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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen oder
Testen von Testsubstraten, d. h. von Wafern und anderen elektronischen Halbleiterbauelementen,
in einem Prober unter definierten thermischen Bedingungen. Eine
solche, dem Fachmann als Prober bekannte Prüfvorrichtung weist ein Gehäuse mit
zumindest zwei Gehäuseabschnitten
auf, in dessen einen Gehäuseabschnitt,
im folgenden als Testkammer bezeichnet, das zu prüfende Testsubstrat
durch einen Chuck gehalten wird und auf eine definierte Temperatur
eingestellt wird und in dessen anderem Gehäuseabschnitt, im folgenden als
Sondenkammer bezeichnet, Sonden gehalten werden. Zur Prüfung werden
das Testsubstrat und die Sonden mittels zumindest einer Positionierungseinrichtung
relativ zueinander positioniert und nachfolgend das Testsubstrat
durch die Sonden kontaktiert.
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Für besondere
Testaufgaben, insbesondere für
die Messung sehr kleiner Ströme
ist es erforderlich, Störeinflüsse auf
die Messanordnung, welche die Messergebnisse verfälschen können, zu
verhindern. Eine solche Anordnung weist für solche Tests ein Abschirmsystem
auf, mit welchem die elektromagnetische Beeinflussung (EMI) der
Messung der Testsubstrate minimiert werden kann. Ein Prober mit elektromagnetische
Abschirmung ist aus der
DE
298 20 106 U1 bekannt. Darin wird beschrieben, dass eine
Baugruppe zur Aufnahme der Testsubstrate einschließlich deren
Positionierungseinheit sowie eine Baugruppe zur Aufnahme und Positionierung
von Sonden, üblicherweise
als Probes bezeichnet, mit einem Gehäuse von den äußeren elektromagnetischen
Einflüssen
abgeschirmt wird. Die Schnittstellen nach außen stellen die Kabel zu den
Steuerungs- und Auswertungseinheiten dar. Damit werden eine optische
und eine elektromagnetische Abschirmung des Messequipments erzielt.
Besonders problematisch erweist sich auch eine Abschirmung gegenüber niederfrequenten
magnetischen Feldern. Eine solche NF-Abschirmung ist durch dickwandige
Gehäuse
aus ferromagnetischen Materialien zu erzielen. Zugänge durch
solche Wandungen sind jedoch nicht realisierbar, ohne die Schirmung
wesentlich zu schwächen.
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Das
Problem derartiger Gehäuse
ist jedoch die Zugänglichkeit
zu einzelnen Komponenten, insbesondere zu den Positionierungseinheiten
der Sonden und/oder der Halterung des Testsubstrats, allgemein als
Chuck bezeichnet. In der
US
6,492,822 B2 sind deshalb Teile beider Positionierungseinheiten durch
die Gehäusewandung
nach außen
geführt,
so dass deren Manipulation ohne Öffnung
des Gehäuses
von außen
möglich
ist. Derartige Gehäuseeingänge erweisen
sich jedoch als nachteilig, da sie eine Unterbrechung der Schirmung
darstellen.
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Aus
der
DE 10 2007
053 862 A1 ist ein Prober bekannt, dessen Gehäuse so unterteilt
ist, dass sowohl der Chuck mit seiner Chuck-Positionierungseinheit
als auch die Sondenhalterungen mit deren Positioniereinheiten im
schirmenden Gehäuse
integriert sind. Die Integration solcher oder vergleichbarer Vorrichtungen
und deren Kabel in das elektromagnetische Abschirmsystem erfolgt
in einer solchen Weise, dass auch innerhalb des Systems eine gegenseitige
Beeinflussung der Vorrichtungen und des Testsubstrats minimiert
werden kann. Trotz des komplexen und variablen Abschirmsystems sind
die einzelnen, während
eines Messzyklus zu bedienenden Komponenten, wie z. B. die Positionierungseinheit des
Chucks und gegebenenfalls auch der Sonden, zugänglich und eine Beobachtung
des Testsubstrats während
der Messung möglich.
Z. B. sind durch Öffnen
einzelner Gehäuseabschnitte
die Sondenhalterungen zugänglich,
während
der das Testsubstrat unmittelbar umgebende Gehäuseabschnitt geschlossen bleibt.
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Die
Gestaltung des Gehäuses
mit mehreren, einzeln zu öffnenden
Gehäuseabschnitten
und die damit mögliche
gute Zugänglichkeit
einzelner Komponenten des Probers mit minimierter Unterbrechung der
Schirmung gestattet auch die Aufnahme einer Vorrichtung zur Signalaufbereitung,
z. B. zur Signalvorverarbeitung oder zur Signalverarbeitung in die elektromagnetische
Abschirmung des Gehäuses. Damit
sind z. B. auch solche Kabel in die Schirmung des Gehäuses integrierbar,
welche außerhalb
des Gehäuses
als Antenne wirken und die Messung verfälschen können. Der in der
DE 10 2007 053 862 A1 vorgeschlagene
Prober umfasst auch die Möglichkeit,
das Abschirmsystem für
die Abschirmung gegenüber
niederfrequenten magnetischen Feldern zu konfigurieren. Eine solche
Abschirmung wird durch Gehäuse
oder Gehäuseabschnitte
aus dickwandigen, ferromagnetischen Materialien erzielt.
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Im
Prober wird ein Testsubstrat auf dem Chuck angeordnet und mit der
Positionierungseinheit des Chucks, allgemein auch als Chuckantrieb
bezeichnet, im Arbeitsbereich verfahren, so dass es relativ zu den
Sonden des Probers positioniert ist. Die Positionierung des Testsubstrats
erfolgt im Allgemeinen in der horizontalen, d. h. X-Y-Ebene durch
einen Kreuztisch sowie durch eine Vorrichtung zur winkligen Ausrichtung
und durch einen vertikalen, d. h. Z-Vortrieb, der z. B. eine Zustellbewegung
des Testsubstrats in Richtung der über dem Testsubstrat angeordneten
Sonden ermöglicht.
Mit den Positionierungseinheiten der Sonden, auch als Probeheads bezeichnet,
können
mehrerer Sonden relativ zueinander oder zu einer Vorzugsrichtung
des Testsubstrats in X-, Y- und Z-Richtung oder in einer Zustellbewegung
zum Testsubstrat bewegt werden. In alternativen Ausgestaltungen
sind die Sonden fest montiert.
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Zur
Prüfung
wird das Testsubstrat mittels der Sonden, welche die Form von Kontaktiernadeln
haben, kontaktiert und mit Prüfsignalen
beaufschlagt oder Prüfsignale
abgegriffen. Die Sonden einschließlich der Probeheads befinden
sich im Allgemeinen außerhalb
des Arbeitsbereiches auf einer Platte, die den Arbeitsbereich nach
oben abgrenzt und die häufig
auch der Halterung der Sonden dient und in diesem Fall als Sondenhalterplatte
bezeichnet ist. Die Spitzen der Sonden kontaktieren das Testsubstrat durch
eine Öffnung
in der Platte, wobei zur Optimierung der elektromagnetische Schirmung
die Öffnung selbst
so klein wie möglich
gestaltet ist oder durch ein elektromagnetisches Schild, als Shield
bekannt, ergänzt
wird, das über
dem Testsubstrat und unterhalb der Platte angeordnet ist und die
erforderlich kleine Öffnung
für den
Durchgriff der Sonden aufweist.
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Die
Prüfung
von elektronischen Bauelementen auf ihre Funktionssicherheit erfolgt
in Probern vorzugsweise unter den Umgebungsbedingungen, die den
Einsatzbedingungen des jeweiligen Bauelementes entsprechen, wobei
die Einstellung des Testsubstrats auf definierte Temperaturen üblicherweise im
Bereich bis einige Hundert Grad Celsius ein Schwerpunkt darstellt.
Die Einstellung der Temperatur des Testsubstrats erfolgt über den
Chuck, der mittels geeigneter Vorrichtungen heizbar oder kühlbar ist.
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Um
unerwünschte
Nebenwirkungen des Heizens oder insbesondere des Kühlens des
Substrates während
des Messvorgangs, wie Kondensatbildungen oder gar Vereisungen zu
vermeiden, wird in der
DE
201 19 157 U1 der Einsatz einer Luft- oder Gasströmung in
dem potentiell betroffenen Bereich beschrieben, die entsprechend
den Erfordernissen der jeweiligen Messung bezüglich ihrer Stärke und
ihrer Strömungsrichtung
regelbar ist.
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Es
hat sich jedoch heraus gestellt, dass über die den Arbeitsbereich
nach oben abgrenzenden Platte und insbesondere über die Öffnung darin und ebenso über den
Kontakt der Sonden mit dem Testsubstrat ein Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsraum
und dem darüber
liegenden Gehäuseabschnitt erfolgt,
in welchem die Sondenhalterungen, die Probeheads und gegebenenfalls
auch die Vorrichtung zur Signalaufbereitung angeordnet sind und
der im Folgenden als Sondenkammer bezeichnet sein soll.
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Insbesondere
bei größeren Temperaturunterschieden
zur Umgebungstemperatur, z. B. bei Messtemperaturen von einigen
hundert Grad Celsius, werden alle in der Sondenkammer angeordneten Komponenten
und Vorrichtungen auf eine solche Temperatur erhitzt, die eine exakte
Positionierung der Sonden oder eine Aufrechterhaltung deren Position über einen
längeren
Prüfzeitraum
verhindern oder zumindest erschweren. Denn eine Erwärmung oder
Abkühlung
der Probeheads und auch der Sonden führt zu Drifterscheinungen infolge
thermischer Ausdehnung im Verlaufe der Messung, wobei sich diese
Auswirkungen mit der Länge
der Prüfspitzen verstärken. Sind
Vorrichtungen zur Signalaufbereitung in einer Sondenkammer angeordnet,
werden auch deren elektrische Parameter verändert und die Messung verfälscht. Darüber hinaus
kann sich auch das Gehäuse
einer Sondenkammer so stark erwärmen,
dass es zu Verbrennungen bei einer Berührung mit dem Gehäuse kommen
kann.
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Ein
weiteres Problem, dass entsteht, wenn sich Sonde und Probehead sowie
Testsubstrat in derselben Kammer befinden und hochparallele Messungen
gestartet werden, ist die stetige Erwärmung des Probeheads und über die
dann folgende Wärmeabstrahlung
auch des Testsubstrats. Die Temperaturdrift führt dann wiederum zu einer
Verfälschung
der Messwerte. In
US
5 321 453 A ist deshalb eine Kühlung durch ein gleichzeitig
sowohl an Testsubstrat wie auch Sonde und Probeheads vorbeiströmendes Kühlgas beschrieben.
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Auch
die
DE 10 2007
058 457 A1 beschreibt ein Testsystem, bei dem sich nur
absolut notwenigen Elemente wie das Substrat auf seiner Aufnahmeplatte
und die Probecard mit den Sondenspitzen in einem zur Umgebung hin
druck- und gasdicht isolierbaren Gehäuse befinden, so dass eine
Messung bei einstellbaren Druck- und Temperaturverhältnissen
ermöglicht
wird. Das führt
jedoch auch bei dieser Anordnung zu einer nachfolgenden Erwärmung oder Abkühlung der
Probecard im Falle einer Messung des Substrats bei sehr tiefen oder
sehr hohen Temperaturen.
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In
einer ähnlichen
Anordnung arbeitet auch das Testsystem, das in
US 6 194 907 B1 beschrieben ist.
Die Anordnung dieses Testsystems löst primär das Problem des Einflusses
elektromagnetischer Strahlung auf die Messungen des Testsubstrats durch
eine sehr vollständige
elektromagnetische Abschirmung und bietet daneben Möglichkeiten
des Arbeitens unter Inertgas bzw. mit erwärmten oder gekühlten Gasen.
Bei einer Temperaturregelung des Testsubstrats durch entsprechend
erwärmte
oder gekühlte
Gase wirken diese jedoch auch direkt auf die Probecard und stellen
diese auf dieselbe Temperatur wie das Testsubstrat ein. Mit einer
von der Temperatur des Testsubstrats unabhängigen Temperatur der Probecard
zu arbeiten ist hier nicht möglich.
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Zur Überwindung
dieser Probleme ist ein Prober angegeben, in welchem in einem Gehäuseabschnitt,
der außerhalb
des Arbeitsbereiches liegt und zumindest eine Sonde und deren Sondenhalterung
umfasst, mittels einer temperierten und diesen Gehäuseabschnitt
durchströmenden
Gasströmung eine
Temperatur eingestellt wird, die unabhängig ist von der Temperatur
des Testsubstrats. Die unabhängige
Temperatureinstellung von Testsubstrat und Sonden gestattet es,
in Abhängigkeit
z. B. von der Testtemperatur, von den thermischen Eigenschaften der
Sonden und/oder von der Art des Tests die Sonden auf eine solche
Temperatur einzustellen, die entweder das Testsubstrat minimal beeinflusst,
die Positionierung der Sonden auch für Langzeittests aufrechterhält und/oder
die gleichbleibende Funktion empfindlicher, weiterer Komponenten
des Probers zu gewährleisten,
die mit den Sonden in Verbindung stehen. So können z. B. selbst bei sehr
hohen oder tiefen Testtemperaturen die Sonden und deren Umgebung
wie z. B. Signalaufbereitungsvorrichtungen in der Sondenkammer auf
die Umgebungstemperatur des Probers eingestellt werden. Durch geeignete, nachfolgend
beschriebene weitere Maßnahmen
ist dennoch eine Aufrechterhaltung der Temperatur des Testsubstrats
möglich.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
In der zugehörigen
Zeichnung zeigt
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1 einen
Prober mit einem Gehäuse
in einer frontalen Schnittdarstellung, wobei das Gehäuse durch
eine Probenhalterplatte in zwei Gehäuseabschnitte unterteilt ist,
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2 eine
weitere Ausgestaltung von oberhalb einer Sondenhalterplatte angeordneten
Gehäuseabschnitten
in Schnittdarstellung und
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3 eine
Detaildarstellung eines Gasauslasses in der Gehäusewandung.
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Eine
in 1 dargestellte Ausführungsform eines Probers weist
ein Gehäuse
mit zwei Gehäuseabschnitten
auf. In dem unteren der beiden Gehäuseabschnitte ist ein Chuck 5 angeordnet,
auf dem ein Testsubstrat 7 aufgelegt und gehalten ist.
Als Chuck 5 wird allgemein eine besondere Haltevorrichtung
für Testsubstrate 7 verstanden,
die auf deren besondere mechanische, elektrische und geometrische
Anforderungen angepasst ist und entsprechend des Testsubstrats 7 und
der Prüfung
geeignete Haltemechanismen realisiert. Ein Chuck 5 umfasst
regelmäßig eine
Chuck-Positionierungseinheit 6, mit welcher der Chuck 5 in
X-, Y- und Z-Richtung zu bewegen und um die Z-Achse in einem gewissen
Winkelbereich drehbar ist. Der Chuck 5 einschließlich seiner
Chuck-Positionierungseinheit 6 ist auf einer Grundplatte 1 des Probers
montiert und seitlich von einer unteren Gehäusewandung 10 umgeben.
Mittels eines kühlbaren oder
heizbaren Chucks 5 wird das Testsubstrat 7 auf die
Testtemperatur eingestellt und während
der gesamten Testdauer gehalten.
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Dem
Chuck 5 und gleichzeitig dem Testsubstrat 7 gegenüberliegend
ist eine Sondenhalterplatte 4 angeordnet, welche die untere
Gehäusewandung 10 nach
oben abschließt
und somit den unteren Gehäuseabschnitt
bildet. Dieser untere Gehäuseabschnitt
umhüllt
den Chuck 5, die Chuck-Positionierungseinheit 6 und
das Testsubstrat 7 und soll deshalb im Folgenden der besseren
Unterscheidung wegen als Testkammer 2 bezeichnet sein.
Die untere Gehäusewandung 10,
die Grundplatte 1 und die Sondenhalterplatte 4 bestehen
aus einem elektrisch leitfähigen
Material und realisieren, ggf. durch einen speziellen Aufbau des
Chucks 5 ergänzt,
die elektromagnetische Abschirmung des Testsubstrats 7.
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Oberhalb
der Sondenhalterplatte 4 erstreckt sich der obere Gehäuseabschnitt,
dessen Wandung zur elektromagnetischen Abschirmung der darin angeordneten
Komponenten ebenfalls aus elektrisch leitfähigem Material bestehen. Folglich
unterteilt die Sondenhalterplatte 4 das Gehäuse des
Probers in einen unteren Gehäuseabschnitt
und einen oberen Gehäuseabschnitt,
wobei beide Gehäuseabschnitte eine
elektromagnetische Abschirmung zur Umgebung und zum jeweils anderen
Gehäuseabschnitt realisieren.
Die einzelnen Gehäuseteile
und die Sondenhalterplatte sind über
ihre Flächenkontakte
miteinander elektrisch verbunden, so dass eine geschlossene Abschirmung
erzielt wird. In einer weiteren Ausgestaltung dient das Gehäuse nicht
der elektromagnetischen Abschirmung, sondern lediglich der Umhüllung der
Testanordnung, z. B. zur Einstellung von Testbedingungen, die von
den Umgebungsbedingungen abweichen.
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In
der Sondenhalterplatte 4 ist eine zentrale Öffnung 26 angeordnet,
durch welche die Sonden 23, die auf der Sondenhalterplatte 4 mittels
Probeheads 21 montiert sind, das Testsubstrat 7 elektrisch
kontaktieren. Als Probeheads 21 werden allgemein Halterungen
verstanden, welche die Sonden 23 entweder einzeln oder
angeordnet auf so genannten Sondenkarten (Probecards) in ihrer definierten
Position zur Sondenhalterplatte 4 und zu den weiteren Sonden 23 halten
und die elektrische Verbindung zu den Sonden 23 realisieren.
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Die
zentrale Öffnung 26 der
Sondenhalterplatte 4 stellt eine Öffnung in der Abschirmung der Testkammer 2 nach
oben sowie des oberen Gehäuseabschnitts
nach unten dar. Diese Öffnung
wird in der dargestellten Ausführungsform
durch ein Schild 9 nahezu vollständig geschlossen, das sich
zwischen der Sondenhalterplatte 4 und dem Testsubstrat 7 erstreckt
und lediglich in dem unmittelbaren Bereich der Kontaktierung des
Testsubstrats 5 durch die Sondenspitzen 25 eine Öffnung aufweist.
Da das Schild 9 die Abschirmung beider hier aneinandergrenzender
Gehäuseabschnitte
ergänzt,
besteht auch das Schild 9 aus einem elektrisch leitfähigen Material
und ist mittels Abstandshalter 14 an der Sondenhalterplatte 4 montiert.
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Diese
Ausgestaltung ist lediglich eine von vielen möglichen. In einer alternativen
Ausgestaltung kann die Abschirmung der beiden Gehäuseabschnitte
zueinander ohne Schild 9, durch geeignete Ausgestaltung
der Sondenhalterplatte 4 oder durch einen weitestgehenden
Verschluss der zentralen Öffnung 26 realisiert
sein. In einer anderen Ausgestaltung kann die Trennung der Testkammer 2 von
einer oder mehrerer oberer Gehäuseabschnitte
anstelle mittels Sondenhalterplatte 4 durch eine weitere
Gehäusewandung
erfolgen, z. B. wenn die Sonden 23 auf andere Weise gehalten
und angeordnet sind.
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Die
Abschirmung zwischen den beiden Gehäuseabschnitten realisiert gleichzeitig
auch deren weitestgehende räumliche
Trennung. In anderen Ausgestaltungen kann die räumliche Trennung, die entsprechend
der nachfolgenden Beschreibung den Einfluss des die Sondenkammer 3 durchströmenden, temperierten
Gases auf das Testsubstrat 7 vermindert, auch durch andere
geeignete Maßnahmen
erfolgen.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Sondenkammer 3 durch
einen Beobachtungsbereich 40 in zwei Teilabschnitte untergliedert, indem
sich der Beobachtungsbereich 40 zentral und über die
gesamte Tiefe (senkrecht zur Zeichnungsebene betrachtet) des oberen
Gehäuseabschnittes
erstreckt und gegenüber
der oberen Gehäusewandung 30 bis
nahe an die Sondenhalterplatte 4 abgesenkt ist. Der abgesenkte
Beobachtungsbereich 40 wird zur Sondenhalterplatte 4 hin
durch den abgesenkten Teil der oberen Gehäusewandung 30 begrenzt,
der ungefähr
parallel und mit einem solchen Abstand zur Sondenhalterplatte 4 verläuft, dass
sich in diesem Abstand die Sonden 23 erstrecken können, ohne
die Sondenhalterplatte 4 oder den besagten abgesenkten
Teil zu berühren.
In diesen mittleren Abschnitt ragt das Objektiv eines Mikroskops 43, 50 dass mittels
des Mikroskops 43 die Herstellung des Kontakts zwischen
Sondenspitzen 25 und Testsubstrat 7 sowie dessen
Beibehaltung während
des Tests zu beobachten ist. Dieser mittlere Bereich ist ein Bestandteil der
Sondenkammer 3, soll im Folgenden jedoch der besseren Unterscheidung
wegen als Objektivkammer 41 bezeichnet sein.
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Beide
Teilabschnitte der Sondenkammer 3 umfassen jeweils eine
Gruppe von Probeheads 21. Jedes Probehead 21 nimmt
eine Sonde 23 auf und umfasst eine Sonden-Positionierungseinheit,
vorliegend Mikrometerschrauben, mit der jede Sonde 23 einzeln
in X-, Y- und Z-Richtung fein positionierbar ist. In alternativen
Ausgestaltungen des Probers können anstelle
der Mikrometerschrauben andere, auch elektrisch angetriebene Mittel
zur Positionierung der Sonden 23 angeordnet sein oder die
Sonden 23 sind selbst nicht beweglich, so dass die Kontaktierung
des Testsubstrats 7 durch die Sonden 23 mittels
einer Zustellbewegung erfolgt, die durch die Chuck-Positionierungseinheit 6 oder
durch eine Bewegung der gesamten Sondenhalterplatte 4 ausgeführt wird.
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Unmittelbar
neben jeder Gruppe von Probeheads 26 und damit innerhalb
der Sondenkammer 3 ist je eine Vorrichtung zur Signalaufbereitung 28 auf der
Sondenhalterplatte 4 angeordnet, wie z. B. eine Signalverarbeitungseinheit.
Jede Vorrichtung zur Signalaufbereitung 28 ist über einen
Verbinder 29 mit außerhalb
des Gehäuses
angeordneten und nicht näher
dargestellten Messanordnungen oder Auswertungseinrichtungen verbunden.
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Zur
Erzeugung einer Gasströmung
weist die Sondenkammer 3 in jedem ihrer Abschnitte im oberen
Bereich verteilt Gaseinlässe 12 und
im unteren Bereich verteilt Gasauslässe 13 auf. Als Gasauslässe 13 sind
in Abhängigkeit
von dem für
die Temperierung der Sondenkammern 3 erforderlichen Volumenstrom
des Gases Öffnungen
in der oberen Gehäusewandung 30 als
auch ein nicht gasdichter Anschluss der oberen Gehäusewandung 30 an
die Sondenhalterplatte 4 möglich.
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In
einer Ausgestaltung wird aufgrund der thermischen Verhältnisse
bereits durch die Lage und die Verteilung der Gaseinlässe 12 und
Gasauslässe 13 ein
Gasstrom 11 durch die Sondenkammer 3 erzeugt.
In einer anderen Ausgestaltung kann die Strömungsrichtung durch eine Absaugung
an den Gasauslässen 13 unterstützt werden,
so dass die Gasstömung 11 nicht
oder zu einem zu vernachlässigenden
Anteil in die Testkammer 2 eindringt. Auch andere geeignete
Maßnahmen
sind zu diesem Zweck möglich,
z. B. die Erzeugung einer Gegenströmung aus der Testkammer 2 in
die Sondenkammer 3 oder die Minimierung von Durchlässen zwischen
beiden Kammern, wie oben beschrieben.
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Die
Gasströmung 11 wird,
bevor sie in die Sondenkammer 3 eingeleitet wird, auf die
erforderliche Temperatur eingestellt, wobei sowohl eine Erwärmung des
Gases als auch eine Kühlung,
z. B. mittels Peltier-Kühler
erfolgen kann. Erfolgt die Prüfung im
Prober bei hohen Temperaturen kann auch bereits mit einer Gasströmung 11 mit
Raumtemperatur eine Kühlung
der Sonden erfolgen. Für
die Gasströmung 11 kann
Luft verwendet werden, die getrocknet sein kann, um Kondensat in
der Sondenkammer 3 oder gegebenenfalls auch am Testsubstrat 7 oder
der Testkammer zu vermeiden. Auch eine Stickstoffspülung ist
verwendbar, z. B. um Oxidationsprozesse zu verhindern oder zur Ausnutzung
dessen günstiger Wärmeübertragungseigenschaften.
Andere Gase sind unter Berücksichtigung
der Testbedingungen und des Aufbaus des Probers ebenso verwendbar.
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Mit
der in der Ausführungsform
nach 1 von oben nach unten durch die Sondenkammer 3 verlaufenden
Gasströmung 11 werden
die Probeheads 21 und auch die Vorrichtungen zur Signalaufbereitung 28 umströmt und temperiert.
Auf diese Weise ist es z. B. möglich,
auch bei höheren
Testtemperaturen von einigen hundert Grad die Temperatur von in
der Sondenkammer angeordneten elektronischen Komponenten nahezu
auf Zimmertemperatur oder auf 25°C ± 5 Grad
einzustellen, bei denen die Funktionsparameter dieser Komponenten
gewährleistet
sind.
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Aufgrund
der über
die gesamte Breite der Sondenkammer 3 verteilten Gaseinlässe 12,
wird die gesamte Sondenkammer 3 durchströmt und temperiert,
bevor das Gas durch die unteren Gasauslässe 13 aus der Sondenkammer 3 austritt.
Dabei bewirkt der Anteil der Gasströmung 11, der den mittleren
Teil der Sondenkammer 3 durchströmt, welcher als Objektivkammer 41 dient
und im Ausführungsbeispiel eine
geringere Höhe
aufweist, die Temperierung der Sondenarme 24. Diese sind
im Ausführungsbeispiel relativ
lang, so dass sich eine Temperaturdrift aufgrund der damit verbundenen Änderung
thermischen Ausdehnung deutlich in einer Drift der Position der Sondenspitzen 25 auf
dem Testsubstrat 7 auswirken würde. Mit der Temperierung der
Sonden 23 mittels Gasströmung 11 kann eine
solche Drift vermieden werden, da die Temperierung die Aufrechterhaltung eines
vor der Messung eingestellten thermischen Gleichgewichts im gesamten
System unterstützt. Diese
Gleichgewichtstemperatur kann rechnerisch oder experimentell ermittelt
und der Temperierung der Sonden 23 zugrunde gelegt werden.
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Sofern
in einer weiteren Ausgestaltung anstelle der nadelartigen Sonden 23,
Probecards mit einer Vielzahl von kurzen Sonden verwendet werden, kann
auch die Probecard, die parallel zum Testsubstrat 7 in
der zentralen Öffnung 26 der
Sondenhalterplatte 4 ange ordnet würde, durch die vorbeiströmende Gasströmung 11 temperiert
werden.
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Durch
die Gasströmung 11 in
der Objektivkammer 41 kann darüber hinaus auch das Objektiv temperiert
werden, z. B. um dessen langsame Anpassung an die Temperatur des
direkt unterhalb des Objektiv liegenden Testsubstrats 7 zu
verhindern und damit die fortlaufende Beobachtung des Tests zu gewährleisten.
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In
einer weiteren Ausgestaltung kann ergänzend auch die Testkammer 2 und/oder
die Chuck-Positionierungseinheit 6 temperiert sein, um Änderungen
in der Position des Testsubstrats 7 oder dessen elektrischer
Eigenschaften durch eine Temperaturdrift zu vermeiden.
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2 zeigt
eine weitere Ausgestaltung der Sondenkammer 3 des Probers.
Der wesentliche Aufbau des dargestellten Teils des Probers entspricht dem
in 1, weshalb auf die Darlegungen dazu verwiesen
wird. Die gleichen Komponenten des Probers wurden mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet. Der besseren Übersicht wegen ist keine Beobachtungseinrichtung
dargestellt. Es ist aber unbenommen, dass eine Beobachtung der Sondenspitzen 25 während der
Prüfung
auf andere geeignete Weise erfolgen kann. Die Ausgestaltung gemäß 2 unterscheidet
sich darüber
hinaus von der in 1 dargestellten, dass kein Schild 9 unter
der Sondenhalterplatte 4 angeordnet ist. Um dennoch den
thermischen Einfluss des Testsubstrats 7 und des Chucks 5 auf
die Sondenkammer 3 zu verringern, wurde die zentrale Öffnung 26 in
der Sondenhalterplatte 4 auf das für die Positionierung der Sondenspitzen
minimal erforderliche Maß vermindert.
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In
der Ausgestaltung gemäß 2 ist
ein mittlerer Teilabschnitt der Sondenkammer 3, in welchem
sich die Sondenarme 24 erstrecken, durch thermische Blenden 31 von
den seitlichen Teilabschnitten, in welchen die Probeheads 21 angeordnet sind,
thermisch abgeschirmt. Die von den Probeheads 21 gehaltenen
Sonden 23 erstrecken sich durch die Blenden 31 bis
in den zentralen Bereich der Sondenkammer 3. Die Blenden 31 sind
thermisch isolierend aber durchlässig
für einen
Gasstrom 11, der mittels Gaskanälen 32 in jedem Teilabschnitt
separat erzeugt wird. In jedem Teilabschnitt der Sondenkammer 3 ist
im oberen Bereich ein rohrförmiger Gaskanal 32 angeordnet,
der entlang einer Mantellinie Öffnungen
aufweist, die als Gaseinlass dienen. Diese Gestaltung des Gaseinlasses 12 gestattet
eine gerichtete Strömung,
z. B. zu den Halterungen der Sonden 23 und den Blenden 31.
Der Gaskanal 32 im mittleren Teilabschnitt der Sondenkammer 3 ist
derart ausgestaltet, dass der Gasstrom 11 in Richtung der
Sonden 23 strömt
jedoch nicht in die zentrale Öffnung 26,
da die Temperatur des Gasstromes 11 deutlich von der des
Testsub strats 7 abweichen kann und so thermische Spannungen
und Verschiebungen im Testsubstrat 7 und den Sondenspitzen 25 vermieden werden.
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Die
Richtung der Gasströmung 11 kann
darüber
hinaus durch einen drehbaren Gaskanal 32 und/oder durch
gerichtete, düsenartige Öffnungen
im Gaskanal 32 eingestellt und verändert werden. Die Verwendung
einer gerichteten Gasströmung 11,
welche die Sondenkammer 3 durchströmt, gestattet die gezielte
Temperierung auch von einzelnen Komponenten bei minimalem Einfluss
auf die Temperatur des Arbeitsbereiches und des dort angeordneten Testsubstrats 7.
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Sofern
die Temperatur in der Testkammer 2 deutlich über der
in der Sondenkammer liegt, verhindert zudem die aus der Testkammer 2 aufströmende Luft
ein Eindringen des kühleren
Gasstromes 11 in die Testkammer 2. Die sich im
mittleren Teilabschnitt der Sondenkammer 3 vermischenden
Gasströme 11 entweichen
durch die Blenden 31 in die seitlichen Teilabschnitte,
werden dort weiter abgekühlt
und entweichen durch die am Fußpunkt
der oberen Gehäusewandung 30 verteilten
Gasauslässe 13,
gegebenenfalls durch eine Absaugung unterstützt. Wird zum Beispiel eine
Messung bei 200 bis 300°C
durchgeführt,
kann die Sondenkammer 3 durch einen Luftstrom bei Zimmertemperatur
gekühlt
werden und bei entsprechender Bemessung der die Sondenkammer 3 durchströmenden Luftmenge
ist in der Sondenkammer 3 eine Temperatur von ca. 25°C während der
gesamten Prüfung
aufrechtzuerhalten.
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Dies
wird auch die thermische Trennung mittels der Blenden 31 unterstützt, die
in einer Ausgestaltung eines Probers zur flexiblen Anwendung entnehmbar
sind. Die Verwendung von Blenden 31 hängt zum einen von der Temperaturdifferenz
und zum anderen von der Größe der Öffnung zwischen beiden
Kammern ab.
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Sowohl
die Gasströmung 11 in
der Objektivkammer 41 als auch die in den seitlich davon
liegenden Teilabschnitten der Sondenkammer 3 bewirken eine
Temperierung der Sondenhalterplatte 4, was sich stabilisierend
auf das thermische Gleichgewicht des Testsystems auswirkt. In dem
oben beschriebenen Fall einer hohen Temperaturdifferenz zwischen Sondenkammer 3 und
Testsubstrat 7, kann die Sondenhalterplatte 4 eine
thermische Isolierung 27 aufweisen. Im Ausführungsbeispiel
ist diese wegen der Montage der Sonden 23 und der Probeheads 21 auf der
Sondenhalterplatte 4 an deren Unterseite angeordnet. Alternativ
ist das auch oberhalb möglich.
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In
einer weiteren Ausgestaltung kann das Gehäuse eines Probers neben der
Funktion als EMI-Abschirmung auch lichtdicht ausgeführt sein,
z. B. zur Prüfung
optoelektronischer Testsubstrate 7. 3 zeigt
einen möglichen
Gasauslass 13, der beide Funktionen erfüllt. Zu diesem Zweck ist in
einer Öffnung
in der oberen Gehäusewandung 30 ein
Profil 34 eingefügt,
das durch einander überlappende
Stege einen direkten Sichtkontakt durch die Öffnung ausschließt aber
durch genügend
große
Abstände der
Stege zueinander einen Gasstrom durch das Profil 34 gestattet.
Für eine
größtmögliche Absorption von
einfallendem Licht ist das Profil 34 aus mattschwarzem
Material gefertigt. Die elektromagnetische Abschirmung im Bereich
der Öffnung
wird durch einen EMI-Abschirmstoff 35 realisiert, welcher
in elektrischem Kontakt mit der Sondenhalterplatte 4 und
der oberen Gehäusewandung 30 steht.
Alternativ kann der Gasauslass 13 auch nur eine der Funktionen
erfüllen
und folglich nur entweder das Profil 34 oder die elektromagnetische
Abschirmung aufweisen.
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Zur
Prüfung,
die im Ausführungsbeispiel
bei Temperaturen oberhalb 200°C
durchgeführt
werden soll, wird ein Testsubstrat 7 auf einem Chuck 5 angeordnet
und im Arbeitsbereich innerhalb der Testkammer 2 und damit
unterhalb der zentralen Öffnung 26 grob
positioniert. Nachfolgend wird das Testsubstrat 7, welches
flächig
auf dem Chuck 5 aufliegt, mittels einer Chuckheizung (nicht
dargestellt) auf die Testtemperatur geheizt. Zu diesem Zeitpunkt
wird die Sondenkammer 3, die sich in drei Teilabschnitte
mit einer mittleren Objektivkammer 41 untergliedert, von drei
separaten Gasströmen 11 aus
getrockneter Luft mit Raumtemperatur durchströmt. Auf diese Weise wird eine
starke Erwärmung
der Sonden 23 und über deren
thermischen Kontakt auch der Probeheads 21 verhindert.
Es stellt sich ein thermisches Gleichgewicht ein, bei dem das Testsubstrat 7 die
Testtemperatur eingenommen hat und für die Sonden 23, die Probeheads 21 und
Signalvorverarbeitungseinheiten innerhalb der seitlichen Teilabschnitte
der Sondenkammer 3 eine Temperatur von ca. 25°C eingestellt wird.
-
Nach
der Einstellung des thermischen Gleichgewichts wird der Kontakt
der Sonden 23 mit dem Testsubstrat durch eine Feinpositionierung
mittels Chuck-Positionierungseinheit 6 und Probeheads 21 und
die nachfolgende Zustellung zwischen den Sonden 23 und
dem Testsubstrat 7 hergestellt. Aufgrund der Aufrechterhaltung
der Temperatur der Sonden 23 mittels der Gassströme 11 erfolgt
keine Änderung
der thermischen Ausdehnung der Sonden, so dass auch Langzeitmessungen
und insbesondere auch mit langen Sondenarmen 24 möglich sind,
ohne während
der Prüfung
den Kontakt zwischen den Sonden und dem Testsubstrat zu verlieren.
-
- 1
- Grundplatte
- 2
- Testkammer
- 3
- Sondenkammer
- 4
- Sondenhalterplatte
- 5
- Chuck
- 6
- Chuck-Positionierungseinheit
- 7
- Testsubstrat
- 8
- Objektivkammer
- 9
- Schild
- 10
- untere
Gehäusewandung
- 11
- Gasströmung
- 12
- Gaseinlass
- 13
- Gasauslass
- 14
- Abstandhalter
- 21
- Probehead
- 23
- Sonde
- 24
- Sondenarm
- 25
- Sondenspitze
- 26
- zentrale Öffnung
- 27
- thermische
Isolierung
- 28
- Vorrichtung
zur Signalaufbereitung
- 29
- Verbinder
- 30
- obere
Gehäusewandung
- 31
- Blende
- 32
- Gaskanäle
- 34
- Profil
- 35
- EMI-Abschirmstoff
- 40
- Beobachtungsbereich
- 41
- Objektivkammer
- 43
- Mikroskop