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JP2001242195A - コンタクトストラクチャ - Google Patents

コンタクトストラクチャ

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Publication number
JP2001242195A
JP2001242195A JP2001011621A JP2001011621A JP2001242195A JP 2001242195 A JP2001242195 A JP 2001242195A JP 2001011621 A JP2001011621 A JP 2001011621A JP 2001011621 A JP2001011621 A JP 2001011621A JP 2001242195 A JP2001242195 A JP 2001242195A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
contact
contact structure
contactor
nickel
bump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001011621A
Other languages
English (en)
Inventor
Theodore A Khoury
テオドール・Ａ・コーリー
Frech Tim
ティム・フレック
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Advantest Corp
Original Assignee
Advantest Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advantest Corp filed Critical Advantest Corp
Publication of JP2001242195A publication Critical patent/JP2001242195A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/06772—High frequency probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/06711—Probe needles; Cantilever beams; "Bump" contacts; Replaceable probe pins
    • G01R1/06716—Elastic
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/073—Multiple probes
    • G01R1/07307—Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card
    • G01R1/07342—Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card the body of the probe being at an angle other than perpendicular to test object, e.g. probe card

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Measuring Leads Or Probes (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＴＡＢ（テープオートメイテッドボンデイン
グ）の形態を有するとともに接触点としてコンタクトバ
ンプを有する、コンタクトストラクチャを提供する。 【解決手段】導電リードにより形成された複数のコンタ
クタを有し、その各導電リードは平面形状を有してグラ
ンド面と誘電体層との組み合わせによりマイクロストリ
ップラインを構成して所定の特性インピーダンスを確立
している。導電リードの先端部には硬質の導電材料で形
成されたを有している。さらに先端部からコンタクトス
トラクチャの外部の素子との間にわたる通信路を形成す
るサポート基板を有している。被試験基板に押し当てら
れるとき、コンタクタの曲げられた部分により接触バネ
力が発生されて、導電リードの先端部のコンタクトバン
プがすり削り効果を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、コンタクトパッ
ドや電子回路のリードや部品などのようなコンタクトタ
ーゲットとの間で電気的接触を確立するためのコンタク
トストラクチャに関する。特に本発明は、周波数帯域、
ピンピッチ、コンタクト性能、信頼性を向上した、半導
体ウェハ、半導体チップ、パッケージ半導体部品、モジ
ュールソケット、プリント回路基板等をテストするため
のプローブカードに使用するコンタクトストラクチャに
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩやＶＬＳＩ回路のような高速また
高密度な電気部品をテストするにあたっては、プローブ
コンタクタやテストコンタクタのような、高性能コンタ
クトストラクチャを使用する必要がある。本発明のコン
タクトストラクチャは、半導体ウェハや半導体ダイのテ
ストやバーンインといった応用に限定されるものではな
く、パッケージされた半導体部品、プリント回路基板の
テストやバーンインへの応用も含む。さらに本発明のコ
ンタクトストラクチャは、ＩＣリード、ＩＣパッケージ
ング、その他の電気的接続を含む広く一般的な応用にも
使用することができる。しかし、以下においては、説明
の便宜のために、主として半導体ウェハのテストに関連
して本発明を説明する。
【０００３】被試験半導体部品が半導体ウェハの場合
は、ＩＣテスタのような半導体テストシステムは、自動
的に半導体ウェハをテストするためには、自動ウェハプ
ローバのような基板ハンドラと接続して用いられる。そ
のような例が第１図に示されており、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たテスト
ヘッド１００を有しており、そのテストヘッドはケーブ
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４００は、例え
ばモーター５１０により駆動されるマニピュレータ５０
０により、互いに機械的に接続している。
【０００４】被試験半導体ウェハは、基板ハンドラ４０
０によって、自動的にテストヘッド１００のテスト位置
に供給される。テストヘッド１００において、被試験半
導体ウェハには、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ている。半導体ウェハ上に形成
した被試験ＩＣ回路から、テスト信号の結果としての出
力信号（反応）が、半導体テストシステムに送信され、
半導体ウェハ上に形成したＩＣ回路が正しく機能してい
るかを検証するために、半導体ウェハからの出力信号を
期待値データと比較する。
【０００５】第２図において、テスト時の半導体ウェハ
より、基板ハンドラ（ウェハプローバ）４００、テスト
ヘッド１００と、インタフェース部１４０の構成がより
詳細に表示されている。テストヘッド１００と基板ハン
ドラ４００は、パフォーマンスボード、フロッグリン
グ、プローブカード等の部品を有するインタフェース部
１４０を介して互いに接続されている。第２図のパフォ
ーマンスボード１２０は、テストヘッドの電気的構造に
固有の電気回路接続構成を有するプリント回路基板であ
り、同軸ケーブル、ポゴピン、コネクタ等により構成し
ている。
【０００６】テストヘッド１００は多数のプリント回路
基板１５０を含み、それらプリント回路基板１５０の数
はテストチャンネル（「テストピン」ともいう）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に備えられたコンタクトタ
ーミナル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上には、さらにフ
ロッグリング（ポゴピンブロック）１３０が、基板ハン
ドラ４００に対してコンタクト位置を正確に決定するた
めに、搭載されている。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を有しており、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。
【０００７】第２図に示すように、テストヘッド１００
は、基板ハンドラ４００上に位置しており、インタフェ
ース部１４０を介して機械的および電気的に基板ハンド
ラに接続している。基板ハンドラ４００には、チャック
１８０上に被試験半導体ウェハ３００が搭載されてい
る。プローブカード１７０が被試験半導体ウェハ３００
の上部に備えられている。プローブカード１７０は、被
試験半導体ウェハ３００上のＩＣ回路の回路端子（「コ
ンタクトパッド」または「コンタクトターゲット」とも
いう）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）１９０を有している。
【０００８】プローブカード１７０の電気ターミナルあ
るいはコンタクトリセプタクルは、フロッグリング１３
０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。コンタクトピン１４１は、同軸ケーブル１２４
を経由して、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、プ
リント回路基板１５０は、数百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。
【０００９】この構成の下で、チャック１８０上の半導
体ウェハ３００の表面に、プローブコンタクタ１９０が
接触し、半導体ウェハ３００にテスト信号を与え、かつ
半導体ウェハ３００から結果出力信号を受ける。被試験
半導体ウェハ３００からの結果出力信号は、半導体ウェ
ハ３００上の回路が正しく機能しているかを検証するた
めに、半導体テストシステムにおいて、期待値と比較さ
れる。
【００１０】第３図は、第２図のプローブカード１７０
の底面図を示している。この例では、プローブカード１
７０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を複数個搭載するためのエポキシリ
ングを有している。第２図において、半導体ウェハ３０
０を搭載した基板ハンドラ４００内のチャック１８０が
上方に移動すると、カンチレバー１９０の先端は、半導
体ウェハ３００上のコンタクトパッドまたはバンプと接
触する。カンチレバー１９０の他端はワイヤ１９４に接
続し、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（図には無い）に接続している。
送信ラインは複数の電極１９７に接続しており、その電
極１９７は更に第２図のコンタクトピン１４１に接続し
ている。
【００１１】一般に、プローブカード１７０は、グラン
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
パシタンスのようなパラメータを設定している。従っ
て、信号伝送ラインはインピーダンスマッチしたライン
となっており、半導体ウェ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とキャパシタ１９５が、パワー層とグランド
層間に備えられている。
【００１２】第４図は従来のプローブカード技術におけ
る高周波数特性の限界を説明するために、第３図のプロ
ーブカード１７０の等価回路を示している。第４図
（Ａ）と第４図（Ｂ）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（インピーダンスマッチしている）１
９６、ワイヤ１９４、ニードルまたはカンチレバー（プ
ローブコンタクタ）１９０にわたっている。ワイヤ１９
４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、第４図（Ｃ）に示すように、高
周波数帯域では等価的にインダクタＬとして機能する。
ワイヤ１９４とニードル１９０の全体の長さが２０−３
０ｍｍ程度なので、被試験部品の高周波性能のテスト
は、このインダクタによって大きく制限される。
【００１３】プローブカード１７０の周波数帯域を制限
する他の要素は、第４図（Ｄ）と第４図（Ｅ）に示すパ
ワーニードルとグランドニードルにある。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なら、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１９０（第４図（Ｄ））や、パ
ワーと信号をグランドするための直列接続したワイヤ１
９４とニードル１９０は、インダクタと等価になるの
で、高速電流は多大に制限される。
【００１４】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１９５がパワーライン
とグランドラインの間に備えられている。キャパシタ１
９３は、１０ｕＦのような比較的に大きな値であり、必
要に応じてスイッ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、０．０１ｕＦのよう
な比較的小さいキャパシタンスの値をとり、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
ンスは、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。したがって、これらのキャパシタンスは、
プローブコンタクタの高周波数性能を制限する。
【００１５】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、これは最近の半導体部品をテ
ストするには不十分である。現在では１ＧＨｚからそれ
以上であるが、半導体業界では、近い将来には、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見ている。また、
半導体部品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。
【００１６】従来の技術では、第３図に示すようなプロ
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
ばらつきとなる。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
低下する他の要素は、プローブコンタクタと被テスト半
導体ウェハが異なる温度膨張係数であることである。従
って、異なる温度において、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。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、高周波帯域、高ピンカウント、そして高コンタクト
パフォーマンスを達成することができ、電気的コミュニ
ケーションを確立させるために、コンタクトターゲット
に電気的に接触するコンタクトストラクチャを提供する
ことにある。
【００１８】また、本発明の他の目的は、多数の半導体
デバイスを並行に同時にテストするに適した半導体デバ
イステスト用コンタクトストラクチャを提供することに
ある。
【００１９】また、本発明の他の目的は、テープオート
メイテッドボンデイング（ＴＡＢ）を用いて多数のコン
タクタを形成し、各コンタクタはマイクロストリップラ
インの構造を有することにより予め定めた特性インピー
ダンス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。
【００２０】また、本発明のさらに他の目的は、コンタ
クトストラクチャがコンタクトターゲットに押し当てら
れるとき、理想的なスリ削り作用を効果的に達成するた
めに、導電リードの先端にコンタクトバンプがそれぞれ
備えられている複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である。
【００２１】また、本発明のさらに他の目的は、コンタ
クトバンプを有する複数のコンタクタが基板のスルーホ
ールに挿入され、接着剤で固定されているコンタクトス
トラクチャを提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明において、コンタ
クトターゲットと電気的接続を確立させるためのコンタ
クトストラクチャは、ＴＡＢ（テープオートメイテッド
ボンデイング）の形態を有するとともに接触点としてコ
ンタクトバンプを有する。本発明のコンタクトストラク
チャは、グランド面上に誘電体層を介して配置され、導
電リードにより形成された複数のコンタクタを有し、そ
の各導電リードは平面形状を有してグランド面と誘電体
層との組み合わせによりマイクロストリップラインを構
成して所定の特性インピーダンスを確立している。導電
リードの先端部には硬質の導電材料で形成されたコンタ
クトバンプを有している。さらにコンタクトストラクチ
ャはそのコンタクタを搭載し導電リードの先端部からコ
ンタクトストラクチャの外部の素子との間にわたる通信
路を形成するサポート基板を有している。コンタクトス
トラクチャが被試験基板に押し当てられるとき、コンタ
クタはコンタクトターゲットを搭載した被試験基板の表
面に対して曲げられることにより、そのコンタクタの曲
げられた部分により接触バネ力が発生されて、導電リー
ドの先端部のコンタクトバンプがすり削り効果を発揮す
る。
【００２３】本発明の別の態様において、上記のコンタ
クタが上記被試験基板に対して押し当てられるとき、そ
のコンタクタの変形を制限するように、グランド面の外
部周辺に設けられたコンタクタサポートをさらに有す
る。さらに本発明の別の態様において、上記サポート基
板はスルーホールを有して上記コンタクタの先端部が突
出するようにそのスルーホールに取り付け、コンタクタ
とスルーホールに接着剤を与えてコンタクタを上記サポ
ート基板に固定する。
【００２４】本発明のさらに別の態様において、コンタ
クトストラクチャは複数のコンタクタを有した第１の層
と複数のコンタクタを有した第２の層が絶縁層を介して
互いに重ね合わされ、その第１および第２の層における
複数のコンタクタのそれぞれは、グランド面上に誘電体
層を介して配置された導電リードにより形成され、その
各導電リードは平面形状を有して上記グランド面と上記
誘電体層との組み合わせによりマイクロストリップライ
ンを構成して所定の特性インピーダンスを確立してい
る。その導電リードの先端部には硬質の導電材料で形成
されたコンタクトバンプを有している。コンタクトスト
ラクチャはさらに上記コンタクタを搭載し導電リードの
先端部から上記コンタクトストラクチャの外部の素子と
の間にわたる通信路を形成するサポート基板を有してい
る。上記コンタクトストラクチャが上記被試験基板に押
し当てられるとき、コンタクタはコンタクトターゲット
を搭載した被試験基板の表面に対して曲げられることに
より、そのコンタクタの曲げられた部分により接触バネ
力が発生されて、導電リードの先端部のコンタクトバン
プがすり削り効果を発揮する。
【００２５】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
数帯域を有することができる。コンタクトストラクチャ
は、テープ・オートメイテッド・ボンデイング（ＴＡ
Ｂ）を用いたコンタクタから形成されるので、低コスト
により多数のコンタクタを小ピッチで配列できる。導電
リードの先端にあるコンタクトバンプは、硬い導電材料
で構成されているので、コンタクトストラクチャがコン
タクトターゲットに押し当てられたときに、理想的なす
り削り効果を達成することができる。さらに、本発明の
コンタクトストラクチャは、マイクロストリップライン
構造を有するので、コンタクタの先端までインピーダン
スマッチングが実現でき、非常に高い周波数まで優れた
コンタクト性能を実現できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明によるコンタクトストラク
チャの第１の例を第５図および第６図に示す。この例に
おいてコンタクトストラクチャは、板状の形状を有した
コンタクタ３０を有している。このコンタクタ３０は、
導電リード３５、誘電体層３６、グランド層３７、およ
び導電リード３５上に取り付けられたコンタクトバンプ
（接触バンプ）３１により構成している。第６図に示す
ように、コンタクタ３０は、コンタクト基板２０に搭載
されている。好ましくは、このような板状のコンタクタ
３０は、電子部品業界で用いられているテープオートメ
イテッドボンデイング（ＴＡＢ）技術により形成する。
一般的に、テープオートメイテッドボンデイング（ＴＡ
Ｂ）は、薄いパッケージを必要とする場合に、半導体チ
ップを配線するために使用される。本発明においては、
このＴＡＢ技術を、高周波数帯域を達成するようなイン
ピーダンスマッチングしたコンタクトストラクチャを形
成するために用いる。
【００２７】本発明において、ＴＡＢ技術を使用するに
は、グランド層上に形成された誘電体基板の上に、それ
ぞれ導電リードを有する複数のコンタクタを、テープキ
ャリア上に用意する。このテープキャリアは、多数のコ
ンタクタを備え、リールに格納されている。テープキャ
リアをリールから取り出し、そのテープキャリア上のコ
ンタクタをコンタクト基板２０上に位置合わせして、結
合行程においてコンタクト基板に取り付ける。
【００２８】第５図はさらに、半導体テストシステムに
よりテストする、被試験半導体ウェハ３００上のコンタ
クトパッド３２０等のコンタクトターゲットを示してい
る。半導体ウェハ３００にコンタクトストラクチャが押
し当てられた場合、導電リードの先端にあるコンタクト
バンプ（接触バンプ）３１と、半導体ウェハ３００上の
コンタクトパッド３２０の間に電気的コミュニケーショ
ンが形成される。コンタクトバンプ３１は、後で詳しく
説明するように、硬い導電材で構成されているため、コ
ンタクタ３０がコンタクトターゲット３２０に押し当て
られたとき、コンタクタ３０はすり削り（スクラビン
グ）効果を発揮する。このすり削り効果とは、コンタク
トパッド３２０の表面酸化膜の下の導体材とコンタクト
ストラクチャのコンタクトバンプ３１が直接に接触する
ように、表面酸化膜をこすり削る効果である。
【００２９】第６図は、被試験半導体ウェハ３００上に
配置されている本発明のコンタクトストラクチャを示す
断面図である。第６図のコンタクトストラクチャは、コ
ンタクタ３０と、回路パターン（図示していない）を有
するコンタクト基板２０とで構成されている。上述のよ
うに、コンタクタ３０は、半導体装置パッケージ技術で
広く扱われているＴＡＢリードに似た形状をしている。
このＴＡＢリードは連続したテープ上に形成された複数
の導電リードを有し、そのテープはリールに格納されて
いる。リールから取り出されたＴＡＢリードは、半導体
チップ上に位置合わせされ、例えばサーマルボンディン
グにより半導体チップに取り付けられる。本発明のコン
タクタ３０も、これに似た方法でコンタクト基板２０上
に取り付けできる。
【００３０】第５図と第６図に示すように、各コンタク
タ３０は導電リード３５を有し、誘電体層３６を介して
グランド層３７上に形成されている。従って、各導電リ
ード３５は、マイクロ波技術において知られているマイ
クロストリップライン構造を形成している。マイクロス
トリップラインにおいて、その特性インピーダンスは、
導電リード３５の幅、誘電体層３６の厚さ、誘電体層３
６の誘電率と透磁率等で決定される。コンタクタ３０
は、コンタクトストラクチャと半導体ウェハ３００とが
押し付けられるとき、半導体ウェハ３００に設けられた
コンタクトターゲット３２０の表面に傾斜するように曲
げられ、そのコンタクタの曲げられた部分により接触力
を発生する。
【００３１】誘電体層３６構成の例としては、アルミ
ナ、ベリリア（ＢｅＯ）、サファイア、ガラスファイ
バ、ガラスエポキシ、セラミック入りテフロン（登録商
標）等が含まれる。従って、コンタクタ３０の特性イン
ピーダンスは、コンタクト基板２０上の形成された信号
ライン（図示していない）のインピーダンス、例えば５
０オームと、容易にマッチすることができる。その結果
として、コンタクタ３０の先端までインピーダンスマッ
チングが実現できるので、本発明のコンタクトストラク
チャにより高周波数動作が達成できる。
【００３２】コンタクトバンプ３１は、一般的には球状
であるが、台形、四角形、角錐形、或いは円錐形等の他
の形態を有することもできる。典型的なコンタクトバン
プ３１は、例えば直径４０ｕｍ（マイクロメータ）の硬
いコンタクトボールであり、タングステンを被膜したガ
ラスあるいは硬質の金属により構成されている。また、
コンタクトバンプ３１は、金属酸化膜を有するコンタク
トターゲット３２０に押し当てられると、その酸化膜を
すり削る作用を達成できるほどの硬さを有している。し
たがって、例えば半導体ウェハ３００上のコンタクトタ
ーゲット３２０の表面にアルミニウム酸化膜がある場合
でも、このすり削り作用は効果的にそのアルミニウム酸
化表面を破壊して、アルミニウム酸化膜の下にある導電
材料との間で低抵抗の接触を実現することができる。第
６図において、コンタクタ３０が斜め取り付けられてい
るため、コンタクトストラクチャが垂直方向に半導体ウ
ェハ３００に押し当てられたとき、コンタクトバンプ３
１は水平方向に移動され、これにより上記のすり削り効
果をより促進させることができる。
【００３３】導電リード３５とグランド層３７の構成材
料の例としては、ニッケル、アルミニウム、銅、ニッケ
ルパラジウム、ロジウム、ニッケル金、あるいはイリジ
ウムである。上述のように、誘電体層３６の構成材料例
は、アルミナ、ベリリア（ＢｅＯ）、サファイア、ガラ
スファイバ、ガラスエポキシ、セラミック入りテフロン
等である。また、上述のように、コンタクトバンプ３１
の構成材料の例としては、タングステンで被膜（コーテ
ィング）したガラスボールあるいは他の硬質金属であ
る。コンタクトバンプ３１のさらに他の例は、球状、四
角形、角錐形、あるいは円錐形の形状を有したニッケ
ル、ベリリウム、アルミニウム、銅、ニッケル・コバル
ト・鉄の合金、或いは鉄・ニッケルの合金等の硬質金属
で構成されたコンタクトである。
【００３４】さらに、コンタクトバンプ３１は、ニッケ
ル、アルミニウム、銅や、上述の合金等の基礎金属で形
成することができ、その外面を金、銀、ニッケルパラジ
ウム、ロジウム、ニッケル金、あるいはイリジウム等の
高導体非酸化メタルでめっきして構成することができ
る。第５図と第６図の例において、球状のコンタクトバ
ンプ３１は、ソルダリング（はんだ）、ブレイジング
（ろう付け）、ウエルディグ（溶接）、あるいは各種の
ボンディング技術、例えばサーモニック・ボンディング
（熱ボンディング）、サーモコンプレッション・ボンデ
ィング（熱圧縮ボンディング）、超音波ボンディング等
により、さらには導電接着剤を適用して、導電リード３
５の先端に取り付けている。コンタクトバンプ３１の形
状は、半球状であってもよく、その非球状部分を導電リ
ード３５の先端部に取り付ける。
【００３５】第７図は、本発明のコンタクトストラクチ
ャを示す底面図である。導電リード３５は、コンタクト
バンプ３１が取り付けられている先端を除き、誘電体層
３６とグランド層３７の下部に取り付けられている。こ
のため、コンタクトストラクチャのインピーダンスは、
導電リード３５の先端まで、テストシステムの他の伝送
ラインのインピーダンスと整合している。第７図の例に
おいては、各コンタクタ３０の長さは互いに同一である
が、コンタクタ３０の長さ、すなわち導電リード３５を
互いに異なる長さで構成にすることも可能である。
【００３６】第８図は、本発明のコンタクトストラクチ
ャの別の例を示す断面図である。この例によるコンタク
トストラクチャの構成は、第６図の例による構成に加え
て、グランド層３７の外部周辺に１対のコンタクタサポ
ート４４を有している。コンタクタサポート４４は、例
えばネジ４２でコンタクト基板２０に固定している。こ
の第８図のコンタクトストラクチャが半導体ウェハ３０
０に押し当てられたとき、コンタクタ３０のこれ以上の
変形を制限するように、コンタクタサポート４４はグラ
ンド層３７の上面に接触する。すなわち、コンタクタサ
ポート４４は、コンタクタ３０の柔軟性が高い場合に、
その曲がり過ぎを防止して保護するとともに、コンタク
トストラクチャが半導体ウェハ３００に押し当てられた
ときの接触ばね力を追加する。
【００３７】第９図は、本発明のさらに別の例における
コンタクトストラクチャの底面を示す概念図である。こ
の例において、コンタクトストラクチャは、接触点が四
角形に配置されるように、導電リード３５を４方向に配
列している。導電リード３５は、コンタクトバンプ３１
を有する先端以外は、誘電体層３６とグランド層３７の
下部に位置して取り付けられている。このため、コンタ
クトストラクチャのインピーダンスは、導電リード３５
の先端まで、テストシステムの他の伝送ラインのインピ
ーダンスとマッチ（整合）している。第９図の点線に示
すように、導電リード３５間のピッチは、コンタクト基
板２０の回路パターン（図示していない）のピッチと適
合するように、後端で広大（ファンオウト）している。
【００３８】第１０図は、本発明のコンタクトストラク
チャのさらに別の例を示す断面図である。この例におい
て、コンタクトストラクチャは２層のコンタクタを有し
て構成している。外側のコンタクタは、グランド層３７
1、誘電体層３６1と、導電リード３５1で形成され、マ
イクロストリップの構造となっている。各導電リード３
５1の先端には、コンタクトバンプ３１1が設けられてい
る。内側のコンタクタは、グランド層３７2、誘電体層
３６2と、導電リード３５2で形成され、マイクロストリ
ップの構造となっている。各導電リード３５2の先端に
は、コンタクトバンプ３１2が設けられている。外側の
コンタクタと内側のコンタクタとの間には、両コンタク
タを電気的に分離するために、絶縁層３９が設けられて
いる。このような構成により、小ピッチで高周波数性能
のコンタクタが実現できる。
【００３９】各コンタクトバンプ３１1と３１2は（集合
的に「コンタクトバンプ３１」という）、硬質のボール
形状のコンタクタであり、例えば４０ｕｍ（マイクロメ
ータ）の直径で、タングステンでコーティングしたガラ
スか、硬質の金属で構成されている。コンタクトバンプ
３１は、メタル酸化層を表面に有するコンタクトターゲ
ット３２０に押し当てられたとき、すり削り作用が得ら
れるほどの硬さを有している。したがって、例えば半導
体ウェハ３００上のコンタクトターゲット３２０の表面
にアルミニウム酸化膜がある場合でも、このすり削り作
用は効果的にそのアルミニウム酸化膜を破壊して、その
下にある導体材料との間で低抵抗の接触を実現すること
ができる。第１０図において、コンタクタ３０が斜めに
取り付けられているため、コンタクトストラクチャが垂
直方向に半導体ウェハ３００に押し当てられたとき、コ
ンタクトバンプ３１は水平方向に移動され、これにより
すり削り効果をより促進させることができる。
【００４０】導電リード３５1、３５2と、グランド層３
７1、３７2の構成材料の例としては、ニッケル、アルミ
ニウム、銅、ニッケルパラジウム、ロジウム、ニッケル
金、あるいはイリジウムである。上述のように、誘電体
層３６1、３６2の構成材料例は、アルミナ、ベリリア
（ＢｅＯ）、サファイア、ガラスファイバ、ガラスエポ
キシ、セラミック入りテフロン等である。また、上述の
ように、コンタクトバンプ３１の構成材料の例として
は、タングステンで被膜（コーティング）したガラスボ
ールあるいは他の硬質金属である。コンタクトバンプ３
１のさらに他の例は、球状、四角形、角錐形、あるいは
円錐形の形状を有したニッケル、ベリリウム、アルミニ
ウム、銅、ニッケル・コバルト・鉄の合金、或いは鉄・
ニッケルの合金等の硬質金属で構成されたコンタクトで
ある。
【００４１】さらに、コンタクトバンプ３１は、ニッケ
ル、アルミニウム、銅や、上述の合金等の基礎金属で形
成することができ、その外面を金、銀、ニッケルパラジ
ウム、ロジウム、ニッケル金、あるいはイリジウム等の
高導体非酸化メタルでめっきして構成することができ
る。第５図と第６図の例において、球状のコンタクトバ
ンプ３１は、はんだ、ろうづけ、溶接、あるいは各種の
ボンディング技術、例えばサーモニック・ボンディング
（熱ボンディング）、サーモコンプレッション・ボンデ
ィング（熱圧縮ボンディング）、超音波ボンディング等
により、さらには導電接着剤を適用して、導電リード３
５の先端に取り付けている。コンタクトバンプ３１の形
状は、半球状であってもよく、その非球状部分を導電リ
ード３５の先端部に取り付ける。
【００４２】第１１図は、本発明のコンタクトストラク
チャのさらに別の例を示す断面上面図であり、コンタク
ト基板６０に設けられたコンタクタ取り付け用スルーホ
ールに複数のＴＡＢリードコンタクタをはめ込んだ構成
になっている。第１２図は、第１１図のコンタクトスト
ラクチャの上面図を示している。この例において、コン
タクト基板６０のコンタクタ取り付け用スルーホールに
コンタクタ３０をアセンブリすることによりコンタクト
ストラクチャを形成している。コンタクト基板の例はシ
リコン基板やガラス基板であり、その基板に、ディープ
・トレンチ・エッチング（深溝エッチング）技術等を用
いて、コンタクタ取り付け用スルーホールを形成してい
る。コンタクタ３０は、コンタクタ取り付け用スルーホ
ールから先端部が突出した状態にはめ込まれて、接着材
５０により固定されている。接着材の例には、エポキ
シ、ポリイミド、熱可塑性接着剤と、エラストマ接着材
等がある。
【００４３】第１２図の上面図に示すように、グランド
層３７と誘電体層３６の下に設けられた導電リード３５
は、コンタクト基板６０上のコンタクトパッド３８に接
続している。第１２図の点線で示すように、導電リード
３５間のピッチは、コンタクト基板６０上の回路パター
ンすなわちコンタクトパッド３８のピッチにマッチする
よう、その終端で拡大（ファンアウト）している。
【００４４】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。
【００４５】
【発明の効果】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広周
波数帯域を有することができる。コンタクトストラクチ
ャは、テープ・オートメイテッド・ボンデイング（ＴＡ
Ｂ）を用いたコンタクタから形成されるので、低コスト
により多数のコンタクタを小ピッチで配列できる。導電
リードの先端にあるコンタクトバンプは、硬い導電材料
で構成されているので、コンタクトストラクチャがコン
タクトターゲットに押し当てられたときに、理想的なす
り削り効果を達成することができる。さらに、本発明の
コンタクトストラクチャは、マイクロストリップライン
構造を有するので、コンタクタの先端までインピーダン
スマッチングが実現でき、非常に高い周波数まで優れた
コンタクト性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】テストヘッドを有する半導体テストシステムと
基板ハンドラとの構造関係を示した概念図である。
【図２】半導体テストシステムのテストヘッドを基板ハ
ンドラに接続するための構造をより詳細に示した概念図
である。
【図３】複数のカンチレバーをプローブコンタクタとし
て搭載するためのエポキシリングを有するプローブカー
ドの例を示した底面図である。
【図４】第３図のプローブカードの等価回路を示した概
念図である。
【図５】先端に球状コンタクタ（接触バンプ）を有しイ
ンピーダンスマッチされたＴＡＢ（テープオートメイテ
ッドボンデイング）リードコンタクタを有する本発明の
コンタクトストラクチャを示す斜視図である。
【図６】基板上に形成された本発明のコンタクトストラ
クチャの１例を示す前面断面図である。
【図７】第６図の本発明のコンタクトストラクチャを示
す底面図である。
【図８】基板上に形成された本発明のコンタクトストラ
クチャの別の例を示す前面断面図である。
【図９】４方向に整列し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例を示す底面図である。
【図１０】２層のインピーダンスマッチングしたＴＡＢ
リード形状のコンタクタを有する本発明のコンタクトス
トラクチャのさらに別の例を示す前面断面図である。
【図１１】コンタクト基板に設けられたコンタクタ取り
付け用スルーホールに挿入して取り付けられた複数のＴ
ＡＢリード形状のコンタクタを有する本発明のコンタク
トストラクチャのさらに別の例を示す前面断面図であ
る。
【図１２】第１１図のコンタクトストラクチャを示す上
面図である。
【符号の説明】
３０ コンタクタ ３１ コンタクトバンプ（接触バンプ） ３５ 導電リード ３６ 誘電体層 ３７ グランド層 ３００ 被試験半導体ウェハ ３２０ コンタクトパッド
フロントページの続き (72)発明者 ティム・フレック アメリカ合衆国、オハイオ州43220、コロ ンバス市、ヘイブンデイル・ドライブ916

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被試験基板上に設けられたコンタクト
    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、 グラウンド面上に誘電体層を介して配置され、導電リー
    ドにより形成された複数のコンタクタを有し、その各導
    電リードは平面形状を有して上記グラウンド面と上記誘
    電体層との組み合わせによりマイクロストリップライン
    を構成して所定の特性インピーダンスを確立し、その導
    電リードの先端部には硬質の導電材料で形成されたコン
    タクトバンプを有しており、 上記コンタクタを搭載し上記導電リードの先端部から上
    記コンタクトストラクチャの外部の素子との間にわたる
    通信路を形成するサポート基板を有し、 て構成され、上記コンタクトストラクチャが上記被試験
    基板に押し当てられるとき、上記コンタクタは上記コン
    タクトターゲットを搭載した上記被試験基板の表面に対
    して曲げられることにより、そのコンタクタの曲げられ
    た部分により接触バネ力が発生されて、上記導電リード
    の先端部のコンタクトバンプがすり削り効果を発揮す
    る、 ことを特徴とするコンタクトストラクチャ。
  2. 【請求項２】 上記複数のコンタクタは上記サポート
    基板に接着されている請求項１に記載のコンタクトスト
    ラクチャ。
  3. 【請求項３】 上記コンタクタが上記被試験基板に対
    して押し当てられるとき、そのコンタクタの変形を制限
    するために、上記グランド面の外部周辺に設けられたコ
    ンタクタサポートをさらに有する請求項１に記載のコン
    タクトストラクチャ。
  4. 【請求項４】 上記導電リードはニッケル、アルミニ
    ウム、銅、ニッケルパラジウム、ロジウム、ニッケルゴ
    ールド、またはイリジウムにより形成されている請求項
    １に記載のコンタクトストラクチャ。
  5. 【請求項５】 上記コンタクトバンプは、球状、四角
    形、台形、角錐形、あるいは円錐形の形状を有している
    請求項１に記載のコンタクトストラクチャ。
  6. 【請求項６】 上記コンタクトバンプは、タングステ
    ンまたは他の金属で被膜されたボール状のガラスで構成
    されている請求項１に記載のコンタクトストラクチャ。
  7. 【請求項７】 上記コンタクトバンプはニッケル、ベ
    リリウム、アルミニウム、銅、ニッケル・コバルト・鉄
    合金、または鉄・ニッケル合金のような硬質金属により
    形成されている請求項１に記載のコンタクトストラクチ
    ャ。
  8. 【請求項８】 上記コンタクトバンプはニッケル、ベ
    リリウム、アルミニウム、銅、ニッケル・コバルト・鉄
    合金、または鉄・ニッケル合金のような基礎材料により
    形成され、その外面を金、銀、ニッケルパラジウム、ロ
    ジウム、ニッケルゴールド、またはイリジウムのような
    高導電性かつ非酸化性の金属により被膜して形成されて
    いる請求項１に記載のコンタクトストラクチャ。
  9. 【請求項９】 上記コンタクトバンプは上記導電リー
    ドにソルダリング、ブレイジング、ウエルディグ、また
    は導電接着剤の適用により取り付けられている請求項１
    に記載のコンタクトストラクチャ。
  10. 【請求項１０】 被試験基板上に設けられたコンタク
    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、 複数のコンタクタを有した第１の層と複数のコンタクタ
    を有した第２の層が絶縁層を介して互いに重ね合わさ
    れ、 上記第１および第２の層における複数のコンタクタのそ
    れぞれは、グランド面上に誘電体層を介して配置された
    導電リードにより形成され、その各導電リードは平面形
    状を有して上記グランド面と上記誘電体層との組み合わ
    せによりマイクロストリップラインを構成して所定の特
    性インピーダンスを確立し、その導電リードの先端部に
    は硬質の導電材料で形成されたコンタクトバンプを有し
    ており、 上記コンタクタを搭載し上記導電リードの先端部から上
    記コンタクトストラクチャの外部の素子との間にわたる
    通信路を形成するサポート基板を有し、 て構成され、上記コンタクトストラクチャが上記被試験
    基板に押し当てられるとき、上記コンタクタは上記コン
    タクトターゲットを搭載した上記被試験基板の表面に対
    して曲げられることにより、そのコンタクタの曲げられ
    た部分により接触バネ力が発生されて、上記導電リード
    の先端部のコンタクトバンプがすり削り効果を発揮す
    る、 ことを特徴とするコンタクトストラクチャ。
  11. 【請求項１１】 上記導電リードはニッケル、アルミ
    ニウム、銅、ニッケルパラジウム、ロジウム、ニッケル
    ゴールド、またはイリジウムにより形成されている請求
    項１０に記載のコンタクトストラクチャ。
  12. 【請求項１２】 上記コンタクトバンプは、球状、四
    角形、台形、角錐形、あるいは円錐形の形状を有してい
    る請求項１０に記載のコンタクトストラクチャ。
  13. 【請求項１３】 上記コンタクトバンプは、タングス
    テンまたは他の金属で被膜されたボール状のガラスで構
    成されている請求項１０に記載のコンタクトストラクチ
    ャ。
  14. 【請求項１４】 上記コンタクトバンプはニッケル、
    ベリリウム、アルミニウム、銅、ニッケル・コバルト・
    鉄合金、または鉄・ニッケル合金のような硬質金属によ
    り形成されている請求項１０に記載のコンタクトストラ
    クチャ。
  15. 【請求項１５】 上記コンタクトバンプはニッケル、
    ベリリウム、アルミニウム、銅、ニッケル・コバルト・
    鉄合金、または鉄・ニッケル合金のような基礎材料によ
    り形成され、その外面を金、銀、ニッケルパラジウム、
    ロジウム、ニッケルゴールド、またはイリジウムのよう
    な高導電性かつ非酸化性の金属により被膜して形成され
    ている請求項１０に記載のコンタクトストラクチャ。
  16. 【請求項１６】 上記コンタクトバンプは上記導電リ
    ードにソルダリング、ブレイジング、ウエルディグ、ま
    たは導電接着剤の適用により取り付けられている請求項
    １０に記載のコンタクトストラクチャ。
  17. 【請求項１７】 被試験基板上に設けられたコンタク
    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、 グランド面上に誘電体層を介して配置され、導電リード
    により形成された複数のコンタクタを有し、その各導電
    リードは平面形状を有して上記グランド面と上記誘電体
    層との組み合わせによりマイクロストリップラインを構
    成して所定の特性インピーダンスを確立し、その導電リ
    ードの先端部には硬質の導電材料で形成されたコンタク
    トバンプを有しており、 上記コンタクタを搭載し上記導電リードの先端部から上
    記コンタクトストラクチャの外部の素子との間にわたる
    通信路を形成するサポート基板を有し、そのサポート基
    板はスルーホールを有して上記コンタクタの先端部が突
    出するように上記コンタクタを上記スルーホールに取り
    付け、上記コンタクタと上記スルーホールに接着剤を与
    えて上記コンタクタを上記サポート基板に固定し、 て構成され、上記コンタクトストラクチャが上記被試験
    基板に押し当てられるとき、上記コンタクタは上記コン
    タクトターゲットを搭載した上記被試験基板の表面に対
    して曲げられることにより、そのコンタクタの曲げられ
    た部分により接触バネ力が発生されて、上記導電リード
    の先端部のコンタクトバンプがすり削り効果を発揮す
    る、 ことを特徴とするコンタクトストラクチャ。
  18. 【請求項１８】 上記コンタクトバンプは、球状、四
    角形、台形、角錐形、あるいは円錐形の形状を有してい
    る請求項１７に記載のコンタクトストラクチャ。
  19. 【請求項１９】 上記コンタクトバンプは、タングス
    テンまたは他の金属で被膜されたボール状のガラスで構
    成されている請求項１７に記載のコンタクトストラクチ
    ャ。
  20. 【請求項２０】 上記コンタクトバンプはニッケル、
    ベリリウム、アルミニウム、銅、ニッケル・コバルト・
    鉄合金、または鉄・ニッケル合金のような硬質金属によ
    り形成されている請求項１７に記載のコンタクトストラ
    クチャ。
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