WO2009071596A1 - Testen von mechanisch-elektrischen eigenschaften mikroelektro-mechanischer sensoren (mems) - Google Patents

Testen von mechanisch-elektrischen eigenschaften mikroelektro-mechanischer sensoren (mems) Download PDF

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WO2009071596A1
WO2009071596A1 PCT/EP2008/066734 EP2008066734W WO2009071596A1 WO 2009071596 A1 WO2009071596 A1 WO 2009071596A1 EP 2008066734 W EP2008066734 W EP 2008066734W WO 2009071596 A1 WO2009071596 A1 WO 2009071596A1
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WO
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sound source
reference sensor
test device
sound
electro
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PCT/EP2008/066734
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Siegfried Hering
Jochen Doehnel
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X-Fab Semiconductor Foundries Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0035—Testing
    • B81C99/005—Test apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
    • H04R29/004—Monitoring arrangements; Testing arrangements for microphones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0257—Microphones or microspeakers

Definitions

  • MEMS microelectro-mechanical sensors
  • the invention relates to a testing of the mechanical-electrical properties of
  • MEMS with mechanically oscillating parts also known as acoustic sensors. This for the evaluation or description of sensor properties.
  • the core of such acoustic sensors is a chip and it is manufactured a technically more or less large composite thereof on a semiconductor wafer.
  • the invention has for its object to provide a device or a method for testing acoustic microelectromechanical sensors, which circumvent the disadvantages described.
  • the problem is solved according to one aspect of the
  • the test device is used to test the mechanical-electrical properties of microelectromechanical sensors that contain mechanically oscillating parts and are located in a plurality on a carrier substrate, such as a semiconductor wafer.
  • the test device includes a probe card and contact pins connected by electrical connections to the probe card for placement on contact pads of the microelectro-mechanical sensors.
  • a sound source which can be positioned at a predefined distance from the carrier substrate, a reference sensor located at a specific distance from the sound source, and
  • Sound guide channels are provided which are adapted to allow a sound transmission connection between the sound source, one of the micro-electro-mechanical sensors on the carrier substrate and the reference sensor.
  • the sound source and the reference sensor can be positioned such that the sound guide channels from the one of the microelectromechanical sensors to the sound source and from the reference sensor to the sound source each form a straight-line connection. This allows a simple sound conduction, which also allows very similar sound conditions for the reference sensor and the MEMS to be tested.
  • the sound source and the reference sensor are positionable to be in line with the one of the microelectro-mechanical sensors.
  • Substantially identical sound conditions can be generated by a suitable choice of the position of the sound source.
  • the sound source can be positioned in the middle of the connecting line, so that the same sound pressure is applied to the sensor and to the reference sensor.
  • the sound source and the reference sensor can be positioned such that the sound guide channels between the one of the microelectromechanical sensors and the reference sensor form a straight-line connection and the sound source lies asymmetrically on one side of the straight-line connection.
  • sound-damping elements are provided in the sound guide channels.
  • a shielding of the sound guide channels with respect to external influences can be achieved so that locally suitable sound conditions are generated during the testing of each individual sensor. In this way, the cost of a global sound insulation can be reduced.
  • At least the sound source and the reference sensor are soundproof connected to the sound guide channels.
  • soundproof should be understood to mean that a drop in the sound intensity from within the sound guide channels in the vicinity of the sound source or of the reference sensor to the outside of the sound guide channels by at least substantially 6 dB.
  • Sound intensity inside and outside the array is determined by absorption within and outside attenuation, and in most cases will be more than 6 dB, but will also depend on the construction and the material.
  • the sound source is connected via damping elements to a holder of the test device and further components of the test device are mechanically rigidly connected to the holder.
  • the object is achieved by an automatic tester having a test device of the type described above and an evaluation device for evaluating signals of the one of the micro-electro-mechanical sensors and signals of the reference sensor.
  • Perform carrier substrate, in particular special test methods can be performed in an automated and thus standardized manner.
  • the devices described herein are suitable for the application of a controlled sound source for the ultrasonic range and ensure a high interference or Nutzsignalabstand when specifically find the damping elements described above.
  • the aforementioned object is achieved by methods for testing microelectro-mechanical sensors which are arranged in a plurality on a carrier substrate (claim 10).
  • the method includes coupling a sound source to one of the microelectromechanical sensors and to a reference sensor and picking up electrical signals from the one of the micro-electro-mechanical sensors and the reference sensor upon activation of the sound source.
  • This method thus makes it possible to test the sensor in the composite, that is to say before singulating the individual chips of the carrier substrate.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a vertical section of an arrangement consisting of a table (as
  • a semiconductor wafer lying thereon with a MEMS sensor and a test device in the form of a probe card provided with measuring tips (as a probe card) with a sound source and a reference sensor.
  • the sound source lies on the connecting line between the
  • FIG. 2 shows a vertical section through a test arrangement similar to that of FIG. 1, but also schematically illustrated, with the difference that the sound source of the test apparatus with respect to the connecting straight line between
  • Reference sensor and MEMS sensor is mounted asymmetrically (only on one side, one-sided).
  • a carrier substrate is in the form of a semiconductor wafer 1, which has a plurality of MEMS, of which only one to be tested MEMS sensor 2, shown on a flat measuring pad 3 (as Waferchuck) and is fixed there.
  • a test device 4 is connected to the MEMS sensor 2 with contact needles 5, which make electrical contact with contact pads 2a of the MEMS sensor 2, so that electrical signals can be tapped from the sensor 2.
  • the MEMES 2 (short: sensor) is an acoustic sensor.
  • this is done so that in each case the same paths for the acoustic signal from a sound source 6 to a reference sensor 7 and the MEMS sensor 2 are guaranteed.
  • the emitted from the sound source 6 Acoustic signals propagate on both sides via sound guide channels 6a, 6b and, after passing through the channels, reach the reference sensor 7 and the MEMS sensor 2.
  • the sound guide channels 6a, 6b form a sound transmission connection which have the same lengths and therefore the same run times , Thus, very similar sound conditions on the MEMS 2 and the reference sensor 7 are caused.
  • the individual, the distance-determining parts are fixed or rigid and tightly connected to each other for the acoustic signals and the side walls 6s of the run channels 6a, 6b for the acoustic signal are sound-insulated.
  • the arrangement ensures largely identical acoustic conditions on the MEMS sensor 2 to be tested and the reference sensor 7.
  • Changes in the acoustic characteristic of the system over a wide frequency range are thus similar in both directions to the sound conduction.
  • the two sensors (the MEMS sensor 2 and the reference sensor 7) register the same sound pressure changes that occur in FIG. 1 with 180 ° phase rotation relative to one another.
  • a deflection of a movable element of the sound source 6 in the direction of the connecting line of the sensors 2 and 7 takes place due to the same running distance of the sound at both sensors in each case an opposite-phase deflection of the respective movable sensor components.
  • Sound guide channel 6c provided, from which the two with respect to the sensor 7 and sensor 2 symmetrical channels 6a, 6b are fed.
  • the channels 6a and 6b receive from the channel 6c an acoustic signal of the same phase, which then splits in phase to the two channels 6a and 6b.
  • a repositioning of the device 4 takes place relative to the carrier substrate 1, so that an electrical and acoustic coupling can take place, as previously shown and described for the sensor 2.
  • a test device for testing the mechanical electrical properties of MEMS, the mechanically oscillating ones
  • test device as a unit in the form of an extended probe card (probe card) of contact needles with their usual electrical connections, from a sound source, one located at a certain distance from the sound source Reference sensor, wherein reference sensor and sound source are mounted on a connecting line so that they lie in the test case in line with the MEMS sensor, consisting of sound ducts and sound-absorbing elements and the distance sound source to the bottom edge of the tester is dimensioned so that contact pads and set distance of the test device from the surface of the semiconductor wafer equal distances
  • a test device for testing the mechanical-electrical properties of MEMS, which contain mechanically oscillating parts (acoustic sensors) and are located in a plurality on a semiconductor wafer, the test device being in the form of an extended test card (Probecard From the contact pins with their usual electrical connections, from a sound source, a reference located at a certain distance from the sound source reference sensor, wherein the sound source is mounted so that in the test case asymmetrically on one side of the
  • Connecting straight line between MEMS sensor and reference sensor is made, consisting of sound guide channels and sound-absorbing elements and the distance sound source -> bottom edge tester is dimensioned so that when contact pins and the distance of the test device from the surface of the wafer equal distances of the reference sensor and the MEMS sensor from the sound source.
  • the individual parts of the test device are firmly and sound-tightly connected to each other and the sound ducts soundproofed.
  • the sound source is connected via damping elements with the other parts of the test device and the other parts are mutually fixed and soundproof connected to each other and the sound channels are soundproofed.
  • this is used in automatic testers with appropriately adapted evaluation programs.

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Abstract

Die Erfindung soll ein Testen akustischer mikroelektromechanischer Sensoren ermöglichen. Vorgeschlagen wird dazu eine Testvorrichtung für die mechanisch-elektrischen Eigenschaften von mikroelektro-mechanischen Sensoren (MEMS), die mechanisch schwingfähige Teile enthalten und sich in einer Vielzahl auf einem Trägersubstrat (1) befinden. Die Testvorrichtung (4) hat eine Prüfkarte und es sind über elektrische Verbindungen mit der Prüfkarte verbundene Kontaktnadeln (5) zum Aufsetzen auf Kontaktinseln der mikroelektro-mechanischen Sensoren vorgesehen. Eine in einem vordefinierten Abstand zum Trägersubstrat (1) positionierbare Schallquelle (6) ist zugegen. Ein Referenzsensor (7) befindet sich in einem bestimmten Abstand von der Schallquelle (6). Vorgesehen sind Schallführungskanäle, ausgebildet für eine Schallübertragungs-Verbindung zwischen der Schallquelle (6), einem der mikroelektro-mechanischen Sensoren auf dem Trägersubstrat (1) und dem Referenzsensor (7). Dieser Aufbau ist mechanisch robust und damit stör-unanfällig. Ein schwingungsgedämpftes Verhalten der Schallquelle in Bezug auf von außerhalb einwirkende Schwingungen ist möglich. Dadurch werden entsprechende Störungen durch mechanische Schwingungen der Umgebung der Schallquelle verringert.

Description

Testen von mechanisch-elektrischen Eigenschaften mikroelektro-mechanischer Sensoren (MEMS)
Die Erfindung betrifft ein Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von
MEMS mit mechanisch schwingenden Teilen, die auch als akustische Sensoren bezeichnet werden. Dies zur Beurteilung oder Beschreibung von Sensoreigenschaften .
Das Kernstück solcher akustischen Sensoren ist ein Chip und es wird fertigungstechnisch ein mehr oder weniger großer Verbund davon auf einer Halbleiterscheibe hergestellt.
Dem Stand der Technik entsprechend wird die Prüfung eines einzelnen akustischen Sensors nach dem Heraustrennen aus dem Verband oder Verbund der
Halbleiterscheibe und Montage des Chips auf eine für die Messung geeignete Halterung Stück für Stück mit Einschleusen und Ausschleusen in akustisch gedämpften Messräumen oder Messkammern vorgenommen. Diese Vorgehensweise birgt die Gefahr der Beschädigung des Sensors in sich, bspw. durch viele einzelne Schritte nach der Vereinzelung, so auch durch Verschmutzung. Zudem sind die konventionellen Testverfahren aufwändig und teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung oder ein Verfahren zum Testen akustischer mikroelektromechanischer Sensoren anzugeben, welche die geschilderten Nachteile umgehen. Gelöst wird die Aufgabe gemäß einem Aspekt der
Erfindung durch eine Testvorrichtung (Anspruch 1 , 19 oder 20).
Die Testvorrichtung dient zum Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von mikroelektro-mechanischen Sensoren, die mechanisch schwingende Teile enthalten und sich in einer Vielzahl auf einem Trägersubstrat, etwa einer Halbleiterscheibe, befinden. Die Testvorrichtung umfasst eine Prüfkarte und über elektrische Verbindungen mit der Prüfkarte verbundene Kontaktnadeln zum Aufsetzen auf Kontaktinseln der mikroelektro-mechanischen Sensoren. Des Weiteren sind eine in einem vordefinierten Abstand zum Trägersubstrat positionierbare Schallquelle, ein in einem bestimmten Abstand von der Schallquelle befindlicher Referenzsensor und
Schallführungskanäle vorgesehen, die ausgebildet sind, eine Schallübertragungs- Verbindung zwischen der Schallquelle, einem der mikroelektro-mechanischen Sensoren auf dem Trägersubstrat und dem Referenzsensor zu ermöglichen. Durch die erfindungsgemäße Testvorrichtung kann ein Testen im Scheibenverband (vor dem Vereinzeln der Sensoren) erfolgen. Es wird eine hohe Reproduzierbarkeit der akustischen Verhältnisse der Messung erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Schallquelle und der Referenzsensor so positionierbar, dass die Schallführungskanäle von dem einen der mikroelektro- mechanischen Sensoren zu der Schallquelle und von dem Referenzsensor zu der Schallquelle jeweils eine geradlinige Verbindung bilden. Dadurch wird eine einfache Schallführung ermöglicht, die zudem sehr ähnliche Schallbedingungen für den Referenzsensor und den zu prüfenden MEMS zulässt.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Schallquelle und der Referenzsensor so positionierbar, dass sie auf einer Linie mit dem einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren liegen. Es erfolgen also in dieser Anordnung keine Umlenkungen in der Schallausbreitung, so dass eine sehr effiziente Schallübertragung möglich ist und im
Wesentlichen identische Schallverhältnisse durch geeignete Wahl der Lage der Schallquelle erzeugt werden können. Beispielsweise kann die Schallquelle in der Mitte der Verbindungslinie positioniert sein, so dass der gleiche Schalldruck am Sensor und am Referenzsensor anliegt.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Schallquelle und der Referenzsensor so positionierbar, dass die Schallführungskanäle zwischen dem einen der mikroelektro- mechanischen Sensoren und dem Referenzsensor eine geradlinige Verbindung bilden und die Schallquelle asymmetrisch auf einer Seite der geradlinigen Verbindung liegt.
Auf diese Weise lässt sich eine gleich-phasige Anregung des Referenzsensors und des zu prüfenden Sensors insbesondere wenn die Schallquelle und der Referenzsensor so positioniert sind, dass eine Länge der Schallführungskanäle von der Schallquelle zu dem Referenzsensor und von der Schallquelle zu dem einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren gleich groß ist.
In diesem Falle werden somit identische Schallverhältnisse geschaffen, die auch einen Vergleich der Sensoreigenschaften im Hinblick auf eine Abweichung in der Phase zulassen.
In einer weiteren Ausführungsform sind schalldämpfende Elemente in den Schallführungskanälen vorgesehen. Dadurch kann eine Abschirmung der Schallführungskanäle in Bezug auf äußere Einflüsse erreicht werden, so dass lokal geeignete Schallbedingungen beim Testen jedes einzelnen Sensors erzeugt werden. Auf dieses Weise kann der Aufwand für eine globale Schalldämmung verringert werden.
Vorteilhafter Weise sind zumindest die Schallquelle und der Referenzsensor schalldicht mit den Schallführungskanälen verbunden. Auf diese Weise gelingt, wie auch bereits zuvor ausgeführt ist, eine Abkopplung von der Peripherie und es wird auch eine effiziente Ankopplung erreicht. Dabei ist der Begriff "schalldicht" so zu verstehen, dass ein Abfall der Schallintensität von innerhalb der Schallführungskanäle in der Nähe der Schallquelle bzw. des Referenzsensors nach außerhalb der Schallführungskanäle um zumindest im wesentlichen 6 dB. Das Verhältnis der
Schallintensität innerhalb und außerhalb der Anordnung wird von der Absorbtion innerhalb und der äußeren Dämpfung bestimmt und wird in den meisten Fallen mehr als 6 dB sein, aber auch von der Konstruktion und dem Material abhängen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Schallquelle über Dämpfungselemente mit einer Halterung der Testvorrichtung verbunden ist und weitere Komponenten der Testvorrichtung sind mechanisch starr mit der Halterung verbunden. Durch diesen Aufbau wird ein mechanisch robuster und so störungs-unanfälliger Aufbau erreicht, jedoch ist ein schwingungsgedämpftes Verhalten der Schallquelle in Bezug auf von außerhalb einwirkende Schwingungen ermöglicht. Dadurch werden entsprechende
Störungen durch mechanische Schwingungen der Umgebung der Schallquelle verringert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der beanspruchten Erfindung wird die Aufgabe durch einen automatischen Tester gelöst (Anspruch 9), der eine Testvorrichtung der zuvor beschriebenen Art und eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung von Signalen des einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren und von Signalen des Referenzsensors aufweist.
Damit lässt sich eine effiziente Prüfung der Vielzahl der Sensoren auf dem
Trägersubstrat durchführen, wobei insbesondere spezielle Prüfverfahren in automatisierter und damit standardisierter Weise ausgeführt werden können.
Insgesamt sind die hierin beschriebenen Vorrichtungen bei Anwendung einer geregelten Schallquelle auch für den Ultraschallbereich geeignet und gewährleisten einen hohen Stör- oder Nutzsignalabstand, wenn gezielt die zuvor beschriebenen Dämpfungselemente Anwendung finden. Gemäß einem weiteren Aspekt wird die zuvor genannte Aufgabe gelöst durch Verfahren zum Testen von mikroelektro-mechanischen Sensoren, die in einer Vielzahl auf einem Trägersubstrat angeordnet sind (Anspruch 10).
Das Verfahren umfasst das Ankoppeln einer Schallquelle an einen der mikroelektro- mechanischen Sensoren und an einen Referenzsensor und das Abgreifen von elektrischen Signalen von dem einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren und dem Referenzsensor bei Aktivierung der Schallquelle.
Dieses Verfahren ermöglicht somit eine Prüfung des Sensors im Verbund, also vor dem Vereinzeln der einzelnen Chips des Trägersubstrats.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind von den jeweils abhängigen Ansprüchen erfasst.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit zwei Trägersubstraten, bspw. in Form von Halbleiterscheiben unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert und ergänzt.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen vertikalen Schnitt einer Anordnung bestehend aus einem Tisch (als
Chuck), einer darauf liegenden Halbleiterscheibe mit einem MEMS-Sensor und einer Testvorrichtung in Form einer mit Messspitzen versehenen Prüfkarte (als Probecard) mit einer Schallquelle und einem Referenzsensor. Die Schallquelle liegt auf der Verbindungsgeraden zwischen dem
Referenzsensor und dem MEMS-Sensor mit jeweils gleichem Abstand der Sensoren von der Schallquelle. Mechanische Elemente in Form von Dämpfern usw. sind vorgesehen (indes nicht gezeigt). Alle Schall erzeugenden oder Schall führenden und Schall umwandelnden Komponenten sind schalldicht dicht miteinander verbunden.
Figur 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine zu Figur 1 gleichartige, auch schematisch dargestellte Testanordnung indes mit dem Unterschied, dass die Schallquelle der Testvorrichtung bezüglich der Verbindungsgeraden zwischen
Referenzsensor und MEMS-Sensor asymmetrisch angebracht ist (nur auf einer Seite, einseitig).
In beiden Figuren liegt ein Trägersubstrat in Form einer Halbleiterscheibe 1 , welche eine Vielzahl von MEMS aufweist, wovon nur ein zu prüfender MEMS-Sensor 2, gezeigt ist, auf einer ebenen Messunterlage 3 (als Waferchuck) und ist dort fixiert. Eine Testvorrichtung 4 ist mit Kontaktnadeln 5, die den elektrischen Kontakt zu Kontaktinseln 2a des MEMS-Sensors 2 herstellen, mit dem MEMS-Sensor 2 verbunden, so dass elektrische Signale von dem Sensor 2 abgegriffen werden können. Der MEMES 2 (kurz: Sensor) ist ein akustischer Sensor.
Es sind an sich bekannte Vorkehrungen getroffen, die einen bestimmten Abstand der Testvorrichtung 4 zur Oberfläche der Halbleiterscheibe 1 exakt einzustellen gestatten, z. B. an einem automatischen Tester. Dabei wird bspw. der Abstand einer Unterkante 4u einer Halterung 4h der Vorrichtung 4 in Bezug auf das Trägersubstrat 2 eingestellt.
In einer Ausführungsform erfolgt dies so, dass jeweils gleiche Laufwege für das akustische Signal von einer Schallquelle 6 zu einem Referenzsensor 7 und zum MEMS-Sensor 2 garantiert sind. Die von der Schallquelle 6 ausgesendeten akustischen Signale breiten sich nach beiden Seiten über Schallführungskanäle 6a, 6b aus und erreichen nach Durchlaufen der Kanäle den Referenzsensor 7 und den MEMS-Sensor 2. In der gezeigten Ausführungsform bilden die Schallführungskanäle 6a, 6b eine Schallübertragungsverbindung, die gleiche Längen und damit gleiche Laufzeiten haben. Somit werden sehr ähnliche Schallbedingungen am MEMS 2 und am Referenzsensor 7 hervorgerufen.
Die einzelnen, den Abstand bestimmenden Teile sind fest bzw. starr und dicht für die akustischen Signale miteinander verbunden und die Seitenwände 6s der Laufkanäle 6a, 6b für das akustische Signal sind schallisoliert. Die Anordnung gewährleistet weitestgehend gleiche akustische Verhältnisse an dem zu prüfenden MEMS-Sensor 2 und dem Referenzsensor 7.
Änderungen der akustischen Eigenschaft des Systems über einen breiten Frequenzbereich stellen sich damit in beiden Richtungen der Schallführung gleichartig ein. Die beiden Sensoren (der MEMS-Sensor 2 und der Referenzsensor 7) registrieren gleiche Schalldruckänderungen, die in Figur 1 mit 180° Phasendrehung zueinander auftreten. Bei einer Auslenkung eines beweglichen Elements der Schallquelle 6 in Richtung der Verbindungslinie der Sensoren 2 und 7 erfolgt aufgrund der gleichen Laufstrecke des Schalls an beiden Sensoren jeweils eine gegenphasige Auslenkung der jeweiligen beweglichen Sensorkomponenten.
Die in Figur 2 gezeigte, gegenüber der Figur 1 abgewandelte Anordnung der Schallquelle 6 ermöglicht es, bei sonst gleichen Eigenschaften die Signale ohne Phasendrehung aufzunehmen. In dieser Anordnung ist ein weiterer
Schallführungskanal 6c vorgesehen, aus welchen die beiden in Bezug auf den Sensor 7 bzw. Sensor 2 symmetrischen Kanäle 6a, 6b gespeist werden. In diesem Falle erhalten die Kanäle 6a und 6b aus dem Kanal 6c ein akustisches Signal der gleichen Phase, das sich dann phasengleich auf die beiden Kanäle 6a und 6b aufteilt.
Neben der üblichen Empfindlichkeitsbestimmung bei 1 kHz ist auch die Möglichkeit gegeben, eine Frequenzgangbetrachtung durchzuführen, da viele Frequenzen durch die Schallquelle 6 in die Kanäle 6a, 6b, 6c eingespeist werden können.
Bei der Prüfung des Sensors 2 werden somit elektrische Signale, die der Sensor in
Reaktion auf die akustischen Signale erzeugt über die Kontaktinseln 2a und die Kontaktnadeln 5 abgegriffen und einer Auswerteeinrichtung 10 zugeleitet. Ebenfalls werden der Auswerteeinrichtung 10 die Signale des Referenzsensors 7 zugeleitet, so dass durch geeignete, implementierte Auswertealgorithmen ein Vergleich der Signale und damit eine Bewertung der Eigenschaften des Sensors 2 erfolgen kann.
Für die Prüfungen eines weiteren Sensors auf dem Trägersubstrat 1 erfolgt eine erneute Positionierung der Vorrichtung 4 relativ zu dem Trägersubstrat 1 , so dass eine elektrische und akustische Ankopplung erfolgen kann, wie dies zuvor für den Sensor 2 gezeigt und beschrieben wurde.
In einer Ausführungsform wird eine Testvorrichtung zum Testen der mechanisch- elektrischen Eigenschaften von MEMS bereit gestellt, die mechanisch schwingende
Teile enthalten (akustische Sensoren) und sich in einer Vielzahl auf einer Halbleiterscheibe befinden, wobei die Testvorrichtung als Einheit in Form einer erweiterten Prüfkarte (Probecard) aus Kontaktnadeln mit deren üblichen elektrischen Verbindungen, aus einer Schallquelle, einem in einem bestimmten Abstand von der Schallquelle befindlichen Referenzsensor, wobei Referenzsensor und Schallquelle auf einer Verbindungsgeraden so angebracht sind, dass sie im Testfall in einer Linie mit dem MEMS-Sensor liegen, aus Schallführungskanälen und schalldämpfenden Elementen besteht und der Abstand Schallquelle zu Unterkante der Prüfvorrichtung so bemessen ist, dass bei aufliegenden Kontaktnadeln und eingestelltem Abstand der Testvorrichtung von der Oberfläche der Halbleiterscheibe gleiche Abstände des
Referenzsensors und des MEMS-Sensors von der Schallquelle vorliegen.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Testvorrichtung zum Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von MEMS bereit gestellt, die mechanisch schwingende Teile enthalten (akustische Sensoren) und sich in einer Vielzahl auf einer Halbleiterscheibe befinden, wobei die Testvorrichtung als Einheit in Form einer erweiterten Prüfkarte (Probecard) aus den Kontaktnadeln mit deren üblichen elektrischen Verbindungen, aus einer Schallquelle, einem in einem bestimmten Abstand von der Schallquelle befindlichen Referenzsensor, wobei die Schallquelle so angebracht ist, dass sie im Testfall asymmetrisch auf einer Seite der
Verbindungsgeraden zwischen MEMS-Sensor und Referenzsensor liegt, aus Schallführungskanälen und schalldämpfenden Elementen besteht und der Abstand Schallquelle -> Unterkante Prüfvorrichtung so bemessen ist, dass bei aufliegenden Kontaktnadeln und eingestelltem Abstand der Testvorrichtung von der Oberfläche der Halbleiterscheibe gleiche Abstände des Referenzsensors und des MEMS-Sensors von der Schallquelle vorliegen.
In einer weiteren Ausführungsform sind die einzelnen Teile der Testvorrichtung fest und schalldicht miteinander verbunden und die Schallführungskanäle schallgedämpft. In einer weiteren Ausführungsform ist die Schallquelle über Dämpfungselemente mit den übrigen Teilen der Testvorrichtung verbunden und die übrigen Teile sind untereinander fest und schalldicht miteinander verbunden und die Schallführungskanäle sind schallgedämpft.
In einer weiteren Ausführungsform wird diese in automatischen Testern mit entsprechend angepassten Auswerteprogrammen eingesetzt wird.
Bezugszeichen-Auszug
(gleiche Bezeichnungen für gleiche Elemente in unterschiedlichen Figuren)
1 : Halbleiterscheibe mit akustischen Sensoren
2 MEMS-Sensor (akustischer Sensor) 2a Kontaktinseln
3 Tisch (Chuck) 4 Testvorrichtung (erweiterte Probecard)
4h Halterung oder Gestell der Testvorrichtung
4u Unterkante der Halterung
5 Kontaktnadeln 6 Schallquelle
6a Schallführungskanal zur Herstellung einer Schallübertragungsverbindung
6b Schallführungskanal zur Herstellung einer Schallübertragungsverbindung
6c Schallführungskanal zur Herstellung einer Schallübertragungsverbindung
7 Referenzsensor
10 Auswerteeinrichtung

Claims

Ansprüche.
1. Testvorrichtung zum Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von mikroelektro-mechanischen Sensoren (2), die mechanisch schwingende Teile
5 enthalten und sich in einer Vielzahl auf einem Trägersubstrat (1 ) befinden, wobei die Testvorrichtung (4) umfasst eine Prüfkarte und über elektrische Verbindungen mit der Prüfkarte verbundene Kontaktnadeln (5) zum Aufsetzen auf Kontaktinseln (2a) eines mikroelektro-mechanischen Sensors (2), lo - eine in einem vordefinierten Abstand zum Trägersubstrat (1 ) positionierbare Schallquelle (6), einen in einem bestimmten Abstand von der Schallquelle (6) befindlichen
Referenzsensor (7),
Schallführungskanäle (6a, 6b), die ausgebildet sind, eine i5 Schallübertragungs-Verbindung zwischen der Schallquelle (6), einem der mikroelektro-mechanischen Sensoren (2) auf dem Trägersubstrat (1 ) und dem Referenzsensor (7) zu ermöglichen.
2. Testvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Schallquelle (6) und der
20 Referenzsensor (7) positionierbar sind, dass die Schallführungskanäle von dem einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren zu der Schallquelle (6) und von dem Referenzsensor (7) zu der Schallquelle (6) jeweils eine geradlinige Verbindung bilden.
25 3. Testvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Schallquelle (6) und der
Referenzsensor (7) so positionierbar sind, dass sie auf einer Linie mit dem einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren liegen.
4. Testvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Schallquelle (6) und der 30 Referenzsensor (7) positionierbar sind, dass die Schallführungskanäle zwischen dem einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren und dem Referenzsensor (7) eine geradlinige Verbindung bilden und die Schallquelle (6) asymmetrisch auf einer Seite der geradlinigen Verbindung liegt.
35 5. Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schallquelle (6) und der Referenzsensor (7) positionierbar sind, dass eine Länge der Schallführungskanäle von der Schallquelle (6) zu dem Referenzsensor (7) und von der Schallquelle (6) zu dem einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren gleich groß ist.
6. Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei schalldämpfende Elemente in den Schallführungskanälen vorgesehen sind.
7. Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest die 5 Schallquelle (6) und der Referenzsensor (7) schalldicht mit den
Schallführungskanälen verbunden sind.
8. Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schallquelle (6) über Dämpfungselemente mit einer Halterung der Testvorrichtung verbunden lo ist und wobei weitere Komponenten der Testvorrichtung mechanisch starr mit der Halterung verbunden sind.
9. Automatischer Tester mit einer Testvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit i5 - einer Auswerteeinrichtung (10) zur Auswertung von Signalen eines der mikroelektro-mechanischen Sensoren (2) und von Signalen des Referenzsensors (7).
10. Verfahren zum Testen von mikroelektro-mechanischen Sensoren, die in einer 20 Vielzahl auf einem Trägersubstrat (1 ) angeordnet sind, wobei das Verfahren umfasst
Ankoppeln einer Schallquelle (6) an einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren (2) und an einen Referenzsensor (7);
25 - Abgreifen von elektrischen Signalen von dem einen mikroelektro-mechanischen Sensor (2) und dem Referenzsensor (7) bei Aktivierung der Schallquelle.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein Abstand der Schallquelle zu dem 30 einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren und ein Abstand der
Schallquelle zu dem Referenzsensor gleich groß eingestellt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , wobei eine Schallführung von der Schallquelle zu dem einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren und zu
35 dem Referenzsensor als geradlinige Verbindung erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Referenzsensor, die Schallquelle und der eine der mikroelektro-mechanischen Sensoren auf einer Linie liegen.
14. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , wobei die Schallquelle (6) so angeordnet ist, dass der eine der mikroelektro-mechanischen Sensoren und der Referenzsensor von der Schallquelle gleichphasig angeregt werden.
5 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Abgreifen der
Signale von dem einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren durch Verbinden von Kontaktnadeln einer Testvorrichtung mit Kontaktinseln des einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren erfolgt und ein Abstand der Schallquelle zu einer Unterkante der Testvorrichtung so bemessen wird, dass lo bei aufliegenden Kontaktnadeln (5) und eingestelltem Abstand der
Testvorrichtung von der Oberfläche des Trägersubstrats gleiche Abstände des Referenzsensors und des einen der mikroelektro-mechanischen Sensoren von der Schallquelle vorliegen.
i5
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei zumindest einige der
Vielzahl der mikroelektro-mechanischen Sensoren nacheinander an die Schallquelle angekoppelt werden.
17. Verfahren nach einem voriger Ansprüche, wobei der eine der mikroelektro-
20 mechanischen Sensoren, der Referenzsensor und die Schallquelle schalldicht gegenüber äußeren Einflüssen miteinander gekoppelt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Schallquelle und die Ankoppelung erzeugende Schallführungskanäle durch
25 Dämpfungselemente mechanisch mit einer Halterung verbunden werden.
19. Testvorrichtung zum Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von MEMS, die mechanisch schwingende Teile enthalten (akustische Sensoren)
30 und sich in einer Vielzahl auf einer Halbleiterscheibe (1 ) befinden, wobei die
Testvorrichtung (4) als Einheit in Form einer erweiterten Prüfkarte aus Kontaktnadeln (5) mit deren elektrischen Verbindungen, aus einer Schallquelle (6), einem in einem bestimmten Abstand von der Schallquelle befindlichen Referenzsensor (7), wobei Referenzsensor und Schallquelle (7,6) auf einer
35 Verbindungsgeraden so angebracht sind, dass sie im Testfall in einer Linie mit dem MEMS-Sensor (2) liegen, aus Schallführungskanälen und schalldämpfenden Elementen besteht und ein Abstand zwischen der Schallquelle (6) und einer Unterkante der Testvorrichtung so bemessen ist, dass bei aufliegenden Kontaktnadeln (5) und eingestelltem Abstand der Testvorrichtung (4) von der Oberfläche der Halbleiterscheibe (1 ) gleiche Abstände des Referenzsensors (7) und des MEMS-Sensors (2) von der Schallquelle (6) vorliegen.
20. Testvorrichtung zum Testen der mechanisch-elektrischen Eigenschaften von akustischen MEMS, die mechanisch schwingende Teile enthalten und sich in einer Vielzahl auf einer Halbleiterscheibe (1 ) befinden, wobei die Testvorrichtung (4) als Einheit in Form einer erweiterten Prüfkarte aus den Kontaktnadeln (5) mit deren elektrischen Verbindungen, aus einer Schallquelle (6), einem in einem bestimmten Abstand von der
Schallquelle befindlichen Referenzsensor (7), wobei die Schallquelle (6) so angebracht ist, dass sie - im Testfall - asymmetrisch auf einer Seite einer Verbindungsgeraden zwischen dem getesteten akustischen MEMS (2) und dem Referenzsensor (7) liegt, aus Schallführungskanälen und schalldämpfenden Elementen besteht; wobei ein Abstand zwischen der Schallquelle (6) und einer Unterkante der Testvorrichtung (4) so bemessen ist, dass bei aufliegenden Kontaktnadeln (5) und eingestelltem Abstand der Testvorrichtung (4) von der Oberfläche der Halbleiterscheibe (1 ) gleiche Abstände des Referenzsensors (7) und des akustischen MEMS (2) von der Schallquelle (6) vorliegen.
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