JP2005038983A

JP2005038983A - プローブ用配線基板及び半導体素子の製造方法

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Publication number: JP2005038983A
Application number: JP2003198910A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Hasebe; 健彦長谷部; Teruyuki Mori; 照享森; Yasunori Narizuka; 康則成塚; Akira Yabushita; 明藪下; Susumu Kasukabe; 進春日部; Etsuko Takane; 悦子高根; Akio Hasebe; 昭男長谷部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: JP4246558B2

Abstract

【課題】電極パッドのサイズと同程度の微細かつ均一形状な接触端子が電極パッドのピッチと同程度にまで狭ピッチかつ高密度かつ高い位置精度に配置されたプローブ用配線基板およびプロービング装置を用いた半導体素子の製造方法を提供することにある。
【解決手段】本発明は、接触端子群の各接触端子部に電気的に接続される第１の配線部４８を複数有する第１の配線層と、該第１の配線層と第２の絶縁層３２ｂを挟み込んで形成された第２の配線部３９を複数有する第２の配線層と、前記第２の絶縁層に設けられ、前記各第１の配線部と前記各第２の配線部とを電気的に接続する第２のスルーホール導体部と、前記第１の配線層と第２の配線層との間の前記第２の絶縁層内に埋め込み、少なくとも前記スルーホール導体部近辺を開口させた金属薄板４０（グランド層にする場合も含む）とを備えたことを特徴とするプロービング用配線基板である。
【選択図】図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の検査に用いる接続装置、または半導体チップ検査装置、または半導体チップ製造装置、またはこれを用いて製造された半導体チップに関するものであり、特に微小電極パッドが狭ピッチに配列され、あるいは多数の電極パッドを同時に接続可能で、高速信号を伝送する半導体素子に対する接続に適するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体モジュールは、ＬＳＩやメモリなどの半導体チップを集積したマルチチップモジュール化が非常に盛んである。これは、ベアチップ化により半導体チップの集積度が飛躍的に向上したことに依るところが大きい。
【０００３】
図１（ａ）は半導体チップ２が多数並列されたウエハ１を示す斜視図であり、図１（ｂ）は１個の半導体チップ２を拡大して示した斜視図である。半導体チップ２は、ウエハ１に多数並設されて形成され、その後切り離されて使用に供される。半導体チップ２の表面には、周辺に沿って多数の電極パッド３が配列されている。半導体チップの高集積化に沿って、上記電極パッド３の狭ピッチ化および高密度化がさらに進む状況にある。電極パッドの狭ピッチ化としては、２００μｍ程度以下で、例えば、１３０μｍ、１００μｍ、それ以下となってきており、４０μｍに迫る製品も開発されている。電極パッドの高密度化としては、周辺に沿って、１列から２列へ、さらに全面に配列される傾向である。
【０００４】
また、半導体チップの高速化も著しく、マイコンではクロックが数ギガヘルツ程度にまで達している。
【０００５】
このような半導体チップやこれを内蔵するマルチチップモジュールを歩留まりよく製造するためにも、半導体チップの製造工程末期で、電気的特性を効率的に検査する技術が要求されている。
【０００６】
これに対し、高密度な配線が形成された検査用配線基板に、微小な接触端子が高密度に接続された機構を有する接続装置が開発されてきた。
【０００７】
従来のプロービング装置としては、特開平０７−２８３２８０号公報、特開平８−５０１４６号公報、特開平１０−３０８４２３号公報及び特開平１１−２３６１５号公報において知られている。
【０００８】
また、従来の高密度配線基板の製造方法としては、特開平０８−７８８４６号公報において知られている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平０７−２８３２８０号公報
【特許文献２】
特開平８−５０１４６号公報
【特許文献３】
特開平１０−３０８４２３号公報
【特許文献４】
特開平１１−２３６１５号公報
【特許文献５】
特開平０８−７８８４６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
チップの小型化とウエハの大径化により、ウエハ１枚で製造される半導体チップ数は増加しており、これらの検査に要する時間は飛躍的に増大している。狭ピッチに配置された微細な電極パッドに対する接続装置を製造するには、電極パッドに相当する微細かつ狭ピッチな接触端子の形成と、狭ピッチな配線を有する検査用配線基板と、両者を接続する狭ピッチ接続技術とを、適切に集約する必要がある。また、複数の半導体チップを同時に接続することでも検査時間の短縮は図れるが、接続端子の形状および位置を精確に固定する必要がある。
【００１１】
しかしながら、基材であるポリイミド膜の熱膨張係数αは数十〜数百ｐｐｍ／℃であり、検査対象の基材であるシリコンのα（数ｐｐｍ／℃）より大きい。そのため製造工程中の熱履歴による絶縁フィルムの内部応力は大きく、伸縮しやすい。また接触特性としては、低荷重で数十万回〜数百万回もの繰り返し接続を安定して行うことが要求される。複数の接触端子を検査対象の電極に同時に接続する場合、検査対象の電極と接触端子とを平行にしなければならない。しかし製造精度上、非常に困難である。そのため接続動作において、ある数箇所の接触端子が電極へ接続した後もさらに押し付け動作を行う。このような過大な荷重を吸収する部材は主としてポリイミド層しかないため、一部の接触端子は繰り返し接続の早期の段階で押しつぶされてしまう。また、スルーホールの微細化や狭ピッチ化の構造・製造方法・限界や、半導体チップの電極パッドとの接続装置については触れられてはいない。
【００１２】
検査対象であるチップ信号の高速化に伴い、検査用接続装置にも高速信号を伝送する必要がある。高速信号を伝送する場合、輻射により電磁波が発生する。上記で述べたように、検査用配線基板には狭ピッチ配線を形成する必要があり、例えば配線構造の多層化はこれの非常に有力な手段である。このような配線構造体において、高速信号を伝送する信号線の周辺には、これとは独立した信号線が形成される。上記電磁波は、こうした周辺の信号線のノイズとなるため、正常な検査を行えない。そのため、ノイズの伝播を抑制することが課題である。
【００１３】
一般にプリント板をはじめとする配線基板で、特に高速信号用に用いられる基板については、電磁輻射のノイズ伝播を抑制するため、グランド層を併設している。
【００１４】
しかし、半導体チップなどと接続するためのプロービング装置においては、従来のプローブでは低速信号にその対象が絞られていたため用いられていない。
【００１５】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、上記の利点を確保しつつ、電極パッドのサイズと同程度の微細かつ均一形状な接触端子が電極パッドのピッチと同程度にまで狭ピッチかつ高密度かつ高い位置精度に配置されたプローブ用配線基板を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、両者が電気的に良好な接続がなされたプロービング装置であって、多数の電極パッドや複数のチップの電極パッドに対する同時接続にも対応可能なプロービング装置およびこれらのプロービング装置を用いた半導体素子の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、検査対象上に配列された電極群に該電極群に対応してプロービング側の領域部に配列された接触端子群を接触させて電気信号を前記検査対象に入出力するためのプローブ用配線基板であって、前記接触端子群の各接触端子部に電気的に接続される第１の配線部を複数有する第１の配線層と、該第１の配線層と第２の絶縁層を挟み込んで形成された第２の配線部を複数有する第２の配線層と、前記第２の絶縁層に設けられ、前記各第１の配線部と前記各第２の配線部とを電気的に接続する第２のスルーホール導体部と、前記第１の配線層と第２の配線層との間の前記第２の絶縁層内に埋め込み、少なくとも前記スルーホール導体部近辺を開口させた金属薄板とを備え、前記第２又は第１の配線部を周縁部まで引き出し配線で引き出すように形成したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記金属薄板をグランド層とすることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記接続端子群と前記第１の配線層との間に第１の絶縁層を挟み込み、前記各接触端子部と前記第１の配線部との間を前記第１の絶縁層に設けられた第１のスルーホール導体部で電気的に接続して構成したことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記接触端子群と前記第１の配線層とをほぼ同層で形成し、前記各接触端子部と前記第１の配線部とを電気的に繋げて構成したことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記各接触端子部を前記第１のスルーホール導体部の底面にはんだ接合により固着したことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、前記金属薄板において前記接触端子群の真上近辺に開口を形成し、前記絶縁層上において前記接触端子群の真上近辺に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記絶縁層に埋め込まれた前記金属薄板の開口を通して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、前記金属薄板において前記接触端子群の真上近辺に開口を形成し、前記絶縁層において前記金属薄板の開口を通して前記接触端子群の上面近傍まで到達する穴内に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、検査対象上に配列された電極群に該電極群に対応してプロービング側の領域部に配列された接触端子群を接触させて電気信号を前記検査対象に入出力するためのプローブ用配線基板であって、前記接触端子群上に第１の絶縁層を挟み込んで設けた第１の配線層と、前記第１の絶縁層に形成され、前記第１の配線層を構成する複数の第１の配線部の各々と前記接触端子群の各接触端子部とを電気的に接続する第１のスルーホール導体部と、前記第１の配線層を被覆する保護用絶縁層と、該保護用絶縁層上に接着され、前記接触端子群の真上近辺を開口させた金属薄板から形成されたグランド層と、前記保護用絶縁層上において前記開口内に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記保護用絶縁層及び前記第１の絶縁層を介して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、前記プローブ用配線基板を支持配線基板に取付け、該プローブ用配線基板のプロービング側と反対の側の前記領域部に取り付けられた押さえ部材に対して接触圧付与手段によって接触圧を付与すると共に前記押さえ部材に対してコンプライアンス機構を係合させて構成されるプロービング装置を用いて、前記引き出し配線を介してテスタに接続された前記接触端子群と前記検査対象の半導体素子の電極群とを、相対的に位置合せを行って所望の接触圧で接触させて電気的に接続し、この接続されたテスタと前記電極との間で電気信号の授受を行って前記半導体素子の電気的特性について検査して半導体素子を製造することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２７】
本発明に係る、ウエハの状態において、微細な電極パッドが狭ピッチに、高密度に配列した半導体素子が多数並設された中の１個または多数個の半導体チップについて、同時に、小さな接触圧（１ピン当たり３〜５０ｍＮ程度）で、表面に酸化物が形成されたアルミニウムまたははんだ等の電極パッド３と、０．０５〜０．１Ω程度の安定した低抵抗値で確実に接続させて、テスタにより各半導体素子の高密度化および狭ピッチ化に対応でき、しかも多数個チップ同時接続による検査を可能にし、高速電気信号（１００ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚ程度の高周波数）による電気的特性評価を可能にするプロービング装置及びそれを用いて半導体素子の電気的特性について検査して半導体素子を製造することについて説明する。
【００２８】
まず、本発明に係るプロービング装置（接続装置）に用いられるプローブ用配線基板の実施例について説明する。
【００２９】
＜プローブ用配線基板の第１の実施例＞
本発明に係る接続装置に用いられるプローブ用配線基板の第１の実施例の製造工程を図４に示す。
【００３０】
まず、単結晶シリコンウエハ２０の（１００）面に対し、例えば酸化温度を１０００度とした酸素雰囲気中に９０分保持することにより、厚さ０．２μｍの二酸化シリコン膜３０を形成する。次に、二酸化シリコン膜３０の表面に厚さ３μｍの感光性レジストを塗布し、後工程において接触端子を形成する領域のレジストをホトリソグラフィにより除去する。これにより、角２０μｍの開口部が３０μｍ間隔に複数個並んだレジストを形成する。フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液に浸漬し、開口部の二酸化シリコン膜をエッチングする。次に感光性レジストを除去し、二酸化シリコンをマスクとして、露出したシリコン面を９０度に加熱した水酸化カリウム水溶液により異方性エッチングし、底面が角２０μｍである四角錐形状の穴３１を形成する。この結果、図４（ａ）に示す断面が得られることになる。そして、再度、熱酸化処理することで０．２μｍ厚の二酸化シリコン膜２１を形成する。以上は、特開平０７−２８３２８０号公報に記載されている方法と同様である。
【００３１】
次に、二酸化シリコン膜２１の上に、スパッタによりクロム（０．５μｍ厚程度）、銅（１μｍ厚程度）の順に積層して下地膜２２とすることにより、図４（ｂ）に示す断面形状が得られる。
【００３２】
このように二酸化シリコン膜２１上に形成する下地膜２２としては、金、白金、銀、ロジウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン、クロム、銅および錫からなる群から選択された少なくとも１種の金属またはその合金が挙げられる。
【００３３】
下地膜２２として二酸化シリコン膜２１上にスパッタにより成膜される１μｍ厚程度の金膜は、シリコンウエハ上の二酸化シリコン膜２１と後述する接触端子部４７およびポリイミド膜３２との密着力が強くないため、二酸化シリコン膜２１と接触端子部４７およびポリイミド膜３２との分離が特に優れて容易となる。
【００３４】
また、下地膜２２として二酸化シリコン膜２１上に金とタングステンをこの順で積層して形成した場合は、シリコンウエハ上の二酸化シリコン膜２１と金膜、タングステン膜と接触端子部４７およびポリイミド膜３２と間で密着力が良好なため、接続装置に用いられるプローブ用配線基板を安定して製造できる。また、工程中の熱処理により金はタングステン膜中に拡散し、製造工程の末期で、金は接触端子部４７およびポリイミド膜３２ａとの界面にまで拡散するため、二酸化シリコン膜２１と接触端子部４７およびポリイミド膜３２ａとの分離が容易となり、製造工程中の不良発生を減少させることができる。
【００３５】
また、下地膜２２として上述したようにクロムと銅をこの順で積層して形成した場合は、シリコンウエハ上の二酸化シリコン膜２１とクロム膜、胴膜と接触端子部４７およびポリイミド膜３２ａと間で密着力が良好なため、接続装置に用いられるプローブ用配線基板を安定して製造できる。
【００３６】
次に、下地膜２２上に感光性レジストを厚さ１０μｍ塗布し、四角錐状の穴を含む接触端子部の形成箇所のレジストをホトリソグラフィにより除去する。
【００３７】
次に、除去されたレジスト開口部に硬質の金属であるニッケルめっきを充填して四角錐状の接触端子を有する接触端子部４７を形成する。その後接触端子部の形成箇所以外にあるレジストを除去する。その後接触端子部４７上および接触端子部４７の間の下地膜上に絶縁層となる１５μｍ厚程度（１２μｍ〜２０μｍ程度）のポリイミド膜３２ａを形成する。
【００３８】
次に、金属膜であるアルミニウム膜３３を絶縁層を形成するポリイミド膜３２ａ上にスパッタし、感光性レジストのホトリソグラフィとリン酸を主成分とした混酸によるアルミニウム膜３３に対するエッチングにより、アルミニウム膜３３における接触端子部の一部を開口させる。このようにホトリソグラフィにより金属膜であるアルミニウム膜３３のマスクを形成するため、高度な位置精度を有するマスクを形成できる。
【００３９】
次に、絶縁層としてのポリイミド膜３２ａに密着され、且つ開口パターンが形成された金属膜であるアルミニウム膜３３をマスクとし、ニッケル製接触端子部が露出するまで、レーザまたは反応性ガスによるドライエッチング等を用いてポリイミド膜等の絶縁層３２ａに、１０〜２０μｍ程度の微小穴からなるスルーホール３４ａを形成する。この結果、図４（ｃ）に示す断面形状が得られる。
【００４０】
レーザ加工を用いる場合には、レーザの種類としては、紫外光レーザが望ましく、エキシマレーザが例示される。加工面でのエネルギ密度により、図２に示すように、レーザ光軸１１の垂直面１２とスルーホールの側壁とのなす角度、すなわちテーパ角１６を制御できることが知られている。例えば、エネルギ密度０．２５Ｊ／ｃｍ^２のエキシマレーザによるポリイミド加工では６５度程度、０．２０Ｊ／ｃｍ^２では５５度程度である。これより、厚さ１５μｍ程度のポリイミド膜３２に対するスルーホール３４の加工は、０．２５Ｊ／ｃｍ^２の場合１２μｍ程度、０．２０Ｊ／ｃｍ^２の場合２０μｍ程度まで小径化できる。エネルギ密度を高めるとテーパ角は拡大するが、エキシマレーザによる加工はいわゆるアブレーション現象が支配的なため、テーパ角が９０度を越えて拡大することはない。さらにアブレーション加工では、樹脂の炭化作用が小さく、残渣の発生を抑制できるため、残渣のクリーニング処理が不要もしくは軽減できる。
【００４１】
反応性ガスによるドライエッチングを用いる場合には、酸素ガスを主反応性ガスとする反応性イオンエッチングが例示される。これによると、酸素のイオン衝撃あるいは酸化作用が加工を支配する。この場合にもテーパ角は定義されるが、９０度を越えたテーパ角、いわゆる逆テーパ角のスルーホール３４を形成できる。ガス圧力、加工時間などの加工条件により、極度なテーパ角とならないようスルーホールの形状を制御できる。即ち、反応性ガスを用いると、テーパ角９０度程度のスルーホール３４を加工できる。そのため、ポリイミド膜３２に形成するスルーホール３４を、角１０μｍ程度まで微細化できた。さらに、スルーホール微細化に伴い、接触端子部４７の間隔をさらに近接させた検査用配線基板３５を得ることができる。従って、ドライエッチングは小径化に効果的なスルーホール形成法である。
【００４２】
また、ポリイミド膜等の絶縁層３２にスルーホール３４を形成する方法としては、光学部品により位置決めされたレーザを照射する方法が例示される。この方法は、ガルバノミラーに代表される光学部品により位置決めしたレーザを用いるため、マスク３３が不要となり、プローブ用配線基板のコストを低減することが可能となる。樹脂の炭化作用による残渣発生を制御しつつ、より微小径なスルーホールを加工するには、アブレーション加工である紫外光レーザが望ましく、高調波ＹＡＧレーザなどが例示される。また、炭酸ガスレーザを用いても、反応性ガスのドライエッチングにより残渣を除去すれば、小径スルーホールの形成は可能である。このようにして形成したスルーホール３４は、極度な逆テーパとならない。
【００４３】
ところで、後述するようにスルーホール３４部に配線形成する際、テーパ角が９０度以上だと、以下のような障害が発生する。すなわち、めっきなどのウェットプロセスを行うと、図３（ｂ）のようにスルーホール上部がはじめに塞がり、スルーホール中にめっき未充填部分２６が残ることがある。また、仮に、スパッタなどドライプロセスで金属膜を形成する場合には、図３（ａ）のように、陰となりスパッタ膜が形成しない部分２４ができ均一な膜が形成できない。
【００４４】
しかしながら、レーザ加工によるスルーホール形成方法はこのような障害の防止に有利な加工法である。
【００４５】
次に、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してアルミニウム膜３３を除去する。次に、スルーホール側壁を含むポリイミド膜３２ａ上に、密着性を良くするためにクロムと銅の膜をスパッタにより逐次積層し、これを種膜として、いわゆるセミアディティブ法により、レジストパターニング、銅めっき、パターン分離を施して第１層の配線部４８を形成する。当然、絶縁層であるポリイミド膜３２ａに形成された微小穴からなるスルーホール３４ａ内には導体部（ビア）が銅などのめっきにより埋め込まれて第１層の配線部４８が形成される。その後、第１層の配線４８上および第１層の配線４８の間の絶縁層としてのポリイミド膜３２ａ上に保護用ポリイミド膜２７を形成する。この保護用ポリイミド膜２７は、第１層の配線４８を保護するためと、後述するグランド層４０を第１層の配線４８から上下方向に離間させるためである。
【００４６】
次に、例えば新日鐵化学（株）製ＳＰＢ−Ａなどのポリイミドを基材とする低融点接着シート２８を介して、金属薄板としての０．０８ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度の厚さの４２アロイシート２９を検査用配線基板のほぼ全面に亘って積層接着する。この結果、図４（ｄ）に示す断面形状が得られる。
【００４７】
後述するようにグランド層４０を形成するための０．０８ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度の厚さの金属薄板２９としては、少なくともニッケル、クロム、コバルト、アルミニウムのいずれかを含む鉄系合金、あるいは該鉄系合金に銅クラッドを施した鉄系複合材、タングステン、銅、モリブデン、タンタル、ニッケル、アルミニウムなどが挙げられる。接続対象である半導体チップは、シリコンなどの低熱膨張材料を基材としているため、プローブ用配線基板の熱膨張係数も小さいことが望ましい。特に、半導体チップを加熱した状態で接続するいわゆるバーンイン検査に使用するには、この特性は必須である。そのため、インバー（鉄−３６ｗｔ％ニッケル合金）や上述した４２アロイ（鉄−４２ｗｔ％ニッケル合金）などが望ましい。また、銅やアルミニウムは電気抵抗が低いため、これをグランド層とする場合有利であり、耐食性に優れている。
【００４８】
次に、金属薄板である４２アロイシート２９において上記配線４８におけるパッド箇所の近辺に開口部を形成するようにエッチングにより除去することによって、残りの４２アロイシートによって第２層のグランド層４０が形成される。次に、グラウンド層４０上およびグラウンド層４０の間の接着シート２８上に４２アロイシート２９の厚さよりも厚い１００〜１７０μｍ程度の厚さの絶縁層としてのポリイミド膜３２ｂを形成する。
【００４９】
次に、第２層のグラウンド層４０を露出させることのないようにして４２アロイシートの開口部における保護用ポリイミド膜２７、接着シート２８および絶縁層としてポリイミド膜３２ｂに、配線４８上のパッドに到達する２０〜８０μｍ程度の微小径穴３４ｂを、上述したスルーホール３４ａと同様な加工法によってあける。次に、穴３４ｂ内およびポリイミド膜３２ｂの表面に銅などのめっき膜を施し、パターニングして第３層の配線部３９を形成し、シリコンウエハ２０上に形成された接触端子部付き検査用配線基板３５を得る。図４（ｅ）においては、信号用の接触端子部４７が、ポリイミド膜からなる絶縁層３２ａに形成された微細なスルーホール３４ａに銅などのめっきにより埋め込まれた導体部（ビア）を有する第１層の配線部４８を介して、該第１層の配線部４８のパッドと保護ポリイミド膜３２、接着シート２８及びポリイミド膜からなる絶縁層３２ｂに形成された微細なスルーホール３４ｂに銅などのめっきにより埋め込まれた導体部（ビア）を有する第３層の配線３９に接続される場合を示している。要するに、第３層の配線３９は、第１層の配線部のパッドと微細なスルーホール３４ｂに埋め込まれた導体部（ビア）によって接続される。その結果、０．０８ｍｍ〜０．１５ｍｍの厚さの金属薄板２９を開口させて形成されたグラウンド層４０は、第１層の配線部４８、スルーホール３４ｂに埋め込まれた導体部（ビア）および第３層の配線部３９で囲まれ、信号線の高速信号特性（１００ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚ程度の高周波数）を大幅に向上させることが可能となる。なお、図１０及び図１１に示す如く、周囲まで引き出させる引き出し配線としては、第３層の配線３９でもよいし、第１層の配線４８でもよい。
【００５０】
また、グランド用の接触端子部４７は、微細なスルーホール３２ａを介して第１層の配線部に接続され、該第１の配線部のパッドから微細なスルーホールを介してグラウンド層４０に接続されることになる。
【００５１】
次に、プローブ用配線基板３５ａを、特開平１０−３０８４２３号公報や特開平１１−２３６１５号公報に記載されているように、例えば図１２に示す接続装置として用いる場合には、第３層の配線３９の表面の周辺領域３５１に、金属枠４５を位置合せをして接着剤によって絶縁をとって接着固定する。望ましくは、第３層の配線の表面に保護用のポリイミド膜（図示せず）を表面が平坦になるように形成し、該保護用のポリイミド膜の表面の周辺領域３５１に、金属枠４５を位置合せして接着固定する。次に、シリコーン系のコーテイング材を緩衝層４６として枠４５の中に供給する。緩衝層４６の役目は、多数の接触端子４７ａの先端が半導体ウエハ１に配列された電極３に接触する際の全体としての衝撃を緩和すると共に、個々の接触端子４７ａの先端の高さの±２μｍ程度以下のバラツキを局部的な変形によって吸収して半導体ウエハ１上に配列された各電極３の高さの±０．５μｍ程度のバラツキに倣って均一な食い込みによる接触を行なわせるためである。しかし、接触端子４７ａの先端の高さのバラツキが±０．５μｍ程度以下に形成できれば、緩衝層４６は必ずしも必要としない。
【００５２】
次に、上記枠４５に押さえ部材４３をねじ５６によりねじ止めする。次に、型材であるシリコンウエハ２０をエッチングするためのステンレス製の固定治具（図示せず）に、上記押さえ部材４３を枠４５にねじ止めしたプローブ用配線基板３５を形成したシリコンウエハ２０を、Ｏリングを介してステンレス製の蓋（図示せず）との間に装着する。
【００５３】
次に、上記ステンレス製の固定治具を９０度の水酸化カリウム水溶液中に投入し、シリコンウエハ２０をエッチング除去する。次に、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液、過マンガン酸カリウム溶液、銅エッチング液に順次浸漬して、二酸化シリコン膜２１および下地膜２２であるクロム膜、銅膜を除去する。この結果、図４（ｅ）に示す断面形状のプローブ用配線基板の第１の実施例３５ａが得られることになる。
【００５４】
こうして作製された第１の実施例３５ａは、高さ１５μｍ、底面角２０μｍ程度の多数の微細接触端子４７ａが、半導体チップの電極の配列に合せて狭ピッチ（例えば３０μｍ間隔以下）で配列されるように、多数の接触端子部４７が検査用配線基板３５の下層の絶縁層３２ａに埋め込まれて配列される。そして、配列された多数の信号用の接触端子部４７は、複数の絶縁層に形成された微細スルーホールを介して引き出し配線となる第１の配線層または第１の配線層を介して引き出し配線となる第３の配線の層に電気的に接続されることになる。また、グラウンド用の接触端子は、微細なスルーホールを介して第１層の配線部に接続され、該第１層の配線部のパッドと微細なスルホールを介してグランド層に接続されることになる。
【００５５】
以上説明した第１の実施例によれば、クロム、銅などの下地膜２２によりポリイミド膜３２ａとシリコンウエハ２０との密着力を高めることができ、工程中での両者の剥がれ、ポリイミド膜３２ａの膨れを抑制することができた。また、０．０８ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度の厚さの４２アロイシート等の金属薄板からなるグラウンド層４０により接触端子の面内位置を高精度に保つことができた。さらに、４２アロイシート等の金属薄板をエッチングによって開口部を作ってグランド層４０として用いることによって、信号線の高速信号特性（１００ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚ程度の高周波数）を大幅に向上させることができた。
【００５６】
＜プローブ用配線基板第２の実施例＞
本発明に係る接続装置に用いられるプローブ用配線基板の第２の実施例の製造工程を図５に示す。
【００５７】
図５（ａ）、（ｂ）は、図４（ａ）、（ｂ）と同様である。
【００５８】
第２の実施例において、第１の実施例と相違する第１の点は、まず、下地膜２２を種膜としてレジスト開口パターン部にまず硬質の金属であるニッケルめっきを施し、その上に銅めっきを充填し、パターン分離を施すことで接触端子部４７付第１層の配線４８を形成してレジストを除去する点である。上記接触端子部付第１層の配線部４８は、接触端子部用のレジスト開口パターンを形成してニッケルめっきを充填し、第１層の配線部用のレジスト開口パターンを形成して銅めっきを充填してほぼ同層にて繋げて形成することも可能である。このように第２の実施例では、第１層の配線をほぼ同層において接触端子部４７に繋げて上に繋げる導体部（ビア）からなる第３層の配線部３９を接触端子部４７から平面的に外側へ離したいためである。これによって、例えば、図７に示すように、接触端子部４７の真上に弾性樹脂３８等を配置させることが可能となる。
【００５９】
次に、第１の実施例と相違する第２の点は、上記接触端子部４７付第１層の配線４８上および該第１層の配線４８間上に、保護用ポリイミド膜なしで、例えば新日鐵化学（株）製ＳＰＢ−Ａなどのポリイミドを基材とする低融点接着シート２８を介して金属薄板としての０．０８ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度の厚さの４２アロイシート２９を積層接着する点にある。この結果として、図５（ｃ）に示す断面形状が得られることになる。なお、金属薄板２９としては、第１の実施例に記載された他の材料も使用することは可能である。
【００６０】
その後の工程は、第１の実施例と同様である。即ち、金属薄板２９において上記配線４８におけるパッド箇所の近辺をエッチングにより除去して開口させたグラウンド層４０を形成し、その上に絶縁層となる１５μｍ程度の厚さのポリイミド膜３２ｂを形成する。次に、ポリイミド膜３２ｂ上にスルーホール形成用のマスク３３を作成する。グラウンド層４０を露出させることのないようにして、配線４８上のパッドに到達するスルーホール３４ｂを第１の実施例と同様に形成する。この結果、図５（ｄ）に示す断面形状が得られることになる。
【００６１】
次に、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してマスク３３を除去する。次に、スルーホール３４ｂの側壁を含むポリイミド膜３２ｂ上に、銅などのめっきを施し、パターニングして第３層の配線部３９を形成する。勿論、引き出し配線としては、第３層の配線部３９を使用するのがよい。
【００６２】
次に、プローブ用配線基板３５ｂを、特開平１０−３０８４２３号公報や特開平１１−２３６１５号公報に記載されているように、例えば図１２に示す接続装置として用いる場合には、第３層の配線３９の表面の周辺領域３５１に、金属枠４５を位置合せをして接着剤によって絶縁をとって接着固定する。望ましくは、第３層の配線の表面に保護用のポリイミド膜（図示せず）を表面が平坦になるように形成し、該保護用のポリイミド膜の表面の周辺領域３５１に、金属枠４５を位置合せして接着固定する。次に、シリコーン系のコーテイング材を緩衝層４６として枠４５の中に供給する。そして、上記枠４５に押さえ部材４３をねじ５６によりねじ止めする。次に、型材であるシリコンウエハ２０をエッチングするためのステンレス製の固定治具（図示せず）に、第１の実施例と同様に、装着する。
【００６３】
次に、第１の実施例と同様に、上記ステンレス製の固定治具を９０度の水酸化カリウム水溶液中に投入し、シリコンウエハ２０をエッチング除去し、更に、二酸化シリコン膜および下地膜であるクロム膜、銅膜を除去する。この結果、図５（ｅ）に示す断面形状のプローブ用配線基板の第２の実施例３５ｂが得られることになる。
【００６４】
この第２の実施例３５ｂによれば、第１の実施例と同様な作用効果が得られると共に、保護用ポリイミド膜成膜工程を無くし、更にスルーホール形成工程を減らすことが可能となる。
【００６５】
＜プローブ用配線基板の第３の実施例＞
本発明に係る接続装置に用いられるプローブ用配線基板の第３の実施例の製造工程を図６に示す。
【００６６】
第３の実施例において、第１の実施例と相違する第１の点は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、単結晶シリコンウエハ２０上に接触端子部４７を作っておくことにある。そして、第１の実施例と相違する第２の点は、図６（ｃ）〜（ｅ）に示すように、別途、ガラス基板３６上にプローブ用配線基板を作成し、作成終了後ガラス基板を除去することにある。更に、第１の実施例と相違する第３の点は、図６（ｆ）に示すように、別々に作っておいた接触端子部４７とプローブ用配線基板の底面のスルーホール導体部とをはんだ接合によって固着し、その後二酸化シリコン膜２１と下地膜２２との界面でシリコンウエハ２０を剥離し、下地膜を除去することによって第３の実施例３５ｃを完成させることにある。
【００６７】
即ち、図６（ａ）、（ｂ）において、接触端子部４７を形成するまでは、第１の実施例と同様である。ただし、下地膜２２として金膜を使用した。
【００６８】
別途、ガラス基板３６上に、第１の実施例と同様に、絶縁層となる１５μ厚程度のポリイミド膜３２ａを形成し、ポリイミド膜３２ａ上に、スルーホール形成用のアルミニウム膜からなるマスク３３を形成する。これをマスクとして、第１の実施例と同様に、レーザ加工等によりポリイミド膜３２ａにスルーホール３４ａを形成する。この結果、図６（ｃ）に示す断面形状が得られる。
【００６９】
その後、第１の実施例と同様に、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してマスク３３を除去する。その後、第１の実施例と同様に、スルーホール３４ａの側壁を含むポリイミド膜３２ａ上に、スパッタによりクロムと銅の膜を逐次積層し、これを種膜として、いわゆるセミアディティブ法により、レジストパターニング、銅めっき、パターン分離を経て第１層の配線部４８を形成し、その上に保護用ポリイミド膜２７を成膜する。
【００７０】
上記第１層の配線部４８におけるパッド箇所に相当する箇所をエッチングにより除去した金属薄板としての０．０８ｍｍ〜０．１５ｍｍ程度の厚さの銅板１９（グラウンド層４０）と低融点接着シート２７とを別途積層接着し、これを上記保護用ポリイミド膜２７上に積層接着する。この結果、図６（ｄ）に示す断面形状が得られる。
【００７１】
第１の実施例と同様に、その上に絶縁層となるポリイミド膜３２ｂを形成し、グラウンド層４０を露出させることのないように銅板の開口部の接着シート２８およびポリイミド層３２ｂに上記第１層の配線部４８上のパッドに到達する微小径穴３４ｂをスルーホール３４ａと同様な加工方法を用いてあける。次に、穴３４ｂ内およびポリイミド膜３２ｂの表面に銅などのめっきを施し、パターニングして第３層の配線部３９を形成し、検査用配線基板を得る。引き出し配線としては、第３層の配線部３９でも、第１層の配線部４８のどちらでも良い。
【００７２】
その後、検査用配線基板をガラス基板３６から分離するため、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液に浸漬してガラス基板３６をエッチング除去する。この際、プローブ用配線基板を治具等によって密封して上記混合液の影響を受けないようにする必要がある。
【００７３】
次に、底面のスルーホール導体部分（第１層の配線部４８）に、３μｍ厚程度のはんだ３７をめっきにより形成する。この結果、図６（ｅ）に示す断面形状の検査用配線基板が得られる。
【００７４】
次に、上記シリコンウエハ付きニッケル製接触端子部４７とプローブ用配線基板の底面のはんだ３７箇所とを接触させ、加熱してはんだ固着させる。
【００７５】
次に、プローブ用配線基板３５ｃを、例えば図１２に示す接続装置として用いる場合には、第３層の配線３９の表面の周辺領域３５１に、金属枠４５を位置合せをして接着剤によって絶縁をとって接着固定する。望ましくは、第３層の配線の表面に保護用のポリイミド膜（図示せず）を表面が平坦になるように形成し、該保護用のポリイミド膜の表面の周辺領域３５１に、金属枠４５を位置合せして接着固定する。次に、シリコーン系のコーテイング材を緩衝層４６として枠４５の中に供給する。そして、上記枠４５に押さえ部材４３をねじ５６によりねじ止めする。次に、型材であるシリコンウエハ２０をエッチングするためのステンレス製の固定治具（図示せず）に、第１及び第２の実施例と同様に、装着する。
【００７６】
次に、二酸化シリコン膜２１と下地膜２２との界面でシリコンウエハ２０を剥離し、金膜からなる下地膜２２を除去することによって第３の実施例３５ｃが完成される。
【００７７】
こうして作製された第３の実施例３５ｃによれば、第１の実施例と同様な作用効果が得られる。また、金膜による下地膜２２としたことで、二酸化シリコン膜２１とプローブ用配線基板との分離が容易となる。また、シリコンウエハ２０をクリーニングし、上記金膜による下地膜２２の形成から繰り返すことで、新たな接触端子部の形成の型材として使用することもできる。
【００７８】
以上説明した第１〜第３の実施例によれば、微細かつ狭ピッチの接触端子４７ａを有し、図４（ｅ）、図５（ｅ）、図６（ｆ）に示すように、グラウンド層４０を、接触端子部４７、第１層の配線部４８、スルーホールに充填された導体部（ビア）を含めて第３層の配線部３９で囲むように形成したので、配線から発生した電磁界がグランド層４０に引き込まれることになり、信号線の高速信号特性を大幅に向上させることができ、しかも積層接着された金属薄板２９、１９を開口させてグランド層４０を形成するようにしたので、接触端子の面内位置を高精度に保つことができる効果が得られる。さらに、金属薄板２９として、インバー（鉄−３６ｗｔ％ニッケル合金）や４２アロイ（鉄−４２ｗｔ％ニッケル合金）などを使用すると、バーイン試験にも十分対応させることが可能となる。
＜プローブ用配線基板の第４の実施例＞
本発明に係る接続装置に用いられるプローブ用配線基板の第４の実施例を図７に示す。本第４の実施例は、半導体チップに接触させるために荷重をかけるため、接触端子部４７の真上近辺の金属薄板２９を開口させた保護用ポリイミド膜２７上に弾性樹脂３８を配置したプローブ用配線基板３５ｄである。（図７（ａ））
第４の実施例の製造プロセスは、まず、上記第１の実施例に記載と同様の方法で金属薄板としての４２アロイシート２９の積層接着までを実施する。次に、平面的に上記接触端子部４７の真上近辺の４２アロイシート２９をエッチングにより除去し、エッチング箇所にシリコーンゴム系接着剤などの弾性樹脂３８を印刷することによって第４の実施例３５ｄが得られる。
【００７９】
次に、プローブ用配線基板３５ｄを、例えば図１２に示す接続装置として用いる場合には、４２アロイシート２９の表面に保護用のポリイミド膜（図示せず）を表面が平坦になるように形成する。次に、該保護用のポリイミド膜の表面に、金属枠４５を位置合せして接着固定する。そして、上記枠４５に押さえ部材４３をねじ５６によりねじ止めする。次に、型材であるシリコンウエハ２０をエッチングするためのステンレス製の固定治具（図示せず）に、第１及び第２の実施例と同様に、装着する。その後、第１の実施例と同様に、シリコンウエハをエッチングにより除去し、更に、二酸化シリコン膜２１および下地膜２２であるクロム膜、銅膜を除去する。
【００８０】
こうして作製された接続装置３５ｄの上方図を、図７（ｂ）に示す。四角形の辺上に配置された接触端子４７ａを取り囲むように４２アロイシートが、接触端子の直上には弾性樹脂３８が配置されている。以上より、４２アロイシートにより面内の位置精度を精確に固定できた。また、押さえ部材４３の突出部４３ａを押し当てて弾性樹脂３８を押し出すことにより、安定した接触特性を得ることができた。このような接続装置は、接続端子の多数化、接触面積の拡大、ひいては複数チップの端子に対する一括接続が可能であった。
【００８１】
＜プローブ用配線基板の第５の実施例＞
本第５の実施例は、図８に示すように、上記第４の実施例により作製したプローブ用配線基板の配線構造を多層化したもの３５ｅである。
【００８２】
上記第５の実施例の製造プロセスは、第１の実施例と同様であり、第３層の配線部３９を形成した後、金属薄板２９における上記接触端子部４７の真上近辺の開口させた箇所の絶縁層３２ｂ上にシリコーンゴム系接着剤などの弾性樹脂３８を印刷することでプローブ用配線基板３５ｅを得る。その後は、第４の実施例と同様である。
【００８３】
こうして作製された３５ｅは、第４の実施例と同様な作用効果が得られる。
【００８４】
＜プローブ用配線基板の第６の実施例＞
本第６の実施例は、図９に示すように、第３層の配線部３９を形成した後、接触端子部４７の真上近辺の絶縁層２７、２８、３２ｂに第１層の配線層４８の表面までレーザにより穴を加工する。この穴は、第１層の配線層４８に到達してもしなくてもよい。その穴にシリコーンゴム系接着剤などの弾性樹脂３８を印刷することでプローブ用配線基板３５ｆを得る。その後は、第４及び第５の実施例と同様である。
【００８５】
こうして作製された３５ｆは、上記第５の実施例に加え、弾性樹脂３８が接触端子のより近傍に形成されたことにより、更なる低荷重でも上記第５の実施例と同等の接触特性を有するプローブ用配線基板を作成することができた。
【００８６】
以上説明した第１〜第６の実施例では、開口させた金属薄板をグランドに接続してグランド層４０として説明したが、必ずしもグランドに接続しないで、電気的に浮かせて構成しても良い。
【００８７】
次に、上記第１〜第６の実施例により作製したプローブ用配線基板を備えた接続装置を用いた半導体チップ検査装置または半導体チップ製造装置について説明する。
【００８８】
プローブ用配線基板３５における接触端子の配置およびプローブ用配線基板の配線は、被検査対象物、例えば、半導体チップの電極パッドの配置に対応して種々構成される。図１０および図１１に、これら３５の全体の実施例を示す。図１０（ａ）は３５の全体の第７の実施例を示す平面図であり、図１０（ｂ）はその配線が設けられているプローブ用配線基板３５を折り曲げた状態を示す斜視図である。図１１（ａ）は、３５の全体の第８の実施例を示す平面図であり、図１１（ｂ）はプローブ用配線基板３５を折り曲げた状態を示す斜視図である。なお、これらの図において、接触端子および配線は、図示および説明の簡単のため数を少なくし、また密度を低くして表示してある。実際には、さらに多数の接触端子を設け、また、高密度で配置される。
【００８９】
図１０（ａ）、（ｂ）、および図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、接続装置には、例えば、ポリイミド膜を基材とするプローブ用配線基板上に、被検査対象の電極パッド３に対応する位置に配置された接触端子４７ａが一端に接続され、他端はプローブ用配線基板の周縁部に設けられた電極５１であり、それらを結線する配線４８又は３９が形成されている。配線４８又は３９は、種々の態様で配線できる。例えば、各配線を一方向に引き出して配線したり、放射状に配線したりすることができる。具体的には、図１０（ａ）および（ｂ）に示す第１の実施例は、プローブ用配線基板を長方形状に形成し、両端部に電極５１を配置してある。図１１（ａ）および（ｂ）に示す第２の実施例は、プローブ用配線基板を四角形状に形成し、四角形の各辺に設けられる電極５１まで配線４８又は３９が設けられる。
【００９０】
検査装置本体へ電気信号を伝送するための接続装置は、例えば、被検査対象がウエハに形成された半導体チップ表面の電極パッドである場合は、図１０（ａ）または図１１（ａ）に示したように、半導体チップを形成したウエハの領域１０１よりもひと回り大きなシリコンウエハなどの接触端子形成用型材１０２を用いて、第１〜第６の実施例の方法で製造される。なお、図１０（ｂ）あるいは図１１（ｂ）は、接触端子４７ａを形成した領域１０１を多角形で囲うように折り曲げたものである。
【００９１】
なお、本実施例では被検査対象がウエハに形成された全部の半導体チップの電極パッドを一括して接触する場合を示したが、本発明は、これに限られない。例えば、半導体チップを個別に、あるいは任意の個数の半導体チップを同時に検査するための接続装置として、プローブ用配線基板をウエハサイズよりも小さな領域で製造してもよい。
【００９２】
図１２は、本発明に係るプローブ用配線基板３５を備えた接続装置を検査接続系に組み込む形態の要部を示す図である。上部固定板４０と、それに固定され、下部に球面４１ａを有する支持軸であるセンターピボット４１並びにセンターピボット４１を中心に左右および前後に対称に設置され、上下の変位に対して常に一定の押付け力を付与する押付け力付与手段であるスプリングプローブ４２と、上記センターピボット４１に対して傾き４３ｃにより傾動可能に保持されながら上記スプリングプローブ４２により低荷重（１ピン当たり３〜５０ｍＮ程度）の押付け力が付与される押さえ部材４３と、プローブ用配線基板３５と、該プローブ用配線基板３５の裏面の周囲部３５２に固着した枠４５と、該プローブ用配線基板３５と押さえ部材４３の間に設けられた緩衝層４６又は弾性樹脂３８と、プローブ用配線基板３５上に設けられた接触端子部４７とを有する。上記押さえ部材４３に対する押付け力をスプリングプローブ４２で付与するように構成したのは、スプリングプローブ４２の先端の変位に対してほぼ一定の低荷重の押付け力が得られるようにしたためであり、必ずしもスプリングプローブ４２を用いる必要はない。即ち、センターピボット（押さえ部材支持軸）４１と押さえ部材４３との間の係り合いの関係及び対称に配置されたスプリングプローブ４２によって１ピン当たり低荷重のコンプライアンス機構が形成され、このコンプライアンス機構によって多数の接触端子４７ａの先端が１個又は多数個の半導体素子についての電極３の面３ａに追従して倣って平行出しが行われる。
【００９３】
上部固定板４０は、支持配線基板５０に搭載される。支持配線基板５０は、例えば、ポリイミド樹脂やガラスエポキシ樹脂等の樹脂材からなり、内部配線５０ｂおよび接続端子５０ｃを有している。前記電極５０ａは、例えば、内部配線５０ｂの一部に接続されるビア５０ｄで構成される。支持配線基板５０とプローブ用配線基板３５とは、例えば、支持配線基板５０とプローブ用配線基板３５とを押さえ部材５３と挟み込んで、ねじ５４等を用いて固定される。プローブ用配線基板３５は、その周縁部が枠４５より外側に延長するように形成され、この延長部を、枠４５の外側で滑らかに折り曲げて支持配線基板５０上に固定する。その際、プローブ用配線基板３５の配線４８又は３９は、支持配線基板５０に設けられている電極５０ａに電気的に接続される。この接続は、例えば、電極５１と電極５０ａに直接圧力をかけて接触させるか、異方性導電シート５２、あるいははんだなどを用いて接続する。
【００９４】
緩衝層４６としては、弾性を有する物質が望ましく、ゴム状弾性を有する高分子材料の例として、シリコンゴム等が挙げられる。また緩衝層４６としては、押さえ部材４３を枠４５に対して移動可能にシールして、このシールされた空間に気体を供給するように構成しても良い。また、接触端子４７ａの高さを均一にできれば、緩衝層４６を省略した構成にしてもよい。なお、図１２では説明の簡単のため、接触端子部４７および配線４８又は３９は２つの接触端子分のみ示すが、実際には、複数個が配置される。
【００９５】
本発明に係る接続装置は、ウエハの状態において、多数並設された半導体チップの中の１個または多数個の半導体チップについて、同時にかつ低荷重（１ピン当たり３〜５０ｍＮ程度）で表面に酸化物が形成されたアルミニウムまたははんだ等の電極パッド３と、０．０５〜０．１Ω程度の安定した低抵抗値で確実に接続させることにある。これによって、従来技術のようにスクライブ動作をさせる必要がなく、スクライブ動作による圧痕や電極材料のくずの発生を防止することができる。即ち、プローブ用配線基板３５において、電極パッド３の配列に対応するように並設された接触端子４７ａの先端を尖せると共に、枠４５で支持された周辺部３５２に対して、この周辺部３５２内の上記接触端子部４７を並設した領域部３５１を、押さえ部材４３の下側に形成された突出部４３ａにおける高精度の平坦度が確保された下面４３ｂに倣って緩衝層４６又は弾性樹脂３８を挾んで張り出させてプローブ用配線基板自身のたるみをなくし、この張り出された領域部３５１に並設された接触端子４７ａの尖った先端を、アルミニウムまたははんだ等の電極パッド３に垂直に低荷重で押圧することによって、電極パッド３の表面に形成された酸化物を容易につき破り、その下面の電極の金属導体材料に接触させ、安定した低抵抗値で良好な接触を確保することができる。特に、枠４５で支持された周辺部３５２に対して、この周辺部３５２内の多数の接触端子部４７を並設した領域部３５１を、押さえ部材４３の下側に形成された突出部４３ａにおける高精度の平坦度が確保された下面４３ｂに倣って緩衝層４６又は弾性樹脂３８を挾んで張り出させることによってプローブ用配線基板自身のたるみをなくし、多数の接触端子４７の先端の平坦度を突出部４３ａの下面４３ｂの平坦度に合わせて高精度を確保することにある。なお、領域部３５１における張り出し量は、押さえ部材４３にセンターピボット４１を中心に左右および前後に締着されて調整可能なねじ５７の押さえ部材４３の下面からの突出し量によって定まることになる。即ち、センターピボット４１を中心に左右および前後に設けられて押さえ部材に形成された穴に挿入されたねじ５６を、枠４５に対して締め付け、押さえ部材４３の突出部４３ａを下降させることによって、押さえ部材４３に突出し量を定めて取り付けられたねじ５７の下端を、プローブ用配線基板３５における領域部３５１の周辺部３５２の接着固定した枠４５の上面に接触させる。これにより、緩衝層４６又は弾性樹脂３８を介して多数の接触端子４７が並設された領域部３５１を張り出させ、プローブ用配線基板自身のたるみがなくなることになる。以上より、多数の接触端子４７ａに亘った接触端子の尖った先端の平坦度を±２μｍ程度以下の高精度に確保することができる。なお、特開２００２−１３９５５４号公報には、このほかにもいくつかの検査接続系が記載されており、これらいずれの方式でもよい。
【００９６】
本発明に係る接続装置を用いて、検査対象である半導体チップに対する電気的特性検査について、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明に係る検査装置の全体構成を示す図である。検査装置は、半導体装置の製造におけるウエハ接続装置として構成されている。この検査装置は、半導体ウエハ１を支持する試料支持系１６０と、被検査対象１の電極パッド３に接触して電気信号の授受を行う検査接続系１２０と、試料支持系１６０の動作を制御する駆動制御系１５０と、被検査対象１の温度制御を行う温度制御系１４０と、半導体チップ２の電気的特性の検査を行うテスタ１７０とで構成される。半導体ウエハ１には多数の半導体チップ２が配列され、各半導体チップ２の表面には外部と接続するための微細電極パッド３が複数、かつ狭ピッチで配列されている。試料支持系１６０は、半導体ウエハ１を載置するためのほぼ水平に設けられた試料台１６２と、この試料台１６２を支持するように垂直に配置される昇降軸１６４と、この昇降軸１６４を昇降駆動する昇降駆動部１６５と、この昇降駆動部１６５を支持するＸ−Ｙステージ１６７とで構成される。Ｘ−Ｙステージ１６７は、筐体１６６の上に固定される。昇降駆動部１６５は、例えば、ステッピングモータなどから構成される。試料台１６２には回動機構が設けられており、水平面内における試料台１６２の回動変位が可能にされている。試料台１６２の位置決め動作は、Ｘ−Ｙステージ１６７と昇降駆動部１６５と回転機構による動作を組み合わせて行われる。
【００９７】
試料台１６２の上方には、検査接続系１２０が配置される。すなわち、図１２に示すプローブ用配線基板３５および支持配線基板５０は、当該試料台１６２に平行に対向する姿勢で設けられる。なお、本実施の形態では、端子５０ｃは同軸コネクタで構成される。端子５０ｃに接続されるケーブル１７１を介して、テスタ１７０と接続される。
【００９８】
駆動制御系１５０は、ケーブル１７２を介してテスタ１７０と接続される。また、駆動制御系１５０は、試料支持系１６０の各駆動部に制御信号を送って、その動作を制御する。すなわち、駆動制御系１５０は内部にコンピュータを備え、ケーブル１７２を介して伝達されるテスタ１７０のテスト動作の進行情報に合わせて、試料支持系１６０の動作を制御する。また、駆動制御系１５０は操作部１５１を備え、駆動制御に関する各種指示の入力の受付、例えば、手動操作の指示を受け付ける。
【００９９】
試料台１６２には、半導体チップ２についてバーイン試験を行うために、加熱させるための温度調節器１４１が備えられている。温度制御系１４０は、試料台１６２の温度調節器１４１を制御することにより、試料台１６２に搭載された半導体ウエハ１の温度を制御する。また、温度制御系１４０は操作部１５１を備え、温度制御に関する手動操作の指示を受け付ける。
【０１００】
以下、検査装置の動作について説明する。検査対象である半導体ウエハ１は、試料台１６２の上に位置決めして載置される。半導体ウエハ１上に離して形成された複数の基準マークの光学像を、イメージセンサまたはＴＶカメラ等の撮像装置で撮像し、得られる画像信号から複数の基準マークの位置を検出する。上記検出された基準マークの位置情報から、半導体ウエハ１の品種に応じて半導体チップ２の配列情報および半導体チップ２上の電極パッド３の配列情報を認識し、電極パッド群全体としての２次元の位置情報を算出する。
【０１０１】
さらにプローブ用配線基板３５上に形成された多数の接触端子４７ａの中で特定の接触端子の光学像、または検査用配線基板３５上に離して形成された複数の基準マークの光学像を、イメージセンサまたはＴＶカメラ等の撮像装置で撮像し、特定の接触端子または複数の基準マークの位置を検出する。これらの情報に基づいて、接触端子群全体としての２次元の位置情報を算出する。
【０１０２】
駆動制御系１５０は、上記接触端子群全体としての２次元の位置情報に対する上記電極パッド群全体としての２次元の位置情報のずれ量を算出し、ずれ量に基づいてＸ−Ｙステージ１６７および回動機構を駆動制御し、半導体ウエハ１上に配列された複数個の半導体チップ上に形成された電極パッド３の群を、接続装置３５に並設された多数の接触端子４７の群の直下に位置決めする。その後、駆動制御系１５０は、例えば、試料台１６２上に設置されたギャップセンサによって測定されたプローブ用配線基板３５における領域部３５１の面と半導体ウエハ１との距離に基づいて、昇降駆動部１６５を作動させて、多数の電極パッド３の全体の面３ａが接触端子の先端に接触した時点から数μｍ程度押し上げる状態になるまで試料台１６２を上昇させる。図１４は、半導体検査装置による電極パッドが並設された半導体チップに対する検査の外観を示す。
【０１０３】
これにより、多数の接触端子４７ａの全体が多数の電極パッド３の全体の面３ａに追従して平行出しされると共に、個々の接触端子の高さのバラツキを緩衝層４６又は弾性樹脂３８によって吸収し、低荷重（１ピン当たり３〜５０ｍＮ程度）に基づく食い込みによる接触が行われ、各接触端子４７ａと各電極パッド３とは低抵抗（０．０１Ω〜０．１Ω）で接続されることになる。
【０１０４】
この状態で、半導体チップ２についてバーイン試験を行うときには、試料台１６２に搭載された半導体ウエハ１の温度を制御すべく、温度制御系１４０によって試料台１６２の温度調節器１４１を制御することにより実行される。そのためプローブ用配線基板は可撓性があり、好ましくは耐熱性がある樹脂を主体に形成する。本実施例では、ポリイミド樹脂を用いた。
【０１０５】
ケーブル１７１、支持配線基板５０、プローブ用配線基板３５、および接触端子部４７を介して、半導体ウエハ１に形成された半導体チップとテスタ１７０との間で、動作電力や動作試験信号などの授受を行い、半導体チップの電気的特性の可否などを判別する。上記の一連の動作が、半導体ウエハ１に形成された複数の半導体チップの各々について実施され、電気的特性の可否などが判別される。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体チップの高集積化に伴う狭ピッチかつ高密度な電極パッドに、接触端子の群を小さな接触圧（１ピン当たり３〜５０ｍＮ程度）で単に押しつけることによって、圧痕やクズの発生など損傷させることなく、０．０５Ω〜０．１Ω程度の低抵抗で安定した接続を実現することができる効果を奏する。
【０１０７】
また、本発明によれば、多数の接続端子を検査用配線基板上に容易に並設することが可能となり、ウエハ上に多数並設された半導体チップの中で１個または多数個の半導体チップの電極パッドを同時に確実に接続させて、各半導体チップの電気的特性評価を行うことができる効果を奏する。さらに、高周波電気信号（１００ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚ程度の高周波数）の伝送を可能にすることができる効果を奏する。加えて、バーイン試験のような高温での電気的特性評価が可能であるなど、高密度化し狭ピッチ化する半導体チップの電気的特性評価を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体チップが配列された検査対象物であるウエハを示す斜視図および半導体チップを示す斜視図。
【図２】スルーホールにおけるテーパ角を示す説明図。
【図３】（ａ）は、テーパ角が９０度を越えたスルーホールに対するスパッタ不良の様子、（ｂ）はテーパ角が９０度を越えたスルーホールに対するめっき不良の様子を、それぞれ示す説明図。
【図４】本発明に係るプローブ用配線基板の第１の実施例の製造工程を示す説明図。
【図５】本発明に係るプローブ用配線基板の第２の実施例の製造工程を示す説明図。
【図６】本発明に係るプローブ用配線基板の第３の実施例の製造工程を示す説明図。
【図７】本発明に係るプローブ用配線基板の第４の実施例を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図。
【図８】本発明に係るプローブ用配線基板の第５の実施例の構造を示す説明図。
【図９】本発明に係るプローブ用配線基板の第６の実施例の構造を示す説明図。
【図１０】（ａ）は、本発明に係るプローブ用配線基板の全体を示す第７の実施例を示す平面図、（ｂ）はその斜視図。
【図１１】（ａ）は、本発明に係るプローブ用配線基板の全体を示す第８の実施例を示す平面図、（ｂ）はその斜視図。
【図１２】本発明に係るプローブ用配線基板を備えたプロービング装置を検査接続系に組み込む形態の要部を示す説明図。
【図１３】本発明に係るプローブ用配線基板を備えたプロービング装置を用いてテスタによる半導体素子の特性検査をする説明図。
【図１４】本発明に係る半導体検査装置による、電極パッドが並設された半導体チップに対する検査の外観を示す説明図。
【符号の説明】
１…ウエハ、２…半導体チップ（半導体素子）、３…電極パッド、１０…エキシマレーザ光、１１…レーザ光軸、１２…レーザ光軸垂直面、１３…レーザ加工用金属膜マスク、１４…ポリイミド膜、１５…配線層、１６…テーパ角、１９…銅板、２０…シリコンウエハ、２１…二酸化シリコン膜、２２…下地膜、２３…スパッタ膜、２４…スパッタ膜未形成部分、２５…めっき膜、２６…めっき未充填部分、２７…保護用ポリイミド膜、２８…低融点接着シート、２９…４２アロイシート（金属薄板）、３０…二酸化シリコン膜、３１…四角錐形状穴、３２、３２ａ、３２ｂ…ポリイミド膜（絶縁層）、３３…アルミニウム膜（マスク）、３４、３４ａ、３４ｂ…スルーホール、３５、３５ａ〜３５ｆ…プロービング装置、３６…ガラス基板、３７…はんだ、３８…弾性樹脂、３９…配線（第３層の配線部）、４０…上部固定板、４１…センターピボット、４１ａ…下部球面、４２…スプリングプローブ、４３…押さえ部材、４３ａ…突出部、４３ｂ…下面、４３ｃ…傾き、３５１…領域部、３５２…周辺部、４５…枠、４６…緩衝層、４７…接触端子部、４７ａ…接触端子、４８…配線（第１層の配線部）、５０…支持配線基板、５０ａ…電極、５０ｂ…内部配線、５０ｃ…接続端子、５０ｄ…ビア、５１…電極、５２…異方性導電シート、５３…押さえ部材、５４…ねじ、５６…ねじ、５７…ねじ、１０１…ウエハにおける半導体チップの並設領域、１０２…接触端子形成用型材、１０３…切れ目、１２０…検査接続系、１４０…温度制御系、１４１…温度調節器、１５０…駆動制御系、１５１…操作部、１６０…試料支持系、１６２…試料台、１６４…昇降軸、１６５…昇降駆動部、１６６…筐体、１６７…Ｘ−Ｙステージ、１７０…テスタ、１７１…ケーブル、１７２…ケーブル。

Claims

検査対象上に配列された電極群に該電極群に対応してプロービング側の領域部に配列された接触端子群を接触させて電気信号を前記検査対象に入出力するためのプローブ用配線基板であって、
前記接触端子群の各接触端子部に電気的に接続される第１の配線部を複数有する第１の配線層と、該第１の配線層と第２の絶縁層を挟み込んで形成された第２の配線部を複数有する第２の配線層と、前記第２の絶縁層に設けられ、前記各第１の配線部と前記各第２の配線部とを電気的に接続する第２のスルーホール導体部と、前記第１の配線層と第２の配線層との間の前記第２の絶縁層内に埋め込み、少なくとも前記スルーホール導体部近辺を開口させた金属薄板とを備え、前記第２又は第１の配線部を周縁部まで引き出し配線で引き出すように形成したことを特徴とするプローブ用配線基板。
検査対象上に配列された電極群に該電極群に対応してプロービング側の領域部に配列された接触端子群を接触させて電気信号を前記検査対象に入出力するためのプローブ用配線基板であって、
前記接触端子群の各接触端子部に電気的に接続される第１の配線部を複数有する第１の配線層と、該第１の配線層と第２の絶縁層を挟み込んで形成された第２の配線部を複数有する第２の配線層と、前記第２の絶縁層に設けられ、前記各第１の配線部と前記各第２の配線部とを電気的に接続する第２のスルーホール導体部と、前記第１の配線層と第２の配線層との間の前記第２の絶縁層内に、少なくとも前記スルーホール導体部近辺を開口させた金属薄板を埋め込んで形成したグランド層とを備え、前記第２又は第１の配線部を周縁部まで引き出し配線で引き出すように形成したことを特徴とするプローブ用配線基板。
前記接続端子群と前記第１の配線層との間に第１の絶縁層を挟み込み、前記各接触端子部と前記第１の配線部との間を前記第１の絶縁層に設けられた第１のスルーホール導体部で電気的に接続して構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のプローブ用配線基板。
前記接触端子群と前記第１の配線層とをほぼ同層で形成し、前記各接触端子部と前記第１の配線部とを電気的に繋げて構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のプローブ用配線基板。
前記各接触端子部を前記第１のスルーホール導体部の底面にはんだ接合により固着したことを特徴とする請求項４記載のプローブ用配線基板。
前記金属薄板において前記接触端子群の真上近辺に開口を形成し、前記絶縁層上において前記接触端子群の真上近辺に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記絶縁層に埋め込まれた前記金属薄板の開口を通して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のプローブ用配線基板。
前記金属薄板において前記接触端子群の真上近辺に開口を形成し、前記絶縁層において前記金属薄板の開口を通して前記接触端子群の上面近傍まで到達する穴内に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のプローブ用配線基板。
検査対象上に配列された電極群に該電極群に対応してプロービング側の領域部に配列された接触端子群を接触させて電気信号を前記検査対象に入出力するためのプローブ用配線基板であって、
前記接触端子群上に第１の絶縁層を挟み込んで設けた第１の配線層と、前記第１の絶縁層に形成され、前記第１の配線層を構成する複数の第１の配線部の各々と前記接触端子群の各接触端子部とを電気的に接続する第１のスルーホール導体部と、前記第１の配線層を被覆する保護用絶縁層と、該保護用絶縁層上に接着され、前記接触端子群の真上近辺を開口させた金属薄板から形成されたグランド層と、前記保護用絶縁層上において前記開口内に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記保護用絶縁層及び前記第１の絶縁層を介して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とするプローブ用配線基板。
請求項１乃至８の何れか一つに記載のプローブ用配線基板を支持配線基板に取付け、該プローブ用配線基板のプロービング側と反対の側の前記領域部に取り付けられた押さえ部材に対して接触圧付与手段によって接触圧を付与すると共に前記押さえ部材に対してコンプライアンス機構を係合させて構成されるプロービング装置を用いて、前記引き出し配線を介してテスタに接続された前記接触端子群と前記検査対象の半導体素子の電極群とを、相対的に位置合せを行って所望の接触圧で接触させて電気的に接続し、この接続されたテスタと前記電極との間で電気信号の授受を行って前記半導体素子の電気的特性について検査して半導体素子を製造することを特徴とする半導体素子の製造方法。