JP5139432B2 - カーボンナノチューブ・コンタクト構造 - Google Patents

Description

本発明は、カーボンナノチューブに係り、より具体的には、フィルム中及び溶液中のカーボンナノチューブに関する。

カーボンナノチューブは、非常に小型で、強度が高く、電気及び熱伝導特性に優れていることにより注目を集めている。しかし、カーボンナノチューブを取り扱う際に問題が生じる。例えば、整列された複数のカーボンナノチューブからなるフィルムは、フィルム全体に亘って電気的な接続性を有する。だが、各カーボンナノチューブが独立して作用して、フィルムが塑性変形してしまう場合がある。フィルムは、被試験デバイスへの好ましい接続（positive connection）を形成するために試験相互接続エレメント又はコンタクト構造に求められる剛性及び弾性がない。

カーボンナノチューブは、めっき溶液においても用いられてもよく、それにより、カーボンナノチューブを含む、めっきされた対象のコーティングが得られる。この形態では、カーボンナノチューブは、対象に付着していることにより可塑性は高くない。

本発明の幾つかの実施形態に従い、プローブヘッドがその上に取り付けられたプローブカードアセンブリを示すブロック図である。 カーボンナノチューブが組み込まれるコンタクト構造を作製する例示的な方法の一部を説明する犠牲基板と関連材料を示す斜視図である。 図２の線３−３に沿った図である。 図３に示す構造の拡大図であって、カーボンナノチューブが組み込まれるコンタクト構造を作製する例示的な方法の一部を示す図である。 図４に類似する図であって、カーボンナノチューブが組み込まれるコンタクト構造を作製する例示的な方法の一部を示す図である。 カーボンナノチューブが組み込まれるコンタクト構造を作製する例示的な方法の一部を説明する犠牲基板と関連材料を示す斜視図である。 図７の線８−８に沿った拡大図である。 カーボンナノチューブが組み込まれたコンタクト構造を示す斜視図である。 カーボンナノチューブが組み込まれた別のコンタクト構造を示す斜視図である。 図１０Ａの線１０Ｂ−１０Ｂに沿った、図１０Ａのコンタクト構造の本体を示す断面図である。 本発明の幾つかの実施形態に組み込まれうる整列されたカーボンナノチューブフィルムを成長させるプロセスを示す連続図である。 カーボンナノチューブが組み込まれたコンタクト構造を示す概略図である。 パターンが付けられたカーボンナノチューブフィルムを示す斜視図である。 図１５におけるカーボンナノチューブの上部に金属スラグが取り付けられた図１５のフィルムを示す斜視図である。 逆さにされ、フィルムが取り除かれた図１６のカーボンナノチューブを示す図であって、複数の金属支柱があり、そのうちの１つをパターンが付けられたカーボンナノチューブから分解して示す図である。

説明と共に示す図面は、デバイス及びデバイスを作製する方法の特定の一部（全体ではなく）のみを示すものである。以下の説明と共に、図面は、本発明の幾つかの実施形態によるかかるデバイス及び方法の原理を示し且つ説明する。図中、明瞭とするために一部の場合において層及び領域の厚さを拡大して示す場合がある。また、ある層が別の層又は基板「上」にあると言及した場合に、そのある層は、別の層又は基板の上に直接あっても、介在する層があってもよいことは理解されよう。異なる図面における同じ参照番号は、同じ構成要素を示すので、それらの説明は省略する。

本発明の例示的な実施形態を、添付図面を参照しながらより詳細に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本願に記載する実施形態及び様態に限定されると解釈すべきではない。例示的な実施形態は、半導体ダイを試験するプローブ先端に関連して説明するが、本発明はそれに限定されず、任意のプローブ用途に用いることができる。

一般に、本発明の幾つかの実施形態は、プローブ用のコンタクトエレメント（本願では、コンタクト構造とも呼ぶ）を提供する。コンタクトエレメント又はプローブ全体は、様々な方法で内部にカーボンナノチューブが組み込まれたカーボンナノチューブ構造から形成されうる。１つの様態では、カーボンナノチューブは、トレンチ内でフィルム上に成長させられうる。トレンチ内では、プローブのコンポーネントがリソグラフィにより形成される。別の様態では、カーボンナノチューブは、プローブ又はプローブコンタクトエレメントをめっきするために用いられるめっき溶液中にあってもよい。さらに別の様態では、プローブ全体又はコンタクトエレメントは、カーボンナノチューブにより実質的に構成されてもよい。カーボンナノチューブフィルムを含む実施例では、フィルムにパターンを付けて、カーボンナノチューブの塑性変形を抑えるように金属が形成される領域を与えてもよい。

本発明の幾つかの実施形態にしたがって、図１に示す非限定的である例示的なプローブカードアセンブリ１００を用いて１以上の被試験デバイス（ＤＵＴ）を試験することができる。ＤＵＴは、試験される任意の１以上の電子デバイスでありうる。ＤＵＴの非限定的な例としては、個片化されていない（unsingulated）半導体ウェーハの１以上のダイ、ウェーハ（パッケージ化されていてもいなくともよい）から個片化された１以上の半導体ダイ、キャリア又は他の保持デバイス上に配置された個片化された半導体ダイのアレイ、１以上のマルチダイ電子モジュール、１以上の印刷回路基板、又は、任意の他のタイプの１以上のデバイスが挙げられる。本願で用いるＤＵＴという用語は、１つの又は複数のそのような電子デバイスを指すことに留意されたい。

プローブカードアセンブリ１００は、テスタ（図示せず）からの複数のテスタチャネル（図示せず）と電気的に接続できる複数の電気コネクタ１０４を含みうる。プローブカードアセンブリ１００はさらに、本願では、（例えば）ＤＵＴ１１０の入出力端子１０８（コンタクトパッドとも呼ぶ）に押し付けられそれにより電気的に接続するよう構成されるコンタクト構造１０６を含みうる。本実施例におけるＤＵＴ１１０は、その上にコンタクトパッド１０８を有する半導体デバイスを含みうる。一部の実施形態では、コンタクト構造１０６は、弾性又はバネ状の特性を有することができる。

プローブカードアセンブリ１００はさらに、コネクタ１０４及びコンタクト構造１０６を支持し、コネクタ１０４とコンタクト構造１０６とを電気的に接続させるよう構成される１以上の基板を含みうる。図１に示す例示的なプローブカードアセンブリ１００は、３つのそのような基板を有するが、他の実施形態では、プローブカードアセンブリ１００は、より多くの又はより少ない数の基板を有することができる。図１には、プローブカードでありうる配線基板１１２と、インターポーザー基板１１４と、プローブ基板１１６とを示す。配線基板１１２、インターポーザー基板１１４、及びプローブ基板１１６は、任意のタイプの材料から形成することができる。好適な基板の例としては、次に限定しないが、印刷回路基板、セラミック基板、有機又は無機基板等が挙げられる。これらの組み合わせも可能である。

電気的な接続（不可視）を、コネクタ１０４から配線基板１１２を通り導電性のバネ相互接続構造１１８に設けることができる。他の電気的な接続（不可視）を、バネ相互接続構造１１８からインターポーザー基板１１４を通り導電性のバネ相互接続構造１２０に設けることができ、またさらに他の電気的な接続（不可視）を、バネ相互接続構造１２０からプローブ基板１１６を通りコンタクト構造１０６に設けることができる。配線基板１１２、インターポーザー基板１１４、及びプローブ基板１１６を通る電気的な接続（図示せず）は、配線基板１１２、インターポーザー基板１１４、及びプローブ基板１１６における及び／又はそれらを通る導電性のビア、トレース等を含みうる。

配線基板１１２、インターポーザー基板１１４、及びプローブ基板１１６は、ブラケット１２２及び／又は他の好適な手段により一緒に保持されうる。図１に示すプローブカードアセンブリ１００の構造は例示的に過ぎず、また、説明及び考察を容易にすることを目的として簡易化している。多くの変更、修正、及び追加が可能である。例えば、プローブカードアセンブリ１００は、図１に示すプローブカードアセンブリ１００より少ない又はより多い数の基板（例えば、１１２、１１４、１１６）を有することができる。別の例として、プローブカードアセンブリ１００は、２以上のプローブ基板（例えば、１１６）を有することができ、そのようなプローブ基板のそれぞれは、独立して調節できる。複数のプローブ基板を有するプローブカードアセンブリの非限定的な例は、２００５年６月２４日に出願された米国特許出願第１１／１６５，８３３号に開示される。プローブカードアセンブリの更なる非限定的な例は、米国特許第５，９７４，６２２号及び第６，５０９，７５１号と、上述の２００５年６月２４日に出願された米国特許出願第１１／１６５，８３３号に記載され、これらの特許及び出願に記載されるプローブカードアセンブリの様々な特徴は、図１に示すプローブカードアセンブリ１００に実装することができる。

図２乃至６は、コンタクトエレメント（図６に一般に６００と示す）を作製する例示的な工程におけるリソグラフィフォームのコンポーネント及びコンタクトエレメント６００を、簡易化形式で、示す。コンタクトエレメント６００は、本明細書では先端とも呼ぶ。以下に説明する、コンタクトエレメントを作製しコンタクトエレメントを梁（本願では相互接続エレメントとも呼ぶ）に取り付ける工程は、本発明の様々な実施形態を実施するために用いうる多くの可能なコンタクトエレメント及び結合方法のうちの１つに過ぎない。本発明の範囲から逸脱することなく、多くの他のタイプのコンタクトエレメントを、梁に、他のタイプの梁に、配線に、又は、コンタクトエレメント用の任意の他のタイプの相互接続エレメントと組み合わせてもよい。

図２をまず検討するに、コンタクトエレメント６００を作製するためのリソグラフィフォームを一般に２００と示す。開口２０２をマスク材料２０４の層に形成することができる。開口２０２は、リソグラフィ又は任意の他の好適な方法によって形成されうる。マスク材料２０４は、フォトレジストか又は任意の他の好適なタイプのマスク材料でありうる。マスク材料２０４は、犠牲基板２０６の表面上に配置することができる。基板２０６は、シリコン又は任意の他の好適な基板でありうる。基板２０６とマスク層２０４との間には１以上の剥離層（図示せず）があってもよいが、剥離層が関与していてもいなくとも基板からコンタクトエレメント６００を離す任意の他の方法を用いてもよい。

図３にも示すピット２０８は、任意の好適なエッチング方法を用いて基板２０６内にエッチングすることができるが、他の方法を用いて図示するピット２０８を形成してもよい。ピット２０８は、例えば、異方性エッチング特性を有するシリコン基板２０６において自己限界点に到達するまでエッチングが進行することを可能にすることにより形成することができる。これにより、逆角錐状のピットが生成される。或いは、図示するように、エッチングが自己限界点に到達する前に止められて、図３に示すようなピット２０８のような形状のピット、すなわち、小さい平らな頂点３０２を有し、逆角錐台が生成される。ピット２０８のようなピットのエッチングは、より平らなコンタクトエレメントが所望される場合には全くなくてもよい。

ピット２０８の形成後、マスク層２０４が基板２０６から除去されうる。しかし、すぐに理解されるように、このマスク層２０４は、図５における別のマスク層５０４と後で置き換えられることが可能であり、また、マスク層２０４は除去するのではなくその場所に保持することも可能でありうる。いずれにしても、本実施例では、図４に示すようにマスク層２０４を除去することを検討する。

図４にはさらに、本願においてベースとも呼ぶ触媒層４０２を示し、これは、ピット２０８内に堆積され、図示するようにピット２０８の表面を覆う。触媒層４０２は、図５に一般に５０２と示すカーボンナノチューブフィルムを成長させるための金属シード層でありうる。カーボンナノチューブフィルム５０２は、触媒層４０２から延在する複数の線として概略的に示す。触媒層４０２のような触媒層上にフィルム５０２のようなカーボンナノチューブフィルムを成長させる既知の方法は様々にある。これらの方法はどれも本発明の実施に好適でありうる。これらの方法はすべて、カーボンナノチューブのフィルムを成長させる。カーボンナノチューブとは、炭素原子の単層又は多層構造が中空のコアを有する管に形成されたものを指す。本明細書に記載する実施形態に使用するために成長させられ且つ検討されたナノチューブ及びナノチューブフィルムは、優れた導電体であり、引張強度及び弾性係数について強度が高い。幾つかの不利な点を有しうる別の特性としては、カーボンナノチューブフィルムは、通常、可塑性があることである。すなわち、カーボンナノチューブフィルムは、それ自体で容易に変形してしまう。換言すれば、カーボンナノチューブフィルムは、複合材の一部でない場合、又は、他の構造内に組み込まれるか若しくは内部に他の構造が組み込まれないと容易に変形してしまうということである。

図５に示すようにカーボンナノチューブフィルム５０２が形成された後、プロセスにおける更なる工程には、チタン層（図示せず）、銅層（図示せず）、アルミニウム層（図示せず）、又は、他の金属若しくは材料の層を基板２０６上に堆積することが含まれうる。これらの層を全て連続して堆積しても、１又は２つの層だけを堆積してもよい。この堆積は、スパッタリングか又は任意の他の好適な方法によるものであってよい。或いは、これらの層は、図面に示すように、いずれも堆積されなくともよい。

第２のマスク層５０４を、犠牲基板２０６と、基板上にある場合には金属層上に塗布することができる。層５０４は、コンタクトエレメント６００に所望される厚さと少なくとも同じである厚さに均一に堆積されうる。一般的な厚さは、２５乃至２５０マイクロメートルであるが、他の厚さを用いてもよい。第２のマスク層５０４は、既知の方法でパターンが付けられて、ピット２０８と位置合わせされる開口５０６を有する。

上述したように開口５０６が形成された後、この開口は、図６に示す１以上の金属材料層６０２で充填される。任意の好適なリソグラフィプロセスを用いて、当該技術において既知である方法及び深度に金属材料層６０２を堆積しうる。金属層６０２が堆積されると、任意の好適な溶媒を用いてマスク層５０４が剥離され、コンタクトエレメント６００が既知の方法で犠牲基板２０６から離される。

この処理により、図示するように触媒層４０２が除去される又は部分的に除去されうる。或いは、触媒層４０２は、その場所にそのままにされることもできる。除去されるならば、コンタクトエレメント６００の表面６０４に連通するカーボンナノチューブフィルム５０２を残したまま、触媒層４０２は、エッチング又は他の方法で除去される。この連通は、表面６０４と同一平面にあるカーボンナノチューブフィルムの一部を露出することによるものでありうる。或いは、コンタクトエレメント６００の表面層を、コンタクトエレメント６００を形成する金属はエッチングするがカーボンナノチューブフィルム５０２はエッチングしないエッチャントを用いて僅かにエッチングしてもよい。この結果、表面６０４上に露出される浅いフィルム層（図示せず）が得られ、「毛の生えた（bearded）」実施形態（図示せず）と考えられるものが形成される。すなわち、フィルム５０２中の一部のカーボンナノチューブがコンタクトエレメント６００の表面６０４から延在する実施形態が形成される。これは、半導体デバイス上のパッドに接触するための強度があり伝導率の高い構造を与える。さらに、フィルム５０２がコンタクトエレメント６００に組み込まれるので、カーボンナノチューブフィルム５０２の突出する「毛」の部分がＤＵＴ１１０（図１）のコンタクトパッド１０８に付勢される際に、フィルムは定位置に固定され且つ支持される。

或いは、コンタクトエレメント６００は、以下の通りに形成することもできる。カーボンフィルム５０２を成長させるのではなく、又は、成長に加えて、カーボンナノチューブを、ピット２０８及び開口５０６内に堆積される材料６０２の中に埋め込んでもよい。従って、カーボンナノチューブを、図６に示す材料６０２全体に分布させることができる。例えば、材料６０２を層４０２上に電気めっきしてもよく、また、材料６０２でめっきする際のめっき溶液にはナノチューブを含むことができる。

図７及び８は、コンタクト構造用の梁８００（図８）を形成するためのリソグラフィにより形成されたモールド（一般に７００と示す）を示す。図７では、開口７０２が、犠牲基板７０６上に形成されたマスク材料層７０４に形成される。剥離層（図示せず）を、マスク層７０４と犠牲基板７０６との間に堆積してもよいが、このような剥離層を用いずに梁８００を形成する技術が知られている。短絡層（図示せず）といった追加の層を形成してもよい。

図７に示すように、開口７０２は対向する端７０８、７１０を含み、端７０８は端７１０より細く、それにより、台形が画定される。なお、任意の形状を有する梁又は他の相互接続エレメントを代わりに用いてもよいことは理解すべきである。

図８に示すように、フォーム７００が形成された後、触媒層８０２を開口７０２内に堆積しうる。図４乃至６における触媒層４０２と同様に、触媒層８０２は、既知の方法で堆積され、さらにこれも既知の方法でカーボンナノチューブフィルム８０４を成長させるべく使用される金属シード層を含みうる。触媒層８０２は、開口７０２の側面８０６、８０８のうちの１つにのみ、又は、底面８１０にのみ塗布されうる。さらに、フィルムは、表面８０６、８０８、８１０のいずれかの表面の全体に塗布される必要はない。又は、フィルムは、図８に示すように全ての表面に塗布されてもよい。フィルム８０４を成長させた後、開口７０２に１以上の金属材料層を充填し、結果として梁８００が得られる。様々な方法を用いてそのような１以上の層を堆積することができ、それらの方法には、次に限定しないが、電気めっき、ＣＶＤ、ＰＶＤ、又はスパッタリングが含まれる。更なる技術も既知であり本発明を実施するために用いてよい。図９から分かるように、梁８００は、開口７０２内で端７１０に形成された幅広端８５２と、開口７０２内の端７０８に向かって形成された狭幅端８５４を含むことができる。

梁８００は、或いは、以下の通りに形成することもできる。カーボンフィルム８０４を成長させるのではなく、又は、成長に加えて、カーボンナノチューブを、梁８００を形成すべく開口７０２内に堆積される材料の中に埋め込んでもよい。このようにすると、カーボンナノチューブを梁８００全体に分布させることができる。例えば、梁を形成する材料を開口７０２内に電気めっきすることにより、梁８００を形成でき、また、梁８００を形成する材料でめっきする際のめっき溶液は、ナノチューブを含むことができる。

図８に示す構造からマスク材料７０４を除去した後、はんだペースト（図示せず）又は等価の材料（これも図示せず）を、図９で見た場合に、梁８００の上面及び／又は支柱９０２、９０４の端に塗布しうる。次に、梁８００は逆さにされて、はんだ又は他の材料を用いて、梁８００を支柱９０２、９０４の端に結合させうる。次に、梁８００は、熱若しくは溶媒を加えることによって、又は、任意の他の好適な方法によって犠牲基板７０６から離され、それにより、図９の構造（コンタクトエレメント６００は除く）が得られる。コンタクトエレメント６００は、既知の方法、例えば、はんだペーストを用いて梁８００に取り付けられる。しかし、任意の技術を用いてコンタクトエレメント６００を梁８００に結合して図９の構造が形成できることを理解すべきである。別の方法としては、コンタクトエレメント６００及び梁８００は一体に形成されてもよい。

梁８００、コンタクトエレメント６００、及び支柱９０２、９０４は、プローブ又はコンタクト構造（図９において一般に９００と示す）として集合的に呼ぶこともできる。支柱９０２、９０４は、既知の方法で、基板１１６（図１にも示す）上の端子（図示せず）に結合されることができる。梁８００は、マスク材料７０４内の開口７０２の中で形成するのではなく、犠牲基板７０６内にエッチングされた又は他の方法で形成された開口（図示せず）の中で形成することもできる。さらに別の方法としては、梁８００は、犠牲基板７０６内に形成される開口（図示せず）と、例えば、犠牲基板７０６内の開口（図示せず）上に位置付けられることが可能であるマスク材料７０４内の開口７０２との組み合わせの中で形成することもできる。２つの支柱を示すが、より多い又はより少ない数の支柱９０２、９０４を用いることもできる。

例示的なコンタクト構造９００には、コンタクトエレメント６００（図６参照）上のカーボンナノチューブフィルム５０２と梁８００上のカーボンナノチューブフィルム８０４の両方が実装されてもよいし、又は、フィルム５０２、８０４のうちの片方のみが実装されてもよい。表面８１０上に形成されたカーボンナノチューブフィルム８０４は、図９における梁８００の上面９０２にある。図１から分かるように、プローブ又はコンタクトエレメント９００が半導体パッド１０８に対して付勢される場合、梁８００は、図９で見た場合に下方向に曲がる。上面９０２の下に形成されたカーボンナノチューブフィルム８０４を緊張状態にさせる。従って、フィルム８０４は梁の亀裂を阻止すべく作用することにより梁８００の靭性を増加する。他の材料を梁８００の軸に沿って形成又は堆積して、梁８００の選択された特性又は特徴を追加する又は高めることができる。例えば、伝導性の高い材料（例えば、銅）を形成又は堆積して、梁８００の導電性を促進することができる。弾性の高い材料を形成又は堆積して、梁８００の弾性を促進することができる。

本発明の別の実施形態を、図１０Ａに示すコンタクト構造１０００において実施することができる。コンタクト構造１０００は、相互接続エレメントとして機能しうる本体１００２（例えば、ワイヤであってよい）を含みうる。本体１００２（弾性又はバネ状の特性を有しうる）は端子１００４に取り付けられ、端子１００４は基板１００６に取り付けられうる。基板１００６は、図１における基板１１６といったプローブ基板でありうるが、ただし、プローブは、図９におけるコンタクト構造９００ではなく、図１０Ａに示すコンタクト構造１０００と同様である。

コンタクト構造１０００はさらに、既知の方法で、本体１００２の上端に取り付けられうるコンタクトエレメント１００８を含みうる。図１０Ａにおけるコンタクトエレメント１００８と図９におけるコンタクトエレメント６００を比較すると分かるように異なる形状を有することを除いて、コンタクトエレメント１００８は、コンタクトエレメント６００と同様にリソグラフィにより形成されうる。しかし、コンタクトエレメント１００８は、図１０Ａに示す形状とは異なる形状を取ってよい。例えば、コンタクトエレメント１００８は、図１０Ａに示すように略円形ではなく、略四角形、矩形、楕円形等であってよい。

当該技術において知られているように、また、図１０Ｂに示すように、本体１００２は、金のワイヤといった比較的柔らかいコア１０５０から形成されうる。金のワイヤは、比較的降伏力の高い硬い材料１０５２でオーバーコートすることができる。例えば、金のワイヤは、ニッケル及びその合金を用いて電気化学めっきによってコートしうる。逆に、スタンピングプロセス又は他のプロセスによって比較的硬いコアを形成してもよく、このコアを金といった良好なコンタクト材料を用いてめっきすることができる。

いずれの場合においても、本体１００２は、カーボンナノチューブ１０５４を含みうるめっき溶液と共に既知のめっき技術（例えば、電気化学めっき）を用いてめっきされうる。カーボンナノチューブは、しばしば、溶液中に懸濁されて供給され、本体１００２をめっきするためのめっき溶液中に容易に取り込まれる。さらに、一部の実施形態では、ナノチューブ１０５４は、コア１０５２に対し親和性を有することができ、また、図１０Ｂに示すようにコア１０５０の略長さ方向に沿って自然に大体整列することができる。例えば、コア１０５２が銅ワイヤである場合、めっき溶液中のナノチューブ１０５４は、図１０Ｂに示すように、めっき溶液を形成する材料が銅ワイヤ上にめっきされてオーバーコート１０５４を形成する際に、ナノチューブの長さ方向に沿って自ら整列する傾向を有しうる。これは、本体１００２の靭性と伝導性を高めることができる。なお、このようなめっき技術に従って、本体１００２がめっきされることができ、コンタクトエレメント１００８がめっきされることができ、又は、本体１００２及びコンタクトエレメント１００８がめっきされることができる。簡潔に述べるに、コンタクトエレメント１００８及び本体１００２のうちのいずれか一方又は両方がカーボンナノチューブを含みうる。そして、これらのナノチューブは、図２乃至８に関連して説明したようにリソグラフィプロセスに関連してフィルムを成長させることによって、直近に説明したようにめっきによって、又は、フィルムの成長とめっきの両方によって組み込まれうる。

図１１乃至１３は、本発明の一部の実施形態に組み込まれうるカーボンナノチューブフィルム及び関連構造の概略図を示す。図１１では、カーボンナノチューブフィルム１１００を触媒基板１１０２上に成長させることができる。触媒基板１１０２は、他の触媒層と同様に、カーボンナノチューブフィルムを成長させるために用いられるシード金属でありうる。基板上に整列されたカーボンナノチューブのフィルムを成長させる方法は幾つか知られており、本発明の実施形態に組み込まれるカーボンナノチューブでは、これらのアプローチのうちのいずれを用いてよい。さらに、絡まった（tangled）カーボンナノチューブも本発明の実施形態の実施に適している。図１１に示すように、触媒基板１１０２を最初に好適なベース（図示せず）上に載せ、次に、カーボンナノチューブフィルム１１００を触媒基板１１００上に成長させることができる。結果として得られるフィルムは、比較的互いに密であるカーボンナノチューブ間に内部空間１１０６を含むことができる。カーボンナノチューブはそれぞれ、数ナノメートルのオーダーの直径を有する。密にされたカーボンナノチューブ間の内部空間１１０６は、数ミクロンから数十ミクロンまでの範囲にありうる。これにより、比較的柔軟性のある、すなわち、容易に変形可能であるカーボンナノチューブフィルムが生成される。

図１１に示すように、カーボンナノチューブフィルム１１００を成長させた後、銅のような金属層１２００（図１２）をカーボンナノチューブフィルム１１００の上面１１０４（図１１）に塗布することができる。このことは、スパッタリングによって、又は、図１２に示す形状の金属スラグとして別個に金属層１２００を形成することにより達成しうる。このアプローチでは、銀といった金属が含浸されたエポキシ樹脂を含む導電性エポキシ樹脂１１１０をカーボンナノチューブフィルム１１００の表面１１０４に塗布することができる。次に、金属層１２００を含む銅のスラグは、上面１１０４上に配置することができ、それにより、導電性エポキシ樹脂１１１０を介してカーボンナノチューブフィルム１１００と機械的且つ電気的に接続することが可能となる。

図１３では、図１２の構造を逆さにし、触媒層１１０２が除去されていることにより、カーボンナノチューブフィルム１１００の表面１３００が露出されている。触媒層１１０２は、例えば、カーボンナノチューブフィルム１１００から剥ぎ取ることによって機械的に除去することができ、それにより、図１３の構造が得られる。図１３の構造は、コンタクトエレメント１４００として用いてよく、このコンタクトエレメントは、図１４に略図形式で１４０２と示すコンタクト構造又はプローブの一部でありうる。

図１３に示すように、本発明の一部の実施形態では、充填層１３５０をカーボンナノチューブフィルム１１００の表面１３００上に堆積することができる。銀、ロジウム、プロブアロイ（proballoy）といった材料、又は、フィルム１１００を形成するナノチューブの端を結ぶのに適した任意の他の材料を含むことのできる層１３５０は、かかる材料を堆積するのに適した任意の方法（例えば、スパッタリング、電着、化学蒸着等）で堆積させることができる。かかる層１３５０は、フィルム１１００を形成するナノチューブ間の空隙を充填することができ、これにより、コンタクトエレメント１４００のコンタクト面（ここでは、材料１３５０により形成される）上でデブリ又は残留物が留まる又は捕捉される可能性を減少することができる。例えば、層１３５０は、層１３５０がなければナノチューブ間の空隙内に留まる又は捕捉されてしまいうるデブリ又は残留物がコンタクトエレメント１４００に付着することを阻止する。層１３５０は、ＤＵＴ１１０といったＤＵＴの端子に接触するために用いられる図１のコンタクト構造といったコンタクト構造のコンタクト先端がコンタクトエレメント１４００により形成される実施形態において特に有利でありうる。しかし、他の実施形態では、カーボンナノチューブフィルム１１００の表面１３００上に層１３５０は堆積されない。

コンタクトエレメント１４００は、図１における基板１１６のようなプローブ基板でありうる基板１４０６上の端子４０４に取り付けられる本体１４０３に取り付けることができる。ただし、プローブは、図９又は１０におけるコンタクト構造ではなく、図１４におけるコンタクト構造１４０２と同様である。本体１４０３は、例えば、端子１４０４に接合されるワイヤであることが可能である。このようなワイヤは、例えば、弾性のバネ状の特性を有するような材料及び／又は形状であることが可能である。コンタクトエレメント１４００は、はんだ接続１４０８を介して本体１４０３に電気的且つ機械的に接続されることが可能である。金属層１２００は、表面１３００が図１に示すパッド１０８のような半導体パッドに対して付勢される際に、カーボンナノチューブフィルム１１００を支持する構造上の剛性を与えることができる。フィルム１１００は、良好な電気的接触と、図１におけるＤＵＴ１１０といったＤＵＴ上のパッドに対して繰り返し加圧接続できるようにする構造上の靭性を提供する。

図１５乃至１７は、本発明の一部の実施形態に組み込まれうる整列されたカーボンナノチューブフィルムを成長させるプロセスを示す連続図である。図１５では、金属シード層を含みうる触媒層１５００が、好適なベース１５０２上に設けられうる。触媒層１５００及びベース１５０２は、本願では、集合的にベースと呼ぶ場合がある。カーボンナノチューブフィルム１５０４を触媒層１５００上に成長させることができる。８つの穴（そのうちの１つは穴１５０６）をカーボンナノチューブフィルム１５０４に形成することができる。この穴の数は例示的に過ぎず、より多い又はより少ない数、すなわち、任意の数を用いてよい。穴の形状も同様に例示的に過ぎず、穴は任意の形状（四角形、矩形、楕円形等）を取りうる。これらの穴１５０６は、従来のリソグラフィ技術を用いてベース１５０２上の触媒層１５００にパターンをつけることによって形成されうる。これにより、ベース上にパターンが画定される。つまり、触媒層１５００をベース１５０２上に形成した後、カーボンナノチューブフィルム１５０４における穴１５０６といった穴にそれぞれ対応する８つの穴（不可視）を、触媒層１５００に形成することができる。この結果、カーボンナノチューブフィルム１５０４は、触媒層１５００上の穴（不可視）上では成長しない。これにより、図１５に示す構造が得られる。上述したように、８つの穴を図示しているが、より多い又はより少ない数の穴を用いてもよい。

次に、金属層１６００を、スパッタリングによって、又は、導電性エポキシ樹脂を使って金属層１６００の形状の金属スラグを、図１２を参照して説明したような方法で取り付けることによって、形成することができる。

図１７では、図１６の構造が逆さにされ、触媒層１５００及びベース１５０２が、図１１乃至１３のプロセスについて説明したのと同様に除去される。すなわち、触媒層１５００は、フィルムと触媒層との接合点においてカーボンナノチューブフィルム１５０４から機械的に剥離されることが可能である。その結果、図１７において露出される穴（例えば、穴１５０６）の端は、図１５に示す端とは反対の端となる。

次に、カーボンナノチューブフィルム１５０４の上面（図１７において見た場合）上に、金属をスパッタリング、めっき、又は、堆積することができる。これにより、８つの穴のそれぞれを、スタッド１７００、１７０２のような丸い金属支柱又はスタッドで充填することができる。スタッド１７００を穴１５０６に対して分解組立図のように示すことにより、スタッドの形状を露出し、各スタッドがその対応する穴にどのように嵌るかを示している。スタッド１７００、１７０２は、円形及び円柱形として図示しているが、他の形状（例えば、略四角形、矩形、楕円形等の形状を有する構造）であってもよい。

スパッタリングしたことにより、カーボンナノチューブフィルム１５０４の上面（図１７において見た場合）全体は、スパッタ金属（図示せず）で覆われうる。既知の研磨平坦化技術を用いて、上面上のスパッタ金属を除去することができる。これはさらに、各スラグを有するカーボンナノチューブフィルム１５０４の上面を平坦化することで、フィルム１５０４の上面全体と、各スタッド１７００、１７０２の上面とを露出し、これらの表面は、平坦化後の図である図１７に示すように実質的に同一平面内となる。

図１７の結果として得られる構造は、幾つかの方法に用いることができる。まず、この構造は、図１４においてコンタクトエレメント１４００が本体１４０３に取り付けられるのと同様に、相互接続エレメントに取り付けられるコンタクトエレメントとして用いることができる。つまり、図１７の構造は、図１４の実施形態におけるコンタクトエレメント１４００の代わりに用いてもよい。金属層１６００は、図１４の実施形態における金属層１２００と同じ構造上の利点を提供しうる。金属層の下面は、図１７の構造が、ワイヤ１４０３又は他の相互接続エレメントに、はんだ接続１４０８がコンタクトエレメント１４００をワイヤ１４０３に接続するのと同様にはんだ付けされるところである。

次に、図１７に示す構造は、コンタクトエレメント又は先端だけではなくコンタクト構造全体を含むよう異なる尺度で且つ比率で作製されてもよい。言い換えれば、図１７に示す構造のように適切に尺度及び比率が取られたものは、基板上に直接取り付けることができる。すなわち、金属層１６００は、図１０Ａに示すような端子１００４といった基板端子に接続されることが可能である。或いは、図１７に示す構造は、図８及び９の梁８００のような比率にされ、支柱９０２、９０４といった支柱に取り付けられることも可能である。これらの支柱は、基板（例えば、基板１１６）の端子に取り付けられる。この結果、カーボンナノチューブフィルム１５０４及び／又は支柱１７００、１７０２といった金属支柱は、図１７に示すカーボンナノチューブフィルム１５０４の上面と加圧下で接触可能であるＤＵＴ上のパッドと、金属層１６００が、例えば、はんだ接合（図示せず）によって取り付けられることが可能な基板（図示せず）上の端子（これも図示せず）との間に電気的な接続を与えることができる。

図１７に示す構造は、様々に異なるサイズのいずれかでありうる。一部の実施形態では、例えば、図１７の構造は小型であることが可能である。図１７の構造の非限定的で例示的な寸法は、約４００マイクロメートルの幅Ｗと、約８００マイクロメートルの長さＬを含む。スタッド１７００、１７０２の非限定的で例示的な寸法は、約５０マイクロメートルの高さＨと、約１００マイクロメートルの直径Ｄを含む。上述した寸法は例示に過ぎず、図１７の構造は、異なる寸法を有することができる。

さらに、支柱１７００、１７０２は、図１におけるパッド１０８のようなＤＵＴパッドとの繰り返しの加圧下での接触のための剛性及び弾性を与えることができる。カーボンナノチューブフィルム１５０４は、良好な熱伝導性及び導電性といった有利な特性を提供することができる。さらに、フィルム１５０４を構成するカーボンナノチューブの靭性によって、ナノチューブフィルム１５０４と、図１におけるパッド１０８のようなＤＵＴパッドとの間で、強い加圧下での接触を繰り返すことが可能となる。

ＤＵＴパッドに加圧接続するために用いられるコンタクト構造にカーボンナノチューブを実装することは、図９及び１０に示すようなコンタクト構造又は他のタイプのコンタクト構造に対して行われうる。さらに、本発明の実施形態は、かかるコンタクト構造用の任意の種類の製造方法を用いて実施することができる。

本発明の例示的な実施形態において本発明の原理を記載且つ説明したが、本発明は、その原理から逸脱することなく配置及び細部において変更可能であることは明らかであるべきである。全ての変更及び変形は請求項の趣旨及び範囲内であるものとする。

Claims (9)

1. 基板上に取り付けるよう構成され且つ配置される第１の部分を有し、前記基板に電気的に接続する相互接続エレメントと、
   前記相互接続エレメントに取り付けられ、半導体デバイス上のパッドに接触するよう構成されるコンタクトエレメントと、を含み、
   前記コンタクトエレメントは、前記相互接続エレメントに取り付けられる導電性のベースと、前記ベースの表面に連結され、前記ベースの表面から離れるように延在する複数のカーボンナノチューブと、を含み、
   前記コンタクトエレメントは、前記ベースの表面に配置され、前記複数のカーボンナノチューブ間に分散された複数の金属構造をさらに含み、
   前記金属構造は、前記ベースから離れるように前記ベースの表面から延在する、
   コンタクト構造。
2. 前記相互接続エレメントは、ワイヤを含む、請求項１に記載のコンタクト構造。
3. 前記相互接続エレメントは、梁を含む、請求項１に記載のコンタクト構造。
4. 前記複数の金属構造は、スパッタ金属である、請求項１に記載のコンタクト構造。
5. 前記複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブフィルムであり、
   前記カーボンナノチューブフィルムの前記ベース側の表面は、前記ベースの表面に配置され、
   前記カーボンナノチューブフィルムの先端側の表面は、前記ベースの表面から離れて配置され、
   金属層は、前記カーボンナノチューブフィルムの先端側の表面に配置される、請求項１に記載のコンタクト構造。
6. 前記コンタクトエレメントは、前記カーボンナノチューブフィルム内の穴と、前記カーボンナノチューブフィルム内の前記穴に配置される金属と、をさらに含む請求項５に記載のコンタクト構造。
7. 前記金属は、前記ベースの表面に配置され、前記カーボンナノチューブフィルムの先端側の表面に延在する、請求項６に記載のコンタクト構造。
8. コンタクトパッドを有する半導体デバイスを試験するプローブカードアセンブリであって、
   基板と、
   前記基板上に取り付けられ、前記基板から延在する複数の相互接続エレメントと、
   各相互接続エレメントと前記基板内の導体との間に形成される電気接続と、
   前記基板から離れて配置され、各相互接続エレメントに電気的に接続されるコンタクトエレメントと、を含み、
   前記コンタクトエレメントは、前記相互接続エレメントの１つに取り付けられる導電性のベースと、前記ベースの表面に連結され、前記ベースの表面から離れるように延在する複数のカーボンナノチューブと、を含み、
   前記コンタクトエレメントは、前記ベースの表面に配置され、前記複数のカーボンナノチューブ間に分散された複数の金属構造をさらに含み、
   前記金属構造は、前記ベースから離れるように前記ベースの表面から延在する、
   プローブカードアセンブリ。
9. 表面を有する導電性のベースと、
   前記ベースの表面に取り付けられ、前記ベースの表面から離れるように延在する複数のカーボンナノチューブと、
   前記ベースの表面に取り付けられ、前記複数のカーボンナノチューブ間で分散される複数の金属構造と、を含み、
   前記金属構造は、前記ベースから離れるように前記ベースの表面から延在する、コンタクト構造。

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