JP4163922B2

JP4163922B2 - プローブカード・アセンブリ及びキット、及びそれらを用いる方法

Info

Publication number: JP4163922B2
Application number: JP2002285164A
Authority: JP
Inventors: ハンドロス，イゴー，ワイ; マシュー，ゲータン，エル; エルドリッジ，ベンジャミン，エヌ; グルーブ，ゲーリー，ダヴリュー
Original assignee: フォームファクター，インコーポレイテッド
Priority date: 1994-11-15
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: KR100408948B1; JPH09508241A; EP1447846A3; WO1996017378A1; DE69530103T2; AU4159896A; EP1198001A2; KR20060087616A; KR100278093B1; JP2001077250A; WO1996015551A1; JP2007132950A; DE69533336D1; EP1447846A2; JP2008034861A; DE69530103D1; EP1408338A2; DE69531996D1; JP2006084475A; JP4160693B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子コンポーネント間で一時的な圧力接続をなすことに関し、更に詳細には、半導体素子の実装に先行して、好適には個々の半導体素子が、半導体ウェーハから単一化される前に、半導体素子に関する試験及びエージング手順を実施するための技法に関する。
【０００２】
関連出願に対する相互参照
本願は、同一出願人による１９９５年５月２６日に出願された（状況：係属中）米国特許同時係属出願第08/452,255号（以後、「親事例」と呼ぶ）の一部継続出願であり、同米国特許出願は、同一出願人による１９９４年１１月１５日に出願された（状況：係属中）米国特許同時係属出願第08/340,144号、及び１９９４年１１月１６日に出願されたその対応ＰＣＴ特許出願番号PCT/US94/13373（WO 95/14314 として１９９５年５月２６日に公告）の一部継続出願であり、それらは両方とも、同一出願による１９９３年１１月１６日に出願された（状況：係属中／認可）米国特許同時係属出願第08/152,812号の一部継続出願である。
【０００３】
本願は又、同一出願人による１９９５年９月２１日に出願された（状況：係属中）米国特許同時係属出願第08/526,246号、及び同一出願人による１９９５年１０月１８日に出願された（状況：係属中）米国特許同時係属出願第08/533,584号の一部継続出願でもある。
【０００４】
【従来の技術】
個々の半導体（集積回路）素子（ダイ）は通常、ホトリソグラフィ、堆積、その他の既知の技法を用いて、半導体ウェーハ上に幾つかの同一素子を作り出すことにより製造される。一般に、これらの工程は、半導体ウェーハから個々のダイを単一化（切断）する前に、完全に機能する複数の集積回路素子を作り出すことを目的とするものである。しかし、実際には、ウェーハ自体におけるある種の物理的欠陥、及びウェーハを処理する際のある種の欠陥が、ダイのうちの幾つかは「良」（完全に機能する）で、ダイのうちの幾つかは「不良」（機能しない）である原因となることは避けられない。ウェーハ上の複数のダイのうちどれが良であるかを、それらの実装の前に、好適には、それらがウェーハから単一化される前に識別できることが一般に望ましい。この目的のために、ウェーハ「試験装置」又は「プローブ装置」を有利に用いて、複数の離散的な圧力接続が、ダイ上の同様に複数の離散的な接続パッド（接着パッド）に対してなされる。このようにして、半導体ダイを、ウェーハからダイを単一化する前に、試験及び動作させることが可能となる。ウェーハ試験装置の慣用的な構成要素は、「プローブカード」であり、これに複数のプローブ要素が接続され、プローブ要素の先端が、半導体ダイの対応する接着パッドに対して圧力接続をもたらす。
【０００５】
ある種の困難性が、半導体ダイにプローブを当てるいずれの技法にもつきものである。例えば、最近の集積回路は、互いに近接して（例えば、中心間５ミル）配設された何千もの接着パッドを含んでいる。更に、接着パッドのレイアウトは、ダイの周辺エッジの近くに配設される、接着パッドの単一列に限定される必要はない（例えば、米国特許第5,453,583 号を参照）。
【０００６】
プローブ要素と半導体ダイの間に信頼性の良い圧力接続をもたらすには、幾つかのパラメータを問題にする必要があり、これらには、限定ではないが、位置合わせ、プローブ力、オーバードライブ、接触力、均衡した接触力、洗浄、接触抵抗、及び平坦化が含まれる。これらパラメータの一般的な議論は、「高密度プローブカード(HIGH DENSITY PROBE CARD) 」と題する米国特許第4,837,622 号に見出すことができ、これを参照として本明細書に取り込むが、この特許には、プローブ要素の荒成形されたエポキシリングを受けるよう適合した中央開口を備えたユニット式印刷回路基板を含む、高密度エポキシリング・プローブカードが開示されている。
【０００７】
一般に、従来技術のプローブカード・アセンブリには、プローブカードの一表面から片持ち梁として延伸する、複数のタングステン針が含まれる。タングステン針は、上記のようなエポキシリングの仲介等により、プローブカードに任意の適切な仕方で実装される。一般に、いずれの場合でも、針は、プローブカードの端子に針を接続する別個で特異なワイヤの仲介によって、プローブカードの端子に配線される。
【０００８】
プローブカードは通常、円形リングとして形成され、これらは、リングの内周から延伸する（、及びプローブカードの端子に配線される）何百ものプローブ要素（針）を備える。回路モジュール、及び好適には等しい長さの導電トレース（線）が、プローブ要素の各々と関連付けられる。このリング形状レイアウトにより、特に各半導体ダイの接着パッドが、半導体ダイの２つの対向エッジに沿った２つの直線アレイ以外で配列される場合、ウェーハ上の単一化されていない複数の半導体ダイ（多数サイト）にプローブを当てることが困難になり、ある場合には不可能になる。
【０００９】
ウェーハ試験装置は、代替として、中央の接触バンプ領域を有するプローブ膜を用いることもでき、これは、「超多ピン数を備えた試験下の半導体素子用の大規模突出膜(LARGE SCALE PROTRUSION MEMBRANE FOR SEMICONDUCTOR DEVICES UNDER TEST WITH VERY HIGH PIN COUNTS)」と題する、米国特許第5,422,574 号に記載されており、これを参照として本明細書に取り込む。この特許には、「試験システムは通常、一連の試験プログラムを実行及び制御するための試験コントローラと、試験の準備としてウェーハを機械的に取り扱い、位置決めするためのウェーハ分配システムと、被試験素子（ＤＵＴ）との正確な機械的接触を維持するためのプローブカードからなる。」（第１段落、４１−４６行）と記載されている。
【００１０】
更なる参考文献を参照として本明細書に取り込むが、これらには、半導体素子の試験における技術状態が表わされ、米国特許第5,442,282 号（「TESTING AND EXERCISING INDIVIDUAL UNSINGULETED DIES ON A WAFER」）、同第5,382,898 号（「HIGH DENSITY PROBE CARD FOR TESTING ELECTRICAL CIRCUITS 」）、同第5,378,982 号（「TEST PROBE FOR PANEL HAVING AN OVERLYING PROTECTIVE MEMBER ADJACENT CONTACTS」）、同第5,339,027 号（「RIGID-FLEX CIRCUITS WITH RAISED FEATURES AS IC TEST PROBE 」）、同第5,180,977 号（「MEMBRANE PROBE CONTACT BUMP COMPLIANCY SYSTEM 」）、同第4,757,256 号（「HIGH DENSITY PROBE CARD 」）、同第4,161,692 号（「PROBE DEVICE FOR INTEGRATED CIRCUIT WAFERS」）、及び同第3,990,689 号（「ADJUSTABLE HOLDER ASSEMBLY FOR POSITIONING A VACUM CHUCK」）が含まれる。
【００１１】
一般に、電子コンポーネント間の相互接続は、「相対的に永久な」及び「即座に取り外し可能な」相互接続という２つの広義のカテゴリーに分類できる。
【００１２】
「相対的に永久な」接続の一例として、半田接合がある。一旦２つのコンポーネントが互いに半田付けされると、それらコンポーネントを分離するのに、半田除去工程を用いる必要がある。ワイヤ接着は、「相対的に永久な」接続の他の例である。
【００１３】
「即座に取り外し可能な」接続の一例として、１つの電子コンポーネントの堅固なピンがあり、他の電子コンポーネントの弾力のあるソケット要素によって受容される。ソケット要素は、ピンに対して、それらの間の信頼のある電気接続を保証するのに十分な大きさの接触力（圧力）を及ぼす。
【００１４】
電子コンポーネントと圧力接触をなすことを目的とした相互接続要素は、本明細書において、「スプリング」又は「ばね要素」と呼ぶ。一般に、いくらかの最小接触力が、電子コンポーネントに（例えば、電子コンポーネント上の端子に）信頼性の良い圧力接触をもたらすのに望まれる。例えば、約１５グラム（接触当たり少なくて２グラム以下、且つ多くて１５０グラム以上を含む）の接触（荷重）力が、表面上に膜で汚染され、また表面上に腐蝕、又は酸化生成物を有する、電子コンポーネントの端子に信頼性良く電気接続をなすことを保証するのに望まれる。各スプリングに必要な最小接触力には、スプリング材料の降伏強度、又はばね要素の寸法のどちらかを増大させることが必要とされる。一般的な提案として、材料の降伏強度が高くなるほど、加工（例えば、打ち抜き、曲げ等）するのが益々困難になる。そして、スプリングを更に小さく製作したいという望みによって、それらの断面を更に大きく製作することが本質的に不可能になる。
【００１５】
プローブ要素は、本発明に特に関連したばね要素の１つの分類である。従来技術のプローブ要素は一般に、比較的硬質な（高降伏強度）タングステンから製造される。かかる比較的硬質な材料を電子コンポーネントの端子に実装することが所望である場合、ろう接法等の比較的「過酷な」（例えば、高温）工程が必要とされる。かかる「過酷な」工程は一般に、半導体素子等のいくつかの比較的「脆弱な」電子コンポーネントに関連して、望ましいものではない（また、実現できないことが多い）。それとは対照的に、ワイヤボンディングは、比較的「易しい」工程の一例であり、これは、ろう接法よりも、脆弱な電子コンポーネントに損傷を与えることが場合によってほとんどない。半田付けは、比較的「易しい」工程の他の例である。しかし、半田及び金は共に、比較的軟質な（低降伏強度）材料であり、これらは、ばね要素として十分には機能しない。
【００１６】
スプリング接触を含む相互接続要素に関連した他の微妙な問題は、しばしば、電子コンポーネントの端子が完全には共平面でない点にある。これらの「公差」（総共平面性）を吸収するために、共に組み込まれるある機構に欠けている相互接続要素が、激しく押圧されて、電子コンポーネントの端子と一貫した圧力接触をなすことになる。
【００１７】
以下の米国特許を参照として本明細書に取り込むが、これらには、電子コンポーネントに対して、面対向接続、特に圧力接続をなすことを一般的な問題として言及している。それら米国特許は、米国特許第5,386,344 号（「FLEX CIRCUIT CARD ELASTOMERIC CABLE CONNECTOR ASSEMBLY」）、同第5,336,380 号（「SPRING BIASED TAPERED CONTACT ELEMENTS FOR ELECTRICAL CONNECTORS AND INTEGRATED CIRCUIT PACKAGES」）、同第5,317,479 号（「PLATED COMPLIANT LEAD 」）、同第5,086,337 号（「CONNECTING STRUCTURE OF ELECTRONIC PART AND ELECTRONIC DEVICE USING THE STRUCTURE 」）、同第5,067,007 号（「SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING LEADS FOR MOUNTING TO A SURFACE OF A PRINTED CIRCUIT BOARD」）、同第4,989,069 号（「SEMICONDUCTOR PACKAGE HAVING LEADS THAT BREAK-AWAYFROM SUPPORTS 」）、同第4,893,172 号（「CONNECTING STRUCTUREFOR ELECTRONIC PART AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME」）、同第4,793,814 号（「ELECTRICAL CIRCUIT BOARD INTERCONNECT 」）、同第4,777,564 号（「LEADFRAME FOR USE WITH SURFACE MOUNTED COMPONENTS 」）、同第4,764,848 号（「SURFACE MOUNTED ARRAY STRAIN RELIEF DEVICE」）、同第4,667,219 号（「SEMICONDUCTOR CHIP INTERFACE」）、同第4,642,889 号（「COMPLIANT INTERCONNECTION AND METHOD THEREFOR 」）、同第4,330,165 号（「PRESS-CONTACT TYPE INTERCONNECTORS」）、同第4,295,700 号（「INTERCONNECTORS 」）、同第4,067,104 号（「MEHOD OF FABRICATING AN ARRAY OF FLEXIBLE METALLIC INTERCONNECTS FOR COUPLING MICROELECTRONICS COMPONENTS 」）、同第3,795,037 号（「ELECTRICAL CONNECTOR DEVICE 」）、同第3,616,532 号（「MULTILAYER PRINTED CIRCUIT ELECTRICAL INTERCONNECTION DEVICE」）、及び同第3,509,270 号（「INTERCONNECTION FOR PRINTED CIRCUITS AND METHOD OF MAKING SAME」）である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の１つの目的は、半導体素子を、特にそれらが半導体ウェーハ上にある間に、プローブ検査するための技法を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、プローブ要素の先端の配向を、プローブカードの位置を変更することなく可能にする、半導体素子にプローブを当てるための技法を提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、電子コンポーネントの端子に直接実装することが可能である、改良されたばね要素（復元性のある接触構造）を提供することである。
【００２１】
本発明の他の目的は、電子コンポーネントに対して圧力接触をなすのに適した相互接続要素を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、プローブカード・アセンブリには、上部表面、下部表面、及びその上部表面における複数の端子を有する、プローブカード（電子コンポーネント）と、上部表面、下部表面、その下部表面における端子から延伸する、第１の複数の復元性のある接触構造、及びその上部表面における端子から延伸する、第２の複数の復元性のある接触構造を有する、介在体（電子コンポーネント）と、上部表面、下部表面、その下部表面に配設される複数の接触パッド（端子）、及びその上部表面における端子から延伸する、第３の復元性のある接触構造（プローブ要素）を有する、間隔変換器とが含まれる。
【００２３】
介在体は、プローブカードの上部表面と間隔変換器の下部表面の間に配設されて、間隔変換器の配向（平坦性）が、プローブカードの配向を変更することなく調整されることを可能にする。この間隔変換器の配向の調整をもたらすのに適した機構、及び間隔変換器の正確な配向を決定するための技法が、本明細書に開示されている。このようにして、プローブ要素の先端（遠位端）を調整して、プローブ要素の先端と、プローブ検査される半導体素子の対応する接着パッド（端子）との間に、信頼性の良い圧力接触を保証することが可能となる。
【００２４】
代替として、複数の復元性のある接触構造が、介在体構成要素の代わりに、プローブカードの上部表面の端子に直接（すなわち、介在体の仲介なく）接触させるために、間隔変換器構成要素（すなわち、間隔変換器の下部表面の端子上に製造される）の下部表面に設けられる。
【００２５】
一般に、間隔変換器構成要素によって、その上部表面から延伸する複数の復元性のある接触構造が、比較的微細なピッチ（間隔）で電子コンポーネントの端子（すなわち、半導体素子の接着パッド）と接触すると同時に、その下部表面における間隔変換器（すなわち、接着パッド、又は代替として、復元性のある接触構造）に、比較的粗いピッチで接続することが可能となる。
【００２６】
本発明の１つの態様によれば、プローブカード・アセンブリの間隔変換器、及び介在体構成要素は、プローブカードと共に使用するのに適合した、「キット」として設けられる。任意として、間隔変換器の配向を調整するための機構を、キット内に含めることも可能である。
【００２７】
本発明の１つの態様によれば、間隔変換器構成要素の上部表面から延伸する復元性のある接触構造（プローブ要素）は、「複合相互接続要素」（以下で規定される）である。間隔変換器の下部表面から延伸する復元性のある接触構造の代替の場合にも、これらは同様に「複合相互接続要素」とすることができる。
【００２８】
本発明の１つの態様によれば、介在体構成要素の上部表面、及び下部表面から延伸する、復元性のある接触構造は、「複合相互接続要素」（以下で規定される）である。
【００２９】
本発明の１つの態様によれば、プローブ要素（間隔変換器構成要素の上部表面から延伸する、復元性のある接触構造）は、プローブカード・アセンブリの間隔変換器構成要素の端子上に直接製造される、「複合相互接続要素」として好適に形成される。「複合」（多層）相互接続要素が、電子コンポーネントに伸長要素（「コア」）を実装し、スプリング形状を有するように成形して、結果としての複合相互接続要素の物理的（例えば、スプリング）特性を強化し、及び／又は結果としての複合相互接続要素を電子コンポーネントに確実に締結するために、コアに保護膜生成を施すことにより製造される。介在体構成要素の復元性のある接触構造は又、複合相互接続要素として形成することもできる。
【００３０】
「複合」という用語の使用は、本明細書に記載した説明を通じて、用語（例えば、２つ以上の要素から形成される）の’総称的な’意味に一致しており、例えば、ガラス、カーボン、又は樹脂その他の基材に支持される他の繊維等の材料に施されるような試みの他の分野における「複合」という用語の如何なる利用とも混同すべきではない。
【００３１】
本明細書で使用する「スプリング形状」という用語は、先端に加えられる力に対して、伸長要素の端部（先端）の弾性（復元）運動を呈示する、伸長要素の事実上の任意の形状を言う。これには、１つ以上の湾曲部を有するように成形された伸長要素だけでなく、実質的に真っ直ぐな伸長要素も含まれる。
【００３２】
本明細書で使用する「接触領域」、「端子」、「パッド」及び類似の用語は、相互接続要素が実装、又は接触をなす任意の電子コンポーネント上の任意の導電領域を言う。
【００３３】
代替として、コアは、電子コンポーネントに実装する前に成型される。
【００３４】
代替として、コアは、電子コンポーネントではない犠牲基板の一部に実装されるか、又は犠牲基板の一部である。犠牲基板は、成形後、且つ保護膜生成の前か後のどちらかで除去される。本発明の１つの態様によれば、各種の構造的特徴を有する先端は、相互接続要素の接触端に配設できる。（上述した親事例の図１１Ａ−１１Ｆも参照されたい。）
本発明の１つの実施例の場合、コアは、比較的低い降伏強度を有する「軟質」材料であり、比較的高い降伏強度を有する「硬質」材料で保護膜生成される。例えば、金ワイヤ等の軟質材料が、半導体素子の接着パッドに、（例えば、ワイヤボンディングにより）取り付けられて、ニッケル及びその合金等の硬質材料で、（例えば、電気化学メッキにより）保護膜生成される。
【００３５】
コアの面対向保護膜、単一及び多層保護膜、微細突出部を有する「粗い」保護膜（親事例の図５Ｃ及び５Ｄも参照されたい）、及びコアの全長、又はコア長の一部のみに延伸する保護膜が記載されている。後者の場合、コアの先端は、電子コンポーネントに接触させるために適切に露出される（親事例の図５Ｂも参照されたい）。
【００３６】
一般に、本明細書に記載した説明を通じて、「メッキ」という用語は、コアに保護膜を生成するための多数の技法の一例として用いられる。本発明の範囲内にあるのは、限定ではないが、水溶液からの材料の堆積を伴う各種工程と、電解メッキと、無電解メッキと、化学気相成長法（ＣＶＤ）と、物理気相成長法（ＰＶＤ）と、液体又は固体先行物質の誘導壊変を通して、材料の堆積を生じせしめる工程と、その他を含む任意の適切な技法によって、コアに保護膜生成することができ、材料を堆積するためのこれら技法の全ては、一般に周知のところである。
【００３７】
一般に、ニッケル等の金属性材料で保護膜生成するために、電気化学的工程が好適であり、特に無電解メッキが好ましい。
【００３８】
本発明の他の実施例の場合、コアは、ばね要素として機能するのに本質的に適した、「硬質」材料の伸長要素であり、一端において、電子コンポーネントの端子に実装される。コア、及び端子の少なくとも隣接領域は、コアの端子への締結を強化する材料で保護膜生成される。このようにして、コアが、保護膜生成に先立って、必ずしも端子に十分実装される必要はなく、電子コンポーネントに潜在的にほとんど損傷を与えない工程を使用して、コアが、後続の保護膜生成に対して適所に「仮留め」される。これら「易しい」工程には、端子の軟質部分への硬質コアの端部の半田付け、貼り付け、及び突き刺しが含まれる。
【００３９】
好適には、コアはワイヤの形態をとる。代替として、コアは平坦なタブ（導電性金属リボン）である。
【００４０】
コア及び保護膜の両方に代表的な材料が開示される。
【００４１】
以降では主に、一般的に非常に小さな寸法（例えば、３．０ミル以下）である比較的軟質の（低降伏強度）コアで開始することを伴う技法を説明する。半導体素子に容易に付着する金等の軟質材料は、一般に、スプリングとして機能するのに十分な復元性が無い。（かかる軟質の金属性材料は、弾性変形ではなく、主に可塑性変形を呈示する。）半導体素子に容易に付着し、また適切な復元性を持つ他の軟質材料は、非導電性であることが多く、これは、大部分の弾性材料の場合にそうである。いずれの場合でも、所望の構造的、及び電気的特性が、コアにわたって施される保護膜により、結果としての複合相互接続要素に付与できる。結果としての複合相互接続要素は、非常に小さく製作でき、更に、適切な接触力も呈示し得る。更に、複数のかかる複合相互接続要素は、それらが、隣接する複合相互接続要素に対する距離（隣接する相互接続要素間の距離は、「ピッチ」と呼ばれる）よりもかなり大きな長さ（例えば、１００ミル）を有するとしても、微細ピッチ（例えば、１０ミル）で配列できる。
【００４２】
本発明の範囲内にあるのは、複合相互接続要素を、例えば、２５ミクロン（μｍ）以下の程度の断面寸法を有する、コネクタ及びソケット用の「超小型スプリング」のような、超小型スケールで製造可能なことである。ミルではなくミクロンで測定される寸法を有する信頼性の良い相互接続を製造できるこの能力は、現存の相互接続技法、及び将来のエリアアレイ技法という発展する要求に真っ向から対処する。
【００４３】
本発明の複合相互接続要素は、優れた電気的特性を呈示し、これには、導電率、半田付け可能性、及び低い接触抵抗が含まれる。多くの場合、加えられる接触力に応答した相互接続要素の偏向は、結果として「拭い」接触となり、これは、信頼性の良い接触をなすのを保証するのに役立つ。
【００４４】
本発明の追加の利点は、本発明の相互接続要素となされる接続が、容易に取り外し可能である点にある。電子コンポーネントの端子に相互接続をもたらす半田付けは、任意であるが、一般にシステムレベルでは好ましくない。
【００４５】
本発明の１つの態様によれば、制御されるインピーダンスを有する相互接続要素を製作するための方法が記載される。これらの技法には、一般に、誘電体材料（絶縁層）で導電コア、又は複合相互接続要素全体を被覆し（例えば、電気泳動的に）、導電材料の外部層で誘電体材料に保護膜生成することが伴う。外部の導電材料層を接地することにより、結果としての相互接続要素は効果的に遮蔽することができ、そのインピーダンスは容易に制御可能となる。（親事例の図１０Ｋも参照されたい。）
本発明の１つの態様によれば、相互接続要素は、電子コンポーネントへの後での取り付けのために、予め製造することができる。この目的を達成するための各種の技法が、本明細書に記載されている。本書類では特定的に保護されていないが、複数の個々の相互接続要素の基板への実装、又は代替として、エラストマーにおいて、又は支持基板上で複数の個々の相互接続要素の懸架を扱う機械を製造することも比較的簡単明瞭であると考えられる。
【００４６】
明確に理解されたいのは、本発明の複合相互接続要素は、その導電特性を強化する、又はその腐食耐性を強化するために被覆されていた、従来技術の相互接続要素とは劇的に異なるということである。
【００４７】
本発明の保護膜は、電子コンポーネントの端子への相互接続要素の締結を実質的に強化する、及び／又は結果としての複合相互接続要素に、所望の復元特性を付与することを特定的に意図するものである。応力（接触力）は、応力を吸収することを特定的に意図する、相互接続要素の部分に向けられる。
【００４８】
また認識されたいのは、本発明は、スプリング構造を製作するための本質的に新規な技法を提供するということである。一般に、結果としてのスプリングの動作構造は、曲げ及び成形の生成物ではなく、メッキの生成物である。これによって、スプリング形状を確立する広範な材料、及びコアの「足場」を電子コンポーネントに取り付けるための各種の「易しい」工程の利用に対して扉が開かれる。保護膜は、コアの「足場」にわたった「上部構造」として機能し、その両方が、土木工学の分野においてそれらの原点を有することを意味する。
【００４９】
本発明の特異な利点は、プローブ要素が、ろう接、又は半田付け等の追加の材料を必要とせず、プローブカード・アセンブリの間隔変換器の基質構成要素の端子上に直接製造できる点にある。
【００５０】
本発明の１つの態様によれば、復元性のある接触構造のいずれもが、少なくとも２つの複合相互接続要素として形成される。
【００５１】
本発明の他の目的、特徴、及び利点は、以下の発明の詳細な説明に鑑みて明らかになるであろう。
【００５２】
【発明の実施の形態】
参照は、本発明の好適な実施例に対して詳細になされ、その例は、添付図面に示されている。これらの好適な実施例に関連して本発明を説明するが、理解されたいのは、本発明の精神、及び範囲をこれら特定の実施例に限定することを意図しない、ということである。
【００５３】
本特許出願は、プローブカードアセンブリ、その構成要素、及びそれらを用いる方法を目指すものである。以下の詳細な説明から明らかとなるが、電子コンポーネントの端子に対して圧力接続をもたらすために、復元性のある接触構造を用いることが本質的である。好適には、復元性のある接触構造は、「複合相互接続要素」として実施され、これは例えば、１９９５年５月２６日に出願され、参照として本明細書に取り込む、上述した米国特許出願第08/452,255号（「親事例」）の開示に記載されている。本特許出願は、図１Ａ−１Ｅ、及び図２Ａ−２Ｉの記載において、親出願に開示される技法の幾つかを要約するものである。
【００５４】
本発明の重要な態様は、（１）結果としての複合相互接続要素の機械的性質を確立し、（２）相互接続要素が電子コンポーネントの１つの端子に実装される場合に、その端子に相互接続要素を確実に締結するために、「複合」相互接続要素が、コア（電子コンポーネントの端子に実装される）で開始し、次いで、適切な材料でコアに保護膜を生成することにより形成できる点にある。このようにして、弾性変形可能な形状へと容易に成形されて、電子コンポーネントの最も脆弱な部分にさえも容易に取り付けられる、軟質材料のコアで開始することにより、復元性のある相互接続要素（ばね要素）が製造できる。硬質材料からばね要素を形成し、容易には明白でなく、論証可能に直感的でない従来技術を鑑みると、その軟質材料は、ばね要素の基底部を形成可能である。かかる「複合」相互接続要素は、一般に、本発明の実施例に用いるのに、好適な形態の復元性のある接触構造である。
【００５５】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄは、本発明に従った、複合相互接続要素用の各種の形状を一般的に示す。
【００５６】
以降では主に、復元性を呈示する複合相互接続要素を説明する。しかし理解されたいのは、復元性のない複合相互接続要素も本発明の範囲内に入るということである。
【００５７】
更に、以降では主に、硬質（弾性）材料により保護膜生成される、軟質（容易に成形されて、使い勝手の良い工程により、電子コンポーネントに固定しやすい）コアを有する、複合相互接続要素を説明する。しかし、コアを硬質材料とし得ることも本発明の範囲内にあり、保護膜は、主に、電子コンポーネントに相互接続要素を確実に締結するように機能する。
【００５８】
図１Ａにおいて、電気的な相互接続要素１１０には、「軟質」材料（例えば、４０，０００ｐｓｉよりも少ない降伏強度を有する材料）のコア１１２と、「硬質」材料（例えば、８０，０００ｐｓｉよりも大きな降伏強度を有する材料）のシェル（保護膜）１１４とが含まれる。コア１１２は、概ね真っ直ぐな片持ち梁として成形
（構成）される伸長要素であり、０．０００５から０．００３０インチ（０．００１インチ＝１ミル≒２５ミクロン（μｍ））の直径を有するワイヤとすることができる。シェル１１４は、既に成形されたコア１１２にわたって、適切なメッキ工程（例えば、電気化学メッキ）等の任意の適切な工程により施される。
【００５９】
図１Ａは、本発明の相互接続要素に対して恐らく最も簡単な形状と思われるスプリング形状、すなわち、その先端１１０ｂにおいて加えられる力「Ｆ」に対して、ある角度で配向された真っ直ぐな片持ち梁を示す。かかる力が、相互接続要素が圧力接触している電子コンポーネントの端子により加えられる場合、先端の下方への（図で見て）偏向により、明らかに結果として、先端が端子を横切って移動する、すなわち「拭い」運動となる。かかる拭い接触により、信頼性の良い接触が、相互接続要素と電子コンポーネントの接触端子との間でなされることが保証される。
【００６０】
その「硬質性」のおかげで、またその厚さ（０．０００２５から０．００５００インチ）を制御することにより、シェル１１４は、相互接続要素１１０全体に対して、所望の復元性を付与する。このようにして、電子コンポーネント（不図示）間の復元性のある相互接続を、相互接続要素１１０の２つの端部１１０ａと１１０ｂの間にもたらすことができる。（図１Ａにおいて、参照番号１１０ａは、相互接続要素１１０の一端を示し、端部１１０Ｂに対向した実際の端部は示されていない。）電子コンポーネントの端子に接触する際に、相互接続要素１１０は、「Ｆ」で表記される矢印で示されるような、接触力（圧力）を受けることになる。
【００６１】
相互接続要素（例えば、１１０）は、加えられる接触力に応答して偏向することになるが、該偏向（復元性）は、相互接続要素の全体形状によって部分的に、（コアの降伏強度に対して）保護膜材料の優勢な（より大きな）降伏強度により部分的に、また、保護膜材料の厚さにより部分的に決定される。
【００６２】
本明細書で用いる「片持ち式」及び「片持ち梁」という用語は、伸長構造（例えば、保護膜付きコア１１２）が、一端に実装（固定）されて、他端は、通常、伸長要素の長手方向軸に対して概ね横方向に作用する力に応答して、自由に移動する。これらの用語の使用により、伝達又は暗示を意図する他の特定的な、又は限定的な意味は何もない。
【００６３】
図１Ｂにおいて、電気的な相互接続要素１２０には、同様に、軟質コア１２２（１１２に匹敵）と、硬質シェル１２４（１１４に匹敵）とが含まれる。この例の場合、コア１２２は、２つの湾曲部を有するように成形され、従って、Ｓ字形状と見なされる。図１Ａの例のように、このようにして、電子コンポーネント（不図示）間の復元性のある相互接続を、相互接続要素１２０の２つの端部１２０ａと１２０ｂの間にもたらすことができる。（図１Ｂにおいて、参照番号１２０ａは、相互接続要素１２０の一端部を示し、端部１２０ｂに対向した実際の端部は示されていない。）電子コンポーネントの端子に接触する際に、相互接続要素１２０は、「Ｆ」で表記される矢印で示されるような、接触力（圧力）を受けることになる。
【００６４】
図１Ｃにおいて、電気的な相互接続要素１３０には、同様に、軟質コア１３２（１１２に匹敵）と、硬質シェル１３４（１１４に匹敵）とが含まれる。この例の場合、コア１３２は、１つの湾曲部を有するように成形され、Ｕ字形状と見なすことができる。図１Ａの例のように、このようにして、電子コンポーネント（不図示）間の復元性のある相互接続を、相互接続要素１３０の２つの端部１３０ａと１３０ｂの間にもたらすことができる。（図１Ｃにおいて、参照番号１３０ａは、相互接続要素１３０の一端部を示し、端部１３０ｂに対向した実際の端部は示されていない。）電子コンポーネントの端子に接触する際に、相互接続要素１３０は、「Ｆ」で表記される矢印で示されるような、接触力（圧力）を受けられることになる。代替として、相互接続要素１３０を使用して、「Ｆ’」で表記される矢印で示されるように、その端部１３０ｂ以外で接触をなすこともできる。
【００６５】
図１Ｄは、軟質コア１４２と硬質シェル１４４を有する、復元性のある相互接続要素１４０の他の実施例を示す。この例の場合、相互接続要素１４０は、本質的に簡単な片持ち式（図１Ａに匹敵）であり、湾曲した先端１４０ｂは、その長手方向軸に対して横方向に作用する接触力「Ｆ」を受ける。
【００６６】
図１Ｅは、軟質コア１５２と硬質シェル１５４を有する、復元性のある相互接続要素１５０の他の実施例を示す。この例の場合、相互接続要素１５０は、概ね「Ｃ字形状」であり、好適には僅かに湾曲した先端を備え、「Ｆ」で表記される矢印で示されるように、圧力接触をなすのに適している。
【００６７】
理解されたいのは、軟質コアは、任意の弾性変形可能な形状、換言すると、復元性のある相互接続要素に、その先端に加えられる力に応答して弾性的に偏向せしめる形状へと、容易に形成することができるということである。例えば、コアは、慣用的なコイル形状に形成することもできる。しかし、コイル形状は、相互接続要素の全長、及びそれに関連したインダクタンス（その他）、また高周波（速度）で動作する回路へのインダクタンスの悪影響に起因して好ましくない。
【００６８】
シェル、又は多層シェル（以下で説明する）の少なくとも１つの層の材料は、コアの材料よりも大幅に高い降伏強度を有する。従って、シェルは、結果としての相互接続構造の機械的特性（例えば、弾性）を確立する際にコアの影を薄くする。シェル対コアの降伏強度の比率は、少なくとも２：１が好適であり、少なくとも３：１及び少なくとも５：１も含み、１０：１程度に高くすることもできる。また明らかなのは、シェル、又は多層シェルの少なくとも外部層は、導電性にすべきであり、シェルがコアの端部を覆う場合には顕著である。（しかし、親事例には、コアの端部が露出される実施例が記載されており、その場合には、コアは導電性でなければならない。）
学術的な観点から、結果としての複合相互接続要素のばね作用（スプリング形状）部分に、硬質材料で保護膜生成することが唯一必要である。この観点から、コアの２つの端部の両方に保護膜生成することは一般に本質的でない。しかし、実際問題としては、コア全体に保護膜生成することが好ましい。電子コンポーネントに締結（取り付け）られるコアの一端に保護膜生成する特定の理由、及びそれで生じる利点を、以下で更に詳細に論じる。
【００６９】
コア（１１２、１２２、１３２、１４２）に適した材料には、限定でないが、金、アルミニウム、銅、及びそれらの合金が含まれる。これらの材料は通常、所望の物理的性質を得るために、少量の他の材料で合金化されるが、それらは例えば、ベリリウム、カドミウム、シリコン、マグネシウム、その他である。銀、パラジウム、プラチナ、プラチナ群の元素の金属等の金属又は合金を用いることも可能である。鉛、スズ、インジウム、ビスマス、カドミウム、アンチモン、及びそれらの合金から構成される半田が使用可能である。
【００７０】
電子コンポーネントの端子へのコア（ワイヤ）の一端の面対向取り付け（以下で更に詳細に論じる）は、一般に、（温度、圧力、及び／又は超音波エネルギーを用いて、ボンディングをもたらす）ボンディングしやすい任意の材料（例えば、金）のワイヤであり、これは、本発明を実施するのに適している。非金属材料を含む、保護膜生成（例えば、メッキ）しやすい任意の材料が、コアに使用できることも本発明の範囲内である。シェル（１１４、１２４、１３４、１４４）に適した材料には、（多層シェルの個々の層に関して、以下で論じるように）限定ではないが、ニッケル及びその合金と、銅、コバルト、鉄及びそれらの合金と、両方とも卓越した電流搬送能力、及び良好な接触抵抗特性を呈示する、金（特に硬質の金）及び銀と、プラチナ群の元素と、貴金属と、半貴金属及びそれらの合金、特にプラチナ群の元素及びそれらの合金と、タングステンと、モリブデンが含まれる。半田状の仕上げが所望の場合には、スズ、鉛、ビスマス、インジウム、及びそれらの合金を用いることもできる。
【００７１】
これらの被覆材料を、上記に記載した各種のコア材料にわたって施すために選択される技法は、無論のこと、用途に合わせて変化する。電解メッキ、及び無電解メッキは一般に好適な技法である。しかし、一般には、金のコアにわたってメッキを施すことは、直感的ではない。本発明の１つの態様によれば、金のコアにわたってニッケルのシェルをメッキする（特に、無電解メッキする）場合、メッキ開始を容易にするために、まず、金のワイヤステムにわたって薄い銅の開始層を施すことが望ましい。
【００７２】
図１Ａ−１Ｅに示すような例示的な相互接続要素は、約０．００１インチのコア径と、０．００１インチのシェル厚を有し、従って、相互接続要素は、約０．００３インチの全体径（すなわち、コア径足す２倍のシェル厚）を有する。一般に、シェルのこの厚さは、コアの厚さ（例えば、直径）の０．２−５．０（１／５から５）倍程度となる。
【００７３】
複合相互接続要素に関する幾つかの例示的なパラメータは、以下のようになる。
【００７４】
（ａ）１．５ミルの直径を有する金のワイヤコアが、４０ミルの全長、及び９ミル半径の略Ｃ字状湾曲（図１Ｅに匹敵）を有するように成形され、０．７５ミルのニッケルでメッキされ（全体径＝１．５＋２×０．７５＝３ミル）て、任意として金の５０マイクロインチの最終保護膜を受容する。結果としての複合相互接続要素は、約３−５グラム／ミルのばね定数（ｋ）を呈示する。使用時に、３−５ミルの偏向は、結果として９−２５グラムの接触力となる。この例は、介挿物用のばね要素に関連して有用である。
【００７５】
（ｂ）１．０ミルの直径を有する金のワイヤコアが、３５ミルの全長を有するように成形され、１．２５ミルのニッケルでメッキされ（全体径＝１．０＋２×１．２５＝３．５ミル）て、任意として金の５０マイクロインチの最終保護膜を受容する。結果としての複合相互接続要素は、約３グラム／ミルのばね定数（ｋ）を呈示して、プローブ用のばね要素に関連して有用である。
【００７６】
（ｃ）１．５ミルの直径を有する金のワイヤコアが、２０ミルの全長、及び約５ミルの半径の略Ｓ字状湾曲を有するように成形され、０．７５ミルのニッケル又は銅でメッキされる（全体径＝１．５＋２×０．７５＝３ミル）。結果としての複合相互接続要素は、約２−３グラム／ミルのばね定数（ｋ）を呈示して、半導体素子上に実装するためのばね要素に関連して有用である。
【００７７】
以下で更に詳細に示すように、コアは、丸い断面を有する必要はなく、むしろシートから延伸する平坦なタブ（矩形断面を有する）とすることもできる。理解されたいのは、本明細書で用いる「タブ」という用語は、「ＴＡＢ」（テープ自動化ボンディング）と混同すべきでない、ということである。
【００７８】
多層シェル
図２Ａは、端子２１４が設けられる電子コンポーネント２１２に実装された、相互接続要素２１０の１つの実施例２００を示す。この例の場合、軟質（例えば、金）ワイヤコア２１６が、一端において端子２１４にボンディングされ（取り付けられ）、端子から延伸してスプリング形状を有するように構成され（図１Ｂに示す形状に匹敵）て、自由端２１６ｂを有するように切断される。このようにワイヤのボンディング、成形、及び切断は、ワイヤボンディング装置を用いて達成される。コアの端部２１６ａにおける接着剤は、端子２１４の露出表面の比較的小さい部分しか覆わない。
【００７９】
シェル（保護膜）が、ワイヤコア２１６にわたって配設され、この例の場合、多層化として示され、内層２１８と外層２２０を有し、その両方の層はメッキ工程により適切に施される。多層シェルの１つ以上の層が、硬質材料（ニッケル及びその合金等の）から形成されて、所望の復元性が、相互接続要素２１０に付与される。例えば、外層２２０は、硬質材料とすることができ、内層は、コア材料２１６上に硬質材料２２０をメッキする際に、緩衝又は障壁層として（あるいは、活性層、接着材層として）機能する材料とすることができる。代替として、内層２１８を硬質材料とし、外層２２０を、導電率及び半田付け可能性を含めた優れた電気的特性を呈示する材料（軟質の金等）とすることもできる。半田又はろう接型式の接触が所望の場合、相互接続要素の外層は、それぞれ、鉛−スズ半田又は金−スズろう接材料とすることができる。
【００８０】
端子への締結
図２Ａは、総括的に、本発明の他の重要な特徴、すなわち復元性のある相互接続要素が、電子コンポーネント上の端子に確実に締結できることを示す。相互接続要素の取付端２１０ａは、相互接続要素の自由端２１０ｂに加えられる圧縮力（矢印「Ｆ」）の結果として、大幅な機械的応力を受ける。
【００８１】
図２Ａに示すように、保護膜（２１８、２２０）は、コア２１６だけでなく、連続して（中断なしに）コア２１６に隣接する端子２１４の残り（すなわち、接着剤２１６ａ以外）の露出表面全体も覆う。これによって、相互接続要素２１０が、端子に確実且つ信頼性良く締結され、保護膜材料が、端子への結果としての相互接続要素の締結に対して、実質的に（例えば、５０％よりも大きく）寄与する。一般に、必要なのは、保護膜材料が、コアに隣接する端子の少なくとも一部を覆うことだけである。しかし、保護膜材料は、端子の残りの表面全体を覆うことが一般に好ましい。好適には、シェルの各層は金属性である。
【００８２】
一般的な提案として、コアが端子に取付（接着）される比較的小さい領域は、結果としての複合相互接続要素に課せられる接触力（「Ｆ」）から生じる応力を吸収するのにあまり適さない。シェルが、端子の露出表面全体（端子へのコア端２１６ａの取付をなす比較的小さい領域以外の）を覆うおかげで、相互接続構造全体が、端子に確実に締結される。保護膜の接着強度、及び接触力に反作用する能力は、コア端（２１６ａ）自体のそれよりはるかに高い。
【００８３】
本明細書で用いる「電子コンポーネント」（例えば、２１２）という用語には、限定ではないが、相互接続及び介挿基板と、シリコン（Ｓｉ）又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）等の任意の適切な半導体材料製の半導体ウェーハ及びダイと、生成相互接続ソケットと、試験ソケットと、親事例に記載されているような犠牲部材、要素及び基板と、セラミック及びプラスチックパッケージ、及びチップキャリアを含む半導体パッケージと、コネクタとが含まれる。
【００８４】
本発明の相互接続要素は、特に、以下のものとして用いるのに十分適している。すなわち、
・半導体パッケージを有する必要がなく、シリコンダイに直接実装される相互接続要素と、
・電子コンポーネントを試験するために、基板（以下で更に詳細に説明する）からプローブとして延伸する相互接続要素と、
・介挿物（以下で更に詳細に論じる）の相互接続要素である。
【００８５】
本発明の相互接続要素は、それが、硬質材料の付随の通常貧弱なボンディング特性によって制限されることなく、硬質材料の機械的特性（例えば、高い降伏強度）の恩恵を受ける点で類を見ない。これは、親事例に詳しく述べられているように、シェル（保護膜）が、コアの「足場」にわたって「上部構造」として機能するという事実により大いに可能になる。ここで、それら２つの用語は、土木工学の環境から借用したものである。これは、メッキが保護（例えば、耐腐食）被覆として用いられ、また、相互接続構造に対して所望の機械的特性を付与するのが一般に不可能である、従来技術のメッキ化相互接続要素とは非常に異なる。また、これは、電気的な相互接続部に施されるベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）等の、任意の非金属性の耐腐食被覆とはある種著しく対照的である。
【００８６】
本発明の多数の利点の中には、複数の自立相互接続構造が、基板の上の共通の高さに対して、減結合コンデンサを有するＰＣＢ等のその異なるレベルから、基板上に容易に形成されるので、それらの自由端は互いに共平面にあるという利点がある。更に、本発明に従って形成される相互接続要素の電気的、及び機械的（例えば、可塑及び弾性）特性が共に、特定の用途に対して容易に合わせられる。例えば、所与の用途において望ましいのは、相互接続要素が、可塑及び弾性変形を呈示することである。（可塑変形が望ましいのは、相互接続要素により相互接続されるコンポーネントにおいて、総非平面性を吸収するためである。）弾性的な挙動が所望である場合、相互接続要素が、最小閾値量の接触力を発生して、信頼性の良い接触をもたらすことが必要である。また利点は、接触表面上に汚染膜が偶発的に存在することに起因して、相互接続要素の先端が、電子コンポーネントの端子と拭い接触をなす点にもある。
【００８７】
本明細書で用い、接触構造に適用される「復元性のある」という用語は、加えられた荷重（接触力）に応答して、主に弾性的な挙動を呈示する接触構造（相互接続要素）を意味し、また、「従順な」という用語は、加えられた荷重（接触力）に応答して、弾性的及び可塑的な挙動の両方を呈示する接触構造（相互接続要素）を意味する。本明細書で用いるような、「従順な」接触構造は、「復元性のある」接触構造である。本発明の複合相互接続要素は、従順な、又は復元性のある接触構造のどちらかの特別な場合である。
【００８８】
多数の特徴は、親事例に詳細に述べられており、限定ではないが、犠牲基板上に相互接続要素を製造するステップと、電子コンポーネントに複数の相互接続要素を一括転写するステップと、好適には粗い表面仕上げである接触先端を相互接続要素に設けるステップと、一時的、次いで永久的な接続を電子コンポーネントになすために、電子コンポーネント上に相互接続要素を使用するステップと、相互接続要素を、それらの対向端での間隔とは異なる一端での間隔を有するように配列するステップと、相互接続要素を製造するステップと同一工程のステップで、ばねクリップ、及び位置合わせピンを製造するステップと、接続されたコンポーネント間での熱膨張による差異を吸収するように、相互接続要素を使用するステップと、個別の半導体パッケージ（ＳＩＭＭ等の）の必要性を廃除するステップと、任意として、復元性のある相互接続要素（復元性のある接触構造）を半田付けするステップとを含む。
【００８９】
制御されたインピーダンス
図２Ｂは、多層を有する複合相互接続要素２２０を示す。相互接続要素２２０の最内部（内部の細長い導電要素）２２２は、上記したように、未被覆コアか、又は既に保護膜生成されているコアのいずれかである。最内部２２２の先端２２２ｂは、適切なマスキング材料（不図示）でマスクされる。誘電体層２２４が、電気泳動工程等により最内部２２２にわたって施される。導電材料の外層２２６が、誘電体層２２４にわたって施される。
【００９０】
使用時に、外層２２６を電気的に接地することにより、結果として、相互接続要素が、制御されたインピーダンスを有することになる。誘電体層２２４用の例示的な材料は、高分子材料であり、任意の適切な仕方で、且つ任意の適切な厚さ（例えば、０．１−３．０ミル）に施される。
【００９１】
外層２２６は多層とすることができる。例えば、最内部２２２が未被覆のコアである例では、相互接続要素全体が復元性を呈示することが所望である場合、外層２２６のうち少なくとも１つの層は、ばね材料である。
【００９２】
ピッチ変更
図２Ｃは、複数（図示では多くのうち６個）の相互接続要素２５１…２５６が、プローブカード挿入（慣用的な仕方でプローブカードに実装される副アセンブリ）等の電子コンポーネント２６０の表面上に実装される実施例２５０を示す。プローブカード挿入の端子及び導電トレースは、図示の明瞭化のために、この図面から省略されている。相互接続要素２５１…２５６の取付端は、０．０５−０．１０インチといった第１のピッチ（間隔）で始まる。相互接続要素２５１…２５６は、それらの自由端（先端）が０．００５−０．０１０インチといった第２の微細なピッチとなるように、成形及び／又は配向される。あるピッチから別のピッチへと相互接続をなす相互接続アセンブリは、通常、「間隔変換器」と呼ばれる。
【００９３】
図示のように、相互接続要素の先端２５１ｂ…２５６ｂは、２つの平行な列状に配列されるが、これは例えば、接着パッド（接点）の２つの平行な列を有する半導体素子に接触させる（試験及び／又はエージング時に）ためである。相互接続要素は、他の先端パターを有するように配列できるが、これは、アレイ等の他の接点パターンを有する電子コンポーネントに接触させるためである。
【００９４】
一般に、本明細書に開示される実施例を通じて、１つの相互接続要素しか示さないが、本発明は、複数の相互接続要素を製造して、周辺パターン又は矩形アレイパターンといった、互いに規定の空間関係で複数の相互接続要素を配列することにも適用可能である。
【００９５】
犠牲基板の使用
電子コンポーネントの端子への直接的な相互接続要素の実装を以上に説明した。総括的に言うと、本発明の相互接続要素は、犠牲基板を含む任意の適切な基板の任意の適切な表面に製造、又は実装可能である。
【００９６】
親事例に注目されたいが、これには、例えば電子コンポーネントへの後続の実装のための別個、且つ特異な構造として、複数の相互接続構造（例えば、復元性のある接触構造）を製造する図１１Ａ−１１Ｆに関しての記載、及び犠牲基板（キャリア）に複数の相互接続要素を実装し、次いで電子コンポーネントにひとまとめで複数の相互接続要素を転写する図１２Ａ−１２Ｃに関しての記載がある。
【００９７】
図２Ｄ−２Ｆは、犠牲基板を用いて、先端構造を実施した複数の相互接続要素を製造するための技法を示す。
【００９８】
図２Ｄは、技法２５０の第１のステップを示し、マスキング材料２５２のパターン化層が、犠牲基板２５４の表面上に施される。犠牲基板２５４は、例として、薄い（１−１０ミル）銅又はアルミニウム箔とすることができ、マスキング材料２５２は、共通のホトレジストとなる。マスキング層２５２は、相互接続要素の製造を所望する位置２５６ａ、２５６ｂ、２５６ｃにおいて、複数（図示では多くのうち３個）の開口を有するようにパターン化される。位置２５６ａ、２５６ｂ、及び２５６ｃは、この意味で、電子コンポーネントの端子に匹敵する。位置２５６ａ、２５６ｂ、及び２５６ｃは、この段階で好適に処理されて、粗い又は特徴的な表面模様を有する。図示のように、これは、位置２５６ａ、２５６ｂ、及び２５６ｃにおいて、箔２５４に窪みを形成する型押し治具２５７で機械的に達成される。代替として、３つの位置での箔の表面を、表面模様を有するように化学的にエッチングすることも可能である。この一般的な目的をもたらすのに適した任意の技法は、本発明の範囲内にあり、例えばサンドブラスティング、ピーニングその他である。
【００９９】
次に、複数（図示では多くのうち１つ）の導電性先端構造２５８が、図２Ｅに示すように、各位置（例えば、２５６ｂ）に形成される。これは、電解メッキ等の任意の適切な技法を用いて達成され、多層の材料を有する先端構造を含む。例えば、先端構造２５８は、犠牲基板上に施されるニッケルの薄い（例えば、１０−１００マイクロインチ）障壁層、続いて軟質の金の薄い（例えば、１０マイクロインチ）、続いて硬質の金の薄い（例えば、２０マイクロインチ）層、続いてニッケルの比較的厚い（例えば、２００マイクロインチ）層、軟質の金の最終の薄い（例えば、１００マイクロインチ）層を有する。一般に、ニッケルの第１の薄い障壁層は、後続の金の層が、基板２５４の材料（例えば、アルミニウム、銅）によって「腐敗」されるのを防止するために設けられ、ニッケルの比較的厚い層は、先端構造に強度を与えるためであり、軟質の金の最終の薄い層は、容易に接着される表面を与える。本発明は、先端構造を犠牲基板上に形成する方法の如何なる特定例にも限定されない。というのは、これらの特定例は、用途に応じて必然的に変化するためである。
【０１００】
図２Ｅに示すように、相互接続要素用の複数（図示では多くのうち１つ）のコア２６０が、例えば、上記した電子コンポーネントの端子に軟質のワイヤコアをボンディングする技法のいずれかによって、先端構造２５８上に形成される。コア２６０は次に、上記の仕方で好適には硬質材料２６２で保護膜生成され、マスキング材料２５２が次いで除去され、結果として、図２Ｆに示すように、犠牲基板の表面に実装される複数（図示では多くのうち３つ）の自立相互接続要素２６４となる。
【０１０１】
図２Ａに関連して説明した、端子（２１４）の少なくとも隣接した領域を覆う保護膜材料と同様にして、保護膜材料２６２は、それらの対応する先端構造２５８にコア２６０を確実に締結し、所望の場合、結果としての相互接続要素２６２に復元特性を付与する。親事例で注記したように、犠牲基板に実装される複数の相互接続要素は、電子コンポーネントの端子に一括転写される。代替として、２つの広範に分岐した経路をとることもできる。
【０１０２】
シリコンウェーハを犠牲基板として使用でき、その上に先端構造が製造されること、及びそのように製造された先端構造が、電子コンポーネントに既に実装されている復元性のある接触構造に連結（例えば、半田付け、ろう接）できることも、本発明の範囲内である。
【０１０３】
図２Ｇに示すように、犠牲基板２５４は、選択性化学エッチング等の任意の適切な工程により簡単に除去される。ほとんどの選択性化学エッチングは、他方の材料よりもかなり大きな比率で一方の材料をエッチングし、また、他方の材料は、その工程で僅かしかエッチングされないので、この現象を有利に用いて、犠牲基板の除去と同時に、先端構造におけるニッケルの薄い障壁層が除去される。しかし、必要ならば、薄いニッケル障壁層は、後続のエッチングステップでも除去可能である。これによって、結果として、複数（図示では多くのうち３つ）の個々に離散し特異な相互接続要素２６４となり、これは点線２６６で示され、電子コンポーネント上の端子に（半田付け又はろう接等により）後で装着される。
【０１０４】
また、言及すべきは、保護膜材料が、犠牲基板及び／又は薄い障壁層を除去する工程で、僅かに薄くされるという点である。しかし、これが生じないほうが好ましい。
【０１０５】
保護膜の薄小化を防止するには、金の薄い層、又は例えば、約２０マイクロインチの硬質の金にわたって施される約１０マイクロインチの軟質の金が、保護膜材料２６２にわたって最終層として施されることが好ましい。かかる金の外層は、主に、その優れた導電率、接触抵抗、及び半田付け可能性を意図するものであり、障壁層及び犠牲基板の除去に用いることを意図した、ほとんどのエッチング溶液に対して、一般に不浸透性が高い。
【０１０６】
代替として、図２Ｈに示すように、犠牲基板２５４の除去に先行して、複数（図示では多くのうち３つ）の相互接続要素２６４が、内部に複数の穴を有する薄いプレート等の任意の適切な支持構造２６６によって、互いの所望の空間関係で「固定」され、それに基づき犠牲基板が除去される。支持構造２６６は、誘電体材料、又は誘電体材料で保護膜生成される導電材料とすることができる。シリコンウェーハ又は印刷回路基板等の電子コンポーネントに、複数の相互接続要素を装着するステップといった、更なる処理ステップが次に進行する。加えて、幾つかの用途において、相互接続要素２６４の先端（先端構造に対向した）が移動しないように安定化することが望ましく、これは特に、そこに接触力が加えられる場合である。この目的のために、また望ましいのは、誘電体材料から形成されたメッシュといった、複数の穴を有する適切なシート２６８で、相互接続要素の先端の移動に制約を与えることである。
【０１０７】
上記の技法２５０の特異な利点は、先端構造（２５８）が、事実上任意の所望の材料から形成されて、事実上任意の所望の模様を有する点にある。上述したように、金は、導電性、低い接触抵抗、半田付け可能性、及び腐蝕耐性という卓越した電気的特性を呈示する貴金属の一例である。金は又可鍛性であるので、本明細書に記載の相互接続要素、特に本明細書に記載の復元性のある相互接続要素のいずれかにわたって施される、最終の保護膜とするのに極めて十分適している。他の貴金属も同様に望ましい特性を呈示する。しかし、かかる卓越した電気的特性を呈示する、ロジウム等の幾つかの材料は、一般に、相互接続要素全体に保護膜生成するのに適切でない。例えば、ロジウムは、著しく脆く、復元性のある相互接続要素上の最終保護膜として十分には機能しない。これに関して、技法２５０に代表される技法は、この制限を容易に克服する。例えば、多層先端構造（２５８を参照）の第１の層は、（上記のように金ではなく）ロジウムとすることができ、それにより、結果としての相互接続要素のいかなる機械的挙動にも何の影響を与えることなく、電子コンポーネントに接触させるために、その優れた電気的特性を引き出す。
【０１０８】
図２Ｉは、相互接続要素を製造するための代替実施例２７０を示す。この実施例の場合、マスキング材料２７２が、犠牲基板２７４の表面に施されて、図２Ｄに関して上記した技法と同様にして、複数（図示では多くのうち１つ）の開口２７６を有するようにパターン化される。開口２７６は、相互接続要素が、自立構造として製造される領域を規定する。（本明細書に記載の説明を通じて用いる、相互接続要素が「自立」であるのは、その一端が、電子コンポーネントの端子、又は犠牲基板のある領域にボンディングされ、また、その他端が、電子コンポーネント、又は犠牲基板にボンディングされない場合である。）
開口内の領域は、犠牲基板２７４の表面内に延伸する単一の窪みで２７８示されるように、１つ以上の窪みを有するように、任意の適切な仕方で模様加工される。
【０１０９】
コア（ワイヤステム）２８０が、開口２７６内の犠牲基板の表面にボンディングされて、任意の適切な形状を有する。この図示の場合、例示の明瞭化のために、１つの相互接続要素の一端しか示されていない。他端（不図示）は、電子コンポーネントに取り付けられる。ここで容易に見られるのは、コア２８０が、先端構造２５８ではなく、犠牲基板２７４に直接ボンディングされるという点で、技法２７０が上述した技法２５０とは異なるということである。例として、金ワイヤコア（２８０）が、慣用的なワイヤボンディング技法を用いて、アルミニウム基板（２７４）の表面に容易にボンディングされる。
【０１１０】
工程（２７０）の次のステップでは、金の層２８２が、コア２８０にわたって、また、窪み２７８内を含む、開口２７６内の基板２７４の露出領域上に施される（例えば、メッキにより）。この層２８２の主な目的は、結果としての相互接続要素の端部に、接触表面を形成することである（すなわち、犠牲基板が除去されると）。
【０１１１】
次に、ニッケル等の比較的硬質な材料の層２８４が、層２８２にわたって施される。上述したように、この層２８４の１つの主な目的は、結果としての複合相互接続要素に所望の機械的特性（例えば、復元性）を付与することである。この実施例において、層２８４の他の主な目的は、結果としての相互接続要素の低い方の（図示のように）端部に製造される接触表面の耐久性を強化することである。金の最終層（不図示）が、層２８４にわたって施されることになるが、これは、結果としての相互接続要素の電気的特性を強化するためである。
【０１１２】
最終ステップにおいて、マスキング材料２７２、及び犠牲基板２７４が除去され、結果として、複数の特異な相互接続要素（図２Ｇに匹敵）か、又は互いに所定の空間関係を有する複数の相互接続要素（図２Ｈに匹敵）のいずれかとなる。
【０１１３】
この実施例２７０は、相互接続要素の端部に模様加工の接触先端を製造するための代表的な技法である。この場合、「ニッケルの金上重ね」接触先端の卓越した一例を説明した。しかし、本明細書に記載の技法に従って、他の類似の接触先端が、相互接続要素の端部に製造可能であることも本発明の範囲内である。この実施例２７０の別の特徴は、接触先端が、以前の実施例２５０で意図したような犠牲基板（２５４）の表面内ではなく、犠牲基板（２７４）の頂部全体に構成される点にある。
【０１１４】
介在体の概論
上記の技法は、複合相互接続要素を製造するための斬新な技法を一般的に説明するものであり、その物理的特性は、所望の度合いの復元性を呈示するように容易に合わせられる。
【０１１５】
一般に、本発明の複合相互接続要素は、介在体として機能する基板に容易に実装（製造）され、介在体は、２つの電子コンポーネントの間に配設され、それらを相互接続し、２つの電子コンポーネントのうちの１つは、介在体の各側に配設される。介在体における複合相互接続要素の製造及び使用は、上述の本出願人による米国特許同時係属出願第08/526,426号に詳細に記載されている。
【０１１６】
上記の技法は、複合相互接続要素を製造するための斬新な技法を一般的に説明するものであり、その物理的特性は、所望の度合いの復元性を呈示するように容易に合わせられ、また上記の技法は、かかる複合相互接続要素を用いて、介在体を製造する能力を一般的に説明するものである。
【０１１７】
一般に、本発明の複合相互接続要素は、相互接続要素の先端が、半導体素子の選択された領域（例えば、接着パッド）と接触すべく配列されるようにして、基板に容易に実装（製造）される。
【０１１８】
親事例は、半導体素子にプローブを当てるための各種技法を開示している。
【０１１９】
介在体において、本発明の相互接続要素を用いる趣旨は、上記で述べた。一般に、本明細書に用いる「介在体」とは、基板のことであり、その２つの対向した表面上に接触子を有し、２つの電子コンポーネントの間に配設されて、その２つの電子コンポーネントを相互接続する。時折、介在体が、２つの相互接続要素のうちの少なくとも１つの取り外し（例えば、交換、更新その他のために）を可能にすることが望ましい。
【０１２０】
介在体実施例＃１
図３Ａは、本発明の相互接続要素を用いた、介在体の１つの実施例３００を示す。一般に、ＰＣＢ型式の基板等の絶縁基板３０２には、複数（図示では多くのうち２つ）の導電性スルーホール（例えば、メッキされたバイア）３０６、３０８その他が設けられ、その各々は、絶縁基板３０２の上部（上側）表面３０２ａ、及び下部（下側）表面３０２ｂにおいて露出した導電部分を有する。
【０１２１】
１対の軟質コア３１１及び３１２が、基板３０２の上部表面３０２ａにおいて、スルーホール３０６の露出部分に取り付けられる。１対の軟質コア３１３及び３１４が、基板３０２の下部表面において、スルーホール３０６の露出部分に取り付けられる。同様に、１対の軟質コア３１５及び３１６が、基板３０２の上部表面において、スルーホール３０８の露出部分に取り付けられ、１対の軟質コア３１７及び３１８が、基板３０２の下部表面において、スルーホール３０８の露出部分に取り付けられる。次に、コア３１１−３１８は、硬質材料３０２で保護膜生成されて、相互接続構造３２２及び３２４が、基板３０２の上部表面３０２ａに形成され、また相互接続構造３２６及び３２８が、基板３０２の下部表面３０２ｂに形成される。このようにして、個々のコア３１１−３１８は、スルーホールの対応する露出部分に確実に締結され、相互接続構造３２２は、相互接続構造３２６に電気的に接続され、また、相互接続構造３２４は、相互接続構造３２８に電気的に接続される。ここで理解されたいのは、各相互接続構造（例えば、３２２）を１対の相互接続要素（例えば、３１１、３１２）として設けることにより、外部コンポーネント（不図示）への更に信頼性の良い接続がもたらされる（すなわち、単一の相互接続要素を用いたよりも）、ということである。
【０１２２】
図示のように、相互接続要素３１１、３１２、３１５、及び３１６の上部グループは全て、同じ形状で形成され、また相互接続要素の下部グループも全て同じ形状を有する。理解されたいのは、相互接続要素の下部グループには、相互接続要素の上部グループとは異なる形状を設けることができ、それにより、基板の下部表面から延伸する相互接続構造とは異なる機械的特性を有する、絶縁基板の上部表面から延伸する相互接続構造を作り出す機会が与えられる、ということである。
【０１２３】
介在体実施例＃２
図３Ｂは、本発明の相互接続要素を用いた、介在体の他の実施例３３０を示す。この実施例の場合、複数（図示では多くのうち１つ）の相互接続要素３３２が、犠牲基板（不図示）上に所望のパターン（例えば、アレイ）で製造される。支持基板３３４には、同様に複数の穴３３６が、対応するパターンで設けられる。支持基板３３４は、相互接続要素３３２が、穴３３６を介して延伸するように、相互接続要素３３２にわたって配置される。相互接続要素は、穴３３６を充填する適切な材料３３８（エラストマー等）によって、支持基板内で緩く保持されて、支持基板の上部及び下部表面の両方から延伸する。次に、犠牲基板は除去される。明らかではあるが、支持基板３３４（２６６に匹敵）は、この介在体アセンブリを製造する工程において、犠牲基板（２５４）に実装される複数の相互接続要素（２６４に匹敵）上に単純に「落とす」ことができる。
【０１２４】
介在体実施例＃３
図３Ｃは、本発明の相互接続要素を用いた、介在体の他の実施例３６０を示す。この実施例３６０は、以前に説明した実施例３３０と類似であるが、相互接続構造３６２（３３２に匹敵）が、支持基板３６４（３３４に匹敵）の穴３６６（３３６に匹敵）内で、支持基板のスルーホール３６６上のメッキ部３６８に、相互接続構造３６２の中間部を半田付けすることにより支持される点を除く。やはり、支持基板３６４（２６６に匹敵）は、この介在体アセンブリを製造する工程において、犠牲基板（２５４）に実装される複数の相互接続要素（２６４に匹敵）上に単純に「落とす」ことができる。
【０１２５】
図３Ｂ及び３Ｃは、単一の相互接続要素（３３２、３６２）を用いて、２つの電子コンポーネントの対応する端子の単一の接続をもたらすことができる、という事実の例示である。ここで、図３Ｂ及び３Ｃに示すような、本発明の相互接続要素の代わりに、任意の導電要素を用いることもできる、ということを理解され、また、それは本発明の範囲内である。
【０１２６】
理解されたいのは、図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃの介在体実施例において、電子コンポーネント（不図示）は、介在体が、その端子（不図示）間で電気的接続をなすために、介在体（３００、３３０、３６０）の両側に配設される、ということである。
【０１２７】
シートからの相互接続要素の形成
上記の説明は主に、軟質ワイヤコアと硬質保護膜が代表例である、成形及び保護膜生成されたワイヤコアから、複合相互接続要素を形成する方法に概ね的を絞った。本発明は又、金属シート、好適には軟質金属シートであり、成形され、好適には硬質材料で保護膜生成される平坦な伸長要素（タブ）を形成するためにパターン化される（型打ち、又はエッチング等により）金属シートから形成される、相互接続要素の形成法にも適用可能である。この内容は、上述の米国特許出願第08/526,246号に詳述されている。
【０１２８】
間隔変換器
直ぐ上で説明した図３Ａ−３Ｃは、本発明に応用できる（適切）である、介在体、及びそれらを製作するための技法を記載している。主に、本発明の複合相互接続要素を説明したが、明確に理解されたいのは、リン青銅及びベリリウム銅から本質的に弾性をもって製作されるモノリシック材料から製作されたばね構造を含めて、任意の復元性のある相互接続要素（スプリング）が使用可能である、ということである。
【０１２９】
「間隔変換」（時折、「ピッチ拡張」と呼ばれる）は、本発明に適用可能な重要な概念である。簡単に言えば、復元性のある接触構造の先端が、それらの基底部への接続よりも、互いに近接して間隔を開けられる（比較的微細なピッチ）ことが重要である。上記で説明した図２Ｃに示すように、これは、個々のバネ要素（２５１−２５６）を成型及び配向して、互いに収束させ、その結果、個々の復元性のある接触構造が、異なる長さを有する傾向をもたせることにより達成できる。一般に、プローブカード・アセンブリに関連して、プローブ要素（復元性のある接触構造）の全てが、互いに同じ長さを有して、必要とされる複数の信号経路において、一定性が保証されることが非常に重要である。
【０１３０】
図４は、本発明に従った、間隔変換器４００の代表的設計を示し、所望の間隔変換は、取り付けられる個々の復元性のある接触構造（不図示）の成型ではなく、間隔変換器の基板４０２によって達成される。
【０１３１】
間隔変換器基板４０２は、上部（図で見て）表面４０２ａ、及び下部（図で見て）表面４０２ｂを有し、絶縁材料（例えば、セラミック）と導電材料の交互層を有する多層構成要素として、好適に形成される。この例の場合、１つの配線層が、２つ（多数のうち）の導電トレース４０４ａ及び４０４ｂを含むように図示されている。
【０１３２】
複数（図示では多くのうち２つ）の端子４０６ａ及び４０６ｂが、比較的微細なピッチで（互いに比較的近接して）間隔変換器基板４０２の上部表面４０２ａに配設される。複数（図示では多くのうち２つ）の端子４０８ａ及び４０８ｂが、比較的粗いピッチで（端子４０６ａ及び４０６ｂに対して、更に互いから離れて）間隔変換器基板４０２の下部表面４０２ｂに配設される。例えば、下部端子４０８ａ及び４０８ｂは、５０−１００ミルのピッチ（印刷回路基板の制約に匹敵）で配設し、上部端子４０６ａ及び４０６ｂは、５−１０ミルのピッチ（半導体ダイの接着パッドの中心間間隔に匹敵）で配設することができ、結果として１０：１ピッチ変換となる。上部端子４０６ａ及び４０６ｂは、それぞれ、導電トレース４０４ａ及び４０４ｂに端子を接続する、それぞれ、関連した導体４１０ａ／４１２ａ及び４１０ｂ／４１２ｂによって、それぞれ、対応する下部端子４０８ａ及び４０８ｂに接続される。これは全て、多層ランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）支持基板、その他に関連して、一般的に周知である。
【０１３３】
プローブカード・アセンブリ
図５は、プローブカード・アセンブリ５００の１つの実施例を示し、これは、その主要機能構成要素として、プローブカード５０２と、介在体５０４と、間隔変換器５０６とを含み、半導体ウェーハ５０８に対して一時的な相互接続をなすのに適している。この分解組立の断面図において、例示の明瞭化のために、幾つかの構成要素の幾つかの要素を誇張して示している。しかし、各種の構成要素の垂直方向（図示のように）の位置合わせは、図面の点線で適切に示されている。留意されたいのは、相互接続要素（５１４、５１６、５２４、これらは以下で更に詳細に説明する）が部分的ではなく完全に示されている点である。
【０１３４】
プローブカード５０２は、一般に、慣用的な回路基板であり、その上部（図で見て）表面に配設された複数（図示では多くのうち２つ）の接触領域（端子）５１０を有する。更なる構成要素（不図示）、例えば、能動及び受動電子コンポーネント、コネクタ、その他をプローブカードに実装することもできる。回路基板上の端子５１０は、通常、１００ミルのピッチ（ピッチは上記で規定される）で配列される。プローブカード５０２は、適切に丸みを帯び、１２インチ程度の直径を有する。
【０１３５】
介在体５０４には、基板５１２（基板３０２に匹敵）が含まれる。上記のようにして、複数（図示では多くのうち２つ）の復元性のある相互接続要素５１４が、基板５１２の下部（図で見て）表面に実装され（それらの近位端により）て、そこから下方（図で見て）に延伸し、また対応する複数（図示では多くのうち２つ）の復元性のある相互接続要素５１６が、基板５１２の上部（図で見て）表面に実装され（それらの近位端により）て、そこから上方（図で見て）に延伸する。上述のスプリング形状のいずれもが、好適には本発明の複合相互接続要素である、復元性のある相互接続要素５１４及び５１６に適している。一般的な提案として、相互接続要素５１４及び５１６のうち、下側複数５１４及び上側複数５１６の両方の先端（遠位端）は、プローブカード５０２の端子５１０のピッチに一致するピッチであり、例えば１００ミルである。
【０１３６】
相互接続要素５１４及び５１６は、例示の明瞭化のために、誇張尺度で示されている。典型的には、相互接続要素５１４及び５１６は、介在体基板５１２の対応する下部及び上部表面から、２０−１００ミルの全体長にまで延伸することになる。一般に、相互接続要素の高さは、所望のコンプライアンスの大きさから決まる。
【０１３７】
間隔変換器５０６には、適切に回路化された基板５１８（上記の４０２に匹敵）が含まれ、これは例えば、多層セラミック基板であり、その下側（図で見て）表面に配設された複数（図示では多くのうち２つ）の端子（接触領域、パッド）５２０と、その上側（図で見て）表面に配設された複数（図示では多くのうち２つ）の端子（接触領域、パッド）５２２を有する。この例の場合、下側の複数の接触パッド５２０は、相互接続要素５１６の先端のピッチ（例えば、１００ミル）で配設され、上側の複数の接触パッド５２２は、より微細な（近接した）ピッチ（例えば、５０ミル）で配設される。これら復元性のある相互接続要素５１４及び５１６は、好適であるが、必ずしも本発明の複合相互接続要素（上記の２１０に匹敵）である必要はない。
【０１３８】
複数（図示では多くのうち２つ）の復元性のある相互接続要素５２４（「プローブ」、「プローブ要素」）が、端子（接触パッド）５２２に直接（すなわち、端子にプローブ要素を接続するワイヤ等の追加の材料からなる仲介物なく、又は端子にプローブ要素をろう接、半田付けすることなく）実装されて（それらの近位端により）、間隔変換器基板５１８の上部（図で見て）表面から上方（図で見て）に延伸する。図示のように、これら復元性のある相互接続要素５２４は、それらの先端（遠位端）が、それらの近位端よりも更に微細なピッチ（例えば、１０ミル）で間隔を開けられ、それにより、間隔変換器５０６のピッチ低減が増強されるように、適切に配列される。これら復元性のある接触構造（相互接続要素）５２４は、好適であるが、必ずしも本発明の複合相互接続要素（上記の２１０に匹敵）である必要はない。
【０１３９】
プローブ要素（５２４）が、犠牲基板上に製造され（図２Ｄ−２Ｆに匹敵）、続いて間隔変換器構成要素（５０６）の端子（５２２）に個々に実装される（図２Ｇに匹敵）か、又はそれら端子に一括移転される（図２Ｈに匹敵）ことが可能であることも、本発明の範囲内である。
【０１４０】
周知のように、半導体ウェーハ５０８には、その前部（図で見て下側）表面に、ホトリソグラフィ、堆積、拡散、その他により形成される、複数のダイ・サイトが含まれる。典型的には、これらのダイ・サイトは、互いに同じに製造される。しかし、周知のように、ウェーハ自体の欠陥、又はウェーハが、ダイ・サイトの形成に被る工程のいずれかにおける欠陥のどちらかによって、結果として、幾つかのダイ・サイトが、十分に確立した試験基準に従って、機能不全となる可能性がある。しばしば、半導体ウェーハから半導体ダイを単一化する前に、ダイ・サイトにプローブを当てることに付随の困難性に起因して、試験工程は、半導体ダイを単一化、及び実装した後に実施される。欠陥が、半導体ダイの実装後に発見された場合、正味の損失は、半導体ダイの実装に付随する費用により悪化する。半導体ウェーハは通常、少なくとも６インチの直径を有するが、少なくとも８インチも含む。
【０１４１】
各ダイ・サイトは通常、多数の接触領域（例えば、接着パッド）を有し、これらは、ダイ・サイトの表面上の任意の場所に、及び任意のパターンで配設できる。ダイ・サイトのうちの１つの２つ（多くのうち）の接着パッド５２６が図面に示されている。
【０１４２】
ダイ・サイトを個々の半導体ダイへと単一化する前に、ダイ・サイトを試験するために、限定数の技法が知られている。代表的な従来技術の技法には、セラミック基板に埋め込まれて、そこから延伸する複数のタングステン「針」を有する、プローブカード挿入の製造が伴い、各針は、接着パッドのうちの所与のパッドに対して、一時的な接続をなす。かかるプローブカード挿入は、高価で、製造するのに幾分複雑であり、その結果として、それらの費用が比較的高くなり、それらを得るのに相当なリードタイムがかかることになる。半導体ダイにおいて可能性のある、各種各様の接着パッドが与えられると、各独特の配列には、特異なプローブカード挿入が必要となる。
【０１４３】
独特の半導体ダイを製造する速さは、短い所要時間で、製造するのに単純且つ安価であるプローブカードに対する緊急の要求を際立たせる。プローブカード挿入として、間隔変換器（５０６）及び介在体（５０４）を用いることが、この抑止できない要求に真っ向から対処する。使用時に、介在体５０４は、プローブカード５０２の上部（図で見て）表面に配設され、間隔変換器５０６は、相互接続要素５１４が、プローブカード５０２の接触端子５１０と信頼性の良い圧力接触をなして、相互接続要素５１６が、間隔変換器５０６の接触パッド５２０と信頼性の良い圧力接触をなすように、介在体５０４の頂部（図で見て）に積み重ねられる。これらの構成要素を積み重ねて、かかる信頼性の良い圧力接触を保証するのに、適切な任意の機構を使用することができ、その適切な機構を以下で説明する。
【０１４４】
プローブカード・アセンブリ５００は、介在体５０４と間隔変換器５０６をプローブカード５０２上に積み重ねるために、以下の主要な構成要素を含む。すなわち、
ステンレス鋼等の堅固な材料製の背部実装プレート５３０と、
ステンレス鋼等の堅固な材料製のアクチュエータ実装プレート５３２と、
ステンレス鋼等の堅固な材料製の前部実装プレート５３４と、
外部の差動ネジ要素５３６、及び内部の差動ネジ要素５３８を含む、複数（図示では多くのうち２つであるが、３つが好適である）の差動ネジと、リン青銅等の弾力のある材料から好適に製作されて、そこから延伸する弾力のあるタブ（不図示）の１つのパターンを有する、実装リング５４０と、
実装リング５４０を前部実装プレート５３４に、それらの間に捕捉された間隔変換器５０６と共に保持するための複数（図示では多くのうち２つ）のネジ５４２と、
任意として、製造公差を吸収するために、実装リング５４０と間隔変換器５０６の間に配設されるスペーサリング５４４と、
差動ネジ（例えば、内部の差動ネジ要素５３８の頂部）の頂部（図で見て）に配設される、複数（図示では多くのうち２つ）の枢軸球５４６である。
【０１４５】
背部実装プレート５３０は、プローブカード５０２の下部（図示のように）表面に配設された、金属プレート又はリング（リングとして図示）である。複数（図示では多くのうち１つ）の穴５４８が、背部実装プレートを介して延伸する。
【０１４６】
アクチュエータ実装プレート５３２は、背部実装プレート５３０の下部（図示のように）表面に配設された、金属プレート又はリング（リングとして図示）である。複数（図示では多くのうち１つ）の穴５５０が、アクチュエータ実装プレートを介して延伸する。使用時に、アクチュエータ実装プレート５３２は、ネジ（例示の明瞭化のために図面からは省略されている）等による任意の適切な仕方で、背部実装プレート５３０に固定される。
【０１４７】
前部実装プレート５３４は、堅固な、好適には金属のリングである。使用時に、前部実装プレート５３４は、プローブカード５０２を介した対応する穴（例示の明瞭化のために図面からは省略されている）を貫通するネジ（例示の明瞭化のために図面からは省略されている）等による任意の適切な仕方で、背部実装プレート５３０に固定され、それによって、プローブカード５０２は、前部実装プレート５３４と背部実装プレート５３０の間で確実に捕捉される。
【０１４８】
前部実装プレート５３４は、プローブカード５０２の上部（図で見て）表面に対して配設される、平坦な下部（図で見て）表面を有する。前部実装プレート５３４は、図示のように、それを介する大きな中央開口を有し、これは、プローブカード５０２の複数の接触端子５１０が、前部実装プレート５３４の中央開口内にあるのを可能にすべく寸法決められる、内部エッジ５５２によって規定される。
【０１４９】
上述のように、前部実装プレート５３４は、平坦な下部（図で見て）表面を有するリング状構造である。前部実装プレート５３４の上部（図で見て）表面には、段差が付けられ、前部実装プレートは、その内部領域よりも、その外部領域において厚く（図で見て、垂直方向の大きさ）なっている。段差、又は肩部は、点線（５５４で表記）の位置に配置されて、間隔変換器５０６が、前部実装プレートの外部領域を外して、前部実装プレート５３４の内部領域上に載ることを可能にすべく寸法決められる（しかし、お分かりと思うが、間隔変換器は、実際には枢軸球５４６上に載る）。
【０１５０】
複数（図示では多くのうち１つ）の穴５５４が、前部実装プレート５３４を少なくとも部分的に介して、その上部（図で見て）表面から、前部実装プレート５３４の外部領域へと延伸し（これらの穴は、図面では、前部実装プレート５３４を部分的にしか介さずに延伸するよう示されている）、これらはお分かりのように、対応する複数のネジ５４２の端部を受ける。この目的のために、穴５５４はねじ切り穴である。これによって、間隔変換器５０６を、実装リング５４０で前部実装プレートに固定し、ゆえにプローブカード５０２に対して押圧することが可能になる。
【０１５１】
複数（図示では多くのうち１つ）の穴５５８が、前部実装プレート５３４の厚い内部領域を完全に介して延伸し、プローブカード５０２を介して延伸する対応した複数（図示では多くのうち１つ）の穴５６０と位置合わせされ、順に、背部実装プレート内の穴５４８、及びアクチュエータ実装プレート５３８内の穴５５０と位置合わせされる。
【０１５２】
枢軸球５４６は、内部の差動ネジ要素５３８の上（図で見て）端において、整合した穴５５８及び５６０内で緩く配設される。外部の差動ネジ要素５３６は、アクチュエータ実装プレート５３２の（ねじ切り）穴５５０内へと通され、内部の差動ネジ要素５３８は、外部の差動ネジ要素５３６のねじ切りボア内へと通される。このようにして、非常に微細な調整を、個々の枢軸球５４６の位置においてなすことができる。例えば、外部の差動ネジ要素５３６は、７２ネジ／インチの外部ネジ山を有し、内部の差動ネジ要素５３８は、８０ネジ／インチの外部ネジ山を有する。アクチュエータ実装プレート５３２内へと、１回転、外部の差動ネジ要素５３６を進ませて、対応する内部の差動ネジ要素５３８を静止状態（アクチュエータ実装プレート５３２に相対して）に保つことにより、対応する枢軸球の正味の位置変化は、「プラス」１／７２（０．０１３９）インチ「マイナス」１／８０（０．０１２５）インチ、すなわち０．００１４インチとなる。これによって、プローブカード５０２に面対向した間隔変換器５０６の平面性の手軽で精密な調整が可能になる。ゆえに、プローブ（相互接続要素）の先端（図で見て、上端）の位置変更が、プローブカード５０２の配向を変えることなく可能となる。この特徴と、プローブの先端の位置合わせを実施するための技法と、間隔変換器の平面性を調整するための代替機構（手段）の重要性を、図７に関連して、以下で更に詳細に説明する。明らかではあるが、介在体５０４は、介在体の２つの表面に配設された復元性のある又は従順な接触構造のおかげで、間隔変換器の調整範囲を通じて、電気的接続が、間隔変換器５０６とプローブカード５０２の間で維持されることを保証する。
【０１５３】
プローブカード・アセンブリ５００は、以下のステップによって簡単に組み立てられる。すなわち、
相互接続要素５１４の先端が、プローブカード５０２の接触端子５１０と接触するように、前部実装プレート５３４の開口５５２内に介在体５０４を配置するステップと、
相互接続要素５１６の先端が、間隔変換器５０６の接触パッド５２０と接触するように、介在体５０４の上部に間隔変換器５０６を配置するステップと、任意ステップであって、
間隔変換器５０６の頂部に、スペーサ５４４を配置するステップと、
スペーサ５４４にわたって実装リング５４０を配置するステップと、
実装リング５４０を介したネジ５４２を、スペーサ５４４を介して、前部実装プレート５３４の穴５５４内に挿入するステップを含む任意ステップと、
背部実装プレート５３０及びプローブカード５０２を介して、前部実装プレート５３４の下部（図で見て）表面内のねじ切り穴（不図示）内に、ネジ（１つは符号５５５として部分的に図示される）を挿入することにより、「サブアセンブリ」をプローブカード５０２に実装するステップである。
【０１５４】
アクチュエータ実装プレート５３８が、次いで、背部実装プレート５３０に組み付けられ（例えば、そのうちの１つが、５５６として部分的に図示されるネジで）、枢軸球５６０が、アクチュエータ実装プレート５３２の穴５５０内に落とされて、差動ネジ要素５３６及び５３８が、アクチュエータ実装プレート５３２の穴５５０内に挿入できる。
【０１５５】
このようにして、プローブカード・アセンブリがもたらされ、これは、今日の接着パッド間隔に見合っている微細ピッチで、半導体ウェーハからのダイの単一化に先行して、半導体ダイ上の複数の接着パッド（接触領域）と接触させるために、アセンブリから延伸する複数の復元性のある接触構造（５２４）を有する。一般に、使用時には、アセンブリ５００は、図示のところから上側を下にして使用されることになり、半導体ウェーハは、復元性のある接触構造（５２４）の先端へと押し上げられる（図示しない外部機構により）。
【０１５６】
図面から明らかなように、前部実装プレート（ベースプレート）５３４は、プローブカード５０２と面対向の介在体５０４の位置を決定する。プローブカード５０２と面対向した前部実装プレート５３４の正確な位置決めを保証するために、複数の位置合わせ特徴（図示の明瞭化のために図面から省略されている）、例えば、前部実装プレートから延伸するピン、及びプローブカード５０２内へと延伸する穴を設けることができる。
【０１５７】
任意の適切な復元性のある接触構造（５１４、５１６、５２４）が、それぞれ介在体、又は間隔変換器上の接触領域にろう接、又は半田付けされる、リン青銅材料その他のタブ（リボン）を含む、介在体（５０４）及び／又は間隔変換器（５０６）上に用いることも、本発明の範囲内である。
【０１５８】
介在体（５０４）及び間隔変換器（５０６）が、上述した本出願人による同時係属のPCT/US94/13373の図２９の要素４８６として記載され、介在体基板から延伸する、ばねクリップ等によって、互いに予備組み付け可能であることも、本発明の範囲内である。
【０１５９】
介在体（５０４）を省いて、その代わりに、５１４に匹敵する複数の復元性のある接触構造を、間隔変換器の下側表面の接触パッド（５２０）に直接実装することも、本発明の範囲内である。しかし、プローブカードと間隔変換器の間で共平面性を達成することは困難であろう。介在体の主な機能は、かかる共平面性を保証するコンプライアンスをもたらすことである。
【０１６０】
図５Ａは、図５のプローブカード・アセンブリ５００に適した間隔変換器基板５１８の斜視図である。そこに示されるように、間隔変換器基板５１８は、長さ「Ｌ」、幅「Ｗ」、及び厚さ「Ｔ」を有する矩形の立体が適している。この図で、間隔変換器基板５１８の上部表面５１８ａは見えており、そこに、プローブ検査の相互接続要素（５２４に匹敵）が実装される。図示のように、複数（数百等）の接触パッド５２２が、その所定領域において、間隔変換器基板５１８の上部表面５１８ａに配設される。この所定領域は、５７０で表記される点線で示され、明らかなように、接触パッド５２２は、その所定領域５７０内において、任意の適切なパターンで配列することができる。
【０１６１】
上述したように、間隔変換器基板５１８は、多層セラミック基板として適切に形成され、セラミック材料とパターン化された導電材料の交互層を有する。
【０１６２】
かかる多層セラミック基板の製造は、周知のところであり、例えばランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）半導体パッケージの製造の際に用いられる。かかる多層基板内でパターン化された導電材料を適切に経路指定することにより、基板５１８の上部表面５１８ａの接触パッド５２２のピッチとは異なる（例えば、より大きい）ピッチで、基板５１８の下部表面（この図では見えない）に接触パッド（この図では見えないが、５２０に匹敵）を配設すること、及び基板５１８内部で互いに、接触パッド５２０を接触パッド５２２と接続することが簡単明瞭である。かかる基板上で、接触パッド５２０と接触パッド５２２の間の約１０ミルのピッチを達成することは、大いに実現可能である。
【０１６３】
図５Ａは、間隔変換器基板５１８の好適な特徴を示す。上述したように、基板５１８は、上部表面５１８ａ、下部表面（この図では視界から隠れている）、及び４つの側部エッジ５１８ｂ、５１８ｃ、５１８ｄ、５１８ｅを有する矩形立体である。図示のように、ノッチ５７２ｂ、５７２ｃ、５７２ｄ及び５７２ｅが、対応する側部エッジ５１８ｂ、５１８ｃ、５１８ｄ及び５１８ｅと、基板５１８の上部表面５１８ａとの交差部に沿って、また対応する側部エッジ５１８ａ−５１８ｅのほぼ全体長（角部を除いた）に沿って設けられる。これらのノッチ５７２ｂ−５７２ｅは、多層セラミック構造としての間隔変換器の製造を概ね容易にし、図５の例示にも見えている。ここで理解されたいのは、ノッチは必ずしも必要ではないということである。明らかではあるが、基板５１８の４つの角部にはノッチがない（これは、セラミックの多層基板を製作する工程により基本的に示される）ので、実装プレート（図５の５４０）は、これらの角部の「特徴」に明確に適応する必要がある。
【０１６４】
図５Ｂは、以前に説明した間隔変換器５１８に匹敵し、図５のプローブカード・アセンブリ５００に同様に使用可能である、間隔変換器５７４の１つの実施例を示す。この場合、複数（図示では多くのうち４つ）の領域５７０ａ、５７０ｂ、５７０ｃ及び５７０ｄが規定され、その各々内に、複数の接触パッド５２２ａ、５２２ｂ、５２２ｃを、任意の所望パターンで容易に配設することができる。概ね意図するところは、領域５７０ａ−５７０ｄの間隔が、半導体ウェーハ上のダイ・サイトの間隔に対応するので、複数のダイ・サイトを、プローブカードの単一「パス」で同時にプローブ検査可能である点である。（これは、１つの半導体ウェーハ上にある多数のメモリチップにプローブを当てるのに特に有用である。）典型的には、基板５７４の領域５７０ａ−５７０ｄ内の対応する接触パッド５２２ａ−５２２ｄのパターンは、互いに同一とはならないが、これは、絶対的に必要というわけではない。
【０１６５】
図５Ｂの例示は、単一の間隔変換器に、半導体ウェーハ上の複数（例えば、図示では４つ）の隣接したダイ・サイトにプローブを当てる（圧力接触をなす）ために、プローブ要素を設けることが可能であることを明らかに実証している。これは、ウェーハ上のダイ・サイトの全てにプローブを当てるのに必要なセットダウン（ステップ）数の低減に有利である。例えば、１つのウェーハ上に１００個のダイ・サイトと、間隔変換器上に４組のプローブ要素が存在すると、ウェーハに必要なのは、間隔変換器に対して２５回の位置決めだけである（この例の目的のために、ウェーハのエッジ（周辺）での効率が、幾分減衰されることを無視したとして）。プローブ・サイト（例えば、５７０ａ−５７０ｄ）の配列だけでなく、個々のプローブ要素（例えば、千鳥状の）の配向も、ウェーハ全体にプローブを当てるのに必要なタッチダウン数を最小化すべく最適化できることは、本発明の範囲内である。交互のプローブ要素が、ウェーハ上の２つ隣のダイ・サイトの異なるダイ・サイトと接触するようにして、プローブ要素が、間隔変換器の表面に配列可能であることも、本発明の範囲内である。プローブ要素が全て、同じ全体長を有することが一般に望ましいという前提の場合、明らかではあるが、プローブ要素が、間隔変換器の２次元表面上のいかなる点にも直接取り付け（実装）可能であるという、制約を受けない仕方は、プローブ要素のプローブカードへの取付け場所に制約を与えるいずれの技法よりも優れている（例えば、上記のようなリング配列）。このようにして、１つのウェーハ上の複数の隣接しないダイ・サイトにプローブを当てられることも、本発明の範囲内である。本発明は、１つのウェーハ上の単一化されていないメモリ素子にプローブを当てることに特に有利であり、また、任意のアスペクト比を有するダイ・サイトにプローブを当てるのに有用である。
【０１６６】
図５Ｃは、間隔変換器基板５１８の下部表面における接触パッド５２０の例示的なレイアウトを示し、パッド５２０は、１００ミルのピッチを有するパターンで配列され、パッドの各列は、パッドの隣接列から千鳥状にされ、また各パッドは、約５５ミルの直径を有する。
【０１６７】
図６Ａは、例示的な介在体基板５８０（５１２に匹敵）の上部表面、又は下部表面のいずれかの平面図であり、相互接続要素（５１４、５１６）が実装される導電領域（図５には不図示、図３Ａに匹敵）の例示的なレイアウトを示す。図６Ｂは、同一の介在体基板５８０の一部の断面図である。図６Ｂに示すように、複数のメッキされたスルーホール５８２が、基板５８０を介して、その一方の表面５８０ａから対向する表面５８０ｂに延伸する。基板（板）自体は、メッキされたスルーホールを製造するための慣用的な技法を用いて、慣用的な回路基板材料から形成される。この例の場合、「ベース」基板５８４は、銅の層である、極めて薄い（例えば、１００マイクロインチ）「ブランケット」層５８６で初期に被覆される。ホトレジスト層５８８が、基板の両面に施されて、スルーホール５８２のメッキ上がりを可能にする開口を有するようにパターン化される。スルーホール５８２は、約１ミルの厚い銅層でメッキされ、この層にわたって、ニッケルの層である、薄い（例えば、少なくとも１００マイクロインチ）障壁層５９２が堆積され、この層にわたって、軟質（純）金の薄い（例えば、少なくとも５０マイクロインチ）層５９４が堆積される。次に、ホトレジスト層５８８が除去されて、初期の極めて薄い銅層５８６の痕跡が、メッキされたスルーホール５８２の外側領域から除去される。図６Ａに示すように、メッキされたスルーホール５８２により形成される各接触領域の平面図は、円形リングの平面図であり、そこから延伸する１つのタブを備える。このタブは、基板５８０の表面において露出した（相互接続要素の実装のために）スルーホールの導電領域（パッド）の配向を規定する。パッドは、１００ミルのピッチの千鳥列で配列され、それらの配向（それらのタブにより決定される）は、基板表面の中央線において反転する。
【０１６８】
上記の例示的なプローブカード・アセンブリ５００に関して、以下の寸法、及び材料が、所定用途に対して代表的である。
【０１６９】
ａ．間隔変換器基板５１８は、２．５インチの長さ（Ｌ）、２．５インチの幅（Ｗ）、０．２５インチの厚さ（Ｔ）、及びセラミックとパターン化された導体からなる少なくとも３つの交互層を有する。
【０１７０】
ｂ．間隔変換器基板５１８から延伸する相互接続要素５２４は、本発明の複合相互接続要素であり、１．０ミルの直径の金ワイヤコアを有し、これは、１．５ミルのニッケルで保護膜生成され、４．０ミルの全体径となる。相互接続要素５２４の全長は４０ミルである。
【０１７１】
ｃ．介在体基板５１２は、慣用的な回路基板材料から形成され、１．８５０インチの側寸法、及び１６ミルの厚さを有する。
【０１７２】
ｄ．介在体基板５１２から延伸する相互接続要素５１４及び５１６は、本発明の複合相互接続要素であり、１．０ミルの直径の金ワイヤコアを有し、これは、１．５ミルのニッケルで保護膜生成され、４．０ミルの全体径となる。相互接続要素５１４及び５１６の全長は６０ミルである。
【０１７３】
相互接続要素５１４及び５１６が、単一の相互接続要素として図５に示されるが、図示の各々の要素は、図３Ａに関連して上記で説明したようにして、２つ以上の相互接続要素を有する１つの相互接続構造として容易に実施されて、信頼性の良い圧力接触を、プローブカード５０２の対応する接触端子５１０、及び間隔変換器５０６の接触パッド５２０に対してなすのが保証されることは、本発明の範囲内であり、また、一般に好適である。
【０１７４】
明確に理解されたいのは、間隔変換器（５０６、５１８、５７４）、及び介在体（５０４、５８０）が、末端ユーザに「キット」（又は「サブアセンブリ」）として供給可能であり、その場合に、末端ユーザは、プローブカード及び関連実装ハードウェア（例えば、５３０、５３２、５３４、５３６、５３８、５４０、５４４）を供給することになるということである。
【０１７５】
図面及び以上の説明において、本発明を詳細に例示及び説明してきたが、本発明は、文言における限定としてではなく、例示として見なされるべきである。すなわち、ここで理解されたいのは、好適な実施例のみを図示及び説明したということ、及び本発明の趣旨内に入る全ての変形及び修正も、望ましく保護されるということである。疑うべくもなく、上記の「主題」に関する多数の他の「変形例」も、本発明の最も近くに属する、当該技術で通常の知識を有する者が想到するであろうし、また本明細書に開示されるような変形例は、本発明の範囲内にあることを意図するものである。これら変形例の幾つかは、親事例に記載されている。
【０１７６】
プローブカード・アセンブリの位置合わせ
図７は、図５のプローブカード・アセンブリ５００等のプローブカード・アセンブリを位置合わせする技法７００を示す。この目的のために、この図において、図５のプローブカード・アセンブリ５００の要素の幾つかが同じ符号（５ｘｘ）を持つ。図７は、主要構成要素が互いに接触した、部分的組立図である。
【０１７７】
本発明が真っ向から対処する問題は、試験しようとする半導体ウェーハに対して、プローブカード（又は、プローブカード挿入）の接触先端を位置合わせするのが困難であることが多い、という点である。プローブの先端とウェーハの表面との共平面性に関する公差を最小限に保って、各プローブ（すなわち、復元性のある接触構造５２４）の各先端５２４ａ（図で見て、上端）において、均一で信頼性の良い圧力接触を保証することが本質的である。上記で説明したように、プローブカード・アセンブリには、間隔変換器５０６に基づいて動作させることにより、プローブの先端５２４ａの平面性を調整するための機構（例えば、差動ネジ５３６及び５３８）が設けられる。この図において、間隔変換器基板５０６は、上記の図４に示すようにして、その上部端子と下部端子の間で内部接続がなされて示されている。
【０１７８】
プローブカード・アセンブリを使用して、半導体ウェーハに関する試験を実施する前に、プローブ先端の整合性が測定され、必要であれば、プローブ先端５２４ａが、プローブカード・アセンブリに続いて提供される（すなわち、プローブ先端に対して押圧される）半導体ウェーハと共平面となることを保証するように調整される。
【０１７９】
一般に、プローブカード・アセンブリが実装されるウェーハ試験装置は、半導体ウェーハをプローブカード・アセンブリへと搬送して、プローブ先端５２４ａに対して半導体ウェーハを押圧するための機構（不図示）を有する。この目的のために、半導体ウェーハは、チャック機構（不図示）により保持される。この説明の目的のために、仮定として、試験装置及びチャック機構が、精密で反復可能な場所及び配向へと、ウェーハを次々に移動させることが可能であるとする。ここで、ウェーハの精密な場所は、「基準面」として機能する。
【０１８０】
本発明によれば、半導体ウェーハの期待される配向と面対向して、換言すれば、基準面と面対向して先端５２４ａを位置合わせするために、平坦な導電金属プレート７０２が、半導体ウェーハの代わりに試験装置内に実装される。平坦な金属プレート７０２は、プローブの先端５２４ａを位置合わせするという目的のために、「代用」ウェーハ、又は「仮想」ウェーハとして機能する。
【０１８１】
各プローブ５２４は、プローブカード５０２上の複数の端子（不図示）のうちの１つの端子と関連付けられ、それらの間の導電経路は、プローブ５２４のうちの選択された１つ、復元性のある接触構造５１６のうちの関連する選択された１つ、復元性のある接触構造５１４のうちの関連する選択された１つ、及びプローブカード５０２内の配線層（不図示）によって構成される。プローブカード端子は、表面端子、ソケットの端子、その他の形式とすることができる。ケーブル７０４が、プローブカード５０２と、表示モニタ７０８を有するコンピュータ（試験装置）との間を接続する。本発明は、コンピュータ装置の使用にも、表示モニタの使用にも限定されない。
【０１８２】
この例において、仮定として、１００個の圧力接触を、１０×１０の矩形アレイに配列される１００個のプローブ先端５２４ａと、１つのウェーハの１００個の端子（例えば、接着パッド）との間にもたらすことが求められるとする。しかし、本発明は、プローブ先端の特定数、及び接着パッドの特定レイアウトには限定されない。
【０１８３】
平坦な金属プレート７０２は、チャック（不図示）により担持されて、プローブ先端５２４ａに対して押圧される（表記「Ａ」の矢印で示すように進められる）。これは比較的徐々に行われ、その結果、プローブ先端５２４ａが全て、平坦な金属プレートに一斉に（見込みはないが）接触するかどうか、又はプローブ先端５２４ａの幾つかが、プローブ先端５２４ａの残りに先行して、平坦な金属プレート７０２により接触されるかどうかが確認できる。図示において、モニタ７０８上の領域７１０内の７１個の塗りつぶし円（ドット）は、プローブ先端５２４ａのうちの７１個が、プローブ先端５２４ａの残りの２９個（空白の円として図示）が平坦な金属プレート７０２に接触する前に、平坦な金属プレート７０２に既に接触していることを示す。この視覚的表現に基づいて、明らかであるが、間隔変換器５０６（又は、恐らく、金属プレート７０２）は、左（図で見て）下方へと（図で見て、頁から外に）偏って（傾いて）おり、間隔変換器５０６の配向は、差動ネジ５３６及び５３８の適切な調整によって、容易に調整可能である。
【０１８４】
プローブカード５０２の配向を変更することなく、プローブ先端５２４ａの全てが、平坦な金属プレート７０２と実質的に同時に接触するような、平坦な金属プレート７０２との先端５２４ａの全ての平面同時接触の所望目標を達成するのに必要な調整は、オンライン、又はオフラインのどちらかで容易に計算される。計算された調整をなすことにより、プローブ５２４の先端５２４ａは、続いて、試験しようとする半導体ウェーハ上の接着パッドと、実質的に同時に接触することになる。
【０１８５】
以前の段落で説明した試験の「可／否」（接触／非接触）型式は、本発明のプローブカード・アセンブリにより容易となる、第１「番目」の位置合わせを示す。第２「番目」の位置合わせは、プローブ要素先端が金属プレートに接触するシーケンス（順番）を記録する（例えば、コンピュータ・メモリに）ことにより、容易に実施される。金属プレートに接触する最初の先端は、一般に、あまりにも「高い」、間隔変換器の角部を表し、下げる必要がある（例えば、差動ネジを調整することにより）。同様に、金属プレートに接触する最後の先端は、あまりにも「低い」、間隔変換器の角部を表し、上げる必要がある（例えば、差動ネジを調整することにより）。金属プレートに接触する先端のシーケンスに基づいて、なすべき必要のある調整を決定するために、任意の適切なアルゴリズムを使用可能なことは、本発明の範囲内である。各プローブ先端５２４ａと平坦な金属プレート７０２の間の抵抗（例えば、接地に対する）を測定して、単に、表示モニタ上の塗りつぶされていない円に対する塗りつぶされた円としてではなく、測定された抵抗を表す、数値、記号、ドット色又はその他として表示可能であるが、かかることは一般に好適ではない。
【０１８６】
間隔変換器５０６の配向を調整する、換言すれば、プローブ５２４の先端５２４ａを平坦化するために、任意の適切な機構を使用可能なことは、本発明の範囲内である。上記で説明した差動ネジ（５３６、５３８）の利用の代替例は、サーボ機構、圧電駆動装置又はアクチュエータ、磁気歪み装置、それらの組合せ（例えば、粗調及び微調のために）、又はかかる平坦化を達成するその他を利用することであろう。
【０１８７】
図７Ａは、間隔変換器（ここには不図示）の空間配向を調整するための自動化技法７５０を示す。この例において、アクチュエータ機構５５２（「ＡＣＴ」で表記）が、差動ネジ（５３６、５３８）に対して置き換えられて、コンピュータ７０６からの信号に応答して作動する。３つのかかる機構５５２で、単純明瞭に、３対の差動ネジ要素を置き換えることができる。図７Ａの類似の要素には、図７に見られる同一の符号が付され、図７に見られる幾つかの要素は、図示の明瞭化のために、図７Ａの視界から省かれている。
【０１８８】
間隔変換器（５０６）を平坦化するための機構（特に、図７Ａに示す自動化機構）が、本明細書に記載の代表的な実施例に示す以外に配設可能なことも、本発明の範囲内である。例えば、適切な機構が、プローブカード（５０２）の上部（図で見て）表面と前部実装プレート（５３４）との間に配置可能であり、又は前部実装プレート（５３４）内に組み込むことも可能である。これらの機構のいずれかを用いることの重要な特徴は、プローブカード（５０２）の配向を変更する必要なく、間隔変換器（５０６）の角度（配向）を変更できる能力にある。
【０１８９】
プローブ要素用先端構造の予備製造、プローブ要素の処理、及びプローブ要素への先端構造の連結
上記で説明した図２Ｄ−２Ｆは、犠牲基板（２５４）上に先端構造（２５８）を製造して、続く、電子コンポーネントの端子への実装のために、先端構造（２５８）上に複合相互接続要素２６４を製造するための技法を開示している。かかる技法は、間隔変換器（５１８）の上部表面に、製造済みの先端構造を有する複合相互接続要素を実装することに関連して、確かに使用可能である。
【０１９０】
図８Ａは、間隔変換器の頂部にある復元性のある接触構造として特に有用な、製造済みの先端構造を有する複合相互接続要素を製造するための代替技法８００を示し、これを次に説明する。この例において、上部（図で見て）表面を有するシリコン基板（ウェーハ）８０２が、犠牲基板として用いられる。チタンの層８０４が、シリコン基板８０２の上部表面に堆積され（例えば、スパッタリングにより）、約２５０Å（１Å＝０．１ｎｍ＝１０−１０ｍ）の厚さを有する。アルミニウムの層８０６が、チタン層８０４の頂部に堆積され（例えば、スパッタリングにより）、約１０，０００Åの厚さを有する。チタン層８０４は、任意であり、アルミニウム層８０６用の接着層として機能する。銅の層８０８が、アルミニウム層８０６の頂部に堆積され（例えば、スパッタリングにより）、約５，０００Åの厚さを有する。マスキング材料（例えば、ホトレジスト）の層８１０が、銅層８０８の頂部に堆積され、約２ミルの厚さを有する。マスキング層８１０は、任意の適切な仕方で処理されて、ホトレジスト層８１０を介して、下にある銅層８０８へと延伸する複数（図示では多くのうち３つ）の穴８１２を有する。例えば、各穴８１２の直径は、６ミルとすることができ、穴８１２は、１０ミルのピッチ（センター間）で配列できる。犠牲基板８０２は、このようにして、以下のような、穴８１２内に複数の多層接触先端の製造に対して準備されている。
【０１９１】
ニッケルの層８１４が、メッキ等により、銅層８０８上に堆積され、約１．０−１．５ミルの厚さを有する。任意として、ロジウムといった貴金属の薄い層（不図示）を、ニッケルの堆積の前に、銅層上に堆積することも可能である。次に、金の層８１６が、メッキ等により、ニッケル８１４上に堆積される。ニッケルとアルミニウム（及び、任意として、ロジウム）の多層構造は、製造済みの先端構造（８２０、図８Ｂに示す）として機能することになる。
【０１９２】
次に、図８Ｂに示すように、ホトレジスト８１０は、剥離除去され（任意の適切な溶剤を用いて）、銅層８０８の頂部に載置する複数の製造済み先端構造が残る。次に、銅層（８０８）は、急速エッチング工程を被り、それによって、アルミニウム層８０６が露出する。明らかなように、アルミニウムは、半田及びろう材料に対して実質的に非湿潤性であるので、後続のステップにおいて役立つ。
【０１９３】
ここで言及すべきは、ホトレジストを追加の穴でパターニングし、その穴内で、「代用」先端構造８２２が、先端構造８２０の製造に用いられるのと同じ工程ステップで製造されることが好ましい、ということである。これらの代用先端構造８２２は、周知且つ理解される仕方で上記のメッキステップを均一化するよう機能し、それにより、急勾配（非均一性）が、メッキしようとする表面を横切って現れるのが低減される。かかる構造（８２２）は、メッキの分野で「ラバー(robbers）」として知られている。
【０１９４】
次に、半田付け又はろう接ペースト（「連結材料」）８２４が、先端構造８２０の上部（図で見て）表面上に堆積される。（代用先端構造８２２の上部にペーストを堆積する必要はない。）これは、ステンレス鋼スクリーン、又はステンシル等により、任意の適切な仕方で実施される。典型的なペースト（連結材料）８２４は、例えば、１ミルの球（ボール）を示す金−スズ合金（フラックス基材に）を含有する。
【０１９５】
先端構造８２０は、ここで、復元性のある接触構造、好適には、本発明の複合相互接続要素の端部（先端）への実装（例えば、ろう接）の準備が整う。しかし、複合相互接続要素がまず、先端構造８２０を受けるべく特別に「準備」されるのが好ましい。
【０１９６】
図８Ｃは、先端構造（８２０）が、複合相互接続要素８３２の端部に実装されるのを予想して、複数（図示では多くのうち２つ）の複合相互接続要素８３２を備えた間隔変換器８３０（５０６に匹敵）を準備するための技法８５０を示す。複合相互接続要素（プローブ要素）８３２は完全に示されている（断面ではなく）。
【０１９７】
この例において、複合相互接続要素８３２は、多層（図２Ａに匹敵）であり、金（ワイヤ）コアを有し、これには、銅の層（不図示）で保護膜生成され、更にニッケル（好適には、９０：１０のＮｉ：Ｃｏ比率を有するニッケル−コバルト合金）の層で保護膜生成され、更に、銅の層（不図示）で保護膜生成される。明らかなように、ニッケル層が、その所望の最終厚さの大幅な部分（例えば、８０％）にのみ堆積され、ニッケル厚の残りの少ない部分（例えば、２０％）は、以下で説明する、後続のステップで堆積されるのが好ましい。
【０１９８】
この例では、間隔変換器基板８３０には、その上部（図で見て）表面から延伸する複数（図示では多くのうち２つ）の柱状構造８３４が設けられ、これらは、明らかなように、研磨「ストップ」として機能することになる。これらの研磨ストップを、必ずしも多数備えることは必要でなく、それらは、基板（例えば、セラミック）と同じ材料から容易に形成される。
【０１９９】
間隔変換器基板８３０は、次いで、間隔変換器基板の上部表面から延伸する複合接続要素８３２支持するように機能する、熱可溶性、溶剤可溶性ポリマー等の、適切な鋳造材料で「鋳造」される。上成型された基板の上部（図で見て）表面は、次いで、研磨を受けるが、これは例えば、鋳造材料の上部表面へと下方に（図で見て）押圧される、研磨ホイール８３８等によりなされる。上述の研磨ストップ８３４は、表記「Ｐ」の鎖線で示される、研磨ホイールの最終位置を決定する。このようにして、複合相互接続要素８３２の先端（図で見て、上端）が研磨されて、互いに実質的に完全に共平面となる。
【０２００】
上記で説明したように、復元性のある接触構造の先端が、試験しようとする半導体ウェーハと共平面をなすこと、及び先端が、ウェーハと実質的に同時の接触をなすように平坦化されることを保証するために、間隔変換器を配向する機構（例えば、差動ネジ、又は自動化機構）が、プローブカード・アセンブリ（５００）全体に設けられる。確かなことに、研磨により（又は、他の任意の手段により）平坦化されている先端での開始は、この重要な目的を達成するのに寄与することになる。更に、何とは言っても、プローブ要素（８３２）の先端の共平面性を保証することによって、間隔変換器構成要素から延伸するプローブ要素（８３２）の先端での非共平面性を吸収する（コンプライアンスにより）ために、介在体構成要素（５３４）に課せられる制約が和らげられる（低減される）。
【０２０１】
研磨によるプローブ要素の先端の平坦化が終了した後、鋳造材料８３６が、適切な溶剤で除去される。（研磨ストップ８３４は、この時点で除去されることになる。）鋳造材料は、それらの溶剤と同じく周知のところである。簡単に溶融除去できる、ワックス等の鋳造材料も、研磨に対してプローブ要素（８３２）を支持するために使用可能なことは、本発明の範囲内である。間隔変換器は、このようにして、上述の先端構造（８２０）を受けるべく準備完了となる。
【０２０２】
研磨作業の恩恵のある副次的な効果は、複合相互接続要素８３２の金ワイヤステム（コア）に保護膜生成する材料が、先端において除去され、金コアが露出状態にされるという点にある。複合相互接続要素の先端に先端構造（８２０）をろう接することが所望である限りは、ろう接すべき金材料が露出しているのが望ましい。
【０２０３】
既に言及したが、好ましいのは、１つ追加のメッキステップを実施して、すなわち、複合相互接続要素８３２をニッケルメッキして、複合相互接続要素を、それらの所望のニッケル全体厚のうちの残りの少ない部分（例えば、２０％）に設けることにより、先端構造を受けるための間隔変換器を更に「準備」することである。
【０２０４】
図８Ｂに示す準備された基板が、ここで、準備された間隔変換器上に支持される。図８Ｄに示すように、先端構造８２０（図示の明瞭化のために、２つの先端構造だけが示されている）は、標準的なフリップ・チップ技法（例えば、分割プリズム）を用いて、複合相互接続要素８３２の先端と位置合わせされ、アセンブリは、連結材料８２４をリフローするためにろう接炉を通過し、それによって、予め製造された先端構造８２０が、接触構造８３２の端部に連結（例えば、ろう接）される。
【０２０５】
この技法を用いて、予め製造した先端構造を、復元性のない接触構造、複合相互接続要素、その他に連結（例えば、ろう接）可能であることは、本発明の範囲内である。
【０２０６】
リフロー工程時に、非湿潤性である露出したアルミニウム層（８０６）によって、半田（すなわち、ろう）が、先端構造８２０の間で流れるのが防止される、すなわち、半田ブリッジが、隣接する先端構造間に形成されるのが防止される。アルミニウム層のこの湿潤防止機能に加えて、アルミニウム層は又、解放層としても機能する。適切なエッチング剤を用いて、アルミニウムは、選好的に（アセンブリの他の材料に対して）エッチング除去されて、シリコン基板８０２は単純に「勢い良く」下がり、結果として、図８Ｅに示すように、各々が予備製造された先端構造を有する複合相互接続要素（プローブ要素）を備えた間隔変換器となる。（ここで留意されたいのは、連結材料８２４は、プローブ要素８３２の端部において「スミ肉」としてリフロー済みである、ということである。）工程の最終ステップにおいて、残留銅（８０８）がエッチング除去されて、先端構造８２０のニッケル（又は、上記のロジウム）が、プローブを当てようとする電子コンポーネントの端子に接触させるために、露出状態で残される。
【０２０７】
複合相互接続要素（８３２等）を、図８Ａに関連して説明した先端構造冶金法を利用して、図２Ｄ−２Ｆに関連して説明した技法の「精神」で、自体の先端構造上に先ず製造して、続いて、間隔変換器基板に実装可能であることは、本発明の範囲内であるが、一般には好ましくない。
【０２０８】
ろう接（半田付け）ペーストを省いて、その代わりに、共晶材料（例えば、金−スズ）を復元性のある接触構造上にメッキした後に、それに接触先端（８２０）を実装することは、本発明の範囲内である。
【０２０９】
図面及び以上の説明において、本発明を詳細に例示及び説明してきたが、本発明は、文言における限定としてではなく、例示として見なされるべきである。すなわち、ここで理解されたいのは、好適な実施例のみを図示及び説明したということ、及び本発明の趣旨内に入る全ての変形及び修正も、望ましく保護されるということである。疑うべくもなく、上記の「主題」に関する多数の他の「変形例」も、本発明の最も近くに属する、当該技術で通常の知識を有する者が想到するであろうし、また本明細書に開示されるような変形例は、本発明の範囲内にあることを意図するものである。これら変形例の幾つかは、親事例に記載されている。
【０２１０】
例えば、本明細書において記載又は示唆される実施例のいずれかにおいて、マスキング材料（例えば、ホトレジスト）が、基板に施されて、マスクを通過する光への露出、及びマスキング材料の部分の化学的除去（すなわち、慣用的なホトリソグラフ技法）等によってパターニングされる場合、代替技法を使用することもでき、それには、除去しようとするマスキング材料（例えば、ブランケット硬化ホトレジスト）の部分に、適切に平行化された光ビーム（例えば、エキシマ・レーザからの）を向け、それによって、マスキング材料のこれら部分を融除すること、又は適切に平行化された光ビームで、マスキング材料の部分を直接（マスクを使用せずに）硬化し、次いで、未硬化のマスキング材料を化学的に洗浄することが含まれる。
【０２１１】
本発明の複合相互接続要素は幾つかあるが、プローブカード・アセンブリの間隔変換器構成要素の端子に直接実装可能である、適切な復元性のある接触構造の１つの例であることは、本発明の範囲内である。例えば、タングステンといった本質的に復元性のある（比較的高い降伏強度）材料からなる針に、半田又は金で被覆を施して、それらの半田付け性を良くし、任意として所望のパターンで支持し、また間隔変換器の端子に半田付けすることが可能なことも、本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明の１つの実施例に従った、相互接続要素の一端を含めた長手部分の断面図である。
【図１Ｂ】本発明の他の実施例に従った、相互接続要素の一端を含めた長手部分の断面図である。
【図１Ｃ】本発明の他の実施例に従った、相互接続要素の一端を含めた長手部分の断面図である。
【図１Ｄ】本発明の他の実施例に従った、相互接続要素の一端を含めた長手部分の断面図である。
【図１Ｅ】本発明の他の実施例に従った、相互接続要素の一端を含めた長手部分の断面図である。
【図２Ａ】本発明に従って、電子コンポーネントの端子に実装されて、多層化シェルを有する相互接続要素の断面図である。
【図２Ｂ】本発明に従って、中間層が誘電体材料製である、多層化シェルを有する相互接続要素の断面図である。
【図２Ｃ】本発明に従って、電子コンポーネント（例えば、プローブカード挿入）に実装される、複数の相互接続要素の斜視図である。
【図２Ｄ】本発明に従って、相互接続要素を製造するための技法の例示的な第１ステップの断面図である。
【図２Ｅ】本発明に従って、相互接続要素を製造するための図２Ｄの技法の例示的な更なるステップの断面図である。
【図２Ｆ】本発明に従って、相互接続要素を製造するための図２Ｅの技法の例示的な更なるステップの断面図である。
【図２Ｇ】本発明に従った、図２Ｄ−２Ｆの技法に従って製造された複数の個々の相互接続要素の断面図である。
【図２Ｈ】本発明に従った、図２Ｄ−２Ｆの技法に従って製造されて、互いに規定の空間関係で関連した、例示的な複数の相互接続要素の断面図である。
【図２Ｉ】本発明に従って、相互接続要素を製造するための代替実施例の断面図であり、１つの相互接続要素の１つの端部を示す。
【図３Ａ】本発明に従った、介在体の１つの実施例の断面図である。
【図３Ｂ】本発明に従った、介在体の他の実施例の断面図である。
【図３Ｃ】本発明に従った、介在体の他の実施例の断面図である。
【図４】本発明に従った、総括的な間隔変換器の１つの実施例の断面図である。
【図５】本発明のプローブカード・アセンブリの、部分的に断面を示す分解組立図である。
【図５Ａ】本発明に従って、図５のプローブカード・アセンブリにおいて用いるのに適した、１つの間隔変換器構成要素の斜視図である。
【図５Ｂ】本発明に従って、図５のプローブカード・アセンブリにおいて用いるのに適した、他の間隔変換器構成要素の斜視図である。
【図５Ｃ】本発明に従って、図５のプローブカード・アセンブリにおいて用いるのに適した、１つの間隔変換器の下面図である。
【図６Ａ】本発明に従って、図５のプローブカード・アセンブリにおいて用いるための、代表的な介在体基板の上部表面、又は下部表面のうちどちらかの下面図である。
【図６Ｂ】本発明に従った、図６Ａに示す介在体構成要素の部分断面図である。
【図７】本発明に従って、半導体ウェーハを試験する際に用いるのに整合し、図５に示すプローブカード・アセンブリに類似した、１つのプローブカード・アセンブリの部分断面、及び部分概略図である。
【図７Ａ】本発明に従って、間隔変換器構成要素の配向を自動的に調整するための技法の部分断面、及び部分概略図である。
【図８Ａ】本発明に従って、プローブ要素に対して先端構造を製造するための技法の断面図である。
【図８Ｂ】本発明に従った、図８Ａの技法における更なるステップの断面図である。
【図８Ｃ】本発明に従った、間隔変換器構成要素の部分的に断面を、及び部分的に全体を示す側面図である。
【図８Ｄ】本発明に従った、図８Ｂの先端構造と連結される図８Ｃの間隔変換器構成要素の部分的に断面を、及び部分的に全体を示す側面図である。
【図８Ｅ】本発明に従って、図８Ｂの先端構造と連結される図８Ｃの間隔変換器構成要素を連結する際の更なるステップの部分的に断面を、及び部分的に全体を示す側面図である。

Claims

試験済み半導体素子を製造するための方法であって、
複数の接触パッドを有する半導体素子を含むウェーハを提供するステップと、
複数の電気接点を有するプローブカードと、間隔変換基板と、グループ化され、該グループごとに前記半導体素子上の前記複数の接触パッドが対応するように前記間隔変換基板上に配置された細長く弾性的な複数のプローブ要素と、前記複数のプローブ要素と前記複数の電気接点とを、前記間隔変換基板を介して、電気的に接続する従順な相互接続構造と、を含むプローブカード・アセンブリを提供するステップと、
前記プローブ要素を前記半導体素子の前記複数の接触パッドと接触させるステップと、
前記半導体素子を試験するステップと、
を含む方法。
試験済み半導体素子を製造するための方法であって、
複数の電気接点を含むプローブカードを提供するステップと、
前記プローブカードに移動可能に固定され、細長い弾性的な複数のプローブ要素を含み、前記複数のプローブ要素が前記複数の電気接点と電気的に接続するプローブ基板を提供するステップと、
前記プローブカードの配向を変えることなく前記プローブ基板の傾きを調整することによって前記プローブ要素の先端を整列するステップと、
半導体素子を提供するステップと、
前記先端を前記半導体素子と接触させるステップと、
前記半導体素子を試験するステップと、
を含む方法。