JP2010188516A - 微小電気機械システム接続ピン及び該接続ピンを形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造歩留まりの向上とリードタイム及びコストの低減が可能なＭＥＭＳ接続ピンの製造方法、並びにＭＥＭＳ接続ピン構造を提供する。
【解決手段】微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）接続ピン５１は、導電層１２及び基板上１１に形成される犠牲層２３上に作られる。該ＭＥＭＳ接続ピンは、該導電層に直接接触しているフレーム３８に付着されたピンベース５８を有する。そして、該犠牲層は、少なくとも部分的に除去されて、該ＭＥＭＳ接続ピンが該基板から分離される。一実施形態において、該ＭＥＭＳ接続ピンは、ピンベースと、該ピンベースの２つの異なる面から伸びる２つのスプリングと、各スプリングに付着された先端部とを有する。該先端部は、導電性の対象物と接触する１つ以上のコンタクト先端部４５を含む。
【選択図】図５Ａ

Description

本発明は微小電気機械システム接続ピン及び該接続ピンを形成する方法に関し、より具体的には、少なくとも１つの実施形態として、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ；メムス Micro-Electro-Mechanical System）とＭＥＭＳ接続ピンの製造技術を含む。

ＭＥＭＳは、微細加工技術によって、機械的要素、センサ、アクチュエータ及び電子部品を、シリコン基板等の共通の基板上に一体化したものである。該電子部品は、集積回路（ＩＣ）プロセスシーケンス（例えば、ＣＭＯＳ、バイポーラまたはＢＩＣＭＯＳプロセス）を用いて製造されるが、微小機械コンポーネントは、シリコンウェーハの部分を選択的にエッチング除去し、または、機械的素子及び電子機械的素子を形成する新たな構造層を加える、適合性のある“マイクロマシニング”プロセスを用いて製造される。

ＭＥＭＳデバイスは、マイクロメータスケール（１メートルの百万分の一）のサイズの小さな構造を含む。ＭＥＭＳ技術のかなりの部分は、ＩＣ技術から導入されてきている。例えば、ＩＣと同様に、ＭＥＭＳ構造は、一般に、材料物質からなる薄膜中に実現され、フォトリソグラフィー法でパターニングされる。また、ＩＣと同様に、ＭＥＭＳ構造は、一般に、堆積、リソグラフィー及びエッチングのシーケンスによって、ウェーハ上に作られる。

ＭＥＭＳ構造の複雑さの増加に伴って、ＭＥＭＳデバイスの製造プロセスも、ますます複雑になってきている。例えば、ＭＥＭＳプローブからなるアレイおよび／またはＭＥＭＳ接続ピンからなるアレイを、プローブカード内に作ることができる。プローブカードは、電子回路検査システムと半導体ウェーハ検査システムの間のインタフェースである。プローブカードは、該検査システムと、ウェーハ上の回路との間に電気的経路を設け、それによって、ウェーハ上のチップがダイシング及びパッケージングされる前に、回路の検査及び検証をウェーハレベルで可能にする。プローブは、プローブアレイプラットホームの表面に作られる。検査中、該プローブは、被試験回路への電気的接触を形成して、測定を実行する。その測定値は、該プローブプラットホーム内に形成された導電路を介して該プローブアレイプラットホームの裏面に送られる。接続ピンは、該プローブアレイプラットホームの裏面をプリント配線基板（ＰＣＢ）に電気的に接続し、該ＰＣＢは、該測定値を分析する検査システムに接続されている。

従来、プローブ及び接続ピンは、ウェーハ全面にわたる堆積工程のシーケンスを用いて、（基板の表面に対して）垂直方向に多数の層を有する単一の基板に作られる。従来の方法に関する懸念は、いずれかの堆積工程及びいずれかの個別のプローブで発生する欠陥または汚染が、ウェーハ全体を不具合にさせる可能性があるということである。さらに、プローブ形状のデザインは、通常、プローブスプリングの長手方向軸に沿った方向に、プローブ材料の層を堆積する従来のプロセスによって限定される。これらの従来のプロセスは、プローブ材料からなる層を積層して接続する複数のリソグラフィー工程を用いて、プローブの垂直方向の多重構造を作り出す。その結果として、最終的な構造（例えば、該プローブスプリング及びピンスプリング）は、粗く、平坦でない輪郭を有し、また、該層間に滑らかな移行部がない傾向がある。

従って、歩留まりを向上させ、リードタイム及びコストを低減し、およびプローブのデザインを改善するために、従来の製造プロセスを改良する必要性がある。

２つの導電面を電気的に接続するＭＥＭＳ接続ピンを作る技法について説明する。該ＭＥＭＳ接続ピン（“ピン”ともいう）は、プローブカードのガイドプレート等の別のプラットホーム上での使用のために、基板上に作られる。
一実施形態において、各ピンは、ピンベースと、１つ以上のスプリングと、１つ以上の先端部とを含む。
該ピンは、“横たわった”状態で形成され、これは、該ピンが、基板の表面と平行な平面上に横たわっていることを意味する。該ピンは、該ピンの下にアンダーカットを形成し、該基板上の固定構造（“フレーム”）から該ピンベースを破断することによって、該基板から分離される。その後、該ピンは、プローブカードのアプリケーションプラットホーム（“ガイドプレート”）に付着される。該付着プロセスの間、該ピンは、該ピンベースのみが該ガイドプレートに付着されるように、“スタンディング”状態に持ち上げられる。
該ピンが該ガイドプレートのスロット内に入った後、該ピンの一方の面は、プローブ基板の裏面と接触し、他方の面は、プローブカードＰＣＢと接触する。

本願明細書に記載されている接続ピンは、接続ストリップ、コネクタ、テストソケット、半導体検査機器及びプローブカードに用いることができる。接続ピン（“ポゴピン”ともいう）を形成する従来のプロセスは、典型的には、大量生産の場合の均一性、歩留まり、長いリードタイム、および高コストという問題を抱えている。ＭＥＭＳプロセスは、バッチ生産、大量生産、低コスト及び短いリードタイムを可能にする。

一実施形態において、ピックアンドプレース（pick-and-place）プロセスについて説明する。ピックアンドプレースプロセスにおいては、ＭＥＭＳ接続ピン（または、“ピン”）は、基板から個別に分離（“ピック”）された後、パッケージされていない状態のアプリケーションプラットホームに付着（“プレース”）される。
この“ピックアンドプレース”技術は、プローブの歩留まりを向上させるだけではなく、ピンをどのように作って使用するかに関するフレキシビリティを大幅に向上させる。例えば、該ピンからなるアレイは、基板から同時に、または一度に１つ以上の部分を分離することができる。
該ピンの各々は、同じかまたは異なるアプリケーションプラットホームに付着することができる。
さらに、該同じアプリケーションプラットホームに付着されるピンは、基板上に第１の構成で作り、その後、第２の構成で該アプリケーションプラットホームに付着することができ、この場合、該第１の構成と第２の構成は、該ピン間に異なる間隔、該ピン間に異なる幾何学的配置、またはこれら両方の組合せを有することができる。

ピンは、最終的なアプリケーションに使用されるプラットホームとは異なる基板上に作られるため、個々のピンの歩留まりが、最終的な製品の歩留まりに直接影響を及ぼすことはない。仕様を満たしたピンの選択的プロセスを、該ピンがプローブカードに取付けられる前に行うことができる。不具合のあるピンは、付着プロセスの前に廃棄することができ、または、基板上に残してもよい。

本願明細書において“ＭＥＭＳ接続ピン”または“ピン”という用語は、ＭＥＭＳ技術によって作られたピンのことを指す。本願明細書に記載されている技法は、他のＭＥＭＳパーツ（例えば、機械的パーツ、光学的パーツ、電気的パーツ等）にも適用することができることが理解されよう。典型的には、ＭＥＭＳパーツは、１０³μｍ〜５０００³μｍの寸法を有する。ＭＥＭＳパーツの実例は、プローブ、接続ピン、レーザモジュール、光学レンズ、マイクロギア、マイクロレジスタ、マイクロキャパシタ、マイクロインダクタ、マイクロダイヤフラム、マイクロリレー、マイクロスプリング、導波路、微小溝等を含む。

本願明細書において“基板”という用語は、プローブ、接続ピン及びプローブカードの動作に関与しない、製造プロセスで用いられる基板のことを指す。該基板の形状は、円形または矩形とすることができる。ＭＥＭＳ接続ピンを製造するための基板の実例は、限定するものではないが、セラミック、ガラス、金属プレート、プラスチックプレート、任意の絶縁体及び半導体（例えば、シリコン（Ｓｉ））ウェーハを含む。非シリコン基板は、Ｓｉベースの基板と比較して、大量の標準サイズを要し、また、より厚い非円形の標準基板として使用できる。さらに、ある非シリコン基板は、製造プロセス中に使用されるほとんどの薬品に対して不活性である。Ｓｉベースの基板を含むほとんどの基板は、該基板上のＭＥＭＳパーツと共に処理することができる。基板上の処理済みの材料物質は、該基板にダメージを与えることなく、後に除去または溶解することができる。そのため、本願明細書に記載されているようなピンを製造するための基板は、他に指示がない限り、“再使用可能な基板”である。再使用可能な基板は、ピンが基板から分離され、残留物が除去された後に、次のピン製造のバッチのために再使用することができる。

本願明細書において“アプリケーションプラットホーム”という用語は、製造された製品（例えば、プローブまたはピン）が付着されるプラットホームを提供するプローブカードの一部のことを指す。該アプリケーションプラットホームは、電子検査システムとのインタフェースをとるＰＣＢに電気的に接続される。アプリケーションプラットホームは、限定するものではないが、半導体、ガラス、セラミックス（例えば、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ；low-temperature co-fired ceramics）、高温同時焼成セラミックス（ＨＴＣＣ；high-temperature co-fired ceramics）、金属、他の誘電体、有機材料、またはこれらのいずれかの組合せを含むことができる。プローブまたはピンに加えて、アプリケーションプラットホームは、電気的接続、電気的接触、電気的遮蔽、電気的接地、集積回路（ＩＣ）モジュール、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）モジュール、絶縁パターニング、導電性開口画成、機械的支持体、機械的保護部、熱伝導、静電放電（ＥＳＤ；electrostatic discharge）保護部、パーツ用制限部及びワイヤボンディングパッドを含むことができる。

プローブカードに使われるピンは、１つ以上の再使用可能な基板から製造することができることを理解されたい。プローブカードに使われる該ピンは、異なる幾何学的配置、形状、サイズ及び材料からなっていてもよい。プローブ内での該ピンの配置は、カスタマイズすることができる。

クレームされた発明の特徴をよく理解する当業者のために、本発明に対して実施される詳細な技術及び好適な実施形態を、添付図面と共に以下に説明する。

本発明の１つ以上の実施形態は、例証として説明されており、添付した図面によって限定されるものではなく、同様の符号は、同様の構成要素を示す。

上に導電層が形成される基板の斜視図である。 上に導電層が形成される基板の断面図である。 中に開口が形成される導電層に施された第１の犠牲層を示す図である。 中に開口が形成される導電層に施された第１の犠牲層を示す図である。 先端ベース及びフレームの底部の形成を示す図である。 先端ベース及びフレームの底部の形成を示す図である。 コンタクト先端部の形成を示す図である。 コンタクト先端部の形成を示す図である。 ピンの残りの部分の形成を示す図である。 ピンの残りの部分の形成を示す図である。 平坦化工程を示す図である。 平坦化工程を示す図である。 第１の犠牲層の除去を示す図である。 第１の犠牲層の除去を示す図である。 両端ピンの構造を示す図である。 ピンベース内にリップ部及びスナッチング（snatching）端部を有する両端ピンを示す図である。 ガイドプレートにロックされた図９の両端ピンを示す図である。 スプリングの両側に沿ってガード壁を有する両端ピンを示す図である。 ピンデザインの変形例を示す図である。 ピンデザインの変形例を示す図である。 ピンデザインの変形例を示す図である。 ピンデザインの変形例を示す図である。 ピンデザインの変形例を示す図である。 ピンデザインの変形例を示す図である。 ピンデザインの変形例を示す図である。 ピンデザインの変形例を示す図である。 包囲壁を有する両端ピンを示す図である。 包囲壁を有する両端ピンを示す図である。

以下の説明においては、多くの詳細が記載されている。しかし、当業者には、それらの具体的な詳細を要することなく、本発明を実施できることは明白であろう。場合によっては、本発明を分かりにくくするのを避けるために、既知の構造及びデバイスが、詳細にではなく、ブロック図のかたちで図示されている。

図１〜図７を参照すると、ＭＥＭＳ接続ピン（“ピン”ともいう）を基板上に作製するプロセスの実施形態が図示されている。該プロセスは、斜視図及び断面図で示されている。符号“Ａ”が付された図の全ては斜視図を示し、符号“Ｂ”が付された図は全て断面図を示す。本発明の主題に直接、関連はないが、当業者に容易に理解されるいくつかの標準的またはルーチン処理工程は、以下の説明で割愛する。両端ピンが図１〜図７に示されているが、以下で説明するプロセスは、片側ピンの製造にも適用することができる。

図１Ａ及び図１Ｂは、基板１１上に形成されたブランケット金属層１２（例えば、金または他の導電材料）を示す。基板１１への付着を改善するために、一実施形態においては、ブランケット金属層１２の底部は、ブランケット金属層１２とは異なる導電材料（例えば、クロムと金の組合せ）で形成されるシード層とも呼ばれる（例えば、図示しない１ミクロン未満の）薄膜で被覆することができる。一実施形態において、ブランケット金属層１２は、電気めっき等の（電着としても知られている）電気的フォーミングプロセスによって堆積される。該シード層は、熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング堆積等とすることのできる薄膜堆積プロセスによって形成される。

図２Ａ及び図２Ｂにおいては、ブランケット金属層１２が基板１１上に形成された後、開口２８を有する第１の犠牲層２３を形成するのに、フォトレジストパターンが用いられる。第１の犠牲層２３は、基板１１上に形成されるブランケット金属層１２及び該ピンとは異なる材料である金属（例えば、銅）または合金で形成される。第１の犠牲層２３は、電気的フォーミングまたは他の方法によって形成することができる。以下で説明する後の処理工程では、第１の犠牲層２３は、該ピンの下から除去される。いくつかの実施形態において、第１の犠牲層２３は、追加的な処理工程が実行される前に平坦化することができる。平坦化は、ラップ盤、ダイヤモンドフライカッター等の機械によって行うことができる。

第１の犠牲層２３が形成された後、該フォトレジストが剥がされて、開口２８、ブランケット金属層１２またはシード層（図示せず）が露出される。次に、先端部ベース３４及びフレーム３８の底部の形状を画成するために、第１のリソグラフィーパターン化モールド（例えば、図示しないフォトレジストモールド）を用いることができる（図３Ａ及び３Ｂ）。該第１のリソグラフィーパターン化モールドは、第１の犠牲層２３上に設けられ、電気的フォーミングにより、金属（例えば、ニッケル）または合金材料で充填される。該第１のリソグラフィーパターン化モールドは、先端部ベース３４の底部が形成された後に除去される。別法として、該第１のリソグラフィーパターン化モールドは、後の処理工程で、例えば、該コンタクト先端部が形成された後に、または、該ピンが形成された後に除去することができる。

フレーム３８は、ブランケット金属層１２または（シード層が使用される場合には）シード層と直接、接触している。一実施形態において、フレーム３８と、先端部ベース３４の底部は、電気的フォーミングにより、同じ期間、形成される。その結果、先端部ベース３４の底部及びフレーム３８の厚さは実質的に同じになる。フレーム３８の側面領域が第１の犠牲層２３の上面に形成され、フレーム３８の中心領域が、ブランケット金属層１２または該シード層の上面に形成されるのにつれて、フレーム３８の中心領域は、凹部３９を有する。いくつかの実施形態において、凹部３９は、平坦化によって充填してもよい。顧客の仕様により、平坦化工程を、平らな先端部ベース３４に対して実行してもよい。

図４Ａ及び図４Ｂは、各コンタクト先端部４５の一部が、先端部ベース３４の対応する底部から突出している状態の、先端部ベース３４の対応する底部の上部へのコンタクト先端部４５の形成を示す。一実施形態において、コンタクト先端部４５は、コンタクト先端部４５の形状を画成するために、第２のリソグラフィーパターン化モールド（例えば、図示しないフォトレジストモールド）を用いることによって形成される。該第２のリソグラフィーパターン化モールドは、電気的フォーミングにより、先端部ベース３４の材料とは異なる金属（例えば、ロジウム）または合金材料で充填される。該第２のリソグラフィーパターン化モールドは、コンタクト先端部４５が形成された後に除去される。別法として、該第２のリソグラフィーパターン化モールドは、後の処理工程で、例えば、該ピンが形成された後に除去することができる。

図５Ａ、図５Ｂおよび図６Ａ、図６Ｂに示すように、先端部ベース３４の底部およびコンタクト先端部４５の形成後、該ピンの残りの部分及びフレーム３８が、基板１１上に形成される。先端部ベース３４（の底部）及び（コンタクト先端部４５を除く）ピン５１の両方が、同じ材料（例えば、ニッケル）によって形成される実施形態においては、先端部ベース３４の底部はピン５１の一部となり、以降の図においては、明確に図示されてはいない。

図５Ａ及び図５Ｂは、フレーム３８に付着された両端ピン５１を示す。ピン５１の残りの部分及びフレーム３８を形成するために、第３のリソグラフィーパターン化モールド（図示せず）を用いることができる。該第３のリソグラフィーパターン化モールドは、電気的フォーミングにより、金属（例えば、ニッケル）または合金等の導電性材料で充填される。いくつかの実施形態において、該第１、第２及び第３のリソグラフィーパターン化モールドは、フォトレジスト等の同じ材料または異なる材料で形成することができる。

該第３のリソグラフィーパターン化モールドは、ピンベース５８とフレーム３８との間の固定接合部５２の形状も画成する。ピンベース５８は、ピン５１の両側の間に位置する。固定接合部５２は、ピンベース５８とフレーム３８を接続する接合部の両側に、深いＶ字状の切り込みを有するように成形される。（ピンベース５８とフレーム３８との接合部を通って切断した平面によって形成される）固定接合部５２の断面は、薄くかつ狭い領域である。例えば、固定接合部５２は、両側に深いＶ字状の切り込みを有するように成形され、その結果、その断面は実質的に、プローブ層の厚さに沿って伸びるライン形状を有する。固定接合部５２の形状は、外力による、フレーム３８からのピン５１の分離を容易にする。

この時点でのフレーム３８は、ブランケット金属層１２または該シード層に固定されている。ピン５１は、基板１１上に“横たわった”状態で形成される。これは、ピン５１が、基板１１の表面と平行な平面上に横たわっていることを意味する。図５Ｂは、軸I及び軸IIに沿ったピン５１の断面図を示す。“横たわった”状態で、ピン５１の厚さ寸法tは、基板１１の表面に対して垂直になるように図示されている。軸Iは、両先端部ベース３４を通って伸び、軸IIは、フレーム３８、固定接合部５２及びピンベース５８を通って伸びている。軸IIは、軸Ｉと、９０度または他の角度で交差する。両軸Ｉ及びIIは、基板１１の表面と平行である。この“横たわった”状態は、ピン５１がアプリケーションプラットホームに付着されるときの“スタンディング”状態の逆である。“スタンディング”状態では、ピン５１は、軸Ｉ（先端部ベース３４を接続するライン）が、該アプリケーションプラットホームを鉛直方向に通るように持ち上げられる。

ピン５１が形成された後、ピン５１の表面は、ピン５１の厚さを制御するために平坦化することができる（図６Ａ及び６Ｂ）。ピン５１は、顧客の仕様を満たすために、基板１１の表面と平行な平面上に実質的に同じ厚さを有するように平坦化することができる。この平坦化工程中に、ピン５１を固定するために、予め、第２の犠牲層６２が、ピン５１を全て覆って施される。第１の実施形態において、第２の犠牲層６２は、第１の犠牲層２３と同じ材料で形成される。前に施されたリソグラフィーパターン化モールドを剥がし、または溶解した後、ピン５１を被覆する（第１の犠牲層２３と同じ材料である）第２の犠牲層６２を成長させるために、電気的フォーミング工程が実行される。代替的な実施形態において、第２の犠牲層６２は、フォトレジスト、または、前に施されたいずれかのリソグラフィーパターン化モールドと同じ材料で形成することができる。平坦化の後、まず、残留している成形材料またはフォトレジストが剥がされ、または溶解される。続いて、残留している犠牲材料（例えば、第１の犠牲層２３、および第１の実施形態においては、第２の犠牲層６２）が、例えば、化学エッチングまたは溶解によって除去される（図７Ａ及び７Ｂ）。このエッチングまたは溶解は、全ての犠牲材料がエッチングまたは溶解されるまで実行することができる。このエッチングまたは溶解を停止するクリティカルな時間を設定する必要はない。フレーム３８は、ブランケット金属層１２またはシード層に固定されているため、第１の犠牲層２３の完全な除去は、基板１１からピン５１を完全に分離しない。第１の犠牲層２３の除去は、ピン５１の下にアンダーカット３７を形成する。

ピン５１は、固定接合部５２に、または該固定接合部の近くに手動または機械で、物理的な力を加えることによって、フレーム３８から分離することができる。基板１１は、フレーム３８がエッチングされ、または溶解された後に、再使用することができる。

ピン５１の分離は、基板１１の表面に対する、固定接合部５２へのまたは該固定接合部付近への外力によって実行することができる。該外力は、固定接合部５２における狭小な接続を、横方向または上方へ、またはレーザ切断により、物理的に破断する。該狭小な接続が破断された後、前にフレーム３８に接続されていたピンベース５８の側部である、ピンベース５８の遠位端には、“破断”面が形成される。この破断面は、該基板からプローブを分離するのに外力を用いない従来のプローブ形成方法によって画成される面とは区別できる。一般に、従来の方法で形成される面は、滑らかであり、かつ規則正しく成形される。強制的に破断されることによって形成された面（例えば、ピンベース５８の破断面等）は、一般に粗く、実質的に一様ではない。当業者は、該面の円滑度及び形状を検査することにより、該破断面が示す“特徴”を認識できるであろう。ピン５１が金属で形成されているシナリオにおいては、破断金属面の粗度及び不均一性は、視覚的に識別でき、フォトレジストまたは他の犠牲材料によって形成されためっき金属面とは区別できる。

図１〜図７において上述した処理工程は、同時に複数のピンを製造するのに用いることができることは理解されよう。代替的な実施形態においては、両端ピンを製造するための同じ処理工程を、片側ピンを製造するのにも用いることができる。片側ピンは、ピンベースの一方の側のみにスプリングを有する。片側ピンのピンベースは、固定接合部５２を介してフレーム３８に接続されており、上述した工程を用いて、フレーム３８から分離することができる。

図８を参照すると、両端ピン８０の基本的な構造は、ピンベース８５と、ピンベース８５の両側（図８に示す左と右）のスプリング８２と、各スプリング８２の端部の先端部８３とを含む。ピン８０の全てのパーツは、異なるアプリケーションの要件を満たすようにカスタマイズすることができる。
図１〜図７と関連して上述したように、本願明細書に記載されているピン構造は、先端部ベース８４の底部、コンタクト先端部８６及びピン８０の残りの部分を形成する少なくとも３つの別々のリソグラフィープロセスによって形成することができる。

ピンベース８５は、ピン８０の、フレーム３８からの破断の結果として形成された破断面８８を一端部に有する。ピンベース８５は、該ピン構造の残りの部分を機械的に支持し、特定のアプリケーションのために、該ピンをプラットホームに固定する。

各先端部８３は、先端部ベース８４と、各先端部ベース８４の１つ以上のコンタクト先端部８６とを含む。先端部ベース８４は、導電性の対象物へのコンタクトを形成するためにコンタクト先端部８６を支持する。コンタクト先端部８６は、その接触領域を露出させた状態で、先端部ベース８４の金属によって“挟み込まれる”ようにデザインされる。コンタクト先端部８６の形状は、特定の力で、接触材料と良好な電気的接触を実現できるようにデザインすることができる。２つの先端部８３は、同じ形状を有する必要はない。ピン８０におけるコンタクト先端部８６の形状、およびピン８０の両側におけるコンタクト先端部８６の数は、同じである必要はない。いくつかのアプリケーションは、異なる材料の２つの面と電気的に接触するピンを必要とする。コンタクト先端部８６の異なりかつ最適化された先端部形状及び数は、スプリング８２の異なりかつ最適化されたばね定数と共に、対応する面に対する最良の接触を実現することができる。

スプリング８２は、ピン８０が、ピン８０が接続される対象の面に電気的に接触したときに、コンプライアンス力を生成する。スプリング８２は、ピンベース８５の両側から伸びて、両端のピンを形成する。２つのスプリング８２は、同じ形状および／またはばね定数を有する必要はない。２つのスプリング８２は、特定のアプリケーションに適した異なる形状および／またはばね定数を有するようにデザインすることができる。一実施形態において、スプリング８２の形状は、円形または変形した円形（例えば、半円、半楕円、四半楕円、四半円）の一部である。スプリング８２は、（図８において符号“Ｗ”で示されている）幅が、（符号“Ｌ”で示す）スプリング長に沿って変化するようにデザインすることもできる。スプリング８２の形状を、１つのリソグラフィーモールド（上述したような第３のリソグラフィーパターン化モールド）によって画成することができ、また、１つのリソグラフィー工程（例えば、上述の図５Ａ、図５Ｂに関連して説明したプロセス）で形成することができるため、該形状は、任意の曲率の滑らかな曲線、または他の幾何学的形状を有することができる。該形状に対する変形を実現するために、より多くのリソグラフィー工程を用いることができる。

実施例として、両端ピン８０は、ＰＣＢ（図示せず）と、プローブカードのプローブアレイプラットホーム（図示せず）の接触を形成するのに用いることができる。ピン８０の一方の端部は、該プローブアレイプラットホームの裏面のパッドに接触し、他方の端部は、該ＰＣＢのパッドに接触することができる。図９に示す実施形態においては、ピンベース８５は、上側に“リップ部”９５を、下側に“スナッチング”端部９６を有するようにデザインすることができる。リップ部９５は、両端部において、長手方向に伸びる該ピンベースの一部とすることができる。ピンからなるアレイを形成するための適切な位置にスロットを有するガイドプレート９７に、複数のピン８０を挿入して固定することができる。その結果、ピン８０は、“リップ部”９５及び“スナッチング”端部９６により、定位置に固定されることになる（図１０）。各パッド上での良好な電気的接触は、ＰＣＢ、（ピン８０と共に配置された）ガイドプレート９７及びプローブ基板が正しく位置合わせされ、かつ適切な積み重ね力が該アラインメントに加わった場合に実現することができる。

該ピンの形状は、異なるアプリケーションの要件に合うように、デザインを変えることができる。該ピンが片側である実施形態においては、該ピンは、ソケットのパッドに金属接合または機械的に固定することができ、検査ソケットのピンとして使用することができる。

別の実施形態においては、該ピンは、“スネーク（snake）”形スプリング１１１がガード壁１１２によって保護されている両端ピン１１０とすることができる（図１１）。ガード壁１１２は、スプリング１１１を保護し、かつ壁１１２内にスプリング１１１を閉じ込めるように機能する。一実施形態において、壁１１２は、ピンベース１１４に構造的に接続しており、また、スプリング１１１の両側に沿って、先端部１１５の両側に向かって、ピンベース１１４から伸びている。図１１に示す実施形態においては、各先端部１１５は、コンタクト先端部１１９の真下の上部領域１１６と、スプリング１１１の真上の底部領域１１７とを含む。上部領域１１６及び底部領域１１７は、壁１１２の終端部である薄い首部１１８によって接続されている。従って、この実施形態においては、壁１１２は、スプリング１１１を閉じ込めるように、および先端部１１５を部分的に閉じ込めるように（例えば、底部領域１１７が閉じ込められている）伸びている。壁１１２は、スプリング１１１を保護するように、かつスプリングの圧縮時に、該スプリングを該壁内に閉じ込めるように機能する。壁１１２は、先端が先細になっており、また、該先端部は、それに応じて先細になるようにデザインされており、そのため、該先端部は、該壁から飛び出すのを防止されている。検査中に接触させると、コンタクト先端部は、パッドまたははんだボールに突き刺さる場合がある。該先端部の該壁による締め付けは、該先端部をパッドまたははんだボールから分離するのに都合がよい。

また、図１１に示す実施形態において、壁１１２の端部は、先端部１１５の薄い首部１１８に向かって鈍角を形成する。すなわち、壁１１２は、先端部１１５に先細の端部を有する。一実施形態において、先端部１１５の底部領域１１７は、壁１１２の端部に適合する形状の上端部を有する。従って、底部領域１１７の上端部は、壁１１２の先細端部と同じように先細になっている。この形状の適合は、スプリング１１１が、先端部１１５の底部領域１１７が壁１１２の内側に接触する程度まで伸びたときに、該スプリングが点ではなく面で壁１１２に接触することを可能にする。代替的な実施形態においては、壁１１２の端部は、先端部１１５の薄い首部１１８に向かって、鋭角または直角を形成することができる。底部領域１１７の上端部は、壁部１１２の端部と同じように角度を付けることができる。ピン１１０は、壁で保護された一方の側と、壁で保護されていない他方の側とを有することができることを理解されたい。ピン１１０の両側が壁で保護されている場合、両側の壁は、同じ形状を有する必要はない。

この実施形態において、ピン１１０は、ガイドプレートに固定するためのリップ部９５及びスナッチング端部９６も有する。代替的な実施形態においては、ピン１１０のピンは、ガード壁１１２がない、および／またはリップ部９５及びスナッチング端部９６がない片側ピンになるようにデザインすることができる。また、ピン１１０は、ピンベース１１４の一方の側に１つのスプリング形状を有し、かつピンベース１１４の他方の側に別のスプリング形状を有するようにデザインすることもできる。ピン１１０、および以下に記載する全てのピンは、ピンベース１１４の一端部に、該ピンの製作中に分離することによって形成された破断面８８を有する。

両端ピンの他の実施例は、“角張った”スネーク形ピン（図１２Ａ）、座屈力を伴う湾曲ピン（図１２Ｂ）、コンタクト先端部の動きを制限するスクラブ（scrub）移動のためのガイドユニット１２１（該ピンベースの延長部）を有する湾曲ピン（図１２Ｃ）、ピンの両側に、同じ平面上に、２つの対称的な湾曲したコンプライアント要素を有する、２つのバランスの取れた湾曲座屈ピン（図１２Ｄ）、ガイドユニット１２２を有する、２つのバランスの取れた湾曲座屈ピン（図１２Ｅ）、積み重ね“矩形”ピン（図１２Ｆ）、両側内側湾曲ピン（図１２Ｇ）、および各スプリングユニット１２５内にストップ部１２４を有する両側外側湾曲ピン（図１２Ｈ）を含む。
図１２Ｃ及び１２Ｅにおいて、ガイドユニット１２１及１２２は、該ピンベースから伸び、該スプリングの動きを制限するのに用いられる。各ガイドユニット１２１及び１２２は、対応する先端ベースの延長部を収容する開口を形成する２つのガイドレールを有する。本願明細書に記載されている全てのピンは、ガード／包囲壁、および／またはリップ及びスナッチング端部を有する片側、両側タイプになるようにデザインすることができる。また、本願明細書に記載されている全てのピンは、該ピンベースの一方の側にあるスプリング形状と、該ピンベースの他方の側にある別のスプリング形状との組合せを有するようにデザインすることもできる。

より多くの処理工程を実行して、製造中に、より多くの層を用いることにより、より複雑なピン構造を作り出すことができる。
例えば、ピン１３０は、包囲壁、例えば、前面壁１３１と、裏面壁１３２と、２つの側壁１３３とを含む壁によって保護され、かつ閉じ込められているスプリング１３５を有することができる（図１３Ａ及び１３Ｂ）。
図１３Ａは、ピン１３０の層を示し、図１３Ｂは、ピン１３０の組立て図を示す。包囲壁１３１〜１３３は、ピンベース１３９に構造的に接続している。包囲壁１３１〜１３３は、ピンベース１３９からスプリング１３５に沿って先端部１３４へ向かって伸びている。包囲壁１３１〜１３３は、スプリング１３５を保護し、かつスプリングの圧縮時に、該スプリングを該壁内に閉じ込めるように機能する。包囲壁１３１〜１３３は、端部を先細にするか、または、該端部に角度を付けることができ、また、先端部１３４は、それに応じて先細にするか、または角度を付けるようにデザインすることができ、その結果、先端部１３４の底部領域は、該壁から飛び出すのを防止されている。

一実施形態において、裏面壁１３２は、先端部ベースの形成前に、１つの追加的なプロセス層を用いて形成することができ（例えば、該追加的なプロセスは、図２Ａ、図２Ｂの工程と、図３Ａ、図３Ｂの工程との間に実行することができ）、また、側壁１３３の裏面層は、裏面壁１３２の形成に続いて、別の１つのプロセス層を用いて形成することができる。側壁１３３の前面層は、図６Ａ、図６Ｂの平坦化工程に続いて形成することができ（例えば、該プロセスは、図６Ａ、図６Ｂの工程と、図７Ａ、図７Ｂの工程との間に実行することができる）、また、前面壁１３１は、側壁１３３の前面層の形成に続いて形成することができる。ピン１３０の底部の２つの層１３６は、裏面壁１３２と、側壁１３３の裏面層とを含む。中間層１３７は、部分的に形成されている壁の内部に形成されたスプリング１３５を含み、上部の２つの層１３８は、前面壁１３１と、側壁１３３の前面層とを含む。４つの追加的な処理層を用いて、スプリング１３５は、壁１３１〜１３３の閉じ込め範囲内のどの方向にも動くことができる。スプリング１３５は、図９〜図１２に示すいずれかのスプリングとすることができ、また、各サイドに異なる形状および／またはばね定数を有することができることを理解されたい。ピン１３０は、リップ及びスナッチング端部を有するまたは有しない、片側または両側タイプとすることができる。包囲壁１３１〜１３３は、ピンベース１３９の一部であり、かつ延長部である。一実施形態において、前面壁１３１及び裏面壁１３２は、犠牲的エッチング（図７Ａ、図７Ｂの工程を参照）中に、アンダーカットをより早く形成するために、該壁に穴１４０を有する。これらの穴を用いて、エッチング薬剤は、ピンの切離しのための犠牲層の除去中に、より速くピン構造の下または中に行き渡ることができる。

このように、ＭＥＭＳ接続ピンを基板上に製作する方法を説明してきた。上記の説明は、例示的であって、限定的ではないことを意図していることを理解すべきである。上記の説明を読んで理解すれば、当業者には、他の多くの実施形態が思い浮かぶであろう。そのため、本発明の範囲は、添付クレームが権利を与える等価物の全範囲と共に、該クレームを参照して判断すべきである。

本発明を具体的で例示的な実施形態に関連して説明してきたが、本発明が、記載されている実施形態に限定されず、添付クレームの趣旨及び適用範囲内で、変更及び修正を実施することができることは認識されよう。従って、本願明細書及び図面は、限定的にではなく、例示的に考えるべきである。

Claims (20)

1. 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）接続ピンを形成する方法であって、
   基板上に導電層を形成することと、
   前記導電層上に犠牲層を形成することと、
   前記犠牲層上に前記ＭＥＭＳ接続ピンを形成することであって、前記ＭＥＭＳ接続ピンは、前記導電層に直接接触するフレームに付着されたピンベースを有することと、
   前記犠牲層を少なくとも部分的に除去して、前記ＭＥＭＳ接続ピンを前記基板から分離することと、
   を備える方法。
2. 前記ピンベースとフレームとの間に位置する接合部を破断することによって、前記ＭＥＭＳ接続ピンを前記基板から分離することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. ピンベースに接続された両側スプリングを有するＭＥＭＳ接続ピンを形成することをさらに備え、前記ピンは、プレートのスロットへの配置のための上部リップ部とスナッチング端部とを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記導電層上に犠牲層を形成することが、
   前記導電層上に前記犠牲層を形成することであって、該犠牲層が、前記導電層を露出させるための開口を有することと、
   前記ピン及びフレームを前記犠牲層上に形成することであって、前記フレームが、前記開口を介して前記導電層に直接接触することと、
   をさらに備える、請求項１に記載の方法。
5. 前記ＭＥＭＳ接続ピンを形成することが、
   前記ピンの先端部ベースの底部を第１のリソグラフィー工程で形成することと、
   第２のリソグラフィー工程で、１つ以上のコンタクト先端部を前記先端部ベース上に形成することと、
   第３のリソグラフィー工程で、前記ピンの残りの部分を前記基板上に形成することと、
   をさらに備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記先端部ベースに構造的に接続し、かつ前記ＭＥＭＳ接続ピンに沿って伸びる壁を形成することをさらに備える、請求項５に記載の方法。
7. 前記ＭＥＭＳ接続ピンは、前記ピンベースの２つの対向する面から伸びる２つのスプリングと、それぞれが、一方の該スプリングの端部に付着された２つの先端部とを備える、請求項１に記載の方法。
8. ２つの導電性対象物の間に電気的接触を形成する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）接続ピンであって、
   ピンベースと、
   前記ピンベースの異なる２つの面から伸びる２つのスプリングと、
   それぞれが、一方の前記スプリングの端部に付着された２つの先端部であって、各先端部が、前記導電性対象物の一方に接触するための１つ以上のコンタクト先端部を含む先端部と、
   を備え、前記ピンベースの一方の端部は、上に前記ＭＥＭＳ接続ピンが作製される基板からの力で、該ＭＥＭＳ接続ピンを分離することによって形成される破断面を有する、ＭＥＭＳ接続ピン。
9. 前記２つのスプリングが、異なる形状または異なるばね定数を有する、請求項８に記載のＭＥＭＳ接続ピン。
10. 前記２つの先端部が、異なる数のコンタクト先端部または異なる形状のコンタクト先端部を有する、請求項８に記載のＭＥＭＳ接続ピン。
11. 前記ピンベースが、プラットホームのスロットに固定されるリップ部及びスナッチング端部を含む、請求項８に記載のＭＥＭＳ接続ピン。
12. 前記スプリングのうちの少なくとも一方は、同じ平面上に、２つの対称的な湾曲要素を有する、請求項８に記載のＭＥＭＳ接続ピン。
13. 前記ピンベースは、該ピンベースから伸びる２つのガイドユニットを有し、各ガイドユニットが、対応するスプリングの動きを制限するために、対応する先端部の延長部を収容する、請求項８に記載のＭＥＭＳ接続ピン。
14. 前記ピンベースに接続し、前記スプリングの両側に沿って、前記先端部に向かって伸びるガード壁をさらに備える、請求項８に記載のＭＥＭＳ接続ピン。
15. 前記壁は、前記先端部が先細になっており、前記先端部は、対応する先細部分を有する、請求項１４に記載のＭＥＭＳ接続ピン。
16. 保護及び制限のために、前記スプリングを包囲し、かつ前記先端部を部分的に包囲する壁であって、前記スプリングを包囲するように伸び、かつ前記先端部を部分的に包囲する、前記ピンベースの一部である壁をさらに備える、請求項８に記載のＭＥＭＳ接続ピン。
17. 前記壁が多数の穴を含む、請求項１６に記載のＭＥＭＳ接続ピン。
18. ２つの導電性対象物の間に電気的接触を形成する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）接続ピンであって、
    ピンベースと、
    前記ピンベースの面から伸びるスプリングと、
    前記スプリングの端部に付着された先端部であって、前記導電性対象物の一方に接触するための１つ以上のコンタクト先端部を含む先端部と、
    を備え、前記ピンベースの一方の端部は、上に前記ＭＥＭＳ接続ピンが作製される基板からの力で、該ＭＥＭＳ接続ピンを分離することによって形成される破断面を有する、ＭＥＭＳ接続ピン。
19. 前記ピンベースの異なる面から伸びる第２のスプリングと、
    前記第２のスプリングの端部に付着された第２の先端部であって、前記導電性対象物の他方に接触するための１つ以上のコンタクト先端部を含む、第２のスプリングと、
    をさらに備える、請求項１８に記載のＭＥＭＳ接続ピン。
20. 前記ピンベースは、プラットホームのスロットに固定するためのリップ部及びスナッチング端部を含む、請求項１８に記載のＭＥＭＳ接続ピン。

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