Sensor-Kalibrierung
Erstmals auf Milli-Kelvin genau und vollautomatisch
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Ein von Grund auf neu entwickeltes Kalibrierierverfahren
Weil die bestehenden Verfahren also gravierende Nachteile aufweisen, haben Reitinger und sein Team das Kalibrierverfahren von Grund auf neu entwickelt und automatisiert. »Die entscheidende Idee war es, das System für den Einsatz in Wafer-Probern auszulegen. Mit keinem anderen System, das derzeit auf dem Markt erhältlich ist, ist das möglich.«
Zunächst ein Blick auf das Funktionsprinzip von »ProbeSense«: Der eigentliche Sensor befindet sich in einem Metallzylinder, der auf einer Metallplatte befestigt. Die Metallplatte ist auf die jeweiligen Wafer-Prober-Typ zugeschnitten, in denen »ProbeSense« arbeiten soll. Die gesamte Vorrichtung lässt sich dann einfach in den jeweiligen Wafer-Prober einsetzen. »ProbeSense« muss dort nicht verschraubt werden, sondern kann durch einen Twist-and-Lock-Mechanismus schnell fixiert und auch schnell wieder entfernt werden. Damit ist gewährleistet, dass sich »ProbeSense™« sehr einfach austauschen lässt. Die Vorrichtung sitzt also an der Stelle, wo im Normalbetrieb des Wafer-Probers die Nadelkarte sitzt, die den Kontakt zu den zu testenden ICs auf dem Wafer herstellt. »Unten sitzt der Chuck, oben werden die Kalibrierungsroutinen in den Prober eingebracht, eine sehr elegante Methode«, freut sich Reitinger.
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Im Zylinder sitzt eine Feder, die den Sensor während der Messung auf den Chuck drückt. »Wir haben einen ausgeklügelten Federmechanismus entwickelt, der den Sensor mit einer genau definierten Kraft auf den Wafer drückt und mechanische Ungenauigkeiten ausgleicht«, erklärt Reitinger. »Das war die Schlüsselentwicklung: Der definierte Druck ist essentiell, um genau Kalibrierungen durchführen zu können.«
Was aber besonders wichtig ist: »Mit „ProbeSense“ ist jetzt erstmals die vollautomatische Charakterisierung möglich, ohne dass dafür Handarbeiten anfallen. Das führt zu einem Kalibrierungsprozess, der auf einfache Weise wiederholbare und genaue Messergebnisse liefert, die Kalibrierung findet unter den gleichen Bedingungen statt wie das Probing«, so Reitinger. Eine Uniformitätsmessung dauert rund 15 bis 30 Minuten, je nachdem, wie viele Messpunkte angesteuert werden sollen. Der gesamte Kalibrierungsprozess kann damit ohne menschliches Zutun über Nacht oder übers Wochenende ablaufen.
ERS hat verschiedene Wiederholbarkeitstests bei Temperaturen von 30 °C, 85 °C und 200 °C durchgeführt, sowohl an einem einzigen Punkt als auch an 17 Messpunkten. Das Ergebnis: Die Temperatur kann mit einer Genauigkeit von ±0,03 °C gemessen werden.
Ein weiter großer Vorteil: Weil nicht viele speziellen Sensoren platziert werden müssen wie beim Mess-Wafer, fällt die Problematik mit der Sensor-to-Sensor-Genauigkeit von vorneherein weg. Reitinger: »Es wird einfach dort gemessen, wo es erforderlich ist. Mit nur einem Sensor.« Zudem kann die Messung auch bei sehr tiefen Temperaturen erfolgen, weil der Prober geschlossen ist, so dass keine Feuchtigkeit eindringen kann, die bei niedrigen Temperaturen gefrieren würde.
Die Messdaten liefert »Probesense« über eine RS232-Schnittstelle an ein Präzisionsthermometer, an dem die Temperaturen abgelesen werden können. Die erforderliche Software liefert ERS auf einem USB-Stick mit.
»ProbeSense« ist in einem speziell ausgelegten Aluminium-Koffer untergebracht, so dass es einfach an die jeweiligen Einsatzorte getragen werden kann. Neben »ProbeSense« selber, dessen kalibrierter Sensor eine Genauigkeit von 10 mK erreicht, sind im Koffer die Adapterplatte, das Temperaturmessgerät, eine Batterie und der USB-Stick mit der »ProbeSense«-Software untergebracht.
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