JP2010177555A - 多層配線基板及びその製造方法並びにプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜化、高密度化した多層配線基板の反りを防止する。
【解決手段】ベース基板上に、導体層と、当該導体層を覆って設けられる絶縁層とを交互に積層した多層配線基板である。前記各絶縁層を、それぞれ平面方向に複数に分割され、且つ当該複数に分割された絶縁層の間に隙間を形成して前記導体層を覆うように設けられると共に、積層方向に隣接する各絶縁層が、前記隙間を互いにずらして積層した。前記絶縁層の隙間には金属材料や緩衝材を埋め込む。また、多層配線基板の製造方法は、前記各絶縁層を、複数に分割してそれらの間に隙間を空けて、前記導体層にそれを覆って設けられると共に、各絶縁層を、前記隙間を互いにずらして積層する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベース基板上に、導体層と絶縁層とを交互に積層して構成される多層配線基板及びその製造方法並びにプローブカードに関するものである。

検査装置のプローブカード等において、多層配線基板が用いられている。この多層配線基板は、ベース基板上に、導体層と、この導体層を覆う絶縁層とを交互に積層して構成される。絶縁層は通常、ペースト状の絶縁溶剤を加熱して形成される。

この例を図２に示す。図２は多層配線基板の製造工程を示す模式図である。図中の１はベース基板である。このベース基板１上に、導体層となるメタル層２が形成され（図２（Ａ））、各メタル層２全体を覆って絶縁層３が形成される（図２（Ｂ））。絶縁層３には、適宜貫通孔４が形成される。

次いで、絶縁層３の上側面に第２メタル層５が形成され（図２（Ｃ））、各第２メタル層５全体を覆って第２絶縁層６が形成される（図２（Ｄ））。第２絶縁層６には、適宜貫通孔７が形成される。

次いで、第２絶縁層６の上側面に第３メタル層８が形成され（図２（Ｅ））、各第３メタル層８全体を覆って第３絶縁層９が形成される（図２（Ｆ））。第２絶縁層９には、適宜貫通孔１０が形成される。

このようにして多層配線基板を形成する際に、絶縁層となる絶縁溶剤の熱硬化時の収縮に伴う応力によってベース基板１に反りが発生することがある。

特に、薄膜多層配線基板において、反りが発生しやすい。近年、配線パターンの高密度化に伴い、基板サイズは大きく、積層数は多くなり、基板の反り量は増加傾向にある。

このため、より微細な配線パターンが要求される場合、反り量の増加により高精度にパターン形成できない問題が生じている。

これに対して、反りを防止する対策がいくつか提案されている。

例えば、特許文献１では、ダミーパターンを設けて、樹脂フィルムの曲がりやうねりを低減している。

特許文献２では、ダミースリットを設け、このダミースリットにメッキ金属を充填して、反りの発生を防止している。

また、特許文献３では、複数積層される配線パターンの体積をほぼ同等にして、反りを抑制している。

ところで、前記従来の反り防止対策によっても、多層配線基板の反りを防止することができる。しかし、多層配線基板の薄膜化、配線パターンの高密度化等が進むと、前記従来の反り防止対策では充分とは言えず、より確実に反りを防止できる対策が望まれている。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、より一層薄膜化、高密度化しても反りを防止できる多層配線基板及びその製造方法並びにプローブカードを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明に係る多層配線基板は、ベース基板上に、導体層と、当該導体層を覆って設けられる絶縁層とを交互に積層した多層配線基板であって、前記各絶縁層が、それぞれ平面方向に複数に分割され、且つ当該複数に分割された絶縁層の間に隙間を形成して前記導体層を覆うように設けられると共に、積層方向に隣接する各絶縁層が、前記隙間を互いにずらして積層されたことを特徴とする。また、検査装置のプローブカードにこの多層配線基板を用いる。

また、本発明に係る多層配線基板の製造方法は、ベース基板上に、導体層と、当該導体層を覆う絶縁層とを交互に積層して形成する多層配線基板の製造方法であって、前記各絶縁層を、平面方向に複数に分割し且つ当該複数に分割した絶縁層の間に隙間を形成して前記導体層を覆うように設けると共に、各絶縁層を、前記隙間を互いにずらして積層することを特徴とする。

前記各絶縁層を複数に分割してそれらの間に隙間を空けることで、この隙間によって、熱収縮によるひずみを吸収することができる。

また、前記各絶縁層を複数に分割してそれらの間に空けた隙間にメタルや緩衝材を埋め込むことで、多層配線基板を補強したり、熱収縮を吸収したりして、熱収縮によるひずみを解消する。また、隣接する各絶縁層を、前記隙間を互いにずらして積層することで、強度が弱くなる前記隙間の部分を、隣接する絶縁層が補強して、多層配線基板の反りを防止する。

本発明の実施形態に係る多層配線基板の製造工程を示す模式図である。 従来の多層配線基板の製造工程を示す模式図である。 第３の絶縁層を示す平面図である。 第２の絶縁層を示す平面図である。 第１の絶縁層を示す平面図である。 第１変形例を示す平面図である。 第２変形例を示す平面図である。 第３変形例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る多層配線基板及びその製造方法並びにプローブカードについて、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態の多層配線基板は、薄膜型の多層配線基板に適したものである。この多層配線基板は、例えばプローブカードの表面に形成される。このプローブカードは、半導体ウエハ等の基板上に形成された集積回路の電極と接触して当該集積回路に検査信号を印加して検査を行うデバイスである。このプローブカードを検査装置に組み込んで、基板上に形成された集積回路の検査が行われる。プローブカードでは回路を設けるスペースが限られているため、多層配線基板が用いられる。そして、プローブカード自体も精密なデバイスであるため、多層配線基板も反りが生じないように形成する必要がある。本実施形態に係る多層配線基板は、種々のプローブカードが用いられる公知の検査装置全てに適用することができる。このため、ここでは、各種のプローブカードに設ける多層配線基板を中心に説明する。

本実施形態の多層配線基板を図１に基づいて説明する。図１は、前述した図２と同様に、多層配線基板の製造工程を示す模式図である。本実施形態の多層配線基板は、前記従来の多層配線基板と同様に、ベース基板上に、導体層と、当該導体層を覆って設けられる絶縁層とを交互に積層して形成されている。なお、以下の説明では、積層された絶縁層等を、最上層を第１層と、以下第２層、第３層、・・・と表現する。

図中の１１はベース基板である。このベース基板１１上に、導体層となる第３のメタル層１２が形成されている（図１（Ａ））。メタル層１２は、ベース基板１１上に形成される回路の配線等である。このメタル層１２は、蒸着やエッチング等の技術により形成されている。

メタル層１２には第３の絶縁層１３が形成される（図１（Ｂ））。なおここでは、絶縁層を３層に積層して形成するため、最下層が第３層となる。この第３の絶縁層１３は、メタル層１２全体を覆うように１枚の層として形成されているのではなく、分割して形成されている。ここでは、３×３面（図３参照）に分割して形成されている。絶縁層１３が積層される数（層数）の二乗の数に等分割される。具体的には、最上層を第１層として、第１層は１の二乗で１となり、分割せずに１面の絶縁層、第２層は２の二乗で４となり、２×２面に分割して平面方向に４面の絶縁層、第３層は３の二乗で９となり、３×３面に分割して平面方向に９面の絶縁層となる。第４層以上の場合も同様である。本実施形態では、絶縁層１３が３層に形成されているため、平面方向に９（３×３）面に等分割されている。即ち、絶縁層１３は、９面の正方形で均等割に形成されている。絶縁層１３は、熱収縮により、その面の中心に向けて応力が生じてしまう。このため、絶縁層１３を広い１面の層として形成すると、多層配線基板の中心に向けて応力が生じ、多層配線基板を反らせる力となってしまう。これに対して、絶縁層１３を平面方向に複数に分割すると、分割されたそれぞれの面で、面の中心に向けて応力が生じるため、結果的に応力は分散されてしまい緩和される。これを利用して多層配線基板の反りを解消するために、絶縁層１３を平面方向に複数に分割して、それらの間に隙間を空けて形成している。

複数に分割された絶縁層１３の間に空いた隙間には、金属材料（メタル）や緩衝材を埋め込む。具体的には、後述する第２のメタル層１８を形成するときに、メッキで絶縁層１３の隙間を埋めてメタルのスタッド１５を形成して、絶縁層１３を直接補強してベース基板１１を間接的に補強する。これにより、熱収縮によるひずみを解消して多層配線基板の反りを解消する。

または、緩衝材で絶縁層１３の隙間を埋めて、絶縁層１３の変形等を緩衝材で緩和することで、絶縁層１３の熱収縮を許容（吸収）して、熱収縮に伴う応力の影響を緩和する。これにより、多層配線基板の反りを解消すると共に４分割や９分割された各片への応力の集中を解消して各片及び絶縁層の破損を防止する。前記緩衝材としては、前記絶縁層１３の材料と線膨張係数の近い絶縁部材で構成する。これにより、絶縁層１３が熱収縮した後に、隙間に線膨張係数の近い絶縁部材を埋めることで、ひずみのない１枚の絶縁層１３と同じような状態にすることができる。これにより、高い強度の絶縁層１３を形成できる。

また、緩衝材として、前記絶縁層１３の材料の強度よりも小さい強度の絶縁部材で構成して、絶縁層１３が柔軟に撓むことができるようにしてもよい。絶縁層１３を柔軟に撓むことができるようにして熱収縮によるひずみを絶縁層１３の撓みで吸収することで、応力が蓄積するのを解消し、多層配線基板の反りを解消する。即ち、応力が蓄積する部分で絶縁層１３が局部的に撓むことで、絶縁層１３を分割した各片の隙間が変化するのを、絶縁部材が吸収して、多層配線基板の反りを解消する。

また、緩衝材を絶縁層１３の材料の強度よりも大きい強度の絶縁部材で構成して、絶縁層１３が撓むのを抑えるようにしても良い。絶縁層１３が熱収縮して撓もうとするところを、大きい強度の絶縁部材で抑えるようにして、応力が蓄積しても、多層配線基板の反りが生じないようにする。絶縁層１３には、適宜貫通孔１６が形成される。

次いで、絶縁層１３の上側面に第２のメタル層１８が形成される（図１（Ｃ））。この第２のメタル層１８は、第３の絶縁層１３上に形成される回路の配線等である。前記メタル層１２と同様に、蒸着やエッチング等の技術により形成されている。

第２のメタル層１８には第２の絶縁層１９が形成される（図１（Ｄ））。この第２の絶縁層１９は、メタル層１８全体を覆うように１枚の層として形成されているのではなく、分割して形成されている。ここでは、２×２面（図４参照）に分割して形成されている。絶縁層１９が積層される数（第２層であるため積層数２）の二乗の数に等分割される。絶縁層１９は、第２層であるため、平面方向に４（２×２）面に等分割されている。即ち、絶縁層１９は、４面の正方形で均等割に形成されることとなる。４分割された絶縁層１９は、熱収縮により、それぞれの面で、その面の中心に向けて応力が生じ、それによって応力は分散される。さらに、第２の絶縁層１９は、第１の絶縁層１３と重ならないようにずらされている。即ち、分割数を第１の絶縁層１３の９面から第２の絶縁層１９の４面にして、各面の間の隙間が近接して重ならないように設定されている。

複数に分割された絶縁層１９の間に空いた隙間には、前記第３の絶縁層１３と同様に、メタルや緩衝材を埋め込む。絶縁層１９には、適宜貫通孔２０が形成される。

次いで、第２の絶縁層１９の上側面に第１のメタル層２２が形成される（図２（Ｅ））。この第１のメタル層２２は、第２の絶縁層１９の上に形成される回路の配線等である。前記第３のメタル層１２と同様に、蒸着やエッチング等の技術により形成されている。

第１のメタル層２２には第１の絶縁層２３が形成される（図１（Ｆ））。この第１の絶縁層２３は、第１のメタル層２２全体を覆うように１枚（図５参照）の層として形成されている。第１の絶縁層２３は、第２の絶縁層１９と重ならないようになっている。即ち、分割数を、第２の絶縁層１９の４面から第１の絶縁層２３の１面にして、各面の間の隙間が重ならないように設定されている。この隙間の部分では、絶縁層２３が完全に途切れていて強度が弱くて撓みやすいため、それを補うために隙間が重ならないようにして、各隙間の上下を上の絶縁層及び下の絶縁層で挟んで補強している。絶縁層２３には、適宜貫通孔２４が形成される。

［多層配線基板の製造方法］
次に、前記構成の多層配線基板の製造方法について説明する。即ち、前記ベース基板上に、導体層であるメタル層と、当該メタル層を覆う絶縁層とを交互に積層して形成する多層配線基板の製造方法について説明する。

ベース基板１１上にメタル層１２を形成して、このメタル層１２の上側を覆うように絶縁層１３を形成する際に、絶縁層１３を平面方向に複数（９面）に分割してそれらの間に隙間を空けて、メタル層１２を覆って設ける。複数に分割された絶縁層１３の隙間には、メタルや緩衝材を埋め込む。

次いで、絶縁層１３の上側にメタル層１８を設け、このメタル層１８の上側を覆うように絶縁層１９を形成する。この際に、絶縁層１９を平面方向に複数（４面）に分割してそれらの間に隙間を空けて、メタル層１８を覆って設ける。このとき、絶縁層１３と絶縁層１９の隙間を互いにずらして積層する。

次いで、絶縁層１９の上側面にメタル層２２を形成する。そして、このメタル層２２の上側を覆うように絶縁層２３を形成する。

前記各絶縁層は、最上部の１層目からその層数の二乗の数（２層目は２×２、３層目は３×３）に等分割して積層する。

［効果］
前記各絶縁層を平面方向に複数に分割してそれらの間に隙間を空けることで、分割された各面毎に熱収縮が起きて、熱収縮によるひずみを分散して解消することができる。この結果、多層配線基板のより一層の薄膜化、高密度化に対しても、ベース基板１１の反りを防止することができるようになる。

各絶縁層を平面方向に複数に分割してそれらの間に空けた隙間にメタルや緩衝材を埋め込むようにすることで、直接的に各絶縁層を補強したり、各絶縁層の熱収縮を吸収したりすることができ、間接的に多層配線基板の熱収縮によるひずみを解消することができる。

また、隣接する各絶縁層を、前記隙間を互いにずらして積層することで、強度が弱くなる前記隙間の部分を、隣接する絶縁層が補強して、多層配線基板の反りを防止することができる。

さらに、各絶縁層を平面方向に複数に分割してそれらの間に空けた隙間を、上下に隣接する各絶縁層間で互いに近接しないようにすることで、各層間でのひずみによって絶縁層に割れが発生するのを防止することができる。

［変形例］
前記実施形態では、絶縁層を最大９面に分割したが、分割数は多くする程、ベース基板１１にかかる応力を少なくすることができ、ベース基板１１の反りの影響を緩和することができるため、絶縁層をさらに多くの面に分割してもよい。

前記実施形態では、例えば９分割された絶縁層１３の隙間にメタル等を入れた例を説明したが、この隙間に何も入れず、空洞にしても良い。これにより、分割された各絶縁層が、互いに干渉することなく自由に収縮（変形）して、ひずみを解消することができる。さらに、この隙間は、その上下を別の絶縁層等で挟まれて補強されるため、強度も十分に得られる。このため、大きな強度が要求されない多層配線基板では、隙間に何も入れず、空洞にしても良い。

なお、この場合前記絶縁層の隙間の寸法は、多少空ける程度としても良いが、ほとんど隙間が無い状態にしても良い。なぜならば、絶縁層が熱収縮する前の段階では、分割された絶縁層であって隣り合う絶縁層同士がほとんど隙間なく互いに接触しているが、熱収縮で多少隙間が開くようになるからである。さらに、熱収縮によって開いた隙間に金属材料や緩衝材を埋め込んでも良いことは言うまでもない。

また、前記実施形態では、絶縁層を複数の正方形状に分割したが、長方形等の他の形状に分割しても良い。例えば、図６に示すように、長方形状に２分割しても良い。この場合、下の層の絶縁層を左右に２分割して、上の層の絶縁層を上下に２分割している。

また、図７に示すように、絶縁層を３分割と２分割にしても良い。多層配線基板の配線の状態等の種々の条件に応じてベース基板１１の反り方も異なるため、条件の異なるベース基板１１に応じた形状に分割しても良い。図７に場合には、１層目の絶縁層を横３分割、縦２分割にしている。２層目はベース基板１層目を９０度ずらして、縦３分割、横２分割にしている。各層を交互に９０度ずつずらして３層以上に積層しても良い。また、図６も同様に、９０度ずつずらして３層以上に積層しても良い。

また、図８に示すように、下層の絶縁層を四角形と三角形の組み合わせにし、上層を四角形に４分割してもよい。

さらに、前記正方形、長方形等の四角形に限らず、台形等の他の四角形でも良い。また、三角形、五角形等の多角形や丸形でも良い。積層された絶縁層の分割した隙間が互いに重ならないように積層できる形状であればよい。

前記実施形態の多層配線基板は、検査装置のプローブカードとして利用することができる。特に、半導体ウエハ等の表面に形成された集積回路の検査に用いられるプローブカードに形成される多層配線基板として利用可能な発明である。

このようなプローブカードが用いられる検査装置全てに本発明を適用することができる。

また、プローブカード以外にも、多層配線基板が用いられる全ての装置に本願発明を適用することができる。

１１：ベース基板、１２：メタル層、１３：絶縁層、１５：スタッド、１６：貫通孔、１８：メタル層、１９：絶縁層、２０：貫通孔、２２：メタル層、２３：絶縁層、２４：貫通孔。

特開２００３−３０４０７２号公報 特開２００７−６７０１０号公報 特開２００８−７１９６３号公報

Claims (10)

1. ベース基板上に、導体層と、当該導体層を覆って設けられる絶縁層とを交互に積層した多層配線基板であって、
   前記各絶縁層が、それぞれ平面方向に複数に分割され、且つ当該複数に分割された絶縁層の間に隙間を形成して前記導体層を覆うように設けられると共に、積層方向に隣接する各絶縁層が、前記隙間を互いにずらして積層されたことを特徴とする多層配線基板。
2. 請求項１に記載の多層配線基板において、
   前記絶縁層の隙間に金属材料を埋め込んだことを特徴とする多層配線基板。
3. 請求項１に記載の多層配線基板において、
   前記絶縁層の隙間に緩衝材を埋め込んだことを特徴とする多層配線基板。
4. 請求項３に記載の多層配線基板において、
   前記緩衝材が、前記絶縁層の材料と線膨張係数の近い絶縁部材で構成されたことを特徴とする多層配線基板。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多層配線基板において、
   複数積層された状態の前記各絶縁層が、その最上部の１層目からその層数の二乗の数に等分割されて積層されたことを特徴とする多層配線基板。
6. ベース基板上に、導体層と、当該導体層を覆う絶縁層とを交互に積層して形成する多層配線基板の製造方法であって、
   前記各絶縁層を、平面方向に複数に分割し且つ当該複数に分割した絶縁層の間に隙間を形成して前記導体層を覆うように設けると共に、各絶縁層を、前記隙間を互いにずらして積層することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
7. 請求項６に記載の多層配線基板の製造方法において、
   前記複数に分割された絶縁層の隙間に金属材料を埋め込むことを特徴とする多層配線基板の製造方法。
8. 請求項６に記載の多層配線基板の製造方法において、
   前記複数に分割された絶縁層の隙間に緩衝材を埋め込むことを特徴とする多層配線基板の製造方法。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載の多層配線基板の製造方法において、
   前記各絶縁層を、最上部の１層目からその層数の二乗の数に等分割されて積層することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
10. 基板上に形成された回路の電極に接触して検査を行うプローブカードであって、その表面に形成される多層配線基板として、前記請求項１乃至５のいずれか１項に記載の多層配線基板を用いたことを特徴とするプローブカード。

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