DE4301420A1 - Contact arrangement for wafer prober - has silicon base body with silicon tongues carrying metallised silicon contacting elements - Google Patents

Description

Die Funktionsweise von Bauelementen der Mikroelektronik wird üblicherweise in rechnergesteuerten Testautomaten durch Ana­ lyse der an den Bauelementausgängen abgegriffenen Signale überprüft. Da diese Tests im allgemeinen keine Rückschlüsse auf die jeweilige Fehlerursache oder den Fehlerort zulassen, ist man häufig gezwungen, zusätzliche Messungen an Leiterbah­ nen im Innern des Bauelements durchzuführen. Hierbei kommen insbesondere die aus (1) bekannten Meßverfahren zur Anwen­ dung, bei denen eine Elektronensonde auf einer Leiterbahn po­ sitioniert bzw. über die Bauelementoberfläche abgelenkt und synchron mit dem Bauelementtakt eingetastet wird.

Um Funktionstest in Prüfautomaten und Elektronenstrahlmeßge­ raten durchführen zu können, muß man den Prüfling mit geeig­ neten Testsignalen ansteuern. Die elektrische Verbindung zwi­ schen dem jeweiligen Testsystem und dem Prüfling wird hierbei durch einen sogenannten Kontaktadapter hergestellt, der der Geometrie des Prüflings, der Art der Testsignale in Bezug auf den geforderten Strom-, Spannungs- und Frequenzbereich und den durch den Tester selbst vorgegebenen geometrischen Ver­ hältnissen angepaßt sein muß. Diesen Adapter kann man daher meist nicht käuflich erwerben, sondern muß ihn individuell entwerfen und anfertigen. Ähnliche Probleme treten auf bei der Kontaktierung von Leiterplatten und Mikroverdrahtungen, deren elektrische Eigenschaften in einem entsprechenden Test­ system überprüft werden sollen.

Bisher werden Kontaktadapter aus federnden, auf einer Grund­ platte montierten Metallnadeln, aus federnd in Hülsen gela­ gerten Kontaktstiften oder aus geätzten und anschließend ge­ bogenen Kammstrukturen aufgebaut. Bei diesen Adaptern berei­ tet die Kontaktierung großflächiger Prüflinge mit einer Viel­ zahl von Kontaktstellen besondere Schwierigkeiten, da sich die Metallnadeln und Kontaktstifte nur schwer gleichmäßig und mit derselben Andruckkraft aufsetzen lassen. Diese Probleme verschärfen sich noch, wenn man den Adapter zur Kontaktierung eines in der Probenkammer eines Elektronenstrahlmeßgeräts angeordneten Prüflings verwenden will.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer einfach aufgebau­ ten und kostengünstig herzustellenden Kontaktierungsvorrich­ tung. Die Kontaktierungsvorrichtung soll insbesondere auch in der Probenkammer eines modernen Elektronenstrahlmeßgeräts verwendet werden können, wo für die aus dem Kontaktadapter und dem Prüfling bestehende Einheit nur sehr wenig Raum zur Verfügung steht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ei­ ne Kontaktierungsvorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Kontaktierungsvorrichtung besitzt die folgenden Vorteile:

• 1) An die Stelle der aufwendigen und damit teuren mechani­ schen Fertigung treten die aus der Halbleitertechnologie bekannten Verfahren der Mikromechanik.
• 2) Alle Kontaktierungselemente liegen auch ohne aufwendige Justiermaßnahmen exakt in derselben Ebene.
• 3) Durch Aufbringen von Metallisierungen und isolierenden Schichten können Hochfrequenzleitungen über federnde Zun­ gen bis zu den Kontaktierungselementen in Koplanar- oder Streifenleitertechnik ausgeführt werden.
• 4) Die die Kontaktierungselemente tragenden Siliziumzungen besitzen elastische Eigenschaften, die denen von Metallen deutlich überlegen sind. Dies erleichtert die Handhabung des Adapters erheblich.
• 5) Die Kontaktierungsvorrichtung besitzt einen extrem flachen Aufbau. Sie kann daher auch in der Probenkammer eines Elektronenstrahlmeßgeräts verwendet werden, wo nur ein enger Spalt für die Anordnung des Adapters zur Verfügung steht.

Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildun­ gen der im folgenden anhand der Zeichnung erläuterten Erfin­ dung. Hierbei zeigt Fig. 1 den schematischen Aufbau der Kon­ taktierungsvorrichtung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Kontaktierungsvorrichtung han­ delt es sich um einen sogenannten Wafer-Prober für den bei­ spielsweise aus (1) bekannten Elektronenstrahltester. In die­ sem Gerät steht nur ein enger Spalt für die Anordnung des Probers zur Verfügung, da die Probenkammer ein sehr kleines Volumen aufweist und der Prüfling aus elektronenoptischen Gründen unmittelbar unterhalb der mit einem Detektorsystem und einer Absaugelektrode ausgestatteten Objektivlinse gehaltert werden muß. Der Wafer-Prober besitzt daher einen extrem fla­ chen Aufbau und Übergänge 1 auf Koaxialleitungen 2, die leicht zugänglich außerhalb des der Kontaktierung dienenden zentralen Proberbereichs liegen. Die Koaxialleitungen 2 werden über die in der Wand der Probenkammer vorhandenen Vakuumdurchführungen nach außen geführt und mit geeigneten Testsignalen beauf­ schlagt. Der nur etwa 1 mm dicke und eine quadratische oder rechteckige Ausnehmung 3 aufweisende Grundkörper 4 des Wafer- Probers besteht vorzugsweise aus Silizium, dessen Oberfläche mit einer Passivierungsschicht versehen ist. Als Kontaktie­ rungselemente dienen metallisierte Siliziumzapfen 5, die man insbesondere durch Anwendung des aus (2) bekannten CVD-Verfah­ rens (CVD: = Chemical Vapor Deposition) am Ende der überhän­ genden Siliziumzungen 6 aufbaut. Die Dicke dieser federnden Zungen 6 beträgt nur etwa 5 bis 15 um. Sie werden ebenso wie die zentrale Ausnehmung 3 mit Hilfe der in (3) beschriebenen Verfahren der Mikromechanik erzeugt.

Neben den Kontaktierungselementen 5 tragen die Siliziumzungen 6 auch die Signalzuführungen 7, die als einfache Metallisie­ rungen oder bei Hochfrequenzuntersuchungen auch als Koplanar- oder Streifenleiter ausgebildet sein können. Der Wafer-Prober ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit abgeflachten Sei­ tenteilen 8 ausgestattet, die an dem plattenförmigen Grund­ körper 4 befestigt sind und vorzugsweise aus Keramik bestehen. Diese Seitenteile 8 enthalten die in bekannter Weise ausgebil­ deten Koax-Übergänge 1. Für eine elektrisch leitende Verbin­ dung zwischen den auf dem Grundkörper 4 und den Seitenteilen 8 vorhandenen Signalzuführungen 7 sorgen flache Bondverbindungen 9 aus Gold. Die keramischen Seitenteile 8 können auch ent­ fallen, wenn man den Grundkörper 4 selbst seitlich abflacht.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschrie­ benen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann ohne weiteres von der in der Zeichnung dargestellten quadratischen Anordnung der Kontaktierungselemente 5 abgewichen werden. Auch müssen die Siliziumzungen 6 nicht notwendigerweise alle dieselbe Länge besitzen. Ihre Anzahl und Anordnung ist vielmehr den je­ weiligen Gegebenheiten anzupassen. Dies bereitet keine Schwie­ rigkeiten, da die Verfahren der Mikromechanik eine große Fle­ xibilität in der Fertigung des Adapters gewährleisten.

(1) Microelectronic Engineering 4 (1986), S. 77-106 (2) Physikalische Blätter 39 (1983) Nr. 9, S. 319-320 (3) Microelectronic Engineering 3 (1985) S. 221-234.

Claims (9)

1. Kontaktierungsvorrichtung gekennzeichnet durch,

• - einen eine zentrale Ausnehmung (3) aufweisenden Grundkörper (4) und,
• - mehrere überhängende Zungen (6), die jeweils ein Kontaktie­ rungselement (5) und elektrisch leitende Verbindungen (7) zu einem dem Kontaktierungselement (5) zugeordneten äußeren Anschlußelement (1) tragen.

2. Kontaktierungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, einen plattenförmigen Grundkörper (4).

3. Kontaktierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (4) und die überhängenden Zungen (6) aus Silizium bestehen.

4. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizium mit einer Passivierungsschicht versehen ist.

5. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch, nadelförmige Kontaktierungselemente (5).

6. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungselemente (5) aus metallisiertem Silizium bestehen.

7. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (4) seitlich abgeschrägt ist.

8. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Grundkörper (4) abgeschrägte Seitenteile (8) befestigt sind und daß die Seitenteile (8) die äußeren Anschlußelemente (1) enthalten.

9. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Verbindungen (7) als Koplanar- oder Streifenleiter ausgeführt sind.