(57)【要約】【課題】超小型電子接触構造及びその製造方法を提供すること。【解決手段】表面にトレンチを含む電子部品と、前記電子部品上の表面に配置され、前記トレンチから隔置されている端子と、細長いバネ接触要素と、を備える、装置であって、前記細長いバネ接触要素は、前記端子に取り付けられている基部部分と、前記電子部品の表面の上方に隔置され、前記トレンチを横切って延伸する本体部分と、前記トレンチの上方に隔置されている接触部分と、を備え、前記接触部分が前記トレンチの方へ移動可能であり、前記バネ接触要素が第１のバネ定数を有し、前記接触部分が前記トレンチの方へ十分に移動した場合に、前記本体部分が前記表面と前記トレンチとの間に位置する端部に接触し、その結果、前記バネ接触要素が、前記トレンチの方へ前記接触部分がさらに移動した場合に、前記第１のバネ定数とは異なる第２のバネ定数を示す、装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にトレンチを含む電子部品と、
前記電子部品上の表面に配置され、前記トレンチから隔置されている端子と、
細長いバネ接触要素と
を備える、装置であって、
前記細長いバネ接触要素は、
前記端子に取り付けられている基部部分と、
前記電子部品の表面の上方に隔置され、前記トレンチを横切って延伸する本体部分と、
前記トレンチの上方に隔置されている接触部分と
を備え、
前記接触部分が前記トレンチの方へ移動可能であり、前記バネ接触要素が第１のバネ定数を有し、
前記接触部分が前記トレンチの方へ十分に移動した場合に、前記本体部分が前記表面と前記トレンチとの間に位置する端部に接触し、その結果、前記バネ接触要素が、前記トレンチの方へ前記接触部分がさらに移動した場合に、前記第１のバネ定数とは異なる第２のバネ定数を示す、装置。
【請求項２】
前記細長いバネ接触要素の前記基部部分が前記接触部分よりも厚い、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記細長いバネ接触要素の前記基部部分が前記接触部分よりも幅が広い、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記接触部分が一体的な突起造作を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記接触部分に取り付けられている接触先端をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記細長いバネ接触要素が第１の材料を含み、前記接触先端が第２の材料を含み、前記第１の材料が前記第２の材料とは異なる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記本体部分が少なくとも一度方向を変えている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記基部部分と前記本体部分と前記接触部分とが一体的に形成されている、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品間の圧力による接続に適した、弾性電気接触（相互接続）
要素（構造）に関し、特に、能動半導体デバイスといったマイクロエレクトロニ
クス部品のプロービング（弾性的及び一時的な接触）に使用することが可能な超
小型バネ接点に関する。
この特許出願は、1996年12月31日に出願され本出願人の所有する同時係属中の
米国特許出願第60/034,053号の一部継続出願であり、これは全てここでの参照に
よって本明細書に取り込まれる。
【０００２】
この特許出願はまた、1995年5月26日に出願され本出願人の所有する同時係属
中の米国特許出願第08/452,255号（以下「親事例」という）と、これに対応する
1995年11月13日出願のPCT出願PCT/US95/14909号の一部継続出願であり、これら
の米国特許出願とPCT出願は両方とも、1994年11月15日に出願され本出願人の所
有する同時係属中の米国特許出願第08/340,144号と、これに対応する1994年11月
16日出願のPCT出願PCT/US94/13373号の一部継続出願であり、これらの米国特許
出願とPCT出願は両方とも、1993年11月16日に出願され本出願人の所有する同時
係属中の米国特許出願第08/152,812号（現在は1995年12月19日の米国特許第5,47
6,211号）の一部継続出願であり、これらは全てここでの参照によって本明細書
に取り込まれる。
【０００３】
この特許出願はまた、本出願人の所有する同時係属中の以下の米国特許出願の
一部継続出願である。
1995年9月21日出願の08/526,246号
（1995年11月13日出願のPCT/US95/14843号）
1995年10月18日出願の08/533,584号
（1995年11月13日出願のPCT/US95/14842号）
1995年11月9日出願の08/554,902号
（1995年11月13日出願のPCT/US95/14844号）
1995年11月15日出願の08/558,332号
（1995年11月15日出願のPCT/US95/14885号）
1996年2月15日出願の08/602,179号
（1996年5月28日出願のPCT/US96/08328号）
1996年2月21日出願の60/012,027号
（1996年5月24日出願のPCT/US96/08117号）
1996年5月17日出願の60/005,189号
（1996年5月24日出願のPCT/US96/08107号）
1996年8月26日出願の60/024,555号
これらの出願は全て（リストにある仮特許出願を除き）、上記した親事例の一部
継続出願であり、またこれらの出願は全て、ここでの参照によって本明細書に取
り込まれる。
【背景技術】
【０００４】
KHANDROSにより、マイクロエレクトロニクス用途のための弾性相互接続要素の
製造方法が開示されている（例えば特許文献１、米国特許出願第08/457,479号、
米国特許出願第08/570,230号）。特許文献１は、1993年11月16日に出願され、
本出願人の所有する米国特許出願第08/152,812号であり、1995年12月19日に特
許されている。米国特許出願第08/457,479号は、特許文献１に対応し、本出願人
が所有する同時係属中の「分割」出願であり、1995年6月1日に出願され、係属
中である。米国特許出願第08/570,230号は、1995年12月11日に出願され、係属
中である。上記方法には、可撓性を有する細長いコア要素（例えばワイヤ「ステム
」又は「骨格(skeleton)」）の一端を電子部品上の端子に取り付けることが含まれ
、該電子部品は、前記可撓性コア要素及び前記端子の隣接表面を、結果的に得られ
るバネ接点の所定の「力−変形」特性を確保するための厚さ、降伏強度、及び弾性
係数の所定の組み合わせを有する１つ又は２つ以上の材料からなる「シェル」で被
覆するものである。コア要素のための典型的な材料には金が含まれる。結果的に得
られるバネ接触要素は、半導体デバイスを含む２つ又は３つ以上の電子部品間の圧
力による、即ち取り外し可能な接続を行うための使用に適したものとなる。
【０００５】
KHANDROS及びMATHIEUにより、上述のバネ接触要素について多数の用途が開示さ
れ、また該バネ接触要素の一端に接触パッドを作製する技術が開示されている（例
えば米国特許出願第08/340,144号、特許文献２）。米国特許出願第08/340,144号
は、1994年11月15日に出願され、本出願人が所有し、同時係属中である。特許文
献２は、米国特許出願第08/340,144号に対応する1994年11月16日出願のPCT出願
PCT/US94/13373号である。例えば、当該出願の図14によれば、（頂点で終端する逆
ピラミッド形にすることが可能な）複数の負の突起又は孔が、犠牲層（基板）の表
面に形成される。次いで、それらの孔が、金又はロジウム及びニッケル等の材料の
層からなる接触構造で満たされる。その結果として得られる接触構造に、可撓性を
有する細長い要素が取り付けられ、該要素は、上述のように表面被服を行うことが
可能となる。最終的なステップで、犠牲基板が除去される。その結果として得られ
るバネ接点は、制御されたジオメトリ（即ち鋭い点）を自由端に有する接触パッド
を備えたものとなる。
【０００６】
ELDRIDGE、GRUBE、KHANDROS、及びMATHIEUにより、犠牲基板上に接触先端構造を作製
するための別の技術及びメタラジー(metallugy：冶金学的性質)が開示され、並びに犠牲
基板に取り付けられた複数のバネ接触要素を１つの電子部品の端子にひとまとめに移送す
るための技術が開示されている（例えば米国特許出願第08/452,255号、特許文献３参照）
（例えば、当該特許文献の図11A〜図11F及び図12A〜図12Cを参照のこと）。米国特許
出願第08/452,255号は、1995年5月26日に出願され、本出願人が所有し、同時係属中で
ある。特許文献３は、米国特許出願第08/452,255号に対応する1995年11月13日出願の
PCT出願PCT/US95/14909号である。
【０００７】
ELDRIDGE、KHANDROS、及びMATHIEUにより、複数の接触先端構造を、それに対応する複
数の細長い接触要素に結合させる技術が開示されている（例えば仮米国特許出願第60/005
,189号、特許文献４参照）。複数の接触先端構造に関しては、例えば、当該出願の図6Bの
符号620を参照のこと。複数の細長い接触要素に関しては、例えば、当該出願の図6Dの符
号632を参照のこと（既に電子部品(符号630)に対して取り付けられている）。仮米国特許
出願第60/005,189号は、1996年5月17日に出願され、本出願人が所有し、同時係属中であ
る。特許文献４は、仮米国特許出願第60/005,189号に対応する1996年5月24日出願のPCT
出願PCT/US96/08107号である。これらの特許文献はまた、例えばその図7A〜7Eにあるよう
に、カンチレバーという形で「細長い」接触先端構造を作製するための技術を開示している。該カンチレバー形の先端構造は、その一端と他端との間でテーパーをつけることが可能なものである。この特許出願のカンチレバー形の先端構造は、電子部品の対応する端子（例えば図7Fの符号734を参照のこと）から延びる既に存在する（即ち以前に作製された）隆起した(raised)相互接続要素（例えば図7Fの符号730を参照のこと）への取り付けに適したものである。
【０００８】
ELDRIDGE、KHANDROS、及びMATHIEUにより、互いに異なる長さを有する複数の細長い先端構造を、それらの外側端部がそれらの内側端部よりも大きなピッチで配置されるように構成することを可能にする技術が開示されている（例えば仮米国特許出願第60/024,555号参照）（例えば、当該特許文献の図2Aないし図2C参照のこと）。仮米国特許出願第60/024,555号は、1996年8月26日に出願され、本出願人が所有し、同時係属中である。それらの内側「接触」端部は、電子部品の中心線等の一直線上に沿って配置された端子を有する電子部品に対する接続を行うために、互いに同一線上に位置することが可能である。
【０００９】
本発明は、ファインピッチで配置された端子（ボンディングパッド）を有する最近のマイクロ電子デバイスに対する相互接続部を作製することを目的とし、またそれに特に良く適したものである。本書で使用するように、用語「ファインピッチ(fine-pitch)」とは、2.5mil又は65μmといった5mil未満の間隔で配置された端子を有するマイクロ電子デバイスを指している。以下の説明から自明であるように、これは、機械的な技術ではなくリソグラフィを用いて接触要素を作製することにより容易に実施することができる近接した交差（間隔）を利用することにより達成するのが好ましい。
【特許文献１】米国特許第5,476,211号明細書
【特許文献２】国際公開第95/14314号パンフレット
【特許文献３】国際公開第96/17278号パンフレット
【特許文献４】国際公開第96/37332号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、バネ接触要素を作製するための改善された技術を提供するこ
とにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、マイクロエレクトロニクスのファインピッチの近接した
間隔の世界に本質的に良く適したプロセスを用いてバネ接触要素を作製する技術
を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、半導体デバイス等の電子部品のプロービングに適してお
り、及び、周辺のファインピッチの相互接続構造のプロービングへと容易にスケ
ーリング可能な、バネ接触要素を作製する技術を提供することにある。
【００１３】
本発明の別の目的は、半導体デバイスについてバーンイン検査(burn-in)を行
う場合等のために、半導体デバイス等の電子部品をソケット式に差し込む(socke
ting)のに適した、バネ接触要素を作製する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、犠牲基板に（エッチング等により）くぼみ（トレンチ(trenc
h)等）を形成して、該くぼみに（メッキ等により）金属材料を堆積させることに
より、マイクロエレクトロニクス用途に適した細長いバネ接触要素が作製される
。このようにして、リソグラフィにより画定される公差（例えば、寸法、間隔）
で、単一の犠牲基板上に複数のバネ接触要素を作製することが可能となる。
【００１５】
その結果として得られるバネ接触要素が、次いで、受動基板又は半導体デバイ
ス等の能動基板といった別の基板に取り付けられ、その後、犠牲基板が除去され
る。
【００１６】
このようにして作製される典型的なバネ接触要素は、その基部端とその接触端
との間に長さ「Ｌ」を有する。該基部端は、該バネ接触要素の中心部から第１の
方向にオフセットしていることが好まく、また前記接触端は、前記中央部から反
対方向にオフセットしていることが好ましい。このようにして、該バネ接触要素
は、全体的に平坦なものではなく、その基部端が電子部品に取り付けられた際に
、その接触端は、該バネ接触要素が取り付けられた電子部品の表面上に延びる。
【００１７】
バネ接触要素を作成することが可能な典型的な犠牲基板は、シリコンウェハで
あり、この場合、本発明のプロセスは、超小型機械加工(micro-machining)プロ
セスに使用されるシリコンの方向選択(directionally selective)エッチングを
有利に利用して、最終的なバネ接触要素のメッキに使用される電鋳型(electrofo
rm)を形成する。この方法は、バネ接触要素間のファインピッチでの隔置に必要
される「幅−高さ」の高い縦横比を生成するために、フォトレジストのリソグラ
フ成長ではなくフォトレジストのレーザベースの融除を随意選択することが可能
である。
【００１８】
本発明のバネ接触要素の典型的な用途は、基板と被試験装置との間で圧力によ
る接触を行うために使用されるプローブ要素としてのものであり、この場合、該
バネ接触要素は、上記の米国特許出願第08/554,902号及びPCT出願PCT/US95/1484
4号に記載されているようなプローブカードアセンブリの空間変換装置(spacetr
ansformer)要素に適当に取り付けられる。代替的には、該バネ接触要素は、特定
用途向け集積回路(ASIC)等の能動電子部品に取り付けられて該部品から延びる。
【００１９】
バネ接触要素は、少なくとも１つの金属材料層から適当に形成され、該金属材
料は、結果的に得られる接触構造の接触端（自由端）に力が加えられた際に該接
触構造にバネとしての働きを（使用時に）生じさせる（即ち弾性変形を呈する）
能力に関して選択される。
【００２０】
結果的に得られるバネ接触要素は、以下に示す構成を有する「長くて低い」も
のであることが好ましい。
●一端から他端まで測定した長さ「L」
●前記長さと交差して犠牲基板の表面と直交する（及び該バネ接触要素が最終的
に取り付けられる部品と直交する）（z軸）方向に測定した高さ「H」
●該バネ要素の中央部分から一方向に（例えばz軸方向に沿った負の方向に）距
離「d1」だけオフセットされた接触端部分
●該バネ要素の中央部分から一方向（例えば正のz軸方向）に距離「d2」だけオ
フセットされた基部端部分
バネ接触要素は、その一端（基部端）から他端（接触端）へとテーパー付けさ
れるのが好ましく、該バネ接触要素は、以下に示す寸法を有する。
●犠牲基板の表面と平行に該バネ要素の長手軸と交差して測定したときの基部端
における幅「w1」
●犠牲基板の表面と平行に該バネ要素の長手軸と交差して測定したときの接触端
における幅「w2」
●z軸に沿って測定したときの基部端における厚さ「t1」
●z軸に沿って測定したときの接触端における厚さ「t2」
結果的に生じるもの：
●幅テーパー角「α」（アルファ）
●厚さテーパー角「β」（ベータ）
バネ接触要素はまた、その接触端に、突出した造作が適当に設けられる。この
造作は、z軸に沿って測定した寸法「d3」を有する。
【００２１】
２つの電子部品間の接続を行うのに適した典型的なバネ接触要素であって、典
型的にはその基部端が２つの電子部品の一方に取り付けられ、その接触端が該２
つの電子部品の他方に対して（例えば突出した造作により）圧力による接続を行
う、バネ接触要素について説明する。該バネ接触要素は、以下の寸法を有する（
特に指定しない限り、単位milで示す）。
【００２２】
寸法 範囲 好適値
L      10〜1000    60〜100
H        4〜40        5〜12
d1        3〜15        7±1
d2        0〜15        7±1
d3      0.25〜5          3
w1        3〜20        8〜12
w2        1〜10        2〜8
t1        1〜10        2〜5
t2        1〜10        1〜5
α       0〜30°      2〜6°
β       0〜30°      0〜6°
本発明の更なる目的、特徴、及び利点については、以下の説明から明らかとな
ろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の好適な実施態様について詳細に言及することとする。その幾つかの例
を添付図面に示す。該図面は、本発明の例示を目的としたものであって本発明を
制限するものではない。
【００２４】
それら好適実施態様に関して本発明を説明するが、これは、本発明の思想及び
範囲をそれら特定の実施態様に限定することを意図したものではないということ
が理解されるべきである。
【００２５】
図面のうちの選択された１つにおける特定の要素は、例示の明確化のために、
実際の比率では示されていない。
【００２６】
図面全体を通して、同様の要素が同様の符号で多々示されている。例えば、要
素199は、別の図面における要素299と多くの点で類似したものである。また、１
つの図面中でも同様の要素を同様の符号で称していることが多い。例えば、複数
の要素199を、199a,199b,199cといったように称することがある。
【００２７】
1995年11月9日に出願され本出願人の所有する同時係属中の米国特許出願第08/
554,902号と、これに対応する1995年11月13日出願のPCT出願PCT/US95/14844号（
1996年5月23日に公開されたWO96/15458号）は、両方ともELDRIDGE、GRUBE、KHAN
DROS、及びMATHIEUによるものであり、「空間変形部品」要素に取り付けられた
細長い弾性（バネ）接触要素を備えたプローブカードアセンブリを開示している
。ここで使用する「空間変形部品」とは、多層相互接続基板のことであり、該基
板は、その一方の表面上に第１のピッチで配置された端子と、その反対側の表面
上に第２のピッチで配置された対応する端子とを有しており、前記第１のピッチ
から前記第２のピッチへの「ピッチ拡張」を行うために使用されるものである。
使用時には、細長いバネ接触要素の自由端（先端）が、プロービング（例えば検
査）の対象となる電子部品上の対応する端子と圧力による接続を行う。
【００２８】
細長くて弾性を有するカンチレバー状の接触要素
図１Ａ及び図１Ｂは、上述のプローブカードアセンブリの空間変形部品を含む
（が、これに限定されない）電子部品に対する自立式構造としての取り付けに適
した細長い弾性（バネ）接触要素100を示すものである。
【００２９】
該構造100は、細長くて、２つの端部102,104とそれらの間の中央部分106とを
有しており、及びそれら２つの端部間に長手方向に全長「L」を有するものであ
る。この長さ「L」は、40〜500mil、40〜250milといったように10〜1000milの範
囲内にあり、好適には60〜100milの範囲内となる。以下の説明から明らかとなろ
うが、使用時に、該構造は、「L」よりも短い有効長さ「L1」を有し、これは、
該構造に加えられた力に応じて該構造が曲がることができる長さである。
【００３０】
端部102は、「基部」であり、この部分で、該接触要素100が電子部品（図示せ
ず）に取り付けられることになる。端部104は、「自由端」（先端）であり、こ
の部分が、別の電子部品（例えば被試験装置（図示せず））との圧力による接続
を行うことになる。図示しないが、接触要素100が、中央部分と反対側に基部端1
02を越えて延びる細長い「尾」部分を有していることも可能である。
【００３１】
構造100は、全高「H」を有している。この高さ「H」は、4〜40mil（1mil=0.00
1inch）、好適には5〜12milの範囲にある。
【００３２】
図１に最も良く示されているように、該構造は「階段状」になっている。基部
102は第１の高さにあり、先端104は第２の高さにあり、中間（中央）部分106は
、前記第１及び第２の高さの間に位置する第３の高さにある。したがって、構造
100は、図中に符号「d1」及び「d2」で示す２つの「離隔」高さを有している。
換言すれば、バネ接触要素100は、２つの「階段」を有しており、即ち、接触端1
04から中央の本体部分106への上り階段と、該中央の本体部分106から基部端102
へのもう１つの上り階段とを有している。
【００３３】
使用時に、先端104と中央部分106との間の「垂直」（図１Ａで見た場合）距離
である離隔高さ「d1」は、先端104により接触される部品の表面に該構造（接触
要素）が衝突するのを防止する役割を果たす。
【００３４】
使用時に、基部102と中央部分106との間の「垂直」（図１Ａで見た場合）距離
である離隔高さ「d2」は、ビーム部分（接触要素）が所望の行程(overtravel)で
曲がることを可能にする役割を果たす。
【００３５】
離隔高さ「d1」及び「d2」の寸法は、次の通りである。
●「d1」は、3〜15mil、好適には約７mil±1milの範囲である。
●「d2」は、0〜15mil、好適には約７mil±1milの範囲である。「d2」が0milの
場合には、該構造は、中央部分106と基部102との間が（図示の階段のない）実質
的に平坦なものとなる。
【００３６】
図１Ｂに最も良く示されているように、構造100には、好適には、その基部102
に「結合造作」110が設けられる。該結合造作は、タブ(tab)または随意選択的に
スタッド(stud：びょう等)とすることが可能であり、組立時に該プローブ構造を
基板（例えば空間変形部品又は半導体デバイス）にろう付けするのを容易にする
ために使用される。代替的には、構造100が取り付けられる部品又は基板に、基
部102を取り付けるためのスタッド又はその類を設けることも可能である。
【００３７】
使用時に、構造100はカンチレバーのビームとして働くことが意図されたもの
であり、該構造100には好適には、図１Ｂに符号「α」で示す少なくとも１つの
テーパー角が設けられる。例えば、構造100の基部端102における幅「w1」は、5
〜20mil、好適には8〜12milの範囲であり、該構造100の先端104における幅「w2
」は、1〜10mil、好適には2〜8milの範囲であり、テーパー角「α」は、好適に
は2〜6°の範囲となる。この基部102から先端104への構造100の狭まり（テーパ
ー）により、基部102が（不動に）固定されて先端104に力が加わった場合におけ
る構造100の制御された曲げ及び（集中に対する）一層均等な応力分布を得るこ
とが可能となる。
【００３８】
以下の議論から明白なように、該構造の幅（ひいてはテーパー角「α」）は、
周知のリソグラフィ技術を用いて容易に制御することができる。
【００３９】
構造100の先端104には、好適には、一体的な突出したトポロジー造作108が、
例えばピラミッドの幾何学形状で設けられて、電子部品（図示せず）の端子に対
して圧力による接続を行うことが助けられる。
【００４０】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、バネ接触要素100は、x,y,z軸方向に延びる３
次元にわたるものである。その長さ「L」は、y軸に沿っており、その幅（「w1」
及び「w2」）はx軸に沿っており、その厚さ（「t1」及び「t2」）及び高さ（「H
」）はz軸に沿っている。以下の議論から明かとなるように（例えば図４Ｂを参
照のこと）、バネ接触要素100が電子部品に取り付けられる場合、その取り付け
は、該バネ接触要素の長さ及び幅が電子部品の表面と平行になり、該バネ接触要
素の高さが電子部品の表面と垂直になるように行われる。
【００４１】
図１Ｃは、図１Ａ及び図１Ｂの構造100と多くの点で類似する接触構造150を示
すものである。該構造は、細長くて、基部端152（基部端102と比較のこと）と、
先端154（先端104と比較のこと）と、該先端に組み込まれたトポロジー造作158
（トポロジー造作108と比較のこと）とを有している。図１Ｃに示す根本的な差
違は、該構造に第２のテーパー角「β」が設けられていることにある。
【００４２】
図１Ｃに最も良く示されているように、構造100の基部端102における厚さ「t1
」は、1〜10mil、好適には2〜5milの範囲にあり、構造100の先端104における厚
さ「t2」は、1〜10mil、好適には1〜5milの範囲にあり、及びテーパー角「β」
は、好適には2〜6°の範囲内にある。
【００４３】
該テーパー角「β」（図１Ｃ参照）は、厚さの分布を制御するための様々な方
法を用いて作製することが可能である。例えば、構造100がメッキにより形成さ
れる場合には、メッキ槽中に適当なメッキシールドを組み込むことができる。構
造100がメッキ以外の方法より形成される場合には、結果的に得られる構造の厚
さの空間的な分布を制御するための適当な既知のプロセスを用いることが可能で
ある。例えば、構造100のサンドブラスト処理又は放電機械加工（ＥＤＭ:Electr
o-DischargeMachining）を行うことが可能である。
【００４４】
したがって、該構造は、その基部端102からその先端104まで複合（二重）テー
パーを適当に有するものである。該構造が有するテーパー角「α」は、部品又は
基板に取り付けられた接触構造に関する以下の説明から明白となるように、該接
触構造100が取り付けられる基板又は部品のx-y平面と平行になる。また該構造は
、該構造の（z軸方向の）断面の狭まりを表すテーパー角「β」を有している。
【００４５】
該構造の幅にテーパーを付けない（この場合にはテーパー角「α」は0となる
）ことは、本発明の範囲内に含まれる。また、テーパー角「α」が2〜6°の範囲
よりも大きいこと、例えば30°程度に大きいことも本発明の範囲内に含まれる。
該構造の厚さにテーパーを付けない（この場合にはテーパー角「β」は0となる
）ことは、本発明の範囲内に含まれる。また、テーパー角「β」が2〜6°の範囲
よりも大きいこと、例えば30°程度に大きいことも本発明の範囲内に含まれる。
更に、該構造（接触要素）の厚さにのみテーパーを付けて幅にテーパーを付けな
いこと、又は幅にのみテーパーを付けて厚さにテーパーを付けないことは、本発
明の範囲内に含まれる。
【００４６】
接触要素にテーパーを付け、上述のようにその接触端104をその基部端102より
も幅狭にし及び／又は薄くするのではなく接触端104を基部端102よりも幅広にし
又は厚くすることは、本発明の範囲内に含まれる。また、接触要素に複数の異な
るテーパーを付け、例えば、基部端から中央部分へとテーパーを付け、次いで接
触端に向かって逆（例えば「狭」→「広」）のテーパーを付けることも可能であ
る。
【００４７】
接触構造100,150は、基本的に（好適には完全に）金属であり、以下で詳述す
るように、多層構造として形成（作製）することが可能である。該接触構造の１
つ又は２つ以上の層に適した材料には、以下のものが含まれる（が、これらに限
定されるものではない）。
【００４８】
ニッケル及びその合金
銅、コバルト、鉄、及びそれらの合金
金（特に硬金）及び銀（これらは両方とも卓越した電流伝達能力及び良好な接
触抵抗特性を呈するものである）
白金群の元素
貴金属
半貴金属及びそれらの合金、特に、パラジウム群の元素及びそれらの合金
タングステン、モリブデン、及びその他の耐熱性金属及びそれらの合金
はんだ付け状の仕上げが望ましい場合には、スズ、鉛、ビスマス、インジウム
、及びそれらの合金を使用することも可能である。
【００４９】
図１Ｄは、（本書で説明する他の接触構造の接触端にも等価的に適用可能な）
接触構造150の接触端154を拡大して示す断面図である。この拡大図において、接
触造作154は、バネ接触要素の接触端の下面（同図で見た場合）から極めて顕著
に距離「d3」だけ突出していることが分かる。該距離「d3」は、0.25〜5milの範
囲、好適には3milであり、該突起は好適には、ピラミッド、切頭ピラミッド、く
さび、半球といった幾何学形状を有する。
【００５０】
結果的に得られるバネ接触要素は、「d1」及び「d2」（及び「d3」）の和に中
央本体部分の厚さを加えてなる全高「H」を有する。
【００５１】
２つの電子部品間の接続を行うのに適した典型的なバネ接触要素であって、典
型的にはその基部端が２つの電子部品の一方に取り付けられ、その接触端が該２
つの電子部品の他方に対して圧力による接続を行う、バネ接触要素についてこれ
まで説明してきた。該バネ接触要素は、以下の寸法を有するものである（特に指
定しない限り、単位milで示す）。
【００５２】
寸法 範囲 好適値
L      10〜1000    60〜100
H        4〜40        5〜12
d1        3〜15        7±1
d2        0〜15        7±1
d3      0.25〜5          3
w1        3〜20        8〜12
w2        1〜10        2〜8
t1        1〜10        2〜5
t2        1〜10        1〜5
α       0〜30°      2〜6°
β       0〜30°      0〜6°
これら寸法より、以下の一般的な関係が明らかとなる。
【００５３】
「L」は「H」の少なくとも約５倍である。
【００５４】
「d1」は「H」の小部分であり、例えば、「H」の大きさの1/5〜1/2である。
【００５５】
「w2」は「w1」の大きさの約1/2であり、及び「H」の小部分であり、例えば、
「H」の大きさの1/10〜1/2である。
【００５６】
「t2」は「t1」の大きさの約1/2であり、例えば、「H」の大きさの1/10〜1/2
である。
【００５７】
他の寸法（即ち先端(104)全体の幅及び長さ（即ち床投影面積））もまた重要
である。奥まった電子部品の端子（例えば半導体デバイスのボンディングパッド
であってパッシベーション材料により取り囲まれているボンディングパッド）と
先端が接触することが期待される場合には、かかる接触を行うよう先端の床投影
面積を確実に十分に小さく（例えば4mil×4mil未満に）することが望ましい。さ
もなければ、接触造作(108)を、かかる奥まった端子との接触を行うよう十分な
高さ(d3)を有するものにする必要がある。一般的に言えば、所与の用途の特殊性
によって、適当な先端の設計を選択することが必要となる。例えば、シリコンデ
バイス上のボンディングパッドとの接続を行うには、図１Ｄに示す先端の設計が
最も適切なものと思われる。バンプC4との接触を行うには、図１Ｅ（以下で説明
する）に示す先端の設計が最も適切なものと思われる。
【００５８】
図１Ｅは、本発明の代替実施例を示すものであり、この場合には、上述のPCT
出願PCT/US96/08107号に記載されているような不連続の接触先端168をバネ接触
要素の接触端部分164にろう付け等により取り付けることができる。これにより
、バネ接触要素(150)とは異なるメタラジーを有する接触先端構造168を提供する
ことが可能となる。例えば、バネ接触要素(150)のメタラジーは、その機械的特
性（弾性、バネ特性等）及び全般的な導電能力を目的とすることが適当なもので
あり、一方、該バネ接触要素(150)に取り付けられる接触先端構造168のメタラジ
ーは、それと接触する電子部品（以下の符号422を参照）の端子（以下の符号420
を参照）との優れた電気的接続を行うこと（及び必要であれば優れた耐摩耗性を
有すること）を目的とすることが適当なものである。
【００５９】
接触構造の作製
上述のような接触要素は、本書で説明するようなスケール（寸法）で、バネ材
料の箔を打ち抜いて空間変形部品等の電子部品上の精確な位置に取り付けること
が困難なものである。
【００６０】
本発明の一態様によれば、フォトリソグラフィ等のプロセスを用いて、ファイ
ンピッチのマイクロエレクトロニクスに関する相互接続部としての使用に適した
公差（バネ自体の公差及び複数のバネの相対位置に関する公差）で、本発明のバ
ネ接触要素が作製される。
【００６１】
図２Ａないし図２Ｊは、上述の弾性接触構造100(150)を作製するための典型的
なプロセスを示すものである。しかしながら、本発明は、この典型的なプロセス
に限定されるものではない。
【００６２】
図２Ａに示すように、シリコンウェハ等の犠牲基板202から始まり、該犠牲基
板の表面にシリコン窒化物（「窒化物」）のブランケット層204が付与される。
該層204は、該プロセスの後続ステップでエッチ停止部として働くものである。
フォトレジスト等のマスキング材料層206が、該窒化物層204上に付与され、従来
のフォトリソグラフィ技術（例えばマスクに対する化学線光の透過）を用いてイ
メージ処理及び現像処理が行われる。
【００６３】
犠牲基板が、シリコン、アルミニウム、銅、セラミック等からなる群から選択
された材料であることは、本発明の範囲内に含まれる。その例として、シリコン
半導体ウェハという形のシリコンが挙げられる。又は、箔若しくはシートという
形のアルミニウム又は銅が挙げられる。又は、別の基板上の層という形のアルミ
ニウム又は銅が挙げられる。犠牲基板はまた、銅-インバー-銅またはアルミニウ
ム-アルミナ-アルミニウムといった「被服(clad)」（多層）構造とすることがで
き、好適には、接触構造が最終的に取り付けられる部品と同じ熱膨張係数を有す
るものとなる。以下に挙げる例は、犠牲基板の「熱膨張係数の一致」に関して、
シリコンの犠牲基板に適用可能なものである。本発明が最も関係する技術分野の
当業者であれば、他の（シリコン以外の）材料から形成される犠牲基板で上記に
匹敵する結果を得るための方法について容易に理解されよう。過酸化水素により
容易にエッチングされるチタン-タングステンから犠牲基板を形成することがで
きることは、本発明の範囲内である。
【００６４】
従来の化学エッチング技術を用いることにより、図２Ｃに示すように、犠牲基
板202の表面に層206,204の両方を通して開口210を形成することができる。該開
口210の領域で、犠牲基板の表面が露出する。また、犠牲基板の表面は、エッチ
ングにより除去されなかった層206,204の残留（残りの）部分204a,206aによって
覆われる。
【００６５】
代替的には、図２Ｂに示すように、レーザ、電子ビーム(E-beam)を含む既知技
術等の他の技術を用いて、フォトレジスト206の選択部分を除去することができ
る。その結果として生じる窒化物層204の露出した（もはや被覆されていない）
部分は、化学エッチング技術を用いて除去することができる。その結果として、
図２Ｃに示すように、犠牲基板の表面に対する開口210を形成することができる
。レーザを用いてマスキング層206の所定部分を除去する（それ以外の部分206a
は残留部分である）ことにより、結果的に得られる開口210について一層慎重に
制御された縦横比を得ることが可能となり、例えば、該開口に、一層急勾配で一
層深く、及び一層垂直な側壁を得ることが可能となる。
【００６６】
図２Ｄに示すプロセス200の次のステップでは、基板の選択的なエッチングの
ための既知の化学物質(chemistry)を用いて、犠牲基板202が、窒化物層204を通
る開口210でエッチングされる。例えば、水酸化カリウム(KOH)を用いてシリコン
基板の選択的なエッチングを（窒化物に関して）行うことができる。これにより
、基板202にトレンチ220が形成される。該トレンチ220の深さは、上述の離隔高
さ「d2」（図１Ａ参照）と一致するように制御される。また、基板202としてシ
リコンウェハを使用する場合には、該トレンチの側壁222は、好適には、基板の
結晶構造に固有であり該結晶構造により制御されるような（90°ではなく）54.7
4°といった非垂直角「θ」を呈するものとなる。例えば、エッチング時に(100)
結晶方位を有するシリコン基板は、(111)平面でエッチングされることになる。
【００６７】
トレンチ220の形成後、エッチング停止層204の残留部分204aを除去するのが好
ましい。
【００６８】
図２Ｅに示すプロセス200の次のステップでは、図２Ａないし図２Ｄに関して
図示及び説明した以前のステップが繰り返されて、トレンチ220から長手方向に
オフセットされると共に該トレンチ220と隣接する別のトレンチ230が犠牲基板22
0に形成される。代替的には、トレンチ230は、以前に形成されたトレンチ220の
端部（図の右側）に形成することができる。換言すれば、エッチング停止層224
（エッチング停止層204と比較のこと）が付与され、該エッチング停止層224上に
マスキング層（図示せず、マスキング層206と比較のこと）が付与され、該マス
キング層及びエッチング停止層を介して開口が形成されて、基板がエッチングさ
れる。その結果、基板202にトレンチ230が生じ、該トレンチ230の深さは、上述
の離隔高さ「d1」（図１Ａを参照）と一致するように制御される。また、上述の
ように、基板202としてシリコンウェハを用いる場合には、トレンチ230の側壁23
2は、好適には、垂直ではなく「角度付け」される。
【００６９】
図２Ｆに示すプロセス200の次のステップでは、図２Ａないし図２Ｄに関して
図示及び説明した以前のステップが繰り返されて、第２のトレンチ230の底部で
犠牲基板202に小さな幾何学的な侵入部（くぼみ）240（図１Ｄの「d3」と比較の
こと）が形成される（用語「侵入部」は、結果的に得られるバネ接触要素上に作
製されることになる結果的に生じる突起造作(108)の「ネガ(negative)」と相補
的なものとして選択されたものである。造作240は、「くぼみ」、「凹部」、「
へこみ」、又は「沈み彫り部」であると考えることもできる）。即ち、エッチン
グ停止層234（エッチング停止層204,224と比較のこと）が付与され、該エッチン
グ停止層234上にマスキング層（図示せず、マスキング層206と比較のこと）が付
与され、該マスキング層及びエッチング停止層を介して小さな開口が形成されて
、基板がエッチングされる。侵入部240の形状は、好適には、上述のように逆ピ
ラミッド型（図で見た場合）であり、シリコンの結晶角で側部を有するのが適当
である。以下の説明から明らかなように、この侵入部240は、上述の接触構造100
の先端にあるトポロジー造作108（ピラミッド、切頭ピラミッド等）を画定する
ものとなる。最後に、窒化物層234が除去される。
【００７０】
トレンチ220,230の各々は、それよりも大きくてくぼみ240も含む全体的なトレ
ンチの「サブトレンチ」であると考えることができる。
【００７１】
図２Ａないし図２Ｆの各ステップは、弾性接触構造を上部に作製するために犠
牲基板を用意することに関して説明するものである。上述のステップのうちの何
れかのステップを上記順序と異なる順序で実施することは、本発明の範囲内であ
る。例えば、トレンチ220を形成する前にトレンチ230を形成することが可能であ
る。
【００７２】
ここで、既に能動デバイスが形成されているシリコンウェハ上で上述のプロセ
スを実施できることは本発明の範囲内である、と言うことができる。ただし、明
らかではあるが、トレンチ（220,230）及び造作（240）の形成は、i)それらが能
動デバイスを含まないウェハ領域に形成されない限り、又は、ii)バネ接触要素
が犠牲基板上に作製され次いで能動デバイス取り付けられ（例えば以下の図４Ａ
及び図４Ｂを参照のこと）ない限り、又は、iii)上述の犠牲基板（202）の役割
を果たすのに適した材料の層がウェハの表面に最初に付与されない限り、該能動
デバイスを十分に破壊し得るものとなる。
【００７３】
上述のように、犠牲基板には、該基板の表面よりも低い（該基板の表面内へと
延びる）第１のトレンチ220と、該第１のトレンチ220よりも低くて（該第１のト
レンチ220内へと更に深く延びて）該第１のトレンチ220と（端部同士が）隣接す
る第２のトレンチ230と、該基板内へと更に深く延びる前記第２のトレンチ230内
の侵入部（負の突起、くぼみ）とが用意される。接触要素は、これらトレンチ内
に作製され、次いで該トレンチから「解放する」ことが必要になる。
【００７４】
図２Ｇに示すプロセス200の次のステップでは、１つ又は２つ以上の金属層が
スパッタリング等によって基板202上にブランケット蒸着(blanket deposit)され
る。その一例として、アルミニウムの層252及びそれに次ぐ銅の層254が挙げられ
る。かかる層の典型的な厚さは次の通りである。
●第１の層252  ：  5,000〜50,000Å、好適には20,000Å
●第２の層254  ：  1,000〜50,000Å、好適には5,000Å
これらの層252,254の目的は一般に次の通りである。
●  第１の層252は、金属（アルミニウム等）であり、「解放」層としての最終
的な使用のために選択される。
●  第２の層254は、後続層（以下で説明する符号256）の堆積のための「シード
(seed)」層として働くものであり、前のアルミニウム層252の場合には、前の「
解放」層252を除去した結果として後続の層256が「汚染される」のを防止するも
のとなる。この層は、最終的なバネ接触要素から除去可能なものであり、解放プ
ロセス中に保護「キャップ」層として働くものとなる。
【００７５】
層252,254は共に、犠牲基板に組み込まれる「解放機構」を構成し、その使用
時には、（以下で説明するように）犠牲基板上に形成されたバネ接触要素が電子
部品の端子に取り付けられた後に該犠牲基板を除去することを可能にする。
【００７６】
結果的に得られる接触構造（100,150）を形成する金属材料は、水溶液からの
材料の堆積、電解メッキ、無電界メッキ、化学蒸着(CVD)、物理蒸着(PVD)、液体
又は固体前駆物質の誘導分解を介して材料の堆積を生じさせるプロセス等（これ
らの材料を堆積させるための技術は一般に周知のものである）を含めた様々なプ
ロセスを含む（がこれに限定されることのない）適当なあらゆる技術により、ト
レンチ及び該トレンチに形成された造作内へと堆積させることが可能である。電
気メッキは、一般に好適な技術である。
【００７７】
次に、図２Ｈに示すように、フォトレジスト等のマスキング層258（マスキン
グ層206と比較のこと）が、基板に付与され、結果的に得られる所望のバネ接触
要素（図１Ａ及び図１Ｂを参照のこと）の長さ「L」及び幅（「w1」及び「w2」
及びそれらの間の幅）に対応する開口260を有するようにパターン形成が行われ
る。比較的薄い「構造(structural)」金属層256は、ニッケル等の適当な材料の
電気メッキといった適当なあらゆるプロセスを用いて、前に付与された層252,25
4の上部で、開口260内に堆積される。該層256は、結果的に得られるバネ接触要
素（100）の機械的特性を制御（支配）することを意図したものである。開口260
には、トレンチ220、トレンチ230、くぼみ240、及び第１のトレンチ220に隣接し
て続く基板202の部分が含まれる。
【００７８】
この層256の典型的な平均厚さ（(t1+t2)/2）は、1〜10mil、好適には1〜5mil
である。該層256に適した材料（ニッケル又はその合金）については、既に上述
したとおりである。
【００７９】
更に別の層を接触構造の構成に含めることは、本発明の範囲内である。例えば
、層256を堆積させる前に、導電性についての優れた電気的特性、低接触抵抗、
はんだ付け可能性、及び腐食に対する耐性に関して選択された材料層を堆積させ
ることが可能である。その例としては、金又はロジウム（両方とも卓越した接触
材料である）、ニッケル-コバルト（ろう付けのための良好な材料）、金（ろう
付けのための別の良好な材料）等が挙げられる。
【００８０】
図２Ｉに示すプロセス200の次のステップでは、マスキング層258が除去されて
、層252,254が露出される。これらの層は、基板上に残留する部分の全てが、細
長い構造270（構造100と比較のこと）となり、該構造270が、一端272（102と比
較のこと）、他端274（104と比較のこと）、中央部分276（106と比較のこと）、
及び前記端部274における隆起したトポロジー造作278（108と比較のこと）を有
するように、選択的に化学エッチングされるのが適当である。この細長い構造27
0が、結果的に得られるバネ接触要素である。
【００８１】
図２Ｊは、結果的に得られる構造270を、未だ基板上にある状態で、図示の明
瞭化のために層252,254を省略して示す、別の断面図である。この構造270と図１
Ａのバネ接触要素100との類似性については容易に理解されよう。
【００８２】
本発明が最も関係する技術分野の当業者であれば、犠牲基板上の複数の位置で
上述のプロセスを容易に実施することが可能であり、これにより、基板202上の
複数の精確に制御された所定位置に作製された複数の接触構造（270）を得るこ
とが可能となる、ということが理解されよう。
【００８３】
説明の明瞭化のため、１つの位置に作製された１つの典型的な構造270に関し
て該プロセスを説明してきた。
【００８４】
犠牲基板のパターン形成を行って結果的に得られる単一の接触要素に対応する
複数のトレンチを形成するのではなく、犠牲基板に単一の極めて幅の広い１組の
トレンチ（220,230,240）を作成し、次いで付加的な最終的なマスキング及びエ
ッチングステップを実施して独立した複数の接触要素を確定することが可能であ
ることは、本発明の範囲内である。かかるプロセスは、図２Ａないし図２Ｇに関
して上述したプロセスと同様のプロセスに次いで金属層（256）のブランケット
蒸着を行い、次いでマスキング及びエッチングを行って個々の接触要素を確定す
るものである。
【００８５】
代替実施例
図３Ａ及び図３Ｂは、上記説明の技術により作成された接触構造の多数の考え
得る実施例の内の１つ（300）を示すものである。平坦な接続タブ（符号110参照
）の代わりに、幾分切頭ピラミッド状の結合造作（スタッド）310が、接触構造3
00の基部304における取付用造作として作成されている。該接触構造300が空間変
形部品等の基板に取り付けられる際に、該スタッド310により、組立作業中の位
置合わせミスに関する公差が許容されることになる。該接触構造300の残りの部
分は、接触構造270に関して上述したものと同様であり、即ち、中央本体部分306
（符号276と比較のこと）、接触端部分304（符号274と比較のこと）、及び造作3
08（符号278と比較のこと）である。
【００８６】
細長い弾性（バネ）相互接続（接触）要素を犠牲基板上に作成するための典型
的なプロセスについてこれまで説明してきた。これは、「中間的な」製品と考え
ることができ、以下に示すような更なる用途に備えるものである。
代替実施例Ａ：これらのバネ接触要素を単に犠牲基板から除去し、その結果とし
て「バネのバケット(bucket)」が得られ、これを自動的な機器等と共に電子部品
に取り付けることができる。ただし、この場合には、複数のバネ接触要素を互い
に対してリソグラフィ的に（即ち極めて近接した公差に）配置する利益は失われ
ることになる。
代替実施例Ｂ：バネ接触要素を電子部品上に取り付けるための一層「実施可能な
」技術であり、該技術は、犠牲基板上にある接触構造（の基部端を）を電子部品
又は基板に取り付けた後に該犠牲基板を除去するステップを含む。これについて
は、図４Ａないし図４Ｃに関して以下で説明する。
【００８７】
犠牲基板の除去
上記代替実施例（「Ａ」又は「Ｂ」）に関し、犠牲基板の除去（即ち、接触要
素が上部に存在する犠牲基板からの作製中の該接触要素の解放）に適した機構を
用いる必要がある。これに適した典型的な機構には以下のものが含まれる（がこ
れに限定されるものではない）。
【００８８】
●  化学エッチングを行って犠牲基板（202）から接触構造（例えば270）を解
放する。上述のように、アルミニウム層252は、犠牲基板202からの接触構造270
の分離を生じさせるように容易に選択的にエッチングを行うことが可能なもので
ある（銅層254は、かかるプロセス中における層256の汚染を防止するのを助ける
ものであり、最終的には分離された接触構造270からエッチングにより除去され
る）。
【００８９】
●  上述のアルミニウム層及び銅層の代わりに、互いに対して非浸潤性(non-w
etting)であり、及び／又は加熱された際に球形になる(ballup)（例えば鉛、イ
ンジウム、スズ等）材料の層を使用し、基板202を加熱して接触構造270を犠牲基
板202から解放する。
【００９０】
基板への接触要素の取り付け
上述のように、犠牲基板（例えば202）上に作製された複数の接触構造（例え
ば270）は、別の基板又は空間変形部品等の電子部品に取り付ける（固着する）
ことができるものである。
【００９１】
図４Ａは、複数の（多数の内の２つのみを図示する）接触構造402（100,150,2
70,300と比較のこと）が犠牲基板404（202と比較のこと）上に作製されている技
術400を示すものである。該接触構造402の基部端部分（310と比較のこと）は、
上述のプローブカードアセンブリの空間変形部品等の電子部品408上の対応する
複数の端子406と接触させられ、この状態で、該基部端部分が端子406にはんだ付
け又はろう付け（410）される。
【００９２】
接触構造（402）の基部端部分を電子部品の端子に固着させるために、ろう付
け、溶接（例えばスポット溶接）、はんだ付け、導電性エポキシ、端子に対する
接触構造の適当なあらゆる態様での固定(tacking)、および端子に対する接触構
造のメッキ（例えば電気メッキ）による固着等を含め、適当なあらゆる技術及び
／又は材料を用いることが可能であることは、本発明の範囲内である。
【００９３】
犠牲基板404が上述のような任意の適当な方法（例えば化学エッチングや加熱
）で除去され、その結果、図４Ｂに示すように、バネ接触要素(402)が固定され
た電子部品が得られる。
【００９４】
図４Ｂから自明なように、表面に複数の端子を有する電子部品に複数の細長い
バネ接触要素を取り付けることができる。各バネ接触要素は、基部端及び該基部
端と反対側の接触端を有し、該基部端によって電子部品の対応する端子に取り付
けられる。各バネ接触要素の接触端は、その基部端から横方向にオフセットされ
た位置に向かって電子部品の表面上に延びる。
【００９５】
上述のように、取付後、接触構造402（100と比較のこと）は、「L1」という「
有効」長を有し、該長さは、先端造作（108と比較のこと）と、基部端（102と比
較のこと）が電子部品408に固定される最内方位置との間の長さである。この「
有効」長とは、接触構造の先端に（例えば先端造作において）加えられた圧縮力
に応じて該接触構造が変形することができる範囲の長さを表すものである。
【００９６】
図４Ｃは、本発明のバネ接触要素（弾性接触構造）の適用例を示すものであり
、この場合、該バネ接触要素は、図４Ｂに関して説明した態様でプローブカード
アセンブリ（図示せず）の空間変換構成要素(408)に取り付けられており、接触
端における接触造作（308と比較のこと）が、半導体デバイス等の電子部品420の
端子422と、又は複数の半導体デバイスを有する半導体ウェハ（図示せず）の所
定領域と、圧力により接触するようになっている。図１Ｅに関して上述したよう
に、バネ接触要素の接触端部分に独立した別個の接触先端構造を固着させること
は、本発明の範囲内である。
【００９７】
構造402が取り付けられる基板（部品）、例えば、図４Ｃに示す部品408をASIC
等の能動要素とすることは、本発明の範囲内である。
【００９８】
図４Ｃに示すように、構造(例えば402)が取り付けられる部品又は基板に（図
示のような）連続した又は区分化された接地平面を設けてインピーダンスを制御
し得ることもまた、本発明の範囲内である。かかる接地平面は、構造402の直ぐ
下方で整列された複数の接地ライン412から構成することが可能である。ただし
、該構造の先端が変形するための十分な間隙を確保する必要がある。代替的には
、接地平面412を絶縁層で被覆することも可能である。別の方法として、接地平
面のライン414を、構造402の直ぐ下方から僅かに（例えばx軸方向に1milだけ）
オフセットさせて該構造と平行に、基板408の表面上に配置することが可能であ
る。
【００９９】
図４Ｄは、本発明の代替実施例440を示すものであり、接触構造450（402と比
較のこと）が取り付けられた基板又は部品444（408と比較のこと）の表面にキャ
ビティ（トレンチ）442が形成されている。該トレンチ442は、少なくとも接触構
造の接触端部分454（104と比較のこと）の下方に位置するように配置され、好適
には、バネ接触要素における隣接する中央本体部分456（106と比較のこと）の大
部分の下方に延びるものとなる。基板444における深さ「d4」の該トレンチは、
接触端部分454が電子部品（図４Ｃ参照）に対して付勢された際に該接触端部分4
54の一層大きな範囲の変形を可能とするように、適当な距離だけ延びる。図４Ｄ
では、複数の（多数の内の２つを示す）バネ接触要素の下方に延びる１つのトレ
ンチ442が示されている。電子部品(444)に取り付けられた複数のバネ接触要素(4
50)の各々の下方に別個のトレンチが１つずつ設けられていることは、本発明の
範囲内である。
【０１００】
図４Ｅは、本発明の代替実施例を示すものであり、この場合、バネ接触要素46
0は、電子部品470の表面から延びるスタッド472を介して電子部品470に取り付け
られている。該バネ接触要素460の基部端462は、スタッド472にろう付けされる
のが適当である。スタッド472は、3〜4milの高さを有するのが適当である。
【０１０１】
図４Ｅが示す本発明の代替実施例はまた、バネ接触要素460に（２つの階段部
分ではなく）単一の階段部分又はオフセットが形成されたものである。同図に示
すように、中央本体部分466からの基部端部分462のオフセット（図１Ａの「d2」
と比較のこと）はゼロである。換言すれば、この実施例では、基部端部分462は
中央本体部分466と同一平面上にある。基部端部分にオフセットが存在しないた
め、本体部分466が電子部品470の表面よりも上方に位置するように、基部端462
が電子部品470の表面上のスタッド472に取り付けられる。接触端部分464（104と
比較のこと）は好適には、中央本体部分466から距離「d1」だけオフセットされ
た状態に維持される。同図面により示唆されるように、本発明の多数の変形例（
代替実施例）を組み合わせて、電子部品に固着されるバネ接触要素の所望の構成
を達成することが可能である。
【０１０２】
図４Ｆは、本発明の別の実施例を示すものであり、この場合、バネ接触要素（
接触構造）480には、（１つ又は２つの階段部分ではなく）いかなる階段部分又
はオフセットも形成されない。前述の例の場合のように、中央本体部分486から
の基部端部分482のオフセット（図１Ａの「d2」と比較のこと）はゼロであり、
基部端部分482は中央本体部分486と同一平面上にある。基部端部分にオフセット
が存在しないため、本体部分486が電子部品490の表面よりも上方に位置するよう
に、基部端482が電子部品490の表面上のスタッド492に取り付けられる。また、
中央本体部分486からの接触端部分484（104と比較のこと）のオフセット（図１
Ａの「d1」と比較のこと）はゼロであり、接触端部分484は中央本体部分486と同
一平面上にある。接触端部分にオフセットが存在しないため、接触構造480によ
り接触される部品（図示せず、420と比較のこと）から本体部分486が隔置される
ように、予め作成された接触先端構造488（168と比較のこと）が接触端484に固
着される（例えばろう付けにより結合される）。
【０１０３】
プローブ応用例
図５は、１つの応用例を示すものであり、この場合には、上述のような複数の
バネ接触要素500が空間変形部品等の基板上に配置されて上述のような態様で固
着され、それらの接触端が、周辺に沿ってボンディングパッドが配設された半導
体デバイスの該ボンディングパッドとの接触を行うのに適した態様で配置される
ようになっている。
【０１０４】
各接触要素500(100と比較のこと)は、基部端502（102と比較のこと）及び接触
端504（104と比較のこと）を有しており、プローブカードアセンブリの空間変換
要素（破線510により概略的に示す）等の電子部品に取り付けられる。接触端504
は、半導体デバイス等の電子部品（破線520により概略的に示す）のボンディン
グパッド522（円により概略的に示す）のパターンと鏡像をなすパターンで互い
に近接して配置されている。バネ接触要素500は、それらの接触端504から扇状に
広がっており、それらの基部端502がそれらの接触端504よりも一層大きなピッチ
（互いの間隔）で配置されるようになっている。
【０１０５】
図６は、別の応用例を示すものであり、この場合には、上述のような複数のバ
ネ接触要素600が、空間変形部品等の基板上に配置されて上述のような態様で固
着され、それらの接触端が、（半導体デバイスの）中央線に沿って行方向にボン
ディングパッドが配列された半導体デバイスの該ボンディングパッドとの接触を
行うのに適した態様で配置されるようになっている。
【０１０６】
各バネ接触要素（100と比較のこと）は、全体的に符号600で示すものであり、
基部端602（102と比較のこと）及び接触端604（104と比較のこと）を有しており
、プローブカードアセンブリ（図示せず）の空間変換要素（破線610により概略
的に示す）等の電子部品に取り付けられる。接触端604は、半導体デバイス等の
電子部品（破線620により概略的に示す）のボンディングパッド622（円により概
略的に示す）のパターンと鏡像をなすパターンで互いに近接して配置されている
。バネ接触要素600は、以下の順序で配置されている。
●  第１のバネ接触要素600aは、比較的短く（例えば、60milの長さを有し）、
電子部品620の一方の側（図の右側）に向かって延びるように配置される。
●  第２のバネ接触要素600bは、第１のバネ接触要素600aに隣接し、比較的短く
（例えば、60milの長さを有し）、電子部品620の反対側（図の左側）に向かって
延びるように配置される。
●  第３のバネ接触要素600cは、第２のバネ接触要素600bに隣接し、比較的長く
（例えば、80milの長さを有し）、電子部品620の一方の側（図の右側）に向かっ
て延びるように配置される。
●  第４のバネ接触要素600dは、第３のバネ接触要素600cに隣接し、比較的長く
（例えば、80milの長さを有し）、電子部品620の反対側（図の左側）に向かって
延びるように配置される。
【０１０７】
このようにして、接触端604が、ボンディングパッド622と同じファインピッチ
で配置され、基部端602が、それよりも大幅に大きな相互のピッチで配置される
。
【０１０８】
この２つの異なる長さの接触構造のみについての説明は、単に例示を目的とし
たものであり、３つ以上の異なる長さを有する複数のバネ接触要素を共通の基板
上に配置することが可能であることは本発明の範囲内である、ということが理解
されるべきである。２つの異なる長さの接触構造についての説明は単なる例示で
ある。
【０１０９】
図５及び図６に示した技術は、周辺又はリードオンセンター（LOC：中心にリ
ード線を有する）デバイスのプロービングに必要とされるあらゆる配置で複数の
プローブ（バネ接触要素）を作成するために使用可能なものである、ということ
は本発明の範囲内である。
【０１１０】
更なる造作及び実施例
基板に取り付けられた複数のバネ接触要素が存在し、それらが異なる長さ（例
えば図６を参照）を有している場合であって、該バネ接触要素の断面及びメタラ
ジーが互いに同一であると仮定した場合には、該異なる長さのバネ接触要素は、
明らかに異なる反力（バネ定数k）を呈するものとなる。
【０１１１】
したがって、異なるバネ定数を呈する複数のバネ接触要素のバネ定数は、１つ
ずつ別個に調節（調整(tailor)）して互いに一層均一にすることが可能なもので
ある、ということは本発明の範囲内である。
【０１１２】
図７Ａは、バネ定数の調整技術を示すものである。この例では、バネ接触要素
700（450と比較のこと）は、その基部端702（452と比較のこと）により電子部品
710（444と比較のこと）に取り付けられる。トレンチ712（442と比較のこと）は
、電子部品710の表面に形成され、バネ接触構造700の接触端704（454と比較のこ
と）の下から、その本体部分706（456と比較のこと）に沿って、バネ接触要素70
0の基部端702に向かい、位置（点）「P」まで延びる。該位置「P」は、所定の一
定距離（例えば接触端704から60mil）に位置する。接触端704に対して下方に力
が加えられると、本体部分706が点「P」でトレンチ712の端部と接触してバネ接
触要素700の最外方部分のみが変形可能となるまで、バネ接触要素700全体が曲が
る（変形する）ことになる。バネ接触要素700の最外方部分は「有効」長「L1」
を有している。このようにして、（点「P」がバネ接触要素の中央本体部分の範
囲内のどこかに含まれる限り、）加えられた力に対する反作用を様々な長さのバ
ネ接触要素間で均一にすることができる。
【０１１３】
図７Ｂは、バネ定数のもう１つの調整技術を示すものである。この例では、バ
ネ接触要素720（450と比較のこと）は、その基部端702（452と比較のこと）によ
り電子部品710（444と比較のこと）に取り付けられる。構造732（712と比較のこ
と）は、電子部品730（710と比較のこと）の表面とバネ接触要素720の中央本体
部分726（706と比較のこと）との間の位置で該電子部品730の表面上に形成され
、本体部分726（706と比較のこと）に沿って、バネ接触要素700の接触端724に向
かい、（図７Ａに関して）上述したような接触端724から所定の一定距離に位置
する位置（点）「P」まで延びる。該構造732は、電子部品730の表面上に配置さ
れたガラス又は予めカットされたセラミックのリング等の任意の硬質材料のビー
ドとするのが適当である。接触端724に対して下方に力が加えられると、バネ接
触要素720の最外方部分（点「P」から接触端724まで）のみが変形可能となる。
前述の実施例の場合のように、加えられた力に対する反作用を様々な長さのバネ
接触要素間で均一にすることができる。
【０１１４】
図７Ｃは、バネ定数の別の調整技術を示すものである。この例では、バネ接触
要素740（720と比較のこと）は、その基部端742（722と比較のこと）により電子
部品750（730と比較のこと）に取り付けられる。カプセル化構造752（732と比較
のこと）は、前述の実施例の構造732と類似した態様で電子部品750の表面上に形
成される。しかしながら、この場合には、構造752は、バネ接触構造740の基部端
742を完全にカプセル化し、バネ接触要素740の本体部分746（726と比較のこと）
に沿って、その接触端744に向かい、（図７Ｂに関して）上述したような接触端7
44から所定の一定距離に位置する位置（点）「P」まで延びる。バネ接触要素740
の最外方部分は「有効」長「L1」を有している。前述の実施例の場合のように、
接触端744に対して下方に力が加えられると、バネ接触要素740の最外方部分（点
「P」から接触端744まで）のみが変形可能となる。前述の実施例の場合のように
、加えられた力に対する反作用を様々な長さのバネ接触要素間で均一にすること
ができる。
【０１１５】
図７Ｄは、バネ定数の更に別の調整技術を示すものである。この例では、バネ
接触要素760（740と比較のこと）は、その基部端762（742と比較のこと）により
電子部品770（750と比較のこと）に取り付けられる。この例では、本体部分766
は、（図７Ｃに関して）上述したような接触端764から所定の一定距離に位置す
る位置（点）「P」に「曲部」772が形成されている。バネ接触要素760の最外方
部分は「有効」長「L1」を有している。上述の例の場合のように、接触端764に
対して下方に力が加えられると、バネ接触要素760の最外方部分（点「P」から接
触端764まで）のみが変形可能となる（曲部772は、該曲部772が電子部品770の表
面に接触する前に接触構造全体が僅かに変形し、該曲部772が電子部品770の表面
に接触した後に該バネ接触要素の最外方部分のみが変形を続けるような大きさ及
び形状にすることが可能である）。前述の実施例の場合のように、加えられた接
触力に対する反作用を様々な長さのバネ接触要素間で均一にすることができる。
【０１１６】
異なる全長（「L」）を有するバネ接触要素間でバネ定数を「均一化」するた
めに他の技術を用いることが可能であることは、本発明の範囲内である。例えば
、それらバネ接触要素の幅及びテーパー角「α」を互いに異ならせて所望の結果
を得ることが可能である。
【０１１７】
代替実施例
上記で説明及び図示したバネ接触要素は、細長くて直線的な（y軸に沿って配
置された）ものであり、z軸方向（即ち、バネ接触要素が取り付けられる部品又
は基板と直交する方向）の動き（変形）に適応させるのに一般に最も適したもの
であった。
【０１１８】
結果的に得られるバネ接触要素に更に別の「寸法」及びそれに見合った更に別
の動きの自由度を組み込むことは、本発明の範囲内である。
【０１１９】
図８Ａは、バネ接触要素800の中央本体部分806（106と比較のこと）が一直線
でないこと（顕著な相違点）を除き、上述の技術により作製されたバネ接触要素
800を示すものである。該中央本体部分806は、一平面（例えばx-y平面）内に形
成されてはいるが、x軸方向に沿ってジグザグであると共に、y軸と交差するもの
として示されており、この場合には、基部端802（102と比較のこと）は、接触端
804（104と比較のこと）又は該接触端804に配設された接触造作808とは異なるx
座標を有することになる。
【０１２０】
図８Ｂは、中央本体部分856（806と比較のこと）と接触端部分854（804と比較
のこと）との間の階段部分に加えて中央本体部分856と基部852（802と比較のこ
と）との間に階段部分があることを除き、図８Ａのバネ接触要素800と多くの点
で類似するバネ接触要素850を示すものである。該バネ接触要素850は、その接触
端854に接触造作858（808と比較のこと）を有している。
【０１２１】
インピーダンスの制御
（特に速度テストで）半導体デバイスのプロービングに使用する場合には、バ
ネ接触要素が、制御されたインピーダンスを有していることが有利である。
【０１２２】
図９Ａないし図９Ｃは、バネ接触要素において制御されたインピーダンスを達
成するための本発明による技術900を示すものである。
【０１２３】
第１ステップでは、図９Ａに最も良く示されているように、バネ接触要素900
（700と比較のこと）が、その基部端902（702と比較のこと）により、プローブ
カードアセンブリの空間変換要素等の電子部品910（710と比較のこと）の端子91
2に取り付けられる。接触先端904（704と比較のこと）は、電子部品910の表面の
上方に配置され、接触造作を有するものとして示されている。該バネ接触構造は
、その基部端と先端との間に中央本体部分906（706と比較のこと）を有している
。
【０１２４】
次のステップで、図９Ｂに最も良く示されているように、バネ接触要素の先端
904がマスクされ（図示せず）、パリレン(parylene)等の適当な薄い（例えば1〜
10μm）絶縁層920が、蒸着等によって、該バネ接触要素の先端904を除いた全て
の部分、及び電子部品の隣接表面上に堆積される。
【０１２５】
次のステップで、図９Ｂに最も良く示されているように、バネ接触要素の先端
904がマスクされている（図示せず）間に、適当な薄い（例えば0.25mm未満の）
導電材料（本書で説明した導電性金属材料の何れか）の層922が、スパッタリン
グ等によって、該バネ接触要素の先端904を除いた全ての部分及び電子部品の隣
接表面上に堆積される。最後に、先端904のマスクが除去される。その結果、導
電層922により包囲されると共に、該導電層922と中央本体部分906との間に絶縁
層920を有する、バネ接触要素の中央本体部分906が得られる。
【０１２６】
導電層922は、接地平面として働いて結果的に得られるバネ接触要素のインピ
ーダンスを制御するように、接地に接続されるのが適当である。例えば、図９Ｂ
に最も良く示されているように、電気的な接地である第２の端子914が電子部品9
10に配設される。該端子914は、絶縁層920を付与する前にバネ接触要素の先端90
4と共にマスクし、後続の導電層922が該端子914上にも堆積して該端子914と接続
されるようにするのが適当である。
【０１２７】
明らかに、この層920,922の厚さは、連続的なものになると共にインピーダン
スの制御後の探索を提供するのに十分なものである必要があり、及びバネ接触要
素の機械的な動作に干渉するほど厚いべきではない。図９Ｂ及び図９Ｃは、実際
の比率で表現されたものではない。
【０１２８】
図面及び上記記述において本発明を詳細に図示及び説明してきたが、それらは
本発明の例示であって本発明の特徴を限定するものではなく、即ち好適実施例の
みを図示及び説明したものであり、本発明の思想に含まれる変更及び修正が保護
されることを求めていることが理解されよう。疑いなく、本発明が最も関係する
技術分野における当業者であれば、上述の「主題」に関する他の多くの「変形例
」が実施可能であろうが、かかる変形例もまた、本書で開示した本発明の範囲内
であることが意図されている。
【０１２９】
例えば、結果的に得られるバネ接触要素は、犠牲基板上にあるとき又は別の基
板又は電子部品に取り付けられた後に、その機械的な特性を強化するために熱処
理することが可能である。また、バネ接触要素の部品への（ろう付け等による）
取り付けに伴う熱を利用してバネ接触要素の材料の「熱処理」を行うことも有利
である。
【０１３０】
例えば、基板上にフォトレジスト（マスク材料）の多数の層を堆積させ、それ
らに開口を形成し、電気メッキ等のために該開口を供給し(seed)、該開口内に金
属塊を構築し、及び前記フォトレジストを除去することにより、犠牲基板に対す
るエッチングを行うことなく本発明と同等のバネ接触要素を作製することが可能
である。かかる技術は、能動半導体デバイス上にバネ接触要素を直接作製するの
に特に適したものである。
【０１３１】
例えば、バネ接触構造を能動半導体デバイス上に作製し又は固着させることは
、本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１Ａ】本発明によるバネ接触要素を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのバネ接触要素の平面図である。
【図１Ｃ】本発明によるバネ接触要素の代替実施例を示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｃのバネ接触要素の部分拡大断面図である。
【図１Ｅ】本発明によるバネ接触要素の代替実施例を示す断面図である。
【図２Ａ】犠牲基板上にバネ接触要素を作製する本発明による技術を示す断面図である。
【図２Ｂ】犠牲基板上にバネ接触要素を作製する本発明による技術を示す断面図である。
【図２Ｃ】犠牲基板上にバネ接触要素を作製する本発明による技術を示す断面図である。
【図２Ｄ】犠牲基板上にバネ接触要素を作製する本発明による技術を示す断面図である。
【図２Ｅ】犠牲基板上にバネ接触要素を作製する本発明による技術を示す断面図である。
【図２Ｆ】犠牲基板上にバネ接触要素を作製する本発明による技術を示す断面図である。
【図２Ｇ】犠牲基板上にバネ接触要素を作製する本発明による技術を示す断面図である。
【図２Ｈ】犠牲基板上にバネ接触要素を作製する本発明による技術を示す断面図である。
【図２Ｉ】犠牲基板上にバネ接触要素を作製する本発明による技術を示す断面図である。
【図２Ｊ】犠牲基板上に位置する本発明によるバネ接触要素を示す断面図である。
【図３Ａ】犠牲基板上に位置する本発明によるバネ接触要素の代替実施例を示す断面図である。
【図３Ｂ】犠牲基板を省略して図３Ａのバネ接触要素を示す斜視図である。
【図４Ａ】犠牲基板上に当初位置する複数のバネ接触要素を空間変形部品等の別の部品に取り付ける本発明による技術を示す断面図である。
【図４Ｂ】犠牲基板上に当初位置する複数のバネ接触要素を空間変形部品等の別の部品に取り付ける本発明による技術を示す断面図である。
【図４Ｃ】空間変形部品等の部品に取り付けられた本発明による複数のバネ接触要素を示す断面図であり、該バネ接触要素は、その使用時に半導体デバイス等の別の部品のプロービング（別の部品との圧力による一時的な接触）を行うものとなる。
【図４Ｄ】空間変形部品等の別の部品に複数のバネ接触要素を取り付けるための本発明による技術のもう１つの実施例（図４Ｂと比較のこと）を示す断面図である。
【図４Ｅ】空間変形部品等の別の部品に複数のバネ接触要素を取り付けるための本発明による技術の別の実施例（図４Ｂと比較のこと）を示す断面図である。同図はまた、本発明によるバネ接触要素のもう１つの実施例を示すものでもある。
【図４Ｆ】空間変形部品等の別の部品に複数のバネ接触要素を取り付けるための本発明による技術の別の実施例（図４Ｅと比較のこと）を示す断面図である。同図はまた、本発明によるバネ接触要素の別の実施例を示すものでもある。
【図５】本発明によるバネ接触要素の１つの用途（利用）を示す概略的な（様式化された）平面図である。
【図６】本発明のバネ接触要素の別の用途（利用）を示す概略的な（様式化された）平面図である。
【図７Ａ】空間変形部品等の別の部品にバネ接触要素を取り付けるための本発明による技術の別の実施例（図４Ｄと比較のこと）を示す断面図である。
【図７Ｂ】空間変形部品等の別の部品にバネ接触要素を取り付けるための本発明による技術の別の実施例（図７Ａと比較のこと）を示す断面図である。
【図７Ｃ】空間変形部品等の別の部品にバネ接触要素を取り付けるための本発明による技術の別の実施例（図７Ａと比較のこと）を示す断面図である。
【図７Ｄ】空間変形部品等の別の部品にバネ接触要素を取り付けるための本発明による技術の別の実施例（図７Ａと比較のこと）を示す断面図である。
【図８Ａ】犠牲基板の図示を省略して本発明によるバネ接触要素の代替実施例（図３Ｂと比較のこと）を示す斜視図である。
【図８Ｂ】犠牲基板の図示を省略して本発明によるバネ接触要素の代替実施例（図８Ａと比較のこと）を示す斜視図である。
【図９Ａ】バネ接触要素における制御されたインピーダンスを得るための技術の最初のステップを示す断面図である。
【図９Ｂ】バネ接触要素における制御されたインピーダンスを得るための技術の次のステップを示す断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｂの制御されたインピーダンスを有する本発明によるバネ接触要素を示す端部の断面図である。
【図１Ａ】
2008014957.tif 000002
【図１Ｂ】
2008014957.tif 000003
【図１Ｃ】
2008014957.tif 000004
【図１Ｄ】
2008014957.tif 000005
【図１Ｅ】
2008014957.tif 000006
【図２Ａ】
2008014957.tif 000007
【図２Ｂ】
2008014957.tif 000008
【図２Ｃ】
2008014957.tif 000009
【図２Ｄ】
2008014957.tif 000010
【図２Ｅ】
2008014957.tif 000011
【図２Ｆ】
2008014957.tif 000012
【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図２Ｊ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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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７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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