(57)【要約】膜懸垂プローブを具えるプローブヘッド。
2008506112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第一表面及びその反対側に第二表面を有し、該第一及び該第二表面のいずれか一方が歪んだ場合に、復元力を作用させることができる弾性膜と、
（ｂ）第一端部及び第二端部を有するビーム、該ビームの該第一端部近傍にある検査対象のデバイスと接触するプローブ先端部、並びに、該ビームの該第二端部の近傍にあり、該弾性膜の該第一表面から露出しているビーム接触部を具える導電プローブとを具え、該ビームは該弾性膜の該第二表面を変形させるために移動することができることを特徴とするプローブヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブヘッドであって、前記ビームと前記弾性部材との間に配置されている絶縁部材を更に具え、該弾性部材の前記第二表面を変形させるために該ビームにより該絶縁部材を移動させることができるプローブヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載のプローブヘッドであって、前記ビーム接触部が、前記弾性膜の前記第一表面に対し少なくとも同一平面上にある前記ビームから突出しているプローブヘッド。
【請求項４】
（ａ）第一表面及びその反対側に第二表面を有し、該第一及び該第二表面のいずれか一方が歪んだ場合に、復元力を作用させることができる弾性膜と、
（ｂ）第一端部、第二端部及び深さを有するビーム、該ビームの該第一端部近傍にあり、該ビームから第一方向に突出しているプローブ先端部、並びに、該ビームの該第二端部近傍にあり、該弾性部材の該第一表面と接触するように露出しているビーム接触部を具える導電プローブ、及び、
（ｃ）該ビームと係合する第一表面及び該弾性部材の該第二表面と係合する第二表面を有する第一絶縁部材とを具え、該弾性部材の前記第二表面を変形させるために該ビームにより該第一絶縁部材を移動させることができることを特徴とするプローブヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載のプローブヘッドであって、前記ビーム接触部が、前記弾性部材の前記第一表面に対し少なくとも同一平面上にある前記ビームから前記第一方向とは反対の方向に突出しているプローブヘッド。
【請求項６】
請求項４に記載のプローブヘッドであって、前記第一絶縁部材の前記第一表面近傍にある第一表面を有し、かつ、前記ビームの前記深さと近似した厚さを有する第二絶縁部材を更に具えるプローブヘッド。
【請求項７】
（ａ）露出した導電スペーストランスフォーマ接触部を含むスペーストランスフォーマ、及び、
（ｂ）その第一表面が該スペーストランスフォーマの該表面及び反対側の第二表面により拘束され、該第二表面が歪められた場合に、復元力を作用させることができる弾性膜と、
（ｃ）第一端部及び第二端部を有するビーム、該ビームの該第一端部近傍にあり、検査対象の装置と接触するプローブ先端部、並びに、該ビームの該第二端部近傍にあり、該スペーストランスフォーマ接触部と接触するように配置されているビーム接触部を具える導電プローブとを具え、該ビームは該弾性膜の該第二表面を変形させるために移動することができることを特徴とするプローブアセンブリ。
【請求項８】
請求項７に記載のプローブアセンブリであって、前記ビームと前記弾性部材との間に配置されている第一絶縁部材を更に具え、該弾性部材の前記第二表面を変形させるために該ビームにより該第一絶縁部材を移動させることができるプローブアセンブリ。
【請求項９】
請求項７に記載のプローブヘッドであって、前記ビーム接触部が、前記弾性膜の前記第一表面に対し少なくとも同一平面上にある前記ビームから突出しているプローブヘッド。
【請求項１０】
（ａ）表面を有するスペーストランスフォーマであって、該表面から露出している導電スペーストランスフォーマ接触部を含むスペーストランスフォーマと、
（ｂ）その第一表面が該スペーストランスフォーマ及び反対側の第二表面により拘束され、該第二表面が歪められた場合に、復元力を作用させることができる弾性膜と、
（ｃ）第一端部、第二端部及び深さを有するビーム、該ビームの該第一端部近傍にあり、該ビームから突出するプローブ先端部、及び、該ビームの該第二端部近傍にあり、該スペーストランスフォーマ接触部と接触するように配置されているビーム接触部を具える導電プローブと、
（ｄ）該ビームと係合する第一表面及び該弾性部材の該第二表面と係合する第二表面を有する第一絶縁部材とを具え、該弾性部材の前記第二表面を変形させるために該ビームにより該絶縁部材を移動させることができることを特徴とするプローブアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプローブヘッドであって、前記ビーム接触部が、前記弾性部材の前記第一表面に対し少なくとも同一平面上にある前記ビームから前記第一方向とは反対の方向に突出しているプローブヘッド。
【請求項１２】
請求項１０に記載のプローブヘッドであって、前記第一絶縁部材の前記第一表面近傍にある第一表面を有し、かつ、前記ビームの前記深さと近似した厚さを有する第二絶縁部材を更に具えるプローブヘッド。
【請求項１３】
針カードプローブヘッド及び前記針カードプローブヘッドと向かい合うように配置されているスペーストランスフォーマ接触部を有するスペーストランスフォーマを含む、針カードプローブアセンブリのインダクタンスを減少させる方法であって、該方法は、
（ａ）前記スペーストランスフォーマから前記針カードプローブヘッドを取り外すステップと、
（ｂ）前記スペーストランスフォーマを膜プローブヘッドに係合させるステップとを含み、該膜プローブヘッドは、
（ｉ）その第一表面が該スペーストランスフォーマの該表面及び反対側の第二表面により拘束され、該第二表面が歪められた場合に、復元力を作用させることができる弾性膜と、
（ｉｉ）第一端部、第二端部及び深さを有するビーム、該ビームの該第一端部近傍にあり、該ビームから突出するプローブ先端部、並びに、該ビームの該第二端部近傍にあり、該スペーストランスフォーマ接触部と接触するように配置されているビーム接触部を具える導電プローと、
（ｉｉｉ）該ビームと係合する第一表面及び該弾性部材の該第二表面と係合する第二表面を有する第一絶縁部材とを具え、該弾性部材の前記第二表面を変形させるために該ビームにより該絶縁部材を移動させることができるものであることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記ビーム接触部が、前記弾性部材の前記第一表面に対し少なくとも同一平面上にある前記ビームから前記第一方向とは反対の方向に突出することを含む方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、前記膜プローブヘッドが前記第一絶縁部材の前記第一表面近傍の第一表面と、前記ビームの前記深さと同様な厚さを有する第二絶縁部材を更に具えるものであることを含む方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって、前記導電プローブはインダクタンスが１ナノヘンリ以下である単一の経路を有するものであることを含む方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法であって、前記導電プローブはインダクタンスが０．５ナノヘンリ以下である単一の経路を有するものであることを含む方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法であって、前記導電プローブはインダクタンスが０．２５ナノヘンリ以下である単一の経路を有するものであることを含む方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法であって、前記スペーストランスフォーマを前記膜プローブヘッドと係合させる前記ステップ（ｂ）は、前記弾性膜及び前記導電プローブを具えるタイルを該スペーストランスフォーマの表面に貼り付けるステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この特許出願は、Ｋｅｎｅｔｈ Ｓｍｉｔｈ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｊｏｌｌｅｙ及びＶｉｃｔｏｒｉａ  Ｖａｎ  Ｓｙｃｌｅによって発明された「膜懸垂プローブを具えるプローブヘッド」について、２００４年７月７日付けで出願された米国仮特許出願第６０／５８６，２９９号の利益を主張するものである。
【０００２】
この発明は、集積回路（ＩＣｓ）の検査に共通して使用される種類のプローブアセンブリ、特には、微細にピッチされ、コンプライアンスを有する極低インダクタンスのプローブを提供するプローブアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路技術により単一の基板、すなわち「ウエハ」上に多数の個別電子回路素子を加工することが可能である。加工後は、ウエハが多数の矩形チップ、すなわちダイに分割され、分割された夫々のダイ上の電子回路は、これに対して入出力接続することができる矩形又はその他の規則性のある配置を有する金属被覆された接触パッド又は結合パッドを具えている。個々のダイは最終的には別個にパッケージングされるが、その効率化を図るために、夫々のダイ上に形成される回路は、ダイが未だウエハ上に係合している間に検査することが好ましい。典型的な工程の一例では、ウエハを平坦なステージ上に支持し、すなわち、ウエハを「チャック」した状態でプローブアセンブリのヘッドに対してＸ、Ｙ及びＺ軸方向に移動させることにより、プローブアセンブリから突出しているプローブ先端部をダイから他のダイへと移動させて、夫々のダイの接触パッドと連続的に係合させることができる。また、対応する信号、電力及び接地コンダクタをプローブ先端部に接続したときには、夫々の回路が連続的に接続して、検査機器により操作可能な機器であるかどうかが検査される。
【０００４】
集積回路を検査するために使用される第一の種類のプローブアセンブリでは、検査対象のデバイス上にある接触パッドのパターンと一致するパターンに配設されている多数の針状接触部を使用する。図１及び図２は、上側の針カード２６及び下側の針カード２８により拘束されている針状プローブ２４の配列を具えた針カードプローブヘッド２２を含んだプローブアセンブリ２０を示している。これら上側の針カード２６及び下側の針カード２８には、プローブアセンブリ２０により検査されるＩＣ又はその他のデバイスの接触パッド配設に対応するパターンの孔が設けられている。夫々のプローブ２４の下端は、下側の針カード２８の一つの孔を通して延在し、尖ったプローブ先端部として終端する。夫々のプローブ２４の上端は、上側の針カード２６内の孔により拘束される。なお、上側の針カード２６の孔は（ブラケットとして示されている）スペーストランスフォーマ３０の表面上に配設されている導電パッド３２によりカバーされているので、検査対象のデバイス上にある押圧パッドとプローブの下端とが押圧係合した際に、プローブの上端が上側の針カード内を通って摺動してしまうことが防止される。このスペーストランスフォーマは、プレート内を延在する導電トレース３４により電気的に接続される対向面に電気導電接触部３２、３６を具える、剛性多層プレートである。また、スペーストランスフォーマ３０は、検査機器がプローブアセンブリに接続されているプリント基板により、針プローブ２４の微細なピッチのパターンから、プローブカード３８上で得られるより粗いピッチパターンまで電気信号を伝達する。
【０００５】
典型的なプローブアセンブリ２０は、スペーストランスフォーマ３０とプローブカード３８との間に配置されているインターポーザ３９を具えている。このインターポーザ３９は、回路基板の両面に対応した電気接続を行うために、回路基板を介して電気的に接続している多数の弾性可変接触部を一般に具えている。また、コンダクタがコンプライアンスを有することから、スペーストランスフォーマ３０の端末とプローブカード３８の端末とが分離している距離の変化が補償され、それらの間における信頼性の高い電気接続を促進する。
【０００６】
一般に、針プローブ２４は、プローブの上端部がオフセットしており、下端部が近傍にある、略平行な上部と下部を形成する相補的な屈曲部を含むワイヤを具えている。下側の針カード２８の孔パターンと、上側の針カード２６の孔パターンのオフセットは、プローブ端部のオフセットに対応している。プローブの下端が押圧されてダイ上の接触パッドに係合する場合には、実質的に円柱状であるプローブはオフセット部で屈曲して、バネの働きをする。このプローブの弾性屈曲によるコンプライアンスにより、プローブ長、プローブヘッドの平面性及びウエハ微細構造の変化に対応できる。
【０００７】
針カードプローブアセンブリは、ウエハ検査の際に常用されてきたが、電子製品、特には、ＩＣ製品が、より高い周波数、より小さな回路要素及び幾何構造を有し、より複雑な回路となってきているトレンドに対して、この種類のプローブアセンブリでは様々な制限が生じることが明らかとなってきた。第一に、プローブ間の距離であるピッチ幅は、製造公差及び組立性の要件から、接触パッドが微細にピッチしている多くのＩＣにおいて好適とされている間隔からかけ離れた約１２５μｍまでに制限されている。また、ダイの金属製接触パッドは急速に酸化するので、プローブの先端部を尖らせることで、接触パッドの表面に押し付けたときに、正確な測定に必要な高い導電性を得ることができる。しかし、このことは、尖らせたプローブ端部の急速な鈍化、プローブの頻繁な屈曲又は砕壊、及び侵食度が大きい場合の接触パッドの損傷を招く虞がある。また、多くの場合には、接触パッド材がプローブに付着するので、プローブの損傷を伴う洗浄が頻繁に必要となる。平行コンダクタのインダクタンスは、コンダクタ長及びコンダクタ間の距離の関数である。一般に、比較的長く、間隔が狭い針状プローブは、シングルパスインダクタンスが１〜２ｎＨとなり、このインダクタンスは高周波信号を相当に歪め、高周波デバイスを検査する針型プローブの実用性を制限する。
【０００８】
特許文献１（米国特許第６，７０８，３８６Ｂ２号明細書）に記載されているＧｌｅａｓｏｎらにより発明された第二の種類のプローブアセンブリは、この発明に援用されるものである。図３に示すように、膜プローブアセンブリ４０には、機器からのデータ及び信号線４８、５０が配線されているプローブカード５２と膜プローブアセンブリ４２とが配設されている。図３及び４に示すように、膜プローブアセンブリ４２は、ハードポリマーといった非圧縮製材料により形成される支持要素５４を具えている。その要素は、ボルト５６（夫々のボルトは、それに対応する支持要素の取付けアーム６０内に通され、個々の裏当要素６２が、支持要素による裏面全体へのボルトの締め付け圧を均一に分散する）とそれに対応するナット５８により、プローブカード上部に着脱自在に接続されている。接触パッドの配置が異なるデバイスをプローブ検査するために、異なる接触配置を有する別のプローブアセンブリへと必要に応じて素早く交換することができる。
【０００９】
図４及び５に示すように、支持要素５４は、取付けアーム６０と一体結合している後方ベース部６４を具える。また、支持要素５４には、前方支持部すなわち平坦なベース部から外側に突出しているプランジャ６６も含まれている。この前方支持部は、平坦な支持部表面７０に集束するように傾斜した側部６８を有しており、角錐台形状となっている。図４に示すように、可撓性膜アセンブリ７２は、ベース部上に設けられたアライメントピン７４を用いて整列された後に、支持部に取り付けられる。この可撓性膜アセンブリは、一層以上の絶縁性ポリイミドフィルムにより構成され、データ／信号線７６を形成するために、可撓性導電層又はストリップが層間又は層上に配設される。
【００１０】
図５に示すように、プローブカード５２の上側に支持要素５４を据え付ける場合には、前方の支持部６６がプローブカード内の中央開口部７８を通して突出することにより、弾性膜アセンブリの中央域８０上に配設された接触部が好適な配置となり、検査対象のダイの接触パッド又は検査対象のその他デバイスと押圧係合する。図４に示すように、膜アセンブリは、その形状をフォーミークロス状とする、内側に湾曲している縁部８４により分かれている放射状に延在したアームセグメント８２を具えており、これらのセグメントが傾斜した側部６８に沿って傾斜して延在することにより、パッドを囲みながら突出する部品があればそれをクリアーする。データ／信号線７６の端末に一連の接触パッド８６が設けられているので、支持要素が据え付けられる場合には、これらのパッドは、プローブカードの上側に設けられた対応する終端パッドに電気的に係合することにより、プローブカード上のデータ／信号線４８は中央域上の接触部と電気的に接続される。
【００１１】
プローブアセンブリ４２は、多数の接触サイクルにわたり、表面が酸化された接触パッドであろうとも、密に配設された接触パッドを、個々のサイクルでの接触部とパッドとの信頼性の高い一般的な電気接続により、プローブ処理することができる。そのために、膜アセンブリは、これらパッドが押圧係合した場合に、膜アセンブリ上の接触部が、局所的な制御手段により接触パッドの横方向にわたって拭われる又は磨かれるように、構築し、支持要素に接続する。
【００１２】
図８は、膜アセンブリ７２ａにおける中央域８０ａの具体例の拡大図であり、四角形状パターンに配置されているダイ上の接触パッドとの係合に適した四角形状パターンに配置されている接触部８８を示したものである。膜アセンブリは、密に配置した超微細なピッチの接触部８８がから、より粗いピッチの接触部８６まで、データ／信号線７６を終端処理するスペーストランスフォーマが設けられている。
【００１３】
また、図８の線９Ａ―９Ａ上の断面図である図９Ａに示すように、剛性接触バンプ９２がその一端に形成する夫々の接触部に、極めて厚い剛性ビーム９０を具える。この接触バンプは、その上に接触部９３を具えており、ロジウム製のノブがその接触バンプに取り付けられている。電気めっき法により、夫々のビームは可曉性導電トレース７６ａの端部との重なり接続を形成して、それらの結合部を形成する。背面導電層９４と接続している導電トレースは、接触部に制御されたインピーダンスを有するデータ又は信号線を効果的に提供する。フォトリソグラフィー処理を用いてその寸法が設定されているからである。
【００１４】
支持表面と同一表面に広がり、シリコーン・ゴム・コンパウンドにより形成することができる、間に挟まれたエラストマー層９８により、膜アセンブリは平坦な支持表面７０に接続する。上述した平坦な支持表面は、例えばポリスルホン又はガラスといったハード誘電体などの非圧縮性材料から製造されることが好ましい。図１０に示すように、接触部８８の一つが対応するダイの接触パッド１００と押圧係合する場合には、その結果生じる剛性ビーム９０からの中心を外す力及びバンプ９０構造が、エラストマーパッド９８からの弾性復元力に抗するので、ビームが旋回する又は傾斜することとなる。この傾斜動作は、ビームの前方部１０２が平坦な支持表面７０に向かって、そのビームの後方部１０４よりも、大きな距離を移動する点において局所化している。このことから、接触部を駆動して接触パッドの全体にわたって側方拭い取り動作を行う効果があり、また、パッド上への接触の開始位置を点線で、接触終了位置を実線で示している。この方法により、夫々の接触パッド上の絶縁酸化物の蓄積が研磨されるので、適切な接触部・パッド間の電気接続が確保される 。
【００１５】
膜プローブアセンブリの接触部は、局所的に拭い取られることにより、物理的に小さなデバイス上の接触パッドに係合する微細ピッチで配置することができ、摩耗及び損傷の耐久性及び抵抗性を具えつつも高い導電性で接触することができるようになる。また、膜懸垂プローブは、大きな領域を短い長さで結合することができ、一般的な針プローブよりも低インダクタンスとなるので、高周波数領域での使用が可能となり、全ての周波数帯域における信号の歪みを小さくすることができる。
【００１６】
【特許文献１】米国特許第６，７０８，３８６Ｂ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、プローブ及び信号／データ線は、膜の表面上に形成され、膜のペリフェリの周りに設けられているプローブカード端末に接続される。これまでのプローブカード及び空間変換部は、信号路がプローブアセンブリの中央を通り、プローブアセンブリの中央軸と実質的に平行に配置されている針カード型プローブヘッドと共に使用することができたが、膜懸垂プローブと共に使用することにはできなかった。このことから、微細にピッチされた、堅固な低インダクタンス膜懸垂プローブを、針型プローブヘッドと使用されるプローブアセンブリの部品と使用することがきるようにするデバイス及び方法が望まれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
類似した部分について類似した符号が付してある図に詳細に示すように、具体的には、図１に示す針型プローブとして使用されるプローブアセンブリ２０の実施形態に含まれる主な機能性部品は、プローブカード３８、インターポーザ３９、スペーストランスフォーマ３０、プローブヘッド２２である。また、図２に示すように、プローブヘッド内の針状プローブ２４は、半導体ウエハ又は検査対象の他のデバイス（ＤＵＴ）内に含まれるダイ上の接触パッドへの一時的な接続を行う手段を提供し、ＤＵＴ上の内部電気回路に信号を入出力する。針状プローブは、プローブヘッド２２から導電端末３２又はスペーストランスフォーマ３０上のパッドを通してダイからの信号を入出力する。針カード型プローブアセンブリの信号が、一般に、プローブアセンブリの中央近傍に集められ、検査対象のデバイスに対し法線方向にある。針プローブはＩＣをプローブ処理するために頻繁に使用されるので、種々の制限が設けられることとなり、微細にピッチされた特徴を有し、高周波数領域で使用されるＩＣ及びその他のデバイスを最適な条件でプローブ処理することをできなくなる。
【００１９】
一方、膜プローブは、針型プローブよりも相当に低いインダクタンスとなるので、膜プローブが高周波数回路をプローブ処理することができる。更に、膜懸垂プローブの先端部は、通常の針型プローブにおけるようにプローブ先端部に接触パッド材料を蓄積させることなく、ＩＣ接触パッド上に形成される絶縁酸化物層を貫く局所的な接触による拭い取りをするように配設することができる。これまでの膜懸垂プローブは、針型プローブと共に使用されるアセンブリをプローブ処理することができなかった。なぜなら、プローブとプローブカードとを接続する膜懸垂プローブ及び導電トレースは、弾性膜の表面上に配設されており、トレースが膜の表面上にわたり放射状に延在することで、弾性膜のペリフェリ近傍に配設されているプローブカード端末に接続するからである。発明者らは、膜懸垂プローブの有利な特徴は、膜懸垂プローブが膜のプローブ先端部とは反対側に位置するスペーストランスフォーマと導電接続することができる場合に、プローブアセンブリとの使用が想定されている針型プローブと使用し得ることにあると結論付けた。図１１及び図１２は、多数の弾性膜懸垂プローブ１０４を有するプローブヘッド１０２を含む、針プローブ型プローブヘッドと使用することができる部品を具えるプローブアセンブリ１００を示す。この針カード型プローブアセンブリは、針カード型プローブヘッドを取り外し、針カード型プローブヘッドと向かい合うことができるスペーストランスフォーマと向かい合う膜プローブへ１０２に置き換えることにより、膜懸垂プローブを有するプローブアセンブリに変更することができる。また、図１２に示す概略的な断面図では、いくつかの要素及び部品を誇張して描くことで、図を明確にしている。
【００２０】
プローブ３８は、その表面に（多くの内の２個だけを示しているが）多数の端末１２０を具える一般的な従来技術の回路基板である。この端末は、機器（図示せず）をプローブアセンブリに接続するワイヤ１２２用のインターフェースとなる。図示したように、ワイヤ１２２をプローブカード３８の一方の側面にある端末１２０に接続させることができ、次いで、導電バイアス１２４により回路基板の反対側の端末１２６又はトレースに接続される。また、アクティブ電子部品、パッシブ電子部品、コネクタ及びその類似物などといった付加的な部品（図示せず）は、プローブカード３８に据え付けられ、付加的な端末１２０に接続することができる。プローブカード３８は、一般に円形であり、約３０ｃｍ（１２インチ）オーダーの直径を有する。回路基板上の端末１２２、１２６は、しばしば２．５４ｍｍ（１００ｍｉｌ）ピッチ間隔又は離間距離で配設される。
【００２１】
いくつかのプローブアセンブリはインターポーザ３９を使用しないが、このプローブアセンブリ１００は、プローブカード３８とスペーストランスフォーマ３０との間に配置されたインターポーザ３９を具えている。インターポーザ３９は、基板の両面側の部品が導電接続するために、基板の反対側の面上に配設され、接続された電気接触部を具える。プローブカードの端末とスペーストランスフォーマの端末との間の信頼性の高い導電接続を促進するために、プローブアセンブリにおいてインターポーザが頻繁に使用される。また、インターポーザは、プローブカード３８及びスペーストランスフォーマ３０における様々な熱膨張に対応させることに役立つ。インターポーザ３９は、基板１２８及びその基板内の孔内に突出している（２個のみが示されている）多数のファズボタン１３０を具える。ファズボタン１３０は夫々に、小さなシリンダ形状に圧縮され、導電性を帯びた弾性ワイヤマスとなる微細ワイヤを具えている。一般的な配置において、ファズボタン１３０は、プローブカード３８の端末１２６のそれと一致するようなピッチで配設される。導電性ファズボタン１３０の一方の端部は、プローブカード１３８の端末と接触し、ファズボタンのもう一方の端部はスペーストランスフォーマ３０上の端末１４０と接触する。弾性ファズボタン１３０は、プローブカード及びスペーストランスフォーマの多様な端末間の離間距離の多様性に適応させるためのコンプライアンスを有するように押圧され、接触部における導電性を高めるために、その圧力を作用させる。
【００２２】
インターポーザ３９の基板１２８内に延在しているファズボタン１３０は、スペーストランスフォーマ３０の一方の側面にある導電端末１４０に接触する。（ブラケットとして示されている）スペーストランスフォーマ３０は、インターポーザ３９近傍の表面に配設されている（多くの内の２個のみを示す）多数の端末（接触領域、パッド）及び反対側の表面に配設されている（多くの内の２個のみを示す）多数の端末（接触領域、パッド）を有する多層セラミック基板といった、好適な回路基板１４２を具えている。典型的なプローブアセンブリ１００において、インターボーザ３９近傍の接触パッド１４０は、プローブカード３８の端末のピッチで配置されており、スペーストランスフォーマ３０の反対側の表面に配設されている接触パッド１４４は、スペーストランスフォーマが向かい合うことが想定されている針カードプローブに含まれる針型プローブのピッチ及び配置に対応する微細なピッチで配置されている。プローブカード３８の端末のピッチが約２．５４ｍｍ（１００ｍｉｌ）であるとき、針型プローブは約１２５μｍまで微細なピッチ間隔とすることができる。スペーストランスフォーマ３０の多層基板１４２内の導電トレース１４６は、プローブヘッドと向かい合うための微細ピッチパターンから、プローブカード３８といったプリント基板におけるより粗いピッチパターンまで電気接続を伝達する。
【００２３】
プローブアセンブリ１００の種々の基板は積層されるので、これらの部品を積層し、信頼性の高い電気接触を確実とする任意の好適な機構を採用することができる。図示したように、プローブアセンブリ１００は、プローブカード３８の一方の面に配設される剛性背面据え付け板１５０及びプローブカードの反対側の面に配置されている剛性正面据え付け板１５２を具える。ボルト１５４は、正面据え付け板１５２を背面据え付け板１５０に拘束する。スペーストランスフォーマ３０を受容する中央開口部を有する矩形のスタンドオフ部１５６は正面据え付け板に取り付けられる。リン酸銅といったバネ材から製造されることが好ましく、弾力性タブが延在するパターンを有する据え付けリング１５８は、ボルト１６０により、据え付けリングとスタンドオフの間にスペーストランスフォーマ３０を配置した状態で、スタンドオフ１５６に取り付けることができる。
【００２４】
据え付けリング１５６は、（ブラケットとして示されている）多層基板１６０及び多数の導電性膜懸垂プローブ１０４を具えるプローブヘッド１０２をつかんで保持する。プローブ１０４は、一般に、ビーム接触部１６６がビームの一端の近傍にあり、プローブ先端部１６８がビームの他端近傍のビームから突出する、相当に厚く、固定されたビーム１６０を具える。その他の形状及び材料を利用することができる場合があるが、一般に、プローブ先端部１６８は角錐台の形状を有し、プローブ先端部の突出端をニッケル又はロジウムの層で被覆する場合には、検査対象のデバイス上の接触パッドに繰り返し押圧係合する際に、高い導電性及び耐摩耗性を提供する。ビーム接触部１６６は、スペーストランスフォーマ３０の端末１４４との移動接触を促進する円形の縁部を有する接触ボタンを具えるマッシュルーム状の断面、及び、接触ボタンよりもわずかに小さく、ビームの接触ボタンに接続するシリンダ状又はプリズム状のベース断面を有する。ビーム接触部１６６は、反対方向にむかって、ビーム先端部１６８の反対側においてビーム１６４の側面から突出する。図１２に示すように、ビーム接触部は、多層基板１６０の上面から少なくとも突出する又は同一平面となるので、基板の上面に露出し、スペーストランスフォーマ３０の対応する端末１４４に導電接触することを可能とする。長さに対する断面積の比は、一般的な針プローブ２４よりも膜懸垂プローブ１０４において相当に大きいので、針プローブとは異なり、膜懸垂プローブは、局所的な拭い取り、すなわち、ＤＵＴの接触パッド上に堆積した酸化物を貫通するために尖って削られた先端部を必要としない。膜プローブヘッド１０２は、０．５ｎＨよりも相当に低いシングルパスインダクタンスを有し、実施例においては０．２ｎＨのシングルパスインダクタンスしている。その結果、膜懸垂プローブは、信号の歪みが相当に小さいことから、一般にインダクタンスが１ｎＨよりも大きく、しばしば２ｎＨまで大きくなる針型プローブのそれよりも高い周波数帯域で使用することができる。
【００２５】
この発明に援用するものであるＧｌｅａｓｏｎらの米国特許第６，７０８，３８６Ｂ２号明細書は、膜プローブを製造する「ボトムアップ」法及び「トップダウン」法を開示している。両方法は、膜プローブヘッド１０２の製造に使用することができる。これらの方法により製造された膜懸垂プローブ１０４は、１００μｍよりも小さなピッチで整列して構築することができるので、製造公差及び組立性により一般に１２５μｍ以上にピッチが制限されている針プローブよりも密に配置された接触パッドを有する検査デバイスに対し、膜懸垂プローブを使用することが可能となる。端末１４４に接続するビーム接触部１０４の一部もまた、ニッケル又はロジウム層により被覆され、導電性及び耐摩耗性を強化する。
【００２６】
多層基板１６０は、弾性膜１７０及び多数の可撓性絶縁層１７２、１７４を具える。弾性膜１７０は、スペーストランスフォーマ３０の表面の近傍に又はそれに接触して配設されている。弾性膜１７０は、Ｂｏｒｄｅｎ社製のＥＬＭＥＲ’Ｓ  ＳＴＩＣＫ  ＡＬＬＪやＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社製のシルガード（Ｓｙｌｇａｒｄ）１８２といった、シリコンゴム成分を含み、膜の表面が変形した場合に、その表面に弾性復元力を作用させることができる。プローブヘッドの多層基板１６０は、可撓性第一絶縁層又は部材１７２、及び、可撓性第二絶縁層又は部材１７４を具える。第一絶縁層１７２は、弾性膜１７０の底面層１７６とプローブ１０４のビーム１６４の上面層との間に配設されている。第二絶縁層１７４は、プローブ１０４のビーム部分１６４の厚さと凡そ同一の長さとなる深さまで第一絶縁層の底面層から下方に延在している。第一絶縁層１７２及び第二絶縁層１７４は、薄く、表面に対し法線方向への可曉性が有しているが、プローブ１０４の側部を固定するに、表面に平行な方向に対して充分な剛性を有している。第一絶縁層１７２及び第二絶縁層１７４はポリイミドを含む場合もあるが、好適な物理的な特性を具える任意の他の誘電材料とすることも可能である。
【００２７】
図１３に示すように、プローブ先端部１６８はそれに対応する検査対象のデバイス２０２上の接触パッド２００に押圧係合されるので、その結果生じる接触力がプローブ先端部を位置１６８’に向かって押し上げるように働く。プローブ１０４の上方変位は、スペーストランスフォーマ接触部１４４とビーム接触部１６６との接触面における接触力により抗される。その結果、プローブ１０４は位置１０４’に向かって回転して、プローブ先端部１６８の端部が接触パッド２００上を横方向に変位する。この横方向変位、すなわち拭い取り（「Ｓ」）は、接触パッド上に形成される絶縁性酸化物をすり減らし、信頼性の高いプローブ先端部１６８と接触パッドとの間の導電を確保する。プローブ先端部１６８が上方に変位することから、ビーム１６６を弾性膜上から上方に押される移動により可曉性第一絶縁層１７２も上方に移動する。膜の表面は、伸ばされ、歪められるので、第一絶縁層１７２及びプローブ１０４を「レスト」位置に復元する力が弾性膜から作用する。弾性膜１７０の上面がスペーストランスフォーマ３０の表面に接触する場合には、プローブ１０４の上方変位は弾性膜の下部表面は膜を押圧するので、第一絶縁層１７２に更なる復元力を付与する。可曉性絶縁層１７２上の弾性膜１７０からの復元力により、プローブ先端部１６８における接触力を解放し、プローブヘッド１０２からＤＵＴ２０２を離間させた場合に、プローブ先端部１０４を初期位置に戻す。
【００２８】
図１４に示す、プローブヘッド２５０を有する膜懸垂プローブ２１５の第二実施形態では、ハンダ球体といった突出接触部２５８を有するスペーストランスフォーマ３０と共に使用される場合がある。プローブ２５１は、ビームの一方の端部から突出しているプローブ先端部２５４を有するビーム２５２を具える。そのビーム接触部２５６は、弾性膜及び第一絶縁層２６２を通る開口部２６６内を通って弾性膜２６０の上面から露出する。突出しているスペーストランスフォーマ接触部２５８は、ビーム２５２とプローブ先端部２５４とは反対側のビーム端の近傍にある露出したビーム接触部において接触する。ＤＵＴ２０２の接触パッド２００が押圧されてプローブ先端部２５４と接触する場合には、プローブ２５１はビーム接触部２５６の周りを回転し、接触パッドにおいて堆積した酸化物を取り除く拭い取り動作を生み出す。
【００２９】
図１５及び１６に示すように、膜懸垂プローブ３００を有するプローブヘッドのその他の実施形態においては、一つ又はそれ以上の膜懸垂プローブ１０４が、スペーストランスフォーマ３０の表面に取り付けることができるタイル３０２上に含まれている。タイル３０２は、ビーム部分１６４を有する一つ又はそれ以上のプローブ１０４、弾性膜３０４、プローブのビーム部分と弾性膜の底面との間に挿入されている第一絶縁部材３０６及び第一絶縁部材からプローブのビーム部分の深さと凡そ同じ長さまで下方に延在する第二絶縁部材３０８を具える。タイル３０２は、タイルの弾性膜３０４における上面の枠組みとなる両面性取付け接触面３１０によりスペーストランスフォーマ３０の表面に固定される。針カード型プローブヘッドとそもそも向かい合わせることを想定しているスペーストランスフォーマ３０は、針カード型プローブヘッドを取り外し、プローブの接触ボタン１６６がスペーストランスフォーマ接触部１４４と接触するように配置するために、一つまたは複数の膜懸垂プローブ１０４をスペーストランスフォーマの表面に含む一つ又はそれ以上のタイル３０２を取り付けることで、膜懸垂プローブと交換することができる。プローブ先端部１６８が押圧されてＤＵＴ上の接触パッドに接触する場合には、プローブ１０４は接触ボタン１６６とスペーストランスフォーマの接触部１４４との境界面の周りを回転する。プローブ先端部１６８近傍のビーム部分１６４の端部は上方に回転して、プローブ先端部の局所的な拭い取りを起こし、第一絶縁層３０６が復元力の歪みに抗する弾性膜３０４の表面を歪める。一つ又は複数のブランク充填タイル３１２は、プローブヘッドを連続する表面とするように、スペーストランスフォーマ３０の表面の近傍に取り付けることができる。
【００３０】
膜懸垂プローブを具えるプローブヘッドは、針型プローブよりも密にピッチすることができ、相当に低いインダクタンスとすることができるような、膜懸垂プローブを利用することができる針カード型プローブアセンブリに変換することができる。信号の歪みは相当に減少するので、より高い周波数で操作されるデバイスの検査及び任意の周波数における精度の高い測定が可能となる。
【００３１】
上記、具体的な多数の詳細な説明から、この発明を詳細に理解することができる。しかし、これらの詳細な記載が無くとも、当業者であれば充分に実施可能であることは周知である。その他の実施例、周知の方法、手段、部品及び回路についてあえて詳細に説明しないことにより、この発明が不明瞭なものとならないようにした。
【００３２】
明細書内の全ての引用文献は、この発明に援用されるものである。
【００３３】
明細書内に記載の用語及び表現はこの発明を制限するものではなく、また、かかる用語及び表現の使用は、特許請求の範囲に記載の発明の範囲のみにおいて制限されるものであり、同等の特徴を有するものを除外することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】針型ローブアセンブリの分解斜視図である。
【図２】針型プローブアセンブリ用の針カードプローブヘッドの断面図である。
【図３】プローブヘッドにボルト締めされた膜プローブアセンブリ及びそのアセンブリをプローブ処理することに適した位置のチャック上に支持されているウエハの斜視図である。
【図４】支持要素及び可曉性膜アセンブリを具え、膜アセンブリ上の対応する線に接続されるデータ／信号線を有するプローブカードの部分図を含む、図３に示すプローブアセンブリの様々な部分を示す低面図である。
【図５】支持要素の隠れた部分を露出するために膜アセンブリの一部が切り取られている、図３に示す膜プローブアセンブリの側面図である。
【図６】典型的な支持要素の上面図である。
【図７】検査対象のデバイスの開始位置と一致するような傾きの支持要素及び膜アセンブリの概略的な側面図である。
【図８】図４に示す膜アセンブリの構成の中央域を拡大した上面図である。
【図９】図８の線９ａ―９ｂにおける断面図であり、図９ａは、接触する前の接触部を示し、図９ｂは、接触して、対応するパッドに対し移動して拭い動作した後の同じ接触部を示す。
【図１０】点線部は図９ａ―９ａの接触初期の接触部を表し、実線部は垂直方向への更に超過して移動したパッドを表す概略的な側面図である。
【図１１】スペーストランスフォーマに適した針型プローブヘッド及び膜懸垂プローブを有するプローブヘッドを具えるプローブアセンブリの概略的な分解斜視図である。
【図１２】図１１に示すプローブアセンブリの概略的な断面図である。
【図１３】検査対象にあるデバイスの接触パッドと接触する膜懸垂プローブの先端部の概略的な断面図である。
【図１４】膜懸垂プローブの第二の実施形態を組み込んだ、針カード型スペーストランスフォーマに適したプローブヘッドの概略的な断面図である。
【図１５】膜懸垂プローブにおいて多数のプローブタイルを具えるスペーストランスフォーマの低面図である。
【図１６】膜懸垂プローブを含むプローブヘッドタイルの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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