(57)【要約】【課題】極めて小さいピッチを有するアレイに製作可能な小型化されたコンタクトスプリングの降伏強度および疲労強度を増大するための解決法を提供し、また、繰り返されるコンタクトに対して、小型化されたばねの信頼性に影響を及ぼさずに、ばね先端部にコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑えるための解決法を開示し、さらに、それらの寿命を著しく低下させることがなく相対的により大きな通電を可能にするばねを製作するための解決法を示し、また、信頼できるパッケージ製造のための無機または有機材料を有する、基板の対応している入出力パッドにダイボンディング端子を結合するために強いばねを製作する解決法を提供すること。【解決手段】  本発明は、極めて小さいピッチを有する配列に製作可能である、小型化されたばねの降伏強度および疲労強度を増大するための解決法を提供する。それは、また、小型化されたばねの信頼性に影響を及ぼすことのない繰り返されるコンタクトに、ばね先端部にコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑えるための解決法を開示する。さらに、本発明は、また、それらの寿命を著しく低下させることがなく相対的により大きな通電を可能にするばねを製作するための解決法を示す。
2006508495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
2つの部品間の電気的コンタクトを確立するための相互接続装置において、
コア部材であって、当該コア部材が、その中に導電材料が充填された少なくとも1つの貫通ビアを備える基板に取り付けられたアンカ部分と、最初は当該基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して当該基板から離れて延在する自由部分とを有する少なくとも1つの弾性コア部材を有し；
当該コア部材が、電着により、当該コア部材の露出された面を全て覆う少なくとも1つの層で被われる、相互接続装置。
【請求項２】
当該被膜が、電気めっきされた膜を有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項３】
当該自由部分が、前記自由部分の実質的な長にわたって徐々に減少する幅を有する実質的にテーパである、および実質的に台形の形状であるの何れかである請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項４】
当該少なくとも1つの層が、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、イリジウム、金、銀、銅、コバルト、アルミニウム、タングステン、およびそれらの合金の何れかの少なくとも何れか1つを有する材料の前記グループから選択される請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項５】
前記当該少なくとも1つの層の少なくとも1つの前記平均結晶粒度が、3 nmから500 nmまで及んでいる請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項６】
少なくとも1つの層が、固有の圧縮応力を伴って電気めっきされる請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項７】
前記電着により被われたコア部材の前記表面付近の少なくとも1つの層が、それが囲む前記当該コアより小さい弾性係数を有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項８】
前記被膜が、異なる、かつシーケンシャルに電着された複数の膜を有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項９】
前記電着された膜は、前記堆積された膜の前記弾性係数が、一般に、前記最も内側のコアから最も外側の表面に次第に減少する、および、前記最も内側のコアから最も外側の表面に、実質的にディスクリートに減少する、の何れかであるように、堆積される請求項8に記載の相互接続装置。
【請求項１０】
当該電着により被われたコア部材上にプローブ先端部領域で選択的に施される膜層を、更に有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項１１】
前記膜層が、パラジウム、ロジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、コバルト、ニッケル、金およびそれらの合金から成る前記グループの少なくとも何れか1つを有する請求項10に記載の相互接続装置。
【請求項１２】
当該自由部分は、長さが10 μmから1000 μm、幅が3 μmから500 μm、および厚さが0.1 μmから40 μm範囲にわたるサイズを有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項１３】
当該少なくとも1つの層の前記最も外側の層が、銅、金、ニッケル、およびPd、Pt、Ir、Rh、RuおよびOsから成るプラチナ族材料の何れかを有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項１４】
当該基板が、セラミック、ガラス、シリコン、石英および有機材料の何れかを有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項１５】
当該コア部材が、Mo、Cr、Ti、W、Zr、Mo-CrおよびTi-Wの何れかを有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項１６】
基板上に複数の小型化されたばねを製造するための方法であって、当該小型化されたばねが、各々、導電コア部材を有し、当該コア部材が、アンカ部分、および最初は前記基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して前記基板から離れて延在する自由部分を有し、当該自由部分が、前記端で先端部領域を備え、当該アンカ部分が、金属化された複数の貫通ビアを有する基板に固定されており、
マスクを使用しない、自由部分を含む当該コア部材の全ての表面を覆うための少なくとも1つの膜層を伴うばねコア部材の電気めっきのステップと；
コア部材の当該電気めっきが、コア部材が位置づけられた前記面と反対側の前記基板面から当該コア部材に電気的コンタクトを確立するために、当該基板の貫通ビアを使用して実行されるステップとを有する方法。
【請求項１７】
少なくとも1つの膜層は、固有の圧縮応力を伴って電気めっきされる請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
当該少なくとも1つの膜層が、3〜500 nmの範囲の平均結晶粒度を伴って電気めっきされる請求項16に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも1つの電気めっきされた膜の前記結晶粒度が、前記電気めっき槽の前記添加剤組成、および／またはめっき中の前記電流密度を変えることによって制御される請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
当該少なくとも1つの膜層が、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os、コバルト、ニッケル、金、銀、銅、アルミニウムの何れかと；Co、Ni、Au、Cu、Ag、Al、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os、Wから成る前記グループの少なくとも何れか1つを有する合金とを有する材料の前記グループから選択される請求項16に記載の方法。
【請求項２１】
コア部材の当該電気めっきに続くコンタクトボタンを形成するために当該先端部領域を選択的にコーティングするステップを更に有し；
当該コンタクトボタンが、反対側のコンタクトパッドまたは端子に強く付着しない少なくとも1つの導電材料を有し；および、
当該先端部領域が、当該コンタクトボタンを形成するために当該自由部分が当該基板からリリースされる前、および当該自由部分が当該基板からリリースされた後の何れかで、オプションとして、選択的にコーティングされる請求項16に記載の方法。
【請求項２２】
当該少なくとも1つの導電材料が、パラジウム、ロジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、コバルト、ニッケル、金、銀、銅およびそれらの合金から成る前記グループの少なくとも何れか1つを有する請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
ドライエッチングによって当該コア膜のパターンを形成するステップを更に有する請求項16に記載の方法。
【請求項２４】
当該層の堆積の前に当該コア膜を研磨するステップを更に有する請求項16に記載の方法。
【請求項２５】
電解研摩、化学研磨および電気化学的研摩プロセスの何れかを使用して、前記最も外側の表面を研磨するステップを更に有する請求項16に記載の方法。
【請求項２６】
2つの部品間の電気的コンタクトを確立するための相互接続装置において、
コア部材であって、当該コア部材が、少なくとも1つの金属化されたビアを備える、金属化された多層を有する基板に取り付けられたアンカ部分と最初は当該基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して当該基板から離れて延在する自由部分とを有する少なくとも1つの弾性コア部材を有し；
当該コア部材が、電着により、当該コア部材の露出された面を全て覆う少なくとも1つの層で被われる相互接続装置。
【請求項２７】
2つの部品を電気的に接続するための相互接続装置において、
コア部材であって、当該コア部材が、基板に取り付けられたアンカ部分と最初は当該基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して当該基板から離れて延在する自由部分とを有する少なくとも1つの弾性コア部材；
当該コア部材を電着により被い、当該コア部材の全ての露出された面を全て覆う少なくとも1つの層；および、
当該電着により被われたコア部材上にプローブ先端部領域で選択的に施された膜層を有する相互接続装置。
【請求項２８】
当該被膜が、電気めっきされた膜を有する請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項２９】
当該自由部分が、前記自由部分の実質的な長にわたって徐々に減少する幅を有する実質的にテーパである、および実質的に台形の形状であるの何れかである請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３０】
当該少なくとも1つの層が、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、イリジウム、金、銀、銅、コバルト、タングステン、アルミニウム、およびそれらの合金の何れかの少なくとも何れか1つを有する材料の前記グループから選択される請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３１】
少なくとも1つの層が、固有の圧縮応力を伴って電気めっきされる請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３２】
前記当該少なくとも1つの層の少なくとも1つの前記平均結晶粒度が、3 nmから500 nmまで及んでいる請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３３】
前記被膜が、異なる、かつシーケンシャルに電着された複数の膜を有し、かつ、
前記電着された膜が、一般に、前記最も内側のコアから最も外側の表面に次第に減少する、および、前記最も内側のコアから最も外側の表面に、実質的にディスクリートに減少する、の何れかであるように、堆積される請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３４】
当該アンカ部分が、その中に導電材料が充填された複数の貫通ビアを備える基板に取り付けられた請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３５】
前記膜層が、パラジウム、ロジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ルテニウムおよびコバルト、ニッケル、金、銀、銅およびそれらの合金から成る材料の前記グループの少なくとも何れか1つを有する請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３６】
当該自由部分は、長さが10 μmから1000 μm、幅が3μmから500 μm、および厚さが0.1μmから40μmの範囲にわたるサイズを有する請求項27に記載の相互接続要素。
【請求項３７】
基板上に複数の小型化されたばねを製造するための方法であって、当該小型化されたばねが、各々、導電コア部材を有し、当該コア部材が、アンカ部分、および最初は前記基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して前記基板から離れて延在する自由部分を有し、当該自由部分が、前記端で先端部領域を備え、当該アンカ部分が、当該基板に固定される、方法において、
マスクを使用しない、自由部分を含む当該コア部材の全ての表面を覆うための少なくとも1つの膜層を伴うばねコア部材の電気めっきのステップと；
コア部材の当該電気めっきに続くコンタクトボタンを形成するために当該先端部領域を選択的にコーティングするステップとを有し；
当該コンタクトボタンが、反対側のコンタクトパッドまたは端子に強く付着しない少なくとも1つの導電材料を有する方法。
【請求項３８】
当該少なくとも1つの膜層が、固有の圧縮応力を伴って電気めっきされる請求項37に記載の方法。
【請求項３９】
当該少なくとも1つの膜層が、3〜500 nmの範囲の平均結晶粒度を伴って電気めっきされる請求項37に記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも1つの電気めっきされた膜の前記結晶粒度が、前記電気めっき槽の前記添加剤組成、および／またはめっきの中の前記電流密度を変えることによって制御される請求項39に記載の方法。
【請求項４１】
内側の層に使用される材料が、より大きな弾性係数を有し;
外側の層に使用される材料が、より小さい弾性係数を有し；かつ、
当該層の前記弾性係数が、最も内側の層から最も外側の層に次第に減少する、もしくは、最も内側の層から最も外側の層に、ディスクリートに減少する請求項37に記載の方法。
【請求項４２】
当該少なくとも1つの膜層が、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os、コバルト、ニッケル、金、銀、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも何れか1つ；および、それらの合金を有する請求項37に記載の方法。
【請求項４３】
当該基板が、セラミック、ガラス、シリコン、石英および有機材料の何れかを有する請求項37に記載の方法。
【請求項４４】
当該コア部材が、Mo、Cr、Ti、W、Zr、Mo-CrおよびTi-Wの何れかを有する請求項37に記載の方法。
【請求項４５】
コア部材の当該電気めっきが、コア部材が位置づけられた前記面と反対側の前記基板面から当該コア部材に電気的コンタクトを確立するために、当該基板の貫通ビアを使用して実行されるステップを更に有する請求項37に記載の方法。
【請求項４６】
当該先端部領域が、当該コンタクトボタンを形成するために、当該自由部分が当該基板からリリースされる前、および当該自由部分が当該基板からリリースされた後の何れかで選択的にコーティングされる請求項37に記載の方法。
【請求項４７】
当該少なくとも1つの導電材料が、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os、コバルト、ニッケル、金、銀、銅、タングステンから成る材料の前記グループの少なくとも何れか1つ；および、それらの合金を有する請求項37に記載の方法。
【請求項４８】
ドライエッチングによって当該コア膜のパターンを形成するステップを、更に有する請求項37に記載の方法。
【請求項４９】
当該層の堆積の前に当該コア膜を研磨するステップと；
オプションとして、電解研摩、化学研磨および電気化学的研摩プロセスの何れかを使用して、前記最も外側の表面を研磨するステップとを更に有する請求項37に記載の方法。
【請求項５０】
基板上に小型化されたばねを製造するための方法であって、当該小型化されたばねの各々が、アンカ部分および自由部分を有し、当該自由部分が、その端で先端部領域を備え、当該ばねの幅が、当該アンカ部分の前記近傍から当該先端部領域へ徐々に減少する、基板上に小型化されたばねを製造するための方法において、
コア膜部材を堆積させるステップ；
当該アンカ部分および当該自由部分を形づくるために当該コア膜部材の本体をパターニングするステップ；
当該基板から当該自由部分をリリースするステップ；
当該コア膜部材上へ、当該コア膜部材の全ての表面を覆う、少なくとも1つのオーバーレイする膜層を堆積させるステップ；
当該少なくとも1つのオーバーレイする膜でコーティングされる当該コア膜部材にフォトレジスト膜を塗布するステップ；
当該少なくとも1つのオーバーレイする膜でコーティングされる前記当該先端部領域の領域を露出させるために当該フォトレジスト膜をパターニングするステップ；
繰り返される接触で生じるコンタクト付着を最小限に抑える導電コンタクト材料で、当該少なくとも1つのオーバーレイする膜層で覆われる露出された先端部領域にコーティングするステップ；
および、当該コア膜部材から当該フォトレジスト膜を除去するステップを有する方法。
【請求項５１】
当該電気めっきが、ばねが位置づけられた前記面と反対側の前記基板面からばねに電気的コンタクトを確立するために、当該基板の貫通ビアを使用して実行される請求項50に記載の方法。
【請求項５２】
少なくとも1つのオーバーレイする膜層が、固有の圧縮応力を伴って電気めっきされる請求項50に記載の方法。
【請求項５３】
当該少なくとも1つのオーバーレイする膜層が、3〜500 nmの範囲の平均結晶粒度を伴って電気めっきされる請求項50に記載の方法。
【請求項５４】
少なくとも1つの電気めっきされた膜の前記結晶粒度が、前記電気めっき槽の前記添加剤組成、および／またはめっきの中の前記電流密度を変えることによって制御される請求項53に記載の方法。
【請求項５５】
内側の膜層に使用される材料が、より大きな弾性係数を有し;
外側の膜層に使用される材料が、より小さい弾性係数を有し；かつ、
当該膜層の前記弾性係数が、最も内側の膜層から最も外側の膜層に次第に減少する、もしくは、最も内側の膜層から最も外側の膜層に、ディスクリートに減少する請求項50に記載の方法。
【請求項５６】
当該コンタクト材料が、電気めっき、スパッタリングおよび化学気相反応法の何れかにより堆積される請求項50に記載の方法。
【請求項５７】
当該電気めっきが、ばねが位置づけられた前記面と反対側の前記基板面からばねに電気的コンタクトを確立するために、当該基板の貫通ビアを使用して実行される請求項50に記載の方法。
【請求項５８】
当該コア膜部材の当該少なくとも1つのオーバーレイする膜層が、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os、コバルト、ニッケル、金、銀、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも何れか1つ；および、それらの合金を有する請求項50に記載の方法。
【請求項５９】
当該コンタクト材料が、Co、Ni、Au、Cu、Ag、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Osの何れかを有する請求項50に記載の方法。
【請求項６０】
当該基板が、セラミック、ガラス、シリコン、石英および有機材料の何れかを有する請求項50に記載の方法。
【請求項６１】
当該コア膜部材が、Mo、Cr、Ti、W、Zr、Mo-CrおよびTi-Wの何れかを有する請求項50に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に非常に小型化されたばねに関する。より詳細には、本発明は、小型化されたコンタクトスプリングの一群と、これらのばねの降伏強度および疲労強度を増すための方法の一群とに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型化されたばねは、このような小型化されたばねのアレイでさえ10 μm未満のピッチで製作可能なので、テスト、バーンインおよびパッケージングのために、集積回路、PCB、インターポーザ、スペーストランスフォーマ(space transformer)、およびプローブ・チップ上のコンタクトパッドまたは入出力端子に対する電気的コンタクトとして広く使われていた。通常フォトリソグラフィによってパターニングされる、小型化された応力金属膜ばねは、アンカ部分とも呼ばれる、基板に取り付けられた固定部分と、最初は基板に取り付けられ、リリースされると、ばねの固有の応力勾配の結果として、基板から離れて三次元構造を形成するように延在する、自由部分とも呼ばれる、持ち上げられた部分とを有する。典型的に、膜内の応力勾配は、異なるプロセス条件の下でスパッタリングまたは電気めっきによる複数の薄膜層のシーケンシャルな堆積を通して生じる。応力金属ばねの典型的な実施例は、線図的に、図1aに示され、基板または電気部品103に取り付けられた電気的コンタクトまたは端子102と関連しているアンカ部分101と、ばね先端部105を備える自由部分104とを有する。このような構造の具体例は、特許文献1および特許文献2に開示されている。
【０００３】
他のタイプのばねは、個々にまたはグループで製作されおよびその後に基板に実装されたディスクリートなばね、例えばウェハテストまたはバーンイン・アセンブリで使用されるばねまたは半導体デバイスのような集積化された固体デバイスを有するばねを含む。更に他のタイプのこのようなばねは、特許文献3、特許文献4、特許文献5、および特許文献6のような特許文献で言及されているように、フォトリソグラフィを使用して、基板にまとめて製作される、これらカンチレバー・タイプのばねである。これらのばねの一部は、個々にまたはグループで犠牲基板上に製作され、そして、次に、ウェハテストまたはバーンイン・アセンブリにおいて使用される基板上へまたは半導体デバイスを有する基板上へ実装される。図1bは、犠牲層上の製作される典型的なフォトリソグラフィでパターニングされた支えなしで立っているタイプのカンチレバーばねの線図的断面図である。このばねは、基板203の電気的コンタクトパッド202に取り付けられた一方の端のベース領域201、ばねの他方の端のコンタクトチップ領域204、およびベース201とコンタクトチップ領域204とを接続しているばねの中央の本体205を有する。この種のばねの問題は、それらがあまりに長いということである。より短くかつより小さいばねは、例えば20〜50 μmの極めて小さいピッチを備えたコンタクト端子パッドを有する、現在および次世代の一部の集積回路のテストおよびバーンインにとって望ましい。
【０００４】
より厚い金属コーティングを加えるために、フォトリソグラフィプロセスを使用して、より短いばねを製作する方法は、特許文献において定義されている。1つの方法は、特許文献7に記載されている。この方法は、電気めっきされたフォトレジストを使用し、金属が支えなしで立っているばね上にめっきされることを可能にする。しかしながら、150 μm未満のパッドピッチを備えるICをプローブするために必要とされる寸法で、支えなしで立っているばねは、コンプライアンス(compliance)に要求されるプローブ高さを著しく減らすことなく背面のフォトレジストを保持するには、充分な強度を有さない。また、フォト・プロセスのいかなる不均一性も、テスト中ICパッド上に留まるために必要な一様性の要求条件を満たすことができない不均一なばね高さに変わる。
【０００５】
特許文献7に記載されている方法は、また、めっき後のリフト高さ制御という付加的な問題を有する。支えなしで立っているばねを有する目的の1つは、より厚くめっきされた金属を支持するための枠組みまたは構造を提供することである。ばねを一方側のみめっきする場合、ばねは、めっきされた膜の応力に基づいて、異なるリフト高さに湾曲する。膜が引張り力である場合、それは上に湾曲し、および、それが圧縮力のある場合、それは押し下がる。これらの応力条件の両方は、ICをテストするために必要とされる許容差およびばねリフト一様性を制御することを困難とする。さらに、圧縮力のあるばねは、引張り力のあるばねより強く、かつ、圧縮力のあるめっきされた膜を有するばねは、それがまだ有効なプローブであるのに充分なコンプライアンスがなくなる点まで、リフト高さを減らす。また、支えなしで立っているばねがこの圧縮効果を補償するためにめっきの前に、どの程度高く持ち上げられることが可能かに対して制限がある。プローブは、90度未満の角度で、IC電気的パッドにコンタクトする必要がある。リフト高さを増加すると、ばねが、それ自体が反り返り、基板に360度の円を形成する傾向がある。この結果、この特許出願によって教示されるプロセスは、ICテストのために要求されるばねアレイのリフト高さの一様性を制御するための要求条件を満たさない。
【０００６】
特許文献7のプローブを構築する1つの方法は、めっきされたばね上に先端部を組み立て、かつ第2の相互接続基板に犠牲基板上に製作されたばねを組み立てることである。この組立プロセスは、位置的配置エラーを加え、かつ本発明の本明細書に記載されるような、完全に集積化された接続ボタン先端部より、製造するのが高価である。
【０００７】
特許文献8に記載されている別の方法は、フォトレジストコーティング、すなわちマスクをばねから離しておき、かつ、ばねの支えなしで立っている部分のめっきを可能にするためにリリース層アイランド(release layer island)を使用する。リリースマスク(release mask)が、ばねのベース（アンカ部分）に隣接して止まり、およびばねのベースに沿って延在しない場合、ベースの近くのばねの自由部分の厚さおよび幅は、ベース領域と比較して、めっきと同時に、非常に大きくなる。この結果、ばねの支えなしで立っている部分は、ベース領域の付近で機械的により弱い。曲げモーメントがこの領域で最大であるので、ICテスト中にばね先端部に力を加えると、ばねは、初期に破損し、したがって、IC製造ラインで必要とされるプローブ寿命要求条件を満たすことができない。フォトレジストマスクが、めっきの間、ばねの支えなししで立っている部分並びにアンカ部分の一部をおおわない、特許文献8に記載されている他の方法の場合、破損すしがちな幅の不連続部が、依然として存在する。マスクアライメントおよびばねリリースプロセスの制御は、また、平坦でないめっきおよびリフト一様性のばらつきをもたらす深刻な問題を生じさせる。このプロセスの主な別の問題は、相対的に薄いリリース層、並びにめっき電流が流れる、応力金属膜の高電気抵抗率から発生する。電流密度は、基板の端の電源接続ポイントからの距離によって幅広く変化する。この結果、めっきされた膜特性、例えば超小型構造、厚さ、応力等は、ばねの異なる領域で幅広く変化する。この結果、このプロセスは、例えば、効果的なICテストにとって必須であるリフト高さのような適度に一様かつ制御された特性を有するばねアレイを生じない。
【０００８】
本発明は、本明細書に、上述の2つの方法と関連している問題を回避し、かつウェハレベルICテストの厳しい要求条件を満たすことに適しているばねアレイの製造を可能にする解決法を提供するいくつか手段を有する。とりわけ、本発明は、適度に一様なリフト高さおよび特性、並びに耐久性を有するばねアレイの製造を可能にする。例えば、それは、ばねのコア全体、支えなしで立っている部分とアンカ部分の両方を、電着された膜で、電着の後で適切な一様性でばね高さの維持を可能にする均衡のとれた応力を伴って被う実行法を教示する。別の教示の場合、それは、いかなるフォトレジストマスクも使用せずに、選択的にばねをめっきする方法を示す。
【０００９】
小型化されたコンタクトスプリングは、繰返応力を含むさまざまなレベルの応力にばねをさらすテストの間、多数のコンタクト操作を受ける。また、2つの部品、例えばチップとチップキャリアを結合するためにコンタクトスプリングを使用するパッケージにおいて、ばねは、テストおよび操作の間、応力を受ける。ばねは、破損せずにこのような応力に耐えることが要求される。しかしながら、我々は、小型化されたばね、例えば、約400 μm×60μm×20μmのサイズのばねが、典型的には、コンタクトの力が約1gfを超える10,000の接触(touchdown)の後、折れ始める、すなわち、可塑的に変形されるおよび／または破損されることを観察した。破損の主な理由は、結果として生じる交互の応力が、ばね材料の疲労強度を上回るということである。疲労強度は、材料が、特定された繰返し数に耐えることができる交互の応力レベルを示す。それは、典型的には、塑性変形すなわち瞬間的な永久変形の発生に対応する材料の降伏強度の一部分である。我々の実験で観察されるように、約1gfを上回る力が、低コンタクト抵抗のアルミニウム上で良好な再現可能なコンタクトを形成するために、通常要求されるので、破損に対するばねの耐久性は、それゆえに、ばねの性能および質を改善するために著しく増強されなければならない。より大きな横断面を有するばねは、結果として生じる応力がより小さいので、破損せずに同様のまたはより大きな力に耐えることができるが、それらは、はねが構築されるピッチを制限する。
【００１０】
一部の操作、例えばデバイスのバーンインの場合、コンタクトスプリングは、昇温状態、例えば約100℃で、デバイス端子とコンタクトすることが要求される。このようなコンタクトは、また、操作の間、例えば250〜500 mAの相対的に大きな通電を可能とすることを要求される場合もある。この条件の下で、コンタクト抵抗は、ばねのコンタクトチップ領域が過熱によって損なわれることがないように、非常に小さく（例えば0.1 mΩ）なければならない。小さいコンタクト抵抗を達成する1つの方法は、ばねの厚さを増加することによって、コンタクトの力を増加することである。しかしながら、より大きなコンタクトの力は、ばねの本体で、特にベース領域の近くで生じた応力を増大し、したがって、繰り返される接触中の、早期のばね破損の確率を増加する。
【００１１】
さらに、繰り返されるコンタクトの間に、電気的コンタクトパッドまたは端子からの材料は、ばね先端部に付着する傾向にある。ばね先端部に対するパッド材料の付着が、コンタクト抵抗を増加する、または、パッド材料が、周囲の条件に露出されて、容易に強固な化合物を形成する場合、電気的コンタクトは、繰り返される接触の後で劣化する。これは、また、ばねの寿命を短くする。したがって、コンタクトチップ構造は、好ましくは、コンタクトパッドまたは端子に強く付着しない材料から成るべきである。
【００１２】
それゆえに、要求されるものは、小型化の要求条件の範囲内で小型化されたばねの降伏強度および疲労強度を最大にするためのメカニズムである。
【００１３】
更に要求されるものは、ばねの信頼性および導電率に実質的に影響を及ぼさずに、繰り返されるコンタクトに対して、ばね先端部にコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑えるメカニズムである。
【００１４】
一様なばね高さに結果としてなりかつ耐久力のある先端部構造を提供する、コンプライアント応力(compliant stress)に対して大きな耐久性を有するばねを製作する方法は、要求される。
【００１５】
【特許文献１】米国特許第5,613,861号明細書
【特許文献２】国際出願番号PCT /US00/21012
【特許文献３】国際公開第01/48818号パンフレット
【特許文献４】国際公開第97/44676号パンフレット
【特許文献５】米国特許第 6,184,053号明細書
【特許文献６】国際公開第01/09952号パンフレット
【特許文献７】国際公開第01/48870号パンフレット
【特許文献８】米国特許第 6,528,350号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、極めて小さいピッチを有するアレイに製作可能な小型化されたコンタクトスプリングの降伏強度および疲労強度を増大するための解決法を提供する。それは、また、繰り返されるコンタクトに対して、小型化されたばねの信頼性に影響を及ぼさずに、ばね先端部にコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑えるための解決法を開示する。さらに、本発明は、また、それらの寿命を著しく低下させることがなく相対的により大きな通電を可能にするばねを製作するための解決法を示す。また、本発明は、信頼できるパッケージ製造のための無機または有機材料を有する、基板の対応している入出力パッドにダイボンディング端子を結合するために強いばねを製作する解決法を提供する。結合は、例えば、はんだまたは異方性導電接着膜含む導電接着材の使用で、容易にされることが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の応力金属ばねは、多層膜構造を有する。薄膜は、対応するバルク材より実質的に大きな降伏強度および疲労強度を有し、したがって、これらのばねは、テストまたはバーンインの間の繰り返される接触を、たとえあるとしても、いかなる重要な塑性変形もなく可能にする。
【００１８】
コア膜の上の圧縮応力を加えられた膜の堆積は、ばね寿命を増加するために有効であるとが見い出される。これは、また、電気的コンタクトパッドまたは端子で大きな力を加えることができる応力金属ばねの製造を可能にする。
【００１９】
弾性係数が、一般に、ばね表面からばねのコアへの深さと共に単調に増加するように、薄膜は、2つの異なる材料間の界面を横切って、連続的に、または不連続の細かいステップで、組成の段階的な移行を伴って堆積される。結果として生じるばねは、繰り返される接触の間の寿命の重要な増加を示す。
【００２０】
適切な材料および／またはプロセスは、多層構造の界面の強さを増すために有効であることが見い出される。ほぼ同じ格子定数の材料は、隣接した膜において好ましく使用され、および、アモルファスまたはナノ結晶の膜は、界面として使用される。界面は、2つの隣接層の材料を「フェージングインする(phasing-in)」ことによって、または2つの隣接層の材料の合金を使用することによっての何れかで、製造可能である。
【００２１】
薄膜の自由部分の厚さは、4〜35 μmの範囲内であることが好ましく、このことは、ばね先端部および異なる材料を有するコンタクトパッドまたは電気ターミナルとの間の信頼できかつ低い電気的コンタクト抵抗を可能にする。
【００２２】
多層膜構造の少なくとも1つの高熱伝導率の膜は、相対的に大きな電流でのテストまたはバーンインの間、熱を放散させるために好ましく使用される。
【００２３】
ばね構造を構成する膜の堆積の間のプロセスパラメータの修正は、ばねの質および信頼性を高めるために有効であることが見い出される。例えば、ばねのコアのコーティングを構成する薄膜は、ばねの降伏および破壊靭性を増加するために、例えば極めて小さい結晶粒度（例えば200 nm未満）のような適切なミクロ構造的な特徴を伴って、堆積される。
【００２４】
ばねおよびコンタクトパッド間で良好な電気的コンタクトを形成するために使用される力は、実質的に減ぜられる。アルミニウム(Al)上のコンタクトのための力の適切な範囲は、0.8〜10.0 gfである。金、銅またははんだで作られたコンタクトパッドの場合、良好な電気的コンタクトを形成するための力は、非常に小さい。小さい力のフォトリソグラフィでパターニングされた小型化されたコンタクトスプリングは、プローブ・チップを含んでいるプローブ・カード・アセンブリ、すなわちテストおよびバーンイン用のIC端子、インターポーザおよびアセンブリ固定治具とコンタクトを形成するための取り付けられたプローブばねを有する基板、並びにパッケージングの構築を非常に容易にする。アセンブリは、曲げ、反りおよびアライメント問題が、最小限に抑えられるので、これらの小さい力のばねの使用によって非常に単純化される。
【００２５】
ばねの寿命を改善する方法は、表面粗さを最小限に抑えるための解決法を含む。
【００２６】
幅および厚さのようなばね寸法の変化は、寿命を改善するために有効であることもまた見い出される。
【００２７】
一実施例の場合、ばねの自由部分は、テーパ形状である。本発明は、また、いかなるマスクも使用することのなく、応力金属ばねへのオーバーレイする膜、回路配線および電気的コンタクトパッドを電着させるためのより安価かつ効果的な解決法を提供する。
【００２８】
一実施例の場合、ボタン付きばね先端部とも呼ばれている、ばね先端領域は、繰り返される接触の間のコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑える材料で、リソグラフィ・プロセスを使用して、選択的にコーティングされる。ばね先端領域の厚さは、基板からのばねリリースの前に構築される。
【００２９】
別の一実施例の場合、ばねが持ち上げられ、および必要に応じて、繰り返される接触の間のコンタクトパッド材料の付着を最小限に抑える材料で電気めっきされた後、先端領域の選択的コーティングを可能にするために、フォトレジストは、塗布されかつパターニングされる。
【００３０】
応力金属ばねのための解決法は、他のタイプのカンチレバーばねに適用可能である。一実施例は、ばねコンタクトチップ領域でのボタン付きコンタクト構造の有無にかかわらず、他のカンチレバーばねに適用可能である。多層膜は、高耐久性および増加した寿命を備える強い高性能ばねの製造に結果としてなる特定の原則に従って、選択されかつシーケンシャルに堆積される。原則は、ばねの外側の層の弾性係数が、内側の層のそれより小さく、かつ弾性係数が、ばねの表面層から一番内側の層へ漸進的に増加するように、膜が選択されかつシーケンシャルに堆積されることになっていることを要求する。
【００３１】
別の一実施例の場合、無応力金属カンチレバーばねを構成する薄膜は、ばねの降伏および破壊靭性を増加するために、例えば極めて小さい結晶粒度（例えば200 nm未満）のような適切なミクロ構造的な特徴を伴って、堆積される。
【００３２】
さらに別の実施例の場合、無応力金属カンチレバーばね層は、組み込まれた圧縮応力を有する少なくとも1つの堆積された膜層から成る。
【００３３】
同じ原則に従って、増した強さ、およびより高い強度を有するより短いばねは、製作可能である。
【００３４】
本発明は、例えばシリコンおよびIII-Vデバイス、ディスプレイデバイス、弾性表面波素子、MEMS(micro-electromechanical)デバイスのような様々なタイプの固体デバイスのテストおよびバーンインに適用可能である。
【００３５】
さらに、本発明は、また、電子部品の電気端子が、隣接した基板の対応するコンタクトパッドに結合されるパッケージに適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
小型化されたばねは、薄膜またはディスクリートの部品製造技術、例えばワイヤーボンディングを使用して製作可能である。一般に、広範囲の応用において、ばねが充分に機能するために、材料の降伏強度は、テストまたはバーンインの間、または組み立てられたパッケージ内で、ばねに加えられる応力より大きいことが要求される。我々は、ばね材料の降伏強度が加えられた応力より小さいので、多く薄膜応力金属ばねが、テストの間に可塑的に変形することを観察した。応力金属膜は、一般的に、ニッケルまたはニッケル-コバルト(Ni-Co)合金の膜のような追加されたオーバーレイする膜のコーティングが施された、モリブデン(Mo)またはその合金、タングステン(W)またはその合金のような材料から成る強いコア膜を有する。これらの膜の一部は、相対的に厚く、一般的に、厚さが、4×103〜104 nmであり、このことは、良好な電気的コンタクトを確立するために、ばねによってコンタクト面に加えられる必要がある力を増やすために要求される。このような膜の大きな降伏強度は、ばねの充分な性能を確実にするために要求される。
【００３７】
本発明によって製作される応力金属ばねは、基板または電気的部品上に、薄膜/ICまたはMEMS技術を使用して、一括製造されるので、本願明細書において記載されているばねは、特に、プローブ・カード、インターポーザ(interposer)、スペース・トランスフォーマ(space transformer)、PCB、ウェハ、電子部品および3〜100 μmの範囲のピッチの極めて小型化されたコンタクトパッドまたは入出力端子を備えるマイクロチップを含む、テスト、バーンインおよび（3次元パッケージングおよびチップ・チップキャリア・ボンディングを含んでいる）パッケージング応用に適している。既存の技術は、大部分はこのような応用に適していない。対応するばねまたはばね端子の寸法も、また、極めて小さく、一般的に、長さが10〜1,000 μm、幅が3〜500 μm、厚さが0.1〜40 μmである。持ち上げられたコアのカール(curl)半径は、一般的に、20〜2,000 μｍである。本発明の教示は、示された寸法およびピッチの範囲外のばねまたはばね端子を製作するためにもまた、使用することができることに留意されたい。本発明の教示は、応力金属ばねと薄膜を有する任意の他の小型化されたばねの両方に適用することができることにも、また留意されたい。
【００３８】
本発明の好適な一実施例の場合、各厚さが約1.5〜2 μm未満の極めて薄い膜の複数層が、薄膜ばね材料の降伏強度を増加するようにばねを製造するために使用される。これは、特に、薄膜ばねのコアのコーティング層を構築するために有効である。線図的に図2に示す薄膜の応力−ひずみ曲線は、対応するバルク材のそれと極めて異なる。薄膜での材料は、バルク形状での同じ材料と比較すると、ずっと大きい降伏強度を呈する、すなわち、膜は、それらの弾性をより大きい応力で維持する、および破損前の相対的により小さい塑性変形を呈する。一般に、薄膜の降伏強度は、対応しているバルク材の降伏強度より理論強度にずっと近い。膜厚が増加するに従い、例えば、約2 μmを超える場合、膜は、次第に、バルクの応力ひずみ特性を呈する。この結果、より厚い膜の弾性限界は、より薄い膜のそれより小さい。さらに、極めて薄い膜の結晶粒度は、一般に、相対的に厚い膜よりずっと小さく、このことは、また、降伏および破壊強度の両方の増加になる。したがって、より薄い膜を備えるばねは、より強い。
【００３９】
本好適な実施例場合、2つの膜がそれらの個々の機械特性を保持し、かつ界面が一方の膜から他方の膜への欠陥伝搬を妨げるために、原子配列での不連続性が、2つの隣接した膜の間の界面において故意に導入される。膜が要求された厚さまで堆積した後で、堆積パラメータを変えることは、このことを達成する1つの方法である。この界面を設計する別の方法は、互いの隣の2つの異なる材料をシーケンシャルに堆積させることである。これは、界面で結合を高めるために、2つの隣接層で、2つの異なる材料、例えば、近い格子定数を有するCuおよびNiを使用することを含む。2つの隣接層の格子定数が互いに極めて近くない場合も、この方式は機能することに留意されたい。このような方式を使用すると、複数層の薄膜は、所望のばね膜厚を構築するために堆積させることが可能である。ばねの表層は、保存または動作の間の環境的劣化およびコンタクト材料のばね表面への接着を妨げる薄膜構造であることが好ましい。実施例は、図 3aおよび3bに線図的に示され、ここで、A、B、Cなどは、異なる材料を示す。同じ材料の堆積を示すが、次の隣接層を形成するために異なるプロセスパラメータを使用する場合、アスタリスクが、隣接層、例えばAおよびA*を示すために使用される。
【００４０】
このように形成された多層ばねは、ばねの追加された強さを伝えるように隣接層の間の結合および膜の内部応力の緩和を容易にするために、必要に応じて、相対的に低い温度、短い時間、例えば150℃で10分間、アンニールすることができる。
【００４１】
この実施例のバリエーションの場合、堆積条件を、変更し、隣接層の間で結合を容易にするために、非結晶または結晶性の薄膜（約200 nm未満）を、2つの相対的により厚い膜層（約≦2000 nm）の間に製作することが出来る。このような中間的な材料膜の具体例は、Au、Ag、Ni、Cu等である。
【００４２】
さまざまな堆積技術、例えば、物理的気相成長法（例えば、スパッタリングまたはCVD）、電着および化学気相反応法が、多層膜を堆積させるために使用することが可能である。さまざまな材料のコンタクトパッドまたは端子と良好な電気的コンタクトを形成することに適しているばねの具体例の場合、ばねは、厚さにわたって（圧縮力のある底面から引っ張り力のある上面に）応力勾配を有する、約1〜4μm厚さのMo-Cr膜のスパッタ堆積されたコアから構成される。多層薄膜、例えばコアオーバーレイするNiまたはその合金は、ばねの自由な部分がリリースされた後で、膜堆積技術、例えば電気めっき技法（dcおよび／またはパルス堆積）を使用して、約18〜35μmの全体のばね厚さに、コアの全ての側に堆積される。電着法（電気めっきと無電解めっきの両方）は、コア膜をコーティングするために、好ましい技法である。電着の方法、パルスめっきは、それがより密度の高い膜を製作する傾向があるので、特に、コーティングに有効である。組成調整された電着法も、また、多層膜を堆積させるために使用することができる。
【００４３】
我々は、極めて薄い（厚さ約2μm未満）膜の多層または相対的により厚い、例えば約2μmより厚い膜の何れから構成されようと、自由部分に対して1〜45μmの厚さを有する応力金属ばねは、異なる基板または電気的部品上の電気的コンタクトパッドまたは電気端子を有するさまざまな材料と良好な電気的コンタクトを形成するのに非常に適していることを発見した。ばねの自由部分を製作するための好ましい厚さ範囲は、4〜35μmである。優れた電気的コンタクト（極めて低いコンタクト抵抗）は、この好ましい範囲で適切な厚さを備える、これらのばねの自由部分の端の先端部と主に金(Au)、銅(Cu)または共通して使用される鉛のないまたは鉛を含んだはんだ、またはアルミニウム(Al)を含む、電気的コンタクトパッドまたは端子との間で得られた。
【００４４】
別の等しく好適な実施例の場合、相対的に薄い膜、例えば0.2μm、または厚い膜、例えば10〜15μmの異なる膜から成るばねの破壊耐性は、電着することによって、例えば、全部または少なくとも相対的に厚いオーバーレイする膜、特に、ばね表面に近い膜は、圧縮応力の下にあるように、コア膜上へ膜を電気メッキすることによって、実質的に増加する。これは、完成されたばねが、予め応力が加えられるように設計されていることを意味する。予め応力が加えられた条件を維持するために、オーバーレイする材料とコア材料の両方とも、塑性変形を妨げる高い弾性限界を有するべきである。さらに、異なる膜層の間の界面も、また、強くなければならない。典型的な実施例の場合、圧縮応力を有するオーバーレイする膜は、Mo-Crコア膜の各側面上に約10μmの厚さを有するニッケルから成る。適切な堆積条件（例えば、電着槽の添加剤濃度）の使用は、このような膜を製作する。結果として生じるばねは、いかなる破損もなく多数回の接触に耐えた。ばね破損に対する理由の1つは、電気的コンタクトパッドまたは端子とコンタクトを形成するように押される時、ばね表面に高い引張応力が発生することである。材料の疲労強度は、一般に、圧縮平均応力の下より、引張り平均応力の下で、小さい。記載されている解決法は、コンタクトパッドまたは端子と押圧されてコンタクトする時、ばね表面の引張応力の発生を最小限に抑え、したがって、ばねの破損に対する抵抗を増加させる。この方式および次のパラグラフに記載されている方式は、また、一部の応用に対して電気的コンタクトパッドまたは端子で必要とされる大きなコンタクトの力を生成するために有効な、相対的に大きな全体的な厚さを有する薄い応力金属膜ばねの製造および使用を可能にする。
【００４５】
完成されたばねは、予め応力を加えられるように設計されていることに留意されたい。先行する応力の印加は、圧縮応力によって達成されることが好ましい。しかしながら、この範囲は、圧縮応力に対して小さい引張応力となる可能性があり、例えば、70 MPaの圧縮応力に対して30 MPaの引張り応力となる。応力は、同じ添加剤濃度に対するNiメッキの異なる厚さに対して異なる。より薄い膜に対して、応力は、より高い。例えば、厚さ1.5 μmの膜に対して、応力は、約70 MPaの圧縮力である。同じ添加剤濃度でめっきされたNiばねにおいて生じさせることができる圧縮応力の範囲は、25〜1.5 μmの範囲の厚さに対して約6〜70 MPa（圧縮力）である。したがって、さまざまなNi膜厚に対する応力は、添加剤濃度を変化させることで調整することができる。
【００４６】
めっき液の添加剤濃度の変更の別の効果は、めっきされた膜の結晶粒度に反映される。増加した添加剤濃度で現在めっきされたばねの場合、結晶粒度は、より少ない添加剤濃度で以前にめっきされたサンプルの5分の1（20%）であることが見い出された。より小さい結晶粒度は、薄膜の降伏応力を増加させる（d-1/2依存関係）。これは、繰り返される接触中の我々のばねの寿命を増加させる際の重要な寄与因子である。膜の粒径の好適な範囲、例えば、ばねのコアのオーバーレイするNiの場合は、3〜500 nm、および典型的な好適な値は、50 nmである。めっきされたオーバーレイする膜は、結晶粒がより等軸になるに従って、より強くなることが分かった。例えば、結晶粒のより小さい寸法に対するより大きい寸法の比率が、2未満である。
【００４７】
別の等しく好適な実施例の場合、膜の多層スタックの堆積に関する膜材料は、相対的に厚い、例えば、約1.5〜2 μmより厚い膜、または、極めて薄い（約1.5〜2 μm未満の）膜の何れから構成されようとも、より小さい弾性係数を有する膜が、ばね表面の近くに堆積し、かつ、コアの方へ向かって次第に大きくなる係数を有する膜が、堆積するように、選択される。この実施例のバリエーションの場合、ばね表面からばねのコアまで、弾性係数が適度に連続的に増加する、すなわち、組成における段階的な堆積になるように、膜は、選択されかつコアにわたって堆積される。2つの異なる材料間の界面を横切って、連続的、または微細な不連続のステップでの、ばね表面からのコアまで組成および弾性係数における段階的な移行は、クリティカルな位置で前記応力を分布するために使用することができ、この結果、恒久的な損傷の発生を抑制する。これらの構成の場合、ばねがコンタクトパッドまたは端子と電気的コンタクトを形成するように圧力をかけられると、表面で損傷の核形成をもたらすクリティカルな引張応力は、表面の下でより大きい係数が、ばねの表面から内部まで応力を広げるので、表面で小さくされる。これは、繰り返される接触の間、ばね表面でクラック開始の確率を減らし、この結果、ばね寿命は、増加する。この実施例の具体例として、ばね表面層（すなわち上に重ねられたスタックの外側の表面）は、パラジウム合金（例えば、Ni、CoまたはPtを有する合金）、金合金（例えばNiまたはCoを有する合金）、Pt合金等から成る；一方、ばねのコア、例えばMo-Crにより近い膜層は、ニッケルまたはNi合金、例えばNi-Coから成る。ニッケル中のPdまたはAuの濃度が高ほど、弾性係数は、より小さい。したがって、別の説明では、コア膜、例えばMo-Cr上へより高い弾性定数を有するニッケルまたはその合金を堆積させ、続けて、Pdの量の増加を伴いながらNiを含むオーバーレイする膜の逐次的層を堆積させることによって、ばね寿命は、増加する。この場合の外側の膜は、Pdの相対的に高い濃度、例えば10〜50 w% のNiおよび90〜50%のPdを含む。上記したような段階的な膜に対して、Ni中のPd濃度は、コアから表面に連続的に変えられる。後者は、堆積過程の間、従来の堆積技術（例えば電着）の堆積パラメータを変化させることで達成することができる。コア材料は、他の膜のそれより高い弾性係数を有する材料であるはずである。
【００４８】
さまざまな材料の組合せを、応力金属ばねのコアにわたって多層膜スタックを製作するために使用することができる。これらは、極めて薄い（2 μm未満）および相対的に厚い、例えば2〜20 μmの両方の個々の組成の膜に適用可能である。このような組合せは、Ni、Au、Ag、Cu、Co、Rh、Ru、Pt、Os、Pd、TiN、W、またはそれらの合金、例えばNi-Co、Pd-Ni、Pd-Co、Co-Pt、Au-Pt、Pd-Rh、Ni-P、Ni-Mo、Ni-Co-Pd、Ni-Mo-W、Ni-P-W等を含む材料のグループから選択される。約12%未満のWを有するNi、または2%のMoを有するNi、またはCu-Rh-PdもしくはPd-NiまたはPd-Co、Ni-CoもしくはCo-Pt等のような材料の少なくとも2つを有する固溶体は、それらが膜の機械的性質を高めるので、多層薄膜スタックを製作するための、特に優れた候補である。
【００４９】
多層膜は、相対的に大きな通電を要求するテストおよびバーンインのプロセスの間、端子／コンタクトパッドと電気的コンタクトを形成するのに、特に適している。産業界における一般的な実施は、250〜500 mAの電流レベルで端子パッドへプローブ・コンタクトを時々形成することである。このことは、コンタクト領域で発生される過剰な熱を原因として、しばしばコンタクト破損に至らせる。熱流のモデル化は、最高温度がばねの先端領域付近で達せられることを示した。いくつかのケースで、ばね先端領域の溶融も、また、観察された。ばねが構成される膜の多層スタック内での、良好な熱伝導性膜、例えば典型的厚さ約0.75〜2 μmのCuの追加は、問題を解決することができることが、本発明において示される。Cuの存在は、熱が先端領域から急速に放散されることを可能にし、このことにより、テストまたはバーンインの間、損傷を最小限に抑える。もちろん、異なる厚さ、例えば2 μmより厚い良好な熱伝導膜も、また、この目的のために機能するであろう。
【００５０】
図4は、改善された熱伝導率のためのCu膜を含むこのようなばね付きフィンガーを示している概略線図である。ばね先端部からの熱放散を改善するために、他の高熱伝導率の材料も、また、代わりに、またはCuに加えて使用することができる。具体例は、Au、Ag、Al等である。この解決法において、高い熱伝導率を有する膜は、ばねが持ち上げられる前に、またはその後に、堆積することができる。膜が、持ち上げられた後で電着される場合、高導電膜は、コア膜のまわり全てに堆積させることが可能である。膜が、ばねの一方の側に、または先端領域で、およびその付近で、堆積される場合、ばねが持ち上げられかつパターン化される前に、堆積を行うことができる。
【００５１】
コンタクトパッドに対するプローブ先端部の電気的コンタクト抵抗が最小限に抑えられる場合、ばね先端領域の付近の高温の増大は、最小限に抑えられる。コンタクト抵抗の低減は、プローブ-先端部によってコンタクトパッド上へ印加される力を増大することによって、また、達成されることができる。我々は、コンタクトが信頼性が高く、安定であるきに、ばね先端部とコンタクトパッドまたは端子間の電気的コンタクト抵抗は、1π未満であることを見い出した。良好な電気的コンタクトおよび良好な熱放散のための好ましい値域は、約≦0.1〜0.2 Ohmである。
【００５２】
本発明の別の実施例の場合、薄膜ばねは、欠陥伝搬に対して異なるフイルム層間の界面を強化することによって、および2つの隣接した膜層間の良好な結合を高めることによって、破損に対して強化されることができる。例えば、Mo-Cr堆積の終わりにNiをフェージングインする(phasing-in)ことによって、コアばね材料Mo-CrとNi膜の隣接層間の界面を、著しく強化することができる、および、界面での2つの層間の結合を、実質的により強くすることができる。フェージングインは、以下のように、達成させることが出来る。Mo-Cr堆積の終わりのすぐ前に、Ni堆積を、開始する。次に、Mo-Cr堆積速度を、段階的にゼロに持っていき、それと同時に適切に堆積パラメータを調整しNi堆積速度を増加させる。他の方法、例えば電着によるコア上の次のNiまたはその合金の堆積のために、Niまたはその合金は、コアのNi表面に堆積される。この結果、強い結合形成が生じ、および界面強度が高められる。このような界面工学は、また、2つの隣接した電着された膜層間の界面の質を高めるために適用することも可能である。その場合、電着される別の膜Bの堆積が続くべく、電着された膜Aの堆積の終了の近くで、Ax B1-xの合金は、適切なプロセスパラメータを使用して堆積させることができる。
【００５３】
ばねのコア上の層をコーティングする薄膜を堆積させるために電着を含んでいる本発明の別の実施例の場合、堆積パラメータは、コーティング膜の質を改善するために堆積の間、断続的に変えられる。材料の相対的に厚い膜の電着が、一般的に約1.5〜2μmを超える厚さで、膜の上面の近くの膜層において有孔率の増加をしばしば示すことは、公知である。従って、膜パラメータ、例えばdcめっきからパルスめっきへ変更すること、または堆積中に電流密度を変更することは、著しく膜の質を改善する。この結果、前記膜は、より強くなっておよびテストまたは動作の間、早期の故障を妨げる。電着中に堆積パラメータを変化させると、微細構造、例えば結晶粒度および堆積物の結晶学的構造、並びに膜応力を変えることができる。
【００５４】
図5は、本発明の別の観点に従う、応力金属ばねの設計および製造のための解決法を示している概略線図である。ここで、501は、電気的パッドを指し、502は、金属を充填したビアを指し、503は、ポリマー膜のような絶縁膜を指し、504は、電気トレースを指し、505は、リリース層を指し、506は、めっきされた膜を指し、507は、ばねのコアを指し、508は、表面のめっきされた膜を指し、および509は、基板を指す。この設計は、より小さい力での良好な電気的コンタクトの確立を可能にし、したがって、繰り返される接触中の破損に対する耐久性の実質的な増加をもたらす。構造体の疲労寿命は、負荷応力の強い関数である。したがって、より小さいサイズ構造体においてより小さい応力を可能にする、小さいコンタクトの力での小さい安定したコンタクト抵抗を達成することは、ばね寿命および性能を増加させるために極めて望ましい。電子部品のテストまたはバーンインのためにもまた使用される、本発明に従う異なる手段で製作される小型化されたばねの一部は、報告によると、2〜150 gfのコンタクトの力を要求する。いくつか実験において、我々は、図5で示される本発明の基本的な構造を有する応力金属ばねは、はるかに小さい力で極めて良好なコンタクトを形成することが出来ることを実証した。これらの実験において、コア膜を全ての側面で覆っている、例えばNiまたはNi合金の膜の一部は、極めて薄くはなく、例えば2 μmより厚く、および、ばねの外側表面は、相対的に固い、環境的に安定な材料、例えばPd-CoまたはRhによってコーティングされる。しかしながら、これらのばねと電気的コンタクトを形成するのに最もむずかしい材料の1つであるAlとの間のコンタクトで、わずか1.4 gfの力は、良好で、低いかつ安定したコンタクト抵抗をもたらした。実際、我々は、力が、これらのばねおよびAl間の効果的な電気的コンタクトのために、約0.8〜10.0 gfまでの範囲内で好ましく維持されるべきであることを見い出した。より大きな力は、コンタクトパッド501に損害を与える傾向があり、および、より小さい力は、再現性をもって表面酸化物を突破することに失敗する。Al上のような強固な酸化物を形成しない他の材料、例えばAu、Cuおよびはんだをコンタクトさせる場合、良好な電気的コンタクトを形成するために要求される力は、著しく小さくなり、例えば0.2 gfである。我々は、0.01gfの小さい力で、我々のプローブばねおよび金のコンタクトパッド間で良好な電気的コンタクトを得た。上記したように、低いコンタクト抵抗での良好な電気的コンタクトの確立は、また、高熱問題に起因するばねの質の重要な劣化を生ぜずに、回路または装置のより大きな電流でのテストも可能にする。従って、図5に示される構成を有するプローブばねは、より大きな電流の通過を要求するテストまたはバーンインにとって望ましい。極めて薄い、例えば約2 μm未満の膜から成る多層構造を有する同様のばねも、また、より大きな電流の通電を要求するこのようなテストまたはバーンインに適している。
【００５５】
上記のように、極めて小さい力でばねおよびコンタクトパッドまたは端子間の良好な電気的コンタクトを形成する能力は、多数の利益をもたらす。マイクロエレクトロニクスの産業界による深遠なサブミクロンの集積回路への銅金属被覆法および低誘電率材料の導入は、チップのテストおよびバーンインの間、低い力のプローブ・コンタクトのための実質的な要求を開いた。低いkの誘電体材料は、相対的に壊れやすい。従って、本明細書で記載されているばね構造は、特にCu膜および低誘電率材料を有する回路の応用に適している。これらのばねは、相対的に小さい力、例えば1 gf未満でCu上の良好な電気的コンタクトを形成することができる。それ故、回路素子を損なう可能性は、最小限に抑えられる。
【００５６】
小さい力のコンタクトによる重要な別の利益は、インターポーザの製造に関連している。従来技術では周知のように、プローブ・カード・アセンブリは、テストされるICおよびテスタ間の電気的接続を確立するために、プローブ・チップ(ProbeChip)（またはスペース・トランスフォーマ(space transformer)）およびロードボード(load-board)（テスタと接続されるPCB）の間にしばしばインターポーザを使用する。カンチレバータイプのばねは、電気的接続を容易にするため、これらのインターポーザに付けられる。市場の現在利用可能なプローブ・カード・アセンブリの場合、これらのインターポーザばねの各々によって印加される力は、相対的に大きく、例えば15〜30 gfである。コンタクト端子が、一般に、アルミニウム以外の材料、例えば金から成るので、本発明によって製作される小型化された応力金属ばねを有しているインターポーザは、はるかに小さい力、例えば0.005〜2 gfで、対向するコンタクト端子と電気的コンタクトを形成することができる。このような小さいコンタクトの力は、如何なるめっきも無いコア材料、例えば MoCrのみから成るこれらのばねによって加えられることができる。もちろん、例えば金を用いためっきの相対的に薄い層は、一部の応用において、ばねの電気伝導率または機械的性質、例えばばね先端部の耐摩耗性を増加させるために、好まれる。小さい力のコンタクトスプリングの結果として、何千ものばねを有するインターポーザによって加えられる全体の力は、非常に減らされる。したがって、プローブ・チップ、インターポーザおよびテストおよびバーンイン、並びにパッケージングのためのアセンブリ固定治具含むプローブ・カード・アセンブリの構築のために本発明のフォトリソグラフィでパターン化された小型化された応力金属ばねの使用は、曲げ、反りおよびアライメントの問題が最小限に抑えられるので、これらの小さい力のばねの使用によって非常に単純化される。良好な電気的接続を確立するためにコンタクト上に本発明のばねによって作用される小さい力の由に、アセンブリに、大きな機械的なサポートを、インターポーザ同様、多くの応用に対して省くことが可能である。したがって、本明細書において記載されている小さい力のばねの使用は、降伏および信頼性、並びにコストおよび複雑さの低減において著しい強化をもたらす。
【００５７】
ばねの厚さを増すことにより、コンタクトパッドまたは電気端子上のばねのコンタクトの力を増加させることができることは、公知である。数学的表現は、ばね寸法の関数として、力を計算するために利用できる。応力金属ばねにおいて、コア材料、例えばMo-Cr、の厚さは、基板上のそのパターニングに続くばねの自由部分のリフティングを容易にするために、一般的に、約5〜6 μm未満に保たれる。その後、膜は、増加したコンタクトの力を要求する応用のためその厚さを増すように、例えば電着によって、ばね上へ堆積される。フォトリソグラフィまたは他の方法を使用するばねの上の選択的に追加された膜の堆積は、ばねの平面的でない構造に起因して、非常に複雑かつ高価である。本発明の場合、ばね上に、並びに、必要に応じて、回路トレース上に、電着により異なる膜を堆積するために、はるかに簡単かつ効果的な解決法が、適用された。この解決法は、いかなるマスキングの使用をも要求しない。この場合、ばねアレイに対する電気的コンタクトは、基板509の背面から全体を覆うように導電薄膜を堆積することによって、またはより良好に電流密度を制御するようにその膜を背面パターニングすることによって、なされる。電気的連続性は、ばね、接着層 505、ばね金属 507、トレース、例えば504、またはコンタクトパッド、例えば501と電気的にコンタクトしている、導電材料が充填された502のような基板を貫通したビアを使用して確立される。従って、膜は、基板の裏で電源の適切な端子に電気的に接続される導電性表面上のみに堆積される。この方式は、持ち上げられたばね、したがってばねを包囲する全ての表面で選択的電気めっきを可能にし、かつ更に、トレースおよび絶縁材によって覆われない他の金属構造の電気めっきも可能にする。好適な基板は、無機材料、例えばセラミック、石英、シリコン、ガラスを有する。有機材料、例えばポリマー、エポキシ、FR4およびポリイミドを有する他の基板は、また、本発明の範囲内で使用されることが可能である。基板の後のグループの具体例が、FR4、デュポンのThermountおよびNelcoのN4000を使用しているプリント回路基板である。
【００５８】
先の研究（特許文献7）も、また、持ち上げられた応力金属ばね上へ材料のめっきを報告している。しかしながら、彼らは、平面でない構造に起因して、持ち上げられたばねの1つの表面上に材料の電気メッキを施すために複雑なフォトレジスト・パターニングを使用した。我々の研究において、我々は、コアばね材料の主に1つの表面に電着された膜内の応力の存在がばねのリフト高さに影響を及ぼすので、その方法が、製造工程のために全く上手く機能しないことを見い出した。さらに、適切なリフティングを可能にするために極めて薄いばねのコアが作られるので、明らかに表面張力の効果に起因して、ばねの自由部分およびベースへ堆積されたフォトレジストは、制御できなく、持ち上げられた部分をベースの方へ引っ張る傾向がある。この結果、本方法は、ばねアレイに対して再生可能でかつ制御されたリフト高さを得ることに適していない。本発明において、この問題は、図5に示されたような、いかなるフォトレジストマスクを用いることなく、ばねのコアを覆う材料の被膜(envelope)を電着させることによって除去される。更に、この場合、コアばねの2つの側面の応力は、適度に釣り合い、このことにより、めっきに起因するばねリフトの高さの修正を最小限に抑える。したがって、ばねのコアのマスク無しのめっきは、ばねが位置づけられる表面と反対側の基板-表面から電気的コンタクトを確立するために基板貫通ビアを使用して、全てのコア表面（更に、必要に応じて、ばねのまわりの他の導電性の表面）を覆う電気めっきされた膜の被膜を製作するために極めて望ましい。
【００５９】
図6は、めっきの前の持ち上げられたばねを示し、および図7はめっきの後のばねを示す。めっきされた膜の適切な応力を維持するために、持ち上げられたばねの領域が変化するにつれて、電流密度に生じる変化を、補償することは重要である。電流供給は、電流密度を減らすばね厚さの変化を補償するように膜内の応力を管理するよう、プログラムされなければならない。
【００６０】
多数回の接触、例えば100,000回に関してしばしば経験する問題は、応力金属ばね先端領域上のコンタクトパッド材料の強化である。これは、特に、コンタクトパッドがアルミニウムから構成される場合、ばねのコンタクト抵抗および寿命に影響を及ぼす。コンタクトする金属、例えばAlと、充分にまたは全く付着しない、金属または導電材料でプローブ先端部領域をコーティングすることは、この問題を最小限に抑える。このようなコーティング材料の具体例は、ロジウム(Rh)、パラジウムおよびルテニウム、および2つ以上の付加物、例えばパラジウム-ニッケル、パラジウム-ロジウム、パラジウム-コバルト、パラジウム-金-ロジウム、並びに、窒化チタン、Ir-Au、Ir-Pt、金-コバルト、窒化ジルコニウム等を有するそれらの合金を含むプラチナ族材料である。このようなコーティング材料の薄膜が、低い力およびより少ない電流の用途に関し、プローブばねの本体へ堆積されるとはいえ、応力金属ばねが基板からリリースされた後で、ばね先端領域の付近にのみコーティング材料を堆積させることは、一部の用途に関して望ましい。ばねの本体の全部にコーティング材料を堆積させない1つの理由は、例えば、ばね先端領域の選択的なコーティングに関して、所望の弾性係数および膜厚に対して、コーティング材料を選択する際の融通性を有することである。ばねの本体上の相対的に大きな厚さを有する一部のコーティング材料の存在は、ばねの信頼性に影響を及ぼす可能性がある。本発明は、集積回路技術と互換性がある技法を使用して応力金属ばねの先端領域にのみこのようなコーティングを極めて制御可能に堆積させるための新しい解決法を提供する。この解決法において、好ましくは複数の導電膜を有する「ボタン」は、電気的コンタクトパッドまたは端子とコンタクトを形成するためのばねの先端領域に製作される。この解決法の一実施例において、上記したように、コーティング材料は、プローブばねの自由部分が、基板からリリースされる前に、「ボタン」上へ最後に覆う膜として堆積される。この結果、ばねの小さい部分のみが先端部のコーティング材料によって制約され、一方、残り部分は、自由に曲がりかつ持ち上がるので、次のばねの自由部分の適切な高さへの持ち上がりと関連している問題は、最小限に抑えられる。このアプローチは、より大きな力または改善されたばね電気伝導率のための追加された厚さを要求しない、より小さい力のばねのために使用される（MoCrばねは、薄くかつ耐久性がある）。
【００６１】
上記したように、「ボタンをつけられた」先端部を有するばねを製作するためのプロセスステップは、下記のとおりである。応力金属ばねのコア膜、例えばMo-Crの堆積に続き、マスク、例えばフォトレジストは、コア膜上へ堆積され、およびばねの形を定めるために、技術、例えばフォトリソグラフィを使用して、パターニングされる。ばねは、エッチングされ、フォトレジストは、除去され、および、ばね先端領域を除いて、コア膜の全部は、マスクで覆われたままであるように、追加のフォトプロセスが、続く。続いて、ばねのコアにオーバーレイヤとして後で堆積することになっている、例えばRhは、露出するばね先端領域へ所望の厚さに堆積され、前述のコーティング材料、例えばPd-Ni、Pd-Rh、Pd-Co、RhまたはTiNを有する例えば約1〜4 μmの適切な厚さの最後のオーバーレイヤの堆積が続く。また、コーティング層厚の範囲は、本発明が機能するために、当然、より大きく、例えば1〜20 μmになり得るであろう。この実施例の変形例において、ばね先端領域へ堆積される膜は、また、ばねの本体上へ後で堆積される材料以外の材料から成ることも可能であることに留意されたい。マスクが除去されると、エッチングは、ばねをアンダーカットし、および基板からばねの自由部分をリリースするために使用される。これの後に、ばねの本体上へ所望の厚さに膜を上に重ねる堆積が続く、一方、すでに製作されたばね先端領域は、例えば、フォトレジストまたはポリイミドのマスクによって保護されている。
【００６２】
結果として生じる先端領域の厚さは、持ち上げられたばねの残りの部分にほぼ等しくなるように設計され得るであろう。続いて、マスクは除去され、そして、ばね先端領域上のコーティング材料の所望の厚さを有するプローブばねは、得られる。多数の膜堆積技術がオーバーレイヤおよび最後のコーティング層を堆積させるために使用されることが可能であるとはいえ、電着は、このような堆積に好適である。この実施例の別の変形例の場合、ばねリリースの前のばね先端領域上へのオーバーレイする膜の選択的堆積は、コーティング膜をばね先端領域上へ堆積した後でばねフィンガーをパターニングする代わりに、堆積されたコア膜をばねフィンガーにパターニングした後に、行うこともできる。残りのその後のプロセスステップは、両方の実施例に対して同じである。
【００６３】
図7に示されるもののような持ち上げられためっきされたばね上にボタンを製作するための好適な方法は、以下に記載される。ばねが基板から持ち上げられた後で、フォトリソグラフィを使用して、ばね先端領域は、1つ以上の適切な材料で選択的にコーティングされる（ボタン製造）。この方法の場合、フォトレジストは、持ち上げられたばね上へ、スピニングまたはスプレーまたはめっきのような周知の技法を使用して堆積される。好適な方法は、フォトレジストをスピンオンすることである。めっきされていないばねと異なって、コアを覆う材料の相対的に厚い被膜が実質的にそれらを堅くするので、厚いフォトレジストは、ばねに利用されることが可能である。この強化された剛性のため、ばね高さは、フォトレジストを適用することにより、影響を著しくは受けない。フォトレジストにの覆われたばねは、図8に示される。フォトレジストのめっきに関して、上記のように、基板の裏面の電気端子は、電源に接続するために使用される。背面端子は、金属化されたビアによって基板の前面上のばねに接続される。次に、フォトレジストは、図9に示されるように、フォトマスクおよびフォトリソグラフィ技術を使用して、先端領域の頂面および側面部を含む、ばね先端領域から選択的に除去される。続いて、前のパラグラフに記載されているように、先端部へのコーティング材料、例えばPd-Ni、Pd-Coは、従来の技術、好ましくは電気めっきを使用して、ばね先端領域上へ堆積される。スパッタリングまたはCVDも、また、使用することが可能であり、この場合、コーティング材料も、また、フォトレジスト層上へ堆積され、続いて、従来の溶剤を使用して、任意の不必要なオーバーレイするコーティング材料とともに除去され、先端領域のコーティング材料のみを残す。フォトレジストで覆われないばね先端領域の電気めっきは、先端領域の実質的なカバレッジを可能にする。ボタンのための好適な材料は、プラチナ族材料（すなわち、Pd、Pt、Rh、Os、RuおよびIr）、Ni、Co、AuおよびAgから成る。この構造は、図10に示される。
【００６４】
前のパラグラフに記載されているプロセスにおいて、先端部ボタンは、材料、例えばNiの相対的に厚い被膜のコア上への堆積に続いてめっきされ、このことは、実質的にばねを堅くする。ボタンによるばねのこの強化された剛性および相対的に小さいカバー範囲故に、ばねリフトの高さは、ボタンめっきにより、著しい影響を受けない。
【００６５】
ボタン先端部がめっきされた後で、フォトレジストは、図11に示されるように最終的な構造を残し、除去される。アンカ部分516に注目されたい。
【００６６】
背面接続を可能にするための金属化された貫通するビアが基板に存在しない場合、前のパラグラフに記載されている解決法の変形例は、また、ばねのコア膜のリフティングおよびオーバーレイする膜の堆積に続くばね先端領域に選択的にコーティングを適用するために使用されることが可能である。導電材料、例えばAu、AgまたはCuが、最初に全体を覆うように堆積されるこの場合、スパッタリングまたは電着またはCVDのような技術を使用して、ばねを持ち上げた後の応力金属ばね含む基板を覆う全部は、コア膜を覆うオーバーレイする膜を含む所望の厚さに製作される。この導電層は、ばね先端部のボタン電気めっきのための電気的接続を提供するために使用される。次に、フォトレジストは、導電性表面の全てを覆って堆積される。フォトリソグラフィ技術を使用して、前のパラグラフに記載されているように、コーティング材料は、ばね先端領域のみに選択的に堆積される。次に、フォトレジスト堆積の前に堆積された薄い導電材料は、ウェットまたはドライエッチング技術によって除去される。
【００６７】
図12bは、改善されたばね寿命を有する選択的にコーティングされたばね先端領域の、特定の実施例を示し、ここで、1215は、保護コーティング、例えばPd-CoまたはPd-Ni合金等を有する先端部ボタンを指す。ここで、ばねの自由部分1218は、実質的にテーパ状である。後で議論されるように、この実施例の場合、ばね寿命は実質的に強化され、および、繰り返される接触の間、先端領域のコーティング材料は、いかなる顕著な劣化も示さない。
【００６８】
図13は、先端領域を露出させるためのパターニングおよびPd-Co合金の電気めっきによる先端領域の選択的コーティングがあとに続く、フォトレジスト適用を使用する先端部（ボタン）めっきの結果を示している図面である。全ての先端部は、めっきされたボタンで実質的に覆われることが可能である、但し、通常、ばね先端部の相対的に小さい領域のみが、電気的テストまたはバーンイン動作のためのプローブ・カード・テスト・アセンブリの他の部品上のIC端子または電気的コンタクトパッドとコンタクトする。ボタン材料によるばね先端部の大きなカバー範囲は、ばねおよびテストアセンブリを設計する際の柔軟性を提供する。さらに、はんだ付けのような技術を使用するパッケージング応用のためのばねの電気部品のIC端子またはコンタクトパッドへの接合は、実質的にばね先端部を覆うボタンの使用で非常に容易になる。そのような場合、ボタンめっき材料は、はんだで信頼性が高い結合を形成するグループ、例えば、マイクロエレクトロニクスのパッケージング業界で共通して使用されている、Snを含んでいる合金、Pb-SnまたはPbを含まないはんだから選択される。パッケージング応用におけるはんだまたは導電接着剤とコンタクトを形成するためのボタン材料、またはばねコーティング材料の具体例は、プラチナ族材料、例えばパラジウム、白金、ルテニウム等、並びに、コバルト、ニッケル、金、銅、コバルトまたは合金を有する膜の多層スタックである。
【００６９】
破損に対する応力金属ばねの耐久性は、また、フィンガーの先端部領域からベースにかけて増す変化する幅を有するばねを設計することによって増大させることができる。繰り返される接触の間のばね破壊のほとんどは、ばねのベースの近くで生じる。一般に、コンタクトパッドとのコンタクトの間に発生させられる応力は、ばねフィンガーのベースの付近で最大であるので、ベースの付近の応力を、ベース領域の付近で幅を増すことによって実質的に減らすことが可能である。例えば、ばねの自由部分を、実質的に台形の形状を有するようにパターニングすることが可能である。破壊耐性の同様の増加は、また、ばね-ベースにより近い領域をより厚くすることによって達成されることが可能であり、このことは、一定の印加された力に対して、ばね-ベース領域の付近の応力も、また、減らす。
【００７０】
図12aおよび12bは、テーパ状に変化する幅を有するばねの具体例1200を示している概略線図である。ここで、1216は、固定されたばねベースを指し、および、1218は、相対的に一様な応力分布のためにテーパ状になっているばねの、自由部分を指す。テーパ状にされたばねの自由部分1218を有することは、ばねの破壊耐性の重要な増加になる。テーパ状にすることによる本例で、ここのキーポイントは、曲げ応力がばね1200に沿って均一に分布されるように、適切にばねの自由部分1218を成形することである。さらに、ばねコンプライアンスは、テーパ状にすることのために増やされる。したがって、この概念は、所定のコンプライアンス範囲に対して最小応力にて、力を最大にするための設計的解決法を可能にする。ベース領域（すなわちアンカ部分）の平行した側面も、また、テーパ状にする前に、1218aのようにある程度、持ち上げられた領域（すなわち自由部分）に延在することが可能であることに留意されたい。図12bは、線図的に、破壊なしで多数の接触に耐えることが見い出された、ボタンを付けられかつテーパ状にされたばねを示す。
【００７１】
典型的な実施例の場合、自由部分および基板に取り付けられたアンカ部分を有する、応力金属ばねのコア部材は、大きな弾性係数を有する材料、例えばMo、Mo-Cr、W、Ti-Wである。コア部材は、ばねの自由部分が持ち上げられた後で、その露出面を全て覆うように、選択的にコーティングされる。結果は、基板の背面（ばね面の反対側）から電気的コンタクトを確立するために、基板の金属化されたスルーホールのビアを使用する、マスクを伴わない電気めっきによって堆積された少なくとも1つの金属膜を有する被膜である。被膜は、自由部分の応力を釣り合わせ、および、機械的に膜を弱めて早期の破壊を引き起こす、いかなる不連続部もなくアンカ部分まで延在する。一般的に、NiまたはNi合金が、コア部材に堆積される。追加される膜、例えばPd合金膜は、必要に応じて、Ni上へオプションとして電気めっきされる。ばね先端領域上のパラジウム合金膜の追加される層の選択的堆積は、従来のフォトリソグラフィおよび堆積技術、例えば、電着（電気めっきおよび／または無電解めっき）またはスパッタリングまたはCVDを使用して、実行される。Mo-Crの典型的厚さは、4 μmである。Mo-Cr膜の各面上の電気めっきされたニッケルおよびパラジウム合金膜の厚さは、2〜20μmおよび1〜10μm、一般的には、それぞれ、12μmおよび4μmである。この場合、膜の弾性係数は、ばねのコアから両方の表面に向かって減少する。パラジウム合金膜の追加された堆積物を有するボタンの厚さは、、例えば、コンタクトチップ領域で、1〜20μmであり、典型的な値は、12μmである。
【００７２】
本発明の別の観点は、ばね表面の応力集中のポイントを除去することである。我々は、クラックのような、ばね破損は、しばしば、繰り返される接触中に、表面で開始されることを観察した。したがって、表面粗さは最小限に抑えられることを必要とする。図5に示されるように、持ち上げられたばねの側面部の粗さの多くは、例えば、ウェットエッチングによって、Mo-Cr、WまたはZr-Niから成る膜ようなコア膜をパターニングする間に、始まる。続いてコア507に堆積される506のような、オーバーレイする膜は、粗い外形の面に続き、完成されたばね構造側の粗い表面に結果としてなる。本発明によって、イオン化種を含んでいるドライエッチングによってばねのコア・パターンを形成することは、この粗さを最小限に抑える。オーバーレイする膜を構築するために電気めっきを使用する場合、粗さは、また、ばね厚さを増加するためのシーケンシャルなめっきおよび逆めっきプロセス（deplating）を使用して最小限に抑えられる。めっきされた厚さの一部分のみが逆めっきの間に除去されるように、逆めっきパラメータは調整される。電解研摩、化学または電気化学的研摩によって、最初に、ウェットエッチングされたコア507または完全にメッキをされたばねの面を研磨することは、また、粗さを最小限に抑えることを可能にする。
【００７３】
別の実施例の場合、コア膜が、あらゆる所でオーバーレイする膜堆積物で覆われたばねは、スタンドオフの設計された高さおよび位置によって可能とされる電気的コンタクトパッドまたは端子における最大のオーバドライブに限定されるように、スタンドオフは、基板または電気的コンポーネントに提供される。
【００７４】
上記した解決法は、また、膜の固有の応力勾配の存在の結果として、部分的に持ち上げられた応力金属ばねではない、さまざまな他のカンチレバーばねを製造する際に使用されることが可能である。ばね先端部-終端がコンタクトパッド、すなわちウェハまたは他の基板またはテストまたはバーンイン・アセンブリの部品の入出力(I/O)パッドと押圧されてコンタクトするとき、この領域の応力が最大となるので、これらの他のカンチレバーばねの性能に関する主要な関心の1つは、また、破損、例えば、カンチレバーばねのベースまたはアンカされた端の付近での変形またはクラック形成に対する傾向である。数学的表現は、ベース領域の近くで応力に関するばね長さの効果を示すために利用できる。ばねが押圧されコンタクトパッドとコンタクトを形成するとき、ばねが曲がっている間のベース領域での応力を最小限に抑え、したがって、繰り返される接触の間、破損に対するその耐久性を増やすために、ばねの長さは、相対的に大きくなるように、例えば、約700〜2,000 μmに現在設計されている。しかしながら、これは、超小型化された集積回路の現在および将来の一部の世代のテストおよびバーンインに対してカンチレバーばねの適用可能性を制限する。この回路に対して、ばねプローブアレイは、より密なピッチ、例えば約20〜50 μmの、非常に密度の高いアレイの装置入出力パッドに対応しなければならない。従って、破損無しでより大きな応力に耐えるため、特にベース領域の近くで充分に強い、より密なピッチのより短いばねを作成する手段を見つけることは、極めて望ましい。
【００７５】
コンタクトパッドへのばねコンタクトの際に要求される力を印加するために、増加したばね定数の必要性は、カンチレバータイプのばねの自由部分がより厚くされることを要する。一部の実施例の場合、より厚いばねは、1つ以上の金属またはそれらの合金、例えばニッケルまたはニッケル合金またはパラジウム合金を、フォトリソグラフィでパターン化された支えなしで立っているばねのコア、例えばMo-Cr合金上に、電気めっきすることにより、作られる。一部の他の実施例の場合、ばねは、フォトリソグラフィを使用してパターニングされ、および少なくとも1つの金属または金属合金膜、例えばニッケルまたはニッケル合金の相対的に厚い層を、シード層に電気めっきすることにより製作される。これらの実施例の多くの場合、ボタンタイプのコンタクト構造は、ウェハテストおよびバーンイン動作時の繰り返される接触の間、コンタクト特性を改善しかつコンタクトの完全性を維持するため、コンタクトチップ領域でもまた提供される。しかしながら、このような実施例は、コンタクトチップ端で要求されるコンタクトの力を印加するためにばねの本体を構成する相対的に厚い膜を依然として要求する。約100〜700 μmの長さである相対的により短いばねに対して、増加したばね厚さは、ベース端部の近くでのより大きな応力をもたらし、結果として、より短いばね寿命となる。
【００７６】
ばね先端領域でコンタクト構造に似たボタンの有無にかかわらずより短いカンチレバータイプのばねを製造するための解決法は、以下に記載されている。このタイプのばねにおいて、ばねのベースまたは本体領域の強度が機械的な破損に対して強化され、このようなばねの性能、強度、耐性および寿命の重要な増強に結果としてなる。
【００７７】
図14aおよび14bは、本発明の一実施例に従う典型的な支えなしで立っている無応力金属カンチレバーばねの2つの横断面図を示す。支えなしで立っているカンチレバーばねは、基板1403の電気的コンタクトパッド1402に取り付けられている一方の端でベース領域1401、ばねの他方の端でコンタクトチップ領域1404、コンタクトチップ領域1404と共にあるボタン1406、および、Ni膜1408およびPd-合金膜1409で堆積された本体を有する。ばね長さは、それが、取り付けられた基板の表面に実質的に平行となることが可能であり、または、それは、表面に対して斜角を形成して基体表面から離れて延在することが可能である。一般的に、ばねのベース1401、先端部1404および本体は、例えば、電気めっき、スパッタリングまたはCVDのような薄膜堆積技術を使用して、同じ操作で同じ材料によって製作される。
【００７８】
コンタクトチップ領域1404は、信頼性が高くかつ耐久性のあるコンタクトを容易にするボタンタイプのコンタクト構造1406を有する。この構造は、先端領域の不可欠な部分として膜をコンタクトチップ領域1404に選択的に堆積させることによって、または別々に製作され、そして先端領域につけられることによって製作されることができる。同様に、ベース領域1401は、ばねと共に一体的に製作されることができ、または別々に製作され、そしてはんだ付け、鑞付け等のような従来の技術を使用してベースに結合されることができ、ポストに取り付けることが可能である。ポストの一体的な製造の場合、膜は、犠牲基板の範囲内のホールに、研摩が後に続く電気めっきのような技術を使用して、選択的に堆積されることができる。
【００７９】
ばね先端領域1404のボタンタイプのコンタクト構造806の存在は、ウェハテストまたはバーンイン・アセンブリにおいて対向するコンタクトパッドに信頼性が高くかつ耐久性のある電気的コンタクトを達成するために有効である。その場合、望ましいコンタクト特性および厚さを有する適切な材料は、必ずしも必要ではないが、ばねの本体1405またはベース1401を構成する同じ材料を有することも可能であり、このようなボタンを作成するために選択されることができる。しかしながら、3つ部分の各々に対する材料の選択は、ばねの各部に対して強さを与え、それらが、繰り返される接触を含むウェハテストおよびバーンイン・プロセスに、破損のなく耐えることを可能にするよにでなければならない。さまざまな電気めっき応用に適してい材料の多くは、カンチレバータイプのばね作成する際に使用された。例えば、このような材料は、ニッケルおよびその合金、金、ロジウム、Pdおよびその合金、銅、プラチナ族の元素およびそれらの合金、チタン、モリブデンおよびそれらの合金等を含む。しかしながら、要求された強さを有するより短いばねを製造する課題は、残ったままである。今日製造される無応力金属カンチレバーばねは、依然として相対的に長い、例えば1〜2 mmのままである。この分野における主な目的は、より大きな回路密度および入力/出力端子間の付随するより小さいピッを有するディープサブ・ミクロン集積回路を製作するためにマイクロエレクトロニクスの業界の継続的な推進力を支えるために、はるかに短くかつ強いばねアレイを製作する手段を見つけ出すことである。
【００８０】
本発明は、このような強いコンタクトスプリングアレイが、金属膜を有するボタンを付けられたまたはボタンをつけられていないばねの構築のために特別な材料選択の原則を適用することによって製作されることを可能にする。これらの原則を適用することによる適切な材料の選択は、膜堆積の特定の方法を提供し、したがって所望の強さを有するコンタクトスプリングの製造をもたらす。
【００８１】
ばねの性能および信頼性の改善において非常に重要な効果を有することが見い出された特別な材料選択の原則は、以下の通りである。3つの部分、即ちばねのベース、先端領域、および本体とボタンを有する多層膜が、より小さい弾性係数を有する膜は、テストのためのIC端子とコンタクトを形成するばね表面の近くに堆積され、および、次第に大きくなる係数を有する膜が、対向する面の方へ堆積されるように、段階的な材料の組成を有するべきである。ばねの強さを決定するのは、ばねの本体およびベース領域の機械的な強度なので、ボタンの機械的な強度は、クリティカルなファクタでない。しかしながら、本発明の教示に基づいて、ボタン膜は、また、必要に応じて、オプションとして、ボタン面の膜の係数が、アンダーレイする膜層より低い弾性係数を有し、その係数がボタン面から離れて次第に増加するように、選択されかつ堆積されることが可能である。2つの異なる材料間の界面を横切る連続的にまたは不連続ステップでの何れかで、ばねコンタクト面から反対側の面への組成よび弾性係数の段階的なこのような移行は、クリティカルな位置で応力を分布するために使用されることができ、したがって、ばねへの損傷を抑制する。この結果、ばねの寿命は、増加する。この事は、ばね先端部804が、別の基板、例えば半導体のウェハまたはテストまたはバーンイン・アセンブリの他の部品上のコンタクトパッドと押圧されコンタクトするとき、ばねのベース801を含むあらゆる所で、ばねにおける機械的な破損の耐久性を増加する。
【００８２】
上述の原則によれば、無応力金属カンチレバーばねの典型的な一実施例は、ニッケルがそのパラジウム合金の弾性係数より大きな弾性係数を有するので、オーバーレイする層としてパラジウム-約20%のコバルトまたはパラジウム-約20%ニッケル合金膜を伴うベース層としてニッケル膜を有する。他の膜は、また、一般に堆積順序を決定するために、選択の原則は適用されるならば、多層ばねを形成するために堆積させることができる。加えて、極めて薄い膜層は、必要に応じて界面強度または接着を改善するために、2つの主なフイルム層の間に、また堆積させることもできる。例えば、当業者に周知のように、金またはニッケルまたはロジウムのストライク(strike)はこのために使用することが可能である。この場合、先端領域1404上のボタン1406は、当該パラジウム合金の膜の追加された層を有することができる。ボタン1406は、コンタクトチップ領域1404の不可欠な部分として製作でき、または別々に先端部領域1404に取り付けることができる。図14aおよび14bに図示されるようなこのようなばねは、一般的に犠牲層に堆積され、そして、それは支えなしで立っているカンチレバーばねを提供するために続いて除去される。基板1403は、また、図5に示される502として、多層金属被覆および導電ブラインド・ビアまたは、貫通ビアを有することができる。膜1408および1409および他の追加された層は、従来の技術、例えば電気めっきによって堆積される。必要に応じて、材料、例えばチタンを有する適切な薄い接着促進層および／またはシード層は、また、電気めっきされた層の堆積の前に堆積させることができる。それぞれの膜層の厚さは、さまざまな数学的表現から計算されることが可能な所望のコンタクトの力、またはばね定数によって決定される。さまざまなばね寸法は、例えば力およびピッチに関して、設計要件に基づいて、例えば厚さ範囲として1〜50 μmを使用できる。説明として、30 μmの全体のばね厚さを考えると、本実施例のニッケルおよびパラジウム合金厚さは、それぞれ、25μmおよび5μmとすることが出来る。この場合、ボタンにおけるパラジウム合金の追加された層の厚さは、3〜20μmとすることが出来る。上述の数が具体例のみに使用されることは、理解されるべきである。数値における広い変形例は、基本的な原則が満たされる限り、ばねの強さを確実にするために充分に機能する。
【００８３】
典型的な別の実施例の場合、コア膜は、モリブデン-クロム合金またはチタン-タングステンまたはモリブデン-タングステンから成り、ニッケルおよびパラジウム合金膜の逐次的に堆積されたオーバーレイヤを有する。この場合、上記のように、先端領域1404上のボタン1406は、当該パラジウム合金の追加された堆積された厚さを有する。ボタン1406は、フォトリソグラフィを使用して、先端領域1404上へパラジウム合金膜の追加された厚さを選択的に堆積させることによって製作することができる。前のパラグラフにおおける、典型的な厚さ範囲、堆積技術、接着促進層およびシード層等に関する議論は、この場合に、また、適用する。
【００８４】
上記したように、無応力金属カンチレバーばねの上述の実施例の膜は、更に強さを改善するために圧縮応力を伴って優先的に堆積させることができる。強さは、また、膜の結晶粒度が極めて小さい例えば3〜500 nmであるように、適切に膜堆積パラメータを選択することによって更に改善される。例えば、このような堆積パラメータの具体例は、電気めっき槽の添加剤濃度、電流密度および温度を含む。
【００８５】
開示された相互接続装置および関連した製作技術は、電子部品のテスト、ウェハレベル・バーンインおよび電子デバイスのパッケージングを含むがこれに限定されない、さまざまな応用に適している。当該電子部品は、装置、例えば集積回路、液晶ディスプレイ、MEMS、並びにプリント回路基板またはそれらの任意の組合せを有する。パッケージングは、開示されたコンタクトスプリング要素を使用する、2つの部品または基板間の電気接続の結合および確立を含み、ここで、結合は、はんだまたは導電接着剤の使用の有無にかかわらず達成されることができる。
【００８６】
メートル法の用語および化学元素に対する略語：
μm-ミクロン=10-6メートル;
nm-ナノメータまたはミリミクロン= 10-9メートル;
Ag-銀;
Al-アルミニウム;
Au-金;
Co-コバルト;
Cr-クロム;
Cu-銅;
Mo-モリブデン;
Ni-ニッケル;
Pb-鉛;
Pd-パラジウム;
Pt-白金;
Rh-ロジウム;
Ru-ルテニウム;
Sn-スズ;
Ti-チタニウム;
W-タングステン。
【００８７】
本発明は、全てのタイプの小型化されたばねに適用する。本明細書で開示された好適な実施例は、具体例のみの例示であって、それらに限定されるものではない。本発明に対する他の修正および変更は、前述の詳細な開示から当業者に明らかであろう。本発明の或る実施例のみが本明細書において特に記載されていたが、多数の修正が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、可能であることは明白であろう。
【００８８】
したがって、本発明は、請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１ａ】従来技術に従う典型的な応力金属膜ばねを示している概略線図である。
【図１ｂ】従来技術に従う典型的なカンチレバーばねを示している概略線図である。
【図２】薄膜対対応するバルク材の応力−ひずみ曲線を示している線図である。
【図３ａ】本発明に従う多層構造を備える応力金属膜ばねを示している概略線図である。
【図３ｂ】本発明に従う多層構造を有する応力金属膜ばねを示している概略線図である。
【図４】本発明の一実施例に従う少なくとも1つの高熱伝導率の膜を有する多層構造を備える応力金属膜ばねを示している概略線図である。
【図５】本発明の一実施例に従う、金属を充填したビア、絶縁ポリマー膜および電気トレースが使用される、ばねの設計および製造のための解決法を示している概略線図である。
【図６】本発明に従う、基板の背面に電気的接続を提供するビア上に形成された応力金属膜ばねの概略線図である。
【図７】本発明に従う、強さを改善するために、形成され、その後めっきされた応力金属膜ばねの概略線図である。
【図８】本発明に従う、フォトレジストによってコーティングされた、めっきされた応力金属膜ばねの概略線図である。
【図９】本発明に従う、パターン化されたフォトレジストによってコーティングされ、ばね先端部を露出させた、めっきされた応力金属ばねの概略線図である。
【図１０】本発明に従う、先端部の露出された部分にコンタクトチップ材がめっきされた、めっきされた応力金属ばねの概略線図である。
【図１１】本発明に従う、フォトレジストの除去の後の、コンタクトチップ材を備えるめっきされた応力金属ばねの概略線図である。
【図１２ａ】本発明の一実施例に従う、テーパ形状の変化する幅を備える応力金属膜ばねを示している概略線図である。
【図１２ｂ】本発明の一実施例に従う、その先端部領域が、コンタクト材でコーティングされるテーパ形状の応力金属膜ばねを示している概略線図である。
【図１３】本発明に従う、インタリーブアレイのコンタクトチップ材を備えるめっきされた応力金属ばねの概略線図である。
【図１４ａ】本発明の一実施例に従う、典型的な支えなしで立っている無応力金属カンチレバーばねの断面図を示している概略線図である。
【図１４ｂ】本発明の一実施例に従う、典型的な支えなしで立っている応力無し金属カンチレバーばねの断面図を示している概略線図である。
【符号の説明】
【００９０】
501  コンタクトパッド
502  金属を充填したビア
505  リリース層
506  めっきされた膜
507  ばねのコア
509  基板
516  アンカ部分
【図１ａ】
2006508495.tif 000003
【図１ｂ】
2006508495.tif 000004
【図２】
2006508495.tif 000005
【図３ａ】
2006508495.tif 000006
【図３ｂ】
2006508495.tif 000007
【図４】
2006508495.tif 000008
【図５】
2006508495.tif 000009
【図６】
2006508495.tif 000010
【図７】
2006508495.tif 000011
【図８】
2006508495.tif 000012
【図９】
2006508495.tif 000013
【図１０】
2006508495.tif 000014
【図１１】
2006508495.tif 000015
【図１２ａ】
2006508495.tif 000016
【図１２ｂ】
2006508495.tif 000017
【図１３】
2006508495.tif 000018
【図１４ａ】
2006508495.tif 000019
【図１４ｂ】
2006508495.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月20日(2003.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
2つの部品間の電気的コンタクトを確立するための相互接続装置において、
コア部材であって、当該コア部材が、その中に導電材料が充填された少なくとも1つの貫通ビアを備える基板に取り付けられたアンカ部分と、最初は当該基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して当該基板から離れて延在する自由部分とを有する少なくとも1つの弾性コア部材を有し；
当該コア部材が、電着により、当該コア部材の露出された面を全て覆う少なくとも1つの層で被われる、相互接続装置。
【請求項２】
当該被膜が、電気めっきされた膜を有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項３】
当該自由部分が、前記自由部分の実質的な長にわたって徐々に減少する幅を有する実質的にテーパである、および実質的に台形の形状であるの何れかである請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項４】
当該少なくとも1つの層が、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、イリジウム、金、銀、銅、コバルト、アルミニウム、タングステン、およびそれらの合金の何れかの、少なくとも何れか1つを有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項５】
当該少なくとも1つの層の前記平均結晶粒度が、3 nmから500 nmまで及んでいる請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項６】
少なくとも1つの層が、固有の圧縮応力を伴って電気めっきされる請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項７】
前記電着により被われたコア部材の前記表面付近の少なくとも1つの層が、それが囲む当該コアより小さい弾性係数を有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項８】
当該被膜が、異なる、かつシーケンシャルに電着された複数の膜を有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項９】
前記電着された膜は、前記堆積された膜の前記弾性係数が、一般に、前記最も内側のコアから最も外側の表面に次第に減少する、および、前記最も内側のコアから最も外側の表面に、実質的にディスクリートに減少する、の何れかであるように、堆積される請求項8に記載の相互接続装置。
【請求項１０】
当該電着により被われたコア部材上にプローブ先端部領域で選択的に施される膜層を、更に有し、当該膜層が、反対のコンタクトまたは端子に対し強力な接着性を持たない少なくとも１つの導電材料を有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項１１】
当該少なくとも１つの電気導電材料が、パラジウム、ロジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、コバルト、ニッケル、金およびそれらの合金から成る前記グループの少なくとも何れか1つを有する請求項10に記載の相互接続装置。
【請求項１２】
当該自由部分は、長さが10 μmから1000 μm、幅が3 μmから500 μm、および厚さが0.1 μmから40 μm範囲にわたるサイズを有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項１３】
当該少なくとも1つの層の前記最も外側の層が、銅、金、ニッケル、およびパラジウム、プラチナ、イリジウム、ロジウム、ルセニウムおよびオスミウムを有するプラチナ族材料の何れかを有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項１４】
当該基板が、セラミック、ガラス、シリコン、石英および有機材料の何れかを有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項１５】
当該コア部材が、モリブデン、クロム、チタン、タングステン、ジルコニウム、モリブデン−クロム合金およびチタン−タングステン合金の何れかを有する請求項1に記載の相互接続装置。
【請求項１６】
基板上に複数の小型化されたばねを製造するための方法であって、当該小型化されたばねが、各々、導電コア部材を有し、当該コア部材が、アンカ部分、および最初は前記基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して前記基板から離れて延在する自由部分を有し、当該自由部分が、前記端で先端部領域を備え、当該アンカ部分が、1つまたは複数の導電貫通ビアを有する基板に固定されており、
マスクを使用しない、自由部分を含む当該コア部材の全ての表面を覆うための少なくとも1つの膜層を伴うばねコア部材の電気めっきのステップと；
コア部材の当該電気めっきが、コア部材が位置づけられた前記面と反対側の前記基板面から当該コア部材に電気的コンタクトを確立するために、当該基板の貫通ビアを使用して実行されるステップとを有する方法。
【請求項１７】
少なくとも1つの膜層は、固有の圧縮応力を伴って電気めっきされる請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
当該少なくとも1つの膜層が、3〜500 nmの範囲の平均結晶粒度を伴って電気めっきされる請求項16に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも1つの電気めっきされた膜の前記結晶粒度が、前記電気めっき槽の前記添加剤組成、および／またはめっき中の前記電流密度を変えることによって制御される請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
当該少なくとも1つの膜層が、プラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルセニウム、オスミイム、コバルト、ニッケル、金、銀、銅、アルミニウムの何れかと；コバルト、ニッケル、金、銅、銀、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルセニウム、オスミウム、およびタングステンの少なくとも1つを有する合金とを、有する材料の前記グループから選択される請求項16に記載の方法。
【請求項２１】
コア部材の当該電気めっきに続くコンタクトボタンを形成するために当該先端部領域を選択的にコーティングするステップを更に有し；
当該コンタクトボタンが、反対側のコンタクトパッドまたは端子に強く付着しない少なくとも1つの導電材料を有し；かつ、
当該先端部領域が、当該コンタクトボタンを形成するために当該自由部分が当該基板からリリースされる前、および当該自由部分が当該基板からリリースされた後の何れかで、オプションとして、選択的にコーティングされる請求項16に記載の方法。
【請求項２２】
当該少なくとも1つの導電材料が、パラジウム、ロジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、コバルト、ニッケル、金、銀、銅およびそれらの合金から成る前記グループの少なくとも何れか1つを有する請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
ドライエッチングによって当該コア膜のパターンを形成するステップを更に有する請求項16に記載の方法。
【請求項２４】
当該層の堆積の前に当該コア膜を研磨するステップを更に有する請求項16に記載の方法。
【請求項２５】
電解研摩、化学研磨および電気化学的研摩プロセスの何れかを使用して、前記最も外側の表面を研磨するステップを更に有する請求項16に記載の方法。
【請求項２６】
2つの部品間の電気的コンタクトを確立するための相互接続装置において、
コア部材であって、当該コア部材が、少なくとも1つの導電ビアを備える、金属化された多層を有する基板に取り付けられたアンカ部分と最初は当該基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して当該基板から離れて延在する自由部分とを有する少なくとも1つの弾性コア部材を有し；
当該コア部材が、電着により、当該コア部材の露出された面を全て覆う少なくとも1つの層で被われる相互接続装置。
【請求項２７】
2つの部品を電気的に接続するための相互接続装置において、
コア部材であって、当該コア部材が、基板に取り付けられたアンカ部分と最初は当該基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して当該基板から離れて延在する自由部分とを有する少なくとも1つの弾性コア部材；
当該コア部材を電着により被い、当該コア部材の全ての露出された面を全て覆う少なくとも1つの層；および、
当該電着により被われたコア部材上にプローブ先端部領域で選択的に施された膜層を有する相互接続装置。
【請求項２８】
当該被膜が、電気めっきされた膜を有する請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項２９】
当該自由部分が、前記自由部分の実質的な長にわたって徐々に減少する幅を有する実質的にテーパであるか、および実質的に台形の形状であるかの何れかである請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３０】
当該少なくとも1つの層が、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、オスミウム、イリジウム、金、銀、銅、コバルト、タングステン、アルミニウム、およびそれらの合金の何れかの、少なくとも何れか1つから選択される請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３１】
少なくとも1つの層が、固有の圧縮応力を伴って電気めっきされる請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３２】
当該少なくとも1つの層の少なくとも1つの前記平均結晶粒度が、3 nmから500 nmまで及んでいる請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３３】
当該被膜が、異なる、かつシーケンシャルに電着された複数の膜を有し、かつ、
当該電着された膜が、一般に、前記最も内側のコアから最も外側の表面に次第に減少する、および、前記最も内側のコアから最も外側の表面に、実質的にディスクリートに減少する、の何れかであるように、堆積される請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３４】
当該アンカ部分が、その中に導電材料が充填された複数の貫通ビアを備える基板に取り付けられた請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３５】
当該膜層が、パラジウム、ロジウム、白金、イリジウム、オスミウム、ルテニウムおよびコバルト、ニッケル、金、銀、銅およびそれらの合金から成る材料の前記グループの少なくとも何れか1つを有する請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３６】
当該自由部分は、長さが10 μmから1000 μm、幅が3μmから500 μm、および厚さが0.1μmから40μmの範囲にわたるサイズを有する請求項27に記載の相互接続装置。
【請求項３７】
基板上に複数の小型化されたばねを製造するための方法であって、当該小型化されたばねが、各々、導電コア部材を有し、当該コア部材が、アンカ部分、および最初は前記基板に取り付けられ、リリースされると、前記コアにおける固有の応力勾配に起因して前記基板から離れて延在する自由部分を有し、当該自由部分が、前記端で先端部領域を備え、当該アンカ部分が、当該基板に固定される、方法において、
マスクを使用しない、自由部分を含む当該コア部材の全ての表面を覆うための少なくとも1つの膜層を伴うばねコア部材の電気めっきのステップと；
コア部材の当該電気めっきに続くコンタクトボタンを形成するために当該先端部領域を選択的にコーティングするステップとを有し；
当該コンタクトボタンが、反対側のコンタクトパッドまたは端子に強く付着しない少なくとも1つの導電材料を有する方法。
【請求項３８】
当該少なくとも1つの膜層が、固有の圧縮応力を伴って電気めっきされる請求項37に記載の方法。
【請求項３９】
当該少なくとも1つの膜層が、3〜500 nmの範囲の平均結晶粒度を伴って電気めっきされる請求項37に記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも1つの電気めっきされた膜の前記結晶粒度が、前記電気めっき槽の前記添加剤組成、および／またはめっきの中の前記電流密度を変えることによって制御される請求項39に記載の方法。
【請求項４１】
内側の層に使用される材料が、より大きな弾性係数を有し;
外側の層に使用される材料が、より小さい弾性係数を有し；かつ、
当該層の前記弾性係数が、最も内側の層から最も外側の層に次第に減少する、もしくは、最も内側の層から最も外側の層に、ディスクリートに減少する請求項37に記載の方法。
【請求項４２】
当該少なくとも1つの膜層が、プラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルセニウム、オシウム、コバルト、ニッケル、金、銀、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも何れか1つ；および、それらの合金を有する請求項37に記載の方法。
【請求項４３】
当該基板が、セラミック、ガラス、シリコン、石英および有機材料の何れかを有する請求項37に記載の方法。
【請求項４４】
当該コア部材が、モリブデン、コバルト、チタン、タングステン、モリブデン−コバルトおよびチタン−タングステンの何れかを有する請求項37に記載の方法。
【請求項４５】
コア部材の当該電気めっきが、コア部材が位置づけられた前記面と反対側の前記基板面から当該コア部材に電気的コンタクトを確立するために、当該基板の貫通ビアを使用して実行されるステップを更に有する請求項37に記載の方法。
【請求項４６】
当該先端部領域が、当該コンタクトボタンを形成するために、当該自由部分が当該基板からリリースされる前、および当該自由部分が当該基板からリリースされた後の何れかで選択的にコーティングされる請求項37に記載の方法。
【請求項４７】
当該少なくとも1つの導電材料が、プラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルセニウム、オスミウム、コバルト、ニッケル、金、銀、銅、タングステンから成る材料の前記グループの少なくとも何れか1つ；および、それらの合金を有する請求項37に記載の方法。
【請求項４８】
ドライエッチングによって当該コア膜のパターンを形成するステップを、更に有する請求項37に記載の方法。
【請求項４９】
当該層の堆積の前に当該コア膜を研磨するステップと；
オプションとして、電解研摩、化学研磨および電気化学的研摩プロセスの何れかを使用して、前記最も外側の表面を研磨するステップとを更に有する請求項37に記載の方法。
【請求項５０】
基板上に小型化されたばねを製造するための方法であって、当該小型化されたばねの各々が、アンカ部分および自由部分を有し、当該自由部分が、その端で先端部領域を備え、当該ばねの幅が、当該アンカ部分の前記近傍から当該先端部領域へ徐々に減少する、基板上に小型化されたばねを製造するための方法において、
コア膜部材を堆積させるステップ；
当該アンカ部分および当該自由部分を形づくるために当該コア膜部材の本体をパターニングするステップ；
当該基板から当該自由部分をリリースするステップ；
当該コア膜部材上へ、当該コア膜部材の全ての表面を覆う、少なくとも1つのオーバーレイする膜層を堆積させるステップ；
当該少なくとも1つのオーバーレイする膜でコーティングされる当該コア膜部材にフォトレジスト膜を塗布するステップ；
当該少なくとも1つのオーバーレイする膜でコーティングされる先端部領域の領域を露出させるために当該フォトレジスト膜をパターニングするステップ；
繰り返される接触で生じるコンタクト付着を最小限に抑える導電コンタクト材料で、当該少なくとも1つのオーバーレイする膜層で覆われる露出された先端部領域にコーティングするステップ；および、
当該コア膜部材から当該フォトレジスト膜を除去するステップ
を有する方法。
【請求項５１】
当該電気めっきが、ばねが位置づけられた前記面と反対側の前記基板面からばねに電気的コンタクトを確立するために、当該基板の貫通ビアを使用して実行される請求項50に記載の方法。
【請求項５２】
少なくとも1つのオーバーレイする膜層が、固有の圧縮応力を伴って電気めっきされる請求項50に記載の方法。
【請求項５３】
当該少なくとも1つのオーバーレイする膜層が、3〜500 nmの範囲の平均結晶粒度を伴って電気めっきされる請求項50に記載の方法。
【請求項５４】
少なくとも1つの電気めっきされた膜の前記結晶粒度が、前記電気めっき槽の前記添加剤組成、および／またはめっきの中の前記電流密度を変えることによって制御される請求項53に記載の方法。
【請求項５５】
内側の膜層に使用される材料が、より大きな弾性係数を有し;
外側の膜層に使用される材料が、より小さい弾性係数を有し；かつ、
当該膜層の前記弾性係数が、最も内側の膜層から最も外側の膜層に次第に減少し、かつ、最も内側の膜層から最も外側の膜層に、ディスクリートに減少する請求項50に記載の方法。
【請求項５６】
当該コンタクト材料が、電気めっき、スパッタリングおよび化学気相反応法の何れかにより堆積される請求項50に記載の方法。
【請求項５７】
当該電気めっきが、ばねが位置づけられた前記面と反対側の前記基板面からばねに電気的コンタクトを確立するために、当該基板の貫通ビアを使用して実行される請求項50に記載の方法。
【請求項５８】
当該コア膜部材の当該少なくとも1つのオーバーレイする膜層が、プラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルセニウム、オスミウム、コバルト、ニッケル、金、銀、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも何れか1つ；および、それらの合金を有する請求項50に記載の方法。
【請求項５９】
当該コンタクト材料が、コバルト、ニッケル、金、銅、銀、プラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルセニウム、オスミアムの何れかを有する請求項50に記載の方法。
【請求項６０】
当該基板が、セラミック、ガラス、シリコン、石英および有機材料の何れかを有する請求項50に記載の方法。
【請求項６１】
当該コア膜部材が、モリブデン、クロニウム、チタン、タングステン、ジルコニウム、モリブデン−クロム合金およびチタン−タングステン合金の何れかを有する請求項50に記載の方法。
【国際調査報告】
2006508495.tif 000021
2006508495.tif 000022