DE1120026B - Kontaktgabevorrichtung fuer Pruefzwecke an Prueflingen aus Halbleitermaterial - Google Patents

Description

Prüfling geblasene Luft diesen durchlöchern kann.

Die Wirkung des Sondenaufpralls unter diesen Um-

ständen kann man sich durch eine anschauliche 2

Analogiebetrachtung klarmachen, wenn man sich

überlegt, daß der Aufprall, selbst bei nachgiebig (Vertikal-) Ebene jedoch nachgiebig ausgebildet ist federnder Halterung der Sonden, gleichbedeutend mit und die Sonde unter Schwerkraftwirkung mit einstelleinem gegen eine dünne, brüchige, nur am Umfang 30 barem Anpreßdruck in ihre Kontaktstellung gegen eingespannte Folie in der Mitte geführten Hammer- die Oberfläche des Prüflings drückt, und daß von der schlag oder einem verhältnismäßig kräftigen Ramm- Sondenhalterung getrennt ein eigenes Betätigungsstoß mit einer schweren Stange ist. gestänge für die Bewegung der Sondenhalterung vor-

Es hat sich ergeben, daß insbesondere bei der Her- gesehen ist, das mit dieser in lösbare Wirkverbindung Stellung von Halbleiteranordnungen in Massen- 35 gebracht werden kann und dabei die Sondenhalterung fabrikation die bekannten Kontaktgabevorrichtungen mit der Sonde entgegen der Schwerkraftwirkung aus mit nachgiebig federnd gehalterten Sonden in solchen der Kontaktstellung wegbewegt. Fällen unzureichend sind und auch unter nicht so Die gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorrich-

kritischen Bedingungen wie bei den obengenannten tung erzielten Vorteile bestehen im wesentlichen in Halbleitern mit extrem dünnen Basisbereichen nicht 40 folgendem: Durch die geringe Masse der Sondengleichzeitig unter allen erwähnten Gesichtspunkten halterungen ist sichergestellt, daß einerseits, wegen (Schnelligkeit und Genauigkeit der Kontaktherstel- der geringen Trägheit, die Betätigung der Sonden lung und -lösung, Erzielung guter, widerstandsarmer schnell und ohne Verzögerung erfolgt und daß die elektrischer Kontakte) befriedigen. Regelung der Kontaktgabebewegung und des Kontakt-

Zur Vermeidung der genannten Schwierigkeiten 45 anpreßdruckes in einfacher Weise durch einstellbare bei der Herstellung vorübergehender Prüfkontakte Schwerkraftwirkung erfolgen kann, da das Eigenwird die eingangs genannte Vorrichtung gemäß der gewicht der Sondenhalterungen gegenüber dem zur Erfindung so ausgebildet, daß jede Prüfsonde an Steuerung dienenden Ungleichgewicht vernachlässigeiner massearmen Halterung angebracht ist, welche bar klein ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß gegen Beanspruchungen in der zur Kontaktoberfläche 50 infolge der geringen Masse der die Bewegung ausfühdes Prüflings parallelen (Horizontal-) Ebene form- renden Sondenhalterung die von dem Prüfling beim und verwindungssteif, in der dazu senkrechten Aufprall aufzunehmende kinetische Energie und da-

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mit die Gefahr der Beschädigung, beispielsweise Durchlöcherung des Prüflings an besonders dünnen Stellen, weitgehend verringert ist.

Die besondere form- und verwindungssteife, in der zur Kontaktoberfläche des Prüflings parallelen Ebene und nachgiebige in der dazu senkrechten Vertikalebene Ausbildung der Sondenhalterung stellt sicher, daß einerseits die für einwandfreie Funktion erforderliche Präzisionsausrichtung der Prüfsonden gegenüber störenden Einflüssen, beispielsweise durch Tem- ίο peraturänderung veranlaßten, weitgehend aufrechterhalten bleibt, während die nachgiebige Halterung in der Vertikalebene gewährleistet, daß der Kontaktaufprall abgefedert wird. Die Aufrechterhaltung der Präzisionsausrichtung der Prüfsonden ist aus mehrfächern Grunde erforderlich: einmal, um sicherzustellen, daß die Prüfsonde tatsächlich an dem für den Kontakt vorgesehenen Punkt auf die Oberfläche des Prüflings trifft (dies ist bei der Transistorherstellung ein kritisches Erfordernis), zum anderen, um beispielsweise bei einer Ausführungsform mit zwei an gegenüberliegenden Oberflächenstellen eines HaIbleiterplättchens zur Kontaktgabe wirkenden, symmetrisch zueinander angeordneten Sonden, die gegenseitige Ausrichtung der Prüfsonden aufeinander, aufrechtzuerhalten.

Die Verwendung einer eigenen, von der Sondenhalterung getrennten Betätigungsvorrichtung ermöglicht es, die Masse der Sondenhalterung selbst wirklich auf das unumgängliche Nötige zu beschränken; die Maßnahme, daß die Betätigungsvorrichtung in Wirkverbindung mit der Sondenhalterung gebracht werden kann und dabei die Sondenhalterung mit der Prüfsonde entgegen der Schwerkraftwirkung aus der Kontaktstellung wegbewegt, gewährleistet in einfacher und insbesondere gewichtsparender Weise die zeitliche Steuerung der Kontaktgebung, der wiederum insbesondere bei der symmetrischen Ausführungsform der Erfindung mit zwei an gegenüberliegenden Oberflächenstellen eines Halbleiterplättchens angreifenden Prüfsonden besondere Bedeutung zukommt, da es hierbei wesentlich ist, daß beide Kontakte gleichzeitig zustande kommen, d. h., daß die Kontaktbewegungen der beiderseitigen Sondenhalterungen in bezug auf den Prüfling symmetrisch erfolgen.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sondenhalterung ein Drahtstück aufweist, das an seinem einen Ende mit der Sonde und an seinem anderen Ende mit zwei auseinanderlaufenden, elastischen, elektrisch leitenden Drähten verbunden ist.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, die zur Herstellung vorübergehender Kontakte an zwei gegenüberliegenden Oberflächenstellen eines dünnen Halbleiterplättchens geeignet ist, ist vorgesehen, daß zwei Sondenhalterungen in zueinander im wesentlichen parallelen Ebenen zu beiden Seiten des Halbleiterplättchens vorgesehen sind, welche an ihren Enden zu diesen Ebenen und den Oberflächen des Halbleiterplättchens im wesentlichen senkrecht angeordnete Sonden aufweisen, die aufeinander und auf die vorgegebenen Kontaktstellen an den Halbleiteroberflächen ausgegerichtet sind, daß zwischen den beiden Sondenhalterungen ein um eine gemeinsame Achse verschwenkbares Betätigungsgestänge mit Fingern vorgesehen ist, welche die Sondenhalterungen bei Betätigung entgegen der Schwerkraftwirkung symmetrisch von den Kontaktoberflächen des Halbleiterplättchens weg auseinanderspreizen, und daß die Schwenkachsen der Sondenhalterungen und die Schwenkachse des Betätigungsgestänges im wesentlichen parallel zueinander gerichtet sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. In dieser zeigt

Fig. 1 in etwas vergrößerter perspektivischer Darstellung ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Gerät, wobei einige Teile nur schematisch angedeutet sind,

Fig. 2 eine stark vergrößerte Querschnittsdarstellung längs der Linie 2-2 in Fig. 1, wobei ein Transistor in einem solchen Stadium des Herstellungsgangs dargestellt ist, wo er seine grundsätzliche Form erhalten hat und lokal geätzt und mit Elektroden versehen ist,

Fig. 3 das gleiche Gerät in Draufsicht in natürlichem Maßstab,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung längs der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 bis 7 verschiedene elektrische Schaltschemata in Verbindung mit dem dargestellten Gerät.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die im ganzen gesehenen flachen Ober- und Unterseiten des Transistors 10 horizontal angeordnet und stehen mit Kontaktgliedern oder Sondennadeln Ii, 12 in Verbindung, die in einer zu den mittleren Elektrodenbereichen des Transistors normalen Ebene in bezug auf den Transistor symmetrisch und in Längsrichtung aufeinander ausgerichtet angeordnet sind. Die beiden Nadeln sind je an einem Hebel 13 bzw. 14 befestigt; die Nadeln sind in Form eines kleinen Hakens am freien Ende annähernd horizontaler Drahthebel 15 bzw. 16 einstückig mit diesen ausgebildet, die ihrerseits ein Teil der Hebelanordnungen 13 bzw. 14 bilden. Jeder dieser Hebeldrähte ist mit seinem anderen Ende starr an einem Paar nachgiebiger Drähte befestigt, die zusammen den anderen Teil des betreffenden Hebels bilden und von den Einzeldrähten 15 bzw. 16 aus auseinanderlaufenden und mit ihren freien Enden starr an einer Schwenkstange befestigt sind. Die beiden Schwenkstangen sind mit 17 bzw. 18 bezeichnet, das Anschlußdrahtpaar für die Nadel 11 mit 19, 20, das für die Nadel 12 mit 21, 22. Die beiden Hebel bzw. Drahtgebilde 13, 14 haben im wesentlichen gleiche Form; sie sind in annähernd horizontalen Ebenen symmetrisch ober- und unterhalb des Transistors 10 angeordnet und sind, wie auch die Kontaktnadeln, elektrisch leitend.

Die Stangen 17, 18 bestehen aus elektrisch isolierendem Material. Sie sind um horizontal angeordnete parallele Längsachsen 23, 24 schwenkbar und ausbalanciert, derart, daß die Stangen als solche sich in indifferentem Gleichgewicht befinden. Jeder Hebel mit Stange ist jedoch mit einstellbaren Ungleichgewichtsvorrichtungen, wie beispielsweise kleinen, in die Stange geschraubten Schrauben 25, 26 versehen. Diese Schrauben dienen dazu, den oberen Hebel 13 und die damit verbundene Nadelsonde 11 durch ihr Gewicht mit einer statischen Kraft einstellbarer Größe nach unten, die untere Nadelsonde 12 und den damit verbundenen Hebel 14 mit entsprechender Kraft nach oben zu drücken. Die Massen von Nadel-, Hebel- und Schwenkstangenanordnung sind äußerst geringfügig, um Unsymmetrieeinflüsse, wie beispielsweise

Reibung in den Lagerbuchsen 27, 28 der Schwenkstangen und die Uneinheitlichkeit der zur Überwindung dieser Reibung erforderlichen Zeitintervalle, weitgehend zu verringern. Demgemäß bewirken die Schrauben 25, 26 mit ihren kurzen Hebelarmen um die Achsen 23, 24 ein ausreichendes Ungleichgewicht, um zwangläufige regelbare Kontaktbewegungen hervorzurufen und schließlich den erwünschten Kontaktdruck der Nadeln 11, 12 zu gewährleisten.

Wird der Transistor 10 aus der gezeigten Stellung entfernt, so haben die beiden Nadeln das Bestreben, einander zu berühren. Die zur Halbleiterprüfung erforderliche Genauigkeit ist dabei von solcher Art, daß die beiden Nadelspitzen dann direkt Stirn gegen Stirn gegeneinanderzuliegen kommen und nicht etwa aneinander abgleiten. Zu diesem Zweck sind die Lager der Schwenkstangen 17, 18 einschließlich der Zapfbuchsen 27, 28 mit äußerster Präzision hergestellt. Ferner ist zur Aufrechterhaltung der Ausrichtgenauigkeit der Nadeln die erwähnte auseinanderlaufende Anordnung der Verbindungsdrahtpaare 19, 20 und 21, 22 vorteilhaft, da dadurch die gesamte Hebelanordnung nicht nur außerordentlich leicht wird, sondern auch verhältnismäßig starr in Richtung der Horizontalebene, jedoch nachgiebig in Richtung der Vertikalebene wird.

Die horizontale Starre ist erwünscht, um einer Beeinträchtigung oder dem Verlust der erforderlichen Präzisionsausrichtung der Nadeln 11,12 vorzubeugen; diese Ausrichtung könnte sonst beispielsweise durch Temperaturänderungen, wie sie erwartet werden müssen, wenn nicht eine kostspielige und komplizierte Temperaturkontrolle für das Prüfgerät vorgesehen werden soll, verlorengehen. Diese Gefahr wird verständlich, wenn man berücksichtigt, daß beim Auftreffen einer Nadelspitze auf einen Festkörper verschiedene elastische Beanspruchungen, wie beispielsweise Torsions- und andere Spannungen, in dem die Nadel tragenden Hebel hervorgerufen werden. Diese verschiedenartigen Spannungen im Zusammenwirken mit der unvermeidlichen Ungleichheit der thermischen Elastizitätskoeffizienten und der herrschenden Temperatur könnten leicht zu Formänderungen führen, welche eine seitliche Fehlausrichtung der Nadelspitzen in Bezug aufeinander hervorrufen. Diese Fehlausrichtungen können nach den Maßstäben alltäglicher Messungen unbedeutend erscheinen, können jedoch zu einer ernsthaften Beeinträchtigung der Genauigkeit und der Wirksamkeit des Verfahrens zur Kontaktbildung mit dem Halbleiter führen. Es ist jedoch erforderlich, daß die vorübergehend für Prüfzwecke hergestellten Kontakte den gleichen Genauigkeitsgrad wie die Permanentkontakte moderner Transistoren aufweisen müssen und nicht wie die Kontakte der frühen »Kristalldetektoren« erratisch sein dürfen.

In der vertikalen Ebene der Hebelbewegung ist eine Ungleicheit der elastischen Reaktion weniger gefährlich; so sind beispielsweise Torsionsbeanspruchungen in bezug auf die Längsachse des Hebels offensichtlich für die Ausrichtung der Nadeln in dieser Ebene von geringer Bedeutung. Aus diesem Grund und um die beweglichen Gebilde so leicht wie möglich zu halten, sind keine weiteren Verstärkungsdrähte vorgesehen.

Fig. 2 veranschaulicht, wie die Spitzen 29, 30 der aufeinander ausgerichteten Nadeln 11, 12 bei Kontaktbildung an gegenüberliegenden Oberflächen der Transistoranordnung 10 einander gegenüberstehen. In der Darstellung sind die beiden Nadelspitzen in Berührung mit Mittelbereichen der Emitter- bzw. Kollektorelektroden 31, 32 gezeigt. Diese Elektroden wurden, wie erwähnt, vorher hergestellt; sie können beispielsweise aus Indium und/oder einer Indiumlegierung bestehen, das bzw. die an einem mittleren, dünnen, durch Präzisionsformgebung bearbeiteten Transistorbereich 33 aufplattiert oder im Mikrolegierungsverfahren angebracht ist. Dieser letztgenannte Bereich, in welchem sich die kritischen Prozesse der Halbleiterwirkungsweise abspielen, ist oft so dünn und brüchig, daß es schon durch mit mäßiger Kraft gegengeblasene Luft durchlöchert wird. Bei der Berührung dieses Bereiches oder der daran befindlichen Elektroden mit den als Prüfsonden dienenden Nadelspitzen ist daher äußerste Sorgfalt erforderlich. Trotzdem sollen natürlich die zwischen den Nadelspitzen 29, 30 und den Elektroden 31, 32 ao hergestellten elektrischen Kontakte niedrigen Widerstand aufweisen, so daß dementsprechend nennenswerte Kontaktanpreßdrücke angewandt werden müssen. In Kilogramm je Quadratzentimeter der Nadelspitzenfläche aufgedrückt, können diese Drücke ganz erstaunliche Werte haben. Nur wegen der Kleinheit der von einer derartigen Nadelspitze tatsächlich gebildeten Kontaktfläche können derartige Drücke angewandt werden. Tatsächlich werden wenigstens manchmal Nadelspitzen von sich verjüngender Form mit abgerundeten Enden verwendet, wie sie beispielsweise durch Ätzbehandlung der Nadel erzeugt werden können.

Wenn derartige Nadelspitzen 29 bzw. 30 mit Oberflächen 31 bzw. 32 im Mittelbereich 33 des Transistors zur Erzielung des geeigneten Kontaktdruckes zur Berührung gebracht werden, so tritt, selbst wenn die Bewegung nur durch eine Kraft gleichförmiger Größe, wie beispielsweise das kleine Ungleichgewicht der Nadel-Hebelanordnung hervorgerufen wird, ein Aufprall auf, der verheerende Folgen haben kann, sofern nicht die Aufprallspannungen mit äußerster Sorgfalt abgeleitet und absorbiert werden. Der Aufprall ist entweder gleichbedeutend mit einem gegen eine dünne, brüchige, nur am Umfang eingespannte Folie in der Mitte geführten Hammerschlag, oder sie entspricht doch wenigstens dem verhältnismäßig kräftigen Stoß einer starren Stange. Die Anwendung eines naturgemäß gefährlichen Verfahrens erscheint somit unvermeidbar. Selbst wenn genügend Zeit zur Verfügung stünde, um von einem anfänglichen Kontaktanpreßdruck Null ausgehend allmählich größer werdende Kontaktdrücke in kontrollierter Weise aufzubauen, so setzt eine derartige kontrollierte Herstellung des Anpreßdrucks bereits das Vorliegen eines hohen Kontaktdruckes und niedrigen elekrischen Übergangswiderstandes gemäß dem vorliegenden Gerät voraus.

Man hat nun erreicht, daß die infolge dieser Bedingungen erforderlichen mechanischen Stöße keinen Schaden anrichten, und zwar durch kombinierte Anwendung verschiedener Vorsichtsmaßnahmen. Erstens ist die Möglichkeit geschaffen worden, den oberen und den unteren Aufprall gleichzeitig, mit nahezu beliebiger Genauigkeit der Zeitgebung für den Stoßaufprall, stattfinden zu lassen. Diese Zeiteinstellung kann durch Vorrichtungen, welche die Schrauben 25, 26 einschließen, in weiter unten noch zu beschreibender Weise sehr fein geregelt werden. Außerdem muß in

vielen Fallen — beispielsweise, wenn die Nadeln den Mittelbereich 33 nicht über die stoßdämpfenden und -verteilenden Elektroden 31, 32, sondern, wie oft erforderlich, direkt berühren — das vollständige oder teilweise Brechen des Festkörpermaterials zwischen den Nadelspitzen vermieden werden. Dies ist einer der Gründe dafür, daß vorzugsweise, wie beschrieben, abgerundete Nadelspitzen und Hebelanordnungen 13, 14 von möglichst geringer Masse verwendet werden.

bunden. Die Grundplatte ist starr an einem Aufbau 44 befestigt, an welchem auch Führungsmittel 45 für den Halter 46 der Einspannvorrichtung 47 gelagert sind, welche mittels des Basisanschlusses 48 den 5 Transistor 10 trägt und diesen in einer genau vorbestimmten Lage hält, auf welche dann die Kontaktdrahtanordnungen ausgerichtet werden können.

Zu diesem Zweck sind die Lager der Schwenkstangen 17, 18 in starren Rahmen 49, 50 angeordnet,

Hätten diese Anordnungen größere Masse, so müßte _ao die ihrerseits einstellbar in starren Sockeln 51, 52, häufig nach dem plötzlichen Abstoppen der Nadeln die auf der Grundplatte 42 fest angeordnet sind, gezuviel kinetische Energie in dem Halbleiterkörper halten werden. Jeder Sockel 51, 52 hat eine mittlere aufgenommen werden. Aus diesem Grund und um Öffnung 53 von etwas größerem Durchmesser als ein die Lagerreibung u. dgl. möglichst herabzusetzen, darin angeordneter Schaft 54, welcher den jeweiligen werden bevorzugt die auseinanderlaufenden Drähte i₅ Rahmen 49, 50 trägt. Zwei oder mehrere Stell-19, 20 usw. und nicht beispielsweise eine schwerere schrauben 55, 56 sind an jedem Sockel 52 an in UmBlattfeder von gleicher Elastizität verwendet, um die fangsrichtung entfernten Punkten vorgesehen, so daß aus den bereits genannten Gründen erwünschte Starre der Schaft 54 in verschiedene gewünschte Stellungen in horizontaler Richtung zu gewährleisten. Das Ge- gebracht werden kann. Zusätzlich zu der damit gewicht der Traggebilde als solcher kann dann sehr ₂o gebenen Feineinstellung kann natürlich eine Grob

klein, im allgemeinen von der gleichen Größenordnung wie das des Transistors selbst, sein.

Um Gleichzeitigkeit des Aufpralls zu gewährleisten, muß der anfängliche Abstand der Nadeln 11, 12 vom Transistor 10 symmetrisch sein, wenn die 35 stoßhemmenden Kräfte, wie beispielsweise die Reibung in den Lagern 27, 28 und Luftwiderstand, gleichförmig sind. Die zur Erzielung eines symmetrischen Abstands verwendete Vorrichtung ist sche-

voreinstellung für jeden Sockel und Rahmen mittels geeigneter, nicht dargestellter Hilfsvorrichtungen vorgesehen sein.

Auf der Grundplatte 42 ist weiter gegenüber der Führung 45 des Transistorhalters ein Gerüst 57 vorgesehen, welche mittels Präzisionslager 58 eine im Gleichgewicht befindliche Hebelplatte 59, an welcher die erwähnten Finger 34, 35 vorgesehen sind, trägt. Ersichtlicherweise bilden die Platte 59 und die Laee-

matisch in Fig. 1 dargestellt. Sie weist zwei horizontal 30 rung 58 das in Fig. 1 schematisch dargestellte Gequer zu den Hebeln 13, 14 angeordnete Finger 34, 35 bilde 36 mit der Achse 37. Weiter erkennt man aus auf, von welchen der erste, 34, unter dem Hebel 13, den Fig. 3 und 4. daß die schwenkbare Platte 59 mit

einem Schlitz 60 versehen ist, in welchem eine Betätigungsstange 61 verschiebbar ist, welche mit der

Haltevorrichtung angeordnet, die um eine zu den 35 Platte 59 gelenkig verbunden ist und mit ihrem Achsen 23, 24 parallele, in gleichen Abständen von unteren Teil durch eine Öffnung 62 in der Bodenplatte diesen und in derselben Ebene angeordnete Achse
37 schwenkbar ist. Diese Anordnung gestattet eine

der zweite, 35, über dem Hebel 14 liegt. Diese Finger sind auf einer schematisch bei 36 angedeuteten

symmetrische Schwingungsbewegung, in deren einer

42 hindurch herausragt. Dort unten kann die Stange 61 zur Auf- bzw. Abwärtsbewegung entweder von Hand oder automatisch mittels Solenoid oder Motor oder

Phase der Finger 34 und der Hebel 13 gehoben, der 40 sonstiger nicht dargestellter Leistungsglieder betätigt Finger 35 mit dem Hebel 14 gesenkt werden, und werden. Vorzugsweise sind die Rahmen 49, 50, 57 zwar gegen den leichten Widerstand der mit Hilfe der und die daran befestigten Teile von einem Gehäuse Ungleichgewichtsschrauben 25, 26 erzeugten Dreh- umgeben, das beispielsweise aus durchsichtigen Kunstmomente. Nach einer derartigen Verkippung der Stoffwandungen 62, 63, 64 und 65 besteht, die an der Hebel 13, 14 haben die Nadeln symmetrische Ab- 45 Grundplatte 42 befestigt und mit einem durchsichstände von dem Transistor 10. tigen Oberteil 66 abgedeckt sind, so daß eine kleine

Ein geprüfter Transistor 10 kann sodann ohne Be- Transistorprüfkammer 67 entsteht und die Drahthebel Schädigung seines Aufbaus oder der Kontaktnadeln
herausgenommen werden; hierauf kann ein neuer
Transistor zwischen die Nadelspitzen eingesetzt wer- 50 Im Betrieb werden die Hebel 13, 14 zunächst symden, derart, daß bei einer schnellen Verkippung der metrisch in bezug auf den Transistor 10 um einige Anordnung 36 im entgegengesetzten Sinn die auf die Millimeter auseinandergespreizt, und zwar durch nicht im Gleichgewicht befindlichen Hebelanord- manuelle oder automatische Abwärtsbewegung der nungen wirkende Schwerkraft eine symmetrische und Steuerstange 61, wodurch die Platte 59 verkippt und gleichzeitige Annäherung der Nadeln 11, 12 anein- 55 der Finger 35 nach abwärts, der Finger 34 nach aufander bewirken und die Nadelspitzen zur Kontaktbil- wärts bewegt werden. Dies erfordert höchstens Bruchdung mit dem neu eingeführten Transistor bringen teile einer Sekunde. Hierauf wird der Transistorhalter kann. Nach Herstellung eines derartigen Kontakts 46 mit dem daran befindlichen Transistor 10 ebenkönnen mit Hilfe der außerordentlich dünnen, bieg- falls innerhalb Sekundenbruchteilen mittels der Vorsamen, blanken Drähte 38, 39, die von den Draht- 60 richtung45 entweder von Hand oder automatisch einnebeln 19 bzw. 22 zu stationären Anschlüssen 40 bzw. geführt und in der gewünschten Stellung angehalten. 41 führen, elektrische Prüfmessungen ausgeführt Sodann wird innerhalb eines kleinen Zeitintervalls werden. von beispielsweise 10 msec die Stange 61 nach auf-

Wie in den Fig. 3 und 4 angedeutet, ist eine Grund- wärts bewegt, was eine im wesentlichen sofortige platte 42 vorgesehen, auf welcher die Anschlüsse 40, 65 Freigabe der Hebel 13, 14 bewirkt. Diese Hebel 41 angebracht sind. Die zugeordneten Schaltanord- kippen nunmehr unter der Beschleunigungswirkung nungen sind mit den Anschlüssen über herkömm- des Gewichts der eingestellten Gewichte 25, 26, so liehe, isolierte Leiter oder Kabelleitungen 43 ver- daß schließlich — beispielsweise nach etwa

13, 14 gegen störende Einflüsse, beispielsweise Luftzüge, geschützt sind.

50 msec — die Nadeln 11, 12 auf den Transistor auftreffen.

Durch geeignete Einstellung der Stellschrauben 25, 26 kann erreicht werden, daß beide Nadeln im wesentlichen gleichzeitig aufprallen; durch geeignete Einstellung der Stellschrauben 55, 56, vorzugsweise bei gleichzeitiger Beobachtung der Nadeln 11, 12 unter dem Mikroskop, kann weiter erreicht werden, daß der Aufprall genau an der gewünschten Stelle stattfindet. Zu diesem Zweck ist es am einfachsten, zuerst die obere Nadel, während ein Transistor eingesetzt ist, einzustellen, sodann den Transistor fortzunehmen und schließlich die untere Nadel genau auf die Stellung der oberen Nadelspitze einzustellen. Mit Hilfe der beschriebenen Anordnung von starren und nachgiebig federnden Teilen, vorzugsweise mit Präzisionslagern zwischen relativ beweglichen Teilen, können die einmal getroffenen Einstellungen mit einer Genauigkeit aufrechterhalten werden, die selbst für die bei dem hier in Frage stehenden Herstellungsverfahren erforderliche Präzisionsarbeit ausreicht.

Über die elektrischen Erscheinungen, welche bei den verschiedenen, mit Hilfe der Kontaktnadelsonden ausgeführten Tests auftreten, braucht hier wenig gesagt zu werden. Jedoch sollen an Hand der Fig. 5 kurz einige Grunderfordernisse einer der hier in Betracht gezogenen Prüfanlagen kurz beschrieben werden. Hier stehen beide Nadeln 11, 12 in Berührung mit dem Transistoraufbau 10 und bilden einen Kreis 68, der weiter eine elektrische Stromquelle 69, einen hand- oder automatisch betätigten Prüfkontrollschalter 70 und Prüfschaltungsanordnungen 71 sowie die biegsamen Drähte 38, 39 und Verbindungsleiter, wie schematisch dargestellt, aufweist. Mit einer derartigen Prüfanordnung kann sehr schnell die Dicke eines teilweise oder vollständig geätzten Transistorbereichs 33 (Fig. 2) vor der Anbringung der Elektroden oder die Durchbruchsspannung einer Elektroden-Basis-Anordnung 31, 32, 33 vor der Anbringung der Zuführungsleitung und sich daran anschließender Verfahrensschritte, bestimmt werden. Nach den zur Herstellung der Prüfsondenkontakte in der beschriebenen Weise erforderlichen wenigen Sekundenbruchteilen wird zur Durchführung der Prüfung selbst nur noch wenig Zeit benötigt. Es war ohne Schwierigkeiten möglich, Prüfanordnungen gemäß der Erfindung in automatische Transistorherstellungsvorrichtungen einzubauen, worin für jeden Verfahrensschritt bzw. jedes Prüfverfahren ein Zeitraum von etwa 5 oder 6 Sekunden zur Verfügung steht; es ist auch eine noch schnellere Arbeitsweise des Prüfgeräts möglich.

Andere Prüfmessungen, wie beispielsweise der durch Lawinenbildung der Ladungsträger verursachten Durchbruchsspannung, können mit der in Fig. 6 dargestellten Anordnung ausgeführt werden, bei welcher nur eine der Nadelsonden, in der Darstellung die Nadel 11, mit dem Transistor 10 Kontakt gibt, während die andere Nadel, 12, durch geeignete Einstellung der entsprechenden Stellschrauben 55, 56 (Fig. 4) an der Kontaktbildung gehindert wird. Bei dieser Stellung (Fig. 6) wird eine als Ganzes mit 72 bezeichnete Schaltung verwendet, welche die Nadel 11, den Transistor 10, den Basisanschluß 48, die Stromquelle 73, den Prüfschalter 74 und die Prüfmeß-Schaltung 75 aufweist. Es kann jedoch erforderlich sein, beide Nadeln zur Berührung mit dem Transistor zu bringen, um, wie oben beschrieben, die Gefahr mechanischen Bruchs zu vermeiden. Die Durchbruchsspannungsmessung kann auch dann vorgenommen werden; die Nadel 12 bleibt elektrisch frei.

Es können noch andere Prüfmessungen vorgenommen werden, z. B. wenn eine Seite des Transistors 10 mit einem Anschlußdraht 76 versehen worden ist. Es kann nun mit diesem Draht Kontakt hergestellt werden, beispielsweise mittels des Drahthebels 16, während an der gegenüberliegenden Seite des Transistors mit Hilfe der Nadel 11 ein direkter Kontakt ohne Zwischenschaltung eines Anschlußdrahtes hergestellt wird. In solchen Fällen kann die Schaltung 77 eine Stromquelle 78, den Testschalter 79, sowie eine Prüfmeßschaltung wiederum anderer Art 80 aufweisen. In diesem Fall kann die Einstellung der Drahthebel 15, 16, wie angedeutet, etwas verschieden von der in Fig. 5 verwendeten sein, aber in einem weiteren Sinn bleiben die Kontaktnadeln weiterhin aufeinander ausgerichtet.

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur vorübergehenden Herstellung widerstandsarmer elektrischer Kontakte für Prüfzwecke an genau vorgegebenen Stellen von Oberflächenbereichen an aus Halbleitermaterial bestehenden Prüflingen mit kleinen Abmessungen, insbesondere an dünnen Bereichen von Halbleiteranordnungen, mit nachgiebig federnd gehalterten Prüfsonden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prüf sonde (11,12) an einer massearmen Halterung (13, 14) angebracht ist, welche gegen Beanspruchungen in der zur Kontaktoberfläche des Prüflings parallelen Ebene form- und verwindungssteif, in der dazu senkrechten Ebene jedoch nachgiebig ausgebildet ist und die Sonde unter Schwerkraftwirkung mit einstellbarem Anpreßdruck in ihre Kontaktstellung gegen die Oberfläche des Prüflings drückt, und daß von der Sondenhalterung getrennt ein eigenes Betätigungsgestänge (34, 35, 36, 37) für die Bewegung der Sondenhalterung vorgesehen ist, das mit dieser in lösbare Wirkverbindung gebracht werden kann und dabei die Sondenhalterung mit der Sonde entgegen der Schwerkraftwirkung aus der Kontaktstellung wegbewegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenhalterung als Drahtgebilde von äußerst geringem Gewicht ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenhalterung ein Drahtstück (15 bzw. 16) aufweist, das an seinem einen Ende mit der Sonde (11 bzw. 12) und an seinem anderen Ende mit zwei auseinanderlaufenden, elastischen, elektrisch leitenden Drähten (19, 20 bzw. 21,22) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den beiden auseinanderlaufenden Drähten und dem Drahtstück bestehende Gebilde der Sondenhalterung eben ausgebildet ist, wobei die Sonde (11 bzw. 12) an der Spitze der Sondenhalterung senkrecht zu deren Ebene angesetzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Sonde abliegenden freien Enden des Drahtgebil-

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des (19, 20 bzw. 21, 22) jeweils an einer elektrisch isolierenden Schwenkstange (17, 18) befestigt sind, die mittels einer zentrierten Präzisionslagerung (27, 28) um eine Achse (23, 24) schwenkbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sonde im freigegebenen Zustand der Sondenhalterung durch ein an dieser vorgesehenes, einstellbares Ungleichgewicht (25, 26) durch Schwerkraftwirkung zur Kontaktgabe gegen die vorgegebene Stelle des Oberflächenbereiches des Prüflings gedrückt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ungleichgewicht aus einer an der Schwenkstange (17 bzw. 18) außermittig und verstellbar vorgesehenen Schraube (25 bzw. 26) besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsgestänge Finger (34, 35) aufweist, die um eine zur Schwenkachse der Sondenhalterung parallele Achse schwenkbar sind und bei Betätigung in Wirkverbindung mit der Sondenhalterung gelangen, derart, daß diese zusammen mit der Sonde entgegen der Schwerkraft aus der kontaktgebenden Stellung weggedrückt werden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zur Herstellung vorübergehender Kontakte an zwei gegenüberliegenden Oberflächenstellen eines dünnen Halbleiterplättchens, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sondenhalterungen (13, 14) in zueinander im wesentlichen parallelen Ebenen zu beiden Seiten des Halbleiterplättchens (10) vorgesehen sind, welche an ihren Enden zu diesen Ebenen und den Oberflächen des Halbleiterplättchens im wesentlichen senkrecht angeordnete Sonden (11,12) aufweisen, die aufeinander und auf die vorgegebenen Kontaktstellen an den Halbleiteroberflächen ausgerichtet sind, daß zwischen den beiden Sondenhalterungen ein um eine gemeinsame Achse (37) verschwenkbares Betätigungsgestänge (36) mit Armen (34, 35) vorgesehen ist, welche die Sondenhalterungen bei Betätigung entgegen der Schwerkraftwirkung symmetrisch von den Kontaktoberflächen des Halbleiterplättchens weg auseinanderspreizen, und daß die Schwenkachsen (23, 24) der Sondenhalterungen und die Schwenkachse (37) des Betätigungsgestänges im wesentlichen parallel zueinander gerichtet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkstangen (17, 18) der Sondenhalterungen (13, 14) in starren Lagerblöcken (49, 50) gelagert sind, die ihrerseits verstellbar in starren Sockeln (51, 52) befestigt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (34, 35) der Vorrichtung zum Auseinanderspreizen der Prüfsonden an einer Schwenkplatte (59) befestigt sind, die in einem starren Lagerblock (57) schwenkbar gelagert ist und eine in Abstand von der Schwenkachse (37) angreifende Betätigungsstange (61) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine starre Halterungsvorrichtung (45, 46, 47) vorgesehen ist, mittels welcher der Prüfling in die für die Kontaktgabe vorgesehene, auf die Sonde bzw. die Sonden ausgerichtete Stellung gebracht und in dieser festgehalten werden kann.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsvorrichtung für den Prüfling eine Einspannvorrichtung (47) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Zuleitung zu den Prüfsonden (11, 12) über die Drähte der Sondenhalterung erfolgt.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile auf einer starren Grundplatte (42, 44) angeordnet sind und durch Seitenwände (62, 63, 64, 65) und Deckel (66) gehäuseartig umschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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