DE112004002554T5

DE112004002554T5 - Active wafer probe

Info

Publication number: DE112004002554T5
Application number: DE112004002554T
Authority: DE
Inventors: Eric Portland Strid; K. Reed Portland Gleason
Original assignee: Cascade Microtech Inc
Current assignee: FormFactor Beaverton Inc
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-11-23
Also published as: KR20060126700A; US20050140386A1; WO2005065258A2; US20100253377A1; DE202004021093U1; US7759953B2; GB0611823D0; GB2425844B; JP2007517231A; WO2005065258A3; US7427868B2; TW200526965A; GB2425844A; US20080309358A1

Abstract

Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit:
(a) einem länglichen untersuchenden Element;
(b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang;
(c) einer flexiblen Struktur, die das aktive Element und eine Tragstruktur derart verbindet, dass dann, wenn das untersuchende Element in Kontakt mit der getesteten Vorrichtung gelangt, sich die flexible Struktur verbiegt;
(d) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur.

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung beansprucht die Wirkung der US-Patentanmeldung Nr. 60/532,756, eingereicht am 24. Dezember 2003 und der US-Patentanmeldung Nr. 60/589,346, eingereicht am 20. Juli 2004.
Ein zum Untersuchen einer Halbleiterscheibe (Wafer) geeigneter Messfühler, der eine aktive Schaltung umfasst.

Es gibt viele Arten von Untersuchungsanordnungen, die zum Messen integrierter Schaltungen und anderer Formen mikroelektronischer Vorrichtungen entwickelt wurden. Eine repräsentative Art von Anordnung verwendet eine Schaltkreiskarte, auf der die Oberseite aus länglichen Leitungsbahnen gebildet ist, die als Signal- und Masseleitungen dienen. In der Karte ist eine zentrale Öffnung ausgebildet, und eine nadelartige Messfühlerspitze ist an dem Ende jeder Signalbahn nahe der Öffnung angebracht, so dass durch die Anordnung eine sich radial erstreckende Anordnung nach unten konvergierender nadelartiger Spitzen zum selektiven Verbinden mit den nahe beieinander liegenden Feldern der untersuchten mikroelektronischen Vorrichtung bereitgestellt wird. Eine Messfühleranordnung dieser Art ist zum Beispiel im US Patent Nr. 3,445,770 an Harmon gezeigt. Diese Art von Untersuchungsanordnung ist jedoch für die Verwendung bei höheren Frequenzen ungeeignet, einschließlich Mikrowellenfrequenzen im Gigahertzbereich, weil bei derartigen Frequenzen die nadelartigen Spitzen als induktive Elemente wirken und weil keine angrenzenden Elemente vorhanden sind, die dieser Induktivität mit einem kapazitiven Effekt geeignet derart entgegenwirken, dass eine Breitbandcharakteristik mit mehr oder weniger resistivem Effekt erzeugt würde. Dementsprechend ist eine Untersuchungsanordnung der gerade beschriebenen Art zur Verwendung bei Mikrowellenfrequenzen aufgrund des hohen Niveaus an Signalreflektion und beträchtlichen induktiven Verlusten, die bei den nadelartigen Messfühlerspitzen auftreten, ungeeignet.

Um Vorrichtungsmessungen bei etwas höheren Frequenzen zu erhalten, als sie mit dem oben beschriebenen einfachen Messfühlerkartensystem möglich sind, wurden verschiedene verwandte Untersuchungssysteme entwickelt. Derartige Untersuchungssysteme sind dazu ausgelegt, der untersuchten Vorrichtung eine typische Transmissionsleitungsimpedanz zu bieten, wie etwa 50 Ohm. Derartige Systeme sind zum Beispiel in Evans US Patent Nr. 3,849,728; Kikuchi japanische Veröffentlichung Nr. 1-209,380; Sang u. a. US Patent Nr. 4,749,942; Lao u. a. US Patent Nr. 4,593,243; und Shahriary US Patent Nr. 4,727,319 gezeigt. Noch ein weiteres verwandtes System wird in Kawanabe japanische Veröffentlichung Nr. 60-223,138 gezeigt, die eine Messfühleranordnung mit nadelartigen Spitzen beschreibt, wobei die Spitzen sich von einer Koaxialkabel-ähnlichen Struktur anstelle einer Messfühlerkarte erstrecken. Ein gemeinsames Merkmal jedes dieser Systeme besteht darin, dass die Länge der isolierten Bereiche jeder nadelartigen Messfühlerspitze auf den Bereich beschränkt ist, der unmittelbar die untersuchte Vorrichtung umgibt, um den Diskontinuitätsbereich und das Ausmaß an induktivem Verlust zu minimieren. Dieser Ansatz führte jedoch nur zu einer begrenzten Verbesserung der Leistungsfähigkeit bei höherer Frequenz aufgrund verschiedener praktischer Beschränkungen in der Bauweise dieser Arten von Messfühlern. Zum Beispiel wird in Lao et al. die Länge jeder nadelartigen Spitze durch das Verwenden einer breiten leitenden Klinge zum Überspannen des Abstands zwischen jeder Spitze und der tragenden Messfühlerkarte minimiert und diese Klingen wiederum sind dazu ausgelegt, relativ zueinander derart angeordnet zu sein, dass sie Transmissionsleitungsstrukturen vom Trennlinientyp bilden. In der Praxis jedoch ist es schwierig, die dünne vertikale Kante jeder Klinge mit der entsprechenden Bahn auf der Karte zu verbinden und gleichzeitig genau das geeignete Maß an gegenüberliegendem Abstand zwischen den Klingen und genau die korrekte Neigung zwischen den Enden der nadelartigen Messfühlerspitzen aufrechtzuerhalten.

Eine Art von Untersuchungsanordnung, die in der Lage ist, einen Niedrigverlustpfad mit kontrollierter Impedanz, wie etwa eine typische Transmissionsleitungsimpedanz, zwischen ihrem Eingangsanschluss und den Messfühlerspitzen bereitzustellen, wird im US Patent Nr. 4,697,143 an Lockwood u. a. gezeigt. In Lockwood u. a. wird eine Masse-Signal-Masseanordnung trennlinienartiger leitender Bahnen auf der Unterseite eines Aluminiumoxidsubstrats derart ausgebildet, dass sie eine koplanare Transmissionsleitung auf dem Substrat bildet. An einem Ende ist jedes zugeordnete Paar Massebahnen und die entsprechende dazwischenliegende Signalbahn jeweils mit dem äußeren Leiter und dem mittleren Leiter eines Koaxialkabelverbinders verbunden. An dem anderen Ende dieser Bahnen sind Bereiche abnutzungsresistenten leitenden Materials bereitgestellt, um zuverlässig eine elektrische Verbindung mit den jeweiligen Feldern der zu untersuchenden Vorrichtung herzustellen. Um das Substrat sind Schichten von Ferrit enthaltendem mikrowellenabsorbierenden Material angebracht, um störende Mikrowellenenergie über einen größeren Bereich der Länge jedes Mas se-Signal-Massebahnmusters zu absorbieren. In Übereinstimmung mit dieser Art von Bauweise kann der untersuchten Vorrichtung an den Messfühlerspitzen eine kontrollierte Hochfrequenzimpedanz (z.B. 50 Ohm) dargeboten werden.

Um eine verbesserte räumliche Anpassung zwischen den Spitzenleitern eines Messfühlers und einer Anordnung nicht ebener Vorrichtungsfelder oder Flächen zu erreichen, wurden mehrere Hochfrequenzuntersuchungsanordnungen entwickelt.

Derartige Anordnungen sind zum Beispiel in Drake u. a. US Patent Nr. 4,894,612; Coberyl u. a. US Patent Nr. 4,116,523; und Boll u. a. US Patent Nr. 4,871,964 beschrieben. Eine derartige Untersuchungsanordnung ist ähnlich dazu ausgelegt, der untersuchten Vorrichtung eine typische Transmissionsleitungsimpedanz wie etwa 50 Ohm zu bieten. Die Untersuchungsanordnung aus Drake u. a. umfasst ein Substrat, an dessen Unterseite eine Mehrzahl leitender Bahnen ausgebildet sind, die zusammen eine koplanare Transmissionsleitung bilden. In einer in Drake u. a. gezeigten Ausführungsform jedoch ist das Spitzenende des Substrats gekerbt, so dass jede Bahn sich zu dem Ende eines separaten Zahns erstreckt und das Substrat besteht aus mäßig flexiblem nicht-keramischem Material. Das mäßig flexible Substrat erlaubt, zumindest in einem beschränkten Ausmaß, unabhängiges Biegen jedes Zahns relativ zu den anderen Zähnen, um eine räumliche Anpassung der Bahnenden an leicht unebene Kontaktflächen auf einer untersuchten Vorrichtung zu ermöglichen.

Bezüglich der in Boll u. a., wie oben zitiert, gezeigten Untersuchungsanordnung umfassen die Masseleiter ein Paar Blattfederelemente, deren hintere Bereiche in diametral gegenüberliegenden Schlitzen aufgenommen sind, die an den Enden eines Miniaturkoaxialkabels zur elektrischen Verbindung mit dem zylindrischen äußeren Leiter dieses Kabels ausgebildet sind. Der Zentralleiter des Kabels ist über das Ende des Kabels hinaus (d.h., wie es durch die Enden des äußeren Leiters und des inneren Dielektrikums definiert ist) ausgedehnt und verjüngt sich schrittweise, um ein stiftartiges Element mit einer abgerundeten Spitze zu bilden. Gemäß dieser Bauweise ist die stiftartige Verlängerung des zentralen Leiters in einer auseinander liegenden allgemein mittleren Position zwischen den jeweiligen vorderen Bereichen der Blattfederelemente angeordnet und bildet daher in Kombination mit diesen Blattfederelementen eine grobe Annäherung einer Masse-Signal-Masse koplanaren Transmissionsleitungsstruktur.

Ein Nachteil der oben beschriebenen Messfühler besteht darin, dass die relativ geringe Eingangsimpedanz der Transmissionsleitungen (z.B. 50 Ohm) zu der Möglichkeit führt, dass der Testvorgang das Signal an den untersuchten Feldern beträchtlich stören könnte. Ferner legen die Messfühler den untersuchten Feldern eine relativ bedeutsame Kapazität auf, die ganz ähnlich dazu neigt, das Signal an den untersuchten Feldern zu ändern. Daher können traditionelle Niedrigimpedanzmessfühler ausreichende elektrische Transmissionseigenschaften bei hohen Frequenzen aufweisen, aber sie sind für viele Anwendungen ungeeignet aufgrund der Belastung infolge des Messfühlers auf dem zu untersuchenden Schaltkreis.

Gleason u. a. US Patent Nr. 4,853,627 offenbart einen Halbleiterscheibenmessfühler mit einer hohen Eingangsimpedanz, der ein Halteelement mit einem Endbereich umfasst, der dazu geformt ist, dem Endbereich zu gestatten, in große Nähe zu einer untersuchten Komponente gebracht zu werden. Ein Verstärker mit einer relativ hohen Eingangsimpedanz ist starr auf dem Halteelement in seinem Endbereich angebracht. Ein längliches "drahtähnliches" leitendes Messfühlerelement ist starr an dem Verstärker angebracht und mit dem Eingangsanschluss des Verstärkers elektrisch verbunden. Eine Transmissionsleitung ist mit dem Ausgangsanschluss des Verstärkers, der normalerweise eine typische Transmissionsleitungsimpedanz wie etwa 50 Ohm aufweist, zum Übertragen von Signalen von dem Verstärker zu einem Messinstrument verbunden.

Während der Halbleiterscheibenmessfühler aus Gleason u. a. der untersuchten Vorrichtung eine relativ hohe Eingangsimpedanz bietet, bringt er auf die zu untersuchende Vorrichtung eine beträchtliche Kapazität auf. In vielen Fällen hat das zum Untersuchen verwendete Messfühlerelement etwa 1fF pro 1.000stel eines Inches (25,4 μm pro 1.000stel eines Inches). Das längliche "drahtähnliche" leitende Messfühlerelement aus Gleason u. a. ist etwa 250 μm lang und hat dementsprechend eine Kapazität von etwa 10 fF. Der Verstärker hat etwa weitere 10 fF und bietet daher der untersuchten Vorrichtung etwa 20 fF.

G.G.B. Industries aus Gillette, N.J. stellt einen Messfühler, der einen in Silizium implementierten Verstärker umfasst, als Model 34A bereit. Der Messfühler umfasst ein längliches "drahtähnliches" leitendes Messfühlerelement, das etwa 3.000 μm lang ist, und daher mindestens etwa 120 fF Kapazität bei 3 GHZ aufbringt. Der Verstärker hat etwa 10 fF und bringt daher auf die untersuchte Vorrichtung etwa 130 fF auf. Der Messfühler umfasst ein Paar benachbarter Leitungen mit einem "Schutzpotential", die sich teilweise entlang des Messfühlerelementes erstrecken. Die Kapazität des 34A-Messfühlers von G.G.B. Industries tendiert jedoch dazu, in der Kapazität beträchtlich anzusteigen, wenn die Frequenz auf über 3 GHZ steigt, da die Phase der Schutzleiter außer Phase mit dem Signalleiter (Messfühlerelement) gerät.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 stellt einen Messfühler, eine aktive Schaltung, eine flexible Verbindung und eine Tragstruktur dar.
2 stellt einen Messfühler in Kontakt mit einer untersuchten Vorrichtung dar.
3 stellt einen Messfühler mit gebogener Spitze in Kontakt mit einer untersuchten Vorrichtung dar.
4 stellt ein untersuchendes Element dar.
5 stellt ein Opfersubstrat mit einer Vertiefung darin dar.
6 stellt einen weiteren Messfühler, eine aktive Schaltung, eine flexible Verbindung und eine Tragstruktur dar.
7 stellt noch einen weiteren Messfühler, eine aktive Schaltung, eine flexible Verbindung und eine Tragstruktur dar.
8 stellt noch einen weiteren Messfühler, einen aktiven Schaltkreis, eine flexible Verbindung mit einer Biegung darin und eine Tragstruktur dar.
9 stellt eine Frequenzantwort dar.
10 stellt ein Schema und einen Signalweg auf einem Messfühler für einen Messfühler eines passiven Typs dar.
11 stellt einen Messfühler ein strukturelles Element dar.
12 stellt einen Messfühler mit einem flexiblen Element dar.
13 stellt einen Messfühler mit einem Belastungsmesser dar.
14 stellt einen Messfühler mit einem Vibrationssensor dar.
15 stellt einen Messfühler mit einem reflektierenden Element dar.
16 stellt einen differenziellen Messfühler dar.
17 stellt einen weiteren differenziellen Messfühler dar.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Auf aktiven Elementen basierende Messfühler wie diejenigen, die eine Verstärkerschaltung mit hohem Eingangswiderstand und/oder niedriger Eingangskapazität umfassen, neigen dazu, für Untersuchungsschaltungen geeignet zu sein, bei denen das Hinzufügen einer Kapazität in der Größenordnung von etwa 100 fF für besonders kleine Vorrichtungen keine nennenswerte Last für die Schaltung darstellt. Die meisten Verstärkerschaltungen umfassen eine eine Vorspannungsschaltung verwendende externe Energiequelle, während potentiell eine passive Schaltung verwendet werden kann. Unter manchen Umständen jedoch ist das Belasten einer Schaltung mit 100 fF für effektive Messungen einfach unakzeptabel. Zum Beispiel ist in manchen Fällen eine Öffnung an der Rückseite einer Halbleiterscheibe herausgearbeitet, die Schaltungen darauf umfasst, um Zugang zu leitenden Bahnen zu erlauben, die ein Paar von Transistorelementen miteinander verbinden, wie ein Paar von Gates. Mit dem andauernden Verkleinern der Größe der Gates von Transistoren zusammen mit dem Verringern der für das Schalten der Transistoren verwendeten Strommenge stellt das Belasten der Schaltung mit einem Messfühler mit in der Größenordnung von etwa 100 fF eine unakzeptabel große Belastung für den Schaltkreis dar. Die kapazitive Last auf dem Schaltkreis ist dafür ausreichend, dass die Kantenübergänge von Signalen beträchtlich verlangsamt werden, sogar soweit, dass die erhaltenen Messungen fast bedeutungslos sind, da die gewünschte Schaltzeit wesentlich schneller ist, als sie der belastete Schaltkreis bedienen kann.
Eine Technik, die der untersuchten Vorrichtung gebotene Kapazität zu verringern, besteht darin, die Länge des länglichen untersuchenden Elementes beträchtlich zu verringern. Zum Beispiel kann das längliche untersuchende Element von etwa 250 μm (Gleason u. a.) oder 3.000 μm (G.B.B. Vorrichtung 34A), abhängig von der Auslegung des Messfühlers, auf Längen unter 150 μm oder 2.000 verringert werden. Dies verringert die kapazitive Last auf die untersuchte Vorrichtung um ein entsprechendes Maß. Leider führt das bloße Verringern der Länge des länglichen untersuchenden Elementes zu einem wesentlich steiferen untersuchenden Element. Das steifere untersuchende Element weist sowohl eine größere Neigung zum Brechen des Messfühlers auf, wenn es zu hart gegen die zu untersuchende Vorrichtung gedrückt wird, als auch aufgrund seiner Unfähigkeit zum Biegen eine größere Neigung, die untersuchte Vorrichtung zu beschädigen, wenn es zu fest gedrückt wird. Demgemäß ist das bloße Verkürzen des untersuchenden Elementes eine etwas uneffektive Lösung, da die sich ergebende Vorrichtung eine minimale Nachgiebigkeit hat.
Bezugnehmend auf 1 realisierten die Erfinder das die Nachgiebigkeit für ein effektives Untersuchen zumindest teilweise durch eine flexible Verbindung zwischen dem aktiven Element und der tragenden Struktur bereitgestellt werden kann, um ein effektiveres Untersuchen von untersuchten Vorrichtungen mit relativ kurzen länglichen untersuchenden Elementen zu erlauben. Die Struktur kann jeder geeignete Träger sein, wie zum Beispiel ein Substrat oder eine Ablage eines Koaxialkabels. Auf diese Art kann die Länge des länglichen untersuchenden Elementes verkürzt werden, etwa auf 2.000 μm, auf 1.000 μm, auf 500 μm, auf 200 μm, auf 150 μm, auf 100 μm, auf 75 μm oder bevorzugter auf 40 μm oder weniger, was die Kapazität des länglichen untersuchenden Elementes reduziert, während es gleichzeitig aufgrund der flexiblen Verbindung gegenüber der untersuchten Vorrichtung eine zusätzliche Nachgiebigkeit bietet. Das flexible Material ist bevorzugt Polyimid, obwohl jedes geeignete Material verwendet werden kann. Abhängig von der Länge des untersuchenden Elementes ist die resultierende Kapazität des Messfühlers, gesehen von der untersuchten Vorrichtung, vorzugsweise 18 fF (inklusive 10 fF des aktiven Elementes) oder weniger, beträgt daher bevorzugter 16 fF (inklusive 10 fF des aktiven Elementes) oder weniger und ist daher bevorzugter 14 fF (inklusive 10 fF des aktiven Elementes) oder weniger, und ist daher bevorzugter 12 fF (inklusive 10 fF des aktiven Elementes) oder weniger. Die Kapazität des aktiven Elementes kann potentiell abhängig von dem speziellen verwendeten Verstärkerdesign verringert werden. Demgemäß beträgt die der untersuchten Vorrichtung auferlegte Eingangskapazität vorzugsweise weniger als 20 fF (inklusive 10 fF des aktiven Elementes). Der Verstärker kann dadurch charakterisiert sein, eine Eingangskapazität von weniger als 1.000 fF, oder weniger als 500 fF, oder weniger als 250 fF, oder weniger als 50 fF, oder weniger als 25 fF und bevorzugter weniger als 10 fF zu haben. Die Verstärkerschaltung hat vorzugsweise als Eingangsimpedanz im Wesentlichen mehr als 50 Ohm, vorzugsweise mehr als 1.000 Ohm, vorzugsweise mehr als 100 K Ohm, bevorzugter mehr als 250 K Ohm, bevorzugter mehr als 500 K Ohm, bevorzugter eine Eingangsimpedanz von mehr als 1 M Ohm, und eine Ausgangsimpedanz in der Größenordnung von 50 Ohm, bevorzugt weniger als 1.000 Ohm. In vielen Fällen ist die Eingangsimpedanz vorzugsweise größer als die Ausgangsimpedanz und bevorzugter ist die Eingangsimpedanz 100 mal größer als die Ausgangsimpedanz, und bevorzug ter ist die Eingangsimpedanz 1.000 mal größer als die Ausgangsimpedanz, und bevorzugter ist die Eingangsimpedanz 10.000 mal größer als die Ausgangsimpedanz. Der Ausgang der Verstärkerschaltung kann einen Stromtreiber zu der Transmissionsleitung umfassen, der einen hohen Widerstand und eine niedrige Kapazität aufweist.
Das flexible Material trägt vorzugsweise entweder auf der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche Bahnen von der Tragstruktur zu dem aktiven Element. Die Bahnen können gleichermaßen innerhalb des flexiblen Materials aufgenommen sein. Typischerweise stellt die Tragstruktur eine Art Transmissionsstruktur bereit, wie zum Beispiel einen koplanaren Wellenleiter oder eine Trennlinienkonfiguration. Um die Signalintegrität zu dem aktiven Element zu erhalten, kann das flexible Material eine Transmissionsstruktur umfassen, wie zum Beispiel einen koplanaren Wellenleiter oder eine Trennlinienkonfiguration. Bevorzugt ist die durch das flexible Material bereitgestellte Transmissionsstruktur von derselben allgemeinen Klasse wie diejenige, die durch die Tragstruktur geboten ist.
Wie in 2 dargestellt, ist das längliche untersuchende Element typischerweise bezüglich der untersuchten Vorrichtung unter einem spitzen Winkel angeordnet, so dass das untersuchende Element wenigstens eine begrenzte Nachgiebigkeit (d.h. Biegen) aufweist, wenn es die zu untersuchende Vorrichtung untersucht. Zusätzlich wird das untersuchende Element außerdem typischerweise in einer teilweise horizontalen Bewegung in Kontakt mit der getesteten Vorrichtung gebracht, so dass das Ende des untersuchenden Elementes über die Oberfläche der Halbleiterscheibe (Wafer) schabt und dann auf die Seite des Feldes auftrifft oder auf andere Art über einen Teil des Feldes schabt. Auf diese Art ist es leichter, Kontakt zwischen einer kleinen Messfühlerspitze und einem kleinen Kontaktabschnitt unter Bedingungen herzustellen, die einige Vibrationen beinhalten. Leider neigt ein langes längliches "nadelartiges" untersuchendes Element nach wiederholten Kontakten zum Biegen, was in einem "gekräuselten" Endabschnitt resultiert, wie in 3 dargestellt. Nachdem der Endabschnitt ausreichend gekräuselt ist, hält der Messfühler effektiv nicht an, wenn er auf die Seite des Feldes trifft, sondern tendiert eher dazu, auf das Feld herauf zu schlittern, über das Feld zu gleiten und das Feld zu verlassen. Die Unfähigkeit, beim Auftreffen auf die Seite des Feldes effektiv zu stoppen, macht das Untersuchen schwierig.
Die Erfinder berücksichtigten die existierenden Messfühler, die einen mit einem länglichen leitenden untersuchenden Element verbundenen Verstärkerschaltkreis umfassten und stellten fest, dass das traditionelle Verwenden eines länglichen im Wesentlichen zylindrischen Drahtes durch ein strukturell geeigneteres Messfühlerelement mit andersartiger Geometrie ersetzt werden kann, um eine kleine Kapazität aufzubringen. Bezüglich 4 weist die Messfühlerstruktur vorzugsweise einen sich allgemein verjüngenden Spitzenabschnitt über mindestens 25% oder mehr, 35% oder mehr, 50% oder mehr, 75% oder mehr, und vorzugsweise 100% der Länge des Messfühlerelementes auf. Das Verjüngen verringert sich vorzugsweise kontinuierlich im Querschnittsbereich entlang eines Großteils, bevorzugter mindestens 75% und bevorzugter mindestens 100% des jeweiligen verjüngten Bereichs.
Das Messfühlerelement kann unter Verwenden jedes geeigneten Herstellungs- und/oder Bearbeitungsprozesses hergestellt sein. Um jedoch ein Messfühlerelement wiederholbar herzustellen, das eine gleichmäßige Strukturform hat, wird bevorzugt ein Opfersubstrat verwendet, wie in 5 gezeigt. Das Opfersubstrat ist vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium, obwohl jedes geeignete Material verwendet werden kann. Eine Vertiefung mit einer gewünschten Form kann in dem Substrat durch Verwenden eines Vertiefungswerkzeugs (vorzugsweise aus einem Material, das härter ist das Opfersubstrat) oder ansonsten einer Maske zusammen mit einem chemischen Ätzen in dem Substrat erzeugt werden. In manchen Fällen wird das chemische Ätzen eine Vertiefung in dem Opfersubstrat entlang der Korngrenzen erzeugen. Nach dem Erzeugen einer geeigneten Vertiefung wird ein leitendes Material wie Nickel, Aluminium, Rhodium oder ein anderes leitendes Material/Materialien in der Vertiefung gebildet. Wenn gewünscht, kann eine Schicht von Rhodium innerhalb der Vertiefung abgelagert werden, gefolgt von anderem leitenden Material, um die Vertiefung zu füllen. Es sollte angemerkt werden, dass Rhodium die Eigenschaft aufweist, dass es nicht dazu neigt, an untersuchten Materialien zu haften und Materialien neigen dazu, auf ihm zu gleiten anstatt anzuhaften. Die Spitze des Opfersubstrats wird geläppt, um überschüssiges leitendes Material zu entfernen und eine flache ebene Oberfläche zu bilden. Ein temporäres Material kann abgelagert oder auf andere Art auf dem leitenden Material vorgesehen werden, falls gewünscht. Das Opfersubstrat und temporäres Material (falls enthalten) wird dann unter Verwenden einer chemischen oder anderen Technik von dem leitenden Material entfernt. Die auf diese Art gebildeten untersuchenden Elemente können auf effiziente Art unter Verwenden einer Mehrzahl von Vertiefungen in dem gleichen Opfersubstrat produziert werden. Zusätzlich kann eine Vielzahl verschiedener Formen von Vertiefungen auf einem einzigen Opfersubstrat enthalten sein, um verschiedene Messfühlerelemente zu erzeugen, von denen jedes verschiedene elektrische Eigenschaften aufweisen kann. Außerdem neigen die auf diese Art gebildeten Messfühlerelemente dazu, im Wesentlichen gleichförmig zu sein.
Nach wiederholter Verwendung neigt die Spitze der in 4 dargestellten Messfühlerelemente nicht zum Verbiegen mit den damit einhergehenden, zuvor beschriebenen Beschränkungen, sondern die Spitze der Messfühlerelemente neigt zum Zerbrechen oder auf andere Art zu brechen. Nachdem der Spitzenbereich des Messfühlerelementes bricht, ist das resultierende Messfühlerelement geringfügig kürzer. Ein Messfühlerelement, bei dem ein Teil weggebrochen ist, neigt jedoch immer noch dazu, eine relativ scharte Messfühlerspitze zu behalten und behält daher eine geeignete Struktur zum Untersuchen der getesteten Vorrichtung. Es ist außerdem anzumerken, dass unter normalen Untersuchungsbedingungen das Messfühlerelement sich nicht verbiegt oder zu einer wesentlichen Biegung führt, anders als die wesentliche Biegung, die "nadelartige" Messfühler hervorrufen. Normale Untersuchungsbedingungen können definiert werden als 10 Gramm Druck oder weniger, 5 Gramm Druck oder weniger, 2 Gramm Druck oder weniger, 0,5 Gramm Druck oder weniger oder anders, wie gewünscht.
Eine Anzahl von Techniken zum Verbinden eines aktiven Schaltkreises mit einem flexiblen Material mit einem Substrat werden dargestellt, obwohl andere Techniken genauso verwendet werden können, wie gewünscht. Der in 6 gezeigte Halbleiterscheibenmessfühler umfasst einen Substratträger 10 aus keramischem Material. Das Substrat ist von oben gesehen im Allgemeinen dreieckig und ist an seiner Basis an einem Halteblock 12 befestigt. An seiner Spitze trägt das Substrat 10 ein flexibles Material 14 und einen monolithischen integrierten Schaltkreisverstärker 16. Der Verstärker kann eine Tri-State-Sourcefolgerschaltung, die in Galliumarsenid implementiert ist, mit einer Eingangsimpedanz von etwa 100 Megaohm parallel zu etwa 10 fF sein. Der Verstärker hat Stromzufuhranschlüsse 18, die durch Mikrostreifenleiter 20 und 50-Ohm-Widerstände 22 mit den Anschlüssen 24 einer Gleichstromspannungsversorgung 26 verbunden sind. Das Substrat 10 trägt an seiner Unterseite eine durchgehende Schicht 28 leitenden Materials, die über den Block 12 mit Masse verbunden ist. Die Mikrostreifenleiter 20 und die Schicht 28 stellen zwei Energiezufuhrtransmissionsleitungen dar, von denen jede eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm aufweist. Die Transmissionsleitungen sind in ihrer charakteristischen Impedanz durch die Widerstände 22 terminiert. Umgehungskondensatoren 30 sind zwischen den Anschlüssen 24 und dem Halteblock 12 angeschlossen. Daher werden Störungen in den Energieversorgungsspannungen nicht an den Verstärker weitergegeben.
Ein dritter Mikrostreifenleiter 40 ist mit dem Ausgangsanschluss des Verstärkers 16 durch einen Draht 42 verbunden und erstreckt sich zwischen dem Verstärker 16 und dem mittleren Leiter eines Koaxialverbinders 44. Der Leiter 40 und die Schicht 28 zusammen stellen eine dritte Transmissionsleitung dar. Der Koaxialverbinder wird zum Verbinden der dritten Transmissionsleitung mit einem Mess- und Anzeigeinstrument verwendet, wie ein Abtastoszilloskop oder Netrwerkanalysator. Der Verstärker weist außerdem einen Eingangsanschluss 46 auf, der mit einem leitenden Messfühlerelement 50 verbunden ist. Das Messfühlerelement 50 kann zum Beispiel ein Draht- oder ein Nichtdrahtelement aufweisen, dass an dem Eingangsanschluss des Verstärkers 16 angebracht ist.
Bei der Verwendung wird der dargestellte Messfühler durch den Halteblock in einer Messfühlerstation angebracht und der Messfühler wird derart positioniert, dass das Messfühlerelement 50 einen interessierenden Knoten in einem getesteten Schaltkreis kontaktiert. Eine Masseverbindung und andere Energieversorgungsspannungen sind mit dem getesteten Schaltkreis durch andere Messfühler konventioneller Ausführung verbunden. An dem interessierenden Knoten entstehende Signale werden durch das Messfühlerelement 50 an den Eingangsanschluss des Verstärkers 16 angelegt und werden über den Ausgangsanschluss, den Draht 42, Bahnen auf dem flexiblen Material, die Transmissionsleitung 40 und den Verbinder 44 zu dem Mess- und Anzeigeinstrument (nicht gezeigt) übertragen. Durch das Verwenden des Verstärkers 16 wird dem interessierenden Knoten eine hohe Eingangsimpedanz geboten und demgemäß wird der Betrieb des getesteten Schaltkreises nicht wesentlich durch den Testbetrieb gestört. Der Verstärker 16 weist vorzugsweise eine relativ niedrige Ausgangsimpedanz auf und ist dementsprechend gut an die Transmissionsleitung 40 angepasst.
Wie zuvor angemerkt, ist die Eingangsimpedanz des Verstärkers 16 sehr hoch. Das beruht auf der Tatsache, dass der Wert von G_m·Z_g für einen in Galliumarsenid implementierten Feldeffekttransistor (wobei G_m die Transkonduktanz des Transistors ist und Z_g seine Gateimpedanz) hoch ist. G_m·Z_g ist proportional zu F_t oder der Frequenz für den Einheits-Strom-Gain des Transistors.
Da die Eingangsimpedanz des Verstärkers 16 hoch ist, verschlechtert die Induktivität des Messfühlerelementes 50 das auf das Messfühlerelement aufgebrachte Eingangssignal nicht merklich. Nichtsdestotrotz sollte die Länge des Messfühlerelementes minimal gehalten werden, um den Empfang von Streusignalen zu minimieren, da das Messfühlerelement 50 als Antenne wirkt. Es ist daher wünschenswert, dass das Messfühlerelement relativ kurz ist. Folglich ist die Induktivität und die Kapazität des Messfühlerelementes gering und trägt nicht zu einer Signalverschlechterung bei.
Da der Messfühler 16 eine hohe Eingangsimpedanz hat, kann der den getesteten Schaltkreis mit Masse verbindende Leiter eine recht hohe Impedanz haben und kann daher recht lang sein. Das ermöglicht es, dass die Masseverbindung mit dem getesteten Schaltkreis durch einen separaten Messfühler gebildet werden kann, anstelle eines zweiten durch das Substrat 10 getragenen Messfühlerelementes.
Bezugnehmend auf 7 wird ein anderer Messfühleraufbau dargestellt. Das Messfühlerelement aus 4 wird durch den aktiven Schaltkreis getragen. Die aktive Schaltung ist mit dem Substrat, das typischerweise eine dielektrische Konstante von etwa 10 hat, durch die flexible Verbindung verbunden. Die aktive Schaltung ist vorzugsweise in einem Silizium- oder Galliumarsenidmaterial hergestellt. Das Material weist vorzugsweise eine abgeschrägte Kante unter der Verbindung mit dem Messfühlerelement auf. Auf diese Art reduziert der verjüngte Rand die Kapazität, indem die Materialmenge unter dem Messfühlerelement weiter verringert wird. Das Messfühlerelement kann durch Epoxyd befestigt sein, das typischerweise eine dielektrische Konstante zwischen 4 und 5 hat.
Es ist zu erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den speziellen Messfühlerkopf beschränkt ist, der beschrieben und dargestellt worden ist, und dass diesbezüglich Variationen vorgenommen werden können. Zum Beispiel können koplanare Transmissionsleitungen anstelle von Mikrostreifentransmissionsleitungen mit den Signal- und Masseleitern auf gegenüberliegenden Seiten des Substrates 10 verwendet werden. Alternativ kann eine Mikrostreifentransmissionsleitung zum Verbinden des Ausgangsanschlusses des Verstärkers mit dem Messinstrument verwendet werden. In diesem Fall würde der Verstärker 16 nahe dem Ende der Mikrostreifentransmissionsleitung angebracht und Drähte würden verwendet, um den Verstärker mit der Vorspannungsversorgung 26 zu verbinden. Die Umgehungskondensatoren 30 würden nahe dem Verstärker angebracht. Für die Erfindung ist es nicht essenziell, dass ein monolithischer integrierter Schaltkreis als Verstärker 16 verwendet wird, da ein Hybridschaltkreis anstelle dessen verwendet werden kann. Zum Beispiel kann ein Verstärker mit geteiltem Band verwendet werden. Außerdem kann der aktive Schaltkreis mit einem Koaxialkabel verbunden sein, von dem das Messfühlerelement getragen wird.
Der oben offenbarte Messfühler hat eine ausreichende vertikale Nachgiebigkeit beim Untersuchen eines Feldes. In vielen Fällen wird der Messfühler in Druckkontakt mit dem Rand der getesteten Vorrichtung gebracht und ein Schwingen der getesteten Vorrichtung und/oder des untersuchenden Elementes führt zu beträchtlicher horizon taler Bewegung. Die flexible Verbindung mit einer rechteckigen Form neigt dazu, zu beschränkter horizontaler Nachgiebigkeit zu führen. Darüber hinaus ist die dem untersuchenden Element auferlegte Kraft beträchtlich, wenn versucht wird, einen ausreichenden Druckkontakt mit dem Rand der getesteten Vorrichtung herzustellen, insbesondere bei Vibrationsbewegung. Um die Quernachgiebigkeit zu vergrößern und den auf das untersuchende Element ausgeübten Druck zu verringern, wenn es in Druckkontakt mit dem Rand einer getesteten Vorrichtung gelangt, weist das flexible Material eine Biegung auf, wie in 8 dargestellt. Andere Konfigurationen und Strukturen des flexiblen Materials können verwendet werden, um eine vergrößerte (oder 1,5x oder mehr, 2x oder mehr, 4x oder mehr, 6x oder mehr, 8x oder mehr, oder 10x oder mehr) Quernachgiebigkeit und/oder eine Verringerung des ausgeübten Drucks zu bieten, als auftreten würde, wenn das Material einfach flach rechteckig wäre.
Eine weitere Konfiguration, die implementiert werden kann, besteht darin, die aktive Schaltung durch ein auf dem Halbleitermaterial (z.B. Galliumarsenid, Silizium) hergestelltes hauptsächlich resistives Element zu ersetzen. Das resistive Material hat einen beträchtlich höheren Widerstand als die traditionellen untersuchenden Elemente mit 50 Ohm Widerstand, wie zum Beispiel 500 Ohm, 1.000 Ohm, 2.500 Ohm und 5.000 Ohm. Der beträchtliche Widerstand verringert den der getesteten Vorrichtung entzogenen Strom. Das Widerstandsmaterial bietet der getesteten Vorrichtung außerdem eine niedrige Kapazität, wie zum Beispiel weniger als 25 fF, weniger als 15 fF, weniger als 10 fF und weniger als 5 fF. Die relativ niedrige Kapazität verringert die Belastung der getesteten Vorrichtung. In einigen Implementierungen kann das Widerstandselement durch ein Substrat getragen werden und einen relativ kleinen Wert aufweisen, wie zum Beispiel weniger als 10.000 Ohm, weniger als 5.000 Ohm, weniger als 2.500 Ohm, und weniger als 1.000 Ohm, aber vorzugsweise größer als 100 Ohm, 250 Ohm und 500 Ohm. Wie beobachtet werden kann, hat das Verwenden eines Widerstandselementes viele Vorteile, wie einen oder mehrere der folgenden: Es lässt hohe Frequenzen passieren, belastet die getestete Vorrichtung nur begrenzt, braucht keinen Vorspannungsschaltkreis, hat keine Spannungsversätze, und ist durch die leistungsführende Kapazität des Widerstandselementes beschränkt.
Es sei außerdem angemerkt, dass das Verwenden eines passiven Elementes wie eines Widerstands dazu neigt, mit elektrostatischer Entladung und Antwortslinearität zusammenhängende Probleme zu verringern, die verwendbare Bandbreite vergrößert, den verwendbaren Spannungsbereich vergrößert und leichter herzustellen ist.
Bezugnehmend auf 9 haben die Leistungseigenschaften des aktiv basierten (und widerstandsbasierten) Messfühlerelementes eine Kapazität, die vorzugsweise weniger als 20 fF, bevorzugter weniger als 15 fF, bevorzugter weniger als 10 fF zwischen 5 GHz und 20 GHz und bevorzugter zwischen 1 GHz und 40 GHz und bevorzugter zwischen 0 Hertz und 40 GHz beträgt.
Es wurde beobachtet, dass bei relativ hohen Frequenzen wie 40 GHz oder darüber die Belastung eines 20:1 Messfühlers (950 Ohm Spitzenwiderstand) dazu neigt, durch die Kapazität der Spitzenstruktur dominiert zu werden, die zum Beispiel 10 fF betragen kann (1/2PI/10fF/40 GHz = 400 Ohm). Diese Impedanz neigt dazu, einen etwas vorhersehbaren Effekt auf die Kantenanstiegszeit zu haben. Die direkte Strombelastung eines internen Knotens einer getesteten Vorrichtung neigt jedoch dazu, den Vorspannungspunkt zu versetzen und in einigen Schaltkreisen mit einer hohen internen Direktstromquellenimpedanz kann sie das Schaltkreisverhalten trotz der Fähigkeit lokaler Vorrichtungen, die Last mit vorübergehenden Spannungen zu treiben, korrumpieren.
Bezugnehmend auf 10 kann ein Direktstrom "Block" etwa auf dem Messfühlerchip (Träger) oder als ein Element der Koaxialkomponente eingeführt werden, um diesen Belastungseffekt abzuschwächen oder auf andere Art diesen Belastungseffekt im Wesentlichen zu eliminieren. Die Fähigkeit, die in der getesteten Vorrichtung vorhandenen Direktstromniveaus zu messen wird jedoch beeinträchtigt sein. Die Fähigkeit, Direktstromniveaus zu messen, kann erhalten werden, indem das Signal an der Spitze mit einem Abtastwiderstand relativ hohen Widerstands, wie zum Beispiel 0,05 M Ohm bis 10 M Ohm oder mehr, der durch einen separaten Weg mit einer Spannungsabtastvorrichtung mit hoher Impedanz (z.B. großer Abtastwiderstand) verbunden ist, abgegriffen wird. Die abgetastete Spannung würde normalerweise die Durchschnittsspannung angeben, die dann auf das scheinbare Nullspannungsniveau des Oszilloskops kalibriert werden kann.
In einigen Fällen wurde festgestellt, dass es unter manchen Untersuchungsbedingungen, etwa beim Untersuchen von Leiterplatten, wünschenswert ist, ein untersuchendes Element mit einzuschließen, das eine definierbare Geometrie hat, die anders als ein "Draht" ist, wie etwa die hier beschriebenen untersuchenden Elemente. Das untersuchende Element wird typischerweise durch eine Tragstruktur getragen, wie etwa ein Abschnitt, der wiederum mit einer Transmissionsstruktur wie einem Koaxialkabel verbunden ist. Falls vorhanden, kann eine flexible Struktur zwischen dem Abschnitt und der Transmissionsstruktur eingefügt sein.
In einigen Fällen kann der Benutzer des Messfühlers übermäßigen Druck auf die getestete Vorrichtung ausüben, was gleichermaßen üblicherweise zu übermäßigem Biegen des Messfühlers führt. Während übermäßiger Druck die getestete Vorrichtung beschädigen kann, beschädigt er wahrscheinlich auch den Messfühler selbst und macht ihn dadurch betriebsunfähig. Bezugnehmend auf 11 kann der Messfühler ein strukturelles Element wie eine steife Röhre umfassen, die dahingehend wirkt, dass sie weiteres Verbiegen des Messfühlers beim Testen einer getesteten Vorrichtung hemmt. Auf diese Art kann der Messfühler sich durch einen begrenzten Bewegungsbereich verbiegen, ohne die Möglichkeit, sich übermäßig zu verbiegen. Zum Beispiel kann es dem Messfühler erlaubt sein, sich durch einen Bereich von 10%, 20%, 30%, 45% oder weniger bezüglich des Endes des Messfühlers und der Länge der Transmissionsstruktur wie etwa das Koaxialkabel zu verbiegen. Normalerweise ist die Reichweite der Messfühlerspitze kleiner als das strukturelle Element, so dass bei maximalem Verbiegen die Messfühlerspitze davor geschützt ist, seitlich weggezogen und durch das strukturelle Element zerdrückt zu werden.
Bezugnehmend auf 12 wird in einigen Fällen das strukturelle Element zu einer verringerten Sichtbarkeit der Messfühlerspitze und der getesteten Vorrichtung führen, die normalerweise durch Verwenden eines Mikroskops betrachtet werden. Eine modifizierte Struktur kann ein strukturelles Element umfassen, das ein Material wie Silikon oder einen Stoffkegel umfasst, der sich bei seitlicher Verschiebung nach innen faltet, was einen spitzeren Messfühler erlaubt.
In einigen Ausführungsformen ist es wünschenswert, in der Lage zu sein, die Bewegungen eines Teils der Verbiegung des Spitzenabschnitts oder ansonsten der Verbiegung eines Bereichs des Messfühlers als ein Ergebnis des Inkontaktkommens der Messfühlerspitze mit der getesteten Vorrichtung zu erfassen. Bezugnehmend auf 13 kann die flexible Verbindung einen Belastungsmesser 300, der darauf gelagert ist, umfassen. Der Belastungsmesser 300 stellt dem System durch einen Draht 310 eine Anzeige der Auslenkung des flexiblen Materials bereit. Bezugnehmend auf 14 kann die flexible Verbindung einen Vibrationssensor 340 (Frequenz und/oder Amplitude) umfassen und/oder der aktive Schaltkreis umfasst einen Vibrationssensor 342 (Frequenz und/oder Amplitude). Die Vibrationssensoren 340 und 342 stellen dem System durch einen Draht 344 eine Anzeige des Kontakts des Messfühlers mit der getesteten Vorrichtung bereit. Zum Beispiel kann der Vibrationssensor einen 30 kHz piezoelektrischen Oszillator umfassen. Bezugnehmend auf 15 können die aktive Schaltung oder die flexible Verbindung jeweils reflektives Material 350 und 352 um fassen. Licht 360 wie etwa Laserlicht kann von dem reflektierenden Material 350 und/oder 352 reflektiert werden. Ein Sensor 362 erfasst das vom reflektierten Material 350 und/oder 352 reflektierte Licht. Basierend auf dem Ort, von dem das Licht reflektiert wird, der in Bezug zu dem Auslenkungswinkel steht, kann das System einige Informationen bezüglich des Kontakts des Messfühlers mit der getesteten Vorrichtung und der dem Messfühler und/oder der getesteten Vorrichtung auferlegten Belastung erhalten.
Auf diese Art ist eine Angabe darüber erhältlich, wann der Messfühler mit der getesteten Vorrichtung in Kontakt tritt. Zusätzlich ist eine Angabe des durch den Messfühler auf die getestete Vorrichtung ausgeübten Druckes erhältlich. In einigen Fällen kann der Bediener übermäßige Kraft durch den Messfühler auf die getestete Vorrichtung ausüben, wodurch Schaden an dem Messfühler oder der getesteten Vorrichtung verursacht wird. Um diese Bedenken zu mildern, kann dem Bediener eine Angabe des Vorrichtungsdruckniveaus bereitgestellt werden, so dass durch den Messfühler kein übermäßiger Druck ausgeübt wird. Ferner kann das System automatische Kontrollen zum Hemmen der Fähigkeit des Messfühlers, einen Schwellenwert zu überschreiten, umfassen und daher die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Messfühlers oder der getesteten Vorrichtung verringern.
Bezugnehmend auf 16 ist es in einigen Ausführungsformen wünschenswert, differenzielles Untersuchen eine Mehrzahl getesteter Vorrichtungen (oder einer einzelnen Vorrichtung mit zwei Kanälen, falls gewünscht) durch Verwenden einer Mehrzahl von untersuchenden Elementen zu erlauben. Zum Beispiel kann der aktive Schaltkreis 400 ein Paar aktiver Elemente (oder Widerstandselemente) darauf umfassen. Jedes der länglichen untersuchenden Elemente 402, 404 kann mit zugehörigen aktiven Elementen verbunden sein, die mit einem zugehörigen Satz Signalpfade 406 verbunden sind. Die aktiven Elemente sind mit dem Substrat 408 durch eine flexible Verbindung 409 verbunden. Jeder Signalpfad kann eine einzelne Leitung oder bevorzugter ein Masse-Signal-Massepfad sein, der verbesserte Signalintegrität bietet.
Bezugnehmend auf 17 ist es in einigen Ausführungsformen wünschenswert, dass differenzielles Untersuchen eine Mehrzahl aktiver Schaltkreise (oder Widerstandselemente) 410 und 412 umfasst, von denen jeder durch ein Substrat getragen wird. Ein längliches untersuchendes Element 414 und 416 ist jeweils mit dem zugehörigen aktiven Schaltkreis 410 und 412 verbunden. Die aktiven Schaltungen 410 und 412 sind mit dem Substrat 430 durch ein zugehöriges Paar flexibler Verbindungen 432 und 434 verbunden. Die aktiven Schaltungen 410 und 412 sind mit einem zugehöri gen Satz Signalpfade 420 und 422 verbunden. Die Substrate für die zwei aktiven Schaltungen können durch ein Element 440 verbunden sein, das vorzugsweise nicht steif ist (obwohl es dies sein könnte), um dem Messfühler eine vergrößerte Steifheit zu bieten, und beim Aufrechterhalten einer geeigneten Ausrichtung der Messfühlerkontakte zu helfen.
Zusammenfassung
Aktiver Halbleiterscheibenmessfühler
Die Erfindung betrifft einen für das Untersuchen einer Halbleiterscheibe (Wafer) geeigneten Messfühler, der eine aktive Schaltung umfasst. Der Messfühler kann eine flexible Verbindung zwischen der aktiven Schaltung und einer Tragstruktur enthalten. Der Messfühler kann der untersuchten Vorrichtung eine relativ niedrige Kapazität auferlegen.

Claims

Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer flexiblen Struktur, die das aktive Element und eine Tragstruktur derart verbindet, dass dann, wenn das untersuchende Element in Kontakt mit der getesteten Vorrichtung gelangt, sich die flexible Struktur verbiegt; (d) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die erste Impedanz einen Widerstand größer als 500 K Ohm aufweist.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die erste Impedanz einen Widerstand größer als 1.000 K Ohm aufweist.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die erste Impedanz eine Kapazität weniger als 25 fF aufweist.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die Tragstruktur eine Transmissionsstruktur umfasst und die flexible Struktur dieselbe Klasse von Transmissionsstruktur umfasst.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei das längliche untersuchende Element weniger als 200 μm lang ist.
Messfühler nach Anspruch 6, wobei das untersuchende Element weniger als 150 μm lang ist.
Messfühler nach Anspruch 6, wobei das untersuchende Element weniger als 100 μm lang ist.
Messfühler nach Anspruch 6, wobei das untersuchende Element weniger als 75 μm lang ist.
Messfühler nach Anspruch 6, wobei das untersuchende Element weniger als 40 μm lang ist.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen nicht im Wesentlichen zylindrischen Messfühlerelement; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der mit dem untersuchenden Element elektrisch verbunden ist und einem zweiten Eingang; und (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur.
Messfühler nach Anspruch 11, wobei das untersuchende Element weniger als 100 μm lang ist.
Messfühler nach Anspruch 12, wobei das untersuchende Element weniger als 75 μm lang ist.
Messfühler nach Anspruch 13, wobei das untersuchende Element weniger als 40 μm lang ist.
Messfühler nach Anspruch 11, wobei das untersuchende Element einen sich verjüngenden Spitzenbereich über mindestens 25% der Länge des untersuchenden Elements aufweist.
Messfühler nach Anspruch 11, wobei das untersuchende Element einen sich verjüngenden Spitzenbereich über mindestens 35% der Länge des untersuchenden Elements aufweist.
Messfühler nach Anspruch 11, wobei das untersuchende Element einen sich verjüngenden Spitzenbereich über mindestens 50% der Länge des untersuchenden Elements aufweist.
Messfühler nach Anspruch 11, wobei das untersuchende Element einen sich verjüngenden Spitzenbereich über mindestens 75% der Länge des untersuchenden Elements aufweist.
Messfühler nach Anspruch 15, wobei der sich verjüngende Bereich sich in der Querschnittsfläche entlang eines Großteils des sich verjüngenden Bereichs durchgehend verringert.
Messfühler nach Anspruch 16, wobei der sich verjüngende Bereich sich entlang eines Großteils des sich verjüngenden Bereichs in der Querschnittsfläche durchgehend verringert.
Messfühler nach Anspruch 17, wobei der sich verjüngende Bereich sich entlang eines Großteils des sich verjüngenden Bereichs in der Querschnittsfläche durchgehend verringert.
Messfühler nach Anspruch 18, wobei der sich verjüngende Bereich sich entlang eines Großteils des sich verjüngenden Bereichs in der Querschnittsfläche durchgehend verringert.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 20 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 23, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 18 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 23, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 18 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 23, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 16 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 23, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 14 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 23, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 12 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 23, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 10 fF auferlegt.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer elektrisch mit dem zweiten Eingang verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei das längliche untersuchende Element der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 10 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 29, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 8 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 29, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 6 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 29, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 4 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 29, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 2 fF auferlegt.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei der Bereich des Messfühlers von dem ersten Eingang zu der getesteten Vorrichtung der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 10 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 34, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 8 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 34, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 6 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 34, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 4 fF auferlegt.
Messfühler nach Anspruch 34, wobei der Messfühler der getesteten Vorrichtung eine Kapazität von weniger als 2 fF auferlegt.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der mit dem untersuchenden Element elektrisch verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei das längliche untersuchende Element frei davon ist, eine längliche im Wesentlichen zylindrische Form zu sein.
Messfühler nach Anspruch 39, wobei der Messfühler einen dreieckigen Querschnitt aufweist.
Messfühler nach Anspruch 40, wobei der Messfühler einen sich verjüngenden Abschnitt über mindestens 25% der Länge des untersuchenden Elements aufweist.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei das längliche untersuchende Element über mindestens 25% der Länge des länglichen untersuchenden Elements einen sich allgemein verjüngenden Spitzenbereich aufweist.
Messfühler nach Anspruch 42, wobei das untersuchende Element über mindestens 35% der Länge des untersuchenden Elements einen sich verjüngenden Spitzenbereich aufweist.
Messfühler nach Anspruch 42, wobei das untersuchende Element über mindestens 50% der Länge des untersuchenden Elements einen sich verjüngenden Spitzenbereich aufweist.
Messfühler nach Anspruch 42, wobei das untersuchende Element über mindestens 75% der Länge des untersuchenden Elements einen sich verjüngenden Spitzenbereich aufweist.
Messfühler nach Anspruch 42, wobei der sich verjüngende Bereich sich entlang eines Großteils des sich verjüngenden Bereichs in der Querschnittsfläche verringert.
Messfühler nach Anspruch 43, wobei der sich verjüngende Bereich sich entlang eines Großteils des sich verjüngenden Bereichs in der Querschnittsfläche verringert.
Messfühler nach Anspruch 44, wobei der sich verjüngende Bereich sich entlang eines Großteils des sich verjüngenden Bereichs in der Querschnittsfläche verringert.
Messfühler nach Anspruch 45, wobei der sich verjüngende Bereich sich entlang eines Großteils des sich verjüngenden Bereichs in der Querschnittsfläche verringert.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der mit dem untersuchenden Element elektrisch verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei das längliche untersuchende Element durch ein Substrat getragen wird, wobei der Impedanzwechsel zwischen dem Bereich des länglichen untersuchenden Elements, der nicht in Kontakt mit dem Substrat ist, und dem Bereich des länglichen untersuchenden Elements, der in Kontakt mit dem Substrat ist, nicht abrupt ist.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei das längliche untersuchende Element innerhalb eines Opfersubstrats ausgebildet wird.
Messfühler nach Anspruch 51, wobei in dem Opfersubstrat eine Vertiefung ausgebildet ist.
Messfühler nach Anspruch 52, wobei innerhalb der Vertiefung befindliches leitendes Material das längliche untersuchende Element bildet.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei das längliche untersuchende Element nach wiederholtem Verwenden bricht, wodurch sich ein kürzeres längliches Untersuchungselement ergibt.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei das längliche untersuchende Element Rhodium umfasst, das in Kontakt mit der getesteten Vorrichtung während des Untersuchens steht.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem durch ein Substrat getragenen aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang, wobei das Substrat eine Dicke aufweist; (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei ein Bereich des das längliche untersuchende Element tragenden Substrates eine variable Dicke aufweist.
Messfühler nach Anspruch 56, wobei die variable Dicke bezüglich der oberen Fläche des Substrats eine scharfe kantige Fläche aufweist.
Messfühler nach Anspruch 57, wobei ein Bereich der kantigen Fläche daran anhaftendes Haftmittel aufweist.
Messfühler nach Anspruch 58, wobei die dielektrische Konstante des Substrats größer ist als die dielektrische Konstante des Haftmittels.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem aktiven Schaltkreis mit einem Eingang mit einer ersten Impedanz von mehr als 1.000 Ohm und weniger als 1.000 fF, der elektrisch mit dem untersuchenden Element verbunden ist und einem zweiten Eingang; (c) einer mit dem zweiten Eingang elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur; (d) wobei das längliche untersuchende Element frei von wesentlichem Biegen ist, wenn es in Eingriff mit der getesteten Vorrichtung ist, die untersucht wird.
Messfühler nach Anspruch 60, ferner umfassend eine flexible Struktur, die das aktive Element und eine Tragstruktur derart verbindet, dass dann, wenn das untersuchende Element in Kontakt mit der getesteten Vorrichtung gelangt, die flexible Struktur sich wesentlich mehr verbiegt als das untersuchende Element.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) einem durch ein Substrat getragenes Widerstandselement, wobei das Widerstandselement weniger als 10.000 Ohm und mehr als 100 Ohm hat, wobei die Eingangskapazität des Messfühlers weniger als 1.000 fF beträgt; (c) einer flexiblen Struktur, die das Widerstandselement und eine Tragstruktur derart verbindet, dass dann, wenn das untersuchende Element in Kontakt mit der getesteten Vorrichtung gelangt, die flexible Struktur sich verbiegt; (d) einer mit dem Widerstandselement elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur.
Messfühler nach Anspruch 63, wobei das Widerstandselement weniger als 2.500 Ohm hat.
Messfühler nach Anspruch 63, wobei das Widerstandselement weniger als 1.000 Ohm hat.
Messfühler nach Anspruch 63, wobei das Widerstandselement weniger als 100 fF hat.
Messfühler nach Anspruch 63, wobei das Widerstandselement weniger als 25 fF hat.
Messfühler nach Anspruch 1, wobei die Kapazität des Widerstandsmaterials weniger als 10 fF beträgt.
Messfühler zum Testen einer getesteten Vorrichtung, mit: (a) einem länglichen untersuchenden Element; (b) wobei das untersuchende Element frei davon ist, sich wesentliches Biegen unter Untersuchungsbedingungen von weniger als 10 Gramm Druck zuzuziehen, während effektives Untersuchen einer getesteten Vorrichtung hergestellt wird; (c) einer das untersuchende Element und eine Tragstruktur derart verbindende flexiblen Struktur, das dann, wenn das untersuchende Element in Kontakt mit der getesteten Vorrichtung gelangt, die flexible Struktur sich verbiegt; (d) einer mit dem untersuchenden Element elektrisch verbundenen Transmissionsstruktur.