JP2004205511A - プローブフィンガ構造体及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 種々の試験用構造体に使用することができるプローブフィンガ構造体及びプローブフィンガ構造体を製造する方法を提供する。
【解決手段】 上層、下層、及び、上層と下層との間に位置する絶縁又はエッチング停止層を有するウェーハ又はウェーハ部分を準備する段階を含むプローブフィンガ構造体を製造する方法。本方法は、取付部分を形成するために下層をエッチングする段階と、複数のプローブフィンガを形成するために上層をエッチングする段階とを更に含む。本方法はまた、プローブフィンガの各々に導電材料を配置する段階を含む。
【選択図】 図1

Description

本発明は、種々の試験用構造体に使用することができるプローブフィンガ構造体、及びプローブフィンガ構造体を製造する方法に関する。
接触構造体は、ICチップ、半導体ウェーハ、半導体素子、プリント基板、ICリード、及びメモリチップなどの様々な電気及び電子コンポーネントを試験するために使用することができる。接触構造体はまた、化学センサ、電気センサ、慣性センサ、「DNA」スクリーニング装置、マイクロアクチュエータ、原子間力顕微鏡(AFM)、及び走査プローブ顕微鏡(SPM)などとして使用することができる。このような接触構造体は、一般的に、試験されるコンポーネント、表面、又は流体上の接触点又は接触位置に係合するように成形されて配置された複数のプローブフィンガを含む。試験されるいくつかのコンポーネントの小さな寸法と接触位置間に存在し得る小さな間隔とのために、プローブフィンガは、正確に配置されて方向付けされ、正確に制御された寸法を有するべきである。
従って、改善されたプローブフィンガ構造体、及びプローブフィンガ構造体を製造する改善された方法に対する必要性が存在する。
一実施形態において、本発明は、プローブ構造体を形成するために絶縁体上半導体型ウェーハ(例えば、絶縁体上シリコン型ウェーハ)を機械加工することによるプローブ構造体を製造する方法である。絶縁体上半導体型ウェーハの使用は、プローブフィンガの正確な深さ制御、正確な寸法、及び改善された電気的絶縁をもたらすことを助けることができる。
一実施形態において、本発明は、上層、下層、及び、上層と下層との間に位置する絶縁層又はエッチング停止層を有するウェーハ又はウェーハ部分を準備する段階を含むプローブフィンガ構造体を製造する方法である。本方法は、取付部分を形成するために下層をエッチングする段階と、複数のプローブフィンガを形成するために上層をエッチングする段階とを更に含む。本方法はまた、プローブフィンガの各々に導電材料を配置する段階を含む。本発明の他の目的及び利点は、以下の説明及び添付図面から明白であろう。
図1に示すように、全体として10で示す試験用構造体は、基板12及び1つ又は複数のプローブ構造体14を含むことができる。各プローブ構造体14は、基板12からほぼ下方にそれと鋭角で延びることができる複数のプローブフィンガ16を含むことができる。プローブフィンガ16の各々は、導電材料で製造することができ、又は、導電材料を含むことができる。一実施形態において、接触構造体10は、被験コンポーネント18の作動又は電気的接続を試験するために使用することができ、コンポーネント18は、以下に限定されるものではないが、ICチップ、半導体ウェーハ、半導体素子、プリント基板、ICリード、及びメモリチップなどを含む種々の電気又は電子コンポーネントの何れかとすることができる。被験コンポーネント18は、複数の接続点又は接続位置20を含むことができ、各プローブフィンガ16は、接触点20の1つに接触するように成形して配置することができる。プローブフィンガ16の各々は、基板12を通過するか又はその周りに延びる付属リード線24により、基板12の上面に位置する接点22と電気的に結合することができる。
試験用構造体10が降ろされた時、及び/又は、被験コンポーネント18が持上げられた時に、各プローブフィンガ16は、被験コンポーネント18の接触点20に接触することができる。各プローブフィンガ16は、基板上12の接点22を通じてプロセッサ、コントローラ、又はCPUなど(図示せず)に接続することができる。このようにして、プロセッサ、コントローラ、又はCPUと被験コンポーネント18との間で種々の電気信号を送ることができる。例えば、プロセッサは、被験コンポーネント18に試験信号を送り、被験コンポーネント18から得られる出力信号を受信することができる。受信信号は、次に期待された又は望ましい結果と比較され、試験された被験コンポーネント18の作動又は他の特性を判断することができる。このようにして、プローブ構造体14は、例えば、製造工程の最後での品質管理段階としてコンポーネント18を検査するために使用することができる。
被験コンポーネント18又は試験される他のコンポーネントは、接触点20が比較的接近した間隔を有し得るほど(すなわち、例えば、約40ミクロン又はそれ以下までの狭い間隔を有し得る)比較的小さいことがある。従って、プローブフィンガ16は、正確に配置されて正確な寸法を有することが望ましく、プローブフィンガ16を製造する製造工程は、目標とする寸法及び特性を有するプローブフィンガ16を確実に繰り返し生産することが望ましいであろう。一実施形態において、各プローブフィンガ16は、例えば、長さ約1ミリメートル、幅約30ミクロン、及び高さ約55ミクロンを有することができる。
プローブフィンガ16の傾斜配置は、各プローブフィンガ16が被験コンポーネント18と接触した時に「スプリング」様の方法で曲がることを可能にすることができる。このようにして、各プローブフィンガ16は、被験コンポーネント18のあらゆる非平面性に対処するために、及び/又は、プローブフィンガ16の不均一な長さ又は他の変動する寸法に対処するために垂直方向にずれることができるであろう。プローブフィンガ16の傾斜した向きは、各プローブフィンガ16の先端が接触点20上に位置するいかなる天然酸化物も「こすり」落とすことを可能にして、プローブフィンガ16と対応する接触点20との間の良好な電気的接触を保証することができる。しかし、プローブフィンガ16は、必ずしも基板12から鋭角で延びる必要はなく、代わりに、プローブフィンガ16は、例えば基板12とほぼ垂直に延びることができることを理解すべきである。各プローブフィンガ16はまた、目標とする1つ又は複数の機能を実行するのに必要な他の形状、構成、及び/又は寸法を有することもできる。
図2は、基板12から分離された図1のプローブ構造体14を示す。図2に見られるように、プローブ構造体14は、ベース26に結合されてほぼ櫛様の構造体を形成する複数のプローブフィンガ16を含むことができる。ベース26は、テーパの付いた又は傾斜した表面28を有することができ、この表面は、基板12(図1参照)と結合されて、プローブフィンガ16がある角度で基板12から延びることを可能にすることができる。
ベース26は、下層30(シリコンのような半導体材料で製造することができる)、上層32(シリコンのような半導体材料で製造することができる)、及び、上層32と下層30との間に位置する中間絶縁層又はエッチング停止層34(例えば、二酸化ケイ素とすることができる)を含むことができる。ベース26は、その上面に位置する上部絶縁層35(二酸化ケイ素又は窒化ケイ素など)を含むことができ、シード金属、シード材料、又はシード層38(Ti/Auなど)は、各プローブフィンガ16に沿って上部絶縁層35上に位置することができる。シード層38の上には、導電材料40(ニッケルなど)の層を配置することができ、導電材料40の各部分の上には、そのベースにおいて結合パッド42(金など)を配置することができる。上層32は、導電材料40に機械的強度をもたらすことができる。各プローブフィンガ16の導電材料40は、被験構造体18の接触点20と係合するように成形して配置することができ、結合パッド42は、リード線24が結合することができる表面を形成することができる(図1参照)。
図3は、基板12に結合されたプローブフィンガ構造体の別の実施形態を示す。しかし、図3の実施形態においては、上層32(特に、プローブフィンガ16を形成する上層32の各部分)は、二酸化ケイ素のような絶縁層33に封入される。以下で論じられるように、絶縁層33は、処理中にプローブフィンガ16を保護するのを助けることができる。
図4は、プローブフィンガ構造体14の別の実施形態を示し、これは、図2及び図3のものに類似しているが、ベース26の選択された部分(すなわち、プローブフィンガ16の間に位置する上層32の部分)が除去されている。ベース26のこれらの部分(特に、上層32の部分)の除去は、プローブフィンガの各々を互いに更に電気的に絶縁するのを助ける。図示の実施形態においては、各プローブフィンガ16の上層32の各部分は、プローブフィンガの各々を更に電気的に絶縁するのを助ける酸化物層33に封入される。
図3のプローブフィンガ構造体16を形成するための1つの処理は、図5〜図29に示されて以下で論じられるが、本発明の範囲から逸脱することなく、この処理において異なる段階を使用することができ、又は、完全に異なる処理を使用することができる点を理解すべきである。従って、本明細書に示された製造段階は、プローブ構造体14を製造することができる単に一方法であり、本明細書に説明する各段階の順序及び詳細は変更することができ、又は、他の段階を使用することができ、又は、当業技術で公知の他の段階と置換することができる。バッチ製造工程により、いくつかのプローブフィンガ構造体14を単一のウェーハ上に同時に形成することができる。しかし、説明を明快にするために、図5〜図29(以下に論じられる図30〜図47も同様)には、形成されている単一のプローブフィンガ構造体14のみが示されている。
図5〜図29の大部分は、プローブフィンガ16の例えば端部に沿って取られた横断面である(図2の線5−5を参照)。しかし、図9は、製造中におけるプローブフィンガ16の長さに沿って取られた縦方向断面であり、図11、図13、図15、図20、図22、図24、図26、及び図29は、製造の種々の段階におけるプローブ構造体14の上面図である。
図5に示すように、処理は、絶縁体上シリコン(SOI)N型両側研磨ウェーハのような絶縁体上半導体型ウェーハ50を用いて開始することができる。ウェーハ50は、上部又は活性(シリコン)層32、下部(シリコン)層30、及びそれらの間に位置する絶縁層又はエッチング停止層34(二酸化ケイ素など)を含むことができる。上層(32)及び下層(30)は、ドープされないか又は非常に僅かにドープされた単結晶シリコンとすることができ、そのために層30及び層32は、高い電気抵抗(すなわち、1つの場合においては、約800〜1200オーム・センチメートルの抵抗)を有する。しかし、ウェーハ50(すなわち、上層32及び下層30)はまた、以下に限定されるものではないが、アモルファスシリコン、ポリシリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ポリイミド、セラミック材料、窒化物、サファイア、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、ガラス類、材料の組合せ、及び、他の任意の機械加工可能で好ましくは電気的抵抗性を有する材料を含む、単結晶シリコン以外の種々の材料から製造することができる。
上層32及び下層30の厚みは、最終製品(プローブ構造体14)に目標とする厚みをもたらすように選択することができる。例えば、上層32の厚みは、プローブフィンガ16の下部部分の厚みに寄与し、下層30の厚みは、ベース26の厚みに寄与することになる。一実施形態において、上層32は、約10から約100ミクロン(1つの場合においては、約35ミクロン)の厚みを有することができ、中間絶縁層34は、約0.1から約10ミクロン(1つの場合においては、約1ミクロン)の厚みを有することができ、下層30は、約50から約1、000ミクロン(1つの場合においては、約300ミクロン)の厚みを有することができる。
ウェーハ50は、ウェーハ50の上面に位置する窒化ケイ素のような上部絶縁層36(すなわち、1つの場合においては、約1500オングストロームの厚み)、及び、ウェーハ50の下面に位置する窒化ケイ素のような下部絶縁層52を含むことができる。上部絶縁層36及び下部絶縁層52は、低圧化学蒸着(LPCVD)のような任意の望ましい方法でウェーハ50上に配置することができる。窒化ケイ素36及び52の代わりに、酸化物を使用することができるが、後に続く加工段階におけるエッチングに対するその抵抗性のために窒化ケイ素が好ましいであろう。
図6に示すように、フォトレジスト54がウェーハ50の下面に配置され、絶縁層52の中央部分を露出させるようにパターン形成することができる。次に、図7に示すように、下部絶縁層52の露出部分は、プラズマエッチング又は他の任意の満足できる方法により除去される。次に、フォトレジスト54が除去される。
次に、下層30がエッチングされ、空洞56(図8)及び空洞60(図9)が形成される(ウェーハ又はウェーハ部分の「エッチング」により、ウェーハ又はウェーハ部分を除去することが意味されるか、又は、ウェーハ又はウェーハ部分を「パターン形成する」ことが意味されることを理解すべきである)。図2に示すように、この段階の間に形成された空洞56は、懸架されたプローブフィンガ16の下に最終的に位置することになる空間を形成する。プローブフィンガ16の長さに沿って取られた断面である図9は、後部空洞60が最終的にベース26を形成することになるウェーハ50の部分の背後に位置することを示す。このようにして、空洞56及び後部空洞60は、最終的にベース26になることになる構造体の側壁を形成する。この段階の間の下層30のエッチングは、異方性エッチング段階であることが好ましく、このエッチング段階は、シリコン下層30の(111)結晶平面に沿った傾斜又はテーパ付け表面58を作り出し、その1つは最終的に傾斜表面28を形成する(図9参照)。エッチング角度は、約35°〜約55°の間、又は約40°〜約50°の間としてもよく、又は、1つの場合においては、約54.7°とすることができる。空洞50及び56の上方に位置する下層32の残りの部分(すなわち、ダイアフラム59)の厚みは、例えば約60ミクロンとすることができる。ダイアフラム59は、後に続く加工段階の間にダイアフラム59の上方に位置するコンポーネントに対して十分な剛度又は剛性をもたらすために十分な厚みを有するべきである。
このようにして、図8及び図9に示すエッチング段階は、プローブフィンガ16が上述のように基板12に対してある角度で延びることができるように、ベース26のテーパ付き表面28を作り出すのに使用することができる。代替的に、傾斜プローブフィンガ16が必要でない場合、空洞56及び60は、リアクティブ・イオン・エッチング(RIE)又はディープ・リアクティブ・イオン・エッチング(DRIE)のようなドライ及び/又は異方性エッチング法により形成することができる。例示のために、図9の切り抜き通路A及びBは、後に続く加工段階の間にフィンガ16を外すためにエッチング除去されることになる構造体の部分を示す。
図10及び図11に示すように、次に、フォトレジスト62がウェーハ50の上面に配置され、図示の方法でパターン形成される。フォトレジスト62は、切り抜き通路A及びBの上部部分を形成すると共にタブ70及び72とフレーム51とを形成するために、主としてプローブフィンガ16の目標とする形状にパターン形成される。次に、例えばリアクティブ・イオン・エッチング(RIE)又は他の満足できるエッチング法により、上部絶縁層36の露出部分が除去される。
次に、図12及び図13に示すように、ドライエッチング及び/又は異方性エッチング(すなわち、「DRIE」又はプラズマエッチング)、ウェットエッチング、又は他の方法のような任意の満足できる方法により、上層32の露出部分が除去される。上層32をエッチングしてフィンガ16を形成するためのドライ及び/又は異方性エッチングの使用は、ほぼ垂直な側壁をもたらすことができ、フィンガ幅のより良好な制御とフィンガ16のより詰まった間隔とを可能にすることができる。フィンガの側壁は、約80〜約100度の間とすることができ、好ましくは約90度である。ドライ及び/又は異方性エッチングの使用はまた、フィンガ16の先端のエッチングを制限することもでき、より正確な寸法のフィンガを形成する。
上層32は、この段階の間に中間絶縁層34の深さまでエッチングすることができ、それによって中間絶縁層34は、エッチング停止の作用をする。このようにして、上部シリコン層32の厚みは、プローブフィンガ16の高さの少なくとも一部分を形成するように選択することができる。すなわち、「SOI」ウェーハ50の使用は、正確なエッチング制御をもたらすことができ、従って、プローブフィンガ16のシリコン又は支持部分32の上の高さに対する制御を提供する。得られるフィンガ16の正確な寸法は、フィンガ16の全てが目標とする接触位置20と確実に繰り返し接触するように既知の力が基板12に加えられることを可能にする(すなわち、フィンガ16が被験コンポーネント18と接触するように基板12を下げる際に)。
次に、図14及び図15に示すように、フォトレジスト62が除去され、上部絶縁層36の残りの部分が、例えば「RIE」又は他の満足できる方法により除去される。次に、図16及び図17に示すように、絶縁層33(1ミクロンの厚みの熱酸化物など)が、フィンガ16と空洞56及び60の露出表面とを含むウェーハ50の全ての露出シリコン表面上に成長又は配置される。各プローブフィンガ16を取り囲む絶縁層33及び下に重なる絶縁層34は、各プローブフィンガ16をどの隣り合うプローブフィンガ16からも電気的に絶縁し、後に続くエッチング段階中のフィンガ16のバルク(シリコン)材料を保護する。
次に、空洞56及び60の露出表面を覆う絶縁層33が除去される(図18)。絶縁層33の目標とする部分を除去する1つの方法は、ウェーハ50の上面にフォトレジストをコーティングして(除去する必要のない酸化物33及び34を保護するために)、空洞56及び60上に配置された絶縁材料33を例えば「RIE」によりエッチングし、次にウェーハ50の前面からフォトレジストを除去することである。絶縁層33の目標とする部分はまた、緩衝酸化物エッチング又は他の方法により除去することができる。
次に、任意の満足できる方法により、シード層38がウェーハ50の上面に堆積される。シード層38は、プローブフィンガ16上への金属又は他の導電材料40のその後の堆積を助ける。シード層38は、酸化物層33及び34上に配置されたチタン(酸化物層33及び34とウェーハ50とに対する良好な付着のため)、及び、チタンの上に配置された金(後に続くメッキ処理のための比較的酸素物を含まない層を準備するため)のような2つ又は2つ程度の層を含むことができる。しかし、限定的ではないがNiCr及びCuを含む広範囲なシード金属又は材料の何れも使用することができる。1つ又は複数のシード材料38は、スパッタリングのような任意の望ましい方法で、ウェーハ50上に0.1ミクロンのような任意の目標とする厚みに配置することができる。
次に、図21及び図22に示すように、導電材料40(例えば、ニッケル、金、タングステン、又は、ほとんど任意の金属又は他の導電材料)が、各プローブフィンガ16のシード層38の上、及びベース26の部分の上に堆積される。ニッケルは、その薄膜応力が小さいために導電材料40として使用することができる。導電材料40は、ほとんど任意の望ましい方法で配置することができ、ほとんど任意の目標とする厚みに堆積させることができる。しかし、一実施形態においては、導電材料40は、シード層38上に約5〜40ミクロン(1つの場合においては、約18ミクロン)の厚みに電気メッキされたニッケルである。図21及び図22に見られるように、導電材料40の各部分は、電気メッキ処理中における導電材料40の配置のいかなるずれにも適応するために、付随する下に重なるシード層38及び上層32よりも幅を僅かに狭くすることができる。
電気メッキを容易にするために、各プローブフィンガ16のシード層38は、電気メッキ処理中に電気的に結合されることが必要な場合がある。図19及び図20に示すように、タブ70及び72、フレーム51、ベース26、及びフィンガ16の上面は、実質的に全て同一平面とすることができる。このようにして、シード層38がウェーハ50の上面に堆積される時、実質的に水平で共面の表面70、72、51、26、及び16上にシード層38が確実に堆積され、それによってそれらの間の良好な電気的接続が保証される。例えば、電流は、フレーム51からベース26に、及び、フィンガ16の各々にかつそれらの間に、図20に示す様々な例示的な短い矢印の方向に流れることができる。更に、電気メッキ中に各プローブフィンガ構造体14の各フィンガ16に電圧を印加するためにウェーハの部分の上にのみ電気的接続が行えば済むように、バッチ処理中のウェーハ上の各プローブフィンガ構造体14を電気的に結合することができる。
すなわち、導電材料40の電気メッキ処理又は堆積中に、フィンガ16に導電材料40をメッキするために、フレーム51、タブ70及び72、又はベース26上のどこにでも電気的接触を行うことができる。この実施形態の構造体はまた、フィンガ16の間の良好な電気的接触を保証するためのフィンガ16の垂直側壁に沿うシード層38又は他の導電材料のスパッタリング又は堆積を必要としない。代わりに、上述のように、フレーム51、ベース26、フィンガ16、及び、タブ70及び72の水平表面上にシード層38の導電部分が堆積される。フレーム51又は他の接触表面は、フィンガ16及び/又はベース26の表面積の約1/4から約4倍のような、フィンガ16及びベース26の表面積に匹敵する表面積を有することができる。
導電材料40を堆積した後、次に、一組の結合パッド42(金又は任意の望ましい適切な結合パッド材料など)を導電材料40の上に各プローブフィンガ16のベースにおいて堆積させることができる(図23及び図24)。一実施形態においては、結合パッド42は、導電材料40上に約2ミクロンの厚みに電気メッキされた金から作られる。
プローブフィンガの各々を電気的に絶縁させるために、プローブフィンガ40の各々の間に位置するシード層38(すなわち、図23の領域Cにおける)を除去することができる。フィンガ16の間に位置するシード層38の部分を除去するために、ウェーハ50の上面にフォトレジストが配置することができ、プローブフィンガ16の間に位置するフォトレジストの各部分(すなわち、領域C)を標準の露出及び洗浄/剥離段階により除去することができる。各フィンガ40の間のフォトレジストが完全に除去されることが保証されるように注意すべきである。次に、シード層38の露出部分は、ウェットエッチングなどによる任意の種々の望ましい方法によりエッチングで除去することができ、次に、残りのフォトレジストを除去することができる。
代替的に、フィンガ16の間のシード層38を除去するためにフォトレジストとエッチングとを用いるのではなく、領域Cに位置するシード層38を除去するために、正確に制御されたイオンエッチングで領域Cの各々を標的にすることができる。適切な制御の下で、イオンエッチングは、シード層38を除去してシード層の下の層を基本的に損傷せずに残すことになる。図25及び図26は、フィンガ16の間に位置するシード層38が望ましい処理により除去された後のウェーハ50を示す。
代替的に、プローブフィンガ16の間に位置するシード層38の部分は、「リフトオフ」処理により除去することができるが、この処理は、シード層38上への導電材料40の堆積の前にいくつかの段階を必要とする。例えば、シード層の堆積の前に(すなわち、図18)、フォトレジストをウェーハ50の上面に堆積させて、フィンガ16の間に位置するウェーハ50の部分(すなわち、図18の領域Cにおける)にのみフォトレジストが残るようにパターン形成することができる。次に、領域Cにおいてフィンガ16の間に位置するフォトレジストを含むウェーハ50の上面全体上にシード層38をコーティングすることができる。次に、目標とする領域のフォトレジスト及びシード層38をリフトオフの方法で除去する溶剤にウェーハ50を入れることができる。導電材料40及び結合パッド42は、シード層38上に配置することができる。
シード層38の各部分を除去するためのリフトオフ及びエッチング法は、リフトオフ及びエッチング法の使用が製造工程全体をクリーンルームで実行し得ることを可能にするので、シード層38を除去する好ましい方法であろう。言うまでもなく、シード層38の目標とする部分を除去する他の種々の方法を使用してもよい。
次に、図27に示すように、プローブフィンガ16の下、及びベース26の両側上に位置する下層30の残りの厚み(すなわち、空洞56及び60上方のダイアフラム29)は、「KOH/TMAH」を用いるウェットエッチングのような任意の望ましいエッチング方法により除去される。この段階の間に、エッチング材料がプローブフィンガ16に接触してプローブフィンガ16の不要なエッチングをひき起こすことを防ぐために、エッチング材料を中間絶縁層34の下に保持することが望ましい場合がある。この理由のために、下層30のエッチングの大部分は、製造工程中の早期に行われることが望ましいであろう(すなわち、図8及び図9に示すように)。下層30のより早期でのエッチングは、製造工程の終りのこの段階で除去される下層30の僅かな厚みのみを残し、不都合な影響を最小限に抑えることができる。
更に、各プローブフィンガ16を完全に取り囲んで位置し、それらを基本的に「封入する」絶縁層33は、このエッチング段階の間にプローブフィンガ16に接触し得るいかなるエッチング材料をもプローブフィンガ16のバルク材料32から隔離し、従ってそれをエッチングで除去しないことを保証するのを助ける。
下層30のより早期の部分的エッチング(すなわち、図8及び図9における)を行うことはまた、下層30全体が製造のこの段階(すなわち図27)でエッチングされた場合に、上側の重量からの応力が望ましくないエッチング角度を引き起こす可能性があり、従ってベース26のテーパ付き表面28及び58に対する望ましくない角度を生じ得るという理由からも必要であろう。必要に応じて、この段階(図27)の間に下層30の残りの部分をエッチングするのに、プラズマエッチング又は他の満足できる方法のような異方性エッチング法を使用することもできる。図8及び図9の異方性エッチング段階は、この段階(図27)での異方性エッチングが必要でないように、下部材料30のベース26のテーパ付き表面28及び58を十分に形成することができる。
最後に、図28及び図29に示すように、中間絶縁層34の露出部分(すなわち、空洞56及び60の上方に位置する部分)が、次に「RIE」のような任意の望ましい方法により除去され、プローブフィンガ16の懸架された部分が外される。プローブ構造体14は、タブ70及び72において切断又はダイスカットすることができ(図29)、周りのフレーム又はウェーハ構造体51から外される。プローブフィンガ構造体14は、次に、基板12に結合させることができ(図3)、得られた試験用構造体10は、顧客に出荷されるか又は試験用装置において使用することができる。
図30〜図47は、図2に示すプローブ構造体14を形成するのに使用することができる製造工程を示す。この製造工程の最初の段階は、以上で論じた製造工程について図5〜図8に示した段階と同様である。すなわち、「SOI」ウェーハが準備され、下層30がエッチングされて空洞56が形成される。次に、絶縁層36が、「RIE」のような任意の望ましい方法により除去され、図30に示すようなウェーハ50が得られる(代替的に、上部絶縁層36のない開始ウェーハを使用してもよい)。次に、空洞56及び60の表面を含む上層32及び下層30の露出表面上に、1ミクロン厚みの熱酸化物のような絶縁層35及び102が堆積されるか又は成長させられる(図31)。
図32に示すように、空洞56及び60上に配置された絶縁層102の各部分が次に除去される。絶縁層102の目標とする部分は、ウェーハ50の前面にフォトレジストを配置し、ウェーハ50の下面上の露出絶縁層102をエッチングして(緩衝酸化物エッチング(BOE)によるなど)、次にフォトレジストを除去するなどによる任意の望ましい方法により除去することができる。
次に、スパッタリングのような任意の望ましい方法により、シード層38を上部絶縁層35上に配置することができる(図33)。次に、フォトレジスト106がシード層38の上に堆積され(図34及び図35)、プローブフィンガ16、タブ70及び72、及びフレーム51の形状にほぼパターン形成される。次に、フォトレジスト106に覆われていないシード層38の部分は、ウェットエッチング又は他の満足できる方法などにより、除去されるか又はエッチングで取り除かれる(図36及び図37)。
この段階でシード層38の各部分を除去する時、フィンガ16の間でベース26から間隔の空いた領域Dにおけるシード層38の各部分が除去される。しかし、シード層38の選択された部分は、フィンガ16を電気的に結合するようにウェーハ50の上側に残る。特に、図35及び図37の上面図には見えないが、フィンガ16、ベース26、タブ70及び72、及びフレーム51がシード層38を通じて電気的に結合されたままであるように、シード層38は、フォトレジスト106の下に配置される。フィンガ16の各々のシード層38を通じての電気的接続は、フィンガ16が電気的に結合されたままで残り、後に続く電気メッキ処理を上述と同様に支援することを可能にする。シード層38が堆積される時(図33)、シード層38は、ウェーハ50へのシード層38の良好な接着が保証されるように、ほぼ平面の水平面上に配置される。
次に、図38及び図39に示すように、フォトレジスト106で覆われていない絶縁層35の部分は、例えばプラズマエッチング又は他の満足できる方法により、エッチングされるか又は除去される。最後に、フォトレジスト106で覆われていない上層32の部分が中間絶縁層の深さまで除去され、プローブフィンガ16が形成される(図40及び図41)。上層32は、「DRIE」又は他の満足できる方法によりエッチングすることができる。
次に、フォトレジスト106が除去されるか又は剥離され、導電材料40の各部分が、シード層38上にニッケル40を電気メッキするなどにより、プローブフィンガ16のシード層38上に配置される(図42a及び図42b)。上述のように、フィンガ16、ベース26、タブ70及び72、及びフレーム51は、シード層38を通じて電気的に接続され、電気メッキ処理を助ける。
結合パッド42が、次に各フィンガのベースに配置される(図43a及び図43b)。次に、導電材料40の下に配置されていないシード層38の部分(すなわち、フィンガ16の上、又は、フィンガ16の形成部)は、フォトレジストを使用してウェットエッチングによりシード層38をエッチングするなどにより除去される(図44)。換言すれば、フィンガ16の間及びベース26上に位置する(すなわち、領域Eにおける)シード層38の部分が除去され、フィンガ16の各々が電気的に絶縁される。
次に、図45に示すように、プローブフィンガ16の下に位置する下層30の残りの部分(すなわち、空洞56及び60の上方に位置する部分)が、ウェットエッチング(すなわち、KOH/TMAH)又は異方性エッチング法を含む種々のエッチング法などにより除去される(すなわち、中間絶縁層34の深さまで)。次に、中間絶縁層34の露出部分が除去されてプローブフィンガ16が外される(図46及び図47)。最後に、プローブフィンガ構造体14は、タブ70及び72において切断又はダイスカットされ、周囲のウェーハ構造体又はフレーム51からプローブフィンガ構造体14を外すことができる。次に、プローブフィンガ構造体14は基板12に結合され、得られた試験用構造体10は顧客に出荷されるか又は試験用装置において使用することができる。
図5〜図30に示す処理は、製造工程の間又は他の腐食環境に曝された時にフィンガ16のバルク材料32を保護するための酸化物33で完全に覆われた下層32を有するプローブフィンガ16を形成する。これは、フィンガ16の最終寸法に対する高度の制御をもたらすことができる。他方、図31〜図48に示す処理は、シード層38が容易にエッチングされてフィンガ16を電気的に絶縁する(すなわち、図44に示す段階において)という事実により、実施するのが容易である。
図4に示すプローブフィンガ構造体14の生成が必要な場合は、フィンガ16の間に位置する櫛構造のベース26の部分(すなわち、上層32の部分)は、上層32の適切なエッチング段階において(すなわち、図10〜図13、又は、図40及び図41における)、上層32のエッチング中にエッチングで除去することができる。
更に、本明細書に示されて説明されたプローブフィンガ構造体は、接触構造体での用途に加え、種々の他の用途を有するであろう。例えば、プローブフィンガ構造体14又はプローブ構造体14は、化学センサ、電気センサ、慣性センサ、DNAスクリーニング装置、マイクロアクチュエータ、原子間力顕微鏡(AFM)、及び走査プローブ顕微鏡(SPM)などの一部として使用することができる。
本発明を詳細に好ましい実施形態を参照することにより説明したが、本発明の範囲を逸脱することなくその修正及び変形が可能であることは明白であろう。
基板に取付けられて試験構造体と共に示された本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を示す概略図である。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を示す斜視図である。 基板に取り付けられた本発明のプローブフィンガ構造体の別の実施形態を示す斜視図である。 本発明のプローブフィンガの別の実施形態を示す斜視図である。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される処理を示す一連の端面断面図、側面断面図、及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。 本発明のプローブフィンガ構造体の一実施形態を形成するために使用される別の処理を示す一連の端面断面図及び上面図のうちの1つである。
符号の説明
10 試験用構造体
12 基板
14 プローブ構造体
16 プローブフィンガ
18 被験コンポーネント
20 接続点又は接続位置
22 接点
24 付属リード線

Claims (51)

  1. 上層と、下層と、該上層と該下層との間に位置するほぼ電気的に絶縁された層又はエッチング停止層とを有するウェーハ又はウェーハ部分を準備する段階と、
    取付部分を形成するために前記下層をエッチングする段階と、
    複数のプローブフィンガを形成するために前記上層をエッチングする段階と、
    該プローブフィンガの各々に導電材料を配置する段階と、
    を含むことを特徴とする、プローブフィンガ構造体を製造する方法。
  2. 前記上層をエッチングする段階は、前記下層をエッチングする段階の後で行なわれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 第2のエッチング段階の後に、前記複数のプローブフィンガの下に位置する前記下層の部分を除去して、該複数のプローブフィンガがほぼ空洞の上に懸架されるようにする段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 前記ウェーハ又はウェーハ部分は、絶縁体上シリコン型ウェーハ又は絶縁体上シリコン型ウェーハの一部分であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 第1のエッチング段階は、前記下層の少なくとも一部を前記絶縁又はエッチング停止層の深さまでエッチングする段階を含み、
    前記第2のエッチング段階は、前記上層の少なくとも一部を前記絶縁又はエッチング停止層の深さまでのエッチングする段階を含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記第1のエッチング段階は、異方性エッチングを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  7. 前記第2のエッチング段階は、ドライエッチングを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  8. 前記第2のエッチング段階は、第1の層にベース構造を形成する段階を含み、
    各プローブフィンガは、該ベースから外向きに延びてほぼ櫛様の構造体を形成する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  9. 前記上層及び下層は、それぞれ半導体材料であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  10. 前記第1のエッチング段階は、空洞をエッチングする段階を含み、
    前記第2のエッチング段階は、該空洞の上に前記複数のプローブフィンガを形成する段階を含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  11. 各フィンガの下に位置する前記上層の部分を前記絶縁又はエッチング停止層の深さまでエッチングして除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  12. 前記ウェーハ又はウェーハ部分は、前記上層上に位置する上部絶縁部分と、前記下層上に位置する下部絶縁部分とを含み、
    前記方法は、前記第1のエッチング段階の前に、該下部絶縁部分の少なくとも一部を除去する段階を含み、
    該第1のエッチング段階は、前記プローブフィンガが形成されることになる領域の下に空洞を形成するために、前記下層を該下層の厚みよりも浅い深さまでエッチングする段階を含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  13. 前記第1のエッチング段階の後に、前記上部絶縁部分をほぼ前記複数のプローブフィンガの形状にパターン形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
  14. 前記第2のエッチング段階の後に、前記複数のプローブフィンガ上にフィンガ絶縁層を配置する段階を更に含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。
  15. 前記フィンガ絶縁層は、各プローブフィンガのいずれの露出表面もほぼ覆っていることを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. 各プローブフィンガ上にシード層を配置する段階を更に含み、
    前記導電材料は、該シード層上に配置される、
    ことを特徴とする請求項15に記載の方法。
  17. 各プローブフィンガ上に結合パッドを配置して、各プローブフィンガの間に位置する前記シード層の部分を除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
  18. 各フィンガがほぼ懸架されるように、該各フィンガの下に位置する前記下層及び前記下部絶縁層の部分を除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。
  19. 前記上層は、その上の上部絶縁層を含み、
    前記方法は該上部絶縁層の上にシード層を配置する段階を更に含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  20. 前記シード層を複数のプローブフィンガの形状にパターン形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
  21. 各プローブフィンガの間に位置する前記シード層の部分、前記上部絶縁層の部分、及び前記上層の部分を除去する段階を更に含み、
    前記導電材料は、該シード層の部分の上に堆積される、
    ことを特徴とする請求項20に記載の方法。
  22. 前記配置する段階の後に、結合パッドを各プローブフィンガ上に配置する段階を更に含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。
  23. 各フィンガがほぼ懸架されるように、該各フィンガの下に位置する前記下層及び前記下部絶縁層の部分を除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。
  24. 前記方法は、少なくとも2つのプローブフィンガ構造体が前記ウェーハ又はウェーハ部分上に形成されるようなバッチ処理であり、
    前記第2のエッチング段階は、該プローブフィンガ構造体の両方の前記プローブフィンガとほぼ共面のフレームを形成するように前記上層をエッチングする段階を含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  25. 前記フレームは、前記プローブフィンガ構造体の両方の前記プローブフィンガに隣接することを特徴とする請求項24に記載の方法。
  26. 前記導電材料を配置する段階の前に、前記フレーム及び両方のプローブフィンガ構造体がほぼ電気的に結合されるように、ほぼ導電性のシード層を前記フレームの上面及び前記両方のプローブフィンガ構造体の上面上に配置する段階を更に含むことを特徴とする請求項25に記載の方法。
  27. 前記第1又は第2のエッチング段階の少なくとも一方は、前記取付部分及びプローブフィンガに隣接して配置されるフレームを形成するように前記ウェーハをエッチングする段階を含み、該フレームは該取付部分及びプローブフィンガの上面とほぼ共面の上面を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  28. 前記フレームは、前記プローブフィンガの周りに位置するほぼ閉じた形状を有することを特徴とする請求項27に記載の方法。
  29. 前記導電材料を配置する段階の前に、前記フレーム及び前記プローブフィンガ構造体がほぼ電気的に結合されるように、ほぼ導電性のシード層を前記フレームの上面及び前記プローブフィンガ構造体の上面上に配置する段階を更に含むことを特徴とする請求項27に記載の方法。
  30. 前記導電材料を配置する段階の後に、各プローブフィンガがどの隣接するプローブフィンガからも電気的に絶縁されるように前記シード層の部分を除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項29に記載の方法。
  31. 前記第2のエッチング段階は、ほぼ垂直な側壁を有するプローブフィンガを形成する段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  32. 上層と、下層と、該上層と該下層との間に位置するほぼ電気的に絶縁された層又はエッチング停止層とを有するウェーハ又はウェーハ部分を準備する段階、
    取付部分を形成するために前記下層をエッチングする段階、
    複数のプローブフィンガを形成するために前記上層をエッチングする段階、及び
    該プローブフィンガの各々に導電材料を配置する段階、
    により形成されることを特徴とするプローブフィンガ構造体。
  33. 上層と、下層材料層と、該上層と該下層との間に位置するほぼ電気的に絶縁された層又はエッチング停止層とを有するウェーハ又はウェーハ部分を準備する段階と、
    空洞を形成するために、前記下層を該下層の厚みよりも浅い深さまでエッチングする段階と、
    ほぼ垂直の側壁を有する複数のプローブフィンガを形成するために、前記上層をエッチングする段階と、
    導電材料を前記プローブフィンガの各々に配置する段階と、
    を含むことを特徴とする、プローブフィンガ構造体を製造する方法。
  34. 前記第2のエッチング段階の間に形成された前記複数のプローブフィンガは、前記空洞の上方に配置されることを特徴とする請求項33に記載の方法。
  35. 各フィンガの下に位置する前記下層の部分を前記絶縁又はエッチング停止層の深さまでエッチングして除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。
  36. 前記第2のエッチング段階は、ドライエッチング段階であることを特徴とする請求項33に記載の方法。
  37. 上層と、下層と、該上層と該下層との間に位置するほぼ電気的に絶縁された層又はエッチング停止層とを含むベース、及び
    該ベースからほぼ外向きに延びる複数のほぼ導電性のプローブフィンガ、
    を含むことを特徴とするプローブフィンガ構造体。
  38. 各プローブフィンガは、前記上層と同じ材料で作られた支持部分と、その上に配置された導電部分とを含むことを特徴とする請求項37に記載の構造体。
  39. 各フィンガの前記支持部分は、前記上層とほぼ共面であり、該上層とほぼ同じ厚みを有することを特徴とする請求項38に記載の構造体。
  40. 各支持部分とその付随する導電部分との間に配置されたシード層を更に含むことを特徴とする請求項38に記載の構造体。
  41. 前記上層及び前記下層は、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、ポリシリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ポリイミド、セラミック材料、窒化物、サファイア、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、及びガラス類から成る群から選ばれる少なくとも1つの材料を含むことを特徴とする請求項37に記載の構造体。
  42. 前記上層及び下層の各々は、シリコンであり、
    前記絶縁又はエッチング停止層は、二酸化ケイ素である、
    ことを特徴とする請求項37に記載の構造体。
  43. 前記ベース及び前記プローブフィンガは、ほぼ櫛形状の構造体を形成することを特徴とする請求項37に記載の構造体。
  44. 各フィンガは、導電部分が配置された支持部分を含み、
    各支持部分は、ほぼ電気的絶縁性の材料にほぼ封入されている、
    ことを特徴とする請求項37に記載の構造体。
  45. 各フィンガは、各フィンガのベースに配置された結合パッドを含むことを特徴とする請求項37に記載の構造体。
  46. 各フィンガは、どの隣接するフィンガからもほぼ電気的に絶縁されることを特徴とする請求項37に記載の構造体。
  47. 各フィンガの間にほぼ横方向に位置する前記上層の部分はないことを特徴とする請求項37に記載の構造体。
  48. 各フィンガは、ほぼ片持ちであることを特徴とする請求項37に記載の構造体。
  49. 各フィンガは、ほぼ垂直な側壁を有することを特徴とする請求項37に記載の構造体。
  50. 前記ベースは、ウェーハに結合され、
    該ウェーハは、該ベースとほぼ共面の支持部を含み、
    該ウェーハはまた、補助的なベースと、該補助的なベースからほぼ外向きに延びる複数の補助的なプローブフィンガとを含み、
    前記補助的なベースは、前記支持部とほぼ共面であってそれに結合される、
    ことを特徴とする請求項37に記載の構造体。
  51. 前記支持部は、導電材料が該支持部、前記ベース、及び前記補助的なベース上に配置されて該ベースと該補助的なベースとを電気的に結合することができるように、該ベース及び該補助的なベースに隣接していることを特徴とする請求項50に記載の構造体。
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