JP2004077183A

JP2004077183A - 電気回路検査用マイクロプローブの製造方法

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Publication number: JP2004077183A
Application number: JP2002234858A
Authority: JP
Inventors: Nawalage Florence Cooray; ナワラゲ　フローレンス　クーレイ
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-12
Also published as: JP4031961B2

Abstract

【課題】検査対象の配線基板表面とプローブ基板表面の平行度に拘わらず、配線基板の表面電極とプローブ基板のプローブピンとの良好な電気接触を確保し、微細なピッチに対応した電気回路検査用マイクロプローブの製造方法を提供する。
【解決手段】マイクロプローブの製造方法は、配線パターンが形成された基板上に樹脂材を塗布して乾燥させ、露光現像後、熱溶融させてドーム状の形状を有する樹脂層を形成する工程と、ドーム状の樹脂層を硬化させた基板上に金属めっきを行い、ドーム状の樹脂層を覆う金属シード層を形成する工程と、金属シード層上にレジストを形成し、露光現像後、選択的に金属厚付する工程と、レジストを剥離し、金属厚付した金属シード層をエッチングする工程と、ドーム状の樹脂層を除去してプローブピンを形成する工程とを有する。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細なピッチの電極パッドを有する半導体装置の電気的な検査に適用できる電気回路検査用マイクロプローブの製造方法に関するものである。
【従来の技術】
従来、半導体や半導体パッケージ基板の導通検査はそれらの端子が微細な場合、パッケージ基板を配線基板に搭載後、配線基板全体の導通状態を検査することによって行う。その配線基板の端子のピッチが１５０／１５０μｍレベル以上である場合、その電気回路検査用プローブは、一般に金属線（プローブピン）などで作製されたもので、プローブピンがプローブ基板に固定されている。
【０００２】
例えば、実開平５−１５４３０号公報には、プローブ基板に取付け部材を介して装着された多数のプローブピン（探針）を有し、各プローブピンを半導体ウェハに多数個一括して形成された半導体装置表面の電極パッドにそれぞれ接触させて半導体装置の電気的特性を測定するプローブカードが示されている。
【０００３】
また、特開平７−２１８５４３号公報には、配線基板の端子のピッチが１５０／１５０μｍレベル以下である場合にも、配線基板の導通検査が可能なマイクロプローブ付き配線基板検査用治具が示されている。この配線基板検査用治具の場合には、プローブピンのピッチを微細化するため、そのプローブ基板上に導通ビアを有する複数の配線層を形成し、その表面にパッドおよびパッド上に突起電極の形成を行っている。
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実開平５−１５４３０号公報記載のプローブカードの場合、プローブピンまたはプローブ基板を加工する際の限界から、プローブ基板の微細化には限界があり、従って、検査対象となる半導体装置の搭載基板の端子ピッチ微細化に対応することが困難であった。
【０００４】
また、特開平７−２１８５４３号公報記載の配線基板検査用治具の場合、突起電極形成に用いるレジストの厚さに制限があり、高さ２５μｍ以上の突起電極形成が困難であるため、突起電極（プローブ）のバネ効果が小さい。従って、半導体基板にプローブを完全に接触させて導通するためには、半導体基板とプローブ基板との間で非常に高い平行度が要求されるが、従来のハンドリング技術では半導体基板とプローブ基板との間で非常に高い平行度を確保することが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、検査対象の配線基板表面とプローブ基板表面の平行度に拘わらず、配線基板の電極とプローブ基板のプローブピンとの良好な電気接触を確保し、微細なピッチに対応した電気回路検査用マイクロプローブ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】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、微細なピッチを有する複数の電気回路検査用マイクロプローブを一括して基板上に形成するマイクロプローブの製造方法において、配線パターンが形成された基板上に樹脂材を塗布して乾燥させ、露光現像後、熱溶融させてドーム状の形状を有する樹脂層を形成する工程と、前記ドーム状の樹脂層を硬化させた前記基板上に金属めっきを行い、前記ドーム状の樹脂層上に金属シード層を成膜する工程と、前記金属シード層上にレジストを形成し、露光現像後、選択的に金属厚付する工程と、前記レジストを剥離し、前記金属厚付した金属シード層をエッチングする工程と、前記ドーム状の樹脂層を除去してプローブピンを形成する工程とを有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、請求項１記載のマイクロプローブの製造方法において、前記樹脂材が、露光、現像、パターニングが可能であり、スパッタリング法または無電解めっき法で該樹脂上に金属層を成膜可能であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、請求項１記載のマイクロプローブの製造方法において、前記金属シード層が、無電解めっき法またはスパッタリング法で形成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載した発明は、請求項１記載のマイクロプローブの製造方法において、前記レジストが、電着法またはスプレー法により形成することを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載した発明は、請求項１記載のマイクロプローブの製造方法において、金属めっきを行って前記樹脂上に成膜された前記金属シード層が，無電解めっき法または電解めっき法により厚付することを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載した発明は、請求項１記載のマイクロプローブの製造方法において、前記ドーム状の樹脂層を除去する工程が、３００℃以下の熱を用いる熱分解法、反応性イオンエッチング法、あるいは溶剤によるエッチング法を用いることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載した発明は、請求項１記載のマイクロプローブの製造方法において、前記樹脂材が、３００℃以下の熱に対し熱分解性を有する樹脂単体または樹脂混合物、あるいは反応性イオンエッチングに対し分解性または可溶性を有する樹脂単体または樹脂混合物を用いることを特徴とする。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１２】
本発明のマイクロプローブ製造方法は、プローブピンをハンダなどでプローブ基板に固定するのではなく、リソグラフィ法とめっき法を用いて、プローブ基板上にドーム状の形状を有する樹脂層を形成し、その樹脂層上に金属層を成膜した後、樹脂層を取り除くことにより、先端部が内方に湾曲した形状を有する複数のプローブピンを一括して形成することを特徴とする。
【００１３】
まず、図１、図２を参照しながら、本発明のマイクロプローブ製造方法の一実施態様を詳細に説明する。図１と図２は、本発明のマイクロプローブ製造方法の一実施態様を説明するための概略図である。
【００１４】
図１（ａ）に示したように、プローブ基板１には配線パターンが形成されている。このプローブ基板１の配線パターンは、微細なピッチで形成した複数の導電性ビア４と、各ビア４の一方の端部にそれぞれ接合させたパッド３とが含まれる。
【００１５】
図１（ｂ）に示したように、このプローブ基板１上に、犠牲樹脂層２の材料となる樹脂材２ａ（例えば、ＳＨＩＰＬＥＹ社製のＰｏｓｉｔｉｖｅ　Ｒｅｓｉｓｔ　ＳＪＲ−５７４０）をコーティングする。この実施態様では、スピンコート法を用いて、３００ｒｐｍ／５秒＋１０００ｒｐｍ／２０秒の条件で、プローブ基板１上に樹脂材２ａを塗布した。
【００１６】
ここで、樹脂材２ａは、上記実施態様で用いた樹脂に限定されるものではない。プローブ基板１に塗布した後、露光、現像、パターニングが可能な樹脂であり、スパッタリング法または無電解めっき法で該樹脂上に金属層を成膜可能な樹脂であればよい。
【００１７】
図１（ｃ）に示したように、樹脂材２ａは６０℃／２０分の条件で乾燥させ、マスクにより露光、現像して所望の樹脂パターンを形成する。その後、１２０℃／６時間＋２００℃／３時間の条件で加熱硬化させることにより、樹脂材２ａの形状が変化して、ドーム状の形状を有する犠牲樹脂層２がプローブ基板１上に形成される。
【００１８】
次に、図１（ｄ）に示したように、犠牲樹脂層２が形成されたプローブ基板１上にスパッタリングを行い、金属シード層５ａとして厚さ２０００Åのニッケル（Ｎｉ）層を成膜する。
【００１９】
ここで、金属シード層５ａの形成方法は、上記実施態様で用いたスパッタリング法に限定されるものではない。例えば、金属シード層５ａは、無電解めっき法を用いて犠牲樹脂層２が形成されたプローブ基板１上に形成してもよい。
【００２０】
次に、図２（ａ）に示したように、金属シード層５ａを形成した後、日本ペイント社製レジスト電着装置ＯＦＢ−４０を用いて、レジスト６を金属シード層５ａ上に成膜する。この実施態様では、電着法（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて直流電圧２５０Ｖ／４分の条件で厚さ２０μｍのレジスト６（例えば、ＰＥＰＲ２４００）を成膜した。レジスト６を塗布した後、水洗し、スピン乾燥（１０００ｒｐｍ／１分）を行い、さらに、１０５℃／１０分間の条件で半硬化させ、その後、露光（４００ｍＪ／ｃｍ^２）を行い、１％Ｎａ_２ＣＯ_３を用いて３５℃で現像を行うことによりレジスト６を形成した。
【００２１】
なお、図２（ａ′）は、レジスト６を形成した状態におけるプローブ装置の斜視図を示す。
【００２２】
ここで、レジスト６の形成方法は、上記実施態様で用いた電着法に限定されるものではない。例えば、レジスト６は、スプレー法を用いて金属シード層５ａ上に塗布し乾燥させることで形成してもよい。
【００２３】
さらに、図２（ｂ）に示したように、電解めっき法によりレジスト６上に金属層（Ｎｉ）を厚付けする。この実施態様では、電解めっき法を用いてニッケルを厚付して厚さ２０μｍの金属層５を形成し、レジスト６の除去を行った。このとき、１０％ＨＣｌを用い、金属層５の中央部（金属シード層）はエッチングされる。
【００２４】
ここで、金属層５の厚付方法は、上記実施形態で用いた電解めっき法に限定されるものではない。例えば、無電解めっき法を用いて金属層５を厚付してもよい。
【００２５】
最後に、図２（ｃ）に示したように、犠牲樹脂２を取り除くことにより、先端部が内方に湾曲した形状を有し、微細なピッチを有するプローブピン５を形成する。この実施態様では、硬化させた犠牲樹脂層２（ＳＪＲ−５７４０）をメチルピロリジノン（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｉｏｎｅ；ＮＭＰ）を用いて７０−９０℃で溶かし、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）を行って電極表面を粗化（アッシング）することで、先端部が内方に湾曲した形状を有するプローブピン５を形成した。
【００２６】
ここで、犠牲樹脂層２の除去方法は、上記実施形態で用いた反応性イオンエッチング法に限定されるものではない。例えば、３００℃以下の熱を用いる熱分解法、あるいは溶剤によるエッチング法を用いて犠牲樹脂層２を除去してもよい。
また、樹脂材２ａは、３００℃以下の熱に対し熱分解性を有する樹脂単体または樹脂混合物、あるいは反応性イオンエッチングに対し分解性または可溶性を有する樹脂単体または樹脂混合物を用いることができる。
【００２７】
図３は、図１及び図２の実施態様に対応するマイクロプローブ形成工程を説明するためのフロー図である。
【００２８】
図３に示したように、この実施態様のマイクロプローブ形成工程では、ステップＳ１１、Ｓ１２及びＳ１３において、配線パターンが形成されたプローブ基板１上に樹脂材２ａを塗布して乾燥させ、露光現像（パターニング）後、熱溶融（硬化）させて、ドーム状の形状を有する樹脂層２を形成する。図１（ｂ）、（ｃ）参照。
【００２９】
ステップＳ１４において、前記ドーム状の樹脂層２を硬化させたプローブ基板１上に金属めっきを行い、ドーム状の樹脂層２上に金属シード層５ａを成膜する。図１（ｄ）参照。
【００３０】
ステップＳ１５及びＳ１６において、金属シード層５ａ上にレジスト６を成膜し、露光現像後、選択的に金属厚付する（パターニング）。また、レジスト６を剥離し、金属厚付した金属層６の中央部（金属シード層）をエッチングする。図２（ｂ）参照。
【００３１】
ステップＳ１７において、ドーム状の樹脂層２を除去してプローブピン５を形成する。図２（ｃ）参照。
【００３２】
図４は、図１及び図２の実施態様で形成したマイクロプローブ装置１０のプローブピンを、検査対象の半導体装置を搭載した配線基板２０の電極端子２１に接触させた状態を示す。
【００３３】
図４に示したように、検査対象の半導体装置を搭載した配線基板２０には、所定のピッチで形成した複数のビア２４とそれぞれ接合させた電極端子２１が形成されている。
【００３４】
この実施態様のマイクロプローブ装置１０では、本発明に係る複数のプローブピン５を一括して形成することにより、先端部が内方に湾曲した形状を有するマイクロプローブ対がプローブ基板１上に複数個配置される。このマイクロプローブ装置１０を配線基板２０の電極端子２１に接触させた際に、各プローブピン５は弾性変形が可能であるため、ばね効果が高く、各電極端子２１と良好な電気接触を保つことができる。また、本発明のマイクロプローブ製造方法では、プローブピン５を半田付けなどで基板に固定するのではなく、リソグラフィ法とめっき法を利用してプローブピン５を形成するため、微細な端子ピッチを有する配線基板２０に対応させることができる。
【００３５】
図５は、本発明に係るマイクロプローブ製造方法の他の実施態様で形成したマイクロプローブ装置１０Ａのプローブピンを、検査対象の半導体装置を搭載した配線基板２０に接触させた状態を示す。また、図６は、図５の実施態様によるマイクロプローブ装置１０Ａのプローブピンの形状を示す。
【００３６】
図５のマイクロプローブ装置１０Ａは、図４のマイクロプローブ装置１０に対し、プローブ基板１に形成された配線パターンの構成が異なるのみであり、他の構成は、図４の対応する構成と同一である。
【００３７】
図４のマイクロプローブ装置１０では、プローブ基板１上の配線パターンが、微細なピッチで形成した複数の導電性ビア４と、各ビア４の一方の端部にそれぞれ接合させたパッド３とを含み、各パッド３が当該ビアの端部から同じ向きに配列させてある。複数のプローブピン５が、これら複数のパッド３上に形成される。
【００３８】
一方、図５のマイクロプローブ装置１０Ａでは、プローブ基板１上の配線パターンが、微細なピッチで形成した複数の導電性ビア４と、各ビア４の一方の端部にそれぞれ接合させたパッド３とを含み、各パッド３が当該ビアの端部から互いに向き合うように配列させてある。複数のプローブピン５が、これら複数のパッド３上に形成されている。図６に示したように、複数の対のプローブピン５が一括してプローブ基板１上に配置され、各対のプローブピン５は先端部が内方に湾曲した形状を有し、互いに向き合うように配列される。
【００３９】
図５から明らかなように、配線基板２０に形成されたビア２４のピッチより若干大きなピッチで、プローブ基板１の配線パターンのビア４を形成する場合に、図５の構成は適している。
【００４０】
（付記１）
微細なピッチを有する複数の電気回路検査用マイクロプローブを一括して基板上に形成するマイクロプローブの製造方法において、配線パターンが形成された基板上に樹脂材を塗布して乾燥させ、露光現像後、熱溶融させてドーム状の形状を有する樹脂層を形成する工程と、前記ドーム状の樹脂層を硬化させた前記基板上に金属めっきを行い、前記ドーム状の樹脂層上に金属シード層を成膜する工程と、前記金属シード層上にレジストを形成し、露光現像後、選択的に金属厚付する工程と、前記レジストを剥離し、前記金属厚付した金属シード層をエッチングする工程と、前記ドーム状の樹脂層を除去してプローブピンを形成する工程とを有することを特徴とするマイクロプローブの製造方法。
【００４１】
（付記２）
前記樹脂材は、露光、現像、パターニングが可能であり、スパッタリング法または無電解めっき法で該樹脂上に金属層を成膜可能であることを特徴とする付記１記載のマイクロプローブの製造方法。
【００４２】
（付記３）
前記金属シード層は、無電解めっき法またはスパッタリング法で形成することを特徴とする付記１記載のマイクロプローブの製造方法。
【００４３】
（付記４）
前記レジストは、電着法またはスプレー法により形成することを特徴とする付記１記載のマイクロプローブの製造方法。
【００４４】
（付記５）
金属めっきを行って前記樹脂上に成膜された前記金属シード層は，無電解めっき法または電解めっき法により厚付することを特徴とする付記１記載のマイクロプローブの製造方法。
【００４５】
（付記６）
前記ドーム状の樹脂層を除去する工程において、３００℃以下の熱を用いる熱分解法、反応性イオンエッチング法、あるいは溶剤によるエッチング法を用いることを特徴とする付記１記載のマイクロプローブの製造方法。
【００４６】
（付記７）
前記樹脂材は、３００℃以下の熱に対し熱分解性を有する樹脂単体または樹脂混合物、あるいは反応性イオンエッチングに対し分解性または可溶性を有する樹脂単体または樹脂混合物を用いることを特徴とする付記１記載のマイクロプローブの製造方法。
【００４７】
（付記８）
前記プローブピンを形成することにより、先端部が内方に湾曲した形状を有するマイクロプローブ対が前記基板上に複数個配置されることを特徴とする付記１記載のマイクロプローブの製造方法。
【００４８】
（付記９）
前記基板上の前記配線パターンは、微細なピッチで形成した複数の導電性ビアと、各ビアの一方の端部にそれぞれ接合させたパッドとを含み、各パッドが当該ビアの端部から同じ向きに配列させてあり、前記プローブピンが、前記複数のパッド上に形成されることを特徴とする付記１記載のマイクロプローブの製造方法。
【００４９】
（付記１０）
前記基板上の前記配線パターンは、微細なピッチで形成した複数の導電性ビアと、各ビアの一方の端部にそれぞれ接合させたパッドとを含み、各パッドが当該ビアの端部から互いに向き合うよう配列させてあり、前記プローブピンが、前記複数のパッド上に形成されることを特徴とする付記１記載のマイクロプローブの製造方法。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマイクロプローブの形成方法によれば、一括して基板上に多数のプローブピンを形成したものである。ピンピッチが微細化され、かつ先端部が内方に湾曲する形状となるよう形成されるため、バネ効果の高いプローブピンを提供することができる。検査対象の電気回路を搭載した半導体装置の、微細な端子ピッチを有する配線基板の電極に対し、プローブピンを接触不良なく、良好な電気接続が可能であり、信頼性の高い電気回路検査を行うことが可能である。また、配線基板の表面とプローブ基板表面との間で高い平行度を保つ必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロプローブ製造方法の一実施態様を説明するための概略図である。
【図２】図１の実施態様のマイクロプローブ製造方法を説明するための概略図である。
【図３】図１と図２の実施態様に対応するマイクロプローブ形成工程を説明するためのフロー図である。
【図４】図１と図２の実施態様にて形成したマイクロプローブ装置のプローブピンを、検査対象の半導体装置を搭載した配線基板に接触させた状態を示す図である。
【図５】本発明に係るマイクロプローブ製造方法の他の実施態様により形成したマイクロプローブ装置を、検査対象の半導体装置を搭載した配線基板に接触させた状態を示す図である。
【図６】図５の実施態様により形成されたマイクロプローブの形状を示す図である。
【符号の説明】
１　プローブ基板
２　犠牲樹脂層
２ａ　樹脂材
３　パッド
４　ビア
５　プローブピン
５ａ　金属シード層
６　レジスト
１０　マイクロプローブ装置
１０Ａ　マイクロプローブ装置
２０　配線基板
２１　電極端子
２４　ビア

Claims

微細なピッチを有する複数の電気回路検査用マイクロプローブを一括して基板上に形成するマイクロプローブの製造方法において、
配線パターンが形成された基板上に樹脂材を塗布して乾燥させ、露光現像後、熱溶融させてドーム状の形状を有する樹脂層を形成する工程と、
前記ドーム状の樹脂層を硬化させた前記基板上に金属めっきを行い、前記ドーム状の樹脂層上に金属シード層を成膜する工程と、
前記金属シード層上にレジストを形成し、露光現像後、選択的に金属厚付する工程と、
前記レジストを剥離し、前記金属厚付した金属シード層をエッチングする工程と、
前記ドーム状の樹脂層を除去してプローブピンを形成する工程と、
を有することを特徴とするマイクロプローブの製造方法。
前記樹脂材は、露光、現像、パターニングが可能であり、スパッタリング法または無電解めっき法で該樹脂上に金属層を成膜可能であることを特徴とする請求項１記載のマイクロプローブの製造方法。
前記金属シード層は、無電解めっき法またはスパッタリング法で形成されることを特徴とする請求項１記載のマイクロプローブの製造方法。
前記レジストは、電着法またはスプレー法により形成することを特徴とする請求項１記載のマイクロプローブの製造方法。
金属めっきを行って前記樹脂上に成膜された前記金属シード層は，無電解めっき法または電解めっき法により厚付することを特徴とする請求項１記載のマイクロプローブの製造方法。
前記ドーム状の樹脂層を除去する工程において、３００℃以下の熱を用いる熱分解法、反応性イオンエッチング法、あるいは溶剤によるエッチング法を用いることを特徴とする請求項１記載のマイクロプローブの製造方法。
前記樹脂材は、３００℃以下の熱に対し熱分解性を有する樹脂単体または樹脂混合物、あるいは反応性イオンエッチングに対し分解性または可溶性を有する樹脂単体または樹脂混合物を用いることを特徴とする請求項１記載のマイクロプローブの製造方法。