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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kennzeichnung integrierter
Schaltungen mit einem Laser. Ein solches Verfahren ermöglicht die
äußerliche Kennzeichnung der Schaltungen, die sich bei einem Testlauf als defekt
herausgestellt haben, damit diese Schaltungen optisch gekennzeichnet
werden können und aus weiteren Einkapselungsvorgängen ausgeschlossen
werden.
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Die Herstellung integrierter Schaltungen umfaßt mehrere
Arbeitsschritte.
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Zunächst werden die eigentlichen integrierten Schaltungen aus einer
Siliziumscheibe hergestellt, wozu Verfahren zum Dotieren, Metallisieren und
zum Aufbringen einer Passivierungsschicht (aus Nitrid, Oxid oder
Polysiliziumoxid) verwendet werden, die dem Fachmann bekannt sind.
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In der Regel hat eine Siliziumscheibe einen Durchmesser von einigen
Dutzend Zentimern. Auf einer Scheibe wird eine mehr oder weniger große
Anzahl identischer Schaltungen ausgeführt, entsprechend der Fläche dieser
Schaltungen bezogen auf die Fläche der Scheibe.
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Anschließend werden diese Schaltungen im allgemeinen mit einem
Prüfspitzengerät (in der englischen Literatur "wafer prober" genannt) getestet.
Das Prinzip besteht darin, Metallspitzen in Kontakt mit der Schaltung zu
bringen (in der Regel im Bereich von Anschlußflecken der Schaltung). Durch
Erzwingung und/oder Messung elektrischer Signale, die für vorgesehene
Funktionsmerkmale der Schaltung stehen, kann man die Funktion der Schaltung
mit einer Funktion, die als zufriedenstellend für alle diese Merkmale
angesehen wird, vergleichen. Man testet beispielsweise die von einer internen
Stromversorgung erzeugte Spannung, den Verbrauch, die Reaktion der
Schaltung bezogen auf Steuersignale (wenn die Schaltung beispielsweise ein
in der Schaltung gespeichertes Programm ausführen soll), eine Reaktionszeit,
etc.
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Nach Beendigung der Tests zersägt man die Siliziumscheibe zur
Trennung der Schaltungen, die dann eingekapselt bzw. eingehäust werden.
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Wenn die Prüfung mindestens eines Merkmals ein Verhalten einer
Schaltung ergibt, das hinsichtlich der Garantiezusicherungen des Fabrikanten
nicht hinnehmbar ist, muß diese Schaltung nach dem Schneiden aus der
Fertigungskette entfernt werden, damit sie später nicht eingekapselt und für eine
Anwendung verwendet wird.
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Hierzu wird sie äußerlich gekennzeichnet, d. h., man verändert ihr
Aussehen, damit sie später als defekt erkannt wird. Das Erkennen erfolgt optisch
mit Hilfe eines Geräts.
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In der Regel erfolgt die Kennzeichnung durch Aufbringen eines
Tropfens Tinte durch pneumatisches Aufspritzen oder durch Kapillarwirkung auf
die Oberfläche der Schaltung, und zwar auf die
Oberflächen-Passivierungsschicht.
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Diese Kennzeichnung kann beim Testen der Schaltungen einer
Scheibe erfolgen, wobei das Ende der Inkdüse (Inkkopf genannt) zwischen den
Testspitzen positioniert wird. Sie kann auch nach dem Testen aller
Schaltungen erfolgen, und zwar entweder mit dem gleichen oder einem anderen Gerät
(sogenanntes Inken nach dem Waferproben). Da die Abmessungen der
Schaltungen immer geringer werden, setzt sich das Inken nach dem
Waferproben immer mehr durch. Man verwendet dann eines oder mehrere Geräte,
die ausschließlich zum Testen der Scheiben bestimmt sind, und eines oder
mehrere andere Geräte, die ausschließlich zum Kennzeichnen der
Schaltungen der getesteten, als defekt erkannten Scheiben verwendet werden. In der
Regel wird die Verwendung einer dunklen Tinte (beispielsweise Schwarz)
vorgezogen, da die Scheibe eher eine silberne oder gelbliche Färbung hat.
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Dieses Verfahren hat bestimmte Nachteile:
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- Herstellung von nicht identisch reproduzierbaren Punkten. Bei den
Merkmalen der Punkte werden gewisse Abweichungen beobachtet.
Durchmesser und Form der Punkte sind je nach den Beanspruchungen
unter
schiedlich, denen die Inkdüse ausgesetzt ist (die Anzahl der herzustellenden
Punkte ist je nach den Siliziumscheiben veränderlich). Nun orientieren sich
die automatischen Ausrüstungen, die die Schaltungen auswählen, um sie
nach dem Zerschneiden auszusondern, jedoch an der Morphologie des
Punkts, d. h. seinem Durchmesser und seiner Form (und nicht nur an dem
Vorhandensein von Tinte). Zum Kennzeichnen von Schaltungen mit einer
Oberfläche etwa eines Quadratmillimeters werden in der Regel bei einem
gewünschten Punktdurchmesser von 600 um Abweichungen von etwa 200 um
nach unten oder oben beobachtet. Wenn die Punkte zu klein oder schlecht
geformt sind, muß mit einer manuellen, von einer Bedienungsperson
bedienten Inkdüse noch einmal ein Tropfen Tinte aufgebracht werden. Dies kann die
Produktivität einer Fertigungskette erheblich herabsetzen;
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- das Verlaufen von Tinte. Es kommt vor, daß sich der Punkt über die
von der Schaltung belegte Fläche hinaus ausbreitet und daß die Tinte in
Kontakt mit benachbarten Schaltungen oder Testspitzen kommt (wenn Testen
und Inken auf einem einzigen Gerät erfolgen), wodurch manuelle Eingriffe
erforderlich werden können oder der Ablauf des Tests durch Entstehung von
Störsignalen gestört werden kann. Ein Verlaufen von Tinte kann so zur
Kennzeichnung von Schaltungen führen, die nicht als defekt erachtet würden,
wenn die Tinte nicht verlaufen wäre;
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- das Inken der Plattform, auf der die Scheibe während der Tests liegt,
insbesondere beim Kennzeichnen von Schaltungen, die am Rand der
Siliziumscheibe liegen. Nun ist diese Plattform eine Metallplattform, welche für die
elektrische Kontinuität auf der Rückseite der Scheibe sorgt und eine
Masseebene bildet. Eine Bedienungsperson muß also diese Tinte vor dem Auflegen
der nächsten Scheibe auf die Plattform entfernen. Dies bringt zusätzliche
Zeitverluste mit sich.
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Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteilen abzuhelfen.
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Das Dokument GB-A-2 262 839 betrifft ein Verfahren zur
Laserkennzeichnung von Siliziumscheiben, das darin besteht, mit Laserstrahlen in die
inaktiven Bereiche der getesteten Scheibe Binärinformationen zu schreiben,
die sämtliche integrierten Schaltungen der Scheibe betreffen.
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Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur äußerlichen Kennzeichnung
einer Siliziumscheibe nach den Ansprüchen vor.
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Die Erfindung schlägt somit vor, das Oberflächenaussehen der
defekten Schaltungen statt durch Auftragen einer Schicht Tinte durch Erhitzen
dieser Oberfläche zu verändern.
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Im Gegensatz zur Kennzeichnung mit Tinte ermöglicht die
Kennzeichnung mit Laser durch die räumliche Kohärenz der Laserstrahlung eine sehr
direkte Kennzeichnung.
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Man kann somit:
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- Schwankungen des Durchmessers der Kennzeichnungen erheblich
verringern und diese beispielsweise von ungefähr 200 Mikron (Tinte) auf etwa
10 Mikron reduzieren;
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- das Risiko des Verlaufens von Tinte auf der Platte, auf der die
Scheibe liegt, und deren Kennzeichnung vermeiden.
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Diese Kohärenz ermöglicht ferner eine hohe Konzentration von Energie
pro Flächeneinheit.
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Nachdem die Schaltungen mit mindestens einer Passivierungsschicht
überzogen sind, bringt man die Oberflächenschichten der als defekt
erkannten Schaltungen auf einer Tiefe zum Schmelzen, die größer ist als die Dicke
dieser Passivierungsschicht.
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Die Kennzeichnung mit Tinte verändert die Struktur der für defekt
erkannten Schaltungen nicht. Die Tinte bildet eine Schicht, die einfach
aufgebracht wird und sich somit über die anderen Schichten der Schaltung legt.
Durch die Gefahr des Verlaufens wird nämlich eine Tinte gewählt, die die
Schaltung chemisch nicht verändert. Unter anderem wird darauf geachtet,
daß die Tinte kein Natrium enthält.
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Bei der Kennzeichnung mit Laser wird das veränderte Aussehen der
Oberfläche einer Schaltung durch Erhitzen und Schmelzen einer oder
mehrerer Oberflächenschichten der Schaltung erreicht. Die Oberfläche der
Schaltung nimmt dann in der Regel eine bräunliche Farbe an, die optisch zu
erkennen ist.
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Dank der großen räumlichen Kohärenz der Laserstrahlung kann die
Kennzeichnung zerstörend sein, d. h., daß man die Schaltung so verändern
kann, daß sie unbenutzbar wird. Hierzu genügen eine ausreichende
Laserleistung und eine ausreichende Bestrahlungszeit der Schaltungsoberfläche zum
Erreichen des Schmelzens einer oder mehrerer aktiver Schichten unter der
Passivierungsschicht (einer Stärke von in der Regel etwa 1 bis 2 Mikron).
Unter aktiver Schicht versteht man eine Schicht, die bei der elektrischen
Funktion einer Schaltung eine Rolle spielt. Eine Passivierungsschicht ist eine
Schicht zum mechanischen Schutz und ist unabhängig von der Funktion einer
Schaltung.
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Mit der Kennzeichnung durch Laser erhält man durch die sehr große
Direktheit der Laserstrahlung eine sehr kleine Kennzeichnungsfläche.
Deshalb wird bei einer Variantenversion die Chipkarte an mehreren Stellen
gekennzeichnet, beispielsweise nach einer geometrischen Figur.
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Da die Kennzeichnung mit Tinte nicht zerstörend ist, kann es
vorkommen, daß eine als defekt erkannte Schaltung doch normal funktionieren kann.
Die Tests der Schaltung beziehen sich nämlich nicht nur darauf, ob die
Schaltung funktionsfähig ist oder nicht, sondern auch auf die Wahrung
entsprechender Funktionsfähigkeiten. So sollen beispielsweise eine gewisse
Lebensdauer der Schaltung im Betrieb, eine maximale Verbrauchshöhe etc.
garantiert werden. Eine Schaltung kann somit geeignet sein, eine gegebene
Funktion zu erfüllen, ansonsten aber als defekt erkannt werden. In diesem
Fall kann diese Schaltung, wenn sie unglücklicherweise nicht als solche
erkannt wurde, also eingekapselt und verwendet werden, und ihre Fehler zeigen
sich erst später. Ebenso kann das Risiko der betrügerischen Verwendung
dieser Schaltungen nicht ausgeschaltet werden, wenn sie nicht zerstört
werden.
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Der eventuell zerstörende Charakter der Kennzeichnung ist
insbesondere im Rahmen der Herstellung von Schaltungen von Vorteil, die für sensible
Anwendungen bestimmt sind, sei es hinsichtlich
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- der Verwendung (beispielsweise Anwendungen in Geldinstituten, was
u. a. das Betrugsrisiko betrifft),
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- der Erfüllung einer gegebenen Garantie (Anwendungen bei
Sicherheitssystemen, im weiten Sinne bei Dingen und/oder Personen oder bei
unzugänglichen Systemen, beispielsweise Satelliten).
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Die Erfindung beschränkt sich also nicht nur auf die Lösung
technischer Probleme hinsichtlich der Verwendung von Tinte, sondern hat auch ein
besonders wichtiges neues Merkmal.
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Weitere Merkmale gehen aus der Lektüre der nachfolgenden,
detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer Testmaschine hervor,
die die Erfindung anwendet, und die mit Bezug zu den beiliegenden
Zeichnungen gegeben ist.
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In den Zeichnungen
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- zeigt Fig. 1 schematisch ein Kennzeichnungsgerät, mit dem die
Erfindung angewandt werden kann,
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- zeigt Fig. 2 einen Laser des Kennzeichnungsgeräts.
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Fig. 1 zeigt ein Kennzeichnungsgerät 1.
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Dieses Gerät 1 umfaßt:
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- eine horizontale Plattform 2 zur Aufnahme von Siliziumscheiben, auf
denen integrierte Schaltungen ausgeführt wurden,
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- mechanische Vorrichtungen, die in Form eines Arms 3 dargestellt und
dazu vorgesehen sind, ein Ende einer Kennzeichnungsvorrichtung nahe der
Plattform 2 zu positionieren,
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- eine Steuerschaltung 4.
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Die Kennzeichnungsvorrichtung umfaßt:
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- einen Laser 5 zur Erzeugung einers Laserstrahls 6, und
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- ein optisches Interface, mit dem mindestens ein Anteil des erzeugten
Laserstrahls in Kontakt mit der Oberfläche der integrierten Schaltungen
gebracht werden soll.
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Das optische Interface umfaßt:
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- ein Übertragungsmedium, hier eine Lichtleitfaser 8, die einen Eingang
und einen Ausgang umfaßt, wobei der Eingang am Ausgang des Lasers 5
angeordnet ist, so daß der von dem Laser 5 erzeugte Laserstrahl 6 in dem
Übertragungsmedium kanalisiert wird,
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- eine Kollimationsvorrichtung, die zwischen dem Ausgang der
Lichtleitfaser 8 und der Plattform 2 angeordnet ist, um einen von dem Laserstrahl
6 abgeleiteten Laserstrahl 7 zu erzeugen.
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In herkömmlicher Weise hat die Kollimationsvorrichtung 9 beim
Kennzeichnen der Schaltungen einer Scheibe eine fest eingestellte Position und
wird die Plattform 2 senkrecht bewegt, um die integrierten Schaltungen, die
als defekt erkannt wurden, in Kontakt mit dem Laserstrahl 7 zu bringen.
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Für dieses Gerät 1 kann ein herkömmliches Kennzeichnungsgerät
verwendet werden, wie beispielsweise das Gerät LSW 4000, hergestellt von
der Firma Baasel. Abgesehen davon, daß das Kennzeichnungs"Produkt"
anders ist, unterscheiden sich die angeschlossenen mechanischen
Vorrichtungen (Plattform, Arm, Vorrichtungen zum Bewegen der Plattform, etc.) und ihre
Steuervorrichtungen nämlich nicht von einem herkömmlichen
Kennzeichnungsgerät, da die gewünschte Funktion die gleiche ist.
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Obwohl auch der Einsatz eines Geräts vorgesehen werden kann, mit
dem die zu testenden Schaltungen gleichzeitig getestet und gekennzeichnet
werden, wird man in der Praxis auf ein speziell für die Kennzeichnung
vorgesehes Gerät zurückgreifen, und zwar aus folgenden Gründen:
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- sollen Schaltungen auf einer sehr kleinen Fläche einer
Größenordnung von einem Quadratmillimeter beispielsweise gekennzeichnet werden,
wird es schwierig, wenn nicht unmöglich sein, das Ende der
Kennzeichnungsvorrichtung zwischen den Testspitzen oder seitlich von ihnen anzuordnen,
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- durch die Entwicklung getrennter Geräte zum Kennzeichnen und
Testen können Probleme mit gegenseitigen Störungen und der
Betriebssteuerung zwischen den beiden Funktionen verhindert werden,
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- fällt ein Gerät aus und muß für Reparaturarbeiten abgestellt werden,
wird nur ein Arbeitsvorgang, entweder der Test- oder der
Kennzeichnungsvorgang, unterbrochen,
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- da das Kennzeichnen einer Schaltung in der Regel wesentlich
weniger Zeit erfordert (einige Millisekunden) als die Tests (die einige
Zehntelsekunden dauern können), kann man einerseits bei mehreren Testgeräten ein
einziges Kennzeichnungsgerät und andererseits bereits bestehende
Testge
räte verwenden, ohne daß an diesen Änderungen zur Aufnahme des Lasers
vorgenommen werden müssen.
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Nach einer Ausführungsvariante ist die Plattform, auf der die
Siliziumscheibe liegt, unbeweglich. Zum Kennzeichnen der defekten Chips wird das
optische Interface bewegt.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Lasers 5 der Fig. 1.
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Beispielsweise wird ein Festkörperlaser nach Art des YAG (Yttrium
Aluminium Garnet) verwendet. YAG ist ein kristallines Material. Es handelt
sich dabei um ein neodymdotiertes Yttrium-Aluminium-Granat. Seine
Wellenlänge beträgt also 1060 Nanometer wie die von Neodymkristall.
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Die Hauptvorteile des YAG bestehen in einer niedrigen Schwelle, die
das optische Pumpen durch eine daueremittierende Quelle erlaubt, in einer
guten Leistung und einer thermischen Leitfähigkeit, die weit über der von Glas
liegt. Diese Eigenschaften erlauben im Pulsbetrieb eine Emissionsfrequenz,
die erheblich über dem der anderen festen Stoffe liegt (Rubin,
Neodymkristall). Die Erwärmung des Laserstabs führt nämlich zu Temperaturgradienten,
die seine geometrischen und optischen Eigenschaften verändern, und können
bis zu einer Unterdrückung jeglicher Oszillation gehen. Die Verbesserung der
Leistung und Abkühlung stellen somit einen wesentlichen Faktor für eine
Erhöhrung der Pulsfrequenz dar.
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Was die Pumplichtquelle betrifft, so erlaubt der YAG-Laser den Einsatz
eines kontinuierlichen oder gepulsten Pumpens.
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Beim gepulsten Pumpen ist die Pumplichtquelle eine Blitzlichtlampe.
Beispielsweise wird eine Kryptonlampe verwendet. Der Blitz muß zu Beginn
des Pulses vorionisiert werden, beispielsweise durch eine hohe Spannung.
Die Betriebsspannung der Lampe liegt im Bereich von einigen hundert Volt,
was natürlich von der Entladungslänge abhängt.
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Der in Fig. 2 dargestellte Laser 5 umfaßt:
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- einen Laserresonator 11 mit einer Lampe 12 und einem YAG-Stab
13,
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- beidseits des Resonators 11 zwei Spiegel 14 und 15, die auf der
Achse des Stabs 13 positioniert sind,
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- einen Stromversorgungskreis 16 zur Versorgung der Lampe 12.
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Normalerweise wird die Stromversorgung der Lampe 12 durch die
plötzliche Entladung eines vorab auf eine gewünschte Spannung gebrachten
Kondensators erreicht. Der Stromversorgungskreis 16 umfaßt also im
wesentlichen eine Spannungswandlerschaltung, eine Ladeschaltung und eine
Steuerschaltung. Diese Stromversorgungsschaltung wird über
Anschlußvorrichtungen 17 an die Steuerschaltung 14 angeschlossen, die die Entladung
steuert.
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Der Eingang der Lichtleitfaser 8 ist in unmittelbarer Nähe zum
Resonator 11 auf der Achse des Stabs 13 angeordnet.
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Der Spiegel 14 ist ein reflektierender Spiegel. Der Spiegel 15 ist ein
halbreflektierender Spiegel und zwischen dem Stab 13 und dem Eingang der
Lichtleitfaser 8 angeordnet. Der Laserstrahl 6 wird durch Ableitung eines
Anteils der Laserstrahlung erhalten, die in dem Resonator 11 vorhanden ist. Der
Strahl 6 wird über die Lichtleitfaser 8 zur Kollimationsvorrichtung 9 geführt.
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Diese Kollimationsvorrichtung 9 umfaßt beispielsweise eine
konvergierende Linse zur Fokussierung des Strahls 6 für den Fall, daß Schaltungen
gekennzeichnet werden sollen, deren Fläche kleiner als der Durchmesser des
Strahls 6 ist.
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Es kann vorgesehen werden, den Kennzeichnungsdurchmesser der
Schaltungen veränderlich zu gestalten, indem die Position der Scheibe in
bezug auf die Fokalebene der Linse verändert wird:
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- entweder durch Anordnung von Vorrichtungen zum Bewegen dieser
konvergierenden Linse in der Kollimationsvorrichtung 9,
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- oder durch Veränderung der Positionen der Plattform 2 und der
Kollimationsvorrichtung 9 zueinander, was von der Steuerung her komplizierter
ist. Diese relativen Positionen müssen dann nämlich bei der Steuerung der
horizontalen Verschiebung der Plattform 2 berücksichtigt werden, damit
sichergestellt ist, daß die gekennzeichneten Schaltungen denen entsprechen,
die sich im Testlauf als defekt herausgestellt haben. Man kann die Position
der Plattform 2 beispielsweise verändern, indem man sie vertikal verschiebt,
wobei die Kollimationsvorrichtung 9 unverändert bleibt. Ebenso kann man die
Position der Kollimationsvorrichtung 9 verändern, indem man sie vertikal
entlang des Arms 3 bewegt, wobei die Plattform fest auf der vertikalen Ebene
positioniert bleibt. Ebenso kann man vorsehen, daß sowohl die Position der
Plattform 2 als auch die der Kollimationsvorrichtung 9 verändert werden.
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Dabei wird die vertikale Verschiebung der Plattform 2 bevorzugt, damit
die mechanischen Einstellungen an der Position der Kollimationsvorrichtung
auf ein Minimum beschränkt werden, die große Präzision verlangen. Es wird
hier nicht im einzelnen auf den genauen Aufbau der Vorrichtungen zur
vertikalen und horizontalen Verschiebung der Plattform eingegangen. Solche
Vorrichtungen werden bei den herkömmlichen Tintenauftraggeräten verwendet
und sind dem Fachmann also bekannt.
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Zur Überprüfung, ob die Kennzeichnungsdurchmesser den
gewünschten Wert haben und die Kennzeichnung bezogen auf die integrierten
Schaltungen zentriert ist, umfaßt das Gerät 1 in herkömmlicher Weise ein über der
Plattform 2 positioniertes Mikroskop 18.
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In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die
Kollimationsvorrichtung leicht schräg angeordnet. Man wird somit also knollenförmige
Kennzeichnungen herstellen. Kollimationsvorrichtung und Mikroskop können gut in
einer Konstruktion untergebracht werden, wenn kreisförmige
Kennzeichnungen vorgenommen werden sollen, wobei der abgeleitete Laserstrahl dann
vertikal geführt wird.
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Beim gepulsten Pumpen beträgt die Energie pro Puls aufgrund der
geringen üblichen Abmessungen der YAG-Stäbe im Betrieb einige hundert
Millijoule.
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Die Repetierrate gepulster, durch Blitzlicht gepumpter Laser ist durch
die Deionisierungszeit der Pumplichtquelle begrenzt. Da das YAG jedoch
kontinuierlich gepumpt werden kann, kann es eventuell mit einer
Auslösevorrichtung mit drehendem oder elektro-optischem Prisma ausgerüstet werden, so
daß man einen Pulsbetrieb mit hoher Repetierrate erreicht. Die
Spitzenenergie oder -leistung pro Puls ist jedoch wesentlich geringer als beim
gepulsten Pumpen mit höherer Leistung.
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Von den Funktionsmerkmalen her könnte man beispielsweise wählen:
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- einen zylindrischen Stab 13 mit einem Durchmesser von 4 Millimetern
und einer Länge von einigen Zentimetern,
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- eine Kryptonlampe 12.
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Damit erhält man einen Laserstrahl 6 mit einer Wellenlänge von
1060 Nanometern und einem Durchmesser von 4 Millimetern.
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Zur Anwendung des Verfahrens der Erfindung geht man
folgendermaßen vor:
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- automatische Positionierung einer Siliziumscheibe auf der Plattform 2
nach dem Testen dieser Schaltungen mit einem geeigneten Gerät,
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- Herstellung der Kennzeichnung, indem die vorher als defekt
erkannten Schaltungen durch Verschieben der Plattform 2 zunächst auf die Achse
der Kollimationsvorrichtung 9 gebracht werden und dann jede als defekt
erkannte Schaltung der Strahlung des Laserstrahls 7 ausgesetzt wird, damit
mindestens ein Teil einer oder mehrerer Oberflächenschichten zum
Schmelzen gebracht wird.
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Soll die Kennzeichnung funktionell zerstörend sein, bringt man die
Oberflächenschichten der als defekt erkannten Schaltungen auf einer Tiefe
zum Schmelzen, die über der Dicke der Passivierungsschicht(en) liegt, wenn
diese existieren.
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Wie dies schon bei der herkömmlichen Methode der Fall ist, erzeugen
die Testgeräte eine Datei, welche die Angaben zu den defekt erkannten
Schaltungen in einem genau abgegrenzten, ebenen Erkennungssystem
enthält. Das Erkennen der Schaltungen erfolgt in herkömmlicher Weise nach
einem Bezugspunkt und senkrechten Achsen. Im übrigen kann man äußerlich
einen Bezugsursprung bestimmen, indem eine der Schaltungen der Scheibe
vor dem Testlauf mit Laser gekennzeichnet wird.
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Es wird hier auf eine nähere Beschreibung des Zusammenwirkens
zwischen den Test- und Kennzeichnungsgeräten verzichtet, da sich dieses von
der bisherigen Praxis beim Inken nach dem Waferproben nicht unterscheidet.
Nur die Kennzeichnungsvorrichtung ist eine andere.
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Die Bestrahlungszeit der Oberfläche einer Schaltung mit dem
Laserstrahl liegt in der Größenordnung von einigen Millisekunden. Natürlich hängt
sie von der eingesetzten Leistung und der Anzahl der Oberflächenschichten
ab, die zum Schmelzen gebracht werden sollen. Je größer die Energie des
Strahls ist, desto kürzer ist die Bestrahlungszeit für eine entsprechende
Kennzeichnung.
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Die Leistung oder Energie des Lasers hängt von der
Herstellungstechnologie der Schaltungen und erst recht von der Art und Dicke der
Passivierungsschicht ab.
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Gehen wir beispielsweise von folgenden Annahmen aus:
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- Passivierungsschicht aus Nitridoxid,
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- Stärke der Passivierungsschicht 1 bis 2 Mikron,
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- Kennzeichnungsdurchmesser 500 Mikron (Fleck von 0,785 mm²),
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- Schmelzen auf einer Tiefe, die der Stärke der Passivierungsschicht
entspricht (nichtzerstörende Kennzeichnung),
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- Bestrahlungsdauer mit dem abgeleiteten Laser 7 drei Millisekunden.
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Mit einer Energie von 360 Millijoule pro Quadratmillimeter erhält man
dieses Ergebnis.
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Geht man davon aus, daß:
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- der Spiegel 15 einen Übertragungskoeffizienten von 20% hat,
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- die Abschwächung in der Lichtleitfaser 0,7 dB beträgt (energetisch
gesehen, entspricht der Laserstrahl 7 aufgrund der Verluste zwischen dem
Eingang der Lichtleitfaser 8 und dem Ausgang der Kollimationsvorrichtung 9
einem Anteil des Laserstrahls 6),
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wird man
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- einen abgeleiteten Laserstrahl 7 mit einer Energie von etwa
280 Millijoule,
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- einen Laserstrahl 6 mit einer Energie von etwa 330 Millijoule,
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- einen Strahl am Ausgang des Resonators 11 mit einer Energie von
etwa 1,6 Joule wählen.
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Geht man von diesen Annahmen aus, wird die Energie im Bereich der
integrierten Schaltungen 1 Joule pro Quadratmillimeter betragen, wenn der
Kennzeichnungsdurchmesser 300 Mikron beträgt, und 280 Millijoule pro
Quadratmillimeter, wenn der Kennzeichnungsdurchmesser 1000 um (Mikron)
beträgt.
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Die Nennleistung des Lasers wird durch die Art der
Oberflächenschichten und die angestrebte maximale Schmelztiefe bestimmt.
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In dem vorstehend beschriebenen Beispiel muß zum Schmelzen der
Passivierungsschicht eine Energie von 280 Millijoule pro Quadratmillimeter
ausreichen.
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Ist der Kennzeichnungsdurchmesser kleiner, kann man die Dauer der
Bestrahlung mit dem Laserstrahl 7 verringern, um die gleiche Schmelztiefe zu
erreichen. Ebenso kann man in diesem Fall die gleiche Bestrahlungsdauer
beibehalten und die Linse 15 verändern, um deren Übertragungskoeffizienten
zu verringern.
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Je nach Art der Oberflächenschichten wird man bei
Kennzeichnungsdurchmessern von 300 bis 1000 um (Mikron), und ausgehend von
Bestrahlungszeiten in der Größenordnung von einer Millisekunde, die Oberflächen
der Schaltungen einer solchen Strahlung aussetzen, daß die Energien im
Bereich der Schaltungsoberflächen 200 bis 1200 Millijoule pro Quadratmillimeter
oder auch mehr betragen.
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Natürlich muß man zur Berechnung der gesamten zur Kennzeichnung
einer Schaltung notwendigen Zeit auch die Zeit zur Wiederaufladung des
Lasers zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bestrahlungen mit einrechnen.
Insgesamt wird die Kennzeichnung einer Schaltung, geht man von den
vorgenannten Annahmen aus, ungefähr hundert Millisekunden dauern.
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Bei herkömmlichen Inkdüsen werden zum Aufbringen eines
Tintenflecks im allgemeinen etwa 300 Millisekunden benötigt, was etwa 1% der Zeit
ausmacht, die für Test- und Kennzeichnungsvorgänge erforderlich ist. Da der
Trend bei immer kleiner werdenden Flächen der Schaltungen zunehmend
dahin geht, Test- und Kennzeichnungsgeräte zu trennen, ermöglicht der
Einsatz eines Lasers den Einsatz von dreimal weniger Kennzeichnungsgeräten
bezogen auf die Anzahl der Testgeräte, bei gleicher Leistung.
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Nun ist der Preis für ein Kennzeichnungsgerät jedoch sehr hoch, und
zwar in der Größenordnung von einigen zehntausend Francs. Die
Kennzeichnung mit Laser erspart also unleugbar Kosten, indem die Anzahl der zur
Kennzeichnung einer gegebenen Anzahl Siliziumscheiben erforderlichen
Geräte verringert wird.
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Bei einer Inkdüse wechselt man, um eine Verschlechterung der
Qualität der aufgetragenen Tinte zu verhindern, die Kartuschen aus, wenn
durchschnittlich noch 20% der Tinte in der Kartusche sind.
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Unter folgenden Annahmen:
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- 17 000 Kennzeichnungen/Tag von Schaltungen mit einer Fläche von
1 mm²,
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- Kennzeichnung und Test anhand von 5 Xandex AS-Inkdüsen, die mit
Xandex 6997-Kartuschen arbeiten,
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- durchschnittlich wöchentlichem Austausch der Kartuschen und Preis
einer Kartusche von 120 Francs
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betragen die Kosten für das Kennzeichnungsmaterial (Tinte) etwa 7700
Francs in drei Monaten.
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Die Laserlampe wird für die gleiche Anzahl von Kennzeichnungen alle
drei Monate ausgetauscht und kostet nur 1200 Francs.
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Auf diese Weise verringert man die Kosten für das zur Kennzeichnung
verwendete Material um den Faktor 7.
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Ferner bringt die Kennzeichnung mit Laser Vorteile hinsichtlich der
Gesamtdauer der Kennzeichnungsvorgänge, d. h. der Produktivität.
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In der Tat:
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- spart man sich einen Arbeitsgang, der zur Polymerisation der
aufgetragenen Tinte in einem Ofen erforderlich ist,
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- erfordert das Auswechseln einer Tintenkartusche eine gewisse
Anzahl mechanischer Einstellungen dadurch, daß die physikalischen
Eigenschaften der Tinte (Viskosität, Konsistenz) von Kartusche zu Kartusche
unterschiedlich sein können.
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Die Erfindung bringt somit eine höhere Produktivität,
Kosteneinsparungen und eine größere Präzision.
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Wenn die Erfindung auch mit Bezug zu einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, so ist dieses Beispiel nicht erschöpfend und
können daran diverse Änderungen erfolgen, ohne daß der Rahmen der
Erfindung verlassen wird.