特許 6106350 カーボンナノチューブを備えたプローブ・カード・アセンブリおよびプローブピン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6106350

(24)【登録日】2017年3月10日

(45)【発行日】2017年3月29日

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブを備えたプローブ・カード・アセンブリおよびプローブピン

(51)【国際特許分類】

   G01R 1/073 20060101AFI20170316BHJP

【ＦＩ】

   G01R1/073 E

【請求項の数】12

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-543368(P2013-543368)

(86)(22)【出願日】2011年12月9日

(65)【公表番号】特表2013-545115(P2013-545115A)

(43)【公表日】2013年12月19日

(86)【国際出願番号】US2011064065

(87)【国際公開番号】WO2012078944

(87)【国際公開日】20120614

【審査請求日】2014年12月9日

(31)【優先権主張番号】61/421,409

(32)【優先日】2010年12月9日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】511076996

【氏名又は名称】ウェントワース ラボラトリーズ、インク．

(74)【代理人】

【識別番号】100104411

【弁理士】

【氏名又は名称】矢口 太郎

(72)【発明者】

【氏名】ブランドーフ、アレキサンダー

【審査官】 山崎 仁之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２２６７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０３７０９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−２６０２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２８６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１８５５９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ １／０７３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回路基板を検査するためのプローブ・カード・アセンブリであって、
集積回路に位置合わせされた多層誘電体板であって、前記集積回路はその表面に一定のパターンに配置された第一の複数の電気接点の配列を有するものであり、前記誘電体板はその表面に前記第一の複数の電気接点と実質的に合致するパターンに配置された第二の複数の電気接点の配列を有するものである、前記多層誘電体板と、
前記誘電体板と前記集積回路との間に介在するカーボン・ナノチューブ・インターポーザーであって、前記集積回路および前記誘電体板の電気接点のパターンに合致するように配置されたコンプライアント（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）であって圧縮剛性が１ミル（１／１０００インチ）の長さ当たり８グラム未満であるカーボンナノチューブを有するものである、前記カーボン・ナノチューブ・インターポーザーと、
前記ナノチューブインターポーザーに一定のパターンで配列され、前記ナノチューブと電気接触された複数の実質的に非コンプライアントの垂直プローブであって、前記カーボンナノチューブを介して前記第一の複数の電気接点および前記第二の複数の電気接点と電気接触することにより、前記カーボンナノチューブがウェーハ／バンプの高さを補償するものである、前記複数の実質的に非コンプライアントの垂直プローブと
を有するプローブ・カード・アセンブリ。

【請求項2】

請求項１記載のプローブ・カード・アセンブリにおいて、前記カーボンナノチューブのそれぞれは、前記垂直プローブと前記第二の複数の電気接点との間の電気導管として作用するものであるプローブ・カード・アセンブリ。

【請求項3】

請求項１記載のプローブ・カード・アセンブリにおいて、さらに、
第一の孔部アレイを有するアセンブリ補助フィルムと、
第二の孔部アレイを有するダイヘッドと
を有し、
前記プローブは前記第一および第二の孔部アレイに挿通されるものである、
プローブ・カード・アセンブリ。

【請求項4】

請求項１に記載のプローブ・カード・アセンブリにおいて、前記カーボンナノチューブは０．５ミル未満（１ミル＝１／１０００インチ）の径方向空間を有するアレイとして形成されるものであるプローブ・カード・アセンブリ。

【請求項5】

請求項１に記載のプローブ・カード・アセンブリにおいて、前記カーボンナノチューブのそれぞれは、１ミル未満（１ミル＝１／１０００インチ）の高さおよび幅を有するものであるプローブ・カード・アセンブリ。

【請求項6】

請求項１に記載のプローブ・カード・アセンブリにおいて、前記プローブのそれぞれは、一若しくはそれ以上の突出表面部を有するプローブ・カード・アセンブリ。

【請求項7】

回路基板を検査するためのプローブ・カード・アセンブリであって、
集積回路に位置合わせされた多層誘電体板であって、前記集積回路はその表面に一定のパターンに配置された第一の複数の電気接点の配列を有するものであり、前記誘電体板はその表面に前記第一の複数の電気接点と実質的に合致するパターンに配列された第二の複数の電気接点の配列を有するものである、前記多層誘電体板と
前記誘電体板と前記集積回路の間に介在するナノチューブインターポーザーであって、前記集積回路および前記誘電体板の電気接点パターンに合致するように配置されたコンプライアントであって圧縮剛性が１ミル（１／１０００インチ）の長さ当たり８グラム未満であるカーボンナノチューブを有するものである、前記カーボン・ナノチューブ・インターポーザーと、
前記ナノチューブインターポーザーに一定のパターンに配列され、前記ナノチューブと電気接触された複数の実質的に非コンプライアントの垂直プローブであって、前記カーボンナノチューブを介して前記第一の複数の電気接点および前記第二の複数の電気接点と電気接触することにより前記カーボンナノチューブがウェーハ／バンプの高さを補償するものである、前記複数の実質的に非コンプライアントの垂直プローブと、
第一の孔部アレイを有するアセンブリ補助フィルムと、
第二の孔部アレイを有するダイヘッドと
を有し、
前記プローブは前記第一および第二の孔部アレイに挿通されるものである、
プローブ・カード・アセンブリ。

【請求項8】

請求項７に記載のプローブ・カード・アセンブリにおいて、前記誘電体板は多層であるプローブ・カード・アセンブリ。

【請求項9】

請求項７に記載のプローブ・カード・アセンブリにおいて、前記カーボンナノチューブのそれぞれは、前記垂直プローブと前記第二の複数の電気接点との間の電気導管として作用するものであるプローブ・カード・アセンブリ。

【請求項10】

請求項７に記載のプローブ・カード・アセンブリにおいて、前記カーボンナノチューブは０．５ミル未満（１ミル＝１／１０００インチ）の径方向空間を有するアレイとして形成されるものであるプローブ・カード・アセンブリ。

【請求項11】

請求項７に記載のプローブ・カード・アセンブリにおいて、前記カーボンナノチューブのそれぞれは、１ミル未満（１ミル＝１／１０００インチ）の高さおよび幅を有するものであるプローブ・カード・アセンブリ。

【請求項12】

請求項７に記載のプローブ・カード・アセンブリにおいて、前記プローブのそれぞれは一若しくはそれ以上の突出表面部を有するものであるプローブ・カード・アセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１２月９日に出願された米国仮特許出願第６１/４２１,４０９号に対して利益を主張するものであり、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

コンピュータチップ製造業界では、不良品を除去したり、製造工程を監視したりするために、製造工程のさまざまなポイントで集積回路（ＩＣ）の性能をテストする必要がある。その目的のためにさまざまな技術が採用されているが、ＩＣ製造工程に対する要求が高まっているため、どれも課題を伴う。

【0003】

回路を電子的にテストするには、ＩＣのパッドとの接触、すなわち、ＩＣを「探針（ｐｒｏｂｅ）」する必要がある。プローブは、テストされるＩＣパッドと非常に正確に位置合わせしなければならない。またプローブは、ＩＣに電気を供給するための十分な電流を与えるだけでなく、テスト信号に歪みが生じないように、低インダクタンスで信頼性の高い、低抵抗の電気接触を与えなければならない。ＩＣ製造の進歩に伴い、形状が小型化し、トランジスタの数が増え、クロック周波数がより高くなると、ＩＣを探針するための既存技術の能力に難題が立ちはだかる。形状が小型化すると、テストパッドの寸法が小さくなることから、プローブの位置合わせを正確に行い、パッドから逸れないように徹底することが必要になる。トランジスタの数が増え、クロック周波数がより高くなると、プローブが針焼したり、溶融したりすることなく、またはばね力および疲労寿命などのプローブ物理特性が低下することなく、電流の量を増やせるプローブを必要とする。

【0004】

ＩＣ製造者の間では、最悪の環境条件をより妥当にシミュレートしたり、加速寿命試験を実施したりするために、高温でＩＣをテストすることに対する希望が高まっている。これは、１５０度の高温で高電流レベルを与えることができなければならないというプローブの負担を増やす。ＩＣの処理能力の高速化は、ＩＣに送られるクロックおよび信号波形を歪ませずに、ＩＣから監視テスト機器に波形を正確に伝送するために、低インダクタンスのプローブをさらに必要とする。

【0005】

当該技術分野の設計の中には、プローブヘッドに曲線プローブのアレイを含む従来既知の垂直型湾曲ビーム（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｂｅａｍ：ＶＢＢ）ソート・インターフェース・ユニット・アセンブリを組み合わせるアセンブリなどもある。このような設計では、プローブの一端部（「先端部」）はテスト中のウェーハと接触し、もう一方の端部（「ヘッド」）はスペーストランスフォーマー（ｓｐａｃｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）の「Ｃ４」側にあるコンタクトパッドのアレイと接触する。ワイヤーはその曲線形状により、ウェーハと接触する際にたわみ、ばねとして作用することが可能である。ワイヤーの収縮により、ウェーハパッドを傷つけることなくウェーハの高さと平面の変化を補正することが可能である。プローブに柔軟性が必要とされることによって、プローブの製造およびプローブのヘッドのアセンブリが複雑になる。これはまた、ワイヤーが曲がる際にかかる機械的ストレスを抑えるために、ワイヤーを比較的長く（およそ１／４インチ）することを必要とする。

【0006】

カーボンナノチューブの使用が含まれない多くの既知の検査装置がある。たとえば、米国特許第６９０６５４０号、第６７５６７９７号、および第６２９７６５７号のそれぞれは、カーボンナノチューブ技術の使用が含まれないさまざまなＩＣ検査装置を教示している（当該特許のすべての開示内容はこの参照により本明細書に組み込まれる）。他のアセンブリにはカーボン・ナノチューブ束体から成るプローブの使用が含まれる。かかるアセンブリは、独自の製造課題と困難な修理課題を伴う。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１） 米国特許出願公開第２００２／０１０９５１４号明細書
（特許文献２） 米国特許出願公開第２００４／０２１１５８９号明細書
（特許文献３） 米国特許出願公開第２００９／０００２００９号明細書
（特許文献４） 米国特許出願公開第２００９／０１２１７３２号明細書
（特許文献５） 米国特許出願公開第２０１０／００８３４８９号明細書
（特許文献６） 米国特許出願公開第２００９／００６６３５２号明細書
（特許文献７） 国際公開第２０１０／０３７０９７号
（特許文献８） 米国特許出願公開第２００９／０００２００４号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の態様の一つは、回路基板を検査するためのプローブ・カード・アセンブリである。いくつかの実施形態では、前記アセンブリは、集積回路に位置合わせされた多層誘電体板であって、前記集積回路はその表面に一定のパターンに配列された第一の複数の電気接点を配列するものであり、前記誘電体板はその表面に前記第一の複数の電気接点と実質的に合致するパターンで配列された第二の複数の電気接点を配するものである多層誘電体板と、前記誘電体板と前記集積回路との間に介在するカーボン・ナノチューブ・インターポーザーであって、前記カーボン・ナノチューブ・インターポーザーは前記集積回路および前記誘電体板の電気接点のパターンに合致するように配置されたコンプライアントのナノチューブを備えているものであり、前記ナノチューブインターポーザーに一定のパターンで配列されていて前記カーボンナノチューブと接合されている複数の垂直プローブであって、前記カーボンナノチューブを介して前記第一の複数の電気接点および前記第二の複数の電気接点と電気接触する複数の垂直プローブとを有するアセンブリである。

【図面の簡単な説明】

【0008】

本発明を説明するために本発明の現在の好適実施例を図面で示す。ただし、本発明は、本明細書に図示されている通りの配列および手段に限定されるものではない。

【図1】図１は、本発明のいくつかの実施形態のカーボン・ナノチューブ・インターポーザーを備えたプローブ・カード・アセンブリの側面図である。

【図2】図２は、本発明のいくつかの実施形態による突出表面部を有するプローブを含むプローブ・カード・アセンブリの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明は、スペーストランスフォーマーとプローブ・ヘッド・アセンブリと間の隙間を埋めるためにインターポーザーに組み込まれたカーボンナノチューブのアレイと、垂直で実質的に剛体のプローブで検査する際に必要なコンプライアンスを提供するプローブ・カード・アセンブリを含む。

【0010】

図１および図２を参照すると、本発明のいくつかの実施形態は、回路基板１０２を検査するためのプローブ・カード・アセンブリ１００を含み、当該アセンブリは、多層誘電体板１０４と、カーボン・ナノチューブ・インターポーザー１０６と、実質的に垂直かつ剛体の複数のプローブ１０８とを含む。

【0011】

多層誘電体板１０４は集積回路１０２に位置合わせされている。集積回路１０２は第一の複数の電気接点１１２が一定のパターンに配列された表面１１０を有する。誘電体板１０４は、第二の複数の電気接点１１６が第一の複数の電気接点１１２に実質的に合致するパターンに配列された表面を有する。

【0012】

カーボン・ナノチューブ・インターポーザー１０６は、誘電体板１０４と集積回路１０２との間に介在する。カーボン・ナノチューブ・インターポーザー１０６は、集積回路１０２の電気接点１１２と、誘電体板１０４の電気接点１１６のパターンとに合致するように配置されたコンプライアントのカーボンナノチューブ１１８を有する。カーボンナノチューブ１１８は、化学気相成長法によって予めパターン化された基板に、垂直配向の多層カーボンナノチューブの「スポット」を配置することにより形成することができる。続いて、プレポリマー溶液を追加して、硬化させる。次に、前記基板から材料が剥され、透明のポリマーマトリックスにカーボンナノチューブが位置合わせされた独立フィルム材料になる。

【0013】

複数の実質的に垂直かつ剛性、すなわち、コンプライアントではない、プローブ１０８は、ナノチューブインターポーザー１０６上に一定のパターンに配列され、カーボンナノチューブ１１８に隣接して配置されるか、またはカーボンナノチューブ１１８に接合される。垂直プローブ１０８は、カーボンナノチューブ１１８を介して第一の複数の電気接点１１２および第二の複数の電気接点１１６と電気接触する。カーボンナノチューブ１１８は、垂直プローブ１０８と第二の複数の電気接点１１６との間の電気導管として作用する。いくつかの実施形態では、チューブ１１８は１００ ｎｍ未満の径方向空間を有するアレイとして形成される。カーボンナノチューブ１１８のサイズはカスタマイズすることが可能であるが、いくつかの実施形態では、カーボンナノチューブのそれぞれの高さは２０ミル未満であり、カーボン・ナノチューブ束体のそれぞれの圧縮は１ミル当たり８グラム未満でなければならない。

【0014】

プローブ・カード・アセンブリ１００の製造を円滑にするために、第一の孔部アレイ１２２を含む従来のアセンブリ補助フィルム１２０および第二の孔部アレイ１２８を有する下方ダイヘッド１２６を含むダイヘッド１２４を使用して前記第一および第二の孔部アレイにプローブ１０８を挿通し、当該プローブ１０８を位置合わせすることができる。

【0015】

図２に最適に示されているように、いくつかの実施形態では、複数のプローブ１０８は一若しくはそれ以上の突出表面部を１３０含む。プローブ１０８の一若しくはそれ以上の突出表面部１３０は、複数のプローブ１０８をダイヘッド１２４内に解除自在に固定する。

【0016】

誘電体板１０４と集積回路１０２との間にナノチューブインターポーザー１０６を挿入することで、プローブおよびヘッド構造をより単純にすることが可能になる。ナノチューブの個々の束、すなわち、ナノチューブ１１８は、ばねのように縮み、必要なコンプライアンスを提供する。これにより、プローブ１０８を直線のワイヤープローブにすることが可能になり、プローブがたわむ必要がなくなるので、プローブの製造工程を大幅に単純化し、コストを削減する。直線のワイヤーはまた、ヘッドへの挿入がはるかに容易であり、ヘッドアセンブリの自動化が可能になる。ワイヤーが撓み応力を受けないので、ワイヤーをはるかに短くすることができ、これによりインダクタンスが減少し、テスト周波数を高くすることが可能になり、電流容量も増える。また、これにより、ワイヤー同士をより接近させて配置することが可能となり、より小さいパッドとより密接したパッドピッチでのチップの検査に対応することができる。

【0017】

プローブ１０８のサイズはカスタマイズできる。いくつかの実施形態では、カーボン・ナノチューブ束体１１８は、径方向空間１００ ｎｍ未満のアレイとして形成され、カーボン・ナノチューブ束体のそれぞれの高さは２０ミル未満であり、カーボン・ナノチューブ束体のそれぞれの圧縮剛性は１ミル当たり８グラム未満である。いくつかの実施形態では、各プローブシャフト１０８の均一厚さは約２ミルから約５ミルの間である。

【0018】

本発明に基づくアセンブリおよびプローブは周知の設計に優る利点をもたらす。本発明に基づくアセンブリは、より短く垂直に製造された接点／プローブの使用が可能であり、これにより、高電流、およびインダクタンスをより低減させることができる。垂直プローブは、自動プローブ挿入を可能にし、これは組立の高速化とリードタイムの短縮化をもたらす。ナノチューブ束体から成るプローブではなく製造されたプローブを使用することでヘッドの修復性が維持される。

【0019】

垂直プローブの使用により精度およびアライメントが高まり、接点とインターフェースの形状を小さくすることが可能になり、これは短絡を減少させることに役立つ。いくつかの実施形態は、０．５ミル未満の向心度である。

【0020】

本発明に基づくアセンブリは、より微細なピッチソリューションをもたらす。前述のように、前記ナノチューブインターポーザーの前記ナノチューブは任意のサイズ、たとえば、長さや高さをカスタマイズすることができ、２０ミルの長さまたはそれよりも短い長さの接点を有することができる。前記ナノチューブがコンプライアントである、すなわち、ウェーハ／バンプの高さ変化に応じることが可能であることにより、より大きなアレイで接点の隙間をなくして、1ミル当たりのグラムを減らすことが可能であり、たとえば、接点あたり合計８グラム未満にすることが可能である。結果として、前記多層誘電体板（多層セラミック（ＭＬＣ））の電気接点またはパッドがすぐには消耗せず、再配置は不要である。

【0021】

従来のプローブ・カード・ヘッドと比べて、プローブの絶縁または被覆は不要である。ナノチューブインターポーザーは、大量生産かつ低コストですぐに製造することができる。ナノチューブインターポーザーは、微細ピッチの用途、周波数の高い用途、より幅のある温度範囲に適している。

【0022】

本発明は、その実施形態について説明および図示されているが、当業者であれば、本開示の実施形態の特徴を組み合せたり、再配置等を行って本発明の範囲内で追加の実施形態を作ることができことを理解し、また、本出願の範囲および趣旨から逸脱することなく、当該特徴の中におよび特徴に対して、さまざまなその他の変更、省略、および追加ができるということを理解するものである。

【図1】

【図2】