(57)【要約】      （修正有）【課題】操作およびウェハ処理中の機械的保護、ばねと基板との間の固定部強化、ばねがたわんでいる間の隙間充填部が形成され、湿度および汚染物質からの保護を与えるために、少なくとも部分的に積層構造に埋設された微細ばね、及び製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つの微細ばね３２が、その上に、積層構造３０を設けるようにし、完全に形成された積層構造が、微細ばね構造の上に設けられか、又は、部分的に形成された積層構造が、微細ばね構造の上に設けられて硬化される。微細ばねの先端部分は、接触のために積層構造の上面３２から突き出て露出していてもよいし、接触構造内に埋められてもよい。積層構造は、微細ばねの隙間充填部などの他の構造的な要素を形成する構造１０の一部または全てを除去するためにパターニングおよびエッチングされた、フォトリソグラフィによってパターン形成可能な材料であってもよい。【選択図】図４
2012068249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された少なくとも１つの微細ばねと、
前記基板上に形成された積層構造とを含み、前記微細ばねが前記積層構造内に少なくとも部分的に埋設されている、微細ばね構造。
【請求項２】
前記微細ばねは、固定部分および遊離部分を含み、前記固定部分は、前記基板上に貼り付けられており、さらに、前記固定部分は、前記積層構造内に埋設されており、前記遊離部分の少なくとも一部が、前記積層構造から伸びており、前記基板上で自由にたわむことができる、請求項１に記載の微細ばね構造。
【請求項３】
前記微細ばねは、前記積層構造内に完全に埋設されている、請求項１に記載の微細ばね構造。
【請求項４】
前記積層構造は、複数の層を含んでおり、前記微細ばねは、固定部分および遊離部分を含んでおり、前記固定部分は、前記基板上に貼り付けられ、前記積層構造の第１層に完全に配置されており、前記遊離部分の少なくとも一部は、前記第１層とは異なる前記積層構造の第２層内に配置されており、前記第２層を除去した状態で、前記遊離部分が、前記基板上で自由にたわむことができるように配置されている、請求項３に記載の微細ばね構造。
【請求項５】
前記積層構造は、さらに、前記第１層と第２層との間に配置された分離層を含んでいる、請求項４に記載の微細ばね構造。
【請求項６】
前記遊離部分の前記一部は、めっき金属によってめっきされており、前記積層構造内に埋設された前記微細ばねの部分が、前記めっき金属を含んでいない、請求項２に記載の微細ばね構造。
【請求項７】
前記微細ばねは、先端部分を含んでおり、少なくとも、はんだを有する前記先端部分は、前記微細ばねに設けられており、前記積層構造内に埋設された前記微細ばねの前記部分は、はんだを含んでいない、請求項１に記載の微細ばね構造。
【請求項８】
前記積層構造は、シリコンを少なくとも部分的に含んでいる、請求項１に記載の微細ばね構造。
【請求項９】
前記積層構造は、さらに、前記基板上に前記積層構造を接着する接着層を含んでいる、請求項８に記載の微細ばね構造。
【請求項１０】
前記積層構造は、フォトリソグラフィによってパターン形成可能な材料を含んでおり、使用中に前記微細ばねの過度のたわみの防止を補助する働きをするために、前記微細ばねに隣接した隙間充填部を形成するようにパターニングされている、請求項１に記載の微細ばね構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、フォトリソグラフィによってパターニングされたばね接触部、および特に、積層構造に埋設された１つまたは複数の分離ばねに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィによってパターニングされたばね装置（ここでは「微細ばね」と呼ばれる）は、例えば、費用のあまりかからないプローブカードを製造するため、および、集積回路間の電気的接触を提供するために、開発されてきた。このような微細ばねは、例えば、米国特許第５９１４２１８号に開示され、記載されている。微細ばねとは、概して、直接的または間接的に基板に貼り付けられた固定部分から上に屈曲した遊離（一端が飛び出た）部分を備えた、マイクロメートル規模の細長い金属構造のことである。
【０００３】
上記微細ばねは、分離材料層に少なくとも部分的に形成された、応力処理された金属膜（すなわち、応力差を有するように製造された金属膜であって、下方部分が上方部分よりも高い内部圧縮応力を有するものである）から形成される。上記微細ばねは、上記基板（または中間層）に近接した固定部分において取り付けられている。上記微細ばねはさらに、末端の先端部分を含んでいる。上記先端部分は、その下に位置付けられた上記分離材料が（例えばエッチングによって）除去されるか、あるいはそうでなければ分離されるときに、上記基板から離れて屈曲する。
【０００４】
上記応力差は、いくつかの技術のうちの１つによってばね材料によって作り出される。１つの技術に従って、異なる材料が層に堆積し、各層は所望の応力特性を有しており、例えば、引張層は圧縮層の上に形成されている。もう１つの技術では、上記層が堆積したときに製造パラメータを変更することによって、単一層に内在的な応力差が与えられる。上記ばね材料は、通常、金属または金属合金（例えば、Ｍｏ、ＭｏＣｒ、Ｗ、Ｎｉ、ＮｉＺｒ、Ｃｕ）であり、通常、大量の内部応力、導電率、および、内在的な強度を保つことができるように選択されている。微細ばねは、通常、上記微細ばねを他の装置に統合することを可能にする、および、共通の基板に形成される配線を可能にするために、知られているフォトリソグラフィ技術を用いて製造される。実際に、このような装置は、電子回路および／または要素が形成されたまたは形成される基板に構成されてもよい。
【０００５】
応力処理された微細ばねの形成プロセスは、装置が初めに形成される平面から、接触点を有する装置の配列の形成を促進する。これにより、線形配列および第２配列を作り出すことができる。さらに、応力処理された複数の微細ばねが、重なり合うように形成されてもよい。これにより、例えば、米国特許第７５５０８５５号に開示されているように、下方の応力処理された微細ばねが、上方の応力処理された微細ばねを構造的に支持する。
【０００６】
微細ばねには、例えば、インダクタ、可変キャパシタ、走査型プローブ、および、作動ミラーといった他の装置を作り出すための、例えば、プローブカード、集積回路との電気的ボンディング、回路基板、および、電極配列といった幅広い用途がある。例えば、プローブカードとして用いたとき、微細ばねの上記遊離部分の先端は、集積回路に形成される接触パッドと接触し、プローブカードを介して（すなわち、電気接触部として微細ばねを用いることにより）上記集積回路と試験装置との間で信号が流れる。
【０００７】
通常、微細ばねの配列は、配列するために選択された先端と先端との間隔によって形成される。例えば、プローブテストのために、先端と先端との上記間隔は、試験用の上記装置に、接触パッド、リード線、または同様のものの間隔を適合させる。図１８は、基板から分離された微細ばねの配列１００のマイクロ写真である。
【０００８】
微細ばねは、通常、先端で終端し、その形状は、上記微細ばねが面内でパターン形成されるとき、フォトリソグラフィによって制御されてもよい。ある適用例では、上記微細ばねは、電気的接触がなされうる表面に形成される酸化物層を物理的に突き通すことができる先端の外形（例えば、頂端点）を有している。微細ばね１０２の一例が、図１９の平面図に示した酸化物といった層を貫通するように形作られた、固定部分１０４および先端１０６を有しているが、多くの異なる先端形状が同様に用いられてもよい。
【０００９】
接触される表面を有する信頼性のある接触部を提供するために、上記微細ばねは、比較的高い接触力（上記接触される表面とは反対の位置に加えられる力に抵抗することによって上記ばねが加える力）を提供する必要がある。このことは特に、上記頂端点が酸化物層を突き通す必要がある適用例について当てはまる。例えば、探針および実装という用途には、先端と接触される構造との間に約５０‐１００ｍｇの接触力を必要とするものもある。
【００１０】
共通の微細ばね構造およびそれらの適用例によって提示される１つの問題は、分離されるとすぐに、ばねの全長に沿った点において、あるいは、基板と上記ばねとの接続点（固定部）において、上記ばねが破壊される恐れがあるということにある。微細ばねは、それらの弾性限界を超えた垂直圧縮によって破壊されてしまう。より大きな垂直のたわみを調整するために、より細いばねが知られているが、例えば酸化物層を突き通すには、それらのばね係数はより低く、このことは、いくつかの適用例にとって上記ばねが十分な反力を提供することができないことを意味している。より厚い微細ばねは、加えられたより大きな力に耐えるが、より細いばねよりも壊れやすいことが知られており、上記ばねの弾性限界を超えるたわみの影響を受けやすい。少なくとも厚い微細ばねに関して破壊の危険性を低減するための１つの提案が、上記微細ばねの分離部の一部の下に隙間充填部を形成することだろう。しかし、このような充填部を形成するには、リソグラフィによるステップおよび材料の追加をさらに必要とするだろうし、破損の防止に対する効果がさらに制限されてしまうだけである。
【００１１】
また、微細ばねのばねは、それらの側面に加えられる横方向の力のゆえに破壊されてしまう。上記横方向の力とは、上記ばねを曲げ、多くの場合その結果として固定部の近傍で破壊に至る力である。このような力は、上記微細ばね構造を、治具、つかみ部、または、さらなる処理、位置あわせ、組み立て等のための他の保持具に取り付けるときに、微細ばね構造の製造および操作中に加えられる可能性がある。従って、微細ばねの配列を扱うときに特殊な取扱注意事項および特殊な技術を用いる必要性が生じる。例えば、上記微細ばねの配列が形成されたウェハを標準的な接触真空ピンセットによって維持するには、１つまたは複数の微細ばねの破壊という著しい危険が伴う。同様に、従来からなされており、上記ウェハの裏側を研磨するために必要であるのだが、微細ばねの配列が形成されるウェハを、つかみ部上で逆にして保つことができない。
【００１２】
これまでのところ、微細ばねを一時的に被覆し、ダイシングの間保護するために、フォトレジストが用いられている。個々のばねに対するさらなる構造的な強度を提供するために、分離に続いて、上記微細ばね上に上記フォトレジストを単に残すか、あるいは、上記フォトレジストの少なくとも一部を残すことができる。しかし、これには、コストがかかる湿式処理、分離された微細ばねの処理、および、費用および上記微細ばねに損傷を与える危険性を増加させる他の要因が必要である。さらに、上記フォトレジストは、はんだ処理に使われるより高い温度に適合しない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
それゆえに、本開示は、機械的な損傷を防止するために、微細ばねの物理的保護を改善した構造、および、その製造方法に関するものである。他の利点は、ばねスペーサ層の提供、ばねと基板との間の上記固定部の強化、ばねがたわんでいる間の隙間充填部の提供、および、湿度および汚染物質からの保護を含んでいるが、それらに限定されるものではない。
【００１４】
本開示の一実施形態に従って、垂直に動かされた少なくとも１つの微細ばねが、基板の上に形成される。上記微細ばねは、調整された応力外形を含んでいる。これにより、上記微細ばねが形成される上記基板からの分離に続いて、上記微細ばねは、上記応力外形から得られる凹形の外形となる。上記微細ばねは、固定部分、および、先端を含む遊離（分離された）部分を含んでいる。上記微細ばねの一部が上記積層構造に埋設され、上記微細ばねの先端に隣接した別の部分が露出するように、上記微細ばね構造の上に積層構造が設置または形成されてもよい。
【００１５】
上記積層構造は前もって形成されていてもよく、上記微細ばねの先端は、上記微細ばね構造の上に取り付けられると、上記積層構造を貫通する。あるいは、上記構造は、上記微細ばね構造の上に形成され、固められるか、または、硬化してもよい。上記微細ばねが使用中であるとき、上記積層構造は所定の位置にあってもよく、あるいは、上記積層構造は全体的にまたは一部除去されてもよい。
【００１６】
上記積層構造は、上記構造の上に設置または形成されるとき、上記微細ばねの一部が上記構造から突き出ており、これにより、接触するために露出するような、厚さであってもよい。あるいは、上記積層構造は、上記微細ばねが上記積層構造に完全に埋設されているように、設けられていてもよい。上記微細ばね構造は、次に、操作され、さらに処理されてもよく、このとき、上記微細ばねは、上記積層構造内で保護されている。操作および／または処理が完了すると、上記積層構造は、上記微細ばね構造から部分的にまたは完全に除去されてもよく、少なくとも、接触するために露出した上記微細ばねの先端を残している。
【００１７】
上記積層構造は、均質な本体であってもよいし、あるいはそれ自体、２つ以上の層から形成されていてもよい。上記積層構造が複数の層から形成されている場合、上記層は、上記微細ばね構造の上に貼り付けられた状態であってもよいし、あるいは、例えば上記構造の操作および／または処理の後、１つまたは複数の層が除去されてもよい。これにより、少なくとも、接触するための上記微細ばねの上記先端を露出することができる。
【００１８】
上記積層構造は、フォトリソグラフィによってパターン形成可能な材料であってもよい。上記積層構造は、形成されると、次に、上記構造のいくらかまたは全てを除去するために、パターニングおよびエッチングされてもよい。上記積層構造の一部が残った場合、この部分は、上記微細ばねの上記埋設された部分を保護してもよく、および／または、過度のたわみ（すなわち、弾力性のないたわみ）に抵抗することによって上記ばねを補助する働きをするために、隙間充填部として機能してもよい。
【００１９】
上記積層構造は、上記微細ばねの先端領域の上にはんだなどの材料を選択的にめっきまたは堆積することができる、マスクを形成してもよい。あるいは、上記積層構造は、上記微細ばねの上記先端部分をエッチング、洗浄、または、他の処理を施すためのマスクを形成してもよい。いずれの場合にも、上記積層構造は、完成した上記微細ばね構造の一部として所定の位置にあってもよいし、あるいは、上記構造の完成前に除去されてもよい。
【００２０】
それゆえに、本開示の一実施形態に従って、基板と、上記基板上に形成された少なくとも１つの微細ばねと、上記基板上に形成された積層構造とを含み、上記微細ばねが上記積層構造内に少なくとも部分的に埋設されている、微細ばね構造を提供する。本開示のもう１つの形態に従って、基板上に微細ばねを形成し、上記基板上に積層構造を形成して、上記微細ばねが上記積層構造内に少なくとも部分的に埋設されるようにする、微細ばね構造の製造方法を提供する。
【００２１】
上記のことが、多くの本開示の独特の形態、特徴、および、利点の要約である。しかし、この要約は、網羅的なものではない。従って、ここに提示した特許請求の範囲を踏まえて考察すると、本開示のこれらのおよび他の形態、特徴、および、利点が、続く詳細な説明および添付図面からより明らかになるだろう。
【００２２】
ここに添付した図面では、参照符号が同じものは、各種図面の同じ要素を意味している。上記図面は説明に役立つが、縮尺比に従って描かれたものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本開示の一実施形態を構成する型の基板によって支えられた誘電体層の上に形成された微細ばねを含む、微細ばね構造の側面図である。
【図２】本開示の一実施形態を構成する型のポイント形状をした先端を有する微細ばねの平面図である。
【図３】本開示の一実施形態にかかる、上記微細ばね構造の上への設置プロセスにおける、薄い積層構造を備えた上記微細ばね構造の側面図である。
【図４】本開示の一実施形態にかかる、上記微細ばね構造の上に設置された積層構造を備えた上記微細ばね構造の側面図である。
【図５】２つの微細ばねのマイクロ写真である。左側は、積層構造のない上記微細ばねであり、右側は、積層構造内に埋設された上記微細ばねであり、図によると、上記積層構造に埋設する前と比較して上記積層構造に埋設した後の先端の高さがほぼ同じである。
【図６】２つの微細ばねのマイクロ写真である。各微細ばねは、上記積層構造に埋設されており、上記先端がほぼ同じ分量だけ積層構造から突き出ていることを示し、本開示の上記プロセスがほぼ均一の結果を有する微細ばねの配列に適用可能であることを示している。
【図７】めっきマスクとして上記積層構造を使用する上記微細ばねの先端のめっきを示す、微細ばね構造の側面図である。
【図８】マスクとして上記積層構造を使用する上記微細ばねの先端にはんだボールを用いることを示す、微細ばね構造の側面図である。
【図９】上記積層構造を設け、次に、ほぼ同じ高さである上記２つの先端の画像の相対的な鮮明さが類似するようにするために、示したこの積層構造を除去するステップの後の、２つの微細ばねのマイクロ写真である。上記シリコン積層構造の除去は上記微細ばねを著しく損傷しなかった。
【図１０】本開示の一実施形態にかかる、微細ばね構造の上への設置プロセスにおける厚い積層構造を備えた上記微細ばね構造の側面図である。
【図１１】上記微細ばねが上記積層構造内に完全に埋設されている本開示の一実施形態にかかる、微細ばね構造の上に設置された厚い積層構造を備えた上記微細ばね構造の側面図である。
【図１２】本開示の一実施形態にかかる、微細ばね構造の上への設置プロセスにおける厚い重層化された積層構造を備えた上記微細ばね構造の側面図である。
【図１３】上記微細ばねが上記積層構造内に完全に埋設されている本開示の一実施形態にかかる、微細ばね構造の上に設置された厚い重層化された積層構造を備えた上記微細ばね構造の側面図である。
【図１４】積層構造の除去処理中の本開示の一実施形態にかかる、微細ばね構造の上に設置された厚い重層化された積層構造を備えた上記微細ばね構造の側面図である。
【図１５】本開示の一実施形態にかかる上記微細ばねの上記先端部分が接触するために露出している上記厚い重層化された積層構造の１つの層の除去に続く、図１４の上記微細ばね構造の側面図である。
【図１６】空洞部を形成する、微細ばね構造の上に配置された成形構造を備えた微細ばね構造の側面図である。上記空洞部には、本開示の一実施形態に従って上記空洞部に積層構造の材料を導入することができるように、上記微細ばねの先端部分が埋設されている。
【図１７】本開示の一実施形態にかかる、上記空洞部への材料の導入に続いて、上記材料の硬化、および、上記成形構造の除去を行う、図１６の上記微細ばね構造の側面図である。
【図１８】従来技術において知られている型の微細ばねの配列のマイクロ写真である。
【図１９】従来技術において知られている型のポイント形状をした先端を有する微細ばねの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
初めに、よく知られている出発原料、処理技術、構成要素、機器および他のよく知られている細部の説明については、本開示の細部を不必要にあいまいにしないように要約または省略しているにすぎないということを、指摘しておく。従って、細部が別のやり方でよく知られている場合には、これらの細部に関する選択を提示または指示するために、本開示の適用例に上記細部を残す。
【００２５】
図１に示したのは、微細ばね構造１０の一実施形態の側面図である。構造１０は複数の微細ばねを含んでいるが、単一の微細ばね１２が示されている。微細ばね１２は、遊離部分１４と、基板１８（例えば、ガラス、シリコン、石英など）に固定された固定部分１６とを含んでいる。微細ばね１２を形成する前に、基板１８の表面に誘電体層２０が形成され、上記基板の中には開口部２２が形成された。微細ばね１２は、例えば基板１８中のビア２６に形成された接触部２４に、開口部２２を介して電気的に接続されるように、誘電体層２０の上に形成される。微細ばね１２と接触部２４との接続は、基板１８に微細ばね１２をさらに固定する物理的接続と同様に、微細ばね１２と接触部２４との電気的連絡を提供してもよい。さらに、微細ばね１２は、接触部２４においてのみ基板１８に接続されていてもよい。さらに他の実施形態では、微細ばね１２が、別の電気的接触部を有していても、有していなくても、基板１８に取り付けられた別の固定部（図示せず）の上に形成されており、上記別の固定部に貼り付けられている。上記米国特許第７５５０８５５号に開示されているように、複数の層に積み重ねられた微細ばねが形成されていてもよい。
【００２６】
微細ばね１２は、モリブデンクロム（ＭｏＣｒ）合金、ニッケルジルコニウム（ＮｉＺｒ）合金、または、微細ばねの形成に適した色々な金属または合金のいずれか（例えば、Ｍｏ、ＭｏＣｒ、Ｗ、Ｎｉ、ＮｉＺｒ、Ｃｕ、ダイヤモンド、または、他の合金、非金属、酸化物、窒化物、または、有機材料）といった、弾力的に変形可能な材料からなる。微細ばね１２を形成する上記材料は、非導電性または半導電性の材料から形成されていてもよいが、導電性であることが好ましい。非導電性または半導電性の材料から形成される場合、微細ばね１２は、図示しないが、導電性の材料によって被覆またはめっきされていてもよいし、あるいは、導電性の接触部を必要としない適用例において配置されてもよい。
【００２７】
よく理解されるように、微細ばね１２は、初めに、基板１８の表面の平らな面に沿ってほぼ平行な平面に形成される。この形成は、通常、従来技術においてよく知られているフォトリソグラフィ技術によって行われる。微細ばね１２の内部応力は、上記微細ばねの垂直の断面によって変化する。色々な技術のうちの１つ（例えば、エッチングによるアンダーカッティング）が、先端２８を含む微細ばね１２の遊離部分１４を分離するために用いられ、微細ばね１２内の内部応力によって、先端２８を平面から引っ張り上げ、図１に示したように、凹形の微細ばねを作り出す。
【００２８】
通常の実施形態では、先端２８は、層２０の表面から約１０‐２５０μｍ上の高さＨまで上昇する。微細ばね１２の幅は、通常、５‐１００μｍである。
【００２９】
ある実施形態では、微細ばね１２は、微細ばね１２の平面図である図２に示したように、ポイント形状をした先端２８を有するように形成されている。このようなポイント形状は、プローブおよび接触を用いるために酸化物または他の層を貫通することによって補助する働きをする。上記ポイント形状は、以下にさらに論じる保護構造を用いることによって補助する働きをしてもよい。多くの他の先端形状および設計がよく知られており、本開示において用いられてもよい。
【００３０】
第１実施形態では、遊離部分１４が分離されると、本実施形態では薄い積層構造３０である保護構造が、構造１０の上面に設けられる。図３は、構造１０の上の位置にもたらされた積層構造３０を示している。図４は、構造１０の上の所定の位置に固定された積層構造３０を示している。薄い積層構造３０は、構造１０の上に永久的に設置されるように、色々な異なる材料から形成されていてもよい。シリコンが、１つの模範的な材料である。シリコンは、比較的軟質であり、コンフォーマルであり、以下の説明から理解されるように有効である。もう１つの候補材料が、ＤｅｌｐｈｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，ＬＬＣの一事業部であるＧｅｌ−Ｐａｋ（参照：例えば、ｗｗｗ．ｇｅｌｐａｋ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｉｎｄｅｘ．ｃｆｍ？ｆｕｓｅａｃｔｉｏｎ＝ｇｅｌ−ｆｉｌｍ）から入手できるゲル薄膜として商業的に知られている。明確にするために、本実施形態では、構造３０は、上記装置の形成プロセスにおいて、すでに形成された微細ばねおよび基板構造の上に設置または積層されるので、「積層」構造と呼ばれる。積層構造３０は、単一の材料を含んでいてもよいし、あるいは、それ自体、いくつかの材料層の積層であってもよい。ある実施形態では、積層構造３０は、搬送シート（図示せず）を介して操作され、使用中に上記シートを移されてもよい。積層構造３０の厚さＴは約２５μｍである。本実施形態では、上記積層の厚さＴは、微細ばね１２の高さＨよりも薄いが、ある実施形態では、少なくとも初めはそうではない。以下に記載するような他の実施形態では、ＴはＨより大きくてもよい。
【００３１】
薄い積層構造３０は、次に、その裏材から除去され、微細ばね１２の先端２８が積層構造３０を貫通するように、構造１０の上面に設けられる。微細ばね１２は、先端２８が非常に小さく、比較的尖っており、上記積層が比較的軟質であるという事実のゆえに、損傷を受けない。構造３０が、概して、構造１０の上面の形状に適合され、上記上面によく固定されるように、構造３０の上面３２に適切な圧力が加えられる。構造１０の上面（例えば、微細ばね１２および誘電体層２０の上面の一部）に接触している積層構造３０の下面に位置する任意の接着層３４が、積層構造３０を所定の位置に維持してもよい。一実施形態では、構造３０を貫通するプロセスにおいて微細ばね１２が損傷を受けないように、および、さらには、構造３０が構造１０の平坦ではない上面の大部分に接触することができるように、構造３０用の軟質のコンフォーマルな材料を用いることが有効である。
【００３２】
ある実施形態では、例えば、構造１０の表面によりコンフォーマルな覆いを提供する、微細ばね１２が構造３０を貫通するときの上記微細ばねに対する損傷の可能性をさらに低減するなどのために、使用前に構造３０を軟質にすることが望ましい。構造３０を軟質にすることは、加熱、化学的な軟化、または、従来技術において知られているような他の方法によって成し遂げられてもよい。さらに、構造３０は、光硬化性エポキシまたは光硬化性ポリマーといった硬化性材料を含んでいてもよい。初めに、構造３０は、その物理的構造を維持することができるように部分的に硬化された状態で設けられているが、十分に軟質であり、微細ばね１２が比較的簡単に貫通するなど、適合されている。設けられると、構造３０の硬化を完成することができ、これにより、微細ばね１２が埋設されたより剛性の本体を提供することができる。さらには、構造１０の上で使用後に軟質になることができる材料が、用いられてもよい。これにより、上記材料は、例えば、加熱、化学的な処理などによって軟質になることができる微細ばね１２を保護するために、および、構造１０および微細ばね１２から容易に除去できるようにするために、構造１０の上に配置されるときにより剛性であることができる。
【００３３】
微細ばね１２の先端２８は、次に、Ｈ‐Ｔにほぼ等しい距離だけ構造３０の上面３２上に伸びる。次に、露出した先端２８を、例えば電気的接触部として用いることができる。
【００３４】
これにより、少なくとも微細ばね１２の一部、および具体的には、一部の遊離部分１４が、積層構造３０の「内部」に位置することになる。微細ばね１２を物理的に支持することは、積層構造３０の一機能である。この支持とは、上記ウェハを支える微細ばね１２が操作されるとき、全ての方向における強度、微細ばね１２がその上の装置とのばね接触状態にあるときの、たわみ方向における強度、などであることができる。それゆえに、積層構造３０は、上記微細ばね間にわずかな隙間を有する微細ばね１２の表面と十分に接触している必要がある。積層構造３０は、微細ばね１２に対して全体的に加えられた強度をなおも提供する一方で、いくつかの「曲がり」、または、微細ばね１２のたわみに対する許容範囲、を有する必要がある。
【００３５】
積層構造３０は、さらに、誘電体層２０の上面と先端２８に接触している構造の下面（図示せず）との最小間隔を規定する、スペーサの機能を果たしていてもよい。さらには、積層構造３０は、接着層３４によって提供された接着と同様に、部分的には大きい表面接触領域と上記接着との両方のゆえに、微細ばね１２と基板１８との間の固定部のさらなる強度を提供してもよい。構造３０はさらに、ばねがたわんでいる間に隙間充填部を提供する。構造３０がいくつかの曲がりを許容している間、上記材料がさらに微細ばね１２のたわみに抵抗する限界に達する。この時点で、構造３０と装置１０が接触する装置との間の最も小さい隙間が、これにより規定される。その上、構造３０は、さらに、湿度および汚染物質の障壁を提供し、微細ばね１２の一部、誘電体層２０、接触部２４、などを環境汚染および損傷から保護する。さらには、積層構造３０内に埋設された微細ばね１２の上記一部は、本開示のある用途において必要とされる、めっきおよびはんだ付けといった化学的処理ステップによって保護される。
【００３６】
図５は、先端２８ａ、２８ｂを有する２つの微細ばね１２ａ、１２ｂのマイクロ写真である。微細ばね１２ａは、基板１８の上に独立して立っており、他方、微細ばね１２ｂは、シリコン積層構造３０に埋設されている。先端２８ａ、２８ｂの画像の相対的な鮮明さが類似しているということは、上記先端の高さがほぼ同じであることを確証している。このことは、本実施形態において、先端２８が上記積層構造を貫通するように積層構造３０を設けることにより、微細ばね１２が形成される上記表面に先端の高さＨが生じ、厚さＴの積層構造の上の先端２８の間隔は、Ｈ‐Ｔとほぼ同じであるということを確証している。さらに、図６は、先端２８ｃ、２８ｄをそれぞれ有する２つの微細ばね１２ｃ、１２ｄのマイクロ写真である。各微細ばねは、シリコン積層構造３０から突き出ている。先端２８ｃ、２８ｄの画像の相対的な鮮明さが類似しているということは、上記微細ばねがほぼ同じ分量だけシリコン積層構造３０から突き出ているということを確証している。従って、上記積層構造を介して先端２８を貫通するために積層構造３０を設けるプロセスが、ほぼ均一の結果を有する微細ばねの配列に適用可能である。
【００３７】
図７を参照しながら、本開示のもう１つの実施形態を示す。磨耗、ばね定数などの物理的性質、抵抗などの電気的性質などを含んだ、微細ばね１２の接触部分の性質を改善するために、先端２８を含む、積層構造３０の上面３２の上に露出した微細ばね１２の部分、あるいは、上記先端の一部を、適切な金属３６によってめっきすることができる。あるいは、はんだまたは同様の材料を、同様の結果を得るために、先端２８を含んだ、積層構造３０の上面３２の上に露出した微細ばね１２の部分、あるいは、上記先端の一部に適用することができる。例えば、酸化の排除または先端１８の大きさおよび形状の制御のためのエッチングといったさらなる処理、および、他の適切な処理と同様に、例えば、さらなる物理的磨耗抵抗のため、微細ばね１２のばね定数を制御するため、などの他の被覆が、適用される。いずれの場合にも、積層構造３０は、上記積層構造に埋設された微細ばね１２の部分を保護するために、マスクとして用いられてもよい。実際に、上記微細ばね全体の代わりに微細ばね１２の部分を選択的に覆うか、あるいは、処理することができるという特徴は、回転塗布被覆などの従来のプロセスとは決定的に異なっている。
【００３８】
積層構造３０の使用は、上記積層構造が微細ばね１２に損傷を与えることなく除去されてもよいという点において、反転可能であってもよい。このことは、例えば、上記の被覆および処理といった、先端２８の近傍に位置付けられた微細ばね１２の部分を被覆または処理して、次に、そうでなければ、動き、位置などの影響を受けない微細ばね１２を提供することが望ましい場合に、有益である。図９は、上記シリコン積層構造（図示せず）を設置するステップの後、次に、上記積層構造を除去する、先端２８ａ、２８ｂをそれぞれ有する２つのばね１２ａ、１２ｂのマイクロ写真である。再び、先端２８ａ、２８ｂの画像の相対的な鮮明さが類似しているということは、上記先端の高さがほぼ同じであることを確証している。このことは、本実施形態において、上記シリコン積層構造の除去が微細ばねを著しく損傷しなかったことを確証している。本開示の本形態の他の利点は、上記積層構造を除去するプロセスにおいて、上記微細ばねの先端から上記プロセスにおいて粒子および汚染物質を取り除いてもよいという点にある。
【００３９】
ここに開示されたもう１つの実施形態に従って、積層構造が上記微細ばね構造の上に取り付けられ、上記微細ばねを完全に覆っていてもよい。これにより、保護された上記ばねの先端と共に上記ウェハが操作され、処理される。上記操作、他の処理などに続く時間では、上記積層構造は、上記微細ばねまたはその一部を露出するために、全体的にまたは部分的に除去されてもよい。以下では、これらの構想をより詳細に示す。
【００４０】
図１０を参照しながら、厚い保護積層構造４２による微細ばね１２の覆いに関する第１ステップを示す。すでに記載したように、遊離部分１４が分離されると、比較的厚い保護積層構造４２が構造１０の上面に設けられる。微細ばね１２は、誘電体層２０の表面から高さＨだけ上に伸びている。保護積層構造４２の厚さはＸである。ここで、Ｘ＞Ｈである。先端２８が保護積層構造４２の表面を貫通することができるように、およびこれにより、微細ばね１２に損傷を与えることなく上記保護積層構造に微細ばね１２の一部を埋め込むために、保護積層構造４２は、色々な材料から製造されてもよいが、比較的軟質である必要がある。保護積層構造４２を形成する上記材料は、微細ばね１２の一部が上記保護積層構造に埋設されるとすぐに構造４２が微細ばね１２を物理的および環境的に保護するには、十分に強く、十分に剛性がある必要がある。ここでも、シリコンが、これらのいくぶん対立する必要条件を満たす材料の一例である。
【００４１】
図１１を参照しながら、構造の上の所定の位置に保護積層構造４２を備えた構造１０を示す。微細ばね１２全体が保護積層構造４２内に埋設されている。今や、損傷を与える微細ばね１２の危険性が低減された状態で上記構造を操作することができる。例えば、微細ばね１２が保護積層構造４２内に保護されている間、上記裏側から操作することにより、例えば、研削、化学エッチングなどによって、今や基板１８を薄膜化することができる。上記したように、使用後、シリコンなどの特定の材料を容易に除去することができる。従って、保護積層構造４２用の材料を適切に選択することによって、任意の形成後の操作および処理の後で上記構造を除去して、接触するために露出した微細ばね１２を残すことができる。さらに、構造１０からの分離を容易にするのと同様に、保護積層構造４２の相対的な接着を制御するために、加熱技術および／または光分離技術を用いてもよい。
【００４２】
本開示のさらにもう１つの実施形態に従って、上記微細ばねが上記構造に完全に埋設されるような厚さを有する上記保護積層構造は、それ自体、少なくとも２つの層を含んでいてもよい。上記層のうちの１つは、上記微細ばね構造に取り付けられた状態にするためのものであり、上記層のもう１つは、上記保護積層構造が上記微細ばねを保護している間に、操作、他の処理などに続いて除去されるためのものである。図１２は、このような一実施形態の一例である。上述したように、遊離部分１４が分離されると、比較的厚い保護積層構造４４が、構造１０の上面に設けられる。図１２に示した保護積層構造４４が２つの層４６、４８を含んでいるが、他の実施形態では、他の層が用いられてもよい。上記層は、それぞれ、本開示の適用例に応じて、同じ材料を含んでいてもよいし、あるいは、異なる材料を含んでいてもよい。
【００４３】
微細ばね１２は、誘電体層２０の表面から高さＨだけ上に伸びている。保護積層構造４４の厚さは、それぞれ層４６、４８の厚さＹ１、Ｙ２の合計である。構造４４の全体的な厚さは、微細ばね１２が上記構造内に完全に埋設されるような厚さ、すなわち、Ｙ１＋Ｙ２＞Ｈである。層４６、４８は、先端２８による貫通および上述した所望の保護のレベルを考慮して、色々な材料から製造されてもよい。一実施形態では、各層４６は、シリコンであり、構造１０の適用および任意の必要な操作および処理後の上記層の分離を促進する、上記２つの層の間の表面エネルギー境界があるように、別々に形成される。もう１つの実施形態では、層４６と層４８との間に、分離層４７が配置される。上記分離層は、設けられるときに層４６と層４８とがくっつく十分に粘着性のあるものであるが、さらには上記層の続く分離を補助する働きをするものである。さらに他の実施形態では、加熱活性化層または光活性化層が、初めに、層４６と層４８とを共に接着するが、加熱または光の適用によって、上記活性化層は、必要な時に、層４６と層４８との分離を促進する。
【００４４】
図１３を参照しながら、構造の上の所定の位置に保護積層構造４４を備えた構造１０を示す。微細ばね１２全体が保護積層構造４４内に埋設されている。今や、損傷を与える微細ばね１２の危険性が低減された状態で上記構造を操作することができる。例えば、微細ばね１２が保護積層構造４４内に保護されている間、上記裏側から操作することにより、例えば、研削、化学エッチングなどによって、今や基板１８を薄膜化することができる。任意の操作および処理に続いて、層４８は、次に、図１４に示したように、例えば層４６と層４８との分離を補助する働きをする加熱または光を用いて、上記構造から除去されてもよい。層４６、４８の材料を適切に選択することによって、任意の形成後の操作および処理の後で、層４６に埋設された微細ばね１２の部分を残して、層４８を除去することができる。微細ばね１２の残りは、接触するために露出している。
【００４５】
上記の実施形態の代案として、（図１１に示したような）構造４２、層４６および／または層４８は、フォトリソグラフィによってパターン形成可能な材料であってもよい。上記構造の処理中に、層４８は、従来技術において知られている技術によってパターニングおよびエッチングされてもよい。上記エッチングは、層４８を完全に除去してもよいし、あるいは、微細ばねの配列、隙間充填部の役割を果たすための微細ばね１２の遊離部分１４の下の領域、などにおける個々の微細ばね間、といった選択された位置において、層４８の部分を残してもよい。このような隙間充填部５０の一例を、図１５に示す。
【００４６】
本開示のさらに他の実施形態に従って、微細ばね構造の上に注入空洞部が形成されてもよく、上記微細ばねの部分を取り囲むための上記空洞部には、適切な材料が注入される。上記注入空洞部は、上記微細ばねが形成される上記誘電体層の上面と、上記誘電体層の表面から間隔を空けた、上記微細ばねの先端が埋設された材料の成形構造との間に形成されてもよい。本実施形態を、図１６に示す。遊離部分１４が分離されると、例えば、スペーサ５６に支えられることにより、あるいは、他の適切な方法によって、成形構造５４が構造１０の上に配置される。これにより、空洞部５８が、構造１０と成形構造５４との間に形成される。次に、硬化性ポリマーといった適切な材料が、液体の形状で空洞部５８に注入される。微細ばね１２の一部が成形構造５４に埋設されると、微細ばね１２のこの部分は、注入された材料における埋設部分からマスクされる。上記注入された材料は、次に、硬化され、成形構造５４は、その後除去される。上記完成した構造を図１７に示す。図１７では、微細ばね１２の一部が硬化されたポリマー６０に埋設されており、微細ばね１２の残りが接触するために露出している。硬化性ポリマーは、微細ばね１２の一部を埋設するために本実施形態において用いられる上記材料の一例にすぎない。さらに、従来のフリップチップ実装プロセスおよび装置を利用することができ、本開示のこの形態を支持するために、特殊な固定具、プロセス、材料などを開発する必要は少ない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１８】
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