JP4624372B2 - 多層電気プローブ - Google Patents

Description

本発明はテストプローブに関し、より詳しくはテスト装置用電気プローブに関する。

プローブは、集積回路の製造およびテストにおいてかなり以前から広く用いられている。パッケージの歩留まりを上げるため、様々な種類の問題を抱えるむきだしの金型（ｎａｋｅｄ ｄｉｅｓ）は通常、プローブを用いる機能テストを実施することによって、廃棄されるかまたはその後の修理のために取り除かれる。

一般的に用いられるプローブは、例えば、米国特許第４,０２７,９３５号明細書に開示される基本設計に由来する。これによると、コブラプローブが、素材の小さな丸棒を機械的に加工することにより形成される。図１は、従来的なコブラプローブ構造の略図である。図１に示す従来的なコブラプローブは、主に、操作ボード１００に回転可能なピボットを介して配置されたテスト端子１０２を含む。プローブの本体１０４は、テスト端子１０２のピボットに接続される。本体１０４は湾曲形状を有し、テスト操作に必要な柔軟性および変形性を与える。さらに、別の操作ボード１０６に配置された接触端子１０８は、テスト予定の装置（図示せず）に接触するように用いることができる。プローブの本体１０４によって、テスト予定の装置に応力が加わる。さらに、そのテスト予定の装置には、プローブを通じて例えば電流または電圧が加わる。

この種の構造を有するプローブは、プローブの各々を個々に加工しなければならず、その製造にはかなりの時間をかける必要がある。さらに、集積回路加工技術の進歩に伴い、線幅およびギャップも同様に小さくなっている。すなわち、プローブは、プローブ直径の縮小化に起因する制限に直面しなければならない。

プローブを形成するためのその他の従来技術には、化学エッチングが含まれる。この技術の大きな利点の一つは、様々な幾何学的形状を有するプローブを製造することが可能なことである。しかし、材料の制約ゆえに、製造には、例えばＢｅＣｕ合金のような一つの金属しか使用できない。それでもなおプローブは高電流に耐え得るが、機械強度に劣り、寿命が短い。そして、製造コストが高い。

例えばＮｉ、ＮｉＣｏ合金、ＮｉＭｎ合金のような一つの成分からなるプローブのほとんどは、高電流に耐える能力が不十分である。さらに、熱が容易に蓄積され、結果的にプローブの寿命が短くなる。その上、高周波集積回路（ＩＣ）プローブをテストする場合には、いくつかの制約に頻繁に直面する。

したがって、本発明は、耐高電流能力および所望の機械強度を有し、かつ、テスト予定の装置をテストするのに適した多層電気プローブを提供する。

本発明は、多層電気プローブの製造方法を提供する。それによって製造された多層電気プローブは、耐高電流能力および所望の機械強度を有する。

本発明は、多層電気プローブ構造を提供する。多層電気プローブは、第１ストリップ層と第２ストリップ層とを含む。第１ストリップ層は、第１導電率および第１機械強度を有する。第２ストリップ層は、第２導電率および第２機械強度を有する。第１ストリップ層と第２ストリップ層とは、所望の導電率および所望の機械強度を生じさせるべく、構造本体として一体的に強固に接着される。また、多層電気プローブは、所望の導電率および所望の機械強度を生じさせるべく、少なくとも第３ストリップ層をさらに有する。

本発明はまた、テスト予定の装置をテストするのに適した別の多層電気プローブを提供する。多層電気プローブは、測定部および本体部を含む。本体部と測定部とは機械的に接続され、本体部の一端は、テスト予定の装置に接触して少なくとも一つのテストパラメータを適用するために用いられる。本体部は少なくとも、第１導電率および第１機械強度を有する第１ストリップ層と、第２導電率および第２機械強度を有する第２ストリップ層とを含む。第１ストリップ層と第２ストリップ層とは、所望の耐電流能力および機械強度の少なくとも一つを生じさせるべく、強固に接着されて構造本体を形成する。

本発明はまた、多層電気プローブの製造方法を提供する。本方法は、第１ストリップ層を形成することを含む。第１ストリップ層は、第１導電率および第１機械強度を有する。次に、第２ストリップ層は、第１ストリップ層の表面に強固に接着されて構造本体を形成する。ここで、第２ストリップ層は、第２導電率および第２機械強度を有する。第２導電率および第２機械強度と第１導電率および第２機械強度とが組み合わせられて、所望の耐電流能力および機械強度が生じる。

本発明の電気プローブは多層構造体なので、所望の機械強度および所望の耐高電流能力を備えたプローブが調製できる。

なお、上記一般的な説明および以下の詳細な説明は両方とも例示的であり、請求された通りの本発明のさらなる説明を与えることを意図している。

添付の図面は、本発明のさらなる理解を与えることを意図しており、本明細書に組み入れられて本明細書の一部を構成する。図面は本発明の実施例を示し、明細書とともに本発明の原理を説明する役割を果たす。

添付の図面に例示されている本発明の好ましい実施例を詳しく参照していく。可能な場合には、同一または類似の部材を参照するために、図面および説明において同一の参照番号が使用される。

本発明は、耐高電流能力および所望の機械強度を有する多層電気プローブ設計を提供する。図２Ａは、本発明の実施例に係る多層電気プローブの模式的構造断面図である。図２Ｂは、図２Ａの多層電気プローブの模式的断面図である。図２Ａおよび２Ｂに示すように、本実施例の多層電気プローブ２００は、テスト予定の装置をテストするのに適している。例えば、多層電気プローブ２００は、第１ストリップ層２０２および第２ストリップ層２０４を含む。ここで、多層電気プローブ２００は、２層構造である。しかし、以下に説明する原理によれば、多層電気プローブ２００は、２層よりも多くの層を備える構造を有することができる。一方、上記２層構造に対しては、第１ストリップ層２０２は、第１導電率および第１機械強度を有し、第２ストリップ層２０４は、第２導電率および第２機械強度を有する。第１ストリップ層２０２および第２ストリップ層２０４は、強固に接着されて構造本体を形成し、耐電流能力および所望の機械強度を生じさせる。

機能的要求に応じて、多層電気プローブ２００は、例えば本体部２００ａと測定部２００ｂとに分かれる。本体部２００ａは湾曲部を有するように設計され、両端部の一方は、テスト予定の装置に接触するために用いられる。多層電気プローブ２００の測定部２００ｂは外部制御ユニットに接続される。また、多層電気プローブ２００の測定部２００ｂはテスト信号を適用し、本体によって生じる応力、例えば弾性変形によって生じる応力をテスト予定の装置に与える役割を果たす。すなわち、図２Ａに示す多層電気プローブ２００は、単一構造体のみである。実際の用途では、複数のプローブが一体的に組み立てられて外部制御ユニットによって制御される。設計上のこの側面は当業者に理解可能なので、詳細な説明は省略する。

多層電気プローブ２００の第１ストリップ層２０２および第２ストリップ層２０４は、例えばＮｉＣｏ合金およびＣｕを用いて製造され、各層は所定厚さを有する。したがって、多層電気プローブ２００の機械強度を調整することができる。また、第１ストリップ層２０２と第２ストリップ層２０４との導電率を組み合わせること、および第１ストリップ層２０２と第２ストリップ層２０４との厚さを整合させることによって、所望の導電率および耐高電流能力が生じる。多層電気プローブ２００はいくつかの層からなるので、その複数の層は所望の機械強度および耐高電流能力が生じるように容易に調節できる。以下、実施例を与えて多層電気プローブ２００の製造方法を説明する。明らかなことだが、多層電気プローブ２００の製造方法は、図示されるものに限られるわけではない。実際、多層電気プローブ２００の多層構造体を作ることができる任意の方法が適用可能である。

図３Ａから３Ｄは、本発明の実施例に係る多層電気プローブを製造するためのステップを示す模式図である。図３Ａに示すように、金属層３０２が基板３００上に形成される。半導体プロセスに整合させるべく、例えば、基板３００はシリコン基板であり、金属層３０２は蒸着プロセスで形成されるニッケル層である。次に、図３Ｂに示すように、フォトレジスト層３０４が、フォトリソグラフィープロセスで金属層３０２上に形成される。フォトレジスト層３０４は、金属層３０２の一部を露出する開口３０６を有する。垂直方向における開口３０６のパターンは、実際の設計に依存する。

図３Ｃに示すように、第１ストリップ層２０２が、電鋳プロセスを行うことによって開口３０６内の金属層３０２上に形成される。金属層３０２は主に、電鋳プロセスのための電極として作用する。ここで、その材料は、第１ストリップ層２０２の材料に対応するように選択して、電鋳プロセス後に第１ストリップ層２０２から容易に取り外せる材料にする必要がある。第１ストリップ層２０２は、所定厚さを有する。

図３Ｄに示すように、電鋳プロセスが適用されて、第１ストリップ層２０２上に第２ストリップ層２０４が形成される。第２ストリップ層２０４は、第１ストリップ層２０２に強固に接着されて構造本体を形成する。例えば、第２ストリップ層２０４は、開口３０６を完全に満たす。上述のように、より多くのストリップ層が望まれる場合は、同一の電鋳プロセスが用いられて所望厚さのストリップ層が形成される。引き続き、多層構造体が取り外されて、多層電気プローブ２００の実施例を作ることができる。本体部２００ａおよび測定部２００ｂは、例えば同時に一体的に製造することができる。第１ストリップ層２０２および第２ストリップ層２０４を構成する材料は、例えばＮｉＣｏ合金、ＮｉＭｎ合金、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｗ、Ｗ合金およびＮｉ合金から選択することができる。

図４Ａから４Ｄは、本発明の別の実施例に係る多層電気プローブを製造するためのステップを示す模式図である。図４Ａに示すように、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスが用いられて、例えばシリコン基板のような基板上に所定のパターンを有するトレンチが形成される。トレンチの平面図は図２Ａに示されるが、トレンチは、例えば湾曲主要本体部を有する。

図３Ａの金属層３０２に類似する図４Ｂに示すように、金属層４０４が、蒸着プロセスで基板４００上に形成される。図４Ｃに示すように、電鋳プロセスまたは蒸着プロセスが行われて、所望のパラメータによって決まる材料を含み厚さを有する第１金属層４０６が形成される。第１金属層４０６を構成する材料は、ＮｉＣｏ合金、ＮｉＭｎ合金、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｗ、Ｗ合金およびＮｉ合金の成分から選択することができる。さらに、第１金属層４０６はまた、所望の厚さを有する。次に、図４Ｄに示すように、第１金属層４０６とは異なる構成材料ではあるが類似する方法が用いられて第２金属層４０８が形成されて多層構造体が形成される。明らかなことだが、所望であれば、上部に別の層が形成されてもよい。次に、金属層４０６および金属層４０８の所定部分が取り除かれて、トレンチ領域内に残る部分が多層電気プローブを構成する。すなわち、多層電気プローブは、断面中空構造を有する。本実施例の断面構造は図２Ｂに示す構造とは異なるが、多層の効果が依然生じる。

すなわち、本発明の多層構造体は、本発明において必要な効果を生じさせることが等しく可能な、異なる変形例を有してよい。図５Ａ、５Ｂ、６および７は、本発明の別の実施例に係る多層電気プローブの製造方法およびプローブ構造のいくつかを示す模式図である。これらの実施例は、電気メッキ法を用いて製造される。

図５Ａに示すように、第１ストリップ層５００が製造される。第１ストリップ層５００は、所望の湾曲または長さおよび所定の断面を有する。第１ストリップ層５００の断面領域は、例えば円形、三角形または多角形の幾何学的形状を有することができる。次に、第１ストリップ層５００を電極として用いて、電気メッキプロセスが行われる。実際の要求に応じて、第１ストリップ層５００上にメッキされる第２ストリップ層５０４は表面全体を必ずしも覆わなくてよい。したがって、絶縁層５０２が第１ストリップ層５００の一部を覆うように形成される結果、表面のその一部は電気メッキプロセスが行われている際、第２ストリップ層５０４によって覆われない。

図５Ｂに示すように、絶縁層５０２が取り除かれる。図の左側において、残りの第２ストリップ層５０４が、第１ストリップ層５００の表面の一部を覆う。図の右側において、断面は丸い幾何学的形状である。他方、図６に示すように、第２ストリップ層５０６が第１ストリップ層５００の表面を実質的に覆い、例えばストリップ層５００の側面全体を覆ってもよい。さらに、図７に示すように、第１ストリップ層７００および第２ストリップ層７０２の断面は三角形である。なお、断面は、多角形のような所定の他の幾何学的形状であってもよい。

また、第１ストリップ層は、第２ストリップ層のみを覆うことに限定されるわけではない。実際の要求に応じて、第２ストリップ層および／または第１ストリップ層を覆うべく、少なくとも第３ストリップ層が第１ストリップ層を覆って配置されてもよい。これは、本実施例の可能な変形例の一つである。

一般に、いくつかの実施例が以下のように与えられる。本発明の実施例によれば、多層電気プローブの第１ストリップ層および第２ストリップ層はストリップ形状を有し、表面接触を用いて構造本体を形成する。また、別の実施例によれば、所望の機械強度および耐電流能力を調節するべく、第１ストリップ層は第１厚さを有し、かつ、第２ストリップ層は第２厚さを有する。

本発明の実施例によれば、上記多層電気プローブは少なくとも、第３導電率および第３機械強度を有する第３ストリップ層を含み、第３ストリップ層は第１ストリップ層および第２ストリップ層と一体的になって上記構造本体を形成する。

本発明の実施例によれば、上記多層電気プローブの第１ストリップ層および第２ストリップ層は、中空形状堆積層の断面構造を有する。

本発明の実施例によれば、上記多層電気プローブの第２ストリップ層は、第１ストリップ層の少なくとも一部、または第１ストリップ層の表面の実質的に全体を覆う。

本発明の実施例によれば、上記多層電気プローブの第１ストリップ層は、例えば円形、三角形または多角形の幾何学的形状の断面積を有する。

本発明の実施例によれば、上記多層電気プローブの第１ストリップ層および第２ストリップ層は、少なくとも一つの湾曲部を有する。

本発明の実施例によれば、上記多層電気プローブの第１ストリップ層と第２ストリップ層とは、電鋳プロセスを行うことによって強固に接着される。

本発明の実施例によれば、上記多層電気プローブの第１ストリップ層と第２ストリップ層とは、電気メッキプロセスを行うことによって強固に接着される。

上述したのは、多層電気プローブの構造である。当業者であれば誰でも、多くの多層電気プローブは通常、実際のテスト操作のキャリア表面に配置されることがわかる。外部制御ユニットの制御によって、プローブキャリアが移動され、必要なテスト信号および応力がテスト予定の装置に適用される。ここで、制御の詳細な説明を入念に行うことはしない。

本発明は、多層電気プローブの重要性を特に強調する。というのは、多層構造体を備えるプローブは機械強度および耐電流能力を有効に促進できるからである。また、多層電気プローブは、プローブの断面寸法を縮小化するべく所定の半導体プロセスによって製造することができる。よって、多層電気プローブは、高度に集積された集積回路をテストするために用いることができる。

当業者であれば、本発明の構造に対して、本発明の範囲または要旨から逸脱せずに様々な修正例および変形例を行うことができる。上記に鑑みて、本発明の修正例および変形例は、以下の請求項およびその均等物の範囲内に収まれば、本発明によってカバーされることになる。

従来的なコブラプローブ構造の略図である。 本発明の実施例に係る多層電気プローブの模式的構造断面図である。 図２Ａの多層電気プローブの模式的断面図である。 本発明の実施例に係る多層電気プローブを製造するためのステップを示す模式図である。 本発明の実施例に係る多層電気プローブを製造するためのステップを示す模式図である。 本発明の実施例に係る多層電気プローブを製造するためのステップを示す模式図である。 本発明の実施例に係る多層電気プローブを製造するためのステップを示す模式図である。 本発明の別の実施例に係る多層電気プローブを製造するためのステップを示す模式図である。 本発明の別の実施例に係る多層電気プローブを製造するためのステップを示す模式図である。 本発明の別の実施例に係る多層電気プローブを製造するためのステップを示す模式図である。 本発明の別の実施例に係る多層電気プローブを製造するためのステップを示す模式図である。 本発明の別の実施例に係る多層電気プローブの製造方法およびプローブ構造のいくつかを示す模式図である。 本発明の別の実施例に係る多層電気プローブの製造方法およびプローブ構造のいくつかを示す模式図である。 本発明の別の実施例に係る多層電気プローブの製造方法およびプローブ構造のいくつかを示す模式図である。 本発明の別の実施例に係る多層電気プローブの製造方法およびプローブ構造のいくつかを示す模式図である。

Claims (12)

1. 第１導電率および第１機械強度を有する第１ストリップ層と、
   第２導電率および第２機械強度を有する第２ストリップ層と
   を含む多層電気プローブであって、
   前記第１ストリップ層と前記第２ストリップ層とが強固に接着されて前記多層電気プローブの構造本体を形成し、
   前記多層電気プローブは、前記多層電気プローブの両端のうちの一端を含み当該一端がテスト予定の装置に接触する本体部と、前記多層電気プローブの両端のうちの他端を含み外部制御ユニットに接続される測定部と、を有し、
   前記第１ストリップ層および前記第２ストリップ層は、中空形状の堆積層の断面構造を有し、前記中空形状は前記多層電気プローブの前記一端から前記他端にわたって延び、
   前記第１ストリップ層および前記第２ストリップ層は少なくとも一つの湾曲部を有する、多層電気プローブ。
2. 前記第１ストリップ層および第２ストリップ層はストリップ形状を有し、表面接触によって前記構造本体を形成する、請求項１に記載の多層電気プローブ。
3. 前記第１ストリップ層は第１厚さを有し、前記第２ストリップ層は第２厚さを有する、請求項１または２に記載の多層電気プローブ。
4. 少なくとも、第３導電率および第３機械強度を有する第３ストリップ層をさらに含み、第３ストリップ層は第１ストリップ層および第２ストリップ層と一体的になって上記構造本体を形成する、請求項１〜３のいずれかに記載の多層電気プローブ。
5. 前記第２ストリップ層は、前記第１ストリップ層の表面の少なくとも一部を覆う、請求項１〜４のいずれかに記載の多層電気プローブ。
6. 前記第２ストリップ層は、前記第１ストリップ層の表面の実質的に全体を覆う、請求項５に記載の多層電気プローブ。
7. 前記第１ストリップ層は、幾何学的形状の断面を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の多層電気プローブ。
8. 前記第１ストリップ層および前記第２ストリップ層の材料は、ＮｉＣｏ合金、ＮｉＭｎ合金、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｗ、Ｗ合金およびＮｉ合金からなるグループから選択される、請求項１〜７のいずれかに記載の多層電気プローブ。
9. テストに必要な弾性および変形を生じさせるべく予め定められた機械強度が用いられる、請求項１〜８のいずれかに記載の多層電気プローブ。
10. 必要な電流を生じさせるべく予め定められた導電率が用いられる、請求項１〜９のいずれかに記載の多層電気プローブ。
11. 前記第１ストリップ層と前記第２ストリップ層とは電鋳プロセスによって強固に接着される、請求項１〜１０のいずれかに記載の多層電気プローブ。
12. 前記第１ストリップ層と前記第２ストリップ層とは電気メッキプロセスによって強固に接着される、請求項１〜１０のいずれかに記載の多層電気プローブ。

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