DE10050077A1

DE10050077A1 - Anschlußstruktur sowie diese Anschlußstruktur enthaltende Anschlußanordnung

Info

Publication number: DE10050077A1
Application number: DE10050077A
Authority: DE
Inventors: Theodore A Khoury; James W Frame
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2001-05-23
Also published as: US6232669B1; JP2001159642A; TW480692B; KR100454546B1; KR20010070133A; JP3343549B2; SG87175A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlußstruktur zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit Zielanschlüssen, die im Hinblick auf die Frequenzbandbreite, den Anschlußabstand, ihre Zuverlässigkeit und die entstehenden Kosten eine verbesserte Anschlußleistung bietet. Darüber hinaus betrifft die Anmeldung eine Anschlußanordnung, die zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem Zielanschluß und als Schnittstelle zwischen einem Zielanschluß und einer Prüfanlage dient und die erfindungsgemäße Anschlußstruktur umfaßt. Die Anschlußstruktur enthält eine Vielzahl von auf einem Anschlußsubstrat gehalterten zinkenartigen Anschlußelementen, die jeweils eine Siliziumbasis mit wenigstens einem schrägen Bereich, eine auf der Siliziumbasis ausgebildete und vom schrägen Bereich vorstehende Isolierschicht und eine auf der Isolierschicht ausgebildete leitfähige Schicht aus leitfähigem Material umfaßt, wobei ein balkenförmiger Anschlußbereich durch die Isolierschicht und die leitfähige Schicht gebildet wird, welcher eine Federkraft quer zum balkenförmigen Bereich ausübt und so eine Kontaktkraft liefert, wenn die Spitze des balkenförmigen Bereichs gegen einen Zielanschluß gepreßt wird. Zum Anbonden der Anschlußelemente an der Oberfläche des Anschlußsubstrats dient ein Haftmittel. Zur Herstellung von Signalwegen für die elektrische Verbindung zu externen Bauteilen ist außerdem eine Vielzahl von auf dem Anschlußsubstrat vorgesehenen Anschlußspuren an die ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlußstruk tur zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit Zielanschlüssen, wie etwa Anschlußflecken, Elektroden oder Leitungen von elektronischen Schaltungen oder Bau teilen, und dabei insbesondere eine Anschlußstruktur, auf der balkenförmige (Siliziumzinken umfassende) An schlußelemente vorgesehen sind, sowie eine als Gesamt stapelstruktur ausgebildete Anschlußanordnung, bei der die Anschlußstruktur Verwendung findet und die als Schnittstellenanordnung zum Prüfen von Halbleiterschei ben, ummantelten Halbleiterbauteilen, integrierten Schaltungschips, gedruckten Leiterplatten usw. mit ho her Geschwindigkeit, Frequenzbandbreite, Dichte und Qualität eingesetzt wird.

Zum Prüfen von sehr dicht montierten elektrischen Hoch geschwindigkeitsbauteilen, wie etwa hochintegrierten und höchstintegrierten Schaltungen, werden ausgespro chen leistungsfähige Anschlußstrukturen, beispielsweise in Form von Prüfkontaktelementen, zur Erzeugung einer Schnittstellenanordnung zwischen einem Prüfsystem und einem Bauteilprüfling benötigt. Der Einsatz der erfin dungsgemäßen Anschlußstruktur ist allerdings nicht auf das beispielsweise in Form eines Voralterns durchge führte Prüfen von Halbleiterscheiben und Chips be schränkt, sondern schließt auch das Prüfen sowie Voral tern von ummantelten Halbleiterbauteilen, gedruckten Leiterplatten etc. mit ein. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch für weniger spezifischen An wendungszwecke, etwa für Leitungen integrierter Schal tungen, bei der Ummantelung integrierter Schaltungsbauteile und für andere elektrische Verbindungen einge setzt werden. Zum besseren Verständnis wird die vorlie gende Erfindung jedoch im folgenden hauptsächlich unter Bezugnahme auf das Prüfen von Halbleiterscheiben erläu tert.

Wenn zu prüfende Halbleiterbauteile in Form einer Halb leiterscheibe vorliegen, wird ein Halbleiterprüfsystem, beispielsweise ein Prüfgerät für integrierte Schaltun gen, zum automatischen Prüfen der Halbleiterscheibe üb licherweise mit einer Substrathaltevorrichtung, etwa einer automatischen Scheibenprüfeinrichtung, verbunden. Ein Beispiel hierfür läßt sich der Darstellung gemäß Fig. 1 entnehmen, wobei ein Halbleiterprüfsystem einen Prüfkopf 100 umfaßt, der sich herkömmlicherweise in ei nem gesonderten Gehäuse befindet und über ein Bündel von Kabeln elektrisch mit der Zentraleinheit des Prüf systems verbunden ist. Der Prüfkopf 100 und die Sub strathaltevorrichtung 400 sind mechanisch über eine beispielsweise durch einen Motor 510 angetriebene Be dieneinrichtung 500 verbunden.

Die zu prüfenden Halbleiterscheiben werden durch die Substrathaltevorrichtung 400 automatisch zu einer Prüf position des Prüfkopfs 100 bewegt und von den auf der zu prüfenden Halbleiterscheibe ausgebildeten integrier ten Schaltungen kommende resultierende Ausgangssignale (Antwortsignale) werden dem Halbleiterprüfsystem zuge führt, wo sie mit SOLL-Werten verglichen werden, um festzustellen, ob die auf der Halbleiterscheibe ange ordneten integrierten Schaltungen einwandfrei funktio nieren.

Die detailliertere Darstellung gemäß Fig. 2 zeigt eine Struktur aus Substrathaltevorrichtung (bzw. Scheiben prüfeinrichtung) 400, Prüfkopf 100 und einer Schnitt stellenanordnung 140 beim Prüfen der Halbleiterscheibe. Der Prüfkopf 100 und die Substrathaltevorrichtung 400 sind dabei durch eine Schnittstellenanordnung 140 ver bunden, die aus einem Performance-Board, einem Pogo- Pin-Block, einer Nadelkarte oder anderen Bestandteilen gebildet wird. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Perfor mance-Board 120 handelt es sich um eine gedruckte Lei terplatte, welche der typischen elektrischen Ausführung des Prüfkopfs entsprechende elektrische Schaltverbin dungen sowie Koaxialkabel, Pogo-Pins und Anschlußele mente aufweist.

Der Prüfkopf 100 umfaßt eine große Anzahl von gedruck ten Leiterplatten 150, die der Anzahl der Prüfkanäle bzw. der Prüfpins des Halbleiterprüfsystems entspricht. Jede gedruckte Leiterplatte weist ein Anschlußelement 160 auf, das einen entsprechenden Kontaktanschluß 121 des Performance-Boards 120 aufnimmt. Zur exakten Fest legung der Kontaktposition gegenüber der Substrathalte vorrichtung 400 ist am Performance-Board 120 ein "Frog"-Ring (bzw. ein Pogo-Pin-Block) 130 angebracht. Der Frog-Ring 130 weist eine große Anzahl von bei spielsweise durch ZIF-Anschlußelemente oder Pogo-Pins gebildeten Anschlußpins 141 auf, die über Koaxialkabel 124 mit Kontaktanschlüssen 121 des Performance-Board 120 verbunden sind.

Wie sich Fig. 2 entnehmen läßt, wird der Prüfkopf 100 über der Substrathaltevorrichtung 400 ausgerichtet und über die Schnittstellenanordnung 140 mechanisch und elektrisch mit der Substrathaltevorrichtung verbunden.

In der Substrathaltevorrichtung 400 ist eine zu prü fende Halbleiterscheibe 300 durch eine Einspannvorrich tung 180 gehaltert. Oberhalb der zu prüfenden Halblei terscheibe 300 befindet sich eine Nadelkarte 170. Die Nadelkarte 170 umfaßt eine große Anzahl von (beispielsweise durch Vorsprünge oder Nadeln gebilde ten) Prüfanschlußelemente bzw. Anschlußelementen 190, die mit die Zielanschlüsse bildenden Schaltanschlüssen der integrierten Schaltung des Halbleiterscheibenprüf lings 300 in Kontakt kommen.

Elektrische Anschlüsse bzw. Kontaktbuchsen der Nadel karte 170 werden elektrisch mit den auf dem Frog-Ring 130 angeordneten Anschlußpins 141 verbunden. Die An schlußpins 141 werden zudem durch Koaxialkabel 124 mit den Kontaktanschlüssen 121 des Performance-Board 120 verbunden, wobei jeder Kontaktanschluß 121 wiederum an der gedruckten Leiterplatte 150 des Prüfkopfes 100 an geschlossen ist. Außerdem sind die gedruckten Leiter platten 150 durch das mehrere hundert Innenkabel umfas sende Kabel mit dem Halbleiterprüfsystem verbunden.

Bei dieser Anordnung kommen die Prüfanschlußelemente 190 in Kontakt mit der Oberfläche der auf der Einspann vorrichtung 180 angeordneten Halbleiterscheibe 300, wo bei sie Prüfsignale an die Halbleiterscheibe 300 wei terleiten und die resultierenden Ausgangssignale von der Scheibe 300 empfangen. Die resultierenden Ausgangs signale vom Halbleiterscheibenprüfling 300 werden mit den vom Halbleiterpüfsystem erzeugten SOLL-Werten verg lichen, um zu bestimmen, ob die Halbleiterscheibe 300 einwandfrei arbeitet.

Fig. 3 zeigt eine Unteransicht der herkömmlichen Nadel karte 170 gemäß Fig. 2. Bei diesem Beispiel weist die Nadelkarte 170 einen Epoxidring auf, auf dem eine Viel zahl von auch als Nadeln bzw. Vorsprünge bezeichneten Prüfanschlußelementen 190 gehaltert ist. Wenn die die Halbleiterscheibe 300 halternde Einspannvorrichtung 180 der Halbleiterscheiben-Prüfvorrichtung 400 in der An ordnung gemäß Fig. 2 nach oben bewegt wird, so kommen die Spitzen der Vorsprünge 190 in Kontakt mit den An schlußflecken bzw. Wölbungen auf der Scheibe 300. Die Enden der Vorsprünge 190 sind mit Drähten 194 verbun den, die wiederum an in der Nadelkarte 170 ausgebilde ten (nicht dargestellten) Übertragungsleitungen ange schlossen sind. Die Übertragungsleitungen sind ihrer seits an eine Vielzahl von Elektroden 197 angeschlos sen, die zudem mit den in Fig. 2 dargestellten Pogo-Pins 141 in Kontakt stehen.

Üblicherweise besteht die Nadelkarte 170 aus mehreren Polyimid-Substrat-Schichten und weist dabei in vielen Schichten Masseebenen, Netzebenen und Signalübertra gungsleitungen auf. Durch Herstellung eines Gleichge wichts zwischen den einzelnen Parametern, d. h. der di elektrischen Konstanten und der magnetischen Permeabi lität des Polyimids sowie der Induktanzen und der Kapa zitäten der Signalwege, ist jede Signalübertragungslei tung der Nadelkarte 170 in bereits bekannter Weise so gestaltet, daß sie eine charakteristische Impedanz von beispielsweise 50 Ohm aufweist. Somit handelt es sich bei den Signalübertragungsleitungen zur Erzielung einer großen Frequenzübertragungsbandbreite zur Scheibe 300 um Leitungen mit angepaßter Impedanz, die sowohl im Dauerbetrieb als auch bei aufgrund einer Veränderung der Ausgangsleistung des Bauteils auftretenden hohen Stromspitzen Strom leiten. Zur Geräuschunterdrückung sind auf der Nadelkarte zwischen den Netz- und den Mas seebenen Kondensatoren 193 und 195 vorgesehen.

Zum besseren Verständnis der beschränkten Hochfrequenz leistung bei der herkömmlichen Nadelkartentechnik ist in Fig. 4 eine Schaltung dargestellt, die derjenigen der Nadelkarte 170 äquivalent ist. Wie sich dabei den Fig. 4A und 4B entnehmen läßt, verläuft die Signalüber tragungsleitung auf der Nadelkarte 170 von der Elek trode 197 über den Streifenleiter (in der Impedanz an gepaßte Leitung) 196 zum Draht 194 und weiter zur Nadel bzw. dem Vorsprung (d. h. der Anschlußstruktur) 190. Da der Draht 194 und die Nadel 190 in ihrer Impedanz nicht angepaßt sind, wirken diese Bereiche, wie in Fig. 4C dargestellt, als Spule L im Hochfrequenzband. Aufgrund der Gesamtlänge des Drahtes 194 und der Nadel 190 von etwa 20 bis 30 mm kommt es durch die Spule beim Prüfen der Hochfrequenzleistung eines zu prüfenden Bauteils zu einer erheblichen Frequenzeinschränkung.

Andere Faktoren, die eine Einschränkung der Frequenz bandbreite der Nadelkarte 170 hervorrufen, gehen auf die in den Fig. 4D und 4E gezeigten Netz- und Massena deln zurück. Wenn über die Netzleitung eine ausreichend große Spannung an das zu prüfende Hauteil angelegt wer den kann, so kommt es hier zu keiner wesentlichen Ein schränkung der Betriebsbandbreite beim Prüfen des Bau teils. Da jedoch der mit der Nadel 190 in Reihe ge schalteten Draht 194 zur Stromzuführung (siehe Fig. 4D) und der mit der Nadel 190 in Reihe geschaltete Draht 194 zur Erdung der Spannung und der Signale (Fig. 4E) als Spulen wirken, ergibt sich eine erhebliche Ein schränkung des Hochgeschwindigkeits-Stromflusses.

Darüber hinaus sind zwischen der Netzleitung und der Masseleitung die Kondensatoren 193 und 195 angeordnet, um durch Herausfiltern von Geräuschen bzw. Impulsstößen in den Netzleitungen eine einwandfreie Leistung des Bauteilprüflings sicherzustellen. Die Kondensatoren 193 weisen einen relativ hohen Wert von beispielsweise 10 µF auf und können, falls nötig, von den Netzleitungen durch Schalter getrennt werden. Die Kondensatoren 195 besitzen hingegen einen relativ niedrigen Kapazitäts wert von beispielsweise 0,01 µF und sind nahe des zu prüfenden Bauteils DUT fest angeschlossen. Diese Kon densatoren wirken als Hochfrequenz-Entkoppler an den Netzleitungen. Anders ausgedrückt, begrenzen die Kon densatoren die Hochfrequenzleistung des Prüfanschluße lements.

Dementsprechend sind die genannten, am häufigsten ver wendeten Prüfanschlußelemente auf eine Frequenzband breite von etwa 200 MHz beschränkt, was zum Prüfen der heute üblichen Halbleiterbauelemente nicht ausreicht. Es wird in Fachkreisen davon ausgegangen, daß schon bald eine Frequenzbandbreite benötigt wird, die der Leistungsfähigkeit des Prüfgeräts entspricht, welche derzeit im Bereich von wenigstens 1 GHz liegt. Außerdem besteht in der Industrie ein Bedarf nach Nadelkarten, die in der Lage sind, eine große Anzahl - d. h. etwa 32 oder mehr - von Halbleiterbauteilen, und dabei insbe sondere Speicherelementen, parallel zu prüfen, um so die Prüfkapazität zu erhöhen.

Bei der herkömmlichen Technologie werden Nadelkarten und Prüfanschlußelemente, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, von Hand hergestellt, was dazu führt, daß ihre Qualität unterschiedlich ausfällt. Diese wechselnde Qualität zeigt sich beispielsweise in Größenabweichun gen, Abweichungen in der Frequenzbandbreite, der Kon taktkraft bzw. dem Widerstand etc. Bei herkömmlichen Prüfanschlußelementen besteht ein weiterer zu einer un zuverlässigen Kontaktleistung führender Faktor darin, daß die Prüfanschlußelemente und die zu prüfende Halb leiterscheibe bei Temperaturänderungen ein unterschied liches Wärmeausdehnungsverhältnis aufweisen. Bei einer Temperaturänderung verändern sich somit ihre gemeinsa men Kontaktstellen, was sich negativ auf die Kontakt kraft, den Kontaktwiderstand und die Bandbreite aus wirkt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anschlußstruktur und eine diese Anschlußstruktur enthaltende, als Schnittstellenanordnung dienende An schlußanordnung zu beschreiben, die zur Erzielung einer elektrischen Verbindung einen elektrischen Kontakt zu einem Zielanschluß herstellen und dabei eine große Fre quenzbandbreite und Pinzahl sowie eine hohe Anschluß leistung und Zuverlässigkeit bieten.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anschlußstruktur sowie eine die Anschluß struktur umfassende und in Form einer Gesamtstapel struktur ausgebildete Anschlußanordnung zu beschreiben, die beim Prüfen von integrierten Halbleiterbauteilen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit sehr hoher Fequenzbandbreite dienen und so die in der mode renen Halbleitertechnik auftretenden Prüfanforderungen erfüllen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anschlußstruktur und eine diese Anschluß struktur umfassende und als Schnittstellenanordnung dienende Anschlußanordnung zu beschreiben, die beim Prüfen von Halbleiterbauteilen zur Herstellung elektri scher Verbindungen eingesetzt werden können und zum gleichzeitigen parallelen Prüfen einer großen Anzahl von Halbleiterbauteilen geeignet sind.

Darüber hinaus besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Anschlußstruktur und eine diese Anschlußstruktur umfassende und als Schnittstellenan ordnung dienende Anschlußanordnung zur Herstellung elektrischer Verbindungen zum Prüfen von Halbleiterbau teilen zu beschreiben, die in der Lage sind, den Wärme ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterscheibenprüf lings zu kompensieren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anschluß struktur zur Herstellung von elektrischen Verbindungen mit Zielanschlüssen in einem Halbleiterherstellungsver fahren erzeugt. Die Anschlußstruktur läßt sich beson ders vorteilhaft beim Prüfen einer Halbleiterscheibe, eines ummantelten hochintegrierten Schaltungsbauteils oder einer gedruckten Leiterplatte (Bauteilprüfling) einsetzen und umfaßt eine große Anzahl von Siliziumzin ken-Anschlußelementen, die beispielsweise unter Einsatz einer Photolithographietechnologie hergestellt und auf einer Oberfläche eines Silizium- oder Keramiksubstrats gehaltert werden.

Die erfindungsgemäße Anschlußstruktur zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem Zielanschluß enthält die folgenden Bestandteile:

- eine Vielzahl von Anschlußelementen, von denen jedes einen balkenförmigen Anschlußbereich umfaßt, der eine Federkraft ausübt, wenn eine Spitze des An schlußelements gegen einen Zielanschluß gepreßt wird, wobei jedes Anschlußelement weiterhin die fol genden Bestandteile aufweist:
- eine Siliziumbasis mit wenigstens einem schrägen Bereich zur Halterung des Anschlußelements in einer festgelegten Ausrichtung;
- eine Isolierschicht zur elektrischen Isolierung der balkenförmigen Anschlußbereiche voneinander; und
- eine auf der Isolierschicht ausgebildete leitfä hige Schicht aus leitfähigem Material, wobei der balkenförmige Anschlußbereich durch die Isolier schicht und die leitfähige Schicht gebildet wird;
- ein Anschlußsubstrat zur Halterung der Vielzahl von Anschlußelementen, wobei das Anschlußsubstrat eine ebene Oberfläche aufweist, auf der die Siliziumbasis zur Erzielung der festgelegten Ausrichtung angebon det wird;
- ein Haftmittel zum Anbonden der Vielzahl von An schlußelementen an der ebenen Oberfläche des An schlußsubstrats; und
- eine Vielzahl von auf dem Anschlußsubstrat vorgese henen Anschlußspuren, die jeweils zur Herstellung von Signalwegen für die elektrische Verbindung zu externen Bauteilen an die Anschlußelemente ange schlossen sind.

Bei der erfindungsgemäßen Anschlußstruktur wird das Haftmittel auf beide Seiten der vielen Anschlußelemente und vorzugsweise auf beide Seiten der vielen Anschluße lemente sowie an vorderen und hinteren, durch die ebene Oberfläche des Anschlußsubstrats und der Siliziumbasis des jeweiligen Anschlußelements gebildeten Ecken aufge bracht, während bei einer besonders bevorzugten Ausfüh rungsform die Aufbringung des Haftmittels auf beiden Seiten der vielen Anschlußelemente, an vorderen und hinteren, durch die ebene Oberfläche des Anschlußsub strats und die Siliziumbasis der jeweiligen Anschluße lemente gebildeten Ecken und auf der Unterseite des je weiligen Anschlußelements erfolgt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anschlußanordnung, die zur Herstellung einer elek trischen Verbindung mit einem Zielanschluß und als Schnittstelle zwischen einem Zielanschluß und einer Prüfanlage dient und die folgenden Bestandteile ent hält:

- eine Anschlußstruktur mit einer Vielzahl von in festgelegten Ausrichtungen auf einem Anschlußsub strat gehalterten Anschlußelementen, wobei jedes An schlußelement einen balkenförmigen Anschlußbereich umfaßt, der eine Federkraft ausübt, wenn die Spitze des Anschlußelements gegen einen Zielanschluß ge preßt wird, wobei jedes Anschlußelement eine Silizi umbasis mit wenigstens einem schrägen Bereich, eine Isolierschicht zur elektrischen Isolierung der balkenförmigen Anschlußbereiche voneinander und eine auf der Isolierschicht ausgebildete leitfähige Schicht aus leitfähigem Material umfaßt, der balken förmige Anschlußbereich durch die Isolierschicht und die leitfähige Schicht gebildet wird und die An schlußstruktur zudem eine Vielzahl von auf dem An schlußsubstrat angebrachten und mit einem jeweiligen Anschlußelement verbundenen Elektroden aufweist;
- eine auf der Anschlußstruktur vorgesehene dünne leitfähige Elastomerschicht, die aus einer dünnen elastischen Schicht besteht, in der eine große An zahl von Metalldrähten in einer rechtwinkligen Aus richtung zur horizontalen Oberfläche der dünnen ela stischen Schicht eingebettet ist;
- eine Nadelkarte, die auf der dünnen leitfähigen Ela stomerschicht positioniert und an ihrer Unterseite mit unteren Elektroden zur Herstellung elektrischer Verbindungen mit den Elektroden der Anschlußstruktur durch die leitfähige Elastomerschicht sowie an ihrer Oberseite mit oberen Elektroden versehen ist, die über Verbindungsspuren mit den unteren Elektroden verbunden sind; und
- einen Pinblock, der auf der Nadelkarte positioniert ist und eine Vielzahl von elastischen Anschlußpins umfaßt, die an Stellen angeordnet sind, welche den oberen Elektroden der Nadelkarte entsprechen, um so elektrische Verbindungen zwischen der Nadelkarte und zur Prüfanlage gehörenden externen Bauteilen herzu stellen.

Die erfindungsgemäße Anschlußstruktur weist eine sehr hohe Frequenzbandbreite auf und erfüllt so die bei der modernen Halbleitertechnik auftretenden Prüfanforderun gen. Da die Anschlußstruktur außerdem durch ein moder nes Halbleiterherstellungsverfahren erzeugt wird, läßt sich eine große Anzahl von Anschlußelementen auf klei nem Raum ausrichten, was ein gleichzeitiges Prüfen ei ner großen Anzahl von Halbleiterbauteilen ermöglicht.

Da diese große Anzahl von gleichzeitig auf dem Substrat mit Hilfe der Mikrostruktur-Herstellungstechnik erzeug ten Anschlußstrukturen ohne manuelle Arbeitsschritte hergestellt wird, ist es möglich, eine gleichbleibende Qualität und hohe Zuverlässigkeit sowie eine lange Le bensdauer hinsichtlich der Anschlußstrukturleistung zu erzielen. Darüber hinaus ist es auch möglich, den Wär meausdehnungskoeffizienten des Bauteilprüflings zu kom pensieren, da die Anschlußelemente auf demselben Sub stratmaterial hergestellt werden können, wie es auch für den Bauteilprüfling verwendet wird, so daß sich Po sitionierfehler vermeiden lassen.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Be zugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrie ben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Schemadarstellung der struk turellen Beziehung zwischen einer Substrathaltevorrichtung und einem mit einem Prüfkopf versehenen Halbleiterprüfsystem;

Fig. 2 eine detailliertere Schemadarstel lung eines Beispiels einer Anordnung zur Verbindung des Prüfkopfs des Halbleiterprüfsystems mit der Substrathaltevorrichtung;

Fig. 3 eine Unteransicht eines Beispiels der Nadelkarte mit einem Epoxid ring zur Halterung einer Vielzahl von als Prüfanschlußelementen die nenden Vorsprüngen;

Fig. 4A-4E Schaltbilder zur Darstellung von zur Nadelkarte gemäß Fig. 3 äqui valenten Schaltungen;

Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Anschlußstruktur einer Nadelkarte, auf der in einem Halbleiter-Herstellungsverfahren erzeugte (und Siliziumzinken um fassende) balkenförmige Anschluße lemente gehaltert sind, sowie ei ner mit Zielanschlüssen versehenen Halbleiterscheibe;

Fig. 6 eine schematische Darstellung ei ner Unteransicht der erfindungsge mäßen, mit den balkenförmigen An schlußelementen versehenen An schlußstruktur gemäß Fig. 5;

Fig. 7 eine schematische Darstellung ei ner Unteransicht eines weiteren Beispiels der erfindungsgemäßen Anschlußstruktur, welche mit in vier verschiedene Richtungen aus gerichteten Anschlußelementanord nungen versehen ist;

Fig. 8A eine Querschnittsdarstellung der erfindungsgemäßen Anschlußstruktur zur Verdeutlichung eines Beispiels für das Aufbringen von Haftmitteln zur Halterung der balkenförmigen Anschlußelemente;

Fig. 8B eine Unteransicht der Anschluß struktur gemäß Fig. 8A;

Fig. 9 eine Querschnittsdarstellung eines Beispiels für eine in Form einer Gesamtstapelstruktur ausgebildeten und die erfindungsgemäße Anschluß struktur umfassenden Anschlußan ordnung, welche als Schnittstelle zwischen dem Halbleiterbauteil prüfling und dem in Fig. 2 darge stellten Prüfkopf dient;

Fig. 10A eine Ansicht eines Beispiels für ein leitfähiges Elastomerelement, das in der Stapelstruktur gemäß Fig. 9 Verwendung findet;

Fig. 10B eine Querschnittsdarstellung des leitfähigen Elastomerelements ge mäß Fig. 10A; und

Fig. 11A bis 11D Querschnittsdarstellungen eines Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung der (Siliziumzinken umfassenden) balkenförmigen An schlußelemente zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Anschlußstruk tur.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Be zugnahme auf die Fig. 5 bis 11 näher beschrieben. Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine Anschlußstruktur 10, die mit (Siliziumzinken umfassenden) balkenförmigen An schlußelementen 30 versehen ist, welche in einem Halb leiter-Herstellungsverfahren erzeugt wurden. Die An schlußstruktur 10 besteht im wesentlichen aus einem An schlußsubstrat 20 und den Siliziumzinken-Anschlußele menten 30 und ist oberhalb von beispielsweise durch An schlußflecken 320 eines Halbleiterscheibenprüflings 100 gebildeten Zielanschlüssen derart positioniert, daß die Anschlußelemente 30 elektrische Verbindungen mit der Halbleiterscheibe herstellen, wenn sie gegen diese ge preßt werden. Zwar sind in Fig. 5 nur zwei Anschlußele mente 30 dargestellt; für tatsächliche Anwendungen, beispielsweise bei der Halbleiterscheibenprüfung, ist jedoch eine große Anzahl von Anschlußelementen 30 auf dem Anschlußsubstrat 20 ausgerichtet.

Diese vielen Anschlußelemente werden durch denselben Halbleiter-Herstellungsvorgang, beispielsweise einen Photolithographievorgang, auf einem Siliziumsubstrat erzeugt und auf dem Anschlußsubstrat 20 gehaltert, was weiter unten noch genauer erläutert ist. Der Abstand zwischen den Anschlußflecken 320 kann 50 µm oder noch weniger betragen. Die auf dem Substrat 20 vorgesehenen Anschlußelemente 30 lassen sich auf einfache Weise mit demselben Abstand zueinander ausrichten, da die An schlußelemente durch dasselbe Halbleiterherstellungs verfahren erzeugt werden wie die Scheibe 300.

Die Siliziumzinken-Anschlußelemente 30 können, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, zur Herstellung einer An schlußstruktur, die sich als Nadelkarte 170 gemäß Fig. 2 verwenden läßt, direkt auf dem Anschlußsubstrat 20 mon tiert werden oder stattdessen an einem ummantelten Bau teil, etwa einem herkömmlichen, mit Leitungen verse henen ummantelten integrierten Schaltungsbauteil, vor gesehen werden, wobei dann das ummantelte Bauteil auf einer Nadelkarte montiert wird. Außerdem können sie auch mit einem anderen Substrat verbunden werden. Da sich Siliziumzinken-Anschlußelemente 30 sehr geringer Größe herstellen lassen, ist es möglich, die Frequenz bandbreite einer die erfindungsgemäßen Anschlußelemente umfassenden Anschlußstruktur bzw. Nadelkarte auf einfa che Weise auf 2 GHz oder mehr zu steigern. Aufgrund ih rer geringen Größe läßt sich die Anzahl der Anschluße lemente auf einer Nadelkarte auf beispielsweise 2.000 oder mehr erhöhen, was eine gleichzeitige parallele Prüfung von 32 oder mehr Speicherbauteilen ermöglicht.

Außerdem führt die Ausbildung der erfindungsgemäßen An schlußstruktur mit Anschlußelementen 30, welche auf dem üblicherweise durch ein Siliziumsubstrat gebildeten An schlußsubstrat 20 gehaltert sind, dazu, daß sich Umge bungseinflüsse etwa im Hinblick auf das Wärmeausdeh nungsverhältnis des Siliziumsubstrats auf die Anschluß elemente in gleicher Weise auswirken wie auf die zu prüfende Halbleiterscheibe 300, wodurch die Anschlußelemente 30 gegenüber den Anschlußflecken 320 während der gesamten Prüfung exakt positioniert bleiben.

Wie sich Fig. 5 entnehmen läßt, enthält jedes Anschluße lement 30 eine als Zinken ausgebildete (bzw. balkenför mige) leitfähige Schicht 35. Das Anschlußelement 30 um faßt zudem eine Basis 40, die am Anschlußsubstrat 20 befestigt ist. An der Unterseite des Anschlußsubstrats 20 ist eine Verbindungsspur 24 an der leitfähigen Schicht 35 angeschlossen. Die Verbindung zwischen der Verbindungsspur 24 und der leitfähigen Schicht 35 er folgt dabei beispielsweise über einen Lötpfropfen 28. Das Anschlußsubstrat 20 weist weiterhin ein Kontaktloch 23 und eine Elektrode 22 auf, wobei die Elektrode 22 zur Verbindung des Anschlußsubstrats 20 über einen Draht oder ein leitfähiges Elastomerelement mit einer externen Struktur, beispielsweise einem Pogo-Pin-Block oder einem ummantelten integrierten Schaltungsbauteil, dient.

Wenn sich nun die Halbleiterscheibe 300 nach oben be wegt, so kommen die Siliziumzinken-Anschlußelemente 30 und die auf der Scheibe 300 angeordneten Zielanschlüsse 320 mechanisch und elektrisch miteinander in Kontakt. Dementsprechend entsteht ein Signalweg vom Zielanschluß 320 zu den auf dem Substrat 20 befindlichen Elektroden 22. Die Verbindungsspur 24, das Kontaktloch 23 und die Elektrode 22 dienen außerdem dazu, den geringen Abstand zwischen den Anschlußelementen 30 zur Anpassung an die externe Struktur, also etwa einen Pogo-Pin-Block bzw. ein ummanteltes integrierte Schaltungsbauteil, in einen größeren Abstand umzuwandeln.

Da die balkenförmigen Siliziumzinken-Anschlußelemente 30 eine Federkraft ausüben, erzeugt das Ende der leit fähigen Schicht 35 eine ausreichende Kontaktkraft, wenn die Halbleiterscheibe 300 gegen das Anschlußsubstrat 20 gepreßt wird. Das Ende der leitfähigen Schicht 35 ist vorzugsweise zugeschärft, um eine Reibwirkung zu erzie len, wenn es gegen den Zielanschluß 320 gedrückt wird, wobei es eine Metalloxidschicht durchdringen muß.

Wenn beispielsweise der Zielanschluß 320 auf der Halb leiterscheibe 300 an seiner Oberfläche Aluminiumoxid aufweist, so ist diese Reibwirkung nötig, um eine elek trische Verbindung mit geringem Kontaktwiderstand her zustellen. Aufgrund der Federkraft des balkenförmigen Anschlußelements 30 wirkt eine ausreichende Kontakt kraft auf den Zielanschluß 320 ein. Die durch die Fe derkraft des Siliziumzinken-Anschlußelements 30 er zeugte Elastizität dient auch zur Kompensation von Grö ßenunterschieden bzw. Abweichungen in der Ebenheit beim Anschlußsubstrat 20, dem Zielanschluß 320 und der Halb leiterscheibe 300 sowie den Anschlußelementen 30.

Als Material für die leitfähige Schicht 35 kommen bei spielsweise Nickel, Aluminium, Kupfer, Nickel-Palla dium, Rhodium, Nickel-Gold, Iridium oder einige andere ablagerbare Materialien in Frage. Ein zur Halbleiter prüfung eingesetztes Siliziumzinken-Anschlußelement 30 kann bei einem Abstand von wenigstens 50 µm zwischen den Zielanschlüssen 320 beispielsweise eine Gesamthöhe von 100 bis 500 µm, eine horizontale Länge von 100 bis 600 µm und eine Breite von etwa 30 bis 50 µm aufweisen.

Fig. 6 zeigt eine Unteransicht des Anschlußsubstrats 20 gemäß Fig. 5, wobei das Substrat mit einer Vielzahl von Siliziumzinken-Anschlußelementen 30 versehen ist. Bei einem tatsächlich verwendeten System ist eine größere Anzahl von Anschlußelementen, beispielsweise mehrere hundert oder mehrere tausend, in der in Fig. 6 gezeigten Weise angeordnet. Wie sich Fig. 6 entnehmen läßt, ver größern die Verbindungsspuren 24 den Abstand zwischen den Anschlußelementen 30 auf den Abstand der Kontaktlö cher 23 und der Elektroden 22. An Kontaktpunkten (d. h. inneren Bereichen der Anschlußelemente 30) zwischen dem Anschlußsubstrat 20 und der jeweiligen Basis 40 der An schlußelemente 30 sind Haftmittel 33 angebracht. Außer dem sind die Haftmittel 33 auch an den Seiten (in Fig. 6 oberhalb und unterhalb der Anschlußelemente 30) der je weiligen Gruppe von Anschlußelementen 30 vorgesehen. Als Haftmittel 33 kommen warmhärtbare Haftmittel, wie Epoxide, Polyimid und Silikon ebenso in Frage wie ther moplastische Haftmittel, wie beispielsweise Akryl-Haft mittel, Nylon, Phenoxy-Haftmittel und Olefin, und durch UV-Strahlung härtbare Haftmittel.

Fig. 7 zeigt eine Unteransicht eines weiteren Beispiels für die erfindungsgemäße Anschlußstruktur, wobei An schlußelemente 30 in vier verschiedenen Ausrichtungen angeordnet sind. Ähnlich wie bei dem in den Fig. 5 und 6 gezeigten Beispiel umfaßt auch hier jedes Anschlußele ment 30 eine leitfähige Schicht 35 und eine Basis 40, die am Anschlußsubstrat 20 befestigt ist. Eine Verbin dungsspur 24 ist an der Unterseite des Anschlußsub strats 20 an der leitfähigen Schicht 35 angeschlossen. Die Verbindung zwischen der Verbindungsspur 24 und der leitfähigen Schicht 35 erfolgt dabei wiederum bei spielsweise durch einen Lötpfropfen 28. Das Anschluß substrat 20 weist weiterhin ein Kontaktloch 23 und eine Elektrode 22 auf, wobei die Elektrode 22 zur Verbindung des Anschlußsubstrats 20 über einen Draht oder ein leitfähiges Elastomerelement mit einer externen Struk tur, beispielsweise einem Pogo-Pin-Block oder einem um mantelten integrierten Schaltungsbauteil, dient.

Da sich Siliziumzinken-Anschlußelemente 30 sehr gerin ger Größe herstellen lassen, ist es möglich, die Opera tions-Frequenzbandbreite einer die erfindungsgemäßen Anschlußelemente umfassenden Anschlußstruktur auf ein fache Weise auf 2 GHz oder mehr zu steigern. Aufgrund ihrer geringen Größe läßt sich die Anzahl der Anschluß elemente auf einer Nadelkarte auf beispielsweise 2.000 oder mehr erhöhen, was eine gleichzeitige parallele Prüfung einer Vielzahl von Halbleiterbauteilen, bei spielsweise von 32 oder mehr integrierten Speicher schaltungen, ermöglicht.

In den Fig. 8A und 8B ist ein weiteres Beispiel der er findungsgemäßen Anschlußstruktur dargestellt, wobei Fig. 8A einen Querschnitt der Anschlußstruktur und Fig. 8B eine Unteransicht der in Fig. 8A gezeigten An schlußstruktur wiedergeben. Ähnlich wie beim Beispiel gemäß den Fig. 5 und 6 sind auch hier Siliziumzinken-An schlußelemente 30 auf einem Anschlußsubstrat gehaltert. Für einen tatsächlichen Einsatz wird wiederum eine grö ßere Anzahl von Anschlußelementen, etwa mehrere hundert oder tausend Anschlußelemente, in der in den Fig. 6, 7 bzw. 8B gezeigten Weise ausgerichtet. Die Verbindungs spuren 24 vergrößern den Abstand zwischen den Anschluß elementen 30 auf den Abstand zwischen den Kontaktlö chern 23 und Elektroden 22, wie sich dies auch Fig. 6 entnehmen läßt.

An vorderen und hinteren Kontaktpunkten (d. h. inneren und äußeren Bereichen der Anschlußelemente 30) zwischen dem Substrat 20 und der Basis 40 der Anschlußelemente 30 werden Haftmittel 33 aufgebracht. Die Haftmittel 33 werden auch auf die Seiten der Gruppe von Anschlußele menten 30 (d. h. in Fig. 8B an der Ober- und Unterseite der gezeigten Anschlußelementgruppe) und zudem an der Unterseite der Anschlußelemente 30 aufgebracht, d. h. zwischen der Basis 40 und der ebenen Oberfläche des An schlußsubstrats 20, wie sich dies Fig. 8A entnehmen läßt. Wie bereits erwähnt, können als Haftmittel bei spielsweise durch Wärme bzw. UV-Strahlung härtbare Haftmittel Verwendung finden.

Die Querschnittsansicht gemäß Fig. 9 zeigt ein Beispiel für eine Gesamtstapelstruktur, die eine als Schnitt stellenanordnung dienende Anschlußanordnung bildet, bei der die erfindungsgemäße Anschlußstruktur zum Einsatz kommt. Die Schnittstellenanordnung fungiert als Schnittstelle zwischen dem Halbleiterbauteilprüfling und dem in Fig. 2 gezeigten Prüfkopf. Bei diesem Bei spiel umfaßt die Schnittstellenanordnung bei der in Fig. 9 gezeigten Anordnung oberhalb der Anschlußstruktur 10 ein leitfähiges Elastomerelement 250, eine Leitweg führungsplatte (bzw. Nadelkarte) 260 und einen Pogo- Pin-Block (bzw. einen Frog-Ring) 130.

Das leitfähige Elastomerelement 250, die Leitwegfüh rungsplatte (Nadelkarte) 260 und der Pogo-Pin-Block 130 sind sowohl mechanisch als auch elektrisch miteinander verbunden, wodurch elektrische Pfade von der Spitze der Anschlußelemente 30 über die Kabel 24 und das (in Fig. 2 dargestellte) Performance-Board 120 bis zum Prüfkopf 100 gebildet werden. Werden die Halbleiterscheibe 300 und die Schnittstellenanordnung nun gegeneinanderge preßt, so entsteht eine elektrische Verbindung zwischen dem Bauteilprüfling (bzw. den Anschlußflecken 320 auf der Scheibe 300) und dem Halbleiterprüfsystem.

Der Pogo-Pin-Block (bzw. Frog-Ring) 130 entspricht dem in Fig. 2 gezeigten Pogo-Pin-Block und weist dabei eine große Anzahl von Pogo-Pins auf, um so eine Schnitt stelle zwischen der Nadelkarte 260 und dem Performance- Board 120 zu bilden. An oberen Enden der Pogo-Pins sind beispielsweise durch Koaxialkabel gebildete Kabel 240 angeschlossen, um über das Performance-Board 120 Si gnale an die gedruckten Leiterplatten (Pinelektronik- Schaltkarten) 150 im in Fig. 2 gezeigten Prüfkopf 100 zu übertragen. Die Nadelkarte 260 ist an ihrer Ober- und Unterseite jeweils mit einer großen Anzahl von An schlußflecken bzw. Elektroden 262 und 265 versehen und diese Elektroden 262 und 265 sind durch Verbindungsspu ren 263 miteinander verbunden, die durch eine Auffäche rung des Abstands der Anschlußstrukturen eine Anpassung an den Abstand der im Pogo-Pin-Block 130 angeordneten Pogo-Pins bewirken.

Zwischen der Anschlußstruktur 10 und der Nadelkarte 260 ist das leitfähige Elastomerelement 250 angeordnet. Das leitfähige Elastomerelement 250 stellt die elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 22 der Anschluß struktur und den Elektroden 262 der Nadelkarte sicher, indem es Unebenheiten bzw. vertikale Lücken zwischen beiden ausgleicht. Als leitfähiges Elastomerelement 250 dient eine später noch näher beschriebene dünne elasti sche Schicht mit einer großen Anzahl von in vertikaler Richtung verlaufenden leitfähigen Drähten.

Die Anschlußstruktur 10 gemäß Fig. 9 weist an den Elek troden 22 und an Spitzenbereichen der leitfähigen Schicht 35 des Anschlußelements 30 kugelförmige An schlüsse 31 auf. Derartige kugelförmige Anschlüsse kön nen je nach Art der Oberflächenstrukturen und der Größe zugehöriger Bauteile von Vorteil sein und erweisen sich vor allem bei einer Anordnung an der Spitze eines An schlußelements als wirksam, weil sie einen relativ scharf abgegrenzten Anschlußpunkt bilden. Ein derartig scharf abgegrenzter Anschlußpunkt erzeugt eine Reibwir kung, wenn er gegen die Oberfläche der Anschlußflecken 320 gepreßt wird. Der kugelförmige Anschluß 31 der Elektroden 22 kann insbesondere dann von Nutzen sein, wenn die Elektroden 22 nicht ausreichend dick sind, um mit dem leitfähigen Elastomerelement vollständig in Kontakt zu kommen. Somit kann auf die kugelförmigen An schlüsse 31 verzichtet werden, sofern die Dicke der Elektroden 22 ausreicht, um einen vollständigen Kontakt mit dem leitfähigen Elastomerelement 250 sicherzustel len.

Als kugelförmiger Anschluß 31 dient eine harte An schlußkugel mit einem Durchmesser von beispielsweise 40 µm, die aus mit Wolfram oder einem Hartmetall beschich tetem Glas besteht. Alternativ hierzu kann als kugel förmiger Anschluß 31 aber auch eine Anschlußkugel aus einem Hartmetall, wie Nickel, Beryllium, Aluminium, Kupfer, einer Nickel-Kobalt-Eisenlegierung oder einer Eisen-Nickel-Legierung verwendet werden. Außerdem kann der kugelförmige Anschluß 31 auch aus einem unedelen Metall, wie Nickel, Aluminium, Kupfer oder anderen als den bereits genannten Legierungen bestehen und mit ei nem hoch leitfähigen, nicht oxidierenden Metall, wie Gold, Silber, Nickel-Palladium, Rhodium, Nickel-Gold oder Iridium plattiert sein. Der kugelförmige Anschluß 31 wird an der Elektrode 22 durch Hart- oder Weichlö ten, Schweißen oder Auftragen eines leitfähigen Haft mittels befestigt und kann auch als Halbkugel ausge formt sein, wobei dann der nicht kugelförmige Bereich an der Elektrode 22 befestigt wird.

Fig. 10A zeigt eine Ansicht eines Beispiels für das in der Stapelstruktur gemäß Fig. 9 verwendete leitfähige Elastomerelement 250, während sich Fig. 10B eine Quer schnittsansicht dieses in Fig. 10A gezeigten leitfähigen Elastomerelements entnehmen läßt. Bei diesem Beispiel besteht das leitfähige Elastomerelement 250 aus einer dünnen Silizium-Gummischicht und einer Vielzahl von Reihen von Metallfasern 252. Die Metallfasern (bzw. Me talldrähte) 252 sind bei der Darstellung gemäß Fig. 9 in vertikaler Richtung angeordnet, d. h. sie verlaufen senkrecht zur horizontal angeordneten dünnen Silizium- Gummischicht des leitfähigen Elastomerelements 250. Der Abstand zwischen den Metallfasern beträgt beispiels weise 0,05 mm, während die dünne Silizium-Gummischicht eine Dicke von 0,2 mm aufweist. Ein entsprechendes leitfähiges Elastomerelement wird von der Firma Shin- Etsu Polymer Co. Ltd., Japan, hergestellt und ist im Handel erhältlich.

Die Fig. 11A bis 11D zeigen schematische Querschnittsan sichten eines Beispiels für ein Verfahren zur Herstel lung der erfindungsgemäßen Anschlußelemente 30. Ge nauere Beschreibungen von Herstellungsvorgängen sowie Modifikationsmöglichkeiten dieser Herstellungsvorgänge lassen sich der US-Patentanmeldung 09/222,176 derselben Anmelderin entnehmen. Bei diesem Verfahren wird an der Basis der Anschlußstruktur ein in Fig. 11D gezeigtes Anschlußelement mit zwei schrägen (abgewinkelten) Berei chen 62 ₁ und 62 ₂ hergestellt, wobei der schräge Bereich 62 ₂ zur Halterung des Anschlußelements an der ebenen Oberfläche des Anschlußsubstrats 20 in der in den Fig. 5 und 8A gezeigten Weise dient.

Wie sich Fig. 11A entnehmen läßt, wird auf dem Silizium substrat 40 eine mit Bor dotierte Schicht 48 ausgebil det, die bestimmte, nicht mit Bor dotierte Bereiche (Ausätzbereiche) 43 umfaßt. Auf der mit Bor dotierten Schicht 48 wird zur Erzeugung einer Isolierschicht eine beispielsweise aus Siliziumdixoid SiO₂ bestehende di elektrische Schicht 52 vorgesehen. Zudem wird auch an der Unterseite des Siliziumsubstrats 40 eine als Ätz maske dienende Siliziumdixoidschicht (SiO₂-Schicht) 54 vorgesehen. An beiden Seiten des Substrats 40 wird durch einen (nicht dargestellten) Photolithographievor gang ein Ätzfenster 56 abgegrenzt, durch das ein aniso tropes Ätzen erfolgen kann.

Der anisotrope Ätzvorgang wird nun am Siliziumsubstrat 40 durchgeführt, wodurch abgewinkelte Bereiche 62 ₁ und 62 ₂ entlang der Kristallebene (111) des Silizium substrats 40 entstehen, wie sich dies Fig. 11B entnehmen läßt. Der Winkel zur Unterseite des Siliziumsubstrats 40 beträgt hierbei 54,7°. Statt des beschriebenen Ätz vorgangs kann zur Herstellung des schrägen Bereichs 62 ₂ auch ein Schneidevorgang am Siliziumsubstrat 40 durch geführt werden. Da die festgelegten Bereiche 43 nicht mit Bor dotiert sind, wird das Siliziumsubstrat in die sen Bereichen weggeätzt, wobei zu beiden Seiten des Substrats 40 eine zinken- bzw. kammartige Struktur (zur Bildung der Siliziumzinken-Anschlußelemente) zurück bleibt. Wie sich Fig. 11C entnehmen läßt, wird nun ein weiterer Photolithographievorgang zur Bildung einer (nicht dargestellten) Fotolackschicht durchgeführt, wo bei dann eine leitfähige Schicht 35 durch einen Plattierungsvorgang ausgebildet wird. Die entstandenen Siliziumzinken-Anschlußelemente 30 werden schließlich in eine geeignete Form zugeschnitten, wie sich dies Fig. 11D entnehmen läßt.

Die Anschlußstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine sehr hohe Frequenzbandbreite auf und erfüllt so die in der modernen Halbleitertechnologie auftreten den Prüfanforderungen. Da die Anschlußstruktur mit Hilfe in der Halbleiterherstellung üblicher moderner Miniaturisierungstechniken erzeugt wird, läßt sich eine große Anzahl von Anschlußelementen auf kleinem Raum an ordnen, was die gleichzeitige Prüfung einer großen An zahl von Halbleiterbauteilen ermöglicht. Die Anschluß struktur gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich auch für weniger spezifische Anwendungszwecke, etwa bei Leitungen für integrierte Schaltungen, bei ummantelten integrierten Schaltungsbauteilen und für andere elek trische Verbindungen einsetzen.

Da die große Anzahl von gleichzeitig auf dem Substrat mit Hilfe der Mikrostruktur-Herstellungstechnik erzeug ten Anschlußelementen ohne manuelle Arbeitsschritte hergestellt wird, ist es möglich, eine gleichbleibende Qualität, hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer hinsichtlich der Anschlußleistung zu erzielen. Darüber hinaus ist es auch möglich, den Wärmeausdehnungskoeffi zienten des Bauteilprüflings zu kompensieren, da die Anschlußelemente auf demselben Substratmaterial herge stellt werden können, wie es auch für den Bauteilprüfling verwendet wird, so daß sich Positionierfehler ver meiden lassen.

Claims

1. Anschlußstruktur zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem Zielanschluß, enthaltend

- eine Vielzahl von Anschlußelementen, von denen jeder eine balkenförmigen Anschlußbereich um faßt, der eine Federkraft ausübt, wenn eine Spitze des Anschlußelements gegen einen Zielan schluß gepreßt wird, wobei jedes Anschlußelement die folgenden Bestandteile enthält:
- eine Siliziumbasis mit wenigstens einem schrägen Bereich zur Halterung des Anschluße lements in einer festgelegten Ausrichtung;
- eine Isolierschicht zur elektrischen Isolie rung der balkenförmigen Anschlußbereiche von einander; und
- eine auf der Isolierschicht ausgebildete leitfähige Schicht aus leitfähigem Material, wobei der balkenförmige Anschlußbereich durch die Isolierschicht und die leitfähige Schicht gebildet wird;
- ein Anschlußsubstrat zur Halterung der Vielzahl von Anschlußelementen, wobei das Anschlußsub strat eine ebene Oberfläche aufweist, auf der die Siliziumbasis zur Erzielung der festgelegten Ausrichtung angebondet werden kann;
- ein Haftmittel zum Anbonden der Vielzahl von An schlußelementen an der ebenen Oberfläche des An schlußsubstrats; und
- eine Vielzahl von auf dem Anschlußsubstrat vor gesehenen Anschlußspuren, die jeweils zur Her stellung von Signalwegen für die elektrische Verbindung zu externen Bauteilen an die An schlußelemente angeschlossen sind.

2. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei als Haftmit tel ein durch Wärmeeinwirkung oder UV-Strahlung härtbares Haftmittel dient, das auf beide Seiten der vielen Anschlußelemente aufgebracht wird.

3. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei das Haftmit tel auf beide Seiten der vielen Anschlußelemente so wie an vordere und hintere, durch die ebene Oberflä che des Anschlußsubstrats und die Siliziumbasis je des Anschlußelements gebildete Ecken aufgebracht wird.

4. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei das Haftmit tel auf beide Seiten der vielen Anschlußelemente und an vordere und hintere, durch die ebene Oberfläche des Anschlußsubstrats und die Siliziumbasis jedes Anschlußelements gebildete Ecken sowie auf die je weilige Unterseite der Anschlußelemente aufgebracht wird.

5. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, weiterhin enthal tend:

- eine Vielzahl von im Anschlußsubstrat ausgebil deten Kontaktlöchern, die zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer Oberseite und einer Unterseite des Anschlußsubstrats mit der Vielzahl von Anschlußspuren verbunden sind; und

- eine Vielzahl von Elektroden, die zur Herstel lung elektrischer Verbindungen mit den externen Bauteilen mit der Vielzahl von Kontaktlöchern verbunden sind.

6. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei ein Silizi umsubstrat als Anschlußsubstrat dient.

7. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, weiterhin enthal tend eine zwischen der Siliziumbasis und der Iso lierschicht vorgesehene, mit Bor dotierte Schicht.

8. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei die leitfä hige Schicht aus leitfähigem Metall besteht und durch eine Plattiervorgang hergestellt wird.

9. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei die Isolier schicht aus Siliziumdioxid besteht.

10. Anschlußanordnung, die zur Herstellung einer elek trischen Verbindung mit einem Zielanschluß und als Schnittstelle zwischen einem Zielanschluß und einer Prüfanlage dient und die folgenden Bestandteile ent hält:

- eine Anschlußstruktur mit einer Vielzahl von in festgelegten Ausrichtungen mit Hilfe von Haftmitteln auf einem Anschlußsubstrat gehalterten Anschlußelementen, wobei jedes Anschlußelement einen balkenförmigen Anschlußbereich umfaßt, der eine Federkraft ausübt, wenn die Spitze des An schlußelements gegen einen Zielanschluß gepreßt wird, wobei jedes Anschlußelement eine Silizium basis mit wenigstens einem schrägen Bereich, eine Isolierschicht zur elektrischen Isolierung der balkenförmigen Anschlußbereiche voneinander und eine auf der Isolierschicht ausgebildete leitfähige Schicht aus leitfähigem Material um faßt, wobei der balkenförmige Anschlußbereich durch die Isolierschicht und die leitfähige Schicht gebildet wird und wobei die Anschluß struktur weiterhin eine Vielzahl von auf dem An schlußsubstrat angebrachten und mit einem jewei ligen Anschlußelement verbundenen Elektroden aufweist;
- eine auf der Anschlußstruktur vorgesehene dünne, leitfähige Elastomerschicht, die aus einer dün nen elastischen Schicht besteht, in der eine große Anzahl von Metalldrähten in einer recht winkligen Ausrichtung zu einer horizontalen Oberfläche der dünnen elastischen Schicht einge bettet sind;
- eine Nadelkarte, die auf der dünnen leitfähigen Elastomerschicht positioniert und an ihrer Un terseite mit unteren Elektroden zur Herstellung elektrischer Verbindungen mit den Elektroden der Anschlußstruktur durch die leitfähige Elastomer schicht sowie an ihrer Oberseite mit oberen Elektroden versehen ist, die über Verbindungsspuren mit den unteren Elektroden verbunden sind; und
- einen Pinblock, der auf der Nadelkarte positio niert ist und eine Vielzahl von elastischen An schlußpins umfaßt, die an Stellen angeordnet sind, welche den oberen Elektroden der Nadel karte entsprechen, um so elektrische Verbindun gen zwischen der Nadelkarte und zur Prüfanlage gehörenden externen Bauteilen herzustellen.

11. Anschlußanordnung nach Anspruch 10, wobei der bal kenförmige Anschlußbereich eine Federkraft in einer quer zum balkenförmigen Anschlußbereich verlaufenden Richtung ausübt, um eine Anschlußkraft zu liefern, wenn die Spitze des balkenförmigen Anschlußbereichs gegen einen Zielanschluß gepreßt wird.

12. Anschlußanordnung nach Anspruch 10, wobei die An schlußstruktur weiterhin kugelförmige Anschlüsse um faßt, die an den Elektroden der Anschlußstruktur ge haltert sind und zur Herstellung eines Kontakts mit der dünnen leitenden Elastomerschicht dienen.

13. Anschlußanordnung nach Anspruch 10, weiterhin ent haltend eine mit Bor dotierte Schicht zwischen der Siliziumbasis und der Isolierschicht.

14. Anschlußanordnung nach Anspruch 10, wobei die leit fähige Schicht aus leitfähigem Metall besteht und durch einen Plattiervorgang hergestellt wird.

15. Anschlußanordnung nach Anspruch 10, wobei die Iso lierschicht aus Siliziumdioxid besteht.

16. Anschlußanordnung nach Anspruch 10, wobei als Haft mittel ein durch Wärmeeinwirkung oder UV-Strahlung härtbares Haftmittel dient, das auf beiden Seiten der vielen Anschlußelemente aufgetragen wird.

17. Anschlußanordnung nach Anspruch 10, wobei das Haft mittel auf beide Seiten der vielen Anschlußelemente und an vorderen und hinteren, durch die ebene Ober fläche des Anschlußsubstrats und die Siliziumbasis jedes Anschlußelements gebildeten Ecken aufgetragen wird.

18. Anschlußanordnung nach Anspruch 10, wobei das Haft mittel auf beide Seiten der vielen Anschlußelemente und an vorderen und hinteren, durch die ebene Ober fläche des Anschlußsubstrats und die Siliziumbasis jedes Anschlußelements gebildete Ecken sowie auf die Unterseite jedes Anschlußelements aufgetragen wird.