JP5700761B2 - 電気的接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気的接続装置及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、半導体ウェハ上の電子回路の電気的特性を検査するために、検査対象の電子回路に接触させてテスター装置からの信号を伝達する電気的接続装置の改良に関する。

半導体ウェハ上に形成された電子回路の電気的特性を検査する検査工程では、検査対象とする電子回路にテスト信号を入力し、その応答を検出するテスター装置が用いられる。通常、テスター装置から出力されたテスト信号は、プローブカードを介して電子回路に伝達される。プローブカードは、電子回路の微小な電極に接触させてテスト信号を伝達するための多数のコンタクトプローブと、これらのコンタクトプローブとテスター装置とを導通させる配線基板からなる電気的接続装置である。

近年、電子回路は、微細加工技術の進歩によって集積度が向上し、電極の配置が狭ピッチ化される傾向にある。このため、コンタクトプローブをプローブ基板上に配設する一方、テスター装置を接続するための外部端子はプローブ基板よりも大きなメイン基板上に配設されるようになってきた。メイン基板は、複数のプローブ基板に共通の配線基板であり、各プローブ基板は、半導体ウェハ上の電子回路に合わせた配置態様でメイン基板に固着される。プローブ基板は、不具合が生じたプローブ基板をリペアし、或いは、検査対象物に合わせてプローブ基板を取り替える場合などに、メイン基板から取り外し可能なように固着される。

従来のプローブカードでは、プローブ基板として、剛性を確保するために、高価なセラミック基板やシリコン基板が用いられていた（例えば、特許文献１）。特に、プローブ基板内に配線層を設け、この配線層を介して主面間を導通させるものは、高価であり、プローブカードの製造コストを増大させる要因となっていた。

特開２００８−２０３２７３号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造コストを低減させることができる電気的接続装置及びその製造方法を提供することを目的としている。特に、コンタクトプローブが固着されるプローブ基板の剛性を確保しつつ、製造コストを低減させることができる電気的接続装置及びその製造方法を提供することを目的としている。

第１の本発明による電気的接続装置は、絶縁樹脂からなるプローブ基板と、上記プローブ基板の第１面に設けられた２以上のコンタクトプローブと、上記プローブ基板の第２面に対向させて配置された配線基板と、上記プローブ基板を補強するための補強材であって、上記プローブ基板の第１面に電気めっきにより形成された金属からなり、上記２以上のコンタクトプローブを取り囲むように配置された金属補強材とを備えて構成される。

この様な構成によれば、セラミック基板などに比べて安価な樹脂基板をプローブ基板として用いるので、製造コストを低減させることができる。その際、コンタクトプローブが固着されるプローブ基板には、コンタクトプローブを取り囲むように金属補強材が配置されるので、プローブ基板の剛性を確保しつつ、製造コストを低減させることができる。

第２の本発明による電気的接続装置は、上記構成に加えて、上記金属補強材が、上記コンタクトプローブを構成するベース部の一部を形成する工程にて形成される。

本発明による電気的接続装置及びその製造方法によれば、セラミック基板などに比べて安価な樹脂基板をプローブ基板として用いるので、製造コストを低減させることができる。特に、コンタクトプローブが固着されるプローブ基板には、コンタクトプローブを取り囲むように金属補強材が配置されるので、プローブ基板の剛性を確保しつつ、電気的接続装置の製造コストを低減させることができる。

本発明の実施の形態によるプローブカードの概略構成の一例を示した図であり、複数のプローブ基板１０が固着されたプローブカード１００が示されている。 図１のプローブカード１００の要部における構成例を示した斜視図であり、メイン基板２０に対するプローブ基板１０の取付構造が示されている。 図１のプローブカード１００の要部における構成例を示した断面図であり、Ａ−Ａ線による切断面が示されている。 図２のプローブ基板１０の構成例を示した図であり、複数のコンタクトプローブ１１が固着されたプローブ基板１０が示されている。 図２のプローブ基板１０の他の構成例を示した図である。 図２のプローブ基板１０の製造工程の一例を示した断面図であり、貫通電極４、金属補強材１２及びベース部３の一部を形成する工程が示されている。 図２のプローブ基板１０の製造工程の一例を示した断面図であり、ベース部３の他の部分、ビーム部２及びコンタクト部１を形成する工程が示されている。

＜プローブカード＞
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態によるプローブカードの概略構成の一例を示した図であり、複数のプローブ基板１０が固着されたプローブカード１００が示されている。図１（ａ）には、プローブカード１００を下側から見た様子が示され、図１（ｂ）には、プローブカード１００を水平方向から見た様子が示されている。

プローブカード１００は、半導体ウェハ上に形成された電子回路の電気的特性を検査する際に用いられる電気的接続装置であり、複数のプローブ基板１０及びメイン基板２０により構成される。メイン基板２０は、プローブ装置（図示せず）に着脱可能に取り付けられる配線基板、例えば、円形形状のＰＣＢ（プリント回路基板）であり、テスター装置（図示せず）との間で信号の入出力を行うための多数の外部端子２１が周縁部に設けられている。

プローブ基板１０は、一方の主面上に複数のコンタクトプローブ１１が固着されたプローブユニットであり、プローブタイルと呼ばれることもある。各プローブ基板１０は、他方の主面をメイン基板２０に対向させて当該メイン基板２０に固着されている。

各コンタクトプローブ１１は、電子回路の微小な電極に接触させる探針であり、検査対象とする電子回路の電極の配置に対応付けて整列配置されている。この例では、縦長の矩形形状のプローブ基板１０に対し、プローブ基板１０の長辺に沿って配列された９本のコンタクトプローブ１１からなる２つのプローブ列が形成されている。各プローブ基板１０は、半導体ウェハ上の１又は２以上の電子回路に対応付けて形成され、互いに離間させてメイン基板２０上に配列されている。この例では、２行３列のマトリクス状に配置されている。

プローブカード１００は、プローブ装置によって、コンタクトプローブ１１が配設されている面を下にして水平に保持され、テスター装置が接続される。この状態で半導体ウェハを下方から近づけ、コンタクトプローブ１１を半導体ウェハ上の電子回路の電極に当接させれば、当該コンタクトプローブ１１を介してテスト信号をテスター装置及び電子回路間で入出力させることができる。

＜プローブ基板の取付構造＞
図２は、図１のプローブカード１００の要部における構成例を示した斜視図であり、メイン基板２０に対するプローブ基板１０の取付構造が示されている。この図では、プローブカード１００の下面を上に向けた状態で当該プローブカード１００を水平方向から見た様子が示されている。

プローブ基板１０の一方の主面、この図では、上面には、複数のコンタクトプローブ１１と、これらのコンタクトプローブ１１を取り囲むように配置された金属補強材１２とが固着されている。金属補強材１２は、撓んだり、反ったりしないようにプローブ基板１０を補強するための金属材料からなる構造体であり、この例では、プローブ基板１０の外縁に沿って形成された環状形状からなる。

プローブ基板１０は、接着シート３０を介してメイン基板２０に固着される。接着シート３０は、フィルム状の接着剤からなり、プローブ基板１０の外縁に沿って形成された環状形状からなる。

メイン基板２０は、プローブ基板１０の他方の主面、この図では、下面に対向させて配置される。このメイン基板２０には、プローブ基板１０上のコンタクトプローブ１１と接続するための複数の端子電極２２が形成されている。端子電極２２は、コンタクトプローブ１１ごとに設けられ、図示しない配線パターンや配線層を介して外部端子２１と導通している。

＜Ａ−Ａ断面図＞
図３は、図１のプローブカード１００の要部における構成例を示した断面図であり、Ａ−Ａ線による切断面が示されている。プローブ基板１０は、一方の主面にコンタクトプローブ１１及び金属補強材１２が固着され、一方の主面から他方の主面に貫通する貫通電極４が形成されている。

貫通電極４は、コンタクトプローブ１１と導通し、当該コンタクトプローブ１１をメイン基板２０上の端子電極２２と導通させるための導体層からなり、コンタクトプローブ１１ごとに形成される。

このコンタクトプローブ１１は、カンチレバー（片持ち梁）型のプローブであり、検査対象物に接触させるコンタクト部１と、コンタクト部１を弾性的に支持するビーム部２と、プローブ基板１０に固着されるベース部３からなる。ビーム部２は、プローブ基板１０の基板面と平行に延伸する形状からなる弾性変形部であり、その一端にコンタクト部１が配置され、他端にベース部３が結合されている。貫通電極４は、ベース部３と結合している。

金属補強材１２は、例えば、ベース部３と同じ導電性の金属からなり、ベース部３の一部と同時に形成される。プローブ基板１０は、絶縁樹脂、例えば、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、或いは、エポキシ樹脂（ＥＰ）からなり、接着シート３０を介してメイン基板２０に固着されている。

プローブ基板１０がメイン基板２０に固着された状態で、貫通電極４の端面がメイン基板２０上の端子電極２２に当接している。貫通電極４及び端子電極２２は、プローブ基板１０をメイン基板２０に取り付ける際に、半田を用いて接合される。なお、貫通電極４のメイン基板２０側の端面には、端子電極２２に対する接触性を良くするために、必要に応じて、金メッキや半田メッキからなるメッキ膜が成膜される。

＜プローブ基板＞
図４（ａ）及び（ｂ）は、図２のプローブ基板１０の構成例を示した図であり、複数のコンタクトプローブ１１及び金属補強材１２が固着されたプローブ基板１０が示されている。図４（ａ）には、プローブ基板１０を針側から見た図が示され、図４（ｂ）には、裏側から見た図が示されている。

このプローブ基板１０には、２つのプローブ列が形成されている。プローブ列は、プローブ基板１０の長辺に平行な直線上に配列された複数のコンタクトプローブ１１、この例では、９本のコンタクトプローブ１１からなる。プローブ列内の各コンタクトプローブ１１は、ビーム部２の延伸方向がプローブ基板１０の短辺に平行となるように配置されている。

また、プローブ基板１０には、プローブ基板１０をメイン基板２０に取り付ける際の位置合わせ用のマーク１３が形成されている。このマーク１３は、金属補強材１２上に形成されている。プローブ基板１０を貫通する複数の貫通電極４は、プローブ基板１０の長辺に平行な直線上に配列されている。

＜貫通電極の他の配置例＞
図５（ａ）及び（ｂ）は、図２のプローブ基板１０の他の構成例を示した図であり、図５（ａ）には、プローブ基板１０を針側から見た図が示され、図５（ｂ）には、裏側から見た図が示されている。このプローブ基板１０では、各貫通電極４が、互いに隣接する２つのコンタクトプローブ１１間で、ビーム部２の延伸方向の位置を異ならせて配置されている。

この例では、奇数番目の貫通電極４と、偶数番目の貫通電極４とが、それぞれプローブ基板１０の長辺に平行な２つの直線上に配列されている。この様に各貫通電極４をプローブ列に対して互い違いに配置させることにより、貫通電極４を形成するためのスペースを容易に確保することができるとともに、貫通電極４の存在によりプローブ基板１０の剛性が低下するのを抑制することができる。

＜プローブ基板の製造工程＞
図６及び図７は、図２のプローブ基板１０の製造工程の一例を示した断面図である。図６（ａ）〜（ｄ）には、貫通電極４、金属補強材１２及びベース部３の一部を形成する工程が示され、図７（ａ）〜（ｄ）には、ベース部３の他の部分、ビーム部２及びコンタクト部１を形成する工程が示されている。

図６（ａ）では、基材４０上に電気メッキ用の下地膜４１を形成する工程が示されている。基材４０は、絶縁性材料、例えば、セラミック又はシリコン（Ｓｉ）からなる基板である。下地膜４１は、例えば、銅からなるメッキ層であり、メッキ処理により成膜される。

図６（ｂ）では、図６（ａ）の下地膜４１の形成後の基材４０に対し、導電性金属からなるメッキ層４３を選択的に形成する工程が示されている。メッキ層４３は、貫通電極４を構成し、フォトリソグラフィ技術を利用して下地膜４１上に形成される。具体的には、下地膜４１上にフォトレジストを塗布することによりレジスト層４２を形成し、このレジスト層４２をパターニングした後、電気メッキにより、メッキ層４３が形成される。メッキ層４３は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）合金からなり、メッキ層４３の形成後、レジスト層４２は所定の剥離剤を用いて除去される。

図６（ｃ）では、図６（ｂ）のメッキ層４３の形成後の基材４０に対し、樹脂層４４を形成する工程が示されている。樹脂層４４は、絶縁性の樹脂部材、例えば、ポリイミド樹脂又はエポキシ樹脂からなり、樹脂部材を塗布して固化させた後、メッキ層４３が完全に露出するまで表面を研磨することにより形成される。なお、絶縁性の樹脂部材の膨張係数を下げる必要がある場合には、絶縁物からなる微細なフィラーを混入させる。

図６（ｄ）では、図６（ｃ）の樹脂層４４の形成後の基材４０に対し、導電性金属からなるメッキ層４６を選択的に形成する工程が示されている。樹脂層４４の形成後、表面が研磨処理された基材４０に対し、レジスト層４５を形成してパターニングした後、電気メッキにより、メッキ層４６が形成される。

メッキ層４６は、ベース部３の一部及び金属補強材１２を含む配線層を構成し、フォトリソグラフィ技術を利用してメッキ層４３及び樹脂層４４上に形成される。ベース部３の一部及び金属補強材１２は、レジスト層４５のパターニングにより同時に形成される。メッキ層４６は、例えば、ニッケル合金からなり、メッキ層４６の形成後、レジスト層４５は剥離剤を用いて除去される。

図７（ａ）では、図６（ｄ）のメッキ層４６の形成後の基材４０に対し、犠牲層４７を形成する工程が示されている。メッキ層４６が形成され、レジスト層４５が除去された基材４０に対し、ビーム部２を形成するための犠牲層４７が形成される。犠牲層４７は、導電性金属、例えば、銅からなるメッキ層であり、メッキ処理により形成される。犠牲層４７の形成後、メッキ層４６が完全に露出するまで表面が研磨される。

図７（ｂ）では、図７（ａ）の犠牲層４７の形成後の基材４０に対し、メッキ層４８，５０，５２、犠牲層４９，５１及び５３を形成する工程が示されている。犠牲層４７の形成後、表面が研磨処理された基材４０に対し、レジスト層を形成してパターニングした後、電気メッキにより、メッキ層４８が形成される。

メッキ層４８の形成後、犠牲層４９が形成され、メッキ層４８が完全に露出するまで表面が研磨される。メッキ層４８及び犠牲層４９を形成する処理手順を繰り返すことにより、メッキ層５０，５２、犠牲層５１及び５３が形成される。

図７（ｃ）では、図７（ｂ）の犠牲層５３の形成後の基材４０に対し、メッキ層５４〜５６を形成する工程が示されている。メッキ層５４〜５６は、レジスト層を形成してパターニングした後、電気メッキすることを繰り返すことにより形成される。メッキ層４８，５０，５２，５４及び５５は、ベース部３の他の部分及びビーム部２を構成し、例えば、ニッケル合金からなる。また、メッキ層５６は、コンタクト部１を構成し、メッキ層４６，４８，５０，５２，５４及び５５よりも硬くて耐摩耗性が高い金属、例えば、ロジウム又はパラジウムなどの貴金属からなる。

図７（ｄ）では、図７（ｃ）のメッキ層５６の形成後の基材４０から下地膜４１、犠牲層４７，４９，５１及び５３を除去することにより基材４０から分離し、ダイシングする工程が示されている。メッキ層５６の形成後の基材４０から下地膜４１、犠牲層４７，４９，５１及び５３を除去することにより、コンタクトプローブ１１及び金属補強材１２が固着された樹脂板が、基材４０から剥離する。この樹脂板をダイサーを用いて切断すれば、プローブ基板１０が完成する。ダイサーは、円盤状の回転刃を回転させて加工対象物を切削する切削装置である。

本実施の形態によれば、セラミック基板などに比べて安価な樹脂基板をプローブ基板１０として用いるので、製造コストを低減させることができる。その際、コンタクトプローブ１１が固着されるプローブ基板１０には、各コンタクトプローブ１１を取り囲むように金属補強材１２が配置されるので、プローブ基板１０の剛性を確保しつつ、製造コストを低減させることができる。また、絶縁樹脂からなる層に穴あけ加工をしなくて良いので、絶縁樹脂からなる主要部分を形成してから貫通電極４を形成する場合に比べて、製造コストを低減させることができる。

なお、本実施の形態では、プローブ基板１０がメイン基板２０に直接に固着される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、プローブ基板１０をＳＴ（スペーストランスフォーマ）基板やインターポーザ基板などのサブ基板に固着させ、サブ基板を介してメイン基板２０上に配設されるものであっても良い。

また、本実施の形態では、貫通電極４がベース部３と結合している場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、所定の抵抗値を得るために、貫通電極４及びベース部３よりも抵抗率が高い金属材料からなる配線層により貫通電極４及びベース部３を連結するような構成であっても良い。また、本実施の形態では、下地膜や犠牲層を除去することにより、樹脂板を基材４０から分離させてから樹脂板をダイシングする場合の例について説明したが、基材４０ごと樹脂板をダイシングした後に、下地膜や犠牲層を除去して樹脂板を基材４０から分離させても良い。
本発明は、例えば、以下のように構成される。
第１の本発明による電気的接続装置は、２以上のコンタクトプローブと、第１面に上記コンタクトプローブが固着され、上記コンタクトプローブと導通し、第１面から第２面に貫通する貫通電極が形成されたプローブ基板と、上記プローブ基板の第２面に対向させて配置され、上記貫通電極を当接させる端子電極が形成された配線基板とを備え、上記プローブ基板が、絶縁樹脂からなり、上記コンタクトプローブを取り囲むように配置された金属補強材を有するように構成される。この様な構成によれば、セラミック基板などに比べて安価な樹脂基板をプローブ基板として用いるので、製造コストを低減させることができる。その際、コンタクトプローブが固着されるプローブ基板には、コンタクトプローブを取り囲むように金属補強材が配置されるので、プローブ基板の剛性を確保しつつ、製造コストを低減させることができる。
第２の本発明による電気的接続装置は、上記構成に加え、上記金属補強材が、上記コンタクトプローブと同じ材質で形成されているように構成される。この様な構成によれば、金属補強材とコンタクトプローブとを同一工程によりプローブ基板上に形成することができるので、製造工程を簡素化することができる。
第３の本発明による電気的接続装置の製造方法は、基材上に貫通電極を形成するステップと、上記貫通電極の形成後の基材上に絶縁樹脂層を形成するステップと、上記絶縁樹脂層の形成後の基材上に、上記貫通電極と導通するコンタクトプローブ、及び、上記コンタクトプローブを取り囲む金属補強材を形成するステップと、上記コンタクトプローブ及び上記金属補強材の形成後、上記基材を除去し、上記貫通電極を当接させる端子電極が形成された配線基板に固着させるステップとからなるように構成される。この様な構成によれば、絶縁樹脂層に穴あけ加工をしなくて良いので、絶縁樹脂層を形成してから貫通電極を形成する場合に比べて、製造コストを低減させることができる。

１ コンタクト部
２ ビーム部
３ ベース部
４ 貫通電極
１０ プローブ基板
１１ コンタクトプローブ
１２ 金属補強材
１３ 位置合わせ用のマーク
２０ メイン基板
２１ 外部端子
２２ 端子電極
３０ 接着シート
１００ プローブカード

Claims (2)

1. 絶縁樹脂からなるプローブ基板と、
   上記プローブ基板の第１面に設けられた２以上のコンタクトプローブと、
   上記プローブ基板の第２面に対向させて配置された配線基板と、
   上記プローブ基板を補強するための補強材であって、上記プローブ基板の第１面に電気めっきにより形成された金属からなり、上記２以上のコンタクトプローブを取り囲むように配置された金属補強材とを備えたことを特徴とする電気的接続装置。
2. 上記金属補強材は、上記コンタクトプローブを構成するベース部の一部を形成する工程にて形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。

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