JP2001525118A - 接点を局限擦過させる膜プローブシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 膜プローブアセンブリ（４２）は後方ベースに傾動可能に結合された非圧縮性の前方支持体（６６）を有する支持素子（５４）と、弾性層（９８）によって、支持素子（５４）に相互に連結され、中心区域（８０）を有する膜組立体（７２）とを有する。可撓性トラックは中心区域（８０）上の接点（８８）へのデータ・信号ライン（７６）を形成する。各接点（８８）は剛強ビーム（９０）と、このビーム（９０）上に中心を外れた位置にある接触突起（９２）とを具える。この接触突起（９２）は接触部（９３）を有する。これ等の接触部（９３）の最初の接触後、パッド（１００）の更なる超過移動によって、各ビーム（９０）を独立して局限して傾動させ、従って、各ビーム（９０）の異なる部分は支持素子（５４）に対し異なる距離移動し、そのため、パッド（１００）を横切って横方向の擦過運動を行うよう各接点を駆動し、これにより、酸化堆積物を清掃除去する。非圧縮性支持体によって裏当てされた弾性部材によって、ビーム（９０）が機械的歪みを受けることなく、各接点（８８）の十分な擦過圧力と、信頼性ある傾動復帰作用とを確実に達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 接点を局限擦過させる膜プローブシステム 技術分野 本発明は集積回路（ＩＣ）を有する個々のデバイスをテストするため、通常使 用される形式のプローブアセンブリに関し、また特に、本発明は各デバイスのそ れぞれの入力・出力導体を横切って、部分的に制御された方法で、プローブアセ ンブリの接点を擦過させ、通常、これ等の導線に見られる表面酸化物を確実に清 掃除去し、プローブアセンブリと、各デバイスとの間の良好な電気的接続を確実 なものにする膜プローブアセンブリに関するものである。 技術背景 電子機器の生産は特に集積回路技術部門で、益々小形化に向かう傾向があり、 集積回路技術では、単一の基材、即ち「ウエハ」に非常に多くの個別の回路素子 を製造している。製造後、このウエハを多数の長方形のチップ、即ち「ダイス」 に分割され、各ダイスは長方形、又はその他、規則的に配置された金属化接点パ ッドを有し、この接点パッドを通じて、入力、及び出力の接続を行っている。各 ダイスは最終的に別個に包装するが、各ダイスに形成されている回路のテストは 、効率化のため、ダイスがまだウエハ上に互いに結合している間に行うのが好適 である。代表的な一つの方法はウエハを平坦な台、又は「チャック」に支持し、 プローブ装置のヘッドに対し、ウエハをＸ、Ｙ、Ｚ方向に動かし、各ダイスに順 次、掛合するよう、プローブアセンブリ上の接点をダイスからダイスに移動させ ることである。それぞれの信号ライン、動力ライン、及び接地ラインはテスト機 器からプローブアセンブリまで延びており、従って、各回路をテスト機器に順次 、接続することができる。 集積回路をテストするのに使用されている通常の一形式のプローブアセンブリ は針状チップのような形態の接点を有する。プローブカードに形成された中心開 口の周りにこれ等のチップを取り付け、この開口を通じて、これ等のチップが内 方、下方に、半径方向に収斂するようにしている。ウエハ上のパッドがまずこれ 等のチップに接触する点を越えて、ウエハが上昇した時、チップは上方に撓み、 それぞれのパッドを横切って前方に滑り、これにより、パッド上の酸化堆積物を 除去している。 この形式のプローブアセンブリの問題点は、針状チップの狭い幾何学的形状に 起因し、このチップが高いインダクタンスを示すため、これ等チップを介して行 う測定に、高い電気損が生ずることである。また、これ等のチップがそれぞれの パッドを横切って掃過する際、これ等のチップは平削り工具のように作用するか ら、パッドが大きく摩耗する。この問題は、使用中、プローブチップがその形状 から外れて湾曲するまでに増大してしまい、さもなければ、普通の平面内で終わ らず、一層先方のチップをそれぞれのパッドに余りにも強く圧着してしまう。ま た、一層近代的に、一層高い密度にパッドを配置するため、中心間の距離が100 ミクロンより狭くなるように、又は多数の列のグリッド状パターンにこれ等チッ プを取り付けることは実際的でない。 誘導損失を減らし、パッドの摩耗を減少させ、一層小さなデバイスを受け入れ るため、プローブ接点を支持する可撓性膜構造を使用する第２の形式のプローブ アセンブリが開発された。このアセンブリでは、ポリイミド、又はMYLAR（商標 名）のような可撓性絶縁フィルムの１個、又はそれ以上のプライに、明確な幾何 学形状のリードラインを形成している。別個のプライを使用する場合には、これ 等のプライを互いに接合して、例えば多層の伝送ライン構造を形成する。この可 撓性構造、即ち膜の中心部に、各導電ラインをそれぞれのプローブ接点によって 終端させる。このプローブ接点は膜の外面に形成されていて、この外面から突出 している。これ等のプローブ接点はデバイスパッドのパターンにマッチする所定 のパターンに配置され、パッドによって通常のように画成される平坦面を検査す るため、これ等のプローブ接点は隆起した突起として形成されている。膜の内面 は支持構造に支持されている。この構造は、例えば截頭円錐形にすることができ 、この場合、膜の中心部の内面をこの支持体の截頭端に支持すると共に、この隔 膜の縁の部分を中心部から離れるように、中心部に対し角度をなして延長し、デ バイス上のパッドを包囲するいかなる直立構成部分からも離れているようにして いる。 ここに説明している膜プローブアセンブリに関しては、リードラインの幾何学 的形状を注意深く選択することにより、過大なラインインダクタンスを消滅させ ており、高い密度の形態を受け入れるため、プローブ接点の寸法、間隔、及び配 置に関し精密に制御し得るよう、ホトリソグラフ法を好適に使用している。しか し、このプローブアセンブリの数種の異なる形状が提案されているが、このアセ ンブリと、テストを受けるデバイスとの間を十分確実に電気的に接続するため、 デバイスパッドの摩耗を減らし、デバイスパッドのおのおのから酸化層を確実に 清掃除去するには、この形式のアセンブリに関連する幾多の困難に遭遇する。 膜プローブアセンブリの通常の一形式は、例えば、Rathのヨーロッパ特許公開 第259163A2号に示される装置により例示されている。この装置は剛強支持体に直 接、取り付けたシート状膜の中心部を有する。弾性ブロック、即ちゴムブロック から成る弾性部材によって、この剛強支持体をこのアセンブリの本体に連結して おり、デバイスの傾動にマッチして、膜は傾くことができる。Huffの米国特許第 4918383号は密接に関連する装置を示しており、半径方向に延在する板ばねによ り、剛強支持体の垂直軸線方向の運動を可能にすると共に、剛強支持体が傾くの を防止して、パッド上の接触突起の滑り、又は誤配列がないようにし、更に、全 体の膜が水平面内で僅かにシフトし得るようにして、接点がそれぞれのパッドを 横切って「擦過」できるようにし、これ等パッドから表面酸化物を清掃除去する ようにしている。 しかし、これ等の装置の両方において、製造公差のため、接触突起の或るもの がその近くの接点に対し、凹んだ位置になり易く、これ等の凹んだ接触突起はパ ッドに掛合する満足な機会が無い。これは、凹んだ接触突起は剛強支持体上の近 くの接点の作用により、パッドから離れてしまうからである。更に、Huffの装置 のように「擦過運動」を設けた時でも、接点が擦過運動を行う際、接点はデバイ スに摩擦的に張り付く傾向がある。即ち、デバイスのパッドは接点と一体に移動 し、接触移動の効果を無効にしてしまう。何らかの擦過作用が実際に発生するか は、パッドがどれだけ移動し得るかによって定まり、また、パッドがどれだけ移 動し得るかは、プローブヘッドと、チャックとのそれぞれの圧着面の間の通常の 公差の結果として存在する横方向の遊びの程度により定まる。従って、この形式 の膜プローブアセンブリは、各接点と、パッドとの間の信頼性ある電気的接続を 達成することができない。 膜プローブアセンブリの通常の第２の形式は、Barsottiのヨーロッパ特許公開 第304868A2号に示す装置により例示されている。この装置は可撓性膜の中心部、 即ち接点支持部のため、可撓性裏当てを設けている。Barsottiの装置では、膜を 弾性部材によって、直接、裏当てし、この弾性部材を剛強支持体によって裏当て しており、接点間、又はパッド間の僅かな高さの変化に対処できるようにしてい る。また、正圧空気、負圧空気、正圧液体、負圧液体を使用することができ、又 はGangrothの米国特許第4649339号、Ardezzoneの米国特許第4636772号、Reed Jr .等の米国特許第3596228号、及び大久保等の米国特許第5134365号にそれぞれ示 されている膜のための可撓性裏当てとなる裏当てのない弾性体を使用することが できる。しかし、これ等の代案の装置は、パッド表面に形成される酸化物に確実 に貫入し得るだけの、プローブ接点と、デバイスとの間の十分な圧力を提供する ことができない。 大久保の米国特許に示されているような、膜プローブアセンブリのこの第２の 形状では、滑りを防止すると共に、掛合中、接点と、パッドとの誤配列を防止す るため、Ｚ軸線に沿う接点の移動を限定している。Barsottiの装置では、Huffの 米国特許第4980637号に示されているように、Ｚ軸線方向の運動ができるよう、 支持体を取り付けることは可能ではあるが、弾性部材の下にある剛強支持体は所 定位置に固着されている。この形式の設計によると、パッドの破損が起き易く、 これは、通常、接点と、デバイスとの間には或る量の傾きがあり、角度をなしデ バイスに最も近いこれ等の接点は、角度をなし離れている接点よりも通常、非常 に高い接触圧力を発生させるからである。同一の問題がGarretsonのヨーロッパ 特許公開第230348A2号に示す関連するアセンブリにも生じており、Garretsonの 装置では、接点がそのパッドに押圧掛合するように置かれた時、横移動するよう に接点を押圧するよう、弾性部材の特性を定めているのに、この問題が生じてい る。他の関連するアセンブリがEvansの米国特許第4975638号に示されており、こ の装置は接点と、デバイスとの間の傾動を受け入れるよう、弾性部材を裏当てす るよう、回動可能に取り付けた支持体を使用している。しかし、Evansの装置 は、支持体が回動して、接点を側方にシフトさせると、デバイスのパッドが接点 に付着する傾向がある限り、このEvansの装置は既に説明した摩擦で付着する問 題を生ずる。 従来の膜プローブアセンブリの他の形状は、Crumlyの米国特許第5395253号、B arsotti等の米国特許第5059898号、Evans等の米国特許第4975638号に示されてい る。Crumlyの装置では、ばねを使用して、伸長可能な膜の中心部は完全に伸長し た状態に弾性的に押圧される。接点がそれぞれのパッドに掛合した時、伸長した 中心部はばねの力に抗して、一部弛緩した状態まで後退し、膜の中心に向け、半 径方向擦過方向に接点を引っ張る。Barsottiの装置では、各列の接点をそれぞれ Ｌ字状アームの端部によって支持し、１列の接点がそのそれぞれのパッドに掛合 した時、対応するアームが上方に撓み、同時に、そのそれぞれのパッドを横切っ て、この列の接点に横方向擦過運動を行わせる。しかし、Crumlyの装置も、Bars ottiの装置も、掛合の時に、接点と、デバイスとの間に傾きが存在すると、この 傾きは、角度をなしデバイスに最も近い接点を、一層遠い接点より一層、多く擦 過運動させる。更に、一層短い接点は、その近くの接点の制御された擦過作用の ため、一層短い接点がそのそれぞれのパッドに掛合する機会を持つ前に、その擦 過方向に強制的に動かされる欠点がある。特に、Crumlyの装置の他の欠点は、膜 の中心に一層近い接点は、膜の周縁に一層近い接点より擦過作用が少なく、従っ て、接点の位置によって、擦過作用が変化してしまうことである。 Evans等の米国特許第5355079号の装置では、各接点はばね金属の指片を構成し ており、膜に対し所定の角度で、下にある膜から片持ち梁のように突出するよう 、各指片を取り付けている。同様の形態がHigginsの米国特許第5521518号に示さ れている。しかし、特に、高密度のパターンが必要な場合には、これ等の指片を 全て共通平面内で終わらせるように、これ等の指片を最初から位置決めすること は困難である。更に、これ等の指片は使用中、所定位置から湾曲し易く、元の位 置に復帰するのが容易でない。従って、指片の或るものは他の指片が接触する前 に接触し易く、異なる指片毎に、擦過圧力、及び擦過距離が異なってしまい易い 。少なくとも、Evansの装置では、指片と、パッドとの間の僅かな傾き角に対処 できる十分な機構がない。Evansは電気的接続の質を向上させるため、各指 片の表面を粗くすることを提案しているが、このように粗くすると、パッドの表 面を過度に摩滅させ、損傷させる。Evans、及びHigginsの両方に示された接点指 片の他の欠点は、このような指片は、繰り返される曲げ、及び歪みのため、比較 的少ない接触回数の後でも、又は比較的少ない使用率でも、疲労し、破損するこ とである。 上述したところにより、本発明の少なくとも好適な実施例の目的は、電気デバ イスのパッドの表面に酸化物、又はその他の汚染物の堆積があっても、この電気 デバイスの高い密度に配置されたパッドに、確実に電気的に接続し得るプローブ アセンブリを得るにある。 本発明の少なくとも好適な実施例の他の目的は、接点の高さに僅かな変化があ っても、各接点と、パッドとの間を確実に十分擦過させる膜プローブアセンブリ を得るにある。 本発明の少なくとも好適な実施例の他の目的は、非常に高い使用率でも、故障 することなく、高い信頼性で作動し得るプローブアセンブリを得るにある。 本発明の少なくとも好適な実施例の他の目的は、接点のそれぞれの位置に無関 係に、接点に対し、均一で有効な擦過作用を行う膜プローブアセンブリを得るに ある。 発明の開示 電気デバイスを検査する本発明によるプローブアセンブリシステムは、非圧縮 性材料から成る前方支持体と、この支持体の上にある中心区域を取り付けた可撓 性膜組立体と、この膜組立体の中心区域内に配置された複数個の剛強接点とを具 え、各剛強接点はビームと接触部とを有し、各接触部はデバイスの対応するパッ ドに押圧掛合するのに適する位置に配置され、各ビームは中心区域内に延びる対 応する可撓性導電体に電気的に接続されている。更に、本発明によれば、このプ ローブアセンブリは、各接点と支持体との間に介挿された弾性部材を有する圧力 制御機構と、対応する接触部がそれぞれのパッドに押圧掛合するように置かれた 時、各接点に関して、各ビームを傾動させるように押圧し、各ビームの異なる部 分が前方支持体に対して異なる距離だけ動き、各接点がその傾動に応じて、対応 するパッドを横切って横方向擦過運動を行うよう各接点を駆動する運動制御機構 とを具える。傾動に弾性的に対向するよう弾性部材を位置させ、この弾性部材に より、各ビームが機械的歪みを受けることなく、各接点がこの傾動から復帰し得 るようにする。 上述のシステムによれば、可撓性膜組立体上の接点、及びその引込み導線の両 方を構成するため、例えばフォトリソグラフ法を使用して、プローブアセンブリ に高い密度に配置された接点を設けることができる。隣接する接点間に存在する 微小な高さの差も弾性部材の弾性により許容することができ、擦過中、弾性部材 が接点を十分に圧着し、接点とパッドとの間の圧力を十分なレベルに維持するの をこの弾性部材に裏当てする非圧縮性支持体によって確実にする。更に、この弾 性部材は、各剛強接点のビームの傾動後、このビームを復帰させることができる 信頼性ある機構として役立ち、そのため、機械的に歪んだ接点針、又は接点指片 によって設ける形式の弾性復帰装置に依存する必要がない。この形式の弾性復帰 装置は使用中、接点針、又は接点指片はその形状から外れて湾曲するから、電気 的性能を無能なものにしてしまい、曲げ疲労のため、恒久的に故障する。更に、 本発明によれば、局限作動運動制御機構によって各接点を傾動させるように押圧 することによって、各ビームの異なる部分が支持体に対し異なる距離移動し、こ れにより、各接点は対応するパッドを横切って横方向の掃拭運動に駆動され、パ ッドから酸化物を有効に清掃除去するよう、接点とパッドとの間に擦過作用を行 う。特に、この局限された傾動の制御の形式により、アセンブリの各接点に関し て、有効性のレベルが高い擦過を達成することができる。 添付図面を参照する次の本発明の詳細な説明によって、本発明の上述の目的、 その他の目的、要旨、及び利点を一層容易に理解することができるであろう。 図面の簡単な説明 図１はプローブヘッドにボルト締めされた例示的な本発明膜プローブアセンブ リと、この膜プローブアセンブリによって検査するため、適切な位置にあるチャ ックに支持されるウエハとを示す斜視図である。 図２は支持素子と、可撓性膜組立体とを有する図１のプローブアセンブリの種 々の部片を示す底面図であり、更に、このプローブアセンブリの対応するライン に接続するデータ・信号ラインを有するプローブカードの部分図を示す図である 。 図３は支持素子の隠された部分を露出するため、膜組立体の一部を除去した図 １の膜プローブアセンブリの側面図である。 図４は例示的な支持素子の上から見た平面図である。 図５ａ、及び図５ｂはテストを受けるデバイスの方位にマッチして、どのよう に膜組立体と例示の支持素子とが傾くことができるかを示す線図的側面図である 。 図６は図２の膜組立体の例示の構造の中心区域の拡大平面図である。 図７ａ、及び図７ｂはまだパッドに接触する前の例示の接点と、接触した後、 パッドを横切って擦過運動を行っているその接点とをそれぞれ示す図６の７ａ− ７ａ線に沿う断面図である。 図８は図７ａ、及び図７ｂの例示の接点がパッドに最初に接触した瞬間を点線 で示し、パッドによって垂直に超過移動した後のこの接点を実線で示した線図的 側面図である。 図９ａ、及び図９ｂは微小な高さの差がある図６の３個の例示の接点がどのよ うにして、それぞれのパッドに掛合するかを示す線図的側面図である。 図１０ａ、及び図１０ｂは図６に対比して、代案の接点のパターンを示す平面 図である。 図１０ｃは接触した後、パッドを横切って擦過している接点の状態を示す側面 図である。 図１１ａ、図１１ｂ、図１１ｃ、図１１ｄ、図１１ｅ、及び図１１ｆは順次の 製造段階にある本発明膜プローブアセンブリの中心部の代案の実施例の断面側面 図である。 図１２は図１１ｆの代案の実施例の接点が最初にパッドに接触した瞬間を点線 で示し、パッドによって接点が更に垂直に超過移動して後の接点を実線で示す線 図的側面図である。 図１３は図１１ｆに示す代案の実施例の平面図である。 図１４は図１１示す代案の実施例の変形の平面図である。 発明実施の最良の形態 図１は本発明により構成した膜プローブアセンブリ４２を取り付けるプローブ ヘッド４０を示す。シリコンウエハ４６上に含まれる特定のダイ区域４４の電気 的性能を測定するため、プローブヘッド４０の高速ディジタルライン４８、及び ／又はシールド伝送ライン５０を適切なケーブル組立体によってテスト機器の入 出力ポートに接続すると共に、膜プローブアセンブリ４２の下部接点部に含まれ る接点にダイ区域のパッドを押圧掛合させるため、ウエハを支持するチャック５ １を相互に垂直なＸ、Ｙ、Ｚ方向に動かし得るようにする。 プローブヘッド４０はプローブカード５２を有し、このプローブカード５２の 上にデータライン４８、及び信号ライン５０を配置する。図２、及び図３におい て、硬質ポリマーのような非圧縮性材料で形成された支持素子５４を膜プローブ アセンブリ４２に設ける。この素子５４を４個のアレンねじ５６と、対応するナ ット５８とによって、プローブカードの上側に着脱可能に連結する。（各アレン ねじ５６を支持素子５４のそれぞれの取付けアーム６０に貫通し、別個の裏当て 素子６２によって支持素子の全体の裏側に、ねじのクランプ圧力を均一に分散さ せる。）この着脱可能な連結により、種々のデバイスを検査する必要があれば、 種々の接点配置を有する種々のプローブアセンブリを相互に迅速に交換すること ができる。 図３、及び図４において、支持素子５４に後方ベース部６４を設け、この後方 ベース部６４に取付けアーム６０を一体に接合する。また、この平坦なベース部 から外方に突出する前方支持体、又はプランジャ６６を支持素子５４に設ける。 この前方支持体を截頭円錐形にするよう、平坦な支持面７０に向け収斂する角度 辺６８をこの前方支持体に設ける。また、図２を参照して、ベース部に設けた配 列ピン７４によって、可撓性膜組立体７２を配列した後、この可撓性膜組立体７ ２をこの前方支持体に取り付ける。Du Pont社から市販されているKAPTON（商標 名）、又はその他のポリイミドフィルムのような１、又はそれ以上の絶縁シート プライによってこの可撓性膜組立体を形成し、これ等プライの間、又はこれ等プ ライの上に可撓性導電層、又はストリップを設け、データ・信号ライン７６を形 成する。 図３に示すように、プローブカード５２の上側に支持素子５４を設けた時、前 方支持体６６はプローブカードの中心開口７８から突出しており、これにより、 テストを受けるデバイスのパッドに押圧掛合するよう、可撓性膜組立体の中心区 域８０の適切な位置に配置された接点を出現させる。図２において、膜組立体は 半径方向に延びるアームセグメント８２を有し、膜組立体をフォーメイ十字架の 形状にしている内方に湾曲する端縁８４によって、これ等アームセグメント８２ は分割されている。これ等セグメントは角度辺６８に沿って傾斜して延びており 、これにより、パッドを包囲するいかなる直立構成部分にも接触しないようにな っている。一連の接点パッド８６はデータ・信号ライン７６を終端させており、 支持素子を取り付けた時、これ等パッドはプローブカードの上側に設けた対応す る終端パッドに電気的に掛合し、プローブカード上のデータライン４８、信号ラ イン５０は中心区域の接点に電気的に接続される。 この例示的に示したプローブアセンブリ４２の重要な要旨は、パッドに酸化物 が形成されていても、各サイクルにおいて、接点とパッドとの間を信頼性あるよ うに確実に電気的に接続するよう、非常に多数の接点サイクルにわたり、高い密 度に配置された接点パッドを検査し得る能力である。この能力は、支持素子５４ 、可撓性膜組立体７２、及びこれ等の接続方法の構造の機能である。特に、膜組 立体上の接点をこれ等パッドに押圧掛合させた時、パッドを横方向に横切って、 局部的に制御された方法で、膜組立体上の接点がパッドを拭い、即ち擦過するよ うに、膜組立体を構成し、支持素子に連結する。このような擦過作用を生ずるた めの好適な機構は、図６、及び図７ａ、及び図７ｂに明示するような好適な膜組 立体７２ａの構造、及び相互接続に関連して、ここに説明する。 図６は好適な膜組立体７２ａの中心区域８０ａの拡大図を示す。この実施例で は、方形に配置されたパッドに掛合するのに適する方形パターンに接点８８を配 置する。図６の７ａ−７ａ線に沿う断面を示す図７ａにおいて、各接点は相対的 に厚く、長さが150〜250ミクロンであるのが好適な剛強ビーム９０を具え、その 一端に剛強接触突起９２を形成する。この接触突起９２には接触部９３を設ける 。図示の実施例では、この接触部９３はこの接触部に融着させたロジウム・ニッ ケル合金の結節を有するが、代案として、この接触部が接触突起自身の丸い側部 を具えていてもよい。電気めっきのような通常の方法を使用して、可撓性の導電 トレース７６ａの端部と共に大きな表面のジョイントを形成するよう、導電トレ ースの端部に重複して接続して、各ビームを形成するのが好適である。背面導 電層９４に組み合わせるこの導電トレースは制御されたインピーダンスデータ・ 信号ラインを有効に接点に提供する。従って、好適なことには、その寸法はフォ トリソグラフ法を使用して正確に制定される。背面層９４は製造中、例えば、ガ ス抜きを助けるため、開口を有するのが好適である。 図示を容易にするため、ポリイミドが好適な単一の誘電プライ９６のみを有す るように可撓性膜組立体７２ａを示したが、通常の層形成技術で、多数の誘電プ ライと導電層とを通常のように使用することができる。介挿弾性層９８によって 、膜組立体を平坦支持面７０に相互に接続する。この介挿弾性層９８は支持表面 と同一の広がりにあり、Borden Companyによって製造されるELMER'S STICK-ALL （商標名）、又はDow Corning Corporationによって製造されるSylgard 182のよ うなシリコンゴム化合物によって形成することができる。この化合物はペースト 状の相で有利に加えることができ、固化すると硬化する。上述の平坦支持面は非 圧縮性材料で造られ、ポリスルホン、又はガラスのような硬質誘電体であるのが 好適である。 上述の構造によれば、図７ｂに示すように、接点８８の１個をそれぞれのパッ ト１００に押圧掛合させた時、剛強ビーム９０と、突起９２との構造に加わる中 心を外れた力は、弾性パッド９８によって生ずる弾性復帰力に抗して、剛強ビー ム９０を回動させ、即ち傾動させる。剛強ビームの後部１０４が移動する距離よ りも、剛強ビームの前部１０２が平坦支持面７０に向け移動する距離が大きくな るように、この傾動を局限する。この効果により、図７ｂに示すように、パッド を横切って、接点が横方向に擦過運動を行うよう、接点を駆動する。図７ｂでは 、それぞれ点線、及び実線で、パッド上の接点の最初の位置と、終わりの位置と を示す。このようにして、各パッド上の絶縁酸化物の堆積を除去し、接点と、パ ッドとの信頼性ある電気的接続を確実にする。 図８は、最初の掛合、即ち接触した瞬間の接点８８と、パッド１００との相対 位置を点線で示し、平坦支持面７０に直接向け、垂直な方向に、距離１０６だけ 、パッドが「超過移動」した後の、接点８８と、パッド１００とを実線で示す。 図面に示すように、横方向擦過運動の距離１０６は、接点８８の垂直な偏向に直 接関係し、又はパッド１００によって接点が動かされた超過移動距離１０８に相 当 する。従って、中心区域８０ａの各接点の超過移動距離は、ほぼ同一であるから （例え、差があったにしても、接点の高さの微小な変化に起因するものに過ぎな い）、中心区域の各接点による横方向擦過運動の距離は実質的に均一であり、特 に、中心区域の各接点の相対位置に影響を受けない。 弾性層９８が非圧縮支持面７０によって裏当てされているから、傾動する各剛 強ビーム９０に、即ち各接点８８に弾性層は十分な復帰力を作用させ、擦過中、 接点とパッドとの間の圧力を十分なレベルに維持する。同時に、弾性層はそれぞ れの接点と接点との間の微小な高さの変化、即ち差を受け入れることができる。 従って、図９ａにおいて、比較的短い接点８８ａが密接する比較的背が高い対を なす接点８８ｂの間に位置し、図９ａに示すように、これ等背が高い接点がそれ ぞれのパッドに掛合した時、弾性層が変形して、パッドが僅かな距離を超過移動 した後、小さい接点をそのパッドに掛合させることができる。この例において、 各接点の傾動作用は局限するように制御され、特に、大きな接点は小さな接点か ら独立して傾動することができ、小さな接点がそのパッドに実際に接触するまで 、小さな接点は横方向に運動するよう押圧されない。 この好適な膜組立体７２ａに関しては、各接点８８の擦過作用の距離と、圧力 とが良く規制されると共に、擦過方向も良く規制される。図６においては、接点 ８８ｃ〜８８ｆのそれぞれの擦過方向を方向矢印１１２ｃ〜１１２ｆによって示 す。ここに示すように、各接点はそのビーム９０の縦軸線の方向に前方に擦過す る。更に、示すように、接点は対をなして配置され（８８ｃ、８８ｄ、又は８８ ｅ、８８ｆ）、各対のそれぞれの接点は反対方向に擦過するのが好適である。従 って、パッドを形成しているウエハ、又はデバイスに関し、各対の第１接点によ ってデバイスに作用する擦過力は、各対の第２接点によってデバイスに作用する 擦過力によって打ち消される。従って、接点とパッドとの間の希望する擦過作用 を減少させ、妨害さえするような、これ等の擦過力によるデバイスの摩擦による 引きずりはない。 テストを受けるデバイスとの信頼性ある電気的接続が得られることの他に、こ の好適な膜組立体７２ａは非常に多くの接触サイクルにわたり、そのような信頼 性ある接続を行うことができる。特に、弾性層９８は各ビーム９０を各接触動作 から復帰させることができる信頼性ある機構として役立ち、これにより、剛強接 点自身のいずれかの部分の曲がり、及び機械的変形のような故障し易い復帰機構 に依存する必要がない。上述したように、接点８８の過剰な摩耗を防止するため 、各接点にはロジウム・ニッケル合金の接触部、即ち接触突起９２を設け、ビー ム９０、及び接触突起９２もニッケル合金で形成する。可撓性トレース７６ａは 接点との良好な接続のため、金のような高い導電性の金属で造るのが好適である 。 図４において、後方ベース部６４にＬ字状溝孔１１４を形成し、ベース部に対 し前方支持体６６が傾くことができるようにする。従って、図５ａに示すように 、接触する前に、平坦支持面７０と、テストを受けるデバイス１１６とが相互に 傾いた関係にある場合、接触が起きると、接点８８とパッド１００との間の掛合 圧力によって、図５ｂに示すように、デバイスに平行な位置に支持面を自動的に 動かす。これにより、接点の内、最初に角度をなしてデバイスに最も近い接点が 余りにも強くそのパッドに圧着されて、パッドの表面を損傷させるのを防止する ことができる。また，これにより、一旦、完全に掛合すると、支持面と各パッド との間の距離を正規通りのものにする。このパッドから支持面までの距離は各接 点の偏向量を決定すると共に、上述したように、この偏向量は各接点の擦過圧力 、及び擦過距離を決定するが、支持面とデバイスとの間に存在するはずの最初の 普通の傾き量があっても、一旦、完全に掛合すれば、支持面と各パッドとの間の 距離は正規通りになるから、接点のそれぞれの擦過圧力、及び擦過距離は相互に 正規通りになる。 非常に多くの接触サイクルにわたり、信頼性ある電気的接続を行えることの他 に、この例示の膜プローブアセンブリ４２は、一層現代的なデバイスにある形式 の非常に高密度に配置されたパッドでも受け入れる形態にすることができる。例 えば、図１０ａにおいて、接点８８を列、及び行に相互に配列して配置すること ができる。従って、接触突起９２は、一層高密度のデバイスのパッドパターンに 対応する２次元グリッドパターンに合致する。２次元グリッドパターンは図１０ ｂに示すように、接点を山形袖章の形状に対をなして配置することにより、達成 することもできる。この構成では、各ビーム９０の長さを接点突起間の間隔の半 分より一層長くするか、ほぼ近くするのが好適であり、図１０ｃに線図的に示す ように、ポリイミドプライ層１１６の１次元変形のみが必要である（列と、行と に配列された接点の場合のポリイミドプライ層の変形は図示のものと同一に見え る）。これ等の一層高密度の実施例では、接点までのデータ・信号ラインを形成 する導電トラックはポリイミド層の間に通り、各トレースは導電線（図示せず） によって、対応する接点に接続されている。 例示の可撓性膜組立体７２ａ、及びその弾性層９８による平坦支持面７０への 相互接続をここに説明した。この構造により、膜プローブアセンブリ４２の接触 部のための例示の実施例が得られる。しかし、本発明の原理から逸脱することな く、接触部の代案の実施例も可能であることは明かである。 図１１ａ〜図１１ｅはこの膜組立体の中心部の代案の実施例１７４の構造に使 用する順次の工程を示す。でき上がった構造を図１１ｆ、及び図１３に示す。 図１１ｆにおいて、この代案の実施例では、ロジウム・ニッケル合金製のよう な剛強接点ビーム１７６を可撓性膜組立体１７８の外面上に設ける。高密度の接 点パターン（図１３参照）を受け入れるため、膜組立体を多数の（図示を容易に するため２個の層のみを示す）ポリイミド層１８０によって形成し、導電背板１ ８２と、これ等の層に通る可撓性ストリップ状ライン１８４とをこの膜組立体に 設ける。各ラインは挿通線１８６、及び短い導電トレース１８８によってそれぞ れの接点ビームに接続し（ニッケル合金ビームに良好に電気的に接触するため、 金のような高い導電性の金属が好適である）、必要なデータ・信号ラインを得る ようにする。 接合化合物１９０によって膜組立体のＵ字状フラップ部１９２を除き、この膜 組立体を平坦支持面７０に取り付ける。これ等フラップ部のおのおのは接点ビー ムのそれぞれ１個を支持し、この組立体に通して切ったＵ字状スリット１９４（ 図１３参照）によってこれ等フラップ部は形成される。各フラップ部の下に、弾 性ボス１９６を取り付ける。このボスは対応する接点ビームを支持面に対する傾 斜位置に保持し、また、このボスは表面に対し、局限的にビームを傾かせること ができる。 図１２において、各接点ビーム１７６がそのそれぞれのパッド１００に接触し た時、弾性ボス１９６によって生ずる弾性押圧力に抗して、平坦支持面７０に向 け、Ｕ字状フラップ部１９２を偏向させる。これにより、接点ビームを支持面に 対して傾かせ、このビーム状接点の異なる部分（前部、及び後部）を支持面に対 し異なる距離、動かし、パッドを横切って横方向に擦過するよう、接点ビームを 駆動する。この横擦過運動の距離１９８は接点ビームの垂直方向の偏向距離によ って直接定まり、又は最初の接触位置を越えるパッドの超過移動距離２００に対 応して定まる。接触高さの微小な変化は別にして、この距離は各ビーム状接点に ついて、ほぼ同一であり、これにより、種々の接点によって均一な擦過運動を生 ずる。 弾性ボス１９６は単一の弾性層９８（図８参照）のようには製造するのに便利 でないが、弾性ボス１９６は集合的に、この層と同一の基本的機能を生ずる。即 ち、非圧縮性支持面７０に組み合わせて作用する各弾性ボスは、対応する接点ビ ーム１７６がそのパッドを横切って擦過する時、十分な圧力で確実に圧着し、し かも、一旦、掛合が完了すると、接点ビームの湾曲、又は機械的歪みを生じない ように、接点ビームはその最初の傾動から確実に復帰する。この方策は接点ビー ム、又は指片の一部が下にある支持体から離れて、片持ち梁のように湾曲する接 点ビーム、又は指片を設ける方策より、好ましい。この片持ち梁のように湾曲す る接点ビーム、又は指片を設ける方策の場合には、復帰機構を生ぜしめるため、 接点ビームが有する金属の本来的な弾性に依存することになり、従って、接点ビ ームは歪み疲労を受け、早く破損する。 代案の接触部１７４を構成する図１１ａ、及び図１１ｂにおいて、まず、犠牲 基材２０４を設け、弾性ボス１９６にとって希望する位置に、称呼深さ３ミルの 開口２０６をこの基材に形成する。次に、この開口にシリコンゴムを充填し、図 １１ｃに示すように、ボス１９６を形成し、図１１ｄに示すように、予め組み立 てた可撓性膜組立体１７８をこの基材、及びボスに接合する。次に、膜組立体に 取り付けられたボスを残して、犠牲基材を溶解、又は腐食除去し、図１１ｅに示 すように、この組立体に貫通切削して、Ｕ字状スリット１９４を設ける。最後に 、接合化合物１９０をこの膜組立体の裏側に加え、この接合化合物が各Ｕ字状ス リット内にほぼ途中まで入り込むようにし、全体の組立体を支持面７０に圧着し 、これにより、各ビーム状接点１７６は、対応するボスの周りの転動作用により 、 図１１ｆに示す傾斜位置まで、外方に曲がる。でき上がった構造を図１１ｆの側 面図に、図１３の平面図に示す。 図１３に示す接点パターンでは、可撓性膜組立体の中心区域２０８に、反対方 向の平行な列に接点ビーム１７６を配置する。図１４に示すように、代案の接点 パターンも可能であり、中心区域２１０に、接点ビーム２１２を４個から成る群 に配置し、特定の群の中の各接点が４方向（北、南、東、西）の内の一方向に延 びている。いずれのパターンにおいても、デバイスのパッドが接点に沿って摩擦 で引っ張られる原因になるような全ての接点が同一方向に擦過することが無いこ とに注意すべきである。従って、図示の接点パターンは接点ビームと、パッドと の間に有効な擦過作用が確実に発生するのを助ける。 膜プローブアセンブリ４２の例示の構造、及びこのアセンブリの中心部の代案 の構造、及びその変形をここに図示し、説明した。しかし、本発明の一層広い原 理から逸脱することなく、他の構造も可能であると考えられる。 上述の明細書内に採用した術語、及び表現は説明のための語として使用したの であって、発明を限定するものでなく、そのような術語、及び表現の使用に当た っては、図示し、説明した要旨、及びその一部の均等物を除外しようとするもの でない。本発明の範囲は次に記載する請求の範囲によってのみ、明確にされ、限 定されるものと認められる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 スミス ケネス エイ アメリカ合衆国 オレゴン州 97223 ポ ートランド エスダブリュー アッシュデ イル 7245 (72)発明者 ベイン マイク アメリカ合衆国 ワシントン州 98662 ヴァンクーヴァー エヌイー フォース プレイン ロード 11505 ナンバー エ フ―1136 【要約の続き】 確実に達成することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気的デバイスを検査するプローブアセンブリにおいて、 （ａ）非圧縮性材料から成る前方支持体と、 （ｂ）前記前方支持体に対し、上にある関係に位置する中心区域を有する可 撓性膜組立体と、 （ｃ）前記中心区域に配置された複数個の剛強接点であって、各前記接点は ビームと接触部とを有し、各前記接触部は前記デバイス上の対応するパッドに 押圧掛合するよう適切な位置に配置されており、各前記ビームは前記中心区域 内に延びる対応する可撓性導体に電気的に接続されている複数個の剛強接点と 、 （ｄ）各前記接点と、前記支持体との間に介挿された弾性部材を有する圧力 制御機構と、 （ｅ）対応する前記接触部がそれぞれの前記パッドに押圧掛合するように置 かれた時、各前記ビームを押圧して傾動させ、各前記ビームの異なる部分を前 記前方支持体に対し、異なる距離動かし、前記傾動に従って、対応する前記パ ッドを横切って横方向の擦過運動を各前記接点に行わせるため、各前記接点を 駆動するよう各前記接点に対し局限して作用する運動制御機構とを具え、 各前記ビームが機械的歪みを受けないで、各前記ビームが前記傾動から復帰 し得るよう前記弾性部材を位置させたことを特徴とするプローブアセンブリ。 ２．前記ビームの各１個が他のビームから独立して傾動し得るよう構成した請求 項１に記載のプローブアセンブリ。 ３．後方ベースを設け、前記接触部のそれぞれと、対応する前記パッドとの間の 押圧掛合に応動して、前記デバイスに平行な位置に向け、前記後方ベースに対 し相対的に前記前方支持体を自動的に傾動させ得るよう、前記後方ベースに前 記前方支持体を傾動可能に結合した請求項１に記載のプローブアセンブリ。 ４．対応する前記ビーム上の中心を外れた位置に固着された接触突起に、各前記 接点の前記接触部が含まれるよう構成した請求項１に記載のプローブアセンブ リ。 ５．前記接点を対をなして設け、各前記対の接点のそれぞれの前記横方向の擦過 運動を反対方向にした請求項１に記載のプローブアセンブリ。 ６．各前記接触部が対応する前記パッドに接触した後の各前記接点の横方向の前 記擦過運動の距離は、各接点がこの接触後、前記支持体と、対応する前記パッ ドとの間の間隔を減らすように移動する距離によって一様に定まっている請求 項１に記載のプローブアセンブリ。 ７．前記弾性部材が単一の構造である請求項１に記載のプローブアセンブリ。 ８．前記接点が列と、行とに配置されている請求項１に記載のプローブアセンブ リ。 ９．各前記ビームが対応する前記可撓性導体に対し、重複する関係に結合されて いる請求項１に記載のプローブアセンブリ。 10．前記可撓性膜組立体が前記中心区域に沿ってほぼ連続的である請求項１に記 載のプローブアセンブリ。 11．各前記接点を前記可撓性膜組立体の連続部分によって支持した請求項１に記 載のプローブアセンブリ。 12．電気デバイスを検査するにあたり、 （ａ）非圧縮性材料から成る前方支持体を設け、 （ｂ）前記前方支持体に対し、上にある関係に位置する中心区域を有する可 撓性膜組立体を設け、 （ｃ）前記中心区域に配置された複数個の剛強接点であって、各前記接点は ビームと接触部とを有し、各前記接触部は前記デバイス上の対応するパッドに 押圧掛合するよう適切な位置に配置されており、各前記ビームは前記中心区域 内に延びる対応する可撓性導体に電気的に接続されている複数個の剛強接点を 設け、 （ｄ）各前記接点と、前記支持体との間に介挿された弾性部材を有する圧力 制御機構を設け、 （ｅ）対応する前記接触部がそれぞれの前記パッドに押圧掛合するように置 かれた時、各前記ビームを押圧して傾動させ、各前記ビームの異なる部分を前 記前方支持体に対し、異なる距離動かし、前記傾動に従って、対応する前記パ ッドを横切って横方向の擦過運動に各前記接点を駆動すると共に、更に、各前 記ビームが機械的歪みを受けないように、各前記接点が前記傾動から復帰し得 るよう前記弾性部材により前記傾動に弾性的に対向させることを特徴とする電 気デバイスの検査方法。 13．前記接点のうちの一層短い接点の直ぐ近くにある一層大きな接点が傾動する 時より一層遅く、前記一層短い接点を傾動させるよう押圧する請求項１２に記 載の方法。 14．それぞれの前記接触部と、対応する前記パッドとの間の押圧掛合に応動して 、前記デバイスに平行な位置に向け、前記後方支持体に対し相対的に、前記前 方支持体を自動的に傾動させ得る後方支持体を前記前方支持体に傾動可能に結 合する請求項１２に記載の方法。 15．前記接点を対をなして設け、各前記対の前記接点がそれぞれの前記横方向の 擦過運動を互いに反対方向に行うようこれ等接点を駆動する請求項１２に記載 の方法。