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Damit eine optische Grundcharakterisierung von
optischen Halbleiterbauelementen erfolgen kann, müssen diese
durch entsprechende Messeinrichtungen optisch vermessen werden.
Dazu ist es erforderlich, dass die optischen Halbleiterbauelemente
exakt auf den optischen Strahlengang der Messeinrichtung justiert
werden. Insbesondere bei Entwicklungsmustern und kleinen Serien
(Vorserien, Nullserien) erfolgt eine manuelle Vorpositionierung des
optischen Halbleiterbauelements auf einem Probenhalter, der dann
mittels verschiedener Verstellvorrichtungen auf den optischen Strahlengang
der Messeinrichtung justiert wird. Dabei ist zu beachten, dass die
empfindlichen Flächen
der aktiven Halbleiterbauelemente nicht beschädigt werden.
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Der Nachteil dieser üblichen
Lösung
besteht darin, dass für
die manuelle Justage viel Erfahrung und manuelles Geschick erforderlich
ist und trotzdem eine ausreichende Reproduzierbarkeit der Justage für die Messungen
nicht gewährleistet
werden kann.
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In der Literatur sind verschiedenartige
Haltevorrichtungen beschrieben, mit denen Objekte ausgerichtet und
gehaltert werden können.
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In der
DE 81 07 774 U1 ist eine Objekthaltevorrichtung
für Mikroskopobjekttische
beschrieben, mit der das Objekt mittels einer federnd gelagerten Objekthalteklaue
gegen die Objektunterlage gedrückt
wird. Bei dieser Vorrichtung bilden die Objekthalteklaue und das
vordere Ende der Objektunterlage stets einen spitzen Winkel und
der Abstand stets größer ist
als die Breite des Objektes, so dass das Objekt eingeführt werden
kann und durch die Federkraft gehalten wird.
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Die
DE 199 06 422 A1 offenbart ebenfalls einen
Halter für
Objektträger,
mit dem ein Objekt gegenüber
einem feststehenden Anlagenteil justiert und gehaltert werden soll.
Dieser Halter weist einen Hebel auf, der den Objektträger an zwei
Andrückpunkten,
die sich außerhalb
des Eckbereichs des Objektträgers
befinden, kontaktiert, wodurch eine exakte Positionierung und Halterung
des Objektträgers zum
feststehenden Anlagenteil ermöglicht
wird.
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In der
DE 40 01 559 A1 wird eine Vorrichtung zum
kantengenauen Ausrichten von Stapeln aus Papier o. ä. vorgestellt,
bei der der auszurichtende Stapel auf einer schwingfähig angeordneten
und geneigten Tischplatte aufliegt und durch mittels Unwuchtscheiben
erzeugte Schwingungen gegen zwei mechanische Anschlagwinkel ausgerichtet
wird.
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Die vorgenannten Vorrichtungen weisen
alle den Nachteil auf, dass die auszurichtenden Objekte gegen eine
Kraft mechanisch beansprucht werden und gegenüber Flächen ausgerichtet werden, wodurch
die Flächen
eines aktiven Halbleiterbauelements beschädigt werden würden. Außerdem ist
mit diesen Vorrichtungen keine exakte Positionierung und Ausrichtung
in allen drei Richtungen im μm-Bereich
möglich.
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In der
DE 100 22 651 A1 ist eine
Positioniervorrichtung vorgeschlagen worden bei der ein optisches
Halbleiterbauelement auf einem Probenhalter ausgerichtet und fixiert
wird. Die Probenfixierung ist nadelförmig ausgebildet und auf einem
Lagerbock drehbar gelagert. Sie wird mittels einer Feder auf der Oberfläche des
Probenhalters gehaltert und ist auf die Probe aufsetzbar, wodurch
diese kraftschlüssig auf
dem Probenhalter fixiert ist.
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Diese Vorrichtung hat insbesondere
den Nachteil, dass die ausgerichtete Probe nur durch die nadelförmige Probenfixierung
in einem Punkt gehaltert wird. Beim Transport des Probenhalters
kann es leicht zu Veränderungen
der Position der Probe auf dem Probenhalter kommen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, eine Positioniervorrichtung sowie ein Verfahren zur exakten
Positionierung von optischen Halbleiterbauelementen auf einem Probenhalter
anzugeben, die eine einfache und reproduzierbare Positionierung und
sichere Fixierung eines optischen Halbleiterbauelements auf diesem
Probenhalter ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Positioniervorrichtung zur exakten Positionierung von optischen
Halbleiterbauelementen mit den Merkmalen des Hauptpatents 100 22
651 sowie des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei die Positioniervorrichtung
aus einer Aufnahme, die über
ein Gelenk derart mit einem Unterteil verbunden ist, dass sie in drei
Freiheitsgraden um einen Drehpunkt beweglich ist, und einem auf
ihr frei beweglich angeordneten Probenhalter besteht. Die Aufnahme
besteht aus einer rechteckigen ebenen Grundfläche, die an zwei aneinandergrenzenden
Seiten jeweils eine nach oben gerichtete Wand, eine Vorderwand und
eine Seitenwand aufweist, wobei die Vorderwand um einen geringen
Winkel gegenüber
der Grundfläche nach
innen geneigt ist, wodurch eine Schräge entsteht und die Seitenwand
gegenüber
der Grundfläche
senkrecht angeordnet ist. Der Probenhalter besteht aus einem Quader
auf dem das optische Halbleiterbauelement mittels einer Probenfixierung
fixierbar ist. Der Probenhalter weist auf seiner einen kurzen Seite
einen in der Höhe überstehenden
Anschlag auf, der an seiner Innenfläche um einen geringen Winkel
gegenüber
der Oberfläche
des Probenhalters nach innen geneigt ist, wodurch hier ebenfalls
eine Schräge
entsteht. Dieser Anschlag schließt mit seiner Außenfläche bündig mit
der Außenfläche des Probenhalters
ab. Die Probenfixierung besteht aus einem auf der Oberfläche des
vorderen Bereiches des Probenhalters angeordneten Schiebers, der
in einer geradlinigen Führung
parallel zur Vorderwand der Aufnahme bewegbar ist und mittels einer
Feder in Richtung auf den Anschlag des Probenhalters spannbar ist.
Die der Schräge
des Anschlages des Probenhalters zugewandte Seitenfläche des
Schiebers ist um einen geringen Winkel, der. ca. 15° beträgt, nach
innen geneigt, wodurch eine Schräge
gebildet wird. Das optische Halbleiterbauelement ist somit zwischen
der Schräge
des Schiebers und der Schräge
des Anschlages des Probenhalters kraftschlüssig fixierbar.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Positioniervorrichtung können
den Ansprüchen
2 bis 4 entnommen werden.
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Das Verfahren zur exakten Positionierung von
optischen Halbfeiterbauelementen auf einem Probenhalter ist gekennzeichnet
durch die des Hauptpatents Merkmale 100 22 651 sowie des Patentanspruchs
5, indem der Probenhalter derart auf der Aufnahme positioniert wird,
dass eine lange Seitenfläche
an der Vorderwand und die kurze Seitenfläche mit dem Anschlag an der
Seitenwand anliegt.
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Der Schieber der Probenfixierung
wird gegen die Federkraft in einer derartigen Position arretiert,
dass das Halbleiterbauelement derart auf den Probenhalter aufgelegt
werden kann, dass die zu prüfende
aktive Seite in Richtung auf die Vorderwand zeigt und eine Seitenfläche in Richtung
auf den Anschlag zeigt. Danach wird die Aufnahme mit dem darauf
positionierten Probenhalter und dem darauf befindlichen Halbleiterbauelement
derart über
das Gelenk gekippt, dass der Schnittpunkt, der durch die Grundfläche, die
Vorderwand und die Seitenwand gebildet wird, tiefer liegt als der
Drehpunkt der Positioniervorrichtung. Durch die gekippte Lage der
Aufnahme bewegt sich das Halbleiterbauelement infolge der Schwerkraft
einerseits in Richtung auf die Vorderwand und gleichzeitig auf die
Seitenwand zu, bis die Oberkante der optisch aktiven Fläche an der
Schräge der
Vorderwand und die Oberkante der kurzen Seitenfläche an der Schräge des Anschlages
anliegt. Die Positionierung des Halbleiterbauelements ist beendet,
wenn die Oberkante der optisch aktiven Fläche des Halbleiterbauelements über die
gesamte Länge
an der Schräge
der Vorderwand und die Seitenkante des Halbleiterbauelements an
der Schräge des
Anschlages anliegt. Nun wird die Arretierung des Schiebers gelöst, der
Schieber wird durch die Federkraft in Richtung auf das Halbleiterbauelement
gezogen. Das Halbleiterbauelement wird zwischen den beiden Schrägen, einerseits
der Schräge
des Schiebers und andererseits der Schräge des Anschlages auf der Oberfläche des
Probenhalters kraftschlüssig fixiert.
Anschließend
kann der Probenhalter mit dem darauf fixierten Halbleiterbauelement
der Aufnahme entnommen und einer Prüfeinrichtung zugeführt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann
bei Einhaltung der Verfahrensschritte jedes Halbleiterbauelement
einfach, exakt und reproduzierbar auf dem Probenhalter positioniert
und fixiert werden. Ist der Probenhalter auf die konstruktiven Merkmale
der Messeinrichtung abgestimmt, kann eine schnelle und zuverlässige Messung
der Eigenschaften des Halbleiterbauelements gewährleistet werden, wobei eine
weitgehende Automatisierung des Messprozesses erreicht werden kann.
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Die Positioniervorrichtung und das
Verfahren sind besonders geeignet für die Messung von Halbleiterbauelementen,
die als Entwicklungsmuster, Fertigungsmuster oder in Kleinserien
gefertigt wurden.
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Die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung und
das Verfahren zur exakten Positionierung von optischen Halbleiterbauelementen
auf einem Probenhalter sollen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
In den zugehörigen Zeichnungen
sind dargestellt:
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1:
Seitenansicht der Positioniervorrichtung
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2:
Draufsicht der Positioniervorrichtung
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3:
Seitenansicht der Positioniervorrichtung mit Probenhalter (Detail)
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4:
Einzelheit des Probenhalters mit Probenfixierung
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In der 1 ist
die Positioniervorrichtung in der Seitenansicht dargestellt. Die
Positioniervorrichtung besteht aus einer Aufnahme 4, die über ein
Gelenk 5 derart mit einem Unterteil 10 verbunden
ist, dass sie in drei Freiheitsgraden um einen Drehpunkt 1 beweglich
ist, und einem auf ihr frei beweglich angeordneten Probenhalter 3.
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Die Aufnahrne 4 besteht
aus einer rechteckigen ebenen Grundfläche 4.1, die an zwei
aneinandergrenzenden Seiten jeweils eine nach oben gerichtete Wand,
eine Vorderwand 4.2 und eine Seitenwand 4.3 aufweist,
wobei die Vorderwand 4.2 um einen Winkel von ca. 10° gegenüber der
Grundfläche 4.1 nach
innen geneigt ist, wodurch eine Schräge A entsteht und die Seitenwand 4.3 gegenüber der Grundfläche 4.1 senkrecht
angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist der untere Teil der Vorderwand 4.2 senkrecht
auf der Grundfläche 4.1 angeordnet
und die Schräge
A der Vorderwand 4.2 beginnt erst in einer Höhe, die über der
Grundfläche 4.1 liegt,
aber kleiner ist als die Höhe
des Probenträgers.
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Der Probenhalter 3 besteht
aus einem Quader, auf dem das optische Halbleiterbauelement 2 mittels
einer Probenfixierung fixierbar ist. Der Probenhalter 3 weist
auf seiner einen kurzen Seite einen seitlichen, in der Höhe überstehenden
Anschlag 3.1 auf, der an seiner Innenfläche um einen Winkel, der ca.
30° beträgt, gegenüber der
Oberfläche
des Probenhalters 3 nach innen geneigt ist, wodurch eine Schräge B entsteht.
Der seitliche Anschlag 3.1 ist als separates Bauteil ausgeführt und
derart seitlich an den Probenhalter 3 angeflanscht, dass
seine Außenfläche nicht über die
entsprechende Außenfläche des Probenhalters 3 hinausragt.
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Die Probenfixierung besteht aus einem
auf der Oberfläche
des vorderen Bereiches des Probenhalters 3 angeordneten
Schieber 6, der in einer geradlinigen Führung 7 parallel zur
Vorderwand 4.2 der Aufnahme 4 bewegbar ist und
mittels einer Feder 8 in Richtung auf den Anschlag 3.1 des
Probenhalters 3 spannbar ist. Die der Schräge B des
Anschlages 3.1 des Probenhalters 3 zugewandte
Seitenfläche
des Schiebers 6 ist um einen geringen Winkel, der ca. 15° beträgt, nach
innen geneigt, wodurch eine Schräge
C gebildet wird.
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Die der Schräge A der Seitenwand 4.2 zugewandte
Seitenfläche
des Schiebers 6 ist mit einem geringfügig größeren Winkel als die Seitenwand 4.2 geneigt,
wodurch diese Seitenfläche
des Schiebers 6 nahezu an der Schräge A der Seitenwand 4.2 anliegt, indem
ihr Fußpunkt
an der Schräge A
anliegt und die obere Kante dieser Seitenfläche etwas von der Schräge A entfernt
ist.
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Der Schieber 6 kann in definierten
oder frei wählbaren
Stellungen arretiert werden. In gelöster Stellung wird das optische
Halbleiterbauelement 2 durch die Kraft der Feder 8 zwischen
der Schräge
C des Schiebers 6 und der Schräge B des Anschlages 3.1 des
Probenhalters 3 kraftschlüssig fixiert.
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Die Vorderwand 4.2, die
Seitenwand 4.3, und der Anschlag 3.1 sind aus
einem leitfähigen
Kunststoffmaterial hergestellt, damit einerseits die Flächen und
Kanten nicht beschädigt
werden und andererseits eine elektrostatische Aufladung der Halbleiterbauelemente 2 ausgeschlossen
wird.
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Das Gelenk 5 besteht aus
einer direkt unter der Grundfläche 4.1 der
Aufnahme 4 angeordneten Halbkugel, die in eine halbkugelförmige Ausnehmung
gleichen Durchmessers in dem Unterteil 10 eingepasst ist.
Die Oberflächen
der Halbkugel sowie der halbkugelförmigen Ausnehmung weisen eine
solche Rauhigkeit auf, dass eine selbsttätige Verstellung gegeneinander
ausgeschlossen ist.
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In der 2 ist
die Draufsicht auf die Positioniervorrichtung dargestellt. Sichtbar
sind die Aufnahme 4 mit dem Probenhalter 3 und
dem Halbleiterbauelement 2. Der Probenhalter 3 und
das Halbleiterbauelement 2 befinden sich in der Endlage
nach der Positionierung. Neben dem Halbleiterbauelement 2 befindet
sich der Schieber 6 in gelöster Stellung, d. h. das Halbleiterbauelement 2 ist
auf der Oberfläche des
Probenhalter 3 kraftschlüssig fixiert.
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In der 3 ist
eine Seitenansicht der Positioniervorrichtung mit Probenhalter 3 und
aufgelegtem optischen Halbleiterbauelement 2, von der offenen
Seite der Aufnahme 4, dargestellt. Deutlich erkennbar ist
die Schräge
A, die erst in einer bestimmten Höhe der Vorderwand 4.2 beginnt,
die aber geringer ist als die Höhe
des Probenhalters 3. Erkennbar ist ebenfalls der Schieber 6,
dessen vordere Seitenwand abgeschrägt ist und somit nahezu parallel
zur Schräge
A der Vorderwand 4.2 der Aufnahme 4 verläuft. Zur
Verdeutlichung der Probenfixierung ist die Führung 7 dargestellt,
in der der untere Teil des Schiebers 6 parallel zur Vorderwand 4.2 und
in Richtung auf das Halbleiterbauelement 2 geführt wird.
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In der 4 ist
eine Einzelheit des Probenträgers 3 mit
dem seitlichen Anschlag 3.1 sowie der Probenfixierung dargestellt.
Der untere Teil des Schiebers T ragt in die Führung 7 hinein und
wird mittels der Feder 8 in Richtung auf das Halbleiterbauelement 2 gezogen.
Das Halbleiterbauelement 2 ist durch die Schräge B des
Anschlages 3.1 und die Schräge C des Schiebers 6 auf
der Oberfläche
des Probenhalters 3 fixiert.
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Nachfolgend wird das Verfahren zur
exakten Positionierung von optischen Halbleiterbauelementen auf
einem Probenhalter, wobei die optisch aktiven Flächen nicht berührt werden,
beschrieben.
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Zuerst wird der Probenhalter 3 auf
der Aufnahme 4 derart positioniert, dass eine lange Seitenfläche an der
Vorderwand 4.2 und die kurze Seitenfläche mit dem Anschlag 3.1 an
der Seitenwand 4.3 anliegt.
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Der Schieber 6 der Probenfixierung
wird in einer definierten Position arretiert. Jetzt wird das Halbleiterbauelement 2 derart
auf den Probenhalter 3 aufgelegt, dass die zu prüfende aktive
Seite in Richtung auf die Vorderwand 4.2 zeigt und eine
Seitenfläche
in Richtung auf den Anschlag 3.1 liegt. Danach wird die
Aufnahme 4 mit dem darauf positionierten Probenhalter 3 und
dem darauf befindlichen Halbleiterbauelement 2 derart über das
Gelenk 5 gekippt, dass der Schnittpunkt, der durch die Grundfläche 4.1, die
Vorderwand 4.2 und die Seitenwand 4.3 gebildet wird,
tiefer liegt als der Drehpunkt 1 der Positioniervorrichtung.
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Durch die gekippte Lage der Aufnahme 4 bewegt
sich infolge der Schwerkraft das Halbleiterbauelement 2 einerseits
in Richtung auf die Vorderwand 4.2 und andererseits auf
den Anschlag 3.1 zu, bis die Oberkante der optisch aktiven
Fläche
an der Schräge A
der Vorderwand 4.2 und die Oberkante der kurzen Seitenfläche an der
Schräge
B des Anschlages 3.1 anliegt. Die Positionierung des Halbleiterbauelements 2 ist
beendet, wenn die Oberkante der optisch aktiven Fläche des
Halbleiterbauelements 2 über die gesamte Länge an der
Schräge
A anliegt und die Seitenkante des optischen Halbleiterbauelements 2 an der
Schräge
B anliegt. In dieser Position wird das Halbleiterbauelement 2 durch
die Probenfixierung auf der Oberfläche des Probenhalters 3 kraftschlüssig fixiert.
Das geschieht dadurch, dass die Arretierung des Schiebers 6 gelöst wird,
wodurch dieser durch die Feder 8 in der Führung 7 in
Richtung auf das Halbleiterbauelement 2 gezogen wird. Durch
die Schräge
B des Anschlages 3.1 und die Schräge C des Schiebers 6 wird
das Halbleiterbauelement 2 auf der Oberfläche des
Probenhalters 3 fixiert. Dadurch, dass nunmehr drei Kanten
des Halbleiterbauelements 2 jeweils an einer Schräge A, B,
C anliegen, wird auch eine Balligkeit des Halbleiterbauelements 2 nahezu
ausgeschlossen und es wird sichergestellt, dass das Halbleiterbauelement 2 ganzflächig auf
der Oberfläche
des Probenhalters 3 aufliegt. Anschließend kann der Probenhalter 3 mit dem darauf
fixierten Halbleiterbauelement 2 der Aufnahme 4 entnommen
und einer Prüfeinrichtung
zugeführt
werden.
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Durch entsprechende konstruktive
Gestaltung des Probenhalters 3 und deren Anpassung an die
zu verwendende Messeinrichtung kann die Messung der optischen Halbleiterbauelemente 2 weitgehend
automatisiert werden.