JP2010107517A - プローブアレイとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブアレイの製造方法を提供する。
【解決手段】プローブアレイを形成する方法は、プローブ材料１０２のブロックにわたって先端部材料１０１の層を形成することを含む。第１の放電加工機（ＥＤＭ）の電極２０１が、先端部材料１０１の層の上に配置され、ＥＤＭ電極２０１は、形成されるべき複数のプローブに対応する複数の開口を有する。先端部材料１０１の層およびプローブ材料１０２のブロックから余分な材料が除去されて、複数のプローブが形成される。複数のプローブが複数のスルーホールに入り込むように、複数のプローブに対応する複数のスルーホールを有する基板が配置される。基板が複数のプローブに結合される。基板を平坦化するように、余分なプローブ材料１０２が除去される。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウェハ上のダイをプロービングするためのプローブカードのようなプロービング電子装置に使用するためのプローブのアレイを作成する方法に関する。

関連技術
半導体ダイは、ダイの集積回路の信頼性と性能特性を保証するために、製造プロセス中にテストされる必要がある。従って、半導体ダイをテストするために、半導体メーカは種々のテスト方法を開発してきた。全体の機能性に関する標準的なテストは一般に、ウェハ段階においてダイをプローブテストすることにより行われる。また、ウェハ段階におけるプローブテストを用いて、ダイのスピードグレードを評価することもできる。

ウェハ段階において多数の集積回路を同時にテストすることは、テスト時間とコストが大幅に低減されるので大きな利点を提供する。現在、メインフレームコンピュータを含む大型のスケールテスタは、一度に１つのチップでもテストすることが必要とされ、チップのアレイを同時にテストする能力が追加される場合には、これらの機械の複雑性が増加する。それにも関わらず、並行したテストが時間の節約をもたらすので、多数のチップを同時にプロービングしてそれらのチップからデータを集めることができるピン数の多いテスタが導入され、同時にテストされ得るチップの数は徐々に増加してきた。

ダイシング前のウェハ上のチップに並行してテストとバーンインを行うことを可能にする改善されたウェハテストとバーンイン方式の結果として、大幅な低コストが生じる。

ウェハテストの要件がより複雑になるにつれて、高密度プローブの必要性、及びそれらを製造する効率的で比較的安価な方法は、挑戦であり続けている。従って、高密度プローブアレイを製造する安価で効率的な方法が必要とされている。

発明の概要
本発明は、関連技術に関する１つ又は複数の問題および欠点を実質的に取り除く、半導体ウェハをテストするためのプローブアレイ及びその製造方法を対象とする。

プローブアレイを製造する方法が提供され、その方法は、複数のスルーホールを有する第１の基板を形成することを含む。第２の基板が、内部に埋め込まれた複数のプローブ先端部を有するように形成される。複数のワイヤが、第２の基板の対応するプローブ先端部にボンディングされる。第１の基板のスルーホールが複数のワイヤと結合される。第２の基板が除去される。第１の基板が平坦化され、外部信号源に接続するための複数のワイヤに対する接続部が、第１の基板に形成される。

別の態様では、プローブアレイを形成する方法が提供され、その方法は、プローブ材料のブロックにわたって先端部材料の層を形成することを含む。第１の放電加工機（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｅ：ＥＤＭ）の電極が、先端部材料の層の上に配置され、ＥＤＭ電極は、形成されるべき複数のプローブに対応する複数の開口を有する。先端部材料の層およびプローブ材料のブロックから余分な材料が除去されて、複数のプローブが形成される。複数のプローブが複数のスルーホールに入り込むように、複数のプローブに対応する複数のスルーホールを有する基板が配置される。基板が複数のプローブに結合される。基板を平坦化するように、余分なプローブ材料が除去される。本発明に従ってプローブアレイを作成する方法の利点には、２つの異なる基板を用いたステップの２つのステージを使用することが含まれる。従って、２つのステージの処理ステップは、同時に行われ、互いに無関係とすることができる。生じる可能性のある任意のエラー又は欠陥は、一組のステップの繰り返しのみを必要とする。また、結果として生じるプローブアレイは、プローブの少なくとも１つのセグメントに沿った支持を行うスルーホールを有する。支持は、プローブアレイが横方向の接触移動またはワイピングを有する点で特に有利である。

別の態様では、プローブアレイが提供され、そのプローブアレイは、基板、及びテスト装置のテスト端子に接触するための複数のプローブを含む。各プローブは、ステムと先端部を有する。各プローブは、支持のために基板に入り込む。基板は複数のスルーホールを有し、プローブのステムがスルーホールに入り込み、基板に結合されるようになっている。
（項目１）
材料のブロックを準備し、
複数のプローブを形成するために、放電加工機（ＥＤＭ）を用いて前記材料のブロックから材料を除去することを含む、複数のプローブを製造する方法。
（項目２）
前記複数のプローブを基板に固定することを更に含む、項目１の方法。
（項目３）
前記基板は複数の穴を含み、前記複数のプローブを前記基板に固定することが、前記穴内に前記プローブを固定することを含む、項目２の方法。
（項目４）
前記穴内に前記プローブを固定することが、前記プローブを前記基板にハンダ付けすることを含む、項目３の方法。
（項目５）
前記基板が、前記穴を部分的にふさぐハンダを更に含む、項目３の方法。
（項目６）
前記穴内に前記プローブを固定することが、前記ハンダをリフローすることを含む、項目５の方法。
（項目７）
前記基板が、セラミック、シリコン、及びプリント回路基板材料のうちの少なくとも１つからなる、項目２の方法。
（項目８）
外部信号源に接続用の、前記プローブに対する接続部を前記基板上に形成することを更に含む、項目２の方法。
（項目９）
前記ブロックから材料を除去することが、前記材料のブロックの上にＥＤＭ電極を配置し、前記電極が前記複数のプローブに対応する複数の開口を有する、項目１の方法。
（項目１０）
前記開口が前記プローブの形状に対応する、項目９の方法。
（項目１１）
前記材料のブロックが、先端部材料の層とプローブ材料の層からなる、項目１の方法。
（項目１２）
前記ブロックから材料を除去することが、
第１のＥＤＭ電極を用いて前記先端部の層および前記プローブの層から材料を除去し、及び
第２のＥＤＭ電極を用いて前記先端部の層から更なる材料を除去することを含む、項目１１の方法。
（項目１３）
前記プローブ材料が、ニッケル、チタン、ロジウム、ニッケル合金、チタン合金、及びロジウム合金のうちの少なくとも１つからなる、項目１１の方法。
（項目１４）
前記先端部材料が、パラジウム、金、ロジウム、ニッケル、コバルト、パラジウムの合金、金の合金、ロジウムの合金、ニッケルの合金、及びコバルトの合金のうちの少なくとも１つからなる、項目１１の方法。
（項目１５）
前記先端部材料の層が、溶接、ハンダ付け、及びろう付けの任意の１つを用いて、前記プローブ材料の層に固定される、項目１１の方法。
（項目１６）
前記プローブ材料の層上に前記先端部材料の層を形成することを更に含む、項目１１の方法。
（項目１７）
前記材料のブロックが、犠牲材料上に配置されたプローブ材料からなる、項目１の方法。
（項目１８）
前記材料のブロックが、前記犠牲材料上に配置された先端部材料を更に含む、項目１７の方法。
（項目１９）
前記ブロックから材料を除去することが、
複数のキャビティを含むＥＤＭ電極を準備することであって、キャビティが、プローブの形状に対応し、前記プローブの形状の本体部分に対応する第１のキャビティ部分、及び前記プローブの形状の先端部部分に対応する第２のキャビティ部分を有する、ＥＤＭ電極を準備すること、及び
前記第１のキャビティ部分が前記プローブ材料の上にあり、かつ前記第２のキャビティ部分が前記先端部材料の上にあるように、前記材料のブロックの上に前記ＥＤＭ電極を配置することを含む、項目１８の方法。
（項目２０）
前記プローブを形成するために前記材料のブロックから前記材料を除去した後に、前記プローブを前記犠牲材料から分離することを更に含む、項目１７の方法。
（項目２１）
前記形成されたプローブがばらばらのプローブである、項目１の方法。

垂直なプローブアレイのためのプローブを製造する１つの方法におけるステップを示す図である。 垂直なプローブアレイのためのプローブを製造する１つの方法におけるステップを示す図である。 垂直なプローブアレイのためのプローブを製造する１つの方法におけるステップを示す図である。 垂直なプローブアレイのためのプローブを製造する１つの方法におけるステップを示す図である。 図１〜図４に示されたプローブを基板と結合してプローブアレイを形成するステップを示す図である。 図１〜図４に示されたプローブを基板と結合してプローブアレイを形成するステップを示す図である。 図６におけるプローブアレイのプローブの先端部を成形するステップを示す図である。 図６におけるプローブアレイのプローブの先端部を成形するステップを示す図である。 図１〜図８に対応するプローブアレイの製造に必要とされるステップを形成するフローチャートを示す図である。 プローブアレイのプローブを製造するために使用され得る代替のＥＤＭ電極を示す図である。 図１０のＥＤＭ電極の断面図である。 プローブを作成する代替のプロセスを示す図である。 プローブを作成する代替のプロセスを示す図である。 プローブを作成する代替のプロセスを示す図である。 プローブを作成する代替のプロセスを示す図である。 プローブを作成する代替のプロセスを示す図である。 図１２〜図１６に示されたプロセスに従って形成されたばらばらのプローブを示す図である。 プローブを実装するためのベース基板を示す図である。 図１８のベース基板の断面図である。 プローブのアレイへの組み立てを示す図である。 プローブのアレイへの組み立てを示す図である。

本発明の更なる特徴と利点は、以下の説明に記載され、ある程度は説明から明らかになり、又は本発明を実施することにより理解され得る。本発明の利点は、構造、及び記載された説明および本願の特許請求の範囲ならびに添付図面に特に指摘されることにより、理解されて修得されるであろう。

前述の全般的な説明および以下の詳細な説明は、例示であり、かつ説明のためのものであり、請求される本発明の更なる説明を提供することが意図されていることは理解されたい。

本発明の例示的な実施形態を示し、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するように含められた添付図面は、本発明の原理を明らかにするのに役立つ説明と共に本発明の実施形態を示す。

本発明の実施形態に関する詳細な説明
ここで、本発明の実施形態を詳細にわたって参照し、それらの例は、添付図面に示される。

図１〜図８はプローブのアレイを形成する第１の方法を示し、図９は、図１〜図８に示されたようなプローブを作成するためのステップ９０１〜９０８をフローチャートの形態で示す。

図１に示されるように、先端部材料１０１のブロックがプローブ材料１０２のブロックに取り付けられる（ステップ９０１）。先端部材料１０１とプローブ材料１０２は、導電性であるべきであるが、その他の場合には任意の数の知られた材料から形成され得る。適切な先端部材料およびプローブ材料の例には、パラジウム、銅、金、ロジウム、ニッケル、コバルト、銀、プラチナ、導電性窒化物、導電性炭化物、タングステン、チタン、モリブデン、レニウム、インジウム、オスミウム、耐火金属、及び１つ又は複数の任意の前記したものを含む合金または複合組成物が含まれる。例えば、先端部材料１０１は、プローブ材料１０２の上へ電気メッキされ得る。また、先端部材料１０１は、プローブ材料１０２に対して溶接、ハンダ付け、又はろう付けなどされてもよい。当然のことながら、プローブ材料１０２、及び／又は先端部材料１０１は、更に処理され得る。例えば、材料の一方または双方は、熱処理またはアニーリングされることができ、イオンが材料の一方または双方に打ち込まれ得る等である。更に、係る更なる処理は、プロセス中にいつでも実施されることができ、そのプロセスには、ＥＤＭ電極が材料を成形する前、及び材料がＥＤＭ電極により完全に成形された後が含まれる。更に、ＥＤＭ電極により成形される間はいつでも、成形プロセスは停止することができ、材料は処理され得る。

次いで、放電加工機（「ＥＤＭ」）を用いて、先端部材料１０１とプローブ材料１０２を基本的なプローブ形状へと成形する（ステップ９０２−９０３）。図２及び図３に示されるように、所望のプローブアレイの形に成形された第１のＥＤＭ電極２０１が、先端部材料１０１及びプローブ材料１０２のブロックに適用される。余分な材料が除去された後の結果としての構造体が図４に示される。次いで、図５に示されるように、プローブ４０１は、ハンダ５０３又は何らかの他の適切な結合材料を用いて、（例えば、セラミック、シリコン、プリント回路基板材料等から作成され得る）基板５０１のスルーホール内に固定される（ステップ９０４−９０５）。また、プレスばめ及び熱的なはめあいの技術を用いることもできる。次いで、図６に示されるように、プローブ材料１０２の下側部分５０４（図５に示された向きに対して）が除去される（ステップ９０６）。一例において、下側部分５０４の余分なプローブ材料１０２は、基板を平坦化するように除去される。エッチング、研削、研磨、ラップ仕上、又は他の適切な方法を用いて、下側部分５０４が除去され得る。代案として、プローブ４１０の部分は、基板５０１の下側（図５に配置されたように）を通って延びたままにされてもよい。例えば、下側部分５０４のみが除去される（例えば、ＥＤＭ電極、エッチング等を用いて）。基板５０１の下側を通って延びるプローブ４１０の部分は、別の基板に（例えば、ハンダ付けにより）固定され得る。

図７に示されるように、第２のＥＤＭ電極７０１を使用して、プローブ４０１の端部において余分な材料を除去することにより先端部材料１０１を成形し、結果として図８の構造体になる。次いで、外部テスト信号源への接続用の、プローブ４０１に対する電気接続部（図示せず）が、第１の基板５０１に形成される（ステップ９０８）。図８に示された構造体を使用して、プローブカードアセンブリ、又は電子装置をプロービングするための他の装置を作成することができる。当然のことながら、先端部材料１０１は、図７及び図８の場合と同様に、プローブ４０１を基板５０１に固定する前に成形されてもよい。

ＥＤＭ電極２０１は、エッチング、機械加工、又はそうでなければ所望の原型を形成するように処理され得る任意の導電性材料から形成され得る。例えば、第１のＥＤＭ電極２０１はグラファイトから形成されることができ、グラファイトは（例えば、エキシマーレーザを用いて）レーザアブレーションを用いることにより、型取られ得る。別の例として、第２のＥＤＭ電極７０１はシリコンから形成されることができ、そのシリコンは高濃度にドーピングされることができ、シリコンの表面内へピットをエッチングすることにより型取られ得る。必要に応じて、ＥＤＭ電極の表面は、スパッタリング、メッキ、化学蒸着法、及び他の技術、又は別な方法で処理されることにより、メタライズされてもよい。

従って、プローブアレイを形成する方法が提供され、その方法はプローブ材料１０２のブロック上に先端部材料１０１の層を形成することを含む。第１の放電加工機（ＥＤＭ）の電極２０１は、先端部材料１０１の層の上に配置され、ＥＤＭ電極２０１は、形成されるべき複数のプローブ４０１に対応する複数の開口を有する。先端部材料１０１の層、及びプローブ材料１０２のブロックから余分な材料が除去されて、複数のプローブ４０１が形成される。複数のプローブ４０１に対応する複数のスルーホール５０２を有する基板５０１は、プローブ４０１が複数のスルーホール５０２に入り込むように配置される。基板５０１は複数のプローブ４０１に結合される。基板５０１を平坦化するように、余分なプローブ材料が除去される。先端部材料は、プローブを形成する前後において更に処理され得る。例えば、先端部材料は、イオン注入技術、メッキ等を用いて処理され得る。

図１０及び図１１は、プローブアレイ用のプローブを製造するために使用され得る別の例示的なＥＤＭ電極１００２を示す。図１０は電極１００２の底面図を示し、図１１は電極１００２の側断面図を示す。図示されるように、電極１００２の底部には、複数のキャビティ１００４が存在する。看取されるように、キャビティ１００４は、作成されるべきプローブの形状である。

図１２〜図１４（電極１００２が断面図で示される）に示されるように、電極１００２は、上述したプローブ材料１０２に類似しているプローブ材料１２０６に接触させられる。図１２に示されるように、プローブ材料１２０６は、必要に応じて犠牲材料１２０８に付着されてもよい。図１３に示されるように、電極１００２は、プローブ材料１２０６を成形する。また、図１４に示されるように、電極１００２は犠牲材料１２０８を部分的に成形してもよい。

図１５及び図１６はそれぞれ、電極１００２により成形された（図１２〜図１４に示されるように）後のプローブ材料１２０６及び犠牲材料１２０８の上面図および側断面図を示す。図示されるように、電極１００２は、電極１００２のキャビティ１００４により画定されるように、プローブ材料１２０６及び犠牲材料の第１の層１５０１（即ち、元の犠牲材料１２０８の上部層）を成形する。次いで、プローブ材料１２０６は、犠牲材料１２０８及び１５０１から外され、図１７に示されるように、プローブ材料１２０６から作成されたばらばらのプローブ１５１０が残る。代案として、ＥＤＭ電極は、プローブ１５１０間に少量の材料（図示せず）を残してプローブを互いに結合するように、形成されてもよい。これにより、プローブがグループで更に加工または処理されることが可能になる。また、後続の組み立て中にプローブを取り扱う際の助けにもなることができる。好適には、係る結合材料は、プローブから容易に除去（例えば、切断）される十分に薄い量で残される。

上述したように、犠牲材料１２０８は必ずしも必要ではない。プローブ材料１２０６は、それ自体により提供されることができ、電極１００２は、プローブ材料１２０６にわたって単にエッチングすることができる。更に、使用される場合には、犠牲材料１２０８は、電極１００２により成形される必要もない。即ち、図１４において、電極１００２は、プローブ材料１２０６のみをエッチングするように、犠牲材料１２０８にちょうど到達した際に停止され得る。

犠牲材料１２０８がエッチングされるか否かに関わらず、如何にして犠牲材料１２０８がプローブ材料１２０６に付着されてすぐまた外されるかは、本発明にとって重要ではない。同様に、犠牲材料１２０８として使用される材料も本発明にとって重要ではない。例えば、プローブ材料１２０６及び犠牲材料１２０８は、任意の適切な接着剤（例えば、エポキシ接着剤など）を用いて互いに付着され得る。次いで、プローブ材料１２０６及び犠牲材料１２０８は、溶解、エッチング除去、又はそうでなければ接着剤を除去することにより、分離され得る。別の例として、犠牲材料１２０８は、犠牲材料からプローブ１５１０を分離するために、溶解またはエッチング除去され得る。

代案として、プローブ材料１２０６の最初のブロックは、プローブ１５１０の本体用の１つの材料、及びプローブ１５１０の先端部用の異なる材料を含む複合材料とすることができる。例えば、図１５に示される結果が処理された材料の最初のブロックは、図１５に示されたより大きい長方形の構造体の上部と底部にわたって先端部材料の長方形の帯状領域を含むことができる（例示的な帯状領域は、図１５において波線と参照符号１５１１で示される）。係る帯状領域は、図１５に示されるようにプローブ１５１０の先端部を含むように十分に大きい。このように、プローブ１５１０は、複数の材料（例えば、プローブの本体用の１つの材料、及びプローブの先端部用の異なる材料）からなることができる。代案として、全体のブロックは同じ材料から作成されるが、帯状領域１５１１は、図１に示されたプローブ又は先端部の材料に関して上述したように、特別に処理される。

図１７に示されたばらばらのプローブ１５１０の使用例が、図１８〜図２１に示される。図１８及び図１９には、開口１８１６及び開口１８１６の周りのハンダ１８１４を有するベース基板１８１２が示される。図２０に示されるように、プローブ１５１０は開口１８１６に挿入され、開口１８１６内にプローブ１５１０を固定するようにハンダ１８１４がフローされる。図２１に示されるように、次いで、１つ又は複数の係るベース基板１８１２は、導電性端子２１２２を有する電子コンポーネント２１２０のような大きな基板に（例えば、ハンダ１８１４、ろう付け、溶接、又は他の手段により）固定され得る。一例として、電子コンポーネント２１２０は、１９９９年１１月２日に発行された米国特許第５，９７４，６６２号に開示されたプローブカードアセンブリのようなプローブカードアセンブリ用の間隔変換器とすることができ、その特許文献は参照により本明細書に組み込まれる。ばらばらのプローブをプローブのアレイへと組み立てる上述した例示的な方法は、２００２年７月２４に出願され、同一の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／２０２，７１２号においてより詳細に説明されており、その特許文献も参照により本明細書に組み込まれる。

ＥＤＭ電極２０１と同様に、ＥＤＭ電極１００２は、任意の導電性材料から形成され得る。また、キャビティ１００４は、任意の適切な方法を用いて電極１００２に型取られ得る。例えば、キャビティ１００４は、電極１００２内へエッチング、機械加工等され得る。別の例として、キャビティ１００４はレーザアブレーションを用いて形成され得る。更なる別の例として、犠牲基板１２０８（例えば、シリコンウェハ）は、フォトレジストで被覆され、キャビティ１００４が形成されるべき場所のみの犠牲基板１２０８上にフォトレジストが残るように、フォトレジストがパターン形成され、現像されて除去される。次いで、犠牲基板１２０８は、（例えば、メッキ、堆積等により）メタライズされ、パターン形成されたフォトレジストの周りに電極の底部プレートを形成し、次いでパターン形成されたフォトレジストが除去されて、新たに形成された底部プレート内にキャビティ１００４が残される。

本発明に従ってプローブアレイを作成する方法の利点は、２つの異なる基板の独立した処理を含む。従って、２つのステージからなる処理ステップは、並行して、及び互いに無関係に実施され得る。生じる可能性のある任意のエラー又は欠陥は、一組のステップの繰り返しのみを必要とする。また、結果としてのプローブアレイは、プローブの少なくとも１つのセグメントに沿って支持を行うスルーホールを有する。支持が特に有利なことは、プローブアレイが横方向の接触移動またはワイピングを有する点である（即ち、試験対象デバイスの表面に沿って最初に横方向にプローブが移動し、試験対象デバイス上の端子パッドにわたって「小刻みに動く」）。

当業者ならば理解されるように、添付の特許請求の範囲に定義されるような本発明の思想および範囲から逸脱せずに、形状および細部に種々の変更を行うことができる。従って、本発明の範囲は、上述した例示的な実施形態の何れによっても制限されるべきではなく、添付の特許請求の範囲、及びそれらの等価物に従ってのみ定義されるべきである。

Claims (5)

1. 材料のブロックを提供することと、
   放電加工機を用いて前記材料のブロックから材料を除去することにより、複数のプローブを形成することと
   を含み、
   前記材料のブロックは、犠牲材料上に配置されたプローブ材料を含み、前記ブロックから材料を除去することは、前記材料のブロックの上に放電加工機電極を配置することを含み、前記電極は、前記複数のプローブに対応する複数の開口を有する、複数のプローブを製造する方法。
2. 前記材料のブロックは、前記犠牲材料上に配置された先端部材料を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ブロックから材料を除去することは、
   複数のキャビティを含む放電加工機電極を提供することであって、キャビティは、プローブの形状に対応し、前記プローブの形状の本体部分に対応する第１のキャビティ部分と、前記プローブの形状の先端部部分に対応する第２のキャビティ部分とを有する、ことと、
   前記第１のキャビティ部分が前記プローブ材料の上にあり、かつ前記第２のキャビティ部分が先端部材料の上にあるように、前記材料のブロックの上に前記放電加工機電極を配置することと
   を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記材料のブロックから前記材料を除去することにより前記プローブを形成した後に、前記プローブを前記犠牲材料から分離することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 材料のブロックを提供することと、
   放電加工機を用いて前記材料のブロックから材料を除去することにより、複数のプローブを形成することと
   を包含し、
   前記形成されたプローブは、ばらばらのプローブであり、前記ブロックから材料を除去することは、前記材料のブロックの上に放電加工機電極を配置することを含み、前記電極は、前記複数のプローブに対応する複数の開口を有する、複数のプローブを製造する方法。

Images