JP2008522190A

JP2008522190A - リソグラフィーによって作製されたプローブ素子を成形する方法

Info

Publication number: JP2008522190A
Application number: JP2007544382A
Authority: JP
Inventors: バハディールトゥナボイル; エドワードエルマラントニオ
Original assignee: エスヴィプルーブピーティーイーリミテッド
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2008-06-26
Also published as: US20060119376A1; US7462800B2; KR20070108145A; WO2006060215A1; EP1817592A1

Abstract

【課題】リソグラフィーによって作製されたプローブ素子の先端を、ダイ接点との電気通信を確立するプローブ素子の能力が高まるように成形するための方法を提供すること。
【解決手段】プローブカードにおいて使用するように構成されている、リソグラフィーによって作製されたプローブ素子の先端を、テストされる半導体デバイスの接点との電気通信が確立されるように成形する方法が提供される。この方法は、（a）複数のプローブ素子をリソグラフィーによって作製するステップと、（b）サブトラクティブ法を使用して複数のプローブ素子の先端のそれぞれから材料を除去し、先端のそれぞれを、汚染酸化層を良好に貫通するようにされている形状に形成するステップと、を含んでいる。
【選択図】図３Ａ

Description

関連出願

本出願は、米国仮特許出願第60／633,017号明細書（出願日:2004年12月3日）の利益を享受し、この文書は本文書に参照文献として組み込まれているものとする。

本発明は、集積回路をテストする機器に関する。より詳細には、本発明は、半導体集積回路のテストに使用されるプローブカードに組み込まれる、リソグラフィーによって作製されたプローブ素子、を成形する方法に関する。

半導体集積回路の製造においては、正しい動作を確保するため、出荷前の製造時に集積回路（「IC」）をテストすることが慣習となっている。ウェハテストは、ウェハに実装される半導体ICの製造テストにおいて一般的に使用されている周知のテスト手法であり、ICの正しい性能を確認するため、自動テスト装置（ATE）と、ウェハ上に実装されている各ICとの間に一時的な電流を確立する。ウェハテストに使用される例示的なコンポーネントは、ATEとプローブカードとの間でテスト信号を往復させるATEテスト基板（ATEに接続されている多層プリント基板）を含んでいる。例示的なプローブカードは、ICウェハ上の一連の接続端子（または「ダイ接点」）との電気接触を確立するように配置されている、一般的には数百本のプローブ針（または「フレキシブルプローブ」）を含んでいるプリント基板である。

公知のプローブカードは、Kulicke and Soffa Industries社（ペンシルベニア州ウィローグローブ）から入手可能である。特定のプローブカードは、プリント基板と、複数のフレキシブルプローブを有するプローブヘッドと、プローブをプリント基板に電気的に接続するスペーストランスフォーマとを備えている。スペーストランスフォーマは、多層セラミック基板、あるいは多層有機基板を有することができる。

リソグラフィー手法を使用して複数のフレキシブルプローブを作製することが

公知である。例えば、（特許文献１）（Mathierら）および（特許文献２）（Zhouら）のそれぞれは、リソグラフィーを使用してフレキシブルプローブを作成する方法を開示している。

プローブカードを使用するときの1つの問題として、フレキシブルプローブが接触する集積回路のダイ接点またはパッドの表面が、一般には酸化傾向にある金属（例:アルミニウム、銅）から形成されており、電気絶縁性の酸化層が形成される。ダイ接点のそれぞれとフレキシブルプローブのそれぞれとの間に正しい電気通信(electrical communication)を確立するためには、そのような酸化層がフレキシブルプローブによって破砕されることが望ましい。従って、フレキシブルプローブのそれぞれの先端を、フレキシブルプローブが酸化層を貫通する能力が促進されるような輪郭とすることが望ましい。しかしながら、従来のリソグラフィー手法を使用する場合、ダイ接点の酸化層を最適に貫通するようにされている望ましい鋭利な縁部を備えた、フレキシブルプローブの先端を提供することは難しい。

従って、リソグラフィーによって作製されたプローブ素子の先端を、ダイ接点との電気通信を確立するプローブ素子の能力が高まるように成形するための方法を提供することは、望ましいであろう。
米国特許第6,616,966号明細書米国特許第6,677,245号明細書「損傷の起こらないプロービングと、スクラブマークにおけるILD損傷の分析（Non-Damage Probing and Analysis of ILD Damage at Scrub Marks）」（J. Yoritaら、住友電気工業、2004 Southwest Test Workshop Proceedings、2004年6月7日）

本発明の例示的な実施例によると、プローブカードにおいて使用するように構成されているプローブ素子を処理する方法が提供される。この方法は、複数のプローブ素子をリソグラフィーによって作製するステップであって、前記プローブ素子のそれぞれが先端部分を有する、前記ステップ、を含んでいる。この方法は、前記複数のプローブ素子の前記先端部分から材料を除去して、先端部分のそれぞれを、前記プローブ素子によって調べられる表面の汚染層(contaminant layer)を良好に貫通するようにされている形状に形成するステップ、も含んでいる。

本発明の別の例示的な実施例によると、プローブカードにおいて使用するように構成されているプローブ素子を処理する方法が提供される。この方法は、複数のプローブ素子を作製するステップであって、前記プローブ素子のそれぞれが先端部分を有する、前記ステップ、を含んでいる。この方法は、前記複数のプローブ素子の前記先端部分から材料を除去して、先端部分のそれぞれを、前記プローブ素子によって調べられる表面の汚染層を良好に貫通するようにされている形状に形成するステップ、も含んでいる。前記除去するステップは、前記先端部分からの前記材料のレーザーアブレーションを含んでいる。

本発明のさらに別の例示的な実施例によると、プローブカードにおいて使用するように構成されているプローブ素子を処理する方法が提供される。この方法は、複数のプローブ素子をリソグラフィーによって作製するステップであって、前記プローブ素子のそれぞれが先端部分を有する、前記ステップ、を含んでいる。この方法は、前記複数のプローブ素子の前記先端部分から材料を除去して、先端部分のそれぞれを、前記プローブ素子によって調べられる表面の汚染層を良好に貫通するようにされている形状に形成するステップ、も含んでいる。前記除去するステップは、前記先端部分からの前記材料のレーザーアブレーションを含んでいる。

本発明の上記およびその他の特徴と、本発明の利点は、添付の図面に示されている好ましい実施例の以下の詳細な説明に照らして、さらに明らかになるであろう。理解されるように、本発明は、さまざまな観点において、いずれも本発明から逸脱することなく変更することができる。従って、図面および説明は説明を目的としたものであり、本発明を制限するものではないとみなされたい。

本発明を説明する目的で、図面には、現時点において好ましい本発明の形態が示されている。しかしながら、本発明は、示されているとおりの配置構成および手段には制限されないことを理解されたい。

本発明の例示的な実施例によると、本発明は、プローブカードにおいて使用される、リソグラフィーによって作製されたプローブ素子の先端を、外側の酸化層を有するダイ接点との電気通信が確立されるように成形する方法に関する。この方法は、複数のプローブ素子をリソグラフィーによって作製するステップと、サブトラクティブ法(subtractive process)を使用して複数のプローブ素子の先端のそれぞれから材料を除去し、先端のそれぞれを、酸化層を良好に貫通するようにされている形状に形成するステップと、を含んでいる。例えば、サブトラクティブ法は、レーザーアブレーションとすることができる。さらに、この方法は、プローブ素子の先端のそれぞれを化学的に研磨するステップを含んでいることができる。

例えば、プローブ素子がタイバー(tie bar)などによって結合されているように、リソグラフィーによって複数のプローブ素子をシートとして作製することができ、この場合、タイバーもリソグラフィープロセス中に作製される。本発明に従ってプローブ素子を処理した（例:プローブ素子の先端部分を成形した）後、（例:プローブ素子をシートに保持しているタイバーなどを切断することによって）プローブをシートから切り離す(singulate)ことができ、次いで、プローブカードの一部であるように構成されている基板（例:MLOまたはMLCスペーストランスフォーマなどのスペーストランスフォーマ、プリント基板）の接触位置に、切り離されたプローブ素子をボンディングする（例:ウェッジボンディング）ことができる。

図面を参照すると、プローブカードに関連して使用される、リソグラフィーによって作製されたプローブ素子30の先端を、半導体デバイス（例:ウェハ形状、図示していない）の接点（汚染層（例:外側の酸化層、図示していない）を有することがある）との電気通信が確立されるように成形する方法10が示されている。特に図1を参照し、方法10は、複数のプローブ素子30をリソグラフィーによって（例:フォトリソグラフィー、ステレオリソグラフィーなどを使用して）作製するステップ12を含んでいる。ステップ12は、半導体製造の分野における従来のステップであり、公知である。代表的なリソグラフィープロセスは、一般的には、所望の材料を積層化(laminating)するステップと、積層化された材料をマスキングして精細な製品形状を定義するステップと、マスキングされた材料を紫外線を用いて結像させるステップと、マスクを取り除くステップと、結像された材料を現像するステップと、を含んでいる。プローブ素子を作製するための別のリソグラフィープロセスも考えられる。

図2Aを参照し、プローブ素子30のそれぞれは、先端32を有する。例えば、先端32を、リソグラフィープロセス12によって第一方向に作製／成形する。図2Aの左側部分に示されているように、先端32は、先端32に尾根が存在するようにリソグラフィーによって形成されており、この尾根は、X方向の隣接する先端32における少ない材料によって定義されている。成形後のプローブ先端34（図2Aの右側を参照）を、酸化層（図示していない）などの汚染層を良好に貫通するようにされている形状に形成するため、レーザーアブレーションなどのサブトラクティブ法によって、（例えば図2Aに描かれているY方向の矢印にて示されているように）プローブの先端32からさらなる材料を除去する。

例えば、成形後のプローブ先端34は、図2Aに示されているピラミッド形状以外の形状を有することができる。図2Bは、台形形状40、放物形状42、および任意輪郭形状(contoured shape) 44などの別の例示的な形状を有するプローブ先端の側面斜視図および上面図を示している。

完全なプロセスでは、接触先端面のサイズをさらに定義する一連の特定の形状を作成することができる。プローブ30の動作時、先端34によってダイ接点面（またはテストされるデバイスの別の接触面）に印可されるスクラブの量は、例えば、ダイ接点の材料、先端34のサイズおよび形状、オーバードライブ距離(overdrive distance)、プローブ30のばね特性など、さまざまなパラメータに依存する。成形後の先端34の向きは、プローブとダイ表面とが接触するときの設計上のプローブスクラブ力と協調的に作用して、抵抗が最小かつ寿命が最長であるように最小限のデブリス(debris)にて、ダイ接点面から汚染物（例:酸化層）が最適に取り除かれるように設計する。

図1および図3Aの両方を参照し、方法10は、プローブ素子30を支持板50に取り付けるステップをさらに含んでいる。支持板50は、アブレーティブレーザー(ablative laser) 60に対して可動とすることができる。先端32から材料を除去して所望の先端形状を形成するのに適する角度でレーザーのビーム62がプローブ先端32に達するように、レーザー60に対する支持板50の向きを設定する（ステップ16）。プローブ30を担持している支持板50は、所望の最終的な先端形状が得られるように、レーザー60に対してある角度に傾けることができる。図3Aに示されているように、支持板50は、板50を支持している面50Aに対しても、ある角度に配置されている。なお、面50Aを、レーザー60に対して角度をなすように構成することができ（例:面50Aを、傾いた作業台などの面とすることができ）、可動である（すなわち角度をなすように可動である）支持板50を利用しないことも考えられる。

プローブ先端32のそれぞれから適切な量の材料が除去されることが正確に達成されるように、複数のプローブ先端32に対するレーザー60の位置、エネルギレベル、および（例えばキャリッジ64を使用してのガントリー66に沿った）移動速度を調整する。例えば、プローブ先端32の上、第一パス(pass)にレーザー60を走査させ、プローブ先端32のそれぞれから材料を除去する（ステップ18）。本発明の特定の実施例においては、次いで、プローブ先端32に対するレーザー60の向きを再設定し、第二パスに走査させてさらなる材料を除去し、所望の先端形状を形成する（ステップ20）。例えば、先端32のそれぞれの対向する側面を成形できるように、プローブ30を反転させることができる。

例えば、サブトラクティブ法は、アブレーティブレーザーを使用して実行される。このプロセスのためのレーザーの例示的なタイプは、ダイオードポンプ型Nd:YAGレーザーである。しかしながら、エキシマーレーザー、CO₂レーザー、またはその他のタイプのレーザーも使用することができる。これに代えて、微細電極加工(μEDM:micro-electrode discharge machining)などの別の方法を適用することもできる。μEDMプロセスに関しては、
を参照されたい。

プローブ先端は、化学的に研磨することができる（ステップ22）。使用することが望ましい化学研磨溶液は、プローブの材料によって決まる。特定のBeCuプローブの場合、0．5%の硝酸と、45．5%のリン酸と、50%の酢酸の溶液が、優れた結果をもたらした。室温またはそれよりわずかに高い温度（35℃）において、この溶液にプローブを1〜5分間浸し、次いで、脱イオン水によって静かに洗浄する。特定のニッケル合金の場合、希釈（10:1）硝酸または硫酸の研磨溶液（40℃）が、優れた結果をもたらした。1つの例示的な手法として、成形された部品のシートをエッチャントに短時間（例:1〜2分）浸した後、脱イオン水によって静かに洗浄する。縁部にスラグが残る場合、酸の濃度および／またはエッチング時間を増大させることができる。このステップは、その後のめっきプロセスの表面処理ステップと組み合わせることができる。

図3Aにおいて、レーザー60は、キャリッジ64を介してガントリー66に沿って動く。これに対して、図3Bに示されている代替の配置構成においては、レーザー60は、ガントリー66Aに対して固定的に配置されている。ミラー68は、（レーザー60Aから発せられる）ビーム62Aがミラー68からプローブ先端32に反射されるように、キャリッジ64Aを介してガントリー66Aに沿って動くように構成されている。図3Bは、図3Aの代替の配置構成であるが、当然ながら、本発明の範囲内で別の配置構成も考えられる。

図1には、特定のステップを特定の順序にて示してあるが、本発明はこの一連のステップに限定されない。例えば、特定のステップを省略する、または代替ステップに置き換えることができる。同様に、本発明の特定の配置構成においてステップの順序を再編成することができる。

図3A〜図3Bは、特定の形状を有するプローブ素子30（例:曲がったプローブ素子）を示しているが、本発明はこのプローブ素子に限定されない。本発明は、任意のタイプのリソグラフィーによって（例:フォトリソグラフィープロセス、ステレオリソグラフィープロセスなどを使用して）作製されたプローブ素子に関する。

本発明は、特定の成形手法（例:レーザーアブレーション、微細電極加工）に関連して説明されているが、本発明はこれらの手法に限定されない。それ以外の手法も考えられる。

図3A〜図3Bは、（リソグラフィープロセス中に形成されるタイバーなどによって結合されている）一連のプローブ素子30をサブトラクティブ法において配置するための例示的な支持構造を示しているが、本発明はこれらの支持構造に限定されない。例えば、本発明は、図3A〜図3Bに示されている支持板50の場合のように、ある角度に向けることのできる支持板の使用に限定されない。示されている構造は、例示を目的としている。

本発明の特定の例示的な実施例においては、プローブ素子は、リソグラフィープロセス以外の手法（例:スタンピング、エッチング、めっき）によって形成することができる。

本発明は、その精神または本質的な特質から逸脱することなく、別の特定の形態に具体化することができる。本発明は、その例示的な実施例に関連して説明および図解されているが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、上述した変更および別のさまざまな変更、省略、および追加を本発明に行うことができることが、当業者には理解されるであろう。

本発明の例示的な実施例による、プローブ素子を提供する方法を示しているブロック図である。図1に示されている例示的な方法に従って処理された例示的なプローブ先端の形状を示している。図1に示されている方法によって作製することのできる、特定の例示的なプローブ先端の形状を示している。リソグラフィーによって作製されたプローブの先端からレーザーを使用して材料を除去する例示的な材料除去システムを示している。リソグラフィーによって作製されたプローブの先端からレーザーを使用して材料を除去する別の例示的な材料除去システムを示している。

符号の説明

30 プローブ
32、34 先端
40 台形形状
42 放物形状
44 任意輪郭形状
50 支持板
50A 面
60、60A レーザー
62、62A ビーム
64、64A キャリッジ
66、66A ガントリー
68 ミラー

Claims

プローブカードにおいて使用するように構成されているプローブ素子を処理する方法であって、
複数のプローブ素子をリソグラフィーによって作製するステップであって、前記プローブ素子のそれぞれが先端部分を有する、前記ステップと、
前記複数のプローブ素子の前記先端部分から材料を除去して、先端部分のそれぞれを、前記プローブ素子によって調べられる表面の汚染層を良好に貫通するようにされている形状に形成するステップと、
を含んでいる、方法。
前記除去するステップが、前記材料を除去するためのレーザーアブレーションを含んでいる、請求項１に記載の方法。
前記除去するステップが、前記材料を除去するための微細電極加工を含んでいる、請求項１に記載の方法。
前記除去するステップの後に、プローブ素子のそれぞれの前記先端部分を研磨するステップ、
をさらに含んでいる、請求項１に記載の方法。
前記研磨するステップが、前記プローブ素子の前記先端部分を化学的に研磨するステップを含んでいる、請求項４に記載の方法。
前記除去するステップが、
前記材料を除去して、前記先端部分を台形形状、放物形状、任意輪郭形状、またはピラミッド形状に形成するステップ、
を含んでいる、請求項１に記載の方法。
前記除去するステップが、
第一除去ステップにおいて前記先端部分の第一側面から材料を除去するステップと、次いで、第二除去ステップにおいて前記先端部分の第二側面から材料を除去するステップ、
を含んでいる、請求項１に記載の方法。
前記複数のプローブ素子を横にして支持板上に支持するステップであって、前記支持板が、前記材料を除去するために使用される構造に対してある角度に向くように構成されている、前記ステップ、
をさらに含んでいる、請求項１に記載の方法。
前記支持するステップが、
前記複数のプローブ素子を横にして支持板上に支持するステップであって、前記支持板が、前記材料を除去するために使用されるレーザーアブレーション装置に対してある角度に向くように構成されている、前記ステップ、
を含んでいる、請求項８に記載の方法。
プローブカードにおいて使用するように構成されているプローブ素子を処理する方法であって、
複数のプローブ素子を作製するステップであって、前記プローブ素子のそれぞれが先端部分を有する、前記ステップと、
前記複数のプローブ素子の前記先端部分から材料を除去して、先端部分のそれぞれを、前記プローブ素子によって調べられる表面の汚染層を良好に貫通するようにされている形状に形成するステップであって、前記先端部分からの前記材料のレーザーアブレーションを含んでいる、前記ステップと、
を含んでいる、方法。
前記作製するステップが、前記複数のプローブ素子をリソグラフィーによって作製するステップ、を含んでいる、請求項１０に記載の方法。
前記除去するステップの後に、プローブ素子のそれぞれの前記先端部分を研磨するステップ、
をさらに含んでいる、請求項１０に記載の方法。
前記研磨するステップが、前記プローブ素子の前記先端部分を化学的に研磨するステップを含んでいる、請求項１２に記載の方法。
前記除去するステップが、
前記材料を除去して、前記先端部分を台形形状、放物形状、任意輪郭形状、またはピラミッド形状に形成するステップ、
を含んでいる、請求項１０に記載の方法。
前記除去するステップが、
第一除去ステップにおいて、前記先端部分の第一側面から材料を除去するステップと、次いで、第二除去ステップにおいて、前記先端部分の第二側面から材料を除去するステップ、
を含んでいる、請求項１０に記載の方法。
前記複数のプローブ素子を横にして支持板上に支持するステップであって、前記支持板が、前記材料を除去するために使用される構造に対してある角度に向くように構成されている、前記ステップ、
をさらに含んでいる、請求項１０に記載の方法。
前記支持するステップが、
前記複数のプローブ素子を横にして支持板上に支持するステップであって、前記支持板が、前記材料を除去するために使用されるレーザーアブレーション装置に対してある角度に向くように構成されている、前記ステップ、
を含んでいる、請求項１６に記載の方法。
プローブカードにおいて使用するように構成されているプローブ素子を処理する方法であって、
複数のプローブ素子をリソグラフィーによって作製するステップであって、前記プローブ素子のそれぞれが先端部分を有する、前記ステップと、
前記複数のプローブ素子の前記先端部分から材料を除去して、先端部分のそれぞれを、前記プローブ素子によって調べられる表面の汚染層を良好に貫通するようにされている形状に形成するステップであって、前記先端部分からの前記材料のレーザーアブレーションを含んでいる、前記ステップと、
を含んでいる、方法。
前記除去するステップが、
前記材料を除去して、前記先端部分を台形形状、放物形状、任意輪郭形状、またはピラミッド形状に形成するステップ、
を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
前記除去するステップが、
第一除去ステップにおいて、前記先端部分の第一側面から材料を除去するステップと、次いで、第二除去ステップにおいて、前記先端部分の第二側面から材料を除去するステップ、
を含んでいる、請求項１８に記載の方法。