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

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

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Abstract

The contact arrangement includes a base body (4) with a central aperture (3) and several overhanging tongues (6), each carrying a contacting element (5) and electrically conducting leads (7) to an outer connecting element (1) associated with the contacting element. The plate-shaped base body and the tongues can be made of silicon with a passivation coating. Needle-shaped contacting elements of metallised silicon can be used. ADVANTAGE - Contact elements lie exactly in same plane without requiring adjustment. Extremely flat construction, allowing use in electron beam measuring appts. test chamber.

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.The functioning of components of microelectronics is usually in computer-controlled test machines by Ana lysis of the signals tapped at the component outputs checked. Because these tests generally have no conclusions allow for the respective cause or location of the error, one is often forced to take additional measurements on the conductor NEN inside the component. Come here in particular the measuring methods for use known from (1) dung, in which an electron probe on a conductor track po sitioned or deflected over the component surface and is keyed in synchronously with the component cycle.

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.To function test in automatic testing machines and electron beam measurements to be able to perform guesswork, the test specimen must be approved control test signals. The electrical connection between the respective test system and the test object manufactured by a so-called contact adapter, which the Geometry of the device under test, the type of test signals in relation to the required current, voltage and frequency range and the geometric ver conditions must be adjusted. You can therefore use this adapter usually not available for purchase, but must be purchased individually design and manufacture. Similar problems occur the contacting of printed circuit boards and microwiring, their electrical properties in a corresponding test system should be checked.

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.So far, contact adapters are made of resilient, on a ground plate-mounted metal needles, made of resiliently in sleeves Contact pins or etched and then ge curved comb structures built. Ready for these adapters contacting large test specimens with a lot  number of contact points have particular difficulties because the metal needles and contact pins are difficult and even let it touch down with the same pressure. These problems exacerbate when you use the adapter for contacting one in the sample chamber of an electron beam measuring device arranged test specimen wants to use.

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.The aim of the invention is to create a simple structure ten and inexpensive to manufacture contacting device tung. The contacting device is also intended in particular in the sample chamber of a modern electron beam measuring device can be used where for that from the contact adapter and the unit under test has very little space for Available. This object is achieved by egg ne contacting device according to claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Kontaktierungsvorrichtung besitzt die folgenden Vorteile:The contacting device according to the invention has the following advantages:

  • 1) An die Stelle der aufwendigen und damit teuren mechani­ schen Fertigung treten die aus der Halbleitertechnologie bekannten Verfahren der Mikromechanik.1) Instead of the complex and thus expensive mechani In manufacturing, semiconductor technology is used known methods of micromechanics.
  • 2) Alle Kontaktierungselemente liegen auch ohne aufwendige Justiermaßnahmen exakt in derselben Ebene.2) All contacting elements are also without complex Adjustment measures on exactly the same level.
  • 3) Durch Aufbringen von Metallisierungen und isolierenden Schichten können Hochfrequenzleitungen über federnde Zun­ gen bis zu den Kontaktierungselementen in Koplanar- oder Streifenleitertechnik ausgeführt werden.3) By applying metallizations and insulating Layers can be high-frequency lines over resilient Zun conditions up to the contacting elements in coplanar or Stripline technology can be carried out.
  • 4) Die die Kontaktierungselemente tragenden Siliziumzungen besitzen elastische Eigenschaften, die denen von Metallen deutlich überlegen sind. Dies erleichtert die Handhabung des Adapters erheblich. 4) The silicon tongues carrying the contacting elements have elastic properties similar to those of metals are clearly superior. This makes handling easier of the adapter considerably.  
  • 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.5) The contacting device has an extremely flat Construction. You can therefore also in the sample chamber Electron beam measuring devices are used where only one Narrow gap available for the arrangement of the adapter stands.

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.The dependent claims relate to advantageous developments of the inven tion explained below with reference to the drawing. Here, FIG. 1 shows the schematic structure of taktierungsvorrichtung Kon.

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. In the illustrated in Fig. 1 contacting han it delt a so-called wafer prober for the known backlash in example of (1) electron beam tester. In this device, there is only a narrow gap for the arrangement of the prober, since the sample chamber has a very small volume and the specimen must be held directly below the objective lens equipped with a detector system and a suction electrode for electron-optical reasons. The wafer prober therefore has an extremely flat structure and transitions 1 on coaxial lines 2 , which are easily accessible outside the central probe area serving for contacting. The coaxial lines 2 are guided to the outside via the vacuum bushings in the wall of the sample chamber and are subjected to suitable test signals. The base body 4 of the wafer prober, which is only about 1 mm thick and has a square or rectangular recess 3 , preferably consists of silicon, the surface of which is provided with a passivation layer. Serve as guide elements PLEASE CONTACT metallized silicon peg 5, which can in particular by application of the disclosed in (2) CVD procedural proceedings: builds up at the end of überhän silicon constricting tongues 6 (CVD = Chemical Vapor Deposition). The thickness of these resilient tongues 6 is only about 5 to 15 µm. Like the central recess 3, they are generated with the aid of the micromechanical methods described in (3).

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.In addition to the contacting elements 5 , the silicon tongues 6 also carry the signal feeds 7 , which can be designed as simple metallizations or, in the case of high-frequency examinations, also as a coplanar or stripline. The wafer prober is in the embodiment shown with flattened side parts 8 , which are attached to the plate-shaped base body 4 and are preferably made of ceramic. These side parts 8 contain the known in a known manner coax transitions 1 . Flat bonding connections 9 made of gold ensure an electrically conductive connection between the signal feeds 7 present on the base body 4 and the side parts 8 . The ceramic side parts 8 can also fall if you flatten the base 4 itself laterally.

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.The invention is of course not limited to the described exemplary embodiments. So can be easily deviated from the square arrangement of the contacting elements 5 shown in the drawing. Also, the silicon tongues 6 do not necessarily all have the same length. Their number and arrangement should rather be adapted to the particular circumstances. This is not a problem since the micromechanical processes ensure great flexibility in the manufacture of the adapter.

(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.(1) Microelectronic Engineering 4 (1986), pp. 77-106 (2) Physikalische Blätter 39 (1983) No. 9, pp. 319-320 (3) Microelectronic Engineering 3 (1985) pp. 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.
1. contacting device characterized by
  • - A body ( 4 ) having a central recess ( 3 ) and,
  • - Several overhanging tongues ( 6 ), each a contact element ( 5 ) and electrically conductive connections ( 7 ) to one of the contacting element ( 5 ) associated with the outer connection element ( 1 ).
2. Kontaktierungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, einen plattenförmigen Grundkörper (4).2. Contacting device according to claim 1, characterized by a plate-shaped base body ( 4 ). 3. Kontaktierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (4) und die überhängenden Zungen (6) aus Silizium bestehen.3. Contacting device according to claim 1 or 2, characterized in that the base body ( 4 ) and the overhanging tongues ( 6 ) consist of silicon. 4. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizium mit einer Passivierungsschicht versehen ist.4. Contacting device according to one of claims 1 to 3, characterized, that the silicon is provided with a passivation layer. 5. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch, nadelförmige Kontaktierungselemente (5).5. Contacting device according to one of claims 1 to 4, characterized by, needle-shaped contacting elements ( 5 ). 6. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungselemente (5) aus metallisiertem Silizium bestehen.6. Contacting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the contacting elements ( 5 ) consist of metallized silicon. 7. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (4) seitlich abgeschrägt ist. 7. Contacting device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the base body ( 4 ) is chamfered laterally. 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.8. Contacting device according to one of claims 1 to 7, characterized in that on the base body ( 4 ) bevelled side parts ( 8 ) are attached and that the side parts ( 8 ) contain the outer connection elements ( 1 ). 9. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Verbindungen (7) als Koplanar- oder Streifenleiter ausgeführt sind.9. Contacting device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the electrically conductive connections ( 7 ) are designed as coplanar or strip conductors.
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