プローブコンタクトのためのポスト及びチップ設計
本発明は、入射光を拡散する粗い上面（１５００）と断面とを有するポストと、自動画像認識に適したらか滑な反射面を有し、かつポストの断面よりも小さい断面を有する、ポストの粗い上面にリソグラフィーでメッキされた先端部とを備える微細加工された先端部（６８０）及びポスト構造（６７０）に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体チップの検査に関し、具体的には、パッケージングの前に検査するためのプローブコンタクタの設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、半導体チップは、適切かつ確実に機能することを確認するために検査される。これは、多くの場合、半導体デバイスがまだウェーハの形をしているとき、すなわち、半導体デバイスがウェーハからダイシングされてパッケージングされる前に行われる。これは、一度に多数のチップの同時検査を可能にし、半導体デバイスがパッケージされた時点で個々のチップを検査するのに比べて、コスト及びプロセス時間においてかなりの効果をもたらす。チップに不具合があることが見つかった場合、チップがウェーハからダイシングされていれば、この不具合のあるチップを廃棄することができ、かつ信頼性のあるチップのみがパッケージングされる。よって、一度に確実に検査することのできるウェーハが多ければ多いほど、コスト及びプロセス時間をより多く節減することができることは自明の理である。
【０００３】
一般に、ウェーハの検査を実行する場合、ウェーハを搬送するチャックは、数千のプローブが電気的に結合されているプローブカードまで上昇される。より大きいウェーハを検査するためには、小さい高性能プローブが必要である。該プローブは、各パッドと確実な電気的接触を形成するために、該ウェーハ上のチップのコンタクトパッドの表面の酸化物及びデブリ層を突き抜けることができなければならない。加えて、該プローブは、該コンタクトパッドが異なる高さになっている可能性がある（すなわち、ウェーハ上の全てのコンタクトパッドが同じ平面内にあるわけではない）ということを補償することができなければならない。さらに、チャック及びプローブカードメカニカルマウントは、正確に平行かつフラットではない可能性があり、プローブが適応しなければならないさらなる高さのばらつきを招いている。
【０００４】
従来、この点で、ウェーハを検査するのに、カンチレバーワイヤプローブが使用されてきた。しかし、カンチレバーワイヤプローブは長すぎて、従来のウェーハ上の全てのチップに対して確実な同時接触を可能にするように正確に組立てるのが困難である。加えて、カンチレバーワイヤプローブは、高い自己インダクタンス及び相対インダクタンスという問題を有し、高速デバイスの検査のための対象とならない。これらの問題は、プローブが大きなウェーハを検査するのに使用された場合に強調される。カンチレバー（又は、湾曲）プローブは、当分野において公知の様々な微細加工技術によって、小さな物理的寸法で製造することもできる。これらカンチレバースプリングは、（酸化物層の制御されたスクラビングのための）機械的エネルギ密度、および大きなウェーハの確実な検査にとって理想的に有効である空間的効率が不足している。
【０００５】
カンチレバープローブの欠点を克服するために、多くの試みが、様々なレベルの結果を伴ってなされてきた。例えば、Ｆｏｒｍ Ｆａｃｔｏｒ，Ｉｎｃ．に譲渡された特許文献１は、（図４に示すように）延性金属をスプリングメタルで被覆することにより、スプリングプローブを形成する方法について記載している。それらのスプリングは、カンチレバースプリングと同様の曲げモードスプリングである。また、該スプリングは、コンタクタにおける横方向において細長く、かつ不十分に支持されており、コンタクトパッドの制御されたスクラビングに関する問題を生じる。さらに、これらのような長いスプリング長を必要とするプローブは、比較的不十分な電気的性能を有する。
【０００６】
Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｒａｃｋに譲渡された特許文献２は、図１に示すような、他のスプリング設計よりも機械的に有効であり、かつカンチレバー設計よりも効率的であるトーションスプリング設計について記載している。また、Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｒａｃｋに譲渡された特許文献３は、図２Ａ及び図２Ｂに示すような単一脚トーションスプリングプローブコンタクタの基本的原理について記載している。しかし、これらの設計もそれなりの制限を有している。これらの特許によって考えられかつ意図される具体的な実現物は、２〜３例を挙げると、動作範囲、画像認識に必要な光学特性、実用的生産手段、スクラビング力に応じたコンタクト先端部の高い横方向安定性に対する要求、等のスプリングプローブコンタクタに対する多くの実際的な要件に対応しておらず、又は解決していない。
【０００７】
プローブコンタクタの設計における改良は、フォトリソグラフィ及び関連する微細加工技術における進歩によってもたらされた。Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ Ａｌｕｍｎｉ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎに対する特許文献４は、スプリング及びスプリングコンタクタを含む３次元メタル構造のリソグラフィー電解メッキ（electro-forming）技術を介した多層ビルドアップ製造の原理について記載している。本出願人は、従来技術の多くの欠点を克服し、かつ本出願の主題である微小形成トーションバープローブコンタクタを創り出した。
【０００８】
本出願の別の態様は、プローブの端部における先端部（tip）の形成である。カンチレバーニードルプローブ又は垂直座屈梁プローブ等の従来のピンをベースとするコンタクタは、典型的には、尖った又は成形した先端部を有するワイヤから作られる。この種の形状は、十分な接触力が加えられた場合にのみ、適切な電気的接触を実現できる。高接触力は、多くの場合、Ｉ／Ｏパッド下に能動素子を含む検査対象の半導体デバイスにとって有害である。さらに、ピンをベースとするコンタクタは、現代の大口径ウェーハの検査に必要な微細ピッチ及び多ピン数で作ることができない。これらの及び他の理由によって、微細加工されたプローブコンタクタは、ピンをベースとするプローブカードに代わって魅力的である。
【０００９】
コンタクタプローブ用の微細加工プローブコンタクト先端部が様々な構成で提案されており、当分野においてたくさんある。これらの構成のほとんどにおいて、良好に形成され、制御された表面形状、サイズ、材質及び質感を有する先端部が形成されている。これらの要素の各々は、Ａｌ、ＡｌＳｉＣｕ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｕ又ははんだ等の共通のＩＣパッドメタルに対する所要の均一な電気的接触を実現するのに重要である。これらパラメータの各々は接触能力に影響するが、形状に対する制御が最も重要であり、適用される形成技術によって左右されるものである。
【００１０】
見過ごされることが多い別の要因は、先端部及び隣接する構造部の光学特性である。典型的には、プローブカードは、Ｔｏｋｙｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌａｂｓに譲渡された特許文献５によって説明されているようなものなどのプローブ先端部の位置の自動識別およびウェーハ上のＩ／Ｏパッドに対するプローブ先端部の位置決めのためのマシンビジョンシステムを備えたウェーハプローバと共に用いられる。基本的に、マシンビジョンシステムは、プローブニードルの先端部に位置決め可能であるとともに、その先端部を検査するカメラを含む。このカメラは、先端部の形状を見るのに適した倍率を有する。また、カメラは、ＬＥＤリングライト又は同軸ライト等の光源も含む。カメラからのイメージは、カメラの撮像領域に対する先端部の位置を判断するためにコンピュータによって処理される。この位置情報は、被測定デバイス（ｄｅｖｉｃｅ−ｕｎｄｅｒ−ｔｅｓｔ；ＤＵＴ）の接合パッドをプローブ先端部の下に正確に配置するために、プローバのコンピュータ制御アルゴリズムによって用いられる。そのため、プローブ先端部は、ビジョンシステム要件を考慮して設計しなければならない。具体的には、ビジョンシステムは、特に、隣接する面間に小さな物理的寸法を有する微細加工コンタクタの場合には、先端部と隣接する構造部との間に、良好な光学コントラストを要する。典型的な微細加工スプリングコンタクタは、接触先端部面に近接して滑かな平坦面を有しており、図５Ａに見られるように、先端部以外の面からの反射による、画像認識システムに関する困難を生じる。その結果、これらのビジョンシステムは、関係のない構造部を先端部と間違えることがあり、捉えた先端部位置に関して画像拒否又はエラーを引き起こす。
【００１１】
この問題を克服するための様々な試みが提案されているが、そのそれぞれは、独自の問題を有していた。例えば、Ｆｏｒｍ Ｆａｃｔｏｒ，Ｉｎｃ．に譲渡された特許文献６は、図３Ａ及び図３Ｂに示すような、カンチレバープローブ構造と共に用いられるピラミッド状のコンタクタ先端部を開示している。このピラミッドは、シリコン中の異方性エッチングされたキャビティを複製して、この複製された先端部をスプリング構造に接合することによって形成される。この方法は、その幅広のベースによる良好な機械的強度を有する先端部を作り出すことができ、及びピラミッドの側面が光を軸外に反射して、マシン画像認識に用いられる通常の照明下では暗く見えるが、この設計は、少なくとも２つの重大な欠点を有する。製造手順は、モールド複製法によって進められ、先端部をスプリングに組立てるために、独立したボンディング工程を必要とする。この余計なボンディング工程は、かなりの複雑さ、歩留まり損失及びコストを製造プロセスに付加する。さらに、このピラミッド形状は、研磨洗浄の結果として実際の適用においてよく行われるように摩耗したり、あるいは再面出しされたりするにつれてサイズが大きくなる正方形又は矩形の接触面に限定される接触形状を生成する。表面形状又はサイズのどのような変化も、接触面積、及び電気的接触特性ならびにスクラブマークの変化をもたらす。
【００１２】
マシンビジョンの問題を解決する別の方法は、先端部を著しく高く（約５０μｍ高く）形成することである。本実施形態においては、次の下にある平坦面（ポスト）は、ポスト面には焦点が合わず、先端部のみに焦点が合うように、画像顕微鏡の焦点面から十分に離れている。しかし、このことは、リソグラフィーイメージング及び電解メッキによって形成される先端部にとっては現実的な解決法ではない。このようなプロセスは、アスペクト比（縦横比）において実用限界を有する。さらに、より高い先端部のアスペクト比が現実的であっても（典型的な先端部は、５μｍ〜２０μｍ程度の最小寸法とほぼ同じか又はそれよりわずかに高い）、高い先端部は、使用中の横方向スクラビング力によって損傷する傾向がある。
【００１３】
別の提案されている代替案は、図５Ｂに示すように、ポスト構造の一部を除去して、照明を画像システムへ反射させない傾斜面を先端部の周りに形成することである。しかし、この設計に伴う問題は、テーパ状のポストの上部平面に先端部を位置合わせするのが非常に困難であるということである。わずかなミスアラインメントも、先端部基部近傍に平坦な反射性面を形成して、明るい「三日月形」を先端部周辺に出現させる。この三日月形は、正しい先端部の位置認識に干渉して、捉えた光学中心における画像の「拒否」又はエラーを引き起こす。
【特許文献１】米国特許第５，９２６，９５１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４２６，６３８号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７７１，０８４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１９０，６３７号明細書
【特許文献５】米国特許第５，３２１，３５２号明細書
【特許文献６】米国特許第６，２５５，１２６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、先端部がプローブ構造上にリソグラフィーで形成される場合の画像エラーの問題を解決する先端部及びポスト構造を形成する新たな設計が必要とされている。
【００１５】
特許文献４に記載されているリソグラフィー法に関する改良は、どちらも本出願人によって共同所有されており、かつ参照して本明細書に組み込む米国特許出願第１１／０１９９１２号及び同第１１／１０２９８２号の主題である。これら２つの出願は、プローブコンタクタ等の微小構造をさらに形成する犠牲金属からなるアイランドの使用と組み合わされた一般的なフォトリソグラフィパターンめっき技術の使用について記載している。上記の方法を用いて、本出願人は、従来技術の多くの困難を克服し、及び本出願の主題である微小形成トーションバープローブコンタクタを創り出した。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、スプリング要素としてのトーションバーと、自動画像メカニズムによって現在の問題を解決する先端部及びポスト構造とを組み込んだプローブに注力する。トーションバープローブは、最終的に数百又は数千のプローブ要素を保持する基板上に形成される。プローブは、脚によって基板に接続される。脚を基板内のビアに電気的に接続する配線が脚の一端部に取り付けられ、脚の他端部にはトーションバーが取り付けられる。トーションバーの他端部にはスペーサが取り付けられ、このスペーサは、トーションバーよりも背が高い。スペーサの頂部にはアームが取り付けられる。アームは、トーションバーよりも硬く、これは、アームが使用中に、エネルギを蓄えるためにあまり曲がらないことを意味する。スペーサの反対側のアームの頂部にはポストが取り付けられ、このポストの頂部は先端部であり、このチップの構造を以下にさらに記載する。スペーサとトーションバーとが結合される近く及び下の位置において、停止部材が基板上に作られる。プローブが非作動状態（すなわち、半導体デバイスの接触パッドを押圧していない）にあるときには、トーションバーと停止部材との間には、スペース又はギャップがある。
【００１７】
動作中、先端部は、ウェーハ上のＩ／Ｏ接触パッドによって接触されて、基板に向かって（図面の大部分の空間方向において）下向きに押し込まれる。先端部が押し下げられるにつれて、アームは、たいていは硬くなるように設計されており、傾斜してトーションバーをねじれさせる。トーションバーは、脚端部において基板に強固に固着されて、垂直方向及び横方向の両方向に支持されているが、停止部材端部において回転自在である。停止部材端部における回転は、停止部材に対する接触が形成されるまで（数ミクロンのギャップ距離を介した）トーションバーのわずかな動きを伴い、その後、その箇所でトーションバーは停止部材に対して旋回する。（スペーサ高、アーム長、ポスト高さ等を含む）プローブの全体の形状は、プローブが下方へ移動する際の先端部の空間における動きを決定づける。この動きは、略円弧状であり、先端部が下方へ動く際の（トーションバーの軸に対して略直角な方向における）前方成分を生成する。先端部の前方動は、実施上必要な「こすり(scrub)」を提供し、Ｉ／Ｏパッドに対する良好な信頼性のある繰り返される接触抵抗を実現する。
【００１８】
米国特許出願第１１／０１９９１２号明細書及び米国特許出願第１１／１０２９８２号明細書に記載された製造プロセスを用いて、本発明は、従来技術にはないいくつかの新規な特徴を含む。本発明の新規な特徴のうちの１つは、アーム部が、トーションバーとは異なる平面層内にあり、スペーサによってトーションバーと離間することができるということである。これら２つの付加層の追加は、デバイスの検査時に、略垂直方向の力によって作動される場合に、先端部の動きの経路を制御するための設計上の柔軟性を大幅にもたらす。この点に関してプローブの追加的な層の有効性は、上記の特許出願に記載された新たな製造プロセスによって可能になる。実際には、記載されているように、トーションプローブは、トーションコンタクタスプリングの構造に用いられる少なくとも８つの平坦層を有し、これらの層は、コンタクタの作動特性を最適化すると共に、商業的に実現可能なフォトリソグラフィマイクロ電解メッキ技術によって課せられるプロセス限界に適応する設計上の柔軟性を与える。トーションプローブは、本発明の精神から逸脱することなく、８より多いか又は少ない層を有してもよい。
【００１９】
また、プローブのアームも、（カンチレバービームスプリングの場合のように）スプリングとして機能しないように、トーションバーよりも硬く形成されている。バーが硬くない場合、その変形は、望ましい量を超えてスクラブ長を増加させる。アームは、停止部材と協働して、チップの略線形の円弧を、トーションバーのほぼ純ねじり回転に変換するレバーを備える。別の実施形態においては、アームは、一方が他方の端部の上部から伸びている２つのサブアームからなっている。このアプローチは、スプリング構造の最も近接する部分と供試ウェーハとの間でのより大きな間隔を可能にする。追加的な間隔は、接触状態にあるプローブ構造とウェーハとの間に捉えられる可能性のある異物からウェーハへのダメージを回避するのに役に立つ。
【００２０】
本発明の別の新規な態様は、停止部材が基板に取り付けられており、この停止部材に係合したときに、トーションバーを横方向に支持する横方向支持体を含むということである。停止部材の基本的な機能は、トーションバーのための支点又は旋回軸として機能することである。横方向支持体は、横方向の安定性の増加、及び先端部のスクラブパターンに対するより多くの制御をもたらす。
【００２１】
本発明の別の新規な態様は、先端部及びポスト構造の設計である。先端部とポストとが共に平坦面を有する場合に、マシンビジョンシステムが先端部とポストを正確に識別することができるようにするために、先端部が結合されるポストの頂部は、入射光を拡散又は吸収するように処理される。これは、いくつかの方法で、例えば（結晶成長抑制剤の添加を伴う又は伴わない大電流めっきを用いる等の）粗めっき又は金属組織装飾エッチングを介して遂行することができる。
【００２２】
さらなる改良は、支持ポストの上面を覆うだけではなく、先端部の基部を包み込む粗めっきされたスカートを備えることである。この構造は、先端部表面とポストとの間に高コントラストを付与するだけではなく、その基部周辺を厚くする、又は基部周辺のガセットの形態で先端部の機械的支持をもたらす。ガセットはさらに、使用中に横方向の力によって引き起こされる、その基部における機械的故障から先端部を保護し、このことは、チップが高アスペクト比（高さと幅又は直径の比）を有する場合に特に有用である。また、このスカートは、（例えば、リソグラフィーの誤差による）わずかな位置ずれが、ポストの周囲の一方の側に、三日月形又はエッジの形状の滑らかな反射面の露出を生じないように、ポスト構造からわずかに張り出すパターンでめっきすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図６Ａは、本発明の実施形態による、電子デバイスを検査するプローブを示す。プローブの本実施形態は、基板６００と、配線層６１０と、脚要素６２０と、トーションバー６３０と、スペーサ要素６４０と、アーム６５０と、ポスト６６０と、第２のポスト６７０と、先端部６８０と、停止要素６９０とを含む。脚６２０から基板６００内のビア９００（図９参照）への導電路を形成する配線層６１０が基板６００上にメッキされている。この配線層６１０は、公称高さ（厚さとも呼ばれる）１６μｍを有する金で電気メッキすることができる。脚６２０は、プローブのための機械的アンカーを形成する。脚６２０は、近位端（ビア９００に最も近い端部）と、遠位端（ビア９００から最も遠い端部）とを有する。脚６２０は、その遠位端においてトーションバー６３０に接続されている。トーションバー６３０は、作動状態にあるときに（すなわち、プローブが半導体デバイスのＩ／Ｏパッドに接触しているとき）、図１４Ａ〜図１４Ｅに示すようにねじれるため、そのばね状の（又は適合した）性質を有するプローブを実現できる要素である。一実施形態において、トーションバー６３０は、脚６２０と非軸方向に位置合わせされている。一実施形態において、トーションバー６３０は、脚６２０に対して約１０〜９０度の角度になっているが、好ましくは、約２０度の角度になっている。この非軸配置は、脚６２０と基板６００との間の接続のモーメントアームを増加させることにより、及びそれによって動作中の脚／基板の境界上でのトーションバー６３０によって与えられる剥離力を減少させることにより、接続の強度を高める。トーションバー６３０は、基板に接触しないように基板６００から上昇される。トーションバー６３０は、その遠位端において、横方向支持要素９２０（図９及び図１０参照）を有することができ、この横方向支持要素９２０は、停止部材６９０と共に用いられ、作動中のトーションバー６３０の横方向のずれを防止している。
【００２４】
トーションバー６３０は、遠位端（この場合もビア９００から最も遠い側）において、スペーサ要素６４０に結合されている。スペーサ要素は、トーションバー６３０の面からアーム要素６５０を上昇させる。スペーサ要素６４０は、先端部６８０の動きの経路を制御するための設計上の柔軟性を与える。また、スペーサ要素は、あらゆるコンプライアンスに適応するために、アーム６５０と基板６００との間に必要な間隔を与える。スペーサ６４０の上部にはアーム要素６５０がある。アーム要素６５０は、トーションバー６３０に対して略非軸方向にメッキされている。一実施形態において、アーム６５０は、トーションバー６３０に対して約２０〜約１６０度の角度にあり、好ましくは、その角度は約１２０度である。アーム６５０は、スプリングとして作用しないように剛性を有するように設計される。アーム６５０が特に柔軟であるとしたら、その変形は、望ましい限界を超えるスクラブの増加の一因となるだろう。この点について、アーム６５０は、（例えば、ＮｉＭｎで形成された）トーションバー６３０よりも高い剛性率の金属（例えば、Ｗ）で形成することができ、又は、アームは、好ましい実施形態のようにトーションバー６３０よりも短く、厚く（高さを増す）又は幅広に（あるいはいずれかの組合せで）形成してもよい。この点について、長さ、厚さ及び幅は、通常、ｘ、ｙ及びｚ軸を示す３次元デカルト座標の３つの軸で表すことができる。ｘ軸は長さを表し、ｙ軸は幅を表し、ｚ軸は厚さを表す。
【００２５】
アーム６５０がトーションバー６３０とは異なる平面上にあるという事実は、本発明の新規な特徴である。この特徴は、参照して本明細書に組み込む米国特許出願第１１／０１９９１２号明細書及び同第１１／１０２９８２号明細書に記載されているフォトリソグラフィプロセスの利用によって可能になる。
【００２６】
アーム６５０の遠位端上面において、第１のポスト６６０はメッキされている。第１のポスト要素６６０もまた、作動中のチップ６８０の動きの経路を制御する際の設計上の柔軟性を与える。第１のポスト６６０は、その上面にメッキされた先端部６８０を有することができ、又は、必要に応じて、第１のポスト要素６６０よりも小さい表面積を有し、第１のポスト６６０と先端部６８０との間にメッキされた第２の（又は、それ以上の）ポスト要素６７０があってもよい。（第１のポスト６６０、又は第２のポスト要素６７０と組み合わされた）ポスト要素は、先端部６８０をアーム６５０から垂直方向に離して伸ばし、先端部の全目標方向の偏向を可能にする。第２のポスト６７０は、チップスクラブのための適切な形状を可能にすると共に、製造可能性を維持するために、第１のポスト６６０に付加することができる。第１のポスト６６０は、およそ１：１（又はそれより少し大きい）アスペクト比（縦横比）でのリソグラフィー及びメッキを可能にするのに十分に大きくメッキすることができる。第２のポスト６７０は、理想的には、適切なこすりに、より適切に適応するために小さい。より小さな第２のポスト６７０も、２つのポスト層の間でのリソグラフィー位置合わせ誤差に適応する。
【００２７】
チップ６８０は、メッキされているどのポスト（６６０又は６７０）とも同心である必要はない。ポスト（６６０又は６７０）が有する可能性のある、偏向角度による供試デバイスとの何らかの干渉を排除するために、その上にメッキされているポスト（６６０又は６７０）の中心を外して先端部６８０をメッキすることが有利である。先端部６８０は、円形、矩形、ブレード形状、楕円形、涙形、又はリソグラフィーで形成することができる他の何らかの形状とすることができる。
【００２８】
アーム６３０の下には停止要素６９０がある。停止要素６９０は基板６００上にメッキされており、アーム６３０と停止部材６９０の間にはギャップ９１０（図９及び図１０参照）がある。ギャップ９１０は、製造中に、停止部材６９０とトーションバー６３０との間に約１μｍ〜約２０μｍの犠牲銅をメッキすることによって形成することができる。その後、この犠牲金属は、プローブの製造の最終段階において除去される。停止部材６９０は、プローブが作動状態にあるときに、トーションバー６３０を垂直方向及び横方向に支持するように設計される。停止部材６９０の基本的機能は、トーションバー６３０のための支点又は旋回軸として機能することである。一実施形態において、停止部材６９０は、トーションバー６３０の横方向支持体要素９２０（図９及び図１０参照）によって形成された浅いポケット内かつトーションバー６３０の下に部分的に「埋設」されている。別の実施形態においては、停止部材６９０は、トーションバー６３０の遠位端の下に完全に配置されている（図１１参照）。後者の実施形態において、停止部材６９０は、横方向支持体要素１１００を含んでもよく、トーションバー６３０は、停止部材横方向支持体要素１１００の両側に、２つの横方向支持体要素９２０を含んでもよい。本実施形態は、正負のｘ方向両方において、トーションバー６３０を横方向に支持し、良好な横方向安定性及びスクラブマーク位置精度をもたらす。図１２は、停止部材要素６９０の別の実施形態を示す。本実施形態において、トーションバー６３０は、１つの横方向支持体要素９２０を有し、停止部材６９０は、２つの横方向支持体要素１１００を両側に有する。旋回軸を形成すると共に、横方向の動きを抑制する他の停止部材構成を、本発明の精神から逸脱することなく実施することができる。
【００２９】
図６Ｂは、本発明の代替的実施形態を示す。この代替的実施形態においては、（配線層６１０に接続することができる）第２の配線層６９５も停止部材６９０の下にメッキされている。この第２の配線層６９５の目的は、停止部材層６９０を脚６２０と同じ平面内においてメッキできるようにするためである。この特徴もまた、スペーサ要素６４０の厚さを低減する。
【００３０】
図６Ｃは、本発明の代替的実施形態を示す。この代替的実施形態は、図６Ｂと実質的に同じであるが、トーションバー６３０に取り付けられた第１のアーム６５０と、この第１のアーム６５０の遠位端に位置する第２のアーム６５５とを有するプローブ要素を示している。デュアルアーム構造であるため、スペーサ６４０は必要ない。デュアルアームであるという特徴は、プローブ構造の最近接部と供試ウェーハとの間のより大きな間隔を可能にする。追加的な間隔は、作動状態におけるプローブ構造とウェーハ表面との間に捉えられた異物からのウェーハ表面へのダメージを回避するのに役に立ち得る。このことは図１３Ａ及び図１３Ｂに分かりやすく図示されている。図１３Ａは、図６Ａ又は図６Ｂの実施形態と同様の実施形態を示す。一実施形態において、アーム６５０の近位端（先端部６８０から最も遠い端部）は、供試ウェーハ１３００から２０μｍ未満にあってもよい。図１３Ｂにおいては、第２のアーム６５５の最も低い部分は、供試ウェーハ１３００からおよそ４５μｍにあってもよく、アーム６５０の最も低い部分は、供試ウェーハ１３００からおよそ５６μｍにあってもよい。図１３Ａ及び図１３Ｂの両方において、プローブ構造は、基板６００と、アーム（又は第１のアーム）６５０の最も低い部分との間の距離である１００μｍを動くと仮定している。
【００３１】
ウェーハ表面とプローブ構造との間に、より大きな間隔を形成するために、ポスト６６０、６７０の高さを増すことができるが、このことは、スクラブ長を増加させ、及びプロセスの複雑性及びコストを追加するため、望ましくない。図６Ｃに示す実施形態は、デュアルアーム構造を示しているが、プローブは、本発明の精神から逸脱することなく、より多くのアームを備えて構成することができる。また、ポストを短いアームと置き換えることも可能である（その違いは、ポストがほぼ等しい長さ及び幅を有し、又はポストを丸くすることができるのに対し、アームは、その幅よりも実質的に長いということにある）。
【００３２】
図７Ａは、トーションバー６３０の脚６２０に対する非軸位置合わせ、及びアーム６５０のトーションバー６３０に対する非軸位置合わせを示す角度から見た図６Ａの実施形態を示す。
【００３３】
図７Ｂは、トーションバー６３０の脚６２０に対する非軸位置合わせ、及びアーム６５０及び６５５のトーションバー６３０に対する非軸位置合わせを示す角度から見た図６Ｃの実施形態を示す。
【００３４】
図８は、図６Ａに示す本発明の実施形態の平面図を示す。
【００３５】
図９は、図６Ａの斜視図である。この図９は、図６Ａにおいて、トーションバー６３０が停止部材６９０の後方にある状態で、停止部材６９０を正視した場合に見える図である。
【００３６】
図６Ａに示す本発明の実施形態において、配線層６１０は、１５μｍの電気メッキしたＡｕの下の５０００ÅのＡｕの下の２０００ÅのＣｒとすることができる導電性基部層上にメッキすることもできる２５μｍの高さでメッキされたＮｉ又はＮｉＭｎからなる層とすることができる。停止部材６９０は、２８μｍの高さにメッキされたＮｉ又はＮｉＭｎからなる層とすることができ、脚６２０は、２つの部分にメッキすることができる。一方は、停止部材６９０と同時にメッキされ、他方は、トーションバー６３０と同時にメッキされる。全体的には、脚６２０は、６７μｍの高さにメッキされたＮｉ又はＮｉＭｎ（又は、両方の組合せ）からなる層とすることができる。トーションバー６３０は、３９μｍの高さのＮｉＭｎで構成することができる。これは、トーションバー６３０の厚さ（高さ）であって、基板６００の面からのトーションバーの高さではないことを理解すべきである。また、トーションバー６３０は、厚さを４０μｍ、及び長さを８０４μｍとすることができる。ＮｉＭｎは、そのばねのような性質のため、トーションバー６３０の形成には有用な合金である。アーム６５０は、高さが６０μｍ、幅が５５μｍ及び長さが４７３μｍにメッキされたＮｉＭｎ又はＮｉとすることができる。第１のポスト６６０は、高さが６８μｍにメッキされたＮｉ又はＮｉＭｎとすることができ、第２のポスト６７０は、２８μｍにメッキされたＮｉ又はＮｉＭｎとすることができる。先端部６８０は、厚さ１１μｍにメッキされたＰｄＣｏ又はＲｈとすることができ、あるいは全体で厚さ１１μｍのＮｉ又はＮｉＭｎとＲｄＣｏ又はＲｈの組合せとすることができる。
【００３７】
図６Ａの実施形態においては、アーム６５０の上面から先端部６８０の上面までの距離を１００μｍとすることができる。また、基板６００の上面とアーム６５０の底面との間の距離は、１１０μｍとすることができる。先端部６８０の上面から基板６００の上面までのトータルの距離は、２７０μｍとすることができる。
【００３８】
図６Ｃの実施形態においては、第１のアーム６５０の上面と先端部６８０の上面の間の距離は、１４８μｍとすることができ、第２のアーム６５５の上面と先端部６８０の上面の間の距離は、９３μｍとすることができる。基板６００の上面と第２のアーム６５５の底面の間の距離は、１２５μｍとすることができる。
【００３９】
上記の寸法は、本発明の例示的な実施形態の場合のおおよその寸法を示しているが、実際の寸法は、用いる設計原理を著しく変更することなく、１０倍程度まで変化させることができる。上記の実施例においては、プローブ要素の大部分を作るのにＮｉが用いられているが、他の多くの金属、及び、ＮｉＭｎ、タングステン合金及びコバルト合金等の金属合金を用いることもできる。一般的には、メッキすることができ、かつ良好な機械的強度、硬度及び熱安定性をもたらす金属を使用することが望ましい。
【００４０】
基板６００は、シリコン、ゲルマニウム及びガリウムヒ素等の半導体材料、アルミナ、窒化アルミニウム、ガラス結合セラミック、低温共焼成セラミック（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃｓ；ＬＴＣＣ）及び高温共焼成セラミック（ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃｓ；ＨＴＣＣ）等のセラミック、誘電体被覆金属又はガラスを含む任意の種類の基板とすることができる。基板１００は、好ましくは、ビア９００を介して基板６００の一方の面６００ａから基板６００の他方の面６００ｂへ電気を伝導することができるような、中に形成されたビア９００を有する低温共焼成セラミック（ＬＴＣＣ）基板である。本発明の実施形態において、ビア９００は金で作られているが、銅、タングステン又はプラチナ等の他の導体を用いてもよい。また、セラミックは、電気再配分導体を含んでもよく、当分野においては公知である電気配線板又は「スペーストランスフォーマー」を形成する。
【００４１】
本発明の別の新規な特徴は、プローブ上の先端部及びポスト構造の設計である。半導体Ｉ／Ｏパッドに対する電気的接触の品質及び信頼性は、先端部の材料、先端部のサイズ、先端部の形状、こすりの動き及び接触力の関数である。これらパラメータの各々は接触性能に関係するが、先端部の形状はその中で最も重要であり、用いる製造技術の関数である。カンチレバーニードルプローブ又は垂直座屈梁プローブ等の従来のコンタクタは、典型的には、尖った又は成形した先端部を有するワイヤから作られる。しかし、この種の先端部形状は、ミクロンスケールで制御するのが難しく、また、検査対象の半導体デバイスにとって有害である高接触力を必要とする。さらに、ピンを基部とするコンタクタは、現代のウェーハの検査に必要な微細ピッチ及び高ピン数で作ることができない。これらの及び他の理由によって、微細加工されたプローブコンタクタは、魅力的な代替物である。新たな微細加工スプリングコンタクタは、多くの場合、接触面に近接して円滑な平坦面を有しており、このことは、チップ以外の面からの反射により、チップを容易に識別する自動画像システムに対して問題を引き起こす。本発明の新たなポスト及び先端部の設計は、この共通する問題を克服する。
【００４２】
図１５は、本発明の先端部及びポストの設計の一実施形態を示す。図１５において、ポスト６７０の（図における）底部は、粗面１５００を有する。この面は、ポスト６７０上に先端部６８０をリソグラフィーパターンメッキする前に粗面化されるため、先端部６８０は、粗面化された面１５００上に直接メッキされる。粗面化された面１５００は、Ｎｉ等の金属及び合金、ＮｉＭｎ、ＮｉＣｏ、ＮｉＷ又はＮｉＦｅ等のＮｉ合金、ＣｏＷ等のＷ合金、Ｃｒ又は同様の金属を高電流でメッキすることにより、又は、スルファミン酸ニッケル浴での結晶成長抑制剤又はマンガン塩等の他の添加物の添加により、あるいは、粗面を形成する電気メッキ及び電鋳の当分野において公知の任意の他の方法で形成することができる。図１８（縮尺どおりに描かれてはいない）に示すように、粗面化された面１５００は、ピーク１５１０と谷１５２０を有してもよく、ピーク１５１０は、谷１５２０から約１μｍ〜約５μｍ立上ってもよく、好ましくは、その高さは、ピーク１５１０から谷１５２０まで約１μｍである。図１５における矢印は、光を示す（実線は強い光を表し、点線は拡散し、回折し、吸収され、又は何か他の方法でのあまり強くない光を表す）。すなわち、図１５は、粗面１５００から戻って反射された光が拡散し、散乱していることを示す。このことは、先端部面とポスト面との間のコントラストを大幅に改善することにより、自動画像システムが先端部６８０をより明確に分析するのに役に立つ。
【００４３】
この発想に対するさらなる改良を図１６に示す。図１６においては、粗メッキされたスカート１７２０が、ポスト６７０の底部、及びチップ６８０の基部周辺にメッキされている。この構造は、先端部６８０の表面とポスト６７０との間に高コントラストをもたらし、また、先端部６８０の基部周辺の増厚又はガセットの形態での先端部６８０の機械的支持をもたらす。ガセットはさらに、特に先端部６８０が高アスペクト比（高さと、幅又は直径の比）を有する場合に、先端部６８０を、使用中の横方向の力によって引き起こされる、その基部における機械的故障から保護する。
【００４４】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、本発明の先端部及びポストの設計の別の実施形態を示す。図１７Ａ及び図１７Ｂにおいては、粗面化された金属がポスト構造に覆いかぶさるように、金属がポスト６７０、６６０を覆ってキャップ１７１０、１７００内にメッキされている。この製造方法は、（リソグラフィー誤差による）わずかな位置ずれが、ポスト６６０、６７０の周辺部の一方の側に三日月形又はエッジを生じる可能性がある、ポスト６６０、６７０の滑らかな反射面の露出を生じないことを確実にする。
【００４５】
上記の説明は、本発明の特定の実施形態に言及しているが、当業者は、本発明の精神から逸脱することなく、多くの変更が可能であることを容易に理解できるであろう。添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲内に含まれるように、そのような変更に及ぶように意図されている。従って、本開示の実施形態は、全ての点で例示的であり、かつ限定的ではないと考えるべきであり、本発明の範囲は、上記の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の意義及び等価の範囲に近い全ての変更は、本発明に包含されることを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来技術の実施形態の実施例である。
【図２Ａ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図２Ｂ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図３Ａ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図３Ｂ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図４】従来技術の実施形態の実施例である。
【図５Ａ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図５Ｂ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図６Ａ】本発明の実施形態の側面図を示す。
【図６Ｂ】本発明の別の実施形態の側面図を示す。
【図６Ｃ】本発明の別の実施形態の側面図を示す。
【図７Ａ】図６Ｂに示す本発明の実施形態の斜視図を示す。
【図７Ｂ】図６Ｃに示す本発明の実施形態の斜視図を示す。
【図８】図６Ａの実施形態の平面図を示す。
【図９】停止部材要素の前面から見た場合の図６Ａにおける本発明の実施形態の図を示す。
【図１０】本発明の停止部材要素の実施形態を示す。
【図１１】本発明の停止部材要素の別の実施形態を示す。
【図１２】本発明の停止部材要素の別の実施形態を示す。
【図１３Ａ】作動状態における図６Ａの実施形態の側面図を示す。
【図１３Ｂ】作動状態における図６Ｃの実施形態の側面図を示す。
【図１４Ａ】本発明の実施形態が作動状態に置かれている場合のトーションバーのねじれを示す。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態が作動状態に置かれている場合のトーションバーのねじれを示す。
【図１４Ｃ】本発明の実施形態が作動状態に置かれている場合のトーションバーのねじれを示す。
【図１４Ｄ】本発明の実施形態が作動状態に置かれている場合のトーションバーのねじれを示す。
【図１４Ｅ】本発明の実施形態が作動状態に置かれている場合のトーションバーのねじれを示す。
【図１５】本発明の先端部の設計の実施形態を示す。
【図１６】本発明の先端部の設計の別の実施形態を示す。
【図１７Ａ】本発明の先端部の設計の別の実施形態の斜視図を示す。
【図１７Ｂ】図１７Ａの断面図を示す。
【図１８】本発明の先端部の設計の実施形態の拡大図を示す。
【符号の説明】
【００４７】
１５００・・・上面
６８０・・・先端部
６７０・・・ポスト構造
６１０・・・配線層
６２０・・・脚要素
６４０・・・スペーサ要素
６５０・・・アーム
６００・・・基板
６３０・・・トーションバー
６６０、６７０・・・ポスト
６９０・・・停止要素
９００・・・ビア
９２０、１１００・・・横方向支持体要素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体チップの検査に関し、具体的には、パッケージングの前に検査するためのプローブコンタクタの設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、半導体チップは、適切かつ確実に機能することを確認するために検査される。これは、多くの場合、半導体デバイスがまだウェーハの形をしているとき、すなわち、半導体デバイスがウェーハからダイシングされてパッケージングされる前に行われる。これは、一度に多数のチップの同時検査を可能にし、半導体デバイスがパッケージされた時点で個々のチップを検査するのに比べて、コスト及びプロセス時間においてかなりの効果をもたらす。チップに不具合があることが見つかった場合、チップがウェーハからダイシングされていれば、この不具合のあるチップを廃棄することができ、かつ信頼性のあるチップのみがパッケージングされる。よって、一度に確実に検査することのできるウェーハが多ければ多いほど、コスト及びプロセス時間をより多く節減することができることは自明の理である。
【０００３】
一般に、ウェーハの検査を実行する場合、ウェーハを搬送するチャックは、数千のプローブが電気的に結合されているプローブカードまで上昇される。より大きいウェーハを検査するためには、小さい高性能プローブが必要である。該プローブは、各パッドと確実な電気的接触を形成するために、該ウェーハ上のチップのコンタクトパッドの表面の酸化物及びデブリ層を突き抜けることができなければならない。加えて、該プローブは、該コンタクトパッドが異なる高さになっている可能性がある（すなわち、ウェーハ上の全てのコンタクトパッドが同じ平面内にあるわけではない）ということを補償することができなければならない。さらに、チャック及びプローブカードメカニカルマウントは、正確に平行かつフラットではない可能性があり、プローブが適応しなければならないさらなる高さのばらつきを招いている。
【０００４】
従来、この点で、ウェーハを検査するのに、カンチレバーワイヤプローブが使用されてきた。しかし、カンチレバーワイヤプローブは長すぎて、従来のウェーハ上の全てのチップに対して確実な同時接触を可能にするように正確に組立てるのが困難である。加えて、カンチレバーワイヤプローブは、高い自己インダクタンス及び相対インダクタンスという問題を有し、高速デバイスの検査のための対象とならない。これらの問題は、プローブが大きなウェーハを検査するのに使用された場合に強調される。カンチレバー（又は、湾曲）プローブは、当分野において公知の様々な微細加工技術によって、小さな物理的寸法で製造することもできる。これらカンチレバースプリングは、（酸化物層の制御されたスクラビングのための）機械的エネルギ密度、および大きなウェーハの確実な検査にとって理想的に有効である空間的効率が不足している。
【０００５】
カンチレバープローブの欠点を克服するために、多くの試みが、様々なレベルの結果を伴ってなされてきた。例えば、Ｆｏｒｍ Ｆａｃｔｏｒ，Ｉｎｃ．に譲渡された特許文献１は、（図４に示すように）延性金属をスプリングメタルで被覆することにより、スプリングプローブを形成する方法について記載している。それらのスプリングは、カンチレバースプリングと同様の曲げモードスプリングである。また、該スプリングは、コンタクタにおける横方向において細長く、かつ不十分に支持されており、コンタクトパッドの制御されたスクラビングに関する問題を生じる。さらに、これらのような長いスプリング長を必要とするプローブは、比較的不十分な電気的性能を有する。
【０００６】
Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｒａｃｋに譲渡された特許文献２は、図１に示すような、他のスプリング設計よりも機械的に有効であり、かつカンチレバー設計よりも効率的であるトーションスプリング設計について記載している。また、Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｒａｃｋに譲渡された特許文献３は、図２Ａ及び図２Ｂに示すような単一脚トーションスプリングプローブコンタクタの基本的原理について記載している。しかし、これらの設計もそれなりの制限を有している。これらの特許によって考えられかつ意図される具体的な実現物は、２〜３例を挙げると、動作範囲、画像認識に必要な光学特性、実用的生産手段、スクラビング力に応じたコンタクト先端部の高い横方向安定性に対する要求、等のスプリングプローブコンタクタに対する多くの実際的な要件に対応しておらず、又は解決していない。
【０００７】
プローブコンタクタの設計における改良は、フォトリソグラフィ及び関連する微細加工技術における進歩によってもたらされた。Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ Ａｌｕｍｎｉ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎに対する特許文献４は、スプリング及びスプリングコンタクタを含む３次元メタル構造のリソグラフィー電解メッキ（electro-forming）技術を介した多層ビルドアップ製造の原理について記載している。本出願人は、従来技術の多くの欠点を克服し、かつ本出願の主題である微小形成トーションバープローブコンタクタを創り出した。
【０００８】
本出願の別の態様は、プローブの端部における先端部（tip）の形成である。カンチレバーニードルプローブ又は垂直座屈梁プローブ等の従来のピンをベースとするコンタクタは、典型的には、尖った又は成形した先端部を有するワイヤから作られる。この種の形状は、十分な接触力が加えられた場合にのみ、適切な電気的接触を実現できる。高接触力は、多くの場合、Ｉ／Ｏパッド下に能動素子を含む検査対象の半導体デバイスにとって有害である。さらに、ピンをベースとするコンタクタは、現代の大口径ウェーハの検査に必要な微細ピッチ及び多ピン数で作ることができない。これらの及び他の理由によって、微細加工されたプローブコンタクタは、ピンをベースとするプローブカードに代わって魅力的である。
【０００９】
コンタクタプローブ用の微細加工プローブコンタクト先端部が様々な構成で提案されており、当分野においてたくさんある。これらの構成のほとんどにおいて、良好に形成され、制御された表面形状、サイズ、材質及び質感を有する先端部が形成されている。これらの要素の各々は、Ａｌ、ＡｌＳｉＣｕ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｕ又ははんだ等の共通のＩＣパッドメタルに対する所要の均一な電気的接触を実現するのに重要である。これらパラメータの各々は接触能力に影響するが、形状に対する制御が最も重要であり、適用される形成技術によって左右されるものである。
【００１０】
見過ごされることが多い別の要因は、先端部及び隣接する構造部の光学特性である。典型的には、プローブカードは、Ｔｏｋｙｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌａｂｓに譲渡された特許文献５によって説明されているようなものなどのプローブ先端部の位置の自動識別およびウェーハ上のＩ／Ｏパッドに対するプローブ先端部の位置決めのためのマシンビジョンシステムを備えたウェーハプローバと共に用いられる。基本的に、マシンビジョンシステムは、プローブニードルの先端部に位置決め可能であるとともに、その先端部を検査するカメラを含む。このカメラは、先端部の形状を見るのに適した倍率を有する。また、カメラは、ＬＥＤリングライト又は同軸ライト等の光源も含む。カメラからのイメージは、カメラの撮像領域に対する先端部の位置を判断するためにコンピュータによって処理される。この位置情報は、被測定デバイス（ｄｅｖｉｃｅ−ｕｎｄｅｒ−ｔｅｓｔ；ＤＵＴ）の接合パッドをプローブ先端部の下に正確に配置するために、プローバのコンピュータ制御アルゴリズムによって用いられる。そのため、プローブ先端部は、ビジョンシステム要件を考慮して設計しなければならない。具体的には、ビジョンシステムは、特に、隣接する面間に小さな物理的寸法を有する微細加工コンタクタの場合には、先端部と隣接する構造部との間に、良好な光学コントラストを要する。典型的な微細加工スプリングコンタクタは、接触先端部面に近接して滑かな平坦面を有しており、図５Ａに見られるように、先端部以外の面からの反射による、画像認識システムに関する困難を生じる。その結果、これらのビジョンシステムは、関係のない構造部を先端部と間違えることがあり、捉えた先端部位置に関して画像拒否又はエラーを引き起こす。
【００１１】
この問題を克服するための様々な試みが提案されているが、そのそれぞれは、独自の問題を有していた。例えば、Ｆｏｒｍ Ｆａｃｔｏｒ，Ｉｎｃ．に譲渡された特許文献６は、図３Ａ及び図３Ｂに示すような、カンチレバープローブ構造と共に用いられるピラミッド状のコンタクタ先端部を開示している。このピラミッドは、シリコン中の異方性エッチングされたキャビティを複製して、この複製された先端部をスプリング構造に接合することによって形成される。この方法は、その幅広のベースによる良好な機械的強度を有する先端部を作り出すことができ、及びピラミッドの側面が光を軸外に反射して、マシン画像認識に用いられる通常の照明下では暗く見えるが、この設計は、少なくとも２つの重大な欠点を有する。製造手順は、モールド複製法によって進められ、先端部をスプリングに組立てるために、独立したボンディング工程を必要とする。この余計なボンディング工程は、かなりの複雑さ、歩留まり損失及びコストを製造プロセスに付加する。さらに、このピラミッド形状は、研磨洗浄の結果として実際の適用においてよく行われるように摩耗したり、あるいは再面出しされたりするにつれてサイズが大きくなる正方形又は矩形の接触面に限定される接触形状を生成する。表面形状又はサイズのどのような変化も、接触面積、及び電気的接触特性ならびにスクラブマークの変化をもたらす。
【００１２】
マシンビジョンの問題を解決する別の方法は、先端部を著しく高く（約５０μｍ高く）形成することである。本実施形態においては、次の下にある平坦面（ポスト）は、ポスト面には焦点が合わず、先端部のみに焦点が合うように、画像顕微鏡の焦点面から十分に離れている。しかし、このことは、リソグラフィーイメージング及び電解メッキによって形成される先端部にとっては現実的な解決法ではない。このようなプロセスは、アスペクト比（縦横比）において実用限界を有する。さらに、より高い先端部のアスペクト比が現実的であっても（典型的な先端部は、５μｍ〜２０μｍ程度の最小寸法とほぼ同じか又はそれよりわずかに高い）、高い先端部は、使用中の横方向スクラビング力によって損傷する傾向がある。
【００１３】
別の提案されている代替案は、図５Ｂに示すように、ポスト構造の一部を除去して、照明を画像システムへ反射させない傾斜面を先端部の周りに形成することである。しかし、この設計に伴う問題は、テーパ状のポストの上部平面に先端部を位置合わせするのが非常に困難であるということである。わずかなミスアラインメントも、先端部基部近傍に平坦な反射性面を形成して、明るい「三日月形」を先端部周辺に出現させる。この三日月形は、正しい先端部の位置認識に干渉して、捉えた光学中心における画像の「拒否」又はエラーを引き起こす。
【特許文献１】米国特許第５，９２６，９５１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４２６，６３８号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７７１，０８４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１９０，６３７号明細書
【特許文献５】米国特許第５，３２１，３５２号明細書
【特許文献６】米国特許第６，２５５，１２６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、先端部がプローブ構造上にリソグラフィーで形成される場合の画像エラーの問題を解決する先端部及びポスト構造を形成する新たな設計が必要とされている。
【００１５】
特許文献４に記載されているリソグラフィー法に関する改良は、どちらも本出願人によって共同所有されており、かつ参照して本明細書に組み込む米国特許出願第１１／０１９９１２号及び同第１１／１０２９８２号の主題である。これら２つの出願は、プローブコンタクタ等の微小構造をさらに形成する犠牲金属からなるアイランドの使用と組み合わされた一般的なフォトリソグラフィパターンめっき技術の使用について記載している。上記の方法を用いて、本出願人は、従来技術の多くの困難を克服し、及び本出願の主題である微小形成トーションバープローブコンタクタを創り出した。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、スプリング要素としてのトーションバーと、自動画像メカニズムによって現在の問題を解決する先端部及びポスト構造とを組み込んだプローブに注力する。トーションバープローブは、最終的に数百又は数千のプローブ要素を保持する基板上に形成される。プローブは、脚によって基板に接続される。脚を基板内のビアに電気的に接続する配線が脚の一端部に取り付けられ、脚の他端部にはトーションバーが取り付けられる。トーションバーの他端部にはスペーサが取り付けられ、このスペーサは、トーションバーよりも背が高い。スペーサの頂部にはアームが取り付けられる。アームは、トーションバーよりも硬く、これは、アームが使用中に、エネルギを蓄えるためにあまり曲がらないことを意味する。スペーサの反対側のアームの頂部にはポストが取り付けられ、このポストの頂部は先端部であり、このチップの構造を以下にさらに記載する。スペーサとトーションバーとが結合される近く及び下の位置において、停止部材が基板上に作られる。プローブが非作動状態（すなわち、半導体デバイスの接触パッドを押圧していない）にあるときには、トーションバーと停止部材との間には、スペース又はギャップがある。
【００１７】
動作中、先端部は、ウェーハ上のＩ／Ｏ接触パッドによって接触されて、基板に向かって（図面の大部分の空間方向において）下向きに押し込まれる。先端部が押し下げられるにつれて、アームは、たいていは硬くなるように設計されており、傾斜してトーションバーをねじれさせる。トーションバーは、脚端部において基板に強固に固着されて、垂直方向及び横方向の両方向に支持されているが、停止部材端部において回転自在である。停止部材端部における回転は、停止部材に対する接触が形成されるまで（数ミクロンのギャップ距離を介した）トーションバーのわずかな動きを伴い、その後、その箇所でトーションバーは停止部材に対して旋回する。（スペーサ高、アーム長、ポスト高さ等を含む）プローブの全体の形状は、プローブが下方へ移動する際の先端部の空間における動きを決定づける。この動きは、略円弧状であり、先端部が下方へ動く際の（トーションバーの軸に対して略直角な方向における）前方成分を生成する。先端部の前方動は、実施上必要な「こすり(scrub)」を提供し、Ｉ／Ｏパッドに対する良好な信頼性のある繰り返される接触抵抗を実現する。
【００１８】
米国特許出願第１１／０１９９１２号明細書及び米国特許出願第１１／１０２９８２号明細書に記載された製造プロセスを用いて、本発明は、従来技術にはないいくつかの新規な特徴を含む。本発明の新規な特徴のうちの１つは、アーム部が、トーションバーとは異なる平面層内にあり、スペーサによってトーションバーと離間することができるということである。これら２つの付加層の追加は、デバイスの検査時に、略垂直方向の力によって作動される場合に、先端部の動きの経路を制御するための設計上の柔軟性を大幅にもたらす。この点に関してプローブの追加的な層の有効性は、上記の特許出願に記載された新たな製造プロセスによって可能になる。実際には、記載されているように、トーションプローブは、トーションコンタクタスプリングの構造に用いられる少なくとも８つの平坦層を有し、これらの層は、コンタクタの作動特性を最適化すると共に、商業的に実現可能なフォトリソグラフィマイクロ電解メッキ技術によって課せられるプロセス限界に適応する設計上の柔軟性を与える。トーションプローブは、本発明の精神から逸脱することなく、８より多いか又は少ない層を有してもよい。
【００１９】
また、プローブのアームも、（カンチレバービームスプリングの場合のように）スプリングとして機能しないように、トーションバーよりも硬く形成されている。バーが硬くない場合、その変形は、望ましい量を超えてスクラブ長を増加させる。アームは、停止部材と協働して、チップの略線形の円弧を、トーションバーのほぼ純ねじり回転に変換するレバーを備える。別の実施形態においては、アームは、一方が他方の端部の上部から伸びている２つのサブアームからなっている。このアプローチは、スプリング構造の最も近接する部分と供試ウェーハとの間でのより大きな間隔を可能にする。追加的な間隔は、接触状態にあるプローブ構造とウェーハとの間に捉えられる可能性のある異物からウェーハへのダメージを回避するのに役に立つ。
【００２０】
本発明の別の新規な態様は、停止部材が基板に取り付けられており、この停止部材に係合したときに、トーションバーを横方向に支持する横方向支持体を含むということである。停止部材の基本的な機能は、トーションバーのための支点又は旋回軸として機能することである。横方向支持体は、横方向の安定性の増加、及び先端部のスクラブパターンに対するより多くの制御をもたらす。
【００２１】
本発明の別の新規な態様は、先端部及びポスト構造の設計である。先端部とポストとが共に平坦面を有する場合に、マシンビジョンシステムが先端部とポストを正確に識別することができるようにするために、先端部が結合されるポストの頂部は、入射光を拡散又は吸収するように処理される。これは、いくつかの方法で、例えば（結晶成長抑制剤の添加を伴う又は伴わない大電流めっきを用いる等の）粗めっき又は金属組織装飾エッチングを介して遂行することができる。
【００２２】
さらなる改良は、支持ポストの上面を覆うだけではなく、先端部の基部を包み込む粗めっきされたスカートを備えることである。この構造は、先端部表面とポストとの間に高コントラストを付与するだけではなく、その基部周辺を厚くする、又は基部周辺のガセットの形態で先端部の機械的支持をもたらす。ガセットはさらに、使用中に横方向の力によって引き起こされる、その基部における機械的故障から先端部を保護し、このことは、チップが高アスペクト比（高さと幅又は直径の比）を有する場合に特に有用である。また、このスカートは、（例えば、リソグラフィーの誤差による）わずかな位置ずれが、ポストの周囲の一方の側に、三日月形又はエッジの形状の滑らかな反射面の露出を生じないように、ポスト構造からわずかに張り出すパターンでめっきすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図６Ａは、本発明の実施形態による、電子デバイスを検査するプローブを示す。プローブの本実施形態は、基板６００と、配線層６１０と、脚要素６２０と、トーションバー６３０と、スペーサ要素６４０と、アーム６５０と、ポスト６６０と、第２のポスト６７０と、先端部６８０と、停止要素６９０とを含む。脚６２０から基板６００内のビア９００（図９参照）への導電路を形成する配線層６１０が基板６００上にメッキされている。この配線層６１０は、公称高さ（厚さとも呼ばれる）１６μｍを有する金で電気メッキすることができる。脚６２０は、プローブのための機械的アンカーを形成する。脚６２０は、近位端（ビア９００に最も近い端部）と、遠位端（ビア９００から最も遠い端部）とを有する。脚６２０は、その遠位端においてトーションバー６３０に接続されている。トーションバー６３０は、作動状態にあるときに（すなわち、プローブが半導体デバイスのＩ／Ｏパッドに接触しているとき）、図１４Ａ〜図１４Ｅに示すようにねじれるため、そのばね状の（又は適合した）性質を有するプローブを実現できる要素である。一実施形態において、トーションバー６３０は、脚６２０と非軸方向に位置合わせされている。一実施形態において、トーションバー６３０は、脚６２０に対して約１０〜９０度の角度になっているが、好ましくは、約２０度の角度になっている。この非軸配置は、脚６２０と基板６００との間の接続のモーメントアームを増加させることにより、及びそれによって動作中の脚／基板の境界上でのトーションバー６３０によって与えられる剥離力を減少させることにより、接続の強度を高める。トーションバー６３０は、基板に接触しないように基板６００から上昇される。トーションバー６３０は、その遠位端において、横方向支持要素９２０（図９及び図１０参照）を有することができ、この横方向支持要素９２０は、停止部材６９０と共に用いられ、作動中のトーションバー６３０の横方向のずれを防止している。
【００２４】
トーションバー６３０は、遠位端（この場合もビア９００から最も遠い側）において、スペーサ要素６４０に結合されている。スペーサ要素は、トーションバー６３０の面からアーム要素６５０を上昇させる。スペーサ要素６４０は、先端部６８０の動きの経路を制御するための設計上の柔軟性を与える。また、スペーサ要素は、あらゆるコンプライアンスに適応するために、アーム６５０と基板６００との間に必要な間隔を与える。スペーサ６４０の上部にはアーム要素６５０がある。アーム要素６５０は、トーションバー６３０に対して略非軸方向にメッキされている。一実施形態において、アーム６５０は、トーションバー６３０に対して約２０〜約１６０度の角度にあり、好ましくは、その角度は約１２０度である。アーム６５０は、スプリングとして作用しないように剛性を有するように設計される。アーム６５０が特に柔軟であるとしたら、その変形は、望ましい限界を超えるスクラブの増加の一因となるだろう。この点について、アーム６５０は、（例えば、ＮｉＭｎで形成された）トーションバー６３０よりも高い剛性率の金属（例えば、Ｗ）で形成することができ、又は、アームは、好ましい実施形態のようにトーションバー６３０よりも短く、厚く（高さを増す）又は幅広に（あるいはいずれかの組合せで）形成してもよい。この点について、長さ、厚さ及び幅は、通常、ｘ、ｙ及びｚ軸を示す３次元デカルト座標の３つの軸で表すことができる。ｘ軸は長さを表し、ｙ軸は幅を表し、ｚ軸は厚さを表す。
【００２５】
アーム６５０がトーションバー６３０とは異なる平面上にあるという事実は、本発明の新規な特徴である。この特徴は、参照して本明細書に組み込む米国特許出願第１１／０１９９１２号明細書及び同第１１／１０２９８２号明細書に記載されているフォトリソグラフィプロセスの利用によって可能になる。
【００２６】
アーム６５０の遠位端上面において、第１のポスト６６０はメッキされている。第１のポスト要素６６０もまた、作動中のチップ６８０の動きの経路を制御する際の設計上の柔軟性を与える。第１のポスト６６０は、その上面にメッキされた先端部６８０を有することができ、又は、必要に応じて、第１のポスト要素６６０よりも小さい表面積を有し、第１のポスト６６０と先端部６８０との間にメッキされた第２の（又は、それ以上の）ポスト要素６７０があってもよい。（第１のポスト６６０、又は第２のポスト要素６７０と組み合わされた）ポスト要素は、先端部６８０をアーム６５０から垂直方向に離して伸ばし、先端部の全目標方向の偏向を可能にする。第２のポスト６７０は、チップスクラブのための適切な形状を可能にすると共に、製造可能性を維持するために、第１のポスト６６０に付加することができる。第１のポスト６６０は、およそ１：１（又はそれより少し大きい）アスペクト比（縦横比）でのリソグラフィー及びメッキを可能にするのに十分に大きくメッキすることができる。第２のポスト６７０は、理想的には、適切なこすりに、より適切に適応するために小さい。より小さな第２のポスト６７０も、２つのポスト層の間でのリソグラフィー位置合わせ誤差に適応する。
【００２７】
チップ６８０は、メッキされているどのポスト（６６０又は６７０）とも同心である必要はない。ポスト（６６０又は６７０）が有する可能性のある、偏向角度による供試デバイスとの何らかの干渉を排除するために、その上にメッキされているポスト（６６０又は６７０）の中心を外して先端部６８０をメッキすることが有利である。先端部６８０は、円形、矩形、ブレード形状、楕円形、涙形、又はリソグラフィーで形成することができる他の何らかの形状とすることができる。
【００２８】
アーム６３０の下には停止要素６９０がある。停止要素６９０は基板６００上にメッキされており、アーム６３０と停止部材６９０の間にはギャップ９１０（図９及び図１０参照）がある。ギャップ９１０は、製造中に、停止部材６９０とトーションバー６３０との間に約１μｍ〜約２０μｍの犠牲銅をメッキすることによって形成することができる。その後、この犠牲金属は、プローブの製造の最終段階において除去される。停止部材６９０は、プローブが作動状態にあるときに、トーションバー６３０を垂直方向及び横方向に支持するように設計される。停止部材６９０の基本的機能は、トーションバー６３０のための支点又は旋回軸として機能することである。一実施形態において、停止部材６９０は、トーションバー６３０の横方向支持体要素９２０（図９及び図１０参照）によって形成された浅いポケット内かつトーションバー６３０の下に部分的に「埋設」されている。別の実施形態においては、停止部材６９０は、トーションバー６３０の遠位端の下に完全に配置されている（図１１参照）。後者の実施形態において、停止部材６９０は、横方向支持体要素１１００を含んでもよく、トーションバー６３０は、停止部材横方向支持体要素１１００の両側に、２つの横方向支持体要素９２０を含んでもよい。本実施形態は、正負のｘ方向両方において、トーションバー６３０を横方向に支持し、良好な横方向安定性及びスクラブマーク位置精度をもたらす。図１２は、停止部材要素６９０の別の実施形態を示す。本実施形態において、トーションバー６３０は、１つの横方向支持体要素９２０を有し、停止部材６９０は、２つの横方向支持体要素１１００を両側に有する。旋回軸を形成すると共に、横方向の動きを抑制する他の停止部材構成を、本発明の精神から逸脱することなく実施することができる。
【００２９】
図６Ｂは、本発明の代替的実施形態を示す。この代替的実施形態においては、（配線層６１０に接続することができる）第２の配線層６９５も停止部材６９０の下にメッキされている。この第２の配線層６９５の目的は、停止部材層６９０を脚６２０と同じ平面内においてメッキできるようにするためである。この特徴もまた、スペーサ要素６４０の厚さを低減する。
【００３０】
図６Ｃは、本発明の代替的実施形態を示す。この代替的実施形態は、図６Ｂと実質的に同じであるが、トーションバー６３０に取り付けられた第１のアーム６５０と、この第１のアーム６５０の遠位端に位置する第２のアーム６５５とを有するプローブ要素を示している。デュアルアーム構造であるため、スペーサ６４０は必要ない。デュアルアームであるという特徴は、プローブ構造の最近接部と供試ウェーハとの間のより大きな間隔を可能にする。追加的な間隔は、作動状態におけるプローブ構造とウェーハ表面との間に捉えられた異物からのウェーハ表面へのダメージを回避するのに役に立ち得る。このことは図１３Ａ及び図１３Ｂに分かりやすく図示されている。図１３Ａは、図６Ａ又は図６Ｂの実施形態と同様の実施形態を示す。一実施形態において、アーム６５０の近位端（先端部６８０から最も遠い端部）は、供試ウェーハ１３００から２０μｍ未満にあってもよい。図１３Ｂにおいては、第２のアーム６５５の最も低い部分は、供試ウェーハ１３００からおよそ４５μｍにあってもよく、アーム６５０の最も低い部分は、供試ウェーハ１３００からおよそ５６μｍにあってもよい。図１３Ａ及び図１３Ｂの両方において、プローブ構造は、基板６００と、アーム（又は第１のアーム）６５０の最も低い部分との間の距離である１００μｍを動くと仮定している。
【００３１】
ウェーハ表面とプローブ構造との間に、より大きな間隔を形成するために、ポスト６６０、６７０の高さを増すことができるが、このことは、スクラブ長を増加させ、及びプロセスの複雑性及びコストを追加するため、望ましくない。図６Ｃに示す実施形態は、デュアルアーム構造を示しているが、プローブは、本発明の精神から逸脱することなく、より多くのアームを備えて構成することができる。また、ポストを短いアームと置き換えることも可能である（その違いは、ポストがほぼ等しい長さ及び幅を有し、又はポストを丸くすることができるのに対し、アームは、その幅よりも実質的に長いということにある）。
【００３２】
図７Ａは、トーションバー６３０の脚６２０に対する非軸位置合わせ、及びアーム６５０のトーションバー６３０に対する非軸位置合わせを示す角度から見た図６Ａの実施形態を示す。
【００３３】
図７Ｂは、トーションバー６３０の脚６２０に対する非軸位置合わせ、及びアーム６５０及び６５５のトーションバー６３０に対する非軸位置合わせを示す角度から見た図６Ｃの実施形態を示す。
【００３４】
図８は、図６Ａに示す本発明の実施形態の平面図を示す。
【００３５】
図９は、図６Ａの斜視図である。この図９は、図６Ａにおいて、トーションバー６３０が停止部材６９０の後方にある状態で、停止部材６９０を正視した場合に見える図である。
【００３６】
図６Ａに示す本発明の実施形態において、配線層６１０は、１５μｍの電気メッキしたＡｕの下の５０００ÅのＡｕの下の２０００ÅのＣｒとすることができる導電性基部層上にメッキすることもできる２５μｍの高さでメッキされたＮｉ又はＮｉＭｎからなる層とすることができる。停止部材６９０は、２８μｍの高さにメッキされたＮｉ又はＮｉＭｎからなる層とすることができ、脚６２０は、２つの部分にメッキすることができる。一方は、停止部材６９０と同時にメッキされ、他方は、トーションバー６３０と同時にメッキされる。全体的には、脚６２０は、６７μｍの高さにメッキされたＮｉ又はＮｉＭｎ（又は、両方の組合せ）からなる層とすることができる。トーションバー６３０は、３９μｍの高さのＮｉＭｎで構成することができる。これは、トーションバー６３０の厚さ（高さ）であって、基板６００の面からのトーションバーの高さではないことを理解すべきである。また、トーションバー６３０は、厚さを４０μｍ、及び長さを８０４μｍとすることができる。ＮｉＭｎは、そのばねのような性質のため、トーションバー６３０の形成には有用な合金である。アーム６５０は、高さが６０μｍ、幅が５５μｍ及び長さが４７３μｍにメッキされたＮｉＭｎ又はＮｉとすることができる。第１のポスト６６０は、高さが６８μｍにメッキされたＮｉ又はＮｉＭｎとすることができ、第２のポスト６７０は、２８μｍにメッキされたＮｉ又はＮｉＭｎとすることができる。先端部６８０は、厚さ１１μｍにメッキされたＰｄＣｏ又はＲｈとすることができ、あるいは全体で厚さ１１μｍのＮｉ又はＮｉＭｎとＲｄＣｏ又はＲｈの組合せとすることができる。
【００３７】
図６Ａの実施形態においては、アーム６５０の上面から先端部６８０の上面までの距離を１００μｍとすることができる。また、基板６００の上面とアーム６５０の底面との間の距離は、１１０μｍとすることができる。先端部６８０の上面から基板６００の上面までのトータルの距離は、２７０μｍとすることができる。
【００３８】
図６Ｃの実施形態においては、第１のアーム６５０の上面と先端部６８０の上面の間の距離は、１４８μｍとすることができ、第２のアーム６５５の上面と先端部６８０の上面の間の距離は、９３μｍとすることができる。基板６００の上面と第２のアーム６５５の底面の間の距離は、１２５μｍとすることができる。
【００３９】
上記の寸法は、本発明の例示的な実施形態の場合のおおよその寸法を示しているが、実際の寸法は、用いる設計原理を著しく変更することなく、１０倍程度まで変化させることができる。上記の実施例においては、プローブ要素の大部分を作るのにＮｉが用いられているが、他の多くの金属、及び、ＮｉＭｎ、タングステン合金及びコバルト合金等の金属合金を用いることもできる。一般的には、メッキすることができ、かつ良好な機械的強度、硬度及び熱安定性をもたらす金属を使用することが望ましい。
【００４０】
基板６００は、シリコン、ゲルマニウム及びガリウムヒ素等の半導体材料、アルミナ、窒化アルミニウム、ガラス結合セラミック、低温共焼成セラミック（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃｓ；ＬＴＣＣ）及び高温共焼成セラミック（ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃｓ；ＨＴＣＣ）等のセラミック、誘電体被覆金属又はガラスを含む任意の種類の基板とすることができる。基板１００は、好ましくは、ビア９００を介して基板６００の一方の面６００ａから基板６００の他方の面６００ｂへ電気を伝導することができるような、中に形成されたビア９００を有する低温共焼成セラミック（ＬＴＣＣ）基板である。本発明の実施形態において、ビア９００は金で作られているが、銅、タングステン又はプラチナ等の他の導体を用いてもよい。また、セラミックは、電気再配分導体を含んでもよく、当分野においては公知である電気配線板又は「スペーストランスフォーマー」を形成する。
【００４１】
本発明の別の新規な特徴は、プローブ上の先端部及びポスト構造の設計である。半導体Ｉ／Ｏパッドに対する電気的接触の品質及び信頼性は、先端部の材料、先端部のサイズ、先端部の形状、こすりの動き及び接触力の関数である。これらパラメータの各々は接触性能に関係するが、先端部の形状はその中で最も重要であり、用いる製造技術の関数である。カンチレバーニードルプローブ又は垂直座屈梁プローブ等の従来のコンタクタは、典型的には、尖った又は成形した先端部を有するワイヤから作られる。しかし、この種の先端部形状は、ミクロンスケールで制御するのが難しく、また、検査対象の半導体デバイスにとって有害である高接触力を必要とする。さらに、ピンを基部とするコンタクタは、現代のウェーハの検査に必要な微細ピッチ及び高ピン数で作ることができない。これらの及び他の理由によって、微細加工されたプローブコンタクタは、魅力的な代替物である。新たな微細加工スプリングコンタクタは、多くの場合、接触面に近接して円滑な平坦面を有しており、このことは、チップ以外の面からの反射により、チップを容易に識別する自動画像システムに対して問題を引き起こす。本発明の新たなポスト及び先端部の設計は、この共通する問題を克服する。
【００４２】
図１５は、本発明の先端部及びポストの設計の一実施形態を示す。図１５において、ポスト６７０の（図における）底部は、粗面１５００を有する。この面は、ポスト６７０上に先端部６８０をリソグラフィーパターンメッキする前に粗面化されるため、先端部６８０は、粗面化された面１５００上に直接メッキされる。粗面化された面１５００は、Ｎｉ等の金属及び合金、ＮｉＭｎ、ＮｉＣｏ、ＮｉＷ又はＮｉＦｅ等のＮｉ合金、ＣｏＷ等のＷ合金、Ｃｒ又は同様の金属を高電流でメッキすることにより、又は、スルファミン酸ニッケル浴での結晶成長抑制剤又はマンガン塩等の他の添加物の添加により、あるいは、粗面を形成する電気メッキ及び電鋳の当分野において公知の任意の他の方法で形成することができる。図１８（縮尺どおりに描かれてはいない）に示すように、粗面化された面１５００は、ピーク１５１０と谷１５２０を有してもよく、ピーク１５１０は、谷１５２０から約１μｍ〜約５μｍ立上ってもよく、好ましくは、その高さは、ピーク１５１０から谷１５２０まで約１μｍである。図１５における矢印は、光を示す（実線は強い光を表し、点線は拡散し、回折し、吸収され、又は何か他の方法でのあまり強くない光を表す）。すなわち、図１５は、粗面１５００から戻って反射された光が拡散し、散乱していることを示す。このことは、先端部面とポスト面との間のコントラストを大幅に改善することにより、自動画像システムが先端部６８０をより明確に分析するのに役に立つ。
【００４３】
この発想に対するさらなる改良を図１６に示す。図１６においては、粗メッキされたスカート１７２０が、ポスト６７０の底部、及びチップ６８０の基部周辺にメッキされている。この構造は、先端部６８０の表面とポスト６７０との間に高コントラストをもたらし、また、先端部６８０の基部周辺の増厚又はガセットの形態での先端部６８０の機械的支持をもたらす。ガセットはさらに、特に先端部６８０が高アスペクト比（高さと、幅又は直径の比）を有する場合に、先端部６８０を、使用中の横方向の力によって引き起こされる、その基部における機械的故障から保護する。
【００４４】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、本発明の先端部及びポストの設計の別の実施形態を示す。図１７Ａ及び図１７Ｂにおいては、粗面化された金属がポスト構造に覆いかぶさるように、金属がポスト６７０、６６０を覆ってキャップ１７１０、１７００内にメッキされている。この製造方法は、（リソグラフィー誤差による）わずかな位置ずれが、ポスト６６０、６７０の周辺部の一方の側に三日月形又はエッジを生じる可能性がある、ポスト６６０、６７０の滑らかな反射面の露出を生じないことを確実にする。
【００４５】
上記の説明は、本発明の特定の実施形態に言及しているが、当業者は、本発明の精神から逸脱することなく、多くの変更が可能であることを容易に理解できるであろう。添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲内に含まれるように、そのような変更に及ぶように意図されている。従って、本開示の実施形態は、全ての点で例示的であり、かつ限定的ではないと考えるべきであり、本発明の範囲は、上記の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の意義及び等価の範囲に近い全ての変更は、本発明に包含されることを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来技術の実施形態の実施例である。
【図２Ａ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図２Ｂ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図３Ａ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図３Ｂ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図４】従来技術の実施形態の実施例である。
【図５Ａ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図５Ｂ】従来技術の実施形態の実施例である。
【図６Ａ】本発明の実施形態の側面図を示す。
【図６Ｂ】本発明の別の実施形態の側面図を示す。
【図６Ｃ】本発明の別の実施形態の側面図を示す。
【図７Ａ】図６Ｂに示す本発明の実施形態の斜視図を示す。
【図７Ｂ】図６Ｃに示す本発明の実施形態の斜視図を示す。
【図８】図６Ａの実施形態の平面図を示す。
【図９】停止部材要素の前面から見た場合の図６Ａにおける本発明の実施形態の図を示す。
【図１０】本発明の停止部材要素の実施形態を示す。
【図１１】本発明の停止部材要素の別の実施形態を示す。
【図１２】本発明の停止部材要素の別の実施形態を示す。
【図１３Ａ】作動状態における図６Ａの実施形態の側面図を示す。
【図１３Ｂ】作動状態における図６Ｃの実施形態の側面図を示す。
【図１４Ａ】本発明の実施形態が作動状態に置かれている場合のトーションバーのねじれを示す。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態が作動状態に置かれている場合のトーションバーのねじれを示す。
【図１４Ｃ】本発明の実施形態が作動状態に置かれている場合のトーションバーのねじれを示す。
【図１４Ｄ】本発明の実施形態が作動状態に置かれている場合のトーションバーのねじれを示す。
【図１４Ｅ】本発明の実施形態が作動状態に置かれている場合のトーションバーのねじれを示す。
【図１５】本発明の先端部の設計の実施形態を示す。
【図１６】本発明の先端部の設計の別の実施形態を示す。
【図１７Ａ】本発明の先端部の設計の別の実施形態の斜視図を示す。
【図１７Ｂ】図１７Ａの断面図を示す。
【図１８】本発明の先端部の設計の実施形態の拡大図を示す。
【符号の説明】
【００４７】
１５００・・・上面
６８０・・・先端部
６７０・・・ポスト構造
６１０・・・配線層
６２０・・・脚要素
６４０・・・スペーサ要素
６５０・・・アーム
６００・・・基板
６３０・・・トーションバー
６６０、６７０・・・ポスト
６９０・・・停止要素
９００・・・ビア
９２０、１１００・・・横方向支持体要素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面領域を備える粗い上面を有するポストであって、前記上面が入射光を拡散し、回折し、又は吸収する特性を有するポストと、
マシン認識システムに適した滑らかな反射面を有し、かつ前記ポストの上面の表面領域よりも小さい接触面領域を有する、前記ポストの粗い上面にリソグラフィーでパターンメッキされた先端部と、
を備える微細加工構造。
【請求項２】
前記上面は、高電流でメッキされた金属を含む、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項３】
前記上面は、荒仕上げにエッチングされている、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項４】
前記上面は、粗さを与える少なくとも１つの添加物と共に金属メッキされる、請求項１に記載の微細加工チップおよびポスト構造。
【請求項５】
前記金属は、Ｎｉ、ＮｉＣｏ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅ、ＣｏＷ、Ｃｒ又はＮｉＭｎのうちの１つである、請求項２に記載の微細加工構造。
【請求項６】
前記少なくとも１つの添加物は、スルファミン酸ニッケル浴におけるマンガン塩である、請求項４に記載の微細加工構造。
【請求項７】
前記少なくとも１つの添加物は、結晶成長抑制剤である、請求項５に記載の微細加工構造。
【請求項８】
前記先端部は、前記ポスト上の中心にない、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項９】
前記ポストは、高さが約２８μｍである、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項１０】
前記チップは、ＰｄＣｏ又はＲｈのいずれかからなる、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項１１】
前記先端部は、高さが約１１μｍである、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項１２】
微細加工構造を形成する方法であって、
微細加工プローブ構造の表面にポストをリソグラフィーでパターンメッキするステップと、
前記ポストの上面を粗メッキするステップであって、前記上面が領域を有し、前記上面が、光の拡散、回折又は吸収のうちの少なくとも１つの特性を有する、ステップと、
前記ポストの上面に、前記ポストの上面の領域よりも小さい領域を有する先端部をリソグラフィーでパターンメッキするステップであって、前記先端部が、マシンビジョン認識に適した反射面を有する、ステップと、
を備える方法。
【請求項１３】
前記粗メッキが、金属の高電流メッキを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属は、Ｎｉ、ＮｉＭｎ、ＮｉＣｏ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅ、ＣｏＷ又はＣｒのうちの１つである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記粗メッキは、少なくとも１つの添加物をメッキに組み入れることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの添加物が、スルファミン酸ニッケル浴におけるマンガン塩を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの添加物は結晶成長抑制剤である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記反射面が滑らかである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
領域を備える上面を有するポストと、
側壁と上面を有する先端部であって、前記上面が、先端部の位置及びサイズのマシンビジョン認識に適した滑らかな反射面を有し、前記先端部が、前記ポストの上面にメッキされており、一旦前記上面にメッキされると、前記上面が、露出した部分と露出されていない部分とを有するように、前記ポストの上面の領域よりも小さい領域を有する、先端部と、
前記ポストの上面の露出した部分と、前記先端部の側壁の少なくとも一部とを覆ってメッキされたスカートであって、前記スカートが、光の拡散、回折又は吸収のうちの少なくとも１つの特性を有するスカートと、
を備える微細加工構造。
【請求項２０】
前記スカートは、前記先端部に対する機械的支持をもたらす、請求項１９に記載の微細加工構造。
【請求項２１】
前記スカートは、前記ポストの上面に覆いかぶさっている、請求項１９に記載の微細加工構造。
【請求項２２】
前記スカートは、高電流でメッキされた金属を含む、請求項１９に記載の微細加工構造。
【請求項２３】
前記金属は、Ｎｉ、ＮｉＭｎ、ＮｉＣｏ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅ、ＣｏＷ又はＣｒのうちの１つである、請求項２２に記載の微細加工構造。
【請求項２４】
前記スカートは、少なくとも１つの添加物を含む、請求項１９に記載の微細加工構造。
【請求項２５】
前記添加物は、スルファミン酸ニッケル浴におけるマンガン塩を含む、請求項２４に記載の微細加工構造。
【請求項２６】
微細加工構造を形成する方法であって、
微細加工プローブ構造の表面にポストをリソグラフィーでパターンメッキするステップと、
前記ポストの上面に、前記ポストの上面の領域よりも小さい領域を有する先端部をリソグラフィーでパターンメッキして、前記ポストの上面の露出した部分と、前記ポストの上面の露出されていない部分とを形成するステップであって、前記先端部が、自動画像認識に適した滑らかな反射面と側壁とを有する、ステップと、
前記ポストの上面の露出部分と、前記先端部の側壁の部分とを少なくとも覆ってスカートをメッキするステップであって、前記スカートが、光の拡散又は光の吸収の一方の特性を有する、ステップと、
を備える方法。
【請求項２７】
前記スカートが前記ポストの上面に覆いかぶさるように、前記スカートをメッキするステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記スカートをメッキするステップは、高電流で金属をメッキするステップを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記金属は、Ｎｉ、ＮｉＭｎ、ＮｉＣｏ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅ、ＣｏＷ又はＣｒのうちの１つである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記スカートをメッキするステップは、少なくとも１つの添加物を前記メッキするステップに組み入れるステップを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの添加物が、スルファミン酸ニッケル浴におけるマンガン塩を備える、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの添加物は結晶成長抑制剤である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
ポスト上にリソグラフィーでパターンメッキされた先端部を備える微細加工構造であって、前記先端部が、自動画像認識に適した滑らかな面を有し、前記ポストが、前記先端部を識別する際に自動画像認識システムを支援する少なくとも１つの特性を有する面を有する微細加工構造。
【請求項３４】
前記特性は、光の拡散、回折又は吸収のうちの１つである、請求項３３に記載の微細加工構造。
【請求項３５】
前記上面は、少なくとも１つのピークと、少なくとも１つの谷を有する、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項３６】
前記少なくとも１つのピークは、前記少なくとも１つの谷の上に約１μｍ〜５μｍ立ち上がる、請求項３５に記載の微細加工構造。
【請求項３７】
前記少なくとも１つのピークは、前記少なくとも１つの谷の上に約１μｍ立ち上がる、請求項３６に記載の微細加工構造。
【請求項３８】
前記スカートは、少なくとも１つのピークと、少なくとも１つの谷を有する、請求項１９に記載の微細加工構造。
【請求項３９】
前記少なくとも１つのピークは、前記少なくとも１つの谷の上に約１μｍ〜５μｍ立ち上がる、請求項３８に記載の微細加工構造。
【請求項４０】
前記少なくとも１つのピークは、前記少なくとも１つの谷の上に約１μｍ立ち上がる、請求項３９に記載の微細加工構造。
【請求項１】
表面領域を備える粗い上面を有するポストであって、前記上面が入射光を拡散し、回折し、又は吸収する特性を有するポストと、
マシン認識システムに適した滑らかな反射面を有し、かつ前記ポストの上面の表面領域よりも小さい接触面領域を有する、前記ポストの粗い上面にリソグラフィーでパターンメッキされた先端部と、
を備える微細加工構造。
【請求項２】
前記上面は、高電流でメッキされた金属を含む、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項３】
前記上面は、荒仕上げにエッチングされている、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項４】
前記上面は、粗さを与える少なくとも１つの添加物と共に金属メッキされる、請求項１に記載の微細加工チップおよびポスト構造。
【請求項５】
前記金属は、Ｎｉ、ＮｉＣｏ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅ、ＣｏＷ、Ｃｒ又はＮｉＭｎのうちの１つである、請求項２に記載の微細加工構造。
【請求項６】
前記少なくとも１つの添加物は、スルファミン酸ニッケル浴におけるマンガン塩である、請求項４に記載の微細加工構造。
【請求項７】
前記少なくとも１つの添加物は、結晶成長抑制剤である、請求項５に記載の微細加工構造。
【請求項８】
前記先端部は、前記ポスト上の中心にない、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項９】
前記ポストは、高さが約２８μｍである、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項１０】
前記チップは、ＰｄＣｏ又はＲｈのいずれかからなる、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項１１】
前記先端部は、高さが約１１μｍである、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項１２】
微細加工構造を形成する方法であって、
微細加工プローブ構造の表面にポストをリソグラフィーでパターンメッキするステップと、
前記ポストの上面を粗メッキするステップであって、前記上面が領域を有し、前記上面が、光の拡散、回折又は吸収のうちの少なくとも１つの特性を有する、ステップと、
前記ポストの上面に、前記ポストの上面の領域よりも小さい領域を有する先端部をリソグラフィーでパターンメッキするステップであって、前記先端部が、マシンビジョン認識に適した反射面を有する、ステップと、
を備える方法。
【請求項１３】
前記粗メッキが、金属の高電流メッキを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属は、Ｎｉ、ＮｉＭｎ、ＮｉＣｏ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅ、ＣｏＷ又はＣｒのうちの１つである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記粗メッキは、少なくとも１つの添加物をメッキに組み入れることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの添加物が、スルファミン酸ニッケル浴におけるマンガン塩を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの添加物は結晶成長抑制剤である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記反射面が滑らかである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
領域を備える上面を有するポストと、
側壁と上面を有する先端部であって、前記上面が、先端部の位置及びサイズのマシンビジョン認識に適した滑らかな反射面を有し、前記先端部が、前記ポストの上面にメッキされており、一旦前記上面にメッキされると、前記上面が、露出した部分と露出されていない部分とを有するように、前記ポストの上面の領域よりも小さい領域を有する、先端部と、
前記ポストの上面の露出した部分と、前記先端部の側壁の少なくとも一部とを覆ってメッキされたスカートであって、前記スカートが、光の拡散、回折又は吸収のうちの少なくとも１つの特性を有するスカートと、
を備える微細加工構造。
【請求項２０】
前記スカートは、前記先端部に対する機械的支持をもたらす、請求項１９に記載の微細加工構造。
【請求項２１】
前記スカートは、前記ポストの上面に覆いかぶさっている、請求項１９に記載の微細加工構造。
【請求項２２】
前記スカートは、高電流でメッキされた金属を含む、請求項１９に記載の微細加工構造。
【請求項２３】
前記金属は、Ｎｉ、ＮｉＭｎ、ＮｉＣｏ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅ、ＣｏＷ又はＣｒのうちの１つである、請求項２２に記載の微細加工構造。
【請求項２４】
前記スカートは、少なくとも１つの添加物を含む、請求項１９に記載の微細加工構造。
【請求項２５】
前記添加物は、スルファミン酸ニッケル浴におけるマンガン塩を含む、請求項２４に記載の微細加工構造。
【請求項２６】
微細加工構造を形成する方法であって、
微細加工プローブ構造の表面にポストをリソグラフィーでパターンメッキするステップと、
前記ポストの上面に、前記ポストの上面の領域よりも小さい領域を有する先端部をリソグラフィーでパターンメッキして、前記ポストの上面の露出した部分と、前記ポストの上面の露出されていない部分とを形成するステップであって、前記先端部が、自動画像認識に適した滑らかな反射面と側壁とを有する、ステップと、
前記ポストの上面の露出部分と、前記先端部の側壁の部分とを少なくとも覆ってスカートをメッキするステップであって、前記スカートが、光の拡散又は光の吸収の一方の特性を有する、ステップと、
を備える方法。
【請求項２７】
前記スカートが前記ポストの上面に覆いかぶさるように、前記スカートをメッキするステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記スカートをメッキするステップは、高電流で金属をメッキするステップを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記金属は、Ｎｉ、ＮｉＭｎ、ＮｉＣｏ、ＮｉＷ、ＮｉＦｅ、ＣｏＷ又はＣｒのうちの１つである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記スカートをメッキするステップは、少なくとも１つの添加物を前記メッキするステップに組み入れるステップを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの添加物が、スルファミン酸ニッケル浴におけるマンガン塩を備える、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの添加物は結晶成長抑制剤である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
ポスト上にリソグラフィーでパターンメッキされた先端部を備える微細加工構造であって、前記先端部が、自動画像認識に適した滑らかな面を有し、前記ポストが、前記先端部を識別する際に自動画像認識システムを支援する少なくとも１つの特性を有する面を有する微細加工構造。
【請求項３４】
前記特性は、光の拡散、回折又は吸収のうちの１つである、請求項３３に記載の微細加工構造。
【請求項３５】
前記上面は、少なくとも１つのピークと、少なくとも１つの谷を有する、請求項１に記載の微細加工構造。
【請求項３６】
前記少なくとも１つのピークは、前記少なくとも１つの谷の上に約１μｍ〜５μｍ立ち上がる、請求項３５に記載の微細加工構造。
【請求項３７】
前記少なくとも１つのピークは、前記少なくとも１つの谷の上に約１μｍ立ち上がる、請求項３６に記載の微細加工構造。
【請求項３８】
前記スカートは、少なくとも１つのピークと、少なくとも１つの谷を有する、請求項１９に記載の微細加工構造。
【請求項３９】
前記少なくとも１つのピークは、前記少なくとも１つの谷の上に約１μｍ〜５μｍ立ち上がる、請求項３８に記載の微細加工構造。
【請求項４０】
前記少なくとも１つのピークは、前記少なくとも１つの谷の上に約１μｍ立ち上がる、請求項３９に記載の微細加工構造。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図３Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８】
【図３Ｂ】
【公表番号】特表２００９−５０３５３９（Ｐ２００９−５０３５３９Ａ）
【公表日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２４９５０（Ｐ２００８−５２４９５０）
【出願日】平成１７年１１月１８日（２００５．１１．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４１６６５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０１５７１２
【国際公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【出願人】（５０８０３４５６５）タッチダウン・テクノロジーズ・インコーポレーテッド (6)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１８日（２００５．１１．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４１６６５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０１５７１２
【国際公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【出願人】（５０８０３４５６５）タッチダウン・テクノロジーズ・インコーポレーテッド (6)
【Ｆターム（参考）】
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