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Erfindungsgebiet
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Diese Erfindung betrifft ein Halbleitertestsystem,
das eine große
Anzahl von Anschlüssen
aufweist, um eine elektrische Verbindung mit einem Halbleiterprüfling aufzubauen,
und insbesondere ein Prüfkontaktsystem,
das einen Planaritätseinstellmechanismus
zum Einstellen von Abständen
zwischen den Enden der Kontaktgeber und den Oberflächen von
Kontaktzielen, wie etwa Kontaktinseln einer sich im Test befindlichen
Halbleiterscheibe.
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Technischer Hintergrund der Erfindung
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Beim Prüfen von hoch verdichteten,
mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden elektrischen Bauteilen, wie
etwa hochintegrierten und höchst
integrierten Schaltungen, werden ausgesprochen leistungsfähige Kontaktstrukturen
benötigt,
wie etwa eine mit einer großen
Anzahl von Kontaktgebern versehene Nadelkarte. Eine Kontaktstruktur
wird im Grunde aus einem Kontaktsubstrat gebildet, welches eine
große
Anzahl von Kontaktgebern oder Sondierungselementen aufweist. Das
Kontaktsubstrat wird auf einer Nadelkarte montiert, zum Testen von
hoch integrierten und höchst
integrierten Chips, Halbleiterscheiben, zum Voraltern von Halbleiterscheiben
und Rohchips, zum Prüfen
und Voraltern von in einem Gehäuse
eingeschlossenen Halbleiterbauteilen, gedruckten Leiterplatten und
dergleichen. Die vorliegende Erfindung ist auf ein Prüfkontaktsystem
ausgerichtet, das solch eine Kontaktstruktur enthält.
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Im Fall, dass die zu testenden Halbleiterbauteile
in der Form von Halbleiterscheiben vorliegen, wird ein Halbleitertestsystem,
wie etwa ein Testgerät für integrierte
Schaltungen, üblicherweise
an ein Substrathandhabungsgerät
angeschlossen, wie etwa ein automatisches Scheibenprüfgerät. Ein Beispiel hierfür ist in 1 dargestellt, wobei ein
Halbleiterprüfsystem
einen Prüfkopf 100 aufweist,
der sich normalerweise in einem gesonderten Gehäuse befindet und über ein
Bündel
von Kabeln 110 elektrisch mit dem Testsystem verbunden
ist. Der Prüfkopf 100 und ein
Substrathandhabungsgerät 400 sind
sowohl mechanisch als auch elektrisch über einen Manipulator 500 miteinander
verbunden, der durch einen Motor 510 angetrieben wird.
Die zu prüfenden
Halbleiterscheiben werden durch das Substrathandhabungsgerät 400 automatisch
in eine Testposition des Prüfkopfs 100 bewegt.
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Auf dem Prüfkopf 100 werden der
zu prüfenden
Halbleiterscheibe vom Halbleiterprüfsystem erzeugte Testsignale
angelegt. Die sich ergebenden Ausgangssignale von der sich im Test
befindlichen Halbleiterscheibe (bzw. den auf der Halbleiterscheibe ausgebildeten
integrierten Schaltungen) werden an das Halbleitertestsystem übertragen.
Im Halbleitertestsystem werden die Ausgangssignale mit den Erwartungswerten
verglichen, um festzustellen, ob die auf der Halbleiterscheibe angeordneten
integrierten Schaltungen einwandfrei funktionieren oder nicht.
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In 1 sind
der Prüfkopf 100 und
das Substrathandhabungsgerät 400 durch
eine Schnittstellenkomponente 140 verbunden, die aus einer
Leistungskarte 120 (in 2 gezeigt)
in Form einer gedruckten Leiterplatte, welche einzigartige, einem elektrischen
Fußabdruck
des Prüfkopfs
entsprechende elektrische Schaltungsverbindungen aufweist, ferner
aus Koaxialkabeln, Pogo-Stiften und Anschlusselementen besteht.
In 2 enthält der Prüfkopf 100 eine
große
Anzahl von gedruckten Leiterplatten 150, die der Anzahl
der Testkanäle
(Prüfstifte)
des Halbleitertestsystems entspricht. Jede gedruckte Leiterplatte 150 weist
ein Anschlusselement 160 auf, das einen entsprechenden
Kontaktanschluss 121 der Leistungskarte 120 aufnimmt.
Zur exakten Festlegung der Kontaktposition relativ zum Substrathandhabungsgerät 400 ist
an der Leistungskarte 120 ein „Führungs"-Ring 130 befestigt.
Der Führungsring 130 weist
eine große
Anzahl von Kontaktstiften 141 auf, wie etwa ZIF-Anschlusselemente
oder Pogo-Stifte, die über
Koaxialkabel 124 mit Kontaktanschlüssen 121 verbunden
sind.
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Wie in 2 gezeigt
ist, wird der Prüfkopf 100 über dem
Substrathandhabungsgerät 400 angeordnet
und über
die Schnittstellenkomponente 140 mechanisch und elektrisch
mit dem Substrathandhabungsgerät 400 verbunden.
Im Substrathandhabungsgerät 400 ist
eine zu prüfende
Halbleiterscheibe 300 auf einer Einspannvorrichtung 180 befestigt. Bei
diesem Beispiel befindet sich oberhalb der zu prüfenden Halbleiterscheibe 300 eine
Nadelkarte 170. Die Nadelkarte 170 weist eine
große
Anzahl von Prüfkontaktgebern
(wie etwa Ausleger oder Nadeln) 190 auf, die mit Zielkontakten,
wie etwa Schaltungsanschlüssen
oder Kontaktinseln der integrierten Schaltung auf der sich im Test
befindenden Halbleiterscheibe 300 in Kontakt kommen.
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Elektrische Anschlüsse oder
Kontaktbuchsen (Kontaktinseln) der Nadelkarte 170 sind
mit den sich auf dem Führungsring 130 angebrachten
Kontaktstiften 141 elektrisch verbunden. Die Kontaktstifte 141 werden
zudem durch die Koaxialkabel 124 mit den Kontaktanschlüssen 121 der
Leistungskarte 120 verbunden, wobei jeder Kontaktanschluss
121 wiederum mit der gedruckten Leiterplatte 150 des Prüfkopfes 100 verbunden
ist. Des Weiteren sind die gedruckten Leiterplatten 150 durch
das beispielsweise mehrere hundert Innenkabel aufweisende Kabel 110 verbunden.
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Unter dieser Anordnung kommen die
Prüfkontakte 190 in
Kontakt mit der Oberfläche
(Kontaktziele) der auf der Einspannvorrichtung 180 angeordneten
Halbleiterscheibe 300, um an die Halbleiterscheibe 300 Prüfsignale
anzulegen und die sich ergebenden Ausgangssignale von der Halbleiterscheibe 300 zu
empfangen. Die sich ergebenden Ausgangssignale von der unter Test
stehenden Halbleiterscheibe 300 werden mit den vom Halbleiterprüfsystem
erzeugten Erwartungswerten verglichen, um zu bestimmen, ob die integrierten
Schaltkreise auf der Halbleiterscheibe 300 einwandfrei
funktionieren.
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Bei diesem Typ von Halbleiterscheibentest muss
eine große
Anzahl an Kontaktgebern verwendet werden, wie etwa mehrere Hundert
bis mehrere Tausend.
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Bei einer solchen Anordnung ist es
notwendig, die Enden der Kontaktgeber so zu planarisieren, dass
alle Kontaktgeber die Kontaktziele im Wesentlichen zur selben Zeit
und mit dem gleichen Druck kontaktieren. Wenn keine Planarisierung
erreicht wird, bauen einige Kontaktgeber eine elektrische Verbindung
mit den entsprechenden Kontaktzielen auf, während andere Kontaktgeber versagen,
elektrische Verbindungen aufzubauen, was es unmöglich macht, die Halbleiterscheibe
exakt zu testen. Um alle Kontaktgeber vollständig mit den Kontaktzielen
zu verbinden, muss die Halbleiterscheibe weiter gegen die Nadelkarte
gedrückt
werden. Dies kann den Halbleiterrohchip physikalisch beschädigen, der
durch die Kontaktgeber einen übermäßigen Druck
erfährt.
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Das US-Patent Nr. 5,861,759 zeigt
ein automatisches Nadelkartenplanarisierungssystem, um eine erste
Ebene zu planarisieren, die durch eine Vielzahl von Kontaktpunkten
der Nadelkarte definiert wird, und zwar relativ zu einer zweiten
Ebene, die durch eine obere Oberfläche einer Halbleiterscheibe definiert
wird, die auf einem Prüfgerät getragen
wird. Eine Kamera wird verwendet, um die Höhe von wenigstens drei ausgewählten Kontaktpunkten
auf der Nadelkarte relativ zur Ebene der Halbleiterscheibe zu messen.
Auf der Grundlage der gemessenen Werte wird die Position der ersten
Ebene relativ zur zweiten Ebene berechnet.
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Mit dieser Information und der Geometrie des
Prüf- und
Testgeräts
werden die für
zwei höhenvariable
Punkte erforderliche Höhenvariationen durchgeführt, um
die erste Ebene relativ zur zweiten Ebene zu planarisieren. Diese
herkömmliche
Technologie erfordert eine Kamera zur Visualisierung der Höhe der Kontaktpunkte,
was zu einer Zunahme der Kosten und zu einer Verminderung der Zuverlässigkeit
des gesamten Systems führt.
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Das US-Patent Nr. 5,974,662 zeigt
ein Verfahren zur Planarisierung der Enden von Prüfelementen
einer Nadelkartenanordnung. Die Prüfelemente sind direkt auf einem
Raumtransformator (Kontaktsubstrat) befestigt. Er ist so aufgebaut,
dass die Orientierung des Raumtransformators und demgemäß die Orientierung
des Prüfelements
eingestellt werden kann, ohne die Orientierung der Nadelkarte zu
verändern.
Bei diesem Verfahren ist eine elektrisch leitfähige Metallplatte (virtuelle
Halbleiterscheibe) anstelle der Zielhalbleiterscheibe als Referenzebene
vorgesehen. Zudem sind ein Kabel und ein Rechner in der Weise vorgesehen,
dass ein Rechner anzeigt, ob für
jede Prüfspitze
in Bezug auf die Metallplatte ein Leitungsweg erzeugt wird oder
nicht, beispielsweise durch weiße
und schwarze Punkte.
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Auf der Grundlage des sichtbaren
Abbildes auf dem Anzeigeschirm wird die Ebenheit der Prüfspitzen
so durch sich drehende Differentialschrauben eingestellt, dass alle
Prüfspitzen
im Wesentlichen gleichzeitig mit der Metallplatte in Kontakt kommen. Weil
diese herkömmliche
Technologie eine leitfähige Metallplatte
verwendet, um für
alle Prüfelemente
einen Leitungsweg aufzubauen, erfordert es zusätzlich Zeit, die Metallplatte
zu befestigen und diese durch die Zielhalbleiterscheibe zu ersetzen.
Des Weiteren steigen die Gesamtkosten, weil dieses Verfahren einen
Rechner und einen Anzeigeschirm benötigt, um die Zustände anzuzeigen,
ob ein Kontakt des Prüfelements
besteht oder nicht.
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Unter diesen Umständen besteht in der Industrie
bei einem Prüfkontaktsystem
die Notwendigkeit, einen einfacheren und ökonomischeren Weg einzuführen, um
die Ebenheit der Kontaktgeber in Bezug auf die Oberfläche der
Halbleiterscheibe einzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Prüfkontaktsystem
bereitzustellen, das einen Planaritätseinstellmechanismus besitzt,
um die Abstände
zwischen den Enden von Kontaktgebern und einer Oberfläche einer
sich im Test befindlichen Halbleiterscheibe einzustellen.
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Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Prüfkontaktsystem
bereitzustellen, das einen Planaritätseinstellmechanismus und eine Kontaktstruktur
besitzt, die auf einer Nadelkarte befestigt ist, wobei die Kontaktstruktur
aus einem Kontaktsubstrat und einer großen Anzahl an Kontaktgebern
gestaltet ist, die auf dem Kontaktsubstrat befestigt sind.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Prüfkontaktsystem
bereitzustellen, das einen Planaritätseinstellmechanismus besitzt, um
die Abstände
zwischen den Enden von Kontaktgebern und einer Oberfläche einer
sich im Test befindlichen Halbleiterscheibe derart einzustellen,
dass alle Kontaktgeber auf dem Kontaktsubstrat gleichzeitig mit
der Oberfläche
der Halbleiterscheibe in Kontakt kommen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Prüfkontaktsystem
bereitzustellen, das einen Planaritätseinstellmechanismus besitzt, um
die Abstände
zwischen den Enden von Kontaktgebern und einer Oberfläche einer
sich im Test befindlichen Halbleiterscheibe derart einzustellen,
dass jeder Kontaktgeber einen identischen Druck gegen die Oberfläche der
Halbleiterscheibe ausübt,
wenn er mit der Halbleiterscheibe in Kontakt gebracht wird.
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Bei der vorliegenden Erfindung enthält ein Planaritätseinstellmechanismus
für ein
Prüfontaktsystem
zum Aufbauen einer elektrischen Verbindung mit Kontaktzielen ein
Kontaktsubstrat, das eine große Anzahl an Kontaktgebern auf dessen Oberfläche befestigt
aufweist, eine Nadelkarte zum Befestigen des Kontaktsubstrats, um
eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktgebern und einem
Prüfkopf
eines Halbleitertestsystems aufzubauen, Mittel zur starren Befestigung
des Kontaktsubstrats auf der Nadelkarte, einen Nadelkartenring,
der auf einem Rahmen des Prüfkontaktsystems
angebracht ist, um die Nadelkarte mit dem Rahmen zu verbinden, und eine
Vielzahl von Verbindungselementen zum Verbinden der Nadelkarte mit
dem Nadelkartenring an drei oder mehr Stellen auf der Nadelkarte, wobei
das Verbindungselement einstellbar ist, um eine Lücke zwischen
der Nadelkarte und dem Nadelkartenring zu verändern.
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Bei einem weiteren Gesichtspunkt
beinhaltet der Planaritätseinstellmechanismus
darüber
hinaus einen Lückensensor
zum Messen einer Lücke
zwischen dem Kontaktsubstrat und einem Zielsubstrat an festgelegten
Stellen des Kontaktsubstrats, wobei das Zielsubstrat eine zu testende
Halbleiterscheibe und eine Referenzplatte einschließt, die
zum Einstellen der Planarität
gefertigt wurde, und ferner eine Drehungseinstellvorrichtung zum
Einstellen des Verbindungselements, so dass die Lücke zwischen
der Nadelkarte und dem Nadelkartenring reguliert wird, wodurch die
Abstände
zwischen den Enden der Kontaktgeber und dem Kontaktziel so eingestellt
werden, dass sie einander identisch sind.
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Vorzugsweise enthält das Prüfkontaktsystem ein leitfähiges Elastomer,
das zwischen dem Kontaktsubstrat und der Nadelkarte vorgesehen ist,
um das Kontaktsubstrat mit der Nadelkarte elektrisch zu verbinden,
und ein einen Tragrahmen, der zwischen dem Kontaktsubstrat und dem
leitfähigen
Elastomer vorgesehen ist, um das Kontaktsubstrat zu tragen, wobei
sich das Verbindungselement zwischen der Nadelkarte und dem Tragrahmen
erstreckt.
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Bei einem weiteren Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung ist das Verbindungselement zur Verbindung
des Kontaktsubstrats mit der Nadelkarte aus Schraubbolzen und Schraubenmuttern
aufgebaut, und die Schraubenmuttern sind drehbar auf der Oberfläche der
Nadelkarte befestigt und die Drehungseinstellvorrichtung, die eine
Bodenöffnung
aufweist, die mit der Schraubenmutter in Eingriff kommt, wird auf
der Oberfläche
der Nadelkarte platziert, um die Schraubenmuttern so zu drehen,
dass die Lücke zwischen
dem Kontaktsubstrat und dem Zielsubstrat an jeder der drei Stellen
einander identisch wird.
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Bei einem weiteren Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung ist der Planaritätseinstellmechanismus ein automatisches
System zur Einstellung der Abstände
zwischen dem Kontaktsubstrat und dem Zielsubstrat. Der Einstellmechanismus
enthält Motoren
zum Drehen der Schraubenmuttern auf der Grundlage eines Steuersignals
von einem Steuergerät.
Das Steuergerät
erzeugt die Steuersignale durch Berechnung der gemessenen Lücken.
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Bei einem weiteren Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung schließt der Planaritätseinstellmechanismus
eine Vielzahl von Beilagscheiben ein, die zwischen der Nadelkarte
und dem Nadelkartenring vorgesehen sind, und die Anzahl der Beilagscheiben wird
so eingestellt, dass die Abstände
zwischen den Enden der Kontaktgeber und der Oberfläche der Kontaktziele
einander identisch werden.
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Erfindungsgemäß ist das Prüfkontaktsystem in
der Lage, die Abstände
zwischen den Enden der Kontaktgeber und der Oberfläche der
sich im Test befindlichen Halbleiterscheibe oder der Referenzplatte einzustellen.
Der Planaritätseinstellmechanismus
ist in der Lage, die Abstände
zwischen dem Kontaktsubstrat und der Halbleiterscheibe so einzustellen,
dass alle Kontaktgeber auf dem Kontaktsubstrat im Wesentlichen gleichzeitig
mit dem gleichen Druck mit der Oberfläche der Halbleiterscheibe in
Kontakt kommen.
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Der beim Prüfkontaktsystem der vorliegenden
Erfindung zu verwendende Planaritätseinstellmechanismus schließt die Drehungseinstellvorrichtung
zum Drehen der Muttern auf der Nadelkarte mit feinen Schritten ein,
wodurch die Abstände
zwischen dem Kontaktsubstrat und der Halbleiterscheibe leicht und
exakt eingestellt werden. Der Planaritätseinstellmechanismus der vorliegenden
Erfindung kann durch Einbeziehung der Motoren zum Antreiben der Muttern
auf der Nadelkarte und des Steuergeräts, das auf der Grundlage der
von den Lückensensoren gemessenen
Lücken
Steuersignale für
die Motoren erzeugt, als automatisches System aufgebaut sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das die strukturelle Beziehung zwischen
einem Substrathandhabungsgerät
und einem Halbleitertestsystem zeigt, das einen Prüfkopf besitzt.
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2 ist
Diagramm, das ein Beispiel eines detaillierten Ausbaus zum Verbinden
des Prüfkopfs des
Halbleitertestsystems mit dem Substrathandhabungsgerät zeigt.
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3 ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel einer Kontaktstruktur
zeigt, das strahlenartige Kontaktgeber (Siliziumfinger) aufweist,
die auf einer Nadelkarte des Prüfkontaktsystems
der vorliegenden Erfindung montiert sind.
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4 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Ansicht von unten auf die Kontaktstruktur
von 3 zeigt, die eine
Vielzahl von strahlenartigen Kontaktgebern aufweist.
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5 ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel eines gesamten Stapelaufbaus
in einem Prüfkontaktsystem
zeigt, das die Kontaktstruktur von 3 und 4 als eine Schnittstelle
zwischen dem sich im Test befindlichen Bauteil und dem Prüfkopf von 2 verwendet.
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6 ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel des Aufbaus eines Prüfkontaktsystems,
das einen Planaritätseinstellmechanismus
der vorliegenden Erfindung besitzt.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Oberseite der Nadelkarte
und einen Nadelkartenring zeigt, die im Prüfkontaktsystem von 6 verwendet werden.
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Die 8A bis 8C sind eine Draufsicht,
eine Vorderansicht bzw. eine Ansicht von Unten einer Dreheinstellvorrichtung
zur Verwendung mit dem Planaritätseinstellmechanismus
der vorliegenden Erfindung.
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Die 9A bis 9G sind Explosionsansichten,
die die Komponenten und deren Zusammenbau zeigen, die in der Dreheinstellvorrichtung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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10 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Oberseite der
Nadelkarte zeigt, die eine Anordnung zur Planaritätseinstellung
in Verbindung mit der Dreheinstellvorrichtung der vorliegenden Erfindung
aufweist.
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11 ist
eine Querschnittansicht, die ein anderes Beispiel des Prüfkontaktsystems
zeigt, das einen Planaritätseinstellmechanismus
der vorliegenden Erfindung besitzt.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Oberseite der Nadelkarte,
einen Nadelkartenring und einen Zwischenring zeigt, die im Prüfkontaktsystem
von 11 verwendet werden.
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13 ist
eine Querschnittansicht, die ein weiteres Beispiel des Prüfkontaktsystems
zeigt, das einen Planaritätseinstellmechanismus
der vorliegenden Erfindung besitzt.
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14 ist
eine Querschnittansicht, die ein weiteres Beispiel des Aufbaus eines
Prüfkontaktsystems
zeigt, das einen Planaritätseinstellmechanismus
der vorliegenden Erfindung besitzt.
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15 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Oberseite des Prüfkontaktsystems
der vorliegenden Erfindung zeigt, das den Planaritätseinstellmechanismus
von 15 besitzt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Unter Bezug auf die 3 und 4 wird
ein Beispiel einer im Prüfkontaktsystem
der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Kontaktstruktur beschrieben
werden. Viele andere, sich unterscheidende Typen Kontaktstrukturen
sind beim Prüfkontaktsystem
der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich. Eine Kontaktstruktur 10 von 3 weist strahlenartige (Siliziumfinger)
Kontaktgeber 30 auf, die mittels einer Mikrofertigungstechnik
hergestellt werden, wie etwa einen Halbleiterproduktionsprozess.
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Die Kontaktstruktur 10 wird
im Grunde aus einem Kontaktsubstrat und den Siliziumfinger-Kontaktgebern 30 gebildet.
Die Kontaktstruktur 10 wird so über den Kontaktzielen, wie
etwa Kontaktinseln 320 auf einer zu testenden Halbleiterscheibe 300,
positioniert, dass die Kontaktgeber 30 eine elektrische Verbindung
mit der Halbleiterscheibe 300 aufbauen, wenn sie zusammengedrückt werden.
Obwohl in 3 lediglich
zwei Kontaktgeber 30 dargestellt sind, ist bei derzeitigen
Anwendungen, wie etwa dem Testen von Halbleiterscheiben, eine große Anzahl
an Kontaktgebern 30, wie etwa von mehreren Hundert bis
zu mehreren Tausend, auf dem Kontaktsubstrat 20 ausgerichtet.
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Solch eine große Anzahl an Kontaktgebern wird
durch den gleichen Halbleiterproduktionsprozess, wie etwa einen
Photolithografieprozess, auf einem Siliziumsubstrat hergestellt
und auf de Kontaktsubstrat 20 befestigt, das beispielsweise
aus Keramik, Silizium, Aluminium, Glasfaser oder einem anderen Material
gefertigt ist. Der Abstand zwischen den Kontaktinseln 320 kann
50 um oder weniger betragen, wobei die Kontaktgeber 30 leicht
mit demselben Abstand auf dem Kontaktsubstrat 20 ausgerichtet
werden können,
da sie mittels des gleichen Halbleiterproduktionsprozesses wie die
Halbleiterscheibe 300 gefertigt wurden.
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Die Siliziumfinger-Kontaktgeber 30 können direkt
auf dem Kontaktsubstrat 20 befestigt sein, wie es in den 3 und 4 gezeigt ist, so dass sie eine Kontaktstruktur
bilden, die auf der Nadelkarte 170 von 2 befestigt werden kann. Da die Siliziumfinger-Kontaktgeber 30 in
einer sehr kleinen Größen gefertigt
werden können,
kann der Betriebsfrequenzbereich der Kontaktstruktur oder der die
Kontaktgeber befestigenden Nadelkarte der vorliegenden Erfindung
leicht auf 2 GHz oder höher
gesteigert werden. Wegen dieser kleinen Größe kann die Anzahl der Kontaktgeber
auf einer Nadelkarte auf bis zu beispielsweise 2000 oder mehr erhöht werden,
was es ermöglicht,
bis zu 32 oder mehr Speicherbauelemente gleichzeitig parallel zu
testen.
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In 3 weist
jeder Kontaktgeber 30 eine leitfähige Schicht 35 in
einer finger- bzw. strahlenartigen Form auf. Der Kontaktgeber 30 weist
zudem eine Basis 40 auf, die auf dem Kontaktsubstrat 20 angefügt ist.
Am Boden des Kontaktsubstrats ist eine Leiterbahn 24 mit
der leitfähigen
Schicht 35 verbunden. Solch eine Verbindung zwischen der
Leiterbahn 24 und der leitfähigen Schicht 35 wird
beispielsweise mittels eines Lötballens 28 geschaffen.
Das Kontaktsubstrat 20 enthält darüber hinaus ein Kontaktloch 23 und
eine Elektrode 22. Die Elektrode 22 ist dazu da, das
Kontaktsubstrat 20 über
einen Draht oder eine leitfähige
Schicht mit einer externen Struktur zu verbinden, wie etwa einen
Pogo-Stiftblock oder ein integriertes Schaltungspaket.
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Wenn sich die Halbleiterscheibe 300 bei
dieser Anordnung nach oben bewegt, kommen die Siliziumfinger-Kontaktgeber 30 mit
den Kontaktzielen 320 auf der Halbleiterscheibe 300 mechanisch
und elektrisch miteinander in Kontakt. Folglich wird ein Signalpfad
vom Kontaktziel 320 zu den Elektroden 22 auf dem
Kontaktsubstrat 20 aufgebaut. Die Leiterbahn 24,
das Kontaktloch 23 und die Elektrode 22 wirken
zudem so, dass sie die kleinen Abstände der Kontaktgeber 30 auf
einen größeren Abstand
aufweiten, um auf die externe Struktur zu passen, wie etwa einen
Pogo-Stiftblock oder ein integriertes Schaltungspaket.
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Wegen der Federkraft der strahlenartigen Gestalt
des Siliziumfinger-Kontaktgebers 30 erzeugt das Ende der
leitfähigen
Schicht 35 eine ausreichende Kontaktkraft, wenn die Halbleiterscheibe 300 gegen
das Kontaktsubstrat 20 gedrückt wird. Das Ende der leitfähigen Schicht 35 ist
vorzugsweise angeschärft,
um einen Kratzeffekt zu erzielen, wenn es zum Eindringen durch eine
Metalloxidschicht gegen das Kontaktziel 320 gedrückt wird.
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Wenn beispielsweise das Kontaktziel 320 auf der
Halbleiterscheibe 300 eine Metalloxidschicht aufweist,
wie etwa Aluminiumoxid, das an ihrer Oberfläche ausgebildet ist, ist der
Kratzeffekt notwendig, um eine elektrische Verbindung des Kontaktziels 320 mit geringem
Kontaktwiderstand aufzubauen. Die Federkraft, die aus der strahlenartigen
Gestalt des Kontaktgebers 30 herrührt, liefert eine geeignete
Kontaktkraft gegen das Kontaktziel 320. Die Elastizität, die durch
die Federkraft des Siliziumfinger-Kontaktgebers 30 erzeugt
wird, wirkt so, dass die Abweichungen in der Größe oder Flachheit (Planarität) kompensiert
werden, die das Kontaktsubstrat 20, das Kontaktziel 320 und
die Halbleiterscheibe 300 sowie die Kontaktgeber 30 mit
sich bringen. Es ist jedoch notwendig, einen Planaritätseinstellmechanismus
der vorliegenden Erfindung einzubauen, um alle Kontaktgeber im Wesentlichen
zur gleichen Zeit und mit dem gleichen Druck vollständig mit
den Kontaktzielen zu verbinden.
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Ein Beispiel für das Material der leitfähigen Schicht 35 schließt Nickel,
Aluminium, Kupfer, Nickel-Palladium, Rhodium, Nickel-Gold, Iridium
oder verschiedene andere abscheidbare Materialien ein. Ein Beispiel
für die
Größe des für eine Halbleiteriestanwendung
vorgesehenen Siliziumfinger-Kontaktgebers 30 beträgt 100 bis
500 um in der Gesamthöhe, 100
bis 600 um in der horizontalen Länge
und etwa 30 bis 50 um in der Breite für den Abstand von 50 um oder
mehr zwischen den Kontaktzielen 320.
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4 ist
eine Ansicht des Kontaktsubstrats 20 von 3 von Unten, das eine große Anzahl
von Siliziumfinger-Kontaktgebern 30 aufweist. Bei einem derzeitigen
System wird eine große
Anzahl von Kontaktgebern, wie etwa mehrere Hundert davon, auf die in 4 gezeigte Art und Weise
ausgerichtet. Die Leiterbahnen 24 erweitern sich vom Abstand
der Kontaktgeber 30 auf den Abstand der Kontaktlöcher
23 und
der Elektroden 22, wie es in 4 gezeigt
ist. An den Kontaktpunkten (innere Flächen der Kontaktgeber 30)
sind zwischen dem Kontaktsubstrat 20 und der Basis 40 der
Kontaktgeber 30 Klebstoffe 33 vorgesehen. Die
Klebstoffe 33 sind zudem an den Seiten (Oberteil und Unterteil
der Kontaktgeber 30 in 4)
des Satzes der Kontaktgeber 30 vorgesehen. Ein Beispiel
für Klebstoffe 33 schließt aushärtbare Klebstoffe,
wie etwa Epoxide, Polyimide und Silikone, und thermoplastische Klebstoffe,
wie Acryl, Nylon, Phenoxy und Olefin, und UV-härtende
Klebstoffe ein.
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5 ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel eines gesamten Stapelaufbaus,
der ein Prüfkontaktsystem
bildet, das die Kontaktstruktur von 3 und 4 verwendet. Das Prüfkontaktsystem
wird als eine Schnittstelle zwischen dem sich im Test befindlichen
Halbleiterbauteil und dem Prüfkopf
von 2 verwendet. Bei
diesem Beispiel schließt
die Schnittstellenanordnung ein leitfähiges Elastomer 50,
eine Nadelkarte 60 und einen Pogo-Stiftblock (Führungsring) 130 ein,
die in 5 in dieser Reihenfolge über der
Kontaktstruktur 10 vorgesehen sind.
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Das leitfähige Elastomer 50,
die Nadelkarte 60 und der Pogo-Stiftblock 130 sind
sowohl mechanisch als auch elektrisch miteinander verbunden. Auf diese
Weise werden durch die Kabel 124 und die Leistungskarte 120 (siehe 2) elektrische Pfade von
den Enden der Kontaktgeber 30 zum Prüfkopf 100 geschaffen.
Demgemäß wird,
wenn die Halbleiterscheibe 300 und das Prüfkontaktsystem
aneinander gedrückt
werden, eine elektrische Verbindung zwischen dem Prüfling (Kontaktinseln 320 auf
der Halbleiterscheibe 300) und dem Halbleitertestsystem aufgebaut.
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Der Pogo-Stiftblock (Führungsring) 130 ist äquivalent
zu dem in 2 gezeigten,
der eine große Anzahl
von flexiblen stiften wie etwa Pogo-Stifte aufweist, um eine Schnittstelle
zwischen der Nadelkarte 60 und der Leistungskarte 120 zu
bilden. An den oberen Enden der Pogo-Stifte sind Kabel 124,
wie etwa Koaxialkabel, angeschlossen, um durch die Leistungskarte 120 Signale
zu den gedruckten Leiterplatten (Stiftelektronikkarten) 150 im
Prüfkopf 100 in 2 zu übertragen. Die Nadelkarte 60 weist
auf deren Ober- und Unterseite eine große Anzahl von Kontaktinseln 62 und 65 auf.
Die Elektroden 62 und 65 sind so durch Leiterbahnen 63 verbunden,
dass sich die Abstände
der Kontaktstruktur aufweiten, um sich an die Abstände der
Pogo-Stifte im Pogo-Stiftblock 130 anzupassen.
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Das leitfähige Elastomer 50 wird
bevorzugt zwischen der Kontaktstruktur 10 und der Nadelkarte 60 angebracht.
Das leitfähige
Elastomer ist dazu da, durch seine Elastizität die elektrische Verbindung zwischen
den Elektroden 22 der Kontaktstruktur und den Elektroden 62 der
Nadelkarte durch Ausgleichen der Unebenheit oder die vertikalen
Lücken
dazwischen sicherzustellen. Das leitfähige Elastomer 50 ist eine
elastische Plane mit unidirektionaler Leitfähigkeit dadurch, dass es eine
große
Anzahl von leitfähigen
Drähten
in einer vertikalen Richtung aufweist. Beispielsweise besteht das
leitfähige
Elastomer 50 aus einer Silikongummiplane und mehreren Reihen von
Metallfäden.
Die Metallfäden
(Drähte)
sind in der Richtung senkrecht zur horizontalen Plane des leitfähigen Elastomers 50 vorgesehen.
Ein Beispiel des Abstands zwischen den Metallfäden beträgt 0.02 mm wobei eine Dicke
der Silikongummiplane 0.2 mm beträgt. Solch ein leitfähiges Elastomer
wird von Shin-Etsu Polymer Co. Ltd. hergestellt und ist kommerziell
erhältlich.
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6 ist
eine Querschnittansicht, die ein Beispiel der Struktur eines Prüfkontaktsystems
zeigt, das einen Planaritätseinstellmechanismus
der vorliegenden Erfindung aufweist. Das Kontaktsubstrat 20, das
eine Vielzahl von Kontaktgebern 30 aufweist, ist auf der
Nadelkarte 60 durch einen Tragrahmen 55 und ein
leitfähiges
Elastomer 50 befestigt. Der Tragrahmen 55 zum
Tragen des Kontaktsubstrats 20 ist durch Befestigungsmittel,
wie etwa Schrauben 250, starr mit der Nadelkarte 60 verbunden.
Anstelle der Schrauben 250 sind verschiedene andere Befestigungsmittel
zum starren Verbinden der Nadelkarte 60 mit dem Kontaktsubstrat 20 möglich. Wie
es unter Bezugnahme auf 5 beschrieben
wurde, baut das leitfähige
Elastomer 50 nur in der vertikalen Richtung eine elektrische
Leitfähigkeit
auf, d. h. zwischen dem Kontaktsubstrat 20 und der Nadelkarte 60.
Das leitfähige
Elastomer 50 wird bevorzugt, aber es kann durch andere
Mittel zum Verbinden der Elektroden 22 auf der Oberseite
des Kontaktsubstrats 29 mit den Elektroden 62 auf
der Unterseite der Nadelkarte 60 ersetzt werden.
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Auf der Unterseite des Kontaktsubstrats 20 sind
Elektroden 292 als Teil eines Lückensensors vorgesehen. Alternativ
werden die Elektroden 292 auf der Unterseite des Tragrahmens 55 ausgebildet. Die
Elektroden 292 sind an drei oder mehr Stellen auf der Unterseite
des Kontaktsubstrats 20 vorgesehen. Jede Stelle der Elektrode 292 befindet
sich in der Weise nahe einer Kante des Kontaktsubstrats 20, dass
sie Scheitelpunkte eines Dreiecks oder eines Vielecks bildet.
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Das Beispiel von 6 zeigt darüber hinaus Lückensensoren 290 auf
der Halbleiterscheibe 300 und ein Lückenmessinstrument 280,
das Signale vom Lückensensor 290 empfängt. Die
Lückensensoren 290 in
Form von Elektroden sind auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe 300 an
Positionen angebracht, die denen der Elektroden 292 auf
der Unterseite des Kontaktsubstrats 20 entsprechen, d.
h. an drei oder mehr Stellen darauf. Bei diesem Beispiel ist der
Lückensensor
aus einem Elektrodenpaar 290 und 292 aufgebaut,
das einen Kondensator bildet.
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Die Beziehung zwischen dem Lückensensor 290 und
den Elektroden 292 kann umgekehrt werden. Der Lückensensor 290 kann
nämlich
auf der Unterseite des Kontaktsubstrats angebracht sein und die
Elektrode 292 kann auf der Oberseite der Halbleiterscheibe 300 angebracht
sein. Die Halbleiterscheibe 300 kann auf ihrer Oberfläche leitfähige Beläge enthalten,
die als Elektroden 292 verwendet werden können. Des
Weiteren kann anstelle der kundenspezifischen Halbleiterscheibe 300 eine
Referenzplatte verwendet werden, die beispielsweise aus Metall, Keramik
oder Aluminium gefertigt ist, so dass die Planarität des Prüfkontaktsystems
durch den Hersteller vor dem Versand an den Kunden eingestellt wird.
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Die Nadelkarte 60 wird durch
einen Nadelkartenring 242 auf einem Rahmen 240 des
Prüfkontaktsystems
befestigt. Der Nadelkartenring 242 ist mit dem Rahmen 240 durch
Befestigungsmittel wie etwa Schrauben 254 verbunden. Zwischen
der Nadelkarte 60 und dem Nadelkartenring 242 ist
ein Verbindungselement vorgesehen, das aus einer Schraubenmutter 260 und
einem Schraubbolzen 262 gebildet wird, um die Lücke zwischen
der Nadelkarte 60 und dem Nadelkartenring 242 einzustellen.
Diese Anordnung ist ein unbedingt erforderlicher Teil des Planaritätseinstellmechanismus
der vorliegenden Erfindung.
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Das Verbindungselement kann durch
verschiedene andere Gebilde aufgebaut werden, wie etwa Differentialschrauben.
Die Verbindungselemente (Muttern 260) sind an drei oder
mehr Stellen an der Nadelkarte 60 vorgesehen. Jede Stelle
der Mutter 260 befindet sich vorzugsweise in der Weise
nahe einer Außenkante
der Nadelkarte 60, dass Scheitelpunkte eines Dreiecks oder
eines Vielecks gebildet werden. Vorzugsweise wird eine Drehungseinstellvorrichtung 220 verwendet,
um die Muttern 260 zur Planaritätseinstellung leicht und exakt
zu drehen. Die Drehungseinstellvorrichtung 220 ist ein
speziell gefertigtes Werkzeug zum Drehen der Mutter 260 in
feinen Schritten, wie es später
beschrieben werden wird.
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Eine zu testende Halbleiterscheibe 300 wird auf
einer Einspannvorrichtung 180 auf dem Substrathandhabungsgerät 400 (1), wie etwa einem Halbleiterscheibenprüfgerät, angeordnet.
Obwohl es nicht gezeigt ist, ist es in Fachkreisen bekannt, dass der
Rahmen 240 des Prüfkontaktsystems
und das Gehäuse
des Substrathandhabungsgeräts
mechanisch miteinander verbunden sind. Demgemäß wird der Winkel oder die
Neigung der Nadelkarte und des Kontaktsubstrats 20 bei
dieser Anordnung relativ zum Nadelkartenring 242 (oder
Rahmen 240 des Prüfkontaktsystems)
eingestellt, wodurch die Planarität der Enden der Kontaktgeber 30 eingestellt
wird.
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Die Drehung der Muttern 260 verursacht
vertikale Bewegungen der Schraubbolzen 262, wodurch die
Lücke zwischen
der Nadelkarte 60 und dem Nadelkartenring 242 und
auf diese Weise zwischen dem Kontaktsubstrat 20 und der
Halbleiterscheibe 300 verändert wird. Da die vertikalen
Positionen der Kanten der Nadelkarte 60 an drei oder mehr
Stellen verändert
werden, werden die Höhen
der Kontaktgeber 30 auf dem Kontaktsubstrat 20 bei
dieser Anordnung entsprechend so eingestellt, dass sie relativ zur Oberfläche der
Halbleiterscheibe 300 eben sind. Mit anderen Worten, da
die Nadelkarte und das Kontaktsubstrat 20 starr aneinander
gefügt
sind, wird die Planarität
der Kontaktgeber 30 durch Veränderung der Neigung der Nadelkarte
relativ zum Nadelkartenring 242 eingestellt, d. h. zum
Rahmen 240 des Systems.
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Beispielsweise ist der Lückensensor 290 ein Kapazitätssensor,
um die Kapazität
zwischen dem Sensor (der Elektrode) 290 und der Gegenelektrode 292 zu
messen. Der gemessene Kapazitätswert
ist eine Funktion des Abstands zwischen den zwei Elektroden. Ein
Beispiel eines solchen Lückensensors
ist das Modell HPT-500-V, die von Capacitec, Inc., 87 Fichburg Road,
Ayer, Massachusetts angeboten wird. Durch Überwachen der durch das Lückenmessinstrument 280 gemessenen
Lückengröße zwischen dem
Sensor 290 und der Elektrode 292 dreht ein Bedienungsmann
die Schraubenmuttern 260 unter Verwendung der Drehungseinstellvorrichtung 220 in
der Weise, dass die Lücken
an jeder der drei oder mehr Stellen einander identisch werden.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Oberseite der Nadelkarte 60 und
des Nadelkartenrings 242 im Prüfkontaktsystem der vorliegenden Erfindung
zeigt. Der Nadelkartenring 242 ist mit dem Rahmen 240 des
Prüfkontaktsystems
durch Befestigungsmittel verbunden, wie etwa Schrauben 254. Die
Muttern (Verbindungselemente) 260 für die Planaritätseinstellung
sind an wenigstens drei Stellen der Außenkante der Nadelkarte 60 vorgesehen.
Solche Positionen der Muttern 260 entsprechen vorzugsweise
den Scheitelpunkten eines regelmäßigen Dreiecks. 7 zeigt zudem die Schrauben 250,
die das Kontaktsubstrat 20 starr mit der Nadelkarte 60 verbinden.
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10 zeigt
ein Beispiel einer Anordnung in Zusammenhang mit der Schraubenmutter 260,
die auf der Oberfläche
der Nadelkarte 60 ausgebildet ist. Die Drehungseinstellvorrichtung 220 weist
eine Öffnung
am Boden auf (8C), so
dass sie mit den Muttern 260 auf der Nadelkarte 60 zusammenpasst. Die
Nadelkarte 60 weist radiale Skalen oder Markierungen um
die Muttern 260 herum auf, um leicht den Grad der Drehung
der Mutter 260 durch die Drehungseinstellvorrichtung 220 zu
beobachten. Die Nadelkarte 60 weist zudem Zapfenlöcher 264 auf,
um darin Zapfen 225 der Drehungseinstellvorrichtung aufzunehmen.
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Die 8A bis 8C zeigen eine Draufsicht, eine
Vorderansicht bzw. eine Ansicht von unten der Drehungseinstellvorrichtung 220 der
vorliegenden Erfindung. Wie es in 8B gezeigt
ist, ist die Drehungseinstellvorrichtung 220 im Grunde
aus einem oberen Knopf 221, einem unteren Knopf 222 und
einer Knopfbasis 223 aufgebaut. In 8A weist der obere Knopf 221 eine
Markierung M auf der Oberseite auf, so dass der Bedienungsmann in
Verbindung mit der radialen Skala 262, die auf der Nadelkarte 60 vorgesehen
ist (10), den Grad der
Drehung feststellen kann. Der obere Knopf 221 und der untere Knopf 222 sind
beispielsweise durch Schrauben, die durch Befestigungslöcher 221a laufen,
miteinander verbunden. Um ein Abrutschen zu verhindern, ist die Seitenfläche des
oberen Knopfs 221 mit Kerben oder Greifbändern ausgestattet.
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Wie es in den 8B und 8C gezeigt
ist, sind die Knopfbasis 223 und der untere Knopf 222 drehbar
miteinander verbunden. Die Knopfbasis 223 weist an seiner
Unterseite Zapfen auf, die in die Zapfenlöcher 264 auf der Nadelkarte 60 eingesetzt
werden können.
Auf diese Weise verankert sich die Knopfbasis 223 bei Verwendung
auf der Nadelkarte 60, während sich der obere Knopf 221 und
der untere Knopf 222 auf der Knopfbasis 223 drehen,
um die Mutter 260 einzustellen. Der obere Knopf 221 weist einen
unteren verlängerten
Abschnitt 221b auf, der eine Öffnung 221c besitzt.
Die Mutter 260 passt in die Mutter 221c, so dass
die Mutter 260 durch Drehung des oberen Knopfs 221 und
des unteren Knopfs 222 gedreht wird.
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Die 9A bis 9G zeigen Explosionsansichten
der Drehungseinstellvorrichtung 220 der vorliegenden Erfindung.
Der obere Knopf 221 von 9A weist
den unteren verlängerten
Abschnitt 221b auf, der zur Mutter 260 auf der
Nadelkarte 60 reicht, wenn die Planarität eingestellt wird. Der untere
Knopf 222 von 9D weist
viele Haltelöcher 235 auf,
um darin Stempel 233 von 9C und
Federn von 9B aufzunehmen.
Obwohl es nicht gezeigt ist, sind die unteren Teile der Haltelöcher 235 im
Durchmesser vermindert, so dass nur die unteren Spitzen der Stempel 233 aus
der Unterseite des unteren Knopfes 222 herausragen können. Die
Stempel 233 sind aus einem geschmierten Kunststoff oder
einem mit geringer Reibung gefertigt, wie etwa Acetal oder Delin,
die von DuPont geliefert werden.
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Die Knopfbasis 223 von 9F weist eine große Anzahl
an radialen Rillen 236 auf der Oberseite auf. Im zusammengebauten
Zustand kommen die unteren Spitzen der Stempel 233 durch
die Kraft der Federn 232 nach unten mit den Rillen 236 in
Eingriff. Der Abstand der Haltelöcher 235 auf
dem unteren Knopf 222 und der Abstand der radialen Rillen 236 auf
der Knopfbasis 223 sind so entworfen, dass sie sich leicht
voneinander unterscheiden. Beim Drehen der Mutter 250 erzeugt
die Drehungseinstellvorrichtung 20 auf diese Weise durch
das Eingreifen der Stempel 233 in die Rillen 236 sehr
kleine Drehungsschritte, während
Knackgeräusche
an den Bedienungsmann weitergegeben werden.
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Die Knopfbasis 223 ist mittels
eines oberen Halterings 234 von 9E und eines unteren Halterings 238 von 9G mit dem unteren Knopf 222 verbunden.
Der obere Haltering 234 mit einem Flansch 237 wird
in den unteren Knopf 222 aus dessen oberer Öffnung eingesetzt
und in der unteren Position des unteren Knopfes 222 gehalten.
Durch Verbinden des oberen Halterings 234 mit dem unteren Haltering 238,
wobei die Knopfbasis 223 zwischen dem unteren Knopf 222 und
dem unteren Haltering 238 eingeklemmt ist, ist die Knopfbasis 223 drehbar mit
dem unteren Knopf 222 und dem oberen Knopf 221 verbunden.
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11 ist
eine Querschnittansicht, die ein weiteres Beispiel des Prüfkontaktsystems
der vorliegenden Erfindung zeigt, das einen Planaritätseinstellmechanismus
aufweist. Bei diesem Beispiel ist zwischen der Nadelkarte 60 und
dem Nadelkartenring 242 ein Zwischenring 246 vorgesehen.
Der Zwischenring 246 und die Nadelkarte 60 sind miteinander
durch Befestigungsmittel verbunden, wie etwa Schrauben 258 (12). Der Planaritätseinstellmechanismus
(beispielsweise das Verbindungselement, das aus Muttern 260 und
Schraubbolzen 262 gebildet wird) ist in der Art und Weise
angebracht, dass der Zwischenring 246 und der Nadelkarienring 242 an drei
oder mehr Stellen miteinander verbunden werden.
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Ähnlich
dem Beispiel von 6 und 7 verursacht die Drehung
der Muttern 260 vertikale Bewegungen der Schraubbolzen 262,
wodurch die Lücke zwischen
dem Zwischenring 246 (Nadelkarte 60) und dem Nadelkartenring 242 und
auf diese Weise zwischen dem Kontaktsubstrat 20 und der
Halleiterscheibe 300 verändert wird. Bei dieser Anordnung werden
die vertikalen Positionen des Zwischenrings 246, d. h.
die Außenkanten
der Nadelkarte 60, an drei oder mehr Stellen verändert. Deshalb
werden die Spitzen der Kontaktgeber 30 auf dem Kontaktsubstrat 20 so
eingestellt, dass sie bezüglich
der Oberfläche
der Halbleiterscheibe 300 flach sind. Bei diesem Beispiel
sind die Nadelkarte und das Kontaktsubstrat 20 starr miteinander
verbunden und die Nadelkarte und der Zwischenring sind starr miteinander
verbunden. Auf diese Weise wird die Planarität der Kontaktgeber 30 durch
Veränderung
der Neigung der mit dem Zwischenring 246 verbundenen Nadelkarte 60 bezüglich der
Oberfläche
des Nadelkartenrings 242 eingestellt, d. h. dem Rahmen 240 des
Prüfkontaktsystems.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Oberseite der Nadelkarte 60,
des Zwischenrings 246 und der Nadelkartenrings 242 im
Prüfkontaktsystem
der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Nadelkartenring 242 ist
durch Befestigungsmittel, wie etwa Schrauben 254, mit dem
Rahmen 240 des Prüfkontaktsystems
verbunden. Die Muttern (Verbindungselemente) 260 zur Planaritätseinstellung
sind an drei Stellen auf dem Zwischenring 246 an Positionen
von Scheitelpunkten des Dreiecks ausgebildet. Die Muttern 60 verbinden
den Zwischenring 246 mit der Nadelkarte 242 in
der Weise, dass die Lücke
dazwischen eingestellt werden kann.
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Ähnlich
zum Beispiel von 10 kann
der Zwischenring 246 radiale Skalen um die Muttern 260 herum
und Zapfenlöcher 264 zur
leichten und exakten Drehung der Muttern 260 unter Verwendung
der Drehungseinstellvorrichtung 220 beinhalten. 12 zeigt zudem die Schrauben 250,
die das Kontaktsubstrat 20 starr mit der Nadelkarte 60 verbinden.
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13 zeigt
ein weiteres Beispiel des Prüfkontaktsystems
der vorliegenden Erfindung zeigt, das einen Planaritätseinstellmechanismus
aufweist. Bei diesem Beispiel ist der Planaritätseinstellmechanismus ein automatisches
System zur Einstellung von Abständen
zwischen dem Kontaktsubstrat und der Halbleiterscheibe oder der
Referenzplatte. Der Einstellmechanismus enthält Motoren 420 zum
Drehen der Muttern 260 auf der Grundlage von Steuersignalen
von einem Steuergerät 430.
Das Steuergerät 430 erzeugt
die Steuersignale durch Berechnen der om Lückenmessinstrument 280 gemessenen
Lücken.
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Obwohl bei der vorherigen Beschreibung
der vorliegenden Erfindung der Nadelkartenring 242 und der
Zwischenring 246 kreisrund geformt sind, können diese
Elemente irgendeine Form aufweisen, wie etwa einen quadratischen
Rahmen. Für
diese Elemente ist es notwendig, dass sie sie zwischen der Nadelkarte 60 und
dem Gehäuse
oder Rahmen des Prüfkontaktsystems
oder des Substrathandhabungsgeräts,
wie etwa ein Halbleiterscheibenprüfgerät, gekoppelt werden.
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Die 14 und 15 veranschaulichen ein weiteres
Beispiel des Aufbaus eines Prüfkontaktsystems,
das einen Planaritätseinstellmechanismus
der vorliegenden Erfindung aufweist. 14 ist
eine Querschnittansicht und 15 ist
eine perspektivische Ansicht des Prüfkontaktsystems der vorliegenden
Erfindung.
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Das Kontaktsubstrat 20,
das eine Vielzahl von Kontaktgebern 30 aufweist, ist auf
der Nadelkarte 60 durch einen Tragrahmen 55 und
ein leitfähiges Elastomer 50 befestigt.
Der Tragrahmen 55 zum Tragen des Kontaktsubstrats 20 ist
mit der Nadelkarte 60 mittels Befestigungsmitteln verbunden,
wie etwa Schrauben 350. Wie es unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde, baut
das leitfähige
Elastomer 50 lediglich in der vertikalen Richtung eine
elektrische Leitfähigkeit
auf, d. h. zwischen dem Kontaktsubstrat 20 und der Nadelkarte 60.
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Auf der Oberseite des Kontaktsubstrats 20 sind
Elektroden 292 angebracht. Alternativ können die Elektroden 292 auf
der Unterseite des Tragrahmens 55 ausgebildet sein. Die
Elektroden 292 sind an drei oder mehr Stellen auf der Unterseite
des Kontaktsubstrats 20 vorgesehen. Jede Stelle der Elektrode 292 befindet
sich bevorzugt in der Weise nahe einer Kante des Kontaktsubstrats 20,
dass sie Scheitelpunkte eines Dreiecks oder eines Vielecks bildet.
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Die Nadelkarte 60 ist durch
einen Nadelkartenring 360 auf einem Rahmen 340 des
Prüfkontaktsystems
befestigt. Der Nadelkartenring 360 ist mit dem Rahmen 340 durch
Befestigungsmittel, wie etwa Schrauben 352, befestigt.
Zwischen der Nadelkarte 60 und dem Nadelkartenring 260 sind
drei oder mehr dünne
Beilagscheiben 70 eingesetzt, wie etwa dünne Platten
oder Filme, um die Planarität
der Kontaktgeber 30 einzustellen. Ein Beispiel der Beilagscheibe 70 schließt einen
Teflonfilm, einen Mylarfilm, einen Metallfilm, eine Metallplatte
und dergleichen ein. Eine zu testende Halbleiterscheibe 300 wird
auf einer Einspannvorrichtung 180 des Substrathandhabungsgeräts 400 (1) platziert, wie etwa ein
Halbleiterscheibenprüfgerät. Obwohl
es nicht gezeigt ist, ist es in Fachkreisen bekannt, dass der Rahmen 340 des Prüfkontaktsystems
und das Gehäuse
des Substrathandhabungsgeräts
mechanisch miteinander verbunden sind.
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Das Beispiel von 14 zeigt darüber hinaus Lückensensoren 290 auf
der Halbleiterscheibe 300 und ein Lückenmessinstrument 280,
das Signale von den Lückensensoren 290 erhält. De Lückensensoren 290 sind
ebenfalls Elektroden und sind an Stellen auf der Oberfläche der
Halbleiterscheibe 300 platziert, die denen der Elektroden 292 auf
der Unterseite des Kontaktsubstrats entsprechen, d. h. an drei oder mehr
Stellen darauf. Die Beziehung zwischen dem Lückensensor 290 und
den Elektroden kann umgekehrt werden. Der Lückensensor 290 kann
nämlich auf
der Unterseite des Kontaktsubstrats angebracht sein und die Elektrode 292 kann
auf der Oberseite der Halbleiterscheibe 300 angebracht
sein. Des Weiteren kann anstelle der kundenspezifischen Halbleiterscheibe 300 eine
Referenzplatte verwendet werden, die beispielsweise aus Keramik
oder Aluminium gefertigt ist, so dass die Planarität des Prüfkontaktsystems
durch den Hersteller vor dem Versand an den Kunden eingestellt wird.
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Beispielsweise ist der Lückensensor 290 ein Kapazitätssensor,
um die Kapazität
zwischen dem Sensor 290 und der Gegenelektrode 292 zu
messen. Der gemessene Kapazitätswert
ist eine Funktion des Abstands zwischen dem Sensor und der Elektrode. Durch Überwachen
der durch das Lückenmessinstrument 280 gemessenen
Lückengröße zwischen dem
Sensor 290 und der Elektrode 292 stellt ein Bedienungsmann
die Anzahl der Beilagscheiben 70, die zwischen der Nadelkarte 60 und
dem Nadelkartenring 360 eingesetzt werden, in der Weise
ein, dass die Lücken
an jeder der drei Stellen einander identisch werden.
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15 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Oberseite der Nadelkarte
60 im Prüfkontaktsystem
der vorliegenden Erfindung von 14 zeigt.
Die Beilagscheiben 70 werden zwischen der Nadelkarte 60 und
dem Nadelkartenring 360 an beispielsweise drei oder mehr
Stellen eingesetzt, wie es in 15 gezeigt
ist. Wenn drei stellen der Beilagscheiben verwendet werden, werden
diese drei Stellen vorzugsweise so gewählt, dass sie Scheitelpunkte
eines regelmäßigen Dreiecks
sind. Die Zahl der Beilagscheiben 70 wird eingestellt,
um den Winkel der Nadelkarte sowie des Kontaktsubstrats 20,
das starr mit der Nadelkarte verbunden ist, einzustellen. Solch
eine Einstellung wird auf der Grundlage der Ablesung des Lückenmessinstruments 280 vorgenommen,
welches den Abstand zwischen den Elektroden 290 und 292 an
jeder der drei oder mehr Stellen misst.
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Erfindungsgemäß ist das Prüfkontaktsystem in
der Lage, die Abstände
zwischen den Enden der Kontaktgeber und der Oberfläche der
sich im Test befindlichen Halbleiterscheibe oder der Referenzplatte einzustellen.
Der Planaritätseinstellmechanismus
ist in der Lage, die Abstände
zwischen dem Kontaktsubstrat und der Halbleiterscheibe so einzustellen,
dass alle Kontaktgeber auf dem Kontaktsubstrat im Wesentlichen gleichzeitig
mit dem gleichen Druck mit der Oberfläche der Halbleiterscheibe in
Kontakt kommen.
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Der beim Prüfkontaktsystem der vorliegenden
Erfindung zu verwendende Planaritätseinstellmechanismus schließt die Drehungseinstellvorrichtung
zum Drehen der Muttern auf der Nadelkarte mit feinen Schritten ein,
wodurch die Abstände
zwischen dem Kontaktsubstrat und der Halbleiterscheibe leicht und
exakt eingestellt werden. Der Planaritätseinstellmechanismus der vorliegenden
Erfindung kann durch Einbeziehung der Motoren zum Antreiben der Muttern
auf der Nadelkarte und des Steuergeräts, das auf der Grundlage der
von den Lückensensoren gemessenen
Lücken
Steuersignale für
die Motoren erzeugt, als automatisches System aufgebaut sein.
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Obwohl hierin nur ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
speziell veranschaulicht und beschrieben wurde, wird man einsehen,
dass bei der vorliegenden Erfindung im Licht der obigen Lehren und
innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche viele Modifikationen und
Variationen möglich sind,
ohne von der Wesensart und dem beabsichtigten umfang der Erfindung
abzuweichen.
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Zusammenfassung
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Ein Prüfkontaktsystem ist in der Lage,
die Abstände
zwischen den Enden der Kontaktgeber und Kontaktzielen durch einen
einfachen und kostengünstigen
Mechanismus einzustellen. Das Prüfkontaktsystem
enthält
ein Kontaktsubstrat, das eine große Anzahl an Kontaktgebern
auf dessen Oberfläche befestigt
aufweist, eine Nadelkarte zum Befestigen des Kontaktsubstrats, um
eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktgebern und Testsystem aufzubauen,
einen Nadelkartenring, der auf einem Rahmen des Prüfkontaktsystems
angebracht ist, um die Nadelkarte mechanisch mit dem Rahmen zu verbinden,
und eine Vielzahl von Verbindungselementen zum Verbinden der Nadelkarte
mit dem Nadelkartenring an drei oder mehr Stellen auf der Nadelkarte,
wobei das Verbindungselement einstellbar ist, um eine Lücke zwischen
der Nadelkarte und dem Nadelkartenring zu verändern.