(57)【要約】【課題】  温度変化による形状安定性が高く、強度が高いプローブユニット及びプローブユニットの製造方法を提供する。【解決手段】  金属薄膜と前記金属薄膜以上に膜厚が厚いセラミック薄膜とが積層されている基板と、前記基板に固定されたプローブと、を備えることを特徴とするプローブユニット。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄膜と前記金属薄膜以上に膜厚が厚いセラミック薄膜とが積層されている基板と、
前記基板に固定されたプローブと、
を備えることを特徴とするプローブユニット。
【請求項２】
前記プローブは、前記セラミック薄膜に固定され、
前記基板は、前記セラミック薄膜の両側に合計膜厚が前記セラミック薄膜以下に薄い前記金属薄膜がそれぞれ積層されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブユニット。
【請求項３】
前記金属薄膜は、前記セラミック薄膜の端面を覆っていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブユニット。
【請求項４】
前記セラミック薄膜は、ジルコニア又は窒化ケイ素からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプローブユニット。
【請求項５】
セラミック基板の第一面の上にプローブをリソグラフィにより形成する段階と、
前記セラミック基板の前記第一面の裏面に相当する第二面を所定深さ除去する段階と、
前記セラミック基板の前記第二面の上に金属薄膜を物理的又は化学的に成膜する段階と、
を含むことを特徴とするプローブユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子デバイスの検査に用いるプローブユニット及びプローブユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩ、液晶パネル等の電子デバイスの検査に用いるプローブユニットにおいて、プローブが固定される基板がセラミックからなるものが知られている。しかし、セラミックは靱性が低いため、基板が薄い場合には、プローブユニットの使用時に検体と基板との間に挟まるガラス片等の異物が基板を損壊するという問題があった。
特許文献１にはばね性のあるステンレス薄膜にアルミナ薄膜が成膜された基板にプローブが固定されたプローブユニットが開示されている。金属薄膜とセラミック薄膜とを積層した基板は、セラミック単層の基板に比べて靱性が高い。しかし、特許文献１に開示されたプローブユニットでは、０．１ｍｍのステンレス薄膜に１０μｍのアルミナ薄膜が積層されており、ステンレス薄膜がアルミナ薄膜に比べて相当厚いため、温度変化による形状安定性が低い。基板の形状安定性が低い場合、リソグラフィ工程でのアライメント精度が悪くなるという問題がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２１１９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述の問題を解決するために創作されたものであって、温度変化による形状安定性が高く、強度が高いプローブユニット及びプローブユニットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）上記目的を達成するプローブユニットは、金属薄膜と前記金属薄膜以上に膜厚が厚いセラミック薄膜とが積層されている基板と、前記基板に固定されたプローブと、を備える。
セラミック薄膜の膜厚を金属薄膜以上に厚くすることにより、基板の形状安定性を高めることができる。
【０００６】
（２）前記プローブは、前記セラミック薄膜に固定されていてもよい。前記基板は、前記セラミック薄膜の両側に合計膜厚が前記セラミック薄膜以下に薄い前記金属薄膜がそれぞれ積層されていてもよい。
セラミック薄膜の両側に金属薄膜を積層することにより、熱膨張係数の差から生ずる基板の反りを低減することができる。さらに、１層の金属薄膜とセラミック薄膜とが積層された基板に比べ、金属薄膜の合計膜厚が同じ場合には、セラミック薄膜の両側に２層の金属薄膜を積層することにより、靱性を下げずに基板の剛性を低くでき、検体の電極に対するプローブの追従性を向上させることができる。
【０００７】
（３）前記金属薄膜は、前記セラミック薄膜の端面を覆っていてもよい。
金属薄膜でセラミック薄膜の端面を覆うことにより、基板の端面の強度を向上させることができる。
【０００８】
（４）前記セラミック薄膜は、ジルコニア又は窒化ケイ素からなってもよい。
ジルコニア及び窒化ケイ素はセラミックの中でも靱性が高いため、基板にジルコニア薄膜層又は窒化ケイ素薄膜層を設けることにより、基板の強度を向上させることができる。
【０００９】
（５）上記目的を達成するプローブユニットの製造方法は、セラミック基板の第一面の上にプローブをリソグラフィにより形成する段階と、前記セラミック基板の前記第一面の裏面に相当する第二面を所定深さ除去する段階と、前記セラミック基板の前記第二面の上に金属薄膜を物理的又は化学的に成膜する段階と、を含む。
金属薄膜にセラミックを成膜する場合、成膜に長時間を要するスパッタリング等に成膜方法が限定される。セラミックに金属薄膜を物理的又は化学的に成膜することにより、成膜方法の選択自由度を拡げることができる。また、基板を薄くする前にプローブを形成することにより、平坦度が高い基板にプローブを高精細に形成できる。したがって、プローブが形成される第一面の裏面に相当する基板の第二面を薄く研削した後に第二面に金属薄膜を成膜することが望ましい。
【００１０】
尚、本明細書において、「・・・上に形成する」とは、技術上の阻害要因がない限りにおいて、「・・・上に直に形成する」と、「・・・上に中間物を介して形成する」の両方を含む意味とする。また、請求項に記載された方法の各動作の順序は、技術上の阻害要因がない限り、記載順に限定されるものではなく、どのような順番で実行されてもよく、また同時に実行されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、複数の実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。各実施例において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施例の構成要素と対応する。
（第一実施例）
＜プローブユニットの構成＞
図１は、本発明の第一実施例によるプローブユニットを示す図である。
図１に示すように、第一実施例によるプローブユニット１は、複数のプローブ２０が固定される平坦な基板１０がセラミック膜１６と金属膜１２との積層膜で構成されている。複数のプローブ２０は、基板１０の第一面１０ａに相当するセラミック膜１６の第一面１６ａに所定の間隔で固定される。セラミック膜１６の第一面１６ａの裏面に相当する第二面１６ｂ上には金属膜１２が形成されている。脆いセラミック膜１６に金属膜１２を固着させることにより、基板１０の強度を向上させることができる。
【００１２】
セラミック膜１６は、セラミックのうちでも靭性の高いジルコニア、窒化シリコン等のセラミックからなる。具体的には破壊靭性４ＭＰａｍ1/2以上のセラミックであることが望ましい。セラミックの中で比較的靱性の高いセラミックをセラミック膜１６に用いると、基板１０の強度を向上させることができる。また金属膜１２は、インバー、スーパーインバー、パーマロイ、ニッケル、銅等のめっき膜であり、セラミック膜１６以下に薄い薄膜である。金属膜１２、セラミック膜１６及びプローブ２０の厚みは例えば、金属膜１２が３０μｍ、セラミック膜１６が７０μｍ、プローブ２０が１０μｍである。金属膜１２をセラミック膜１６以下に薄くすると、金属とセラミックとの熱膨張係数の差による基板１０の形状変化を基板１０の寸法精度内に収めることができる。例えば厚み０．１ｍｍの基板１０の場合、基板１０の寸法精度は４０ｍｍ±３μｍである。金属とセラミックとの熱膨張係数の差による基板１０の形状変化を更に少なくするためには、金属膜１２の熱膨張係数ρが１５×１０-6／℃以下であることが好ましい。熱膨張係数ρは例えばインバーで１．２×１０-6／℃、スーパーインバーで０．１×１０-6／℃、パーマロイで１２．６×１０-6／℃、ニッケルで１２．７×１０-6／℃、銅で１６．６×１０-6／℃である。また金属膜１２をセラミック膜１６上にめっきで形成すると、セラミック膜１６に金属膜１２を貼り付ける場合に比べて、基板１０のせん断強度を向上させることができる。
尚、セラミック膜１６と金属膜１２とは密着層（めっきシード層）を介して積層してもよい。密着層を介してセラミック膜１６及び金属膜１２を積層することで、セラミック膜１６と金属膜１２との剥離耐性を向上させることができる。
【００１３】
＜プローブユニットの破断試験＞
金属膜による基板の補強効果を評価するため、プローブユニットの破断試験を行った。表１及び図２にその試験結果を示す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１に示すように、試験例１から３によるプローブユニットはそれぞれセラミック膜厚及び金属膜厚が異なるが、基板の合計厚みはともに１００μｍである。比較例１から３によるプローブユニットの基板はセラミック膜のみで構成され、その膜厚はそれぞれ５０μｍ、１００μｍ、２００μｍである。これらのプローブユニットのプローブ間のセラミック膜の表面に荷重を加え、その荷重を増していき、基板が破断に達したときの荷重を測定した。荷重は、基板を使用状態とほぼ同様に傾斜させた状態で鉛直方向に基板の表面に加えた。各プローブユニットの破断荷重は３回測定してその平均値を算出した。表１及び図２には、各試験例及び各比較例の破断荷重を比較例２の破断荷重平均値を１とした相対値で表している。
【００１６】
表１及び図２に示すように、試験例１から３では、基板の合計厚みが同じ（１００μｍ）である比較例２と比べていずれも高い破断強度を示した。また、金属膜厚の比率を高めるに従って、破断強度が高くなる。また試験例３によると、薄いセラミック膜（膜厚５０μｍ）にセラミック膜と同じ膜厚の金属膜を積層することにより、その薄いセラミック膜のみで基板を構成する比較例１に比べて破断強度が格段に高くなる。その強度は、厚いセラミック膜のみで基板を構成し基板の合計厚みが試験例３の２倍である比較例３とほぼ同等の高い強度である。
【００１７】
＜プローブユニットの製造方法＞
図３は、本発明の実施例によるプローブユニットの製造方法を示す断面図である。
はじめに図３（Ａ１）、（Ｂ１）に示すように、めっきシード層３２及び導電膜３４からなるプローブ２０を平坦なセラミック基板３０の第一面３０ａ上に形成する。具体的にはまず、セラミック基板３０の第一面３０ａ上にめっきシード層３２をスパッタ等により成長させる。めっきシード層３２には例えばＮｉ、Ｎｉ合金等を用いる。次に、所定の部位に開口部が形成されたレジスト膜をリソグラフィでめっきシード層３４上に形成した後、開口部内のめっきシード層３２の上に導電膜３４を電解めっきで形成する。導電膜３４には例えばＮｉや、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｗ等のＮｉ合金を用いる。次にレジスト膜を除去した後、めっきシード層３２の露出部位を例えばＡｒイオンを用いたイオンミリングにより除去する。セラミック基板３０を研削、研磨加工する前に平坦なセラミック基板３０上にプローブ２０をリソグラフィで形成することにより、プローブ２０を高い寸法精度及び位置精度で形成することができる。
【００１８】
次に図３（Ａ２）、（Ｂ２）に示すように、定盤３６に導電膜３４の表面を固定して、セラミック基板３０の第一面３０ａの裏面に相当する第二面３０ｂをバックグラインディング加工することにより、セラミック基板３０を薄くする。
次に図３（Ａ３）、（Ｂ３）に示すように、セラミック基板３０の第二面３０ｂをバックラッピング加工してセラミック基板３０をさらに薄くすることにより、所定の膜厚のセラミック膜１６を形成する。
【００１９】
次に図３（Ａ４）、（Ｂ４）に示すように、セラミック膜１６の第二面１６ｂ上に密着層１８をスパッタ等により成長させる。密着層１８は、単層で構成してもよいし、複層で構成してもよい。例えば、セラミック膜１６の第二面１６ｂ上にＴｉ又はＣｒからなる層と、Ｎｉ−Ｆｅ層とを下から順に積層し、Ｎｉ−Ｆｅ層をめっき膜のシード層として用いることにより、めっき膜を良好に成長させ、セラッミック膜１６との接合強度とを向上させることができる。
次に図３（Ａ５）、（Ｂ５）に示すように、密着層１８の表面上に電解めっき、スパッタ、ＣＶＤ、溶射、真空蒸着等で金属膜１２を形成し、金属膜１２、密着層１８及びセラミック膜１６で構成される基板１０を形成する。尚金属膜１２は無電解めっきで形成してもよい。その場合、密着層１８を形成せず、セラミック膜１６上に直に金属膜１２を形成する。尚、ドライエッチング又はウェットエッチングを用いてセラミック膜１６の表面を清浄化することにより、密着層１８を形成せずにセラミック膜１６上に直に金属膜１６を形成することができる。
【００２０】
（第二実施例）
図４は、本発明の第二実施例によるプローブユニットを示す図である。
図４に示すように、第二実施例によるプローブユニット２では、金属膜１３がセラミック膜１６の端面１６ｃを覆っている。セラミック膜１６の端面１６ｃを金属膜１３で覆い、基板１０の端面１０ｃを金属膜１３で構成することにより、基板１０の端面１０ｃの強度を向上させることができる。
【００２１】
（第三実施例）
図５は、本発明の第三実施例によるプローブユニットを示す図である。
図５に示すように、第三実施例によるプローブユニット３は、セラミック膜１６の両側にそれぞれ金属膜１３、１４が積層された基板１０を備える。第一金属膜１３はセラミック膜１６の第二面１６ｂ側に積層されている。セラミック膜１６の第一面１６ａ側に積層される第二金属膜１４は、セラミック膜１６の第一面１６ａ上に形成された複数のプローブ２０同士を絶縁する絶縁膜１５を介してセラミック膜１６の第一面１６ａ上に形成されている。複数のプローブ２０の両端２２、２４は、絶縁膜１５及び第二金属膜１４の縁部１７から突出している。その一端２２は、検体の電極に接触し、もう一端２４は、検査信号を入出力するためのフレキシブル配線板に接続される。絶縁膜１５にはレジスト、ポリイミド等を用いる。また第一金属膜１３、第二金属膜１４及び絶縁膜１５の合計膜厚は、セラミック膜１６の膜厚以下である。それぞれの膜厚は例えば第一金属膜１３が３０μｍ、第二金属膜１４が１０μｍ、絶縁膜１５が１０μｍ、セラミック膜１６が７０μｍである。
【００２２】
セラミック膜１６の第一面１６ａ及び第二面１６ｂを金属膜１３、１４でそれぞれ覆うことにより、セラミックと金属との熱膨張係数の差から生ずる基板１０の反りを低減することができる。また、１層の金属薄膜とセラミック薄膜とが積層された基板に比べ、金属薄膜の合計膜厚が同じ場合には、セラミック薄膜の両側に２層の金属薄膜１３、１４を積層することにより、靱性を下げずに基板１０の剛性を低くでき、検体の電極に対するプローブの追従性を向上させることができる。さらに、セラミック膜１６の第一面１６ａ上にプローブ２０を覆うように第二金属膜１４を形成することにより、セラミック膜１６の第一面１６ａの欠けや割れを防止することができるとともに、異物によるプローブ２０の損傷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａ）は本発明の第一実施例によるプローブユニットを示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図２】本発明の第一実施例及び比較例によるプローブユニットの破断試験結果を示すグラフである。
【図３】本発明の第一実施例によるプローブユニットの製造方法を示す断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の第二実施例によるプローブユニットを示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の第三実施例によるプローブユニットを示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１〜３  プローブユニット、１０  基板、１２、１３  金属膜、１４  第二金属膜、１６  セラミック膜、１６ｃ  端面、２０  プローブ、３０  セラミック基板、３０ａ  第一面、３０ｂ  第二面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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