(57)【要約】【課題】集積回路または他のマイクロエレクトロニクス素子の高周波試験を行うための、構成が容易な多接点型プローブの組み立て方法を提案する。【解決手段】本発明によるプローブ組み立て方法は、(a)支持部１４を設ける工程と、(b)多数の接触フィンガー１６を、前記支持部１４に支持しない状態では支持タブ２６によって所定の配列に維持し、前記多数の接触フィンガー１６と前記支持部１４との一体的な組立体を設ける工程と、(c)前記多数の接触フィンガー１６を前記支持部１４に取り付ける工程と、(d)前記支持タブ２６を除去する工程とを含む。【選択図】図１
2008122403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)支持部を設ける工程と、
(b)多数の接触フィンガーを、前記支持部に支持しない状態ではタブによって所定の配列に維持し、前記多数の接触フィンガーと前記支持部との一体的な組立体を設ける工程と、
(c)前記多数の接触フィンガーを前記支持部に取り付ける工程と、
(d)前記タブを除去する工程と
を含むプローブの組み立て方法。
【請求項２】
前記多数の接触フィンガーは、前記支持部から接触フィンガーの末端に向けて半径方向内向きに延在させる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記接触フィンガーの配置を試験中の素子における接触パッドの幾何学的配置に適合させる請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記支持部が前記接触フィンガーと相互接続するレジスタ−キャパシタネットワークを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記支持部が平坦な回路板である請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記一体的な組立体が前記多数の接触フィンガーの端部近傍にあるタブを含み、このタブが前記接触フィンガーを前記所定の間隔に維持する請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記タブを前記接触フィンガーによる検査前に取り外す請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記支持部が前記各接触フィンガーのためのそれぞれの配線を含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記各配線が試験装置と相互接続するのに適合させたコネクタと電気的に相互接続する請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記タブの取り外しが前記多数の接触フィンガーの各端部を所定の位置に維持する請求項７記載の方法。
【請求項１１】
前記多数の接触フィンガーの数が３本よりも多い請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積回路または他のマイクロエレクトロニクス素子の検査用プローブの組み立て方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プローブの一つの形式は、試験中の素子(DUT)の接点パッドと接触する、間隔を有して離間する細い探針の列を用いるものである。信号はDUTからもたらされ、選択したノードにおける電圧および／または電流は測定装置へ送られる。こうした測定システムで生じる問題点は、特に高周波において、探針先端部同士が非常に近接していることでインダクタンスが発生し、これが正確な測定に干渉することがあり得ることである。このインダクタンスはDUTを直接取り囲む領域へのプローブ先端部の独立した部分を制限することにより減少させることが可能であるが、現実的な考察においてはこうした設計は困難である。
【０００３】
プローブ先端部におけるインダクタンスを補償するプローブ構造が開発されている。このような設計は、Lockwoodらによる米国特許第4,697,143号に例示されている。Lockwoodらは、共面伝送線を形成するためにアルミナ基板の下側に形成した接地−信号−接地型配置の帯状の導体配線を開示する。これら共面伝送線は一端のDUTパッドから他端の同軸ケーブルまで延在する。各共面伝送線において関連する一対の接地線は同軸ケーブルの外側導体と接続し、中間の信号線は内側導体と接続する。DUTの各パッドとの信頼性の高い電気的接続を確立するための耐摩耗性導電材の領域を設けている。各接地−信号−接地型配線パターンの長手方向の大部分に亘る疑似マイクロ波エネルギーを吸収するための、フェライトを含有するマイクロ波吸収材層を基板上に取り付けている。こうした形式の構造と調和して、高周波インピーダンス（例えば50オーム）を試験中の素子上にあるプローブ先端部で発生させることができる。したがって、18GHzまたはそれよりも低い広帯域信号は、各接地−信号−接地型配線パターンによって形成される共面伝送線を低損失で通過することが可能となる。
【０００４】
しかしながら、Lockwoodらのプローブシステムは平坦でない表面の効果的な検査には不十分なものである。こうした表面は、例えば、DUTのパッドの高さが異なっている場合や、微少な寸法の遊離した金属粒子がDUTの一つのパッド表面に静電気により付着して平坦でない面の不均一性をもたらす場合や、DUTの面がプローブ組立体の共面先端部の面に対してわずかに不所望の傾斜をなす時に発生するものである。さらに、探針とDUTとの間の適切な位置合わせには各探針を注意深く配置する必要があるが、これは時間のかかる工程である。
【０００５】
探針間の位置合わせの制限がGodshalkの米国特許第5,506,515号により提案されている。GodshalkはLockwoodと同様の、同軸ケーブルに取り付けた接地−信号−接地型フィンガーの配置を開示する。しかしながら、これらのフィンガーは基本的に一体に形成され、接点側端部で支持タブによって互いに結合している。フィンガーを一旦同軸ケーブルに取り付けると、支持タブは取り外され、接点フィンガーはDUTとの接触するために適切に整形される。Godshalkは各フィンガーの相対位置をまず支持タブによって、次いで同軸ケーブルによって位置合わせ状態に保持することを開示する。残念ながらGodshalkの設計は、同軸ケーブルを、緊密に間隔を有した、同軸ケーブルの数に、およびそれによって検査において効率的に利用する接点フィンガーの数に限定して配置したDUTの幾何学形状に対して近接して配置することに限定される。さらに、異なる可撓性を有する多数の同軸ケーブルに隣接したプローブは、DUTの幾つかのノードとの接触が不十分なものとなり得る。
【０００６】
低インピーダンスで回路へきれいな電力を供給する他のクラスのプローブは、通常、電力バイパス型プローブとして引用される。プローブ組立体先端部でのインダクタンスを打ち消すように開発された別の形態のものは電力バイパス型クォドラントである。この電力バイパス型クォドラントは、プローブ内部の一体化したキャパシタまたはレジスタ−キャパシタネットワークを設けることにより、こうしたインダクタンスを最小化する。
【０００７】
Stridによる米国特許第4,764,723号は、DUTとの接触をなすための、薄く金またはポリイミドフィルムを被覆したセラミック製フィンガーの列を用いた電力バイパス型クォドラントプローブを開示する。検査信号はRCネットワークで構成される電力バイパス型構造を通して伝達される。DUT近傍の小さな幾何学形状のため、キャパシタはプローブ先端部から遠くに位置し、このことは性能を低下させる可能性を有する。セラミック製接触フィンガーは検査中、特にプローブが接点パッド上を通過する時に破損し易い。さらに、平坦でないパッドの検査は非常に困難である。なぜならばセラミック製接触フィンガーは可撓性がないからである。
【０００８】
Bollらによる米国特許第5,373,231号は、DUTのパッドと接触するブレード列を含むプローブを開示する。ブレード列は回路板上の伝送線ネットワークから延在する。必須の電力バイパスを得るためのRCネットワークを回路板上に設け、また幾つかの例では可撓性キャパシタを接触ブレード近傍に、あるいは接触ブレード間に設けている。DUT近傍での限定された幾何学形状のため、ブレード間を相互接続するキャパシタの容量は小さく、また回路インダクタンスを適切に除去するにはこのキャパシタだけでは不十分である。その結果、より大きな容量の値を有する第二のキャパシタをプローブ先端から離れた、空間が利用可能である所に配置している。近接した間隔を有するブレード間の可撓性キャパシタを用いたプローブは、限られた機械的な耐久性が保証されなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、求められるものは、集積回路または他のマイクロエレクトロニクス素子の高周波試験を行うための、構成が容易な多接点型プローブであり、このプローブは周波数の広い範囲に亘る計測のためにプローブ先端部でのインダクタンスを許容できる水準に低減するものである。このプローブは十分な耐久性と信頼性の高い柔軟性および、実質的に平坦でない素子を測定時間全体に亘って繰り返し検査できるものでなければならない。プローブはさらに、試験を行う素子上での接点との位置合わせが容易であり、また多数の接点を同時に検査することが可能であることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決するため、本発明プローブの組み立て方法は、
(a)支持部を設ける工程と、
(b)多数の接触フィンガーを、前記支持部に支持しない状態ではタブによって所定の配列に維持し、前記多数の接触フィンガーと前記支持部との一体的な組立体を設ける工程と、
(c)前記多数の接触フィンガーを前記支持部に取り付ける工程と、
(d)前記タブを除去する工程と
を含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図1および図2は例示的なウェハープローブ10を示すものである。ウェハープローブ10は一体化したチップ組立体12を含み、この組立体は回路板14に取り付けられている。一体化したチップ組立体12は多数の接触フィンガー16を具え、これら接触フィンガーは、試験中の素子（図示せず）のコンパクトな幾何学形状に適合させるために回路板14から半径方向内向きに延在する。各接触フィンガーの末端部分18は、試験中の素子の対応するパッドとの信頼性の高い電気的接触をもたらすような形状を取る。回路板14は、接触フィンガー16からレジスタ−キャパシタ(RC)ネットワーク20を通してピンコネクタ22へ至る信号経路を規定する電気配線を有する。測定ケーブル（図示せず）は、ピンコネクタと電気的に接続することができる。
【００１２】
ウェハープローブ10は、半導体ウェハー上の個々の部品のような試験中の素子を試験するための適切な位置に置くために、ウェハープローブステーションの三孔取り付けフレーム24を通して支持体上に取り付けるように設計されている。このような適用分野においては、ウェハーは通常、チャック上面に真空圧下で支持される。通常、支持部材とチャックとの間の効果的な移動のためにマイクロメータノブ組立体のようなX-Y-Z位置決め機構が設けられており、それによってウェハープローブのチップ組立体を試験中の素子の接点パッドとの加圧による係合へと導くことができる。
【００１３】
図3を参照すると、一体化したチップ組立体12は、独立した接触フィンガー16が試験用の端部で共通の支持タブ26によって連結した単一の素子として形成されている。独立した接触フィンガー16それぞれは、一体化したチップ組立体12を回路板14へ取り付けた後に共通の支持タブ26が分離でき、各接触フィンガーの末端部分18を試験中の素子の接点パッドを試験するための適切な位置に配置した状態のままとするような位置決めがなされる。
【００１４】
接触フィンガー16の各末端部分18における間隔は、DUTパッドの形状と適合するように選択する。一体化したチップ組立体12の使用は、接触フィンガー16が回路板14の各接点と接触している間、この適切な間隔を維持するために有利に働く。通常、接触フィンガー16または探針は、適切な位置および間隔を維持するように各配線と接触して保持され、かつハンダ付けされる。この工程の間、横方向の力が接触フィンガーの末端部分を変位させる傾向に作用し、接触フィンガーと、これに対応するDUTのパッドとの間の適切な空間的関係を維持することを困難にする。しかしながら、支持タブ26が取り付け工程において生じるあらゆる横方向の力を妨げることにより、接触フィンガー16の末端部分18の適切な横方向の間隔を維持する。
【００１５】
さらに、ここで説明するプローブ16は、検査するマイクロエレクトロニクス素子のコンパクトな形状と試験装置および、場合によってはあらゆる電力バイパス回路の分散型の形状との間の空間的な変形の改良を達成する。この改良された空間的な特性は所期の設計とは対照的な位置にあり、信号は同軸ケーブルを通して伝達される。単純に内側および外側導体を有する同軸ケーブルは、取り付ける接触フィンガーの数を、接地−信号−接地という配置がなされる3本に制限する。その結果、接触フィンガーを同軸ケーブルへ取り付ける間の接触フィンガーの位置決めして保持するために利用する、あらゆる通常の支持タブもまた、最大3本の接触フィンガーを支持することに限定されることとなる。
【００１６】
しかしながら、しばしばDUTには試験すべきパッドが3個以上の場合がある。こうした場合、プローブの形成には導体を互いに隣接させて配置した多重同軸ケーブルの使用を必要とし、その使用は、常にプローブ末端部分近傍で利用できる空間を限定してしまうという不都合な工程をもたらす。多重同軸ケーブルの使用はまた、異なるケーブルが異なる可撓性を有するという問題をも有しており、全てのケーブルを一平面上に並べることを困難なものとし、また接触フィンガーを対応する各パッドと接触させる際に不均一なプローブ力を生じさせる。さらに、多重同軸ケーブルおよび多重支持タブの使用は慎重に行う必要があり、また接触フィンガーの組とDUTパッドの形状との間の相対位置の調整に長時間を要することとなる。もう一つの設計においては、多重同軸ケーブルおよび単一の支持タブの使用も慎重に行う必要があり、また同軸ケーブルの相対位置の調整に長時間を要する。
【００１７】
しかしながら、回路板14の使用がこれらの各問題点に対処する。なぜならば、回路板14は、試験中にプローブと係合するDUTの各接点パッドのための分離した配線を含むことができ、図3に示す共通支持タブ26は4本またはそれ以上の接触フィンガー16を含んでもよく、支持タブは各接触フィンガー16を回路板14に強固に取り付られるまで、各接触フィンガーの末端部分全てを適切な位置に維持する。回路板14は制御された均一な可撓性をもたらし、接触フィンガー16がDUTのパッドと接触したときの行き過ぎ量の均一化のみならず、接触フィンガー16における応力が回路板14の均一な可撓性によって除去されることを確実なものとする。回路板14の可撓性は、回路板14の材料の選択により制御される。
【００１８】
図3は共通の支持タブ26が取り付けられたままの一体化したチップ組立体12の例を示すものである。接触フィンガー16は通常矩形断面を有し、同じ材料で構成することが望ましい。ここでは、接触フィンガー16の材料は、接触フィンガーに対応する接触面が平坦でない配置を有するような素子を検査することができるような高い弾性を可能とする材料から選ぶ。好適な実施形態においては、接触フィンガーをベリリウム−銅合金(BeCu)に抵抗損失を低減させるために金めっきしたものから形成する。この材料は、特に金で形成されている接点パッドの検査に適している。なぜならばBeCuは実質的に金よりも硬いからである。結局、これは摩耗を最小限にし、プローブの使用期間における長期間のメンテナンスフリーをもたらす。
【００１９】
もし素子のパッドが金の代わりにアルミニウムで形成されていれば、接触フィンガー16にはタングステンのようなより硬い材料を使用することが望ましい。ここで再度、接触フィンガー16の摩耗を最小限にすることを保証するために、接触フィンガーの材料を接触パッドの材料よりも実質的に硬いものから選択する。タングステン製接触フィンガーを使用する場合にも、抵抗損失を低減するために金めっきを施すことが望ましい。BeCuやタングステンのような材料の使用は、プローブの繰り返し使用を可能とし、その上、前述したセラミック製接触フィンガーの使用を通じて生じる壊れ易さを避けることとなる。BeCuやタングステンに加えて他の潜在的な材料も使用できることに留意されたい。さらに、接触フィンガーを回路板と接触させるための、ハンダ付け以外の、エポキシまたはその類似物のような多数の潜在的な技術も存在する。
【００２０】
接触フィンガー16は、末端部分18で共通の支持タブ26に取り付けた、単一の一体化させたユニットとして製造する。末端部分18は、その部分での非常に狭いピッチ（接点と接点との間の間隔）から、それよりも拡がった形状の回路板14の配線40までの扇形状をなす。
【００２１】
一つの好適な組み立て方法と一致して、各接触フィンガーと回路板との接続をもたらすために、回路板の露出した配線上にハンダペーストを均一に塗布する。その後接触フィンガーは対応する各配線上に正しく保持され、さらに適切な位置にあるハンダペーストに対して押圧されるまで下方へ向けられる。ハンダが溶融するとき、加熱要素を上方に、接触領域を下方に配置して、ハンダのフィレットが各フィンガーと、対応する回路板の配線との間に好適に形成されるようにすることが望ましい。
【００２２】
ハンダを加熱している間、接触フィンガーは末端部分に対してわずかに下方へ傾けて保持することが望ましい。なぜならば、冷却中に各接触フィンガーが回路板14と平坦な関係を有することを確実にするためである。この接続工程の間、共通の支持タブによって各接触フィンガーの横方向の適切な間隔が維持されることに注意したい。これは、接触フィンガーを横方向に変位させようとするあらゆる力が、接触フィンガーをこれらに対応する末端部分18で保持する共通の支持タブ26によって打ち消されるからである。
【００２３】
接触フィンガー16を回路板14に取り付けた後には、共通の支持タブ26は、もはや必要のないものとして分離する。なぜならば、回路板14によって接触フィンガーの適切な調整が維持されるからである。接触フィンガー16は、上から見たときに前縁部が見えるように平坦な接触領域を形成するために、研磨およびラッピング工程を用いて整形することが望ましい。
【００２４】
図1、図4Aおよび図4Bを参照すると、回路板の電気配線40は一様により大きくなる連続的な扇形状をなし、最終的には図1にピンの組で示すような一つまたはそれ以上の、通常は配線よりも大きな物理的形状のコネクタへと達する。回路板14は接地面（図示せず）を有しても良く、この接地面は、標準的な試験装置の使用において接地インダクタンスを減少させ、信号配線のインピーダンスを40〜50オームに制御する。回路板14の使用はまた、幾何学的なスケールの中間レベルでの配置が可能な、非常に小さい寸法の表面実装技術(SMT)部品に対する追加的な使用をも可能とする。
【００２５】
図1および図2に示すように、本プローブの構造は、回路板14の表面上に実装可能な電力バイパス型アーキテクチャと互換性を有する。好適な実施形態において、回路板の両面には追加的に空間を利用するために電力バイパス特性を設けるように使用する。
【００２６】
こうした電力バイパス特性をどのようにして組み込むことができるかを示すため、図1および図2は回路板14の両面を越えて拡がる電力バイパス型アーキテクチャを示す。しかしながら、必要に応じて一方の面のみを用いた完全な電力バイパス構造を設けることが、専ら実現可能であることに留意したい。図において、4本の接触フィンガー50，52，54，56を、隣接させて電力供給線と接地線とが交互になるように配置する。回路板の底面において、図2に示すように、高周波用金属−絶縁体−金属(MIM)型キャパシタを、一対の接触フィンガーによって形成した、隣接する電力供給線と接地線の間に取り付ける。
【００２７】
MIM型キャパシタは非常に低い誘導寄生値と非常に高い自励振動数を有するが、キャパシタンスは余り大きくない。このことは、低周波数での電力バイパスをもたらす可能性を制限する。その結果、相対的に大きな寸法で有用なキャパシタを、依然として非常に小さな物理的寸法を有しているものであっても、回路板の十分な空間のあるところにさらに配置する。MIMキャパシタとSMTキャパシタへ至る長さの配線のインダクタンスとの間で発生し得る"de-Q"または平行な共振を無くすように、小さな値のSMT抵抗を、このキャパシタと直列に使用する。
【００２８】
特に図4Aおよび図4Bを参照すると、回路板を機能、すなわち接地、信号、電力、その他のプローブの各電気的接点を特注することができるように設計している。始めは各接触フィンガーを、接地板を経てSMT部品および、最終的にはコネクタと接続させる。接地用接点のプログラミングは接地部との接続を単にそのままにしておくことを必要とし、一方、他の全ての機能のために、この小さな回路板配線を例えば鋭利な刃もしくはレーザで切断する。バイパスした電力供給線をプログラムするとき、SMT部品との接続はそのまま残り、一方接地部への短絡配線は切断される。
【００２９】
再度図1を参照すると、プローブのデザインは、試験中の素子に対して傾斜した回路板14を含むことが望ましい。接触フィンガー16の大部分は同様に、試験中の素子を適切に試験するように整形した末端部分18を回路板14の面に合わせることが望ましい。この傾斜した設計は、試験中に回路板14が試験中の素子から離れて間隔を有することを可能とし、一方、同時に接触フィンガー16を、性能向上のためにインダクタンスを最小化するように短絡させることを可能とする。そうでなければ、接触フィンガーは回路板に対して傾斜して取り付ける必要があり、多くの場合、これは効果的な試験のために、より長い接触フィンガーを必要とするからである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるプローブヘッドの例示的な実施形態の上面図である。
【図２】図1のプローブヘッドを拡大して示す底面図である。
【図３】図1のプローブヘッドの通常の支持タブに取り付けたプローブチップを拡大して示す図である。
【図４】図1のプローブヘッドの電気的なトレースパターンを示す図であり、図4Aは電力バイパス特性を含む例示的なプローブ上面のパターンを示し、図4Bは電力バイパス特性を含む例示的なプローブ底面のパターンを示すものである。
【符号の説明】
【００３１】
10  ウェハープローブ
12  チップ組立体
14  回路板
16，50，52，54，56  接触フィンガー
18  接触フィンガーの末端部分
20  レジスタ−キャパシタネットワーク
22  ピンコネクタ
24  取り付けフレーム
26  支持タブ
40  回路板の電気配線
【図１】
2008122403.tif 000003
【図２】
2008122403.tif 000004
【図３】
2008122403.tif 000005
【図４】
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