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WO2016166564A1 - Prober mit einem vergrössernden optischen instrument - Google Patents

Prober mit einem vergrössernden optischen instrument Download PDF

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Publication number
WO2016166564A1
WO2016166564A1 PCT/IB2015/000668 IB2015000668W WO2016166564A1 WO 2016166564 A1 WO2016166564 A1 WO 2016166564A1 IB 2015000668 W IB2015000668 W IB 2015000668W WO 2016166564 A1 WO2016166564 A1 WO 2016166564A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refraction element
optical
refraction
plane
parallel plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/IB2015/000668
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralph Krippendorf
Frank-Michael Werner
Sebastian Giessmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FormFactor Beaverton Inc
Original Assignee
Cascade Microtech Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cascade Microtech Inc filed Critical Cascade Microtech Inc
Priority to PCT/IB2015/000668 priority Critical patent/WO2016166564A1/de
Publication of WO2016166564A1 publication Critical patent/WO2016166564A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/06794—Devices for sensing when probes are in contact, or in position to contact, with measured object

Definitions

  • the invention relates generally to probes for testing or testing microelectronic devices.
  • test substrate Components, referred to as test substrate, in their production and development in various
  • test substrates are contacted or excited in any way and evaluated the response signal.
  • the contacting or excitation can be done for example electrically, optically or electrostatically or with a combination of different
  • test substrates and probes are also optionally housed in housings.
  • Such a prober generally comprises a holder device for holding at least one component and at least one probe for its contacting and / or excitation.
  • the invention particularly relates to a prober with a magnifying optical instrument for imaging the
  • Position of the probe or probes relative to the device It will be understood that, for probes larger than the field of view of the optical instrument, only the part of the probe or probes will be imaged whose position relative to the device will be relevant for contacting and / or excitation is.
  • the angle of vision, under which an object is seen is enlarged in comparison to the observation without the optical instrument.
  • Working distance that is the distance between the lens and the focal plane, which functionally due to
  • Microelectronics, biotechnology or other departments are required, whose object details are in the micrometer range.
  • Probers with optical windows are also known. These are used regularly when required by, for example, environmental conditions, spatial observation by persons or optical instruments such as observation devices or optical sensors to separate from the object to be observed.
  • apertures or case members or the like as an optical window have a plane-parallel plate which is transparent to the wavelength used or the wavelength range used for observation.
  • optical windows in pressure chambers or media chambers are used to look from the outside into the closed chamber to the object to be observed, which is exposed in the chamber defined environmental conditions.
  • the properties of an optical window are matched to the particular application of the device.
  • the optical window must ensure the tightness of the chamber and have a strength adapted to the pressure differences.
  • optical glass which by means of targeted chemical additives in its optical properties
  • BK7 Glass which is transparent in the wavelength range of 330 - 2100 nm and has a refractive index of 1.5164 at 588 nm.
  • Other materials may include quartz glass, sapphire, quinicum fluoride,
  • Zinc selenide or magnesium fluoride For example, quartz glass is used at wavelengths below 300 nm (deep ultraviolet - DUV) for laser applications and zinc selenide for Infrared applications used.
  • the thickness of the plane-parallel plate is generally neglected. Since this is usually small in relation to the total length of the optical
  • FIGS. 1A and 1B the situation is illustrated using the example of a housing cover of a prober with an optical window, in which the optical window 1, consisting of a plane-parallel plate 2, by means of suitable
  • the optical window 1 can be lowered with respect to the surrounding level of the housing cover 22 (FIG. 1B), but only in the immediate contacting area.
  • the optical window 1 is placed as close as possible to the test substrate (not shown), but the location, type and shape of the optical window are clearly limited by the probes (not shown) to be placed between the optical window and the test substrate. Also, the handling of the objects to be observed, such as
  • Instrument such as a microscope, without lying between the housing cover with optical window, is driven close to the device to image its structures dissolve. Also in this case, the optical limits
  • Instrument due to its usual dimensions, the space above the device in particular in that area in which the probes are to be placed, to an unacceptable extent. It is an object of the invention to provide a prober with which the distance between the microelectronic device to be observed and the optical instrument can be increased without significantly reducing the quality of observation of the object by means of the optical instrument known from the prior art. In this way, the space available for the probes, their placement as well as their manipulation should be increased.
  • light in the description of the invention encompasses the wavelength range of the visible radiation assumed to be between 380 and 780 nm and, moreover, in a broader sense also the wavelength ranges for infrared, ultraviolet and x-ray radiation.
  • sampler according to the invention should be further variably adaptable to different conditions of use, which are particularly suitable with regard to the geometric conditions of the sampler itself, e.g. the use of one or none
  • the optical effect of the refraction element is based on its size and shape and the use of a material with a refractive index selected in relation to the adjacent surrounding medium.
  • a surrounding medium here are all possible test atmospheres to be understood, which come into consideration for testing and testing of components and also include vacuum.
  • the light beam is refracted during its passage through the refraction element such that the focal length of the magnifying optical instrument
  • Beam passage is the angle of failure greater than that
  • Refraction element z. B. of sapphire
  • glasses As a refraction element, for example, glasses
  • the surrounding medium is regularly air or an inert gas or a test gas or vacuum, so that the required for the extension of the focal length beam path can be achieved. But also for the rest due to the
  • Transparency requirement eligible materials of the refraction element is the required ratio of the refractive indices feasible and suitable Combinations can be optimized.
  • the beam path is to be determined for the different material combinations by computationally known methods.
  • Refraction element can be arranged either on the optical instrument or the object to be observed facing side of the plate. That depends on where more space is needed directly adjacent to the window. If the refraction element lies on the object side, there is room
  • Refraction element on the side of the optical instrument, for example, at less favorable
  • the optical window is arranged in a side wall of the housing.
  • top and side are defined from the perspective of the substrate, with “top” to the
  • the view from the top of the device is made regularly during the contacting of the device by means of
  • the refraction element is arranged inside the prober. Because of its lower
  • the described gain in space can be enhanced if the refraction element is adapted to the beam path and, according to one embodiment, is designed as a pyramid or a truncated cone, with towards the component
  • Beam path is within the refraction element and that the cross section is dimensioned so that the Beam path through the entire refraction element extends to the object zugeassi lying surface.
  • the refraction element is combined with the plane-parallel plate of an optical window.
  • the refraction element has a plane-parallel or plano-convex or plano-concave shape, so that it can be arranged with its at least one planar surface adjacent to one of the planar surfaces of the plane-parallel plate. It is self-evident that the plane-parallel plate is transparent at least in a part of that wavelength range in which the refraction element also permits the observation.
  • Such an embodiment also includes the optical window in the advantageous arrangement of optical instrument and refraction element, so that the optical window in a preferred installation space for the task
  • combination of the two elements includes various embodiments. So they can be monolithic or multi-part design.
  • the separate elements can be firmly connected to each other or held adjacent to each other by means of suitable holding means.
  • adjacent to one another characterizes the geometric assignment of the two elements in such a way that no further optically active solid is arranged between the two
  • Refraction element can thus in different
  • Embodiments with a distance that is, with a "free space” or be arranged without a distance next to each other, wherein a gap, as set forth below for an embodiment, free-standing or may be filled with an immersion medium Gap can be constructive due to the holder or merely serve the arrangement of an immersion medium and will therefore always be small in relation to the thickness of the refraction element.
  • Refraction element and the optical properties can be influenced. Is it designed as a compact, one-piece component, so that both components are made of the same material and are distinguishable only in terms of their geometry and or their installation situation, the optical losses at interfaces
  • a permanent or detachable connection of both elements is in terms of joining method and the joining material for defined applications
  • a gap between the two elements is either with a refractive index of exactly one for vacuum or about one for many gases or with a matched one Refractive index of an immersion medium, as will be described below.
  • Reflections are provided by coatings having such an optical thickness which causes destructive interference or by diffuse reflection
  • Such an embodiment includes that the incident and failure surfaces of the optical window or the refractor element, the latter also in the sole use of a refractor element, are non-reflective.
  • the refraction element can, as described above, be designed as a plane-parallel element or on its side facing away from the plane-parallel plate and / or facing
  • This part of the imaging optics is thus in immediate Near the object and thus allows, for example, a higher
  • the refraction element having a similar effect may have separate, combinable optical elements such as lenses or filters for variable adaptation to the respective ones
  • An improvement in the optical performance of the invention combined with a refractory optical window is further possible by the use of an immersion medium, which is set with their refractive index specifically so that it represents a steady as possible intermediary between the two optical elements which are interconnected by the medium ,
  • Immersion media are used in liquid form, for example in immersion objectives in which the
  • Lens and the optical window fills. Additionally or alternatively, an immersion medium can also be arranged between the plane-parallel plate and the refraction element.
  • optical window according to the invention in which a
  • both elements or one of them are made of glass
  • adhesives are available whose refractive index is in the vicinity of the values of the glasses.
  • the latter may be filled at least in one section with a suitable immersion medium. With a suitable seal of the gap or the cavity Immersion liquids are also applicable.
  • the optical instrument may be a microscope in one embodiment of the prober. These are mostly through
  • Replacement parts or additional components variable so that its optical parameters can be adjusted to special properties of the optical window. This concerns, for example, the lens, apertures, filters and other components. Thus, aberrations, z. B.
  • Refractor elements or when used with housing also inventive optical window can be used.
  • Housing walls are used an optical window according to one of the embodiments described above.
  • FIGS. 4A-4F show embodiments of the refracting element according to the invention without and with optical probes
  • FIG. 5 shows a prober with embodiments of the inventive optical window.
  • optical window 1 according to the invention is given by way of example but not limitation with respect to a prober having a housing. Unless in the figures
  • FIGS. 2A and 2B illustrate optical according to the invention
  • Housing cover 22 are arranged.
  • the optical window according to FIG. 2A is mounted in the housing cover 22 almost level with respect to its uppermost surface.
  • the circular optical window 1 comprises a planar retaining ring 4 for mounting the optical window 1 in the housing cover 22.
  • the circular plane-parallel plate 2 is fastened by means of screws 11 to the hairline 4.
  • On the underside 5 of the plane-parallel plate 2 concentrically a plane-parallel refraction element 3 is fixed by gluing.
  • Refraction element 3 has a conical shape with decreasing cross-section.
  • the optical window 1 in Fig. 2B differs from that in Fig. 2A by a downwardly in several stages
  • optical window 1 is lowered into the housing cover 22.
  • the optical window 1 of this embodiment is embodied in one piece, so that the underlying refraction element 3 is connected to the plane-parallel plate 2 without transition.
  • the plane-parallel plate 2 and refraction element 3 form a cylinder, with suitable Means or structuring of the cylinder are provided for its installation.
  • suitable Means or structuring of the cylinder are provided for its installation.
  • Refraction element 3 are exemplary only. Other conditions are possible.
  • FIG. 2A and FIG. 2B illustrate how installation space around the refraction element 3 is obtained by supplementing the refraction element 3, since without this, the housing cover 22 or at least areas of the retaining ring 4 would have to be further lowered.
  • FIGS. 3A to 3C illustrate those with a
  • optical instrument 23 shown here is simplified only a lens, for example, a microscope, is determined by its optical parameters and in Fig. 3A based on the focused optical path of the outer
  • a cone-shaped refraction element 3 by means of gluing which in this embodiment, the
  • the direction of propagation of the beam path in the direction from top to bottom such as the Light beams of a coaxial illumination, which have their origin at the top, in the optical instrument 23.
  • the light beam 6 is refracted toward the surface normal of the refraction element 3, which in the exemplary embodiment runs parallel to the optical axis 7 of the optical instrument 23.
  • Exemplary embodiments of borosilicate glass BK7 are borosilicate glass BK7.
  • the geometry and material choices for both elements allow you to achieve different focal lengths or focal lengths with more space.
  • FIGS. 4A to 4F various ones are shown
  • Embodiments of the inventive refractive element 3 by way of example with and without optical window 1 with the
  • 4A and 4B each represent an optical window 1, the plane-parallel plate 2 with a conical
  • Adhesive layer 8 is connected.
  • the refraction element 3 has a plano-convex shape (FIG. 4A) or a plano-concave shape (FIG. 4B), with the different beam path achievable thereby for various applications. In both
  • the refraction elements 3 are each connected to the plane side with the plane-parallel plate 2.
  • FIGS. 4C and 4D differ from those of FIGS. 4A and 4B in that the refraction elements 3 are mounted plane-parallel and by means of holding means 9 on the plane-parallel plate 2.
  • the use of retaining means 9 makes it possible to make a gap 10 between both elements ( Figure 4C) filled with an immersion medium.
  • the holding means 9 in Fig. 4D holds the plane-parallel plate 2 and the refraction element 3 directly adjacent to each other.
  • FIG. 4E illustrates a variant without an optical window, in which, for example, a refraction element 3 with concave light entry surface and convex light exit surface is used. Due to the concave light entry surface is a parallel in the embodiment shown
  • the optical window 1 of Fig. 4F has a plane-parallel plate 2 which is substantially larger than that
  • the optical instrument 23 can be moved by means of its holder (not shown) into an area (represented by a double arrow), in which the beam path does not extend through the refraction element 3, but only through the plane-parallel plate 2.
  • the reference numerals for the optical instrument and its beam path are denoted by 23 and 23 ⁇ respectively, and 6 and 6 ⁇ respectively. From the two positions results in a different light path and thus a different beam offset so that the optical instrument and f f ⁇ can be focused on two different focal lengths.
  • FIG. 5 illustrates a prober 20 comprising a housing 21.
  • the housing 21 is formed by a housing bottom 25, housing side walls 24 and the housing 21 closing housing cover 22.
  • housing 21 In the housing 21 are a
  • Holder device 26 also referred to as Chuck, for
  • the device 27 is mechanically and electrically by a plurality of probes 28
  • the cantilevered probes 28 are mounted on a probe holder plate 29 by means of probe holders 31 and protrude with the probe tips 32 at the free ends through a central opening 30 of the probe holder plate 29 onto the component 27.
  • the probe holders 31 serve to hold the probes 28 and their electrical contacting as well one
  • probe tips 32 Fine positioning of the probe tips 32 relative to each other as well as to the component 27.
  • the probe tips 32 may also be mounted on so-called probe cards (not shown), which in turn directly on the
  • Probe holder plate is mounted. Such probe cards are known for testing complex devices 27 in which many similar devices 27 must be contacted with a large number of probes.
  • the device 27 can be moved in the prober 20 relative to the probes 28 in the room to make the contact.
  • optical window 1 which is mounted by means of its retaining ring 4 on the housing cover 22.
  • the retainer ring is as described in Fig.2B in
  • the optical window comprises a pan-parallel plate 2, which has a plane-parallel, conical
  • Refraction element 3 is connected by gluing.
  • Refraction element 3 is located inside the housing above the probe tips 32. Due to the significantly lower in comparison to the lowering of the housing cover 22 lateral extent of the refraction element 3, the cantilevers of the probes 28 laterally of the refraction element 3 to the probe holders 31 extend and the refraction element 3 at the same time protrude to a very small distance to the probe tips 32.
  • the optical window may also have other of the embodiments described above, as far as they are suitable for the respective requirements.
  • optical instrument 23 the objective of a microscope, as far as in the depression formed by the retaining ring 4 and the optical window 1 that the smallest possible distance
  • an optional further inventive optical window 1 is arranged in a passage 33 in a housing side wall 24.
  • This likewise comprises a pan-parallel plate 2 which is provided with a plane-parallel, for example cylindrical
  • Refraction element 3 is connected by gluing.
  • the second optical window 1 may have an alternative design.
  • the refraction element 3 of this second optical window 1 is arranged outside the housing 21, so that it is the depth of lateral structures on the
  • a further optical instrument 23 for example a camera, is arranged
  • the detection of the exact contacting of the probe tips 32 on the device 27 is used.
  • FIG. 5 may also be formed without housing 21 (not shown).
  • the refraction element 3 would without optical window 1 by means of suitable brackets, for example, on the
  • Probe support plate 29 are mounted in position, so that the optical instrument 23 instead of in a slightly lower position than in Fig. 5 shown far enough away from the probe tips 32 and yet the probe tips 32 in the required

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prober zur Prüfung oder Testung mikroelektronischer Bauelemente (27), welcher eine Haltervorrichtung (26) für das Bauelements (27), zumindest eine Sonde (28) und ein vergrößerndes optisches Instrument (23, 23') umfasst. Um den Abstand zwischen dem zu beobachtenden mikroelektronischem Bauelement und dem optischen Instrument und damit den für die Sonden zur Verfügung stehenden Platz zu vergrößern, wird vorgeschlagen, ein Refraktionselement (3) zur Brechung der vom Bauelement in das optische Instrument verlaufenden Lichtstrahlen zumindest während der Kontaktierung und/oder Anregung des Bauelements im optischen Pfad des optischen Instruments zwischen dem Bauelement und dem optischen Instrument anzuordnen, wobei der Brechungsindex, die Form und Größe des Refraktionselementes (3) so gewählt sind, dass der Brennpunkt der durch das Refraktionselementes (3) verlaufenden Lichtstrahlen außerhalb des Refraktionselementes liegt.

Description

Prober mit einem vergrößernden optischen Instrument
Die Erfindung betrifft allgemein Prober zur Prüfung oder Testung mikroelektronischer Bauelemente.
Dabei handelt es sich um PrüfStationen, in denen die
Bauelemente, als Testsubstrat bezeichnet, im Rahmen ihrer Herstellung und Entwicklung in verschiedenen
Fertigungsstufen unterschiedlichen Tests und Prüfungen unterzogen werden. Zu diesem Zweck werden die TestSubstrate in irgendeiner Weise kontaktiert oder angeregt und das Antwortsignal ausgewertet. Die Kontaktierung bzw. Anregung kann beispielsweise elektrisch, optisch oder elektrostatisch erfolgen oder mit einer Kombination unterschiedlicher
Kontaktierungen oder Anregungen. Da die Tests und Prüfungen unter verschiedensten Umgebungsbedingungen erfolgen können, sind die TestSubstrate und Prüfspitzen optional auch in Gehäusen angeordnet .
Ein solcher Prober umfasst allgemein eine Haltervorrichtung zur Halterung zumindest eines Bauelements und zumindest eine Sonde zu dessen Kontaktierung und/ oder Anregung. Der
Begriff der Sonde soll hier allgemein sowohl für die
Kontaktierung als auch für die Anregung mit den
verschiedenen alternativen Möglichkeiten verwendet werden.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Prober mit einem vergrößernden optischen Instrument zur Abbildung der
Position der Sonde oder der Sonden relativ zum Bauelement. Es ist selbstverständlich, dass bei Sonden, die größer sind als das Sichtfeld des optischen Instruments nur der Teil der Sonde bzw. Sonden abgebildet wird, dessen Position relativ zum Bauelement für Kontaktierung und/oder Anregung relevant ist .
Mittels des vergrößernden optischen Instruments, z.B. Lupen, Kameras oder Mikroskope, wird der Sehwinkel, unter dem ein Objekt gesehen wird, vergrößert im Vergleich zur Beobachtung ohne das optische Instrument.
Werden optische Instrumente, wie beispielsweise Mikroskope, verwendet, ist die mögliche Lage des Objektivs des
jeweiligen optischen Instruments festgelegt durch den
Arbeitsabstand, das heißt den Abstand zwischen dem Objektiv und der Fokusebene, welche funktionsbedingt am zu
beobachtenden Objekt positioniert sein muss. Der
Arbeitsabstand ist üblicherweise sehr gering, wenn eine hohe Auflösung benötigt wird. Das ist insbesondere in der
Mikroelektronik, Biotechnologie oder anderen Fachbereichen erforderlich, deren Objektdetails im Mikrometerbereich liegen. Zudem ist es oft erforderlich, die Objekte während der Beobachtung in irgendeiner Weise zu bearbeiten oder zu bewegen, so dass die mögliche Position des optischen
Instruments auch durch den dafür benötigten Raum beschränkt wird .
Mit zunehmender Integrationsdichte in der Mikroelektronik werden die Strukturen der TestSubstrate und damit auch die Prüfspitzen stetig kleiner und dichter. Infolge dessen muss die Auflösung des optischen Elements zur Beobachtung der Kontaktierung höher werden, was üblicherweise mit kürzeren Arbeitsabständen verbunden ist. Damit einhergehend wird der zur Verfügung stehende Bauraum für die von oben dem
jeweiligen Bauelement zugeführten Sonden immer geringer.
Es sind auch Prober mit optischen Fenstern bekannt. Diese werden regelmäßig dann verwendet, wenn es, beispielsweise aufgrund der Umgebungsbedingungen, erforderlich ist, die Beobachtung durch Personen oder optische Instrumente wie Beobachtungseinrichtungen oder optische Sensoren räumlich vom zu beobachtenden Objekt zu trennen. In solchen Probern weisen Blenden oder Gehäuseelemente oder Ähnliches als optisches Fenster eine planparallele Platte auf, die für die zur Beobachtung genutzte Wellenlänge oder den verwendeten Wellenlängenbereich transparent ist.
Beispielsweise werden optische Fenster in Druckkammern oder Medienkammern eingesetzt, um von außen in die geschlossene Kammer auf das zu beobachtende Objekt blicken zu können, das in der Kammer definierten Umgebungsbedingungen ausgesetzt wird. Die Eigenschaften eines optischen Fensters ist auf den jeweiligen Anwendungsfall der Vorrichtung abgestimmt. Bei Druckkammern muss das optische Fenster die Dichtheit der Kammer gewährleisten und eine auf die Druckunterschiede angepasste Festigkeit aufweisen.
Auch die Anforderungen an die chemische und mechanische Beständigkeit, das thermische Verhalten und die
Einbausituation in dem jeweiligen Element der Vorrichtung sind zu berücksichtigen. Von primärem Interesse sind die optischen Eigenschaften und der realisierbare Sichtbereich, das heißt die mögliche Größe des Fensters, die unter anderem vom Gewicht des optischen Fensters, dem zur Verfügung stehenden Platz in der Vorrichtung und den
Druckverhältnissen abhängen.
Ein typisches Material für optische Fenster, das lediglich der Beobachtung eines hinter dem optischen Fenster liegenden Objekts dient, ist optisches Glas, welches durch gezielte chemische Zusätze in seinen optischen Eigenschaften
eingestellt wird. Bekannt ist hier z.B. BK7 Glass, das im Wellenlängenbereich von 330 - 2100 nm transparent ist und bei 588 nm einen Brechungsindex von 1,5164 aufweist. Andere Materialien können Quarzglas, Saphir, Kai z iumfluorid,
Zinkselenid oder Magnesiumfluorid sein. Quarzglas wird z.B. bei Wellenlängen im Bereich unter 300 nm (Deep Ultraviolet - DUV) für Laser-Anwendungen und Zinkselenid für Infrarotanwendungen verwendet.
Optische Fenster werden meist verwendet, ohne den
Strahlengang gezielt zu ändern, so dass für den Entwurf des optischen Fensters die Dicke der planparallelen Platte im Allgemeinen vernachlässigt wird. Da diese üblicherweise klein ist im Verhältnis zur Gesamtlänge des optischen
Systems, ist in den meisten Fällen diese vereinfachende Annahme gerechtfertigt.
In Fig. 1A und Fig. 1B wird die Situation am Beispiel eines Gehäusedeckels eines Probers mit einem optischen Fenster dargestellt, bei denen das optische Fenster 1, bestehend aus einer planparallelen Platte 2, mittels geeigneter
Halterungen plan zum Gehäusedeckel 22 montiert (Fig. 1A) ist. Alternativ kann das optische Fenster 1, bezogen auf das umgebende Niveau des Gehäusedeckels 22, abgesenkt sein (Fig. 1B) , jedoch nur im unmittelbaren Kontaktierungsbereich .
Damit wird das optische Fenster 1 so nah wie möglich am Testsubstrat (nicht dargestellt) platziert, wobei jedoch für Lage, Art und Gestalt des optischen Fensters durch die zwischen optischem Fenster und Testsubstrat zu platzierenden Sonden (nicht dargestellt) deutliche Grenzen gesetzt sind. Auch die Handhabung der zu beobachtenden Objekte, wie
Testsubstrat und Sonden, während der Platzierung und
Bedienung gestaltet sich schwierig durch die eingeschränkten Platzverhältnisse.
Gleiches trifft für den Fall zu, dass ein optisches
Instrument, beispielsweise ein Mikroskop, ohne zwischen liegendem Gehäusedeckel mit optischem Fenster, nah an das Bauelement gefahren wird, um dessen Strukturen bildlich aufzulösen. Auch in diesem Fall beschränkt das optische
Instrument aufgrund seiner üblichen Abmessungen den Platz über dem Bauelement insbesondere in jenem Bereich, in welchem die Sonden zu platzieren sind, in inakzeptablem Umfang . Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Prober bereitzustellen, mit welchem der Abstand zwischen dem zu beobachtenden mikroelektronischem Bauelement und dem optischen Instrument vergrößert werden kann, ohne die aus dem Stand der Technik bekannte Qualität der Beobachtung des Objekts mittels des optischen Instruments signifikant zu vermindern. Auf diese Weise soll der für die Sonden, deren Platzierung sowie deren Manipulation zur Verfügung stehende Platz vergrößert werden.
Der Begriff des Lichts umfasst in der Erfindungsbeschreibun den Wellenlängenbereich der sichtbaren Strahlung, der zwischen 380 und 780 nm liegend angenommen wird und darüber hinaus im erweiterten Sinne auch die Wellenlängenbereiche für Infrarot-, Ultraviolett- und Röntgenstrahlung.
Der Prober gemäß der Erfindung soll weiter an verschiedene Anwendungsbedingungen variabel anpassbar sein, die sich insbesondere hinsichtlich der geometrischen Bedingungen des Probers selbst, z.B. der Verwendung eines oder keines
Gehäuses mit einem optischen Fenster, des verwendeten optischen Instruments sowie der erforderlichen Auflösungen, des Platzbedarfs der Sonden, der verwendeten Wellenlängen und der das Bauelement umgebenden atmosphärischen
Bedingungen unterscheiden können.
Die optische Wirkung des Refraktionselements beruht auf seiner Größe und Form sowie der Verwendung eines Materials mit einem Brechungsindex, der in Relation zum angrenzenden, umgebenden Medium ausgewählt wird. Als umgebendes Medium sollen hier alle möglichen Prüfatmosphären verstanden werden, die zur Prüfung und Testung von Bauelementen in Betracht kommen und auch Vakuum einschließen.
Aufgrund der Größe und Form des Refraktionselements und seines Brechungsindex, welcher vom Brechungsindex des an da Refraktionselement angrenzenden, umgebenden Mediums abweicht, ergibt sich an den Lichtein- und
Lichtaustrittsflächen die vorteilhafte Folge von Brechungen und damit der vorteilhafte Strahlengang durch das
Refraktionselement. Aufgrund der Relationen der
Brechungsindizes wird der Lichtstrahl bei seinem Durchgang durch das Refraktionselement derart gebrochen, dass die Brennweite des vergrößernden optischen Instruments
verlängert wird.
Beim Passieren der ersten, dem optischen Instrument
nächstgelegenen Grenzfläche des Refraktionselement, der Lichteintrittsfläche, erfolgt aufgrund des Übergangs in ein optisch dichteres Medium mit höheren Brechungsindex eine Brechung zur Flächennormale dieser Grenzfläche hin. Das Verhältnis der Winkel von eintretendem zu austretendem Stahl wird bekanntermaßen durch das Snelliussche Brechungsgesetz bestimmt. Danach wird ein Strahl beim Übergang von einem optisch dünneren in ein optisch dichteres Medium zur
Flächennormale der Grenzfläche hin gebrochen. Das heißt der Ausfallswinkel ist kleiner als der Einfallswinkel, beide gemessen zur Normalen der Grenzfläche. Bei umgekehrtem
Strahldurchgang ist der Ausfallswinkel größer als der
Einfallswinkel. Folglich gestattet das Verhältnis der
Brechungsindizes des Refraktionselements zum Wert des umgebenden Mediums die Variation der Brennweitenänderung. Mit einem möglichst großen Brechungsindex des
Refraktionselements, z. B. von Saphir, kann die
Brennweitenverlängerung maximiert werden.
Als Refraktionselement werden beispielsweise Gläser
verwendet. Das umgebende Medium ist regelmäßig Luft oder ein Schutzgas oder ein Prüfgas oder Vakuum, so dass der für die Verlängerung der Brennweite erforderliche Strahlenverlauf erzielbar ist. Aber auch für die übrigen aufgrund der
Transparenz forderung in Frage kommenden Materialien des Refraktionselements ist das erforderliche Verhältnis der Brechungsindizes realisierbar und durch geeignete Kombinationen optimierbar. Der Strahlengang ist für die verschiedenen Materialkombinationen rechentechnisch mit bekannten Verfahren zu ermitteln.
Neben dem Material des Refraktionselement ist die
Verlängerung der Brennweite des optischen Instruments auch mittels der Dicke des Refraktionselements variierbar. In den Beschreibungen der Figuren werden die Strahlengänge an verschiedenen Beispielen im Detail erläutert.
Im Ergebnis ist es möglich, auch hochauflösende optische Instrumente zu verwenden und deren Brennweite auf das Objekt zu verlängern, ohne diese nah an das Objekt heranzubringen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der so seitlich des Refraktionselements gewonnene Raum steht zur Verfügung für eine erforderliche Manipulation des Objekts oder Einbauten zur Kontaktierung bzw. Anregung unter dem optischen Fenster beziehungsweise Aufbauten auf dessen Wandung seitlich davon, wobei es nicht erforderlich ist, dass das Refraktionselement die gesamte Fläche der
planparallelen Platte einnimmt. Die Anordnung des Refraktionselements benachbart zu einer der planen Flächen der Platte schließt ein, dass das
Refraktionselement entweder auf der dem optischen Instrument oder dem zu beobachtenden Objekt zugewandten Seite der Platte angeordnet sein kann. Das hängt davon ab, wo direkt benachbart zum Fenster mehr Platz benötigt wird. Liegt das Refraktionselement auf der Objektseite, wird Platz
geschaffen zwischen dem Objekt und der Wandung oder
ähnliches, welche das optische Fenster hält oder zwischen Objekt und der planparallelen Platte, falls diese größer ist, als das Refraktionselement. Liegt das
Refraktionselement hingegen auf der Seite des optischen Instruments, kann beispielsweise bei ungünstiger
geometrischer Gestaltung der Wandung oder ähnliches oder Aufbauten auf dieser das optische Instrument dennoch nahe genug an das optische Fenster gebracht werden, um auf das Objekt fokussieren zu können.
Je nach Lage des Refraktionselements können beispielsweise Strukturen eines elektronischen Bauelements beobachtete werden, wenn das optische Fenster im Gehäusedeckel
angeordnet ist und von oben auf das Bauelement geblickt wird. Auch eine seitliche Beobachtung ist möglich,
beispielsweise um Details der Höheneinstellung des
Testsubstrats oder der Sonden zu ermitteln. In diesem Fall ist das optische Fenster in einer Seitenwand des Gehäuses angeordnet. Die Begriffe „oben" und „seitlich" sind aus Sicht des Substrates definiert, wobei „oben" die zu
kontaktierende Fläche beschreibt.
Der Blick von oben auf das Bauelement erfolgt regelmäßig während der Kontaktierung des Bauelements mittels der
Sonden. In diesem Fall ist das Refraktionselement innerhalb des Probers angeordnet. Aufgrund seiner geringeren
Abmessungen im Vergleich zur planparallelen Platte und dessen Halterung in der Gehäusewandung wird Bauraum seitlich des Refraktionselements gewonnen, der für die Sonden und deren Halterungen, Manipulatoren und Kontaktierungen nutzbar ist. Die Sonden ragen bekanntermaßen von den seitlich des Beobachtungsbereichs angeordneten Halterungen auslegerartig in den zentralen Beobachtungsbereich hinein und damit direkt unter das Refraktionselement.
Der beschriebene Platzgewinn kann verstärkt werden, wenn das Refraktionselement dem Strahlenverlauf angepasst wird und entsprechend einer Ausführungsform als Pyramiden- oder ein Kegelstumpf ausgebildet ist, mit zum Bauelement hin
zunehmendem oder auch abnehmendem Querschnitt. Hierbei ist es vorteilhaft, dass Winkel der Mantelflächen des Stumpfes gleich oder größer dem Öffnungswinkel des gebrochenen
Strahlenganges innerhalb des Refraktionselementes ist und dass der Querschnitt so bemessen wird, dass der Strahlverlauf durch das gesamte Refraktionselement bis zur dem Objekt zugerichtet liegenden Fläche verläuft.
In einer Ausführungsform wird das Refraktionselement mit der planparallelen Platte eines optischen Fensters kombiniert. In dieser Ausgestaltung hat das Refraktionselement eine planparallelen oder plankonvexen oder plankonkaven Form, so dass es mit seiner zumindest einen planen Fläche benachbart zu einer der planen Flächen der planparallelen Platte angeordnet werden kann. Dabei ist es selbstverständlich, dass die planparallele Platte zumindest in einem Teil jenes Wellenlängenbereichs transparent ist, in welchem auch das Refraktionselement die Beobachtung gestattet.
Eine solche Ausgestaltung schließt auch das optische Fenster in die vorteilhafte Anordnung von optischem Instrument und Refraktionselement ein, so dass auch das optische Fenster in einer für die Aufgabenstellung bevorzugten, Bauraum
bereitstellenden größeren Entfernung zu den Sondenspitzen angeordnet werden kann.
Der Begriff der Kombination der beiden Elemente schließt verschiedene Ausgestaltungen ein. So können sie monolithisch oder mehrteilig ausgeführt sein. Die separaten Elemente können fest miteinander verbunden oder mittels geeigneter Haltemittel benachbart zueinander gehalten werden.
Der Begriff „benachbart zueinander" charakterisiert die geometrische Zuordnung beider Elemente derart, dass kein weiterer, optisch wirksamer Festkörper zwischen beiden angeordnet ist. Die planparallele Platte und das
Refraktionselement können somit in verschiedenen
Ausgestaltungen mit einem Abstand, das heißt mit einem „freien Zwischenraum" oder ohne Abstand nebeneinander angeordnet sein, wobei ein Zwischenraum, wie unten zu einer Ausführungsform dargelegt, frei bleibend oder mit einem Immersionsmedium gefüllt sein kann. Die Größe des Zwischenraums kann konstruktiv durch die Halterung bedingt sein oder lediglich der Anordnung eines Immersionsmediums dienen und wird deshalb stets klein sein im Verhältnis zur Dicke des Refraktionselements.
Diese Variabilität in der Verbindung der Elemente und deren Anordnung zueinander ermöglicht eine vielfältige Anpassung der Gestalt beider Elemente an die verschiedenen
Anforderungen .
Mittels des Aufbaus aus optischem Fenster mit
Refraktionselement können auch die optischen Eigenschaften beeinflusst werden. Ist es als ein kompaktes, einteiliges Bauteil ausgeführten, so dass beide Komponenten aus dem gleichen Material bestehen und lediglich hinsichtlich ihrer Geometrie und oder ihrer Einbausituation unterscheidbar sind, können die optischen Verluste an Grenzflächen
minimiert werden. Eine dauerhafte oder lösbare Verbindung beider Elemente ist hinsichtlich der Fügemethode und des Fügematerials für definierte Anwendungsbereiche
konfiguriert. So sind bei Vakuumanwendungen beispielsweise das Desorptionsverhalten des Fügematerials und die
Druckbelastung zu berücksichtigen. Bei lösbaren Verbindungen sind variable Modifikationen jederzeit möglich.
Je nach dem Verhältnis der Brechungsindizes der
planparallelen Platte und des Refraktionselements wird folglich der Strahlengang innerhalb der planparallelen Platte im Refraktionselement fortgesetzt (gleiche optische Dichte beider Materialien) oder weiter zur Flächennormale hin (optisch dichteres Refraktionselement) oder wieder von dieser weg (optisch weniger dichtes Refraktionselement) gebrochen .
Ein Zwischenraum zwisehen beiden Elementen ist entweder mit einem Brechungsindex von exakt Eins für Vakuum oder zirka Eins für viele Gase oder mit einem angepassten Brechungsindex eines Immersionsmediums zu berücksichtigen, wie unten noch beschrieben wird.
Die beschriebene Minimierung des seitlichen Platzbedarfs für das Refraktionselement gestattet es bei einer relativ zum Refraktionselement größeren planparallelen Platte, dass die Beobachtung des Objekts sowohl durch den Verbund von
planparalleler Platte und Refraktionselement als auch allein durch die planparallele Platte erfolgen kann. Im letzteren Fall erfolgt die Beobachtung am Refraktionselement vorbei, entweder durch das optische Instrument oder visuell durch das Auge des Betrachters oder beides. Damit stellt das optische Fenster, außer der Möglichkeit der visuellen
Betrachtung, für ein optisches Instrument zwei Brennweiten zur Verfügung, sofern die Abstimmung beider Bereiche des optischen Fensters mit dem optischen Instrument wie oben dargelegt entsprechend vorgenommen wurde.
Bei einer zweiteiligen Ausführung des optischen Fensters ist es möglich, die Grenzfläche zwischen der planparallelen Platte und dem Refraktionselement entspiegelnd auszuführen. EntSpiegelungen sind durch Beschichtungen mit einer solchen optischen Dicke, welche eine destruktive Interferenz bewirkt, oder durch diffus reflektierende
Oberflächenstrukturen bekannt. Eine solche Ausgestaltung schließt ein, dass auch die Einfalls- und Ausfallsflächen des optischen Fensters bzw. des Refraktorelements, letzteres auch bei der alleinigen Verwendung eines Refraktorelements, entspiegelt sind.
Das Refraktionselement kann, wie oben beschreiben, als planparalleles Element ausgeführt sein oder auf seiner der planparallelen Platte abgewandten und/oder zugewandten
Fläche eine konvexe oder konkave Form haben. Damit
beeinflusst das Refraktionselement über die
Brennweitenverlängerung hinaus den Strahlengang. Dieser Teil der abbildenden Optik befindet sich damit in unmittelbarer Nähe des Objekts und erlaubt damit z.B. eine höhere
Vergrößerung. Alternativ kann das Refraktionselement mit vergleichbarem Effekt separate, miteinander kombinierbare optische Elemente wie beispielsweise Linsen oder Filter aufweisen, zur variablen Anpassung an die jeweiligen
Anforderungen an das optische Fenster.
Eine Verbesserung der optischen Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen mit einem Refraktorelement kombinierten optischen Fensters ist weiter durch die Verwendung eines Immersionsmediums möglich, die mit ihrem Brechungsindex gezielt so eingestellt ist, dass sie eine möglichst stetigen Mittler zwischen beiden optischen Elementen darstellt, die durch das Medium miteinander verbunden sind. Solche
Immersionsmedien werden in flüssiger Form beispielsweise bei Immersionsobjektiven verwendet, bei denen die
Immersionsflüssigkeit den Zwischenraum zwischen einem
Objektiv und dem optischen Fenster füllt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch zwischen der planparallelen Platte und dem Refraktionselement ein Immersionsmedium angeordnet sein .
Die oben angeführten Optionen der Kombination der beiden Elemente gestatten verschiedene Ausgestaltungen des
erfindungsgemäßen optischen Fensters, bei welchen eine
Anpassung der Brechungsindizes mittels eines
Immersionsmediums zwischen beiden Elementen erfolgt. Sind beide Elemente miteinander durch Kleben verbunden, können Kleber ausgewählt werden, die einen geeigneten
Brechungsindex haben und als Immersionsmedium dienen.
Insbesondere wenn beide Elemente oder eines davon aus Glas bestehen, stehen Kleber zur Verfügung, deren Brechungsindex in der Umgebung der Werte der Gläser liegen. Alternativ kann bei einem Zwischenraum oder bei einem Hohlraum zwischen beiden Elementen dieser zumindest in einem Abschnitt mit einem geeigneten Immersionsmedium gefüllt sein. Mit einer geeigneten Abdichtung des Zwischenraums oder des Hohlraums sind auch Immersionsflüssigkeiten anwendbar.
Das optische Instrument kann in einer Ausgestaltung des Probers ein Mikroskop sein. Diese sind meist durch
Austauschteile oder zusätzliche Komponenten variabel, so dass seine optischen Parameter auf besondere Eigenschaften des optischen Fensters eingestellt werden können. Das betrifft beispielsweise das Objektiv, Blenden, Filter und andere Komponenten. So können Abbildungsfehler, z. B.
Farbsäume, welche durch den verlängerten Strahlengang im optischen Fenster verursacht werden, durch die die Auslegung des Objektivs kompensiert werden.
In einem Prober, können auch an anderen Positionen
Refraktorelemente oder bei Verwendung mit Gehäuse auch erfindungsgemäße optische Fenster verwendet werden.
Beispielsweise kann in zumindest einer seiner
Gehäusewandungen ein optisches Fenster nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen verwendet werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die
zugehörigen Zeichnungen zeigen in
Fig. 1A, Fig. 1B optische Fenster in einem Gehäusedeckel nach dem Stand der Technik,
Fig. 2A, Fig. 2B optische Fenster gemäß der Erfindung in einem Gehäusedeckel, Fig. 3A - Fig. 3C Strahlengang eines Objektivs ohne und mit Refraktionselement und auch mit erfindungsgemäßem optischen Fenster,
Fig. 4A - Fig. 4F Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Refraktionselements des Probers ohne und mit optischem
Fenster und
Fig. 5 einen Prober mit Ausführungsformen des erfindungsgemäßen optischen Fensters.
Die Beschreibung des erfindungsgemäßen optischen Fensters 1 erfolgt beispielhaft, jedoch nicht beschränkend in Bezug auf einen Prober mit einem Gehäuse. Sofern in den Figuren
Komponenten mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, werden gleiche oder analoge Komponenten dargestellt und beschrieben.
Fig. 2A und Fig. 2B stellen erfindungsgemäße optische
Fenster 1 dar, die analog der Einbausituationen in den Fig. 1A und Fig. 1B, gemäß Stand der Technik, in einem
Gehäusedeckel 22 angeordnet sind. Das optische Fenster nach Fig. 2A ist, bezogen auf seine oberste Fläche, nahezu niveaugleich im Gehäusedeckel 22 montiert. Das kreisrunde optische Fenster 1 umfasst einen planen Haltering 4 zur Montage des optischen Fensters 1 im Gehäusedeckel 22. Am Haiteering 4 ist die kreisrunde planparallele Platte 2 mittels Schrauben 11 befestigt. An der Unterseite 5 der planparallelen Platte 2 ist konzentrisch ein planparalleles Refraktionselement 3 durch Kleben befestigt. Das
Refraktionselement 3 hat eine konische Form mit abnehmendem Querschnitt .
Das optische Fenster 1 in Fig. 2B unterscheidet sich von dem in Fig. 2A durch einen nach unten in mehreren Stufen
abgestuften Halterring 4, so dass optische Fenster 1 in den Gehäusedeckel 22 abgesenkt ist. Das optische Fenster 1 dieser Ausführungsform ist einteilig ausgeführt, so dass sich an die planparallele Platte 2 übergangslos das darunter liegende Refraktionselement 3 anschließt. Eine
gegenständliche Trennung beider Elemente ist hier nicht möglich, soll zum besseren Verständnis sprachlich aber beibehalten werden. Eine gegenständliche Trennung in zwei separate Elemente ist alternativ auch in solche einer
Ausführungsform möglich. Die planparallele Platte 2 und Refraktionselement 3 bilden einen Zylinder, wobei geeignete Mittel oder Strukturierungen des Zylinders für dessen Einbau vorgesehen sind. Die dargestellten Verhältnisse der
Durchmesser von planparalleler Platte 2 und
Refraktionselement 3 erfolgen lediglich beispielhaft. Auch andere Verhältnisse sind möglich.
Die Ausführungsformen von Fig. 2A und Fig. 2B verdeutlichen, wie durch die Ergänzung des Refraktionselements 3 Bauraum um das Refraktionselement 3 gewonnen wird, da ohne dieses der Gehäusedeckel 22 oder zumindest Bereiche des Halterings 4 weiter abgesenkt werden müssten.
Die Fig. 3A bis Fig. 3C stellen die mit einem
erfindungsgemäßen Refraktionselement 3 (Fig. 3B) und in Kombination mit einem optischen Fenster 1 (Fig. 3C)
erzielbare Verlängerung der Brennweite f im Vergleich zum Stand der Technik (Fig. 3A) dar. Die Brennweite des
optischen Instruments 23, dargestellt ist hier vereinfacht lediglich ein Objektiv beispielsweise eines Mikroskops, wird durch dessen optische Parameter bestimmt und in Fig. 3A anhand des fokussierten Strahlengangs der äußeren
Lichtstrahlen 6 schematisch und damit ohne Anspruch auf maßstabsgerechte Abbildung dargestellt.
In Fig. 3B wurde ein konusförmiges Refraktionselement 3 mittels Klebung, welche in dieser Ausführungsform das
Haltemittel 9 darstellt, in eine geeignete Halterung
eingefügt. Durch die Anordnung des Refraktorelements 3 erfolgt ein Strahlenversatz infolge der Brechung an dessen beiden Grenzflächen und zwar an der oberen Eintrittsfläche und der unteren Austrittsfläche des planparallelen
Refraktionselements 3. Die Zuordnung der Bezeichnungen „Eintrittsfläche" und „Austrittsfläche" folgt hier, und in der weiteren
Betrachtung, der Ausbreitungsrichtung des Strahlenganges in der Richtung von oben nach unten, wie zum Beispiel die Lichtstrahlen einer koaxialen Beleuchtung verlaufen, welche ihren Ursprung oben, im optischen Instrument 23 haben.
Zunächst wird der Lichtstrahl 6 zur Flächennormalen des Refraktionselements 3, welche im Ausführungsbeispiel parallel zur optischen Achse 7 des optischen Instruments 23 verläuft, hin gebrochen. Mit Austritt des Strahls aus dem Refraktionselement 3 erfolgt eine Brechung mit größerem Austrittswinkel und damit eine Fokussierung auf einen
Brennpunkt, der einen Abstand a zur Brennweite aus Fig. 3A aufweist. Der in Fig. 3B sichtbare Strahlenversatz
resultiert aus dem steileren Verlauf des Strahls innerhalb des Refraktionselements 3 aufgrund dessen größerer optischen Dichte im Vergleich zur optischen Dichte des umgebenden Mediums, beispielsweise Luft.
Durch das Hinzufügen der planparallelen Platte 2 eines optischen Fensters 1 gemäß Fig. 3C wird dieselbe
Verlängerung a der Brennweite erzielt, wenn die Gesamthöhe von Refraktionselement 3 und planparalleler Platte 2 gleich bleibt und der Brechungsindex übereinstimmt. Aufgrund der letztgenannten Ausgestaltung erfolgt keine signifikante Brechung an der Grenzfläche zwischen der planparallelen Platte 2 und dem Refraktionselement 3. Refraktionselement 3 und planparallele Platte 2 bestehen in den
Ausführungsbeispielen beispielhaft aus Borosilikatglas BK7. Über die Geometrie und Materialauswahl für beide Elemente können andere Brennweiten oder dieselben Brennweiten mit mehr Platzgewinn erzielt werden.
In den Fig. 4A bis Fig. 4F sind verschiedene
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Refaktionselements 3 beispielhaft mit und ohne optischem Fenster 1 mit dem
Objektiv eines optischen Instruments 23 und dem fokussierten Strahlengang der Lichtstrahlen 6 schematisch dargestellt. Die optischen Achsen 7 des optischen Instruments 23 und des Refraktionselements 3 fallen, wie auch schon in den Fig. 3B und Fig. 3C zusammen.
Fig. 4A und Fig. 4B stellen jeweils ein optisches Fenster 1 dar, dessen planparallele Platte 2 mit einem konisch
verlaufenden Refraktionselement 3 mittels einer
Klebstoffschicht 8 verbunden ist. Das Refraktionselement 3 ist plankonvex (Fig. 4A) beziehungsweise plankonkav (Fig. 4B) ausgebildet, mit dem damit erzielbaren unterschiedlichen Strahlengang für verschiedene Anwendungen. In beiden
Ausgestaltungen sind die Refraktionselemente 3 jeweils mit der planen Seite mit der planparallelen Platte 2 verbunden.
Die Ausführungsformen der Fig. 4C und Fig. 4D unterscheiden sich von den nach Fig. 4A und Fig. 4B dadurch, dass die Refraktionselemente 3 planparallel und mittels Haltemittel 9 an der planparallelen Platte 2 montiert sind. Die Verwendung von Haltemitteln 9 gestattet es, einen Zwischenraum 10 zwischen beiden Elementen herzustellen (Fig. 4C) , der mit einem Immersionsmedium gefüllt ist. Im Gegensatz dazu hält das Haltemittel 9 in Fig. 4D die planparallele Platte 2 und das Refraktionselement 3 unmittelbar aneinander grenzend zusammen.
Fig. 4E stellt eine Variante ohne optisches Fenster dar, bei welchem beispielhaft ein Refraktionselement 3 mit konkaver Lichteintrittsfläche und konvexer Lichtaustrittsfläche verwendet wird. Aufgrund der konkaven Lichteintrittsfläche wird in der gezeigten Ausführungsform ein paralleler
Strahlenverlauf durch das Refraktionselement 3 erzielt, so dass mittels dessen Höhe die Brennweite f sehr gut
einstellbar ist. Alternativ kann mittels einer weniger- konvexen, also weniger gewölbten Eintrittsfläche ein
konvergenter, also nach unten hin ein zur optischen Achse 7 hin zulaufender Strahlverlauf erzielt werden. Alternativ kann mittels einer stärker-konvexen, also stärker gewölbten Eintrittsfläche ein divergenter, also nach unten hin
auseinander laufender Strahlverlauf erzielt werden. Das optische Fenster 1 von Fig. 4F hat eine planparallele Platte 2, die wesentlich größer ist als das
Refraktionselement 3. Infolge dessen kann das optische Instrument 23 mittels dessen Halterung (nicht dargestellt) in einen Bereich verschoben werden (durch einen Doppelpfeil dargestellt), in welchem der Strahlengang nicht durch das Refraktionselement 3, sondern nur durch die planparallele Platte 2 verläuft. Entsprechend der beiden Positionen des optischen Instruments sind die Bezugszeichen für das optische Instrument und dessen Strahlengang mit 23 und 23 Λ beziehungswiese mit 6 und 6Λ gekennzeichnet. Aus den beiden Positionen resultiert ein unterschiedlicher Strahlengang und damit ein unterschiedlicher Strahlenversatz, so dass das optische Instrument auf zwei unterschiedliche Brennweiten f und f Λ fokussiert werden kann. Alternativ oder ergänzend kann in der zweiten Position oder von einer weiteren, dritten Position aus eine Beobachtung ohne optisches
Instrument erfolgen (dargestellt durch ein Icon eines menschlichen Auges) . Fig. 5 stellt einen Prober 20 dar, der ein Gehäuse 21 umfasst. Das Gehäuse 21 ist durch einen Gehäuseboden 25, Gehäuseseitenwände 24 und den das Gehäuse 21 verschließenden Gehäusedeckel 22 gebildet. Im Gehäuse 21 sind eine
Haltervorrichtung 26, auch als Chuck bezeichnet, zur
Halterung eines Bauelements 27, im Ausführungsbeispiels eines Wafers, angeordnet. Das Bauelement 27 wird durch eine Mehrzahl von Sonden 28 mechanisch und elektrisch
kontaktiert .
Die auslegerartigen Sonden 28 sind mittels Sondenhalter 31 auf einer Sondenhalterplatte 29 montiert und ragen mit den Sondenspitzen 32 an den freien Enden durch eine zentrale Öffnung 30 der Sondenhalterplatte 29 auf das Bauelement 27. Die Sondenhalter 31 dienen der Halterung der Sonden 28 und deren elektrischer Kontaktierung sowie einer
Feinpositionierung der Sondenspitzen 32 relativ zueinander sowie zum Bauelement 27. Alternativ können die Sondenspitzen 32 auch an so genannten Probecards (nicht dargestellt) montiert sein, die wiederum direkt auf der
Sondenhalterplatte montiert wird. Derartige Probecards sind für die Prüfung komplexer Bauelemente 27 bekannt, bei denen viele gleichartige Bauelemente 27 mit einer großen Anzahl von Sonden kontaktiert werden müssen.
Mittels des Chucks 26 kann das Bauelement 27 im Prober 20 relativ zu den Sonden 28 im Raum bewegt werden, um den Kontakt herzustellen.
Über den Sondenspitzen 32 und der zentralen Öffnung 30 der Sondenhalterplatte 29 ist im Gehäusedeckel 22 ein
erfindungsgemäßes optisches Fenster 1 angeordnet, welches mittels seines Halteringes 4 am Gehäusedeckel 22 montiert ist. Der Halterring ist wie zu Fig.2B beschrieben in
Richtung zum Bauelement 27 abgestuft, so dass das optische Fenster 1 relativ zum Niveau des Gehäusedeckels abgesenkt ist. Das optische Fenster umfasst eine panparallele Platte 2, die mit einem planparallelen, konischen
Refraktionselement 3 durch Kleben verbunden ist. Das
Refraktionselement 3 befindet sich dabei innerhalb des Gehäuses über den Sondenspitzen 32. Aufgrund der im ergleich zur Absenkung des Gehäusedeckels 22 wesentlich geringeren seitlichen Ausdehnung des Refraktionselements 3 können die Ausleger der Sonden 28 seitlich des Refraktionselements 3 zu den Sondenhaltern 31 verlaufen und das Refraktionselement 3 gleichzeitig bis auf einen sehr geringen Abstand zu den Sondenspitzen 32 ragen.
Alternativ kann das optische Fenster auch andere der oben beschriebenen Ausführungen aufweisen, soweit sie für die jeweiligen Anforderungen geeignet sind.
Direkt über dem optischen Fenster 1 ragt ein optisches Instrument 23, hier das Objektiv eines Mikroskops, soweit in die durch den Haltering 4 und das optische Fenster 1 gebildete Senke, dass der geringste mögliche Abstand
zwischen dem Objektiv und dem optischen Fenster 1
eingestellt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einem Durchgang 33 in einer Gehäuseseitenwand 24 ein optionales weiteres erfindungsgemäßes optisches Fenster 1 angeordnet. Dieses umfasst ebenfalls eine panparallele Platte 2, die mit einem planparallelen, beispielsweise zylindrischen
Refraktionselement 3 durch Kleben verbunden ist. Auch das zweite optische Fenster 1 kann eine alternative Gestaltung aufweisen. Das Refraktionselement 3 dieses zweiten optischen Fensters 1 ist außerhalb des Gehäuses 21 angeordnet, so dass es die Tiefe von seitlichen Aufbauten auf der
Gehäuseseitenwand 24, schematisch dargestellt durch eine größere Wandstärke, überbrückt. Unmittelbar vor diesem optischen Fenster 1 ist ein weiteres optisches Instrument 23, beispielhaft eine Kamera, angeordnet, welche
beispielsweise der Erkennung der exakten Kontaktierung der Sondenspitzen 32 auf dem Bauelement 27 dient.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 kann auch ohne Gehäuse 21 ausgebildet sein (nicht dargestellt) . In diesem Fall würde das Refraktionselement 3 ohne optisches Fenster 1 mittels geeigneter Halterungen, die beispielsweise auf der
Sondenhalterplatte 29 montiert sind, in seiner Position gehalten sein, so dass das optische Instrument 23 anstelle in einer etwas tieferen Position als in Fig. 5 dargestellt in weit genug von den Sondenspitzen 32 entfernt angeordnet und dennoch die Sondenspitzen 32 in der erforderlichen
Auflösung beobachtet werden kann. Bezugzeichenliste optisches Fenster
planparallele Platte
Refraktionselement
Haltering
Unterseite
Lichtstrahl
optische Achse
Klebstoffschicht
Haltemittel
Zwischenraum
Schrauben
Prober
Gehäuse
Gehäusedeckel
optisches Instrument
Gehäuseseitenwand
Gehäuseboden
Haltevorrichtung, Chuck
Bauelement
Sonden
Sondenhalterplatte
zentrale Öffnung
Sondenhalter
Sondenspitzen
Durchgang
Brennweite
Verlängerung der Brennweite

Claims

Patentansprüche 1. Prober zur Prüfung oder Testung mikroelektronischer Bauelemente (27), welcher eine Haltervorrichtung (26) zur Halterung zumindest eines Bauelements (27), zumindest eine Sonde (28) zu dessen Kontaktierung und/oder Anregung und ein vergrößerndes optisches Instrument (23, 23 Λ) zur Abbildung der Position der Sonde (8) relativ zum Bauelement (27) umfasst, dadurch gekennzeichnet,
— dass der Prober (20) ein optisches Element zur
Brechung der vom optischen Instrument zum Bauelement (27) verlaufenden Lichtstrahlen (6), nachfolgend als Refraktionselement (3) bezeichnet, umfasst, welches zumindest während der Kontaktierung und/oder Anregung des Bauelements (27) im optischen Pfad des optischen Instruments (23, 23 Λ) zwischen dem Bauelement (27) und dem optischen Instrument (23, 23 Λ) anzuordnen ist, — dass das Refraktionselement (3) aus einem Körper eines dielektrischen Materials besteht, welches in einem vordefinierten Wellenlängenbereichs transparent ist,
— dass der Körper des Refraktionselements (3) zwei sich gegenüber liegende Brechungsflächen zur Brechung der vom optischen Instrument (23, 23 Λ) zum Bauelement (27) verlaufenden Lichtstrahlen (6) umfasst, die zueinander planparallel sind oder von denen zumindest eine eine konvexe oder konkave Wölbung aufweist,
— dass das Material des Refraktionselements (3) einen Brechungsindex aufweist, der größer als der Brechungsindex des an das Refraktionselement (3) angrenzenden, umgebenden Mediums ist und
— dass der Brechungsindex, die Form und Größe des
Refraktionselementes (3) so gewählt sind, dass der Brennpunkt der durch das Refraktionselementes (3) verlaufenden Lichtstrahlen (6) außerhalb des
Refraktionselementes (3) liegt.
2. Prober nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, — dass der Prober (20) ein Gehäuse (21) umfasst, wobei im Gehäuse (21) die Haltevorrichtung (26) und die Sonde (28) angeordnet sind,
— dass das Gehäuse (21) in zumindest einer seiner
Gehäusewandungen ein optisches Fenster (1) aufweist, welches in einem optischen Pfad des optischen
Instruments (23, 23 Λ) angeordnet ist und eine
planparallele Platte (2) aus einem dielektrischen Material umfasst,
— welches zumindest in einem Teil des vordefinierten
Wellenlängenbereichs des Refraktioselements (3) transparent ist und einen Brechungsindex aufweist, der größer ist als der Brechungsindex des angrenzenden, umgebenden Mediums,
— und dass das Refraktionselement (3) eine planparallele oder plankonvexe oder plankonkave Form aufweist und mit seiner planen Fläche benachbart zur planparallelen Platte (2) angeordnet ist.
3. Prober nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Refraktionselement (3) mit der planparallelen Platte (2) verbunden ist oder beide lösbar direkt aneinander grenzend oder nebeneinander mit einem Zwischenraum (10) zwischen den benachbarten Flächen
angeordnet sind .
4. Prober nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Refraktionselement (3) in einem solchen Umfang kleiner ist als die planparallele
Platte (2), der eine Beobachtung durch die planparallele Platte (2) sowohl durch das Refraktionselement (3) als auch am Refraktionselement (3) vorbei gestattet.
5. Prober nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grenzfläche zwischen der planparallelen Platte (2) und dem Refraktionselement (3) entspiegelnd ausgebildet ist.
6. Prober nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der planparallelen Platte (2) und dem Refraktionselement (3) ein Immersionsmedium angeordnet ist.
7. Prober nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Refraktionselement (3) innerhalb des Gehäuses (21) über den Sondenspitzen (32) der Sonden (28) angeordnet ist.
8. Prober nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Refraktionselement (3) ein Zylinder ist oder ein Pyramiden- oder ein
Kegelstumpf mit zum Bauelement hin zunehmendem oder
abnehmendem Querschnitt.
9. Prober nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das optische
Instrument (23, 23 Λ) ein Mikroskop ist und das Mikroskop ein optisches Element zum Ausgleich eines durch das
Refraktionselement (3) verursachten optischen Fehlers umfasst .
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