JP2024516083A - 極低温プローブカード - Google Patents

Abstract

プローブカードは、第１の面と、第１の面の反対側の第２の面と、を有する支持要素を含む。複数のプローブ先端部は、支持要素の第１の面から外側に延在し、プローブ先端部は、試験対象デバイス（ＤＵＴ）の構成要素と接触するように構成される。複数のビアが、第１の面から第２の面まで支持要素を貫通して延在し、ビアの各々は、複数のプローブ先端部のそれぞれのプローブ先端部に接続される。複数の導電性トレースが支持要素上に形成され、トレースの各々は複数のビア内のそれぞれのビアに接続され、電気信号は導電性トレースを通ってプローブ先端部に供給され得る、またはプローブ先端部から受信され得る。

Description

関連出願
本出願は、２０２１年３月２３日に出願された「ＣＲＹＯＧＥＮＩＣ ＰＲＯＢＥ ＣＡＲＤ」という名称の米国仮特許出願第６３／１６５，１０５号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

政府の利益の陳述
本発明は、米国陸軍によって授与された契約番号Ｗ９０９ＭＹ－１９－Ｐ－００３２およびＷ９０９ＭＹ－２１－Ｃ－０００５の下で政府の支援を受けてなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。

プローブカードは、集積回路の構成要素の機能性および接続性を試験するために使用される。プローブカードは、各々が集積回路（ＩＣ）のそれぞれの構成要素と電気的に接触するように構成された複数のプローブを含むことができる。次いで、プローブと電気的に接触している構成要素の機能性または接続性を、プローブによってＩＣに入力されるかまたはＩＣから受信される電気信号によって試験することができる。従来、様々な用途および設計要件のために、プローブカードは、互いに２０ミクロン以上離間したプローブを含んでいた。したがって、従来のプローブカードは、２０ミクロンよりも互いに近接して離間されているＩＣの構成要素の機能性および接続性を試験するのにあまり適していない。

以下は、本明細書でより詳細に説明される主題の簡単な概要である。この概要は、特許請求の範囲に関する限定を意図するものではない。

ＩＣを試験するためのプローブカードに関する技術が本明細書に記載される。より具体的には、低温（例えば、約０℃以下、約２００Ｋ以下、または約１５０Ｋ以下）でＩＣの素子を試験するのに適した極低温プローブカードが本明細書に記載されている。さらに、互いに２０ミクロン未満の間隔で配置されたＩＣの要素を試験するのに適したプローブカードが本明細書に記載されている。

例示的なプローブカードは、支持要素、複数のプローブ先端部、複数のビア、および複数の導電性トレースを含むプローブプラットフォームを含む。支持要素は、プローブ先端部を収容、保持、または支持するように構成された実質的に中実の要素であり得る。プローブ先端部は、支持要素の底面から外側に延在する。プローブ先端部は、試験対象デバイス（ＤＵＴ）と接触してＤＵＴの機能性または電気的接続性の試験を容易にするように構成された導電性要素である。プローブ先端部は、支持要素上または支持要素内に互いに近接して配置することができる。例えば、プローブ先端部は、互いに２０ミクロン未満、１０ミクロン未満、または１ミクロン未満離れて配置することができる。複数のビアは、ビアの各々が複数のプローブ先端部のそれぞれのプローブ先端部に接続されるように構成することができる。ビアは、支持要素の底面から支持要素の上面まで延在する。複数の導電性トレースは、支持要素の上面に配置することができ、導電性トレースの各々は、複数のビア内のそれぞれのビアに接続される。したがって、電気信号は、支持要素の上面の導電性トレースを介してプローブ先端部に提供されるまたはそこから受信することができる。

支持要素は、中央プラットフォームと、複数のアームと、中央プラットフォームの周りに配置され、アームを介して中央プラットフォームに接続された環状部分と、を含むことができる。中央プラットフォームは、その上／中に取り付けられたプローブ先端部を含むことができる。プローブカードがＤＵＴの面に向かって移動すると、プローブ先端部はＤＵＴの面上の要素と接触する。ＤＵＴの要素は、ＤＵＴに向かうプローブ先端部の動きに対抗してプローブ先端部に力を及ぼす。支持要素は、ＤＵＴの要素がプローブ先端部に力を及ぼすことに応答して、中央プラットフォームがプローブカードの運動線に沿って撓むことを可能にするように構成することができる。限定ではなく例として、中央プラットフォームのアームは、それらの長さに比して薄く且つ狭くすることができ、それによって中央プラットフォームが撓むことを可能にするのに十分な可撓性を提供する。プローブ先端部を含む中央プラットフォームの撓みは、プローブ先端部がそれらの要素と接触するときにプローブ先端部がＤＵＴの要素を損傷するのを防止することができる。

例示的なプローブカードは、プローブプラットフォームを取り付けることができる回路基板をさらに含むことができる。回路基板は、プローブカードの取り扱いまたは取り付けを容易にするように、またはプローブカードと他の試験要素、例えば様々な電気計器または測定装置（例えば、電圧計、電流計、オーム計など）または電源（例えば、電圧源または電流源）のいずれかとの間の電気的接続を容易にするように構成することができる。支持要素が複数のアームおよび／または環状部分を含む例示的な実施形態では、プローブプラットフォームは、アームおよび／またはプローブプラットフォームの環状部分によって回路基板に取り付けることができる。プローブプラットフォームの複数の導電性トレースの各々は、回路基板まで延在し、回路基板上のそれぞれの電気接点と電気的に接続することができる。回路基板上の電気接点は、複数の導電性トレースへの試験要素の接続を容易にするように構成することができる。例えば、電気接点は、同軸コネクタ（例えば、ＢＮＣコネクタ）、プラグ、ピン、ソケットなどの様々なコネクタのいずれかであるか、またはそれらを含むことができる。

いくつかのタイプの焦点面アレイ（ＦＰＡ）などのいくつかのＤＵＴは、非常に冷たい環境で動作するように構成される。そのようなデバイスの機能性を試験するために、プローブカードは、これらのデバイスが動作する低温に耐えることができなければならない。回路基板は、回路基板および／またはプローブカードプラットフォームの熱膨張または収縮による撓みを可能にするように構成された複数の撓み部をさらに含むことができる。例として、プローブプラットフォームは、実質的に平坦な要素とすることができる。回路基板の撓み部は、プローブプラットフォームと回路基板との間の異なる熱膨張／収縮率によって引き起こされる機械的応力を低減するために、プローブプラットフォームの平面に実質的に平行な方向に撓むように構成することができる。撓み部は、プローブプラットフォームの平面に垂直な方向の撓みに抵抗するようにさらに構成することができる。例えば、撓み部は、プローブピンがＤＵＴと接触するときにプローブピンに加えられる力によって引き起こされるプローブプラットフォームの撓みに対抗するように構成することができる。

上記の概要は、本明細書で説明するシステムおよび／または方法のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略化された概要を提示する。
この概要は、本明細書で説明するシステムおよび／または方法の広範な概要ではない。重要な／重要な要素を特定すること、またはそのようなシステムおよび／または方法の範囲を描写することは意図されていない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、いくつかの概念を簡略化した形で提示することである。

例示的なプローブカードの上面の斜視図である。 図１Ａに示す例示的なプローブカードの底面の斜視図である。 例示的なプローブカード支持要素の斜視図である。 図２Ａに示すプローブカード支持要素の部分斜視図である。 図２Ａおよび図２Ｂに示すプローブカード支持要素の底面の部分斜視図である。 プローブカードのプローブ先端部を支持するための例示的なプラットフォームの上面図である。 プローブカードの例示的な支持要素の断面図である。 図１Ａおよび図１Ｂに示すプローブカードの部分斜視図である。 図１Ａおよび図１Ｂに示すプローブカードの断面図である。 別の例示的な支持要素の上面図である。 プローブ先端部支持要素を形成するための例示的な処理ステップの図である。 プローブ先端部支持要素を形成するための例示的な処理ステップの図である。 別のプローブ先端部支持要素を形成するための例示的な処理ステップの図である。 プローブカードを形成するための例示的な方法を示すフロー図である。

近接して配置されたプローブ要素を有し、極低温動作に適したプローブカードに関する様々な技術が、ここで図面を参照して説明され、全体を通して同様の要素を指すために同様の符号が使用される。以下の説明では、説明の目的のために、１つまたは複数の態様の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、そのような態様は、これらの特定の詳細なしで実施され得ることは明らかであり得る。他の例では、１つまたは複数の態様の説明を容易にするために、周知の構造およびデバイスがブロック図形式で示されている。さらに、特定のシステム構成要素によって実行されるものとして説明される機能は、複数の構成要素によって実行されてもよいことを理解されたい。同様に、例えば、構成要素は、複数の構成要素によって実行されると説明される機能を実行するように構成されてもよい。

さらに、「または」という用語は、排他的な「または」ではなく、包括的な「または」を意味することを意図している。すなわち、別段の指定がない限り、または文脈から明らかでない限り、「ＸはＡまたはＢを使用する」という句は、自然な包括的置換のいずれかを意味することを意図している。すなわち、「ＸはＡまたはＢを使用する」という句は、以下の例、すなわち、ＸはＡを使用する、ＸはＢを使用する、あるいはＸはＡおよびＢの両方を使用する、のいずれかによって満たされる。さらに、本出願および添付の特許請求の範囲で使用される冠詞「ａ」および「ａｎ」は、特に指定されない限り、または単数形を対象とすることが文脈から明らかでない限り、一般に「１つまたは複数」を意味すると解釈されるべきである。

さらに、本明細書で使用される場合、「構成要素」および「システム」という用語は、プロセッサによって実行されたときに特定の機能を実行させるコンピュータ実行可能命令で構成されたコンピュータ可読データストレージを包含することを意図している。コンピュータ実行可能命令は、ルーチン、機能などを含むことができる。また、構成要素またはシステムは、単一のデバイス上に局在化されてもよく、またはいくつかのデバイスにわたって分散されてもよいことも理解されたい。さらに、本明細書で使用される場合、「例示的」という用語は、何かの例示または例として役立つことを意味することを意図しており、好みを示すことを意図していない。

ここで図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、例示的なプローブカード１００の斜視図が示されている。ここで図１Ａのみを参照すると、プローブカード１００の上面１０２の斜視図が示されている。ここで図１Ｂのみを参照すると、プローブカード１００の底面１０４の斜視図が示されている。再び図１Ａおよび図１Ｂを併せて参照すると、プローブカード１００は、プローブプラットフォーム１０６および回路基板１０８を含む。プローブプラットフォーム１０６は、以下でより詳細に説明する様々な実施形態による複数の導電性プローブ（例えば、図２Ｃに示す）を支持するように構成される。回路基板１０８は、プローブプラットフォーム１０６を支持し、ＩＣ ＤＵＴ上の要素の機能性または接続性を試験するためにプローブプラットフォーム１０６の要素とプローブカード１００と共に使用される他の機器との間の電気的接続を容易にするように構成される。回路基板１０８は、例えば、様々な構成要素が形成された、または接続されたプリント回路基板（ＰＣＢ）とすることができる。

プローブカード１００を使用して、プローブプラットフォーム１０６の下面１１０上のプローブが望ましく試験されるＤＵＴの要素と接触するまで、プローブカード１００をＤＵＴ上に下降させることによってＤＵＴの要素の機能性または接続性を試験することができる。あるいは、ＤＵＴの要素がプローブプラットフォーム１０６の下面１１０のプローブと接触するまで、ＤＵＴをステージ上に配置し、プローブカード１００に向かって上昇させることができる。

プローブプラットフォーム１０６は、支持要素１１２を含む。支持要素１１２は、複数の導電性プローブ（例えば、図２Ｃおよび図３に示すように）を支持するように構成される。以下により詳細に説明するように、支持要素１１２は、プローブとＤＵＴの要素との間の接触の確立を容易にするために、プローブを安定した配置で保持する。支持要素１１２は、プローブカード１００に接続された検査機器とプローブとの間の電気的接続の形成を容易にするために、様々な構成要素をさらに含むか、支持するか、または含む。本明細書で使用される場合、プローブプラットフォーム１０６は、支持要素１１２ならびにその上／中に含まれる様々な構成要素を指すことが意図されている。

ここで図２Ａ～図２Ｃを参照すると、プローブプラットフォーム１０６の様々な図が示されている。図２Ａのみを参照すると、支持要素１１２の斜視図が示されている。図２Ｂのみを参照すると、支持要素１１２の中央プラットフォーム１１４の部分斜視図が示されている。図２Ｃのみを参照すると、支持要素１１２の中央プラットフォーム１１４の下側の部分斜視図が示されている。

ここで再び図２Ａを参照すると、支持要素１１２は、中央プラットフォーム１１４と、環状部分１１６と、中央プラットフォーム１１４から環状部分１１６まで延在する複数のアーム１１８とを含む。図２Ａには示されていないが、中央プラットフォーム１１４は、その上／中に配置された複数のプローブを含む。例えば、ここで図３を簡単に参照すると、例示的な中央プラットフォーム３０２の下面３００に面する図が示されており、中央プラットフォーム３０２は、そこから延在する複数のプローブ先端部３０４を含む。中央プラットフォーム３０２は、９つのプローブ先端部３０４を含むものとして示されているが、実質的に任意の数のプローブ先端部３０４を中央プラットフォーム３０２に含めることができることを理解されたい。プローブ先端部３０４は、プローブ先端部３０４の各々が点３０６で終端するように、プラットフォーム３０２の下面３００（すなわち、ページ外）から延在する円錐形状を有することができる。他の実施形態では、プローブ先端部３０４はピラミッド形状を有することができる。

プローブ先端部３０４は、中央プラットフォーム３０２の下面３００の小さい部分のみを占めることができることを理解されたい。他の実施形態では、プローブ先端部３０４は、中央プラットフォーム３０２の下面３００の実質的に全体にわたって分散することができる。さらに、プローブ先端部３０４の配置は、望ましくは試験されるＤＵＴの要素の配置に基づくことができる。例えば、プローブカード１００が、規則的に離間した要素を有するＤＵＴの機能性または接続性を試験するために使用されることが意図されている場合、中央プラットフォーム３０２のプローブ先端部３０４は、ＤＵＴの要素と同じ間隔で規則的に離間することができる。例示的な実施形態では、プローブ先端部３０４内の第１のプローブ先端部３０８とプローブ先端部３０４内の第２のプローブ先端部３１０との間の距離ｄ_１は、２０ミクロン未満、１０ミクロン以下、または１ミクロン以下であり得る。またさらなる実施形態では、距離ｄ_１は、１ミクロン未満、５００ナノメートル以下、または２５０ナノメートル以下であり得る。

再び図２Ａを参照すると、支持要素１１２は、支持要素１１２の表面１１９に垂直な方向における中央プラットフォーム１１４の撓みを可能にするように構成される。さらに、支持要素１１２は、支持要素１１２の表面１１９と平行または同一平面上にある平面に沿った中央プラットフォーム１１４の撓みに抵抗するように構成される。限定ではなく例として、アーム１１８は、アーム１１８が表面１１９に平行な平面内で剛性であり、表面１１９に垂直な方向に撓むことができるように、それらの長さに対して薄く且つ狭くすることができる。したがって、中央プラットフォーム１１４が、ＤＵＴに接触する中央プラットフォーム１１４の下側のプローブ先端部から生じる上向きの力を受けると、中央プラットフォーム１１４は、その初期位置からいくらかの上向きの撓みを呈することができる。この撓みは、プローブ先端部によって引き起こされるＤＵＴへの接触損傷を防止することができる。表面１１９に平行な平面内のアーム１１８の剛性は、中央プラットフォーム１１４に取り付けられたプローブ先端部がＤＵＴの構成要素と位置ずれすることを防止する。

ここで図２Ｂを参照すると、中央プラットフォーム１１４の部分斜視図が示されている。中央プラットフォーム１１４は、その上に形成された複数の導電性トレース１２０を有することができる。導電性トレース１２０の各々は、中央プラットフォーム１１４から支持要素１１２のそれぞれのアーム１１８に沿って延在する。導電性トレース１２０は、以下でより詳細に説明するように、支持要素１１２上にメタライゼーション層として形成することができる。導電性トレース１２０の各々は、中央プラットフォーム１１４の上面１２４から中央プラットフォーム１１４の底面１２６まで中央プラットフォーム１１４を通って延在するそれぞれのビア１２２に接続されている。ビア１２２の各々は、中央プラットフォーム１１４の底面１２６から下方に延在するそれぞれのプローブ先端部に接続されている。図２Ｂに示すように、支持要素１１２のアーム１１８は、中央プラットフォーム１１４の全厚ｔ_２よりも薄い厚さｔ_１を有するように構成することができる。したがって、中央プラットフォーム１１４およびその上に配置されたプローブは、プローブカード１００の他の部分よりも低く延在することができる。この構成は、プローブカード１００がＤＵＴの平面からオフセットされた角度でＤＵＴに向かって移動するときに、プローブ以外のプローブカード１００の部分がＤＵＴと接触するのを防止するのに役立つことができる。

ここで図２Ｃを参照すると、中央プラットフォーム１１４の底面１２６の部分斜視図が示されている。導電性トレース１２０およびビア１２２などのプローブプラットフォーム１０６の要素は、説明の目的のために示されているが、いくつかの実施形態では、これらの特徴は中央プラットフォーム１１４の底面１２６から見えなくてもよいことを理解されたい。しかしながら、支持プラットフォーム１１２が実質的に透明な材料で形成されるいくつかの実施形態では、トレース１２０およびビア１２２は、中央プラットフォーム１１４の底面１２６から視認可能であってもよい。

プローブプラットフォーム１０６は、中央プラットフォーム１１４の底面１２６上に、複数のプローブ先端部１２８と、第２の複数の導電性トレース１３０とを含む。以下でより詳細に説明するように、プローブ先端部１２８は、中央プラットフォーム１１４の底面１２６上に直接形成することができる。他の実施形態では、プローブ先端部１２８は、中央プラットフォーム１１４のバルク内に形成され、続いて中央プラットフォーム１１４の底面１２６から（例えば、エッチング、放電加工、アブレーションなどによって）材料を選択的に除去することによって露出させることができる。プローブ先端部１２８は、ＤＵＴの構成要素を試験するのに適した任意の構成に配置することができる。非限定的な例では、ＤＵＴが、その上に配置された複数の感光画素セル（ＬＳＰＣ）を有する焦点面アレイ（ＦＰＡ）である場合、プローブ先端部１２８の数および間隔は、プローブ先端部１２８の各々がＦＰＡのそれぞれのＬＳＰＣと接触するように、複数のＬＳＰＣと整列するように構成することができる。

第２の複数の導電性トレース１３０は、中央プラットフォーム１１４の上面１２４上でプローブ先端部１２８と第１の複数の導電性トレース１２０との間の接続を容易にすることができる。例えば、プローブ先端部１２８間の間隔が小さい（例えば、２０ミクロン未満）場合、ビア１２２を形成するために使用されるいくつかの製造プロセスは、プローブ先端部１２８と直接整列して配置されるのに十分に小さいビア１２２を形成するのに適していない可能性がある。第２の導電性トレース１３０は、プローブ先端部１２８のクラスタから外向きに扇形に広がって、ビア１２２を配置するためのより大きな空間を提供することができる。

しかしながら、いくつかの実施形態では、第２の複数のトレース１３０は省略され、プローブ先端部１２８は、ビア１２２を介して中央プラットフォーム１１４の上面１２４上の導電性トレース１２０に直接接続される。例えば、ビア１２２は、米国特許出願第１６／４９８，９６０号に記載されているような多光子吸収ベースの３次元半導体製造技術によって形成することができる。そのような技術を使用して、ビア１２２は、プローブ先端部１２８と同様に互いに密接に詰め込まれるのに十分に小さい寸法を有するように形成することができる。ここで図４を参照すると、プローブプラットフォーム支持要素の別の例示的な中央プラットフォーム４００の断面図が示されている。中央プラットフォーム４００は、複数のプローブ先端部４０２～４０８と、対応する複数のビア４１０～４１６と、複数の導電性トレース４１８～４２４とを含む。プローブ先端部４０２～４０８は、中央プラットフォーム４００の底面４２６から外側に延在する。導電性トレース４１８～４２４は、プラットフォーム４００の底面４２６の反対側の中央プラットフォーム４００の上面４２８に形成される。ビア４１０～４１６は、プラットフォーム４００の底面４２６に追加の導電性トレースが形成されることなく、プローブ先端部４０２～４０８と導電性トレース４１８～４２４との間にそれぞれ直接延在する。

３次元半導体製造技術を使用して、ビア１２２を、プローブ先端部１２８および／または中央プラットフォーム１１４の表面１２４，１２６に対して傾斜するように形成することもできる。再び図４を参照すると、ビア４１２，４１４は、実質的に垂直かつ直線状のビアとして示されている。言い換えれば、ビア４１２，４１４は、プローブ先端部４０４，４０６からトレース４２０，４２２までそれぞれ直線に沿って直接上方に延在する。対照的に、ビア４１０は、実質的に直線状であるが、プラットフォーム４００の表面４２６，４２８およびビア４１０が接続されているプローブ先端部４０２に対して傾斜している。さらに、ビア４１６は、非直線状の湾曲形状を有する。傾斜ビアおよび非線形ビアを使用して、互いに密に詰め込まれた多くのプローブ先端部がある実施形態では、プローブ先端部１２８と上面導電性トレース１２０との間の導電経路のルーティングを容易にすることができる。

再び図２Ｃを参照すると、中央プラットフォーム１１４は、複数のアライメント機構１３２を含むことができる。いくつかの実施形態では、アライメント機構１３２は、中央プラットフォーム１１４の底面１２６に配置される。これらの実施形態では、中央プラットフォーム１１４を含む支持要素１１２は、可視光波長に対して実質的に透明な材料から形成することができる。限定ではなく例として、支持要素１１２は、炭化ケイ素、ダイヤモンド、窒化ガリウム、サファイア、ガラス、または他の透明材料から形成することができる。様々な実施形態では、支持要素１１２および／または中央プラットフォーム１１４は、光の可視波長に対して５０％以上、７５％以上、または９０％以上の透過率を有することができる。さらなる実施形態では、支持要素１１２および／または中央プラットフォーム１１４は、光の可視波長に対して９０％を超える、９５％以上、または９９％以上の透過率を有することができる。中央プラットフォーム１１４の透明性は、望ましく試験されるＤＵＴの要素とのプローブ先端部１２８の位置合わせを容易にする。アライメント機構１３２は、特にプローブ先端部１２８が小さく密集している場合に、プローブ先端部１２８の位置合わせをさらに助けることができる。プローブ先端部１２８と同じ中央プラットフォーム１１４の底面１２６にアライメント機構１３２を配置することにより、プローブ先端部１２８が焦点を合わせると同時に、撮像対物レンズによってアライメント機構１３２をより容易に焦点を合わせることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、アライメント機構１３２は、中央プラットフォーム１１４の上面１２４に配置することができる。

アライメント機構１３２は、様々な手段のいずれかによって形成することができる。非限定的な例では、アライメント機構１３２は、金属またはインクなどの材料の選択的堆積によって形成され得る。他の例では、アライメント機構１３２は、アライメント機構が識別可能なパターンを形成するように、中央プラットフォーム１１４の材料を選択的に除去することによって形成することができる。例えば、アライメント機構１３２は、選択的レーザアブレーション、エッチングなどによって形成することができる。アライメント機構１３２はドットのアレイとして示されているが、アライメント機構１３２は、実質的に任意のパターンに従って配置または構成され得ることが理解されるべきである。

プローブカード１００は、支持要素１１２によって保持されたプローブ先端部１２８間の電気的接続を容易にするための様々な追加の特徴を含むことができる。例えば、ここで図５を参照すると、プローブカード１００の底面１０４の部分斜視図が示されている。導電性トレース１２０が示されており、支持要素１１２のアーム１１８に沿って支持要素１１２の環状部分１１６まで延在する。支持要素１１２の環状部分１１６において、導電性トレース１２０は電気接点１３４で終端する。例示的な実施形態では、電気接点１３４は、プローブカード１００の回路基板１０８上に形成された導電性トレース１３６に接合されたフリップチップバンプボンドとすることができる。したがって、電気接点１３４は、支持要素１１２の上面（例えば、支持要素１１２の、中央部分１１４の上面１２４と同じ側）に配置することができる。したがって、支持要素１１２上の導電性トレース１２０の各々は、それに接続されたそれぞれの電気接点１３４を有することができる。トレース１２０および対応する接点１３４は、説明を容易にする目的で図５のボトムアップ図に示されている。したがって、支持要素１１２の上側に配置されたトレース１２０および対応する接点１３４は、支持要素１１２の下側から見えなくてもよい。しかしながら、少なくともいくつかの実施形態では、上面トレース１２０および接点１３４は、光の可視波長に対する支持要素１１２の透明性により、プローブカード１００の底面１０４から可視であってもよいことが理解されるべきである。

接点１３４は、回路基板１０８に含まれるトレース１３６に電気的に接続される。再び図１Ａを参照すると、トレース１３６をコネクタ１３８に接続することができる。したがって、コネクタ１３８の各々は、プローブ先端部１２８内の異なるそれぞれのプローブ先端部に電気的に接続することができることを理解されたい。コネクタ１３８は、プローブカード１００と、ＤＵＴの機能性または接続性を試験するために使用することができる様々な電気試験機器との間に接続を行うことを可能にするように構成される。例えば、コネクタ１３８は、電圧計、電流計、オーム計、電流源、電圧源などの電気装置の入力／出力端子とインターフェースするように構成される。例示的な実施形態では、コネクタ１３８は、同軸コネクタ（例えば、ＢＮＣコネクタ）、プラグ、ピン、ソケットなどの様々なコネクタのいずれかであるか、それらを含むことができる。

様々な実施形態では、トレース１３６は、回路基板１０８の上面１０２に配置される。そのような実施形態では、回路基板１０８は、回路基板１０８のトレース１３６を支持要素の接点１３４に接続するように構成された複数のビアをさらに含むことができる。しかしながら、他の実施形態では、トレース１３６を回路基板１０８の底面１０４に配置することができ、これらの実施形態では、追加のビアは不要であり得ることを理解されたい。

ここで図６を参照すると、例示的なプローブカード１００の断面図が示されている。図６に示すように、プローブ先端部１２８は、プローブカード１００の中央プラットフォーム１１４から下方に延在する。プローブ先端部１２８は、中央プラットフォーム１１４の底面１２６に形成された導電性トレース１３０に接続されている。導電性トレース１３０は、中央プラットフォーム１１４の中心の近位に配置することができるプローブ先端部１２８から扇形に広がる。したがって、導電性トレース１３０は、ビア１２２がプローブ先端部１２８内の単一のプローブ先端部のみに電気的に接続されるのに十分な間隔を提供することができる。しかしながら、上述したように、ビア１２２のいずれかが複数のプローブ先端部１２８（例えば、１０ミクロン以下、５ミクロン以下、または１ミクロン以下の直径を有する）に接触するのを回避するためにビア１２２を十分に小さくすることができる実施形態では、底面導電性トレース１３０を省略することができ、ビア１２２をそれぞれのプローブ先端部１２８（例えば、図４に示すように）の真上に配置することができる。

引き続き図６を参照すると、ビア１２２は各々、トレース１３０内のそれぞれのトレースから中央プラットフォーム１１４の上面１２４まで中央プラットフォーム１１４を通って延在する。中央プラットフォーム１１４の上面１２４において、ビア１２２は上面導電性トレース１２０に接続されている。上面導電性トレース１２０は、接点１３４（例えば、バンプボンド）に電気的に接続される。接点１３４は、回路基板１０８の底面１０４上の対応する接点６０２に接続することができる。次に、接点６０２は、回路基板１０８を貫通して延在し、接点６０２と回路基板１０８上の導電性トレース１３６との間を電気的に接続するビア６０４に接続される。導電性トレース１３６は、それ自体がコネクタ１３８に接続される。したがって、プローブ先端部１２８の各々は、トレース１３０，１２０，１３６、ビア１２２，６０４、および接点１３４，６０２を介してコネクタ１３８内のそれぞれのコネクタに電気的に接続される。いくつかの実施形態では、プローブカードは、（例えば、接点１３４の代わりに）コネクタ１３８を支持要素１１２上に直接配置し、回路基板１０８を完全に省略することによって形成することができる。

上述したように、いくつかのタイプのＦＰＡなど、プローブカードによって望ましくテストされるいくつかのＤＵＴは、非常に冷たい環境で動作するように構成される。そのようなデバイスの機能性を試験するために、プローブカードは、これらのデバイスが動作する極低温に耐えることができなければならない。さらに、プローブカードは、プローブカードが冷却され、および／または室温に戻ることができるため、熱膨張および収縮による機械的応力に耐えることができなければならない。

プローブカード１００は、極低温環境で使用するように構成することができる。例示的な実施形態では、プローブカード１００は、複数の撓み部を含む。再び図１Ａを参照すると、回路基板１０８は、複数の撓み部１４０を含む。撓み部１４０は、支持要素１１２に取り付けられている。例えば、撓み部１４０は、フリップチップバンプボンディングによって（例えば、接点１３４によって）支持要素１１２に取り付けることができる。他の実施形態では、撓み部１４０は、締結具、接着剤、または他の取り付け手段によって支持要素１１２に取り付けることができる。撓み部１４０は、回路基板１０８の表面に垂直な方向（例えば、上面１０２）における支持要素１１２の動きに抵抗する剛性を提供するように構成される。撓み部１４０は、表面１０２の平面に平行な方向における支持要素１１２の膨張および収縮を可能にするようにさらに構成される。プローブカードが室温から極低温に冷却されると、支持要素１１２と回路基板１０８との熱膨張係数が異なるため、支持要素１１２と回路基板１０８とが異なる比率で収縮する。同様に、プローブカード１００を室温（例えば、保管用）まで加熱すると、支持要素１１２と回路基板１０８とが異なる比率で膨張する。撓み部１４０は、支持要素１１２が、例えば回路基板１０８の上面１０２に平行な方向に回路基板１０８とは異なる比率で拡張／収縮することを可能にする。図１Ａ、図１Ｂ、および図５に示すように、撓み部１４０は段付きプロファイルを有することができる。しかしながら、撓み部１４０は、導電性トレース１３６の間の電気的接触を維持しながら支持要素１１２が横方向に（すなわち、表面１０２の平面と平行に）拡張することを可能にする実質的に任意の設計を有することができ、撓み部１４０の移動が支持要素１１２に含まれる電気要素と回路基板１０８との間の電気的接触点（例えば、接点１３４）における機械的応力を緩和するように、撓み部１４０上に配置されることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、支持要素１１２または回路基板１０８上に追加のメタライゼーション層を形成して、様々な他のメタライゼーション層（例えば、トレース１２０，１３０，１３６）のいずれかへの機械的応力の相殺を提供することができる。例えば、再び図６を参照すると、メタライゼーション層６０６が、支持要素１１２のアーム１１８のうちの１つに沿って支持要素１１２の下側６０８に形成される。メタライゼーション層６０６は、導電性トレース１２０と支持要素１１２との間の異なる熱膨張係数に起因する支持要素１１２の熱膨張によって引き起こされる、支持要素１１２のアーム１１８のうちの１つに対する機械的応力を緩和することができる。同様に、導電性トレース１３６に対する回路基板１０８の熱膨張の機械的応力を相殺するために、撓み部１４０の撓み部の下面６１２にメタライゼーション層６１０を形成することができる。metaraize-shon層６０６，６１０は、支持要素１１２または回路基板１０８に含まれる電気部品のいずれにも接続されていなくてもよい。

再び図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、回路基板１０８は、取り付け孔１４２を含むことができる。取り付け孔１４２は、ＤＵＴの試験のためにプローブカード１００を位置決めするために使用することができるステージ（図示せず）にプローブカード１００を取り付けるために使用することができる。

ここで図７を参照すると、別の例示的な支持要素７００が示されており、支持要素７００は複数の撓み部７０２～７０６を含む。撓み部７０２～７０６は、その上に形成された複数のプローブ先端部（図示せず）を有することができる中央プラットフォーム７０８の周りに配置され、それに接続される。撓み部７０２～７０６は、中央プラットフォーム７０８に垂直方向（すなわち、ページの中または外に）の追従性および半径方向（すなわち、支持要素７００の平面内で）の剛性を与えるように構成されたスイッチバックプロファイルを有することができる。例えば、撓み部７０２は、第１の端部７１２および第２の端部７１４を有するスイッチバックアーム７１０を含む。第１の端部７１２は中央プラットフォーム７０８に接続し、第２の端部７１４は支持要素７００の外側部分７１６に接続する。スイッチバックアーム７１０は、支持要素７００（例えば、ページ内）を通って延在する第１の空隙７１８および第２の空隙７２０によって囲まれている。スイッチバックアーム７１０の第１の空隙７１８は、撓み部７０６のスイッチバックアーム７２２を部分的に画定し、スイッチバックアーム７１０の第２の空隙７２０は、撓み部７０４のスイッチバックアーム７２４を部分的に画定する。

支持要素１１２および／または支持要素７００は、モノリシック要素として形成することができる。例えば、支持要素１１２，７００は、半導体材料のウェハから材料を選択的に除去することによって形成することができる。例示的な実施形態では、アーム１１８の位置によって画定される支持要素１１２の開口部１４４は、円形平面要素（例えば、炭化ケイ素のウェハ）から材料をエッチングまたはダイヤモンド研削で除去することによって形成することができる。他の実施形態では、開口部１４４は、放電加工（ＥＤＭ）によって形成することができる。そのような実施形態では、ドリルまたはプランジＥＤＭによって円形平面要素に孔を形成することができる。続いて、形成された孔に導線を通すことができる。導線は、ワイヤＥＤＭによって開口部１４４を形成するために使用することができる。

ここで図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、支持要素内にプローブ先端部を形成するための複数の処理ステップが示されている。図８Ａおよび図８Ｂには複数の処理ステップが示されているが、図示したステップ間の中間処理ステップを実行することができることを理解されたい。さらに、本明細書に記載のプロセスを実施するために、図示のステップのすべてが実行される必要はない場合がある。ここで図８Ａを参照すると、８０２において、シリコンウェハ８０３が得られる。８０４において、複数のピラミッド状または円錐状のピット８０５が、エッチングによってシリコンウェハ内に形成される。例示的な実施形態では、ピットは水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチングによって形成することができる。他の実施形態では、ピットは、多光子吸収ベースのエッチングプロセスによって形成することができる。８０６において、エッチングされたウェハ８０３上に金属層８０７が堆積される。金属層８０７は、金属がピット８０５を充填するように堆積される。金属層８０７は、プローブカードのプローブ先端部を形成するために望ましく使用される材料から形成することができる。例示的な実施形態では、金属層はタングステンからなる。８０８において、金属層８０７は、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを使用して過剰な金属を除去し、ピット８０５内に成形された金属プローブ先端部８０９を残す。８１０において、別の金属層８１１がウェハ８０３およびプローブ先端部８０９上に堆積される。例示的な実施形態では、金属層８１１はアルミニウムからなる。８１２において、プローブ先端部８０９の上方に配置されていない金属層８１１の余分な部分が除去され、プローブ先端部８０９の各々の上に金属層８１３が残る。

ここで図８Ｂを参照すると、８１４において、ウェハ８１５が得られる。ウェハ８１５は、プローブカードの支持要素を形成するために望ましく使用される実質的に任意の材料から形成することができる。例示的な実施形態では、ウェハ８１５は炭化ケイ素を含む。８１６において、ビアホール８１７がウェハ８１５を貫通してエッチングされる。８１８において、ビアホール８１７は導電性金属で充填されてビア８１９を形成する。例えば、ビアホール８１７を銅で電気めっきしてビア８１９を形成することができる。８２０において、金属層８２１がウェハ８１５に適用される。８２２において、金属層８２１がエッチングされて、ビア８１９と電気的に接触している接点８２３を残す。８２４において、別の金属層８２５がウェハ８１５の底面に堆積される。８２６において、金属層８２５がエッチングされて、プローブ先端部８０９をビア８１９に接続するトレース８２７が形成される。８２８において、シリコンウェハ８０３およびその中に形成されたプローブ先端部１０９は、第２のウェハ８１５上に形成されたトレース８２７に位置合わせされ、ウェハは、金属熱圧着プロセスによって互いに接合される。８３０において、シリコンウェハ８０３の残りの部分がエッチングされて除去され、プローブ先端部８０９が第２のウェハ８１５から下方に延在する。

他の実施形態では、プローブ先端部を支持要素に直接形成することができる。ここで図９を参照すると、例示的なウェハ９００が示されている。ウェハ９００は、プローブカード用の支持要素を形成するために望ましく使用される材料（例えば、炭化ケイ素）から構成することができる。複数の空隙９０２～９０８をウェハ９００に形成し、導電性材料で充填することができる。例示的な実施形態では、空隙９０２～９０８の各々の底部を第１の導電性材料（例えば、タングステン）で充填して、複数のプローブ先端部９１０～９１６を形成することができる。空隙９０２～９０８の各々の残りの部分は、第２の導電材料（例えば、銅）で充填されたビア９１８～９２４を形成することができる。ウェハ９００の底部をエッチング除去して、プローブ先端部９１０～９１６を露出させることができる。従来の半導体エッチング技術は、プローブ先端部の所望のピッチをもたらすのに十分に細かいピッチ（すなわち、空隙間の距離）で空隙９０２～９０８を形成するのに適していない可能性がある。したがって、空隙９０２～９０８は、半導体に高アスペクト比の空隙を形成するのによく適した多光子吸収ベースのエッチングプロセスによって形成することができる。図９に関して説明した方法でのプローブ先端部の形成は、ビアが支持要素内のプローブ先端部の真上に形成される実施形態によく適し得る。

図１０は、プローブカードの形成に関する例示的な方法を示す。方法論は、シーケンスで実行される一連の動作として示され説明されているが、方法論はシーケンスの順序によって限定されないことを理解および認識されたい。例えば、いくつかの動作は、本明細書に記載されたものとは異なる順序で起こり得る。加えて、ある行為は、別の行為と同時に起こり得る。さらに、いくつかの例では、本明細書に記載の方法論を実施するために、すべての動作が必要とされるわけではない場合がある。

ここで図１０を参照すると、プローブカードの形成を容易にする方法１０００が示されている。方法１０００は、１００２で始まり、１００４で支持要素が形成される。支持要素は、支持要素が第１の面と、第１の面の反対側の第２の面とを有するように形成することができる。１００６において、複数のプローブ先端部が支持要素上に形成される。プローブ先端部は、支持要素の第１の面から外側に延在するように形成することができる。例示的な実施形態では、プローブ先端部は、プローブカードによって望ましく試験されるデバイス上の構成要素の配置と一致する配置で形成される。１００８において、複数のビアが、ビアが支持要素を通って第１の面から第２の面へと延在するように形成される。ビアの各々は、複数のプローブ先端部のそれぞれのプローブ先端部に接続される。１０１０において、複数の導電性トレースが形成される。導電性トレースは、支持要素の第２の面に形成することができる。導電性トレースの各々は、導電性トレースの各々が複数のプローブ先端部内の単一のそれぞれのプローブ先端部に電気的に接続されるように、複数のビア内のそれぞれのビアに接続することができる。方法１０００は１０１２で完了する。

以上の説明は、１つまたは複数の実施形態の例を含む。当然ながら、前述の態様を説明する目的で、上記の装置または方法の考えられるすべての修正および変更を説明することは不可能であるが、当業者は、様々な態様の多くのさらなる修正および置換が可能であることを認識することができる。したがって、記載された態様は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に入るすべてのそのような変更、修正、および変形を包含することが意図されている。さらに、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語が詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかで使用される限り、そのような用語は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が特許請求の範囲で移行語として使用される場合に解釈されるので、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様に包括的であることを意図している。

Claims (20)

1. プローブカードであって、
   プローブプラットフォームを含み、前記プローブプラットフォームが、
   第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面と、を有する支持要素と、
   前記支持要素の前記第１の面から外側に延在する複数のプローブ先端部であって、試験対象デバイス（ＤＵＴ）の構成要素と接触するように構成された複数のプローブ先端部と、
   前記第１の面から前記第２の面まで前記支持要素を貫通して延在する複数のビアであって、前記ビアの各々が前記複数のプローブ先端部のそれぞれのプローブ先端部に接続される、複数のビアと、
   複数の導電性トレースであって、前記導電性トレースの各々が前記複数のビア内のそれぞれのビアに接続され、電気信号が、前記導電性トレースを通って前記プローブ先端部に供給され得る、または前記プローブ先端部から受信され得る、複数の導電性トレースと、を含む、プローブカード。
2. 前記複数のプローブ先端部が第１のプローブ先端部および第２のプローブ先端部を含み、前記第１のプローブ先端部および前記第２のプローブ先端部が、前記支持要素上で互いに２０ミクロン未満だけ離間している、請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記支持要素が、炭化ケイ素、ダイヤモンド、窒化ガリウム、サファイア、またはガラスのうちの少なくとも１つから形成される、請求項１に記載のプローブカード。
4. 前記支持要素が炭化ケイ素から形成される、請求項３に記載のプローブカード。
5. 前記支持要素が、可視光に対して実質的に透明な材料で形成される、請求項１に記載のプローブカード。
6. 前記支持要素が、前記支持要素の上に形成された複数のアライメント機構を有する、請求項５に記載のプローブカード。
7. 前記アライメント機構が、前記支持要素の前記第１の面に形成され、前記支持要素の前記第２の面から前記支持要素を通して可視である、請求項６に記載のプローブカード。
8. 前記複数の導電性トレースが、前記支持要素の前記第２の面に形成され、前記プローブプラットフォームが、前記支持要素の前記第１の面に配置された第２の複数のトレースをさらに含み、前記プローブ先端部が、前記第２の複数のトレースを通して前記ビアに接続される、請求項１に記載のプローブカード。
9. 前記ビアが、前記ビアの各々が前記複数のプローブ先端部のそれぞれのプローブ先端部の軸と整列するように、前記支持要素を貫通して垂直に延在する、請求項１に記載のプローブカード。
10. 前記ビアの各々が、前記複数のプローブ先端部のそれぞれのプローブ先端部の軸線に対してある角度で前記支持要素を貫通して延在する、請求項１に記載のプローブカード。
11. 前記複数のビア内の第１のビアが非線形形状を有する、請求項１に記載のプローブカード。
12. 回路基板をさらに含み、前記プローブプラットフォームが前記回路基板に取り付けられ、前記回路基板が複数の接点を含み、前記接点の各々が前記複数のトレース内のそれぞれのトレースに電気的に接続される、請求項１に記載のプローブカード。
13. 前記回路基板が、前記回路基板の中に形成された複数の撓み部を有し、前記撓み部が、前記回路基板の平面に平行な前記プローブプラットフォームの動きを容易にするように構成され、前記撓み部が、前記回路基板の前記平面に垂直な前記プローブプラットフォームの動きを阻止するようにさらに構成される、請求項１２に記載のプローブカード。
14. 前記支持要素が、
    中央プラットフォームと、
    複数のアームであって、前記アームが前記中央プラットフォームから外側に延在し、前記複数のトレースの各々が前記アーム内のそれぞれのアームに沿って延在する、複数のアームと、を含む、請求項１２に記載のプローブカード。
15. 前記支持要素が、前記中央プラットフォームの周りに配置された環状部分をさらに含み、前記アームが、前記中央プラットフォームと前記環状部分との間に延在する、請求項１４に記載のプローブカード。
16. 前記支持要素がモノリシック要素である、請求項１５に記載のプローブカード。
17. 第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面と、を有する支持要素を形成するステップと、
    前記支持要素の前記第１の面から外側に延在する複数のプローブ先端部を形成するステップであって、前記複数のプローブ先端部が試験対象デバイス（ＤＵＴ）の構成要素と接触するように構成される、ステップと、
    前記第１の面から前記第２の面まで前記支持要素を貫通して延在する複数のビアを形成するステップであって、前記ビアの各々が前記複数のプローブ先端部のそれぞれのプローブ先端部に接続される、ステップと、
    複数の導電性トレースを形成するステップであって、前記導電性トレースの各々が前記複数のビア内のそれぞれのビアに接続され、電気信号が、前記導電性トレースを通って前記プローブ先端部に供給され得る、または前記プローブ先端部から受信され得る、ステップと、
    を含む方法。
18. マルチ光子吸収ベースの半導体製造技術を使用して前記支持要素内に複数の空隙を形成するステップをさらに含み、前記複数のビアを形成するステップが、前記複数の空隙の各々の第１の部分を導電性材料で充填するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記複数のプローブ先端部を形成するステップが、前記複数の空隙の各々の第２の部分を導電性材料で充填するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
20. システムであって、
    プローブプラットフォームを含み、前記プローブプラットフォームが、
    第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面と、を有する支持要素と、
    前記支持要素の前記第１の面から外側に延在する複数のプローブ先端部であって、試験対象デバイス（ＤＵＴ）の構成要素と接触するように構成された複数のプローブ先端部と、
    前記第１の面から前記第２の面まで前記支持要素を貫通して延在する複数のビアであって、前記ビアの各々が前記複数のプローブ先端部のそれぞれのプローブ先端部に接続される、複数のビアと、
    複数の導電性トレースであって、前記導電性トレースの各々が前記複数のビア内のそれぞれのビアに接続され、電気信号が、前記導電性トレースを通って前記プローブ先端部に供給され得る、または前記プローブ先端部から受信され得る、複数の導電性トレースと、
    回路基板であって、前記プローブプラットフォームが前記回路基板に取り付けられ、前記回路基板が複数の接点を含み、前記接点の各々が前記複数のトレース内のそれぞれのトレースに電気的に接続される、回路基板と、を含む、システム。