JP5749887B2 - 千鳥状の取り付けパターンを有する単一支持構造体のプローブ群 - Google Patents

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Description

(発明の分野)
本発明は、半導体デバイスの試験に関し、特に、複数のプローブ群が用いられる試験に関する。
(関連技術の説明)
マイクロプロセッサ、DRAM、およびフラッシュメモリ等の半導体デバイスは、公知の方法で半導体ウェハ上に加工される。ウェハおよびそこに形成される各デバイスのサイズにより、単一ウェハ上に数千ものデバイスが存在する場合がある。これらのデバイスは、典型的には互いに同一であり、それぞれは、電力、およびグランド、入力信号、出力信号、ならびに制御信号等のデバイスへのその他の接続のために、その表面上に複数の導電パッドを含む。
ウェハ上のデバイスを試験し、どれが完全に機能しており、したがってパッケージングおよび/または販売に適しているか、ならびにどれが動作不能または部分的に機能しており、したがってパッケージングおよび/または販売に適していないかを判断することが望ましい。この目的のために、ウェハテスタは、所定の試験ルーチン中、デバイスがウェハ上にある状態のままで、電力および入力信号をデバイスに適用し、出力を監視する。
各試験下のデバイス(DUT)が互いに略同一であるため、複数の同一DUTプローブ群が存在する。各DUTプローブ群は、対応するDUT上の別個のパッドに対して個別の電気的接触を行うプローブを含む。プローブを有する基材は、プローブカードアセンブリの一部であり得る。プローブカードアセンブリは、テスタに電子的に接続され、したがってテスタと様々なDUTとの間に電気的接続を提供することができる。テスタは、各プローブに対して1つずつ、複数のチャネルを含んでもよい。
プローブの収容能力が向上したプローブ基材を提供することが有利であり得る。プローブの密度を向上することが、同様に望まれ得る。プローブの疲労、変形、または破砕障害を低減するために、プローブの強度および耐久性を向上することが、さらに望まれ得る。
図1は、本発明のいくつかの実施形態に従ったプローブ基材を含む、プローブカードアセンブリの斜視図である。 図2は、図1のプローブカードアセンブリの側面図である、簡略化構成図である。 図3は、本発明のいくつかの実施形態に従った、DUTプローブ群の上面図である。 図4は、図3のDUTプローブ群の一部分の斜視図である。 図5は、図3のDUTプローブ群の一部分の上面図である。 図6は、図3のDUTプローブ群の例示的プローブの上面図である。 図7は、図6の例示的プローブの側面図である。 図8は、本発明のいくつかの実施形態に従った、2支持構造体プローブを1支持構造体プローブと対比する、複数のプローブの斜視図である。 図9は、2支持構造体プローブの縦方向の偏向を図示する、図8に示されるプローブの斜視図である。 図10は、2支持構造体プローブの横方向の偏向を図示する、図8に示されるプローブの斜視図である。 図11〜図15は、本発明のいくつかの実施形態に従った、複数のプローブを作製するための例示的プロセスを図示する。 図11〜図15は、本発明のいくつかの実施形態に従った、複数のプローブを作製するための例示的プロセスを図示する。 図11〜図15は、本発明のいくつかの実施形態に従った、複数のプローブを作製するための例示的プロセスを図示する。 図11〜図15は、本発明のいくつかの実施形態に従った、複数のプローブを作製するための例示的プロセスを図示する。 図11〜図15は、本発明のいくつかの実施形態に従った、複数のプローブを作製するための例示的プロセスを図示する。 図16は、本発明のいくつかの実施形態に従った、図11〜図15のプロセスにおける例示的変形物を図示する。
本説明に関連して提示される図は、デバイスおよび該デバイスの作製方法の、全部というよりはむしろ、特定部分のみの図である。以下の説明と共に、図は、本発明のいくつかの実施形態に従った、該デバイスおよび方法の原理を明示し、説明する。図において、層および領域の厚さは、明確化のために、場合によって誇張されている場合がある。層が別の層または基材の「上」にあるとみなされる場合、その他の層または基材の上に直接あってもよく、または介在層が存在してもよい。異なる図における同一参照番号は、同一要素を指し、したがってそれらの説明は省略される。
(例示的な実施形態の詳細な説明)
本明細書は、本発明の例示的な実施形態および用途を記載する。しかしながら、本発明は、これらの例示的な実施形態および用途、または例示的な実施形態および用途の機能の仕方、もしくはそれらの本明細書での記載のされ方に制限されない。
図1および図2に図示される非制限的な例示的プローブカードアセンブリ1は、本発明のいくつかの実施形態に従った、1つ以上のDUT14を試験するために使用することができる。本明細書で用いられる際、「試験下のデバイス」または「DUT」という用語は、単数形で用いられるか複数形で用いられるかにかかわらず、試験されている、もしくは試験される、任意の電子デバイスまたはデバイスを指す。DUTの非制限的な例には、単一化されていない半導体ウェハの1つ以上のダイ、ウェハから単一化された1つ以上の半導体ダイ(パッケージされた、または未パッケージの)、運搬装置またはその他の保持デバイスに配置された、単一化された半導体ダイのアレイ、1つ以上のマルチダイ電子モジュール、1つ以上のプリント基板、または任意のその他の種類の電子デバイスが挙げられる。図1は、斜めから見たプローブカードアセンブリ1の下部を図示し、図2は、側面から見たプローブカードアセンブリ1の簡略化された、構成図描写を図示する。
プローブカードアセンブリ1は、テスタ(図示せず)とDUT14との間の接触面としての役割を果たす。コンピュータまたはコンピュータシステムであり得るテスタ(図示せず)は、DUT14の試験を制御することができる。例えば、テスタ(図示せず)は、DUT14に入力される試験データを生成することができ、テスタ(図示せず)は、DUT14によって試験データに応えて生成された応答データを受信し、評価することができる。
図2に最もよく見られるように、プローブカードアセンブリ1は、テスタ(図示せず)からの複数の通信チャネル(図示せず)との電気的接続を作り出すことができる、電気コネクタ7を含むことができる。また、プローブカードアセンブリ1は、反対に押され、したがってDUT14の入力および/または出力ターミナル12(例えば、接触パッドまたは接触域)との電気的接続を作り出すように構成された、プローブ4を含むことができる。
また、プローブカードアセンブリ1は、コネクタ7およびプローブ4を支持し、コネクタ7とプローブ4との間に電気的接続をもたらすように構成された、1つ以上の基材を含むことができる。その他の実施において、プローブカードアセンブリ1は、より多い、またはより少ない基材を有することができるが、図1および図2に示される例示的プローブカードアセンブリ1は、3つの該基材を含むことができる。図1および図2に示されるものは、配線基材5、中間基材9、およびプローブ基材2である。配線基材5、中間基材9、およびプローブ基材2は、任意の種類の基材から作製することができる。適した基材の例には、非制限的に、プリント基板、セラミック基材、有機または無機基材等が挙げられる。また、前述の組み合わせも可能である。プローブ基材2は、本明細書において、第1の基材と称される場合があり、中間基材9は、本明細書において、第2の基材と称される場合がある。
電気的に導電性の経路(図示せず)は、コネクタ7から配線基材5を通り、電気的に導電性のバネ相互接続構造体8に提供されてもよい。その他の電気的に導電性の経路(図示せず)は、バネ相互接続構造体8から中間基材9を通り、電気的に導電性のバネ相互接続構造体11に提供されてもよく、さらにその他の電気的に導電性の経路(図示せず)は、バネ相互接続構造体11からプローブ基材2を通り、プローブ4に提供されてもよい。配線基材5、中間基材9、およびプローブ基材2を通る電気経路(図示せず)は、配線基材5、中間基材9、およびプローブ基材2の上に、その中に、および/またはそれを通る、電気的に導電性のビア、導線等を備えることができる。
配線基材5、中間基材9、およびプローブ基材2は、ブラケット3および/またはその他の適した手段によって、共に保持されてもよい。図1および図2に示されるプローブカードアセンブリ1の構成は、例示的なものでしかなく、図示および記載を容易にするために、簡略化される。多くの変形、修正、および追加が可能である。例えば、プローブカードアセンブリ1は、図1および図2に示されるプローブカードアセンブリ1より少ない、またはそれより多い基材(例えば、基材5、9、2)を有することができる。別の実施例として、プローブカードアセンブリ1は、1つを超えるプローブ基材(例えば、基材2)を有することができ、そのような各プローブ基材は、独立して調節可能である。複数のプローブ基材を有するプローブカードアセンブリの非制限的な実施例は、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さらなる非制限的な実施例は、米国特許第5,974,662号および米国特許第6,509,751号、ならびに前述の2005年6月24日に出願された、米国特許出願第11/165,833号に説明され、これらの特許ならびに出願に記載されるプローブカードアセンブリの様々な機構は、図1および図2に示されるプローブカードアセンブリ1において実現することができる。
図2の簡略化された構成図描写に2つのプローブ4が示されるが、数多くの該プローブ4をプローブ基材2に取着することができ、プローブ4は、群(例えば、DUTプローブ)で配設することができる。例えば、1つのDUT14のターミナル12と接触するために、1つの群のプローブ4が配置されてもよい。以下、1つのDUT14のターミナル12と接触するように構成されたプローブ4の群は、DUTプローブ群6と称される。図1において、DUTプローブ群6は、正方形で図式的に描写され、図1に示されるように、複数の該DUTプローブ群6は、接地面と、試験中に各DUTに電力を適用するために各プローブ群内の適切なプローブに接続された電力面とを備えることができる、多層セラミック基材を含むことができる、プローブ基材2の上に配置され得る。プローブ基材2は、任意の材料を含むことができる。例えば、基材2は、無制限に、次の材料、プリント基板材料、セラミック、有機材料、無機材料、プラスチック等の1つ、またはこれらの組み合わせを含むことができる。
前述されたように、DUTプローブ群6のそれぞれは、DUT14のターミナル12と接触するパターンで配置された、十分な数のプローブ4を含むことができる。図3は、本発明のいくつかの実施形態に従った、例示的DUTプローブ群6内のプローブ4の非制限的な例示的数およびパターンを図示する。記載されるように、図3に示されるプローブ4の形状および位置付けに加え、プローブ4の数およびパターンは、例示的なものでしかなく、DUTプローブ群6は、その他の構成または実施形態において、異なる数、パターン、形状、および位置付けのプローブを有することができる。
DUTプローブ群6は、図3に示されるように、部分的プローブ群15、17を含むことができる。2つの部分的プローブ群15、17が、DUTプローブ群6を含んで図3に示されるが、より多い、またはより少ない部分的プローブ群が、DUTプローブ群を含んでもよい。さらに、DUTプローブ群6内のプローブ4の合計数は、図3に示されるものと異なってもよい。例えば、より少なく、またはより多く含まれる場合もあるが、DUTプローブ群6は、60から80またはそれ以上のプローブ4を含んでもよい。多くの試験用途において、典型的に、同一のDUTが同時に試験されるため、プローブカードアセンブリ1(図1参照)上のDUTプローブ群6もまた、互いに同一であり得る。例えば、試験されているDUTが半導体ウェハのダイである場合、ダイは、同一であってもよく、数多くの該ダイが、同時に試験されてもよい。
図3に示されるように、部分的プローブ群15内のプローブ4は、それぞれ、取り付け部分38(例えば、取り付け機構、着地領域、または曲線部分)と、ビーム32(例えば、ビーム部分または弾性部分)と、DUT(例えば、図2のDUT14と類似する)のターミナル(例えば、図2のターミナル12と類似する)と接触するように構成されたチップ部分55を含むことができる、接触チップ構造体50とを含んでもよい。同様に、部分的プローブ群17内のプローブ4は、それぞれ、取り付け部分16(例えば、取り付け機構、着地領域、または曲線部分)と、ビーム18(例えば、ビーム部分または弾性部分)と、部分的プローブ群15内のプローブの同種の名前の要素と概して類似し得る、接触チップ構造体20とを含むことができる。DUTプローブ群6は、接触チップ構造体20、50が1つ以上の列になるように配設することができる。例えば、プローブ4の接触チップ構造体50、20を、図3に示されるように、整列された隣接する列Eおよび列Fに配設することが望まれる場合がある。接触チップ構造体50、20は、試験されるDUT14の対応するターミナル12の位置合わせに対応するように配設され得る。複数の部分的プローブ群(例えば、15、17と類似する)は、異なるビーム32および18、ならびに取り付け部分38および16が、接触チップ構造体50および20を整列された列Eおよび列Fに定置することを促進するために戦略的に配置され得るように、配設されてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態は、曲線状、円形、長方形、正方形、および必要な、または好ましいその他のパターンを含む、任意のパターンで配設された接触チップ構造体(例えば、50、20)で実施され得ることが理解されるべきである。DUTプローブ群(例えば、6と類似する)を生成するのを助長するために、任意の数の部分的プローブ群15、17が提供されてもよく、様々なDUTプローブ群の配設の実施例は、米国特許第6,268,015号等の本文献の譲受人に譲渡されたその他の特許にさらに記載される。
ウェハの試験中、例えば、DUT14のターミナル12は、位置合わせされ、プローブ4のうちの1つと接触してもよい(通常、ウェハが上方に移動されることによって)。プローブは、米国特許第6,520,778号に記載されるように製造されてもよい。また、当業者に公知のその他の製造材料が使用されてもよい。本発明は、上にダイが製造されたウェハから単一化されたダイであるDUTの試験に関連して、同等にうまく実施することができ、ウェハ上に製造されたすべてのダイより多い、または少ないダイが、該シナリオにおいて試験されてもよい。
図2および図3を参照し、概して上述されたように、DUTプローブ群6内のプローブ4のそれぞれは、プローブ基材2、中間基材9、および配線基材5等の基材を通る異なる電気経路を介して、電気コネクタ7に接続することができる。電気コネクタ7とプローブ4との間に、数多く(例えば、数百または数千)の該電気経路が存在し得る。配線基材5上の電気コネクタ7は、したがって、プローブカードアセンブリ1上の各プローブ4を、テスタ(図示せず)への、および/またはそれからの通信チャネルに接続するために使用することができる。記載されるように、DUT14は、半導体ウェハ上の1つ以上のダイであってもよく、そのような場合、同一ウェハ上に製造されたDUT14のそれぞれは、それでもやはり、多数の異なる要因、例えば、異なる製造業者、異なる製品、異なるテスタ、異なるウェハサイズ等の結果として、変化し得る。結果として、プローブ4の数、パターン、および定置を含むプローブ基材2は、試験される特定のDUT14上のターミナル12のパターンに従って設計され得る。
図3に示されるように、部分的プローブ群15内のプローブ4は、その他のプローブ4の中でも特に、プローブ60、62,64、65、66、67、68、70、を含むことができる。図4(図3の部分的プローブ群15のプローブ64、65、66、67の斜視図を示す)を参照し、プローブ64、65、66、67のそれぞれは、本発明のいくつかの実施形態に従った、チップ部分55を有する接触チップ構造体50と、取り付け部分38を有するビーム32と、支持構造体40とを含むことができる。各プローブ64、65、66、67の取り付け部分38は、同様に基材2に接続され得る支持構造体40に取着することができる。例えば、図4に示されるように、各支持構造体40は、プローブ基材2に取着され得るターミナル31に直接取着することができる。あるいは、各支持構造体40は、プローブ基材2の表面に直接取着されてもよい。ターミナル31は、電気的に導電性であってもよく、プローブ基材2上またはその中の配線(例えば、導線またはビア)に接続することができる。チップ部分55は、DUT14を試験するため(例えば、DUT14の回路の全体または部分を試験するため)に、DUT14(図2参照)のターミナル12に対して定置されてもよい。各プローブ4のビーム32は、弾性を有するように構成することができ、ビーム32、したがってプローブ4の制御された偏向を提供することができる、図3の各プローブ4のバネ構造体を含むことができる。ビーム32は、支持構造体40を接触チップ構造体50に接続することができる。図4およびその他のものは、接触チップ構造体50およびチップ部分55の一形状を示すが、本明細書で具体化される概念は、その他の形状の接触チップ構造体および接触チップに同等にうまく適用され、かつ本発明の実施形態の範囲内である。
いくつかの実施形態において、各ビーム32の取り付け部分38は、長円形、楕円形、または円形の形状であってもよく、支持構造体40に取り付けることができる。図3、図4、および図5(図5は、プローブ62、64、65、66、67の上面図を示す)に示されるように、支持構造体40、およびしたがって取り付け部分38の位置は、千鳥状であってもよい。プローブ4のうちの1つ(例えば、図4および図5のプローブ64、65)のビーム32は、ビームの取り付け部分38と隣接する狭小領域34(例えば、狭小部)を含むことができる。示されるように、狭小領域34は、凹形状等の狭小形状を含むことができる。図4および図5に示される実施例において、プローブ64、66は、図4の狭小領域34内のビーム32に掛かる矢印によって描写される横方向寸法を含む、該狭小領域34を含む。見られるように、狭小領域34は、ビーム32の取り付け部分38より狭くてもよく、また、隣接するビーム32の取り付け部分38部分より狭くてもよい。このように、プローブのうちの1つ(例えば、図4および図5のプローブ65、67)のビーム32は、1つ以上の隣接するビーム32の狭小領域34より広い、1つ以上の隣接するビーム32の狭小領域34のいずれかの側に部分(例えば、取り付け部分38)を含むことができる。ビーム32の取り付け部分38(概して長円形状を有することができる)および狭小領域34は、概して楕円形状を共に画定することができる。
示されるように、各ビーム32は、第1の端(例えば、取り付け部分38に対応する)からより狭い第2の端(例えば、接触チップ構造体50に対応する)に向かって細くなっていてもよい。一実施形態において、狭小領域34は、外観が凹形であるものとしてさらに記載され得る。その他の形状(例えば、三角形)が用いられてもよい。これは、形状が狭小領域34の少なくとも片側に、狭小となる結果をもたらすのに十分である。
図3〜図5に示されるように、有利に、隣接するプローブ4は、千鳥状のパターンで配置することができ、1つのプローブ4(プローブ62、65、および67が、その実施例である)の取り付け部分38、または取り付け部分38が取着される支持構造体40は、隣接するプローブ4(プローブ60、64、および66が、その実施例である)の狭小領域34に隣接して定置することができる。例えば、図5に最もよく見られるように、プローブ64の狭小領域34は、プローブ62の取り付け部分38と、プローブ65の取り付け部分38とに隣接して定置することができる。同様に、プローブ66の狭小領域34は、同様に、プローブ65の取り付け部分38と、プローブ67の取り付け部分38とに隣接して定置することができる。図5に最もよく見られるように、狭小領域34は、隣接するプローブの取り付け部分38の形状の部分の、概して、または略逆の形状を含むことができ、これは、図5に最もよく見られるように、隣接するプローブ4(支持構造体62、64、65、66、67が、その実施例である)の取り付け部分38を千鳥状にできるようにする。このように、支持構造体の直径(図5において「支持構造体の直径」と呼ばれる)は、支持構造体のピッチ(例えば、図5に示されるような隣接する支持構造体間の距離)と略同等、同等、またはさらにそれを上回るようにすることができる。また、図5に示されるように、支持構造体のピッチは、取り付け部分38の幅(図5において、「取り付け部分の幅」と呼ばれる)より小さくてもよい。これは、支持構造体の加工において、より大きなクリアランスを可能にする。さらに、支持構造体のピッチは、千鳥状でなく、ビームの分離と同じである場合があり、支持構造体の直径をビームのピッチより大きく増大することは不可能である場合がある。
しかしながら、千鳥状の支持構造体の位置は、プローブ4が異なるビーム32の長さを有する原因となり、異なるバネ定数を有するビーム32をもたらす場合がある。いくつかの用途において、均一な接触特性が望まれる場合、同様のバネ定数を有するプローブ4を提供することが有用であり得る。同様のバネ定数を達成するために、ビームの幅は、ビームの長さおよび位置のばらつきを補正するために使用することができる。ビームの長さが長くなると、同様のバネ定数を達成するためのビームの幅は広くなる。
図6は、例示的プローブ4の上面図を図示し、図7は、例示的プローブ4の側面図を図示する。図6に示されるように、プローブ4のビーム32の長さLは、ビーム32の一方の端(例えば、取り付け部分38の端)からもう一方の端(例えば、接触チップ構造体50の端)に走ることができる。ビーム32の幅Wパラメータは、図6に図示され、ビーム32の厚さTパラメータは、図7に図示される。図6に示されるように、幅Wパラメータは、ビーム32の長さLに沿って変化させることができる。図7には図示されないが、厚さTパラメータもまた、ビーム32の長さLに沿って変化させることができる。上述されたように、図3のDUTプローブ群6内のプローブ4の異なるビーム32の長さLを補正するために、ビーム32の幅Wは、プローブ4のバネ定数が同一、または略同一(例えば、プローブ4の特定の用途に対して指定される許容範囲内)となるように、変化させることができる。公知であるように、プローブ(例えば、プローブ4と類似する)のバネ定数は、フックの法則、k=F/d(式中、kは、バネ定数であり、dは、プローブを移動させる力Fの距離適用であり、/は、除算を示す)に従っている。
図3のDUTプローブ群6内のプローブ4の各幅Wを決定するための非制限的な例示的一方法は、異なるビーム32の長さLを次のように補正することである。公知であるように、長方形の形状(およびしたがって、不変の幅W)および長方形断面(およびしたがって不変の厚さ)を有するカンチレバービームのバネ定数は、次のように計算することができる。k=(E*W*T)/(4L)(式中、kは、バネ定数であり、Eは、ヤング率であり、Wは、ビームの幅であり、Tは、ビームの厚さであり、Lは、ビームの長さであり、/は、除算を示す。)図3のDUTプローブ群6内のプローブ4のビーム32のすべてではないにしてもほとんどは、長方形ではないが、それでもやはり、前述の方程式は、ビームのバネ定数を推定するために使用することができる。図6および図7に示される例示的プローブ4を参照し、プローブ4のバネ定数kは、長さLに沿ったビーム32の平均幅Wを使用して推定することができる。平均幅は、例えば、ビーム32に沿った複数の点で測定された幅から決定することができる。図6に示される実施例において、ビーム32の幅Wは、より多い、またはより少ない点で測定され得るが、ビーム32の幅Wが測定され得る3つの点が示される。図6および図7に示されるプローブ4のバネ定数kは、したがって、次の、k=(E*Wave*T)/(4*L)(式中、kは、バネ定数であり、Eは、材料またはビーム32が作製される材料のヤング率であり、Waveは、長さLに沿ったビーム32の平均幅Wであり、Tは、ビーム32の厚さTであり、Lは、ビーム32の長さLであり、/は、除算を示し、*は、乗算を示す)のように近似することができる。プローブ4が略同一のバネ定数kを有するようにする、図3のDUTプローブ群6内の各プローブ4の各ビーム32の平均幅Waveは、各プローブ4に対して、次のように決定され得る。Wave=(4*k*L)/(E*T)(式中、kは、バネ定数であり、Eは、材料またはビーム32が作製される材料のヤング率であり、Waveは、長さLに沿ったビーム32の平均幅Wであり、Tは、ビーム32の厚さTであり、Lは、ビーム32の長さLであり、/は、除算を示し、*は、乗算を示す)。
上述の実施例において、ビーム32の厚さTは、プローブ4からプローブ4で同一であり、バネ定数kは、各ビーム32の幅Wを変化させることによって調整されると推測される。あるいは、各ビーム32の幅Wは、一定に保たれてもよく、各ビーム32の厚さTは、異なるビーム32の長さLにもかかわらず、プローブ4間で、同一または同様のバネ定数kを達成するために、変化させることができる。さらに別の手段として、ビーム32の幅Wおよび厚さTの両方が、異なるビーム32の長さLにもかかわらず、プローブ4間で、同一または同様のバネ定数kを達成するために、プローブ4ごとに変化させることができる。ビーム32の厚さTがビーム32の長さLに沿って変化する場合、ビーム32の長さLに沿った平均厚さは、上記の公式に使用することができる。
再び図3を参照し、プローブ4の接触チップ構造体50に位置するチップ部分55間の間隔は、取り付け部分38の支持構造体40が均一に離間したままである場合にでさえ、ビーム32の横方向の湾曲に従って変化してもよい。例えば、図示されないが、図4のプローブ64、65、66、67のチップ部分55間の距離は、同一である必要はない。例えば、プローブ64および65のチップ部分55間の距離は、支持構造体が均一の支持構造体のピッチを有し得るとしても、プローブ66および67のチップ部分55間の距離とは異なってもよい。
さらに図3を参照し、単一支持構造体の取り付け設計およびプローブ4のビーム32の湾曲は、ビーム32に45度を上回り得るオフセット角度Cを提供することができる。図3に示されるように、ビームオフセット角度Cは、プローブ60(図3に示されるDUTプローブ群6のプローブ4のうちの1つである)に、オフセット距離Dを提供することができる。オフセット距離Dは、支持構造体40の中心線19から接触チップ構造体50の各縦軸21までの距離として測定されてもよい。距離Dは、本明細書において、横方向のオフセットまたは単にオフセットと称される。見られるように、プローブ60は、中央のプローブ68より長くてもよく、かつそれを上回る横方向の曲線を有することができる。さらに、プローブ60は、1つの位置で、図3においてXで指定される幅を有し、これは、幅が、例えば、その取り付け部分38からの対応する距離で、図3においてYで指定される、プローブ68より広くてもよい。上述されたように、プローブ4のビームの幅の制御された変化は、各プローブ4のバネ定数を制御できるようにする。本方法において、様々な長さおよび湾曲を有するプローブ4は、略同様のバネ定数を有するように形成され得る。いくつかの実施形態において、支持構造体40が中央の支持構造体(例えば、プローブ68の支持構造体40)からより遠いプローブ4は、より長いビームの長さにもかかわらず、略同様のバネ定数を達成するように補正するために、例えば、プローブ68と比較して、その輪郭の少なくとも一部に添って次第に広くなるビーム幅を有することができる。
さらに図3を考察し、プローブ60、62、64、65、66、67、68、70は、列A(例えば、第1の列)または列B(例えば、第2の列)で配置された取り付け部分38を有するように示される。具体的に、その中でもプローブ60、64、66、68、70は、列A中の支持構造体40に取り付けられ、プローブ62、65、67は、列B中の支持構造体に取り付けられる。示される実施例において、列B中のプローブの各取り付け部分38は、列A中のプローブ4の狭小領域34に隣接して位置することができる。
列A中の支持構造体のピッチ(例えば、列A中の隣接する支持構造体40の中心間の距離)は、列B中の支持構造体のピッチ(例えば、列B中の隣接する支持構造体40の中心間の距離)と同一であってもよい。事実、図3に示される隣接する支持構造体40のいずれか2つの間の支持構造体のピッチは、同一であり得る。もちろん、支持構造体のピッチは、いずれかの隣接する支持構造体40間で変化するようにすることができる。同様に、狭小領域34は、列の2つ以上に存在してもよく、隣接する狭小領域に位置する取り付け部分38を有するように、2つ未満および3つ以上の列が企図される。
見られるように、部分的プローブ群15内の外側のプローブ60、70は、略対称の横方向に曲線状のビームの対を共に形成する、ビームを有することができる。あるいは、外側のプローブ60、70は、対称の曲線状のビームの対を形成する必要はない。中央のプローブ68のビームは、略直線状であってもよく、またはあるいは、曲線状であってもよい。図3に見ることができるように、複数の横方向に曲線状のビームの対が、プローブ68内のビームのいずれかの側にあってもよい。しかしながら、この場合も同様に、図3に示される部分的プローブ群15、17において、いずれかのビームの対間で対称である必要はない。前述されたように、図3に示されるプローブ4の数、パターン、間隔等は、例示的なものでしかなく、プローブ4のその他の数、パターン、間隔等を使用することができる。いくつかの実施形態において、プローブ4の数、パターン、間隔等は、接触するDUTターミナルの数に依存することができる。
いずれかの前述の実施例において、支持構造体40は、複数の支持構造体構造物で置換することができる。例えば、支持構造体40の1つ以上は、2つの支持構造体を備える構造体で置換することができ、ビーム32の取り付け部分38は、2つの支持構造体に取着することができる。それでもやはり、支持構造体40等の単一支持構造体構成は、いくつかの実施形態において利点を提供することができる。
図8は、それぞれにビーム92、94、および96(ビーム32と類似し得る)を有するプローブ72、74、および76(プローブ4と類似し得る)の3つの実施例を示す。単一支持構造体ビーム74、76は、プローブ群の構造を図示するより、本発明の様々な実施形態のいくつかの利点のいくつかを図示するために、二重支持構造体ビーム72と隣接して示される。本実施例において、すべての3つのビーム92〜96は、ビームのバネ定数が、長さがより長い寸法である、長さおよび幅の関数(例えば、フックの法則に従う)となるように、同一の厚さTを有すると見なされる。もちろん、ビームの厚さTは、バネ定数に影響を与えるために、変化させてもよい。プローブ72〜76のそれぞれは、支持構造体78、80、88、および90(支持構造体40と類似し得る)に加えて、接触チップ構造体82、84、および86(接触チップ構造体50と類似し得る)を含むことに、さらに留意する。2支持構造体プローブ72が、一列に並んでビーム92に取り付けられた2つのより小さな支持構造体78および80を含む一方、プローブ74および76に関連付けられた支持構造体88および90は、それぞれに、単一支持構造体を有して示される。支持構造体78および80は、2支持構造体設計アプローチの一部と見なされてもよい。
図9は、図8に示されるように、同一プローブ72〜76を示すが、力FVが接触チップ構造体82に対して垂直に適用されている。図から見ることができるように、ビーム92は、力FVに応じて垂直方向に偏向される。前述されたように、プローブ74および76の同様のバネ定数は、それらに関係するビーム94および96が異なる長さであるとしても、それらの幅を調整することによって、得られてもよい。したがって、ビーム94、96がビーム92と同一または同様のバネ定数を有するように構成される場合、力FVは、該力FVがビーム92を偏向するのと同一または同様の距離だけビーム94および96を偏向することができる。
狭小領域95の有利な特長は、当業者に公知の従来のプローブ群と比較して減少した支持構造体のピッチにもかかわらず、同様のバネ定数が得られ得ることである。狭小領域95は、応力が、着地領域93(取り付け部分38と類似し得る)と支持構造体90との間で減少されるように、曲げ応力の一部をさらに集中させる、または吸収するように設計されてもよい。狭小領域95(狭小領域34と類似し得る)は、支持構造体88および90を置き換えることによって、増大した支持構造体のピッチをさらに提供する。つまり、プローブ強度を犠牲にすることなく、向上したプローブ密度が可能となる。
当業者は、プローブ72〜76のそれぞれに関連するバネ定数を、略同様にすることが望ましいことを理解するであろう。ビームの長さが変化するように示されるが、ビームの幅も、上述されたように、各プローブ72〜76の結果として生じるバネ定数kが略同様となるように、変化させることができる。特に、ビーム96の相対幅は、ビーム96がビーム94より長いとしても、ビームの幅を調整することによって、それらの相対定数を略同様にすることができるように、ビーム94より大きいことに留意する。同様に、ビーム92の幅は、複数の支持構造体78および80を有する2支持構造体プローブ72が、同様にその他のプローブ74および76と同一のバネ定数を有するように、選択され得る。
試験中に接触チップ構造体82〜86上に働く垂直力FVが、ビーム92〜96の有利な屈曲を提供する場合がある一方、横力FLも、不意(製造または出荷中等)に、または試験プロセス自体中のいずれかで、接触チップ構造体82〜86上に働く場合がある。図10は、関連付けられたプローブ72〜76の接触チップ構造体82〜86のそれぞれに適用される際の横力FLの効果を示す。複数の支持構造体78および80を有する2支持構造体プローブ72に関連付けられた接触チップ構造体82は、単一支持構造体88および90を有するプローブ74および76のいずれかより大幅に横方向に移動されて見える。本偏向は、接触チップ構造体84および86と比較した際の接触チップ構造体82の横移動を実質的に助長する。支持構造体の剛性は、支持構造体の直径を2倍にすることが、結果として支持構造体の剛性を16倍に有利に向上するように、支持構造体の直径の第4の力の関数として決定される。
2支持構造体取り付けシステムに存在する増大した横移動は、接触チップ構造体82が強い応力に暴露される際のプローブ障害の可能性の増大を呈する場合がある。本障害は、例えば、プローブの破損、プローブとDUTとの間の接触の損失、接合障害、接触擦りの増大において明白であり得る。したがって、より大きな直径を有することにより、支持構造体88および90は、支持構造体78および80より少なく偏向され、結果として、接触チップ構造体84および86は、接触チップ構造体82より少なく横方向に移動される。その他の直径も利用できるが、二重支持構造体プローブに見られる支持構造体の直径を2倍にすることは有利であることが発見された。
向上した支持構造体の剛性は、プローブ74および76のDUTターミナルとの接触中の接触チップ構造体84および86の望ましくない横移動量を減少することによって、DUTターミナル上の擦り率の量を低減する、さらなる利益を有する。
2支持構造体または複数の支持構造体設計と比較して、単一支持構造体設計の別の利点は、より大きなビームのオフセットを伴う場合、より優れたビーム曲線を作成することが、より容易であるということである。さらに、単一支持構造体設計は、プローブを支持するために必要とされる、大幅に少ない支持構造体、最大50%の減少をもたらし得る。
さらなる利点は、長円形状の取り付け部分93に見ることができる。着地パッドは、ビーム96が支持構造体90に取着するための増大した接触域を提供し、したがって、接触チップ構造体86に力FLまたはFVが適用される際、ビーム96の支持構造体90からの分離に対する、より優れた抵抗を提供する。例えば、支持構造体の直径を2倍にすることは、接触域の4倍の増大をもたらす。
さらに、取り付け部分93の長円形状は、液体はんだの表面張力によって自然に生じるような、より自然かつ構造的に強い球形状の全容積のはんだを含み、はんだがビームを吸い取り、はんだのはんだ接合を欠乏させるのを低減する、または場合によっては防ぐことができる。これは、支持構造体とのその接続と隣接するビームの曲線形状の結果である。ビーム72等の直線ビームは、はんだが直線の端部に沿って流れるようにする。したがって、球形状はんだを収容し、それによってプローブ接合部97における応力を低減する長円形状により、より信頼性の高いはんだ接続が可能となる。有意に、プローブ76の狭小領域95は、応力が接合部97の代わりに狭小領域95に集中する傾向が強い場合に、ビーム96の横方向への偏向による接合部の応力をさらに低減する。当業者は、接合部97の障害を低減することが有利であることを理解するであろう。
取り付け部分93は、そうでなければプローブ障害をもたらし得る、支持構造体88および90等の支持構造体間のはんだのブリッジを低減することがさらに望ましい。2支持構造体プローブ72の長方形取り付け部分99は、プローブ74および76の着地パッド域のものより大幅に小さく、さらに、球形状のはんだ接続を促すために望ましい表面域を提供しない。長方形取り付け部分99の表面の範囲内にとどまらないはんだは、プローブ74等の隣接するプローブとブリッジする可能性がある。
さらに、当業者にとって、本明細書に記載されるプローブを展開するために用いられるプロセスは、生産収率およびはんだ印刷におけるプロセスサイクル時間の向上をもたらすことができることが、明らかとなるであろう。さらに、はんだ印刷ブリッジおよび関連する再加工の低減が達成され得る。そして、より強い支持構造体および信頼性の高い接合部は、結果として支持構造体の曲がりの修理をより少なくする。しかしながら、ビームから支持構造体への接続は、はんだ接合に制限されない。ビームから支持構造体へは、エポキシ、めっき、溶接、またはその他のプロセスによって接続することができる。
支持構造体88および90等の単一支持構造体の実施形態が記載される一方、狭小領域95を含む千鳥状の取り付けパターン設計が、複数の支持構造体、リソグラフィで形成された支持構造体、その他の技術で作製された支持構造体を含む、その他の取り付け設計を使用して利用され得ることが理解されるべきである。このように、いかなる取り付け技術においても、改善された支持構造体のピッチを達成することができる。
プローブのビームを支持するために単一支持構造体を利用する実施形態と、ビームを支持するために複数の支持構造体を利用する実施形態との間のように、単一支持構造体の実施形態は、減少したバネの長さを可能にすることができ、支持されていないバネの長さは、複数の支持構造体構造を有するものより大きな全体の長さの比率であってもよい。それでもやはり、本発明は、1つのプローブの1つのビームを支持するために複数の支持構造体を使用することを企図する。
図11〜図15は、DUTプローブ群6と類似するDUTプローブ群内の、プローブ4と類似するプローブを作製する例示的方法を図示する。
図11は、上にパターン形成可能な材料の1つ以上の層が置かれた、例示的除去可能な基材102の部分的上面図を示し、図12は、その断面側面図を示す。図11および図12に示される実施例において、パターン形成可能な材料104、106の2つの層が示されるが、より多い、またはより少ない該層が基材102の上に置かれてもよい。パターン形成可能な材料104、106(マスク材料と称することもできる)は、作製されるプローブ4の形状または形状の部分を画定するパターンが形成され得る、いずれかの材料であってもよい。例えば、パターン形成可能な材料104、106は、フォトレジスト等の光反応性材料であってもよい。除去可能な基材102は、パターン形成可能な材料104、106を支持するのに適した、いずれかの基材であってもよい。例えば、基材102は、半導体ウェハ、プリント基板、有機基材、無機基材等を含むことができる。
図11および図12に示される実施例において、くぼみ(図示されないが、図11および図12のチップ部分55に対応する)は、作製されるプローブ4のチップ部分55の所望の形状で基材102にエッチングすることができ、パターン形成可能な材料104の第1の層は、くぼみを露出する、作製されるプローブ4の接触チップ構造体50の形状に形成された開口部(図示されないが、図11および図12の接触チップ構造体50に対応する)108を有するように、置き、パターン形成することができる。図13および図14に示されるように、次いで材料104の開口部内に材料を置き、作製されるプローブ4のチップ部分55および接触チップ構造体50を形成することができる。
次いで、作製されるプローブ4のビーム32の形状の開口部120を有するように、材料106を置き、パターン形成することができる。示されるように、各開口部120は、作製されるプローブ4のビーム32の形状の部分112と、取り付け部分38の形状の部分118とを含むことができる。また、開口部120のうちの1つは、作製されるプローブ4の狭小領域34の形状の部分114を含むことができる。図11に示されるように、接触チップ構造体50は、第1の列150で一直線に並んでもよい。また、図11に示されるように、開口部120は、ビーム32のうちの1つの取り付け部分38が作製される部分118が、列152(例えば、第2の列)で、ビーム32のその他のものの狭小領域34が作製される部分120と一直線に並ぶように、配置することができる。また、示されるように、狭小領域34を有するビーム32の取り付け部分38が作製される開口部120の部分118は、列154(例えば、第1の列)で一直線に並べることができる。
図13および図14に示されるように、材料を開口部120に置き、ビーム32を形成することができる。上述されたように、ビーム32のそれぞれは、取り付け部分38を備えることができ、ビームのうちの1つは、狭小領域34を備えることができる。さらに、図13に示されるように、ビーム32のうちの1つの取り付け部分38は、列152で、着地領域34が別の列154で一直線に並べられ得るビーム32のその他のものの狭小領域34と一直線に並べることができる。
接触チップ構造体50およびビーム32の材料またはそれを形成するために置かれた材料(チップ部分55を含む)は、接触チップ構造体50およびビーム32を作製するのに適した任意の材料であってよい。例えば、該材料は、電気的に導電性であってもよい。該材料の実施例には、無制限に、パラジウム、金、ロジウム、ニッケル、コバルト、銀、白金、導電性の窒化物、導電性の炭化物、タングステン、チタニウム、モリブデン、レニウム、インジウム、オスミウム、ロジウム、銅、不溶性金属、および前述のものの組み合わせを含むこれらの合金が挙げられる。接触チップ構造体50およびビーム32の材料またはそれを形成するために置かれた材料は、無制限に、電気めっき、化学蒸着、物理蒸着、スパッタリング蒸着、化学めっき、電子線蒸着、蒸発(例えば、熱蒸発)、火炎スプリングコーティング、プラズマ溶射を含む、該材料を置くのに適したいずれかの方法または手段によって置くことができる。
接触チップ構造体50およびビーム32の材料またはそれを形成する材料が置かれた後、パターン形成可能な材料104、106を除去することができる。図15に示されるように、ビーム32の取り付け部分38は、基材(例えば、プローブ基材2)上の支持構造体40に取着する(例えば、はんだ付け(およびしたがってはんだ接合を形成する)、ろう付け等によって)ことができる。また、図15に示されるように、チップ部分55、接触チップ構造体50、およびビーム32は、除去可能な基材102から開放され、支持構造体40に取着されたビーム32を残し、プローブ4を形成することができる。図11および図13に5つが示されるが、より多い、またはより少ない該プローブ4が除去可能な基材102上に作製されてもよい。事実、図11〜図15に図示されるプロセスによって、プローブ(例えば、DUTプローブ群6と類似する)の1つ以上のアレイが除去可能な基材102上に加工されてもよい。
図11〜図15に図示されるプローブ4を作製する方法は、例示的なものでしかなく、多くの変形が可能である。図16は、該変形の1つを図示する。図16は、図14(除去可能な基材102上のパターン形成可能な材料104、106に形成されたチップ部分55、接触チップ構造体50、およびビーム32を示す)と概して類似する。しかしながら、図16において、ビーム32、接触チップ構造体50、およびチップ部分55が除去可能な基材102に取着される一方、支持構造体40は、各ビーム32の取り付け部分38上に形成される。その後、材料104、106は、除去することができ、支持構造体40は、基材(例えば、プローブ基材2と類似する)に取着することができ、チップ部分55、接触チップ構造体50、およびビーム32を、基材102から解放することができる。
基材2上か除去可能な基材102上かにかかわらず、支持構造体40は、配線列、パターン形成可能な材料(例えば、材料104、106と類似する)の開口部に材料を置くことによって形成された列、またはいずれかのその他の列構造を備えることができる。
本発明の原理が、その好ましい実施形態において説明され、図示されたことから、本発明は、該原理から逸脱することなく、配設および詳細を修正できることが明白であるべきである。添付の特許請求の範囲の精神および範囲内にあるすべての修正および変形が主張される。

Claims (22)

  1. 電子デバイスを試験するための複数のプローブであって、
    該電子デバイスを接触させるように配置された接触チップ構造体と、
    支持構造体と、
    該接触チップ構造体が取着される弾性部分であって、該弾性部分は、該プローブの制御された偏向を提供し、該支持構造体が取着される取り付け機構を備える、弾性部分と
    を備え、
    該取り付け機構は、千鳥状のパターンで配設され、
    該千鳥状のパターンの第1の列に位置する弾性部分は、弾性部分の第2の列の該取り付け機構と略一直線に並ぶ狭小部を含む、
    前記第1の列における弾性部分のそれぞれに対する前記狭小部は、前記弾性部分の取り付け機構と、前記狭小部に隣接する、前記接触チップ構造体が取着される部分とは異なる部分である前記弾性部分の隣接部と、の双方よりも狭小であり、前記取り付け機構と前記隣接部との間にあり、
    前記支持構造体は、前記複数のプローブが互いに重ならないように該支持構造体の直径よりも小さいピッチで基材上に配置される、複数のプローブ。
  2. 前記弾性部分は、前記取り付け機構のそれぞれから前記対応する接触チップ構造体までの距離によって長さが異なる、請求項1に記載の複数のプローブ。
  3. 前記弾性部分は、バネ定数を決定する形状が異なる、請求項2に記載の複数のプローブ。
  4. 前記バネ定数は、弾性部分の長さが異なる前記プローブの少なくとも一部に対して略同一である、請求項3に記載の複数のプローブ。
  5. 前記弾性部分の少なくとも一部は、対応する接触チップ構造体の縦軸からオフセットされる取り付け機構を含む、請求項1に記載の複数のプローブ。
  6. 前記オフセットは、前記弾性部分の湾曲の結果であり、該湾曲の程度は、プローブ群に配設されるプローブの数に依存する、請求項5に記載の複数のプローブ。
  7. 電子デバイス上の回路を試験するための複数のプローブであって、
    第1の端と該第1の端とは反対の第2の端を有するビームと、
    該ビームの第1の端に取着された支持構造体であって、該ビームは、該第1の端に隣接する狭小部を含み、該狭小部は、第2のプローブの別個の支持構造体に隣接して位置するように構成される、支持構造体と
    を備え、
    前記狭小部は、前記ビームの前記第1の端と、前記狭小部に隣接する、前記第2の端とは異なる部分である前記ビームの隣接部と、の双方よりも狭小であり、前記第1の端と前記隣接部との間にあり、
    前記支持構造体は、前記複数のプローブが互いに重ならないように該支持構造体の直径よりも小さいピッチで基材上に配置される、プローブ。
  8. 前記ビームは、前記支持構造体が取着される曲線部分を含む、請求項7に記載のプローブ。
  9. 前記曲線部分は、長円形である、請求項8に記載のプローブ。
  10. 前記ビームは、前記第2の端に向かって細くなる幅広部を含む、請求項7にプローブ。
  11. 前記ビームは、該ビームの湾曲に関係する量だけ前記支持構造体からオフセットされる第2の端をさらに含む、請求項7に記載のプローブ。
  12. 前記ビームの幅は、選択されたバネ定数を提供するように選択される、請求項7に記載のプローブ。
  13. それぞれが接触チップ構造体を有する複数のプローブを有するプローブカードアセンブリであって、該プローブは、隣接する接触チップの整列された列を作成するように配設され、該プローブカードアセンブリは、
    基材と、
    該基材上に取り付けられた複数の略剛性の支持構造体と、
    それぞれが該支持構造体のうちの1つの第1の端に取り付けられた複数のビームであって、該ビームのそれぞれは、該ビームの第2の端に配置される該接触チップ構造体のうちの1つを備える、ビームと
    を備え、
    該ビームの第1のものは、該ビームの第2のものと異なる長さであり、
    該ビームの該第1のものは、該ビームの該第2のものとは異なる幅の狭小部を有し、
    該第1のビームおよび該第2のビームは、略同様のバネ係数を有し、
    該第1のビームの該狭小部は、該第1のビームの該第1の端と、該狭小部に隣接する、該第2の端とは異なる部分である該第1のビームの隣接部と、双方よりも狭小であり、該第1の端と該隣接部との間にあり、
    前記支持構造体は、前記複数のプローブが互いに重ならないように該支持構造体の直径よりも小さいピッチで前記基材上に配置される、プローブカードアセンブリ。
  14. 前記支持構造体は、千鳥状のパターンで前記基材上に配設される、請求項13に記載のプローブカードアセンブリ。
  15. 前記支持構造体は、2列に配設される、請求項14に記載のプローブカードアセンブリ。
  16. 前記ビームのそれぞれは、前記支持構造体のうちの1つに取着される着地領域を備え、
    前記狭小部は、前記ビームの第2のものの着地領域に隣接して配置される、請求項15に記載のプローブカードアセンブリ。
  17. 電子デバイス上の接触域との接続を行うための複数のプローブであって、該プローブは、
    一端が基材に取り付けられた支持構造体と、
    前記支持構造体の他端に取り付けられ、該支持構造体から横方向に延在するビームと、
    前記ビーム上に位置する接触チップ構造体と
    を備え、
    前記ビームは、前記支持構造体へのその接続と隣接する曲線部分を備え、
    隣接する前記ビームの一方は、他方のビームの該曲線部分と隣接する狭小部を備え、
    前記狭小部は、前記ビームの前記曲線部分と、前記狭小部に隣接する、前記接触チップ構造体が位置する部分とは異なる部分である前記ビームの隣接部と、の双方よりも狭小であり、前記曲線部分と前記隣接部との間にあり、
    前記支持構造体は、前記複数のプローブが互いに重ならないように該支持構造体の直径よりも小さいピッチで基材上に配置される、プローブ。
  18. 前記曲線部分は、前記支持構造体の片側から延在する略長円形の曲線部分を備える、請求項17に記載のプローブ。
  19. 前記略長円形の曲線部分および前記狭小部は、概して楕円形状を共に形成する、請求項18に記載のプローブ。
  20. 前記プローブは、前記ビームと前記支持構造体との間に形成されるはんだ接合をさらに含む、請求項19に記載のプローブ。
  21. 前記ビームは、接触チップ構造が延在する面内にある、請求項17に記載のプローブ。
  22. 前記曲線部分は前記面内にある、請求項21に記載のプローブ。
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