(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板上に載置した単結晶回路上に針状単結晶をＶＬＳ成長させ、前記針状単結晶並びに単結晶回路上に導電層を設けてなる回路基板であって、前記針状単結晶の側面に紫外線で硬化した有機絶縁層を設けてなることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記紫外線で硬化した樹脂がトリアリルイソシアヌレートとポリチオールとの反応で得られる樹脂が主成分であることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の回路基板を用いてなることを特徴とする半導体検査用プローブカード。
【請求項４】
単結晶基板上に載置した単結晶回路上に針状単結晶をＶＬＳ成長させ、前記針状単結晶並びに単結晶回路上に導電層を設ける回路基板の製造方法であって、
（１）針状単結晶を所定の長さに加工する工程、
（２）針状単結晶並びに単結晶回路上に導電層を設ける工程、
（３）針状単結晶の側面にトリアリルイソシアヌレートとポリチオールとを主成分とする絶縁剤を塗布した後に、紫外線を照射して硬化する工程
を順次経ることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁剤の粘度が２０００ＣＰＳ以上２００００ＣＰＳ以下であることを特徴とする請求項４記載の回路基板の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁剤がトリアリルイソシアヌレートとポリチオールとを主成分とし、ベンゾインエチルエーテルを主成分とする光増感剤を含有することを特徴とする請求項５記載の回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はテスターにテストヘッドを介して電気的に接続したプローブカードの多数本のプローブピンを、ＩＣ，ＬＳＩ，ＶＬＳＩなどの半導体素子の各電極部に接触させて電気的な導通試験や動作試験、或いは不良検出などに用いるプローブ装置用プローブカードの改良に関するもので、ピン間の接触がなく高い信頼性をもって長寿命のプローブカードとその回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体素子の電気的な導通試験、動作試験、或いは不良検出などを目的に、タングステン線の先端を”くの字”に曲げてプローブピン（またはコンタクターピンとも呼ばれる）とし、これを半導体の評価用電極部に接触させるように一本一本位置固定したプローブカードが用いられているが、このタングステン線からなるプローブピンは一般的には線径が１００μｍ以下のものが得られないことから、近年の急速な半導体の微細化傾向に追従できないという問題がある。
【０００３】
上記の問題を解決するために、基板上に垂直に微細ピンを植え付けた垂直ピン型のプローブカードが考案されている。例えば、シリコン基板上の所定の位置にＶＬＳ（Ｖａｐｏｕｒ−Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄ）法で針状単結晶を製造して、該針状単結晶をプローブカードのコンタクターピンに応用する方法が提案されている（特開平５−１９８６３６号公報、特開平５−２１８１５６号公報）。
【０００４】
特に、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハーを用いて、外部引出し配線パターンと配線上の所定位置にＶＬＳ法で針状単結晶を成長させた基板（以下ＶＬＳ成長基板と略記する）は多くの点でプローブカードのコンタクターとして優れた特性を有している。しかしながら、プローブピンはその用途から当然に電気的に導電性である必要があるのであるが、ＶＬＳ法で成長した針状単結晶は実質的に絶縁性であり、外部引き出し配線部分をも含めてメタライズ処理等による導電化が必要である。ＶＬＳ成長基板のメタライズする方法に関しては、弗酸水溶液で酸化膜を除去して、Ｓｉ表面を化学Ｎｉ−Ｐメッキ後、低抵抗のＡｕを電解メッキする方法が特開平８−１０５９１５号公報に開示されている。
【０００５】
一方、基板に略垂直に設けられしかも導電化処理された針状単結晶からなるプローブピン（コンタクターとも呼ばれる）を組み込んだプローブカードで半導体素子をプロービングする操作においては、コンタクターの全ピンを半導体素子の電極部など被検査位置へ接触させるが、このときの接触抵抗を低減させる必要から若干加圧する必要がある。即ち、この操作でプローブピンは座屈変形することになるが、プローブカード内の全プローブピンの先端が一様に半導体素子電極へ接触するためには、更に、半導体素子電極部の高さ精度、プローブピン自身の長さの精度及びそのバラツキ、プローブカードの装置への取り付け精度、及び装置そのものの精度などを考慮して座屈変位を加える必要がある。このような理由から、一般に、座屈変位量は４０μｍ程度にも及んでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の通りプローブカード上のプローブピンの全てを試験片部位に確実に接触させる目的で座屈変形量を大きくしてゆくと、プローブピンが破壊したり、プローブピン同士が接触してしまうという問題が発生することがある。プローブピンの破壊もプローブピン同士の接触も、これらが発生すると、いずれもプローブカードとしての意味を失うため、重大な問題である。とりわけ、昨今の半導体素子は微細化が進み、半導体素子電極間が狭ピッチ化するに伴い、ピン同士の接触頻度が高くなり、重要な問題であった。
【０００７】
本発明者らは、上記の問題解決を図るためにいろいろな検討を重ねた結果、プローブピン側面にトリアリルイソシアヌレートとポリチオールを反応硬化させた樹脂で代表させる有機絶縁層を形成したプローブピンが、座屈変形によるプローブピン同士の機械的な接触が発生した場合であっても電気的にはプローブピンが絶縁されているのでプロービングに何等支障がないこと、また、従来見られた座屈変形によるプローブピンが塑性変形を受けて形状が変化してしまうこと、更にプローブピンの耐座屈変位性が低下しないことなどの知見を得て、本発明に至ったものである。
【０００８】
本発明の第１の目的は、座屈変形に伴って発生するピン接触による電気的なピンの独立性欠如を防止したプローブピンを有する回路基板を提供することにあり、第２の目的は電極が狭ピッチの半導体素子をも検査できるプロービングピンを有する前記回路基板を安定して供給する回路基板の製造方法を提供することにあり、更に、第３の目的は前記回路基板を用いた電気信頼性が高く長寿命の半導体検査用プローブカードを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、単結晶基板上に載置した単結晶回路上に針状単結晶をＶＬＳ成長させ、前記針状単結晶並びに単結晶回路上に導電層を設けてなる回路基板であって、前記針状単結晶の側面に有機絶縁層を設けてなることを特徴とする回路基板であり、前記有機絶縁層が紫外線で硬化した樹脂からなり、好ましくは、前記紫外線で硬化した樹脂がトリアリルイソシアヌレートとポリチオールとの反応で得られる樹脂が主成分であることを特徴とする前記の回路基板である。
【００１０】
又、本発明は、前記の回路基板を用いてなることを特徴とする半導体検査用プローブカードである。
【００１１】
更に、本発明は、単結晶基板上に載置した単結晶回路上に針状単結晶をＶＬＳ成長させ、前記針状単結晶並びに単結晶回路上に導電層を設ける回路基板の製造方法であって、（１）針状単結晶を所定の長さに加工する工程、（２）針状単結晶並びに単結晶回路上に導電層を設ける工程、（３）針状単結晶の側面に有機絶縁層を被覆する工程を順次経ることを特徴とする回路基板の製造方法であり、前記（３）工程において、針状単結晶の側面にトリアリルイソシアヌレートとポリチオールとを主成分とする絶縁剤を塗布した後に、紫外線を照射して硬化することを特徴とする前記回路基板製造方法であり、好ましくは、前記絶縁剤の粘度が２０００ＣＰＳ以上２００００ＣＰＳ以下であり、とりわけ、前記絶縁剤がトリアリルイソシアヌレートとポリチオールとを主成分とし、光増感剤がベンゾインエチルエーテルを主成分とすることを特徴とする前記回路基板製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる回路基板は、単結晶基板上に載置した単結晶回路上に針状単結晶をＶＬＳ成長させ、該単結晶回路並びに該針状単結晶上に導電層を設けた構造を有する回路基板であればどの様なものでも良く、例えば、ＳＯＩウエハを用いてＳｉＯ２からなる絶縁層上にＳｉからなる単結晶回路を形成し、前記単結晶回路上に針状のＳｉ単結晶をＶＬＳ成長させ、前記単結晶回路と前記針状単結晶との表面に金属メッキ等により導電層を設けた回路基板等があげられる。
【００１３】
本発明は、上記回路路基板の前記針状単結晶の側面部に有機絶縁層を設けてなることを特徴とする。一般に、針状単結晶部の側面とは、針状単結晶が単結晶回路部表面から略垂直方向に突出した多角柱形状を呈し、その多角柱側面部を示す。しかし、この多角柱状の針状単結晶がプローブピンに供される際には、その先端部を研磨等の方法で加工されること、先端部近傍は半導体素子等の試片との充分な接触を確保する目的で導電層が露出しているべきことから、プローブピンに加工された後に先端部から約１０μｍ以上離れた部分が電気絶縁性を有する必要がある。即ち、本発明の針状単結晶の側面とは、加工後の状態で、先端から１０μｍ以上離れ単結晶回路に接する側面部分をいい、本発明では、この部分に有機絶縁層を設けることを本質とする。
【００１４】
上記有機絶縁層としては、針状単結晶の側面を覆いプロービング時の該針状単結晶同士が機械的に接触した場合においても電気的絶縁性を保てれば良いが、繰り返し行われるプロービング時に受ける変形に充分耐えるものが望まれる。即ち、電気絶縁性が高く、肉厚の薄い、しかも被覆性に富む樹脂が望まれるが、このような特性は紫外線硬化型の樹脂を硬化させることで容易に得ることができる。紫外線硬化型樹脂は、硬化前には粘性の低い液体で前記針状単結晶が数十μｍ間隔で多数存在している場合であっても、容易に該針状単結晶の側面を濡らしこれを覆うことができ、しかも紫外線に曝されて硬化するためである。尚、針状単結晶の先端近傍は、例えばパーフロロシリコーン等で予め被覆したり、スリットを通した紫外線ビームを用いる等により、紫外線を当てないようにして有機絶縁層が形成されることを防げば良い。
【００１５】
又、上記紫外線で硬化した樹脂としては、とりわけ、トリアリルイソシアヌレートとポリチオールとの反応で得られる樹脂を主成分とすることが望ましい。前記トリアリルイソシアヌレートとポリチオールとの反応で得られる樹脂は、光学レンズ等の接着剤としても知られ、構成成分に剛直な部分がないので、硬化収縮率が低く、透明で柔軟な樹脂固形物が容易に得られ、その結果、多数回のプロービングに際しても耐久性に富むプローブピンが得られるからである。また、トリアリルイソシアヌレートとポリチオールとの反応に際して、ベンゾインエチルエーテル等の光増感剤を添加する場合には、紫外線の照射量の少ない部分においても充分に硬化した樹脂が確実に得られるこいう効果があり好ましい。更に熱安定性や粘度安定性等の所望する特性に応じてフェノール系或いは窒素系の安定剤や、改質剤を加えることができる。
【００１６】
上記回路基板は、単結晶基板上に載置した単結晶回路の上に針状単結晶をＶＬＳ成長させた基板（ＶＬＳ成長基板）を用いて、（１）針状単結晶を所定の長さに加工する工程、（２）針状単結晶並びに単結晶回路上に導電層を設ける工程、（３）針状単結晶の側面に有機絶縁層を被覆する工程の３つの工程を順次経ることによって得ることができる。
【００１７】
（１）工程は、ＶＬＳ成長で得られた多数の針状単結晶の長さを揃え、プローブカードとしたに全てのプローブピンが、半導体素子等の試験片に平面的に接触させるために行われ、一般的には研削砥石等を用いて加工される。本発明に於いては、その方法を特に限定する必要なく、上記の目的を達成できる方法であればいかなる方法でも良い。
【００１８】
（２）工程は、ＶＬＳ成長で得られる針状単結晶並びに単結晶回路は、一般的には、そのままでは導電性が不足しているので、半導体素子等の試験片と電気的に充分に接触させて導通信号を確実に伝搬する目的で採用される。一般的にはメッキ、スパッターリング等の手法で金属層を被覆する。この工程についても、本発明に於いては、その方法を特に限定する必要なく、上記の目的を達成できる方法であればいかなる方法でも良い。
【００１９】
（３）工程は、本発明に特有の工程であり、針状単結晶の側面に有機絶縁層を被覆し、本発明の目的を達成するものである。有機絶縁層を針状単結晶の側面に被覆する方法としては、針状単結晶の先端近傍を××等で一旦マスクし、有機絶縁物を溶解した溶液に浸漬し、乾燥後に前記マスクを除去する等の方法で達成することができる。とりわけ、針状単結晶の側面にトリアリルイソシアヌレートとポリチオールとを主成分とする絶縁剤を塗布した後に、紫外線を照射して硬化することにより、多数回のプロービングにおいても耐久性のあるプローブピンを有するので電気信頼性が高い回路基板を得ることができる。
【００２０】
前記絶縁剤で針状単結晶の側面を被覆する際、絶縁剤の粘度には好適の範囲が存在し、前記のトリアリルイソシアヌレートとポリチオールとを主成分とする絶縁剤についても適用される。即ち、溶媒可溶性の高分子化合物を溶媒に溶解して塗布する場合、溶剤の蒸発と共に粘度が急激に上昇したり、糸曳き現象が発生することにより針状単結晶同士が接合してしまう現象が発生して、実質的に塗布不能となってしまう。また、溶剤希釈率を増して塗布をすると絶縁性が確保出来なくなる。この理由から、絶縁剤の粘度は２０００ＣＰＳ以上２００００ＣＰＳ以下であることが好ましい。つまり、粘度が２０００ＣＰＳ未満の絶縁剤を針状単結晶の側面に塗布するとき、１回の塗布回数では得られるプローブピンの電気絶縁性が充分でない場合があるからであり、２００００ＣＰＳを越える粘度の絶縁剤は塗布したときに針状単結晶同士が該絶縁剤を介して一体となることがあり実用的でないからである。上記事情のバランスから、より好ましくは３０００ＣＰＳ以上６０００ＣＰＳ以下の粘度の絶縁剤が用いられる。
【００２１】
更に、本発明では、トリアリルイソシアヌレートとポリチオールとを主成分とする絶縁剤に、ベンゾインエチルエーテルを主成分とする光増感剤を含有することが好ましい。この理由は、ベンゾインエチルエーテル等の光増感剤を添加する場合には、紫外線の照射量の少ない部分においても充分に硬化した樹脂が確実に得られるこいう効果があり、電気絶縁性が良好な回路基板やプローブカードを歩留まり高く安定して得ることができるからである。
【００２２】
以下、本発明の回路基板製造法について、ＳＯＩウエハーを用いた回路基板製造法を例に更に詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
即ち、本発明に用いるＶＬＳ成長基板はいずれの方法で製造してもよいが、例えば、シリコンウエハー上に金や白金などを所定の位置にメッキした後、金や白金などの融点以上に加熱し、四塩化珪素と水素などのガスを導入する方法により珪素を供給し、金や白金の位置にシリコンの単結晶を成長させるＶＬＳ法にて製造することができる。このとき、シリコンウエハーとしては、酸化膜を形成した２枚のウエハーを熱融着させて一方のウエハーを研磨などで薄膜化した、いわゆるＳＯＩウエハーは薄膜Ｓｉ単結晶層、酸化膜ＳｉＯ２層、Ｓｉ単結晶層、酸化膜ＳｉＯ２層の多層構造を有し、以下の回路形成等の工程を簡略化できる利点があり好ましい。
【００２４】
ＳＯＩウエハーの薄膜Ｓｉ層をホトリソグラフィー法により加工し、外部引出し用の配線パターン上の所定の位置に金バンプ設け、ＶＬＳ法で金バンプ位置に針状単結晶を該ＳＯＩウエハーと略垂直方向にピン状に成長させる。このようにして製造されたＶＬＳ成長基板の外部引出し配線部およびピン部は実質的に絶縁性であり、コンタクタ−として用いるためには導電化が必要である。
選択導電化処理として、無電解化学Ｎｉーｐメッキしてから抵抗低減のために、低抵抗金属、例えば、金などの電解メッキが施される。
【００２５】
次いで、研磨によりピン長さを揃え、針状単結晶および前記の外部引出し用配線部を金属メッキ等の方法で導電化してプローブピンを有する基板（コンタクターという）を得る。このようにして得られたコンタクターは、プローブピンの位置が充分に制御され、また、熱膨張係数などの特性などがＳｉ単結晶でできている半導体素子と一致しているので、他材質のコンタクター、例えば従来のタングステン材質のコンタクター、には見られないという特徴がある。しかし、導電化した回路基板を半導体検査用のコンタクターとして用いた場合には、上述した通り、プロービングに際しての座屈変形によりプローブピン同士が接触しコンタクターとしての性能が失われてしまうという欠点がある。
【００２６】
プローブピンそれぞれの電気的な独立性を保ち上記欠点を改善するために、本発明ではトリアリルイソシアヌレートとポリチオールを主成分とする紫外線硬化型塗料に光増感剤を添加した絶縁剤を針状単結晶の側面部に塗布して、前記コンタクターを回転させながら紫外線を照射することにより、前記針状単結晶の側面部に有機絶縁層を設ける。この操作を経ることで、本発明の目的であるプロービング操作に於けるピンの永久変形が少なく、ピンの耐座屈変位が大きく、電気的独立性が保証された高信頼性のプローブピンを有する回路基板、更に前記回路基板を用いた半導体検査用のプローブカードを安定して得ることができる。
【００２７】
以下、実施例、比較例をもって本発明を更に詳細に説明する。
【００２８】
【実施例】
〔実施例１〕
断面がＳｉＯ２−Ｓｉ−ＳｉＯ２−Ｓｉ構造のＳｉ単結晶ウエハー（以下ＳＯＩウエハーと略記する）の表面がＳｉ面に、フォトグラフィー法にてＳｉによる外部引出し用配線パターンと該配線パターン上に被検査半導体の電極配置に対応した位置に３００ケの金バンプを形成した。更に、ＳＯＩウエハーをハーフエッチングしてＳｉ配線パターン上にＳｉ台地があり、該Ｓｉ台地上に金バンプが載っている形状に加工した。このとき金バンプは６０μｍピッチの配置とした。
【００２９】
次に、前記ＳＯＩウエハーを四塩化珪素ガスと水素ガスを流下させた反応管中で金バンプからＳｉの針状単結晶を成長させた。針状単結晶は太さ約１８μｍ、長さ１８００μｍ〜２１００μｍであり、針状単結晶の数は金バンプと同数の３００本である。次いで、針状単結晶の先端を研磨することで長さを１６００μｍに揃えた。引き続いて、５ｗｔ％の弗酸水溶液で６０秒洗浄後に、無電解Ｎｉ−Ｐメッキをした後、電解ストライクＡｕメッキ、電解Ａｕメッキをして１．５μｍのＡｕ皮膜を形成することで、導電化したプローブピン及び回路を有する基板（Ａ）を作製した。
【００３０】
基板（Ａ）をプローブピンが水平方向になるように顕微鏡下でセットし、フィルム先端に光硬化型塗料（電気化学工業（株）製；ハードロックＯＰ−１０４５Ｋ）を担持したものを用いてプローブピン側面に塗布した。尚、前記光硬化型塗料の粘度は４５００ＣＰＳであった。次いで、紫外線硬化装置に前記基板（Ａ）を設置して、基板（Ａ）を回転させながら１００秒間紫外線を照射して塗料を硬化して、針状単結晶の側面部に有機絶縁層を設けた回路基板を作製した。
【００３１】
上記操作で得た回路基板について、基板上の回路部分と測定用細線端子との間にＤＣ５０Ｖを印加しながら、測定用細線端子でプローブピン側面を走査した結果、全プローブピンともに絶縁され良好であった。
【００３２】
〔実施例２〕
実施例１で作製した回路基板を、電解メッキに利用した電極ラインを切断して、プロバー用ガラスエポキシ製の多層配線ボードに搭載し、配線して組立てたプローブカードをプロービング装置に搭載して、半導体素子のプロービング試験を１０万枚相当（プロービング回数が１００万回）実施した結果、何等異常が認められず良好であった。
【００３３】
〔比較例〕
実施例１で示した基板（Ａ）を用いたこと以外は実施例２と同一の操作で得たプローブカードについて、上記のプロービング試験を行ったところ、１回のプロービングにおいてプローブピン同士の電気的接触が１０箇所で発生し、とても実用に供し得るプローブカードではなかった。
【００３４】
【発明効果】
本発明の回路基板は、該基板のプローブピンのそれぞれの側面に電気絶縁層が設けられているので、座屈変形時に万一隣合うプローブピン同士の機械的な接触が発生しても電気的絶縁が確保されるので、高信頼性の半導体検査用プローブカードを容易に得ることができる。また、本発明の回路基板は、柔軟性のある有機絶縁層を採用することでプローブピンの座屈変形性を確保しているので、これを用いたプローブカードは多数回のプロービングに耐え、実用的に長期に渡って高い信頼性を有する。
【００３５】
また、本発明の回路基板の製造方法によれば、高信頼性で半導体検査用プローブカードに用いて好適な上記回路基板を、歩留まり高く安定して容易に提供することができる。