JP5486745B2 - ナノチューブプローブを含むプローブカードおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本願に開示される発明の主題は、集積回路の性能検査用のプローブカードに関し、さらに具体的には、ナノチューブプローブを含むプローブカードと、ナノチューブプローブを含むプローブカードの製造方法とに関するものである。

【０００２】
コンピュータチップ製造産業においては、製造過程の様々な段階で集積回路（ＩＣ'ｓ）（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ：ＩＣ）の性能を検査する必要があり、これは欠陥のある部品を除去し製造過程をモニタリングするためのものである。この目的のためにこれまでに様々な技術が用いられてきたが、全ての技術はＩＣ製造過程の需要の高まりによって困難を強いられている。
電気的に電気回路を検査するためには、ＩＣ上のパッドと接触、つまり言い換えると前記ＩＣを「プロービング」する必要がある。プローブは、検査される前記ＩＣパッドとかなり正確に整列することが可能でなければならず、かつ前記ＩＣに電力を供給するのに十分な電流を提供するのと共に、検査用信号が歪まないよう安定した低抵抗の電気接触を低インダクタンスで提供することが可能でなければならない。ＩＣ製品が次第に、より微細な形状、トランジスタ数の増加、周波数の高クロック化へと進歩するにつれ、ＩＣをプロービングする既存技術の能力に困難が生じている。形状微細化は、検査パッドのサイズ低下を招きこれはプローブがパッドを逃さないよう一層正確な整列を必要とする。トランジスタ数の増加と周波数の高クロック化は、プローブが針焼けや「針溶け」（ｆｕｓｉｎｇ）することなく、またはプローブのばね力（ｓｐｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）および疲労寿命（ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ）などの物理的性質を損ねることなくプローブが更なる電流量を提供することが必要となる。
ＩＣ製造業者らは、最悪の場合の環境状態をよりよくシミュレートするか若しくは加速寿命試験を行えるよう高めの外界温度にてＩＣ'ｓの検査が可能となることを望んでいる。これは、プローブが摂氏１５０℃の上昇温度にて高電力レベルを提供できるようにならなければならないという更なる負担を課す。ＩＣのプロセス速度の高速化は、ＩＣに供給されるクロックや信号の波形を歪ませることなく、かつＩＣからモニタリング検査機器へと波形が正確に転送されるようプローブが低インダクタンスを有することをさらに必要とする。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
【先行技術文献】
【特許文献】

【０００３】
【特許文献１】 米国特許出願公開第２００４／０１０６２１８号明細書
【特許文献２】 米国特許第６９０６５３９号明細書
【特許文献３】 米国特許第５５４６４０５号明細書
【特許文献４】 米国特許出願公開第２００３／０２１１０２９号明細書
【特許文献５】 米国特許第６８４９５５４号明細書
【非特許文献】

【０００４】
【非特許文献１】 ＸＵ，Ｔ；Ｗａｎｇ，Ｚ；ＭＩＡＯ，Ｊ；ＣＨＥＮ，Ｘ ＡＮＤ ＴＡＮ，Ｃ Ｍ，Ａｌｉｇｎｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｆｏｒ ｔｈｒｏｕｇｈ−ｗａｔｅｒ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ，ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ９１，０４２１０８ ２００７，［ｏｎｌｉｎｅ］，［ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ ０４ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００９（０４．１１．２００４）］．Ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ：ＵＲＬ<ｈｔｔｐ：／／ｓｃｉｔａｔｉｏｎ．ａｉｐ．ｏｒｇ／ｇｅｔａｂｓ／ｓｅｒｖｌｅｔ／ＧｅｔａｂｓＳｅｒｖｉｅｔ？ｐｒｏｇ＝ｎｏｒｍａｌ&ｉｄ＝ＡＰＰＬＡＢ００００９１０００００４０４２１０８０００００１&ｉｄｔｙｐｅ＝ｃｖｉｐｓ&ｇｉｆｓ＝ｙｅｓ>，ａｂｓｔｒａｃｔ，Ｐｇ０４２１０８−２，ｐａｒａ １，Ｆｉｇｕｒｅ３（ｂ）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】

開示される本願発明の主題の１態様は、基板上に複数のカーボンナノチューブ束プローブ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ−ｂｕｎｄｌｅ ｐｒｏｂｅｓ）を製造する方法である。いくつかの実施形態においては、前記方法は次の工程を含む：上面部および底面部を有する基板を提供する工程と；前記上面部に導電性パッドのアレイを形成する工程であって、前記導電性パッドのアレイは、検査される集積回路上のパッドのアレイを忠実に反映（ｍｉｒｒｏｒ）するよう形成される、工程と；カーボンナノチューブの成長を促す触媒を前記導電性パッドのアレイのそれぞれに適用する工程と；炭素豊富な環境で前記基板を加熱する工程であって、それによって前記導電性パッドのアレイのそれぞれから上向きに伸びるナノチューブが前記基板の前記上面部の上方に成長し、それによって前記基板の前記上面部の上方に上向きに伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブが形成される、工程と；前記複数のカーボンナノチューブ束プローブを導電性素材でキャッピングする工程。

開示される本願発明の主題のもう１つの態様は、基板上に複数のカーボンナノチューブ束プローブを製造する方法である。いくつかの実施形態において、前記方法は次の工程を含む：上面部と、底面部と、前記上面部と前記底面部とを接続し貫通する微細孔のアレイとを有する基板を提供する工程と；上面部および底面部を有する金属箔（ｍｅｔａｌ ｆｏｉｌ）であって、前記基板の前記底面部と接合するよう構成される金属箔を提供する工程と；カーボンナノチューブの成長を促す触媒を適用する工程と；前記金属箔の前記上面部と前記基板の前記底面部を接合する工程と；前記金属箔および前記基板を炭素豊富な環境において加熱する工程であって、それによって前記基板の前記微細孔のアレイそれぞれの膨張が起き、それによって前記基板に膨張した微細孔のアレイを形成する、工程と；前記金属箔の前記上面部から前記基板の前記膨張した微細孔のアレイのそれぞれを貫通し前記基板の前記上面部の上方へ上向きに伸びるナノチューブを成長させる工程であって、それによって前記基板の前記上面部の上方へ上向きに伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブが形成され、前記複数のカーボンナノチューブ束プローブのそれぞれが実質的に前記膨張した微細孔のアレイのうちの各々を塞ぐ、工程と；前記金属箔および前記基板を冷却する工程であって、それによって前記基板中の前記膨張した微細孔のアレイそれぞれの収縮が起き、それによって前記基板中に収縮した微細孔のアレイを形成し、前記収縮した微細孔の前記アレイのそれぞれ１つずつが該アレイ中に含まれる前記複数のカーボンナノチューブ束プローブの各１つずつの周りに収縮はめ合（ｓｈｒｉｎｋ ｆｉｔ）を提供し、前記アレイ中に含まれる前記複数のカーボンナノチューブ束プローブの前記各１つずつが前記基板へと実質的に固定される、工程と；前記金属箔を前記基板の前記底面部から除去する工程と；前記基板の前記底面部に隣接する前記複数のカーボンナノチューブ束プローブのそれぞれをめっきするか、若しくははんだパンプを形成する工程。

開示される本願発明の主題のもう１つの態様は、基板の対抗する表面から伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブを製造する方法である。いくつかの実施形態において、前記方法は次の工程を含む：上面部と、底面部と、前記上面部と前記底面部とを接続し貫通する微細孔のアレイと、を有する基板を提供する工程と；上面部と、底面部と、前記上面部および前記底面部を接続するよう貫通する孔のアレイと、を有する第１の金属箔を提供する工程であって、前記孔のアレイは、前記基板中の前記微細孔のアレイと整列するよう配置される、工程と；上面部、および底面部を有する第２の金属箔を提供する工程であって、前記金属箔は、前記第１の金属箔の前記底面部と接合するよう構成される、工程と；カーボンナノチューブの成長を促す触媒を適用する工程と；前記第１の金属箔の前記上面部を前記基板の前記底面部と接合する工程であって、前記孔のアレイは、基板中の前記微細孔のアレイと実質的に整列する、工程と；前記第２の金属箔の前記上面部を前記第１の金属箔の前記底面部と接合する工程と；前記第２の金属箔と前記基板を炭素豊富な環境で加熱する工程であって、それによって前記基板中の前記微細孔のアレイのそれぞれの膨張を起き、それによって前記基板中に膨張した微細孔のアレイを形成する、工程と；前記第２の金属箔の前記上面部から前記第１の金属箔の孔のアレイのそれぞれと前記基板中の膨張した微細孔のアレイを貫通し、前記基板の前記上面部の上方に上向きに伸びるナノチューブを成長させる工程であって、それによって前記基板の前記上面部の上方に上向きに伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブを形成し、前記複数のカーボンナノチューブ束プローブのそれぞれが前記膨張した微細孔のアレイの各々を塞ぐ、工程と；前記第２の金属箔および前記基板を冷却する工程であって、それによって前記基板中の前記膨張した微細孔のアレイそれぞれの収縮が起き、それによって前記基板中に収縮した微細孔のアレイを形成し、前記収縮した微細孔の前記アレイのそれぞれ１つずつが該アレイ中に含まれる前記複数のカーボンナノチューブ束プローブの各１つずつの周りに収縮はめ合を提供し、前記アレイ中に含まれる前記複数のカーボンナノチューブ束プローブの前記各１つずつが前記基板へと実質的に固定される、工程と；前記第１の金属箔および前記第２の金属箔を前記基板の前記底面部から除去する工程。

本願の図面は、本願発明を図示する目的で現時点で好ましいとされかつ本明細書に開示される本願発明の主題の１形態を示すものである。しかしながら、本明細書に開示される発明の主題は、以下で述べる図面に示される通りの配置および手段に限定されるものではないと理解すべきものである。
図１は、本願に開示される発明の主題のいくつかの実施形態によるナノチューブプローブを含むプローブカードを製造する方法の図である。 図２は、本願に開示される発明の主題のいくつかの実施形態によるナノチューブプローブを含むプローブカードの側面図である。 図３は、本願に開示される発明の主題のいくつかの実施形態によるナノチューブプローブを含むプローブカードを製造する方法の図である。 図５Ａおよび図５Ｂは、本願に開示される発明の主題のいくつかの実施形態によるナノチューブプローブを含むアセンブリの側面図である。 図６は、本願に開示される発明の主題のいくつかの実施形態によるナノチューブプローブを含むプローブカードを製造する方法の図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、本願に開示される発明の主題のいくつかの実施形態によるナノチューブプローブを含むプローブカードの側面図である。 図８Ａおよび図８Ｂは、本願に開示される発明の主題のいくつかの実施形態によるナノチューブプローブを含むプローブカードの側面図である。 図９は、本願に開示される発明の主題のいくつかの実施形態によるナノチューブプローブを含むプローブカードの側面図である。 図１０は、本願に開示される発明の主題のいくつかの実施形態によるナノチューブのアレイの上面図である。

本願に開示される発明の主題は、プローブカードと、検査の際に基板とＩＣの間のギャップを橋渡し（ｂｒｉｄｇｅ）するプローブとして使用されるカーボンナノチューブのアレイを含むプローブカードを製造する方法と、を含む。

図１および図２を参照すると、本願に開示される発明の主題のいくつかの実施形態は、基板１０４上に複数のカーボンナノチューブ束プローブ１０２を製造する方法１００を含む。１０６では、方法１００は、最初に上面部１０８および底面部１１０を有する基板１０４を提供する工程を含む。基板１０４は、パターン付きシリコンウェハ、多層セラミック、ガラス、または他の類似する素子である。基板１０４は、以下に更に説明される導電性パッド１１２からさらに離れた間隔で設置される接続点へとルーティングするようなトレース（ｔｒａｃｅｓ）を含んでもよく、これは電気的検査機器へのインターフェイスの役目をするものである。前記トレースは、前記多層基板１０４内に埋め込まれてもよく、それによって前記ナノチューブ処理環境にむき出しになることなく、そのうえ空間的余裕を前記基板上に提供し高密度アプリケーション用の信号のルーティングを加速する。

次に、１１４では、導電性パッド１１２のアレイが基板１０４の上面部１０８上に形成される。前記導電性パッド１１２のアレイは、検査される集積回路（図示なし）上のパッドのアレイを忠実に反映（ｍｉｒｒｏｒ）するよう形成される。パッド１１２は通常、基板１０４上にフォトリソグラフィによって形成されこれは密接なパッド間隔を可能とするものである。

それから、１１６では、例えば金や鉄などの触媒１１８が、カーボンナノチューブの成長を促すよう前記導電性パッド１１２のアレイのそれぞれに適用される。触媒１１８は、前記パッドの位置にてカーボンナノチューブの成長を誘導する。

次に、１２０では、基板１０４が炭素豊富な環境で加熱され、それによって前記導電性パッド１１２のアレイのそれぞれから前記基板の上面部１０８の上方に上向きに伸びるナノチューブが成長し、それによって前記基板の前記上面部の上方に上向きに伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブ１０２が形成される。基板１０４は、ナノチューブの形成および成長を誘導する方法で処理される。

ナノチューブの成長を誘導するいくつかの異なる方法が周知であり、例えば化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）、レーザーアブレーション（Ｌａｓｅｒ Ａｂｌａｔｉｏｎ）、アーク放電などがある。いくつかの実施形態においては、ナノチューブ形成および成長を誘導する方法１００はＣＶＤ若しくはＰＥＣＶＤであり、これら両方は、前記ナノチューブ全体の長さが処理時間を制御することによって制御されるような制御処理を提供するものである。前記基板は通常、プロパン、アセチレン、フェロセン、キシレン、メタンなどと共に炭素豊富な環境で、そのうえ可能であれば水素、アルゴン、および／または酸素の存在下でおよそ摂氏７００℃あたりまで炉の中で加熱される。これらの状況のもとにおいて前記カーボンナノチューブのアレイは、前記パッドの表面から「成長」し、前記むき出しのパッドの面全体を塞ぎ、前記パッドの表面から垂直に伸びて整列されたナノチューブの「森」を作り出す。前記アレイは様々な種類のナノチューブからなり、いくつかは金属製でまたいくつかは半導体のものである。しかしながら、検査中の前記基板とＩＣの間の前記空間を架橋する電気接触の役割を担うものとしては、金属製のものが十分すぎるほどに存在する。

図１を再び参照すると、１２２において、複数のカーボンナノチューブ束プローブ１０２のそれぞれは、金やパラジウムなどの金属的に導電性の素材によってキャッピングされる。

もう１つの方法として、前記プローブのアレイは、耐高温性基板の上に「成長」させることができ、それからより安価な例えばプリント基板などの基板に移植することができる。これは、高温検査が必要ではないアプリケーション用のより安価なプローブカードを許容する。次に図３、図４Ａ，および図４Ｂを参照すると、本願に開示される発明の主題のいくつかの実施形態は、複数のカーボンナノチューブ束プローブ２０２を製造する方法２００を含み、これは、基板２０４上に前記基板の底面部２１０に結合された適切な触媒２０８で覆った金属箔２０６を用いて製造する方法である。２１２では、方法２００は、い上面部２１４と、底面部２１０と、前記上面部と前記底面部とを接続し貫通する微細孔２１６のアレイと、を有する基板２０４を提供する工程を含む。基板２０４は通常、機械かあるいはレーザーを用いて、セラミックのような薄い基板に微細孔のパターンを下穴加工（ｐｒｅ−ｄｒｉｌｌｉｎｇ）することによって用意される。一般的に、穴の位置は好ましいプローブの位置に対応し、穴の直径は好ましいプローブ束の直径に対応する。

次に２１８では、上面部２２０および底面部２２２をそれぞれ有する金属箔２０６が提供される。金属箔２０６は、基板２０４の前記底面部２２２を接合するよう構成される。それから２２４では、例えば金や鉄などのカーボンナノチューブの成長を促す触媒２０８が金属箔２０６の上面部２２０に適用される。２２６では、金属箔２０６の上面部２２０が、基板２０４の底面部２１０と接合される。

２２８では、金属箔２０６および基板２０４が炭素豊富な環境において加熱され、それによって前記基板の前記微細孔それぞれに熱膨張による膨張が起き、それによって前記基板に膨張した微細孔のアレイが形成される。２３０では、金属箔２０６の上面部２２０から基板２０４の膨張した微細孔２１６のアレイのそれぞれを貫通し前記基板の前記上面部の上方へ上向きに伸びるナノチューブが成長し、それによって前記基板の前記上面部の上方へ上向きに伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブ２０２が形成される。複数のカーボンナノチューブ束プローブ２０２のそれぞれが実質的に、膨張した微細孔２１６のアレイの各々を塞ぐ。典型的には、基板２０４および箔２０６は、ＣＶＤチャンバに設置され、ナノチューブの成長を誘導するよう処理される。前記ＣＶＤ反応は、摂氏２００℃よりも高い温度で起きる。前記ＣＶＤ反応による気体が、前記微細孔に侵入し、前記孔の位置にてナノチューブの成長を誘導する。上述のとおり前記ナノチューブは、前記基板の厚みを通り越し、前記基板の表面を過ぎ数ミル（ｍｉｌｓ）伸びる。

２３２では、金属箔２０６および基板２０４が冷却され、それによって前記基板中の膨張した微細孔２１６のアレイそれぞれの収縮が起き、それによって前記基板２１６中に収縮した微細孔のアレイを形成される。収縮した微細孔２１６のアレイのそれぞれ１つずつが該アレイ中に含まれる複数のカーボンナノチューブ束プローブ２０２の各１つずつの周りに収縮はめ合を提供し、前記アレイ中に含まれる複数のカーボンナノチューブ束プローブの前記各１つずつが基板２０４へと実質的に固定される。２３４では、金属箔２０６が基板２０４の底面部２１０から除去される。通常は金属箔２０６は、アセンブリ２３５（箔２０６は除く）を形成するエッチング処理を用いて除去される。図３および図４Ｂを参照すると、２３６では、複数のカーボンナノチューブ束プローブ２０２のそれぞれはめっきされるか、若しくはアセンブリ２４０を形成するよう隣接する基板２０４の底面部２１０にはんだバンプ２３８が提供される。

基板アセンブリまたはプローブアセンブリは、対応する１組の接触パッドを有し電気的に当該パッドに接続されたスペーストランスフォーマーによって整列され、プローブカードアセンブリが完成する。

図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、図３、図４Ａおよび図４Ｂに関する上述の方法２００は、アセンブリ３００を作る追加の処理工程を含むことができ、該アセンブリは、スペーストランスフォーマー３０２とプリント基板３０４の間のインターフェイスの役割を担い、交換の際にこれらを簡単に分別できるようにするためのものである。アセンブリ３００は通常、図４Ａおよび図４Ｂのアセンブリ２３５と２４０を、背中合わせに整列させ穴のパターンを完全一致させ組み合わせることによって作られる。

図６、図７Ａ、および図７Ｂを参照すると、いくつかの実施形態は、基板４０４の対向する表面から伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブ４０２を製造する方法４００を含む。４０５では方法２０２は、上面部４０６と、底面部４０８と、前記上面部と前記底面部とを接続し貫通する微細孔４１０のアレイと、を有する基板４０４を提供する工程を最初に含む。

４１２では、上面部４１６と、底面部４１８と、前記上面部と前記底面部とを接続し貫通する孔４２０のアレイと、を有する第１の金属箔４１４を提供する。孔４２０は、基板４０４の微細孔４１０のアレイと共に整列するよう配置される。４１２においては、
上面部４２４と、底面部４２６と、を有する第２の金属箔４２２が提供される。第２の金属箔４２２は、第１の金属箔４１４の底面部４１８を接合するよう構成される。

４２８では、カーボンナノチューブの成長を促す触媒４３０が第２の金属箔４２２の上面部４２４に適用される。４３０では、第１の金属箔４１４の上面部４２６が基板２０４の底面部４０８と接合され、それにより孔４２０のアレイが、実質的に前記基板の微細孔４１０のアレイと共に整列し、かつ第２の金属箔４２２の上面部４２４が前記第１の金属箔の底面部４１８へと接合される。

４３２では、第２の金属箔４２２および基板４０４が、炭素豊富な環境において加熱され、前記基板の微細孔４１０のそれぞれの膨張が起き、それによって前記基板中に膨張した微細孔４１０のアレイを形成する。４３４では、ナノチューブが、第２の金属箔４２２の上面部４２４から前記金属箔４１４の孔４２０のアレイ、基板４０４中の膨張した微細孔４１０のアレイのそれぞれを貫通し、かつ前記基板の上面部４０６の上方に上向きに伸びるように成長し、それによって前記基板の前記上面部の上方に上向きに伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブ４２０を形成する。複数のカーボンナノチューブ束プローブ４０２のそれぞれは、膨張した微細孔４１０のアレイの各１つずつを実質的に塞ぐ。

４３６では、第２の金属箔４２２および基板４０４が冷却され、それによって前記基板中の膨張した微細孔４１０のアレイのそれぞれが収縮し、それによって前記基板中に収縮した微細孔４１０のアレイを形成する。収縮した微細孔４１０のアレイのそれぞれ１つずつが、該アレイ中に含まれる複数のカーボンナノチューブ束プローブ４０２の各１つずつの周りに収縮はめ合を提供し、それによって前記アレイ中に含まれる前記複数のカーボンナノチューブ束プローブの前記各１つずつが前記基板へと実質的に固定される。図７Ｂを参照すると、４３８では、第１および第２の金属箔４１４と４２２が、それぞれ、基板４０４の底面部４０８からアセンブリ４４０を形成するよう除去される。

本願に開示される発明の主題の実施形態の変形が可能である。例えば、図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、いくつかの実施形態は、アセンブリ５００を形成する工程を含む方法に関するものであり、これは、箔５０６のバッキングを有する基板５０４中に先細微細孔５０２を含むものであり、そのためナノチューブ束５０８が前記微細孔から成長するにしたがってよりタイトな充てん密度を誘導し、したがって、よりタイトな「収縮」はめ合と、柔軟な（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）ナノチューブ束の「硬さ」（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）の変更とを可能にする。図８Ｂに図示されるとおり、先細微細孔５０２の裏面５１０は通常、はんだか若しくは導電性エポキシ樹脂によってナノチューブの成長の後に塞がれ、付着バンプ（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ ｂｕｍｐ）５１４を形成し、かつナノチューブ束５０８を基板５０４に固定する「栓」を形成する。

図９を参照すると、いくつかの実施形態はアセンブリ６００を形成する方法に関するものであって、ナノチューブ束６０４が、箔６１０のバッキングを有する基板６０８の上面部６０６へ傾斜して現れることを誘導する傾斜微細孔６０２を掘る工程を含み、これはプローブに対し異なる力−たわみ特性（ｆｏｒｃｅ−ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）および／または異なる擦動動作（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ）を得るためのものである。

図３〜９に記載のそれぞれの実施形態は、前記ナノチューブ／基板アセンブリの転移を補佐する従来の方法を用いることが可能である。１つの従来の方法は、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）：ＰＤＭＳ）液体を前記ナノチューブに注ぎポリマーが形成されるまで硬化（ｃｕｒｉｎｇ）させる方法である。この場合は前記ポリマーが、前記ナノチューブ束が前記基板に付着することを助ける。前記箔がそれから前記ポリマー、基板、およびナノチューブアセンブリからはがされ、それから前記アセンブリがスペーストランスフォーマーへと転移される。硬質サブストレートを前記アセンブリと組み合わせることは、その扱い（ｈａｎｄｌｉｎｇ）や前記基板アセンブリと前記スペーストランスフォーマーとの整列を促進する。これは、ポリマーフィルム若しくはシリコンウェハなどのフレキシブルで壊れやすいスベーストランスフォーマーと結び付ける際に硬直性やサポートを提供するものでもある。

図１、図２、および図１０を参照すると、いくつかの実施形態においては、基板１０４上のパッド１１２は、ナノチューブの同軸上配置を作り出すようパターン付され、信号パッドを形成するナノチューブの内輪（ｉｎｎｅｒ ｒｉｎｇ）７００と、接地面へとルーティングされるナノチューブの外輪（ｏｕｔｅｒ ｒｉｎｇ）７０２と共に、さらにプローブ間のクロストークを制限する。

いくつかの実施形態においては、ナノチューブの前記電子放出特性は、非導電性プローブを真空環境下にて作り出すことに活用することができる。当該特性は、現在ディスプレー技術として調査中である。低電流を必要とする特定の検査アプリケーションにおいて、電子は、前記プローブと前記ＩＣパッドの小さなギャップから実際に前記パッドと物理的な接触をすることなく遷移する。これは、前記パッドやプローブの物理的接触からの破損や汚染のリスクを回避することができる。

いくつかの実施形態においては、テレスコーププローブ（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｎｇ ｐｒｏｂｅ）が、多壁ナノチューブから外側のチューブのキャップを取り除くことによって内側のチューブを外側へはめ込む（ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ）可能とすべく開発されている。異なる電荷を前記内側と外側のチューブに印加すると前記内側のチューブが伸び２つの接触点の間のギャップを橋渡しすることがこれまでに示された。

いくつかの実施形態においては、いわゆる「コロッサルカーボンナノチューブ」の形成が、エチレンとパラフィンオイルを用いたＣＶＤ処理を使って誘導される。

本願発明に開示される主題は、従来技術の設計に対して複数の利益と利点を見出す。ナノチューブプローブと共に開発されたプローブカードは、よりタイトなピッチ、より高い電流容量、改善された平面性、機械的アセンブリおよびハンドリング操作の排除、非常に低いインダクタンス、上昇温度にてのフルウェハプロービングへの可能性、およびより容易なプローブのクリーニングを可能とする。

上述のとおり、いくつかの実施形態においては、基板に対して垂直なナノチューブアレイの成長を誘導することによってプローブカードが構築される。前記ナノチューブアレイは、電気的接点または検査中の前記基板と素子の間の空間を橋渡しする「プローブ」として作動する。基板上で直接前記接点を「成長させる」ことによって、前記接点は従来の座屈梁（ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｂｅａｍ）技術によって実現するものより一層近くに位置決めすることが可能となる。ナノチューブのユニークな物理的性質（非常に高い強度、非常に高い電流容量、および弾性座屈）は、従来の技術に対して重要な利点を提供する。

基板上で直接前記接点を「成長させる」ことによって、前記接点は従来のプロービング技術によって実現するものより一層近くに位置決めすることが可能となり、よりタイトピッチなプロービングを可能とする。前記アレイを形作る個別のナノチューブは非常に小さいため、前記基板パッドのサイズに事実上の制限はなく、何十万ものナノチューブが前記パッドの上にフィットする。さらに、前記プローブアレイの「硬さ」（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）は、前記アレイがその上で成長するパッドの直径を変更することで制御できる。前記プローブは従来通りに組立てられるのではなくむしろ「成長」するため、フォトリソグラフィによって画定されるパッドのアレイの設置耐性（ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）のみによって制限され、これは非常に秀逸で前記ＩＣパッドの位置耐性（ｌｏｃａｔｉｏｎ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）と匹敵するものである。一方、従来のプロービング技術はコンポーネントの組立であって、それらはすべて独自耐性を有し、かつ前記耐性の蓄積は前記プローブの整列正確性許容量を制限する。

小さな寸法であることにも関わらず、ナノチューブは電子流の「弾道的」（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ）な性質により大容量の電流を扱うことが可能である。単一のナノチューブはほとんど欠損がなく、電子流に対し非常に低い抵抗を可能とする。結果的にナノチューブアレイは、例えばベリリウム銅などのバルク材料で作られた同じ合計断面積の従来のプローブを介して流れる量に比べ、著しく大きな電流量を扱うことができる。これらは上昇温度での検査にも使用可能なものである。

ナノチューブは優秀な機械的性質も持ち合わせる。欠損がないおかげで単一ナノチューブは極端な角度に曲げることができ、しかしながら弾性的に原形に戻ることも証明されている。ナノチューブの引張強度は鋼の１０倍である。ナノチューブのアレイは、原形の長さの１５％に繰り返し圧縮できる適応力があることが示されている。これらの特異な物理的性質はナノチューブを理想的なプローブとし、従来技術に対して著しい利点を提供する。これらの高い強度と弾性的性質は、ナノチューブを従来のプローブが可能とする長さよりも著しく短いものにすることが可能である。同時に検査中のＩＣ'ｓのパッド高さの変動を許容するのに十分なコンプライアンスも提供する。通常、パッド高とウェハ厚の変動によって少なくとも３ミル（ｍｉｌｓ）のコンプライアンスが必要とされる。前記ナノチューブプローブは、少なくとも４ミル（ｍｉｌｓ）成長し、超高周波数検査に適切な非常に低い電気的インダクタンスを許容する。

ナノチューブ束プローブのクリーニングは、束先端部の相対的な表面粗度を利用して行われる。ナノチューブにはダングリング共有結合（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｃｏｖａｌｅｎｔ ｂｏｎｄｓ）が存在せず、前記ナノチューブ束は化学的に非反応性であるため非導電性酸化物が前記プローブ先端部に形成されない傾向がある。汚染要因物と接触する表面積が小さいということは、ナノチューブプローブと汚染要因物との間のファンデルワールス力を軽減する傾向がある。ナノチューブプローブアレイを、例えばクオーツ、ルテニウム、タンタル、酸窒化物などの滑らかな表面と接触させると、ファンデルワールス力の増加によって汚染要因物を前記ナノチューブプローブからより滑らかな表面へと移動させる傾向がある。

本願に開示される発明の主題は、それらの実施形態についてこれまで説明し図示してきたが、当業者は本発明の精神および範囲を逸脱することなしに本願に開示される実施形態の特徴を組み合わせたり、再構成するなどして本発明の範囲内において更なる実施形態を作り出し、かつ本願に開示される実施形態にその他の変更、省略、および追加を行うことができると理解すべきものである。

Claims (19)

1. 基板に複数のカーボンナノチューブ束プローブを製造する方法であって、当該方法は、
   上面部と、底面部とを有する基板を提供する工程と、
   前記上面部に導電性パッドのアレイを形成する工程であって、前記導電性パッドは、第１および第２の同心円状のリングを含むものであり、前記第１の同心円状のリングはグラウンドリング（ｇｒｏｕｎｄ ｒｉｎｇ）であり、前記第２の同心円状のリングは信号パッドである、前記形成する工程と、
   前記導電性パッドのアレイそれぞれにカーボンナノチューブの成長を促す触媒を適用する工程と、
   前記基板を炭素豊富な環境で加熱する工程であって、それによって前記導電性パッドのアレイのそれぞれから上向きに伸びるナノチューブが成長する、工程と、
   を有する方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記導電性パッドのアレイは、検査される集積回路上のパッドのアレイを忠実に反映（ｍｉｒｒｏｒ）するように形成される、方法。
3. 請求項１記載の方法において、前記カーボンナノチューブは、前記基板の前記上面部の上方へ成長するものであり、それによって前記基板の前記上面部の上方へ上向きに伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブが形成される、方法。
4. 請求項１記載の方法において、この方法は、さらに、
   前記複数のカーボンナノチューブ束プローブのそれぞれを導電性素材でキャッピングする工程を有する、方法。
5. 基板に複数のカーボンナノチューブ束プローブを製造する方法であって、当該方法は、
   上面部と、底面部と、前記上面部と前記底面部とを接続し貫通する微細孔のアレイとを有する基板を提供する工程と、
   上面部と、底面部とを有する金属箔を提供する工程と、
   前記金属箔の前記上面部にカーボンナノチューブの成長を促す触媒を適用する工程と、
   前記金属箔の前記上面部を前記基板の前記底面部に接合する工程と、
   前記金属箔および前記基板を炭素豊富な環境において加熱する工程であって、それによって前記基板中の前記微細孔のアレイそれぞれの膨張が起き、それによって前記基板中に膨張した微細孔のアレイを形成する、工程と、
   前記金属箔の前記上面部から前記基板中の前記膨張した微細孔のアレイそれぞれを貫通し上向きに伸びるナノチューブを成長させる工程であって、複数のカーボンナノチューブ束プローブを形成する、工程と、
   前記金属箔および前記基板を冷却する工程であって、それによって前記基板中の前記膨張した微細孔のアレイのそれぞれが収縮し、それによって前記基板中に収縮した微細孔のアレイを形成する、工程と、
   前記金属箔を前記基板の前記底面部から除去する工程と、
   を有する方法。
6. 請求項５記載の方法において、前記金属箔は、前記基板の前記底面部を接合するよう構成されるものである、方法。
7. 請求項５記載の方法において、前記カーボンナノチューブは、前記基板の前記上面部の上方へ成長し、それによって前記基板の前記上面部の上方へ上向きに伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブが形成される、方法。
8. 請求項７記載の方法において、前記複数のカーボンナノチューブ束プローブのそれぞれは、膨張した微細孔のアレイの各々を実質的に塞ぐ、方法。
9. 請求項５記載の方法において、前記収縮した微細孔のアレイのそれぞれ１つずつが、前記アレイ中に含まれる前記複数のカーボンナノチューブ束プローブの各１つずつの周りに収縮はめ合（ｓｈｒｉｎｋ ｆｉｔ）を提供し、そのため前記アレイ中に含まれる前記複数のカーボンナノチューブ束プローブの前記各１つずつが前記基板へと実質的に固定される、方法。
10. 請求項５記載の方法において、前記微細孔のアレイは、前記基板の前記上面部に対し垂直ではなく傾斜して掘られるものであって、それによって前記ナノチューブが、前記基板の前記上面部に対し垂直ではなく傾斜して成長させる、方法。
11. 請求項５記載の方法において、前記微細孔のアレイのそれぞれ１つずつが先細加工（ｔａｐｅｒｅｄ）されている、方法。
12. 請求項１１記載の方法において、この方法は、さらに、
    前記微細孔のアレイにはんだ若しくはエポキシ樹脂のバックフィル（ｂａｃｋｆｉｌｌ）を提供する工程を有する、方法。
13. 請求項５記載の方法において、この方法は、さらに、
    前記基板の前記底面部に隣接する前記複数のカーボンナノチューブ束プルーブのそれぞれをめっきするかまたははんだパンプを形成する工程を有する、方法。
14. 基板の対向する表面から伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブを製造する方法であって、当該方法は、
    上面部と、底面部と、前記上面部と前記底面部とを接続し貫通する微細孔のアレイとを有する基板を提供する工程と、
    上面部と、底面部とを有する第１の金属箔と、前記上面部と前記底面部とを接続し貫通する孔のアレイと、を提供する工程と、
    上面部と、底面部とを有する第２の金属箔を提供する工程と、
    カーボンナノチューブの成長を促す触媒を適用する工程と、
    前記第１の金属箔を前記基板の前記底面部に接合する工程と、
    前記第２の金属箔の前記上面部を前記第１の金属箔の前記底面部に接合する工程と、
    前記第２の金属箔および前記基板を炭素豊富な環境において加熱する工程であって、それによって前記基板中の前記微細孔のアレイのそれぞれの膨張が起き、それによって前記基板中に膨張した微細孔のアレイを形成する、工程と、
    前記第２の金属箔の前記上面部から前記第１の金属箔中の前記孔のアレイのそれぞれを貫通し上向きに伸びるナノチューブを成長させる工程であって、それによって前記基板の前記上面部の上方に上向きに伸びる複数のカーボンナノチューブ束プローブを形成し、前記カーボンナノチューブ束プローブのそれぞれが、前記膨張した微細孔のアレイの各１つずつを実質的に塞ぐ、工程と
    前記第２の金属箔および前記基板を冷却する工程と、
    を有する方法。
15. 請求項１４記載の方法において、前記孔のアレイは、前記基板中の前記微細孔のアレイと整列するよう配置される、方法。
16. 請求項１４記載の方法において、前記金属箔は、前記第１の金属箔の前記底面部を接合するよう構成される、方法。
17. 請求項１４記載の方法において、前記第１の金属箔中の前記孔のアレイは、前記基板中の前記微細孔のアレイと実質的に整列する、方法。
18. 請求項１４記載の方法において、冷却する工程は、前記基板中の前記膨張した微細孔のアレイのそれぞれの収縮が起き、それによって前記基板中に収縮した微細孔のアレイを形成し、前記収縮した微細孔のそれぞれ１つずつが、前記アレイに含まれる前記複数のカーボンナノチューブ束プローブの各１つずつの周りに収縮はめ合を提供し、そのため前記アレイ中に含まれる前記複数のカーボンナノチューブ束プローブの前記各１つずつが前記基板へと実質的に固定される、方法。
19. 請求項１４記載の方法において、この方法は、さらに、
    前記第１および第２の金属箔を前記基板の前記底面部から除去する工程を有する、方法。

Images