JP2006300617A - プローブおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 強度を維持して接触子を小さくすることで、狭いピッチで配列された電極パッドに確実に接触できるプローブおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 梁部11は支持部12と柱部13とでL字状の屈曲した平面形状に形成されており、柱部13の一端に、柱部13の延びる方向と同一方向に延びるように接触子14が設けられてプローブ10が構成されている。支持部12と柱部13はともに例えば約70〜80μmのほぼ均一な厚みのニッケルあるいはニッケル合金で形成されており、接触子14は梁部11に比べて薄い板状で、約10〜20μmのほぼ均一な厚みのニッケルあるいはニッケル合金で形成されている。接触子14は先端部を尖らせて形成されている。
【選択図】 図1

Description

この発明はプローブおよびその製造方法に関し、例えば、半導体ウエハの電気的特性検査を行う際に用いられるプローブおよびその製造方法に関する。
例えば、半導体ウエハに多数形成されたメモリ回路やロジック回路などのICチップの電気的特性検査を行うために、コンタクタとして例えば、特開2000−055936号公報(特許文献1)に記載されているようなプローブカードが用いられている。このプローブカードは、検査時にウエハの電極パッドと接触したときに、試験装置であるテスタとICチップ間で検査信号の授受を中継する役割を果たしている。
このプローブカードは、例えばICチップ上に形成された複数の電極パッドに対応した複数のプローブ針を有し、各プローブ針と各電極パッドとをそれぞれ電気的に接触させてICチップの検査を行うようにしている。プローブ針は、電極パッドに接触する頂部と、弾性部材とからなるカンチレバーを含む。
図10はプローブ針の製造プロセスを示す図であり、図11は図10の製造プロセスで形成されたプローブ針の外観斜視図である。図10および図11を参照して、従来のプローブ針について説明する。
図10(A)に示すシリコン基板1の表面に、図10(B)に示すようにシリコン酸化膜2を形成した後、その表面にレジスト膜3を形成する。図示しないフォトマスクを介して露光した後、レジスト膜3を現像処理し、レジスト膜3に四角形の開口溝4を形成する。開口溝4の部分のシリコン酸化膜2を除去した後、シリコン基板1に異方性ウェットエッチングを施し、図10(C)に示すように逆四角錐台状の溝5を形成した後、図10(D)に示すようにレジスト膜3とシリコン酸化膜2を除去する。
さらに、図10(E)に示すようにシリコン基板1の表面全体にメッキの種となるチタン膜6を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術によって、カンチレバー8に相当する部分および溝5に相当する部分を除いて図10(F)に示す犠牲層7を形成し、図10(G)に示すように犠牲層7部分を除いてカンチレバー8に相当する部分と溝5に例えばニッケル合金をメッキすることで堆積し、図10(H)に示すように犠牲層7を除去して、プローブ針の頂部である逆四角錐台9とカンチレバー8とを形成する。
図10(A)〜(H)に示す製造工程で形成されたプローブは、図11に示すようにカンチレバー8部分は直方体の形状であり、長さLが200〜500μm、幅Wが60〜150μm、厚さTが10〜20μmの大きさであり、逆四角錐台9である頂部は高さHが50〜100μmであり、先端の平面部分の幅Wtは10±2μmほどの大きさとなる。
特開2000−055936号公報
ところで、最近ではICチップの集積度が高まってきており、電極パッドの数も増加するとともに電極パッドの配列ピッチも益々狭くなってきている。このため、プローブ針も幅を狭くしなければ、隣接する電極パッドに接触してしまい、電極パッドのピッチに対応しなくなってきている。しかしながら、図11に示したプローブ針の頂部となる逆四角錐台9は、その幅を小さくしようとすると、その高さが低くなってしまう。
すなわち、逆四角錐台9は、図10(C)に示すように溝5が異方性ウェットエッチングで形成されるために、溝5の径を小さくすれば、溝5の深さが浅くなってしまい、溝5の深さを深くした場合には、径を大きくせざるを得ず、頂部の径が大きくなってしまい、電極パッドのピッチが狭くなってきているのに対応することができない。
このように逆四角錐台9の高さが低い場合には、カンチレバー8が電極パッドや他の素子に接触したり、逆四角錐台9が電極パッドに適切に接触できなくなるなどの問題を生じる。さらに、逆四角錐台9が低ければカンチレバー8がたわんで電極パッドに接触してしまうおそれも生じる。
このように、図10に示したフォトプロセスによる製造方法では、接触子となる逆四角錐台9の幅を細くしようとしても、カンチレバー8の厚み以下にすることができなかった。
そこで、この発明の目的は、強度を維持して接触子を小さくすることで、狭いピッチで配列された電極パッドに確実に接触できるプローブおよびその製造方法を提供することである。
この発明は、所定の厚みを有して延び、屈曲した平面形状を有する梁部と、梁部の先端から梁部の延びる方向に突出して設けられて、梁部の厚みより減少された厚みを有する接触子とを備えてプローブを構成する。
これにより、接触子により、狭いピッチで配列された電極パッドに確実に接触できる。
好ましくは、接触子の先端は、梁部の横断面中心からずれた位置にある。これにより簡単な製法で接触子の厚みを梁部の厚みより減少できる。
一実施形態では、接触子は、ほぼ均一な厚みを有する板状に形成されており、他の実施形態では、接触子は、先端に向って次第にその厚みが減少する形状を有している。いずれの実施形態においても、接触子の先端を細くできるので、狭いピッチで配列された電極パッドに確実に接触できる。
より好ましくは、接触子は、その先端が尖って形成されている。先端を尖らせることで電極パッドに接触させるのが容易になる。
1つの実施形態では、接触子は、梁部の外面と同一平面になる外面を有しており、他の実施形態では、接触子は、梁部とは独立して形成されており、その1つの面が梁部の1つの面に密着されている。
さらに、より好ましくは、梁部は接触子と同方向に延び、その一端に接触子が設けられる柱部と、柱部の他端に接続され、柱部に対して交差する方向に延びる支持部を含む。この支持部を介してプローブをプローブカードに装着することができる。
この発明の他の局面は、プローブの製造方法であって、ほぼ均一な厚みを有して延び、屈曲した平面形状を有する梁部を形成する工程と、梁部の先端に、梁部よりも小さな厚みを有して梁部の延びる方向に突出する接触子を形成する工程とを備える。
この方法により、梁部と接触子とを一体化してプローブを製造できる。この製造方法では梁部を先に形成してもよく、あるいは接触子を先に形成してもよく、その両方を含む
好ましくは、接触子を形成する工程は、先端部に接触子となるべき形状の部分をもってほぼ均一な厚みで長く延びる第1の金属層を形成することを含み、梁部を形成する工程は、接触子となるべき先端部を除いて第1の金属層上に重なる第2の金属層を形成することを含む。これにより第1の金属層からなる接触子と、第2の金属層からなる梁部とを一体に製造できる。この場合も、梁部を先に形成してもよく、あるいは接触子を先に形成してもよい。
一実施形態では、第1の金属層は、基板上で厚み方向に成長した金属膜であり、梁部を形成する工程は、接触子となるべき金属膜の先端部をマスキング材料で覆った状態で、金属層上に上層の金属膜を成長させることを含み、他の実施形態では接触子を形成する工程は、梁部の厚みよりも薄い板状の接触子を形成し、接触子と梁部の延びる方向のいずれかの面の一端とを接合することを含む。他の実施形態における梁部を形成する工程では、梁部の一方面に金属膜を形成することを含み、接触子を形成する工程は、接触子の一方面に金属膜を形成し、梁部の金属膜と接触子の金属膜とを拡散接合することを含む。
さらに、他の実施形態では、接触子を形成する工程は、梁部の先端を研磨して傾斜面を有するように接触子を形成することを含む。研磨することで、梁部の先端に接触子を形成できる。
さらに、他の実施形態では、梁部を形成する工程は、接触子となるべき部分を含んで基板上でほぼ均一な厚みで金属層を成長することを含み、接触子を形成する工程は、梁部となるべき部分をマスキング材料で覆った状態で、エッチングして接触子となるべき部分を形成することを含む。
この発明によれば、所定の厚みを有して延び、屈曲した平面形状を有する梁部の先端から梁部の延びる方向に突出して設けられて、梁部の厚みより減少された厚みを有する接触子を備えてプローブを構成したので、強度を維持しながら接触子を小さくすることができ、接触子を狭いピッチで配列された電極パッドに確実に接触できる。
図1はこの発明の一実施形態のプローブを示す外観斜視図である。図1に示したプローブ10は、所定の厚みを有して延び、屈曲した平面形状を有する梁部11と、梁部11の先端から梁部11の延びる方向に突出して設けられて、梁部11の厚みより減少された厚みを有する接触子14とを含む。梁部11は図示しないプローブ基板の表面に沿って設けられる支持部12と、支持部12に対して交差する方向に延びて、その一端に接触子14が設けられる柱部13とを含み、支持部12と柱部13とでL字状の平面形状に形成されている。
接触子14の先端は、柱部13の横断面中心からずれた位置にある。支持部12と柱部13はともに厚みがほぼ均一で例えば約70〜80μmのニッケルあるいはニッケル合金で直方体の形状に形成されている。接触子14は、その厚みが支持部12および柱部13に比べて減少するようにほぼ均一な厚みを有する薄い板状に形成されており、その厚みは例えば約10〜20μmのニッケルあるいはニッケル合金で、先端部を尖らせて形成されている。
このように接触子14の厚みを薄く形成し、しかも先端部を尖らせて柱部13の先端に設けることで、電極パッドが非常に狭い間隔で基板上に形成されていても、強度を維持しながら隣接する電極パッドに接触することなく、所望の電極パッドに接触子14を適切に電気的に接触させることができる。
また、接触子14の厚みよりわずかに広い間隔で電極パッドを基板上に配置すれば、半導体装置の電気的特性の検査に支障をきたすことがない程度にICチップの集積度を上げることが可能になる。
なお、接触子14の厚みを薄くしたことにより、図1に示すY方向に対してはたわみやすいが、X方向に対する強度は維持できる。
図2は、図1に示したプローブの変形例を示す斜視図である。図2に示したプローブ10aは、支持部15の長手方向の途中から直角に延びるように柱部13を設けて梁部16をT字状の屈曲した平面形状に形成し、柱部13の先端に接触子14を形成したものである。この例では、図1に示したL字状のプローブ10に比べて、梁部16の強度を維持することができる。
図3,図4および図5は、この発明の一実施形態におけるプローブの製造方法を説明するための図であり、特に、図3は製造プロセスを示し、(A),(C),(E),(G),(I)は平面図を示し、(B),(D),(F),(H),(J)は(A),(C),(E),(G),(I)の線B1−B1,D1−D1,F1−F1,H1−H1,J1−J1に沿う断面図である。図4は図3(A),(B)に示すプロセスで形成される溝を示す斜視図であり、図5は図3(I),(J)に示す製造プロセスで形成されたプローブの外観斜視図である。
図3(A),(B)に示すようにシリコン基板21の表面全体にメッキの種となるチタン膜22を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術によって図1に示したプローブ10のL字状の平面形状に相当する溝23を除いて犠牲層24を形成する。形成された溝23と犠牲層24とを図4に示している。
図4において、溝23は図1に示した梁部11に対応する第1の溝26と、接触子14に対応する第2の溝27とを含む。溝23の底面であるシリコン基板21上のチタン膜22上に、図1に示した支持部12と柱部13と接触子14に相当する部分に、ニッケルあるいはニッケル合金をメッキにより厚み方向に成長させ、図3(C),(D)に示すように第1の金属層としてのメッキ層31を形成する。次に、図3(E),(F)に示すように溝23のうち接触子14に相当する部分をマスキング材料である樹脂25で覆う。このように接触子14に相当する部分を覆う方法としては、例えばスポイドで樹脂25をスポッティングする方法がある。
図3(G),(H)に示すように、第1のメッキ層31上に、ニッケルまたはニッケル合金をメッキすることで堆積して上層としての第1のメッキ層31よりも厚みの厚い第2のメッキ層32を形成する。このとき樹脂25で覆われている部分はメッキの成長が阻害されるので、接触子14に相当する部分は第1のメッキ層31のみが形成されることになる。図3(I),(J)に示すように、樹脂25を除去してシリコン基板21および犠牲層24から第1および第2のメッキ層31,32を取り出すと、図5に示すように、第1および第2のメッキ層31,32により支持部12と柱部13と接触子14とを一体化したプローブ10bを生成できる。
なお、上述の説明では長さの異なる2層の積層を形成するために、長い層の上に短い層を形成するようにしたが、逆に、短い層の上に長い層を形成するようにしてもよい。
また、上述の説明では、支持部12と柱部13と接触子14とを第1および第2のメッキ層31,32で形成するようにしたが、その他の方法で金属を積層して形成してもよい。
さらに、図2に示したプローブ10aを生成する場合には、図4に示した溝23をプローブ10aの全体の平面的な形状に合わせてT字状に形成すればよい。
図6はこの発明の他の実施形態におけるプローブの製造方法を示す図であり、(A),(C),(E),(G),(I)は平面図を示し、(B),(D),(F),(H),(J)は(A),(C),(E),(G),(I)の線B2−B2,D2−D2,F2−F2,H2−H2,J2−J2に沿う断面図である。
前述の図3に示した実施形態は、スポッティング法を用いてプローブ10bを形成したのに対して、この実施形態はエッチング法を用いてプローブ10cを形成する。
図6(A),(B)に示すように、シリコン基板21の表面全体にメッキの種となるチタン膜22を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術によって図1に示したプローブ10のL字状の平面形状に相当する溝23を除いて犠牲層24を形成する。図6(C),(D)に示すように、シリコン基板21上のチタン膜22上に、ニッケルあるいはニッケル合金をメッキにより厚み方向に成長させて所定の厚みを有するメッキ層34を形成する。
図6(E),(F)に示すように、図1に示した接触子14となるべき部分を除いてマスキング材料である絶縁層28でマスキングし、ウェットエッチングをおこなうと、図6(G),(H)に示すように接触子14となるべき厚みの薄いメッキ層35の上方に空洞29が形成され、ウェットエッチングされなかった部分は、柱部13に相当する厚みの厚いメッキ層36となる。図6(I),(J)に示すように、シリコン基板21および犠牲層24からメッキ層34を取り出すと、メッキ層36により支持部12と柱部13とが一体化され、メッキ層35により接触子14を形成したプローブ10cを生成できる。
なお、メッキ層34をウェットエッチングするときに、接触子14となるべきメッキ層35でエッチングを停止させるために、メッキ層35と36とで材質を変えるようにしてもよい。
図7はこの発明の他の実施形態におけるプローブの製造方法を示す斜視図である。前述の図3に示した製造方法では、支持部12と柱部13と接触子14とを一体的に形成したのに対して、この実施形態では屈曲した平面形状を有する梁部41となる支持部42と柱部43とを一体的に形成し、接触子44を梁部41とは独立して別個に形成し、接触子44を柱部43に密着させる。
すなわち、図7(A)に示す支持部42と柱部43とを図3で説明した製造プロセスと同様にして、例えばニッケルまたはニッケル合金でメッキ層として、約70〜80μmのほぼ均一な厚さを有するように形成する。このとき、支持部42と柱部43の下面には、金属膜としてのAuの膜45を形成する。
接触子44は、同様の製造プロセスで、先端が尖った五角形の板状に、例えばニッケルまたはニッケル合金などのメッキ層として、約10〜20μmのほぼ均一な厚さを有するように別個に形成する。この接触子44の上面には例えばAuの膜46を形成する。そして、図7(B)に示すように、接触子44のAu膜46と、柱部43のAu膜45とを金属拡散接合することにより、接触子44を柱部43の先端部分に接合してプローブ10dを生成できる。このように接触子44と梁部41の延びるいずれかの面の一端とを接合することで狭いピッチで配列された電極パッドに確実に接触できる。
なお、上述の説明では、支持部42および柱部43と、接触子44とをニッケルまたはニッケル合金で形成するようにしたが、別の金属材料で形成してもよい。また、Au膜は酸化しにくいという特徴があるが、Au/Au接合に代えて、Au/Sn接合を用いてもよい。さらに、コバルト,モリブデン,マンガンなどをニッケルに混入して支持部42および柱部43と接触子44とを形成して、接触子44を柱部43に接合してもよい。
図8はこの発明のさらに他の実施形態におけるプローブの製造方法を示す図である。この実施形態は、接触子54として、柱部53の長手方向に延びるいずれかの面と同一の面から、反対側に位置する面に向って傾斜する傾斜面55を有するようにプローブ10eを形成したものである。すなわち、図8(A)に示すように、梁部51となる支持部52と柱部53とを一体的に、例えばニッケルまたはニッケル合金によりメッキ層として屈曲したL字状の平面形状に形成する。柱部53の先端部を一点鎖線で示す面に沿って研磨する。その結果、図8(B)に示すように、柱部53の先端部に傾斜面55を有する接触子54を形成することができる。
なお、接触子54の傾斜面に図8(B)の一点鎖線で示すように、研磨して先端部を尖らせてもよい。
図9はこの発明の実施形態におけるプローブの各種変形例を示す斜視図である。この図9に示す実施形態は、接触子64が梁部61の外面と同一平面となる外面を有するように形成したものである。
具体的に説明すると、図9(A)に示した例のプローブ10fは、支持部62の一端に柱部63を設けて梁部61をL字状の屈曲した平面形状に形成し、板状で先端が尖るように形成した接触子64を、柱部63の支持部62側の面と同一面になるように、柱部63の先端の他端側に設けたものである。
図9(B)に示した例のプローブ10gは、図9(A)に示した接触子64を柱部63の支持部62の一方端面と同一面になるように柱部63の先端の一端側に設けたものである。
このように接触子64が梁部61の外面と同一平面となる外面を有するように形成することで、接触子64の強度を維持しながら接触子64を小さくすることで、狭いピッチで配列された電極パッドに確実に接触できる。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
この発明のプローブは、ICチップ上に形成された複数の電極パッドに対応して複数のプローブ針を有するプローブカードに利用できる。
この発明の一実施形態のプローブを示す外観斜視図である。 図1に示したプローブの変形例を示す外観斜視図である。 この発明の一実施形態におけるプローブの製造プロセスを示す図である。 図3(A),(B)に示した製造プロセスで形成された溝を示す斜視図である。 図3(I),(J)に示した製造プロセスで形成されたプローブの外観斜視図である。 この発明の他の実施形態におけるプローブの製造プロセスを示す図である。 この発明のさらに他の実施形態におけるプローブの製造方法を示す外観斜視図である。 この発明のさらに他の実施形態におけるプローブの製造方法を示す外観斜視図である。 この発明のさらに他の実施形態におけるプローブの各種変形例を示す外観斜視図である。 従来のプローブの製造プロセスを示す図である。 図10の製造プロセスで形成されたプローブの外観斜視図である。
符号の説明
10,10a〜10g プローブ、11,16,41,51,61 梁部、12,15,42,52,62 支持部、13,43,53,63 柱部、14,44,54,64 接触子、55 傾斜面、21 シリコン基板、22 チタン膜、23 溝、24 犠牲層、25 樹脂、26 第1の溝、27 第2の溝、28 絶縁層、29 空洞、31 第1のメッキ層、32 第2のメッキ層、34,35,36 メッキ層、44,45 Au膜。

Claims (16)

  1. 所定の厚みを有して延び、屈曲した平面形状を有する梁部と、
    前記梁部の先端から前記梁部の延びる方向に突出して設けられて、前記梁部の厚みより減少された厚みを有する接触子とを備える、プローブ。
  2. 前記接触子の先端は、前記梁部の横断面中心からずれた位置にある、請求項1に記載のプローブ。
  3. 前記梁部は、ほぼ均一な厚みを有する、請求項1または2に記載のプローブ。
  4. 前記接触子は、ほぼ均一な厚みを有する板状に形成されている、請求項1から3のいずれかに記載のプローブ。
  5. 前記接触子は、先端に向って次第にその厚みが減少する形状を有している、請求項1または2に記載のプローブ。
  6. 前記接触子は、その先端が尖って形成されている、請求項1から5のいずれかに記載のプローブ。
  7. 前記接触子は、前記梁部の外面と同一平面になる外面を有している、請求項1から6のいずれかに記載のプローブ。
  8. 前記接触子は、前記梁部とは独立して形成されており、その1つの面が前記梁部の1つの面に密着されている、請求項1から6のいずれかに記載のプローブ。
  9. 前記梁部は、
    前記接触子と同方向に延び、その一端に前記接触子が設けられる柱部と、
    前記柱部の他端に接続され、前記柱部に対して交差する方向に延びる支持部とを含む、請求項1から8のいずれかに記載のプローブ。
  10. ほぼ均一な厚みを有して延び、屈曲した平面形状を有する梁部を形成する工程と、
    前記梁部の先端に、前記梁部よりも小さな厚みを有して前記梁部の延びる方向に突出する接触子を形成する工程とを備える、プローブの製造方法。
  11. 前記接触子を形成する工程は、先端部に接触子となるべき形状の部分をもってほぼ均一な厚みで長く延びる第1の金属層を形成することを含み、
    前記梁部を形成する工程は、前記接触子となるべき先端部を除いて前記第1の金属層上に重なる第2の金属層を形成することを含む、請求項10に記載のプローブの製造方法。
  12. 前記第1の金属層は、基板上で厚み方向に成長した金属膜であり、
    前記梁部を形成する工程は、接触子となるべき前記金属膜の先端部をマスキング材料で覆った状態で、前記金属層上に上層の金属膜を成長させることを含む、請求項11に記載のプローブの製造方法。
  13. 前記接触子を形成する工程は、前記梁部の厚みよりも薄い板状の接触子を形成し、前記接触子と前記梁部の延びる方向のいずれかの面の一端とを接合することを含む、請求項10に記載のプローブの製造方法。
  14. 前記梁部を形成する工程は、前記梁部の一方面に金属膜を形成することを含み、
    前記接触子を形成する工程は、前記接触子の一方面に金属膜を形成し、前記梁部の金属膜と前記接触子の金属膜とを拡散接合することを含む、請求項13に記載のプローブの製造方法。
  15. 前記接触子を形成する工程は、前記梁部の先端を研磨して前記傾斜面を有するように前記接触子を形成することを含む、請求項10に記載のプローブの製造方法。
  16. 前記梁部を形成する工程は、前記接触子となるべき部分を含んで基板上でほぼ均一な厚みで金属層を成長することを含み、
    前記接触子を形成する工程は、前記梁部となるべき部分をマスキング材料で覆った状態で、エッチングして前記接触子となるべき部分を形成することを含む、請求項10に記載のプローブの製造方法。
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