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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbindungsanordnungen und Verfahren
zur Herstellung und Verwendung von Verbindungen und insbesondere
Verbindungsanordnungen zur Herstellung eines elektrischen Kontakts
mit Kontaktelementen auf einem Substrat wie z.B. einer integrierten
Halbleiterschaltung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
Verfahren und Anordnungen zur Herstellung von Verbindungen mit Halbleiterbauelementen,
um Prüf-
und/oder Voralterungsprozeduren an den Halbleiterbauelementen zu
ermöglichen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
gibt zahlreiche Verbindungsanordnungen und Verfahren zur Herstellung
und Verwendung dieser Anordnungen im Stand der Technik. Es ist beispielsweise
gewöhnlich
erwünscht,
die Vielzahl von Chips (integrierten Schaltungen) auf einem Halbleiterwafer
zu prüfen,
um festzustellen, welche Chips gut sind, bevor sie gekapselt und
vorzugsweise bevor sie vom Wafer vereinzelt werden. Zu diesem Zweck kann
ein Waferprüfgerät oder eine
Waferprüfsonde vorteilhafterweise verwendet
werden, um eine Vielzahl von diskreten Druckverbindungen mit einer
gleichen Vielzahl von diskreten Kontaktelementen (z.B. Bondkontaktstellen)
auf den Chips herzustellen. In dieser Weise können die Halbleiterchips vor
dem Vereinzeln der Chips vom Wafer geprüft werden. Das Prüfen ist
dazu ausgelegt festzustellen, ob die Chips funktionsuntüchtig ("schlecht") sind. Eine herkömmliche
Komponente eines Waferprüfgeräts oder
einer Waferprüfsonde
ist eine Nadelkarte, mit der eine Vielzahl von Sondenelementen verbunden
sind. Die Spitzen der Sondenelemente oder Kontaktelemente stellen
die Druckverbindungen mit den jeweiligen Bondkontaktstellen der
Halbleiterchips her, um eine elektrische Verbindung zwischen Schaltungen
innerhalb der Chips und einem Prüfgerät wie z.B.
einer automatischen Prüfanlage
(ATE) herzustellen. Herkömmliche
Nadelkarten umfassen häufig
einen gewissen Mechanismus, um einen angemessenen elektrischen Kontakt
für alle
Kontaktelemente an den Bondkontaktstellen des Chips ungeachtet der
Länge der Kontaktelemente
oder irgendeiner Höhenveränderung
zwischen den zwei Ebenen, die durch die Oberfläche des Chips und die Spitzen
der Sondenstifte oder Kontaktelemente auf der Nadelkarte dargestellt werden,
zu garantieren. Ein Beispiel einer Nadelkarte mit einem solchen
Mechanismus ist in Nadelkarten von FormFactor in Livermore, Kalifornien,
zu finden (siehe auch die Beschreibung solcher Karten in der internationalen
PCT-Veröffentlichung
Nr. WO 96/38858).
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Eine
Art Verbindungsanordnung im Stand der Technik verwendet ein elastisches
Kontaktelement wie z.B. eine Feder, um entweder eine vorübergehende
oder eine permanente Verbindung mit einer Kontaktstelle auf einer
integrierten Halbleiterschaltung auszubilden. Beispiele solcher
elastischer Kontaktelemente sind im US-Patent
5 476 211 beschrieben. Diese Verbindungsanordnungen
verwenden elastische Kontaktelemente, die sich elastisch von einer
ersten Position in eine zweite Position biegen können, in welcher das elastische
Kontaktelement eine Kraft auf einen anderen Kontaktanschluss aufbringt.
Die Kraft stellt gewöhnlich
einen guten elektrischen Kontakt sicher und somit stellt das elastische Kontaktelement
gewöhnlich
einen guten elektrischen Kontakt bereit.
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Diese
elastischen Kontaktelemente sind typischerweise langgestreckte Metallstrukturen,
die in einem Ausführungsbeispiel
gemäß einem
Prozess ausgebildet werden, der im US-Patent
5 476 211 beschrieben ist. In einem
anderen Ausführungsbeispiel werden
sie lithographisch ausgebildet (z.B. in der Weise, die in der vorstehend
angegebenen Patentanmeldung mit dem Titel "Lithographically Defined Microelectronic
Contact Structures" beschrieben
ist). Im Allgemeinen sind elastische Kontaktelemente an einer beliebigen
Anzahl von Substraten nützlich,
wie z.B. integrierten Halbleiterschaltungen, Nadelkarten, Zwischenschalteinrichtungen
und anderen elektrischen Anordnungen. Die Basis eines elektrischen Kontaktelements
kann beispielsweise an einem Kontaktanschluss an einer integrierten
Schaltung montiert sein oder sie kann an einem Kontaktanschluss eines
Zwischenschaltsubstrats oder an einem Nadelkartensubstrat oder anderen
Substraten mit elektrischen Kontaktanschlüssen oder Kontaktstellen montiert
sein. Das freie Ende jedes elastischen Kontaktelements kann an einer
Kontaktstelle an einem anderen Substrat angeordnet werden, um einen
elektrischen Kontakt durch eine Druckverbindung herzustellen, wenn
das eine Substrat mit dem elastischen Kontaktelement zum und gegen
das andere Substrat mit einem Kontaktelement, das mit dem freien
Ende des elastischen Kontaktelements in Kontakt steht, gedrückt wird.
Ferner kann eine Anschlagstruktur bei diesen elastischen Kontaktelementen
verwendet werden, um einen minimalen Abstand zwischen den zwei Substraten
festzulegen.
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1 zeigt ein Verfahren für die Verwendung
einer Verbindungsanordnung. Diese Verbindung 101 umfasst
eine Aufspannstruktur 117, die über einem Halbleiterwafer 111 angeordnet
ist, wobei der Wafer durch eine Faltenbalgstruktur 103 abgestützt wird.
Die Aufspannstruktur ist starr (nicht verformbar) und die Oberfläche der
Aufspannvorrichtung 117, die die Kontaktelemente 125 und 127 enthält, ist
auch starr. Die Faltenbalgstruktur 103 umfasst einen aufblähbaren Faltenbalg 105 und
Ansaug- und Auslasskanäle 107A und 107B.
Bei einer Verwendung dieser Faltenbalgstruktur wird ein Fluid wie
z.B. Wasser 106 in die und aus der Faltenbalgstruktur 103 geleitet.
Eine dünne
Stahlmembran 109 ist an den Faltenbalg 105 geschweißt oder
anderweitig an diesem befestigt. Die dünne Membran kann verwendet
werden, um einen gleichmäßigen Druck
auf die Rückseite
des Wafers 111 auszuüben, um
die obere Oberfläche
des Wafers gegen die Anschlagstrukturen 121 und 123 zu
drücken,
wodurch elektrische Verbindungen zwischen den Federn (oder anderen
elastischen Kontaktelementen) auf dem Wafer und den Kontaktelementen
auf dem Substrat 117 bewirkt werden. Dieser gleichmäßige Druck kann
gewisse Schwankungen der Ebenheit zwischen den sich treffenden Oberflächen, wie
z.B. der oberen Oberfläche
des Wafers 111 und der die Anschlagstrukturen 121 und
die Kontaktelemente 125 und 127 tragenden Oberfläche, beseitigen.
Diese dünne
Stahlmembran 109 ermöglicht
auch die Übertragung
von Wärme
zum oder vom Halbleiterwafer 111, der auf der Membran 109 angeordnet
ist. Das Fluid wie z.B. Wasser 106 kann in die Faltenbalgstruktur
unter Druck eingeleitet werden, um die Membran 109 mit
der Rückseite
des Wafers 111 in direkten Kontakt zu drücken.
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Dieses
Fluid kann erhitzt oder gekühlt
werden, um die Temperatur des Wafers zu steuern oder zu beeinflussen.
Bei einer Voralterungsprüfung
einer integrierten Schaltung (oder eines integrierte Schaltungen
enthaltenden Wafers) kann das Fluid beispielsweise erhitzt werden,
um die Temperatur des Wafers zu erhöhen, und dann gekühlt werden
und dieser Prozess kann über
mehrere Zyklen wiederholt werden. Die Aufspannvorrichtung 117 umfasst
Anschlagstrukturen 121 und 123, die zu den Kontaktelementen 125 bzw. 127 unmittelbar
benachbart sind. Es kann erwünscht
sein, eine Wärmeübertragungsschicht
zwischen der Membran 109 und der Rückseite des Wafers 111 anzuordnen,
um den Wärmeübertragungswirkungsgrad
zwischen dem Fluid und dem Wafer 111 zu verbessern. Die
Kontaktelemente 125 und 127 sind dazu ausgelegt,
mit den elastischen Kontaktelementen 115 und 113 auf
dem Wafer 111 einen Kontakt herzustellen. Es ist zu erkennen,
dass typischerweise viel mehr elastische Kontaktelemente und viel
mehr Kontaktelemente als die in 1 gezeigten
vorhanden sind. Die Aufspannvorrichtung 117 umfasst eine
Verdrahtung oder andere Verbindung, um die elastischen Kontaktelemente 115 und 113 über die
Kontaktelemente 125 und 127 mit einem Prüfgerät zu verbinden,
was die Übertragung
von Leistung, Signalen und dergleichen zwischen dem Prüfgerät und dem
Halbleiterwafer ermöglicht.
Die Aufspannvorrichtung 117 kann durch eine Stütze 118 an
der Stelle gehalten werden, um zu ermöglichen, dass der Wafer 111 durch
das Aufblähen
des Faltenbalgs 105 gegen die Aufspannvorrichtung 117 gedrückt wird;
alternativ kann die Aufspannvorrichtung 117 durch eine
Muschelschalenstütze
gedrückt
und gehalten werden, welche die Oberseite der Aufspannvorrichtung 117 mit
einer Aufspannplatte berührt
und bedeckt und auch die Seiten und die Unterseite des Faltenbalgs 105 umgeben
kann.
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2 zeigt ein weiteres Beispiel
einer Verbindungsanordnung 201. In diesem Fall trägt eine starre
Aufspannvorrichtung 203 einen Wafer von Halbleiterbauelementen 204.
Der Wafer umfasst eine Vielzahl von Kontaktelementen wie z.B. das
Kontaktelement 210A, die dazu ausgelegt und angeordnet sind,
einen Kontakt relativ zu elastischen Kontaktelementen auf dem Verdrahtungssubstrat 206 herzustellen.
Die elastischen Kontaktelemente 207, 209 und 210 sind
ein weiteres Beispiel eines elastischen Elements; in diesem Fall
weisen sie im Allgemeinen eine gerade, freitragende Struktur auf.
Die Anschlagstrukturen 214, 216 und 218 sind
an einem starren Verdrahtungssubstrat 206 befestigt und
sind dazu ausgelegt, den z-Abstand zwischen dem Verdrahtungssubstrat 206 und
dem Wafer 204 festzulegen. Ein Vakuumkanal 212 im
Verdrahtungssubstrat 206 ermöglicht, dass zwischen dem Raum
zwischen dem Verdrahtungssubstrat 206 und der Aufspannvorrichtung 203 ein
Vakuum erzeugt wird. Die O-Ring-Dichtung 205 stellt
sicher, dass zwischen dem Verdrahtungssubstrat 206 und
der Aufspannvorrichtung 203 ein Vakuum erzeugt wird. Wenn
das Vakuum erzeugt wird, wird das Verdrahtungssubstrat 206 in
Richtung des Wafers 204 nach unten gedrückt, um zu bewirken, dass zwischen
den verschiedenen elastischen Kontaktelementen und ihren entsprechenden
Kontaktelementen auf dem Wafer 204 ein Kontakt hergestellt
wird.
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3 zeigt ein weiteres Beispiel
einer Verbindungsanordnung 351 gemäß der vorliegenden Erfindung.
In diesem Fall drückt
ein Druckbalg 355 das starre Verdrahtungssubstrat 354 in
Kontakt mit dem Wafer 353. Eine Klemme 355A wird
verwendet, um den Balg in das starre Substrat 354 zu drücken. Der Wafer 353 sitzt
auf einer starren Aufspannvorrichtung 352 und umfasst eine
Vielzahl von Kontaktelementen wie z.B. das in 3 gezeigte Kontaktelement 357A. Wenn
der Balg 355 das starre Verdrahtungssubstrat 354 mit
dem Wafer 353 in Kontakt drückt, werden die Anschlagstrukturen 358, 359 und 360 mit
der oberen Oberfläche
des Wafers 353 in Kontakt gebracht. Dieser Kontakt legt
einen Abstand zwischen dem starren Verdrahtungssubstrat 354 und
dem Halbleiterwafer 353 fest. Wenn dieser Kontakt auftritt,
werden die elastischen Kontaktelemente 357 mit ihren entsprechenden Kontaktelementen
auf dem Wafer 353 in mechanischen und elektrischen Kontakt
gebracht.
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4A zeigt ein Beispiel einer
biegsamen Nadelkartenvorrichtung 401. Diese Nadelkartenvorrichtung
umfasst ein biegsames oder verformbares Substrat 402 mit
Kontaktelementen 403, 404 und 405, die
auf einer Seite angeordnet sind, und eine Vielzahl von elektrischen
Leiterbahnen, die eine Verdrahtungsschicht auf der entgegengesetzten
Seite des biegsamen Substrats 402 erzeugen. Ein Isolator (nicht
dargestellt) bedeckt typischerweise das meiste der Verdrahtungsschicht.
Das Kontaktelement 403 ist über das Kontaktloch 403A mit
der Leiterbahn 403B elektrisch gekoppelt. Ebenso ist das
Kontaktelement 404 über
das Kontaktloch 404A mit der Leiterbahn 404B auf
der entgegengesetzten Seite des biegsamen Substrats 402 elektrisch
gekoppelt. Typischerweise sind die Kontaktelemente 403, 404 und 405 so ausgebildet,
dass sie ungefähr
dieselbe Höhe
aufweisen, und sie können
durch eine Anzahl von Verfahren ausgebildet werden, um eine Kugelgittermatrix
oder andere Anordnungen von Kontaktvorrichtungen zu erzeugen. 4B zeigt ein Beispiel für die Verwendung
einer biegsamen Nadelkartenvorrichtung, um einen Halbleiterwafer 430 mit
Sonden zu testen oder zu prüfen.
Insbesondere wird die biegsame Sondenvorrichtung 420, die
der Vorrichtung 401 ähnelt,
durch eine Kraft F mit dem Wafer 430 in Kontakt gedrückt. Jedes
der jeweiligen Kontaktelemente an der biegsamen Sondenvorrichtung 420 wie
z.B. das Kontaktelement 424 stellt mit einem jeweiligen Kontaktelement
wie z.B. dem Element 434 auf dem Wafer 430 einen
Kontakt her, um die Sondenprüfung durchzuführen. Die
biegsame Sondenvorrichtung 420 wird durch die Verwendung
einer Presse 410, die die Kraft F erzeugt, in Kontakt gedrückt.
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Die
Presse 410 weist eine starre, flache Oberfläche auf
und sie drückt
das biegsame Sondensubstrat starr entlang der gesamten Oberfläche des Sondensubstrats 420.
Unter Rückbezug
auf 4A drückt die
Presse 410 gegen die Oberfläche des Substrats 402,
die zu den Kontaktelementen 403, 404 und 405 entgegengesetzt
liegt. Es ist zu erkennen, dass eine Isolationsschicht die Presse 410 von
den Verdrahtungsschichten 403B, 404B und 405B trennen
kann. Wenn eines oder mehrere der Kontaktelemente 403, 404 und 405 kleiner
ist (z.B. kürzer
usw.) als andere Kontaktelemente, dann ist es möglich, dass die kleineren Kontaktelemente
keinen Kontakt herstellen, wenn das biegsame Sondensubstrat mit einem
Wafer in Kontakt gedrückt
wird. Dies liegt an der Tatsache, dass die starre Oberfläche der
Presse 410 die Kontaktelemente mit entsprechenden Kontaktelementen
auf dem Wafer bis zu dem Punkt in Kontakt drückt, an dem die größten Kontaktelemente auf
dem biegsamen Sondensubstrat mit jeweiligen Kontaktelementen auf
dem Wafer einen Kontakt hergestellt haben. Somit können die
kleineren Kontaktelemente keinen Kontakt herstellen.
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4C zeigt ein Beispiel dessen,
wie Unregelmäßigkeiten
in Kontaktelementen und/oder Unregelmäßigkeiten in den Oberflächen, die
die Kontaktelemente tragen, ein Misslingen, eine elektrische Verbindung
herzustellen, verursachen können.
Eine Kraft von einer starren Presse 410 bewirkt, dass die Kontaktelemente 424A und 424C einen
Kontakt herstellen (sowohl mechanisch als auch elektrisch). Die Kontaktelemente 424A und 424C wurden
normalerweise gemäß einer
gewünschten
Größe ausgebildet, aber
das Kontaktelement 424B ist kleiner (z.B. kürzer) als
die gewünschte
Größe. Dieser
Unterschied in der Größe kann
selbst innerhalb von Fertigungstoleranzen liegen, ist jedoch trotzdem
relativ kürzer
als seine Nachbarn. Der mechanische Kontakt der Kontaktelemente 424A und 424C mit
ihren entsprechenden Kontaktelementen 434A und 4340 stoppt
die Bewegung zwischen der Schicht 420 und der IC 430 und
es wird unmöglich,
einen elektrischen Kontakt zwischen dem Kontaktelement 424B und
seinem entsprechenden Kontaktelement 434B zu erzeugen.
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Ähnliche
Probleme existieren bei den in den 1, 2 und 3 gezeigten Anordnungen. Im Fall der Anordnungen
der 1, 2 und 3 ist
das Verdrahtungssubstrat in allen drei Fällen starr und somit kann irgendein
lokaler Unterschied in den Höhen
der verschiedenen Kontaktelemente (oder andere Unregelmäßigkeiten
in den zwei gegenüberliegenden
Oberflächen)
zu einem Mangel an hergestelltem Kontakt führen. Solche andere Unregelmäßigkeiten
können einen
Unterschied in einer angemessenen Ebenheit zwischen den zwei Oberflächen umfassen.
Die Anforderung, die Ebenheit der zwei Oberflächen zu steuern, erhöht auch
den Fertigungsaufwand für
die Oberflächen.
Ferner ist es häufig
schwierig, eine Parallelität
zwischen den zwei Oberflächen
zu erzielen und aufrechtzuerhalten, insbesondere wenn der Bedarf
für eine
genaue x,y-Positionsausrichtungssteuerung beinhaltet ist, der die
Fähigkeit,
eine Kompensationsneigung zu ermöglichen,
einschränken
kann. Folglich ist es erwünscht,
eine verbesserte Anordnung und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von
elektrischen Verbindungen und insbesondere bei der Durchführung einer
Wafersondenprüfung und/oder
einer Voralterungsprüfung
von Halbleiterbauelementen bereitzustellen.
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US 4 820 976 offenbart eine
Prüfaufspannvorrichtung,
die in der Lage ist, einen integrierten Schaltungschip mit einer
planaren Matrix von Kontakten elektrisch zu prüfen. Von der Prüfaufspannvorrichtung
getragene biegsame Kontaktvorrichtungen werden mit den entsprechenden
Kontakten auf einem integrierten Schaltungschip unter Verwendung einer
unter Druck setzbaren Kammer in Kontakt gedrückt, wobei das biegsame Kontaktelement,
das die Prüfaufspannvorrichtungskontakte
trägt,
eine Wand der Kammer bildet, wobei das Unter-Druck-Setzen der Kammer
das biegsame Kontaktelement und die auf diesem getragenen Kontakte
gegen den Chip drückt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
die Kammer durch ein Kühlgas
unter Druck gesetzt, das die während
der Prüfung
erzeugte Wärme kompensiert.
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US 5 550 482 offenbart eine
Sondenvorrichtung zum Prüfen
eines in IC-Chips unterteilten Wafers. Die Sondenvorrichtung weist
ein Gefäß auf, das ein
Wafermontagegestell und eine biegsame Nadelkarte mit Kontakthöckern aufnimmt.
Das Gefäß ist in einer
trennbaren Weise aus einem geerdeten Aluminiumabdeckungsteil, an
dem die Nadelkarte einteilig befestigt ist, und einem Basisteil,
der am Wafermontagegestell befestigt ist, gestaltet. Das Innere
des Gefäßes ist
mit dem Wafer und der Nadelkarte, die einander darin zugewandt sind,
abgedichtet. Ein Raum oberhalb der Nadelkarte bildet eine Dämpferkammer,
in die ein Fluid in einer solchen Weise eingeleitet wird, dass dessen
Druck die Höcker
auf der Nadelkarte gegen den Wafer drückt.
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US 5 020 219 offenbart ein
Verfahren zur Herstellung einer biegsamen Prüfgerätoberfläche zum Prüfen von integrierten Schaltungen.
In einem Ausführungsbeispiel
wird eine speziell hergestellte biegsame Prüfgerätoberfläche aus mehreren Schichten
aus biegsamem Siliziumdioxid hergestellt, wobei jede Schicht Kontaktlöcher und
Leiterbahnen enthält, die
zu Tausenden von mikroskopischen Metallsondenpunkten auf einer Seite
der Prüfoberfläche führen. Die
Sondenpunkte berühren
die Kontakte auf dem geprüften
Wafer elektrisch durch Fluiddruck. Die Prüfgerätoberflächen-Leiterbahnen werden dann mittels
Multiplexern mit einem herkömmlichen
Prüfgerät-Signalprozessor verbunden.
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US 5 773 986 offenbart ein
Halbleiterwafer-Kontaktsystem, das einen abgedichteten Balg umfasst,
der unkomprimierbares Material enthält. Der abgedichtete Balg drückt gegen
eine biegsame Schaltungsschicht mit einer Matrix von elektrischen Kontakten.
Der Balg drückt
die Matrix von elektrischen Kontakten gegen eine entsprechende Matrix von
elektrischen Bauelementkontakten auf einem Chip eines Halbleiterwafers.
Der Balg passt sich in der Form an, um Chiphöhen- und Waferhöhenunregelmäßigkeiten
in der Kontakthöhe
und Nicht-Parallelität
zu kompensieren. Außerdem
stellt der Balg eine konstante Kraft zwischen Membrankontakten und
Chipkontakten über
den gesamten Wafer sicher.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Verbindungsanordnung und Verfahren
zur Herstellung und Verwendung der Anordnung bereit. In einem Beispiel der
vorliegenden Erfindung umfasst eine Verbindungsanordnung eine biegsame
Verdrahtungsschicht mit einer Vielzahl von ersten Kontaktelementen
und eine Fluid enthaltenden Struktur, die mit der biegsamen Verdrahtungsschicht
gekoppelt ist. Das Fluid drückt,
wenn es in der Fluid enthaltenden Struktur enthalten ist, die biegsame
Verdrahtungsschicht in Richtung eines Prüfobjekts, um elektrische Verbindungen
zwischen den ersten Kontaktelementen und entsprechenden zweiten
Kontaktelementen auf dem Prüfobjekt
auszubilden, welches in einem Ausführungsbeispiel eine einzelne
integrierte Schaltung oder mehrere integrierte Schaltungen auf einem Halbleiterwafer
sein können.
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In
einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine
Verbindungsanordnung eine biegsame Verdrahtungsschicht mit einer
Vielzahl von ersten Kontaktanschlüssen und ein Halbleitersubstrat,
das eine Vielzahl von zweiten Kontaktanschlüssen umfasst. Eine Vielzahl
von freistehenden, elastischen Kontaktelementen sind mit einem der
biegsamen Verdrahtungsschicht oder des Halbleitersubstrats mechanisch
gekoppelt und stellen zwischen entsprechenden der ersten Kontaktanschlüsse und
der zweiten Kontaktanschlüsse
elektrische Kontakte her.
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In
einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen
Verbindungen das Verbinden einer biegsamen Verdrahtungsschicht und
eines Substrats in der Nähe
miteinander und das Bewirken einer Druckdifferenz zwischen einer
ersten Seite und einer zweiten Seite der biegsamen Verdrahtungsschicht.
Die Druckdifferenz verformt die biegsame Verdrahtungsschicht und
bewirkt, dass eine Vielzahl von ersten Kontaktanschlüssen auf
der biegsamen Verdrahtungsschicht mit einer entsprechenden Vielzahl
von zweiten Kontaktanschlüssen
auf dem Substrat in elektrischen Kontakt kommen.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können eine
Vielzahl von Bewegungsanschlagelementen auf einem oder beiden der
biegsamen Verdrahtungsschicht und des Substrats verteilt sein.
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Es
ist zu erkennen, dass die verschiedenen Aspekte der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können,
um eine elektrische Verbindung zwischen einem einzelnen Paar von
Kontaktelementen auf zwei separaten Substraten herzustellen oder
eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen zwischen einer entsprechenden
Vielzahl von Paaren von Kontaktelementen auf zwei verschiedenen
Substraten herzustellen. Verschiedene andere Anordnungen und Verfahren
werden nachstehend in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht einschränkend in
den Figuren der zugehörigen
Zeichnungen erläutert,
in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente angeben. Es wird
auch angemerkt, dass die Zeichnungen nicht unbedingt maßstäblich gezeichnet
sind.
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1 zeigt ein Beispiel einer
Verbindungsanordnung, die einen Faltenbalg verwendet, um einen Halbleiterwafer
mit einem starren Verdrahtungssubstrat in Kontakt zu drücken.
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2 zeigt ein weiteres Beispiel
einer Anordnung zum Erzeugen einer elektrischen Verbindung zwischen
einem Substrat wie z.B. einem Halbleiterwafer und einem starren
Verdrahtungssubstrat durch die Verwendung eines Vakuums.
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3 zeigt ein weiteres Beispiel
einer Anordnung zum Erzeugen einer elektrischen Verbindung zwischen
einem Substrat wie z.B. einem Halbleiterwafer und einem Verdrahtungssubstrat.
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4A zeigt ein Beispiel einer
biegsamen Sondenvorrichtung, die verwendet werden kann, um einen
Halbleiterwafer in einem Sondenprüfvorgang mit Sonden zu prüfen.
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4B zeigt ein Beispiel einer
Anordnung zur Verwendung einer biegsamen Sondenvorrichtung, um einen
Wafersondenprüfvorgang
durchzuführen.
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4C zeigt, wie sich eine
misslungene Verbindung aus der Verwendung einer Verbindungsanordnung
des Standes der Technik ergeben kann.
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5 ist eine Querschnittsansicht,
die ein Beispiel einer Verbindungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6A ist eine Querschnittsansicht,
die ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Verbindungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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6B ist eine Querschnittsansicht
eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer elektrischen Verbindungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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6C zeigt in einer Teilansicht
und in einer Querschnittsansicht ein Beispiel einer elektrischen Verbindungsanordnung
bei der Verwendung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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6D zeigt in einer Querschnittsansicht, wie
sich eine biegsame Verdrahtungsschicht der vorliegenden Erfindung
verformen kann, um trotz Unregelmäßigkeiten in Oberflächen und/oder
Kontaktelementen eine elektrische Verbindung vorzusehen.
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7A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung einer elektrischen Verbindungsanordnung.
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7B zeigt eine Draufsicht
auf die biegsame Verdrahtungsschicht 705, die in 7A gezeigt ist.
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8 zeigt eine Teilansicht
eines weiteren Beispiels der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbindungsanordnungen und Verfahren
zur Herstellung von Verbindungen und insbesondere Verbindungsanordnungen
und Verfahren zur Herstellung einer mechanischen und elektrischen
Verbindung mit Kontaktelementen auf einer integrierten Schaltung.
Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen erläutern die Erfindung
und sollen nicht als Begrenzung der Erfindung aufgefasst werden.
Zahlreiche spezielle Einzelheiten werden beschrieben, um ein umfassendes Verständnis der
vorliegenden Erfindung bereitzustellen. In anderen Fällen werden
jedoch gut bekannte oder herkömmliche
Einzelheiten nicht beschrieben, um die vorliegende Erfindung im
einzelnen nicht unnötig
schwer verständlich
zu machen.
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5 zeigt ein Beispiel einer
elektrischen Verbindungsanordnung 501 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Anordnung umfasst eine Fluid enthaltende Struktur 509,
die eine Kammer 519 zum Aufnehmen des Fluids umfasst. Das
Fluid wird durch die Innenwände
der Struktur 509 und durch die biegsame Verdrahtungsschicht 507 festgehalten,
die in einem Ausführungsbeispiel
zur in 4A gezeigten biegsamen
Sondenvorrichtung ähnlich
sein kann. Unterhalb der biegsamen Verdrahtungsschicht 507 ist
ein Prüfobjekt
wie z.B. die integrierte Schaltung oder der Halbleiterwafer 505 angeordnet.
Die integrierte Schaltung 505 wird durch eine Aufspannplatte 503 abgestützt, die
starr sein kann. Die Aufspannplatte 503 ist an der Fluid
enthaltenden Struktur 509 durch Bolzen 511A und 511B befestigt,
wie in der Querschnittsansicht von 5 gezeigt.
Eine O-Ring-Dichtung 527 (oder
ein anderer Dichtungsmechanismus, der verwendet werden kann) dient zum
Abdichten der Kammer 519 vor einem Fluidleck zwischen der
biegsamen Verdrahtungsschicht 507 und der Kante der Anordnung 509.
Die O-Ring-Dichtung 527 liegt unter einem Fuß der Kante
der Anordnung 509 und wird mit der biegsamen Verdrahtungsschicht 507 in
engen Kontakt gedrückt.
Fluid kann in die Kammer 519 durch den Einlasskanal 521 eingeleitet
werden und Fluid kann aus der Kammer 519 durch die Auslasskanäle 525 und 523 entfernt
werden. Fluid, das aus diesen Auslasskanälen entfernt wird, kann zu
einem Temperaturregler 515 gepumpt oder überführt werden,
der dann Fluid mit einer gewünschten
Temperatur zu einer Pumpe und einem Druckregler 517 liefert,
der wiederum das Fluid durch den Kanal 521 in die Kammer 519 zurückführt. Es kann
erwünscht
sein, das Fluid in einem kontinuierlich zirkulierenden Zustand zu
halten, um eine genau geregelte Temperatur aufrechtzuerhalten und
um einen gewünschten
Druck aufrechtzuerhalten.
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5 zeigt den Zustand der
Verbindungsanordnung vor dem Einleiten eines Fluids wie z.B. einer Flüssigkeit
oder eines Gases in die Kammer 519. Insbesondere wurde
die biegsame Verdrahtungsschicht in der Nähe und typischerweise in unmittelbarer Nähe (z.B.
etwa 75 bis etwa 750 Mikrometer) zur Kontaktfläche der integrierten Schaltung 505 angeordnet.
Typischerweise stehen die elektrischen Kontaktelemente auf der biegsamen
Verdrahtungsschicht wie z.B. die Kontaktelemente 533A, 533B und 533C nicht
in mechanischem Kontakt und stehen nicht in elektrischem Kontakt
mit den entsprechenden Kontaktelementen auf der integrierten Schaltung wie
z.B. den Kontaktelementen 532A, 532B und 532C,
wenn das Fluid nicht in die Kammer 519 eingeleitet wurde.
Nach dem Montieren der integrierten Schaltung 505 oder
eines anderen Prüfobjekts
in der Nähe
der biegsamen Verdrahtungsschicht 507 kann dann das Fluid
in die Kammer 519 eingeleitet werden, um eine Druckdifferenz
zwischen einer Seite der biegsamen Verdrahtungsschicht 507 und
der anderen Seite der biegsamen Verdrahtungsschicht 507 zu erzeugen,
wodurch die biegsame Verdrahtungsschicht mit den Kontaktelementen
der integrierten Schaltung 505 in Kontakt gedrückt wird.
Dies ist in der Teilansicht von 6C gezeigt,
die einen Teil der biegsamen Verdrahtungsschicht 507 zeigt,
der mit den Kontaktelementen der integrierten Schaltung 505 in
Kontakt gebracht wird, die durch die Aufspannplatte 503 abgestützt wird,
wie in 6C gezeigt. Der durch
das Fluid erzeugte Druck ist durch den in 6C gezeigten Druck 690 dargestellt.
Da die biegsame Verdrahtungsschicht verformbar ist, können sich
Teile in lokalen Bereichen der biegsamen Verdrahtungsschicht relativ
zu anderen Bereichen der biegsamen Verdrahtungsschicht unter dem
Druck des Fluids geringfügig
verformen, um einen Kontakt herzustellen. Wenn das Fluid aus der
Kammer 519 entfernt wird, kann die biegsame Verdrahtungsschicht 507 in
ihren nicht-verformten Zustand zurückkehren.
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Dies
stellt eine Lösung
für die
Situation bereit, in der sich die Höhen der Kontaktelemente genügend unterscheiden,
so dass unter Verwendung von herkömmlichen Montageverfahren die
Kontaktelemente mit kleinerer Höhe
keine elektrische Verbindung herstellen. Diese Lösung berücksichtigt auch eine fehlende
Parallelität
zwischen den zwei Oberflächen
und Nicht-Planaritäten
in den Oberflächen.
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Wie
in den 5 und 6C gezeigt, können Anschlagstrukturen
wie z.B. die Anschlagstrukturen 531A, 531B und 5310 auf
der oberen Oberfläche
der integrierten Schaltung 505 angeordnet sein, um den minimalen
Abstand zwischen der integrierten Schaltung 505 und den
lokalen Bereichen der biegsamen Verdrahtungsschicht 507 festzulegen.
Die Verwendung der Anschlagstrukturen zum Festlegen dieses Abstands
ermöglicht
die Verwendung eines beträchtlichen
Drucks, der durch das Fluid ausgeübt wird, um einen angemessenen
elektrischen Kontakt über
die gesamte Oberfläche
der integrierten Schaltung 505 sicherzustellen, ohne gleichzeitig
die Kontaktelemente wie z.B. die elastischen, freistehenden Kontaktelemente 532A, 532B und 532C,
die in 5 gezeigt sind,
zu beschädigen. 6C zeigt die Anschlagstrukturen
bei der Wirkung, wenn sie verhindern, dass die biegsame Verdrahtungsschicht 507 durch
den Fluiddruck 690 weiter in Richtung der Oberfläche der
integrierten Schaltung 505 gedrückt wird. In einem alternativen
Ausführungsbeispiel
können
die Anschlagstrukturen an der Oberfläche der biegsamen Verdrahtungsschicht
befestigt sein oder die Anschlagstrukturen können auf beiden Oberflächen angeordnet
sein.
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6D zeigt ein Beispiel dessen,
wie sich eine biegsame Verdrahtungsschicht in einem lokalen Bereich
verformen oder biegen kann, um trotz Unregelmäßigkeiten in den Oberflächen und/oder
Kontaktelementen eine elektrische Verbindung vorzusehen. Das Beispiel
von 6D zeigt die Verwendung
von elastischen Kontaktelementen, es ist jedoch zu erkennen, dass
in einem alternativen Beispiel vielmehr starre Kontaktelemente (z.B.
C4-Kugeln) als elastische Kontaktelemente verwendet werden können. Die
biegsame Verdrahtungsschicht 507 verformt sich unter dem
Einfluss des Fluiddrucks 690 lokal um das Kontaktelement 533B.
Die Verformung stoppt, wenn das Element 533B einen mechanischen
(und daher elektrischen) Kontakt mit dem freistehenden, elastischen
Kontaktelement 532B herstellt, welches kürzer ist
als die freistehenden, elastischen Kontaktelemente 532A und 532C.
Ohne die Verformung kann keine elektrische Verbindung zwischen den
Kontaktelementen 534B und 533B stattfinden (siehe
beispielsweise 4C, in
der keine Verformung stattfindet, da die planare Oberfläche der
Presse 410 starr ist). Die biegsame Verdrahtungsschicht 507 ist
in der Lage, einen elektrischen Kontakt zwischen entsprechenden
Kontaktelementen selbst dann bereitzustellen, wenn die Oberflächen unregelmäßig sind
(z.B. uneben oder ungleichmäßig) oder
wenn sie nicht exakt parallel sind oder selbst wenn die Kontaktelemente unregelmäßig sind
(z.B. die Höhen
der Kontaktelemente zu sehr variieren). Wenn die elastischen Kontaktelemente
als Verbindungselemente zwischen den zwei Oberflächen verwendet werden, können sie die "lokalen" Schwankungen oder
Unregelmäßigkeiten
in den zwei Oberflächen
aufnehmen (z.B. über
einen Abstand im Bereich von bis zu etwa 2000 bis 5000 Mikrometer),
so dass die biegsame Verdrahtungsschicht nicht so biegsam sein muss,
dass sie sich über
einen solchen lokalen Bereich verformt, aber in diesem Fall sollte
die biegsame Verdrahtungsschicht immer noch genügend verformbar sein, dass
sie Schwankungen oder Unregelmäßigkeiten eines längeren Bereichs
aufnehmen kann (z.B. eine fehlende Parallelität zwischen den zwei Oberflächen über einen
Bereich von mehreren Inch über
die biegsame Verdrahtungsschicht).
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Die
biegsame Verdrahtungsschicht 507 kann mit oder ohne Anschlagstrukturen
verwendet werden. Die Anschlagstrukturen können erwünscht sein, wenn die Druckdifferenz
zwischen den zwei Oberflächen
der biegsamen Verdrahtungsschicht so groß ist, dass die Kontaktelemente
durch die resultierende Kraft beschädigt werden könnten, oder
wenn es erwünscht
ist, eine Kraft vorzusehen, die größer ist als das Minimum, um
Fertigungstoleranzen in der biegsamen Verdrahtungsschicht, den Aufspannvorrichtungen,
den Kontaktelementen usw. zuzulassen. Die Höhe und Anordnung der Anschlagstrukturen
sollten dazu ausgelegt sein, eine normale Biegung des elastischen
Kontaktelements zu ermöglichen
und zu ermöglichen,
dass sich die biegsame Verdrahtungsschicht zumindest über einen
lokalen Bereich hinaus verformt. Die biegsame Verdrahtungsschicht
sollte ausreichend biegsam und/oder verformbar sein, um lokale Verformungen
zu ermöglichen.
In dem Fall, in dem elastische Kontaktelemente verwendet werden, sollte
die biegsame Verdrahtungsschicht genügend verformbar sein, um sie
unter Druck zur Form eines Substrats (z.B. der Form eines Wafers)
zu formen, und dennoch über
einen lokalen Bereich steif genug sein, um sich nicht zu sehr zwischen
den Bewegungsanschlägen
zu verformen. Die biegsame Verdrahtungsschicht sollte in dem Fall,
in dem starre Kontaktelemente (z.B. C4-Kugeln wie in 4C) zwischen den zwei Oberflächen verwendet
werden, biegsamer sein. Vorausgesetzt, dass in den meisten Fällen die
biegsame Verdrahtungsschicht immer wieder zum Prüfen von verschiedenen ICs (oder
verschiedenen Wafern) verwendet wird, sollte die biegsame Verdrahtungsschicht
ferner in ihre nicht-verformte Form zurückkehren können, nachdem die Druckdifferenz
beseitigt wird. Dies wird erzielt, indem die biegsame Verdrahtungsschicht
innerhalb des elastischen Verformungsbereichs des Materials in der
biegsamen Verdrahtungsschicht betätigt wird.
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Es
ist zu erkennen, dass die biegsame Verdrahtungsschicht 507 aus
einer beliebigen Anzahl von Materialien, wie z.B. Polyimidmaterial,
das eine ausreichende lokale Biegsamkeit und/oder Verformbarkeit
in kleinen Bereichen ermöglicht,
ausgebildet werden kann. Ferner kann die biegsame Verdrahtungsschicht
mehrere Verdrahtungsschichten enthalten, die zwischen Schichten
von Isolatoren angeordnet sind, wie es auf dem Fachgebiet der Erzeugung von
mehrschichtigen leitenden Substraten wie z.B. Leiterplatten oder
biegsamen Leiterplatten gut bekannt ist. Die biegsame Verdrahtungsschicht 507 kann
verwendet werden, um elektrische Verbindungen mit einer einzelnen
integrierten Schaltung herzustellen, entweder bevor oder nachdem
die integrierte Schaltung gekapselt wird, oder kann verwendet werden,
um elektrische Verbindungen mit einer oder mehreren der integrierten
Schaltungen auf einem Halbleiterwafer oder einem Teil eines Halbleiterwafers
herzustellen. Ferner kann die biegsame Verdrahtungsschicht 507 verwendet
werden, um elektrische Verbindungen mit einer passiven Verbindungssteckeranordnung
wie z.B. einer Zwischenschalteinrichtung oder einer anderen Art
von Verbindungssubstraten herzustellen, die keine integrierten Schaltungen oder
Halbleitermaterialien umfassen. Somit kann die biegsame Verdrahtungsschicht 507 verwendet
werden, um eine einzelne integrierte Schaltung oder eine oder mehrere
integrierte Schaltungen auf einem Halbleiterwafer oder auf einem
Verbindungssubstrat wie z.B. einer Zwischenschalteinrichtung zu
prüfen. Es
ist ferner selbstverständlich,
dass die biegsame Verdrahtungsschicht 507 in Verbindung
mit der Anordnung der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen Arten
von Verbindungselementen verwendet werden kann, einschließlich beispielsweise
elastischen, freistehenden Verbindungselementen wie z.B. den vorstehend
angegebenen, oder anderen Arten von Verbindungselementen wie z.B.
Bondkontaktstellen, C4-Kugeln,
Elastomerkugeln, Pogostiften sowie anderen Kontaktelementen, die
auf dem Fachgebiet bekannt sind, und die Verbindungselemente können auf
einer oder beiden biegsamen Verdrahtungsschicht angeordnet sein.
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Im
Fall einer vollen Waferprüfung
mit breiten Temperaturschwankungen sollte das für die biegsame Verdrahtungsschicht
gewählte
Material einen TCE (Wärmeausdehnungskoeffizienten)
nahe dem oder identisch zum TCE von Silizium aufweisen. Dies kann
durch geeignete Materialwahl erzielt werden (z.B. Upilex S oder
Arlon 85NT) oder sogar durch Hinzufügen von gut bekannten Schichten
mit niedriger Ausdehnung (wie z.B. Invar) zur biegsamen Verdrahtungsschicht
weiter verstärkt
werden.
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6A zeigt ein weiteres Beispiel
einer Verbindungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Diese Verbindungsanordnung umfasst auch eine Kammer 519,
die zum Aufnehmen und Einschließen
eines Fluids verwendet wird, welches zum Erzeugen einer Druckdifferenz über der
biegsamen Verdrahtungsschicht 507 verwendet wird. Die biegsame
Verdrahtungsschicht 507 umfasst Kontaktelemente, die auf
der Seite der biegsamen Verdrahtungsschicht 507 angeordnet
sind, welche der integrierten Schaltung 505 zugewandt ist.
Diese Kontaktelemente wie z.B. das Kontaktelement 533C werden verwendet,
um mit entsprechenden Kontaktelementen auf der integrierten Schaltung 505 einen
elektrischen Kontakt herzustellen. Wie im Fall der in 5 gezeigten Anordnung wird,
wenn Fluid in die Kammer 519 eingeleitet wird, die biegsame
Verdrahtungsschicht 507 in Richtung der integrierten Schaltung 505 gedrückt, so
dass die Kontaktelemente auf der integrierten Schaltung 505 einen
elektrischen Kontakt mit den entsprechenden Kontaktelementen auf der
in 6A gezeigten biegsamen
Verdrahtungsschicht 507 herstellen. Wie in 6A gezeigt, umfasst die biegsame Verdrahtungsschicht 507 mehrere
aktive oder passive elektrische Bauelemente wie z.B. die Bauelemente 605, 607 und 609,
die an der Seite der biegsamen Verdrahtungsschicht 507 befestigt
sind, welche zur integrierten Schaltung 505 nicht benachbart
ist. Diese elektrischen Bauelemente können integrierte Schaltungen
sein, die zum Liefern von Signalen zur oder Empfangen von Signalen
von der integrierten Schaltung 505 verwendet werden, oder sie
können
andere aktive Bauelemente sein oder sie können passive Bauelemente (z.B.
Entkopplungskondensatoren) sein, die vorteilhafterweise in unmittelbarer
Nähe zu
einem oder mehreren Kontaktelementen auf der integrierten Schaltung 505 angeordnet
sein können.
Dies ermöglicht,
dass die Kapazität des
Entkopplungskondensators klein ist, und dennoch einen angemessenen
Entkopplungseffekt zu erzielen. Die elektrischen Bauelemente können auf der
biegsamen Verdrahtungsschicht 507 innerhalb der Kammer 519 montiert
sein, wie z.B. die Bauelemente 605 und 607, oder
sie können
außerhalb
der Kammer 519 montiert sein, wie im Fall des Bauelements 609.
Durch Montieren von Bauelementen wie z.B. den Bauelementen 605 und 607 innerhalb
der Kammer 519 auf der Seite 611 der biegsamen
Verdrahtungsschicht 507 können diese Bauelemente innerhalb
der Kammer durch das Fluid gekühlt
werden, das in die Kammer 519 eingeleitet wird. Es ist
ein erwünschtes
Merkmal, einen elektrischen Kontakt mit kurzer Länge durch die biegsame Verdrahtungsschicht
herzustellen. Bei der in 6A gezeigten
Implementierung sollte die biegsame Verdrahtungsschicht in der Lage
sein, das Druckfluid ohne Auslaufen zu halten. Dies kann durch die
Verwendung von gefüllten
Kontaktlöchern
oder durch Einsetzen einer kontinuierlichen Membran wie z.B. Silikon über den Druckraum
erzielt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde eine Silikonmembran
mit einer Dicke von etwa 0,015 Inch (380 Mikrometer) verwendet.
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Die
in 6A gezeigte Anordnung 601 umfasst
auch einen oder mehrere Hohlräume,
durch die man ein Fluid wie z.B. ein Gas oder eine Flüssigkeit strömen lassen
kann. Diese Hohlräume 603 können verwendet
werden, um die integrierte Schaltung 505 während einer
Prüfung
oder Voralterung der integrierten Schaltung 505 zu kühlen oder
alternativ zu erhitzen. Ein Hohlraum 603 kann über die
gesamte Länge
oder nur einen Teil der gesamten Länge der Aufspannplatte 503 verlaufen.
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Es
ist im Allgemeinen erwünscht,
dass die biegsame Verdrahtungsschicht 507 eine dünne Schicht
ist, um ein annehmbares Wärmeleitvermögen zwischen
dem Fluid innerhalb der Kammer 519 und der integrierten
Schaltung 505 bereitzustellen. Wenn beispielsweise eine
ausgedehnte Halbleiterwaferprüfung
stattfinden soll und die Selbsterwärmung des Wafers unerwünscht ist,
kann ein gekühltes
Fluid innerhalb der Kammer 519 verwendet werden, um die
integrierte Schaltung 505 auf einer gewünschten Temperatur zu halten.
Gleichzeitig kann man ein Kühlmittel
durch die Kanäle 603 zirkulieren lassen.
Wenn alternativ eine Spannungsprüfung
an der integrierten Schaltung 505 in Verbindung mit der elektrischen
Prüfung
durchgeführt
werden soll, kann ein erhitztes Fluid in die Kammer 519 und/oder
in den Kanal 603 eingeleitet werden. Die Temperatur des Fluids
innerhalb der Kammer 519 kann ebenso wie die Temperatur
des Fluids innerhalb des Kanals 603 geregelt werden, um
eine gewünschte
Temperatur für
die Prüfprozeduren
der integrierten Schaltung 505 zu erzielen.
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Es
ist zu erkennen, dass die biegsame Verdrahtungsschicht 507 als
herkömmliche
Nadelkarte beim Umverteilen und Verbinden der Kontaktelemente auf
der integrierten Schaltung mit einem Prüfbauelement wie z.B. einer
automatischen Prüfanlage (ATE)
wirken kann. Somit kann die biegsame Verdrahtungsschicht 507 eine
Kontaktabstandstransformation mit ihren Verdrahtungsschichten bereitstellen. Diese
Verdrahtungsschichten dienen zum Verbinden der Kontakte auf der
integrierten Schaltung mit der ATE-Vorrichtung und mit den verschiedenen
Schaltungen, die auf der Oberfläche 611 der
biegsamen Verdrahtungsschicht 507 montiert sind, wie z.B.
den Bauelementen 605 und 607. Typischerweise umfasst die
biegsame Verdrahtungsschicht 507 einen Bus, der Signale
zu und von der ATE liefert, wie z.B. den in 6A gezeigten Bus 610.
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6B zeigt ein weiteres alternatives
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, in welchem die Anordnung 631 eine
biegsame Verdrahtungsschicht 633 umfasst, die in diesem
Fall Anschlagstrukturen wie z.B. die Anschlagstruktur 641 umfasst
und elastische Kontaktelemente wie z.B. das elastische Kontaktelement 639 umfasst.
Im Gegensatz zu der in 6A gezeigten
Anordnung 610 umfasst die biegsame Verdrahtungsschicht
folglich sowohl Anschlagstrukturen als auch elastische Kontaktelemente,
die verwendet werden können,
um mit Kontaktelementen auf einer integrierten Schaltung 635 wie
z.B. dem Kontaktelement 637 einen Kontakt herzustellen.
In jeglicher anderer Hinsicht ähnelt
die Anordnung von 6B der
Anordnung von 5. Es ist
zu erkennen, dass die Anordnung von 6B verwendet
werden kann, um Halbleiterwafer, die keine elastischen Kontaktelemente
umfassen, sondern vielmehr nur Bondkontaktstellen oder andere Kontaktelemente
(z.B. C4-Kugeln)
umfassen, die sich auf der Oberfläche des Halbleiterwafers befinden,
zu prüfen
oder einem Voralterungsprozess zu unterziehen.
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Ein
alternatives Ausführungsbeispiel
einer Anordnung der vorliegenden Erfindung kann ein Vakuum verwenden,
das zwischen der integrierten Schaltung 505 und der biegsamen
Verdrahtungsschicht 507 erzeugt wird, um eine Druckdifferenz
zwischen einer Seite und der anderen Seite der biegsamen Verdrahtungsschicht 507 zu
erzeugen. Wenn beispielsweise ein Vakuumkanal in der Aufspannplatte 503 angeordnet
ist und dieser Kanal mit einer Vakuumpumpe gekoppelt ist, kann ein
Vakuum in die Kammer gesaugt werden, die durch die starre Aufspannplatte 503 und
die biegsame Verdrahtungsschicht 507 ausgebildet wird.
Wenn normaler Luftdruck in der Kammer 519 aufrechterhalten
wird, wenn das Vakuum gesaugt wird, wird die biegsame Verdrahtungsschicht 507 in
Richtung der integrierten Schaltung 505 gedrückt, was
bewirkt, dass zwischen den entsprechenden Kontaktanschlüssen auf
der biegsamen Verdrahtungsschicht 507 und der integrierten
Schaltung 505 ein Kontakt hergestellt wird.
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Die 7A und 7B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Verbindungsanordnung, die eine biegsame Verdrahtungsschicht
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet. Die in 7A gezeigte
Anordnung 701 umfasst einen Raum, der mindestens einen
Fluidkanal 723 umfasst. Während 7A den Kanal 723 an der Unterseite
der Anordnung zeigt, ist zu erkennen, dass sich der Kanal 723 an
der Seite der Anordnung befinden kann, so dass die Unterseite flach
und ohne Kanal ist. Der Fluidkanal 723 liefert Fluid in
die Kammer 721, um die biegsame Verdrahtungsschicht 705 zu
verformen und sie in Richtung des Prüfobjekts, wie z.B. der integrierten Schaltung 707,
zu drücken.
Die integrierte Schaltung 707 wird unter Verwendung von
herkömmlichen
Verfahren, die mit Vakuumaufspannvorrichtungen verbunden sind, die
auf dem Fachgebiet bekannt sind, an eine Vakuumaufspannvorrichtung 709 gesaugt. Die
Vakuumaufspannvorrichtung kann verwendet werden, um die Wafertemperatur
unter Verwendung von Verfahren zu regeln, die auf dem Fachgebiet
gut bekannt sind. In 7A ist
eine luftgekühlte
Vakuumaufspannvorrichtung gezeigt. Die Vakuumaufspannvorrichtung 709 umfasst
einen Wärmeableiter 711, der
an der oberen Oberfläche
der Vakuumaufspannvorrichtung 709 montiert ist. Die Vakuumaufspannvorrichtung 709 ist
durch Flansche 712 mit dem Raum 703 gekoppelt,
wie in 7A gezeigt. In
einem Ausführungsbeispiel
können
die Vakuumaufspannvorrichtung 709 und der Wärmeableiter 711 aus
Aluminium bestehen und die Flansche 712 und der Raum 713 können aus
Titan bestehen. In dem Beispiel von 7A umfasst
die integrierte Schaltung 707 elastische Kontaktelemente
wie z.B. die Kontaktelemente 737A und 737B, die
jeweils an Kontaktelementen 735A und 735B befestigt
sind, die Bondkontaktstellen auf der integrierten Schaltung 707 sein können.
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Es
ist zu erkennen, dass die Bezugnahme auf eine integrierte Schaltung 707 als
Beispiel für
verschiedene Prüfobjekte
anzusehen ist. Anstatt einer einzelnen integrierten Schaltung kann
das Prüfobjekt,
das in 7A gezeigt ist,
ein vollständiger
Halbleiterwafer mit vielen integrierten Schaltungen oder ein Teil
eines solchen Wafers oder eine gekapselte integrierte Schaltung
oder ein passives Verbindungssubstrat, wie z.B. eine Zwischenschalteinrichtung
für eine
Nadelkarte, oder ein Verdrahtungssubstrat sein. Somit ist zu erkennen,
dass, wenn in den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung
auf eine integrierte Schaltung Bezug genommen wird, dieser Bezug
nur für
den Zweck der Bequemlichkeit dient und dass beliebige dieser alternativen
Prüfobjekte
in den Anordnungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
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Wie
in 7A gezeigt, umfasst
die biegsame Verdrahtungsschicht 705 Anschlagstrukturen 733A und 733B und
umfasst die Kontaktelemente 731A und 731B. Es
ist auch zu erkennen, dass die biegsame Verdrahtungsschicht die
verschiedenen Leiterbahnen entlang ihrer Oberfläche oder innerhalb ihrer Struktur
umfasst und einen Verbindungsbus zu einer ATE oder zu einer anderen
Art Prüfvorrichtung umfasst.
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Die
biegsame Verdrahtungsschicht 705 wird innerhalb der Anordnung 701 durch
eine O-Ring-Dichtung 714 an der Stelle gehalten, die am Umfang
der biegsamen Verdrahtungsschicht 705 festgeklemmt ist,
wie in der Draufsicht von 7B gezeigt.
Die Klemmen 715A und 715B, wie in der Querschnittsansicht
von 7A gezeigt, befestigen den
O-Ring an der Kante
der Schicht 705 und diese Klemmen sind durch Bolzen 716A und 716B im Raum 703 befestigt.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel
kann die O-Ring-Dichtung 714 zwischen der biegsamen Verdrahtungsschicht 705 und dem
Raum 703 eingelegt sein. Die Klemmen 715A und 715B wären vielmehr
gerade als gekrümmt
oder würden
eine "L"-Form aufweisen und
würden
die Schicht 705 fest an der O-Ring-Dichtung 714 befestigen.
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Die
Funktionsweise der Anordnung 701 wird nun beschrieben.
Typischerweise wird das Prüfobjekt wie
z.B. eine integrierte Schaltung oder ein vollständiger Halbleiterwafer an der
Vakuumaufspannvorrichtung derart angeordnet, dass die Kontaktelemente
von der Vakuumaufspannvorrichtung abgewandt sind. Das Prüfobjekt
wird durch Erzeugen eines Vakuums im Inneren der Aufspannvorrichtung
an die Aufspannvorrichtung gesaugt, wie auf dem Fachgebiet bekannt
ist. Löcher
in der Oberfläche
der Aufspannvorrichtung saugen den Wafer oder das andere Prüfobjekt
sicher an die Oberfläche
der Aufspannvorrichtung. Dann werden die Kontaktelemente auf dem Prüfobjekt
in x und in y und in θ relativ
zu den Kontaktelementen auf der biegsamen Verdrahtungsschicht 705 ausgerichtet,
um zu ermöglichen,
dass zwischen entsprechenden Kontaktelementen auf der Schicht 705 und
dem Prüfobjekt 707 ein
korrekter Kontakt hergestellt wird. An diesem Punkt kann der z-Abstand
zwischen dem Prüfobjekt 707 und
der biegsamen Verdrahtungsschicht 705 verringert werden,
so dass die zwei Oberflächen
in unmittelbarer Nähe
liegen. Als nächstes
wird die Kammer 721 mit einem Fluid gefüllt, um die Schicht 705 "aufzublasen", so dass sie in Richtung
des Prüfobjekts 707 gedrückt wird,
was bewirkt, dass zwischen entsprechenden Kontaktelementen zwischen
den zwei Oberflächen ein
Kontakt hergestellt wird.
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8 zeigt ein weiteres Beispiel
der Erfindung. In diesem Beispiel wird ein Prüfobjekt 805 an einer
biegsamen Schicht 809 befestigt, die in der Anordnung 801 gehalten
wird. Die Klemmen 817A und 817B befestigen die
biegsame Schicht 809 an der O-Ring-Dichtung 816,
wodurch eine Dichtung für
die Fluidaufnahmekammer 811 bereitgestellt wird, die durch
die Basis 814 und die Schicht 809 gebildet ist. Fluid
(z.B. eine Flüssigkeit
oder Druckluft) kann durch den Kanal 811A in die Kammer 811 eingeleitet
werden. Das Fluid schiebt, wenn es eingeleitet wird, die Schicht 809 so,
dass das Prüfobjekt 805 (das
ein Halbleiterwafer mit elastischen Kontaktelementen 807 sein
kann) in Richtung der Verdrahtungsschicht 803 geschoben
wird, welche zur biegsamen Verdrahtungsschicht 507 ähnlich ist,
außer
dass die Schicht 803 nicht biegsam/verformbar sein muss.
Wenn das Prüfobjekt 805 ausreichend
in Richtung der Schicht 803 geschoben wird, stellen die
elastischen Kontaktelemente 805 einen elektrischen Kontakt
mit entsprechenden Kontaktelementen (z.B. Kontaktstellen 804) auf
der Schicht 803 her. Die Schicht 803 wird an einer Aufspannvorrichtung 802 befestigt,
die selbst am Flansch 815 befestigt ist. In einem alternativen
Ausführungsbeispiel
können
die elastischen Kontaktelemente an der Schicht 803 befestigt
sein und können mit
Kontaktstellen auf dem Prüfobjekt 805 einen
Kontakt herstellen. In anderen Ausführungsbeispielen können andere
Kontaktelemente (z.B. Kugeln) auf einer oder beiden der Oberflächen verwendet
werden.
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Es
ist zu erkennen, dass die Verbindungsanordnung der vorliegenden
Erfindung für
die Halbleitersondenprüfung
wie z.B. Sondenprüfung
von vollständigen
Halbleiterwafern oder bei der Voralterung von vereinzelten integrierten
Schaltungen oder der Voralterung von vollständigen Halbleiterwafern verwendet
werden kann. Im Fall der Sondenprüfung kann die Anordnung im
Prüfkopf
montiert und in x, y und z und θ relativ
zu entweder bekannten Positionen auf dem Halbleiterwafer oder bekannten
Positionen auf einer Sondenvorrichtung wie z.B. einer Waferprüfsonde,
die relativ zu bekannten Positionen auf einem Halbleiterwafer bekannt
sind, ausgerichtet werden. Dann kann die biegsame Verdrahtungsschicht mit
dem Halbleiterwafer in unmittelbare Nähe gebracht werden und dann
aufgeblasen werden, um einen elektrischen Kontakt zu bewirken. Im
Fall eines Voralterungsvorgangs kann das Prüfobjekt in der Anordnung montiert
und auf die Kontakte auf der biegsamen Verdrahtungsschicht ausgerichtet
werden und dann in eine Voralterungsumgebung bewegt und mit einer
Prüfanlage
verbunden werden und dann wird die biegsame Verdrahtungsschicht "aufgeblasen" oder anderweitig
in Richtung des Prüfobjekts gezogen,
um einen elektrischen Kontakt herzustellen.
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In
der vorangehenden Beschreibung wurde die Erfindung mit Bezug auf
spezielle beispielhafte Ausführungsbeispiele
derselben beschrieben. Es ist jedoch ersichtlich, dass verschiedene
Modifikationen und Änderungen
an dieser vorgenommen werden können,
ohne vom Schutzbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt,
abzuweichen. Die Beschreibung und die Zeichnungen sollen folglich
vielmehr in einer erläuternden
Hinsicht als in einer einschränkenden
Hinsicht betrachtet werden.