungswinkel (α) des betreffenden optischen Umlenkelementes (1.2) für den dritten Abstand (c) vor dem dritten Ausrichtungsschritt berechnet wurde.Method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer, with electrical interfaces in the form of contact pads (1.1) and optical elements fixed thereto, which comprise optical interfaces in the form of optical deflection elements (1.2) with a specific coupling angle (α), in which the wafer is received by a positioning table (3) which is adjustable in the x, y and z directions of a Cartesian coordinate system relative to a contacting module (2) and rotatable about the z axis, wherein the contacting module (2) has electrical interfaces in the form of needles (2.1) with needle tips (2.3) assigned to the contact pads (1.1) and optical interfaces (2.2) assigned to the optical deflection elements (1.2), and• in a first alignment step, the wafer is fed to the contacting module (2) in such a way that the needle tips (2.3) are in a first position (x1, y1, z1) each spaced apart in the z direction over a predetermined Position (1.4) of the associated contact pad (1.1) of a first of the chips (1), wherein the contacting module (2) has a first distance (a) in the z direction from the first of the chips (1), wherein the first distance (a) is greater than a maximum distance (I) of the needle tips (2.3) from the contacting module (2),• starting from the first position (x1, y1, z1), a second position (x2, y2, z2) is determined in a second alignment step by moving the positioning table (3) to the contacting module (2) in the z direction to a second distance (b), at which the needle tips (2.1) rest against the contact pads (1.1), so that electrical signals can be transmitted via the interfaces assigned to one another and optical signals can be transmitted via the optical interfaces assigned to one another, wherein in the second alignment step a relative alignment of the optical deflection elements (1.2) to the optical interfaces (2.2) present on the contacting module (2) is carried out in that in a scan field (4, 5) smaller than an xy extension of the contact pads (1.1) the positioning table (3) is deflected in scan positions Ps[i] = (xs[i], ys[i], zs[i]) within a scan area (7) relative to the x and/or y coordinates of the first position in the x and/or y direction and/or fed in the z direction, and at the scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]) an optical signal is coupled via at least one of the optical interfaces of the contacting module (2.2) and one of the optical deflection elements (1.2), wherein the second position (x2, y2, z2) is defined by the optical signal being coupled with a maximum degree of coupling, wherein the degree of coupling is determined by means of at least one electrical signal transmitted via at least one electrical interface (1.2, 2.1), and• in a third Alignment step, the first of the chips (1) is brought to a third position (x3, y3, z3) by first setting the x3 and y3 coordinates of the positioning table and then feeding it in the z direction to a third distance c which is smaller than the second distance b, wherein the needle tips (2.3) rest against the contact pads (1.1) with a predetermined pressing force, wherein the third position (x3, y3, z3) was calculated from the second position and the coupling angle (α) of the respective optical deflection element (1.2) for the third distance (c) before the third alignment step.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit dem in einem Waferprober zeitgleich die Funktionalität von elektrischen und optischen Komponenten bzw. Schaltungen eines Chips auf Wafer - Ebene getestet werden kann. Ein solches Verfahren ist gattungsgemäß aus der US 2011 / 0 279 812 A1 bekannt.The invention relates to a method with which the functionality of electrical and optical components or circuits of a chip can be tested simultaneously on wafer level in a wafer probe. Such a method is generically known from US 2011 / 0 279 812 A1 known.

Die Erfindung ist im Bereich des Testens und Qualifizierens von Chips mit optisch-elektrisch integrierten Schaltungen, sogenannten PICs (Photonic Integrated Circuits), auf Wafer-Ebene angesiedelt. Im Unterschied zu herkömmlichen, rein elektrisch integrierten Schaltungen, sogenannten ICs (Integrated Circuits), sind bei PICs neben den elektrischen Schaltungen auch optische Funktionalitäten integriert.The invention is located in the field of testing and qualifying chips with optical-electrical integrated circuits, so-called PICs (Photonic Integrated Circuits), at wafer level. In contrast to conventional, purely electrically integrated circuits, so-called ICs (Integrated Circuits), PICs have optical functionalities integrated in addition to the electrical circuits.

Bei der Herstellung von ICs, z. B. mittels CMOS-Technologie, finden in verschiedenen Herstellungsschritten Tests und Messungen statt, um einerseits den Prozess zu überwachen und andererseits eine Qualitätskontrolle durchzuführen. Ein etablierter Test ist dabei der elektrische Wafer Level Test nach der Fertigstellung des Wafers. Hier werden funktionale und nicht-funktionale Chips ermittelt, in einer Wafermap erfasst und damit die Ausbeute bestimmt. Funktionale Chips werden auch als Known Good Dies (KGD) bezeichnet. Beim Vereinzeln des Wafers in einzelne Chips erfolgt dann das Aussortieren der nicht funktionalen Chips. Die für den Wafer Level Test benötigte Testapparatur steht in Form von Waferprobern und Wafertestern mit zugehörigen Kontaktierungsmodulen (auch Probecards genannt) zur Verfügung. Mittels des Kontaktierungsmoduls werden die geräteseitigen Schnittstellen des Wafertesters mit den individuellen Schnittstellen der Chips des auf dem Waferprober fixierten Wafers verbunden. Grundsätzlich kann das Kontaktierungsmodul so ausgeführt sein, dass es nur einen oder aber auch zeitgleich mehrere Chips kontaktiert. Es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass die Chips zur Kontaktierung noch im Waferverbund vorliegen. Um gleichzeitig mehrere oder auch nacheinander die Chips eines Wafers zu kontaktieren, müssen die Chips lediglich eine fixierte und definierte Lage zueinander aufweisen.When manufacturing ICs, e.g. using CMOS technology, tests and measurements are carried out in various manufacturing steps in order to monitor the process on the one hand and to carry out quality control on the other. An established test is the electrical wafer level test after the wafer has been completed. Here, functional and non-functional chips are identified, recorded in a wafer map and the yield is determined. Functional chips are also known as known good dies (KGD). When the wafer is separated into individual chips, the non-functional chips are then sorted out. The test equipment required for the wafer level test is available in the form of wafer probes and wafer testers with associated contact modules (also called probe cards). The contact module is used to connect the device-side interfaces of the wafer tester to the individual interfaces of the chips on the wafer fixed to the wafer probe. In principle, the contact module can be designed so that it contacts just one chip or several chips at the same time. It is also not absolutely necessary for the chips to be present in the wafer assembly for contacting. In order to contact several chips on a wafer at the same time or one after the other, the chips only need to have a fixed and defined position relative to one another.

Testapparaturen zum Testen rein elektronischer Chips (Halbleiterchip mit ICs) wurden über Jahrzehnte optimiert und diversifiziert, um zur Kostenoptimierung hohe Volumina unterschiedlichster ICs mit hohem Durchsatz qualifizieren zu können.Test equipment for testing purely electronic chips (semiconductor chips with ICs) has been optimized and diversified over decades in order to be able to qualify high volumes of a wide variety of ICs with high throughput in order to optimize costs.

Die Herstellung der PICs erfolgt i.d.R. mit den gleichen etablierten Halbleiterprozessen, z. B. der CMOS-Technologie. Die bisher im Vergleich zur IC-Herstellung sehr geringen Fertigungsvolumina von PICs führen dazu, dass i.d.R. in einer Halbleiterfabrik nur Tests zur Prozesscharakterisierung, aber keine funktionalen Tests der PICs durchgeführt werden. Die funktionale Charakterisierung obliegt dem Endkunden und wird oft an gesägten Chips durchgeführt. Die benutzte Testapparatur verwendet voneinander unabhängige, getrennte elektrische und optische Kontaktierungsmodule und ist nicht auf Durchsatz optimiert.PICs are usually manufactured using the same established semiconductor processes, e.g. CMOS technology. The very low production volumes of PICs compared to IC production mean that only tests for process characterization, but not functional tests of the PICs, are usually carried out in a semiconductor factory. Functional characterization is the responsibility of the end customer and is often carried out on sawn chips. The test equipment used uses independent, separate electrical and optical contact modules and is not optimized for throughput.

Stand der TechnikState of the art

Das Testen von PICs auf Wafer-Level-Ebene erfordert das Ein- und Auskoppeln von Licht in die bzw. aus der Ebene der PICs, i.d.R. mittels integrierter Grating-Koppler als Koppelstellen, wie in der Fachliteratur „Grating Couplers for Coupling between Optical Fibers and Nanophotonic Waveguides" (D. Taillaert et al, Japanese Journal of Applied Phys[i]cs, Vol. 45, No. 8A, 2006, S. 6071-6077) beschrieben. Die Gitterkoppler (Grating Couplers) können funktionaler Bestandteil im Chip oder Opferstrukturen auf dem Wafer z. B. im Ritzgraben oder auf benachbarten Chips sein.Testing PICs at the wafer level requires coupling light into and out of the PIC plane, usually using integrated grating couplers as coupling points, as described in the technical literature "Grating Couplers for Coupling between Optical Fibers and Nanophotonic Waveguides" (D. Taillaert et al, Japanese Journal of Applied Phys[i]cs, Vol. 45, No. 8A, 2006, pp. 6071-6077) The grating couplers can be a functional component in the chip or sacrificial structures on the wafer, e.g. in the scribe trench or on neighboring chips.

Dem Stand der Technik entsprechend werden glasfaserbasierte Systeme für den Wafer Level Test verwendet, wie in der Fachliteratur: „Test-station for flexible semi-automatic wafer-level silicon photonics testing“ beschrieben ( J. De Coster et al, 21th IEEE European Test Symposium, ETS 2016, Amsterdam, Netherlands, May 23-27, 2016. IEEE 2016, ISBN 978-1-4673-9659-2 ). Diese beinhalten ein glasfaserbasiertes Optikmodul, das über einzelne Glasfasern Licht in die Koppelstellen des Chips ein- und auskoppelt. Um eine wiederholgenaue optische Kopplung zu gewährleisten, müssen die Glasfasern zum einen submikrometergenau zu den Koppelstellen in einem Abstand bis zu wenigen Mikrometern justiert werden. Dies ist nur unter Zuhilfenahme hochpräziser Stellelemente möglich, z.B. in Kombination von Hexapoden mit Piezoelementen. Zum anderen muss vor jeder einzelnen optischen Kopplung ein zeitintensiver, aktiver und auf das Erreichen maximaler Koppeleffizienz ausgelegter Justageablauf erfolgen.According to the state of the art, fiber optic based systems are used for the wafer level test, as described in the technical literature: “Test station for flexible semi-automatic wafer-level silicon photonics testing” ( J. De Coster et al., 21th IEEE European Test Symposium, ETS 2016, Amsterdam, Netherlands, May 23-27, 2016. IEEE 2016, ISBN 978-1-4673-9659-2 ). These contain a glass fiber-based optics module that couples light into and out of the chip's coupling points via individual glass fibers. In order to ensure repeatable optical coupling, the glass fibers must be adjusted to the coupling points with submicrometer precision at a distance of up to a few micrometers. This is only possible with the help of high-precision adjustment elements, e.g. in combination with hexapods and piezo elements. In addition, a time-intensive, active adjustment process designed to achieve maximum coupling efficiency must be carried out before each individual optical coupling.

Damit sind bestehende Wafer-Level-Test-Systeme gekennzeichnet durch

  • • sequentielles, zeitintensives Kontaktieren aller optischen Koppelstellen eines Chips nacheinander, d. h. eine parallele Kontaktierung aller optischen Koppelstellen eines Chips ist nicht oder nur stark eingeschränkt möglich, eine parallele Kontaktierung mehrerer Chips gar nicht möglich.
  • • geräteseitige Sonderlösungen, so dass herkömmliche Waferprober nur mit aufwendigen und kostenintensiven Modifikationen umrüstbar und danach nicht mehr oder nur bedingt bzw. erst nach zeitaufwendiger Umrüstung für den Wafer Level Test von ICs einsetzbar sind.
  • • getrennte, nicht fest miteinander verbundene Elektronik- und Optikmodule, d. h. beide müssen separat gehaltert und justiert werden.
Existing wafer-level test systems are characterized by
  • • sequential, time-consuming contacting of all optical coupling points of a chip one after the other, ie parallel contacting of all optical coupling points of a chip is not possible or only possible to a very limited extent, parallel contacting of several chips is not possible at all.
  • • Special device solutions, so that conventional wafer probes can only be used with complex and cost-intensive modifications and can then no longer be used for wafer level testing of ICs or can only be used to a limited extent or only after time-consuming conversion.
  • • separate electronic and optical modules that are not firmly connected to each other, ie both must be mounted and adjusted separately.

Aus der vorgenannten US 2006 / 0 109 015 A1 ist ein optoelektronisches Kontaktierungsmodul (probe module) zum Testen von Chips (zu untersuchendes Objekt - DUT 140) mit elektrischen und optischen Ein- und Ausgängen bekannt. Das Kontaktierungsmodul stellt eine Schnittstelle zwischen einer Testapparatur (ATE) und dem Testobjekt (device under test, kurz DUT) dar und ist mit elektrischen Kontakten (electical probes), optischen Kontakten (optical probes), optischen Elementen und Kombinationen hiervon ausgeführt, um Signale von dem DUT und zu dem DUT zu leiten und diese Signale umzuverteilen für eine Schnittstelle zur Testapparatur.From the above US 2006 / 0 109 015 A1 is an optoelectronic contact module (probe module) for testing chips (object to be tested - DUT 140) with electrical and optical inputs and outputs. The contact module represents an interface between a test apparatus (ATE) and the device under test (DUT) and is designed with electrical contacts (electronic probes), optical contacts (optical probes), optical elements and combinations thereof in order to conduct signals from and to the DUT and to redistribute these signals for an interface to the test apparatus.

Zu den optischen Ein- und Ausgängen ist offenbart, dass diese über optische Elemente geschaffen sind, die sich auf der Kontaktierungsplatte und / oder der Umverteilungsplatte befinden und auf verschiedene Einkoppelmechanismen, z. B. Freistrahlung, Quasifreistrahlung oder Wellenleiter, abgestimmt sind. Als hierfür geeignete optische Elemente sind diffraktive Elemente und refraktive Elemente angegeben. Auch ist angegeben, dass ein Photodetektor oder eine Lichtquelle direkt an der Schnittstelle zum DUT angeordnet sein können, die dann den optischen Ein- oder Ausgang an der Kontaktierungsplatte darstellen.Regarding the optical inputs and outputs, it is disclosed that these are created via optical elements that are located on the contact plate and/or the redistribution plate and are matched to various coupling mechanisms, e.g. free radiation, quasi-free radiation or waveguides. Diffractive elements and refractive elements are specified as suitable optical elements for this purpose. It is also stated that a photodetector or a light source can be arranged directly at the interface to the DUT, which then represents the optical input or output on the contact plate.

Darüber hinaus lehrt die vorgenannte US 2006 / 0 109 015 A1 , dass für Ausführungen der optischen Einkopplung über Freistrahl- oder Quasifreistrahlverbindungen, bei denen das optische Signal durch einen Freiraum zwischen dem optischen Element und der Schnittstelle zum DUT geleitet wird, das optische Signal fokussiert oder kollimiert wird, um eine hohe Einkoppeleffizienz des übertragenen Signals zu erreichen. Die Signaleinkopplung unterliegt hier folglich dem Konzept, das Signal möglichst vollständig einzukoppeln.In addition, the aforementioned US 2006 / 0 109 015 A1 that for designs of optical coupling via free-space or quasi-free-space connections, where the optical signal is guided through a free space between the optical element and the interface to the DUT, the optical signal is focused or collimated in order to achieve a high coupling efficiency of the transmitted signal. The signal coupling here is therefore based on the concept of coupling the signal as completely as possible.

Nach einem Ausführungsbeispiel der vorgenannten US 2006 / 0 109 015 A1 sind die optischen und die elektrischen Signalleitungen (optisches und elektrisches Verteilernetz) auf separaten Umverteilungsplatten ausgeführt. Es wird vorgeschlagen, die elektrischen Signale von dem DUT zu den Randbereichen der Kontaktierungsplatte zu führen, so dass in der oberhalb der Kontaktierungsplatte angeordneten ersten Umverteilungsplatte die elektrischen Signale oberhalb des Randbereiches eingekoppelt werden. Dadurch kann in der ersten Umverteilungsplatte, in der nur die elektrischen Signale umverteilt werden, eine Öffnung ausgebildet sein, durch die hindurch die optischen Signale in eine darüber angeordnete separate zweite Umverteilungsplatte geführt werden.According to an embodiment of the above US 2006 / 0 109 015 A1 the optical and electrical signal lines (optical and electrical distribution network) are implemented on separate redistribution plates. It is proposed to guide the electrical signals from the DUT to the edge regions of the contacting plate, so that the electrical signals are coupled into the first redistribution plate arranged above the edge region. As a result, an opening can be formed in the first redistribution plate, in which only the electrical signals are redistributed, through which the optical signals are guided into a separate second redistribution plate arranged above it.

Zusammenfassend werden in der vorgenannten US 2006 / 0 109 015 A1 eine Vielzahl von Ideen aufgezeigt, wie ein Kontaktierungsmodul, das begründet, z. B. durch den Verschleiß der mechanischen Kontakte für die elektrische Signalübertragung, in eine Kontaktierungsplatte und eine Umverteilungsplatte unterteilt ist, zusätzlich mit optischen Signalleitungen ausgestattet werden könnte. Dabei wird völlig außer Betracht gelassen, dass die für den mechanischen Kontakt der elektrischen Ein- und Ausgänge des Kontaktierungsmoduls zum DUT möglichen Toleranzen nicht auf die optischen Ein- und Ausgänge übertragbar sind.In summary, the above US 2006 / 0 109 015 A1 A number of ideas have been presented as to how a contact module, which is divided into a contact plate and a redistribution plate for reasons such as wear on the mechanical contacts for electrical signal transmission, could be additionally equipped with optical signal lines. This completely ignores the fact that the possible tolerances for the mechanical contact of the electrical inputs and outputs of the contact module to the DUT cannot be transferred to the optical inputs and outputs.

Während die Übertragung eines stets gleichen elektrischen Signals lediglich einen mechanischen Kontakt von an dem Kontaktierungsmodul vorhandenen Nadeln mit an dem DUT vorhandenen Kontaktplättchen (Kontaktpads) erfordert, was innerhalb einer vergleichsweise großen Lagetoleranz von einigen µm in alle drei Raumrichtungen gesichert werden kann, wird die Qualität der optischen Signalübertragung bereits bei einer sehr viel kleineren, im Sub-µm-Bereich liegenden Abweichung von einer Solllage beeinflusst.While the transmission of a constant electrical signal only requires mechanical contact between needles on the contact module and contact pads on the DUT, which can be ensured within a comparatively large position tolerance of a few µm in all three spatial directions, the quality of the optical signal transmission is already affected by a much smaller deviation from a target position in the sub-µm range.

Erfolgt, wie in der vorgenannten US 2006 / 0 109 015 A1 beschrieben, eine Optimierung der Koppeleffizienz des optischen Signals durch eine Kollimation oder Fokussierung des optischen Strahls, muss das gesamte Kontaktierungsmodul hochpräzise im Sub-µm-Bereich justiert werden. Andernfalls ist die justageabhängige Wiederholgenauigkeit der Messung nicht ausreichend für die beschriebenen Anwendungen. Das wiederum hat zur Folge, dass das Kontaktierungsmodul nicht die in herkömmlichen elektrischen Waferprobern typischen Justagetoleranzen für die elektrische Kontaktierung im Bereich von einigen Mikrometern in X-, Y- und Z-Richtung ausschöpfen kann. Es werden aufwendige und teure Waferprober-Sonderlösungen u. a. mit diversen Stellelementen, wie zum Beispiel Piezostellelementen, und Linearachsen oder Hexapoden benötigt, um das Kontaktierungsmodul hochgenau zum DUT zu justieren.If, as in the above-mentioned US 2006 / 0 109 015 A1 To optimize the coupling efficiency of the optical signal by collimating or focusing the optical beam, the entire contact module must be adjusted with high precision in the sub-µm range. Otherwise, the adjustment-dependent repeatability of the measurement is not sufficient for the applications described. This in turn means that the contact module cannot utilize the adjustment tolerances for electrical contacting in the range of a few micrometers in the X, Y and Z directions that are typical in conventional electrical wafer probes. Complex and expensive special wafer probe solutions are required, including various adjustment elements, such as piezo adjustment elements, and linear axes or hexapods, in order to adjust the contact module to the DUT with high precision.

Ein weiterer kritischer Punkt ist, dass für die saubere elektrische Justage der Nadeln ein sogenannter Overdrive von typisch einigen 10 µm in Z-Richtung eingestellt wird, d. h., dass nach Erstkontakt der Nadeln mit den elektrischen Kontaktpads das Kontaktierungsmodul noch um einen zusätzlichen Betrag in Z-Richtung verfahren wird, um eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zu gewährleisten. Abnutzung und Verformung der Nadeln werden i.d.R. durch eine Anpassung des Overdrives während des Betriebes gegenkompensiert. Bei einer einfachen Kollimation oder Fokussierung des optischen Strahls, wie in der vorgenannten US 2006 / 0 109 015 A1 beschrieben, darf für eine wiederholgenaue Kopplung der Arbeitsabstand in Z-Richtung jedoch nur im Bereich um Mikrometer schwanken. Damit ist diese Art der optischen Kopplung nicht kompatibel mit etablierten elektrischen Kontaktierungsverfahren.Another critical point is that for the clean electrical adjustment of the needles, a so-called overdrive of typically a few 10 µm is set in the Z direction, i.e. after the initial contact of the needles with the electrical contact pads, the contacting module is moved by an additional amount in the Z direction in order to ensure reliable electrical contact. Wear and deformation of the needles are usually compensated by adjusting the overdrive during operation. With a simple collimation or focusing of the optical beam, as in the above-mentioned US 2006 / 0 109 015 A1 However, as described above, for a repeatable coupling the working distance in the Z direction may only vary in the range of micrometers. This means that this type of optical coupling is not compatible with established electrical contacting methods.

Die US 2011 / 0 279 812 A1 offenbart ein Kontaktierungsmodul zum Testen von Chips mit elektrischen und optischen Ein- und Ausgängen. Der Chip ist auf einem beweglichen Träger aufgenommen, mit dem er sich grob zum Kontaktierungsmodul ausrichten lässt. Die Grobausrichtung erfolgt sensorgesteuert anhand einer Positionsüberwachung des Chips oder der Justiermarken des Chips. Die Feinausrichtung des Chips erfolgt in zwei Verfahrensschritten. Im ersten Verfahrensschritt wird überprüft, ob die elektrischen Ein- und Ausgänge in Kontakt zum Kontaktierungsmodul stehen. Der Chip wird dazu mit dem Kontaktierungsmodul angesaugt, sodass die elektrischen Ein- und Ausgänge des Chips mit den elektrischen Kontakten des Kontaktierungsmoduls in Kontakt kommen. Mittels eines Testsignals wird auf eine erfolgreiche Kontaktierung geprüft und bei fehlerhafter Kontaktierung mittels einer wiederholten Grobausrichtung korrigiert. Im zweiten Verfahrensschritt erfolgt die Ausrichtung an den optischen Ein- und Ausgängen. Die optischen Ein- und Ausgänge des Chips können fokussierte oder kollimierte Strahlen mit angepasster Apertur und Fokusposition empfangen oder aussenden. Die optischen Ein- und Ausgänge des Kontaktierungsmoduls verfügen über variable Optiken, mit denen senkrecht auf die Oberfläche der optischen Ein- und Ausgänge fokussierte Strahlen erzeugt werden können, wobei die axiale und seitliche Fokuslage und die Apertur der Strahlen anpassbar sind. Für die Anpassung verfügt die variable Optik über mindestens ein optisches Element mit veränderbarer Brennweite und/oder mindestens ein optisches Element, das beweglich ist. Die axiale Anpassung der Fokuslage erfolgt auf Grundlage von Abstandsmessungen mittels zusätzlicher Abstandssensoren oder von Intensitätsmessungen anhand eines optischen Testsignals. Die seitliche Anpassung der Fokuslage erfolgt auf Grundlage von Intensitätsmessungen, bei denen ein bereits auf die Oberfläche des Chips fokussierter Teststrahl in einer scannenden Relativbewegung gegenüber den optischen Ein- und Ausgängen bewegt wird, bis der Teststrahl optimal in die optischen Ein- und Ausgänge eingekoppelt wird. Die dafür benötigte Zeit kann verkürzt werden, indem die scannende Relativbewegung zunächst mit einem vergrößerten Fokusdurchmesser des Teststrahls ausgeführt wird. Nach der Feinausrichtung erfolgt der Test des Chips mittels spezieller elektrischer und optischer Testsignalsequenzen, wobei beim Testen mehrerer gleichartiger Chips Teile der Grob- und Feinjustage abgespeichert und weiter verwendet werden können.The US 2011 / 0 279 812 A1 discloses a contacting module for testing chips with electrical and optical inputs and outputs. The chip is mounted on a movable carrier, with which it can be roughly aligned with the contacting module. The rough alignment is sensor-controlled using position monitoring of the chip or the alignment marks of the chip. The fine alignment of the chip takes place in two process steps. In the first process step, it is checked whether the electrical inputs and outputs are in contact with the contacting module. For this purpose, the chip is sucked in with the contacting module so that the electrical inputs and outputs of the chip come into contact with the electrical contacts of the contacting module. A test signal is used to check for successful contacting and, if the contacting is faulty, it is corrected by means of repeated rough alignment. In the second process step, the alignment takes place at the optical inputs and outputs. The optical inputs and outputs of the chip can receive or emit focused or collimated beams with an adjusted aperture and focus position. The optical inputs and outputs of the contacting module have variable optics with which beams focused perpendicular to the surface of the optical inputs and outputs can be generated, whereby the axial and lateral focus position and the aperture of the beams can be adjusted. For the adjustment, the variable optics have at least one optical element with a variable focal length and/or at least one optical element that is movable. The axial adjustment of the focus position is carried out on the basis of distance measurements using additional distance sensors or intensity measurements using an optical test signal. The lateral adjustment of the focus position is carried out on the basis of intensity measurements in which a test beam already focused on the surface of the chip is moved in a scanning relative movement relative to the optical inputs and outputs until the test beam is optimally coupled into the optical inputs and outputs. The time required for this can be shortened by initially carrying out the scanning relative movement with an enlarged focus diameter of the test beam. After fine alignment, the chip is tested using special electrical and optical test signal sequences. When testing several similar chips, parts of the coarse and fine adjustment can be saved and reused.

Aus DE 10 2018 108 283 A1 ist eine elektro-optische Leiterplatte zur Kontaktierung von photonischen integrierten Schaltungen bekannt, bei der ein optischer Strahlengang durch die Leiterplatte hindurch geführt wird. Nachteilig ist die geringe erreichbare Präzision der optischen Kopplung zwischen der Leiterplatte und dem zu testenden Chip.Out of EN 10 2018 108 283 A1 An electro-optical circuit board for contacting photonic integrated circuits is known, in which an optical beam path is guided through the circuit board. The disadvantage is the low achievable precision of the optical coupling between the circuit board and the chip to be tested.

Aus WO 2019 / 029 765 A1 ist ein Lagetoleranzunempfindliches Kontaktierungsmodul zur Kontaktierung optoelektronischer Chips bekannt. Nachteilig ist, dass die Ausrichtung des Kontaktiermoduls zu dem zu testenden Chip suboptimal sein kann.Out of WO 2019 / 029 765 A1 A contacting module that is insensitive to position tolerances is known for contacting optoelectronic chips. The disadvantage is that the alignment of the contacting module to the chip to be tested can be suboptimal.

Zum Testen von elektronischen Chips auf Waferebene ist es aus der Praxis bekannt, dass mittels einer ersten Kamera die Raumlage der Spitzen der Nadeln und mit einer zweiten Kamera die Raumlage der Mittelpunkte der Kontaktpads eines Chips bestimmt werden. Aus einer daraus abgeleiteten Relativlage der Spitzen zu den Kontaktpads werden Steuersignale gebildet, mit denen ein Positioniertisch angesteuert wird und die Mittelpunkte der Kontaktpads lotrecht unterhalb der Spitzen positioniert werden, bevor die Kontaktnadeln mit den Kontaktpads in Kontakt gebracht werden.For testing electronic chips at wafer level, it is known from practice that the spatial position of the tips of the needles is determined using a first camera and the spatial position of the centers of the contact pads of a chip is determined using a second camera. From the relative position of the tips to the contact pads derived from this, control signals are generated with which a positioning table is controlled and the centers of the contact pads are positioned vertically below the tips before the contact needles are brought into contact with the contact pads.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten optoelektronischen Chips mit elektrischen Schnittstellen in Form von Kontaktpads und hierzu fest angeordneten optischen Schnittstellen in Form von optischen Umlenkelementen mit einem spezifischen Kopplungswinkel zu finden, das auf bewährten Verfahren zum Testen von elektronischen Chips basiert.It is the object of the invention to find a method for testing optoelectronic chips arranged on a wafer with electrical interfaces in the form of contact pads and optical interfaces fixed thereto in the form of optical deflection elements with a specific coupling angle, which is based on proven methods for testing electronic chips.

Lösung der AufgabeSolution to the task

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips mit elektrischen Schnittstellen in Form von Kontaktpads und hierzu fest angeordneten optischen Schnittstellen in Form von optischen Umlenkelementen gelöst.This object is achieved with a method according to claim 1 for testing optoelectronic chips arranged on a wafer with electrical interfaces in the form of contact pads and optical interfaces fixed thereto in the form of optical deflection elements.

BeschreibungDescription

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Testen von auf einem Wafer angeordneten optoelektronischen Chips.The method according to the invention is used for testing optoelectronic chips arranged on a wafer.

Die Chips weisen elektrische Schnittstellen in Form von Kontaktpads und hierzu fest angeordnete optische Elemente auf. Optische Elemente können beispielsweise passive optische Elemente, optoelektronische Aktoren und/oder optoelektronische Sensoren und/oder elektrooptische Modulatoren sein. Die optischen Elemente umfassen optische Schnittstellen in Form von optischen Umlenkelementen mit einem spezifischen Kopplungswinkel α. Die Umlenkelemente können beispielsweise als Gitterkoppler oder Spiegel ausgebildet sein. Der spezifische Kopplungswinkel α kann einen Winkel darstellen, den ein optisches Signal bzw. dessen Zentralstrahl mit einem Lot auf den Wafer einschließt. Das Lot kann die z-Richtung sein. Der spezifische Kopplungswinkel kann typischerweise größer 0° und kleiner 25° sein. Ein gängiger Wert für den spezifischen Koppelungswinkel α kann z.B. bei 11,6° liegen und vorteilhaft für die zur Kopplung in der Endanwendung des Chips verwendeten Glasfasern mit entsprechendem Keilanschliff sein. Vorteilhaft können die von mehreren, besonders vorteilhaft von allen, optischen Umlenkelementen umgelenkten Strahlen parallel sein. Die Parallelität kann, falls die optischen Elemente für Strahlenbündel ausgelegt sind, bezüglich der Zentralstrahlen der Strahlenbündel bestimmt werden. Dann kann das Koordinatensystem derart gewählt werden, dass die y-Komponenten der umgelenkten Strahlen verschwinden, d.h. dass die umgelenkten Strahlen in xz-Ebenen liegen können.The chips have electrical interfaces in the form of contact pads and optical elements fixed to them. Optical elements can be, for example, passive optical elements, optoelectronic actuators and/or optoelectronic sensors and/or electro-optical modulators. The optical elements comprise optical interfaces in the form of optical deflection elements with a specific coupling angle α. The deflection elements can be designed, for example, as grating couplers or mirrors. The specific coupling angle α can represent an angle that an optical signal or its central beam encloses with a plumb line on the wafer. The plumb line can be the z-direction. The specific coupling angle can typically be greater than 0° and less than 25°. A common value for the specific coupling angle α can be, for example, 11.6° and can be advantageous for the glass fibers with corresponding wedge grinding used for coupling in the end application of the chip. The beams deflected by several, particularly advantageously by all, optical deflection elements can advantageously be parallel. If the optical elements are designed for beams, the parallelism can be determined with respect to the central rays of the beams. The coordinate system can then be chosen such that the y-components of the deflected rays disappear, ie that the deflected rays can lie in xz-planes.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Wafer von einem Positioniertisch aufgenommen, der in x-, y- und z- Richtung eines kartesischen Koordinatensystems gegenüber einem Kontaktierungsmodul verstellbar und um die z-Achse drehbar ist. Vorteilhaft können die x-und y- Koordinaten mittels des Positioniertisches verstellt werden. Vorteilhaft kann die z Koordinate ebenfalls mittels des Positioniertisches verstellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Verstellbarkeit in z-Richtung mittels einer vertikalen Hub- und Senkvorrichtung des Kontaktiermoduls vorgesehen sein. Die Drehbarkeit um die z-Achse kann vorteilhaft mittels einer Drehbarkeit des Positioniertisches vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Drehbarkeit um die z-Achse mittels einer Drehvorrichtung des Kontaktiermoduls vorgesehen sein. Das Kontaktierungsmodul weist den Kontaktpads zugeordnete elektrische Schnittstellen in Form von Nadeln mit Nadelspitzen auf. Außerdem weist das Kontaktierungsmodul den optischen Umlenkelementen zugeordnete optische Schnittstellen auf.In the method according to the invention, the wafer is picked up by a positioning table which is adjustable in the x, y and z directions of a Cartesian coordinate system relative to a contacting module and rotatable about the z axis. The x and y coordinates can advantageously be adjusted using the positioning table. The z coordinate can also advantageously be adjusted using the positioning table. Alternatively or additionally, adjustability in the z direction can be provided by means of a vertical lifting and lowering device of the contacting module. Rotatability about the z axis can advantageously be provided by means of a rotatability of the positioning table. Alternatively or additionally, rotatability about the z axis can be provided by means of a rotating device of the contacting module. The contacting module has electrical interfaces in the form of needles with needle tips assigned to the contact pads. In addition, the contacting module has optical interfaces assigned to the optical deflection elements.

Eine eventuell vorhandene Abweichung des x-Verfahrwegs bzw y-Verfahrwegs des Positioniertisches von der x-Richtung bzw. y-Richtung des Chips kann beispielsweise mittels der o.g. Drehbarkeit um die z-Achse ausgeglichen oder mittels einer Drehmatrix im Sinne einer Rotation als lineare Koordinatentransformation (sogenannte Alias-Transformation in der xy-Ebene) bei der Steuerung der Verfahrwege des Positioniertischs kompensiert werden.Any deviation of the x-travel path or y-travel path of the positioning table from the x-direction or y-direction of the chip can, for example, be compensated for by means of the above-mentioned rotatability around the z-axis or by means of a rotation matrix in the sense of a rotation as a linear coordinate transformation (so-called alias transformation in the xy plane) when controlling the travel paths of the positioning table.

In einem ersten Ausrichtungsschritt wird der Wafer dem Kontaktierungsmodul so zugestellt, dass die Nadelspitzen in einer ersten Position (x1, y1, z1) jeweils in z-Richtung beabstandet über einer vorbestimmten Stelle des zugeordneten Kontaktpads eines ersten der Chips angeordnet sind, wobei das Kontaktierungsmodul in z-Richtung einen ersten Abstand a zu dem ersten der Chips aufweist. Dabei ist der erste Abstand a größer als ein maximaler Abstand I der Nadelspitzen zum Kontaktierungsmodul. Der maximale Abstand der Nadelspitzen zum Kontaktiermodul kann auch als eine effektive Nadellänge in z- Richtung im mechanisch unbelasteten (d.h. kraftfreien) Zustand betrachtet werden. Die vorbestimmte Stelle kann eine bestimmte xy Position, d.h. eine Stelle in einer xy Ebene, sein. Die vorbestimmte Stelle kann, muß aber nicht, die Mitte des Kontaktpads sein. Die Nadeln können beispielsweise als senkrechte (d.h. in z-Richtung angeordnete) Nadeln, sogenannte „Vertical Needles“ ausgebildet sein, welche unter Umständen nur eine geringe Federwirkung haben. Vorteilhaft können die Nadeln als einfederbare senkrechte oder schräg angeordnete Nadeln ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft können die Nadeln als Cantilever-Nadeln ausgebildet sein. Cantilever-Nadeln können solche Nadeln sein, die im Sinne eines Biegebalkens federnd angeordnet sind. Bevorzugt können Cantilever-Nadeln so angeordnet sein, dass sie bezüglich ihres Biegebalkenabschnitts im unbelasteten (kraftfreien) Zustand einen Winkel größer als 60° zur z- Achse einschließen, besonders bevorzugt größer als 70° und ganz besonders bevorzugt größer als 80°. Der erste Ausrichtungsschritt kann beispielsweise mittels einer oder mehrerer Kameras ausgeführt werden, mit deren Hilfe die erste Position aufgefunden werden kann. Alternativ kann auch eine händische Positionierung oder eine passive Positionierung mittels Anschlagen des Waferrands an vorgesehenen Anschlägen erfolgen.In a first alignment step, the wafer is fed to the contacting module in such a way that the needle tips are arranged in a first position (x1, y1, z1) each spaced apart in the z direction above a predetermined location of the associated contact pad of a first of the chips, the contacting module having a first distance a from the first of the chips in the z direction. The first distance a is greater than a maximum distance I of the needle tips from the contacting module. The maximum distance of the needle tips from the contacting module can also be considered as an effective needle length in the z direction in the mechanically unloaded (i.e. force-free) state. The predetermined location can be a specific xy position, i.e. a location in an xy plane. The predetermined location can, but does not have to, be the center of the contact pad. The needles can, for example, be designed as vertical needles (i.e. arranged in the z direction), so-called “vertical needles”, which may have only a slight spring effect. The needles can advantageously be designed as spring-loaded vertical or diagonally arranged needles. The needles can particularly advantageously be designed as cantilever needles. Cantilever needles can be needles that are arranged spring-loaded in the sense of a bending beam. Cantilever needles can preferably be arranged in such a way that, with respect to their bending beam section, in the unloaded (force-free) state they enclose an angle of greater than 60° to the z-axis, particularly preferably greater than 70° and most particularly preferably greater than 80°. The first alignment step can be carried out, for example, using one or more cameras, with the aid of which the first position can be found. Alternatively, manual positioning or passive positioning by striking the wafer edge against provided stops can also be carried out.

Ausgehend von der ersten Position (x1, y1, z1) wird in einem zweiten Ausrichtungsschritt eine zweite Position (x2, y2, z2) ermittelt, indem der Positioniertisch dem Kontaktierungsmodul in z-Richtung in einen zweiten Abstand b zugestellt wird, bei dem die Nadelspitzen an den Kontaktpads anliegen, so dass über die jeweils einander zugeordneten Schnittstellen elektrische Signale und über die jeweils einander zugeordneten optischen Schnittstellen optische Signale übertragbar sind. Erfindungsgemäß erfolgt im zweiten Ausrichtungsschritt eine relative Ausrichtung der optischen Umlenkelemente zu den an dem Kontaktierungsmodul vorhandenen optischen Schnittstellen, indem in einem Scanfeld kleiner einer xy- Ausdehnung der Kontaktpads der Positioniertisch in Scanpositionen (xs[i], ys[i], zs[i]) innerhalb eines Scanbereichs gegenüber den x- und/oder y Koordinaten der ersten Position in x- und/oder y-Richtung ausgelenkt und/oder in z-Richtung zugestellt wird, und an den Scanpositionen P[i] = (xs[i], ys[i], zs[i]) über wenigstens eine der optischen Schnittstellen des Kontaktierungsmoduls und eines der optischen Umlenkelemente ein optisches Signal gekoppelt wird, wobei die zweite Position (x2, y2, z2) dadurch definiert ist, dass das optische Signal mit einem maximalen Kopplungsgrad gekoppelt wird, wobei der Kopplungsgrad mittels wenigstens eines über wenigstens eine elektrische Schnittstelle übertragenen elektrischen Signals bestimmt wird. Werden im zweiten Ausrichtungsschritt jeweils mehrere optische Schnittstellen gekoppelt, kann der Mittelwert des Kopplungsgrades aus den mehreren optischen Schnittstellen zur weiteren Betrachtung verwendet werden.Starting from the first position (x1, y1, z1), a second position (x2, y2, z2) is determined in a second alignment step by moving the positioning table to the contacting module in the z direction to a second distance b, at which the needle tips rest on the contact pads, so that electrical signals can be transmitted via the interfaces assigned to one another and optical signals can be transmitted via the optical interfaces assigned to one another. According to the invention, in the second alignment step, the optical deflection elements are aligned relative to the optical interfaces present on the contacting module by small ner an xy extension of the contact pads, the positioning table is deflected in scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]) within a scan area relative to the x and/or y coordinates of the first position in the x and/or y direction and/or fed in the z direction, and at the scan positions P[i] = (xs[i], ys[i], zs[i]) an optical signal is coupled via at least one of the optical interfaces of the contacting module and one of the optical deflection elements, wherein the second position (x2, y2, z2) is defined in that the optical signal is coupled with a maximum degree of coupling, wherein the degree of coupling is determined by means of at least one electrical signal transmitted via at least one electrical interface. If several optical interfaces are coupled in the second alignment step, the mean value of the degree of coupling from the several optical interfaces can be used for further consideration.

Als Scanbereich kann man den im Allgemeinen räumlich ausgebildeten Bereich verstehen, in dem der Scan erfolgt. Als Spezialfall kann der Scanbereich flächig ausgebildet sein, als Spezialfall dieses Spezialfalls linienförmig. Den Scanbereich kann man mathematisch als kleinstes konvexes Polyeder definieren, welches alle Scanpositionen (xs[i], ys[i], zs[i]) enthält. Der Scanbereich kann vorteilhaft zweidimensional vorgesehen sein, in diesem Fall kann das Polyeder zum Polygon entartet sein. Der Index i kann als Laufindex i=1, 2 ... imax zum fortlaufenden Durchnummerieren der Scanpositionen vorgesehen sein. Dadurch kann die zeitliche Abfolge der Scanpositionen vorbestimmt sein. Die Scanpositionen können aber auch adaptiv festgelegt werden. Das kann bedeuten, dass die Position P[i+1] erst zur Laufzeit des Scans unter Berücksichtigung der Kopplungsgrade an den Scanpositionen P[1] bis P[i] festgelegt wird. Unter dem Scanfeld kann man eine z-Projektion des Scanbereichs auf die xy-Ebene des Wafers verstehen. Das Scanfeld kann im Allgemeinen zweidimensional (d.h. flächig), als Spezialfall eindimensional (d.h. linienförmig) und als Spezialfall des Spezialfalls nulldimensional (d.h. punktförmig) sein. Unter der xy- Ausdehnung der Kontaktpads kann man dessen geometrische Erstreckung in x- und y-Richtung verstehen. Dass das Scanfeld kleiner einer xy- Ausdehnung der Kontaktpads ist, kann bedeuten, dass die Nadelspitzen das jeweils zugeordnete Kontaktpad während des Scans nicht verlassen. In einer speziellen Ausführung kann der Scan linienförmig sein, was einem eindimensionalen Scanbereich entspricht. In einem Spezialfall dieser speziellen Ausführung kann der Scan linienförmig in z-Richtung erfolgen. Dann kann das Scanfeld punktförmig sein. Das kann den Vorteil haben, dass ein Scan auch bei sehr kleinen Kontaktpads möglich ist.The scan area can be understood as the generally spatially formed area in which the scan takes place. As a special case, the scan area can be flat, as a special case of this special case, linear. The scan area can be defined mathematically as the smallest convex polyhedron that contains all scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]). The scan area can advantageously be provided two-dimensionally, in which case the polyhedron can be degenerated into a polygon. The index i can be provided as a running index i=1, 2 ... imax for consecutively numbering the scan positions. This means that the temporal sequence of the scan positions can be predetermined. The scan positions can also be determined adaptively. This can mean that the position P[i+1] is only determined at the runtime of the scan, taking into account the coupling degrees at the scan positions P[1] to P[i]. The scan field can be understood as a z-projection of the scan area onto the xy plane of the wafer. The scan field can generally be two-dimensional (i.e. flat), as a special case one-dimensional (i.e. linear) and as a special case of the special case zero-dimensional (i.e. point-shaped). The xy extension of the contact pads can be understood as its geometric extension in the x and y directions. The fact that the scan field is smaller than the xy extension of the contact pads can mean that the needle tips do not leave the respective assigned contact pad during the scan. In a special version, the scan can be linear, which corresponds to a one-dimensional scan area. In a special case of this special version, the scan can be linear in the z direction. The scan field can then be point-shaped. This can have the advantage that a scan is possible even with very small contact pads.

An jeder der Scanpositionen P[i] kann ein Kopplungsgrad k[i] ermittelt werden. Die zweite Position (x2, y2, z2) kann eine interpolierte Maximumsposition der an den Scanpositionen ermittelten Kopplungsgrade sein. Alternativ kann man als zweite Position ohne Interpolation die Scanposition nehmen, an welcher der maximale Kopplungsgrad gemessen wurde. Am Ende des zweiten Ausrichtungsschritts kann, muss aber nicht, die ermittelte zweite Position (x2, y2, z2) angefahren werden.A coupling degree k[i] can be determined at each of the scan positions P[i]. The second position (x2, y2, z2) can be an interpolated maximum position of the coupling degrees determined at the scan positions. Alternatively, the scan position at which the maximum coupling degree was measured can be used as the second position without interpolation. At the end of the second alignment step, the determined second position (x2, y2, z2) can, but does not have to, be approached.

Erfindungsgemäß wird in einem dritten Ausrichtungsschritt der erste der Chips an eine dritte Position (x3, y3, z3) gebracht wird, indem zunächst die x3- und y3-Koordinate des Positioniertisches eingestellt und anschließend in z-Richtung in einen dritten Abstand c, welcher kleiner als der zweite Abstand b ist, zugestellt wird, wobei die Nadelspitzen an den Kontaktpads mit einer vorbestimmten Andruckkraft anliegen, wobei die dritte Position (x3, y3, z3) aus der zweiten Position und dem Kopplungswinkel α des betreffenden optischen Umlenkelementes für den dritten Abstand c vor dem dritten Ausrichtungsschritt berechnet wurde.According to the invention, in a third alignment step, the first of the chips is brought to a third position (x3, y3, z3) by first setting the x3 and y3 coordinates of the positioning table and then feeding it in the z direction to a third distance c, which is smaller than the second distance b, wherein the needle tips rest on the contact pads with a predetermined pressure force, wherein the third position (x3, y3, z3) was calculated from the second position and the coupling angle α of the respective optical deflection element for the third distance c before the third alignment step.

Die dritte Position (x3, y3, z3) kann dadurch bestimmt sein, dass für den dritten Abstand, welcher der Koordinate z3 zugeordnet ist, an der Stelle mit den Koordinaten x3, y3 ein maximaler Kopplungsgrad vorliegt. Der dritte Abstand c kann ein vorbestimmter optischer Arbeitsabstand sein, in dem die Nadeln mit einer vorgegebenen Andruckkraft an den Kontaktpads anliegen.The third position (x3, y3, z3) can be determined by the fact that for the third distance, which is assigned to the coordinate z3, there is a maximum degree of coupling at the point with the coordinates x3, y3. The third distance c can be a predetermined optical working distance at which the needles rest against the contact pads with a predetermined pressure force.

Die dritte Position kann beispielsweise auf folgende Weise berechnet werden. Es kann o.B.d.A. der von einem Umlenkelement unter dem spezifischen Kopplungswinkel α umgelenkte Strahl in einer xz Ebene liegen (d.h. senkrecht zu y). Dann kann die dritte Position (x3, y3, z3) bestimmt werden zu x3 = x2+(z3-z2) tan α und y3 = y2, wobei die Koordinate z3 dadurch festgelegt sein kann, dass dort der vorgegebene Arbeitsabstand c vorhanden ist. Wie weiter unten Beschrieben, kann sich der erforderliche Arbeitsabstand c (und damit die Koordinate z3) im Laufe der Zeit ändern.The third position can be calculated, for example, in the following way. The beam deflected by a deflection element at the specific coupling angle α can, without any limitation, lie in an xz plane (i.e. perpendicular to y). Then the third position (x3, y3, z3) can be determined as x3 = x2+(z3-z2) tan α and y3 = y2, where the coordinate z3 can be fixed by the fact that the specified working distance c is present there. As described below, the required working distance c (and thus the coordinate z3) can change over time.

In der dritten Position können hernach zum Testen des opto-elektronischen Chips über die jeweils einander zugeordneten Schnittstellen elektrische bzw. optische Signale geleitet werden.In the third position, electrical or optical signals can then be transmitted via the respective interfaces for testing the optoelectronic chip.

Vorteilhaft wird eine sich aus der ersten Position und der zweiten Position des ersten der Chips ergebende Lagedifferenz als Offset abgespeichert und für die Justierung weiterer der Chips berücksichtigt, nachdem diese in einer ersten Position zum Kontaktierungsmodul positioniert wurden.Advantageously, a position difference resulting from the first position and the second position of the first of the chips is stored as an offset and taken into account for the adjustment of further chips after they have been positioned in a first position relative to the contacting module.

Insbesondere um den Verschleiß der Nadelspitzen zu berücksichtigen, ist es von Vorteil, wenn der optische Arbeitsabstand c, bei dem die Nadeln mit einer vorgegebenen Andruckkraft an den Kontaktpads anliegen, überwacht wird und bei Änderungen der Andruckkraft die dritte Position korrigiert wird.In order to take into account the wear of the needle tips in particular, it is advantageous if the optical working distance c, at which the needles rest against the contact pads with a predetermined contact force, is monitored and the third position is corrected if the contact force changes.

Indem die Änderung des optischen Arbeitsabstandes c langfristig über die Einsatzdauer des Kontaktierungsmoduls ermittelt wird, ist es vorteilhaft möglich für die Verfahrensdurchführung die Nadeln des Kontaktierungsmoduls gegen neue Nadeln zu ersetzen, wenn der optische Arbeitsabstand c einen vorgegebenen Minimalabstand unterschreitet.By determining the change in the optical working distance c over the long-term period of use of the contacting module, it is advantageously possible to replace the needles of the contacting module with new needles for the process implementation if the optical working distance c falls below a predetermined minimum distance.

Indem die optischen Signale die jeweilige Schnittstelle beim Einkoppeln vorteilhaft überstrahlen, werden insbesondere Lagetoleranzen der optischen Schnittstellen der Chips untereinander ausgeglichen.As the optical signals advantageously outshine the respective interface during coupling, position tolerances of the optical interfaces of the chips are compensated for.

Noch vorteilhafter ist es, wenn die über die jeweils einander zugeordneten Schnittstellen geleiteten optische Signale beim Einkoppeln eine Tophat-Verteilung ihrer Strahlungsintensität aufweisen.It is even more advantageous if the optical signals transmitted via the respective interfaces exhibit a tophat distribution of their radiation intensity when coupled in.

Vorteilhaft kann sich der dritte Ausrichtungsschritt unmittelbar an den zweiten Ausrichtungsschritt anschließen. Dadurch kann die Bearbeitungszeit minimiert werden. Ebenfalls vorteilhaft kann zwischen dem zweiten und dem dritten Ausrichtungsschritt ein vierter Ausrichtungsschritt vorgesehen sein, bei dem der Positioniertisch in -z-Richtung (d.h. in negative z-Richtung) in einen vierten Abstand d abgestellt wird, wobei der vierte Abstand d größer ist als der maximale Abstand I der Nadelspitzen zum Kontaktierungsmodul. Dadurch kann das Zerkratzen der Pads reduziert werden.Advantageously, the third alignment step can follow immediately after the second alignment step. This can minimize the processing time. Also advantageously, a fourth alignment step can be provided between the second and third alignment steps, in which the positioning table is placed in the -z direction (i.e. in the negative z direction) at a fourth distance d, the fourth distance d being greater than the maximum distance I of the needle tips to the contact module. This can reduce scratching of the pads.

Vorteilhaft können im zweiten Ausrichtungsschritt die Scanpositionen (xs[i], ys[i], zs[i]) in einer xy- Ebene (x, y, z2) liegen. Die Scanpositionen Ps[i] können dann (xs[i], ys[i], z2) sein.Advantageously, in the second alignment step, the scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]) can lie in an xy plane (x, y, z2). The scan positions Ps[i] can then be (xs[i], ys[i], z2).

Ebenfalls vorteilhaft können im zweiten Ausrichtungsschritt die Scanpositionen (xs[i], ys[i], zs[i]) in einer yz Ebene (x2, y, z) liegen. Die Scanpositionen Ps[i] können dann (x2, ys[i], zs[i]) sein. Die Scanpositionen können vorteilhaft so gewählt sein, dass z monoton steigt, d.h. z[i+1] ≥ z[i] ∀ i ∈ {1, 2, ..., imax-1}.Also advantageously, in the second alignment step, the scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]) can lie in a yz plane (x2, y, z). The scan positions Ps[i] can then be (x2, ys[i], zs[i]). The scan positions can advantageously be chosen so that z increases monotonically, i.e. z[i+1] ≥ z[i] ∀ i ∈ {1, 2, ..., imax-1}.

Ebenfalls vorteilhaft können im zweiten Ausrichtungsschritt die Scanpositionen (xs[i], ys[i], zs[i]) auf einer Linie (x2, y2, z) liegen. Die Scanpositionen Ps[i] können dann (x2, y2, zs[i]) sein. In diesem Fall kann auf eine Ausrichtung bezüglich y verzichtet werden.It is also advantageous if the scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]) lie on a line (x2, y2, z) in the second alignment step. The scan positions Ps[i] can then be (x2, y2, zs[i]). In this case, alignment with respect to y can be omitted.

Vorteilhaft kann wenigstens eines der optischen Elemente eines Chips einen elektrooptischen Sensor und /oder einen elektrooptischen Aktor und/oder einen elektrooptischen Modulator umfassen. Ein elektrooptisches Element kann elektrisch über zwei elektrische Schnittstellen kontaktiert sein. Ebenso kann es möglich sein, dass eine der elektrischen Schnittstellen durch einen Substratkontakt (Massekontakt) ersetzt wird. Bei Verwendung eines solchen Massekontakts kann eine elektrische Schnittstelle des elektrooptischen Elements für das Verfahren ausreichend sein. Beispielsweise kann die Anode eines elektrooptischen Elements auf Masse liegen und nur die Kathode über eine der elektrischen Schnittstelle geführt sein oder umgekehrt.Advantageously, at least one of the optical elements of a chip can comprise an electro-optical sensor and/or an electro-optical actuator and/or an electro-optical modulator. An electro-optical element can be electrically contacted via two electrical interfaces. It can also be possible for one of the electrical interfaces to be replaced by a substrate contact (ground contact). When using such a ground contact, one electrical interface of the electro-optical element can be sufficient for the method. For example, the anode of an electro-optical element can be connected to ground and only the cathode can be guided via one of the electrical interfaces, or vice versa.

Vorteilhaft kann der elektrooptische Sensor als eine Photodiode oder ein Phototransistor ausgebildet sein. Dann kann im zweiten Ausrichtungsschritt der Kopplungsgrad dadurch bestimmt werden, dass über die optische Schnittstelle des Kontaktiermoduls Licht in das dem optischen Sensor zugeordnete Umlenkelement gekoppelt wird und über die entsprechenden elektrischen Schnittstellen ein Photostrom gemessen wird. Der Kopplungsgrad kann aus dem Verhältnis des Photostroms zur vom Kontaktiermodul an der Schnittstelle ausgegebenen Lichtleistung bestimmt werden.The electro-optical sensor can advantageously be designed as a photodiode or a phototransistor. Then, in the second alignment step, the degree of coupling can be determined by coupling light into the deflection element assigned to the optical sensor via the optical interface of the contact module and measuring a photocurrent via the corresponding electrical interfaces. The degree of coupling can be determined from the ratio of the photocurrent to the light output by the contact module at the interface.

Vorteilhaft kann der elektrooptische Aktor als eine Lichtemitterdiode (LED) oder eine Laserdiode ausgebildet sein. Eine Lichtemitterdiode kann als herkömmliche Lichtemitterdiode oder als Superlumineszenzdiode ausgebildet sein. Bei einem elektrooptischen Aktor kann im zweiten Ausrichtungsschritt der Kopplungsgrad dadurch bestimmt werden, dass dem elektrooptischen Aktor über elektrische Schnittstellen ein Betriebsstrom zugeführt wird, wodurch der Aktor Licht erzeugt. Das erzeugte Licht wird über das zugeordnete Umlenkelement der optischen Schnittstelle des Kontaktiermoduls zugeführt und die eintreffende Lichtmenge gemessen. Der Kopplungsgrad kann aus dem Verhältnis des Photostroms zur vom optischen Element an der Schnittstelle ausgegebenen Lichtleistung bestimmt werden. Als Maß für die optische Lichtleistung kann der Betriebsstrom des optischen Elements herangezogen werden.The electro-optical actuator can advantageously be designed as a light emitting diode (LED) or a laser diode. A light emitting diode can be designed as a conventional light emitting diode or as a superluminescent diode. In an electro-optical actuator, the degree of coupling can be determined in the second alignment step by supplying an operating current to the electro-optical actuator via electrical interfaces, whereby the actuator generates light. The generated light is supplied to the optical interface of the contact module via the associated deflection element and the incoming amount of light is measured. The degree of coupling can be determined from the ratio of the photocurrent to the light output by the optical element at the interface. The operating current of the optical element can be used as a measure of the optical light output.

Vorteilhaft kann der elektrooptische Modulator als ein Mach-Zehnder-Interferometer ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Kopplungsgrad über zwei optische Schnittstellen gemessen werden. Zweckmäßigerweise kann dabei das Interferometer über eine an den entsprechenden elektrischen Schnittstellen angelegte Spannung in einen Durchlasszustand geschaltet werden.The electro-optical modulator can advantageously be designed as a Mach-Zehnder interferometer. In this case, the degree of coupling can be measured via two optical interfaces. The interferometer can expediently be switched to a conducting state via a voltage applied to the corresponding electrical interfaces.

Vorteilhaft kann im zweiten Ausrichtungsschritt wenigstens ein optischer Aktor als Sensor betrieben werden. Beispielsweise kann eine LED oder Laserdiode als eine Photodiode betrieben werden. Das kann den Vorteil haben, dass kein Betriebsstrom über die elektrischen Kontakte geleitet werden muss, sondern nur ein vergleichsweise geringer Photostrom, um den Kopplungsgrad zu bestimmen.Advantageously, in the second alignment step, at least one optical actuator can be used as a sensor For example, an LED or laser diode can be operated as a photodiode. This can have the advantage that no operating current needs to be passed through the electrical contacts, but only a comparatively low photocurrent to determine the degree of coupling.

AusführungsbeispieleExamples of implementation

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierzu zeigen:

  • 1a einen Chip eines ersten Ausführungsbeispiels nach dem ersten Ausrichtungsschritt in einer ersten Position zum Kontaktierungsmodul angeordnet,
  • 1b das erste Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausrichtungsschritt
  • 1c das erste Ausführungsbeispiel nach dem dritten Ausrichtungsschritt.
  • 2a einen Chip eines zweiten Ausführungsbeispiels nach dem ersten Ausrichtungsschritt in einer ersten Position zum Kontaktierungsmodul angeordnet,
  • 2b das zweite Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausrichtungsschritt
  • 2c das zweite Ausführungsbeispiel nach dem dritten Ausrichtungsschritt.
  • 3 den vierten Schritt einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels
  • 4 eine Scanvorschrift beim zweiten Ausrichtungsschritt.
  • 5 zeigt das dazugehörige Scanfeld
The invention will be explained in more detail below using exemplary embodiments with the aid of drawings.
  • 1a a chip of a first embodiment arranged in a first position relative to the contacting module after the first alignment step,
  • 1b the first embodiment in the second alignment step
  • 1c the first embodiment after the third alignment step.
  • 2a a chip of a second embodiment arranged in a first position relative to the contacting module after the first alignment step,
  • 2 B the second embodiment in the second alignment step
  • 2c the second embodiment after the third alignment step.
  • 3 the fourth step of a modification of the second embodiment
  • 4 a scanning instruction for the second alignment step.
  • 5 shows the corresponding scan field

Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren werden von auf einem Wafer angeordnete optoelektronische Chips 1 mit elektrischen Schnittstellen in Form von Kontaktpads 1.1 und hierzu fest angeordnete optische Schnittstellen in Form von optischen Umlenkelementen 1.2, z.B. Gitterkopplern oder Spiegeln, mit einem spezifischen Kopplungswinkel α getestet. Der spezifische Kopplungswinkel α stellt einen Winkel dar, den ein optisches Signal bzw. dessen Zentralstrahl mit einem Lot auf den Chip 1 einschließt. Er ist typischerweise größer 0° und kleiner 25°. Ein gängiger Wert für den spezifischen Koppelungswinkel α in Luft liegt z.B. bei 11,6° und bezieht sich auf die zur Kopplung in der Endanwendung des Chips verwendeten Glasfasern mit entsprechendem Keilanschliff.Using a method according to the invention, optoelectronic chips 1 arranged on a wafer with electrical interfaces in the form of contact pads 1.1 and optical interfaces arranged fixedly thereto in the form of optical deflection elements 1.2, e.g. grating couplers or mirrors, are tested with a specific coupling angle α. The specific coupling angle α represents an angle that an optical signal or its central beam encloses with a perpendicular to the chip 1. It is typically greater than 0° and less than 25°. A common value for the specific coupling angle α in air is e.g. 11.6° and refers to the glass fibers with the corresponding wedge cut used for coupling in the final application of the chip.

Dabei wird gleich einem Verfahren des Standes der Technik ein Wafer von einem in x -, y - und z- Richtung eines kartesischen Koordinatensystems gegenüber einem Kontaktierungsmodul 2, verstellbaren und um die z Achse drehbaren Positioniertisch 3 aufgenommen. Das Kontaktierungsmodul 2 verfügt neben über zu den Chips 1 zuordenbaren elektrische Schnittstellen 2.1 auch über hierzu zuordenbaren optische Schnittstellen 2.2. Die elektrischen Schnittstellen und die optischen Schnittstellen der Chips 1 werden im Waferverbund in unterschiedlichen Verfahrensschritten hergestellt, so dass sie jeweils untereinander zwar nur geringe Lagetoleranzen aufweisen, die durch die elektrischen Schnittstellen gebildete Anordnungen können jedoch gegenüber den durch die optischen Schnittstellen gebildete Anordnungen, insbesondere von Wafer zu Wafer, Toleranzabweichungen haben. Gleiches gilt für die Toleranzen des Kontaktiermoduls. Außerdem kann der Kopplungswinkel α toleranzbehaftet sein. Insbesondere kann sich der Kopplungswinkel von Wafer zu Wafer toleranzbedingt unterscheiden.In this case, similar to a prior art method, a wafer is picked up by a positioning table 3 that is adjustable in the x, y and z directions of a Cartesian coordinate system relative to a contacting module 2 and rotatable about the z axis. In addition to electrical interfaces 2.1 that can be assigned to the chips 1, the contacting module 2 also has optical interfaces 2.2 that can be assigned to them. The electrical interfaces and the optical interfaces of the chips 1 are manufactured in the wafer assembly in different process steps, so that although they each have only small positional tolerances among themselves, the arrangements formed by the electrical interfaces can have tolerance deviations from the arrangements formed by the optical interfaces, in particular from wafer to wafer. The same applies to the tolerances of the contacting module. In addition, the coupling angle α can be subject to tolerances. In particular, the coupling angle can differ from wafer to wafer due to tolerances.

In einem ersten Ausrichtungsschritt, wird der Wafer dem Kontaktierungsmodul 2 so zugestellt, dass die an dem Kontaktierungsmodul 2 vorhandenen elektrischen Schnittstellen in Form von Nadeln 1.1, in eine erste Position (Nominalposition), lotrecht oberhalb von vorbestimmten Stellen 1.4, welche den Mittelpunkten 1.3 der Kontaktpads 1.1 entsprechen, eines ersten der Chips 1 angeordnet werden. Während der Justierung weist der Kontaktierungsmodul in z-Richtung einen Justierabstand a auf, größer der freien Länge l der Nadeln 2.1 zu dem Chip 1, sodass es zu keinem Kontakt zwischen den Nadelspitzen der Nadeln 2.1 und den Kontaktpads 1.1 kommen kann. Das entspricht einer ersten Position (x1, y1, z1) mit einer z-Koordinate z1. Siehe hierzu 1a, wobei hier der Einfachheit halber, wie auch in den anderen Figuren, auf die Darstellung der Justierung in y-Richtung verzichtet wurde. Entsprechend sind Stellwege während einzelner Justierschritte nur als Stellwege in x-Richtung dargestellt. In einer nicht figürlich dargestellten Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels sind die vorbestimmten Stellen von den Mittelpunkten der Kontaktpads beabstandet angeordnet.In a first alignment step, the wafer is delivered to the contacting module 2 in such a way that the electrical interfaces in the form of needles 1.1 present on the contacting module 2 are arranged in a first position (nominal position), perpendicularly above predetermined locations 1.4, which correspond to the centers 1.3 of the contact pads 1.1, of a first of the chips 1. During the alignment, the contacting module has an alignment distance a in the z direction, greater than the free length l of the needles 2.1 to the chip 1, so that no contact can occur between the needle tips of the needles 2.1 and the contact pads 1.1. This corresponds to a first position (x1, y1, z1) with a z coordinate z1. See 1a , whereby for the sake of simplicity, as in the other figures, the representation of the adjustment in the y-direction has been omitted. Accordingly, adjustment paths during individual adjustment steps are only shown as adjustment paths in the x-direction. In a modification of this embodiment not shown in the figure, the predetermined locations are arranged at a distance from the centers of the contact pads.

Der Ablauf dieses ersten Justierschrittes erfolgt vorteilhaft gemäß einer aus der Praxis bekannten festen Routine. Dabei misst eine Kamera die Nadeln 2, durch Fokussierung auf die Nadelspitzen, und eine zweite Kamera misst die Kontaktpads 1.1 des Chips 1 ein. Beide Kameras sind vorher über ein Normal zueinander referenziert worden. Das ermöglicht anschließend die genaue Berechnung der optimalen Position (Nominalposition) der Nadeln 2 in Bezug auf die Kontaktpads 1.1 und damit die Positionierung des Kontaktmoduls 2 zum Chip 1. Meistens geschieht das über Regression und Extrapolation der Messwerte. Zudem wird zu jeder gefundenen Nadel 2 auch ein Kontaktpad 1.1 als Gegenstück erwartet. In diese Routine kann durch den Nutzer im Regelfall nicht eingegriffen werden. Auch können meist keine alternativen Strukturen wie Justiermarken etc. für die Positionierung verwendet werden. Über die Kameras wird nicht nur die x-y Position sowie eine Verdrehung um die z-Achse korrigiert, sondern auch die z-Position ermittelt. Bezugspunkte für die Nadeln 2.1 sind deren Nadelspitzen 2.3.The process of this first adjustment step is advantageously carried out according to a fixed routine known from practice. One camera measures the needles 2 by focusing on the needle tips, and a second camera measures the contact pads 1.1 of the chip 1. Both cameras have previously been referenced to each other via a standard. This then enables the precise calculation of the optimal position (nominal position) of the needles 2 in relation to the contact pads 1.1 and thus the positioning of the contact module 2 to the chip 1. This is usually done via regression and extrapolation of the measured values. In addition, a contact pad 1.1 is expected as a counterpart for each needle 2 found. The user cannot usually intervene in this routine. Also, alternative structures such as jus animal tags etc. can be used for positioning. The cameras not only correct the xy position and a rotation around the z-axis, but also determine the z-position. The reference points for the needles 2.1 are their needle tips 2.3.

Es ist dem Fachmann klar, dass aufgrund von Lagetoleranzen der Nadelspitzen 2.3 zueinander und der Mittelpunkte der Kontaktpads 1.1 zueinander zeitgleich nicht wirklich alle Nadelspitzen exakt oberhalb der Mittelpunkte der Kontaktpads 1.1 angeordnet werden können und man letztendlich eine Position einjustiert in der die mittlere Abweichung am geringsten ist. Die Lagetoleranz der elektrischen Schnittstellen zueinander, ist jedoch vernachlässigbar klein im Vergleich zu der Lagetoleranz der Anordnung der elektrischen Schnittstellen zu der Anordnung der optischen Schnittstellen eines Chips 1, was seine Ursache insbesondere darin hat, dass die elektrischen Schnittstellen und die optischen Schnittstellen nacheinander mit unterschiedlichen Prozessschritten hergestellt werden. Gleiches gilt für die Toleranzen des Kontaktiermoduls. Außerdem kann der Kopplungswinkel α toleranzbehaftet sein. Insbesondere kann sich der Kopplungswinkel von Wafer zu Wafer toleranzbedingt unterscheiden.It is clear to the person skilled in the art that due to positional tolerances of the needle tips 2.3 relative to one another and the centers of the contact pads 1.1 relative to one another, not all needle tips can actually be arranged exactly above the centers of the contact pads 1.1 at the same time and that ultimately a position is adjusted in which the average deviation is the smallest. The positional tolerance of the electrical interfaces relative to one another is, however, negligible compared to the positional tolerance of the arrangement of the electrical interfaces relative to the arrangement of the optical interfaces of a chip 1, which is caused in particular by the fact that the electrical interfaces and the optical interfaces are manufactured one after the other using different process steps. The same applies to the tolerances of the contact module. In addition, the coupling angle α can be subject to tolerances. In particular, the coupling angle can differ from wafer to wafer due to tolerances.

Da die Herstellung der elektrischen Schnittstellen bzw. die Herstellung der optischen Schnittstellen für alle Chips eines Wafers jeweils in einem Verfahrensablauf erfolgt ist die Lageabweichung zwischen den Anordnungen der elektrischen Schnittstellen und den Anordnungen der optischen Schnittstellen einzelner Chips eines Wafers wenigstens annähernd gleich.Since the production of the electrical interfaces or the production of the optical interfaces for all chips of a wafer takes place in one process sequence, the positional deviation between the arrangements of the electrical interfaces and the arrangements of the optical interfaces of individual chips of a wafer is at least approximately the same.

Nachdem die Anordnung der elektrischen Kontakte des Chips 1 (Nadeln 2.1) zu den elektrischen Kontakten des Kontaktierungsmodul 2 (Kontaktpads 1) ausgerichtet ist, weicht die tatsächliche Position der optischen Schnittstellen des Chips zu den optischen Schnittstellen am Kontaktierungsmodul 2.2 aufgrund verschiedener Ursachen von einer Solllage ab, siehe 1a.After the arrangement of the electrical contacts of the chip 1 (needles 2.1) is aligned with the electrical contacts of the contacting module 2 (contact pads 1), the actual position of the optical interfaces of the chip to the optical interfaces on the contacting module 2.2 deviates from a target position due to various reasons, see 1a .

So weicht erstens die Lage der optischen Schnittstellen am Chip 1 von ihrer Sollposition in x-, y-, z- und um die z-Richtung statistisch veränderlich bei jedem Wafer ab, während die Abweichungen um die x- und um die y-Richtung durch die Ausrichtung des Positioniertisches 3 nach erfolgter Lagefixierung des Chips 1 und damit des Wafers als unveränderlich angenommen werden können (systematische Abweichungen). Außerdem kann der Kopplungswinkel von einem Sollwinkel abweichen.Firstly, the position of the optical interfaces on the chip 1 deviates from their target position in the x, y, z and z directions in a statistically variable manner for each wafer, while the deviations in the x and y directions can be assumed to be unchangeable due to the alignment of the positioning table 3 after the position of the chip 1 and thus of the wafer has been fixed (systematic deviations). In addition, the coupling angle can deviate from a target angle.

Zweitens gibt es eine Abweichung der Lage der optischen Schnittstellen am Kontaktierungsmodul 2.2 von einer Solllage in Bezug zu den Nadeln 2.1, abhängig von der Montagegenauigkeit des optischen Moduls, welches integraler Bestandteil des Kontaktierungsmoduls ist. Dies betrifft nicht nur Lageabweichungen in x-, y- und z- Richtung, sondern auch Verkippungen um die z-, sowie um die x- und um die y-Richtung. Es handelt sich bei allen 6 Parametern um montagebedingte, systematische Abweichungen.Secondly, there is a deviation in the position of the optical interfaces on the contact module 2.2 from a target position in relation to the needles 2.1, depending on the assembly accuracy of the optical module, which is an integral part of the contact module. This affects not only positional deviations in the x, y and z directions, but also tilting in the z, x and y directions. All 6 parameters are assembly-related, systematic deviations.

Und drittens kommt es über die Lebensdauer des Kontaktierungsmoduls 2 zu veränderlichen Abweichungen. Der Grund dafür ist die mechanische Abnutzung und damit Formänderung der Nadelspitzen sowie mögliche Verbiegungen und der daraus resultierenden Änderung im Fitergebnis.And thirdly, there are variable deviations over the service life of the contact module 2. The reason for this is the mechanical wear and tear and thus the change in shape of the needle tips as well as possible bending and the resulting change in the fit result.

Über die Kameramessung korrigiert der Positioniertisch 3 de facto die Position des gesamten Kontaktierungsmoduls 2 zum Chip/Wafer entsprechend nach - und ändert damit auch aufgrund des spezifischen Kopplungswinkels des jeweiligen optischen Umlenkelementes, insbesondere eines Gitterkopplers, die Position der Anordnung der optischen Schnittstellen des Kontaktierungsmoduls 2.2 zu der Anordnung der optischen Schnittstellen am Chip 1.Using the camera measurement, the positioning table 3 de facto corrects the position of the entire contacting module 2 to the chip/wafer accordingly - and thus also changes the position of the arrangement of the optical interfaces of the contacting module 2.2 to the arrangement of the optical interfaces on the chip 1 due to the specific coupling angle of the respective optical deflection element, in particular a grating coupler.

Ausgehend von der ersten Position (x1, y1, z1) wird in einem zweiten Ausrichtungsschritt (siehe hierzu 1b) eine zweite Position (x2, y2, z2) ermittelt. Dazu wird zunächst der Positioniertisch (3) dem Kontaktierungsmodul (2) in z-Richtung in einen zweiten Abstand (b) zugestellt, bei dem die Nadelspitzen (2.1) an den Kontaktpads (1.1) anliegen. Dadurch wird bewirkt, dass über die jeweils einander zugeordneten Schnittstellen elektrische Signale und über die jeweils einander zugeordneten optischen Schnittstellen optische Signale übertragbar sind. Nun erfolgt im zweiten Ausrichtungsschritt eine relative Ausrichtung der optischen Umlenkelemente (1.2) zu den an dem Kontaktierungsmodul (2) vorhandenen optischen Schnittstellen (2.2). Dabei wird in einem Scanfeld (4, 5) kleiner einer xy- Ausdehnung der Kontaktpads (1.1) der Positioniertisch (3) in Scanpositionen Ps[i] = (xs[i], ys[i], z2) innerhalb eines Scanbereichs (4, 5) gegenüber den x- und/oder y Koordinaten der ersten Position in x-Richtung (4) und y-Richtung (5) ausgelenkt. Der Scan erfolgt also in einer xy- Ebene. In weiteren nicht figürlich dargestellten Abwandlungen des Beispiels kann der Scan außerdem eine Zustellung in z-Richtung umfassen, beispielsweise kann der Scan in einer yz-Ebene erfolgen.Starting from the first position (x1, y1, z1), a second alignment step (see 1b) a second position (x2, y2, z2) is determined. To do this, the positioning table (3) is first moved to the contacting module (2) in the z direction to a second distance (b) at which the needle tips (2.1) rest against the contact pads (1.1). This means that electrical signals can be transmitted via the interfaces assigned to one another and optical signals can be transmitted via the optical interfaces assigned to one another. In the second alignment step, the optical deflection elements (1.2) are aligned relative to the optical interfaces (2.2) present on the contacting module (2). In a scan field (4, 5) smaller than an xy extension of the contact pads (1.1), the positioning table (3) is deflected in scan positions Ps[i] = (xs[i], ys[i], z2) within a scan area (4, 5) relative to the x and/or y coordinates of the first position in the x direction (4) and y direction (5). The scan is therefore carried out in an xy plane. In other modifications of the example not shown in the figure, the scan can also include a feed in the z direction, for example the scan can be carried out in a yz plane.

An den Scanpositionen (xs[i], ys[i], zs[i]) wird über wenigstens eine -hier zwei- der optischen Schnittstellen des Kontaktierungsmoduls (2.2) und eines der optischen Umlenkelemente (1.2) ein optisches Signal gekoppelt.At the scanning positions (xs[i], ys[i], zs[i]) an optical signal is coupled via at least one -here two- of the optical interfaces of the contacting module (2.2) and one of the optical deflection elements (1.2).

Die zweite Position (x2, y2, z2) ist dadurch definiert, dass das optische Signal mit einem maximalen Kopplungsgrad gekoppelt wird, wobei der Kopplungsgrad mittels wenigstens eines über wenigstens eine elektrische Schnittstelle (1.2, 2.1) übertragenen elektrischen Signals bestimmt wird. Für eine Photodiode werden zwei der drei dargestellten elektrischen Schnittstellen benutzt. Alternativ kann eine der beiden benutzten Schnittstellen durch einen Substratkontakt des Wafers ersetzt werden. Werden mehrere optische Schnittstellen gleichzeitig gekoppelt, kann der Mittelwert des Kopplungsgrades aus mehreren Schnittstellen zur weiteren Betrachtung verwendet werden.The second position (x2, y2, z2) is defined by coupling the optical signal with a maximum coupling degree, where the The coupling degree is determined by means of at least one electrical signal transmitted via at least one electrical interface (1.2, 2.1). Two of the three electrical interfaces shown are used for a photodiode. Alternatively, one of the two interfaces used can be replaced by a substrate contact of the wafer. If several optical interfaces are coupled simultaneously, the average value of the coupling degree from several interfaces can be used for further analysis.

In der Darstellung liegt die zweite Position an der von x1 verschiedenen x-Koordinate x2. Siehe hierzu 1b. Die zweite Position braucht nicht angefahren zu werden, es reicht aus, wenn diese beispielsweise mittels Regression aus den Kopplungsgraden an den Scanpositionen ermittelt ist.In the illustration, the second position is at the x-coordinate x2, which is different from x1. See 1b The second position does not need to be approached; it is sufficient if it is determined, for example, by means of regression from the coupling degrees at the scan positions.

In einem dritten Ausrichtungsschritt wird der erste der Chips (1) an eine dritte Position (x3, y3, z3) gebracht wird, indem zunächst die x3-und y3-Koordinate des Positioniertisches eingestellt und anschließend in z-Richtung in einen dritten Abstand c, welcher kleiner als der zweite Abstand b ist, zugestellt wird. Dabei liegen die Nadelspitzen (2.3) an den Kontaktpads (1.1) mit einer vorbestimmten Andruckkraft an, wie in 1c dargestellt ist. Das wird erreicht indem der optische Arbeitsabstand kleiner der freien Länge der Nadeln I gewählt wird. Die Differenz wird als Overtravel oder auch Overdrive bezeichnet. Dabei können die Nadeln beispielsweise elastisch knicken oder einfedern. Ein elastisches Knicken ist hier übertrieben dargestellt, um den Effekt zu veranschaulichen. Im zweiten Ausrichtungsschritt wird ein kleinerer Overtravel gewählt als beim dritten Ausrichtungsschritt. Der zweite Abstand b ist größer als der dritte Abstand c. Dadurch können die Kontaktpads beim Scan geschont werden.In a third alignment step, the first of the chips (1) is brought to a third position (x3, y3, z3) by first setting the x3 and y3 coordinates of the positioning table and then moving it in the z direction to a third distance c, which is smaller than the second distance b. The needle tips (2.3) are in contact with the contact pads (1.1) with a predetermined pressure force, as shown in 1c This is achieved by selecting an optical working distance smaller than the free length of the needles I. The difference is referred to as overtravel or overdrive. The needles can, for example, bend or compress elastically. Elastic bending is exaggerated here to illustrate the effect. In the second alignment step, a smaller overtravel is selected than in the third alignment step. The second distance b is larger than the third distance c. This means that the contact pads can be protected during scanning.

Mit dem Overtravel wird ein sicherer elektrischer Kontakt der Nadeln mit den Kontaktpads gewährleistet (geringer Kontaktwiderstand). Nach dem ersten leichten Kontakt der Nadeln mit den Kontaktpads wird der Wafer im dritten Ausrichtungsschritt noch um einige 10µm in z-Richtung nach oben gefahren. Damit werden zwei Sachen erreicht. Einerseits wird damit ein Durchbrechen von ggf. vorhandenen Oxidoberflächen bewirkt, so dass ein reproduzierbarer, niederohmiger Kontakt erreicht wird. Andererseits wird durch den Overtravel ein konstanter Anpressdruck der Nadeln erzeugt, da die Nadeln aufgrund des zusätzlichen Stellweges entsprechend einfedern und eine Andruckkraft auf das Kontaktpad ausüben. Diese Andruckkraft ist je nach verwendetem Nadeltyp unterschiedlich, man kann aber größenordnungsmäßig von ca. 0,03 N pro Nadel ausgehen. Typischerweise wird der Overtravel in Vielfachen von MIL angegeben (amerik. 1mil = 1/1000 Zoll = 0,0254mm)The overtravel ensures a secure electrical contact between the needles and the contact pads (low contact resistance). After the first light contact between the needles and the contact pads, the wafer is moved upwards by a few 10µm in the z-direction in the third alignment step. This achieves two things. On the one hand, this causes any oxide surfaces that may be present to break through, so that a reproducible, low-resistance contact is achieved. On the other hand, the overtravel creates a constant contact pressure for the needles, as the needles spring in accordingly due to the additional travel and exert a pressure on the contact pad. This pressure force varies depending on the type of needle used, but one can assume a magnitude of around 0.03 N per needle. The overtravel is typically specified in multiples of MIL (American 1mil = 1/1000 inch = 0.0254mm)

Bei einem Kontaktierungsmodul, bei dem die Anordnung der Nadel eine feste Lage zu den optischen Schnittstellen aufweist, muss der Wert des Overtravels bei der finalen Justierung des Chips berücksichtigt werden, sodass im kontaktierten Zustand sichergestellt wird, dass ein optischer Arbeitsabstand zwischen den optischen Schnittstellen des Kontaktierungsmoduls und dem Chip gegeben ist, beim dem eine maximale Einkopplung der optischen Signale gegeben ist. Die dritte Position (x3, y3, z3) wird aus der zweiten Position und dem Kopplungswinkel (α) des betreffenden optischen Umlenkelementes (1.2) für den dritten Abstand (c) bereits vor dem dritten Ausrichtungsschritt berechnet. Dadurch ist es möglich, zuerst die x-und y-Koordinaten der dritten Position einzustellen und danach die z-Koordinate auf den gewünschten Arbeitsabstand c zuzustellen. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Nadeln die Pads zerkratzen.In a contacting module in which the arrangement of the needle has a fixed position in relation to the optical interfaces, the value of the overtravel must be taken into account in the final adjustment of the chip so that, in the contacted state, it is ensured that there is an optical working distance between the optical interfaces of the contacting module and the chip at which maximum coupling of the optical signals is possible. The third position (x3, y3, z3) is calculated from the second position and the coupling angle (α) of the relevant optical deflection element (1.2) for the third distance (c) before the third alignment step. This makes it possible to first set the x and y coordinates of the third position and then adjust the z coordinate to the desired working distance c. This prevents the needles from scratching the pads.

Um den optischen Arbeitsabstand c einzustellen wird der Chip in die dritte Position gebracht. In dieser ist der finale Justierzustand hergestellt, in dem sowohl die elektrischen als auch die optischen Schnittstellen von Chip und Kontaktierungsmodul bestmöglich zueinander ausgerichtet sind, das heißt eine bestmögliche Messfähigkeit der optischen Signalflüsse gegeben ist (Maximum-Position der optischen Kopplung), wobei auch der elektrische Signalfluss gegeben ist. Zur Prüfung des Chips werden anschließend über die jeweils einander zugeordneten Schnittstellen elektrische bzw. optische Signale geleitet.To set the optical working distance c, the chip is brought into the third position. This is the final adjustment state in which both the electrical and optical interfaces of the chip and contact module are aligned with each other as best as possible, i.e. the optical signal flow can be measured as best as possible (maximum position of the optical coupling), whereby the electrical signal flow is also present. To test the chip, electrical or optical signals are then passed through the interfaces assigned to each other.

Der Justierweg von der ersten Position (Nominalposition) in die dritte Position (Maximum-Position der optischen Kopplung) stellt einen Versatz (Offset) dar (in 1c, als Koordinaten Vergleich der Koordinaten x3 zu x1 und x2 sowie als Koordinate z3 dargestellt) der vorteilhaft gespeichert wird und bei der Einjustierung aller weiteren Chips auf diesem Wafer mitberücksichtigt wird. D.h. die Nominalposition des Positioniertisches wird um den entsprechenden Versatz als Differenz x3-x1 in x- Richtung (siehe 1c) und Differenz y3-y1 in y- Richtung (nicht dargestellt) korrigiert. Das setzt jedoch eine entsprechend Verschiebung der Nadeln über den Kontaktpads voraus, die noch tolerierbar ist.The adjustment path from the first position (nominal position) to the third position (maximum position of the optical coupling) represents an offset (in 1c , shown as coordinate comparison of the coordinates x3 to x1 and x2 and as coordinate z3) which is advantageously stored and taken into account when adjusting all other chips on this wafer. This means that the nominal position of the positioning table is adjusted by the corresponding offset as the difference x3-x1 in the x-direction (see 1c ) and difference y3-y1 in the y-direction (not shown). However, this requires a corresponding displacement of the needles over the contact pads, which is still tolerable.

Diese Prozedur muss nur einmal pro Wafer oder auch in nur größeren zeitlichen Abständen durchgeführt werden.This procedure only needs to be performed once per wafer or at longer intervals.

Zudem kann dieser Versatzwert (Offset-Wert), d.h. die Differenz x3-x1 sowie die Differenz y3-y1 und seine Änderungen über die Zeit beobachtet werden und lässt damit Aussagen über die Abnutzung und damit verbundene Veränderung der Nadeln zu.In addition, this offset value, i.e. the difference x3-x1 as well as the difference y3-y1 and its changes over time can be observed and thus allows statements to be made about the wear and associated changes in the needles.

Zu Erhöhung der Genauigkeit der Bestimmung des Versatzes kann der Rasterscan auch an mehreren Chips des Wafers vor Beginn der Prüfung aller Chips des Wafers durchgeführt und die Ergebnisse gemittelt werden.To increase the accuracy of the offset determination, the raster scan can also be performed on several chips of the wafer before starting the inspection of all chips of the wafer and the results averaged.

Der benötigte Overtravel, d.h. die Differenz c-I, kann sich über die Lebensdauer des Kontaktierungsmoduls aufgrund eines „Einlaufens“ oder durch Abnutzung der Nadeln ändern, womit sich der Arbeitsabstand c verringert.The required overtravel, i.e. the difference c-I, can change over the lifetime of the contacting module due to “running in” or wear of the needles, which reduces the working distance c.

Die direkte Überwachung des optischen Arbeitsabstandes ist wichtig, um die definierten optischen Kopplungseigenschaften zwischen dem Kontaktierungsmodul und dem Chip zu gewährleisten (Messfähigkeit) und Kollisionen der optischen Schnittstellen von Kontaktierungsmodul und Chips zu verhindern (wenige 10-100µm Abstand im Betrieb).The direct monitoring of the optical working distance is important to ensure the defined optical coupling properties between the contacting module and the chip (measurement capability) and to prevent collisions of the optical interfaces of the contacting module and chips (a few 10-100 µm distance during operation).

Dafür kann ein fest im Kontaktierungsmodul integrierter Abstandssensor verwendet werden, z.B. ein kapazitiver Abstandssensor. Dieser ermöglicht eine Kontrolle des realen optischen Arbeitsabstandes. In Kombination mit einer aktiven Regelung kann der Arbeitsabstand durch Verfahren des Positioniertisches in z-Richtung aktiv nachgeregelt werden und bei Bedarf ein Hard Stop für die Unterschreitung eines Mindestarbeitsabstandes einprogrammiert werden, z.B. um eine Kollision durch Fehlbedienung des Operators zu vermeiden.A distance sensor that is permanently integrated into the contact module can be used for this purpose, e.g. a capacitive distance sensor. This enables the real optical working distance to be monitored. In combination with an active control, the working distance can be actively adjusted by moving the positioning table in the z direction and, if necessary, a hard stop can be programmed in if a minimum working distance is not reached, e.g. to avoid a collision due to incorrect operation by the operator.

Typischerweise ist eine Veränderung der Nadelspitzenpositionen bei der Erstinbetriebnahme des Kontaktierungsmoduls zu erwarten (Einlaufverhalten). Dies kann durch eine mehrfache Kontaktsimulation vor der Einjustierung eines ersten Chips vorweggenommen werden (Voraltern), womit der Wert des einzustellenden Versatzes reduziert werden kann.Typically, a change in the needle tip positions is to be expected when the contact module is first put into operation (run-in behavior). This can be anticipated by multiple contact simulations before adjusting a first chip (pre-aging), which can reduce the value of the offset to be set.

Üblicherweise weisen alle optischen Schnittstellen der Chips, verkörpert durch Gitterkoppler, Kopplungswinkel mit einem gleichen Winkelbetrag und einer gleichen Ausrichtung auf, so dass sich aus einer Änderung des optischen Arbeitsabstandes Δb entsprechend eine gleiche relative Änderung ΔX der optimalen Koppelposition für alle optischen Schnittstellen ergibt.Typically, all optical interfaces of the chips, embodied by grating couplers, have coupling angles with the same angular magnitude and the same orientation, so that a change in the optical working distance Δb results in an equal relative change ΔX of the optimal coupling position for all optical interfaces.

Typischerweise liegt die Änderung des optischen Arbeitsabstandes Δb im Bereich <50µm. Bei einer Änderung des optischen Arbeitsabstandes von beispielsweise 10µm und einem Kopplungswinkel α von 11.6° in der x-z-Ebene ergäbe sich damit in x-Richtung eine Änderung der optimalen Koppelposition Δx von 2µm. Bei einer Änderung des optischen Arbeitsabstandes Δb von 20µm ergäbe sich in x-Richtung eine Änderung der optimalen Koppelposition ein Δx von 4µm. Dies kann durch die oben beschriebene Korrektur noch abgefangen werden, d.h. der Positioniertisch wird in x-Richtung per Steuerbefehl unter der Annahme nachkorrigiert, dass die Nadeln immer noch ausreichend sicher auf die Kontaktpads treffen.Typically, the change in the optical working distance Δb is in the range <50µm. If the optical working distance changes by, for example, 10µm and the coupling angle α is 11.6° in the x-z plane, this would result in a change in the optimal coupling position Δx of 2µm in the x-direction. If the optical working distance Δb changes by 20µm, this would result in a change in the optimal coupling position Δx of 4µm in the x-direction. This can be compensated for by the correction described above, i.e. the positioning table is corrected in the x-direction using a control command, assuming that the needles still hit the contact pads with sufficient reliability.

Die Anforderungen an die Genauigkeit der Justierschritte kann reduziert werden, wenn die zur Prüfung des Chips über die jeweils einander zugeordneten Schnittstellen geleiteten optische Signale die einkoppelnde Schnittstelle jeweils überstrahlen.The requirements for the accuracy of the adjustment steps can be reduced if the optical signals transmitted for testing the chip via the respective associated interfaces outshine the coupling interface.

2a zeigt einen Chip eines zweiten Ausführungsbeispiels nach dem ersten Ausrichtungsschritt in einer ersten Position zum Kontaktierungsmodul angeordnet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel werden hier Cantilever-Nadeln 2.1 eingesetzt. In einem ersten Ausrichtungsschritt wird der Wafer dem Kontaktierungsmodul (2) so zugestellt, dass die Nadelspitzen (2.3) in einer ersten Position (x1, y1, z1) jeweils in z-Richtung beabstandet über einer vorbestimmten Stelle (1.4) des zugeordneten Kontaktpads (1.1) eines ersten der Chips (1) angeordnet sind, wobei das Kontaktierungsmodul (2) in z-Richtung einen ersten Abstand (a) zu dem ersten der Chips (1) aufweist, wobei der erste Abstand (a) größer ist als ein maximaler Abstand (I) der Nadelspitzen (2.3) zum Kontaktierungsmodul (2). Die vorbestimmten Stellen 1.4 sind hier außerhalb der Mitten 1.3 der Kontaktpads 1.1 vorgesehen. 2a shows a chip of a second embodiment after the first alignment step arranged in a first position relative to the contacting module. In contrast to the first embodiment, cantilever needles 2.1 are used here. In a first alignment step, the wafer is fed to the contacting module (2) such that the needle tips (2.3) are arranged in a first position (x1, y1, z1) each spaced apart in the z direction above a predetermined point (1.4) of the associated contact pad (1.1) of a first of the chips (1), wherein the contacting module (2) has a first distance (a) in the z direction from the first of the chips (1), wherein the first distance (a) is greater than a maximum distance (I) of the needle tips (2.3) from the contacting module (2). The predetermined points 1.4 are provided here outside the centers 1.3 of the contact pads 1.1.

2b zeigt das zweite Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausrichtungsschritt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist hier ein yz- Scan über einen Scanbereich in y Richtung 5 und z-Richtung 6 mit einer festen Koordinate x2=x1 vorgesehen. Hier kann der Scan vorteilhaft nach Überschreiten des maximalen Kopplungsgrades bei z2 abgebrochen werden. In einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels erfolgt der Scan bei fester y-Koordinate y2=y1, dabei handelt es sich um einen Linienscan. In einer weiteren Abwandlung erfolgt der Scan bei fester z-Koordinate in einer xy-Ebene. 2 B shows the second embodiment in the second alignment step. In contrast to the first embodiment, a yz scan is provided here over a scan area in the y direction 5 and z direction 6 with a fixed coordinate x2=x1. Here, the scan can advantageously be aborted after the maximum degree of coupling at z2 is exceeded. In a modification of the second embodiment, the scan is carried out with a fixed y coordinate y2=y1, which is a line scan. In a further modification, the scan is carried out with a fixed z coordinate in an xy plane.

2c zeigt das zweite Ausführungsbeispiel nach dem dritten Ausrichtungsschritt. Bei den Cantilever-Nadeln kann die Andruckkraft mittels elastischer Biegung aufgebracht werden. Der Dritte Ausrichtungsschritt erfolgt unmittelbar nach dem zweiten. 2c shows the second embodiment after the third alignment step. With the cantilever needles, the pressure force can be applied by means of elastic bending. The third alignment step takes place immediately after the second.

3 zeigt einen vierten Ausrichtungsschritt einer weiteren Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels. Hier wird der der Positioniertisch in -z-Richtung in einen vierten Abstand d abgestellt, wobei der vierte Abstand d größer ist als der maximale Abstand I der Nadelspitzen (2.3) zum Kontaktierungsmodul (2). Der vierte Ausrichtungsschritt erfolgt zwischen dem zweiten und dritten Ausrichtungsschritt. 3 shows a fourth alignment step of a further modification of the second embodiment. Here, the positioning table is set in the -z direction at a fourth distance d, whereby the fourth distance d is greater than the maximum distance I of the needle tips (2.3) to the contacting module (2). The fourth alignment step occurs between the second and third alignment steps.

4 zeigt eine Scanvorschrift eines yz-Scans beim zweiten Ausrichtungsschritt. Auf der Abszisse ist die z- Koordinate der Bahnkurve des Scans abzüglich der Koordinate z2 der zweiten Position aufgetragen. Auf der Ordinate ist die y Koordinate der Bahnkurve des Scans abzüglich der Koordinate y2 der zweiten Position aufgetragen. Die Bahnkurve (yz- Pfad) ist als dicke Linie im Diagramm dargestellt, deren Durchlaufrichtung ist mit Pfeilen angedeutet. Dabei sind die Scanpositionen der Reihe nach an den Ecken der eingezeichneten Bahnkurve gewählt. Der Scan beginnt in der Darstellung Mitte rechts an der zweiten Position (x2, y2, z2). Es werden 55 Scanpositionen verwendet. Die z-Koordinate steigt in 54 Schritten zu abwechselnd je 1µm und 0µm monoton an. Die y-Koordinate bewegt sich in Schrittweiten von -1µm, 0µm und 1µm in der dargestellten Weise zwischen y2-3µm und y2+3µm. Der Scanbereich beträgt 6µm in y- Richtung und 27µm in z-Richtung. Der Weg von 28µm in z-Richtung ist bei spezifischen Kopplungswinkel α=11,6° äquivalent zu einem Strahlversatz in x-Richtung von 5,5µm. Der in 5 dargestellte Scanbereich 7 ist das umrandende Polygon der Scanpositionen. Er ist flächig in einer yz-Ebene ausgebildet. Das Scanfeld (nicht figürlich dargestellt) als senkrechte z-Projektion des Scanbereichs wäre hier eindimensional (linienförmig) in y-Richtung verlaufend. 4 shows a scanning specification for a yz scan in the second alignment step. The z coordinate of the scan trajectory minus the z2 coordinate of the second position is plotted on the abscissa. The y coordinate of the scan trajectory minus the y2 coordinate of the second position is plotted on the ordinate. The trajectory (yz path) is shown as a thick line in the diagram, the direction of travel indicated by arrows. The scan positions are selected one after the other at the corners of the drawn trajectory. The scan begins in the middle right of the illustration at the second position (x2, y2, z2). 55 scan positions are used. The z coordinate increases monotonically in 54 steps, alternating between 1 µm and 0 µm. The y coordinate moves in step sizes of -1 µm, 0 µm and 1 µm in the manner shown between y2-3 µm and y2+3 µm. The scanning range is 6µm in the y-direction and 27µm in the z-direction. The path of 28µm in the z-direction is equivalent to a beam offset in the x-direction of 5.5µm at a specific coupling angle α=11.6°. The 5 The scan area 7 shown is the polygon surrounding the scan positions. It is formed flat in a yz plane. The scan field (not shown in the figure) as a vertical z-projection of the scan area would be one-dimensional (linear) running in the y-direction.

In einer nicht figürlich dargestellten Abwandlung der in 4 und 5 dargestellten Scanvorschrift bleibt die y-Koordinate fest und der Scan erfolgt als Linienscan in z-Richtung. Dann wäre das Scanfeld punktförmig.In a non-figuratively represented variation of the 4 and 5 In the scanning rule shown, the y-coordinate remains fixed and the scan is performed as a line scan in the z-direction. The scan field would then be point-shaped.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Chipchip
1.11.1
KontaktpadContact pad
1.21.2
optisches Umlenkelementoptical deflection element
1.31.3
Mitte des KontaktpadsCenter of the contact pad
1.41.4
vorbestimmte Stellepredetermined location
22
KontaktierungsmodulContacting module
2.12.1
Nadelneedle
2.22.2
optische Schnittstelle am Kontaktierungsmoduloptical interface on the contact module
2.32.3
NadelspitzeNeedle tip
33
PositioniertischPositioning table
44
x- Scanbereichx- Scan range
55
y- Scanbereichy- scan range
66
z- Scanbereichz- scan range
77
ScanbereichScan area
αα
KopplungswinkelCoupling angle
aa
erster Abstandfirst distance
bb
zweiter Abstandsecond distance
cc
dritter Abstandthird distance
ll
freie Länge der Nadelfree length of the needle

Claims (11)

Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips (1), mit elektrischen Schnittstellen in Form von Kontaktpads (1.1) und hierzu fest angeordneten optischen Elementen, welche optische Schnittstellen in Form von optischen Umlenkelementen (1.2) mit einem spezifischen Kopplungswinkel (α) umfassen, bei dem der Wafer von einem Positioniertisch (3) aufgenommen wird, der in x-, y- und z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems gegenüber einem Kontaktierungsmodul (2) verstellbar und um die z-Achse drehbar ist, wobei das Kontaktierungsmodul (2) den Kontaktpads (1.1) zugeordnete elektrische Schnittstellen in Form von Nadeln (2.1) mit Nadelspitzen (2.3) und den optischen Umlenkelementen (1.2) zugeordnete optische Schnittstellen (2.2) aufweist, und • in einem ersten Ausrichtungsschritt der Wafer dem Kontaktierungsmodul (2) so zugestellt wird, dass die Nadelspitzen (2.3) in einer ersten Position (x1, y1, z1) jeweils in z-Richtung beabstandet über einer vorbestimmten Stelle (1.4) des zugeordneten Kontaktpads (1.1) eines ersten der Chips (1) angeordnet sind, wobei das Kontaktierungsmodul (2) in z-Richtung einen ersten Abstand (a) zu dem ersten der Chips (1) aufweist, wobei der erste Abstand (a) größer ist als ein maximaler Abstand (I) der Nadelspitzen (2.3) zum Kontaktierungsmodul (2), • ausgehend von der ersten Position (x1, y1, z1) in einem zweiten Ausrichtungsschritt eine zweite Position (x2, y2, z2) ermittelt wird, indem der Positioniertisch (3) dem Kontaktierungsmodul (2) in z-Richtung in einen zweiten Abstand (b) zugestellt wird, bei dem die Nadelspitzen (2.1) an den Kontaktpads (1.1) anliegen, so dass über die jeweils einander zugeordneten Schnittstellen elektrische Signale und über die jeweils einander zugeordneten optischen Schnittstellen optische Signale übertragbar sind, wobei im zweiten Ausrichtungsschritt eine relative Ausrichtung der optischen Umlenkelemente (1.2) zu den an dem Kontaktierungsmodul (2) vorhandenen optischen Schnittstellen (2.2) erfolgt, indem in einem Scanfeld (4, 5) kleiner einer xy- Ausdehnung der Kontaktpads (1.1) der Positioniertisch (3) in Scanpositionen Ps[i] = (xs[i], ys[i], zs[i]) innerhalb eines Scanbereichs (7) gegenüber den x- und/oder y Koordinaten der ersten Position in x- und/oder y-Richtung ausgelenkt und/oder in z-Richtung zugestellt wird, und an den Scanpositionen (xs[i], ys[i], zs[i]) über wenigstens eine der optischen Schnittstellen des Kontaktierungsmoduls (2.2) und eines der optischen Umlenkelemente (1.2) ein optisches Signal gekoppelt wird, wobei die zweite Position (x2, y2, z2) dadurch definiert ist, dass das optische Signal mit einem maximalen Kopplungsgrad gekoppelt wird, wobei der Kopplungsgrad mittels wenigstens eines über wenigstens eine elektrische Schnittstelle (1.2, 2.1) übertragenen elektrischen Signals bestimmt wird, und • in einem dritten Ausrichtungsschritt der erste der Chips (1) an eine dritte Position (x3, y3, z3) gebracht wird, indem zunächst die x3-und y3-Koordinate des Positioniertisches eingestellt und anschließend in z-Richtung in einen dritten Abstand c, welcher kleiner als der zweite Abstand b ist, zugestellt wird, wobei die Nadelspitzen (2.3) an den Kontaktpads (1.1) mit einer vorbestimmten Andruckkraft anliegen, wobei die dritte Position (x3, y3, z3) aus der zweiten Position und dem Kopplungswinkel (α) des betreffenden optischen Umlenkelementes (1.2) für den dritten Abstand (c) vor dem dritten Ausrichtungsschritt berechnet wurde.Method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer, with electrical interfaces in the form of contact pads (1.1) and optical elements fixed thereto, which comprise optical interfaces in the form of optical deflection elements (1.2) with a specific coupling angle (α), in which the wafer is received by a positioning table (3) which is adjustable in the x, y and z directions of a Cartesian coordinate system relative to a contacting module (2) and rotatable about the z axis, wherein the contacting module (2) has electrical interfaces in the form of needles (2.1) with needle tips (2.3) assigned to the contact pads (1.1) and optical interfaces (2.2) assigned to the optical deflection elements (1.2), and • in a first alignment step, the wafer is fed to the contacting module (2) in such a way that the needle tips (2.3) are in a first position (x1, y1, z1) each spaced apart in the z direction over a predetermined Position (1.4) of the associated contact pad (1.1) of a first of the chips (1), wherein the contacting module (2) has a first distance (a) in the z direction from the first of the chips (1), wherein the first distance (a) is greater than a maximum distance (I) of the needle tips (2.3) from the contacting module (2), • starting from the first position (x1, y1, z1), a second position (x2, y2, z2) is determined in a second alignment step by moving the positioning table (3) to the contacting module (2) in the z direction to a second distance (b), at which the needle tips (2.1) rest against the contact pads (1.1), so that electrical signals can be transmitted via the interfaces assigned to one another and optical signals can be transmitted via the optical interfaces assigned to one another, wherein in the second alignment step a relative alignment of the optical deflection elements (1.2) to the optical interfaces (2.2) present on the contacting module (2) is carried out by deflecting the positioning table (3) in scan positions Ps[i] = (xs[i], ys[i], zs[i]) within a scan area (7) in relation to the x and/or y coordinates of the first position in the x and/or y direction and/or feeding it in the z direction in a scan field (4, 5) smaller than an xy extension of the contact pads (1.1), and at the scan positions (xs [i], ys[i], zs[i]) via at least one of the optical interfaces of the contacting module (2.2) and one of the optical deflection elements (1.2), wherein the second position (x2, y2, z2) is defined by the optical signal being coupled with a maximum degree of coupling, wherein the degree of coupling is determined by means of at least one electrical signal transmitted via at least one electrical interface (1.2, 2.1), and • in a third alignment step, the first of the chips (1) is brought to a third position (x3, y3, z3) by first setting the x3 and y3 coordinates of the positioning table and then feeding it in the z direction to a third distance c, which is smaller than the second distance b, wherein the needle tips (2.3) rest on the contact pads (1.1) with a predetermined pressure force, wherein the third position (x3, y3, z3) is determined from the second position and the Coupling angle (α) of the respective optical deflection element (1.2) for the third distance (c) was calculated before the third alignment step. Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der dritte Ausrichtungsschritt unmittelbar an den zweiten Ausrichtungsschritt anschließt oder dass zwischen dem zweiten und dritten Ausrichtungsschritt ein vierter Ausrichtungsschritt vorgesehen ist, bei dem der Positioniertisch in -z-Richtung in einen vierten Abstand d abgestellt wird, wobei der vierte Abstand d größer ist als der maximale Abstand I der Nadelspitzen (2.3) zum Kontaktierungsmodul (2).Method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer according to Claim 1 , characterized in that the third alignment step immediately follows the second alignment step or that a fourth alignment step is provided between the second and third alignment steps, in which the positioning table is placed at a fourth distance d in the -z direction, wherein the fourth distance d is greater than the maximum distance I of the needle tips (2.3) to the contacting module (2). Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Ausrichtungsschritt die Scanpositionen (xs[i], ys[i], zs[i]) in einer xy- Ebene (x, y, z2) und/oder auf einer Linie (x2, y2, z) und/oder in einer yz Ebene (x2, y, z) liegen.Method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer according to one of the preceding claims, characterized in that in the second alignment step the scanning positions (xs[i], ys[i], zs[i]) lie in an xy plane (x, y, z2) and/or on a line (x2, y2, z) and/or in a yz plane (x2, y, z). Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich aus der ersten Position und der zweiten oder der dritten Position des ersten der Chips (1) ergebende Lagedifferenz als Offset abgespeichert wird und für die Ausrichtung weiterer der Chips (1) berücksichtigt wird, nachdem diese in einem ersten Ausrichtungsschritt zum Kontaktierungsmodul (2) positioniert wurden.Method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer according to one of the preceding claims, characterized in that a position difference resulting from the first position and the second or the third position of the first of the chips (1) is stored as an offset and is taken into account for the alignment of further chips (1) after they have been positioned in a first alignment step with respect to the contacting module (2). Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Abstand c, bei dem die Nadeln (2.1) mit einer vorgegebenen Andruckkraft an den Kontaktpads (1.1) anliegen, überwacht wird und bei Änderungen der Andruckkraft der dritte Abstand korrigiert wird.Method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer according to one of the preceding claims, characterized in that the third distance c, at which the needles (2.1) rest against the contact pads (1.1) with a predetermined contact force, is monitored and the third distance is corrected in the event of changes in the contact force. Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des dritten Abstands c langfristig über die Einsatzdauer des Kontaktierungsmoduls (2) ermittelt wird und für die Verfahrensdurchführung die Nadeln (2.1) des Kontaktierungsmoduls (2) gegen neue Nadeln (2.1) ersetzt werden, wenn der dritte Abstand c einen vorgegebenen Minimalabstand unterschreitet.Method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer according to one of the preceding claims, characterized in that the change in the third distance c is determined over the long term over the service life of the contacting module (2) and, for carrying out the method, the needles (2.1) of the contacting module (2) are replaced by new needles (2.1) when the third distance c falls below a predetermined minimum distance. Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über die jeweils einander zugeordneten Schnittstellen geleiteten optischen Signale beim Einkoppeln in einer der Schnittstellen diese überstrahlen.Method for testing optoelectronic chips arranged on a wafer according to one of the preceding claims, characterized in that the optical signals conducted via the interfaces assigned to one another outshine one of the interfaces when coupled into said interfaces. Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über die jeweils einander zugeordneten Schnittstellen geleiteten optischen Signale beim Einkoppeln in eine der Schnittstellen eine Tophat-Verteilung ihrer Strahlungsintensität aufweisen.Method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer according to one of the preceding claims, characterized in that the optical signals conducted via the respective interfaces assigned to one another have a tophat distribution of their radiation intensity when coupled into one of the interfaces. Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der optischen Elemente eines Chips einen elektrooptischen Sensor und /oder einen elektrooptischen Aktor und/oder einen elektrooptischen Modulator umfasst.Method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the optical elements of a chip comprises an electro-optical sensor and/or an electro-optical actuator and/or an electro-optical modulator. Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass, der elektrooptische Sensor als eine Photodiode oder ein Phototransistor ausgebildet ist und/ oder dass der elektrooptische Aktor als eine Lichtemitterdiode oder eine Laserdiode oder dass der elektrooptische Modulator als ein Mach-Zehnder-Interferometer ausgebildet ist.Method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer according to Claim 9 , characterized in that the electro-optical sensor is designed as a photodiode or a phototransistor and/or that the electro-optical actuator is designed as a light emitting diode or a laser diode or that the electro-optical modulator is designed as a Mach-Zehnder interferometer. Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten opto-elektronischen Chips (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Ausrichtungsschritt wenigstens ein optischer Aktor als Sensor betrieben wird.Method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer according to one of the Claims 9 until 10 , characterized in that in the second alignment step at least one optical actuator is operated as a sensor.
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