DE10151125A1

DE10151125A1 - Anschlussstruktur und zugehöriges Herstellungsverfahren sowie die Anschlussstruktur verwendende Prüfanschlussanordnung

Info

Publication number: DE10151125A1
Application number: DE2001151125
Authority: DE
Inventors: Yu Zhou; David Yu; Robert Edward Aldaz; Theodore A Khoury
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2002-06-06
Also published as: SG100762A1; KR100454540B1; TW522242B; US6579804B1; CN1350325A; KR20020032332A; US6576485B2; JP2002196019A; US20030027423A1; CN1246893C

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlußstruktur zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit Zielanschlüssen, enthaltend ein Anschlußsubstrat, durch dessen obere und untere Oberflächen Durchkontaktlöcher verlaufen, und eine Vielzahl von aus leitfähigem Material bestehenden und vertikal auf einer horizontalen Oberfläche des Anschlußsubstrats montierten Anschlußelementen, von denen jedes eine im wesentlichen gerade Form aufweist und aus einem in vertikaler Richtung vorstehenden und einen Anschlußpunkt bildenden Anschlußbereich, einem in ein entsprechendes Durchkontaktloch am Anschlußsubstrat eingeschobenen Mittelbereich und einem Basisbereich besteht, der ein als Anschlußfleck dienendes Basisende sowie einen zwischen dem Basisende und dem Mittelbereich vorgesehenen Federbereich umfaßt, wobei der Federbereich eine gebogene, schräge, mäanderförmige oder zickzackförmige Gestalt aufweist und hierdurch eine Anschlußkraft ausübt, wenn das Anschlußelement gegen den Zielanschluß gepreßt wird, wobei ein Ende des Basisbereichs von der Oberfläche des Anschlußsubstrats vorsteht und als ein Anschlußfleck zur elektrischen Verbindung mit einem externen Bauteil dient und wobei ein Ende des Anschlußbereichs mit dem Zielanschluß in Kontakt kommt, wenn die Anschlußstruktur gegen die Zielanschlüsse gepreßt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung dieser Anschlußstruktur sowie eine Prüfanschlußanordnung, bei der die erfindungsgemäße Anschlußstruktur ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlußstruk tur und ein zugehöriges Herstellungsverfahren sowie eine Prüfanschlußanordnung, bei der die Anschlußstruk tur zum Einsatz kommt. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung dabei auf eine Anschlußstruktur mit einer großen Anzahl von in vertikaler Richtung angeordneten Anschlußelementen und ein Verfahren, bei dem eine der art große Anzahl von Anschlußelementen in horizontaler Ausrichtung auf einer Halbleiterscheibe hergestellt wird und die Anschlußelemente sodann von der Halblei terscheibe entfernt und in vertikaler Ausrichtung auf einem Substrat gehaltert werden, um die Anschlußstruk tur, bei der es sich beispielsweise um eine Anschluß prüfanordnung, eine Nadelkarte, einen integrierten Schaltungschip oder einen anderen Anschlußmechanismus handelt, herzustellen.

Zum Prüfen von sehr dicht montierten elektrischen Hoch geschwindigkeitsbauteilen, wie etwa hochintegrierten und höchstintegrierten Schaltungen, werden ausgespro chen leistungsfähige Anschlußstrukturen, beispielsweise eine mit einer großen Anzahl von Anschlußelementen ver sehene Nadelkarte, benötigt. Anschlußstrukturen können aber auch für andere Anwendungen eingesetzt werden, etwa bei ummantelten integrierten Schaltungen als Lei tungen für die integrierten Schaltungen. Die vorlie gende Erfindung bezieht sich auf Anschlußstrukturen und ein Herstellungsverfahren für Anschlußstrukturen, die beim Prüfen von hoch- und höchstintegrierten Chips und von Halbleiterscheiben, beim Voraltern von Halbleiter scheiben und Chips sowie beim Prüfen und Voraltern von ummantelten Halbleiterscheiben, gedruckten Leiterplat ten usw. Verwendung finden. Darüber hinaus läßt sich die vorliegende Erfindung auch für andere Anwendungs zwecke, etwa bei der Herstellung von Leitungen oder An schlußpins von integrierten Schaltungschips, ummantel ten integrierten Schaltungen oder anderen elektroni schen Bauteilen einsetzen. Zum leichteren Verständnis wird die vorliegende Erfindung jedoch unter Bezugnahme auf das Prüfen von Halbleiterscheiben erläutert.

Wenn zu prüfende Halbleiterbauteile in Form einer Halb leiterscheibe vorliegen, wird ein Halbleiterprüfsystem, beispielsweise ein Prüfgerät für integrierte Schaltun gen, zum automatischen Prüfen der Halbleiterscheibe üb licherweise mit einer Substrathaltevorrichtung, etwa einer automatischen Scheibenprüfeinrichtung, verbunden. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 1 dargestellt, wobei ein Halbleiterprüfsystem einen Prüfkopf 100 umfaßt, der sich herkömmlicherweise in einem gesonderten Gehäuse befindet und über ein Bündel von Kabeln 110 elektrisch mit dem Prüfsystem verbunden ist. Der Prüfkopf 100 und eine Substrathaltevorrichtung 400 sind sowohl mecha nisch als auch elektrisch über eine durch einen Motor 510 angetriebene Bedieneinrichtung 500 miteinander ver bunden. Die zu prüfenden Halbleiterscheiben werden durch die Substrathaltevorrichtung 400 automatisch in eine Prüfposition des Prüfkopfs 100 bewegt.

Am Prüfkopf 100 werden der zu prüfenden Halbleiter scheibe vom Halbleiterprüfsystem erzeugte Prüfsignale zugeleitet. Die von der zu prüfenden Halbleiterscheibe (bzw. den auf der Halbleiterscheibe ausgebildeten inte grierten Schaltungen) kommenden resultierenden Aus gangssignale werden dem Halbleiterprüfsystem zugeführt, wo sie mit SOLL-Werten verglichen werden, um festzu stellen, ob die auf der Halbleiterscheibe angeordneten integrierten Schaltungen einwandfrei funktionieren.

Der Prüfkopf 100 und die Substrathaltevorrichtung 400 sind, wie sich Fig. 1 entnehmen läßt, durch ein Schnittstellenelement 140 verbunden, das aus einem (in Fig. 2 gezeigten) Performance-Board 120 besteht und Ko axialkabeln, Pogo-Pin und Anschlußelemente aufweist. Der in Fig. 2 gezeigte Prüfkopf 100 umfaßt eine große Anzahl von gedruckten Leiterplatten 150, die der Anzahl der Prüfkanäle (Anschlußpins) des Halbleiterprüfsystems entspricht. Jede gedruckte Leiterplatte 150 weist ein Anschlußelement 160 auf, das einen entsprechenden Kon taktanschluß 121 des Performance-Boards 120 aufnimmt. Zur exakten Festlegung der Kontaktposition gegenüber der Substrathaltevorrichtung 400 ist am Performance- Board 120 ein "Frog"-Ring 130 angebracht. Der Frog-Ring 130 weist eine große Anzahl von Anschlußpins 141, bei spielsweise ZIF-Anschlußelemente oder Pogo-Pins, auf, die über Koaxialkabel 124 mit Kontaktanschlüssen 121 verbunden sind.

Wie sich Fig. 2 entnehmen läßt, wird der Prüfkopf 100 oberhalb der Substrathaltevorrichtung 400 ausgerichtet und über das Schnittstellenelement 140 mit der Sub strathaltevorrichtung verbunden. In der Substrathalte vorrichtung 400 ist eine zu prüfende Halbleiterscheibe 300 auf einer Einspannvorrichtung 180 gehaltert. Ober halb der zu prüfenden Halbleiterscheibe 300 befindet sich bei diesem Beispiel eine Nadelkarte 170. Die Na delkarte 170 umfaßt eine große Anzahl von Prüfanschluß elementen (beispielsweise Vorsprünge oder Nadeln) 190, die mit Zielanschlüssen, wie etwa Schaltanschlüssen oder Anschlußflecken der integrierten Schaltung auf der zu prüfenden Halbleiterscheibe 300 in Kontakt kommen.

Elektrische Anschlüsse der Nadelkarte 170 werden elek trisch mit den auf dem Frog-Ring 130 befindlichen An schlußpins 141 verbunden. Die Anschlußpins 141 werden zudem durch die Koaxialkabel 124 mit den Kontaktan schlüssen 121 des Performance-Board 120 verbunden, wo bei jeder Kontaktanschluß 121 wiederum mit der gedruck ten Leiterplatte 150 des Prüfkopfes 100 verbunden ist. Außerdem sind die gedruckten Leiterplatten 150 durch das eine große Anzahl von Innenkabeln umfassende Kabel 110 mit dem Halbleiterprüfsystem verbunden.

Bei dieser Anordnung kommen die Prüfanschlußelemente 190 in Kontakt mit der Oberfläche (Zielanschluß) der auf der Einspannvorrichtung 180 angeordneten Halb leiterscheibe 300, wobei sie der Halbleiterscheibe 300 Prüfsignale zuführen und die resultierenden Ausgangssi gnale von der Scheibe 300 empfangen. Die resultierenden Ausgangssignale vom Halbleiterscheibenprüfling 300 wer den mit den SOLL-Werten verglichen, um zu bestimmen, ob die integrierten Schaltungen auf der Halbleiterscheibe 300 einwandfrei arbeiten.

Fig. 3 zeigt eine Unteransicht der in Fig. 2 dargestell ten Nadelkarte 170. Bei diesem Beispiel weist die Na delkarte 170 einen Epoxidring auf, auf dem eine Viel zahl von (auch als Nadeln bzw. Vorsprünge bezeichneten) Prüfanschlußelementen 190 gehaltert ist. Wenn die die Halbleiterscheibe 300 halternde Einspannvorrichtung 180 in der Anordnung gemäß Fig. 2 nach oben bewegt wird, so kommen die Spitzen der Anschlußelemente 190 in Kontakt mit den Anschlußflecken bzw. Wölbungen (d. h. den Ziel anschlüssen) auf der Scheibe 300. Die Enden der An schlußelemente 190 sind mit Drähten 194 verbunden, die wiederum mit in der Nadelkarte 170 ausgebildeten (nicht dargestellten) Übertragungsleitungen verbunden sind. Die Übertragungsleitungen sind an eine Vielzahl von Elektroden (Anschlußflecken) 197 angeschlossen, die mit den in Fig. 2 dargestellten Pogo-Pins 141 in Kontakt stehen.

Üblicherweise besteht die Nadelkarte 170 aus mehreren Polyimid-Substrat-Schichten und weist in vielen Schich ten Masseebenen, Netzebenen und Signalübertragungslei tungen auf. Durch Herstellung eines Gleichgewichts zwi schen den einzelnen Parametern, d. h. der dielektrischen Konstanten und der magnetischen Permeabilität des Poly imids sowie den Induktanzen und den Kapazitäten der Si gnalpfade in der Nadelkarte 170, ist jede Signalüber tragungsleitung in bereits bekannter Weise so gestal tet, daß sie eine charakteristische Impedanz von bei spielsweise 50 Ohm aufweist. Somit handelt es sich bei den Signalleitungen zur Erzielung einer großen Frequenz übertragungsbandbreite zur Scheibe 300 um Leitungen mit angepaßter Impedanz, die sowohl im Dauerbetrieb als auch bei aufgrund einer Veränderung der Ausgangslei stung des Bauteils in einem Übergangszustand auftreten den hohen Stromspitzen Strom leiten. Zur Stö rungsunterdrückung sind auf der Nadelkarte zwischen den Netz- und den Masseebenen Kondensatoren 193 und 195 vorgesehen.

Zum besseren Verständnis der beschränkten Hochfrequenz leistung bei der herkömmlichen Nadelkartentechnologie ist in Fig. 4 eine Schaltung dargestellt, die derjenigen der Nadelkarte 170 äquivalent ist. Wie sich den Fig. 4A und 4B entnehmen läßt, verläuft die Signalübertragungsleitung auf der Nadelkarte 170 von der Elektrode 197 über den (in der Impedanz angepaßten) Streifenleiter 196 zum Draht 194 und weiter zum An schlußelement 190. Da der Draht 194 und das Anschluße lement 190 in ihrer Impedanz nicht angepaßt sind, wir ken diese Bereiche, wie in Fig. 4C dargestellt ist, als Spule L im Hochfrequenzband. Da die Gesamtlänge des Drahtes 194 und des Anschlußelements 190 etwa 20 bis 30 mm beträgt, kommt es aufgrund der Spule beim Prüfen der Hochfrequenzleistung eines Bauteils zu erheblichen Ein schränkungen.

Andere Faktoren, die eine Einschränkung der Frequenz bandbreite bei der Nadelkarte 170 hervorrufen, gehen auf die in den Fig. 4D und 4E gezeigten Netz- und Massenadeln zurück. Da der mit dem Anschlußelement 190 in Reihe geschalteten Draht 194 zur Stromzuführung (siehe Fig. 4D) und der mit dem Anschlußelement 190 in Reihe geschaltete Draht 194 zur Erdung der Spannung und der Signale (Fig. 4E) Spulen entsprechen, kommt es zu einer erheblichen Einschränkung des Hochgeschwindig keits-Stromflusses.

Darüber hinaus sind die Kondensatoren 193 und 195 zwi schen der Netzleitung und der Masseleitung angeordnet, um durch Herausfiltern von Störungen bzw. Impulsstößen in den Netzleitungen eine einwandfreie Leistung des Bauteilprüflings sicherzustellen. Die Kondensatoren 193 weisen einen relativ hohen Wert von beispielsweise 10 µF auf und können, falls nötig, von den Netzleitungen durch Schalter getrennt werden. Die Kondensatoren 195 besitzen hingegen einen relativ kleinen Kapazitätswert von beispielsweise 0,01 µF und sind nahe des Bauteil prüflings DUT fest angeschlossen. Diese Kondensatoren wirken als Hochfrequenz-Entkoppler an den Netzleitun gen. Anders ausgedrückt, begrenzen die Kondensatoren die Hochfrequenzleistung des Prüfanschlußelements.

Dementsprechend sind die erwähnten, am häufigsten ver wendeten Prüfanschlußelemente auf eine Frequenzband breite von etwa 200 MHz beschränkt, was zum Prüfen mo derner Halbleiterbauelemente nicht ausreicht. Es wird in Fachkreisen davon ausgegangen, daß schon bald eine Frequenzbandbreite von wenigstens 1 GHz benötigt wird. Außerdem besteht in der Industrie ein Bedarf nach einer Nadelkarte, die in der Lage ist, eine große Anzahl - d. h. etwa 32 oder mehr - von Halbleiterbauteilen, und dabei insbesondere Speicherelementen, parallel zu prü fen, um so die Prüfkapazität zu erhöhen.

Bei der herkömmlichen Technologie werden Nadelkarten und Prüfanschlußelemente, wie sie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt sind, von Hand hergestellt, was dazu führt, daß ihre Qualität unterschiedlich ausfällt. Eine derartig wechselnde Qualität schließt Abweichungen in der Größe, der Frequenzbandbreite, der jeweiligen An schlußkraft und dem Widerstand usw. mit ein. Bei den herkömmlichen Prüfanschlußelementen besteht ein weite rer zu einer unzuverlässigen Anschlußleistung führender Faktor darin, daß die Prüfanschlußelemente und die zu prüfende Halbleiterscheibe bei Temperaturänderungen ein unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhältnis aufweisen. Bei einer Temperaturänderung verändern sich somit ihre gemeinsamen Kontaktstellen, was sich negativ auf die Anschlußkraft, den Anschlußwiderstand und die Band breite auswirkt. Es werden daher neuartig konzipierte Anschlußstrukturen benötigt, die in der Lage sind, die Anforderungen an die Halbleiterprüftechnologie der nächsten Generation zu erfüllen.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anschlußstruktur zu beschreiben, die eine große Anzahl von Anschlußelementen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit Zielanschlüssen umfaßt und dabei eine große Frequenzbandbreite und Pinzahl sowie eine hohe Anschlußleistung und Zuverlässigkeit bietet.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine beispielsweise eine Nadelkarte bildende An schlußstruktur vorzusehen, die zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit Halbleiterbauteilen mit ei ner sehr hohen Frequenzbandbreite dient.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anschlußstruktur zu beschreiben, die eine elektrische Verbindung zum gleichzeitigen parallelen Prüfen einer großen Anzahl von Halbleiterbauteilen her stellen kann.

Außerdem liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anschlußstruktur und einen zugehörigen Montagemechanismus zur Montage einer Vielzahl von An schlußstrukturen zur Herstellung einer Prüfanschlußan ordnung gewünschter Größe und mit einer gewünschten An zahl von an der Prüfanschlußanordnung gehalterten An schlußelementen zu beschreiben.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, ein Verfahren zu beschreiben, bei dem eine große Anzahl von Anschlußelementen in einer zweidimensionalen Weise auf einem Siliziumsubstrat hergestellt und die Anschlußelemente vom Substrat entfernt und zur Bildung einer Anschlußstruktur in dreidimensionaler Weise auf einem Anschlußsubstrat gehaltert werden.

Es ist außerdem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu beschreiben, bei dem eine große Anzahl von Anschlußelementen zweidimensional auf einem Silizium substrat hergestellt wird, wobei die Anschlußelemente sodann auf ein Haftband übertragen und wiederum von diesem entfernt werden, um sie zur Ausbildung einer An schlußstruktur vertikal auf einem Anschlußsubstrat zu haltern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Anschluß struktur zum Prüfen (einschließlich dem Voraltern) von (die Bauteilprüflinge bildenden) Halbleiterscheiben, ummantelten hochintegrierten Schaltungen oder gedruck ten Leiterplatten eine große Anzahl von Anschlußelemen ten, die auf einer ebenen Oberfläche eines beispiels weise durch ein Siliziumsubstrat gebildeten Substrats etwa durch Einsatz einer Photolithographietechnik her gestellt wurden. Die erfindungsgemäßen Anschlußstruktu ren können auch als Bestandteile von Elektronikbautei len, etwa Leitungen integrierter Schaltungen und An schlußpins, Verwendung finden.

Eine Anschlußstruktur gemäß dem ersten Aspekt der vor liegenden Erfindung dient zur Herstellung einer elek trischen Verbindung mit Zielanschlüssen. Die Anschluß struktur besteht aus einem Anschlußsubstrat und einer Vielzahl von Anschlußelementen, wobei die Anschlußele mente jeweils eine im wesentlichen gerade Gestalt auf weisen. Das Anschlußelement enthält dabei einen An schlußbereich, der in vertikaler Richtung vorsteht und so einen Anschlußpunkt bildet, einen Mittelbereich, der in ein am Anschlußsubstrat vorgesehenes Durchkontakt loch eingeschoben wird, und einen Basisbereich, der ein als Anschlußfleck dienendes Basisende sowie einen zwi schen dem Basisende und dem Mittelbereich vorgesehenen Federbereich umfaßt, welcher eine elastische An schlußkraft erzeugt, wenn das Anschlußelement gegen den Zielanschluß gepreßt wird.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem die Anschlußelemente zweidimen sional auf einem Siliziumsubstrat hergestellt und von diesem zur Herstellung einer Anschlußstruktur wieder entfernt werden. Das Herstellungsverfahren umfaßt dabei die folgenden Verfahrensschritte:

a) Ausbilden einer Zusatzschicht auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats;
b) Ausbilden einer Fotolackschicht auf der Zusatz schicht;
c) Ausrichten einer Fotomaske über der Fotolackschicht und Belichten der Fotolackschicht mit ultraviolettem Licht durch die Fotomaske, wobei die Fotomaske ein Bild der Anschlußelemente enthält;
d) Entwickeln von dem Bild der Anschlußelemente ent sprechenden Mustern auf einer Oberfläche der Foto lackschicht;
e) Herstellen der Anschlußelemente aus elektrisch leit fähigem Material in den in der Fotolackschicht vor gesehenen Mustern durch Ablagerung des leitfähigen Materials, wobei jedes Anschlußelement einen zwi schen einem Basis- und einem Mittelbereich angeord neten Federbereich aufweist;
f) Abtragen der Fotolackschicht;
g) Entfernen der Zusatzschicht durch einen Ätzvorgang, wodurch die Anschlußelemente vom Siliziumsubstrat getrennt werden; und
h) Montieren der Anschlußelemente auf einem Anschluß substrat, welches Durchkontaktlöcher umfaßt, die die Enden der Anschlußelemente derart aufnehmen, daß we nigstens ein Ende jedes Anschlußelements als An schlußfleck für eine elektrische Verbindung dient.

Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein weiteres Verfahren, bei dem die Anschlußelemente zweidimensional auf einem Siliziumsubstrat hergestellt und sodann auf ein Haftband übertragen und zur Erzeu gung einer Anschlußstruktur wiederum von diesem Haft band entfernt werden. Das Herstellungsverfahren umfaßt dabei die folgenden Verfahrensschritte:

a) Erzeugen einer Zusatzschicht auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats;
b) Erzeugen einer Fotolackschicht auf der auf dem Sub strat befindlichen Zusatzschicht;
c) Ausrichten einer Fotomaske über der Fotolackschicht und Belichten der Fotolackschicht mit ultraviolettem Licht durch die Fotomaske, wobei die Fotomaske ein Bild der Anschlußelemente umfaßt;
d) Entwickeln von dem Bild der Anschlußelemente ent sprechenden Mustern auf einer Oberfläche der Foto lackschicht;
e) Herstellen der Anschlußelemente aus elektrisch leit fähigem Material in den in der Fotolackschicht vor gesehenen Mustern durch einen Elektroplattiervor gang, wobei jedes Anschlußelement zwischen einem Ba sis- und einem Mittelbereich einen Federbereich auf weist;
f) Abtragen der Fotolackschicht;
g) Plazieren eines Haftbandes auf den Anschlußelementen in einer Weise, daß obere Außenflächen der Anschluß elemente am Haftband anhaften;
h) Entfernen der Zusatzschicht durch einen Ätzvorgang, wodurch die am Haftband anhaftenden Anschlußelemente vom Siliziumsubstrat getrennt werden; und
i) Montieren der Anschlußelemente an einem Anschlußsub strat, welches Durchkontaktlöcher zur Aufnahme der Enden der Anschlußelemente umfaßt, wobei wenigstens ein Ende jedes Anschlußelements als Anschlußfleck für eine elektrische Verbindung dient.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem die Anschlußelemente zweidimen sional auf einem Siliziumsubstrat hergestellt und so dann auf das Haftband übertragen werden. Das Herstel lungsverfahren umfaßt dabei die folgenden Verfahrens schritte:

a) Erzeugen eines leitfähigen Substrats aus einem elek trisch leitfähigen Material auf einem dielektrischen Substrat;
b) Erzeugen einer Fotolackschicht auf dem leitfähigen Substrat;
c) Ausrichten einer Fotomaske über der Fotolackschicht und Belichten der Fotolackschicht mit ultraviolettem Licht durch die Fotomaske, wobei die Fotomaske ein Bild der Anschlußelemente umfaßt;
d) Entwickeln von dem Bild der Anschlußelemente ent sprechenden Mustern auf einer Oberfläche der Foto lackschicht;
e) Herstellen der Anschlußelemente aus elektrisch leit fähigem Material in den in der Fotolackschicht vor gesehenen Mustern durch einen Elektroplattiervor gang; wobei jedes Anschlußelement einen zwischen ei nem Basis- und einem Mittelbereich angeordneten Fe derbereich aufweist;
f) Abtragen der Fotolackschicht;
g) Plazieren eines Haftbandes auf den auf dem leitfähi gen Substrat angeordneten Anschlußelementen in einer solchen Weise, daß obere Außenflächen der Anschluße lemente am Haftband anhaften, wobei die Haftkraft zwischen den Anschlußelementen und dem Haftband grö ßer ist als diejenige zwischen den Anschlußelementen und dem leitfähigen Substrat;
h) Ablösen des leitfähigen Substrats, wodurch die am Haftband anhaftenden Anschlußelemente vom leitfähi gen Substrat getrennt werden; und
i) Montieren des Anschlußelements an einem ein Durch kontaktloch aufweisenden Anschlußsubstrat in einer solchen Weise, daß ein Ende des Anschlußelements von der gegenüberliegenden Oberfläche des Anschlußsub strats vorsteht.

Schließlich betrifft eine weiterer Aspekt der vorlie genden Erfindung eine die erfindungsgemäße Anschluß struktur umfassende Prüfanschlußanordnung. Die Prüfan schlußanordnung besteht aus einem Anschlußsubstrat, auf dessen einer Oberfläche eine Vielzahl von Anschlußele menten montiert ist, einer Nadelkarte zur Halterung des Anschlußsubstrats und zur Herstellung einer elektri schen Verbindung zwischen den Anschlußelementen und den auf der Nadelkarte vorgesehenen Elektroden sowie einen Pinblock, der eine Vielzahl von Anschlußpins aufweist, die als Schnittstelle zwischen der Nadelkarte und einem Halbleiterprüfsystem dienen, wenn der Pinblock an der Nadelkarte angebracht ist.

Die Anschlußelemente werden vertikal auf einer horizon talen Oberfläche des Anschlußsubstrats montiert, wobei jedes Anschlußelement eine im wesentlichen gerade Form aufweist. Jedes Anschlußelement enthält einen Spitzenbereich, der in vertikaler Richtung vorsteht und dabei einen Anschlußpunkt bildet, einen Mittelbereich, der in ein am Anschlußsubstrat vorgesehenes Durchkon taktloch eingeschoben wird, und einen Basisbereich, der ein als Anschlußfleck dienendes Basisende und einen Federbereich umfaßt, der zwischen dem Basisende und dem Mittelbereich angeordnet ist und eine elastische An schlußkraft erzeugt, wenn das Anschlußelement gegen den Zielanschluß gepreßt wird.

Die erfindungsgemäße Anschlußstruktur weist eine sehr hohe Frequenzbandbreite auf und erfüllt so die bei der Halbleitertechnologie der nächsten Generation auftre tenden Prüfanforderungen. Da die große Anzahl von gleichzeitig auf dem Substrat erzeugten Anschlußelemen ten ohne manuelle Arbeitsschritte hergestellt wird, ist es möglich, eine gleichbleibende Qualität und hohe Zu verlässigkeit sowie eine lange Lebensdauer hinsichtlich der Anschlußleistung zu geringen Kosten zu erzielen. Darüber hinaus ist es auch möglich, durch Temperaturän derungen bedingte Positionierfehler zu kompensieren, da die Anschlußelemente auf demselben Substratmaterial montiert werden, das auch für den Bauteilprüfling ver wendet wird.

Durch das erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren läßt sich zudem durch den Einsatz einer relativ einfachen Technologie eine große Anzahl von Anschlußelementen in horizontaler Ausrichtung auf dem Siliziumsubstrat her stellen. Die derart erzeugten Anschlußelemente werden sodann vom Substrat entfernt und in vertikaler Ausrich tung auf einem Anschlußsubstrat montiert. Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Anschlußstrukturen sind kostengünstig und äußerst effizient und bieten eine hohe mechanische Festigkeit und Zuverlässigkeit.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Be zugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Schemadarstellung der struk turellen Beziehung zwischen einer Substrathaltevorrichtung und einem mit einem Prüfkopf versehenen Halbleiterprüfsystem;

Fig. 2 eine detailliertere Schemadarstel lung eines Beispiels einer Anord nung zur Verbindung des Prüfkopfs des Halbleiterprüfsystems mit der Substrathaltevorrichtung durch ein Schnittstellenelement;

Fig. 3 eine Unteransicht eines Beispiels der mit einem Epoxidring zur Hal terung einer Vielzahl von Prüfan schlußelementen (Nadeln bzw. Vor sprüngen) versehenen Nadelkarte gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 4A-4E Schaltbilder zur Darstellung von zur Nadelkarte gemäß Fig. 3 äqui valenten Schaltungen;

Fig. 5 eine Schemadarstellung eines Bei spiels für eine erfindungsgemäße Anschlußstruktur, wobei Anschluße lemente Verwendung finden, die in horizontaler Ausrichtung auf einem Siliziumsubstrat hergestellt und vertikal auf einem Anschlußsub strat montiert wurden;

Fig. 6 eine Schemadarstellung eines wei teren Beispiels für eine erfin dungsgemäße Anschlußstruktur, wo bei Anschlußelemente Verwendung finden, die in horizontaler Aus richtung auf einem Siliziumsub strat hergestellt und vertikal auf einem Anschlußsubstrat montiert wurden;

Fig. 7 eine Schemadarstellung eines wei teren Beispiels für eine erfin dungsgemäße Anschlußstruktur, wo bei Anschlußelemente Verwendung finden, die in horizontaler Aus richtung auf einem Substrat herge stellt und vertikal auf einem An schlußsubstrat montiert wurden;

Fig. 8A und 8B Schemadiagramme zur Darstellung von grundlegenden Konzepten des erfindungsgemäßen Herstellungsver fahrens, bei dem eine große Anzahl von Anschlußelementen auf einer ebenen Oberfläche eines Substrats hergestellt und für spätere Ar beitsvorgänge von dieser Oberflä che entfernt werden;

Fig. 9A bis 9F Schemadiagramme zur Darstellung von Beispielen für die Form der im erfindungsgemäßen Herstellungsver fahren erzeugten und in den erfin dungsgemäßen Anschlußstrukturen verwendeten Anschlußelemente;

Fig. 10A und 10B Diagramme zur Darstellung eines speziellen Beispiels für ein er findungsgemäßes Anschlußelement, wobei sich Fig. 10A eine Vorderan sicht des Anschlußelements und

Fig. 10B eine Seitenansicht des An schlußelements entnehmen läßt;

Fig. 11A bis 11L Schemadiagramme zur Darstellung eines Beispiel für ein erfin dungsgemäßes Herstellungsverfahren zur Erzeugung der Anschlußele mente;

Fig. 12A bis 12D Schemadiagramme zur Darstellung eines weiteren Beispiels für ein erfindungsgemäßes Herstellungsver fahren zur Erzeugung der Anschluß elemente;

Fig. 13A bis 13N Schemadiagramme zur Darstellung eines Beispiels für ein Verfahren zur Erzeugung von Anschlußstruktu ren in der horizontalen Oberfläche eines Substrats und zur Übertra gung der Anschlußelemente auf eine Zwischenplatte;

Fig. 14A und 14B Schemadiagramme zur Darstellung eines Beispiels für einen Auf nahme- und Plaziermechanismus so wie seiner Verwendung bei der Er zeugung der erfindungsgemäßen An schlußstruktur, wobei er zur Auf nahme der Anschlußelemente und zu deren Plazierung auf einem Sub strat dient, bei dem es sich bei spielsweise um ein aus mehreren Schichten bestehendes Siliziumsub strat handelt;

Fig. 15 eine Querschnittsansicht zur Dar stellung eines Beispiels einer Prüfanschlußanordnung, bei der die erfindungsgemäße Anschlußstruktur als eine Schnittstelle zwischen einem Halbleiterbauteilprüfling und einem Prüfkopf eines Halblei terprüfsystems zum Einsatz kommt;

Fig. 16 eine Querschnittsansicht zur Dar stellung eines weiteren Beispiels einer Prüfanschlußanordnung, bei der die erfindungsgemäße Anschluß struktur als eine Schnittstelle zwischen einem Halbleiterbauteil prüfling und einem Prüfkopf eines Halbleiterprüfsystems zum Einsatz kommt;

Fig. 17 eine Querschnittsansicht zur Dar stellung eines weiteren Beispiels einer Prüfanschlußanordnung, bei der die erfindungsgemäße Anschluß struktur als eine Schnittstelle zwischen einem Halbleiterbauteil prüfling und einem Prüfkopf eines Halbleiterprüfsystems zu Einsatz kommt;

Fig. 18 ein Schemadiagramm eines Beispiels für eine erfindungsgemäße An schlußstruktur, welche in mehreren Schichten angeordnete Standardsi liziumsubstrate sowie die in dem erfindungsgemäßen Herstellungsver fahren erzeugten Anschlußelemente umfaßt;

Fig. 19 eine Perspektivansicht einer Viel zahl von erfindungsgemäßen An schlußstrukturen, die jeweils ein große Anzahl von Anschlußelementen umfassen, wobei sich die An schlußstrukturen zu einer Prüfan schlußanordnung gewünschter Größe zusammensetzen lassen; und

Fig. 20 eine Perspektivansicht der erfin dungsgemäßen Anschlußstruktur, bei der mehrere Anschlußsubstrate zur Herstellung einer Prüfanschlußan ordnung mit gewünschter Größe, Form und Anschlußelementzahl mit einander verbunden sind.

Im folgenden wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen Beispiele für die erfindungsge mäße Anschlußstruktur. Bei der Beschreibung der vorlie genden Erfindung werden im übrigen Begriffe wie "horizontal" und "vertikal" verwendet. Diese Begriffe dienen den Erfindern dabei zur Angabe der Relativposi tionen, in denen die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Bauteile zueinander angeordnet sind, so daß sich die Bedeutung der Begriffe "horizontal" und "vertikal" hier nicht auf deren absolute Bedeutung, d. h. etwa auf "Erdhorizontale" bzw. "Gravitätsvertikale", beschränkt.

Die Anschlußstruktur besteht aus einem Anschlußsubstrat 20 und Anschlußelementen 30. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 5 erstreckt sich jedes Anschlußelement 301 im we sentlichen in einer vertikalen Richtung und umfaßt da bei einen Mittelbereich, der mit dem Anschlußsubstrat 20 verbunden ist, einen Anschlußbereich, der vorzugs weise zugeschärft ist und sich bei der Darstellung ge mäß Fig. 5 am unteren Ende befindet, einen zwischen dem Mittelbereich und dem Anschlußbereich angeordneten er sten Federbereich, der als Anschlußfeder fungiert, einen Basisbereich, der an seinem oberen Ende einen An schlußpunkt aufweist, und einen zwischen dem Basisbe reich und dem Mittelbereich angeordneten und als An schlußfeder fungierenden zweiten Federbereich.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel erstreckt sich je des Anschlußelement 302 ebenfalls im wesentlichen in der vertikalen Richtung, wobei es aus einem mit dem An schlußsubstrat 20 verbundenen Mittelbereich, einem ge rade geformten Anschlußbereich mit einem vorzugsweise zugeschärften und bei der Darstellung gemäß Fig. 6 am unteren Ende angeordneten Spitzenende, einem Basisbe reich, der an seinem oberen Ende einen Anschlußpunkt aufweist, und einem zwischen dem Basisbereich und dem Mittelbereich angeordneten Federbereich.

Bei dem Beispiel gemäß Fig. 7 erstreckt sich wiederum jedes Anschlußelement 303 im wesentlichen in vertikaler Richtung, wobei es aus einem mit dem Anschlußsubstrat 20 verbundenen Mittelbereich, einem in Fig. 7 am unteren Ende befindlichen, vorzugsweise zugeschärften Anschluß bereich, einem zwischen dem Mittelbereich und dem An schlußbereich vorgesehenen und als Anschlußfeder die nenden ersten Federbereich, einem Basisbereich, der an seinem oberen Ende einen zugeschärften Anschlußpunkt aufweist, und einem zwischen dem Basisbereich und dem Mittelbereich angeordneten und als zweite Anschlußfeder dienenden Federbereich.

Jedes der in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Anschlußelemente 30 erzeugt aufgrund einer elastischen Federkraft, die auf die Federbereiche, d. h. auf die horizontal geboge nen Bereiche, zurückgeht, bei denen es sich beispiels weise um mäanderförmige, zickzackförmige oder gebogene Bereiche des Anschlußelements handelt, einen Anschluß druck, wenn die Anschlußstruktur gegen an einer Halb leiterscheibe oder gedruckten Leiterplatte 300 vorgese hene Anschlußflecken 320 gepreßt wird. Der Anschluß druck führt zudem dazu, daß die Spitze des Anschlußele ments (Anschlußpunkt) gegen die Oberfläche des An schlußflecks 320 reibt. Bei den Beispielen der Fig. 5 bis 7 tritt diese Reibwirkung auch an der Spitze des Basisbereichs (d. h. am oberen Ende in der jeweiligen Zeichnung) gegen eine Oberfläche auf, zu der ein Kon takt hergestellt werden soll. Diese Reibwirkung trägt zu einer Verbesserung der Anschlußleistung bei, wenn der Anschlußpunkt gegen die am Anschlußfleck 320 vorge sehen Oxidoberfläche reibt und so einen elektrischen Kontakt mit dem unter der Oxidoberfläche befindlichen leitfähigen Material des Anschlußflecks 320 herstellt.

Bei der vorliegenden Erfindung sind die An schlußelemente 301, 302 und 303 im Hinblick auf ihre Verwendung und ihre Herstellung im übrigen durchaus austauschbar, wobei die Anschlußstruktur und das zuge hörige Herstellungsverfahren allerdings im folgenden nur unter Bezugnahme auf eines bzw. zwei dieser An schlußelemente erläutert werden. Zudem werden später unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 noch verschiedene andere erfindungsgemäße Anschlußelementtypen erläutert, wobei allerdings nur eine begrenzte Anzahl der An schlußelementtypen detailliert beschrieben wird. Da die in den Fig. 5 bis 10 gezeigten erfindungsgemäßen An schlußelemente an der horizontalen Oberfläche des An schlußsubstrats nicht schräg, sondern vertikal gehal tert sind, läßt sich in dem auf dem Anschlußsubstrat zur Verfügung stehenden begrenzten Raum eine große An zahl von Anschlußelementen montieren.

Die Fig. 8A und 8B zeigen grundlegende erfindungsgemäße Ideen für die Herstellung entsprechender Anschlußele mente. Wie sich Figur BA entnehmen läßt, werden Anschluß elemente 30 gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer ebenen Oberfläche eines durch ein Siliziumsubstrat oder ein anderen dielektrisches Substrat gebildeten Sub strats 40 in horizontaler Ausrichtung, d. h. zweidimen sional, hergestellt. Danach werden die Anschlußelemente 30 vom Siliziumsubstrat 40 entfernt, um sie auf dem in den Fig. 5 bis 7 gezeigten und beispielsweise durch eine gedruckte Leiterplatte, einen integrierten Schal tungschip oder einen anderen Anschlußmechanismus gebil deten Anschlußsubstrat 20 in vertikaler Ausrichtung, d. h. in einer dreidimensionalen Weise, zu montieren.

Bei dem Beispiel gemäß Fig. 8 werden die Anschlußele mente 30 auf einer ebenen Oberfläche eines aus Silizium oder einem anderen dielektrischen Material bestehenden Substrats 40 in horizontaler Ausrichtung hergestellt und sodann vom Substrat 40 weg auf ein Haftelement 90 übertragen, bei dem es sich beispielsweise um ein Haft band, einen Haftfilm oder eine Haftplatte handelt (wobei diese Elemente im folgenden kollektiv als "Haftband" bzw. "Zwischenplatte" bezeichnet werden). Die am Haftband anhaftenden Anschlußelemente 30 werden sodann wiederum von diesem entfernt, um sie mit Hilfe eines Aufnahme- und Plaziermechanismus auf einem in den Fig. 5 bis 7 gezeigten, beispielsweise aus einer ge druckten Leiterplatte, einem integrierten Schal tungschip oder einem anderen Anschlußmechanismus gebil deten Anschlußsubstrat 20 in vertikaler Ausrichtung, d. h. dreidimensional, zu montieren.

Die Fig. 9A bis 9F zeigen Beispiele für verschiedene Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anschlußelemente, welche in der in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Weise am An schlußsubstrat montiert werden sollen. Die Beispiele gemäß den Fig. 9A bis 9C weisen dabei jeweils an einem (in den Fig. 9A bis 9C oben liegenden) Ende des Basisbe reichs eine Pyramidenform auf, die über die obere Au ßenfläche des in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Anschlußsub strats 20 hinausragt, und besitzen am anderen (in den Fig. 9A bis 9C unteren) Ende eine Anschlußspitze. Die Anschlußspitzen der Fig. 9A bis 9E sind in verschiedener Weise jeweils so geformt, daß sie einen Kontakt mit der Oberfläche des Zielanschlusses mit geringem Anschlußwi derstand herstellen.

Die Beispiele der Fig. 9D bis 9F weisen jeweils ein ge bogenes dünnes Ende am (in den Fig. 9D bis 9F oben be findlichen) Basisbereich auf, das über die obere Außen fläche des in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Anschlußsub strats 20 hinausragt. Ähnlich wie bei den Beispielen der Fig. 9A bis 9C sind auch die Anschlußspitzen gemäß den Fig. 9D bis 9F in unterschiedlicher Weise jeweils so geformt, daß sie einen Kontakt mit der Oberfläche des Zielanschlusses mit geringem Anschlußwiderstand her stellen. Da an der Basis der Anschlußelemente eine Fe der vorhanden ist, wird zur Erzielung einer Federkraft bzw. Elastizität in vertikaler Richtung bei der Her stellung einer Prüfanordnung kein leitfähiges Elastome relement benötigt, worauf unter Bezugnahme auf Fig. 15 später noch näher eingegangen wird.

Die Fig. 10A und 10B zeigen ein spezielles Beispiel ei nes erfindungsgemäßen Anschlußelements, wobei sich Fig. 10A eine Vorderansicht und Fig. 10B eine Seitenan sicht dieses Anschlußelements entnehmen läßt. Das An schlußelement gemäß Fig. 10 besitzt einen Basisbereich, der an eine beispielsweise in Fig. 15 gezeigte Nadel karte angeschlossen wird, und einen in einem Mittelbe reich angeordneten zickzackförmigen Federbereich sowie einen am unteren Ende angeordneten Anschlußbereich, welcher einen Anschlußpunkt zur Herstellung eines Kon takts mit der Oberfläche des Zielanschlusses umfaßt. Der Basisbereich und der Federbereich stehen über die obere Außenfläche des in den Fig. 5 bis 7 gezeigten An schlußsubstrats 20 vor, wenn sie an diesem Substrat montiert sind. Bei diesem Beispiel weist der Anschluß bereich eine im wesentlichen gerade Form ohne Feder auf.

Wie sich der Vorderansicht gemäß Fig. 10A entnehmen läßt, umfaßt der Anschlußbereich an seinem oberen Ende nahe dem unteren Ende des Federbereichs einen Flansch, der als Anschlag fungiert, wenn das Anschlußelement in ein Durchkontaktloch des Anschlußsubstrats eingeschoben wird. Wie sich der Seitenansicht gemäß Fig. 10B entneh men läßt, ist der Federbereich dünner bemessen als der Anschlußbereich oder der Basisbereich, wodurch er sich leicht verformen läßt und so eine Federkraft ausübt, wenn der Anschlußbereich gegen den Zielanschluß gepreßt wird. Zur Erzielung der beiden unterschiedlichen Dic kenabmessungen, d. h. des dünneren Bereichs für den Fe derbereich und des dickeren Bereichs für den Anschluß- und den Basisbereich, erfolgt bei der Herstellung des Anschlußelements wenigstens zweimal eine Ablagerung leitfähiger Materialen, wodurch zwei oder mehr Schich ten erzeugt werden. Das in Fig. 10 gezeigte Anschlußele ment weist dabei beispielsweise die folgenden Abmessun gen auf: a = 760 µm, b = 820 µm, c = 50 µm, d = 200 µm, e = 1.200 µm, f = 50 µm, g = 20 µm und h = 50 µm.

Die Fig. 11A bis 11L zeigen Schemadiagramme eines Bei spiels für ein Herstellungsverfahren zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Anschlußelements 30 (beispielsweise des Anschlußelements 302 gemäß Fig. 6). Wie sich Fig. 11A entnehmen läßt, wird zuerst eine Zusatzschicht 42 auf einem Substrat 40 ausgeformt, bei dem es sich üblicher weise um ein Siliziumsubstrat handelt, obwohl auch an dere dielektrische Substrate, wie etwa ein Glassubstrat und ein Keramiksubstrat, in Frage kommen. Die Zusatz schicht 42 wird dabei in einem Ablagerungsvorgang, etwa durch chemisches Aufdampfen (CVD), beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiO₂) hergestellt und dient in einem späteren Stadium des Herstellungsverfahrens zur Tren nung der Anschlußelemente 30 vom Siliziumsubstrat.

Auf der Zusatzschicht 42 wird sodann beispielsweise durch einen Verdampfungsschritt eine in Fig. 11B darge stellte Haftverstärkungsschicht 44 ausgebildet. Als Ma terial für die Haftverstärkungsschicht 44 kommen bei spielsweise Chrom (Cr) und Titan (Ti) mit einer Dicke von etwa 200 bis 1000 Angström in Frage. Die Haftver stärkungsschicht 44 dient zur besseren Anhaftung einer in Fig. 11C gezeigten leitfähigen Schicht 46 am Silizi umsubstrat 40. Die leitfähige Schicht 46 besteht bei spielsweise aus Kupfer (Cu) oder Nickel (Ni) und weist eine Dicke von beispielsweise etwa 1000 bis 5000 Angström auf. Die leitfähige Schicht 46 bietet die bei einem später durchzuführenden Elektroplattiervorgang benötigte elektrische Leitfähigkeit.

Im nächsten Verfahrensschritt wird eine Fotolackschicht 48 auf der leitfähigen Schicht 46 ausgebildet und dar über eine Fotomaske 50 genau ausgerichtet, die dann mit ultraviolettem Licht (UV-Licht) belichtet wird, wie sich dies Fig. 11D entnehmen läßt. Die Fotomaske 50 zeigt ein zweidimensionales Bild des Anschlußelements 30, das auf der Fotolackschicht 48 entwickelt wird. Wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann zu diesem Zweck sowohl positiver als auch negativer Foto lack eingesetzt werden. Wird positiver Fotolack verwen det, so härtet der durch die lichtundurchlässigen Be reiche der Maske 50 abgedeckte Fotolack nach der Be lichtung aus. Als Fotolack kann dabei beispielsweise Novolak (M-Kresol-Formaldehyd), PMMA (Polymethylmetacrylat), SU-8 und lichtempfindliches Po lyimid Verwendung finden. Im Entwicklungsschritt läßt sich sodann der belichtete Bereich des Fotolacks auflö sen und abwaschen, wobei eine mit einer Öffnung bzw. einem Muster "A" versehene Fotolackschicht 48 zurück bleibt, die in Fig. 11E gezeigt ist. Die Aufsicht gemäß Fig. 11F zeigt dementsprechend das dem Bild (d. h. der Form) des Anschlußelements 30 entsprechende Muster bzw. die Öffnung "A" in der Fotolackschicht 48.

Bei dem gerade beschriebenen Photolithographieverfahren kann anstelle des Einsatzes von UV-Licht in bekannter Weise auch eine Belichtung der Fotolackschicht 48 mit einem Elektronenstrahl oder mit Röntgenstrahlen erfol gen. Außerdem ist es auch möglich, das Bild der An schlußstruktur direkt auf die Fotolackschicht 48 zu schreiben, indem der Fotolack 48 mit einem Elektronen strahl, einem Röntgenstrahl oder einer Lichtquelle (Laser) zum Direktschreiben belichtet wird.

Im Muster "A" in der Fotolackschicht 48 wird nun zur Ausbildung des Anschlußelements 30 das Anschlußmate rial, beispielsweise Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Alumi nium (A1), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Wolfram (W) oder ein anderes Metall bzw. Nickel-Kobalt (NiCo) oder andere Legierungskombinationen dieser Metalle (durch Elektroplattieren) abgelagert, wie sich dies Fig. 11G entnehmen läßt. Vorzugsweise sollte sich das dabei ver wendete Anschlußmaterial von dem für die leitfähige Schicht 46 verwendeten Material unterscheiden, so daß beide unterschiedliche Ätzeigenschaften aufweisen, wo rauf später noch näher eingegangen wird. Der in Fig. 11G gezeigte überstehende Plattierungsbereich des Anschluß elementes 30 wird nun in einem Schleifschritt (Einebenungsschritt) gemäß Fig. 11H abgetragen.

Zur Herstellung des beispielsweise in den Fig. 10A und 10B gezeigten, unterschiedliche Dickenabmessungen aufweisenden Anschlußelements wird der beschriebene Prozeß wiederholt, um zwei oder mehr leitfähige Schich ten auszubilden. Dabei werden im einzelnen nach der Ausbildung einer ersten Schicht der Anschlußelemente (aus leitfähigem Material), falls nötig die Verfahrens schritte gemäß den Fig. 11D bis 11H zur Ausbildung einer zweiten oder weiteren Schicht auf der ersten Schicht der Anschlußelemente wiederholt.

Daraufhin wird in einem Fotolack-Abtragungsschritt ge mäß Fig. 11I die Fotolackschicht 48 entfernt, wobei zur Entfernung der Fotolackschicht 48 üblicherweise ein chemisches Naßverfahren eingesetzt wird. Altetnativ hierzu kann aber beispielsweise auch eine Abtragung auf Azetonbasis oder eine Plasma-O₂-Abtragung durchgeführt werden. Wie sich Fig. 11J entnehmen läßt, wird nun die Zwischenschicht 42 so weggeätzt, daß das Anschlußele ment 30 vom Siliziumsubstrat 40 getrennt wird. Danach wird ein weiterer Ätzvorgang durchgeführt, in dem die Haftverstärkungsschicht 44 und die leitfähige Schicht 46 vom Anschlußelement 30 entfernt werden, wie sich dies Fig. 11K entnehmen läßt.

Die Ätzbedingungen lassen sich dabei derart wählen, daß die Schichten 44 und 46, nicht jedoch das Anschluß element 30 einer Ätzung unterzogen wird. Anders ausge drückt, muß dabei, wie bereits erwähnt, als leitfähiges Material für das Anschlußelement 30 ein anderes Mate rial gewählt werden, als für die leitfähige Schicht 46, um die leitfähige Schicht 46 wegätzen zu können, ohne daß das Anschlußelement 30 in Mitleidenschaft gezogen wird. Schließlich ist das Anschlußelement 30 von allen anderen Materialien getrennt, wie dies in der Perspek tivansicht gemäß Fig. 11L gezeigt ist. Bei der Darstel lung des Herstellungsverfahrens in den Fig. 11A bis 11L ist nur ein Anschlußelement 30 gezeigt; in einem tatsächlich durchgeführten Herstellungsverfahren, wird, wie sich den Fig. 8A und 8B entnehmen läßt, allerdings gleichzeitig eine große Anzahl von Anschlußelementen hergestellt.

Die Schemadiagramme der Fig. 12A bis 12D zeigen ein Bei spiel für ein Herstellungsverfahren zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Anschlußelemente. Bei diesem Beispiel wird ein Haftband (Zwischenplatte) 90 im Her stellungsverfahren eingesetzt, wobei die Anschlußele mente 30 vom Siliziumsubstrat 40 auf das Haftband 90 übertragen werden. Die Fig. 12A bis 12D zeigen nur einen späteren Abschnitt des Herstellungsverfahrens, bei dem das Haftband 90 Verwendung findet.

Fig. 12A läßt sich ein Verfahrensschritt entnehmen, der demjenigen gemäß Fig. 11I entspricht, wobei die Foto lackschicht 48 im Fotolackschicht-Abtragungsschritt entfernt wird. Danach wird - ebenfalls in dem in Fig. 12A gezeigten Verfahrensschritt - ein Haftband (Zwischenplatte) 90 derart auf eine obere Außenfläche des Anschlußelements 30 plaziert, daß das Anschlußele ment 30 am Haftband 90 anhaftet. Wie bereits weiter oben unter Bezugnahme auf Fig. 8B erwähnt wurde, schließt im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung der Begriff Haftband (Zwischenplatte) 90 auch andere Arten von Haftelementen, etwa einen Haftfilm oder eine Haftplatte usw., mit ein. Außerdem sind unter dem Be griff Haftband 90 auch all jene Elemente zu verstehen, die eine Anziehung auf das Anschlußelement 30 ausüben, wie etwa eine Magnetplatte, ein Magnetband oder eine elektrisch geladene Platte bzw. ein entsprechendes Band usw.

In dem in Fig. 12B gezeigten Verfahrensschritt wird die Zusatzschicht 42 derart weggeätzt, daß das am Haftband 90 anhaftende Anschlußelement 30 vom Siliziumsubstrat 40 getrennt ist. Daraufhin wird ein weiterer Ätzschritt in einer Weise durchgeführt, daß die Haftverstärkungs schicht 44 und die leitfähige Schicht 46 vom Anschluße lement 30 entfernt werden, wie dies in Fig. 12C gezeigt ist.

Wie bereits erwähnt, muß sich das für das Anschlußele ment 30 verwendete leitfähige Material von dem Material der leitfähigen Schicht unterscheiden, um einen Ätzvor gang an der leitfähigen Schicht 46 vornehmen zu können, ohne das Anschlußelement 30 in Mitleidenschaft zu zie hen. In den Fig. 12A bis 12C ist wiederum nur die Her stellung eines einzelnen Anschlußelements dargestellt, obwohl in einem tatsächlich durchgeführten Verfahren eine große Anzahl von Anschlußelementen gleichzeitig erzeugt wird, was bedeutet, daß hier auch eine große Anzahl von Anschlußelementen 30 auf das Haftband 90 übertragen und vom Siliziumsubstrat und anderen Mate rialen getrennt wird, wie dies der Aufsicht gemäß Fig. 12D zu entnehmen ist.

Die Fig. 13A bis 13N zeigen Schemadiagramme eines weite ren Beispiels für einen Herstellungsvorgang zur Erzeu gung des Anschlußelements 30, wobei die An schlußelemente auf das Haftband bzw. die Zwischenplatte übertragen werden. In dem in Fig. 13A dargestellten Ver fahrensschritt wird zunächst eine Elektroplattier- Grundschicht (d. h. eine leitfähige Schicht) 342 auf ei nem Substrat 340 ausgebildet, bei dem es sich üblicher weise um ein Silizium- oder ein Glassubstrat handelt. Die Grundschicht 342 besteht beispielsweise aus Kupfer (Cu) oder Nickel (Ni) und weist eine Dicke von bei spielsweise etwa 1000 bis 5000 Angström auf. Auf der Grundschicht 342 wird sodann, beispielsweise durch einen Zerstäubungsschritt, eine Chrom-Inconel-Schicht 344 ausgebildet, wie sich dies Fig. 13B entnehmen läßt.

Auf der Chrom-Inconel-Schicht 344 erzeugt man nun in dem in Fig. 13C gezeigten nächsten Verfahrensschritt ein leitfähiges Substrat 346, das beispielsweise aus Nic kel-Kobalt (NiCo) mit einer Dicke von etwa 100 bis 130 µm besteht. Nach Passivierung des leitfähigen Substrats 346 wird eine Fotolackschicht 348 mit einer Dicke von etwa 100 bis 120 µm auf dem leitfähigen Substrat 346 ausgebildet, wie dies in Fig. 13D gezeigt ist, und so dann eine Fotomaske 350 präzise derart ausgerichtet, daß die Fotolackschicht 348 in der in Fig. 13E gezeigten Weis e mit ultraviolettem Licht (UV-Licht) bestrahlt werden kann. Die Fotomaske 350 weist ein zweidimensio nales Bild des Anschlußelements 30 auf, das auf der Oberfläche der Fotolackschicht 348 entwickelt wird.

Im Entwicklungsschritt läßt sich der belichtete Teil des Fotolacks auflösen und abwaschen, wobei eine Foto lackschicht 348 zurückbleibt, wie sie in Fig. 13F ge zeigt ist, die ein von der Fotomaske 350 übertragenes, das Bild (d. h. die Form) des Anschlußelements 30 (beispielsweise des in Fig. 6 gezeigten Anschlußelements 302) aufweisendes Plattiermuster besitzt. In dem in Fig. 13G gezeigten Verfahrensschritt wird das Material für das Anschlußelement mit einer Dicke von etwa 50 bis 60 µm in einem Elektroplattierschritt in das Plattier muster der Fotolackschicht 348 eingebracht. Als leitfä higes Material kann dabei beispielsweise Nickel-Kobalt (NiCo) dienen. Das Nickel-Kobalt-Anschlußele mentmaterial haftet nicht fest an dem aus Nickel-Kobalt bestehenden leitfähigen Substrat 346 an.

Zur Herstellung von Anschlußelementen mit unterschied licher Dicke, wie sie in den Fig. 10A und 10B gezeigt sind, durch Ausbildung von zwei oder mehr leitfähigen Schichten kann der beschriebene Prozess wiederholt wer den. Dabei werden im einzelnen nach der Bildung einer ersten Schicht der Anschlußelemente, falls nötig, die in den Fig. 13D bis 13G gezeigten Verfahrensschritte zur Ausbildung einer zweiten oder weiteren Schicht auf der ersten Schicht der Anschlußelemente wiederholt.

Im nächsten Verfahrensschritt wird die Fotolackschicht 348 in einem Fotolack-Abtragungsvorgang gemäß Fig. 13H entfernt. Wie sich Fig. 13I entnehmen läßt, wird sodann das leitfähige Substrat 346 von der auf dem Substrat 340 befindlichen Chrom-Inconel-Schicht 344 abgelöst. Bei dem leitfähigen Substrat 346 handelt es sich um ein dünnes Substrat, auf dem die Anschlußelemente 30 mit relativ schwacher Haftkraft gehaltert sind. Fig. 13J zeigt eine Aufsicht auf das mit den Anschlußelementen 30 versehene leitfähige Substrat 346.

Fig. 13K läßt sich ein darauffolgender Verfahrensschritt entnehmen, in dem ein Haftband (Zwischenplatte) 90 auf die oberen Außenflächen der Anschlußelemente 30 pla ziert wird. Die Haftkraft zwischen dem Haftband 90 und den Anschlußelementen 30 ist größer als diejenige zwi schen den Anschlußelementen 30 und dem leitfähigen Sub strat 346, so daß die Anschlußelemente 30 vom leitfähi gen Substrat 346 auf das Haftband 90 übertragen werden, wenn man das Haftband 90 vom leitfähigen Substrat 346 entfernt, wie sich dies Fig. 13L entnehmen läßt. Fig. 13M zeigt eine Aufsicht auf das mit den Anschlußelementen 30 versehene Haftband 90, während sich Fig. 13N eine Querschnittsansicht des mit den Anschlußelementen 30 versehenen Haftbandes 90 entnehmen läßt.

Bei den Fig. 14A und 14B handelt es sich um Schemadia gramme zur Darstellung eines Beispiels für einen Vor gang zum Aufnehmen der Anschlußelemente 30 vom Haftband (Zwischenplatte) 90 und zum Plazieren der Anschlußele mente auf das Anschlußsubstrat 20. Der in den Fig. 14A und 14B gezeigte Aufnahme- und Plaziermechanismus wird in vorteilhafter Weise bei Anschlußelementen einge setzt, die durch das unter Bezugnahme auf die Fig. 12A bis 12D und die Fig. 13A bis 13N erläuterte erfindungs gemäße Verfahren unter Verwendung eines Haftbandes er zeugt wurden. Fig. 14A zeigt eine Vorderansicht des Auf nahme- und Plaziermechanismus 80, wobei die erste Hälfte der bei der Aufnahme- und Plazieroperation ab laufenden Vorgänge dargestellt ist, während sich Fig. 14B eine Vorderansicht des Aufnahme- und Plazierme chanismus 80 während der zweiten Hälfte der bei der Aufnahme- und Plazieroperation ablaufenden Vorgänge entnehmen läßt.

Bei diesem Beispiel besteht der Aufnahme- und Plazier mechanismus 80 aus einem Übertragungsmechanismus 84 zur Aufnahme und Plazierung der Anschlußelemente 30, beweg lichen Armen 86 und 87, die Bewegungen des Übertra gungsmechanismus 84 in X-, Y- und Z-Richtung erlauben, Tischen 81 und 82, deren Position sich in X-, Y- und Z- Richtung einstellen läßt, und einer Überwachungskamera 78, die beispielsweise einen CCD-Bildsensor umfaßt. Der Übertragungsmechanismus 84 ist mit einem Saugarm 85 versehen, der eine Ansaugung (Aufnahmeoperation) und Abgabe (Plazieroperation) der Anschlußelemente 30 durchführt. Die Saugkraft wird dabei beispielsweise durch einen negativen Druck, etwa ein Vakuum, erzeugt. Der Saugarm 85 dreht sich um einen festgelegten Winkel von beispielsweise 90°.

Im Betriebszustand werden das mit den Anschlußelementen 30 versehene Haftband 90 und das die Bondstellen (bzw. Durchkontaktlöcher) 32 aufweisende Substrat 20 auf den entsprechenden Tischen 81 und 82 des Aufnahme- und Pla ziermechanismus 80 positioniert. Wie sich Fig. 14A ent nehmen läßt, nimmt nun der Übertragungsmechanismus 80 das Anschlußelement 30 vom Haftband 90 durch die An saugkraft des Saugarms 85 auf. Nach Aufnahme des An schlußelements 30 dreht sich der Saugarm 85 um bei spielsweise 90°, wie dies in Fig. 14B dargestellt ist, wodurch die Anschlußelemente 30 aus einer horizontalen in eine vertikale Ausrichtung gebracht werden. Bei die sem Ausrichtungsmechanismus handelt es sich nur um ein Beispiel, wobei einem Fachmann auf diesem Gebiet viele andere Möglichkeiten bekannt sind, die Ausrichtung der Anschlußelemente zu verändern. Der Übertragungsme chanismus 80 plaziert sodann das Anschlußelement 30 auf der Bondstelle (bzw. den Durchkontaktlöchern) 32 am Substrat 20. Das Anschlußelement 30 wird nun am An schlußsubstrat 20 durch Anbonden an der Oberfläche oder durch Einschieben in die Durchkontaktlöcher angebracht.

Die Querschnittsansicht gemäß Fig. 15 zeigt ein Beispiel für eine Gesamtstapelstruktur zur Ausbildung einer Prüfanschlußanordnung unter Verwendung der erfindungs gemäßen Anschlußstruktur. Die Prüfanschlußanordnung fungiert als Schnittstelle zwischen dem Bauteilprüfling (DUT) und einem Prüfkopf, wie er beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel umfaßt die Prüfanschlußanordnung bei der in Fig. 15 gezeigten Rei henfolge oberhalb der Anschlußstruktur eine Leitwegfüh rungsplatte (Nadelkarte) 260 und einen Pogo-Pin-Block (bzw. einen Frog-Ring) 130.

Die Anschlußstruktur besteht aus einer Vielzahl von auf dem Anschlußsubstrat 20 gehalterten Anschlußelementen 30. Ein Basisbereich 35 jedes Anschlußelements steht an einer oberen Außenfläche des Anschlußsubstrats 20 vor. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Basisbereich 35 eine Feder auf, die beispielsweise gebogen oder zickzackförmig gestaltet ist. Die Anschlußelemente 30 können in die am Anschlußsubstrat 20 vorgesehenen Durchkontaktlöcher ein wenig lose eingeschoben sein, wodurch sie sich geringfügig in vertikaler Richtung be wegen lassen, wenn sie gegen die Halbleiterscheibe 300 und die Nadelkarte 260 gedrückt werden.

Die Nadelkarte 260, der Pogo-Pin-Block 130 und die An schlußstruktur sind sowohl mechanisch als auch elek trisch miteinander verbunden und bilden so eine Prüfan schlußanordnung. Hierdurch entstehen elektrische Pfade vom Anschlußpunkt der Anschlußelemente 30 über die Ka bel 124 und das (in Fig. 2 dargestellte) Performance- Board 120 bis zum Prüfkopf 100. Werden die Halbleiter scheibe 300 und die Prüfanschlußanordnung nun gegeneinandergepreßt, so entsteht eine elektrische Ver bindung zwischen dem Bauteilprüfling DUT (bzw. den An schlußflecken 320 auf der Scheibe 300) und dem Prüfsy stem.

Der Pogo-Pin-Block (bzw. Frog-Ring) 130 entspricht dem in Fig. 2 gezeigten Pogo-Pin-Block; er weist also eine große Anzahl von Pogo-Pins auf und bildet so eine Schnittstelle zwischen der Nadelkarte 260 und dem Per formance-Board 120. An oberen Enden der Pogo-Pins sind beispielsweise durch Koaxialkabel gebildete Kabel 124 angeschlossen, um über das Performance-Board 120 Si gnale an gedruckte Leiterplatten (Pinelektronik-Schalt karten) 150 im in Fig. 2 gezeigten Prüfkopf 100 zu über tragen. Die Nadelkarte 260 ist an ihrer Ober- und Un terseite jeweils mit einer großen Anzahl von Elektroden 262 bzw. 265 versehen. Im montierten Zustand stehen die Basisbereiche 35 der Anschlußelemente 30 in Kontakt mit den Elektroden 262. Die Elektroden 262 und 265 sind durch Verbindungsspuren 263 miteinander verbunden, um durch eine Auffächerung des Abstands der Anschlußstruk turen eine Anpassung an den Abstand der im Pogo-Pin- Block 130 angeordneten Pogo-Pins zu bewirken. Aufgrund der losen Halterung der Anschlußelemente 30 in den Durchkontaktlöchern des Anschlußsubstrats 20 liefern die an den Basisbereichen der Anschlußelemente vorhan denen Federn sowohl gegenüber den Elektroden 262 als auch gegenüber den Anschlußflecken 320 eine elastische Anschlußkraft, wenn sie gegen die Halbleiterscheibe 300 gepreßt werden.

Die Querschnittsansicht gemäß Fig. 16 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Prüfanschlußanordnung, bei der die erfindungsgemäße Anschlußstruktur zum Einsatz kommt. Die Prüfanschlußanordnung fungiert wiederum als Schnittstelle zwischen dem Halbleiterbauteilprüfling (DUT) und einem Prüfkopf, wie er beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist. Bei diesem Beispiel umfaßt die Prüf anschlußanordnung ein leitfähiges Elastomerelement 250, eine Nadelkarte 260 und einen Pogo-Pin-Block (bzw. einen Frog-Ring) 130, wobei diese Elemente oberhalb der Anschlußstruktur angeordnet sind. Da der Basisbereich des Anschlußelements 30, wie erwähnt, eine Feder auf weist, ist das leitfähige Elastomerelement im Grunde nicht nötig. Allerdings ist ein leitfähiges Elastomere lement insofern von Nutzen, als es die durch die Lücke zwischen der Nadelkarte 260 und der Anschlußstruktur entstehende Unebenheit ausgleicht.

Das leitfähige Elastomerelement 250 ist zwischen der Anschlußstruktur und der Nadelkarte 260 angeordnet. Im montierten Zustand sind die Basisbereiche 35 der An schlußelemente 30 an das leitfähige Elastomerelement 250 angeschlossen. Als leitfähiges Elastomerelement 250 dient eine dünne elastische Schicht mit einer großen Anzahl von in vertikaler Richtung verlaufenden leitfä higen Drähten. Das leitfähige Elastomerelement 250 be steht dabei beispielsweise aus einer dünnen Silizium- Gummischicht und einer Vielzahl von Reihen von Metall fasern. Die Metallfasern (bzw. Metalldrähte) sind bei der Darstellung gemäß Fig. 16 in vertikaler Richtung angeordnet, d. h. sie verlaufen senkrecht zur horizontal angeordneten dünnen Schicht des leitfähigen Elastomerelements 250. Der Abstand zwischen den Metall fasern beträgt beispielsweise 0,05 mm oder weniger, während die dünne Silizium-Gummischicht eine Dicke von etwa 0,2 mm aufweist. Ein entsprechendes leitfähiges Elastomerelement wird von der Firma Shin-Etsu Polymer Co. Ltd., Japan, hergestellt und ist im Handel erhält lich.

Die Querschnittsansicht gemäß Fig. 17 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Prüfanschlußanordnung, bei der die erfindungsgemäße Anschlußanordnung zum Einsatz kommt. Die Anschlußstruktur besteht bei diesem Beispiel aus mehreren Anschlußstrukturblöcken (Anschlußsubstratblöcken). Zudem bestehen die Anschluß substratblöcke aus mehreren aufeinandergestapelten Standard-Substraten. So umfaßt die Anschlußstruktur ge mäß Fig. 17 beispielsweise zwei Anschlußstrukturblöcke (Anschlußsubstratblöcke) 20 ₁ und 20 ₂, die jeweils drei Siliziumstandardsubstrate 22 ₁, 22 ₂ und 22 ₃ umfassen.

Obwohl nur ein Anschlußelement dargestellt ist, ist an jedem Anschlußsubstrat 20 tatsächlich eine Vielzahl von Anschlußelementen 30 derart angebracht, daß ein Ende jedes Anschlußelements 30 über die obere Außenfläche des Substrats 22 vorsteht. Üblicherweise besteht das Anschlußsubstrat 22 aus einer Siliziumscheibe, wobei allerdings auch andere dielektrische Materialien, wie etwa Keramik, Glas, Polyimid usw. denkbar sind. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Anschluß substrat 22 aus einem mehrere Schichten umfassenden Substrat, welches mehrere Standardsiliziumscheiben, und zwar beispielsweise drei Scheiben 22 ₁, 22 ₂ und 22 ₃ um faßt, die aufeinandergestapelt und aneinandergebondet sind. Das Hauptziel bei der Verwendung mehrerer Silizi umscheiben ist die Herstellung eines ausreichend dicken Anschlußsubstrats ohne Erhöhung der Toleranzen der me chanischen Abmessungen. Die Anzahl der Siliziumscheiben läßt sich somit frei wählen, so daß je nach den spe ziellen Anforderungen des Entwurfs eine oder mehrere Scheiben eingesetzt werden können. Die Standardsilizi umscheiben weisen jeweils dieselbe Dicke, jedoch eine unterschiedliche äußere Form auf, um so einen bei spielsweise durch Zähne und Vertiefungen gebildeten Eingriffmechanismus zu schaffen, wie sich dies Fig. 20 entnehmen läßt.

Die Querschnittsansicht gemäß Fig. 18 zeigt Einzelheiten der erfindungsgemäßen Anschlußstruktur, die in der in Fig. 15 gezeigten Prüfanschlußanordnung zum Einsatz kommt. Zur Anbringung des mit der zickzackförmigen Fe der versehenen Anschlußelements 30 am Anschlußsubstrat 20 wird ein an einem Ende mit einer Anschlußspitze ver sehener gerader Hauptteil des Anschlußelements 30 in ein Durchkontaktloch 25 eingeschoben. Bei diesem Bei spiel handelt es sich bei dem Anschlußsubstrat 20 um ein aus mehreren Schichten bestehendes Substrat, das drei Standardsiliziumscheiben 22 ₁, 22 ₂ und 22 ₃ umfaßt, welche aufeinandergestapelt und durch Schmelzbonden miteinander verbunden sind. Die Dicke der einzelnen Si liziumscheiben 22 ₁ bis 22 ₃ beträgt beispielsweise etwa 0,5 mm. Der die Feder aufweisende Basisbereich 35 des Anschlußelements 30 steht über die obere Außenfläche des Anschlußsubstrats 20 vor. Das Anschlußelement 30 weist einen flanschartigen Bereich 34 auf, der mit ei nem Absatz im Durchkontaktloch 25 in Paßeingriff kommt. An der Spitze des Anschlußelements 30 befindet sich ein Anschlußpunkt, der vorzugsweise zugeschärft ist, um die Reibwirkung gegen die Oberfläche des Zielanschlusses zu verstärken.

Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung eines aus drei Schichten bestehenden Substrats 20 und zur Ausbildung der darin vorgesehenen Durchkontaktlöcher entsprechend der Darstellung in Fig. 18 kurz erläutert. Hierfür werden zuerst die zweite Scheibe 22 ₂ und die dritte Scheibe 22 ₃ beispielsweise durch einen Silizium- Schmelzbondvorgang direkt zusammengebondet. Daraufhin werden die Scheiben 22 ₂ und 22 ₃ an der Vorder- und Rückseite poliert und es werden in einem Ätzvorgang durch diese Scheiben hindurchverlaufende Durchkontakt löcher erzeugt. Ein entsprechendes Tiefgrabenätzen läßt sich beispielsweise durch ein reaktives Ionenätzen un ter Verwendung eines reaktiven Gas-Plasmas erzielen. Wie sich Fig. 18 entnehmen läßt, müssen die Abmessungen der Durchkontaktlöcher in den zweiten und dritten Scheiben 22 ₂ und 22 ₃ kleiner als die des flanschähnli chen Bereichs 34 des Anschlußelements 30 sein, damit in den Durchkontaktlöchern Abstufungen entstehen.

Nun werden die Vorder- und die Rückseite der ersten Scheibe 22 ₁ poliert und durch das bereits erwähnte Tiefgrabenätzen durch diese Scheibe hindurchverlaufende Durchkontaktlöcher 25 erzeugt. Zur Aufnahme des erwähn ten flanschartigen Bereichs 34 des Anschlußelements 30 werden die Abmessungen der Durchkontaktlöcher 25 der ersten Scheibe 22 ₁ dabei größer gewählt, als diejenigen der Durchkontaktlöcher in der zweiten und dritten Scheibe 22 ₂ und 22 ₃. Die erste Scheibe 22 ₁ wird nun fluchtend zur zweiten und und zur dritten Scheibe 22 ₂ bzw. 22 ₃ ausgerichtet und an diese Scheiben durch Schmelzbonden angebondet. Zur Isolierung züchtet man Siliziumoxidschichten von beispielsweise wenigstens ei nem Mikrometer Dicke auf allen freiliegenden Oberflä chen des in der beschriebenen Weise erzeugten Anschluß substrats.

Fig. 19 zeigt eine Perspektivansicht eines Beispiels für die erfindungsgemäßen Anschlußstruktur- bzw. Anschluß substratblöcke, welche jeweils eine große Anzahl von Anschlußelementen 30 aufweisen, die in dem in den Fig. 8A und 8B gezeigten Verfahren erzeugt wurden. Bei diesem Beispiel sind mehrere Anschlußstrukturblöcke 20 vorgesehen, die zur Herstellung einer Anschlußstruktur der gewünschten Größe und mit der gewünschten Anzahl an Anschlußelementen zusammengesetzt werden sollen. Jeder der in Fig. 19 gezeigten Anschlußstrukturblöcke weist Anschlußelemente auf, die in einer einzigen Reihe an geordnet sind; allerdings kann ein erfindungsgemäßer Anschlußstrukturblock auch mit Anschlußelementen verse hen sein, die in zwei oder mehr Reihen, d. h. in Form einer Matrix, angeordnet sind.

Wie bereits erwähnt, besteht eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung in der Möglichkeit, eine Viel zahl von Anschlußstrukturblöcken 20 miteinander zu kom binieren, um eine Anschlußstruktur (Prüfanschlußanordnung) mit erhöhter Gesamtgröße und Anschlußelementzahl zu erzeugen. Bei dem in Fig. 19 ge zeigten Beispiel wurden vier Anschlußstrukturblöcke 20 bereitgestellt, die miteinander verbunden werden sol len. Obwohl dies beim Beispiel gemäß Fig. 19 nicht dargestellt ist, weist jedes Anschlußsubstrat 22 einen Verbindungs- bzw. Eingriffmechanismus auf, der beispielsweise durch Zähne an den äußeren Kanten des Substrats gebildet wird.

Fig. 20 zeigt eine Perspektivansicht der aus mehreren erfindungsgemäßen Anschlußstrukturblöcken gebildeten Anschlußstruktur. Bei diesem Beispiel wurden fünf An schlußsubstrate miteinander verbunden, um eine An schlußstruktur mit einer Gesamtgröße zu erzeugen, die einem ganzzahligen Vielfachen der Größe eines Anschluß strukturblocks entspricht. Aus Gründen der Übersicht lichkeit wurde auf eine Darstellung der Anschlußele mente auf den Anschlußsubstraten 22 verzichtet. Durch eine derartige Kombination der Anschlußsubstrate 22 er hält man eine Anschlußanordnung der gewünschten Größe, wobei die Größe der Anordnung beispielsweise derjenigen einer Zwölf-Inch-Halbleiterscheibe entspricht.

Bei dem gezeigten Beispiel sind die rechte und linke Kante des Anschlußsubstrats mit Eingriffszähnen 55 und -vertiefungen 65 versehen. Die Zähne 55 und Vertiefun gen 65 an der rechten und linken Kante sind einander identisch, wobei allerdings die Lage der Zähne 55 und der Vertiefungen 65 jeweils um eine Einheit versetzt ist. Hierdurch läßt sich die linke Kante eines An schlußsubstrats 22 paßgenau mit der rechten Kante eines anderen Anschlußsubstrats 22 zusammenfügen. Obwohl sich dies Fig. 20 nicht entnehmen läßt, ist an einem entfern ten Ende des Anschlußsubstrats 22 ein Vorsprung vorge sehen, der zu einer Nut 70 an einem nahen Ende eines anderen Anschlußsubstrats 22 komplementär ist. Anstelle von Vorsprüngen und Nuten können, wie an den bereits erwähnten rechten und linken Kanten, auch hier Zähne und Vertiefungen zum Einsatz kommen. Die Anschlußele mente 30 sind an den Anschlußsubstraten 22 in der in Fig. 19 gezeigten Weise in Durchkontaktlöchern 25 mon tiert.

Die erfindungsgemäße Anschlußstruktur besitzt eine sehr hohe Frequenzbandbreite und erfüllt so die Anforderun gen an die Halbleiterprüftechnik der nächsten Genera tion. Da eine große Anzahl an Anschlußelementen ohne manuelle Arbeitsschritte gleichzeitig auf dem Substrat hergestellt wird, läßt sich eine gleichbleibende Quali tät, eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebens dauer hinsichtlich der Anschlußleistung erzielen. Da die Anschlußelemente zudem auf demselben Substratmate rial angeordnet sind, wie es auch beim Bauteilprüfling Verwendung findet, ist es zudem möglich, auf Tempera turänderungen zurückgehende Positionierfehler zu kom pensieren. Außerdem ist es hier auch möglich, durch Einsatz einer relativ einfachen Technik eine große An zahl an Anschlußelementen in horizontaler Ausrichtung auf dem Siliziumsubstrat herzustellen. Die er findungsgemäß hergestellte Anschlußstruktur ist kosten günstig und sehr effizient und bietet eine hohe mecha nische Festigkeit und Zuverlässigkeit. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Anschlußstruktur läßt sich in vorteilhafter Weise beim Prüfen - und da bei auch für Voralterungstests - von Halbleiterschei ben, ummantelten hochintegrierten Schaltungen, Mehr chip-Modulen usw. einsetzen.

Claims

1. Anschlußstruktur zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit Zielanschlüssen, enthaltend
ein Anschlußsubstrat, durch dessen obere und un tere Oberflächen Durchkontaktlöcher verlaufen; und
eine, Vielzahl von aus leitfähigem Material be stehenden und vertikal auf einer horizontalen Oberfläche des Anschlußsubstrats montierten An schlußelementen, von denen jedes eine im wesent lichen gerade Form aufweist und aus einem in vertikaler Richtung vorstehenden und dabei einen Anschlußpunkt bildenden Anschlußbereich, einem in ein Durchkontaktloch am Anschlußsubstrat ein geschobenen Mittelbereich und einem Basisbereich besteht, der ein als Anschlußfleck dienendes Ba sisende sowie einen zwischen dem Basisende und dem Mittelbereich vorgesehenen Federbereich um faßt;
wobei der Federbereich eine gebogene, schräge, mäanderförmige oder zickzackförmige Gestalt auf weist und so eine Anschlußkraft ausübt, wenn das Anschlußelement gegen den Zielanschluß gepreßt wird, und wobei ein Ende des Basisbereichs von der Oberfläche des Anschlußsubstrats vorsteht und als ein Anschlußfleck zur elektrischen Verbindung mit einem externen Bauteil dient, und wobei ein Ende des Anschlußbereichs mit dem Zielanschluß in Kontakt kommt, wenn die An schlußstruktur gegen die Zielanschlüsse gepreßt wird.

2. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei das An schlußsubstrat aus einem einzigen dielektrischen Substrat oder aus mehreren, aneinandergebondeten di elektrischen Substraten besteht und die Durchkon taktlöcher am Anschlußsubstrat durch einen Ätzvor gang hergestellt werden.

3. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei jedes An schlußelement an seinem Mittelbereich eine flan schartige Form aufweist, durch die es sich in die Durchkontaktlöcher am Anschlußsubstrat einpassen läßt.

4. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei das An schlußsubstrat aus einer ersten und einer zweiten Halbleiterscheibe besteht, die zusammengebondet sind und an denen Durchkontaktlöcher hergestellt wurden, um die Anschlußelemente durch die Halbleiterscheiben hindurch zu haltern.

5. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei das An schlußsubstrat aus drei Schichten von Halbleiter scheiben besteht, die zusammengebondet sind und an denen Durchkontaktlöcher hergestellt wurden, um die Anschlußelemente durch die Halbleiterscheiben hin durch zu haltern.

6. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei die An schlußelemente auf einer ebenen Oberfläche eines flachen Substrats in horizontaler Ausrichtung er zeugt und vom flachen Substrat entfernt und in ver tikaler Richtung am Anschlußsubstrat montiert wur den.

7. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei das An schlußsubstrat an seinen Außenkanten einen Eingriff mechanismus aufweist, durch den es sich zur Herstel lung einer Anschlußanordnung beliebiger Größe und mit einer gewünschten Anschlußelementzahl mit den Außenkanten anderer Anschlußsubstrate verbinden läßt.

8. Anschlußstruktur nach Anspruch 7, wobei der Ein griffmechanismus Zähne und Vertiefungen umfaßt, die an Außenkanten des Anschlußsubstrats derart vorgese hen sind, daß die Eingriffszähne und -vertiefungen an einer Kante mit den Eingriffszähnen und -vertie fungen an einer gegenüberliegenden Kante eines ande ren Anschlußsubstrats zusammenpassen, wodurch sich eine Anordnung aus mehreren Anschlußsubstraten her stellen und so die eine gewünschte Größe, Form und Anzahl an Anschlußelementen umfassende Anschlußan ordnung erzeugen läßt.

9. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei das An schlußsubstrat aus Silizium besteht.

10. Anschlußstruktur nach Anspruch 1, wobei das An schlußsubstrat aus dielektrischem Material, wie etwa Polyimid, Keramik oder Glas besteht.

11. Verfahren zur Herstellung einer Anschlußstruktur, enthaltend die folgenden Verfahrensschritte:

a) Ausbilden einer Zusatzschicht auf einer Oberflä che eines Siliziumsubstrats;
b) Ausbilden einer Fotolackschicht auf der Zusatz schicht;
c) Ausrichten einer Fotomaske über der Fotolack schicht und Belichten der Fotolackschicht mit ultraviolettem Licht durch die Fotomaske, wobei die Fotomaske ein Bild der Anschlußelemente ent hält;
d) Entwickeln von dem Bild der Anschlußelemente entsprechenden Mustern auf einer Oberfläche der Fotolackschicht;
e) Herstellen der Anschlußelemente aus leitfähigem Material in den in der Fotolackschicht vor gesehenen Mustern durch Ablagerung des leitfähi gen Materials, wobei jedes Anschlußelement einen zwischen einem Basis- und einem Mittelbereich angeordneten Federbereich umfaßt;
f) Abtragen der Fotolackschicht;
g) Entfernen der Zusatzschicht durch einen Ätzvor gang, wodurch die Anschlußelemente vom Silizium substrat getrennt werden; und
h) Montieren der Anschlußelemente auf einem An schlußsubstrat, welches Durchkontaktlöcher um faßt, die die Enden der Anschlußelemente derart aufnehmen, daß wenigstens ein Ende jedes An schlußelements als Anschlußfleck für eine elek trische Verbindung dient.

12. Verfahren zur Herstellung einer Anschlußstruktur, enthaltend die folgenden Verfahrensschritte:

a) Erzeugen einer Zusatzschicht auf einer Oberflä che eines Siliziumsubstrats;
b) Erzeugen einer Fotolackschicht auf der auf dem Substrat befindlichen Zusatzschicht;
c) Ausrichten einer Fotomaske über der Fotolack schicht und Belichten der Fotolackschicht mit ultraviolettem Licht durch die Fotomaske, wobei die Fotomaske ein Bild der Anschlußelemente um faßt;
d) Entwickeln von dem Bild der Anschlußelemente entsprechenden Mustern auf einer Oberfläche der Fotolackschicht;
e) Herstellen der Anschlußelemente aus elektrisch leitfähigem Material in den in der Fotolack schicht vorgesehenen Mustern durch einen Elek troplattiervorgang, wobei jedes Anschlußelement einen zwischen einem Basisbereich und einem Mit telbereich angeordneten Federbereich umfaßt;
f) Abtragen der Fotolackschicht;
g) Plazieren eines Haftbandes auf den Anschlußele menten in einer Weise, daß obere Außenflächen der Anschlußelemente am Haftband anhaften;
h) Entfernen der Zusatzschicht durch einen Ätzvor gang, wodurch die am Haftband anhaftenden An schlußelemente vom Siliziumsubstrat getrennt werden; und
i) Montieren der Anschlußelemente an einem An schlußsubstrat, welches Durchkontaktlöcher zur Aufnahme der Enden der Anschlußelemente umfaßt, wobei wenigstens ein Ende jedes Anschlußelements als Anschlußfleck für eine elektrische Verbin dung dient.

13. Verfahren zur Herstellung einer Anschlußstruktur, enthaltend die folgenden Verfahrensschritte:

a) Erzeugen eines leitfähigen Substrats aus elek trisch leitfähigem Material auf einem dielektri schen Substrat;
b) Erzeugen einer Fotolackschicht auf dem leitfähi gen Substrat;
c) Ausrichten einer Fotomaske über der Fotolack schicht und Belichten der Fotolackschicht mit ultraviolettem Licht durch die Fotomaske, wobei die Fotomaske ein Bild der Anschlußelemente um faßt;
d) Entwickeln von dem Bild der Anschlußelemente entsprechenden Mustern auf einer Oberfläche der Fotolackschicht;
e) Herstellen der Anschlußelemente aus elektrisch leitfähigem Material in den in der Fotolack schicht vorgesehenen Mustern durch einen Elek troplattiervorgang, wobei jedes Anschlußelement einen zwischen einem Basisbereich und einem Mit telbereich angeordneten Federbereich umfaßt;
f) Abtragen der Fotolackschicht;
g) Plazieren eines Haftbandes auf den auf dem leit fähigen Substrat angeordneten Anschlußelementen in einer solchen Weise, daß obere Außenflächen der Anschlußelemente am Haftband anhaften, wobei die Haftkraft zwischen den Anschlußelementen und dem Haftband größer ist als diejenige zwischen den Anschlußelementen und dem leitfähigen Sub strat;
h) Ablösen des leitfähigen Substrats, wodurch die am Haftband anhaftenden Anschlußelemente vom leitfähigen Substrat getrennt werden; und
i) Montieren des Anschlußelements an einem mit ei nem Durchkontaktloch versehenen Anschlußsubstrat in einer solchen Weise, daß ein Ende des An schlußelements von der gegenüberliegenden Ober fläche des Anschlußsubstrats vorsteht.

14. Prüfanschlußanordnung zur Herstellung einer elektri schen Verbindung mit Zielanschlüssen, enthaltend:
ein Anschlußsubstrat, auf dessen einer Oberflä che eine Vielzahl von Anschlußelementen montiert ist;
eine Nadelkarte zur Halterung des Anschlußsub strats und zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Anschlußelementen und auf der Nadelkarte vorgesehenen Elektroden; so wie
einen Pinblock, der eine Vielzahl von Anschluß pins aufweist, die als Schnittstelle zwischen der Nadelkarte und einem Halbleiterprüfsystem dienen, wenn der Pinblock an der Nadelkarte an gebracht ist;
wobei die Anschlußelemente vertikal auf einer horizontalen Oberfläche der Anschlußfläche mon tiert sind und wobei jedes Anschlußelement eine im wesentlichen gerade Form aufweist und einen in vertikaler Richtung vorstehenden und dabei einen Anschlußpunkt bildenden Anschlußbereich, einen in ein am Anschlußsubstrat vorgesehenes Durchkontaktloch eingeschobenen Mittelbereich und einen Basisbereich umfaßt, der ein als An schlußfleck fungierendes Basisende und einen zwischen dem Basisende und dem Mittelbereich an geordneten Federbereich aufweist; und
wobei der Federbereich eine gebogene, schräge, mäanderförmige oder zickzackförmige Gestalt auf weist und so eine Anschlußkraft ausübt, wenn das Anschlußelement gegen den Zielanschluß gepreßt wird und wobei ein Ende des Basisbereichs über die Oberfläche des Anschlußsubstrats vorsteht und als ein Anschlußfleck zur elektrischen Ver bindung mit einem externen Bauteil dient.

15. Prüfanschlußanordnung nach Anspruch 14, wobei das Anschlußsubstrat aus einer einzigen oder aus mehre ren, aneinandergebondeten Halbleiterscheiben besteht und die Durchkontaktlöcher am Anschlußsubstrat durch einen Ätzvorgang hergestellt wurden.

16. Prüfanschlußanordnung nach Anspruch 14, wobei jedes Anschlußelement an seinem Mittelbereich mit einer flanschartigen Form versehen ist, durch die es sich in die Durchkontaktlöcher am Anschlußsubstrat ein passen läßt.

17. Prüfanschlußanordnung nach Anspruch 14, wobei das Anschlußsubstrat aus drei Schichten von Halbleiter scheiben besteht, die zusammengebondet sind und an denen Durchkontaktlöcher hergestellt wurden, um die Anschlußelemente durch die Halbleiterscheiben hin durch zu haltern.

18. Prüfanschlußanordnung nach Anspruch 14, wobei die Anschlußelemente auf einer ebenen Oberfläche eines flachen Substrats in horizontaler Ausrichtung er zeugt und vom flachen Substrat entfernt und in ver tikaler Richtung am Anschlußsubstrat montiert wer den.

19. Prüfanschlußanordnung nach Anspruch 14, wobei das Anschlußsubstrat an seinen Außenkanten einen Ein griffmechanismus aufweist, durch den es sich zur Herstellung einer Anschlußanordnung beliebiger Größe an beliebigen Kanten mit anderen Anschlußsubstraten verbinden läßt.

20. Prüfanschlußanordnung nach Anspruch 19, wobei der Eingriffmechanismus Zähne und Vertiefungen umfaßt, die an Außenkanten des Anschlußsubstrats derart vor gesehen sind, daß sich die Eingriffszähne und -vertiefungen an einer Kante mit den Eingriffszähnen und -vertiefungen an einer gegenüberliegenden Kante eines anderen Anschlußsubstrats einpassen lassen, wodurch eine Anordnung aus mehreren Anschlußsubstra ten hergestellt und so die eine gewünschte Größe, Form und Anzahl an Anschlußelementen umfassende Anschlußanordnung erzeugt werden kann.