JP2005265720A - 電気接点構造及びその形成方法と素子検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のウエハ検査用プローブは、４０μｍ以下の微細ピッチであり、かつ、酸化膜を有する電極材料の場合、微細ピン径になるため接触時の圧力が非常に小さくなり、良好な接触が得られないこと、耐久性が不足するという問題点があった。
【解決手段】プローブピンの弾性を有する母材の半導体装置電極との接触面側にプローブピン先端から一定の領域に１層以上の貴金属層を有し、プローブピンとピッチ拡張配線層を備える基板の配線層上に１層以上の金属層を有し、プローブピンに形成する貴金属層と基板の配線層に形成する金属層は、同一材料又は異種材料ともに可能であり、弾性を有する材料を母材とするプローブピンの半導体装置電極との接触面側の表層部分が微細凹凸構造を有する電気接点構造により、４０μｍ以下の超微細ピッチで酸化膜を有する電極材料に対して、非常に高い接触信頼性と機械的耐久性を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）又は裸のＬＳＩ（ベアチップ）の電極（パッド若しくはバンプ）に接触する電気接点構造に関し、特に電極材料が酸化膜を有しかつ電極ピッチが狭いＬＳＩやベアチップの検査に適する検査プローブの電気接点構造及びその形成方法と素子検査方法に関する。

従来、検査対象である半導体装置の外部端子電極に検査基板のプローブを接触させて、半導体装置と検査基板間との電気的接触を得ることにより半導体装置の検査を実施している。プローブは、フレキシブル基板に支持された金属リード、リジット基板に支持された金属リード、シリコンウィスカにめっきを施したピン、金属ピンなどが用いられている。金属リード（ＴＡＢ）付きのメンブレンシート方式と、リジット基板に支持された金属リード方式と、シリコンウィスカを用いた方式とが、提案されている。これらについて説明する。

（１）金属リード（ＴＡＢ）付きのメンブレンシート方式
特許文献１〜４に記載されている。これらは、半導体装置の外部電極に対向した位置に金属リードを有するフレキシブル基板を用いた方式のプローブ構造である。代表例として、図１７に特許文献１のプローブカードの構造図を示す。フレキシブルなフィルム３０の片面に所望の検査回路パターン、プローブピン１が形成されており、このプローブピン１が半導体装置１０の外部電極と接触を行う構造である。

フレキシブル基板７が薄いから、単体では所望の接触力を得ることができないので、フレキシブル基板７の両面を支持するクランパ３２及び支持体３６を備えている。これにより、プローブピン１として所望の接触を得る構造を採っている。

（２）リジット基板に支持された金属リード方式
特許文献５〜７に記載されている。これらは、半導体装置の外部電極に対向した位置に金属リードを有するリジット基板を用いた方式のプローブ構造である。代表例として、図１８、１９に特許文献６，７のプローブユニット及びその製造方法の構造図を示す。図１８がプローブユニットの全体構造を示している。リジット基板（特許文献８の第４欄第４０〜４４行に基板材料としてガラス基板、合成樹脂板、セラミックス板、絶縁材料を積層したシリコン、金属板などが記載されている。）片面に所望のリード３と円弧状のプローブピン１又は円弧状の頂上部に突起３９が形成されており、このプローブピン１が半導体装置の外部電極と接触を行う構造である。

プローブピン自身が弾性を有しており、所定の弾性変形領域内の押し込み量、荷重でもって半導体装置の電極と接触を得る構造を採っている。

図１９は、半導体電極との接触部になるプローブピン先端の形状を示している。先端部分に尖塔状又はナイフエッジ状の突起部４１，４３，４５と突起部を支持する突起支持部４０，４２，４４から構成されている。

（３）シリコンウィスカを用いた方式
特許文献９〜１１に記載されている。代表例として、図２５に特許文献９のプローブピン及びそれを有するコンタクターの構造図を示す。これらは、シリコンの針状単結晶５３を成長させたものにＮｉ下地膜５４、Ａｕ膜５５、先端にＰｄ膜５６を形成した構造のプローブピン１を用いた方式のプローブ構造である。シリコン基板５２上にＡｕの種を配置し、ＶＬＳ成長させることによりシリコンの針状単結晶５３が形成できる。この表面に導電膜を設けた半導体計測用プローブであり、先端部のみを接点材料により被覆したプローブピン構造である。

（４）金属ピンを用いた方式
特許文献１２のプローブ装置は、図２６に示される。タングステン等の金属ピンを極細線に加工したワイヤープローブ針５７と水晶プローブ針６０を併用するプローブ構造であり、狭ピッチ化と低コスト化を兼ね備えた構造である。プリント基板３４に例えば、半導体装置１０の電極ピッチが広い（３００〜４００μｍピッチ）部分にタングステンよりなるワイヤープローブ針５７を設けると共に前記半導体装置１０の電極ピッチが狭い（４５〜６５μｍピッチ）部分は水晶プローブ針６０を用いる。水晶プローブ針６０は水晶板５８の先端部をエッチングしてその表面に金めっき処理することにより電極パターンを形成して構成される。水晶プローブ針６０を用いているため４０μｍピッチレベルの微細ピッチ対応が可能であり、かつ電極ピッチによりプローブを使い分けることにより、全面水晶プローブを使用した場合と比較して低コスト化を図ることができる。

特開平６−３３４００６号公報 特開平６−３３４００５号公報 特開平６−３３１６５５号公報 特開平６−３２４０８１号公報 特開２００２−２８６７５５号公報 特開２００２−２８６７５８号公報 特開２００３−１８５６７４号公報 特開２００３−１２１４６６号公報 特開平１０−０３８９１８号公報 特開２００２−２５７８５９号公報 特開平５−１９８６３６号公報 特開平６−１４０４８２号公報 特開２００３−２０７５２１号公報 特開２００３−３２２６６４号公報

特許文献１のプローブカードは、基材としてフィルム状のフレキシブル材料を用いた構成であるため、（１）フィルム基板製造プロセスの熱履歴により、４０μｍピッチ以下の微細ピッチの場合、金属リードピッチ方向の位置精度を所望の値（±１.０μｍ以下）に制御することが困難であること。（２）ウエハ状態で８０〜１００℃の高温検査を行う場合、半導体装置材料のシリコンの熱膨張係数（２〜３ｐｐｍ）に比較してフィルム材料の熱膨張係数（数十ｐｐｍ）が大きいため、金属リードと半導体装置の電極間で位置ずれが生じる。さらに、重要な課題としてプローブピンは弾性を有する金属材料である単一の材料で形成されており、半導体電極がアルミニウムや銅といった酸化膜を有する材料の場合に、（３）良好な接触特性を得ることが困難である。という問題点がある。

特許文献６のプローブユニット及びその製造方法は、基板材料としてガラス、合成樹脂板、セラミックス板、絶縁材料を積層したシリコン、金属板などを使用するため、合成樹脂板を除く材料は、比較的熱膨張係数がシリコンに近いため、製造時の熱履歴による精度劣化や高温テスト時の位置ずれの発生は、非常に小さく問題になるレベルではなく、特許文献１記載の（１）と（２）の問題点を解決している。

また、特許文献６記載の円弧状頂上部に形成する突起や、特許文献７記載の尖塔状又はナイフエッジ状の突起部も、半導体電極が酸化膜を有する材料の場合にあっても、この酸化膜を突き破る効果を有している。

しかしながら、酸化膜を突き破るためには、尖塔状又はナイフエッジ状の突起部は、一定レベル以下の曲率半径を有している必要がある。特に半導体電極のピッチが、４０μｍ以下の超微小ピッチになった場合、プローブピン自身がサイズ縮小されるため、プローブピンが塑性変形しないオーバードライブ量（電極に対するプローブの押し込み量：以下ＯＤ量と略す）が小さくなるため、接触部分に加えることのできる力が非常に微小になる。よって、（１）従来以上に微小曲率半径の制御すなわち製造技術が必要とされ、これを満足するプローブピンを製造する場合、大幅に製造コストが上昇する。さらに、（２）尖塔状又はナイフエッジ状の突起部を形成するためには、ナイフエッジ部分の端から一定のエリアが必要になり、最終形状として尖塔状又はナイフエッジ状の突起部を形成するエリアは、他の部分より、材料厚さが薄くなる。この薄厚部分に接触時点の応力が集中し、薄厚部分の根元で塑性変形が発生するという問題点を有していた。これらの問題点について具体例を挙げて説明する。図２０に２０μｍピッチのプローブピン先端のＳＥＭ写真を示す。また、このプローブピンを用いた場合の接触特性計測結果を図２１に示す。ＯＤ量５０μｍ以上で全ピン導通を得ることができるが、高抵抗箇所が存在していることがわかる。高抵抗箇所が発生した部分は、プローブピン先端が図２２に示すように丸みを帯びた形状４９を有している。従って、半導体電極表面で滑りが発生し、電極表面とプローブ間の接触部分に酸化膜が介在する状態となり、高抵抗が発生したことが十分推察できる。これを解決するためにはナイフエッジ状の突起部を低抵抗ヶ所４８と同レベルの先端半径０．３６μm以下に制御する必要がある。図２３に本プローブの先端部分近傍の観察写真と断面寸法を、図２４に本プローブを使用した場合の接触状態の写真を示す。図２３から明らかにわかるようにナイフエッジ状の部分と母材部分の間に薄厚部が存在し、この薄厚部の根元から変形が発生していることがわかる。最終的には、数回の接触によりこの部分から塑性変形が発生し、プローブピンの機能を損なうという問題が発生していた。本問題点もナイフエッジ状部を形成する前の工程を改善することにより、薄厚部の距離を短くすることはできるが、０にすることは製造上不可能である。また、薄厚部の距離を最短化した場合、製造コストの大幅な上昇を招くことが避けられない。

本実例により、特許文献６、特許文献７記載の前記２つの問題点を容易にかつ明確に理解することができる。

特許文献９は、半導体装置の外部電極との接触をシリコンの針状単結晶にめっきを施したピンで行う構造であるため、４０μｍピッチ以下に適合する径、例えば２０μｍピッチであればピン直径１０μｍ程度のピンを形成した場合、ピン成長させる前のＳｉメサへ金バンプを搭載する技術が飛躍的に困難になること、金属膜を付与したときの応力やピン形成後の先端トリミング工程によるダメージ発生により、（１）半導体装置の電極ピッチに対応した位置精度の確保が困難である。（２）ピン直径が、極細線になっているため、オーバードライブをかけた時にピン強度の不足により、ピンの破壊が発生する。また、導通を得るためにＳｉピンの全面に金属膜を形成し、さらに先端に金属膜を形成するため（３）コスト高になるという問題点が有る。

特許文献１２は、半導体装置の外部電極との接触を電極ピッチの大小に応じてタングステンのワイヤープローブピンと水晶プローブを併用する構造であり、電極ピッチの小さい部分、例えば、４０μｍピッチ以下の場合、ワイヤープローブピン径は、２０μｍ以下にする必要があるため、（１）製造が非常に困難である。仮に製造できたとしても精度良くピンを配列することが困難である。さらに、ピンの耐久性が不足するという問題点がある。水晶プローブも特許文献９のシリコンピンと同様に金属膜を付与した時の応力により（２）半導体装置の電極ピッチに対応した位置精度の確保が困難である。（３）ピン直径が、極細線になっているため、オーバードライブをかけた時にピン強度の不足により、ピンの破壊が発生する。さらに、水晶プローブを全面に使用した場合、（４）コスト高になるという問題点がある。さらに、特許文献９と共通する問題点として、ピン破壊が発生しないオーバードライブで使用した場合でも（５）実用レベルの耐久性を確保することができないという問題点がある。

そこで、本発明の目的は、狭ピッチかつ酸化皮膜を形成する材料の外部端子を備える半導体装置の検査に適する実用性のある検査プローブの電気接点構造とその形成方法及び検査方法を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するため、次の手段を採用する。

１．半導体装置１０の外部端子１１を構成する各々の電極配置に対応した位置に前記半導体装置の電極形成面に対して０〜９０°の角度で配置された弾性を有し、独立して形成されたプローブピン１と、前記プローブピンの配線層３が形成された基板２と、前記基板と半導体検査装置に装着する検査基板８の間に配線層と柔軟性を有する基板７を配置し、これらを支持するバックアップ基板９とを備える検査プローブ構造であって、前記プローブピンの前記半導体装置電極との接触面側に前記プローブピン先端から一定の領域に１層以上の貴金属層４を有し、前記プローブピンとピッチ拡張配線層を備える基板の配線層上に１層以上の金属層５を有し、前記プローブピンに形成する貴金属層と前記基板の配線層に形成する金属層は、同一材料又は異種材料のいずれかの材料であって、前記弾性を有する材料を母材とするプローブピンの半導体装置電極との接触面側の表層部分が微細凹凸６構造を有する電気接点構造。

２．プローブピン１と半導体装置１０の電極１１との接触を得る場合において、前記プローブピンが前記半導体装置の電極に接触し、所望の押し込みを与えた段階で、プローブピン又は半導体装置のいずれかに振動エネルギーを印加することにより、前記半導体装置の電極上酸化膜を除去し、前記プローブピンと前記半導体装置の電極間の電気接触を得る電気接点構造の素子検査方法。

明細書の記載から明らかなように、本発明は、次の効果を奏する。

１．本発明の電気接点構造によれば、プローブピンと半導体装置電極の良好な接触特性が得られる。

２．プローブピンの耐久性が向上する。

３．電気接点構造及びその形成方法と素子検査方法は、構成が簡素であり、また、操作が容易である。

４．電気接点構造及びその形成方法は、コストが安価である。

本発明の諸実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の電気接点構造の第一の実施形態を示す断面図と電気接点部分となるプローブ先端に形成した微細凹凸の外観ＳＥＭ写真とこれを適用した検査プローブの一例である。なお、検査プローブに関しては、特許文献１３と特願２００３−１０９８４３に詳細が開示されている。図１の下側に示すように本発明の実施例の電気接点構造を有するプローブ構造は、被検査物である半導体装置１０の外部端子電極１１に接触するプローブピン１と電極ピッチを拡張するための配線層３を有するセラミックス、ガラスセラミックス、ガラス、シリコンに絶縁材料をコーティングした材料等をベースとする基板２と前記基材を設置するバックアップ板９と検査基板８とポリイミドをベースとする柔軟性を有するＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）７とで構成されている。

プローブピン１及びピッチ拡張配線層３の構成は、図１の上側を用いて説明する。弾性を有する金属層（例えばニッケル、ニッケル/鉄合金、ニッケル/コバルト合金、ニッケル/マンガン合金）でプローブピン１とピッチ拡張配線層３部分を同時に電気めっきにより形成し、ピッチ拡張配線層３の上に重ねて固有抵抗値の低い金属層５（例えば、金/パラジウム合金）を電気めっき又はスパッタ法により形成する。

この後、図１３、１４に示す金属層形成２の工程の後に図１２に示す微細金属粒子を有するラッピングシート（研磨紙）、適正な空孔率を有するセラミック基板や適正な凹凸を事前に形成したシリコン基板に、プローブピン１の先端を押し付け加圧する、又は加圧した状態で前後、左右、斜め方向に移動することにより、微細凹凸６を形成する。

なお、この微細凹凸を形成する工程は、後述の製造方法で詳述するが、図１３、図１４に示すレジスト除去工程後、図１４に示す定盤から取り外し後、図１３、１４に示す検査基板取り付け後のいずれの段階でも形成可能である。

微細凹凸の形成領域は、例えばコンタクト対象が、２０μｍピッチ、電極サイズ１２μｍであり、検査プローブの接触角度１５°、ＯＤ量７０μｍとした場合、プローブピン１の長手方向は、スクラブ量（電極に対するプローブの移動量：１４μｍ）と電極サイズ（１２μｍ）とプローブピン１の長手方向位置公差（±５μｍ）と半導体装置１０の電極１１の位置公差（±１μｍ）を合算した長さ、すなわち３８μｍ以上必要になる。幅方向はプローブピン１の幅と同等であることが好ましい。

長手方向に必要な長さについて各々説明を加える。図９に接触点とＯＤ量７０μｍの半導体装置１０の電極１１とプローブピン１の状態を側面から観察した図を示す。図からわかるようにスクラブ量は、電極１１にプローブピン１が接触してから電極上をプローブピン１が擦りながら移動する量である。電極サイズは、ＯＤ終了時（検査時点）にプローブピン１と接触する部分である。プローブピン１の長手方向位置と電極位置各々の公差は、電極１１とプローブピン１の初期の位置関係を維持するために考慮する必要がある。もちろん、プローブピン１の長手方向の位置精度を考慮して、最初から電極の半分程度（６μｍ）プローブピン１を突出させておくことも可能である。

検査プローブの接触角度は、０〜９０°の範囲で可能である。

微細凹凸６を上記のエリアに形成した後、この部分に貴金属層４をめっき又はスパッタ法により形成する。ピッチ拡張配線層３上への低抵抗金属層５は、微細凹凸６形成前、微細凹凸６形成後のいずれの段階においても形成可能である。また、プローブピン先端の微細凹凸６部分の貴金属層４とピッチ拡張層３に形成される低抵抗金属層５は、同一材料であってもよく、異種材料であってもよい。例えば、ピッチ拡張配線層３上の低抵抗金属層５に純金（９９.９９％金）を形成し、微細凹凸６上に金合金を形成することも可能であり、微細凹凸６上とピッチ拡張配線層３上の両者に金合金を形成することも可能である。

当然ながら、同一材料で形成する場合は、図１に示すように貴金属層４と低抵抗金属層５を同時に形成できるため、工程を省略することができる。異種材料で構成する場合は、図２に示すように貴金属層４形成エリアと低抵抗金属層５形成エリアを分割することも可能であるし、この方が製造上容易であると考えられる。

微細凹凸６上への貴金属層の厚さは、凹凸形状が引き継がれ消滅しないレベルで形成する必要があり、０．０５〜３μｍの間で形成することが好ましい。図４に図１に示した電気接点構造の微細凹凸寸法を測定した結果を示す。測定は、非接触の３次元レーザ測定機を用いて□の枠内エリアをＸ，Ｙ方向ともに０．１μｍステップで走査させて実施した。８４点の抜き取りであるが、０．０１〜０．６７μｍの微細凹凸を有していることがわかる。図５に２０μｍピッチ用のプローブ先端に形成した微細凹凸の測定結果を示す。０．０４〜０．６２μmの微細凹凸を有していることがわかる。このように、今回の測定で用いた電解めっき後にＣＭＰ加工した銅電極の場合は、酸化膜厚が４６Åであり、この場合は、１μm以下の凹凸サイズが適正である。当然ながら、電極に形成される酸化膜の厚さ、性質により微細凹凸の寸法適正値は変わるが、目安として酸化膜厚さの１０倍の微細凹凸が適正と考えられる。

微細凹凸形状は、図３に示すようにスクラブ方向と同一方向に形成するタイプ、スクラブ方向と垂直方向に形成するタイプ、両者を垂直方向に組合せ碁盤目状に形成するタイプ、斜め方向に組合せやすり目状に形成するタイプとランダムに形成するタイプ等の様々な形を採る事が可能である。半導体電極と本発明の電気接点部がコンタクトした後の、電極の屑発生を考慮すると、スクラブ方向と同一方向に形成するタイプが、最も好ましいと考えられる。

次にプローブピン先端の電気接点部分を微細凹凸６とし貴金属層４をコーティングすることと半導体電極清浄化処理の有効性について実験結果を用いて説明する。

最初に、プロービングのメカニズムについて図８のプロービングの模式図を用いて説明する。図８の左側は、コンタクト対象を金属突起電極１１とした場合のプロービング前後の側面図と上面図、右側は斜視図である。プローブピン１はＯＤ量（押し込み）をかけることにより、ピン自身が弾性変形し金属突起電極１１上にスクラブが発生し電気接触を得ることができる。

このようなメカニズムで接触を得るプローブ構造において、半導体装置電極材料が酸化膜を有する銅を用いた場合のＯＤ量に対する接触抵抗値の測定結果を図２７に示す。図左側が、従来技術の電気接点（プローブピンの母材材料でフラット形状）を用いたときの測定結果である。ＯＤ量６０μｍ以上で導通を得ることはできるが、抵抗値の絶対値は１０〜４０Ωであり、ばらつきが大きく不安定な接触状態になっていることが明らかである。図中央は、本発明の微細凹凸をプローブピン１の母材上に形成したプローブの接触抵抗値の測定結果である。ＯＤ量４０μｍ以上で導通を得ることができ、１Ω以下の安定した接触が得られている。図右側は、本発明の微細凹凸構造と半導体電極の清浄化処理を実施した場合の実験結果であり、使用したプローブは先述の母材上に微細凹凸を形成したものである。ＯＤ量２０μｍ以上で導通が得られ、ＯＤ量６０μｍ以上で０．４Ωの安定した接触性を示している。図２８に本発明の電気接点構造（プローブピン母材上に微細凹凸形成し、金合金めっきを形成）を有するプローブを用い、半導体電極の清浄化処理条件を適正化した場合の実験結果を示す。ＯＤ量２０μｍ以上で０．３Ωの非常に良好な安定した接触を実現していることがわかる。なお、清浄化処理条件に関しては、検査方法の項目で後述する。

以上の実験結果が示すようにプローブピン先端部分に適正な微細凹凸形状を形成し、この部分に１層以上の貴金属層を配置した電気接点構造を有するプローブにより、１Ω以下の安定した接触性が得られ、更に半導体電極を清浄化することにより、ＯＤ量２０μｍ以上で０．３Ωという非常に良好な接触特性を実現できる。従って、プローブピン先端部分へ微細凹凸、貴金属層形成した電気接点構造を有するプローブと半導体電極清浄化を実施し、組合せることにより非常に大きい効果を得ることができる。

図６は、本発明の電気接点構造を適用した検査プローブ構造の第２例である。本プローブ構造も特許文献１４に詳細が開示されている。実施例１の場合、図１に示す構造体に組み上げるときに４枚の基板の位置を高精度に合わせる必要があることや、バックアップ板９に非常に高い精度が必要となる。そこで、本実施例２に示す構造を採ることにより、更に接触信頼性を向上させるとともに、実施例１の構造体組立て容易化を図ることができる。また、バックアップ板９の精度緩和も可能になり、低コスト化を図ることができるものである。当然ながらプローブピン１先端部分と低抵抗金属層５の構造は、実施例１と同様の構成である。

実施例１との構成の違いは、特許文献１４に詳細が開示されているので、ここでは簡単に説明する。ペリフェラル配置のプローブピン１を有する基板２を一括製造し、この基板２を１００μｍ程度まで薄化処理し、その外周部にサポート基板１３を接着材１２で貼り付け、これを検査基板８に取り付ける。検査基板８中央部分には、凸形状の支持体９が取り付けられており、この端面で支持する。この支持点とプローブ基板２の曲げ起点により、半導体装置１０の電極１１に対するプローブピン１の角度を所望の値が得られるように調整できる構成である。実施例１と異なり、四辺に一括でプローブピン１を形成し、これを検査基板８へ装着するため、組立て後のプローブピン１の位置精度を高めることが可能であること、プローブピン１に損傷が生じた場合、プローブ基板２ごと交換できリペア性に優れる等のメリットを有している。

このプローブ構造に本発明の電気接点構造と半導体装置電極の清浄化処理を適用することにより、酸化膜を有する電極材料（例えば、アルミニウム、銅、アルミニウム／シリコン／銅合金等）でペリフェラル配置の超微細ピッチ電極に対して、さらに優れた接触性能を確保することができる。

図７は、本発明の実施例の電気接点構造を適用した検査プローブ構造の第３例である。本プローブ構造も特許文献６に類似構造が開示されている。しかし、本構造は、実施例２で示したプローブ構造を改良したものであり、特許文献６とは異なる。すなわち、ピッチ拡張配線層を有する基板２のピッチ拡張した最外周部分に貫通電極孔をレーザを用いて所望の形状（２５０μmピッチの場合、φ１００〜１５０μm程度の孔を形成する。その後、金属をスパッタ、電解又は無電解めっき法により充填する。この貫通電極１６裏面にバンプ１７を形成し、このバンプ１７を検査基板の接続パッドと接続する。又は、異方性導電シートを挟み込み、上部から一定の圧力で保持できる機構を設ける。本構造は、短距離配線が可能であるため、高周波領域における信号伝送特性に有利であることや、ＦＰＣ７が不要になるため、製造コストの低減を図ることができるというメリットを有する。

（微細凹凸形成方法と形成段階について）
次に図１〜５に示す本発明の電気接点構造の製造方法について図１０〜１４を参照して詳細に説明する。

本発明の電気接点構造の製造方法は、２種類存在する。第一の方法は、図１０に示すようにプローブピン母材が形成された状態にあるものを吸着ステージ１８に搭載し、図１２に示す表面に凹凸を有する材料２０，２１，２２をコレット１９に吸着した状態で、加圧することにより２０，２１，２２の凹凸をプローブピン１先端の所望のエリアに転写する方式である。もちろん、加圧した後に前後、左右、斜め方向にコレット１９を移動して形成することも可能である。

次に、この工程をプローブ製造工程のどの段階で実施するかについて説明する。図１３に一連の製造工程を示しており、これを簡単に説明する。基板２に座ぐり２３を形成し、座ぐり２３部に銅の犠牲層を電気めっきにより充填し、スパッタによりシード層を形成し、レジスト塗布、パターン形成を行う。この後、電気めっきによりプローブピン１の母材を形成し、基板２の配線層部分に低抵抗金属層５を電解又は無電解めっき、スパッタにより形成する。そして、ウエットエッチでレジスト除去、犠牲生除去を行い、外形カットする。この段階で一辺にプローブピン１を有する一つのユニットが完成する。このユニットにＦＰＣ７接続を行った状態で、四個のユニットを検査基板８に取り付けて全工程が完了する。

この工程中で、プローブピン母材表面が露出しており、かつ犠牲層が存在している段階、すなわち、金属層形成、金属層形成２、レジスト除去後に実施することが最適である。図６のプローブ構造の製造工程（図１４）におけるプローブピン先端への微細凹凸転写工程を追加する段階も、先述の図１３と同様プローブピン母材表面が露出しており、かつ犠牲層が存在している段階と考えれば、金属層形成、金属層形成２、レジスト除去後に実施することが最適である。さらに、本プローブ構造では、基材裏面薄化処理、定盤から取り外した後の段階も好適である。

第二の形成方法は、プローブカード構造が完成した段階で微細凹凸を形成するという方式である。これについて、図１１を用いて説明する。プローブカード完成後に図１２に示す表面に微細凹凸を有する材料を吸着ステージ１８に固定した状態で、図１１右に示すようにプローブピンと接触させ一定のオーバードライブ（押し込み）をかける。この状態で吸着ステージ１８を前後、左右、斜め方向に往復移動することにより、機械的に微細凹凸を形成する。例えば、図１２Ａ）に示すラッピングシートの＃２０００を吸着ステージ１８に固定し、２０μmピッチプローブに７０μmのオーバードライブを負荷した状態で、３００μmの移動量でプローブピンの長手方向に５０回往復することにより、図５に示す微細凹凸の形成が可能である。なお、微細凹凸形成後の貴金属層形成は、プローブ母材表面の酸化防止効果があるため、無電解若しくは電解めっき、又はスパッタ法により１層以上、０．０１μm以上の厚さで形成する。

（検査方法について）
次に、図１５，１６を用いて本発明の素子検査方法について説明する。図１５は本発明の素子検査方法を具体的にフローチャートで示した４つの例である。図１６は、本発明の電気接点構造を適用した実施例２で示した検査プローブを用いた場合の振動エネルギーを印加する手法の断面図である。

図１５を用いて４例を各々説明する。Ａ（図左上）は本発明の電気接点構造を有するプローブを単純に用いる場合のフローである。事前に本発明の電気接点を形成したプローブを検査装置（プローバ）に装着しておき、半導体装置電極にプロービングして電気検査を実施し、終了後にプローブを半導体装置の電極から離すというフローである。Ｂ（図左下）は、半導体装置の電極を予め清浄化処理した後に、本発明の電気接点構造を有するプローブでコンタクトして電気検査を実施するフローである。この時の表面清浄化手法の一例として、硫酸過水を用いることが考えられる。例えば、９６％の濃度の硫酸と３０〜３５．５％濃度の過酸化水素水と純水を１：１：１００の体積比で混合した液に常温状態で５分浸漬した後に、純水で表面を洗浄してドライエアー又は窒素ガスによりブローする。体積比は、１：１：１００〜１０００の範囲で可能である。この方式は、硫酸に酸化力の有る過酸化水素を加えることにより、安定した金属である銅を酸化膜と同時に薄皮１枚溶かすという原理である。式（１）〜（４）に各々の工程で起こる化学反応式を示す。

過酸化水素の酸化力・・・H2O2→H2O+(O)・・・・・・・式（１）
銅を酸化する・・・Cu+(O)→CuO・・・・・・・・・・・式（２）
中和反応・・・CuO+H2SO4→CuSO4+H2O・・・・・・・・式（３）
CuO+H2SO4 +H2O2 →CuSO4+2H2O・・・・・・・・・・・式（４）
Ｃ（図右上）は、振動エネルギーを印加する場合のフローである。図１６に示すように振動エネルギの発生装置を組み込んだ半導体の検査装置（プローバ）を用い、本発明の電気接点構造を有するプローブを半導体装置電極にプロービングさせた後、左右、前後、斜め方向いずれかの振動を半導体装置に伝播させることにより、半導体装置電極を左右、前後、斜め方向に振動させ、本発明の微細凹凸で酸化皮膜を破壊するというメカニズムである。プローブピンの配列と電極形状を考慮すると、斜め方向に動作させることが最適である。Ｄ（図右下）は、予め半導体電極の清浄化を行い、本構造の電気接点構造を有するプローブを用いてコンタクトした後に、振動エネルギを印加するフローである。

半導体装置の電極ピッチが、２０μmレベルであれば、Ｂのフローで良好な接触を実現できると考えられるが、２０μmピッチ以下の更なる微細ピッチ領域において、有効な手段となり得る。

硫酸過水処理時間の影響の確認データを図２９に示す。硫酸過水処理は１〜１０分、純水洗浄は５秒〜３分が、それぞれ適切であることを実験により確認した。

本発明の実施例１（電気接点構造）とこれを適用した検査プローブ構造例１である。 本発明の実施例２のプローブ先端構造及び配線層の構成である。 本発明の電気接点構造（微細凹凸の形状）である。 本発明の電気接点部の微細凹凸（例１）である。 本発明の電気接点部の微細凹凸（例２）である。 本発明を適用した検査プローブ構造例２である。 本発明を適用した検査プローブ構造例３である。 本発明のプロービング模式図である。 本発明のプロービング時のスクラブ量である。 本発明の電気接点形成方法その１である。 本発明の電気接点形成方法その２である。 本発明の電気接点形成に使用する材料である。 本発明を適用した第１例のプローブ製造方法と微細凹凸形成段階である。 本発明を適用した第２例のプローブ製造方法と微細凹凸形成段階である。 本発明の検査方法フロー図である。 本発明の検査方法実施例である。 従来技術の第１例である。 従来技術の第２例の１である。 従来技術の第２例の２である。 従来技術の第２例の具体例である。 従来技術の第２例の具体例の基本性能計測結果である。 従来技術の第２例の具体例の接触後の状態観察図である。 従来技術の第２例の具体例のプローブピン先端部外観図である。 従来技術の第２例の具体例のプロービング状態である。 従来技術の第３例である。 従来技術の第４例である。 従来技術と本発明の接触特性計測結果のグラフである。 従来技術と本発明の接触特性計測結果のグラフである。 本発明の硫酸過水処理時間の影響を確認したグラフである。

符号の説明

１ プローブピン
２ 基板
３ ピッチ拡張配線層
４ 貴金属層
５ 金属層
６ 微細凹凸
７ ＦＰＣ
８ 検査基板
９ バックアップ板
１０ 半導体装置
１１ 外部端子電極
１２ 接着層
１３ サポート基板
１４ 貫通孔
１５ 支持板
１６ 貫通電極
１７ バンプ
１８ 吸着ステージ
１９ コレット
２０ ラッピングシート（研磨紙）
２１ アルミナセラミックス
２２ シリコン加工基板
２３ 座ぐり
２４ 犠牲層
２５ シード層
２６ レジスト
２７ ワックス
２８ 定盤
２９ 振動エネルギ発生装置
３０ フィルム
３１ 絶縁シート
３２ クランパ
３３ ボルト
３４ プリント基板
３５ 補強プレート
３６ 支持体
３７ 金属
３８ 導通孔
３９ 突起
４０、４２、４４ 突起支持部
４１、４３、４５ 突起部
４６ ナイフエッジ部
４７ 薄厚部
４８ 低抵抗箇所のプローブピン先端
４９ 高抵抗箇所のプローブピン先端
５０ 半導体装置電極上のスクラブマーク（低抵抗箇所）
５１ 半導体装置電極上のスクラブマーク（高抵抗箇所）
５２ シリコン基板
５３ 針状単結晶
５４ Ｎｉ下地膜
５５ Ａｕ膜
５６ Ｐｄ膜
５７ ワイヤープローブ針
５８ 水晶板
５９覗き窓
６０ 水晶プローブ針
６１ コンタクトピン
６２ Ｙ軸調整部

Claims (19)

1. 半導体装置の外部端子を構成する各々の電極配置に対応した位置に前記半導体装置の電極形成面に対して０〜９０°の角度で配置された弾性を有し、独立して
   形成されたプローブピンと、前記プローブピンの配線層が形成された基板と、前記基板と半導体検査装置に装着する検査基板の間に配線層と柔軟性を有する基板を配置し、これらを支持するバックアップ基板とを備える検査プローブ構造であって、前記プローブピンの前記半導体装置電極との接触面側に前記プローブピン先端から一定の領域に１層以上の貴金属層を有し、前記プローブピンとピッチ拡張配線層を備える基板の配線層上に１層以上の金属層を有し、前記プローブピンに形成する貴金属層と前記基板の配線層に形成する金属層は、同一材料又は異種材料のいずれかの材料であって、前記弾性を有する材料を母材とするプローブピンの半導体装置電極との接触面側の表層部分が微細凹凸構造を有することを特徴とする電気接点構造。
2. 前記プローブピンの半導体装置電極との接触面の微細凹凸構造を有する部分の形成エリアが、幅方向はプローブピン幅と同じ幅以下とし、長さ方向はプローブピンが半導体装置の電極と接触してからの移動量とプローブピンの長手方向の位置公差、電極の位置公差を考慮した長さを加えた寸法以上としたことを特徴とする請求項１記載の電気接点構造。
3. 前記微細凹凸構造を有する部分の形成エリアのみに貴金属層を形成することを特徴とする請求項２記載の電気接点構造。
4. 前記エリアに形成したプローブピンの半導体装置電極との接触面の微細凹凸形状が、前記プローブピンの移動方向と同一方向のみに形成されているか、前記プローブピンの移動方向と垂直方向のみに形成されているか、碁盤目形状、やすりの目形状又はランダムな形状に形成されているかの形状を取り得ることを特徴とする請求項２又は３記載の電気接点構造。
5. 前記プローブピンの半導体装置電極との接触面の微細凹凸構造が、表面粗さ１μｍ以下の微小凹凸であることを特徴とする請求項２記載の電気接点構造。
6. 前記プローブピンと前記プローブピンの配線層が形成された基板が薄化処理され、外周部に支持基板を有し、検査基板に装着することにより半導体装置電極と０〜４５°の角度が形成される検査プローブ構造であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の電気接点構造。
7. 前記プローブピンと前記プローブピンの配線層が形成された基板が薄化処理され、前記配線層の外周部に貫通電極と裏面側に前記検査用基板との接続用のバンプとを備え、前記プローブピンのピッチ拡張変換を目的とした配線層を形成した基板から検査用基板間のピッチ拡張を目的とした配線層を有し、柔軟性を有する基板を不要とした検査プローブ構造であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の電気接点構造。
8. 前記プローブピンの半導体装置電極との接触面の微細凹凸を所望の凹凸を有するラッピングシートを用いて機械的に削る方法、適正な空孔率を有する燒結済みのセラミック基板を用いて前記セラミック基板にプローブピン先端を押し当て加圧することにより凹凸を転写する方法、又はシリコン基板をエッチングすることにより所望の凹凸を事前に形成し、これにプローブピン先端を押し当て加圧することにより凹凸を転写する方法のいずれかにより、微細凹凸を形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の電気接点構造の形成方法。
9. 前記プローブピンの半導体装置電極との接触面の微細凹凸を前記基板上にプローブピン母材を形成した段階、又は前記基板所望の厚さに薄化処理した段階のいずれかの製造段階において、プローブピン先端に微細凹凸を形成することを特徴とする請求項８記載の電気接点構造の形成方法。
10. 検査プローブ構造が完成した段階において、前記ラッピングシート、セラミック基板、シリコン基板に前記プーブピンを接触させ、所定のスクラブ量を与えた状態で前記プローブピン又は前記ラッピングシート、セラミック基板、シリコン基板のどちらかを固定した状態で、固定していない側を前後、左右、斜めいずれかの方向に往復運動することにより、プローブピン先端に微細凹凸を形成することを特徴とする請求項８記載の電気接点構造の形成方法。
11. プローブピンと半導体装置の電極との接触を得る場合において、前記プローブピンが前記半導体装置の電極に接触し、所望の押し込みを与えた段階で、プローブピン又は半導体装置のいずれかに振動エネルギーを印加することにより、前記半導体装置の電極上酸化膜を除去し、前記プローブピンと前記半導体装置の電極間の電気接触を得ることを特徴とする電気接点構造の素子検査方法。
12. 振動エネルギーの印加方向が前記プローブピンに対して０，４５，９０°のいずれかであることを特徴とする請求項１１記載の電気接点構造の素子検査方法。
13. 請求項１１又は１２記載の電気接点構造の素子検査方法において、検査プローブを用い、半導体装置側に振動エネルギーを印加することを特徴とする電気接点構造の素子検査方法。
14. 振動エネルギーが超音波振動であることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項記載の電気接点構造の素子検査方法。
15. 前記プローブピン先端に微細凹凸を有する検査プローブを用いて半導体装置の電極との接触を得る場合において、前記半導体装置の電極部を予め清浄化しておくことを特徴とする請求項１１記載の電気接点構造の素子検査方法。
16. 前記半導体装置の電極の清浄化方法として硫酸過水処理を酸化膜除去に要する時間施した後、純水洗浄処理とドライエアー又は窒素ガスブローを施したことを特徴とする請求項１５記載の電気接点構造の素子検査方法。
17. 前記硫酸過水の組成が、硫酸：過酸化水素水：水＝1：1：100〜1000の体積比であることを特徴とする請求項１６記載の電気接点構造の素子検査方法。
18. 前記硫酸過水処理と純水洗浄時間が各々１〜１０分と５秒〜３分であることを特徴とする請求項１７記載の電気接点構造の素子検査方法。
19. 前記半導体装置の電極を清浄化処理することを特徴とする請求項１１記載の電気接点構造の素子検査方法。