JP7407724B2 - 埋め込まれたスケートを有するプローブ先端部 - Google Patents

Description

本発明は、電子集積回路を試験するためのプローブに関する。

電気プローブが、集積回路を試験するために長年使用されてきた。この間、様々な種類のプローブ構造体が検討されてきた。このようなプローブ構造体の１つは、米国特許第７、７３３、１０１号明細書、及び本明細書の図１に示すような多層プローブである。この多層プローブは、プローブ先端部において、他の層よりも延出する１以上のスケート層を含む。このアプローチの利点は、薄いスケート層によって、スケートを含まない場合と比べて高い接触圧力が得られることである。

しかしながら、従来の多層スケートプローブには、望ましくない側面がある。使用中、プローブ先端部は、被試験デバイスのプロービングだけでなく、定期的なクリーニングプロセスによって、機械的摩耗を受ける。従来の多層スケートプローブは、スケートが摩耗したときに寿命に達するので、望ましくないことに、寿命が短かった。したがって、寿命が向上した多層スケートプローブを提供することは、当分野における進歩となるであろう。

本開示は、従来のフィン状スケート形状とは対照的に、プローブ先端部の全体形状が滑らかな曲面である新規の多層プローブ設計を提供する。スケート層はプローブ先端部の全ての層において最も高い機械的摩耗抵抗を有しており、これにより、使用中のプローブ先端部の研磨クリーニング（あるいは、場合によっては、プローブ先端部の初期先端形状を形成するための、最初の使用前の研磨前処理）によって、スケート層に、滑らかな曲面のピークを形成することができる。本開示によれば、スケートは、クリーニングプロセスによって効果的に再形成することができるので、プローブの寿命は、プローブ先端部から合計で過度の量の材料が摩耗したときとなる。このため、従来の多層スケートプローブと比べて、プローブ寿命を大幅に向上させることができる。

従来のスケートプローブのプローブ寿命は、スケートの鉛直高さを増加させるだけでは長くできないことに注意することが重要である。プローブスケート層は、一般的に、このアプローチを可能にするのには薄すぎる。本開示では、十分な機械的支持を提供するべく、スケート層をプローブ先端部の他の層の間に挟み込むことによって、スケート層の鉛直高さを効果的に増加させることができる。単純な研磨プロセスによって、必要に応じてプローブ先端部においてスケートを再形成する能力は、本開示の重要な側面である。

好ましい実施形態では、プローブ先端部は、層１、層２、層３、層４、層５を有する５層構造を有する。層３は中央スケート層であり、層２及び４は良好な導電体（例えば、銅）であり、外層１及び５は機械的支持を提供する。スケートが、長方形または正方形の小さい断面積を有する実施形態では、プローブ先端部の接触圧力のさらなる増加を可能にし、それにより、電気接触抵抗の望ましい減少が可能となる。このようなスケートは、スケートの破壊を防ぐために、スケートの４つの側面のすべてが、機械的支持層によって取り囲まれる。スケートの位置、スケートを支持する及び取り囲む層の寸法及び組成は、後述する実施例のように、プローブ先端部の接触領域の望ましい形状及び位置を達成するように調節することができる。

図１（Ａ）～（Ｄ）は、例示的な従来の多層スケートプローブを示す。 図２（Ａ）～（Ｂ）は、本発明の一実施形態による多層スケートプローブを示す。 図３（Ａ）～（Ｂ）は、本発明の別の実施形態による多層スケートプローブを示す。 図４（Ａ）～（Ｃ）は、本発明の原理に従ったプローブ先端部形状の第１の例を示す。 図５（Ａ）～（Ｃ）は、本発明の原理に従ったプローブ先端部形状の第２の例を示す。 図６（Ａ）～（Ｃ）は、本発明の原理に従ったプローブ先端部形状の第３の例を示す。 図７（Ａ）～（Ｃ）は、本発明の原理に従ったプローブ先端部形状の第４の例を示す。 図８（Ａ）～（Ｃ）は、本発明の原理に従ったプローブ先端部形状の第５の例を示す。 図９（Ａ）～（Ｂ）は、研磨プロセスによる適切なプローブ先端部形状の形成を概略的に示す。

図１は、例示的な従来の多層スケートプローブを示す。図１（Ａ）～図１（Ｂ）は、被試験デバイス１０８に接触させた垂直プローブ１０２の２つの直交側面図である。プローブ１０２のプローブ先端部１０４は多層構造を有しており、層１０６が他の層よりも延出して、上述のようなスケートを形成している。図１（Ａ）では、プローブ先端部１０４は、被試験デバイス１０８と接触すると二重矢印で示す方向に移動する。プローブ先端部１０４のこのスクラブ動作が、使用中におけるプローブ先端部の摩耗の主要な原因である。図１（Ｃ）～図１（Ｄ）は、このような既知の多層スケートプローブの例示的な画像を示す。

図２は、本発明の一実施形態による多層スケートプローブを示す。図２（Ａ）～図２（Ｂ）は、被試験デバイス１０８に接触させた垂直プローブ２０２の２つの直交側面図である。プローブ１０２の先端部２０４は多層構造を有しており、層２０６が他の層よりも延出して、スケートを形成している。図２（Ａ）では、プローブ先端部２０４は、被試験デバイス１０８と接触すると二重矢印で示される方向に移動する。プローブ先端部２０４のこのスクラブ動作が、使用中におけるプローブ先端部の摩耗の主要な原因である。しかしながら、図２のプローブでは、プローブ先端部２０４の接触領域は、図示のように、プローブ先端部２０４の滑らかな曲面によって形成されている。

したがって、本発明の例示的な実施形態は、被試験デバイスに電気的に接触させるためのプローブであり、このプローブは、２以上の層から構成される積層体を含むプローブ先端部を備える。プローブ先端部は滑らかな曲面を有し、プローブ先端部の接触領域は、プローブ先端部の滑らかな曲面によって形成される。積層体を構成する層のうちの選択された層の一部または全部は、積層体における最大の機械的摩耗抵抗を有する。プローブ先端部の滑らかな曲面の遠位ピークは、図示のように、選択された層によって形成される。プローブの遠位端は、プローブにおける、被試験デバイスに接触させる端部である。プローブ先端部に滑らかな曲面を有するプローブの場合、その滑らかな曲面の遠位ピークは、プローブにおける、使用時に被試験デバイスと最初に接触する部分となる。図２Ａに示すように、２以上の層の平面は、被試験デバイスをプロービングするときのプローブ先端部の移動方向に対して平行であることが好ましい。プローブ先端部の形状に関するさらなる詳細は、以下の実施例によって提供される。

「滑らかな曲面」は、プローブ先端部の形状を指し、「滑らかな」は、この形状が不連続部やエッジを含まないことを意味することに留意することが重要である。具体的には、「滑らかな曲面」は、プローブ先端部が研磨された表面または鏡のような表面を有することを意味しない。その代わりに、プローブ先端部を被試験デバイスに効果的に電気的に接触させるために、プローブ先端部が顕微鏡スケールで粗い仕上げを有することが重要である。本明細書に記載される研磨プロセスは、プローブ先端部に対して、粗い表面仕上げを適切に提供することができる。

図３は、本発明の別の実施形態による多層スケートプローブを示す。図３（Ａ）は、例示的な多層積層体の側断面図である。この実施形態では、プローブ先端部は、層３０２、３０４、３０６、３０８、３１０を含む。これらの層から構成される積層体は、Ａ層、Ｂ層、Ｃ層、Ｂ層及びＡ層がその順に積層されたＡ－Ｂ－Ｃ－Ｂ－Ａ構造を有することが好ましい。Ａ層（層３０２、３１０）、Ｂ層（層３０４、３０８）、Ｃ層（層３０６）は、互いに異なる材料組成を有する。Ａ層、Ｂ層、Ｃ層の好ましい相対的な材料特性は次の通りである。Ａ層は、Ｂ層またはＣ層よりも高い機械的強度（すなわち、降伏強度及び極限強度）を有する。Ｂ層は、Ａ層またはＣ層よりも高い電気伝導率を有する。そして、Ｃ層は、Ａ層またはＢ層よりも高い機械的摩耗抵抗（すなわち、より高い硬さ）を有する。図３（Ｂ）は、この構造を有するように製造されたプローブ先端部の画像である。図３（Ｂ）の例では、Ａ層はＰｄＣｏ合金であり、Ｂ層はＣｕ、ＣはＲｈである。しかしながら、少なくとも１つの層が、スケートを形成するための明らかにより高い機械的摩耗抵抗を有するのであれば、全体的なプローブ設計によって指示されるように、他の材料を使用してもよい。Ａ層の代替物としては、これに限定しないが、ＮｉＣｏ合金が挙げられる。Ｂ層の代替物としては、これに限定しないが、Ａｌ合金が挙げられる。Ｃ層の代替物としては、これに限定しないが、Ｒｕ及びＷが挙げられる。

図４は、本発明の原理に従ったプローブ先端部形状の第１の例を示す。図４（Ａ）は、プローブ先端部の端面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の断面線Ｂ－Ｂ´に沿ったプローブ先端部の側断面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の断面線Ｃ－Ｃ´に沿ったプローブ先端部の側断面図である。図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、プローブ先端部の滑らかな曲面４０２は、両横方向（左右両方向）において丸みを帯びている。このようなプローブ先端部形状は、後述する研磨プロセスを用いて形成することができ、層３０６がプローブ先端部において最も高い機械的摩耗抵抗を有するように、ピークが形成される。

図５は、本発明の原理に従ったプローブ先端部形状の第２の例を示す。図５（Ａ）は、プローブ先端部の端面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の断面線Ｂ－Ｂ´に沿ったプローブ先端部の側断面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の断面線Ｃ－Ｃ´に沿ったプローブ先端部の側断面図である。この例では、図４の例とは異なり、多層積層体を構成する層のうちの選択された層５０２は、複数の領域が、積層体の積層方向に対して直交する方向に積層された複数領域構造体である。複数の領域は、領域３２２、３０６、３２４であり、領域３０６は、複数領域構造体における最も高い機械的摩耗抵抗を有し、領域３２２、３２４は機械的支持を提供する。図示のように、複数領域構造における選択された領域は、機械的支持を提供する他の領域間に挟まれた、複数領域構造における中間領域（中央領域）であることが好ましい。

形成されたプローブ先端部形状の詳細は、先端部を構成する各層及び各領域の材料組成を調節することによって、及び／または、後述する研磨プロセスの詳細なパラメータを調節することによって決定することができる。図６は、このようなプローブ先端部の変形例を示す。図６の例は、材料組成及び／または研磨プロセスが、図示のように、滑らかな曲面６０２の角度α１及びα２が２つの横方向において互いに著しく異なるように調整されていることを除いては、図５の例と同様である。

機械的摩耗抵抗が最も高い領域は、プローブ先端部の横方向の中央に位置する必要はない。図７は、このようなプローブ先端部の変形例を示す。図７の例は、選択された領域３０６が、選択された層５０２における中央から外れた位置に配置されていることを除いては、図５の例と同様である。滑らかな曲面７０２の形状は、図７（Ａ）の断面線Ｂ－Ｂ´に沿って非対称であり（図７（Ｂ）参照）、かつ、図７（Ａ）の断面線Ｃ－Ｃ´に沿って対称である（図７（Ｃ）参照）。

図８は、このようなプローブ先端部の別の変形例を示す。図８の例は、選択された領域３０６が、選択された層５０２における中央から外れた位置に配置されている、かつ、選択された層５０２が、層３０２、３０４、５０２、３０８、３１０から構成される積層体における中央から外れた位置に配置されていることを除いては、図５の例と同様である。滑らかな曲面８０２の形状は、図８（Ａ）の断面線Ｂ－Ｂ´に沿って非対称であり（図８（Ｂ）参照）、かつ、図８（Ａ）の断面線Ｃ－Ｃ´に沿って非対称である（図８（Ｃ）参照）。プローブ先端部の１または複数の層または領域が、プローブ先端部の残りの部分よりも明らかに高い機械的摩耗抵抗を有する限り、他の滑らかな曲面を有するプローブ先端部形状を用いて、本発明を実施することができる。プローブ先端部の研磨プロセスによって、輪郭がはっきりとしたスケートを形成することが好ましい。

図９は、研磨プロセスによる適切なプローブ先端部形状の形成を概略的に示す。図９（Ａ）の開始時点の構造では、プローブ先端部は、上述したような滑らかな曲面を有していない。研磨プロセス９０２により、図９（Ａ）の開始時点の構造から、図９（Ｂ）に示す滑らかに湾曲したプローブ先端面４０２を形成することができる。

研磨プロセスは、プローブ先端部に曲面を形成する初期先端形成ステップを含むことができる。このステップは、図９に概略的に示すように、それ以前のステップで作製されたプローブの先端部が、曲面をほとんどまたは全く有していない場合に実施される。

研磨プロセスはまた、デバイス試験におけるプローブの動作によるプローブ先端部の摩耗、及び／または、プローブ先端部のクリーニングプロセスによるプローブ先端部の摩耗を含むことができる。例示的な研磨プロセスとしては、例えば、被試験デバイスの代わりにサンドペーパーをプローブ先端部に接触させることが挙げられる。別の代替方法は、被試験デバイスの代わりに研磨弾性媒体をプローブ先端部に接触させることである。このようなプローブ先端部形状の形成プロセスは、各プローブに対して個別に行うのではなく、プローブのアレイ全体に対して１回の操作で行うことが好ましい。

Claims (7)

1. 被試験デバイスに電気的に接触させるためのプローブであって、
   ２以上の層から構成される積層体を含むプローブ先端部を備え、
   前記プローブ先端部は、前記プローブの遠位側に位置し、
   前記プローブ先端部が、接触領域を有し、
   前記プローブ先端部の前記接触領域が、１つの連続した滑らかな曲面によって形成され、
   前記１つの連続した滑らかな曲面は、前記２以上の層から構成される積層体の少なくとも２つの層を含み、
   前記積層体を構成する前記２以上の層の各々は、前記積層体の積層方向に対して直交する平面に沿って延在し、
   前記２以上の層に対応するそれぞれの平面は互いに平行で、かつ被試験デバイスをプロービングするときの前記プローブ先端部の前記被試験デバイスに対する相対的な移動方向に対して平行であり、
   前記積層体を構成する層のうちの選択された層の一部または全部が、前記積層体における最大の機械的摩耗抵抗を有し、かつ、
   前記プローブ先端部の前記滑らかな曲面の最も遠位に位置する領域が、前記選択された層によって形成される、プローブ。
2. 請求項１に記載のプローブであって、
   前記積層体は、Ａ層、Ｂ層、Ｃ層、Ｂ層及びＡ層がその順に積層されたＡ－Ｂ－Ｃ－Ｂ－Ａ構造を有し、
   前記Ａ層、前記Ｂ層及び前記Ｃ層は、互いに異なる材料組成を有し、
   前記Ａ層は、前記Ｂ層または前記Ｃ層よりも高い降伏強度及び極限強度を有し、
   前記Ｂ層は、前記Ａ層または前記Ｃ層よりも高い電気伝導率を有し、
   前記Ｃ層は、前記Ａ層または前記Ｂ層よりも高い機械的摩耗抵抗を有する、プローブ。
3. 請求項２に記載のプローブであって、
   前記Ａ層は、ＰｄＣｏ合金及びＮｉＣｏ合金からなる群より選択される、プローブ。
4. 請求項２に記載のプローブであって、
   前記Ｂ層は、Ａｌ合金及びＣｕからなる群から選択される、プローブ。
5. 請求項２に記載のプローブであって、
   前記Ｃ層は、Ｒｈ、Ｒｕ及びＷからなる群から選択される、プローブ。
6. 請求項１に記載のプローブであって、
   前記選択された層は、前記積層体の積層方向に対して直交する方向に沿って複数の領域を有し、
   前記複数の領域のなかの選択された１つの領域は、前記複数の領域における最大の機械摩耗抵抗を有する、プローブ。
7. 請求項６に記載のプローブであって、
   前記選択された１つの領域は、前記複数の領域のなかで、前記積層体の積層方向に対して直交する方向に沿って中央に位置する領域である、プローブ。

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