JP2005512063A - コンタクトストラクチャとその製造方法およびそれを用いたコンタクトアセンブリ - Google Patents

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Abstract

コンタクトターゲットとの電気接触を行うためのコンタクトストラクチャ。このコンタクトストラクチャは、コンタクタキャリヤと、複数のコンタクタとで構成されている。コンタクタキャリヤは、各コンタクタをそのコンタクタキャリヤにロックするためのスライデイング層を有する。その各コンタクタは、スライデイング層と係合する切り込みを形成した上部端と、その上部端とは反対方向でコンタクトターゲットと電気的接続を設けるためにコンタクトポイントとして機能する下部端と、その上部端と下部端の間に備えられ、スプリングとして機能する傾斜体部とで構成される。他の態様では、コンタクタは先にコンタクタアダプタに搭載され、次にそのコンタクタアダプタがコンタクタキャリヤに取り付けられる。

Description

この発明は、コンタクトストラクチャとその製造方法、およびそのコンタクトストラクチャを用いて構成したコンタクトアセンブリに関する。特に本発明は、多数のコンタクタを垂直方向に有するコンタクトストラクチャの構成、およびこのような多数のコンタクタを半導体ウエハ上に水平方向に製造し、そのコンタクタを半導体ウエハから取りはずし、コンタクトプローブアセンブリ、プローブカード、ICチップ、あるいは他のコンタクト機構のようなコンタクトストラクチャを形成するために、そのコンタクタを基板上に垂直方向に搭載する方法に関する。
LSIやVLSI回路のような高速、かつ高密度な電子部品をテストするにあたっては、多数のコンタクタを有するプローブカードのような高性能コンタクトストラクチャを使用する必要がある。他の応用として、例えばICパッケージ等のリードとしてコンタクトストラクチャを使用してもよい。
本発明は、LSIやVLSIチップ、半導体ウエハ等のテスト、半導体ウエハやダイ等のバーンイン、あるいはパッケージされた半導体デバイスやプリント回路基板等のテストとバーンインに使用するコンタクトストラクチャおよびそのの製造方法に関するものである。さらに本発明は、ICチップ、ICパッケージ、他の電子デバイス等のリードやターミナルピンの形成のためにも応用できる。しかし、以下においては、説明の便宜のために、主として半導体ウエハテストに関連して本発明を説明する。
被試験半導体デバイスが半導体ウエハの場合は、ICテスタのような半導体テストシステムは、自動的に半導体ウエハをテストするために、自動ウエハプローバのような基板ハンドラーと接続して用いられる。そのような例が図1に示されており、この図において半導体テストシステムは、一般に別のハウジングとして形成されテストヘッド100を有している。テストヘッド100はケーブル束110により、テストシステム本体に接続されている。テストヘッド100と基板ハンドラー400は、モーター510により駆動されるマニピュレータ500により、互いに機械的および電気的に接続している。被試験半導体ウエハは、基板ハンドラー400によって、テストヘッド100のテスト位置に自動的に供給される。
テストヘッド100において、被試験半導体ウエハには、半導体テストシステムにより生成されたテスト信号が供給される。被試験半導体ウエハ(半導体ウエハ上に形成したIC回路)から、テスト信号の結果としての出力信号が発生され、半導体テストシステムに送信される。半導体テストシステムは、半導体ウエハからの出力信号を期待値データと比較することにより、半導体ウエハ上に形成したIC回路が正しく機能しているかを検証する。
図1および図2において、テストヘッド100と基板ハンドラー400は、インターフェイス部140を介して互いに接続されている。インターファイス部140は、テストヘッドの電気的配線形状に固有の回路接続を有するプリント回路基板であるパフォーマンスボード120と、同軸ケーブル、ポゴピン、コネクタとにより構成している。テストヘッド100は、多数のプリント回路基板(ピンエレクトロニクス)150を有し、それら回路基板は半導体テストシステムのテストチャンネル(テストピン)の数に対応している。プリント回路基板150のそれぞれは、パフォーマンスボード120に備えられた対応するコンタクトターミナル(接続端子)121と接続するためのコネクタ160を有している。
パフォーマンスボード120には、さらにフロッグリング130が、基板ハンドラー400に対するコンタクト位置を正確に決定するために接続されている。フロッグリング130は、例えばZIFコネクタまたはポゴピンのような、多数のコンタクトピン141を有している。それらのコンタクトピン141は、同軸ケーブル124を介して、パフォーマンスボード120のコンタクトターミナル121に接続している。
図2に示すように、テストヘッド100は基板ハンドラー400の上部に配置されており、インターフェイス部140を介して機械的および電気的に基板ハンドラー400と接続している。基板ハンドラー400では、チャック180上に被試験半導体ウエハ300が搭載されている。この例では、プローブカード170は被試験半導体ウエハ300の上部に備えられている。プローブカード170は、被試験半導体ウエハ300上のIC回路の回路端子あるいはコンタクトパッドのようなコンタクトターゲット(接触対象)と接触するために、多数のプローブコンタクタ(「カンチレバー」または「ニードル」とも言う)190を有している。
プローブカード170の電極(コンタクトパッド)は、フロッグリング130に備えられたコンタクトピン141と電気的に接続している。さらにコンタクトピン141は、同軸ケーブル124を介して、パフォーマンスボード120上のコンタクトターミナル121に接続している。それぞれのコンタクトターミナル121は、テストヘッド100内の対応するプリント回路基板150に接続している。また、これらのプリント回路基板150は、数百のような多数の内部ケーブルを有するケーブル束110を介して、半導体テストシステム本体と接続している。
この構成の下で、チャック180上の半導体ウエハ300の表面(コンタクトターゲット)に、プローブコンタクタ(ニードル)190が接触し、半導体ウエハ300にテスト信号を印加し、かつ半導体ウエハ300から結果出力信号を受信する。被試験半導体ウエハ300からの結果出力信号は、半導体テストシステムにおいて期待値と比較され、半導体ウエハ300上の回路が正しく機能しているかが検証される。
図3は、図2のプローブカード170の底面図を示している。この例では、プローブカード170は、ニードルまたはカンチレバーと呼ばれるプローブコンタクタ190が複数個搭載されたエポキシリングを有している。図2において半導体ウエハ300を搭載したチャック180が上方に移動すると、コンタクタ190の先端は、半導体ウエハ300上のコンタクトパッドまたはバンプ(コンタクトターゲット)と接触する。ニードル(コンタクタ)190の他端はワイヤ194に接続され、そのワイヤ194は更にプローブカード170に形成された送信ライン(図示せず)に接続されている。送信ラインは複数の電極(コンタクトパッド)197に接続されており、その電極197は更に第2図のポゴピン141に接続されている。
一般に、プローブカード170は、グラウンド層、パワー層、および信号伝送ライン層等による多数のポリイミド基板により構成された多層基板となっている。この技術分野では周知のように、それぞれの信号伝送ラインは、例えば50オームのような特性インピーダンスとなるように、ポリイミド基板の誘電率や透磁率、プローブカード170内の信号経路のインダクタンスやキャパシタンス等のパラメターを設計している。従って、信号伝送ラインはインピーダンスマッチした信号路となっており、半導体ウエハに定常状態で電流を供給するとともに、過渡状態においても瞬間的な高ピーク電流を供給できるような高周波数伝送帯域を確立している。プローブカード170には、ノイズ除去の為に、キャパシタ193と195がパワー層とグラウンド層間に備えられている。
図4は、図3のプローブカード170の等価回路を示している。図4Aと図4Bに示されているように、プローブカード170上の信号伝送ラインは、電極197から、ストリップライン196(インピーダンスマッチしている)、ワイヤ194、ニードル190にわたっている。ワイヤ194とニードル190はインピーダンスマッチしていないので、これらの部分は、図4Cに示すように、高周波数帯域では等価的にインダクタLとして作用する。ワイヤ194とニードル190の全体の長さが例えば20−30mm程度にもなるので、被試験部品の高周波性能のテストは、この等価インダクタによって大きく制限される。
プローブカード170の周波数帯域を制限する他の要素は、図4Dと図4Eに示すパワーコンタクタとグラウンドコンタクタである。もしパワーラインが被試験部品に十分な電流を供給できるのであれば、被試験部品のテストにおける周波数帯域をさほど制限することはない。しかし、パワー供給のための直列接続したワイヤ194とニードル(コンタクタ)190(図4D)や、パワーと信号をグラウンドするための直列接続したワイヤ194とニードル190は、インダクタと等価になるので、高速電流は大きく制限される。
さらに、パワーライン上のサージパルスあるいはノイズを除去して被試験部品の正しい性能を検証するために、キャパシタ193とキャパシタ195がパワーラインとグラウンドラインの間に備えられている。キャパシタ193は、10マイクロファラッドのような比較的に大きな値であり、必要に応じてスウィチでパワーラインから接続をはずすこともできる。キャパシタ195は、0.01マイクロファラッドのような比較的小さいキャパシタンス値をとり、DUTの近くに固定的に取り付けられている。これらのキャパシタは、パワーラインにおける高周波成分を除去する機能を果たす。この結果、これらのキャパシタは、プローブコンタクタの高周波数性能を制限する。
従って、上述したもっとも広く使用されるプローブコンタクタでは、周波数帯域が約200MHz程度に制限されてしまい、最近の半導体部品をテストするには不十分である。半導体業界では、近い将来には、現在では1GHz以上であるテスター自体の性能の周波数帯域に相当するだけの周波数帯域がプローブコンタクタに必要になると考えられている。また、テストのスループットを向上するために、プローブカードにより、特にメモリデバイスのような半導体部品を同時に多数取り扱えることが望ましい。
従来の技術では、図3に示すようなプローブカードとプローブコンタクタは、手作業で製造され、そのため品質にばらつきがある。そのような品質のばらつきは、サイズ、周波数帯域、コンタクトフォース(接触力)、コンタクトレジスタンス(接触抵抗)等のばらつきとして現れる。従来技術のプローブコンタクタにおいて、コンタクトパフォーマンス(接触性能)の信頼性を低下している他の要因は、プローブコンタクタと被テスト半導体ウエハが異なる温度膨張係数であることである。従って、温度が変化すると、コンタクト位置が変位してしまい、コンタクトフォース(接触力)、コンタクトレジスタンス(接触抵抗)、周波数帯域等に悪影響を与えてしまう。よって、次世代半導体テスト技術の要求を満たすことのできる、新概念によるコンタクトストラクチャが必要とされている。
従って、本発明の目的は、高周波帯域、高ピン数、高コンタクトパフォーマンス(接触性能)、そして高信頼性を有し、コンタクトターゲットと電気的接触する多数のコンタクタを有するコンタクトストラクチャを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、スライデイング層を有するロックメカニズムを用いて多数のコンタクタとコンタクタキャリヤを容易にアセンプリできるコンタクトストラクチャを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、コンタクタアダプタを用いて多数のコンタクタとコンタクタキャリヤを容易にアセンプリできるコンタクトストラクチャを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、半導体デバイスのテストのような応用において、多数の半導体部品を並列にかつ同時にテストするに適した、電気接続を確立するためのコンタクトストラクチャを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、コンタクトストラクチャを形成するにあたって、シリコン基板上に二次元的に多数のコンタクタを製造し、そのコンタクトタを取りはずして、コンタクト基板上に三次元的に搭載する方法を提供することにある。
本発明において、コンタクトストラクチャは、フォトリソグラフィー技術を用いてシリコン基板や誘電体基板のような基板の平坦表面に製造された多数のコンタクタにより形成されている。本発明のコンタクトストラクチャは、LSIやVLSIチップ、半導体ウエハおよびダイ、パッケージIC、プリント回路基板等のような半導体デバイスのテストやバーンインに応用することができる。本発明のコンタクトストラクチャはさらに、ICリードやピン等のような電子デバイスの一部として使用してもよい。
本発明の第1の態様は、コンタクトターゲットと電気的接続するためのコンタクトストラクチャの構成である。本発明のコンタクトストラクチャは、コンタクタキャリヤと複数のコンタクタとで構成されている。各コンタクタは、ロックメカニズムを構成する切り込み部を有しかつ垂直方向に延長した上部端と、その上部端とは反対方向に延長しコンタクトターゲットと電気的接続を形成するためのコンタクトポイントとして機能する下部端と、その上部端と下部端との間に備えられスプリングとして機能する傾斜体部とにより構成されている。
本発明の第2の態様は、コンタクタキャリヤと複数のコンタクタとで構成されたコンタクトストラクチャである。コンタクタはコンタクタアダプタを介してコンタクタキャリヤに搭載される。各コンタクタは、垂直方向に延長した上部端と、その上部端とは反対方向に延長しコンタクトターゲットと電気的接続を形成するためのコンタクトポイントとして機能する下部端と、その上部端と下部端との間に備えられスプリングとして機能する傾斜体部と、により構成されている。
本発明の更に別の態様は、シリコン基板上に二次元的に多数のコンタクタを形成し、そのコンタクトタを取りはずして、コンタクトストラクチャを構成する方法である。基板の平面上にコンタクタを形成するためには各種の製造方法を用いることができる。コンタクタは基板から取り外され、コンタクタキャリヤに搭載される。
本発明のさらに別の様態は、本発明のコンタクトストラクチャを有したプローブコンタクトアセンブリである。プローブコンタクトアセンブリは、複数のコンタクタを搭載したコンタクタキャリヤと、そのコンタクタキャリヤを搭載し、その表面に設けられた電極とコンタクタ間の電気コミュニケーションを確立するためのプローブカードと、複数のコンタクトピンを有し、そのプローブカードに取り付けられたとき、プローブカードと半導体テストシステム間をインターフェイスするためのするピンブロックとにより構成される。各コンタクタは、本発明の第1の様態において上述したような構成を有している。
本発明によれば、コンタクトストラクチャは、多数のコンタクタを有しており、各コンタクタは、スライデイング層により構成されるシフトロック機構を用いてコンタクタキャリヤに容易に固定させることができる。更に、コンタクトストラクチャは、高周波数帯域を有しており、均一な品質、高信頼性、長寿命、そして低価格を達成させることが可能である。また、コンタクタが被試験部品と同じ基板材料上に形成されているので、温度の変化により生じた位置エラーを補償させることが可能である。
更に、本発明のコンタクトストラクチャの製造プロセスにおいて、比較的単純な技術を用いて多数のコンタクタをシリコン基板上に水平方向に製造することが可能である。コンタクタは、基板上から取り除かれてコンタクタキャリヤに垂直方向に搭載した後、コンタクタの上部端に有するカットアウトにコンタクタキャリヤの上面層をスライドすることによりアセンブリされる。本発明により製造されたコンタクトストラクチャは、低価格で高能率、そして高い機械的強度と高信頼性を有する。
本発明の具体的内容を、図5−図14を参照して説明する。本発明の説明には、「水平」や「垂直」等の用語が含まれている。発明者は、本発明に関わる構成要素の相対的な位置関係を説明するためにこれら用語を用いている。従って、本発明において、「水平」や「垂直」の用語の解釈には、地平線の水平または重力による垂直のような絶対的な意味のみに限定してはならない。
本発明によるコンタクトストラクチャの実施例を図5Aおよび図5Bに示す。この例において各コンタクトストラクチャは、コンタクタキャリヤ20と多数のコンタクタ30とで構成されている。半導体テストの応用において、コンタクトストラクチャは、例えば、被試験半導体ウエハ300のような半導体デバイス上に位置合わせされる。被試験半導体ウエハ300が上方に移動すると、コンタクタ30の下端は、半導体ウエハ300上のコンタクトパッド320に接触して電気接続を確立する。
図5Aおよび図5Bにおいて、コンタクトストラクチャ20は、システムキャリヤ22とスライデイング層(シフトロックプレート)25により構成されている。スライデイング層25は、システムキャリヤ22上でスライド(シフト)することにより、コンタクタキャリヤ20上のコンタクタ30をロックする(シフトロック機構)。図5Aはコンタクタ30をコンタクタキャリヤ20上にロックする前の状態を示し、図5Bはスライデイング層25を移動しコンタクタ30をコンタクタキャリヤ20にロックした状態を示している。コンタクタキャリヤ20は、シリコンやポリイミド、セラミックまたはガラスのような誘電体により構成すると好ましい。システムキャリヤ22およびスライデイング層25のそれぞれは、コンタクタ30を搭載するためのスルーホールを備えている。
図5Aおよび図5Bの例では、各コンタクタ30は、上部端(ベース部)33、傾斜体部(スプリング部)32、および下部端(コンタクト部)35により構成されている。各コンタクタを、コンタクタキャリヤ20にロックするために、コンタクタの上部端33にはスライデイング層25を受け入れるための切り込み(ロック溝)39が形成されている。各コンタクタ30には、コンタクタキャリヤ20に固定させるために、ストッパ38を設けることが好ましい。すなわち、ストッパ38は、システムキャリヤ22の下表面に係合してコンタクタ30の上方への移動を制限する。また、ストッパ38は、スライデイング層25が切り込み39に係合するときに、そのスライデイング層25との共働により、コンタクタ30をコンタクタキャリヤ20に確実にロックする機能を果たす。
傾斜体部32は、上部端33から下部端35へ斜めに延長している。この上部端33と下部端35は、他の素子と電気コミュニケーションを確立するためにコンタクトポイントとして機能する。半導体テストの応用においては、上部端33はテストシステムのプローブカードと接触し、下部端35は半導体ウエハ300上のコンタクトパッド320のようなコンタクトターゲットと接触する。
コンタクタ30をコンタクタキャリヤ20に搭載するためには、まず、コンタクタ30をスライデイング層25とシステムキャリヤ22に設けられたスルーホールに挿入する。このためには、スライデイング層25を、そのスライデイング層25およびシステムキャリヤ22のスルーホールの縦軸が互いに同じ位置に並ぶように、システムキャリヤ22の表面上を水平方向に移動する。したがって図5Aの例では、スライデイング層25は右側に移動している。図5Bの例では、システムキャリヤ22とスライデイング層25のスルーホールに全てのコンタクタ30を挿入した後、スライデイング層25をコンタクタ30の切り込み39に係合するように左側へ水平方向に移動する。この方法により、全てのコンタクタ30をコンタクタキャリヤ20にロックする。
図5Cは、本発明のコンタクトストラクチャの別の例を示している。この例では、コンタクタキャリヤ20は、システムキャリヤ22、上部キャリヤ24、スライデイング層25、中間キャリヤ26、および下部キャリヤ28により構成されている。コンタクタキャリヤ20は、シリコン、ポリイミド、セラミックまたはガラスのような誘電体から構成することが好ましい。システムキャリヤ22は、上部キャリヤ、中間キャリヤ、下部キャリヤのそえぞれを支持し、且つそれらの間に所定の空間を形成する。
上部キャリヤ24、中間キャリヤ26、下部キャリヤ28のそれぞれには、コンタクタ30を搭載するためのスルーホールが設けられている。スライデイング層25は、上部キャリヤ24上を水平方向に移動可能に構成されている。図5Aおよび図5Bを用いて上記で説明したように、スライデイング層25にもコンタクタ30を挿入するためのスルーホールが形成されている。各コンタクタ30を、上部キャリヤ24とスライデイング層25のスルーホールに挿入した後、スライデイング層25を左側に移動し、コンタクタ30の切り込み39にそのスライデイング層25を係合させてコンタクタ30をロックする。このメカニスムおよびプロセスは、図12A−図12Cを参照して後でより詳細に説明する。
図5Cの例では、各コンタクタ30は、全体的にカンチレバーの形状を有しており、上部端(ベース部)33、傾斜体部(スプリング部)32、直線体部36、下部端(コンタクト部)35、およびリターン部37により構成されている。コンタクタ30のそれぞれは、上部キャリヤ24上のスライデイング層25を受け入れるために、その上部端33に切り込み39が形成されている。また好ましくは、それぞれのコンタクタ30をコンタクタキャリヤ20に確実に搭載するために、ストッパ34および38が、各コンタクタに備えられている。ストッパ38は、上部キャリヤ24と接触することでコンタクタ30の上方移動を制限し、ストッパ34は、中間キャリヤ26と接触することでコンタクタ30の下方移動を制限する。
傾斜体部32は、上部端33から直線体部36へと延長している。直線体部36は、その傾斜体部32と下部端35との間で下方に延長している。上部端33と下部端35は、コンタクトポイントとして機能し、他の素子との電気コミュニケーションを確立する。半導体テストの応用においては、上部端33はテストシステムのプローブカードと接触し、下部端35は半導体ウエハ300のコンタクタパッド320のようなコンタクトターゲットと接触する。
リターン部37は、下部端35から上方へ戻るように延長しており、直線体部36と平行に並んでいる。すなわち、リターン部37と直線体部36との間には、下部キャリヤ28のスルーホールに挿入された位置付近で隙間(ギャップ)Sを形成している。この構成により、下部キャリヤ28のスルーホールに十分な幅を確保し、コンタクタ30が変形される際の柔軟性を確保する。これはコンタクタ30がコンタクトターゲットに対し押されるときに効果的であり、図7Bおよび図7Cを参照して後で説明する。
コンタクタ30は、コンタクタキャリヤ20に設けられたスルーホールを介してそのコンタクタキャリヤ20に搭載されている。この例では、上部キャリヤ24、スライデイング層25、中間キャリヤ26、下部キャリヤ28のそれぞれは、コンタクタ30を搭載するためのスルーホールを有している。上部端33は上部キャリヤ24の上表面から突出しており、下部端35は下部キャリヤ28の下表面から突出している。スライデイング層25は、コンタクタ30の上部端33に形成された切り込み39に係合するように上部キャリヤ24上を移動可能に構成されており、これにより各コンタクタ30をコンタクタキャリヤ20上にロックする。
コンタクタ30の中間体部は、中間キャリヤ26に緩く結合されている。このため、コンタクタ30の上部端は上部キャリヤ24にロックされるが、その中間体部および下部端は多少の移動が可能になっている。したがって、コンタクトストラクチャが、半導体ウエハ300のコンタクトパッド320のようなコンタクトターゲットに対して押されると、コンタクタ30は容易に変形して下記のようなスプリング動作を行う。
コンタクタ30の傾斜体部(スプリング部)32は、スプリング機能を果たし、コンタクタ30の上部端がプローブカードに固定され、コンタクタ30の下部端がコンタクトターゲットに対して押されるときスプリング力を発生する。コンタクタ30の下部端(コンタクトポイント)35は、コンタクトパッド320の表面を削り付けることができるように、鋭利な形状とすることが好ましい。上記のスプリング機能による弾力により、コンタクトポイント35のすり削り付け効果が促進される。このような削り付け作用により、コンタクトポイント35がコンタクトパッド320の金属酸化表面を削り付けて、コンタクトパッド320の導電材料と電気接触をするので、コンタクトパフォーマンス(接触性能)がより向上する。
このような本発明のコンタクタを製造するための基本的なコンセプトを図6Aおよび図6Bに示す。図6Aに示すように、本発明においてコンタクタ30は、シリコン基板40の平面上に水平方向、すなわち2次元的に製造される。その後、コンタクタ30は基板40から取りはずされ、図5A−図5Cに示すコンタクタキャリヤ20上に垂直方向、すなわち3次元的に搭載される。一般に、基板40はシリコン基板であるが、他の誘電体基板からも構成することができる。
上述したように、図6Aおよび図6Bの例では、コンタクタ30は、シリコン基板40の平面上に、水平方向に製造される。そして図6Bにおいて、コンタクタ30は、基板40から接着部材90に移転される。接着部材90は、例えば、粘着テープ、粘着フィルム、粘着プレート等(以後「接着テープ」と総称する)である。もしくは、コンタクタ30は、接着テープ90を使わずに基板から取り外される。更に先のプロセスにおいて、接着テープ90上のコンタクタ30は、その後接着テープから取りはずされ、ピックアンドプレース機構を用いて、図5A−図5Cに示すようなコンタクタキャリヤ20に、垂直方向すなわち3次元的に搭載される。
図7Aは、図5Aおよび図5Bのコンタクトストラクチャに用いる本発明のコンタクタ30の具体例を示す。図7Bおよび図7Cは、図5Cのコンタクトストラクチャに用いる本発明のコンタクタ30の具体例を示す。図7Bは、コンタクタ30がコンタクトターゲットに押されていない状態の正面図であり、図7Cは、コンタクタ30がコンタクトターゲットに押されている状態の正面図である。
図5A、図5Bを参照して上で説明したように、図7Aのコンタクタ30は、切り込み39を有する上部端(ベース部)33、傾斜体部(スプリング部)32、および下部端(コンタクトポイント)35により構成されている。図7B、図7Cの例では、コンタクタ30は、切り込み39を有する上部端(ベース部)33、傾斜体部(スプリング部)32、直線体部36、下部端(コンタクト部)35、およびリターン部37により構成されている。各コンタクタ30には、その上部端33に切り込み39が設けられており、各コンタクタ30は、その切り込み39に、スライデイング層25を受け入れることにより、コンタクタキャリヤ20にロックされる。
半導体テストの応用においては、図13に示すように、上部端33はテストシステムのプローブカードと接触し、下部端35は被試験半導体ウエハのようなコンタクトターゲットと接触する。図5Cのコンタクタ30がコンタクトキャリヤ20に搭載されるとき、その上部端33はコンタクタキャリヤ20の上部キャリヤ24の上表面から突出し、その下部端35はコンタクタキャリヤ20の下部キャリヤ28の下表面から突出する。
図7Bの正面図に示すように、傾斜体部32と直線体部36の幅は、上部端33または下部端35よりも幅が狭くなっており、これにより柔軟性を高め、バネ動作を促進する。リターン部37と直線体部36と間の空隙(ギャップ)Sは、図7Cに示すようにバネ動作を更に促進する。すなわち、この空隙Sは、図7Cに示すように、直線体部36と傾斜体部32に水平方向の運動を促進させる。従って、この傾斜体部32および直線体部36の狭い幅による柔軟性の増加と下部端35に形成された空隙Sにより、コンタクタ30がコンタクトターゲットに対し押されたときに、傾斜体部32と直線体部36を容易に変形させることができる。
図8A−図8Lは、本発明のコンタクタ30を製造するための製造プロセスの1例を示す概念図である。図8Aにおいて、犠牲層42を基板40上に形成する。基板40はシリコン基板が一般的であるが、例えばガラス基板あるいはセラミック基板等の誘電体基板でも実施可能である。犠牲層42は、例えばケミカルべーパーデポジション(CVD)等のデポジション(堆積)プロセスにより形成した二酸化シリコン(SiO2)で構成されている。犠牲層42は、この製造方法の後段階において、コンタクタ30をシリコン基板から分離させる機能を果たす。
次に図8Bに示すように、アドヒージョンプロモータ(接着促進)層44を、犠牲層42上に、例えば蒸着等により形成する。アドヒージョンプロモータ層44の構成材料例としては、例えば厚さが200−1000オングストロームのクロミウム(Cr)やチタニウム(Ti)がある。アドヒージョンプロモータ層44は、図8Cに示す導電層46のシリコン基板40への接着を促進させる働きを有している。導電層46の構成材料の例としては、例えば厚さが1000−5000オングストロームの銅(Cu)やニッケル(Ni)がある。導電層46は、後の段階で用いる電気メッキプロセスにおいて、電気伝導を確立させる働きを有している。
次の段階においては、図8Dに示すように、フォトレジスト層48を導電層46上に形成し、その上には紫外線による露光をするために、フォトマスク50を正確に位置合わせする。フォトマスク50は、フォトレジスト層48に生成するコンタクタ30の2次元イメージを現している。このプロセスにおいて、この技術分野では周知のように、ポジテイブ反応またはネガテイブ反応のフォトレジストを使用することができる。例えばポジテイブ反応レジストを使用した場合、フォトマスク50のオペーク(不透明)部により遮断されたフォトレジストの部分は、露光後にキュア(凝固)する。フォトレジストの構成材料の例には、Novolak、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、SU−8、フォトセンシテイブポリイミド等がある。次に現像行程において、フォトレジストの露光した部分を溶解して除去すると、図8Eに示すフォトレジスト層48には隙間、すなわちパターン「A」が残される。従って、図8Fの上面図に示すような、コンタクタ30のイメージ(形状)を有したパターン、すなわち隙間「A」が、フォトレジスト層48上に形成される。
上述したフォトリソグラフィープロセスにおいて、この技術分野では周知のように、フォトレジスト層48は、紫外線のみならず、電子ビームやX線等を使用して露光することも可能である。さらに、電子ビーム、X線、光源(レーザー)等により、コンタクタ30の形状イメージ(パターンA)をフォトレジスト層48上に直接形成することも可能である。
次に、図8Gに示すように、コンタクタ30を形成するために、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、あるいはタングステン(W)等の金属、またはニッkル・コバルト(NiCo)等の合金を、フォトレジスト層48のパターン「A」にデポジション(例えば電気メッキによる堆積)する。後で説明するように、互いのエッチング特性を区別するために、導電層46と異なる導電材料を、コンタクタの材料として使用することが好ましい。次に図8Gに示すようなコンタクタ30のメッキ過剰部分を、図8Hに示すように、研磨(平面化)プロセスにより取り除く。
コンタクタの一部の厚さを他と異ならせる場合には、上述の行程を、2回またはそれ以上繰り返して導電層を形成することができる。すなわち、第1層のコンタクタ(導電材料)を形成した後、必要とあれば、第1層のコンタクタ上に第2層やそれ以上の層を形成するために、図8D−図8Hの行程を繰り返す。
次の段階では、図8Iに示すように、フォトレジスト層48を、レジスト除去のプロセスにより取り除く。一般的にはウエットケミカル法により取り除くが、フォトレジスト除去の他の例として、アセトンを基にした除去方法や、二酸化プラズマによる除去方法を用いてもよい。次に、図8Jに示すように、コンタクタ30をシリコン基板から分離するために、犠牲層42をエッチングにより取り除く。また、図8Kに示すように、さらにエッチング行程を行って、コンタクタ30を、アドヒージョンプロモータ層44と導電層46からそれぞれ分離させる。
コンタクタ30を分離するためのエッチング行程において、コンタクタ30をエッチングせずに、アドヒージョンプロモータ層44と導電層46のみをエッチングするように、エッチング条件を設定する。すなわち、上述のようにコンタクタ30をエッチングせずに導電層46のみをエッチングするためには、コンタクタ30の導電材料と導電層46の材料を異ならせる。最後に図8Lの斜視図に示すように、コンタクタ30を、他の全ての材料から分離する。上述した図8A−図8Lの製造プロセス例では、簡明のために1つのコンタクタ30のみしか示していないが、実際の製造プロセスにおいては、図6A−図6Bに示すように、多数のコンタクタが同時に製造される。
図9A−図9Dは、本発明のコンタクタを製造する方法の別の例を示す概念図である。この例では、コンタクタ30を、シリコン基板40から接着テープに移転させるために、接着テープ90を製造プロセスに用いている。図9A−図9Dは、この製造プロセスのうち、接着テープが関係する製造プロセスの後段階のみを示している。
図9Aは、図8Iと同等の製造段階を示しており、レジスト除去法によりフォトレジスト層48を取り除いた行程を示している。この図9Aの行程において、接着テープ90をコンタクタ30の上面に当接させ、コンタクタ30が接着テープ90に接着するようにしている。図6B図に関して先に言及したように、本発明の態様において、接着フィルムや接着プレート等の他の接着用部材もこの接着テープ90の概念に含まれている。また、磁気プレートや磁気テープ、電気的チャージされたプレートやテープ等、コンタクタ30を引き付ける他の部材もこの接着テープ90の概念に含まれる。
図9Bに示すプロセスでは、コンタクタ30をシリコン基板40から分離させるために、基板40から犠牲層42をエッチングにより取り除く。また、図9Cに示すように、コンタクタ30をアドヒージョンプロモータ層44と導電層46から分離させるために、エッチングの行程が再度行われる。
上述したように、コンタクタ30をエッチングせずに、導電層46のみをエッチングするには、コンタクタ30の材料と導電層46の材料を、互いに異なるものとしなければならない。図9A−図9Cに示す製造方法には、簡明のために1つのコンタクタしか示していないが、実際の製造プロセスにいては、多数のコンタクタ30が同時に製造される。従って、図9Dの上面図に示すように、多数のコンタクタ30が、シリコン基板や他の材料の基板から同時に分離され、接着テープ90に移転される。
図10A−図10Nは、コンタクタを基板から接着テープに移転する本発明のコンタクタ30の製造方法のさらに別の例を示す概念図である。まず図10Aでは、電気メッキシード層(導電層)342を、シリコン基板340あるいはポリイミドまたはガラス等の材料による誘電体基板上に形成する。シード層342は、例えば厚さが1000−5000オングストロームの銅(Cu)あるいはニッケル(Ni)により構成されている。次に図10Bに示すように、そのシード層342上に、クロム・インコネル層344を、例えばスパタリングの行程を用いて形成する。
次の段階の図10Cでは、導電基板346をクロム・インコネル層344上に形成する。導電基板346は、厚さが100−130マイクロメータの例えばニッケル・コバルト(NiCo)合金により構成されている。導電基板346を不導体化(パシベーション)した後、図10Dに示すように、厚さが100−120マイクロメータのフォトレジスト層348を導電基板346上に形成する。さらに、図10Eに示すように、フォトレジスト層348を紫外線で露光するために、フォトマスク350を正確に位置合わせする。フォトマスク350には、フォトレジスト層348の表面に生成するコンタクタ30の2次元イメージが印刷されている。
現像行程において、レジストの露光部を溶解し除去すると、図10Fのフォトレジスト層348が残る。フォトレジスト層には、フォトマスク350が有するコンタクタのイメージ(形状)が印刷されたプレーテイング(メッキ)パターンが形成されている。図10Gの行程において、フォトレジスト層348のプレーテイングパターンに、50−60マイクロメータの厚さでコンタクタ用導電材料を電気メッキする。導電材料の一例としては、ニッケル・コバルト(NiCo)の合金がある。このコンタクタ材料としてのニッケル・コバルト合金は、ニッケル・コバルトにより構成された導電基板346との間での接着力は大きくはならない。
コンタクタが2またはそれ以上の異なる厚さを有する場合は、上述の行程を繰り返して、2またはそれ以上の導電層数のコンタクタを製造する。すなわち、第1層のコンタクタ(導電材料)を形成した後、必要とあれば、第1層のコンタクタ上に第2層やそれ以上の層を形成するために、図10D−図10Gの行程が繰り返される。
次の行程において、図10Hに示すように、フォトレジスト層348を、レジストストリッピング法により取り除く。図10Iでは、導電基板346を基板340上のクロム・インコネル層344から剥がし取る。導電基板346は、コンタクタ30が比較的弱い接着力で付着している薄い基板である。コンタクタ30を有する導電基板346の上面図を図10Jに示す。
図10Kは、コンタクタ30の上面に接着テープ(中間プレート)90を乗せて接着させるプロセスを示している。接着テープ90とコンタクタ30間の接着力は、コンタクタ30と導電基板346間の接着力よりも強力である。従って、接着テープ90を導電層346から取りはずすときには、図10Lに示すように、コンタクタ30は導電基板346から接着テープ90へと移転する。図10Mは、コンタクタ30を有する接着テープ90の上面図であり、図10Nは、コンタクタ30を有する接着テープ90の断面図である。
図11Aと図11Bは、コンタクタ30を接着テープ90から取り上げ(ピック)、それをコンタクタキャリヤ20に搭載する(プレース)方法の一例を示す概念図である。図11Aと図11Bに示すこの「ピックアンドプレース」作用は、図9A−図9Dと図10A−図10Nで説明したような、接着テープを用いた本発明の製造方法により製造したコンタクタに有利に適用できる。図11Aは、ピックアンドプレース・メカニズム80の前半の動作を示す前面図である。図11Bは、ピックアンドプレース・メカニズム80の後半の動作を示す前面図である。
この例において、ピックアンドプレース・メカニズム80は、コンタクタ30を取り上げ(ピック)、それを配置(プレース)するためのトランスファー機構84と、トランスファー機構84をXYZ方向に移動するための可動アーム86および87と、XYZ方向に位置調整できるテーブル81および82と、例えばCCDイメージセンサー等を有するモニターカメラ78とにより構成されている。トランスファー機構84には、コンタクタ30をサクション(吸引:ピック動作)およびサクション解除(吸引停止:プレース動作)するサクションアーム85を有している。サクションフォース(吸引力)は、例えば真空等の負圧力により生成される。サクションアーム85は、90度のような所定の角度で回転する。
ピックアンドプレース・メカニズム80の動作において、コンタクタ30を有する接着テープ90と、ボンデイング位置32(またはスルーホール)を有するコンタクタキャリヤ20を、ピックアンドプレース・メカニズム80のそれぞれテーブル81と82に配置する。図11Aに示すように、トランスファー機構84は、サクションアーム85の吸引力により、コンタクタ30を接着テープ90から取り上げる(ピック)。コンタクタ30を取り上げた後、サクションアーム85は、図11Bに示すように、例えば90度回転する。従って、コンタクタ30の方向は、水平方向から垂直方向へと変更される。この方向変更機能は、単なる1例であり、この技術分野の通常の知識を有する者は、コンタクタの方向を変更するには他の多くの方法があることが理解できるであろう。トランスファー機構84は、コンタクタ30をコンタクタキャリヤ20上に配置する。各コンタクタ30は、コンタクタキャリヤ20とスライデイング層のスルーホールに挿入された後に、スライデイング層をスライドしてコンタクタキャリヤ20にロックされる。
図12A−図12Cは、スライデイング層(シフトロックプレート)25を用いて、コンタクタ30をコンタクタキャリヤ20上にアセンプリし且つロックするプロセスを示す概念図である。スライデイング層25は、コンタクタ30の上部端33に形成された切り込み39に係合する。図12Aに示すように、コンタクタキャリヤ20は、システムキャリヤ22とその上表面に有するスライデイング層25により構成されている。スライデイング層25のスルーホール29とシステムキャリヤ22のスルーホール23は、互いの縦軸が一致している。スベーサ27を、スライデイング層25とシステムキャリヤ22との間の空間に設け、ロックをする前のスライデイング層25の位置を確定してもよい。
そして、図12Bに示すように、コンタクタ30をシステムキャリヤ22のスルーホール23およびスライデイング層25のスルーホール29に挿入する。コンタクタ30の切り込み39は、コンタクタキャリヤ20上において、スライデイング層25と同じ高さ位置に配置される。コンタクタ30の中間に形成されたストッパ38は、システムキャリヤ22の下表面と係合することにより、コンタクタ30の上方への移動を禁止する。
全てのコンタクタ30をスルーホールに挿入したとき、スペーサ27をコンタクタキャリヤ20から取り外す。これにより、スライデイング層25は例えばスプリング力により左側へと戻る。従って、スライデイング層25は、図12Cに示すように、コンタクタ30の上部端33に形成された切り込み39に係合する。スライデイング層25を切り込み39に挿入することで、コンタクタ30とコンタクタキャリヤ20を、容易に且つ確実に組み立てることができる(シフトロック)。更に、コンタクタキャリヤ20が、上述したような、スライデイング層25をバネ力による戻す機構を有していないときは、スライデイング層を手動で左側に移動し、図12Bとは反対の位置の間隙にスベーサ27を挿入して、スライデイング層25の位置を維持することができる。
図13は、本発明のコンタクトストラクチャを用いてプローブコンタクトアセンブリを構成するための、全体組立構造の例を示した断面図である。プローブコンタクトアセンブリは、図2に示すように、被試験デバイス(DUT)と半導体テストシステムのテストヘッド間とのインターフェイスとして使用される。この例では、図13に示すように、プローブコンタクタアセンブリは、コンタクトストラクチャの他に、プローブカード260と、ポゴピンブロック(フロッグリング)130を有している。
コンタクトストラクチャは、コンタクタキャリヤ20とそのコンタクタキャリヤ20上に搭載された複数のコンタクタ30で形成される。コンタクタのそれぞれの上部端(ベース部)は、コンタクトパッドとしてコンタクタキャリヤ20の上部表面から突出している。下部端(コンタクト部)35はコンタクタキャリヤ20の下表面から突出している。本発明のコンタクタは、上部端33と下部端35との間には、コンタクタキャリヤ20から上方に傾斜したカンチレバー形状の傾斜体部(スプリング部)を有する。コンタクタ30は望ましくはコンタクタキャリヤ20にゆるめに取り付けられ、そのため半導体ウエハ300やプローブカード260に対して押されるときに垂直方向および水平方向にわずかに変移することができる。
プローブカード260、ポゴピンブロック130、そしてコンタクトストラクチャは、互いに機械的および電気的に接続して、プローブコンタクトアセンブリを形成する。従って、ケーブル124とパフォーマンスボード120を介して、コンタクタ30の接触点からテストヘッド100(図2)までの電気通路が形成される。したがって、半導体ウエハ300とプローブコンタクトアセンブリが押し合わされたとき、DUT(ウエハ300のコンタクトパッド320)とテストシステム間に電気通信が成立する。
ポゴピンブロック(フロッグリング)130は、図2のポゴピンブロックと等価であり、プローブカード260とパフォーマンスボード120との間のインターフェイスをする多数のポゴピンを有している。ポゴピンの上端には、同軸ケーブルのようなケーブル124が接続され、パフォーマンスボード120を介して図2のテストヘッド100のプリント回路基板(ピンエレクトロニクスカード)150に信号を送信する。プローブカード260は、その上部表面と下部表面にエレクトロード(電極)262と265を多数有している。プローブコンタクトアセンブリが組み立てられると、コンタクタ30のベース部33は電極262に接触する。電極262と電極265は、ポゴピンブロック130のポゴピンのピッチ(間隔)に整合するように、コンタクトストラクチャのピッチをファンアウト(拡大)するための接続トレイス263に接続されている。コンタクタ30はコンタクタキャリヤ20上のスルーホールに緩く挿入されているので、半導体ウエハ300に対して押されたとき、コンタクタ30の傾斜体部32は、電極262とコンタクトパッド320のそれぞれに対して弾性的接触力を生成する。
図14は、本発明のコンタクトストラクチャを用いたプローブコンタクトアセンブリの他の例を示した断面図である。プローブコンタクトアセンブリは、図2に示すように、被試験デバイス(DUT)とテストヘッド間のインターフェイスとして使用される。この例では、プローブコンタクトアセンブリは、導電エラストマ250、プローブカード260、およびコンタクトストラクチャの上部に備えられたポゴピンブロック(フロッグリング)130を有している。上述のように、コンタクタ30には、傾斜体部32がありそのスプリング作用が発揮されるので、このような導電エラストマは一般に必要ない。しかしその場合であっても、導電エラストマは、プローブカード260とコンタクトストラクチャ間のギャップ(プラナリティ)の不均一性を補正するのに有効である。
導電エラストマ250は、コンタクトストラクチャとプローブカード260の間に設けられている。プローブコンタクトアセンブリが組み立てられると、コンタクタ30のベース部33は、導電エラストマ250に接触する。導電エラストマ250の例は、垂直方向に導電ワイヤを多数有する柔軟なシートである。例えば、導電エラストマ250は、多数の列配列された金属フィラメントとシリコンゴムシートで構成されている。金属フィラメント(ワイヤ)は、図14の垂直方向、すなわち導電エラストマ250の水平シートに対して直角に埋設されている。例えば金属フィラメント間のピッチは、シリコンゴムシートの厚さが約0.2mmのとき、0.05mmかそれ以下である。そのような導電エラストマは、シンエツポリマー社の製造するものがあり、市場で入手できる。
本発明の第2の実施例を図15−19を参照して説明する。図15は本発明の第2の実施例によるコンタクトストラクチャの断面図を示している。コンタクトストラクチャは、コンタクタキャリヤ420と、コンタクタアダプタ425と、複数のコンタクタ430とで構成されている。半導体テストへの応用において、コンタクトストラクチャは、例えば、被試験半導体ウエハ300のような半導体部品上に位置合わせられる。被試験半導体ウエハ300が上方に移動すると、コンタクタ430の下端は、半導体ウエハ300上のコンタクトパッド320に接触して電気接続を確立する。
コンタクタキャリヤ420とコンタクタアダプタ425は、シリコン基板、あるいはポリイミド、セラミックまたはガラス等の誘電体基板から構成されている。コンタクタ430は、導電材料から構成され、または導電材料によりコーテイングされている。2以上のコンタクタ430が、コンタクタアダプタ425に取り付けられ、その各コンタクタアダプタ425は、コンタクタキャリヤ420に取り付けられる。各コンタクタアダプタ425には複数のコンタクタ430が搭載され、そのコンタクタアダプタ425は、図17A−図17Dを用いて後で詳述する方法によりコンタクタキャリヤ420に取り付けられる。
図15において、各コンタクタ430は、上部端(ベース部)433と、傾斜体部(スプリング部)432と、下部端(コンタクト部)435とにより構成されている。各コンタクタ430の上部端433から所定距離の位置にストッパ438が備えられ、各コンタクタ430をコンタクタアダプタ425に確実に搭載できるように構成している。すなわち、上部端433とストッパ438により、コンタクタアダプタ425の溝427に合致する切り込み439(図16A−16C参照)をコンタクタ430に形成している。つまり、上部端433とストッパ438間の距離は、コンタクタアダプタ425の厚さとほぼ同一である。切り込み439、コンタクタアダプタ425、およびコンタクタキャリヤ420は、コンタクタ430をそのコンタクタキャリヤ420に容易に確実に搭載するためのロックメカニズムを形成している。
コンタクタ430の傾斜体部432は、コンタクタ430の上部端433から下部端435へ斜め方向に延長している。コンタクタ430の上部端433と下部端435は、他の素子と電気コミュニケーションを形成するためのコンタクトポイント(接触点)として機能する。半導体テストの応用においては、上部端433は、テストシステムのプローブカードと接触するためのベース部であり、下部端435は、半導体ウエハ300上のコンタクトパッド320のようなコンタクトターゲットに接触するためのコンタクトポイントである。
上述したように、コンタクタ430は、コンタクタアダプタ425を介してコンタクタキャリヤ420に搭載されている。コンタクタ430の上部端433と下部端435のそれぞれは、コンタクタアダプタ425の上表面、下表面から突出している。コンタクタ430の傾斜体部(スプリング部)432は、バネ機能を果たし、コンタクタ430の下部端435がコンタクトパッド320のようなコンタクトターゲットに対して押されるときバネ力を発生する。コンタクタ430の下部端(コンタクトポイント)435は、コンタクトパッド320の表面を削り付けることができるように、鋭利な形状とすることが好ましい。上記のスプリング機能による弾力は、コンタクトポイント435の削り付け効果を促進する。このような削り付け作用により、コンタクトポイント435がコンタクトパッド320の金属酸化表面を削り付けて、コンタクトパッド320の導電材料と電気接触をするので、コンタクトパフォーマンス(接触性能)がより向上する。
図16A−図16Cは、本発明のコンタクタ430の構成例を示す。図15に基づいて上述したように、コンタクタ430は、上部端(ベース部)433と、傾斜体部(スプリング部)432と、下部端(コンタクトポイント)435とにより構成されている。切り込み(くぼみ)439は、各コンタクタ430が、コンタクタアダプタ425に形成された溝にうまく合致するように、コンタクタ430の上部端433とストッパ438から形成されている。
図16Aの例では、傾斜体部432は、斜め方向の延長した直線状ビームであり、バネ動作を促進する。図16Bの例では、傾斜体部432は、その中間部でジグザグ形状に曲がった形状をなして、バネ動作を促進する。図16Cの例では、切り込み439は、コンタクタ430の上部端433の片側だけに形成されている。このように、コンタクタ430は、コンタクタアダプタ425に正しく結合できる構成を有していれば、どのような形状のコンタクタも本発明のコンタクトストラクチャに用いることができる。
コンタクタ430の傾斜体部432は、好ましくは上部端433よりも幅(または厚さ)が小さくすることによりバネ動作を促進する。このように、傾斜体部432の幅が狭いので、コンタクタ430がコンタクトターゲットに対して押されたときに容易に変形することができる。図6および図8ー10を用いて上述したように、コンタクタ430は、シリコン基板の水平表面上に水平方向に製造される。コンタクタ430の一部に、異なる厚さを形成するためには、導電材料によりコンタクタ430を形成するためのデポジション行程(例えば図8−図10の製造行程における)を複数回繰り返す。
図17A−図17Dは、本発明において、コンタクタアダプタ425を用いて、コンタクタ430をコンタクタキャリヤ420に容易且つ確実にアセンブリする行程を示す概念図である。図17Aに示すように、コンタクタ430は、その上部端433の両側に切り込み(くぼみ)439を設けている。切り込み439は、コンタクタアダプタ25に確実に取り付けられるように、所定の長さ(上部端433とストッパ438間の距離)を有している。
コンタクタアダプタ425は、図17Bに示すように、溝427とストッパ426を備えている。コンタクタ430の切り込み439とコンタクタアダプタ425の溝427は、互いに確実に合致するように形成されている。すなわち、コンタクタ430の切り込み439の幅と厚さは、コンタクタアダプタ425の溝427の幅と厚さと同一になっている。さらに、コンタクタ430の上部端433とストッパ438間の距離は、コンタクタアダプタ425の厚さと同一に形成されている。さらにコンタクタアダプタ425は、コンタクタキャリヤ420に搭載するためのストッパ426を備えている。
図17Cでは、コンタクタ430は、コンタクタ430の切り込み439をコンタクタアダプタ425の溝427に合致させてコンタクタアダプタ425に搭載している。溝427にコンタクタ430を搭載したとき、コンタクタ430とコンタクタアダプタ425は、図17Cの正面と互い同一平面になるように位置合わせられている。コンタクタ430とコンタクタアダプタ425を相互により確実に結合するために、接着剤(図示せず)を使用してもよい。
図17Dでは、複数のコンタクタ430を搭載したコンタクタアダプタ425が、コンタクタキャリヤ420に挿入されている。図17Dの例において、コンタクタキャリヤ420は、コンタクタ430を搭載したコンタクタアダプタ425を挿入するために複数のスロット424を備えている。各スロット424は、コンタクタアダプタ425のストッパ426と係合するためのステップ(ストッパ)428を有する。コンタクタ430を有するコンタクタアダプタ425をコンタクタキャリヤ420のスロット424に挿入することにより、コンタクタ430とコンタクタキャリヤ420は互いに容易に且つ確実に結合される。コンタクタアダプタ425のストッパ426は、スロット424に形成したステップ428と接触して、コンタクタ430の垂直方向の位置を規定している。
図18は、本発明のコンタクトストラクチャを用いてプローブコンタクトアセンブリを形成するための、全体組立構造の例を示した断面図である。プローブコンタクトアセンブリは、図2に示すように、被試験デバイス(DUT)と半導体テストシステムのテストヘッドとの間のインターフェイスとして使用される。この例では、図18に示すように、プローブコンタクタアセンブリは、コンタクトストラクチャの他に、プローブカード260と、ポゴピンブロック(フロッグリング)130を有している。
コンタクトストラクチャは、コンタクタキャリヤ420とそのコンタクタキャリヤ上に搭載された複数のコンタクタ430で構成されている。各コンタクタの上部端(ベース部)433は、コンタクタキャリヤ420の上部表面から突出している。またコンタクタ430の下部端(コンタクト部)435は、コンタクタキャリヤ420の下表面から突出している。コンタクタ430は、コンタクタアダプタ425を介してコンタクタキャリヤ420上のスロット424(図17D)に挿入されている。上述のように、傾斜体部(スプリング部)432は、上部端433と下部端435との間を斜め方向に延長している。傾斜体部432は、半導体ウエハ300に対して押されるとスプリング性の接触力を発生する。
プローブカード260、ポゴピンブロック130、そしてコンタクトストラクチャは、互いに機械的および電気的に接続して、プローブコンタクトアセンブリを形成する。従って、ケーブル124とパフォーマンスボード120を介して、コンタクタ430の接触点からテストヘッド100(図2)までの電気通路が形成される。したがって、半導体ウエハ300とプローブコンタクトアセンブリが押し合わされたとき、DUT(ウエハ300のコンタクトパッド320)とテストシステム間に電気通信が成立する。
ポゴピンブロック(フロッグリング)130、プローブカード260およびケーブル124は、図13および図14に示したと同様であり、パフォーマンスボード120を介して図2のテストヘッド100のプリント回路基板(ピンエレクトロニクスカード)150に信号を送信する。プローブコンタクトアセンブリが組み立てられると、コンタクタ430の上部端433は電極262に接触する。コンタクタキャリヤ420上に搭載されたコンタクタ430は、傾斜体部432を有するので、半導体ウエハ300に対して押されたとき、コンタクタ430は容易に変形し、コンタクトパッド320対して弾性的接触力を生成する。
図19は、本発明のコンタクトストラクチャを用いたプローブコンタクトアセンブリの他の例を示した断面図である。プローブコンタクトアセンブリは、図2に示すように、被試験デバイス(DUT)とテストヘッド間のインターフェイスとして使用される。この例では、プローブコンタクトアセンブリは、導電エラストマ250、プローブカード260、コンタクトストラクチャの上部に備えられたポゴピンブロック(フロッグリング)130を有している。プローブコンタクトアセンブリが組み立てられると、コンタクタ430の上部端433は導電エラストマ250に接触する。図14を参照して上述したように、導電エラストマは多数の導電ワイヤ252を垂直方向に有した、シリコンゴムのような柔軟なシートである。
本発明によれば、コンタクトストラクチャは、次世代半導体技術のテスト要件を満たすような高周波数帯域を有している。第1の実施例では、スライドプレートによりコンタクタをコンタクタキャリヤに固定するシフトロック機構を用いることにより、コンタクトストラクチャを容易に且つ確実に形成することができる。第2の実施例では、コンタクタアダプタによりコンタクタをコンタクタキャリヤに搭載することにより、コンタクトストラクチャを容易に且つ確実に形成することができる。手作業を用いることなく基板上に同時に多数のコンタクタを製造することができるので、そのコンタクトパフォーマンス(接続性能)は、均一な品質と、高信頼性、長寿命を達成することが可能である。
好ましい実施例しか明記していないが、上述した開示に基づき、添付した請求の範囲で、本発明の精神と範囲を離れることなく、本発明の様々な形態や変形が可能である。
図1は、テストヘッドを有する半導体テストシステムと基板ハンドラーとの構成上の関係を示した概念図である。 図2は、インターフェイス部を介して半導体テストシステムのテストヘッドを基板ハンドラーに接続するための構造をより詳細に示した展開図である。 図3は、複数のプローブコンタクタを搭載するためのエポキシリングを有する従来技術のプローブカード例を示した底面図である。 図4A−図4Eは、それぞれ図3のプローブカードの等価回路を示した回路図である。 図5A−図5Cは、シリコン基板上に水平方向に製造され、その後コンタクタキャリヤ上に垂直に搭載されたコンタクタを有する本発明のコンタクトストラクチャの構成例を示した概念図である。 図6A−図6Bは、多数のコンタクタをシリコン基板の平表面上に形成し、後のプロセスにより取り除くという本発明の製造方法の基本コンセプトを示した概念図である。 図7A−図7Cは、本発明のコンタクタの具体例を示した図であり、図7Aおよび図7Bはコンタクトターゲットに対して押されていない状態でのコンタクタの正面図、そして図7Cはコンタクトターゲットに対して押されている状態でのコンタクタの正面図である。 図8A−図8Lは、本発明のコンタクタを製造するための本発明の製造プロセスの1例を示した概念図である。 図9A−図9Dは、本発明のコンタクタを製造するための本発明の製造プロセスの他の例を示した概念図である。 図10A−図10Nは、基板の表面上に本発明のコンタクタを製造し、その後中間プレートにコンタクタを移動するための行程例を示した概念図である。 図11Aおよび図11Bは、本発明のコンタクトストラクチャを構成するために、コンタクタを取り上げ(ピック)、コンタクタキャリヤ上に配置する(プレース)ためのピックアンドプレース機構の1例を示した概念図である。 図12A−図12Cは、コンタクタを本発明のコンタクタキャリヤにアセンブリまたロックするプロセスを示した概念図である。 図13は、本発明のコンタクトストラクチャを使用し、被試験半導体部品と半導体テストシステム間のインターフェイスとして用いるプローブコンタクトアセンブリの例を示した断面図である。 図14は、本発明のコンタクトストラクチャを使用し、被試験半導体部品と半導体テストシステム間のインターフェイスとして用いるプローブコンタクトアセンブリの他の例を示した断面図である。 図15は、コンタクタ、コンタクタキャリヤ、およびコンタクタアダプタを有する本発明のコンタクトストラクチャの構成例を示した断面図である。 図16A−図16Cは、本発明のコンタクタの形状の例を示した前面図を示している。 図17A−図17Dは、本発明のコンタクトストラクチャの例を示した斜視図であり、図17Aはコンタクタ、図17Bはコンタクタアダプタ、図17Cはコンタクタが搭載されたコンタクタアダプタ、そして図17Dは図17Cのコンタクタアダプタを搭載するコンタクタキャリヤの斜視図である。 図18は、本発明のコンタクトストラクチャを使用し、被試験半導体部品と半導体テストシステム間のインターフェイスとして用いるプローブコンタクトアセンブリの構成例を示した断面図である。 図19は、本発明のコンタクトストラクチャを使用し、被試験半導体部品と半導体テストシステム間のインターフェイスとして用いるプローブコンタクトアセンブリの他の構成例を示した断面図である。

Claims (24)

  1. コンタクトターゲットと電気的接続を形成するためのコンタクトストラクチャにおいて:
    それぞれが、垂直方向に延長し、ロックメカニズムを構成するための切り込みを有する上部端と、その上部端とは反対方向に延長し、コンタクトターゲットと電気的接触を形成するためにコンタクトポイントとして機能する下部端を有する直線体部と、その下部端から直線体部と平行に並んでその間に所定ギャップを形成するリターン部と、その上部端と下部端との間に形成され、スプリングとして機能する傾斜体部とにより構成され、導電材料で形成された複数のコンタクタと、
    複数のコンタクタを搭載するためにその上表面にスライデイング層を有し、スルーホールにコンタクタを挿入した後に該コンタクタの切り込みに該スライデイング層を係合させるように構成したコンタクタキャリヤと、
    により構成され、各コンタクタの上部端は該コンタクタキャリヤの上表面から突出し、各コンタクタの下部端は該コンタクタキャリヤの下表面から突出することを特徴とするコンタクトストラクチャ。
  2. 上記コンタクタキャリヤは、該上表面を有する上部キャリヤと、該下表面を有する下部キャリヤと、その上部キャリヤと下部キャリヤとの間に備えられた中間キャリヤとよりに構成されていることを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項1に記載のコンタクトストラクチャ。
  3. 上記コンタクタキャリヤは、上記上部キャリヤ、中間キャリヤ、および下部キャリヤをそれぞれ支持するシステムキャリヤを有することを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項2に記載のコンタクトストラクチャ。
  4. 上記上部キャリヤ、中間キャリヤ、および下部キャリヤのそれぞれには、コンタクタを搭載するためのスルーホールが形成されていることを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項2に記載のコンタクトストラクチャ。
  5. 上記コンタクタは、上部キャリヤと係合して該コンタクタの上方への変移を制限する第1ストッパと、上記中間キャリヤと係合して該コンタクタの下方への変移を制限する第2ストッパとを有することを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項1に記載のコンタクトストラクチャ。
  6. 上記コンタクタは、さらにコンタクトポイントを下部端に有する直線体部と、その直線体部の底部から並行に戻り、その間に所定の空隙を形成する戻り部とをさらに有することを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項1に記載のコンタクトストラクチャ。
  7. コンタクトターゲットと電気的接続を形成するためのコンタクトストラクチャにおいて:
    導電材料で形成され、それぞれが、ロックメカニズムを構成するための切り込みを有する垂直方向に延長した上部端と、その上部端とは反対方向で、コンタクトターゲットと電気コミュニケーションを設けるためにコンタクトポイントとして機能する下部端と、その上部端と下部端の間に形成され、スプリングとして機能する傾斜体部とにより構成された複数のコンタクタと、
    垂直方向の溝を複数有し、コンタクタの上記切り込みとその溝を合致させて該コンタクタを搭載するコンタクタアダプタと、
    そのコンタクタを搭載した複数のコンタクタアダプタを搭載するためのスロットを有するコンタクタキャリヤと、
    により構成され、上記コンタクタを搭載したコンタクタアダプタはそのコンタクタキャリヤの該スロットに挿入され、各コンタクタの上部端は該コンタクタキャリヤの上表面で突出し、各コンタクタの下部端は該コンタクタキャリヤの下表面で突出することを特徴とするコンタクトストラクチャ。
  8. 上記コンタクタは、コンタクタアダプタの溝に合致するときそのコンタクタアダプタの下表面と接触するストッパを有し、上記切り込みはコンタクタの上部端とストッパ間に形成されていることを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項7に記載のコンタクトストラクチャ。
  9. 上記切り込みは、該コンタクタの両側に形成され、その切り込み間の幅は、コンタクタアダプタの溝の幅と同一であることを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項7に記載のコンタクトストラクチャ。
  10. 上記切り込みは、コンタクタの片側に形成され、その切り込みの幅は、コンタクタアダプタの溝の幅と同一であることを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項1に記載のコンタクトストラクチャ。
  11. 上記コンタクタアダプタは、該コンタクタキャリヤのスロットに形成されたステップと係合するためのストッパを有し、コンタクタアダプタがそのスロットに挿入されるときに該コンタクタの垂直方向の位置を特定することを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項7に記載のコンタクトストラクチャ。
  12. コンタクトストラクチャを形成するための製造方法は:
    (a)犠牲層を基板の表面に形成するステップと、
    (b)フォトレジスト層を該犠牲層上に形成するステップと、
    (c)そのフォトレジスト層の表面に該コンタクタのイメージのパターンを現像するステップと、
    (d)導電材料を堆積することにより、電気導電材料によるコンタクタを上記フォトレジスト層のパターンに形成するステップであり、各コンタクタは、ロックメカニズムを構成するための切り込みを有する上部端と、その上部端とは反対方向でコンタクトポイントとして機能する下部端と、その上部端と下部端の間に設けられ、スプリングとして機能する傾斜体部とで構成され、
    (e)上記フォトレジスタ層を取り除くステップと、
    (f)上記コンタクタをシリコン基板から分離するよう上記犠牲層を取り除くステップと、
    (g)スライデイング層とスルーホールを備えたコンタクタキャリヤにコンタクタを搭載し、そのスライデイング層とコンタクタの上記切り込みを係合して該コンタクタをコンタクタキャリヤにロックするステップと、
    により構成されていることを特徴とするコンタクトストラクチャの製造方法。
  13. 上記導電材料を堆積するステップの後に、そのコンタクタ上に接着テープを乗せて、そのコンタクタの上部表面とその接着テープを接着させるステップをさらに有することを特徴とする、請求項12に記載のコンタクトストラクチャの製造方法。
  14. 上記コンタクタをコンタクタキャリヤに搭載するステップは、コンタクタを引き寄せる吸引力をもつピックアンドプレース機構を用いて、接着テープからコンタクタを取り外して該コンタクタの方向を変更し、該コンタクタをコンタクタキャリヤに取り付けるステップを有することを特徴とする、請求項13に記載のコンタクトストラクチャの製造方法。
  15. コンタクトストラクチャを形成するための製造方法は:
    (a)ベース基板上に導電材料により構成した導電基板を形成するステップと、
    (b)フォトレジスト層をその導電基板上に形成するステップと、
    (c)コンタクタのイメージを有したフォトマスクを上記フォトレジスト層上に位置合わせし、フォトマスクを介して該フォトレジスト層を露光するステップと、
    (d)そのフォトレジスト層の表面に該コンタクタのイメージのパターンを現像するステップと、
    (e)導電材料を堆積することにより、電気導電材料によるコンタクタを上記フォトレジスト層のパターンに形成するステップであり、各コンタクタは、ロックメカニズムを構成するための切り込みを有する上部端と、その上部端とは反対方向でコンタクトポイントとして機能する下部端と、その上部端と下部端の間に設けられ、スプリングとして機能する傾斜体部とで構成され、
    (f)上記フォトレジスタ層を取り除くステップと、
    (g)上記コンタクタを有した上記導電基板を上記ベース基板から剥がし取るステップと、
    (h)接着テープを上記導電基板上のコンタクタに当接して、該コンタクタをその接着テープに接着させるステップであり、その接着テープのコンタクタとの間の接着力は、導電基板とコンタクタとの間の接着力より大であり、
    (i)上記導電基板を剥がし取ることにより、上記接着テープ上のコンタクタを導電基板から分離するステップと、
    (j)スライデイング層とスルーホールを備えたコンタクタキャリヤにコンタクタを搭載し、そのスライデイング層とコンタクタの切り込みを係合して該コンタクタをコンタクタキャリヤにロックするステップと、
    により構成されていることを特徴とするコンタクトストラクチャの製造方法。
  16. コンタクトターゲットと電気的接続を形成するためのプローブコンタクトアセンブリにおいて、
    スライデイング層と、そのスライデイング層によりロックして搭載した複数のコンタクタとより構成したコンタクタキャリヤと、
    そのコンタクタキャリヤを搭載し、電極と上記コンタクタとの間の電気的通信を確立するためのプローブカードと、
    該プローブカードに取り付けられたとき、該プローブカードと半導体テストシステムの間をインターフェイスするための複数のコンタクトピンを有するピンブロックと、
    により構成され、該コンタクタは、垂直方向に延長し、ロックメカニズムを構成するための切り込みを有する上部端と、その上部端とは反対方向に延長し、コンタクトターゲットと電気的接触を形成するためにコンタクトポイントとして機能する下部端を有する直線体部と、その上部端と下部端との間に形成され、スプリングとして機能する傾斜体部とにより構成されていることを特徴とするプローブコンタクトアセンブリ。
  17. 上記コンタクタキャリヤは、上記複数のコンタクタを搭載するために上表面と下表面を有し、各コンタクタの上部端は該コンタクタキャリヤの上表面から突出し、各コンタクタの下部端は該コンタクタキャリヤの下表面から突出することを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項16に記載のプローブコンタクトアセンブリ。
  18. 上記コンタクタキャリヤは、該上表面を有する上部キャリヤと、該下表面を有する下部キャリヤと、その上部キャリヤと下部キャリヤとの間に備えられた中間キャリヤとよりに構成されていることを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項16に記載のプローブコンタクトアセンブリ。
  19. 上記上部キャリヤ、中間キャリヤ、および下部キャリヤのそれぞれは、コンタクタを搭載するためのスルーホールが形成されていることを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項18に記載のプローブコンタクトアセンブリ。
  20. コンタクトターゲットと電気的接続を形成するためのプローブコンタクトアセンブリにおいて、
    コンタクタの切り込みがコンタクタアダプタの溝に合致するように係合させて複数のコンタクタを搭載したコンタクタアダプタをスロットに挿入するように構成したコンタクタキャリヤと、
    そのコンタクタキャリヤを搭載し、電極と上記コンタクタとの間の電気的通信を確立するためのプローブカードと、
    該プローブカードに取り付けられたとき、該プローブカードと半導体テストシステムの間をインターフェイスするための複数のコンタクトピンを有するピンブロックと、
    により構成され、該コンタクタは、コンタクタアダプタの溝に合致するための切り込みを有する垂直方向に延長した上部端と、その上部端とは反対方向でコンタクトターゲットと電気的接続を形成するためのコンタクトポイントとして機能する下部端と、その上部端と下部端の間に形成され、スプリングとして機能する傾斜体部とで構成されることを特徴とするプローブコンタクトアセンブリ。
  21. 上記コンタクタは、コンタクタアダプタの溝に合致するときそのコンタクタアダプタの下表面と接触するストッパを有し、切り込みはコンタクタの上部端とストッパ間に形成されていることを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項20に記載のプローブコンタクトアセンブリ。
  22. 上記切り込みは、該コンタクタの両側に形成され、その切り込み間の幅は、コンタクタアダプタの溝の幅と同一であることを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項20に記載のプローブコンタクトアセンブリ。
  23. 上記切り込みは、コンタクタの片側に形成され、その切り込みの幅は、コンタクタアダプタの溝の幅と同一であることを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項20に記載のプローブコンタクトアセンブリ。
  24. 上記コンタクタアダプタは、該コンタクタキャリヤのスロットに形成されたステップと係合するためのストッパを有し、コンタクタアダプタがそのスロット挿入されるとき該コンタクタの垂直方向の位置を特定することを特徴とする、コンタクトターゲットと電気的接続を形成するための請求項20に記載のプローブコンタクトアセンブリ。
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