DE10201491C1

DE10201491C1 - Probe system and method for its production

Info

Publication number: DE10201491C1
Application number: DE2002101491
Authority: DE
Inventors: Peter Gluche; Stephan Ertl; Joachim Kusterer
Original assignee: GFD Gesellschaft fuer Diamantprodukte mbH
Current assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: WO2003060529A1; AU2002361410A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Meßspitzensystem zum Kontaktieren von Strukturen, bestehend aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Finger mit einem kontaktseitigen Ende zum Kontakt mit der Struktur und einem Ende zum Verbinden mit mindestens einem Leiter, wobei der mindestens eine Finger mindestens im Bereich des kontaktseitigen Endes aus leitfähigem Diamant oder aus isolierendem Diamant mit einer auf dessen Oberfläche aufgebrachten leitfähigen Diamantschicht und/oder Metallisierungsschicht besteht.The present invention relates to a measuring tip system for contacting structures, consisting of at least one electrically conductive finger with a contact-side end for contact with the structure and one end for connecting to at least one conductor, the at least one finger made of conductive at least in the region of the contact-side end Diamond or insulating diamond with a conductive diamond layer and / or metallization layer applied to its surface.

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßspitzensystem zum Kon taktieren von planaren Strukturen, bei dem mindestens ein elektrisch leitfähiger Finger mit einem kontakt seitigen Ende zum Kontakt mit der planaren Struktur und einem Ende zum Verbinden mit mindestens einem Leiter vorgesehen ist. Wesentlich beim Meßspitzensy stem nach der Erfindung ist, daß der mindestens eine Finger mindestens im Bereich des kontaktseitigen En des aus leitfähigem dotiertem Diamant oder aus Dia mant besteht, dessen Oberfläche eine leitfähige Dia mantschicht und/oder Metallisierung aufweist.The invention relates to a probe system for Kon tacting of planar structures, in which at least an electrically conductive finger with a contact side end for contact with the planar structure and one end for connecting to at least one Head is provided. Essential for the probe tip system stem according to the invention is that the at least one Finger at least in the area of the contact-side En that of conductive doped diamond or of dia mant exists, the surface of which is a conductive slide coat and / or metallization.

Zum Testen von beispielsweise auf Wafern hergestell ten, elektronischen Schaltungen und Einzelbauteilen auf deren Funktionsfähigkeit und deren elektrische Eigenschaften werden üblicherweise Meßspitzen verwen det, welche auf entsprechende Kontaktstellen der zu testenden elektronischen Schaltung mechanisch aufset en. Derartige zu testende elektronische Schaltungen er zeugen bzw. verarbeiten zunehmend auch Hochfrequenzsignal, so dass an die Messspitze hohe Anforderungen gestellt werden. Be kannte Messspitzen für derartige Anwendungen bestehen im Regel fall aus koplanaren Leiterstrukturen, wobei ein Signalleiter und ein Masseleiter derart voneinander beabstandet sind, dass sich eine gewünschte konstante Impedanz (Wellenwider stand)ergibt. Eine derartige Messspitze ist z. B. in aus US 4 697 143 beschrieben. Weitere Messspitzen sind in der US 5,561,378 der US 5,508,630 und der US 5,506,515 bekannt. Die US-Patentschrift US 5,763,879 A offenbart ein aus einem refrak tären Metallfinger bestehendes Messspitzensystem. Die Oberflä che des Metallfingers weist eine Doppelbeschichtung aus Diamant und einer zweiten leitfähigen Komponente auf, für die leitfähi ges Diamant oder ein Metall verwendet werden kann.For testing, for example, manufactured on wafers electronic circuits and individual components on their functionality and their electrical Properties are usually used with measuring tips det, which to corresponding contact points of the mechanical circuit under test s. Such electronic circuits to be tested he increasingly generate or process high-frequency signals, too that high demands are placed on the measuring tip. Be Known measuring tips usually exist for such applications case of coplanar conductor structures, being a signal conductor and a ground conductor are spaced from each other such that a desired constant impedance (wave resistance standing) results. Such a measuring tip is e.g. B. in from US 4,697,143 described. Further measuring tips are in US 5,561,378 US 5,508,630 and US 5,506,515. The US Pat. No. 5,763,879 A discloses one made from a refrak existing metal finger tip system. The surface The surface of the metal finger has a double coating of diamond and a second conductive component for which conductive diamond or a metal can be used.

Die Druckschrift "Diamant aus heißen Gasen", Spektrum der Wis senschaft(September, 1992)offenbart die Verwendung von Si- Substraten als Hilfsträger zur Erstellung von selbsttragenden Diamantstrukturen.The publication "Diamond from hot gases", spectrum of wis society (September, 1992) discloses the use of silicon Substrates as subcarriers for the creation of self-supporting Diamond structures.

Die JP 2000031638 A offenbart ein Verfahren zur Schaffung eines leitenden Durchgangsloches in einer Diamantplatte. Dabei wird das Durchgangsloch durch einen Energiestrahl in die Diamant platte gebracht und die Innenseiten des Durchgangsloches vom Graphit, der sich dort nach einer solchen Behandlung bildet, befreit und mit Metall beschichtet.JP 2000031638 A discloses a method for creating a conductive through hole in a diamond plate. Doing so the through hole through an energy beam into the diamond brought plate and the inside of the through hole from Graphite that forms there after such treatment, freed and coated with metal.

Die DE 100 25 211 A1 offenbart eine Testfassung aus Kontaktan schlüssen zum elektrischen Kontaktieren von externen Verbin dungsanschlüssen einer elektronischen Vorrichtung, die jeweils eine abgerundete Spitze mit einem zusätzlichen, aus glatten, gekrümmten Vorsprüngen bestehenden Profil aufweisen.DE 100 25 211 A1 discloses a test version from Kontaktan conclusions on the electrical contacting of external connections connections of an electronic device, each a rounded tip with an additional, made of smooth, have curved projections existing profile.

Dabei wird als leitfähige harte Oberfläche u. a. ein diamantartiger Kartonfilm (DLC) verwendet. Die DE 38 22 766 A1 sieht zur Herstellung von Leiterplatten die Beschichtung von Trägermaterial mit Material vor, das im Be reich der Leiterbahnen durch chemische oder physikalische Ein wirkung von einem nichtleitenden Zustand in einen leitenden Zu stand überführt wird.It is used as a conductive hard surface. a. a diamond-like cardboard film (DLC) is used. DE 38 22 766 A1 provides for the manufacture of printed circuit boards Coating of carrier material with material in the Be range of conductor tracks through chemical or physical input effect from a non-conductive state to a conductive state got transferred.

Die JP 63182501 A schlägt zur Schaffung eines Spitzen, harten und an der Spitze leitenden Metallstiftes die mechanische Po lierung eines Metallstabes zu einer kreisrund-komisch zulaufen den Spitze, die Synthese von laminierten Diamantkörner auf der Spitze und die ausschließende Deposition von leitendem Platin auf der Spitze vor. Die Diamantsynthese wird durch nicht-polare Mikrowellenentladung einer aus Wasserstoff und Kohlenwasser stoff bestehenden Gasmischung bewirkt.JP 63182501 A suggests creating a pointed, hard and at the top of the conductive metal pin the mechanical bottom lation of a metal rod to a circular-funny taper the top, the synthesis of laminated diamond grains on the Tip and the exclusive deposition of conductive platinum on top. The diamond synthesis is by non-polar Microwave discharge one of hydrogen and hydro existing gas mixture causes.

Als koplanare Leiterstrukturen im Stand der Technik werden u. a. Titan, CuBe/W, Silber, Chrom und/oder Gold genannt. Die An forderungen, die an diese Messspitzen gestellt werden, sind je doch sehr vielfältig. So muß die Messspitze nicht nur elekt risch leitend sein, sondern gleichzeitig hart, elastisch, ab riebfest und formstabil im µm-Bereich, sowie eine hohe Wärme leitfähigkeit aufweisen.As coplanar conductor structures in the prior art, u. a. Titanium, CuBe / W, silver, chrome and / or gold. The An The demands placed on these measuring tips are different but very diverse. So the measuring tip must not only elect risch conductive, but at the same time hard, elastic, from rub-resistant and dimensionally stable in the µm range, as well as high heat have conductivity.

Es hat sich nun gezeigt, dass die aus dem Stand der Technik be kannten Leiterstrukturen nicht alle diese Eigenschaften in be friedigender Weise erfüllen. Insbesondere lässt die Elastizität der Messspitzen des Standes der Technik bei einer hohen Antas tungszahl deutlich nach. Weiterhin ist es nachteilig, dass die Messspitze durch das Aufsetzen auf die meist aus Al bestehenden und mit Oxid bedeckten Kontaktstellen abgenutzt wird. Dadurch wird die Kontaktsicherheit verringert. Desweiteren kommt es häufig zur Bildung von Metallspänen und dadurch zu Kurzschlüs sen zwischen den Fingern, die ebenfalls das Messergebnis ver fälschen.It has now been shown that the be from the prior art conductor structures did not know all of these properties in be fulfill in a peaceful manner. In particular, the elasticity the measuring tips of the prior art with a high Antas number significantly. It is also disadvantageous that the Measuring tip by placing on the mostly made of Al and is worn with contact points covered with oxide. Thereby contact security is reduced. Furthermore, it comes often for the formation of metal chips and thus short circuits between the fingers, which also measure the measurement result fake.

Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Meßspitzensystem anzugeben, das in seinen Eigenschaften gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert ist und das gleichzeitig hart ist, so daß keine Abnützung auch nicht durch Al- Oxid eintritt und daß keine Späne anhaften. Weiter soll das Meßspitzensystem eine hohe Bruchspannung aufweisen, fehlerhafte Ausdehnungen vermeiden und keine plastische Verformung aufweisen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, daß das Meßspitzensystem nicht nur zum Messen einzelner Meß punkte geeignet sein soll, sondern daß gleichzeitig mit einem Meßvorgang mehrere Kontaktstellen gleich zeitig angetastet werden können. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein geeig netes Herstellungsverfahren für derartige Meßspitzen systeme anzugeben.Based on this, it is the task of the present one Invention to provide a novel probe system that in its properties compared to the state of the Technology is significantly improved and at the same time is hard, so that no wear, not even by aluminum Oxide occurs and that no chips adhere. Further the probe system should have a high breaking stress exhibit, avoid incorrect expansion and show no plastic deformation. Another The object of the present invention is that Probe system not only for measuring individual measurements points should be suitable, but that at the same time several contact points in one measurement process can be touched in time. Another job the present invention is a suitable netes manufacturing process for such measuring tips to specify systems.

Die Aufgabe wird in bezug auf das Meßspitzensystem durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspru ches 1 und in bezug auf das Verfahren zur Herstellung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspru ches 18 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhaf te Weiterbildungen auf.The task is related to the probe system by the characterizing features of claim ches 1 and in relation to the method of manufacture by the characterizing features of claim ches 18 solved. The subclaims advantageously show training courses.

Das Meßspitzensystem der Erfindung zeichnet sich so mit dadurch aus, daß der mindestens eine Finger aus Diamant besteht und dotierte leitfähige Diamantberei che und/oder Metallisierungen aufweist. Es ist dabei ausreichend, wenn die leitfähigen Diamantbereiche und/oder die Metallisierungsschichten mindestens vom kontaktseitigen Ende bis zum Bereich des Fingers führt, der mit dem Leiter verbindbar ist. Das Meß spitzensystem nach der Erfindung kann auch so ausge bildet sein, daß der Finger selbst aus dotiertem leitfähigen Diamant besteht. The probe system of the invention is characterized in this way with characterized in that the at least one finger Diamond exists and doped conductive diamond processing che and / or metallizations. It is there sufficient if the conductive diamond areas and / or the metallization layers at least from contact-side end up to the area of the finger leads, which can be connected to the conductor. The meas tip system according to the invention can also be so forms that the finger itself from doped conductive diamond.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Fingers, wie vorstehend beschrieben, vereint nun mehrere Vorteile. Dies liegt daran, daß Diamant nominell undotiert auf grund seiner Bandlücke von 5,45 eV als Isolator und dotiert als Leiter eine außerordentlich hohe Wärme leitfähigkeit aufweist, welche sogar noch deutlich höher liegt als die von Metallen wie Kupfer und Sil ber. Hierdurch kommt es schnell zu einer gleichmäßi gen Wärmeverteilung im Kontaktbereich und es treten keine hohen Temperaturgradienten auf. Das erfindungs gemäße Meßspitzensystem aus Diamant bzw. dotiertem Diamant weist noch weitere Vorteile auf. Dadurch, daß Diamant zu den härtesten Stoffen überhaupt zählt, wird gleichzeitig eine Abnutzung des Fingers beim Langzeitgebrauch vermieden und dadurch eine erhöhte Meßsicherheit gewährleistet.The inventive design of the finger, such as Described above now combines several advantages. This is because diamond is nominally undoped on due to its band gap of 5.45 eV as an isolator and endowed extremely high heat as a conductor has conductivity, which is even clear is higher than that of metals such as copper and sil ber. This quickly leads to a uniform heat distribution in the contact area and there no high temperature gradients. The invention appropriate measuring tip system made of diamond or doped Diamond also has other advantages. As a result of that Diamond is one of the hardest materials at the same time the finger becomes worn out Long-term use avoided and thereby increased Measurement certainty guaranteed.

Es hat sich weiter gezeigt, daß auch die Biegefestig keit des erfindungsgemäßen Meßspitzensystems, d. h. der einzelnen Finger deutlich über der liegt, wie sie bisher im Stand der Technik bekannt war. Dadurch wird eine höhere Kontaktkraft möglich. Gleichzeitig tritt keine plastische Verformung ein, die u. a. im HF- Bereich zu Fehlern führt. Beim erfindungsgemäßen Meß spitzensystem kommt es zudem zu keinen Ablagerungen von oxidischen Schichten an der Meßspitze. Das erfin dungsgemäße Meßspitzensystem bietet darüber hinaus noch den Vorteil, daß es durch geeignete Strukturie rung an die jeweilige zu kontaktierende Struktur op timal anpaßbar ist.It has also been shown that the flexural strength speed of the probe system according to the invention, d. H. of the individual fingers is clearly above how they are was previously known in the art. This will a higher contact force possible. Occurs at the same time no plastic deformation, which u. a. in HF Area leads to errors. When measuring according to the invention tip system there are also no deposits of oxide layers on the measuring tip. That invented probe tip system according to the invention also offers yet the advantage that it is through appropriate structure to the respective structure to be contacted op is timely adaptable.

Das erfindungsgemäße Meßspitzensystem ist dabei nicht nur für die Hochfrequenztechnik anwendbar sondern auch für Messungen im Niederfrequenzenbereich. Die Erfindung umfaßt somit Meßspitzensysteme die aus ei nem Leiter oder nur aus zwei Leitern oder auch aus mehr als drei Leitern bestehen.The measuring tip system according to the invention is not only applicable for high frequency technology but also for measurements in the low frequency range. The The invention thus includes probe systems made from egg one conductor or only two conductors or even there are more than three conductors.

Für den Fall der Hochfrequenztechnik besteht das Meß spitzensystem wie an für sich aus dem Stand der Tech nik bekannt, aus mindestens drei Finger, besonders bevorzugt aus drei Finger, wobei diese einen mittle ren Signalleiter und zwei koplanar zu diesem Signal leiter beabstandet angeordnete Masseleiter bilden. Der Aufbau dieser Meßspitze und die Geometrie ent sprechen ebenfalls denen, wie sie bisher aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der Abstand zwischen Signalleiter und Masseleiter ist entsprechend den De signkriterien für Wellenleiter in der HF-Technik aus gewählt. Im allgemeinen beträgt der Abstand 5 bis 150 µm. Der Abstand ist dabei von der Diamantdicke abhän gig. Bevorzugt ist es weiterhin, wenn diese Meßspitze für die Hochfrequenztechnik so ausgebildet ist, daß die Meßspitzen am kontaktseitigen Ende verjüngt zu laufen. Die jeweilige Form der Meßspitze hängt aber im wesentlichen von der zu kontaktierenden Struktur ab. Die Erfindung ist somit nicht auf ein spezielle Geometrie beschränkt.In the case of high-frequency technology, the measurement exists top system as it is from the state of the art nik known, from at least three fingers, especially preferably from three fingers, this one middle ren signal conductors and two coplanar to this signal Form conductors spaced-apart ground conductors. The structure of this probe tip and the geometry ent also speak to those who have previously come from the State of the art are known. The distance between Signal conductor and ground conductor is according to the De sign criteria for waveguides in HF technology selected. In general, the distance is 5 to 150 microns. The distance depends on the diamond thickness gig. It is also preferred if this measuring tip is designed for high frequency technology so that the measuring tips at the contact end taper to run. The respective shape of the measuring tip depends essentially from the structure to be contacted from. The invention is thus not specific Geometry limited.

Wesentlich bei der Erfindung ist, daß die Meßspitze selbst aus Diamant gebildet ist und daß deren Ober fläche zumindest bereichsweise aus einer leitenden Diamantschicht und/oder eine Metallisierungsschicht besteht. Alternativ kann der Finger selbst auch aus dotiertem leitfähigem Diamant bestehen.It is essential in the invention that the measuring tip itself is made of diamond and that their upper area at least in some areas from a conductive Diamond layer and / or a metallization layer consists. Alternatively, the finger itself can also be removed doped conductive diamond exist.

Die vorliegende Erfindung umfaßt aber nicht nur Meß spitzen aus einzelnen Leitern sondern betrifft auch ein Meßspitzensystem in Form eines Arrays. Dieses Meßspitzensystem ist dabei so aufgebaut, daß mehrere zueinander beabstandete Finger vorgesehen sind. Die Anzahl und Anordnung der Finger entspricht der zu kontaktierenden Struktur. Die einzelnen Finger sind zueinander isoliert und im Kontaktbereich der Finger weisen diese eine aus der Array-Struktur herausragen de Erhebung auf. Die Finger bestehen in diesem Fall aus isolierendem Diamant. Die dotierte leitfähige Diamantschicht und/oder Metallisierungsschicht ist dabei so geführt, daß sie mindestens vom kontaktsei tigen Bereich bis zum Bereich des Arrays führt, der mit dem Leiter kontaktierbar ist.The present invention does not only include measuring point out individual conductors but also affects a probe system in the form of an array. This Probe system is designed so that several spaced fingers are provided. The The number and arrangement of the fingers corresponds to the contacting structure. The individual fingers are isolated from each other and in the contact area of the fingers have these protrude from the array structure de survey on. The fingers exist in this case made of insulating diamond. The doped conductive Diamond layer and / or metallization layer guided so that they at least from contact area to the area of the array that can be contacted with the conductor.

Die Erhebung ist dabei so ausgebildet, daß sie dazu geeignet ist, einen Kontakt mit der zu kontaktieren den Struktur herzustellen. Die Erfindung umfaßt alle diesbezüglichen Formen. Bevorzugt ist die Erhebung pyramidenförmig bzw. pyramidenstumpfförmig oder ke gel- bzw. kegelstumpfförmig.The survey is designed so that it does so is suitable to contact a contact with the to manufacture the structure. The invention includes all related forms. The survey is preferred pyramid-shaped or truncated pyramid-shaped or ke gel or truncated cone-shaped.

Um einen sicheren Kontakt zu gewährleisten ist es er forderlich, daß die Erhebung 1-500 µm, bevorzugt 5- 200 µm aus dem Array herausragt. Zur Verhinderung ei nes Kurzschlusses müssen selbstverständlich die ein zelnen Finger zueinander isoliert sein. Eine Isolie rung ist dabei einerseits durch einen Luftspalt mög lich oder durch ein isolierendes Material wie z. B. Diamant.To ensure safe contact, it is required that the survey 1-500 µm, preferably 5- 200 µm protrudes from the array. To prevent egg of a short circuit must of course individual fingers are isolated from each other. An isolation tion is possible on the one hand through an air gap Lich or by an insulating material such. B. Diamond.

In bezug auf die zu kontaktierende Struktur umfaßt die Erfindung sowohl planare Strukturen als auch Strukturen wie vorstehend beschrieben, die als plana res Array bezeichnet werden.Regarding the structure to be contacted the invention both planar structures as well Structures as described above, which are called plana res array.

Der Diamant, der für das erfindungsgemäße Meßspitzen system verwendet wird, weist dabei bevorzugt eine Dicke von 5 bis 250 µm auf. Es hat sich gezeigt, daß auch bei einer Dicke von 5 bis 25 µm überragende Me ßergebnisse in bezug auf die Biegefestigkeit erreicht werden.The diamond used for the measuring tips according to the invention system is used, preferably has one Thickness from 5 to 250 microns. It has been shown that Outstanding Me even with a thickness of 5 to 25 µm Results in terms of flexural strength achieved become.

Die leitfähige dotierte Diamantschicht, die auf die isolierende Diamantschicht aufgebracht wird, kann ei ne Dicke von 50 nm bis 250 µm besitzen. Gleiches gilt für die Metallisierungsschicht.The conductive doped diamond layer on the insulating diamond layer is applied, egg ne thickness of 50 nm to 250 microns. same for for the metallization layer.

Die dotierte Diamantschicht bzw. die Metallisierungs schicht bedeckt dabei nicht die komplette Oberfläche des Diamanten, um einen Kurzschluß zu verhindern. Es ist auch möglich, die elektrisch leitfähige Schicht bzw. die dotieren Diamantbereiche in Form von Leiter bahnen auszubilden. Es ist dabei ausreichend, wenn die leitfähige Diamantschicht und/oder die Metalli sierungsschicht mindestens vom kontaktseitigen Be reich bis zum Bereich führt, das mit dem Leiter ver bindbar ist. Herstellungsbedingt ist es jedoch mei stens günstig, wenn der komplette Finger mit der Me tallisierungsschicht und/oder der dotierten leitfähi gen Schicht versehen ist.The doped diamond layer or the metallization layer does not cover the entire surface of the diamond to prevent a short circuit. It is also possible the electrically conductive layer or the doped diamond areas in the form of conductors train tracks. It is sufficient if the conductive diamond layer and / or the metalli at least from the contact side leads to the area that ver is binding. Due to the manufacturing process, however, it is mei very cheap if the entire finger with the Me tallization layer and / or the doped conductive layer is provided.

Aus stofflicher Sicht umfaßt die Erfindung bei der Metallisierungsschicht alle an und für sich aus dem Stand der Technik bekannten Metalle, wie z. B. Titan, Silber, Chrom, Cu, Be, Fe, Al, Pt, Ni, W, WC, TiC, TiW, TiN, Si, Sn, Sr, Ba und/oder Gold und/oder Le gierungen hiervon. Es können auch diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC) eingesetzt werden. Als Do tiermaterialien für die Diamantschicht kommen insbe sondere Bor, Phosphor, Stickstoff, Schwefel und/oder Lithium in Frage. Die Dotierstoffkonzentration ist bevorzugt < 5 × 10¹⁷ cm³.From a material point of view, the invention in the metallization layer includes all metals known per se from the prior art, such as, for. B. titanium, silver, chrome, Cu, Be, Fe, Al, Pt, Ni, W, WC, TiC, TiW, TiN, Si, Sn, Sr, Ba and / or gold and / or alloys thereof. Diamond-like carbon layers (DLC) can also be used. In particular, boron, phosphorus, nitrogen, sulfur and / or lithium are suitable as doping materials for the diamond layer. The dopant concentration is preferably <5 × 10 ¹⁷ cm ³ .

Um die Langzeitstabilität des Meßspitzensystems nach der Erfindung noch zu erhöhen, ist es auch möglich, daß auf den Diamant eine dotierte Diamantschicht und eine Metallisierungsschicht übereinander aufgebracht wird. Sollte nun durch eine Langzeitanwendung die Me tallisierungsschicht im Kontaktbereich beschädigt und/oder abgelöst werden, so würde dann die dotierte leitfähige Diamantschicht die darunter angeordnet ist, die Funktion des Leiters in diesem Bereich über nehmen. Auch eine umgekehrte Reihenfolge ist möglich.To the long-term stability of the probe system after to increase the invention, it is also possible that on the diamond a doped diamond layer and a metallization layer applied one above the other becomes. If the Me Metallization layer damaged in the contact area and / or detached, then the doped would conductive diamond layer arranged underneath is the function of the leader in this area to take. A reverse order is also possible.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Meßspitzensystems wie vorstehend beschrieben.The invention further relates to a method for Manufacture of a probe system as above described.

Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erfolgt zuerst ein Abscheiden des Diamant auf einem Substrat. Dieses Abscheiden kann mit allen an und für sich aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wie z. B. MW-CVD oder Hot-Filament-CVD erfolgen.In the manufacturing method according to the invention takes place first depositing the diamond on a substrate. This separation can be done with everyone in and of itself the prior art methods such. B. MW-CVD or hot filament CVD.

Nachfolgend erfolgt dann die Strukturierung des Meß spitzensystems in der gewünschten Form durch Verfah ren der Mikrosystemtechnik, wie Lithographie, troc ken- und naßchemische Ätzverfahren sowie Aufbringen von Metallisierungen, usw.The measurement is then structured tip system in the desired shape by process ren of microsystem technology, such as lithography, troc Chemical and wet chemical etching processes and application of metallizations, etc.

Nach Freilegung des Meßspitzensystems das bevorzugt mit einem naßchemischen Ätzschritt erfolgt die Ab scheidung der dotierten Diamantschicht und/oder der Metallisierungsschicht. Abschließend wird die Sub stratentfernung durchgeführt.After exposing the probe system, this is preferred with a wet chemical etching step separation of the doped diamond layer and / or the Metallization. Finally, the sub strat removal.

Als Substratmaterialien haben sich besonders Silizi um, Siliziumcarbid, Glas, refrektäre Metalle, Saphir, Iridium, Magnesiumoxid oder Germanium herausgestellt.Silici are particularly suitable as substrate materials um, silicon carbide, glass, refractory metals, sapphire, Iridium, magnesium oxide or germanium exposed.

Die Erfindung wird weiter im folgenden anhand der Fi guren näher erläutert. Dabei zeigen: The invention is further explained below with reference to FIG guren explained in more detail. Show:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines Meß spitzensystems in 3D-Darstellung; Figure 1 shows a preferred embodiment of a measuring tip system in 3D.

Fig. 2 die Meßspitze nach Fig. 1 im eingebauten Zustand in einem Gehäuse; FIG. 2 shows the measuring tip according to FIG. 1 in the installed state in a housing;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in Form eines Arrays, in 3D-Darstellung (Schrägansicht); Fig. 3 shows a second embodiment of the invention in the form of an array, in 3D display (oblique view);

Fig. 4 die Ausführungsform nach Fig. 3 in der Draufsicht; Fig. 4 shows the embodiment of Figure 3 in plan view.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Arrays mit einer Isolierung der Finger durch Luft (Schrägdarstellung); Fig. 5 shows a further embodiment of the array with an insulation of the fingers through air (oblique view);

Fig. 6 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 5 von oben; Fig. 6 shows the embodiment of Fig. 5 from above;

Fig. 7 Meßergebnis einer Meßspitze gemäß der Aus führungsform nach Fig. 1 in bezug auf die Langzeitstabilität der Spitze. Fig. 7 measurement result of a probe according to the imple mentation form of FIG. 1 in relation to the long-term stability of the tip.

Fig. 8 Meßergebnisse der Biegefestigkeit der Meß spitze nach Fig. 1; Fig. 8 measurement results of the bending strength of the measuring tip of FIG. 1;

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Meßspitzensystems zur Hochfrequenzmes sung. Die Meßspitze 1 die drei Finger aufweist, um faßt einen mittleren Signalleiter 2 sowie zwei ko planar zu diesem Signalleiter beabstandet angeordnete Masseleiter 3, 4. Die Geometrie der Meßspitze der Ausführungsform nach Fig. 1 entspricht dabei im we sentlichen der, wie sie bereits im Stand der Technik bekannt ist. Hierzu wird auf die DE 199 45 178.8 A1 verwiesen. Fig. 1 shows a first embodiment of an inventive probe system for Hochfrequenzmes solution. The measuring tip 1 has three fingers in order to grasp a central signal conductor 2 and two ground conductors 3 , 4 arranged planarly spaced from this signal conductor. The geometry of the measuring tip of the embodiment according to FIG. 1 corresponds essentially to that which is already known in the prior art. For this purpose, reference is made to DE 199 45 178.8 A1.

Die Finger in der Ausführungsform nach Fig. 1 beste hend aus i-Diamant mit einer Dicke von 5-250 µm. Im Beispielsfall beträgt die Dicke 22 µm. Bei der Aus führungsform nach Fig. 1 ist der Leiter in Form eines dotierten Diamantfilms ganzflächig aufgebracht. Die dotierte Diamantschicht 15 (gestrichelt dargestellt) hat eine Dicke von 2 µm. Als Dotierung wurde Bor ver wendet. Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, daß die Dotierstoffkonzentration mehr als 5 × 10¹⁷ cm^-3 beträgt. Andere geeignete Dotierstoffe sind Bor, Schwefel oder Lithium, möglich sind z. B. auch Stick stoff, Phosphor oder SP²-gebundener Kohlenstoff in der Diamantschicht.The fingers in the embodiment of Fig. 1 best consisting of i-diamond with a thickness of 5-250 microns. In the example, the thickness is 22 µm. In the off guide die according to Fig. 1 of the conductor in the form of a doped diamond film is blanket deposited. The doped diamond layer 15 (shown in broken lines) has a thickness of 2 μm. Boron was used as the doping. It has been found to be advantageous that the dopant concentration is more than 5 × 10 ¹⁷ cm ^-3 . Other suitable dopants are boron, sulfur or lithium. B. also nitrogen, phosphorus or SP ² -bound carbon in the diamond layer.

Die erfindungsgemäße Meßspitze nach Fig. 1 weist noch Perforationen 6 zur Vereinzelung der Finger auf.The probe head according to the invention according to Fig. 1, even perforations 6 for separation of the fingers.

Fig. 1 zeigt weiterhin drei Querschnitte, die ver schiedene Materialsysteme darstellen, aus denen das Meßspitzensystem nach der Erfindung aufgebaut sein kann. Der Querschnitt a) zeigt die Variante, bei dem die einzelnen Finger des Meßspitzensystems 2, 3, 4 aus i-Diamant gebildet sind und die als elektrisch leitfähige Schicht eine Metallisierungsschicht auf weisen, die ganzflächig um den i-Diamant aufgebracht ist. Die Variante b) zeigt die Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, bei der die einzelnen Finger 2, 3, 4 wiederum aus i-Diamant gebildet sind und die als elektrisch leitfähige Schicht eine dotierte Dia mantschicht aufweisen, die hier wiederum ganzflächig um den Finger angeordnet ist. Fig. 1 also shows three cross sections representing different material systems from which the probe system according to the invention can be constructed. Cross-section a) shows the variant in which the individual fingers of the measuring tip system 2 , 3 , 4 are formed from i-diamond and which as an electrically conductive layer have a metallization layer which is applied over the entire area around the i-diamond. Variant b) shows the embodiment, as described above, in which the individual fingers 2 , 3 , 4 are in turn formed from i-diamond and which have a doped diamond layer as the electrically conductive layer, which in turn is arranged here over the entire area around the finger ,

Alternativ zu den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist es selbstverständlich auch mög lich, daß der ganze Finger als solches aus dotiertem Diamant gebildet ist und somit ebenfalls eine elek trische Leitfähigkeit aufweist (Variante c).As an alternative to the two described above Embodiments are of course also possible Lich that the whole finger as such from doped Diamond is formed and thus also an elec tric conductivity (variant c).

In bezug auf den Aufbau der Finger ist es auch mög lich, den Finger aus dotiertem Diamant zu bilden und/oder die Oberfläche zu metallisieren. Selbstver ständlich umfaßt die Erfindung auch teilweise be schichtete Ausführungsformen.With regard to the structure of the fingers, it is also possible Lich to form the finger from doped diamond and / or metallize the surface. Selbstver Of course, the invention also partially covers layered embodiments.

In Fig. 2 ist schematisch die Verbindung der Meßspit ze 1 mit dem Gehäuse 7 dargestellt. Das Gehäuse 7 verfügt über einen Stecker 8 mit dem es mit der Meß vorrichtung verbunden ist.In Fig. 2 the connection of the Meßspit ze 1 to the housing 7 is shown schematically. The housing 7 has a connector 8 with which it is connected to the measuring device.

Fig. 3 zeigt nun eine zweite Ausführungsform des er findungsgemäßen Meßsystems in Form eines Array in 3D- Ansicht von der Kontaktseite. Das Meßspitzensystem gemäß der Ausführungsform nach Fig. 3 umfaßt einen Diamantträger 9 aus isolierendem Diamant, der die Finger 10 entsprechend der zu kontaktierenden Struk tur trägt. Der Finger 10 kann wie vorstehend bei der Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben, aufgebaut sein: In der Ausführungsform nach Fig. 3 hat der Fin ger 10 eine dotierte Diamantschicht für die elektri sche Leitung. Die elektrische leitfähige Struktur führt jeweils vom kontaktseitigen Ende, d. h. von der Erhebung ausgehend bis zum Rand der Struktur 9. Die Isolierung der einzelnen Finger zueinander wird durch den isolierenden Diamant 9 selbst erreicht. Fig. 3 shows a second embodiment of the measuring system according to the invention in the form of an array in 3D view from the contact side. The measuring tip system according to the embodiment of FIG. 3 comprises a diamond carrier 9 made of insulating diamond, which carries the fingers 10 in accordance with the structure to be contacted. The finger 10 can be constructed as described above in the embodiment according to FIG. 1: In the embodiment according to FIG. 3, the finger 10 has a doped diamond layer for the electrical line. The electrically conductive structure leads in each case from the contact-side end, ie starting from the elevation to the edge of the structure 9 . The isolation of the individual fingers from each other is achieved by the insulating diamond 9 itself.

Der entscheidende Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht darin, daß nun mit einem ein zigen Antastvorgang eine komplette planare Struktur vermessen werden kann. Damit entfällt das bisher im Stand der Technik notwendige übliche Abfahren der je weiligen Strukturen in xy-Richtung. The decisive advantage of this invention Embodiment is that now with a a complete planar structure can be measured. So far this has not been done in State of the art necessary usual departures of each structures in the xy direction.

Fig. 4 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 3 in der Draufsicht. Fig. 4 shows the embodiment of FIG. 3 in plan view.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 zeigt nun ein Meß spitzensystem, ebenfalls in Form eines Arrays analog der Fig. 3, jedoch wird hier die Isolierung der ein zelnen Finger 15 zueinander durch einen Luftspalt 16 erreicht. Bei dieser Ausführungsform bilden die Fin ger zusammengenommen somit das Array und die Isolie rung wird durch entsprechende Luftspalte der einzel nen Finger zueinander ermöglicht. Der Aufbau der Fin ger entspricht wiederum dem Aufbau wie er bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 beschrieben worden ist. Die einzelnen Finger können somit aus i-Diamant bestehen und eine dotierte Diamantschicht und/oder eine Metallisierungsschicht aufweisen. Selbstver ständlich kann auch bei dieser Ausführungsform der Finger für sich gesehen, insgesamt aus dotiertem Dia mant aufgebaut sein, in diesem Fall ist dann der Rah men isolierend. Die Anordnung der Finger zueinander richtet sich selbstverständlich wiederum nach der Struktur des zu kontaktierenden Arrays. In bezug auf die Erhebungen 17 die zum Kontakt mit der Struktur dienen, unterliegt die Erfindung keinerlei Einschrän kungen. Die Erhebung 17 kann wie bei der Ausführungs form nach Fig. 5 in Form eines Kegelstumpfes oder in Form eines Pyramidenstumpfes aufgebaut sein.The embodiment of FIG. 5 now shows a measuring tip system, also in the form of an array analogous to FIG. 3, but here the isolation of an individual finger 15 from each other is achieved by an air gap 16 . In this embodiment, the fingers together form the array and the isolation is made possible by corresponding air gaps between the individual fingers. The structure of the fin ger again corresponds to the structure as has been described in the embodiment according to FIG. 1. The individual fingers can thus consist of i-diamond and have a doped diamond layer and / or a metallization layer. Of course, even in this embodiment, the finger can be seen on its own, made up entirely of doped diamond, in which case the frame is insulating. The arrangement of the fingers in relation to each other naturally depends on the structure of the array to be contacted. The invention is not subject to any restrictions with regard to the elevations 17 which are used to make contact with the structure. The survey 17 may be constructed in the form of a truncated cone or in the form of a truncated pyramid 5 as in the form of execution according to FIG..

Fig. 6 zeigt nun die Ausführungsform nach Fig. 5 in der Draufsicht. Fig. 6 now shows the embodiment of FIG. 5 in plan view.

Fig. 7 veranschaulicht sehr deutlich die extreme Langzeitstabilität der erfindungsgemäßen Meßspitze. Selbst nach über 1 Mio. Antastungen ist keine Verän derung der Meßspitze auch im mechanischen Kontaktbe reich zu erkennen und der Abstand zwischen Signallei ter und Masseleiter ist weiterhin unverändert kon stant. Fig. 7 illustrates very clearly the extreme long-term stability of the measuring tip of the invention. Even after more than 1 million probes, no change in the measuring tip is also evident in the mechanical contact area and the distance between the signal conductor and the ground conductor remains unchanged.

Fig. 8 zeigt nun die Meßergebnisse in bezug auf die Biegefestigkeit und den Bruch eines Meßspitzensystems gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1. Wie aus den Meßergebnissen zu erkennen, weisen die erfindungsge mäßen Meßspitzen überlegene Eigenschaften in bezug auf die Biegefestigkeit und den Bruch auf. Fig. 8 now shows the measurement results in relation to the bending strength and the breakage of a probe system according to the embodiment of Fig. 1. As can be seen from the measurement results, the measuring tips according to the invention have superior properties with respect to the bending strength and the fracture.

Claims

1. measuring tip system ( 1 ) for contacting structures consisting of at least one electrically conductive finger ( 2 , 3 , 4 , 10 ) with a contact-side end for contact with the structure and one end for connecting to at least one conductor, characterized in that
that the at least one finger in the region of the contact-side end is formed exclusively from conductive diamond, or
the at least one finger ( 2 , 3 , 4 , 10 ) in the region of the contact-side end is formed exclusively from insulating diamond, on whose surface a conductive diamond layer and / or metallization layer is applied.

2. probe system according to claim 1, characterized ge indicates that it consists of at least three fingers consists.

3. probe system according to claim 1, characterized ge indicates that it consists of three fingers, the one middle signal conductor and two ko spaced planar to this signal conductor form an orderly ground conductor.

4. probe system according to claim 2 or 3, characterized characterized that the fingers to the contact side are tapered towards the end.

5. probe system according to claim 1, characterized in
that it is in the form of an array,
that has a plurality of spaced fingers, the number and arrangement of which corresponds to the structure to be contacted, the individual fingers being electrically insulated from one another and at least in the region of the contact-side end of the fingers having an elevation which projects from the array structure, the fin ger at least in the area of the contact end of diamond and are provided with a conductive diamond layer and / or metallization layer.

6. probe system according to claim 5, characterized ge indicates that the survey on the contact side towards the end of the finger in the shape of a truncated pyramid or is frustoconical.

7. probe system according to claim 5 or 6, characterized characterized that the survey from 1-500 microns protrudes from the planar array.

8. Probe system according to at least one of the An sayings 5 to 7, characterized in that the Isolation of the individual fingers from each other an air gap is formed.

9. Probe system according to at least one of the An sayings 5 to 7, characterized in that the Isolation of the individual fingers from each other nominally undoped diamond is formed.

10. Probe system according to at least one of the An sayings 1 to 9, characterized in that the Diamond or the doped conductive diamond egg ne thickness of 5 to 250 microns.

11. Probe system according to at least one of the An sayings 1 to 10, characterized in that the doped conductive diamond layer is a dic ke has from 50 nm to 250 µm.

12. Probe system according to at least one of the An sayings 1 to 11, characterized in that the doping material is selected from boron, phos phor, nitrogen, sulfur and / or lithium.

13. Measuring tip system according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that the dopant concentration is <5 × 10 ¹⁷ cm ^-3 .

14. Probe system according to at least one of the An sayings 1 to 13, characterized in that the thickness of the metallization layer in the area from 5 nm to 250 µm.

15. Probe system according to at least one of the An sayings 1 to 14, characterized in that the metallization layer is selected from Ti, Ag, Cr, Cu, Be, Fe, Al, Pt, Ni, W, WC, TiC, TiN, Si, Sn, Sr, Ba and / or gold and / or Le Alloys such as TiW, or one above the other ordered layer sequences of these metals and / or Alloys.

16. Probe system according to at least one of the An sayings 1 to 15, characterized in that a doped conductive slide on the diamond layer and a metallization layer is superimposed.

17. Probe system according to at least one of the An sayings 1 to 16, characterized in that in Measuring tip system functional elements such as sensors, electrical components and / or non-linear Lines are integrated.

18. A method for producing a Meßspitzensy system according to at least one of claims 1 to 17, with the following method steps:

a) depositing diamond on a substrate;
b) structuring the probe system by a lithographic process;
c) generation of a doped diamond layer;
d) exposure of the probe system;
e) removing the substrate.

19. The method according to claim 18, characterized in net that step c) before Step b) and / or process step d) before step c) is carried out.

20. The method according to claim 18 or 19, characterized in that the method steps 18 a) - 18e) is followed by the deposition of a metallization layer.

21. The method according to claim 18, 19 or 20, characterized characterized that the deposition of the diamond layer (method step a) on one structured substrate.

22. The method according to any one of claims 18 to 21, characterized in that as the substrate material Silicon, silicon nitride, silicon carbide, sili cium oxide iridium, glass, refractory metals or Carbides thereof, sapphire, magnesium oxide, diamond, Graphite or germanium.

23. The method according to at least one of claims 18 to 22, characterized in that in the process Step e) a wet chemical etching step is carried out.