DE19733861A1

DE19733861A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kontaktierung einer Meß-Sonde

Info

Publication number: DE19733861A1
Application number: DE1997133861
Authority: DE
Inventors: Reimund Dr Oberschmid
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1999-02-25

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Ver fahren zur elektrischen Kontaktierung einer beweglich gela gerten Meß-Sonde auf bzw. an einer Kontaktfläche eines Meß-Objektes, mit einer die Meß-Sonde tragenden Stützeinrichtung und einer der Meß-Sonde bzw. ihrer Stützeinrichtung zugeord neten Betätigungseinrichtung zur Positionierung der Meß-Sonde.

Nach der Fertigung von Halbleiterlaserbauelementen werden die noch im Chipbarrenverband vorliegenden Halbleiterlaser ein zeln auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft. Zu diesem Zweck gelangen Meß-Sonden (üblicherweise Kontaktnadeln) zum Ein satz, die entweder von Hand mit visueller Kontrolle oder selbsttätig mit einer automatischen Chipabrasterung entweder ohne visuelle Kontrolle oder unter Verwendung einer aufwendi gen optischen Mustererkennung auf dafür vorgesehene Kontakt flächen des Halbleitersubstrates, welches den zu messenden Schaltkreis umfaßt, elektrisch kontaktiert werden. Gerade bei Laserhalbleiterbauelementen besteht die Besonderheit, daß sie abweichend von anderen, noch im Scheibenverbund ge messenen Halbleiterchips, erst in zu Barren gespaltener Form gemessen werden können, da aufgrund der komplizierten Her stellung und der hohen Anforderungen an die Qualität der ge fertigten Laser, namentlich deren gewünschten Kennlinienform, erfahrungsgemäß kaum ein solcher Grad der Fehlerfreiheit er zielt wird, ab welchem auf die Messung in Barrenform verzich tet werden kann. Bei einer Messung von Einzelchips müßten wesentlich mehr Laserchips in einer höheren Wertschöpfungs stufe verworfen werden. Zur sicheren Kontaktierung einer Meß-Sonde (Kontaktspitze) von Halbleiterchips insbesondere reihenweiser Anordnung (Barren), welche nacheinander kon taktiert und gemessen werden sollen, sind abweichend von den bekannten Kontaktierungsaufgaben von Chips im Scheibenverbund zusätzliche Bedingungen zu erfüllen, insbesondere hinsicht lich der bei der Messung durch die Kontaktspitze auf das Substrat wirkenden Vertikalkräfte und seitlich wirkende Kräf te bei einer Verschiebung der Kontaktspitze während des Kon taktiervorganges.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur elektrischen Kontak tierung einer Meß-Sonde auf bzw. an einer Kontaktfläche ei nes Meß-Objektes, insbesondere eines ein Halbleiterlaserbau element tragenden Chipbarrens zur Verfügung zu stellen, wel che bzw. welches bei einem hinreichend sicheren elektrischen Kontakt mit einer vorbestimmten geringen Kontaktkraft im We sentlichen keine oder zumindest äußerst geringe seitliche Verschiebung der Kontaktspitze beim Kontaktiervorgang ermög licht.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die die Meß-Sonde tra gende Stützeinrichtung ein elastisches Element besitzt, wel ches vermittels der Betätigungseinrichtung von einer ersten Betriebsstellung, bei der die Meß-Sonde die Kontaktfläche des Meß-Objektes gerade berührt, jedoch im wesentlichen noch keine Kraft darauf ausübt, in eine zweite Betriebsstellung bringbar ist, bei der die Meß-Sonde einen allenfalls äußerst geringen Kraftanteil parallel zur Kontaktfläche auf das Meß- Objekt ausübt. In der zweiten Betriebsstellung übt die Meß- Sonde eine Kraft senkrecht auf die Kontaktfläche entsprechend einer voreingestellten Kontaktkraft aus. Dem wesentlichen Ge danken der Erfindung folgend ist das elastische Element ein seitig eingespannt und an seinem freien, dem Meß-Objekt zu gewandten Ende mit der Meß-Sonde versehen. Hierbei ist das elastische Element im wesentlichen quer zur Kontaktierungs richtung bzw. quer zur Flächennormalen der Kontaktfläche aus gebildet bzw. angeordnet, und in der zweiten Betriebsstellung zur Definition bzw. Begrenzung einer maximal an bzw. auf die Kontaktfläche wirkenden Kraft mit einer vorbestimmten, ein stellbaren mechanischen Vorspannung beaufschlagt. Vorzugswei se kann das elastische Element derart ausgebildet bzw. ange ordnet sein, daß beim Übergang von der ersten zur zweiten Betriebsstellung des elastischen Elementes die Wirkrichtung des auf die Meß-Sonde ausgeübten Drehmomentes umgekehrt ist.

Die Erfindung bietet vor allem den Vorteil, daß bei einem hinreichend sicheren elektrischen Kontakt der Meß-Sonde auf Substrat mit einer definierten geringen Kontaktkraft von typischerweise im Bereich 1 bis 3 cN (größere Kontaktkräfte könnten die empfindlichen aktiven Halbleiterschichten unter halb der Kontaktflächen schädigen und die Zuverlässigkeit des Bauteils beeinflussen; außerdem könnte der vorgeritzte Barren leicht vorzeitig brechen) im Wesentlichen keine oder allen falls geringfügige seitliche Verschiebung von weniger als 0,5 µm der Meß-Sonde beim Kontaktiervorgang auftritt. Dies ist gegenüber bisher bekannt gewordenen Kontaktierungsvorrichtun gen der wichtigste Vorteil: Da nacheinander typischerweise etwa 50 Halbleiterchips im Rastermaß von typischerweise 0,3 mm auf 50 µm genau ohne Zwischenkorrektur kontaktiert werden sollen, darf die (unkontrollierte) seitliche Verschie bung des Barrens durch Haftreibungsmitnahmeeffekte keines falls größer als beispielsweise 50 µm:50 = 1 µm sein. Bei einer Einzelchipkontaktierung darf die seitliche Verschiebung aller Regel größer sein, also beispielsweise 100 µm, so lange der Chip durch die auftretenden Querkräfte nicht kippt oder aus dem Kontakt- oder Meßbereich geschoben wird.

Gegenüber einer Waferprobermessung mit Vakuumansaugung eines vollständigen Scheibenteils von mindestens 1 cm² Fläche mit einer Ansaugkraft von in der Regel mindestens einem Newton besteht ein größenordnungsmäßiger Unterschied, was in nach folgender Tabelle veranschaulicht werden soll:

Die Tabelle zeigt: Besteht bei einer Waferprobermessung auch bei mäßiger Ansaugung nicht die geringste Gefahr einer Ver schiebung der Scheibe, so darf der Barren nicht mit Querkräf ten über 0,2 cN von der Kontaktspitze beaufschlagt werden, sonst hätte dies unweigerlich die Verschiebung des Barrens zur Folge, bei 50 Messungen hintereinander bis zum 50-fachen der Einzelverschiebung. Nebenbei ist auch ein Barren noch zu leicht, um nicht von geringsten Oberflächenspannungskräften, beispielsweise von Flüssigkeitsfilmen am Kontakt überboten zu werden. In obiger Tabelle wurde zwischen Substratrückseite und Substratträger ein Haftreibungskoeffizient µH von 0,4 an genommen. Allgemein ist hier ein großer µ_H-Wert vorteilhaft. Er kann beispielsweise erhöht werden durch eine größere Ober flächenrauheit und/oder gezielte Materialwahl des Substrat rückseitenkontaktes und/oder der Substratoberfläche.

Andererseits kann eine möglichst geringe Haftreibung zwischen kontaktnadelseitigem Substratkontakt und Kontaktnadel vor teilhaft sein, wenn nämlich trotz größerer lateral wirkender Kontaktnadelkräfte eher die Kontaktnadel auf dem Substrat schleift als das ganze Substrat auf dem Substratträger ver schoben wird. Das setzt voraus, daß der Krümmungsradius der Kontaktnadel an der Kontaktstelle nicht zu klein ist; z. B. größer als r = 30 µm. Nadel und Substratkontakt sollten an ihrer Berührungsstelle möglichst glatt sein. Weiterhin ist gewisser Preßdruck an der Berührungsstelle erforderlich, um Schutz und Oxidfilme für einen guten elektrischen Kontakt zu durchdringen. Da die maximale Kontaktkraft vorgegeben ist, darf der Krümmungsradius auch nicht zu groß sein, z. B. nicht über r = 100 µm.

Um die Haftreibung µ_H zwischen Substrat und Substratträger zu vergrößern, kann von Vorteil vorgesehen sein, daß die Ober fläche des Substratträgers mindestens an der Berührungsstelle zum Substrat nach einem beliebigen Verfahren wie beispiels weise Schmirgeln, Ätzen, Sandstrahlen, Matt-Galvanik und der gleichen aufgerauht ist. Weiterhin kann die Kontaktierung des Substrates zur Substratträgerseite hin eine gewisse Oberflä chenrauhigkeit von typischerweise 0,5 µm bis 20 µm in der Tiefe aufweisen. Um eine möglichst geringe Haftreibung zwi schen der Meß-Sonde bzw. seiner Kontaktnadel und der kon taktnadelseitigen Kontaktfläche zu erzielen, kann die Kon taktnadeloberfläche wenigstens zur Substratseite hin beson ders glatt ausgebildet sein, beispielsweise durch Glatt schleifen, Läppen, Bedampfen, Sputtern, Hochglanz-Galvanik, Polierätzen und dergleichen Verfahren. Weiterhin kann der Kontaktbelag des Substrates zur Kontaktnadelseite hin beson ders glatt ausgebildet sein.

Als wesentlicher Vorteil der Erfindung können die Anforderun gen an die bei der Kontaktierung von Chipbarren zulässiger weise wirkenden Lateralkräfte bei der seitlichen Verschiebung der Barren ohne weiteres erfüllt werden; besondere zusätzli che Maßnahmen zur Korrektur oder für den Ausgleich der Late ralkräfte, etwa der Einsatz von in Z-Richtung wirkender Kom pensationsmittel, einer nichtlinearen Verschiebemechanik oder eines linearen Vorschubsystems kann entfallen. Darüber hinaus bietet die Erfindung folgende Vorteile:

- Die Kontaktierung der Meß-Sonde auf der Kontaktfläche ist im wesentlichen unempfindlich gegenüber der genauen Kon takthöhe. Dadurch können Höhenschwankungen der Chips und des Barrenträgers im Größenordnungsbereich von etwa 100 µm ohne weiteres toleriert werden.
- Es wird freie Sicht von oben und von drei Seiten zum Kon taktort gewährleistet, wodurch ein Einblick vermittels ei nem Stereomikroskop von oben zur Kontrolle der Barrenlage, Kontaktierung sowie zum Ablesen der Chipnummer eröffnet wird. Des weiteren können Detektoren für seitlich austre tendes Licht an zwei Spiegelseiten bei Laser-Barren verwen det werden. Ein freier Zugang von möglichst allen Seiten ist darüber hinaus für Lagekorrekturen des Barrens zwischen zwei Messungen günstig.
- Der Einsatz eines elastischen Elementes eröffnet die Mög lichkeit einer einfachen Justierbarkeit desselben, insbe sondere hinsichtlich des X/Y-Kontaktortes.
- Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt eine nur geringe Ge samtserieninduktivität.
- Die Erfindung ermöglicht eine vergleichsweise einfache Kon taktabsenkung unter Einsatz einer digitalen Steuerung der Kontaktabsenkung. Ein bislang verwendeter Kontaktsensor für die Höheneinstellung der Kontaktierung oder zur Regulierung der Kontaktkraft kann entfallen.
- Die beiden Endanschläge der Betätigungseinrichtung ermögli chen eine einfache, unempfindliche Justierung.
- Die erfindungsgemäße Anordnung ist überhaupt äußerst unemp findlich gegen Stöße, Erschütterungen, mechanische Schwin gungen von außen oder auch von einzelnen mechanischen Kom ponenten des Meß-Systems.
- Die Erfindung ermöglicht eine relativ einfache Gesamtkon struktion bei einer Variabilität und Auswechselbarkeit der einzelnen Komponenten.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das elastische Element durch eine sich im wesentlichen entlang der X-Richtung, also quer zur Kraftrichtung der auf gesetzten Meß-Spitze, erstreckend angeordnete, biegeelasti sche Feder mit einer in Z-Richtung gemessenen Federkonstanten typischerweise wesentlich kleiner als etwa 100 cN/mm, al so relativ weiche Feder, insbesondere Blattfeder aus Metall oder auch Kunststoff mit einer Maximalbreite von einigen mm ausgebildet. Bei einer völlig aufgesetzten Meß-Sonde kann eine etwa konstante Biegespannung des elastischen Elementes gewährleistet sein, wobei das elastische Element in seinem Widerstandsmoment und Elastizitätsmodul insgesamt so ausge legt ist, daß der Vorspannweg der Meß-Sonde, d. h. der Weg der Meß-Sonde senkrecht zur Kontaktfläche des Meßobjektes zwischen völliger Entspannung ohne untergelegtem Meßobjekt bis zur Normal-Kontaktierhöhe des Meßobjektes, deutlich grö ßer, beispielsweise um einen Faktor 2 bis 100 als die Schwan kung der Kontaktierhöhe des Meßobjektes ist, was beispiels weise auch Höhenschwankungen des Meßobjektträgers als auch des Meßobjektes selbst einschließt.

Weiterhin kann von Vorteil vorgesehen sein, daß das elasti sche Element von seinem halterungsseitigen Ende zum meßson denseitigen Ende in der Breite und/oder der Stärke stetig verjüngt ausgebildet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgese hen, daß die Betätigungseinrichtung zur Positionierung der Meß-Sonde eine Hebeleinrichtung mit einem am elastischen Element angreifenden Hebelarm aufweist. Von Vorteil umfaßt der Hebelarm eine wirksame Hebelarmlänge von wenigstens 10 Prozent der Länge des elastischen Elementes.

Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung besitzt die Hebeleinrichtung ein auf den Hebel arm wirkendes Zugmittelgetriebe, wobei die Zugrichtung des Zugmittels und damit die effektiv wirksame Hebelarmlänge ein stellbar ist.

Von Vorteil kann weiterhin vorgesehen sein, daß das elasti sche Element vermittels einer Klemmeinrichtung an der Halte rung oder am Angriffspunkt der Hebeleinrichtung austauschbar ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht auf den Einsatz ei ner einzigen Meß-Sonde begrenzt. Vielmehr können ebenso auch mehrere, vorzugsweise parallel angeordnete Meß-Sonden der gleichen Bauart zum Einsatz gelangen, die beispielsweise über einen mechanisch verbundenen Seilzug zusammen oder getrennt steuerbar über verschiedene mechanische Aktuatoren kontak tiert werden können. Der Einsatz mehrerer Meß-Sonden kann beispielsweise bei einer Zweispitzenmessung zur meßtechni schen Erfassung des Kontaktübergangswiderstandes ein und der selben Halbleiterlaserdiode oder auch bei der Kontaktierung verschiedener Dioden erfolgen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß das elastische Element einerseits mit einem festen Fußpunkt relativ zum Meß-Objekt eingespannt wird, dieses aber zusätzlich über ein Zugmittel bzw. Spann seil und der in vorliegendem Text beschriebenen Hebelmechanik zur Kontaktierung bewegt wird. Die unmittelbare Kontaktierung erfolgt hierbei durch Nachgeben des Zugmittels bzw. Spannsei les um eine vorbestimmte Strecke. Darüber hinaus kann die Kontaktierung auch durch Verschieben des Meß-Objektträgers relativ zur vorgespannten Kontaktierungseinheit bestehend aus dem elastischen Element und seiner Betätigungseinrichtung er folgen, wobei die Verschiebung im wesentlichen geradlinig und etwa senkrecht zur zu kontaktierenden Fläche des Meß objektes erfolgt. Hierbei ist unerheblich, ob sich das Meß- Objekt samt Träger oder die vorgespannte Kontaktierungsein heit bewegt. Dabei wird nach dem Aufsetzen der Kontaktspitze auf dem Meß-Objekt bereits nach einer sehr kurzen zusätzli chen Verschiebung (beispielsweise weniger als 0,05 mal der vorgenannten Vorspannstrecke) die volle senkrechte Vorspann kraft bei justierbar geringer Lateralkraft wirksam.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im Ein zelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung einer Meß-Sonde auf der Kontaktfläche des Meßobjektes;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der prinzipiellen Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung;

Fig. 3A, 3B, 3C schematische Ansichten zur Erläuterung der aufeinanderfolgenden Schritte bei der Kontaktierung; und

Fig. 4 eine schematische Gesamtansicht eines bei der erfin dungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung verwendeten Substratträgers mit Vakuumansaugeinrichtung.

Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung einer eine Meß-Spitze 2 aufweisenden Meß-Sonde 1 besitzt eine die Meß-Sonde 1 tragende Stützeinrichtung 3 und eine der Meß-Sonde 1 bzw. ihrer Stützeinrichtung 3 zugeordnete Betätigungseinrichtung 4 zur Positionierung der Meß-Sonde 1 auf bzw. an einer Kontaktfläche 5 eines die zu messende Schaltung aufweisenden Substrates 6, welches in der Form ei nes Chip-Barrens vorliegt. Solche Chipbarren stellen Riegel für den Trennbruch vorgeritzten, aber noch mechanisch zu sammenhängenden, später zu vereinzelnde Halbleiterchips dar, die auf ihrer Unterseite eine zusammenhängende Kontaktschicht haben, und welche auf einem Barrenträger 7 aufliegen. Norma lerweise umfaßt ein solcher Laser-Barren etwa fünfzig zusam menhängende Einzelchips, wobei in den Figuren lediglich vier Laserchips 9, 10, 11, 12 dargestellt sind. Jeder dieser La serchips 9, 10, 11, 12 besitzt auf seiner Oberseite elek trisch voneinander unabhängige Kontaktflecke der Größe von etwa 100 µm × 100 µm bei einer Rasterweite von Chip zu Chip etwa 300 µm. Der Barrenträger 7 ist auf einem (nicht nä her dargestellten) Linearverschiebetisch gelagert und mit diesem lateral entlang der X-Richtung gemäß Pfeil 8 ver schiebbar, wobei die Linearverschiebung kontinuierlich steu erbar oder vorzugsweise als einfache Zweipunktsteuerung aus gebildet sein kann. Eine Verschiebung entlang der Y-Richtung, sowie entlang der Höhenrichtung Z kann vorgesehen sein. Die vermessenden Schaltungen der Chips 9, 10, 11, 12 sind zum Einen über eine elektrisch mit der auf der Unterseite des Barrens 6 vorgesehenen Kontaktschicht verbundenen Leitung 13, und zum Anderen über die mit der Kontaktfläche zu kontaktie renden Meß-Sonde 1 und elektrisch damit verbundenen Leitung 14 angeschlossen, wobei die mit dem Koaxialkabel 15 verbunde ne, eigentliche Meßeinrichtung in den Figuren nicht näher dargestellt ist.

Die die Meß-Sonde 1 tragende Stützeinrichtung 3 besitzt ei nem wesentlichen Gedanken der Erfindung folgend ein sich im wesentlichen entlang der X-Richtung, also quer zur Kraftrich tung der aufgesetzten Meß-Spitze 2, erstreckend angeordne tes, elastisches Element in Form einer Blattfeder 16, die mit ihrem einen Ende 18 an einer eine Klemmeinrichtung 17a mit Fixierschraube 17b besitzende, vermittels einem Justierorgan 17c justierbare Halterung 17 gegenüber dem zu messenden Substrat 6 ortsfest eingespannt ist, und mit ihrem anderen Ende 19 mit der Meß-Sonde 1 versehen ist. Die Meß-Sonde 1 ist hierbei wie in Fig. 1 dargestellt vermittels einer Klemmeinrichtung 20 mit dem Ende 19 der Blattfeder 16 befe stigt und kann auf einfache Weise ausgetauscht werden. Alter nativ hierzu kann das Ende 19 der Blattfeder 16 selbst als Kontaktspitze ausgebildet sein, und damit unmittelbar als Meß-Sonde 1 wirken.

Die zur Positionierung der Meß-Sonde 1 auf der Kontaktfläche 5 dienende Betätigungseinrichtung 4 umfaßt eine Hebelein richtung mit einem Zugmittelgetriebe bestehend aus einem Seilzug 21 und einem über ein Stellglied 22 um eine Schwen kachse 23 schwenkbar gelagerten Steuerarm 24, der über einen abgewinkelten Ausleger 25 am Seilzug 21 angreift, wie dies insbesondere in Fig. 1 näher dargestellt ist. Der Seilzug 21 ist zum Einen ortsfest an einem an der Apparatur 26 ange brachten Haken 27a angeschlossen, und zum Anderen an einem in Längsrichtung des elastischen Elementes 3 vermittels einer Fixierschraube 27b verstellbar verbundenen Befestigungsorgans 27 fixiert, welches einen vorbestimmten Wirkpunkt 28 defi niert, an dem der zwischen dem Ausleger 25 und Anschlußpunkt 27c sich erstreckende Hebelarm 21a des Seilzuges 21 angreift. Durch Betätigen des Stellgliedes 22 im Sinne der Pfeilrich tung 29 bzw. 29a wird der Steuerarm 24 entsprechend Pfeil 30 entgegen Uhrzeigerrichtung bzw. Pfeil 30a in Uhrzeigerrich tung geschwenkt, und dadurch über den Seilzug 21 die Meß- Sonde 1 gemäß Pfeil 31 abgesenkt bzw. gemäß Pfeil 31a abgeho ben.

In Fig. 2 ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vor richtung zur Kontaktierung der Meß-Sonde näher dargestellt. Das elastische Element 3 wird hier in vier Betriebsstellungen dargestellt: In der Betriebsstellung A (durchgezogene Linie) ist das Zugmittel 21 so weit angespannt, daß die Kontakt spitze 2 deutlich vom Meßobjekt (Barren 6) abgehoben ist, und zwar um eine Strecke z (vgl. Fig. 3A). In der Betriebs stellung B ("erste Betriebsstellung" - gestrichelte Linie) ist das Zugmittel 21 genau so weit entspannt, daß die Kon taktspitze 2 gerade die Kontaktfläche 5 des Meßobjektes be rührt, aber noch keine Kraft darauf ausübt (vgl. auch Fig. 3B). In dieser Betriebsstellung B ist der zwischen dem Befe stigungspunkt der Halterung 17 und dem Wirkpunkt 28 des Befe stigungsorgans 27 liegende Teil des elastischen Elementes 3 mit einem von der Halterung 17 aus gesehen links drehenden Biegemoment beaufschlagt, dessen genaues Profil auch von der Richtung des Zugmittels 21 mitbestimmt wird. Der zwischen der Kontaktspitze 2 und dem Wirkpunkt 28 liegende Teil des ela stischen Elementes 3 ist in diesem Zustand noch biegemoment frei. In der Betriebsstellung C ("zweite Betriebsstellung" - strichpunktierte Linie) ist das Zugmittel 21 völlig ent spannt, der Biegemomentanteil vom Seilzughebel ist nun Null. Dafür übt in dieser Stellung die Kraft der Kontaktspitze 2 gegen das Meßobjekt ein ebenfalls links drehendes Biegemo ment auf die gesamte Länge des elastischen Elementes 3 aus. Im Bereich zwischen dem Ende 18 und dem Wirkpunkt 28 des He belarms 21a ist dieses Biegemoment jedoch geringer als in der Betriebsstellung B. Dies hat eine Verformung der Blattfeder 16 in dieser Stellung C gegenüber der Stellung B zur Folge, dergestalt, daß sich der in Fig. 2 dargestellte linke Ab schnitt der Blattfeder 16 nach oben, der rechte nach unten ausbaucht. Durch eine geeignete Justierung kann nun ohne wei teres erreicht werden, daß sich zwischen den beiden Be triebsstellungen B und C die Kontaktspitze 2 nur gering oder gar nicht auf dem Meßobjekt bewegt und auch lateral wirkende Kräfte - sofern überhaupt vorhanden - minimiert sind. Falls hingegen definierte geringe seitliche Verschiebungen ge wünscht werden, beispielsweise um die elektrische oder ther mische Kontaktqualität zu steuern, können diese sowohl links- als auch rechtsschiebend eingestellt werden. Für die Feinju stierung genügt einfach eine Änderung der Richtung des Zug mittels 21, in dem beispielsweise die Lage des Auslegers 25 verschiebbar oder schwenkbar ausgebildet ist. Die Betriebs stellung D zeigt schließlich die Stellung der Blattfeder 16 bei entferntem Meßobjektträger 7, also bei völlig entspann ter Blattfeder 16.

Der Anteil der in vertikaler Richtung auf die Kontaktfläche wirkenden Kraft der Meß-Spitze 2 ergibt sich einfach aus dem Produkt der Federkonstanten des elastischen Elementes mal der zwischen der ersten Betriebsstellung B und der zweiten Be triebsstellung C zurückgelegten lateralen Strecke s der Kon taktspitze 2 (vgl. Fig. 3C), wobei diese Strecke s bei der erfindungsgemäßen Kontaktieranordnung vergleichsweise groß sein kann, nämlich beispielsweise ein bis etwa zehn Prozent der Gesamtlänge des elastischen Elementes 3. In vorteilhafter Weise ist damit die Justierung der Kontaktkraft völlig unkri tisch durchführbar und auch unempfindlich gegen Höhenschwan kungen des Meßobjektes oder dessen Trägers 7. Die Ge samtstärke und Gesamtbreite des elastischen Elementes 3 kann nach den an sich bekannten Konstruktionsregeln so gewählt werden, daß sich bei der voreingestellten Durchbiegung die gewünschte Vertikalkontaktkraft ergibt. Beim erfindungsgemä ßen System ist im übrigen auch vorteilhaft, daß der Anschlag der Seilauslenkung in Kontaktabsenkungsrichtung völlig uner heblich ist und praktisch keiner Justierung bedarf.

Vorzugsweise ist das Befestigungsorgan 27 zur Definition des Hebelwirkpunktes 28 im mittleren Teil des elastischen Elemen tes 3, etwa bei zwanzig Prozent bis etwa achtzig Prozent der Gesamtlänge des elastischen Elementes 3, vorzugsweise im dritten Viertel, also etwas näher bei der Kontaktspitze 2 be festigt. An dem Befestigungsorgan 27 ist mit einer wirksamen Hebelarmlänge des Hebelarms 21a von etwa wenigstens zehn Pro zent der Gesamtlänge des elastischen Elementes 3 das Zugmit tel 21 oder dergleichen drehmomentübertragungsfreier Zug kraftübertrager zur Einstellung einer vorbestimmten Vorspann kraft und vorbestimmten Vorspannstrecke in Richtung auf die Halterung 17 relativ zu dieser Halterung 17 so vorgespannt, daß die Kontaktspitze 2 zunächst völlig abgehoben ist, und erst durch Nachgeben des Zugmittels 21 um eine vorbestimmte Strecke, welche weniger als etwa fünfzig Prozent der Vor spannstrecke entspricht, bei gleicher Lage der Halterung 17 relativ zum Meßobjekt die Kontaktspitze 2 auf die Kontakt fläche des Meßobjekts mit einer vorbestimmten senkrechten Kontaktkraft aufsetzt. Die Kontaktierung erfolgt somit durch Verschiebung des Meßteilträgers relativ zum vorgespannten elastischen Element 3, wobei die Verschiebung im Wesentlichen geradlinig und quer (unter einem Winkel von etwa 70° bis 110°, also annähernd rechtwinkelig) zu der zu kontaktierenden Kontaktfläche des Meßobjekts erfolgt. Hierbei ist es uner heblich, ob sich das Meßobjekt mitsamt dem Träger 7 oder die vorgespannte Kontakteinheit, d. h. das elastische Element 3 bewegt. Es wird nach dem Aufsetzen der Kontaktspitze 2 auf der Kontaktfläche bereits nach sehr kurzer zusätzlicher Ver schiebung die gesamte senkrechte Vorspannkraft bei justierbar geringer Lateralkraft wirksam.

Die Betätigung des Zugmittels 21 mit einem mechanischen Hebel kann von Hand, von einem elektrisch betätigten Linearmagneten oder einem Drehmagneten oder - nach dem Ausführungsbeispiel - einem pneumatischen Aktuator erfolgen, wobei für die Genauig keit der Justierung der beiden Endanschläge verhältnismäßig geringe Anforderungen genügen. Im abgehobenen Kontaktzustand, der vorzugsweise der stromlose oder "Aus"-Zustand ist, be stimmt der Anschlag lediglich die Kontaktluft zwischen Kon takt und Meßobjekt und im kontaktierten Zustand besteht le diglich die Forderung, daß der Seilzug mindestens so weit freigegeben wird, daß auch ohne Meßobjekt der völlig ent spannte Federzustand erreicht wird.

Fig. 4 zeigt in einer schematischen Ansicht weitere Einzel heiten des bevorzugt verwendeten Substratträgers 7, auf wel chem die Chip-Barren bei der Messung abgestützt sind. Im Be reich der oberen Auflagefläche 32 des Trägers 7 ist eine in Längsrichtung verlaufende, V-förmige Nut 33 bzw. Rinne ausge bildet, entlang derer mehrere Bohrungen 34 angeordnet sind, die in einen Vakuumabsaugkanal 35 münden, der wiederum an ei ne (nicht näher dargestellte) Vakuumpumpe angeschlossen ist. Die maximale Breite der V-förmigen Nut ist kleiner als die Maximalbreite des Meßobjektes (Barren 6). Die Durchmesser der Bohrungen 34 sowie die Abstände der Bohrungen 34 sind hierbei so gewählt, daß auch bei einem nicht aufgelegten Meßobjekt ein Unterdruck in der betroffenen Bohrung von we nigstens etwa 0,1 Bar erzeugt wird, was zur Ansaugung eines Barrens und damit hinreichend sicheren Fixierung ausreicht.

Bezugszeichenliste

1

Meß-Sonde

2

Meß-Spitze

3

Stützeinrichtung

4

Betätigungseinrichtung

5

Kontaktfläche

6

Substrat

7

Barrenträger

8

Pfeile

9

,

10

,

11

,

12

Laserchips

13

,

14

,

15

Leitungen, Koaxialkabel

16

Blattfeder

17

Halterung

17

a Klemmeinrichtung

17

b Fixierschraube

17

c Justierorgan

18

,

19

Enden der Blattfeder

20

Klemmeinrichtung

21

Seilzug

22

Stellglied

23

Achse

24

Steuerarm

25

Ausleger

26

Apparatur

27

Befestigungsorgan

27

a Haken

27

b Fixierschraube

27

c Anschlußpunkt

28

Wirkpunkt

29

,

29

a Pfeilrichtungen

30

,

30

a,

31

Pfeile

32

obere Auflagefläche

33

V-förmige Nut

34

Bohrungen

35

Vakuumabsaugkanal
A, B, C, D Betriebsstellungen

Claims

1. Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung einer beweglich gelagerten Meß-Sonde (1) auf bzw. an einer Kontaktfläche (5) eines Meß-Objektes (6), mit einer die Meß-Sonde (1) tragen den Stützeinrichtung (3) und einer der Meß-Sonde (1) bzw. ihrer Stützeinrichtung (3) zugeordneten Betätigungseinrich tung (4) zur Positionierung der Meß-Sonde (1), dadurch gekennzeichnet, daß die die Meß-Sonde (1) tragende Stützeinrichtung (3) ein elastisches Element (3) besitzt, welches vermittels der Betä tigungseinrichtung (4) von einer ersten Betriebsstellung (B), bei der die Meß-Sonde (1) die Kontaktfläche (5) des Meß-Objektes (6) gerade berührt, jedoch im wesentlichen noch kei ne Kraft darauf ausübt, in eine zweite Betriebsstellung (C) bringbar ist, bei der die Meß-Sonde (1) einen allenfalls äu ßerst geringen Kraftanteil parallel zur Kontaktfläche (5) auf das Meß-Objekt (6) ausübt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3) einseitig eingespannt ist und an seinem freien, dem Meß-Objekt (6) zugewandten Ende (19) mit der Meß-Sonde (1) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element im wesentlichen quer zur Kontak tierungsrichtung bzw. quer zur Flächennormalen der Kontakt fläche ausgebildet bzw. angeordnet ist, und in der zweiten Betriebsstellung (C) zur Definition bzw. Begrenzung einer ma ximal an bzw. auf die Kontaktfläche wirkenden Kraft mit einer vorbestimmten, einstellbaren mechanischen Vorspannung beauf schlagt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3) derart ausgebildet bzw. ange ordnet ist, daß beim Übergang von der ersten (B) zur zweiten Betriebsstellung (C) des elastischen Elementes (3) die Wirk richtung des auf die Meß-Sonde (1) ausgeübten Drehmomentes umgekehrt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3) durch ein im Wesentlichen drehmomentübertragungsfreies Zugkraftübertragungsmittel mit einer vorbestimmten Vorspannkraft derart beaufschlagt ist, daß die Meß-Sonde (1) in einer Vorbetriebsstellung voll ständig von der Kontaktfläche (5) abgehoben ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3) von seinem halterungsseitigen Ende zum meßsondenseitigen Ende in der Breite und/oder der Stärke stetig verjüngt ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (4) zur Positionierung der Meß-Sonde (1) eine Hebeleinrichtung mit einem am elastischen Element (3) angreifenden Hebelarm (21) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm (21) eine wirksame Hebelarmlänge von wenig stens zehn Prozent der Länge des elastischen Elementes (3) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebeleinrichtung ein auf den Hebelarm (21) wirkendes Zugmittelgetriebe (21, 24, 25) aufweist, wobei die Zugrich tung des Zugmittels (21) und damit die effektiv wirksame He belarmlänge einstellbar ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3) vermittels einer Klemmein richtung (17a) an der Halterung (17) austauschbar ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßobjektträger (7) mit einer Ansaugeinrichtung zur zeitweisen Fixierung des Meß-Objektes (6) vorgesehen ist.

12. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung einer beweglich gelagerten Meß-Sonde (1) auf bzw. an einer Kontaktfläche (5) eines Meß-Objektes (6), mit einer die Meß-Sonde (1) tragen den Stützeinrichtung (3) und einer der Meß-Sonde (1) bzw. ihrer Stützeinrichtung (3) zugeordneten Betätigungseinrich tung (4) zur Positionierung der Meß-Sonde (1), dadurch gekennzeichnet, daß für die die Meß-Sonde (1) tragende Stützeinrichtung (3) ein elastisches Element (16) verwendet wird, welches vermit tels der Betätigungseinrichtung (4) von einer ersten Be triebsstellung (B), bei der die Meß-Sonde (1) die Kontakt fläche (5) der zu messenden Schaltung gerade berührt, jedoch noch keine Kraft darauf ausübt, in eine zweite Betriebsstel lung (C) gebracht wird, bei der die Meß-Sonde (1) einen al lenfalls äußerst geringen Kraftanteil parallel zur Kontakt fläche (5) auf das Meß-Objekt ausübt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3) einseitig eingespannt und an seinem freien, dem Meß-Objekt (6) zugewandten Ende (19) mit der Meß-Sonde (1) versehen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element im wesentlichen quer zur Kontak tierungsrichtung bzw. quer zur Flächennormalen der Kontakt fläche ausgebildet bzw. angeordnet wird, und in der zweiten Betriebsstellung (C) zur Definition bzw. Begrenzung einer ma ximal an bzw. auf die Kontaktfläche wirkenden Kraft mit einer vorbestimmten, einstellbaren mechanischen Vorspannung beauf schlagt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3) derart ausgebildet bzw. ange ordnet wird, daß beim Übergang von der ersten (B) zur zwei ten Betriebsstellung (C) des elastischen Elementes (3) die Wirkrichtung des auf die Meß-Sonde (1) ausgeübten Drehmomen tes umgekehrt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3) durch ein im Wesentlichen drehmomentübertragungsfreies Zugkraftübertragungsmittel mit einer vorbestimmten Vorspannkraft derart beaufschlagt ist, daß die Meß-Sonde (1) in einer Vorbetriebsstellung voll ständig von der Kontaktfläche (5) abgehoben ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3) von seinem halterungsseitigen Ende zum meßsondenseitigen Ende in der Breite und/oder der Stärke stetig verjüngt ausgebildet ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung zur Positionierung der Meß- Sonde eine Hebeleinrichtung mit einem am elastischen Element (3) angreifenden Hebelarm aufweist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm eine wirksame Hebelarmlänge von wenigstens zehn Prozent der Länge des elastischen Elementes (16) auf weist.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebeleinrichtung ein auf den Hebelarm wirkendes Zug mittelgetriebe aufweist, wobei die Zugrichtung des Zugmittels und damit die effektiv wirksame Hebelarmlänge einstellbar ausgebildet ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3) vermittels einer Klemmein richtung an der Halterung (17) ausgebildet ist.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substratträger mit einer Ansaugeinrichtung zur Fi xierung des Substrates (6) vorgesehen ist.