DE102021110102A1

DE102021110102A1 - Wafer level test methods for opto-electronic chips

Info

Publication number: DE102021110102A1
Application number: DE102021110102.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Karras; Tobias Gnausch; Thomas Kaden; Robert Büttner; Kay Reetz; Armin Grundmann
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2021-04-16
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2041-04-22
Also published as: DE102021110102B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen von auf einem Wafer angeordneten optoelektronischen Chips (1) mit elektrischen Schnittstellen in Form von Kontaktpads (1.1) und hierzu fest angeordneten optischen Schnittstellen in Form von optischen Umlenkelementen (1.2), z.B. Gitterkopplern, mit einem spezifischen Kopplungswinkel (a). Dabei wird in drei Justierschritten der Wafer mit einem der Chips (1) so zu einem Kontaktierungsmodul (2) justiert, dass die elektrischen Schnittstellen von Chip (1) und Kontaktierungsmodul (2) miteinander in Kontakt stehen und die optischen Schnittstellen von Chip (1) und Kontaktierungsmodul (2) eine Maximum-Position der optischen Kopplung einnehmen.The invention relates to a method for testing optoelectronic chips (1) arranged on a wafer with electrical interfaces in the form of contact pads (1.1) and optical interfaces fixed thereto in the form of optical deflection elements (1.2), e.g. grating couplers, with a specific coupling angle ( a). In three adjustment steps, the wafer with one of the chips (1) is adjusted to a contacting module (2) in such a way that the electrical interfaces of chip (1) and contacting module (2) are in contact with one another and the optical interfaces of chip (1) and contacting module (2) assume a maximum position of the optical coupling.

Description

Technisches Gebiettechnical field

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 2011/0279812 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 at the wafer level in a wafer prober at the same time. Such a method is generic from the U.S. 2011/0279812 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 the wafer level. In contrast to conventional, purely electrically integrated circuits, so-called ICs (Integrated Circuits), optical functionalities are also integrated in PICs 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.In the manufacture of ICs, e.g. B. using CMOS technology, tests and measurements take place 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 determined, recorded in a wafer map and the yield is thus determined. Functional chips are also referred to as Known Good Dies (KGD). When the wafer is separated into individual chips, the non-functional chips are sorted out. The test equipment required for the wafer level test is available in the form of wafer probers and wafer testers with associated contacting modules (also called probe cards). The device-side interfaces of the wafer tester are connected to the individual interfaces of the chips of the wafer fixed on the wafer tester by means of the contacting module. In principle, the contacting module can be designed in such a way that it only contacts one chip or also several chips at the same time. It is also not absolutely necessary that the chips for contacting are still present in the wafer assembly. In order to contact several chips of a wafer simultaneously or one after the other, the chips only have to have a fixed and defined position in relation 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 the most varied ICs with a 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.The PICs are usually manufactured using the same established semiconductor processes, e.g. B. the CMOS technology. The previously very low production volumes of PICs compared to IC production mean that, as a rule, only tests for process characterization are carried out in a semiconductor factory, but no functional tests of the PICs. The 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 contacting 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 of PICs at the wafer level requires the coupling of light into and out of the plane of the PICs, 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 (grating couplers) can be a functional component in the chip or sacrificial structures on the wafer, e.g. B. in the Ritzgraben or on adjacent 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, glass fiber-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 coupling points of the chip 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 actuators, e.g. in combination with hexapods and piezo elements. On the other hand, a time-consuming, active adjustment process designed to achieve maximum coupling efficiency must take place 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-side solutions, so that conventional wafer probers can only be used with complex and cost-intensive modifications and can then no longer be used or can only be used to a limited extent or only after time-consuming conversion for the wafer level test of ICs.
• Separate electronics and optics modules that are not permanently connected to one another, ie both must be held and adjusted separately.

Aus der vorgenannten US 2006/0109015 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 aforementioned U.S. 2006/0109015 A1 is an optoelectronic contacting module (probe module) for testing chips (object to be examined - DUT 140) known with electrical and optical inputs and outputs. The contacting module represents an interface between a test apparatus (ATE) and the test object (device under test, DUT for short) and is designed with electrical contacts (electical probes), optical contacts (optical probes), optical elements and combinations thereof in order to transmit signals from to the DUT and to the DUT and to redistribute these signals for an interface to the test equipment.

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 using optical elements that are located on the contacting plate and/or the redistribution plate and are linked to various coupling mechanisms, e.g. B. free radiation, quasi-free radiation or waveguides are matched. Diffractive elements and refractive elements are specified as optical elements suitable 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 represent the optical input or output on the contacting plate.

Darüber hinaus lehrt die vorgenannte US 2006/0109015 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 teaches U.S. 2006/0109015 A1 that for designs of optical coupling via free-beam or quasi-free-beam connections, in which the optical signal is passed 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 . Consequently, the signal coupling here is subject to the concept of coupling the signal as completely as possible.

Nach einem Ausführungsbeispiel der vorgenannten US 2006/0109015 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 U.S. 2006/0109015 A1 the optical and electrical signal lines (optical and electrical distribution network) are carried out on separate redistribution panels. It is proposed to route the electrical signals from the DUT to the edge areas of the contacting plate, so that the electrical signals are coupled in above the edge area in the first redistribution plate arranged above the contacting plate. 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.

Zusammenfassend werden in der vorgenannten US 2006/0109015 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, in the aforesaid U.S. 2006/0109015 A1 a variety of ideas are shown, such as a contacting module that justifies, e.g. B. is divided into a contacting plate and a redistribution plate by the wear of the mechanical contacts for electrical signal transmission, could also be 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 contacting 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 an electrical signal that is always the same requires only mechanical contact between the needles on the contacting module and the contact plates (contact pads) on the DUT, which can be ensured within a comparatively large positional 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-micron range.

Erfolgt, wie in der vorgenannten US 2006/0109015 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.Is done as in the above U.S. 2006/0109015 A1 described, an optimization of the coupling efficiency of the optical signal by collimating or focusing the optical beam, the entire contacting module must be adjusted with high precision in the sub-micron range. Otherwise the adjustment-dependent repeatability of the measurement is not sufficient for the applications described. This in turn has the consequence that the contacting module cannot make full use of the typical adjustment tolerances in conventional electrical wafer probers for the electrical contacting in the range of a few micrometers in the X, Y and Z directions. Complex and expensive special wafer prober solutions, including various adjustment elements, such as piezo adjustment elements, and linear axes or hexapods are required in order to adjust the contacting 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 2006/0109015 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 a so-called overdrive of typically a few 10 µm in the Z-direction is set for the clean electrical adjustment of the needles, ie after the initial contact of the needles with the electrical contact pads, the contacting module still moves by an additional amount in the Z-direction. Direction is moved to ensure reliable electrical contact Afford. Wear and deformation of the needles are usually compensated for by adjusting the overdrive during operation. With a simple collimation or focusing of the optical beam, as in the aforesaid U.S. 2006/0109015 A1 described, the working distance in the Z-direction may only vary in the range of micrometers for a repeatable coupling. This type of optical coupling is therefore not compatible with established electrical contacting methods.

Die US 2011/0279812 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 U.S. 2011/0279812 A1 discloses a contacting module for testing chips with electrical and optical inputs and outputs. The chip is mounted on a moveable carrier that can be used to roughly align it with the contacting module. The rough alignment is sensor-controlled based on a position monitoring of the chip or the alignment marks of the chip. The chip is finely aligned in two process steps. In the first step of the process, 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 contact and, if contact is faulty, corrected by repeated rough alignment. In the second process step, the optical inputs and outputs are aligned. The optical inputs and outputs of the chip can receive or emit focused or collimated beams with adjusted aperture and focus position. The optical inputs and outputs of the contacting module have variable optics that can be used to generate beams focused perpendicularly onto the surface of the optical inputs and outputs, with the axial and lateral focal position and the aperture of the beams being adjustable. For the adjustment, the variable optics has at least one optical element with variable focal length and/or at least one optical element that is movable. The axial adjustment of the focus position is based on distance measurements using additional distance sensors or intensity measurements using an optical test signal. The lateral adjustment of the focus position is based on intensity measurements, in which a test beam already focused on the surface of the chip is moved in a scanning relative movement in relation 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 chips of the same type, parts of the coarse and fine adjustment can be saved and used again.

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 center points of the contact pads of a chip are determined using a second camera. From a relative position of the tips to the contact pads derived therefrom, control signals are formed, 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.The object of the invention is 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 based.

Lösung der Aufgabesolution of 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 arranged fixedly 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, for this purpose, fixed optical elements. Optical elements can be, for example, passive optical elements, optoelectronic actuators and/or optoelectronic sensors and/or electro-optical modulators. The optical elements include 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 perpendicular can be the z-direction. the spe 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 11.6°, for example, and can be advantageous for the glass fibers with a corresponding wedge cut used for coupling in the end application of the chip. The beams deflected by a plurality of optical deflecting elements, particularly advantageously by all, can advantageously be parallel. If the optical elements are designed for beams of rays, the parallelism can be determined with respect to the central rays of the beams of rays. Then the coordinate system can be chosen in such a way that the y-components of the deflected beams disappear, ie that the deflected beams 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 can be adjusted in the x, y and z direction of a Cartesian coordinate system with respect to a contacting module and can be rotated about the z axis. The x and y coordinates can advantageously be adjusted by means of the positioning table. The z coordinate can advantageously also be adjusted by means of the positioning table. Alternatively or additionally, the adjustability in the z-direction can be provided by means of a vertical lifting and lowering device of the contacting module. The ability to rotate about the z-axis can advantageously be provided by means of the ability to rotate the positioning table. Alternatively or additionally, the ability to rotate 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, which are 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 or y-travel of the positioning table from the x-direction or y-direction of the chip can be compensated for, for example, 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) can be compensated when controlling the traverse 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, over a predetermined point on the associated contact pad of a first of the chips, with the contacting module in z-direction has a first distance a from the first of the chips. In this case, the first distance a is greater than a maximum distance I of the needle tips from the contacting module. The maximum distance between the needle tips and the contacting module can also be viewed as an effective needle length in the z-direction in the mechanically unloaded (i.e. force-free) state. The predetermined location may be a specific xy position, i.e. a location in an xy plane. The predetermined location may, but need not, be the center of the contact pad. The needles can, for example, be in the form of vertical needles (i.e. arranged in the z-direction), so-called “vertical needles”, which under certain circumstances only have a slight spring effect. Advantageously, the needles can be designed as spring-loaded vertical or inclined needles. In a particularly advantageous manner, the needles can be designed as cantilever needles. Cantilever needles can be needles that are arranged in a resilient manner in the sense of a bending beam. Preferably, cantilever needles can be arranged such that they enclose an angle greater than 60° to the z-axis with respect to their bending beam section in the unloaded (force-free) state, particularly preferably greater than 70° and very 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 hitting the edge of the wafer against the stops provided can also take place.

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, in that the positioning table is advanced to the contacting module in the z-direction at a second distance b, at which the needle tips rest against 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 on the contacting module by moving the positioning table in scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]) in a scan field that is smaller than an xy extent of the contact pads. ) is deflected 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 in the z direction, and at the scan positions P[i] = (xs[i] , ys[i], zs[i]) via at least one of the optical interfaces of the contacting module and one of the optical deflection elements, an optical signal is coupled, wherein the second position (x2, y2, z2) is defined in that the optical signal with is coupled to a maximum degree of coupling, the degree of coupling being determined by means of at least one electrical signal transmitted via at least one electrical interface becomes. 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 scanning area can be formed flat, as a special case of this special case, line-shaped. The scan area can be defined mathematically as the smallest convex polyhedron containing all scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]). The scanning area can advantageously be two-dimensional, in which case the polyhedron can be degenerate into a polygon. The index i can be provided as a running index i=1, 2 . . . imax for consecutive numbering of the scan positions. As a result, the chronological sequence of the scan positions can be predetermined. However, the scan positions can also be defined adaptively. This can mean that the position P[i+1] is only determined at the runtime of the scan, taking into account the degree of coupling 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. line-shaped) and as a special case of the special case zero-dimensional (i.e. point-shaped). The xy extent of the contact pads can be understood as meaning its geometric extent in the x and y directions. The fact that the scan field is smaller than the xy extent of the contact pads can mean that the needle tips do not leave the associated contact pad during the scan. In a specific embodiment, the scan can be line-shaped, which corresponds to a one-dimensional scan area. In a special case of this specific embodiment, the scan can take place linearly in the z-direction. Then the scan field can be punctiform. This can have the advantage that a scan is also possible 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 degree of coupling 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 degree of coupling was measured can be taken 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 in the z direction to a third distance c, which is smaller than the second distance b, is infed, the needle tips resting against the contact pads with a predetermined pressing force, the third position (x3, y3, z3) from the second position and the coupling angle α of the relevant optical deflection element for the third distance c calculated 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 in that there is a maximum degree of coupling at the point with the coordinates x3, y3 for the third distance, which is assigned to the coordinate z3. The third distance c can be a predetermined optical working distance in which the needles bear against the contact pads with a predetermined pressing 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.For example, the third position can be calculated in the following way. It can o.B.d.A. the beam deflected by a deflection element at the specific coupling angle α must 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 defined 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 routed via the respectively associated 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.A position difference resulting from the first position and the second position of the first of the chips is advantageously 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 particular, in order to take into account the wear of the needle tips, it is advantageous if the optical working distance c, at which the needles are in contact with the contact pads with a predetermined pressure force, is monitored and the third position is corrected if the pressure 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.Since the change in the optical working distance c is determined over the long term over the period of use of the contacting module, it is advantageously possible to replace the needles of the contacting module with new needles when 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.Since the optical signals advantageously outshine the respective interface during coupling, positional tolerances of the optical interfaces of the chips are compensated for in particular.

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 routed via the respectively associated interfaces have a tophat distribution of their radiation intensity during coupling.

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 directly follow the second alignment step. This can minimize the processing time. A fourth alignment step can also advantageously be provided between the second and the third alignment step, in which the positioning table is set down 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 contacting 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.In the second alignment step, the scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]) can advantageously 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] V i ∈ {1, 2, ..., imax-1}.Likewise advantageously, the scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]) can lie in a yz plane (x2, y, z) in the second alignment step. The scan positions Ps[i] can then be (x2, ys[i], zs[i]). The scan positions can advantageously be chosen such that z increases monotonically, i.e. z[i+1] ≥ z[i] V 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.Likewise advantageously, the scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]) can 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, an alignment with respect to y can be dispensed with.

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.At least one of the optical elements of a chip can advantageously 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, an electrical interface of the electro-optical element can be sufficient for the method. For example, the anode of an electro-optical element can be grounded and only the cathode can be routed 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 in that light is coupled via the optical interface of the contacting module into the deflection element assigned to the optical sensor and a photocurrent is measured via the corresponding electrical interfaces. The degree of coupling can be determined from the ratio of the photocurrent to the light output emitted by the contacting 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 in the form of 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 the case of 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, as a result of which the actuator generates light. The light generated is fed via the assigned deflection element to the optical interface of the contacting module and the amount of light arriving is measured. The degree of coupling can be determined from the ratio of the photocurrent to the optical power 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 an on 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.At least one optical actuator can advantageously be operated as a sensor in the second alignment step. For example, an LED or laser diode can be operated as a photodiode. This can have the advantage that no operating current has to be conducted via the electrical contacts, but only a comparatively low photocurrent in order to determine the degree of coupling.

Figurenlistecharacter list

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 on the basis of exemplary embodiments with the aid of drawings. For this show:

1a a chip of a first exemplary embodiment is arranged in a first position relative to the contacting module after the first alignment step,
1b the first embodiment at the second alignment step
1c the first embodiment after the third alignment step.
2a a chip of a second embodiment is arranged in a first position relative to the contacting module after the first alignment step,
2 B the second embodiment at 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 prescription at the second alignment step.
5 shows the associated 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.With 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 fixed 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 solder on 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 11.6°, for example, and refers to the glass fibers with the corresponding wedge cut used for coupling in the end 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 the same way as in a prior art method, a wafer is picked up 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 can be rotated 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 produced 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, however, compared to the arrangements formed by the optical interfaces, in particular of wafers to wafer, have tolerance deviations. 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 I 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 present on the contacting module 2 in the form of needles 1.1 are in a first position (nominal position), perpendicularly above predetermined points 1.4, which correspond to the centers 1.3 of the contact pads 1.1 correspond to a first of the chips 1 are arranged. During the adjustment, the contacting module has an adjustment distance a in the z-direction that is greater than the free length I of the needles 2.1 to the chip 1, so that there can be no contact 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 also 1a , where for the sake of simplicity, as in the other figures, the illustration of the adjustment in the y-direction was omitted. Correspondingly, adjustment paths during individual adjustment steps are only shown as adjustment paths in the x-direction. In a modification of this exemplary embodiment that is not shown in the figures, the predetermined points 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.This first adjustment step is advantageously carried out according to a fixed routine known from practice. A 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 one another via a standard. This then enables the exact 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. As a rule, the user cannot intervene in this routine. It is also usually not possible to use alternative structures such as alignment marks etc. for positioning. The cameras not only correct the x-y position and a rotation around the z-axis, but also determine the z-position. 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 to one another and the centers of the contact pads 1.1 to one another at the same time, it is not really possible to arrange all the needle tips exactly above the centers of the contact pads 1.1 and ultimately adjust a position in which the average deviation is the smallest . However, the positional tolerance of the electrical interfaces to one another is negligibly small compared to the positional tolerance of the arrangement of the electrical interfaces to the arrangement of the optical interfaces of a chip 1, This is due in particular to the fact that the electrical interfaces and the optical interfaces are produced one after the other with different process steps. 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.

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 and 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) to the electrical contacts of the contacting module 2 (contact pads 1) is aligned, 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 , please refer 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 varies statistically from their target position in the x, y, z and around the z direction for each wafer, while the deviations around the x and y directions are consistent the orientation of the positioning table 3 can be assumed to be unchangeable after the position of the chip 1 and thus 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.Second, there is a deviation in the position of the optical interfaces on the contacting 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 contacting module. This applies not only to positional deviations in the x, y and z directions, but also to tilting around 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, variable deviations occur over the service life of the contacting module 2 . The reason for this is the mechanical wear and thus 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.The positioning table 3 de facto corrects the position of the entire contacting module 2 to the chip/wafer via the camera measurement - and thus also changes the position of the arrangement of the optical interfaces of the contacting module 2.2 due to the specific coupling angle of the respective optical deflection element, in particular a grating coupler the arrangement of the optical interfaces on the chip 1.

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), in a second alignment step (see 1b) a second position (x2, y2, z2) is determined. For this purpose, the positioning table (3) is first fed to the contacting module (2) in the z-direction at a second distance (b), at which the needle tips (2.1) lie against the contact pads (1.1). This has the effect 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) on the contacting module (2). In this case, in a scan field (4, 5) smaller than an xy extent of the contact pads (1.1), the positioning table (3) is moved in scan positions Ps[i]=(xs[i], ys[i], z2) within a scan area (4 , 5) deflected relative to the x and/or y coordinates of the first position in the x direction (4) and y direction (5). The scan therefore takes place in an xy plane. In further modifications of the example that are not shown in the figures, the scan can also include an infeed in the z-direction, for example the scan can take place 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.An optical signal is coupled at the scanning positions (xs[i], ys[i], zs[i]) 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 in that the optical signal is coupled with a maximum degree of coupling, the degree of coupling being 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 at the same time, the mean value of the degree of coupling from several interfaces can be used for further consideration.

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 differs from x1. See also 1b . The second position does not have to be approached; it is sufficient if this is determined, for example, by means of regression from the degrees of coupling 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 in the z direction at a third distance c, which is smaller than the second distance b, is delivered. The needle tips (2.3) are in contact with the contact pads (1.1) with a predetermined contact pressure, as shown in 1c is shown. This is achieved by choosing a smaller optical working distance than the free length of the needles I. The difference is referred to as overtravel or overdrive. The needles can bend or deflect elastically, for example. Elastic buckling is exaggerated here to show the effect. A smaller overtravel is selected in the second alignment step than in the third alignment step. The second distance b is greater than the third distance c. This means that the contact pads can be protected during the scan.

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)With the overtravel, a safe electrical contact of the needles with the contact pads is guaranteed (low contact resistance). After the first slight contact of the needles with the contact pads, the wafer is moved up a few 10 µm 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-impedance contact is achieved. On the other hand, a constant contact pressure of the needles is generated by the overtravel, since the needles deflect accordingly due to the additional travel and exert a pressure force on the contact pad. This pressing force varies depending on the type of needle used, but it can be assumed to be on the order of approx. 0.03 N per needle. Typically, the overtravel is 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 (a) 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 the case of 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 during 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 in which there is maximum coupling of the optical signals. The third position (x3, y3, z3) is calculated from the second position and the coupling angle (a) of the relevant optical deflection element (1.2) for the third distance (c) before the third alignment step. This makes it possible to set the x and y coordinates of the third position first and then adjust the z coordinate to the desired working distance c. This will prevent 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.In order to set the optical working distance c, the chip is brought into the third position. In this, the final adjustment state is created, in which both the electrical and the optical interfaces of the chip and contacting module are aligned to each other in the best possible way, i.e. the best possible measurement capability of the optical signal flows is given (maximum position of the optical coupling), whereby the electrical signal flow is given. In order to test the chip, electrical or optical signals are then routed via the interfaces assigned to one another.

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 a coordinate comparison of the coordinates x3 to x1 and x2 and as a coordinate z3) which is advantageously stored and taken into account when adjusting all the other chips on this wafer. That is, the nominal position of the positioning table is offset by the corresponding offset as a difference x3-x1 in the x direction (see 1c ) and difference y3-y1 corrected in 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 has to be carried out once per wafer or at longer time 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 and the difference y3-y1 and its changes over time, can be observed and thus allows statements to be made about the wear and the associated change 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.In order to increase the accuracy of the determination of the offset, the raster scan can also be carried out on several chips of the wafer before starting the examination of all chips of the wafer and the results can be 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 service life 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).Direct monitoring of the optical working distance is important to ensure the defined optical coupling properties between the contacting module and the chip (measuring ability) and collisions of the optical To prevent interfaces between 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 permanently integrated in the contacting module can be used for this, e.g. a capacitive distance sensor. This enables the real optical working distance to be checked. In combination with active control, the working distance can be actively readjusted by moving the positioning table in the z-direction and, if necessary, a hard stop can be programmed if the working distance falls below a minimum, e.g. to avoid a collision caused by operator error.

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 contacting module is put into operation for the first time (run-in behavior). This can be anticipated by a multiple contact simulation before the adjustment of a first chip (pre-aging), with which the value of the offset to be set can be reduced.

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.Usually, all optical interfaces of the chips, embodied by grating couplers, have coupling angles with the same angular amount and the same alignment, so that a change in the optical working distance Δb results in the same relative change ΔX in 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 of <50 µm. A change in the optical working distance of, for example, 10 μm and a coupling angle α of 11.6° in the x-z plane would result in a change in the optimum coupling position Δx of 2 μm in the x direction. A change in the optical working distance Δb of 20 µm would result in a change in the optimal coupling position Δx of 4 µm in the x-direction. This can still be intercepted by the correction described above, i.e. the positioning table is subsequently corrected in the x-direction via control command, assuming that the needles still hit the contact pads with sufficient certainty.

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 demands on the accuracy of the adjustment steps can be reduced if the optical signals routed to test the chip via the respectively assigned 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 arranged in a first position relative to the contacting module after the first alignment step. In contrast to the first exemplary embodiment, cantilever needles 2.1 are used here. 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, above a predetermined point (1.4) of the associated contact pad (1.1 ) A first of the chips (1) are arranged, wherein the contacting module (2) has a first distance (a) to the first of the chips (1) in the z-direction, the first distance (a) being greater than a maximum distance (I) the needle tips (2.3) to 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 at the second alignment step. In contrast to the first exemplary 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 has been exceeded. In a modification of the second exemplary embodiment, the scan takes place with a fixed y-coordinate y2=y1, this being a line scan. In a further modification, the scan is performed 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 occurs 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 Fig. 12 shows a fourth alignment step of a further modification of the second embodiment. Here the positioning table is set down in the -z-direction at a fourth distance d, the fourth distance d being greater than the maximum distance I of the needle tips (2.3) from 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 scan specification of a yz scan in the second alignment step. The z coordinate of the trajectory of the scan minus the z2 coordinate of the second position is plotted on the abscissa. The y coordinate of the trajectory of the scan 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, its direction of passage is indicated by arrows. The scan positions are selected one after the other at the corners of the drawn-in trajectory. The scan begins in the center right at the second position (x2, y2, z2). 55 scan positions are used. the z Coordinate increases monotonically in 54 steps of alternating 1µm and 0µm. The y-coordinate moves in increments of -1µm, 0µm and 1µm between y2-3µm and y2+3µm as shown. The scan range is 6 µm in the y direction and 27 µm in the z direction. At a specific coupling angle α=11.6°, the path of 28 µm in the z-direction is equivalent to a beam displacement in the x-direction of 5.5 µm. the inside 5 Scan area 7 shown is the enclosing polygon of the scan positions. It is 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 modification, not shown in the figures, of the 4 and 5 The y-coordinate remains fixed and the scan is carried out as a line scan in the z-direction. Then the scan field would be punctiform.

BezugszeichenlisteReference List

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 place
22: Kontaktierungsmodulcontacting module
2.12.1: Nadelneedle
2.22.2: optische Schnittstelle am Kontaktierungsmoduloptical interface on the contacting module
2.3.2.3.: Nadelspitzeneedlepoint
33: Positioniertischpositioning table
4.4.: x- Scanbereichx- scan area
5.5.: y- Scanbereichy scan area
6.6.: z- Scanbereichz- scan area
7.7.: Scanbereichscan area
αa: Kopplungswinkelcoupling angle
aa: erster Abstandfirst distance
bb: zweiter Abstandsecond distance
cc: dritter Abstandthird distance
II: freie Länge der Nadelfree length of the needle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US 2011/0279812 A1 [0001, 0017]US 2011/0279812 A1 [0001, 0017]
US 2006/0109015 A1 [0009, 0011, 0012, 0013, 0015, 0016]US 2006/0109015 A1 [0009, 0011, 0012, 0013, 0015, 0016]

Claims

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 (a) 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 opto-electronic chips (1) arranged on a wafer, with electrical interfaces in the form of contact pads (1.1) and optical elements fixed thereto, which optical interfaces in the form of optical deflection elements (1.2) with a specific coupling angle (a ) in which the wafer is picked up by a positioning table (3) which can be adjusted in the x, y and z direction of a Cartesian coordinate system relative to a contacting module (2) and can be rotated about the z axis, 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 delivered to the contacting module (2) in such a way that the needle tips (2.3) are in a first position (x1, y1, z1) 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) are arranged, the contacting module (2) having a first distance (a) in the z-direction from the first of the chips (1), the first distance (a) being greater than a maximum Distance (I) of the needle tips (2.3) to 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 the positioning table (3) moving the contacting module (2) in the z-direction at a second distance ( b) is delivered, in 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, with a relative alignment being carried out in the second alignment step of the optical deflection elements (1.2) to the optical interfaces (2.2) present on the contacting module (2) by positioning the positioning table (3) in scan positions Ps[ i] = (xs[i], ys[i], zs[i]) deflected within a scanning area (7) in relation to the x and/or y coordinates of the first position in the x and/or y direction and/or in z-direction g is delivered, and an optical signal is coupled at the scanning 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 in that the optical signal is coupled with a maximum degree of coupling, the degree of coupling being 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 in the z direction at a third distance c, which is smaller than the second distance b, is infed, with the needle tips (2.3) resting against the contact pads (1.1) with a predetermined pressing force, the third position (x3, y3, z3) from the second position and the coupling angle (α ) of the relevant 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 opto-electronic chips (1) arranged on a wafer 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 step, in which the positioning table is placed in the -z-direction at a fourth distance d, the fourth distance d is greater than the maximum distance I of the needle tips (2.3) from 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 opto-electronic chips (1) arranged on a wafer according to one of the preceding claims, characterized in that in the second alignment step the scan positions (xs[i], ys[i], zs[i]) are 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 opto-electronic 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) bear against the contact pads (1.1) with a predetermined pressing force, is monitored and the third distance is corrected when the pressing force changes.

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 opto-electronic 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 period of use of the contacting module (2) and for carrying out the method the needles (2.1 ) of the contacting module (2) are replaced with new needles (2.1) if 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 opto-electronic chips arranged on a wafer according to one of the preceding claims, characterized in that the optical signals routed via the respective interfaces which are assigned to one another outshine this 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 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 routed via the respectively associated interfaces 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 opto-electronic 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 opto-electronic chips (1) arranged on a wafer 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 arranged on a wafer opto-electronic chips (1) according to one of claims 9 until 10 , characterized in that in the second alignment step at least one optical actuator is operated as a sensor.