JP2010524000A - 半導体装置を検査するプローブカード - Google Patents

Abstract

応力破壊に対するプローブの耐性を増加させる新規のプローブ設計が示された。詳細には、応力耐性を増加させる３つの特性が開示された。これらの特性は、各種のユニオン角度インターフェース端部形状、ピボットカットアウト、及びバッファを含む。
【選択図】図１２Ｄ

Description

本発明は、半導体装置を検査する装置の技術分野に関し、特にこのような検査用のプローブ接触器の設計に関する。

集積回路は、バルク並列プロセスにおいて半導体ウェハのパターン形成及び処理によって作成される。各ウェハは、「ダイ（die）」と称される同一集積回路の複製物を多数含む。これらの半導体ウェハは、ダイを個々の集積回路に分けて販売用に包装する前に検査することが好ましいであろう。欠陥が検知された場合、欠陥部を包装している資源を無駄にする前にその欠陥のあるダイを選別して除去できる。個々のダイは、ダイを個々の集積回路に分けて包装した後に検査することもできる。

１つのウェハ又は個々のダイ、通常、試験用装置、即ちＤＵＴと称されるものを検査するために、ＤＵＴの表面に接触されるプローブカードが通常使用される。プローブカードは、一般に３つの独特な特徴を含んでいる。即ち、（１）ダイパッドと接触させるためにＺ方向に移動する個々のプローブのＸＹアレイ、（２）カードを回路検査装置に接触させる電気的インターフェース、並びに（３）プローブカードが適切な位置に正確に取り付けられるように規定された堅い基準面、である。プローブカードがダイパッドに接触させられたとき、Ｚ方向の動きにより、プローブ先端との確実な接触が可能となる。プローブカードは、最終的には、回路装置を一時的にＤＵＴに接続させる電気的インターフェースを供給する。このダイ検査方法は、多数のダイを同時に検査できるので非常に効率的である。この効率性を更に高めるために、プローブカード製造者は、増加の一途をたどる数のプローブを備えた、より大きなプローブカードを製造している。

現在、２種類のプローブ設計、即ちカンチレバー設計及びねじれ設計、が半導体ダイを検査するために用いられている。図７Ａ及び７Ｂに、従来型カンチレバープローブを示す。プローブ（７０５）は、プローブ先端（７１０）と、曲げ要素（７１５）と、基板（７２５）に取り付けられたプローブベース（７２０）とを備える。ここで、この全構造はプローブカードと称される。全プローブカードは一般にＺ方向（矢印７３０で表わされる）に移動され、これにより、曲げ要素（７１５）は折れ曲がり、プローブ先端（７１０）は試験用ダイパッドに接触する。図７Ｂは、プローブ曲げ要素（７３５）がダイに接触している間にどのように曲がるかを示す。個々のプローブが移動してＤＵＴ導体パッドと接触すると（この出来事はタッチダウンと称される）、プローブ先端は導体パッドをこする。これにより、検査が開始できるようにダイとの電気接触が完全となる。典型的にはアルミニウムであるダイ導体パッドは、しばしば酸化アルミニウム薄膜又はその他の保護膜で覆われており、プローブ先端は電気接触を完全にするためにその膜を通過しなければならない。一旦検査が完了すると、プローブ（７０５）はダイパッドから離され、プローブはその本来の位置に跳ね返る。カンチレバープローブは、ねじれプローブのようにピボットや支点を採用していないので、「自立型弾性ばね」又は「自立型弾性プローブ」とも称される。米国特許番号６，７２７，５８０は、そのような「自立型」プローブを開示している。

しかしながら、カンチレバー設計には欠点がいくつかある。典型的なカンチレバープローブは長さが長い曲げ要素を備えて設計され、タッチダウン中にプローブ先端は（典型的なねじれプローブ設計上の同サイズの先端と比較して）より小さな先端接触角度を与える。これにより先端接触領域は大きくなり、よって酸化アルミニウム層を突き通すために、より大きなプローブ力が必要とされる。この力にプローブカード上の数百又は数千個のプローブを掛け合わせると、プローブカードはかなりの力を収容するように設計されなければならない。これは通常プローブカード成分の補強を意味し、プローブカード費用を増加させる。

他の欠点は、応力の非効率的分布である。タッチダウン中、カンチレバープローブは折れ曲がり、それにより、プローブのプローブベース端部近くにおける曲げ要素の表面及び底面に集中してみられる応力がプローブ上で発生する。図８Ａは、カンチレバープローブの曲げ要素が受ける応力の縦方向の断面図を示す。一方、図８Ｂは、当該要素の各端部における応力の横方向の断面図（セクションＡ−Ａ及びＢ−Ｂ）を示す。図の左側、即ちセクションＡ−Ａ近隣（部分８０５で示される）は、プローブベース近くの曲げ要素の部分であり、図の右側、即ちセクションＢ−Ｂ（部分８１０）近隣は、プローブ先端近隣の部分である。最大応力の５０％よりも大きい応力を受ける曲げ要素の領域は網かけ（８１５）で示される。最大応力の５０％よりも大きい応力を受ける曲げバーの対応容積は、カンチレバーバーの総容積の約２５％であり、その容積はプローブベース（８０５）近くに局在化される。曲げバー（８１０）の逆側は、非常に低い応力を生じる。図８Ａ及び８Ｂから明らかなように、曲げ要素の小部分のみが応力を吸収するため、応力分布は非効率的である。また、応力を減少させ破損を防止するために製造業者にプローブ足部における曲げ要素の幅を広げさせることができない見込みが最も高いのは、これらの小部分においてである。しかしながら、プローブベース近くの曲げ要素が広くなると、プローブカードの記録密度に悪影響を及ぼす。

第２タイプのプローブは、これらの欠点のいくつかを克服するために開発されたねじれ設計に基づいている。例えば、米国特許番号６，４２６，６３８は、ねじればね設計を記載している。図９は、ねじれプローブ設計を示す。プローブ先端（８１）がＤＵＴ導体パッドに接触すると、プローブ先端は当該先端（８１）に垂直に加えられた力に応じて柔軟に移動する。先端（８１）の垂直の動きはアーム（８２）を押し下げ、アーム（８２）が支点又はピボット（８７）に接触するので、矢印（９０）で示す方向にねじれ要素（８３）をねじ曲げる。ねじれ要素（８３）は、ねじればねとして機能し、先端（８１）に復元力を加える。

ねじれ設計はカンチレバー設計に優る利点がいくつかある。典型的なねじれプローブは、短いアームを備えて設計されており、タッチダウン中にプローブ先端は（典型的なカンチレバープローブ設計上の同サイズの先端と比較して）より大きな先端接触角度を与える。これにより先端接触領域は小さくなり、よって酸化アルミニウム層を突き通すためには、より小さなプローブ力が必要とされる。これは、プローブカードによる全ての力を減少させる。全ての力が減少すると、比較可能なカンチレバー設計ほどプローブカードが補強される必要がないため、有利である。

最後に、ねじれ設計は、応力をねじれ要素の全容積にわたってより効率的に分布させる。図１０Ａは、ねじれ要素が受ける応力の縦方向の断面図を示す。一方、図１０Ｂは、当該要素の各端部における応力の横方向の断面図（セクションＣ−Ｃ及びＤ−Ｄ）を示す。最大応力の５０％よりも大きい応力を受けるねじれ要素の領域は網かけ（１００５）で示され、ねじれ要素（１０１０）の中央に最小応力が生じる。最大応力の５０％よりも大きい応力を生じるねじれ要素の対応容積は、ねじれ要素の総容積の約６０％である。カンチレバー設計とは異なり、この応力はねじれ要素の全長を通じて生じ、プローブベース近くに局在化しない。従って、ねじれバーの幅を均一にすることはより効率的であり、これにより記録密度が向上する。

しかし残念ながら、ねじれプローブも欠点を有する。第１に、アーム形状が短い典型的なねじれ設計に対して、ＤＵＴの導体パッドのサイズを限定できるスクラブ長は、一般により長い。第２に、この典型的な短いアーム形状のために、ねじれ要素における微小なｚ−変形は、プローブ先端におけるより大きなｚ−シフトに変換できる。このｚ−変形は素材疲労により生じうる。そして第３に、ユニオン角度（ここでねじれ部材がプローブの第２要素と出会う）において、著しい応力が発生可能であり、これが破壊を引き起こし、よってプローブを操作不能にさせる。このような破損を図１０Ｃに示す。

従って、ねじれプローブ設計とカンチレバープローブ設計との関連する欠点を減らしつつ、これら両方の利点を利用するプローブが必要とされる。更に、破壊から操作上の破損を減少させるプローブも必要とされる。

本開示は、応力破壊を減らすことにより従来技術の欠点に取り組む新規のプローブカードにおいて用いるための新規のプローブ設計を提供する。詳細には、一の実施形態において、半導体装置を検査するプローブカードは、基板と、前記基板に接続されたプローブと、ピボットとを備える。プローブは、前記基板に接続されたベースと、前記ベースに接続されたねじれ要素と、ユニオン角度を介して前記ねじれ要素に接続された第２要素であって、前記ユニオン角度は前記ねじれ要素と前記第２要素との間にインターフェースを備え、当該インターフェースの端部は応力を拡散させる形状である第２要素と、を備える。前記インターフェース端部の形状は、すき（plough）状、三角形、テーパー状、フレアー状、及び／又はこれらの組み合わせであってよい。

第２の実施形態において、半導体装置を検査するプローブカードは、基板と、前記基板に接続され、カットアウト（cutout）を備えたプローブと、前記基板に接続され、前記カットアウトにおいて前記プローブと接触するピボットと、を備える。前記カットアウトの形状は、前記ピボットの形状を補完するものであってよい。

第３の実施形態において、半導体装置を検査するプローブカードは、基板と、前記基板に接続されたプローブと、前記基板に接続されたピボットとを備える。プローブは、前記基板に接続されたベースと、前記ベースに接続されたねじれ要素と、ユニオン角度を介して前記ねじれ要素に接続された第２要素であって、前記ユニオン角度は前記ねじれ要素と前記第２要素との間にインターフェースを備え、当該インターフェースはバッファを備える第２要素と、を更に備える。前記バッファは、ＮｉＣｏ、ＮｉＭｎ、及びＡｕ等の従来技術で公知の数種類の材料から構成されてよいが、これらに限定されない。好ましくはＡｕ等のより軟らかい／より延性のある材料がバッファに用いられる。また、前記バッファ層は、前記第２要素を構成する材料よりも延性のある材料で構成できる。

これら３つの実施形態の全ては、より良好な応力減少を達成し、破壊破損に対する耐性を高めるために、一緒に又は任意の組み合わせで用いられてよい。更に、これら３つの実施形態の全ては、ハイブリッドプローブ設計又は純粋なねじれ設計において用いられてよい。

ねじれ及び曲げ要素を備えた新規のハイブリッドプローブ設計の一の実施例を示す図である。 ねじれ及び曲げ要素を備えた新規のハイブリッドプローブ設計の一の実施例を示す図である。 スプリットバーねじれ要素及び曲げ要素を備えた新規のハイブリッドプローブ設計の一の実施例を示す図である。 ピボットに変更がある新規のハイブリッドプローブ設計の一の実施例を示す図である（図４Ａ及び４Ｂ）。 追加の角度要素を備えた新規のハイブリッドプローブ設計の一の実施例を示す図である。 追加の角度要素を備えた新規のハイブリッドプローブ設計の一の実施例を示す図である。 カンチレバープローブを示す図である（図７Ａ及び７Ｂ）。 カンチレバープローブの曲げ要素に起こる応力を夫々示す縦方向断面図及び横方向断面図である（図８Ａ及び８Ｂ）。 ねじれプローブを示す図である。 ねじれプローブの曲げ要素に起こる応力を夫々示す縦方向断面図及び横方向断面図である（図１０Ａ及び１０Ｂ）。 ユニオン角度における破壊を示す図である。 プローブのユニオン角度に起こる応力を示す図である（図１１Ａ−１１Ｃ）。 ユニオン角度インターフェースの端部に各種形状を採用する新規のプローブ構造を示す図である（図１２Ａ−１２Ｄ）。 ピボットを受け取るカットアウトを採用する新規のプローブ構造を示す図である（図１３Ａ−１３Ｃ）。 ３つの異なるプローブ構造、ピボット及びカットアウトの構成を示す平面図である。 ユニオン角度インターフェースにバッファを備える新規なプローブ構造を示す図である（図１５Ａ及び１５Ｂ）。 ユニオン角度インターフェースにバッファを備える他の新規なプローブ構造を示す図である（図１６Ａ及び１６Ｂ）。

ねじれ要素及び曲げ要素を備える新規のハイブリッドプローブ設計を以下に説明する。また、応力破壊から破損を防止するために、各種のユニオン角度インターフェース端部形状、ピボットカットアウト及びバッファ層を取り入れた新規なプローブ設計を以下に説明する。

先ずハイブリッドプローブに目を向けると、ねじれ及び曲げ要素により、ハイブリッドプローブは、ねじれ及び曲げを介して変位エネルギーを貯蔵できる。ハイブリッド設計は、非ハイブリッド設計の不利を最小限にしつつ、ねじれ及びカンチレバープローブ設計の両方の利点（即ち、記録密度がより良好、素材疲労からくるプローブ破損が少ない、プローブカード力がより小さい、スクラブ長がより短い）を利用する。ハイブリッド設計は、特定の用途に最適化したプローブカードを製造するために用いることができ、更にプローブカードの効率性及び対費用効果を高める。

図１は、新規のハイブリッドプローブ（２）の一の実施例を示す。ハイブリッドプローブ（２）は、基板に接続されたプローブベース（５）と、ねじれ要素（１０）と、曲げ要素（１５）と、プローブ先端（２０）とプローブポスト（２２）とを備える。プローブ（２）の一部は、タッチダウン中にピボット（２５）に接触してよく、ピボットも基板に接続されている。プローブ先端（２０）がＤＵＴ導体パッド（即ち、タッチダウン中に）と接触すると、曲げ要素（１５）は矢印３０の方向に移動する。プローブ（２）は、この動きにより生じる変位エネルギーを吸収しなければならない。プローブ（２）がＤＵＴの検査を完了した後、貯蔵された変位エネルギーによりプローブ（２）はその本来の位置に跳ね返る。ねじれ要素（１０）及び曲げ要素（１５）はある角度（３５）で連結するので、曲げ要素の変位エネルギーの一部はねじれ要素（１０）に移され、よってねじれ要素（１０）が矢印４０の方向にねじ曲がる。本実施例において、角度（３５）は約２５度である（ねじれ要素（１０）の方向を０度として）が、以下で議論するように、この角度は、ハイブリッドプローブの特徴を変更するために、９０度から２７０度まで調整することができる。曲げ要素（１５）は細長いので、慣性モーメントが低く、非ハイブリッドカンチレバー設計のように曲げることが可能であり、変位エネルギーの一部を貯蔵できる。

図１を参照して説明された実施例は、短いねじれ要素（１０）と細長い曲げ要素（１５）とを含んでいた。このプローブ（２）は、全体的に見るとハイブリッドのような作用をするが、曲げ要素は慣性モーメントが低いため、ねじれプローブよりもカンチレバーのような作用をするであろう。実際、プローブ（２）は、ねじれ及び曲げとして約３５：６５の比で変位エネルギーを貯蔵する。よって、（以下に説明するように）更にねじれプローブのような作用をするハイブリッドと比較して、図１における実施例は、スクラブ長がより短いであろう。またその接触角度が小さいため、ＤＵＴ導体パッドとの接触領域はより大きくなり、そのため酸化アルミニウム層を突き通すために、より大きな力が必要とされる。

新規なハイブリッドプローブ設計は、特定の用途にあうように調整できる。例えば、曲げ要素（１５）は、ハイブリッドプローブ（２）がカンチレバープローブのような作用をするように慣性モーメントが低い状態で作成可能である。特に、慣性モーメントの低い曲げ要素（１５）はより多くの変位エネルギーを吸着し、より少ない変位エネルギーがねじれ要素（１０）に移される。この調整は、曲げ要素（１５）をより長く及び／又は薄くし、また用いられた材料（即ち、ヤング率の低い材料）を操作することで実現できる。このような調整に伴って、新規なプローブは変位エネルギーを１５：８５のねじれ／曲げ比率で吸収できる。逆に、曲げ要素（１５）は、当該要素をより短く及び／又は太くすることによって、また曲げにくい材料を用いることによって、慣性モーメントをより高くして構成できる。このように調整すると、エネルギー吸収比はねじれエネルギー吸収寄りにシフトするであろう。

同様に、ねじれ要素（１０）は、ハイブリッドプローブ（２）がねじれプローブのような作用をするように、極慣性モーメントが低い状態で作成できる。この調整は、ねじれ要素（１０）をより長く及び／又は薄くし、また用いられた材料（即ち、ヤング率の低い材料）を操作することで実現できる。極慣性モーメントの低いねじれ要素（１０）は、曲げ要素（１５）からより多くの変位エネルギーを吸収することができる。この構成では、エネルギー吸収比は８５：１５のねじれ／曲げ比に近づくことができる。逆に、ねじれ要素（１０）は、曲げにくい材料から作成することによって極慣性モーメントが高い状態で作成できる。又はねじれ要素（１０）は、より短く及び／又は太く又は幅広く構成することができる。極慣性モーメントが増加すると、エネルギー吸収比は曲げエネルギー吸収寄りにシフトするであろう。最終的に、ねじれ及び曲げ要素の両要素を移動の変位エネルギーの吸収に用いると、全プローブ（２）はエネルギー吸収に用いられるため、有利である。このように、プローブ（２）は、効果的かつ効率的に機能するために、補強され過剰な機能を持たされた構成要素をあまり必要としない。

プローブは、出願者により共同所有され且つ参照することにより本願に含まれる米国特許出願番号１１／０１９９１２及び１１／１０２９８２に開示された技術を含むいくつかの技術を用いて構成されてよい。これら二つの出願は、プローブ等の微細構造を更に作成するために犠牲金属の使用と組み合わせた一般的なフォトリソグラフィーパターン・メッキ技術の使用について説明する。プローブは、数種類の材料を用いて製造されてよい。最もよく見られるものは、高性能であり、好ましくはメッキ可能な（plateable）ニッケル合金である。このような合金は、ＮｉＣｏ及びＮｉＭｎを含み、ＮｉＭｎはより曲げやすい。即ち、ヤング率が最も低い。

米国特許出願番号１１／１９４，８０１は、米国特許出願番号１１／０１９９１２及び１１／１０２９８２に記載されたフォトリソグラフィープロセスを用いることで作成可能な特徴である、複数の異なる層のフォトリソグラフィーの間にプローブの複数の異なる部分を形成することを教示する。この技術を用いると、異なる材料を用いてプローブの各種部分を製造することができる。これにより、ハイブリッドプローブの特徴を更に微調整することができる。例えば、よりねじれタイプに近いハイブリッドプローブを得るためには、ねじれ要素はＮｉＭｎ（より曲げやすい）から作成されてよく、一方曲げ要素はＮｉＣｏ（より曲げにくい）から作成される。よりカンチレバータイプに近いハイブリッドプローブを望む場合は、この材料選択を交換できる。

米国特許出願番号１１／１９４，８０１は、確実に、マシン・ビジョンシステムが光学的にプローブ先端をプローブポストと区別できるようにする新規なプローブ先端も教示する。例えば、プローブポストは粗面で製造できる。この表面は、プローブポスト上でプローブ先端をフォトリソグラフィーパターン・メッキする前に粗くされてよいので、プローブ先端は直接粗面上でメッキされる。粗面は、Ｎｉ、ＮｉＭｎ、ＮｉＣｏ、ＮｉＷ又はＮｉＦｅ等のＮｉ合金、ＣｏＷ等のＷ合金、Ｃｒ又は類似の金属などの金属や合金を大電流でメッキすることにより、又はスルファミン酸Ｎｉ浴中にＭｎ塩等の結晶成長抑制剤又はその他の添加剤の添加により、或いは粗面を作成する電気メッキ及び電鋳法の従来技術において公知のその他の方法により形成できる。最終的には、粗面から反射された光は、拡散及び散乱される。このおかげで、自動ビジョンシステムは、プローブ先端とプローブポスト表面との相違を著しく改良することで、より明確にプローブ先端を分析できる。

図２は、図１の実施例に対して、ねじれ及び曲げ要素が操作された他のハイブリッドプローブ（２０２）設計を示す。プローブ（２０２）は、基板に接続されたプローブベース（２０５）と、ねじれ／曲げ要素（２１０）と、曲げ要素（２１５）と、プローブ先端（２２０）とを備える。プローブ（２０２）の一部は、基板に接続されたピボット（２２５）に接触してよい。プローブ先端（２２０）がＤＵＴ導体パッドと接触すると、曲げ要素（２１５）は矢印２３０の方向に移動する。そしてこの変位によるエネルギーは、ねじれ／曲げ要素（２１０）にユニオン角度（２３５）を介して移される。ユニオン角度は、本実施例においては約１２５度であり、矢印２４０の方向にねじれを引き起こす。必要に応じてユニオン角度を調整できることは明白であろう。図１の実施例と比較して、曲げ要素（２１５）は長さがより短いので、慣性モーメントはより高くなり、あまり曲がらないであろう。加えて、ねじれ／曲げ要素（２１０）は長さがより長いので、極慣性モーメントはより低くなり、ハイブリッドプローブ（２０２）がねじれプローブのような作用をするであろう。更に長いねじれ／曲げ要素（２１０）も慣性モーメントが低いので、矢印２４５の方向に折れ曲がることに留意することが重要である。加えて、矢印２４５の方向に更に折れ曲がるように、ねじれ／曲げ要素よりも低い位置に又は更に下方にピボットを配置することができる。よって、新規なハイブリッドプローブは、ねじれ及び曲げエネルギー吸収を実行する二つの別個の構造物を有する必要がない。というよりはむしろ、これらは単一の構造物によって実行されてよい。本実施例において、プローブ（２０２）は、ねじれ及び曲げエネルギーを約３５：６５の比で貯蔵する。

図３は、ねじれ及び曲げ要素が変更された他のハイブリッドプローブ（３０２）設計を示す。プローブ（３０２）は、基板に接続されたプローブベース（３０５）と、ねじれ要素（３１０）と、曲げ要素（３１５）と、プローブ先端（３２０）とを備える。プローブ（３０２）の一部は、基板に接続されたピボット（３２５）に接触してよい。ユニオン角度（３３０）のために、曲げ要素（３１５）が矢印３３５の方向に移動すると、変位エネルギーはねじれ要素（３１０）に移され、次にこれが矢印３４０の方向にねじ曲がる。図２の実施例と比較すると、ねじれ要素（３１０）はより短く、極慣性モーメント量が低いスプリットバーにより構成される。スプリットバーは、同じ有効長のソリッドバーよりも製造しやすいので、有利である。図３のハイブリッドプローブ（３０２）は、図２を参照して説明した実施例よりも、ねじれエネルギー吸収が多いいであろう。最終的に、プローブ（３０２）は、ねじれ及び曲げエネルギーを約６５：３５の比で貯蔵する。

ねじれ及び曲げ要素に対して慣性モーメントを操作することに加えて、ピボットの配置と高さを操作することでも、ハイブリッドプローブの性能を微調整できる。図４Ａは、図２を参照して既に説明したプローブに類似したハイブリッドプローブ（４０２）を示す。これらの違いは、ピボット（４０５）の配置がプローブベース（４１０）に近いことである。この配置により、ねじれ／曲げ要素（４１５）は図２のプローブよりも矢印４２０の方向に折れ曲がる。ピボット（４０５）の現在の配置において、ねじれ／曲げ要素（４１５）は、まだ両タイプのエネルギー吸収（矢印４２５で示すようなねじれタイプ、及び矢印４２０で示すような曲げタイプ）を実行する。プローブ（４０２）は全体として、約３０：７０の比でねじれ／曲げエネルギーを貯蔵する。

ピボット（４０５）をプローブベース（４１０）のすぐ隣に配置した場合、ねじれ／曲げ要素（４１５）はねじれエネルギー吸収をほとんど実行しないであろう。むしろ、大部分のエネルギーはねじれ／曲げ要素（４１５）と曲げ要素（４３０）によって曲げエネルギーとして貯蔵されるであろう。また、ピボット（４０５）をユニオン角度（４３５）のすぐ下の位置に配置することによって、ねじれ／曲げ要素（４１５）に最大のねじれエネルギー吸収が起きるであろう。これら二つの極端なピボット（４０５）位置から、ピボット（４０５）の微小の動きによってハイブリッドプローブ（４０２）のねじれ／曲げ特徴を微調整できることは当業者にとって明白であろう。

図４Ｂは、ピボット（４０５）に接触するねじれ／曲げ要素（４１５）の位置を示す拡大図である。本実施例は、ねじれ／曲げ要素（４１５）がピボット（４０５）から大きな間隔（４４０）をあけて配置される点で図４Ａに示す実施例と異なる。この間隔（４４０）により、ねじれ／曲げ要素（４１５）は折れ曲がり、ねじれと同様に曲げを介してエネルギーを貯蔵できる。よって、ここに記載した実施例のいずれかに対してピボットの高さを操作することでも、ハイブリッドプローブのエネルギー吸収特性は変更されてよい。

図５及び図６は、ハイブリッドプローブのねじれ／曲げ特性を更に微調整をする追加の角度要素の使用を示す図である。詳細には、図５に示すプローブ（５０２）は、ねじれ要素（５１０）をねじれ／曲げ要素（５１５）に接続させる角度ユニオン（５０５）を含む。該要素（５１５）は、追加の角度要素（５２０）のためねじれ及び曲げである。プローブ先端（５２５）がＤＵＴ導体パッドに接触すると、プローブ先端は矢印５３０の方向に移動する。この動きからのエネルギーは、矢印５３５の方向にねじ曲がるねじれ要素（５１０）と、折れ曲がるねじれ／曲げ要素（５１５）とによって吸収される。角度要素（５２０）のために、ねじれ／曲げ要素（５１５）も矢印５４０の方向にねじ曲がり、その結果、プローブ（５０２）に対してねじれ／曲げエネルギー吸収は約４０：６０となる。ねじれ要素（５１０）は、慣性モーメントが低くなるように変更できるので、この要素は矢印５４５の方向に更に折れ曲がり、カンチレバーとしてより多くの変位エネルギーを貯蔵する。上述のように、ピボット（５５０）は、プローブベース（５５５）の方向に移動されてよく、これにより、ねじれ要素（５１０）は更に折れ曲がることができ、よってより多くの曲げエネルギーが貯蔵可能となる。

図６において、新規なハイブリッドプローブ（６０２）は、要素６１０においてねじれ及び曲げエネルギー吸収（夫々矢印６０７及び６０８で図示）を引き起こす追加の角度要素（６０５）を含む。曲げ要素（６１５）は、変位エネルギーの一部を、ユニット角度（６２０）を介してねじれ／曲げ要素（６１０）に移す。第２の角度要素は、図５を参照して説明したように、曲げ要素（６１５）に追加することができ、これによって曲げ要素（６１５）はねじれエネルギーを貯蔵することもできる。ピボット（６２５）の位置も、ねじれ及び曲げエネルギー吸収を微調整するように調整できる。しかしながら現在のピボット構成においては、プローブ（６０２）のねじれ／曲げ吸収の比は約３５：６５である。

新規なプローブカードのねじれ及びカンチレバーの特徴は、それらのユニオンの角度及び／又は追加の角度要素の角度を操作することで調整できる。極端には、角度がゼロ付近である場合、ねじれ要素に与えられるねじれは皆無かそれに近い。正反対な例では、角度が９０度（又は２７０度）である場合、ねじれ要素は更なるねじれを受ける。これらの二つの極端な例から、角度の微小変化によってハイブリッドプローブのねじれ／カンチレバー特徴を微調整できることは当業者には明白であろう。

ここに記載した実施例を用いて、ねじれ及びカンチレバー設計の利点を利用するハイブリッドプローブを製造できる。ねじれ及び曲げエネルギー吸収における利益は、プローブが該プローブの容量の多くを超えて変位エネルギーをより効率的に吸収するので、プローブを補強する必要性が減ることである。ハイブリッドプローブ先端は、純粋なカンチレバー設計と比べてＤＵＴ導体パッドに対する接触領域がより小さいので（ハイブリッドプローブの先端接触角度がより大きいことに起因）、ハイブリッドプローブは、ＤＵＴとの確かな電気接触をとるための力がほとんどいらない。この結果、記録密度がより高く、故障率がより低く、過剰な応力からの素材疲労に起因するプローブ破損がより少ない、より効率的で対費用効果の高いプローブカードが得られる。ハイブリッドをピボット配置、追加の角度要素、及び慣性モーメントへの変更を介して微調整することによって、プローブカードの効率性と対費用効果を更に増加させる特定の用途へのカスタマイズが可能である。

ここで、図１０Ｄに例示したような、応力破壊を防止するために各種のユニオン角度インターフェース端部形状、ピボットカットアウト及びバッファを取り入れた新規なプローブ設計に目を向ける。図１１Ａは、ハイブリッドプローブ（１１１０）のユニオン角度（１１０５）を示す。このユニオン角度において、曲げ要素（１１１５）はねじれ要素（１１２０）と連結し、著しい応力を受ける。図１１Ｂ及び１１Ｃは、ユニオン角度が受ける応力を示す。詳細には、図１１Ｂにおいて、ねじれ要素（１１２０）と曲げ要素（１１１５）の間のユニオン角度インターフェース端部は、実質的に正方形であるが、図１１Ｃにおいては、端部はテーパー状である（線１１２５から線１１３０までを比較）。図１１Ｂは、１１３５（暗い領域）に応力が非常に強い点がある。一方、図１１Ｃは、より大きな領域（１１４０）にわたって応力がより均一に分布している。応力を拡散させることにより、ユニオン角度は破損及び故障の可能性が低くなる。更に、図１１Ｂの応力点は外縁部にあり、故障しやすく、従って破損しやすい。異なる設計のユニオン角度インターフェース端部は、応力のかかる領域を、故障及び破壊しにくいユニオンに対してより内側に移動させる。ユニオン角度に付与された応力はハイブリッドプローブに固有ではないが、純粋なねじれプローブに悪影響を及ぼすことに留意することは重要である。

図１２において、より効率的に応力を分布させるユニオン角度インターフェース端部の構成をいくつか示す。これらの構成は、純粋なねじれプローブ設計と同様、ハイブリッドで用いられる。図１２Ａは、図１１Ａと同じユニオン角度インターフェース端部を示す。ユニオン角度の上部部材（１２０５）の端部は、底部部材（１２１０）と平行又は直角ではなく、代わりにユニオンは奥へテーパー状又は角をなしている（位置１２１５を参照）ことに留意されたい。この特定の設計は、２０％以上応力を減らすことができる。もちろん、より均等に且つ効果的に応力を分布させるその他のユニオン角度インターフェース端部が存在する。例えば、図１２Ｂにおいて、上部及び底部部材間のインターフェース端部（位置１２２０）は、雪かき器のような形状であり、上部及び底部部材間のインターフェースはより大きくなる。このより大きなインターフェースにより、破壊の危険性が減少する。同様に、図１２Ｃも、上部及び底部部材間の表面積の接触がより大きなインターフェース（位置１２２５）を有するが、その形状は三角形である。図１２Ｄにおいて、インターフェースは、残りの構造よりも幅広いフレアー状である。インターフェース端部（位置１２３０）の幅は、１２３５における上部部材の幅又は１２４０における底部部材の幅よりもはるかに広い。本実施例は、ユニオンにより多くの部材を配置するので、破壊破損の可能性が減る。この特定の設計において、応力減少量は、押し広げ（flaring）量、即ち、位置１２３５における幅と位置１２３０における幅との差に依存する。

図１３Ａから１３Ｃは、ユニオン角度における破損を減らす他の実施例を示す。図１３Ａのプローブ構造（１３０５）は、図１３Ｂに拡大して示したユニオン角度を含む。ユニオン角度（１３１０）は、プローブ構造における補足カットアウト（１３２０）に適合するピボット（１３１５）を含む。補足カットアウト（１３２０）は、ユニオン角度が最大応力を受ける領域である１３２５において底部部材がより厚く（位置１３２５から位置１３３０における厚さと比較）、よって破損の危険性が減少する。カットアウト（１３２０）により、プローブ構造はプローブカード基板の近くに構成でき、その結果、プローブ構造は、非カットアウト構成と同じ高さで構築される必要がないため、製造コストが減少する。図１３Ｃは、カットアウトの他の実施例であるが、このカットアウト（１３３５）は、図１３Ｂに示したものよりも、即ち、図１３Ｂの位置１３２５及び１３３０における厚さと図１３Ｃの位置１３４０及び１３４５における厚さを比較すると、深くなっている。再度、ピボットカットアウトを含む実施例は、ハイブリッド及び純粋なねじれプローブ設計で用いられてよい。

図１４は、３つの異なるプローブ構造及びピボットを示す平面図である。一番左のプローブ構造（１４００）は、ピボット（１４０５）と接触する。破線（１４１０）は補足カットアウトを示す。中央及び右側のプローブ構造は、ピボット及びカットアウトのその他の可能性のある形状を示す。ピボットの形状は、構造破損防止に役立つようにユニオン角度の形状を補足してよい。例えば、一番左のピボット（１４０５）を、図１２Ａに示したユニオン角度インターフェース端部の形状を比較する。ピボット及び端部の両方が互いに補足しあっている。この補足構成は、プローブ構造が受ける応力のより均一な分布に役立つであろう。以上説明したように、図１４に示した角度は、ハイブリッドプローブのスクラブ及びねじれ／カンチレバー特徴に影響を及ぼすように変更できる。

図１５Ａ及び１５Ｂは、ユニオン角度における破損の減少に役立つ他の実施例を示す。図１５Ａのハイブリッドプローブ（１５０５）は、図１５Ｂに拡大して示したユニオン角度を含む。このユニオン角度は、プローブ構造における補足カットアウト（１５１５）に適合するピボット（１５１０）を含む。ユニオン角度の上部部材と底部部材の間には、バッファ層（１５２０）がある。この層は、ＮｉＣｏ、ＮｉＭｎ及びＡｕ等の従来技術で公知の数種類の材料で構成されてよいが、これらに限定されない。好ましくは、残りのプローブ構造よりも曲げやすい又は引伸ばしやすいために破損しにくく破損が伝播しにくいＡｕ等の材料が使用されてよい。バッファは、上部及び底部部材の全インターフェースにわたって用いられてよい。或いは、図１５Ｂのように破損が起こる可能性の高い領域でのみ用いられてよい。バッファ層の厚さは様々であってよいが、一の実施例においては上部部材の厚さの６０％よりも薄い。もちろん、バッファ層の改良はピボットカットアウト無しで用いられてよく、ハイブリッド及び純粋なねじれプローブ構造でも用いられてよい。バッファの使用により、３０％以上応力を減少できる。

図１６Ａ及び１６Ｂは、ユニオン角度における破損の減少に役立つ他の実施例を示す。図１６Ａのハイブリッドプローブ（１６０５）は、図１６Ｂに拡大して示したユニオン角度を含む。このユニオン角度は、プローブ構造における補足カットアウト（１６１５）に適合するピボット（１６１０）を含む。ユニオン角度の上部部材と底部部材の間には、バッファ層（１６２０）がある。この層は、ＮｉＣｏ、ＮｉＭｎ及びＡｕ等の従来技術で公知の数種類の材料で構成されてよいが、これらに限定されない。好ましくは、残りのプローブ構造よりも曲げやすい又は引伸ばしやすいために破損しにくく破損が伝播しにくいＡｕ等の材料が使用されてよい。バッファは、上部及び底部部材の全インターフェースにわたって用いられてよい。或いは、図１６Ｂのように破損が起こる可能性の高い領域でのみ用いられてよい。バッファ層の厚さは様々であってよいが、一の実施例においては上部部材の厚さの６０％よりも薄い。もちろん、バッファ層の改良はピボットカットアウト無しで用いられてよく、ハイブリッド及び純粋なねじれプローブ構造でも用いられてよい。

上記実施例は別個の特性、即ち各種のインターフェース角度形状、ピボットカットアウト及びバッファとして記載したが、プローブカード設計がこれら３つ全て又はこれらの特性の任意の組み合わせを取り入れてよいことは、当業者には明白であろう。これらの特性のうちの一よりも多い特性を用いることで、より良好な応力減少を達成し、破壊破損に対する耐性を高めることができる。

上記の説明は本発明の特定の実施例を言及しているが、本発明の精神から逸脱することなく種々変更可能であることは当業者には容易に明白である。添付の特許請求の範囲はそのような変更を包含することを目的とし、本発明の真の精神及び範囲に含まれる。従って、ここに開示した実施例は、あらゆる点で例証的であり制限的ではないと考えられ、本発明の範囲は、上記の説明よりもむしろ添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の意味及びそれと同等の範囲に入る全ての変更は、受け入れられる。更に、本出願者が、以下の特許請求の範囲「及び明細書における実施例は、厳格に同一の広がりを持つべきである」とは意図していないことは明白である。Phillip v. AHW Corp., 415 F.3d 1303, 1323 (Fed. Cir. 2005) (en banc)

２ ハイブリッドプローブ
５ プローブベース
１０ ねじれ要素
１５ 曲げ要素
２０ プローブ先端
２２ プローブポスト
２５ ピボット

Claims (29)

1. 半導体装置を検査するプローブカードであって、
   基板と、
   前記基板に接続され、
   前記基板に接続されたベースと、
   前記ベースに接続されたねじれ要素と、
   ユニオン角度を介して前記ねじれ要素に接続された第２要素であって、前記ユニオン角度は前記ねじれ要素と前記第２要素との間にインターフェースを備え、当該インターフェースの端部は応力を拡散させる形状である第２要素と、
   を備えたプローブと、
   前記基板に接続され、前記プローブの一部が接触してよいピボットと、
   を備えることを特徴とするプローブカード。
2. 前記インターフェース端部の形状は、すき（plough）状、三角形、テーパー状、フレアー状、およびこれらの組み合わせからなる一群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記プローブはカットアウト（cutout）を備え、前記ピボットは前記プローブと当該カットアウトにおいて接触することを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
4. 前記カットアウトの形状は、前記ピボットの形状を補完するものであることを特徴とする請求項３に記載のプローブカード。
5. 前記カットアウトは前記ユニオン角度で配置されることを特徴とする請求項３に記載のプローブカード。
6. 前記インターフェースはバッファを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
7. 前記バッファは、ＮｉＣｏ、ＮｉＭｎ、Ａｕ及びこれらの組み合わせからなる一群から選択される材料で構成されることを特徴とする請求項６に記載のプローブカード。
8. 前記バッファは、前記第２要素を構成する材料よりも延性のある材料で構成されることを特徴とする請求項６に記載のプローブカード。
9. 前記プローブはねじれ設計であることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
10. 前記プローブはハイブリッド設計であることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
11. 半導体装置を検査するプローブカードであって、
    基板と、
    前記基板に接続され、カットアウト（cutout）を備えたプローブと、
    前記基板に接続され、前記カットアウトにおいて前記プローブと接触するピボットと、
    を備えることを特徴とするプローブカード。
12. 前記カットアウトの形状は、前記ピボットの形状を補完するものであることを特徴とする請求項１１に記載のプローブカード。
13. 前記プローブはユニオン角度を介して第２要素に接続されたねじれ要素を備え、前記カットアウトは前記ユニオン角度で配置されることを特徴とする請求項１１に記載のプローブカード。
14. 前記ユニオン角度は前記ねじれ要素と前記第２要素との間にインターフェースを備え、当該インターフェースの端部は応力を拡散させる形状であり、前記カットアウトの形状は、前記インターフェースの形状を補完するものであることを特徴とする請求項１３に記載のプローブカード。
15. 前記インターフェース端部の形状は、すき（plough）状、三角形、テーパー状、フレアー状、およびこれらの組み合わせからなる一群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載のプローブカード。
16. 前記インターフェースはバッファを更に備えることを特徴とする請求項１１に記載のプローブカード。
17. 前記バッファは、ＮｉＣｏ、ＮｉＭｎ、Ａｕ及びこれらの組み合わせからなる一群から選択される材料で構成されることを特徴とする請求項１６に記載のプローブカード。
18. 前記バッファは、前記第２要素を構成する材料よりも延性のある材料で構成されることを特徴とする請求項１６に記載のプローブカード。
19. 前記プローブはねじれ設計であることを特徴とする請求項１１に記載のプローブカード。
20. 前記プローブはハイブリッド設計であることを特徴とする請求項１１に記載のプローブカード。
21. 半導体装置を検査するプローブカードであって、
    基板と、
    前記基板に接続され、
    前記基板に接続されたベースと、
    前記ベースに接続されたねじれ要素と、
    ユニオン角度を介して前記ねじれ要素に接続された第２要素であって、前記ユニオン角度は前記ねじれ要素と前記第２要素との間にインターフェースを備え、当該インターフェースはバッファを備える第２要素と、
    を備えたプローブと、
    前記基板に接続され、前記プローブの一部が接触してよいピボットと、
    を備えることを特徴とするプローブカード。
22. 前記バッファは、ＮｉＣｏ、ＮｉＭｎ、Ａｕ及びこれらの組み合わせからなる一群から選択される材料で構成されることを特徴とする請求項２１に記載のプローブカード。
23. 前記バッファは、前記第２要素を構成する材料よりも延性のある材料で構成されることを特徴とする請求項２１に記載のプローブカード。
24. 前記プローブはカットアウト（cutout）を備え、前記ピボットは前記プローブと当該カットアウトにおいて接触することを特徴とする請求項２１に記載のプローブカード。
25. 前記カットアウトの形状は、前記ピボットの形状を補完するものであることを特徴とする請求項２４に記載のプローブカード。
26. 前記カットアウトは前記ユニオン角度で配置されることを特徴とする請求項２４に記載のプローブカード。
27. 前記インターフェースの端部は応力を拡散させる形状であり、当該形状は、すき（plough）状、三角形、テーパー状、フレアー状、およびこれらの組み合わせからなる一群から選択されることを特徴とする請求項２１に記載のプローブカード。
28. 前記プローブはねじれ設計であることを特徴とする請求項２１に記載のプローブカード。
29. 前記プローブはハイブリッド設計であることを特徴とする請求項２１に記載のプローブカード。

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