JP2007047059A - プローブユニット、プローブユニットの製造方法及び電子デバイスの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 検査対象である電子デバイスと高精度に位置合わせできるプローブユニット及びその製造方法並びに電子デバイスの検査方法を提供する。
【解決手段】 基板と、前記基板に固定され少なくとも先端部が前記基板の第一面に露出している導線と、前記導線の先端部に形成され前記基板の第二面から突出している導電性の接触部と、を備えるプローブユニット。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プローブユニット、プローブユニットの製造方法及び電子デバイスの検査方法に関し、特にプローブユニットと検査対象である電子デバイスとの位置合わせに関する。

従来、ＬＳＩ、液晶パネル等の電子デバイスの検査に用いるプローブユニットが知られている。検査対象である電子デバイスの高集積化に伴い、検査対象とプローブユニットとの位置合わせが困難になっている。特に、めっきによって形成されている微細な導線の検査対象との接触部位が基板から突出していないプローブユニットでは、位置合わせの基準マークを導線と別プロセスで導線と反対側の基板表面に形成する必要があるため、高精度な位置合わせが課題になっている。
特許文献１に開示されたプローブユニットでは、薄いフィルムで基板が構成されているため、導線を基板の反対側から視認可能である。しかし、薄いフィルムは温度などの環境要因による寸法変化があるため、狭いピッチで形成される導線の配置精度を保障することが難しいという問題がある。

特開平１０−１０１５５号公報

本発明は上述の問題を解決するために創作されたものであって、検査対象である電子デバイスと高精度に位置合わせできるプローブユニット及びその製造方法並びに電子デバイスの検査方法を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するためのプローブユニットは、基板と、前記基板に固定され少なくとも先端部が前記基板の第一面に露出している導線と、前記導線の先端部に形成され前記基板の第二面から突出している導電性の接触部と、を備える。
検査対象である電子デバイスに接触する導電性の接触部が突出している面（第二面）の裏面（第一面）から導線の先端部を露出させることにより、基板の特性に関わらず、基板の接触部が突出している面（第二面）の裏面（第一面）から露出している導線を基準にして、導線の先端部に形成されている接触部と検査対象である電子デバイスとを正確に位置合わせすることができる。

（２）前記基板は、無機材料からなる骨格部と、前記骨格部と前記導線との間に充填された樹脂材料からなる樹脂部とを有してもよい。
検査対象である電子デバイスの導線との接触部に対して複数の導線の追従性を上げるためには基板は柔軟であることが望ましい。また、基板には温度などの環境要因による寸法変化がないことが望ましい。そこで、基板を無機材料からなる骨格部と樹脂材料からなる樹脂部とを有する複合基板として構成することにより、柔軟性と形状安定性とを両立させることができる。

（３）前記基板は、隣り合う前記導線の前記先端部の間にそれぞれ前記導線と平行な線形に形成されている、前記骨格部と前記樹脂部とを有してもよい。
高い位置精度が要求される接触部が形成される隣り合う導線の先端部の間に無機材料からなる骨格部を形成することにより、検査対象である電子デバイスと接触部との正確な位置合わせが可能になる。

（４）前記基板は、セラミックスからなっていてもよい。
基板をセラミックスで形成することにより、プローブユニットの形状安定性が向上する。

（５）上記目的を達成するためのプローブユニットの製造方法は、基板上に導線をめっきにより形成し、前記基板及び前記導線上に前記導線の膜厚より厚い絶縁層を形成し、前記導線が露出するまで前記絶縁層を除去することにより前記絶縁層及び前記導線の表面を平坦化し、前記導線をめっきにより成長させ、前記基板の前記絶縁層が形成されている面の裏面を前記導線の前記先端部が露出するまで除去する。
この製造方法によると、絶縁層よりも膜厚が厚く絶縁層を貫通している導線を形成できるため、絶縁層の特性に関わらず、導線を基準にして、導線と検査対象である電子デバイスとを正確に位置合わせすることができるプローブユニットを製造することができる。

（６）上記目的を達成するための電子デバイスの検査方法は、請求項１に記載のプローブユニットを用いた電子デバイスの検査方法であって、前記基板の前記第一面から露出している導線を基準に用いて前記プローブユニットと電子デバイスとを位置合わせし、前記接触部を前記検査対象の電極に接触させた状態で前記電子デバイスを検査する。
基板から露出している導線を基準にして、導線の先端部に形成されている接触部と検査対象である電子デバイスとを位置合わせすることにより、正確に接触部と電子デバイスとを位置合わせした状態で電子デバイスを検査することができる。

尚、本明細書において、「・・・上に形成する」とは、技術上の阻害要因がない限りにおいて、「・・・上に直に形成する」と、「・・・上に中間物を介して形成する」の両方を含む意味とする。また、請求項に記載された方法の各動作の順序は、技術上の阻害要因がない限り、記載順に限定されるものではなく、どのような順番で実行されてもよく、また同時に実行されてもよい。

以下、複数の実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。各実施例において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施例の構成要素と対応する。
（第一実施例）
１．プローブユニットの構成
図１は、本発明の第一実施例によるプローブユニットを示す図である。
図１に示すように、第一実施例によるプローブユニット１は、複数の導線１０が基板２０に所定のピッチで形成されている構成である。導線１０は、基板２０を貫通し基板２０の第一面２２に露出する貫通部１４と、基板２０の第一面２２の裏面に相当する第二面２４の上に形成されている導線本体１２とに区分される。導線本体１２の先端部は、プローブユニット１を用いて検査される電子デバイスの電極に接触する接触部１６に相当する。貫通部１４は接触部１６の真裏に形成される。接触部１６の真裏に位置し基板２０の第一面２２に露出する貫通部１４を導線１０に形成することにより、基板２０が不透明であっても、基板２０の第一面２２側から貫通部１４を基準として、電子デバイスの電極と接触部１６とを正確に位置合わせすることができる。尚貫通部１４は、導線本体１２の少なくとも接触部１６の真裏に形成すればよい。また複数の導線１０のうち少なくとも一部の導線１０に貫通部１４を形成すればよい。

基板２０は、基部２６と、導線１０の貫通部１４を固定している固定部２８とに区分される。基部２６は例えばセラミックスからなる。固定部２８は例えばセラミックスまたは樹脂からなる。固定部２８は、基部２６と導線１０の貫通部１４との間、ならびに複数の貫通部１４間を充填することで、貫通部１４を固定するとともに貫通部１４同士を絶縁している。セラミックス等の無機材料からなる基部２６と、樹脂等からなる固定部２８とで基板２０を構成することにより、基板２０の柔軟性を高めることができるとともに、基板２０を薄くした場合でも基板２０の形状安定性を高めることができる。従って、導線１０の位置精度が維持され、接触部１６と電子デバイスの電極とを低い接触圧で確実に接続させることができるため、導線１０が磨耗しにくくなり、プローブユニット１の耐久性が向上する。

２．プローブユニットの製造方法
図２及び図３は、プローブユニット１の製造方法を示す断面図である。
はじめに図２（Ａ１）、（Ｂ１）に示すように、基材２６ａの第一面３０の端部に凹部３４を形成する。具体的には例えば、基材２６ａとしてジルコニア、アルミナ、ガラスセラミックス等のセラミックスを用い、エンドミル加工、フライス加工等の機械加工によって基材２６ａに凹部３４を形成する。凹部３４は、基材２６ａから最終的に形成される基部２６の厚さより深く形成する。

次に図２（Ａ２）、（Ｂ２）に示すように、基材２６ａの第一面３０上に第一下地層３６をスパッタ等で形成した後、開口部４４を有するレジスト膜４２を第一下地層３６上にリソグラフィで形成する。第一下地層３６には例えばＮｉ−Ｆｅ合金を用いる。レジスト膜４２の開口部４４は、先端部が基材２６ａの凹部３４上に位置する。
次に図２（Ａ３）、（Ｂ３）に示すように、レジスト膜４２の開口部４４内の第一下地層３６の上に第一めっき膜３７を形成した後、レジスト膜４２を除去し、第一下地層３６のレジスト膜４２の除去により露出した部位をミリング等で除去する。第一めっき膜３７はその頂面が基材２６ａの第一面３０よりも高くなる程度に厚く成長させる。また第一めっき膜３７には、例えばＮｉ−Ｆｅ合金を用いる。

次に図３（Ａ１）、（Ｂ１）に示すように、基材２６ａの第一面３０上に第一めっき膜３７を覆う絶縁膜２８ａを形成する。具体的には例えば、ジルコニア等のセラミックスを用いてスパッタで絶縁膜２８ａを形成してもよいし、エポキシ樹脂や、ポリイミド樹脂や、シリカ等を使ったセラミック粒子充填樹脂に基材２６ａの第一面３０を埋め込むことにより、樹脂からなる絶縁膜２８ａを形成してもよい。

次に図３（Ａ２）、（Ｂ２）に示すように、基材２６ａの第一面３０が露出するまで絶縁膜２８ａの表面を研磨することで、ワークの表面を平坦化する。基材２６ａの第一面３０が露出するまで研磨を行うと、第一下地層３６及び第一めっき膜３７は凹部３４内に形成された部位のみ残留する。本工程により得られた平坦な研磨面は、基板２０の第二面２４に相当する。

次に図３（Ａ３）、（Ｂ３）に示すように、平坦な研磨面（基板の第二面）２４上に第二下地層３８をスパッタ等で形成し、開口部４８を有するレジスト膜４６をリソグラフィで第二下地層３８上に形成する。開口部４８の先端部は、第一めっき膜３７の真上に位置する。
次に図３（Ａ４）、（Ｂ４）に示すように、レジスト膜４６の開口部４８内の第二下地層３８の上に第二めっき膜４０を形成した後、レジスト膜４６を除去し、第二下地層３８のレジスト膜４６の除去により露出した部位をミリング等で除去する。第二めっき膜４０には例えばＮｉや、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｗ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｃｏ等のＮｉ合金を用いる。平坦な研磨面２４上にリソグラフィで第二めっき膜４０を形成することができるため、第二下地層３８及び第二めっき膜４０の先端部を第一下地層３６及び第一めっき膜３７の真上に正確に形成することができる。

最後に図１に示すように、基材２６ａの第一面３０の裏面に相当する第二面３２を第一めっき膜３７が露出するまで研磨すると、プローブユニット１が得られる。基材２６ａの第二面３２を第一めっき膜３７が露出するまで研磨することで、基材２６ａ及び絶縁膜２８ａの不要な部位が除去され、基材２６ａからなる基部２６と、絶縁膜２８ａからなる固定部２８とで構成される基板２０が形成される。平坦な研磨面は、基板２０の第一面２２に相当する。第一下地層３６及び第一めっき膜３７は基板２０の第一面２２に露出する貫通部１４となり、第二下地層３８及び第二めっき膜４０は導線本体１２を構成し、第二下地層３８及び第二めっき膜４０の先端部は接触部１６を構成する。第二下地層３８及び第二めっき膜４０の先端部はリソグラフィで第一下地層３６及び第一めっき膜３７の真上に正確に形成されているため、基板２０の第一面２２に露出する貫通部１４の真裏に接触部１６が正確に形成されたプローブユニット１が得られる。

本実施例の製造方法に基づいて実際にプローブユニット１を製造し、その接触部１６と貫通部１４との位置ずれを測定した。厚さ５０μｍの基板２０の第二面２４上に、幅１０μｍ、本体１２の厚さが１０μｍの導線１０が２０μｍのピッチで１０００本配列されているプローブユニット１を製造したところ、接触部１６と貫通部１４との導線１０の配列方向に対する位置ずれは０．２μｍであり、導線１０の幅及びピッチに対して大変小さい値であった。すなわち、貫通部１４の接触部１６に対する位置精度が高いプローブユニット１が得られた。従ってこのプローブユニット１によると、貫通部１４を基準にして、接触部１６と電子デバイスの電極とを正確に位置合わせすることができる。

３．電子デバイスの検査方法
図４は、プローブユニット１を用いた電子デバイスの検査方法を示す断面図である。
電子デバイスの検査を行う場合、図４に示すように、基板２０の第一面２２をプローブベース６に固定することにより、プローブユニット１及びプローブベース６でプローブヘッド５を構成する。プローブユニット１は貫通部１４側の部位プローブベース６の端部から突出するようにプローブベース６に固定される。プローブヘッド５は、基板２０の第二面２４が電子デバイス９に対向しプローブユニット１が電子デバイス９に対して所定の角度で傾斜した姿勢になるように検査装置本体（図示せず）に取り付けられる。プローブユニット１の導線本体１２の接触部１６と反対側の一端にはフレキシブルプリント配線板７を接続する。フレキシブルプリント配線板７は検査装置本体と接続される。プローブユニット１の基板２０の第一面２２側には、電子デバイス９の基板９２に垂直な方向から導線１０の貫通部１４を観察できる位置に顕微鏡８を配置する。

検査でははじめに、検査装置本体によって、プローブユニット１の導線１０が電子デバイス９の電極９０と一対一に対応するようにプローブヘッド５を電子デバイス９に近付ける。そして、導線１０の貫通部１４と電子デバイス９とを基板２０の第一面２２側から顕微鏡８によって同時に観察しながら電子デバイス９をプローブユニット１に対して移動させることで、貫通部１４と電子デバイス９の電極９０とを位置合わせする。基板２０の第一面２２に露出する貫通部１４は基板２０の第二面２４上に形成された接触部１６の真裏に位置するため、貫通部１４と電子デバイス９の電極９０とを位置合わせすることで、接触部１６と電極９０とを間接的に正確に位置合わせすることができる。

接触部１６と電子デバイス９の電極９０との位置合わせ後、プローブユニット１を電子デバイス９に近付けて接触部１６と電子デバイス９の電極９０とを接触させ、接触部１６と電極９０とを確実に接続させるためにプローブユニット１を電子デバイス９にさらに近付ける。その後、フレキシブルプリント配線板７を介して検査装置本体から検査信号を導線１０に入力し、接触部１６から電子デバイス９の電極９０に検査信号を入力することで、電子デバイス９の検査を行う。

（第二実施例）
図５は、本発明の第二実施例によるプローブユニットを示す図である。
図５に示すように、第二実施例によるプローブユニット２では、隣り合う導線１０の貫通部１４間を基部２６及び固定部２８で充填する。具体的には、基部２６を櫛歯状に形成し、基部２６の櫛歯部２７を貫通部１４間に貫通部１４と平行に配置し、櫛歯部２７と貫通部１４との間を固定部２８で充填する。セラミックス等からなる基部２６を貫通部１４間に配置することにより、基板２０の形状安定性を高めることができるため、基板２０上に形成された導線１０の位置精度を維持することができる。従って、接触部１６と電子デバイスの電極との正確な位置合わせが可能である。また貫通部１４間に基部２６の櫛歯部２７と固定部２８とを導線１０と平行な線状に配置することにより、基板２０の堅牢性を高めることができるとともに、基板２０の導線１０の配列方向の柔軟性を高めることができるため、接触部１６と電子デバイスの電極とを高い接触圧で確実に接続できる。

プローブユニット２の製造方法では、はじめに図６（Ａ）に示すように、貫通部１４と同数の凹部３４を基材２６ａの第一面３０に形成する。
次に図６（Ｂ）に示すように、基材２６ａの第一面３０上に第一下地層３６を形成した後、複数の凹部３４のそれぞれの上に開口部４４を有するレジスト膜４２をリソグラフィで形成する。

次に図６（Ｃ）から図６（Ｅ）に示すように、基材２６ａの凹部３４上に第一下地層３６及び第一めっき膜３７を形成し、第一めっき膜３７を覆う絶縁膜２８ａを形成した後、表面研磨を行う。具体的には図２（Ａ３）、（Ｂ３）から図３（Ａ２）、（Ｂ２）に示す工程に準じる。
次に図６（Ｆ）及び図６（Ｇ）に示すように、平坦な研磨面２４上に第二下地層３８及び第二めっき膜４０を形成する。具体的には図３（Ａ３）、（Ｂ３）及び図３（Ａ４）、（Ｂ４）に示す工程に準じる。
最後に図５に示すように、基材２６ａの第二面３２を第一めっき膜３７が露出するまで研磨すると、プローブユニット２が得られる。

（第三実施例）
図７は、本発明の第三実施例によるプローブユニットを示す断面図である。
図７に示すように、第三実施例によるプローブユニット３では、樹脂等からなる固定部２８が基板２０に相当する。
プローブユニット３の製造方法では、はじめに図８（Ａ１）、（Ｂ１）に示すように、基材２６ａの第一面３０上に第一下地層３６を形成した後、開口部５２を有するレジスト膜４２をリソグラフィで第一下地層３６上に形成する。開口部５２は、貫通部１４の位置に対応して形成される。

次に図８（Ａ２）、（Ｂ２）に示すように、レジスト膜５０の開口部５２内の第一下地層３６の上に第一めっき膜３７を形成した後、レジスト膜５０を除去する。
次に図８（Ａ３）、（Ｂ３）に示すように、第一下地層３６上に第一めっき膜３７を覆う絶縁膜２８ａを形成する。
次に図９（Ａ１）、（Ｂ１）に示すように、絶縁膜２８ａの表面を研磨することで、ワークの表面を平坦化し、第一めっき膜３７を露出させる。本工程により得られた平坦な研磨面は、基板２０の第二面２４に相当する。

次に図９（Ａ２）、（Ｂ２）に示すように、平坦な研磨面（基板の第二面）２４上に第二下地層３８を形成し、開口部４８を有するレジスト膜４６をリソグラフィで第二下地層３８上に形成する。開口部４８の先端部は、第一めっき膜３７の真上に位置する。
次に図９（Ａ３）、（Ｂ３）に示すように、レジスト膜４６の開口部４８内の第二下地層３８の上に第二めっき膜４０を形成した後、レジスト膜４６を除去し、第二下地層３８のレジスト膜４６の除去により露出した部位を除去する。

最後に図７に示すように、基材２６ａ及び第一下地層３６を除去すると、絶縁膜２８ａのみで構成される基板２０を備えるプローブユニット３が得られる。
尚、レジスト膜５０の開口部５２を導線本体１２の位置に対応するように形成してもよい。レジスト膜５０の開口部５２を導線本体１２の位置に対応するように形成し、貫通部１４を構成する第一めっき膜３７を開口部５２内に形成することにより、導線１０全体を基板２０の第一面２２から露出させることができる。

（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第一実施例によるプローブユニットを示す平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のｃ−ｃ線断面図、（Ｄ）は（Ｂ）のｄ−ｄ線断面図。 本発明の第一実施例によるプローブユニットの製造方法を示す断面図。 本発明の第一実施例によるプローブユニットの製造方法を示す断面図。 本発明の第一実施例による電子デバイスの検査方法を示す断面図。 （Ａ）は本発明の第二実施例によるプローブユニットを示す平面図、（Ｂ）はその断面図。 本発明の第二実施例によるプローブユニットの製造方法を示す断面図。 本発明の第三実施例によるプローブユニットを示す断面図。 本発明の第三実施例によるプローブユニットの製造方法を示す断面図。 本発明の第三実施例によるプローブユニットの製造方法を示す断面図。

符号の説明

１〜３ プローブユニット、９ 電子デバイス、１０ 導線、１４ 貫通部、１６ 接触部、２０ 基板、２２ 第一面、２４ 第二面、２６ 基部、２８ 固定部、９０ 電極、９２ 基板

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板に固定され少なくとも先端部が前記基板の第一面に露出している導線と、
   前記導線の先端部に形成され前記基板の第二面から突出している導電性の接触部と、
   を備えるプローブユニット。
2. 前記基板は、無機材料からなる骨格部と、前記骨格部と前記導線との間に充填された樹脂材料からなる樹脂部とを有する請求項１に記載のプローブユニット。
3. 前記基板は、隣り合う前記導線の前記先端部の間にそれぞれ前記導線と平行な線形に形成されている、前記骨格部と前記樹脂部とを有する請求項２に記載のプローブユニット。
4. 前記基板は、セラミックスからなる請求項１に記載のプローブユニット。
5. 基板上に導線をめっきにより形成し、
   前記基板及び前記導線上に前記導線の膜厚より厚い絶縁層を形成し、
   前記導線が露出するまで前記絶縁層を除去することにより前記絶縁層及び前記導線の表面を平坦化し、
   前記導線をめっきにより成長させ、
   前記基板の前記絶縁層が形成されている面の裏面を前記導線が露出するまで除去する、
   プローブユニットの製造方法。
6. 請求項１に記載のプローブユニットを用いた電子デバイスの検査方法であって、
   前記基板の前記第一面から露出している導線を基準に用いて前記プローブユニットと電子デバイスとを位置合わせし、
   前記接触部を前記検査対象の電極に接触させた状態で前記電子デバイスを検査する、
   電子デバイスの検査方法。

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