(57)【要約】【課題】集積密度の高いＬＳＩに対応したプローブピンや、ＭＥＭＳデバイスのようにチップ上の段差が数１０μｍ以上ある構造の電極パッドの配列にも対応できるプローブピンを有するプローブカードを提供すること。【解決手段】フィードスルー付きのガラスあるいはＳｉ基板を出発基板として、フォトリソグラフィとめっきの技術によりプローブカード用プローブピンを形成し、多層配線基板に電気的に接続され、固定し、一体化されたプローブカード形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔およびこれに金属層を有する基板を用いて、少なくとも片面の金属層に、フォトリソグラフィとめっきにより、バネ作用を有するプローブピンを形成し、この基板から加工したプローブピンユニットを多層配線基板に接続し、固定、一体化してなる構成を有することを特徴としたプローブカード。
【請求項２】
請求項１記載のプローブピンにおいて、被測定デバイスの段差を持つ電極パッドに高さを合わせて形成したプローブピンを有することを特徴とした請求項１記載のプローブカード。
【請求項３】
請求項１、２記載のプローブピンにおいて、プローブピンのバネ構造がたわみを有する構造をもって形成されたことを特徴とした請求項１，２記載のプローブピン。
【請求項４】
請求項１、２記載のプローブピンにおいて、プローブピンのバネ構造が傾斜を有する構造をもって形成されたことを特徴とした請求項１，２記載のプローブピン。
【請求項５】
請求項１、２記載のプローブピンにおいて、プローブピンのバネ構造が多数本からなる細線を有する構造をもって形成されたことを特徴とした請求項１，２記載のプローブピン。
【請求項６】
貫通孔およびこれに金属層を有する基板を形成する工程と、この片面の金属層に位置合せをして、フォトグラフィとめっきにより、プローブピンを形成する工程と、この反対面に電極を形成する工程と、この基板から加工したプローブピンユニットの電極と多層配線基板の電極を接続して、固定、一体化する工程とからなる、製造工程によってプローブカードを製造する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＳＩやＭＥＭＳデバイス等をパッケージ等に組立てる前に電気特性を検査するために用いるプローブカードおよびこれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウエーハ基板上に形成されたＬＳＩには多数の電極パッドがあり、またＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ    Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスには段差の大きな位置関係を持つ複数の電極パッドが存在する。ウエーハプロセスではウエーハ基板上のこれらの電極パッドに微細なプローブピンを接触させて、電気特性を測定し、デバイスを検査する重要な工程がある。高集積されたＬＳＩでは数千個の電極パッドを同数のプローブピンで一度に接続する必要から多数本のプローブピンを集めて構成したプローブカードが用いられている。また多品種少量生産用のシステムＬＳＩやＭＥＭＳデバイス用にもプローブカードが必要であり、これらの少量検査用でも安価なプローブカードを提供できることが望まれている。
【０００３】
プローブカードに要求される性能には、ＬＳＩのパッドとプローブピンの接触時では、全ての接触部が確実に電気的に接続され、低い接触抵抗値で安定していること、かつ繰り返しの多数回測定にも全ての接触部の接触抵抗のばらつきが小さく安定していること、周波数特性が良好なこと、などがある。プローブピンの機能には、接触したピン先で表面の異物を押しのけ、プローブピンの先端部で金属パッド表面の酸化皮膜を突き破る如き動作（スクラブ機能）ができることが必要な条件であるとされている。多数個を有するＬＳＩのパッドに多数個のプローブピンを全く同時に接触させることは、実際に難しいので、通常は、少なくとも１０数μｍ程度の高さ方向のばらつきを吸収する機能として、個々のプローブピンはバネ作用を有する構造になっている。
【０００４】
従来のプローブカードに用いられているプローブピンの多くは、先端の尖ったＷ針が使われ、これらの先端がＬＳＩのパッドにバネ作用になるように傾けた構成でＷ針が固定されている。この種類のプローブカードは精密機械部品の組立て技術で製作されるもので、プローブピンの組立てにおいて一括形成ができないため、高密度化するほどコスト高になること、形状、寸法が大きいので高周波特性に対応できないこと、さらにピッチが狭くなったパッドから成る高集積ＬＳＩには寸法が対応できないこと、チップ内で高段差を有するパッドに接続するには構成が複雑すぎて対応できないこと、等の欠点があった。この他、電鋳でバネ型構造のプローブピンを一括に作製し、これらを精密に配列してプローブカードを作る技術があるが、Ｗ針の場合と同様にプローブカードに組み上げる工程に問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、集積密度の高いＬＳＩに対応したプローブピンを有するプローブカードを提供すること、高速度、高周波数に対応したプローブピンを有するプローブカードを提供すること、ＭＭＩＣやＭＥＭＳデバイスのようにチップ上の段差が数１０μｍ以上を有する段差のある構造の電極パッドの配列にも対応できるプローブピンを有するプローブカードを提供すること、少量多品種に対応したプローブピンを有するプローブカードを低コストで提供すること、である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、フォトリソグラフィと電鋳技術によって任意のバネ特性を持つプローブピンを基板上に一括形成することを特徴としている。また、上記、プローブピンを形成する基板にはフィードスルー付き基板を用いて、プローブピンの電気的信号を基板の裏面側に導通させることを特徴としている。これにより容易にプローブピンの電極がプローブカード基板の電極に確実に接続されて、配線長の短いコンパクトな構造が形成でき、周波数特性に優れたプローブカードを提供することを目的とする。また、均一な形状のピンを大量に形成でき、デバイスの電極配列にフレキシブルに対応できるプローブカードを低コストで提供することを目的とする。プローブピンを一括形成する基板とプローブカードの基板の熱膨張係数を、測定する素子の基板材料に合わせることで、温度環境試験に使えるプローブカードを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は、フィードスルー付きのガラス基板あるいはＳｉ基板を出発基板として、フォトリソグラフィとめっきの技術によりプローブカード用プローブピンを形成する。このプローブピンが形成されたフィードスルー基板は多層配線基板（多層プリント基板、多層セラミック基板およびビルドアップ基板などを総称して呼ぶ）とそれぞれの電気端子が電気的に接続され、固定し、一体化されたプローブカードを提供することである。上記、課題を解決することによって、特性が揃った部品を基板上に大量生産し、プローブカードの低コスト化と高性能化に寄与することを目的とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の１実施例であるプローブカードを以下に説明する。図１はプローブカードの一部の側断面図である。プローブカードは多層配線基板２２０とプローブピン基板２１０（プローブピンユニット）を一体化して固定した構造で形成される。多層配線基板２２０は表面の電極２２１、裏面の電極２２４、絶縁基板２２２および、基板内配線層２２３によって構成されている。また、プローブピン基板２１０は表面側にプローブピン２１３、裏面側に接続用電極２３、貫通孔付きガラス基板１およびフィードスルー金属導体部９によって構成されている。プローブピン基板２１０と多層配線基板２２０は半田、導電性樹脂及び金属間の熱圧着や超音波振動力などで電極同士を接続して固定、一体化される。
【０００９】
（実施例２）
本発明の別の実施例であるプローブカードを以下に説明する。図２はプローブカードのプローブピンが被測定デバイス３３０の表面に接触した状態の一部分を示す側断面図である。プローブカードは多層配線基板３２０とプローブピン基板３１０（プローブピンユニット）を一体化して固定した構造で形成される。多層配線基板３２０は表面の電極３２１、裏面の電極３２４、絶縁基板３２２および、基板内配線層３２３によって構成されている。また、プローブピン基板３１０は表面側にプローブピン３１３、裏面側に接続用電極２３、貫通孔付きガラス基板１およびフィードスルー金属導体部９によって構成されている。プローブピン基板３１０と多層配線基板３２０は半田材などからなる電極同士を接続して固定、一体化される。被測定デバイス３３０は、基板３３３表面に段差の持つ伝送線路で、電極３３１と３３２の段差が約３０μｍある例である。プローブピンの長さをこの段差の深さに合せて設計し、形成することで、プローブピンを全ての電極に安定に接続することができることが特徴である。立体構造の形状をもつＭＥＭＳデバイスの電極配置は複雑な場合が多く、このようなウエーハの特性評価に有効である。
【００１０】
（実施例３）
本発明の第一の実施例であるプローブカードの製造工程を以下に説明する。図３から図１８までの側断面図はこの製造工程における主要工程における基板ウエーハの一部分を表す。
【００１１】
図３は貫通孔２を有するセラミックスまたはガラスからなる絶縁体の本体基板１である。
【００１２】
図４は図３の表面に薄い金属層３を形成した工程後の構造を示す。
【００１３】
図５は図４の裏面に薄い金属層４を形成した工程後の構造を示す。
【００１４】
図６は図５の裏面にめっき用支持基板３０を接着層５により接着し、貫通孔の底部の接着材を除去した工程後の構造を示す。めっき用支持基板３０は絶縁体基板８とこの表面にフォトレジストなどによる塗布樹脂層７とさらにこの上に薄い金属層６を形成した構造からなる。
【００１５】
図７は図６の基板の薄い金属層６を電解めっき用アノード電極として、電解めっきでＣｕを貫通孔２に埋め込んで、フィードスルー金属導体部９を形成した工程後の構造を示す。基板１の表面にある薄い金属層３に達するまで金属導体部９がめっきで形成され、この金属層３はめっきの終点検出をする役割になっている。
【００１６】
図８は図７から、めっき用支持基板３０をはずして基板１の貫通孔２にフィードスルー金属導体部９を形成した工程後の基板１０の構造を示す。有機物である接着層５と塗布樹脂層７を溶剤によって除去することでこの構造が得られる。
【００１７】
図９は図８の基板１０を、接着剤付き樹脂基板１１に固定して、この反対面上にフォトリソグラフィによって所望のフォトレジストパターン１２を形成した工程後の構造を示す。
【００１８】
図１０は図９のフォトレジストパターン１２にＮｉを主成分とした金属層１３をめっきで形成した工程後の構造を示す。
【００１９】
図１１は図１０の表面に、フォトレジストパターン１５とＮｉを主成分とした金属層１５をめっきで形成し、積層した工程後の構造を示す。
【００２０】
図１２は図１１の表面にフォトレジストパターン１６にＮｉを主成分とした金属層１７をめっきで形成し、さらに積層した工程後の構造を示す。
【００２１】
図１３は図１２の表面にフォトレジストパターン１８にＮｉを主成分とした金属層１９をめっきで形成し、さらに積層した工程後の構造を示す。
【００２２】
図１４は図１３の表面にフォトレジストパターン２０にＮｉを主成分とした金属層２１をめっきで形成し、さらに積層した工程後の構造を示す。
【００２３】
図１５は図１４の構造から、接着剤付き樹脂基板１１を取り除いた後の構造を示す。フィードスルー基板上にフォトレジスト層で埋まった中にプローブピンが形成されている基板２２である。実施例２、図２で述べたように長さが異なるプローブピン３１３が同一ユニット基板内に共存する場合には、今まで述べたフォトレジストパターンとめっきの工程を追加してこれらを任意形状に形成する。
【００２４】
図１６は図１５の基板２２に接続用電極２３を形成した工程後の構造を示す。この電極には、はんだめっきなどによって形成された金属が使われる。
【００２５】
図１７は図１６の基板２２から、プローブピンユニット２３０を切断、分割したものと多層配線基板２２０をそれぞれの接続用電極２３，２２４に位置合わせした後に接合、固定した工程後の構造を示す。温度、圧力、こすりなど、最適条件により、金属同士が接続される。
【００２６】
図１８は図１７の構造から、フォトレジスト層を除去した工程後の構造である。これによって所望の形状をもつプローブカードが形成される。
プローブピンの金属は、バネ作用があり、電気抵抗が小さく、金属の表面が酸化されにくい構成が好ましく、Ｎｉを主成分として、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕなどを添加した構成や、ＣｕやＷを主成分としたものから構成されていてもよい。なお、本実施例ではフォトレジストをパターニングしたものにめっきするのを繰り返してプローブピンを作る方法を述べたが、例えばラミネート型のドライフィルムを貼ってパターニングするのを繰り返し、最後にまとめてめっきする方法でも形成できることを付言する。
【００２７】
（実施例４）
本発明の第一の実施例であるプローブカードの製造工程を以下に説明する。図１９から図２３までの側断面図はこの製造工程における主要工程における基板ウエーハの一部分を表す。
【００２８】
図１９は貫通孔５２を有するＳｉまたはＧａＡｓなどからなる半導体の本体基板５１である。
【００２９】
図２０は図１９の表面と裏面および貫通孔５２の側壁にＳｉ酸化膜などの絶縁体膜５３を被覆した工程後の構造を示す。
【００３０】
図２１は図２０の表面と裏面にそれぞれ薄い金属層５５と５６を形成し、さらにフィードスルー金属導体部５４を形成した工程後の構造を示す。この製造方法と製造工程は実施例３の図６から図８に述べたものと同様である。
【００３１】
図２２は図２１のフィードスルー基板の片面（図では裏面側）にフォトレジストパターン形成とこのパターン内にめっきでＮｉを主成分とした金属層を充填し、この作業の繰り返し工程によってフォトレジスト層の中にプローブピン形状が形成された構造を持つ基板５７である。この製造方法と製造工程は実施例３の図９から図１５に述べたものと同様である。
【００３２】
図２３は図２２の基板を加工後、プローブピンユニット１１０に分割したものと多層配線基板２２０を接続、固定し、プローブカードの完成品を形成した後の構造を示す。実施例３の図１６から図２３に述べたものと同様である。
【００３３】
本実施例のように、フィードスルーの金属導体を有する基板にシリコンなどの半導体材料を用いたことで、被測定物のシリコンウエーハと熱膨張係数が一致するので、本プローブカードはバーンイン測定の用途に最適である。また、シリコン基板はガラス基板よりも貫通孔の形成において微細化でき、加工精度がよいので高密度のプローブピンを必要とするフィードスルー基板として優れている。
【００３４】
（実施例５）
本発明による別の構造のプローブピンとこの製造工程を以下に説明する。図２４はこの製造工程における主要工程での基板ウエーハの一部側断面である。貫通孔付きガラス基板４１１およびフィードスルー金属導体部４１２と、接続用電極４１５、プローブピン４１３、及びフォトレジスト層４１４によって構成されている。プローブピンはフォトレジスト層に傾斜パターンを形成した後、電解めっきによって金属を埋めることによって形成される。この傾斜型のプローブピンは、実施例３の図９から図１４までに示したような繰り返し工程により形成してもよい。
【００３５】
図２５は図２４の構成形状からフォトレジスト層４１４と薄い金属層４１６を除去した後の形状である。これによってバネ作用をもったプローブピン基板が形成される。
【００３６】
（実施例６）
本発明による別の構造のプローブピンとこの製造工程を以下に説明する。図２６はこの製造工程における主要工程での基板ウエーハの一部側断面である。貫通孔付きガラス基板５１１およびフィードスルー金属導体部５１２と、接続用電極５１５、プローブピン５１３、及びフォトレジスト層５１４によって構成されている。一箇所のプローブピンはフォトレジスト層に垂直に近い断面形状の複数本のパターンを形成した後、電解めっきによって金属で埋めることによって形成される。この複数本型のプローブピンは、実施例３の図９から図１４までに示したような繰り返し工程で形成してもよい。
【００３７】
図２７は図２６の構成形状からフォトレジスト層５１４と薄い金属層５１６を除去した後の形状である。これによって細い針線のバネ作用をもったプローブピン基板が形成される。
【００３８】
以上、本発明を実施例１〜６で述べたが、本発明の主旨からしてフィードスルー基板に形成するプローブピンはフォトレジストパターンとめっきで一体化して形成することに限定されることがなく、フィードスルー基板とプローブピンだけの基板を別々の工程で製作した後に、ウエーハ同士を接着、固定して、プローブピン基板を形成してもよいことは明らかである。また、本発明の実施例ではあらかじめ用意したフィードスルー基板を基にプローブピンを形成することで説明してきたが、本発明の主旨からして、ガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板および半導体基板などにプローブピンを上述した方法で形成した後に、貫通孔に例えばスパッタ法やＣＶＤ法などのメタル被着で導通をとってフィードスルー構造を形成してもよく、さらにこの貫通孔加工と導通形成はプローブピンを作った後であってもよいことは言うに及ばない。
【発明の効果】
フィードスルー付きガラスまたはシリコン基板にウエーハ状態で所望の形状を持つプローブピンが形成できるので、高密度、超多数のプローブピンをもつプローブカードを提供できる。本発明による製造方法では、一括に多数のプローブピン基板を生産することができるため低コスト化に寄与する効果がある。めっきパターン形成技術を本発明に適用しているので、所望の厚さと寸法を精密に制御でき、特性の揃ったプローブピン群を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のプローブカードの一部の側断面図。
【図２】実施例２のプローブカードの一部の側断面図。
【図３】実施例３の製造工程における貫通孔を有するセラミックスまたはガラスからなる絶縁体の本体基板の側断面図。
【図４】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板の表面に薄い金属層を形成した工程後の側断面図。
【図５】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板の裏面に薄い金属層を形成した工程後の側断面図。
【図６】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板の裏面にめっき用構造体を接着層により接着し、貫通孔の底部の接着材を除去した工程後の側断面図。
【図７】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板の薄い金属層を電解めっき用アノード電極として、電解めっきでＣｕを貫通孔に埋め込んで、フィードスルー金属導体部を形成した工程後の側断面図。
【図８】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板からめっき用構造体をはずして基板の貫通孔にフィードスルー金属導体部を形成した工程後の側断面図。
【図９】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板を接着剤付き樹脂基板に固定して、この反対面上にフォトリソグラフィによって所望のフォトレジストパターンを形成した工程後の側断面図。
【図１０】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板にフォトレジストパターンにＮｉを主成分とした金属層をめっきで形成した工程後の側断面図。
【図１１】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板にフォトレジストパターンにＮｉを主成分とした金属層をめっきで形成した工程後の側断面図。
【図１２】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板にフォトレジストパターンにＮｉを主成分とした金属層をめっきで形成した工程後の側断面図。
【図１３】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板にフォトレジストパターンにＮｉを主成分とした金属層をめっきで形成した工程後の側断面図。
【図１４】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板にフォトレジストパターンにＮｉを主成分とした金属層をめっきで形成した工程後の側断面図。
【図１５】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板からに接着剤付き樹脂基板を取り除いた後の側断面図。
【図１６】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板に接続用電極を形成した工程後の側断面図。
【図１７】実施例３の製造工程における絶縁体の本体基板をプローブピンユニットに分割し、多層配線基板と位置合わせした後に接合、固定した工程後の側断面図。
【図１８】実施例３の製造工程におけるプローブピンユニットと多層配線基板とを固定し、フォトレジスト層を除去した工程後の側断面図。
【図１９】実施例４の製造工程における貫通孔を有するＳｉまたはＧａＡｓなどからなる半導体の本体基板の側断面図。
【図２０】実施例４の製造工程における貫通孔の側壁にＳｉ酸化膜などの絶縁体膜を被覆した工程後の側断面図。
【図２１】実施例４の製造工程における本体基板の表面と裏面にそれぞれ薄い金属層を形成し、フィードスルー金属導体部を形成した工程後の側断面図。
【図２２】実施例４の製造工程におけるフィードスルー基板の片面にフォトレジストパターン形成とめっきの繰り返し工程によってフォトレジスト層の中に金属のプローブピンを形成した工程後の構造側断面図。
【図２３】実施例４の製造工程におけるプローブピンユニットと多層配線基板を接続、固定し、プローブカードの完成品を形成した工程後の構造側断面図。
【図２４】実施例５の製造工程途中の一例で、貫通孔付きガラス基板及びフィードスルー金属導体部と、接続用電極、プローブピン、及びフォトレジスト層によって構成された構造側断面図。
【図２５】実施例５のプローブピン基板の一部である構造側断面図。
【図２６】実施例６の製造工程途中の一例で、貫通孔付きガラス基板及びフィードスルー金属導体部と、接続用電極、プローブピン、及びフォトレジスト層によって構成された構造側断面図。
【図２７】実施例６のプローブピン基板の一部である構造側断面図。
【符号の説明】
１、４１１，５１１：貫通孔付きガラス基板
９、５４，４１２：フィードスルー金属導体部
５１：半導体の本体基板
５２：貫通孔
５３：絶縁体膜
２１０，３１０、１１０、２３０：プローブピン基板（プローブピンユニット）
２２０，３２０：多層配線基板
２１３，４１３，５１３：プローブピン
３３０：被測定デバイス
４１４，５１４：フォトレジスト層
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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