JP2013002930A

JP2013002930A - プローブ支持基板の製造方法

Info

Publication number: JP2013002930A
Application number: JP2011133753A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Furuya; 邦浩古屋; Shinichiro Takase; 慎一郎高瀬
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】プローブの支持孔を所望の位置に高精度に形成することができるプローブ支持基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のプローブ支持基板の製造方法では、第１の金属薄板１１にプローブ２０より大径の孔１１Ａを複数のプローブ２０の配列パターンに即して複数形成し、複数の大径孔１１Ａの互いに対応する大径孔１１Ａ同士をそれぞれ位置合わせして第１の金属薄板１１を複数枚積層して第１の積層体１２を得る。次いで、第１の積層体１２の主面に第２の金属薄板１３を積層して第２の積層体１４を得た後、第２の積層体１４を加熱、加圧して複数の第１の金属薄板１１と第２の金属薄板１３をそれぞれ互いに接合し、複数のプローブ２０の位置決め孔１３Ａを、複数の大径孔１１Ａに対応させてプローブ２０の外径に即した大きさで第２の金属薄板１３に形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウエハの電気的特性検査に用いられるプローブカードを構成するプローブ支持基板に関し、更に詳しくは、複数のプローブを予め設定された位置で高精度に支持することができるプローブ支持基板の製造方法及に関する。

半導体ウエハの電気的特性検査にはプローブ装置が用いられる。プローブ装置は、カセットに収納された半導体ウエハを一枚ずつ搬送するローダ室と、ローダ室から搬送される半導体ウエハに形成された複数のデバイスの電気的特性検査を行うプローバ室と、ローダ室内及びプローバ室内の各種の機器を制御する制御装置と、を備えている。

プローバ室は、例えば図４の（ａ）に示すように、ローダ室（図示せず）からの半導体ウエハＷを載置し、Ｘ、Ｙ、Ｚ及びθ方向に移動する載置台１と、載置台１の上方に配置され且つ載置台１上の半導体ウエハＷ全面に形成された複数の電極パッドと電気的に接触する複数のプローブ２Ａを有するプローブカード２と、載置台１と協働してプローブカード２の複数のプローブ２Ａと半導体ウエハＷの複数の電極パッドとのアライメントを行うアライメント機構（図示せず）と、を備え、アライメント後の半導体ウエハＷの全ての電極パッドとプローブカード２の全てのプローブ２Ａが一括接触して半導体ウエハＷに形成された複数のデバイスの電気的特性検査を行うように構成されている。

プローブカード２は、図４の（ａ）に示すように、複数のプローブ２Ａと、これらのプローブ２Ａを支持するプローブ支持基板２Ｂと、プローブ支持基板２Ｂが接合されて複数のプローブ２Ａの上端がそれぞれ電気的に接触する複数の端子電極を有する回路基板２Ｃと、を備えている。複数のプローブ２Ａとプローブ支持基板２Ｂは、プローブカード２のコンタクタとして構成されている。プローブ支持基板２Ｂは、例えばセラミック等の絶縁基板によって形成されている。複数のプローブ２Ａは、プローブ支持基板２Ｂに形成された複数の貫通孔を貫通して回路基板２Ｃに形成された複数の端子電極とそれぞれ接触している。

ところが、プローブ支持基板２Ｂの貫通孔は、プローブ２Ａの本数に即して機械加工によって形成されているため、デバイスの高集積化及びウエハ径の大口径化によりプローブ２Ａの本数が多くなり、それだけ貫通孔の機械加工に多くの時間を要し、プローブカード２の製造コストが高くなる。

そこで、特許文献１にはプローブ支持基板２Ｂを低コストで製造する方法が記載されている。特許文献１に記載の技術によれば、例えば予め金属薄板２Ｂ_１にプローブ２Ａを支持する複数の貫通孔がエッチングにより一括して形成され、複数の貫通孔が形成された金属薄板２Ｂ_１は、各貫通孔が位置合わせされた状態で図４の（ｂ）に示すように所望厚さになるように複数枚積層され、複数の金属薄板２Ｂ_１が拡散接合等の手法によって一体化されて、複数の貫通孔２Ｅを有する一枚のプローブ支持基板２Ｂとして製造される。この手法によれば、貫通孔２Ｅが増えても金属薄板２Ｂ_１の段階で複数の貫通孔がエッチングによって一括して形成されるため、機械加工による孔明け加工に比べてプローブ支持基板２Ｂを低コストで製造することができる。このようなプローブ支持基板２Ｂは、特許文献１以外の特許文献２にも記載されている。尚、図４の（ｂ）において、２Ｆは、貫通孔２Ｅの内周面に形成された絶縁被膜であり、絶縁被膜２Ｆによってプローブ２Ａとプローブ支持基板２Ｂとを電気的に絶縁している。また、２Ｇは、プローブ支持基板２Ｂの上面に形成された絶縁薄板２Ｇであり、絶縁薄板２Ｇによってプローブ２Ａとプローブ支持基板２Ｂとを電気的に絶縁している。

ＷＯ９９／００４２７４特開２０１１−０４３３７７

しかしながら、図４の（ｂ）に示すように金属薄板２Ｂ_１を複数枚積層して拡散接合等の加熱、加圧手法によって一体化する場合にはプローブ支持基板２Ｂを低コストで製造することができる反面、積層された複数の金属薄板２Ｂ_１を加熱、加圧しながら接合するため、接合時の熱膨張と加圧により上下の金属薄板２Ｂ_１間で位置ズレし、図５に示すようにプローブ２Ａの貫通孔が互いに位置ズレする。特にプローブ２Ａの支持位置を決定するプローブ２Ａ側の貫通孔が設計上の位置から僅かに位置ズレしてプローブ２Ａの本来の支持位置が不明確になって定まらず、プローブ２Ａの支持位置がばらつき、プローブカード２の信頼性を損なう虞がある。プローブ支持基板２Ｂが大口径化し、貫通孔２Ｅの数が多くなるほど各金属薄板２Ｂの位置ズレの影響が顕著になる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プローブの支持孔を所望の位置に高精度に形成することができるプローブ支持基板の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のプローブ支持基板の製造方法は、被検査体の電気的特性検査に用いられる複数のプローブを支持するプローブ支持基板を製造する方法であって、第１の金属薄板に上記プローブより大径の孔を上記複数のプローブの配列パターンに即して複数形成する第１の工程と、上記複数の大径孔の互いに対応する大径孔同士をそれぞれ位置合わせして上記第１の金属薄板を複数枚積層して第１の積層体を得る第２の工程と、上記第１の積層体の主面に第２の金属薄板を積層して第２の積層体を得る第３の工程と、上記第２の積層体を加熱、加圧して上記複数の第１の金属薄板と上記第２の金属薄板をそれぞれ互いに接合する第４の工程と、上記複数のプローブの位置決め孔を、上記複数の大径孔に対応させて上記プローブの外径に即した大きさで上記第２の金属薄板に設ける第５の工程と、を備えていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のプローブ支持基板の製造方法は、請求項１に記載の発明において、上記第４の工程では拡散接合により上記複数の第１の金属薄板と上記第２の金属薄板をそれぞれ接合することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプローブ支持基板の製造方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記第１の金属薄板の複数の大径孔と上記第２の金属薄板の位置決め孔とをそれぞれエッチングによって形成することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のプローブ支持基板の製造方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第２の金属薄板の主面及び上記位置決め孔の内周面に絶縁被膜を形成する工程を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、プローブの支持孔を所望の位置に高精度に形成することができるプローブ支持基板の製造方法を提供することができる。

本発明のプローブ支持基板の製造方法の一実施形態によって製造されたプローブ支持基板を示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本実施形態のプローブ支持基板の製造方法のうち、第１、第２の金属薄板を用意し、第１、第２の金属薄板を積層する工程を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図２に示す第１、第２の金属薄板の積層体を拡散接合し、第２の金属薄板に位置決め孔及び孔を形成する工程を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）はいずれも従来のプローブ装置を示し、（ａ）は従来のプローブカードが取り付けられたプローブ装置の要部を示す側面図、（ｂ）は従来のプローブ支持基板の要部を拡大して示す断面図である。図４に示す金属薄板を拡散接合して生じた金属薄板間の位置ズレを拡大して示す断面図である。

以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。

まず、本発明のプローブ支持基板の製造方法によって製造されるプローブ支持基板について例えば図１を参照しながら説明する。このプローブ支持基板１０は、図１に示すように、半導体ウエハ（図示せず）に所定のパターンで形成された複数の電極パッドとそれぞれ接触するプローブカード（図示せず）の複数のプローブ２０を有するコンタクタとして構成されている。

而して、本実施形態のプローブ支持基板１０は、図１に示すように、複数の第１の金属薄板１１が積層されて形成された第１の積層体１２と、第１の積層体１２の主面（図１では上面）に第１の金属薄板１１と同一形状の第２の金属薄板１３が積層された第２の積層体１４と、第２の積層体１４の上面に積層された第１、第２の金属薄板１１、１３と、を備え、第２の金属薄板１３の上面及び後述の孔の内周面には絶縁被膜１５が形成されている。第１、第２の金属薄板１１、１３は、それぞれ例えば４２アロイ、インバー、コバール等のＮｉ−Ｆｅ系合金やステンレス等によって例えば０．１〜０．５ｍｍの厚さに形成されている。第２の積層体１４は、複数の第１の金属薄板１１と一枚の第２の薄板金属１３が拡散接合によって互いに接合されて一枚板として形成されている。第２の積層体１４は、拡散接合以外の接合手段、例えばスポット溶接や熱硬化性樹脂等の接着剤による接合等の手段によっても形成される。

プローブ支持基板１０の主面（図１では上面）には半導体ウエハ（図示せず）の複数の電極パッドの配列パターンに即して配列された複数のプローブ２０が取り付けられている。複数のプローブ２０は、全てニッケル等のバネ性のある導電性材料によって図１に示すように形成されている。このプローブ２０は、同図に示すように、半導体ウエハの電極パッドと接触する接触部２０Ａと、接触部２０Ａの基端からプローブ支持基板１０の上面に沿って延設された支持部２０Ｂと、接触部２０Ａの手前で支持部２０Ｂから垂下するリード部２０Ｃと、支持部２０Ｂの延設端側に形成された突起部２０Ｄと、を有している。支持部２０Ｂは、接触部２０Ａからリード部２０Ｃまでが薄肉部として形成され、リード部２０Ｃから延設端までが厚肉部として形成されている。

プローブ支持基板１０には複数のプローブ２０のリード部２０Ｃがそれぞれ貫通する貫通孔１０Ａと複数のプローブ２０の突起部２０Ｄがそれぞれ嵌合する凹陥部１０Ｂが複数のプローブ２０の配列パターンに即して形成されている。プローブ２０は、リード部２０Ｃが貫通孔１０Ａを貫通して回路基板３０の端子電極に接触すると共に、突起部２０Ｄが絶縁性接着剤を介して凹陥部１０Ｂに接着、固定されて、プローブ支持基板１０の上面に取り付けられている。この状態で、プローブ２０の支持部２０Ｂの厚肉部が絶縁被膜１５に接触し、支持部２０Ｂの薄肉部が絶縁被膜１５から浮上している。従って、プローブ２０は、接触部２０Ａが半導体ウエハの電極パッドと電気的に接触して絶縁薄板１５側へ弾性変形するようになっている。

貫通孔１０Ａは、図１に示すように複数の第１の金属薄板１１によって形成された孔１１Ａと第２の金属薄板１３に形成された位置決め孔１３Ａによって形成されている。第１の金属薄板１１の孔１１Ａは、プローブ２０のリード部２０Ｃの外径より大径に形成されている。第２の金属薄板１３の位置決め孔１３Ａは、リード部２０Ｃよりやや大径に形成されている。この位置決め孔１３Ａの内周面と第２の金属薄板１３の上面には絶縁被膜１６が一体的に形成されている。位置決め孔１３Ａの内周面に形成された絶縁被膜１６の内径は、リード部２０Ｃが位置決め孔１３Ａにおいて上下方向に摺動できる大きさに形成されている。絶縁被膜１６は、例えばポリイミド樹脂、フッ素樹脂等の耐摩耗性、耐薬品性樹脂によって形成されている。位置決め孔１３Ａは、凹陥部１０Ｂと一緒にプローブ２０の支持位置を設定する孔であるため、第１の金属薄板１１の孔１１Ａのように接合時の位置ズレが許されず、後述するようにプローブ支持基板１０に対して高精度に位置決めして形成されている。複数の位置決め孔１３Ａがそれぞれ高精度に位置決めされているため、プローブ支持基板１０に取り付けられた複数のプローブ２０は、それぞれの接触部２０Ａが対応する複数の電極パッドと位置ズレすることなく確実に接触し、検査の信頼性を高めることができる。

また、凹陥部１０Ｂは、第２の金属薄板１３の孔１３Ｂによって形成されている。この孔１３Ａは、プローブ２０の突起部２０Ｄが嵌合する大きさに形成されている。プローブ２０は、突起部２０Ｄが凹陥部１０Ｂに嵌合した状態で接着剤によって接着、固定されている。

而して、第１、第２の金属薄板１１、１３の拡散接合は、加熱、加圧下で行なわれるため、第１、第２の金属薄板１１、１３が熱膨張や加圧によって位置ズレし、その影響で図１に誇張して示すように複数の第１金属薄板１１それぞれの孔１１Ａと第２の金属薄板１３の位置決め孔１３Ａが不揃いになる。しかしながら、本実施形態では、後述するように、複数の孔１１Ａを有する第１の金属薄板１１と孔のない第２の金属薄板１３を積層した第２の積層体１４が拡散接合された後に、第１の金属薄板１３に位置決め孔１３Ａが形成されるため、設計上の位置に位置決め孔１３Ａが高精度に形成され、延いてはプローブ支持基板１０に対してプローブ２０が高精度に取り付けられる。

次いで、図１に示すプローブ支持基板１０の製造方法について図２、図３を参照しながら説明する。

まず、プローブ支持基板１０の第１、第２の金属薄板１１、１３を作製するために、例えば０．１〜０．５ｍｍの４２アロイシートが用意される。この４２アロイシートから第１、第２の金属薄板１１、１３がそれぞれプローブ支持基板１として必要な枚数だけ所定の形状に切断加工され、第２の金属薄板１３は一枚だけ作製される。

次いで、図２の（ａ）に示すように第１の金属薄板１１のウェットエッチング処理によりプローブ２０のリード部２０Ｃが通る複数の孔１１Ａと第１の金属薄板１１の位置合わせに用いられる位置合わせ用の孔１１Ｃが第１の金属薄板１１に形成される。位置合わせ用の孔１１Ｃは、第１の金属薄板１１の外周縁部に所定間隔を空けて複数個所に形成される。これらの孔１１Ａ、１１Ｃを形成するには、第１の金属薄板１１の両面にフォトレジストが塗布されてフォトレジスト膜が形成され、このフォトレジスト膜が所定のフォトマスクを介して露光処理された後、現像処理されて孔１１Ａ、１１Ｃに相当する部分のフォトレジストが所定のパターンで除去され、それぞれの孔１１Ａ、１１Ｃに相当する部分から第１の金属薄板１１がフォトレジスト膜から露出する。現像処理後、エッチング液を用いて第１の金属薄板１１を両面からエッチング処理し、図２の（ａ）に示すように第１の金属薄板１１に所定のパターンで複数の孔１１Ａ、１１Ｃが一括して形成される。このように孔明けされた第１の金属薄板１１がプローブ支持基板１０として必要な枚数だけ作製される。また、同図の（ｂ）に示すように第２の金属薄板１３には位置合わせ用の孔１３Ｃが第１の金属薄板１１の複数の孔１１Ｃに対応して実質的に同一の大きさで上述のエッチングにより孔明け加工される。尚、図１では第１の金属薄板１１の２箇所の孔１１Ａと第１、第２の金属薄板１１、１３の位置合わせ用の孔１１Ｃ、１３Ｃが拡大して図示されている。

第１の金属薄板１１に複数の孔１１Ａ、１１Ｃが所定のパターンで形成された後、図２の（ｃ）に示す積層用治具５０を用いて第１の金属薄板１１が必要枚数だけ積層される。積層用治具５０には第１の金属薄板１１の複数の孔１１Ｃに対応するガイドピン５１が立設されている。このガイドピン５１に第１の金属薄板１１の複数の孔１１Ｃを合わせて第１の金属薄板１１が必要枚数だけ積層用治具５０上に積層されて第１の第１の積層体１２として形成される。この際、第１の金属薄板１１の複数の孔１１Ａは、ガイドピン５１を介して自動的に位置合わせされている。更に、第２の金属薄板１３が孔１３Ｃとガイドピン５１を介して第１の積層体１２の上面に積層されて第２の積層体１４として形成される。尚、図２の（ｄ）は同図の（ｃ）に対応する平面図である。

然る後、第２の積層体１４が拡散接合される。拡散接合では第２の積層体１４が真空下または不活性雰囲気下で所定の温度まで加熱されると共に上下から所定の圧力で加圧されて複数の第１の金属薄板１１と一枚の第２の金属薄板１３が互いに接合されて一枚板として一体化される。第１、第２の金属薄板１１、１３は、それぞれが互いに接合するまでに熱膨張と加圧により僅かではあるが図３の（ａ）に示すようにそれぞれの孔１１Ａが本来の位置（設計上の位置）から位置ズレする。しかしながら、本実施形態では第１の金属薄板１１の複数の孔１１Ａは、いずれもプローブ２０の支持位置を設定するものでなく、リード部２０Ｃの通る孔としてリード部２０Ｃより大径に形成されている。そのため、第１の積層板１２は、複数の第１の金属薄膜１１の孔１１Ａが互い位置ズレして貫通孔１２Ａの内面が揃わず部分的に狭くなっていてもリード部２０Ｃを余裕を持って通すことができる。

本実施形態では、第２の金属薄板１３の位置決め孔１３Ａと孔１３Ｂによってプローブ２０の支持位置が設計通り所望の位置に高精度に設定される。これらの孔１３Ａ、１３Ｂはウェットエッチングによって予め設定された所望の位置に高精度に形成される。第２の金属薄膜１３のウェットエッチングを行うために、まず、第２の積層体１４の上面である第２の金属薄板１３にフォトレジストが塗布されてフォトレジスト膜が形成される。その後、フォトレジスト膜が所定のフォトマスクを介して露光処理され、更に、現像処理されると、第２の金属薄板１３の位置決め孔１３Ａと孔１３Ｂに対応する部分のフォトレジストが除去されて第２の金属薄板１３がフォトレジスト膜から露出する。この第２の金属薄板１３がエッチング処理されると、図３の（ｂ）に示すように所定のパターンで位置決め孔１３Ａと孔１３Ｂが第２の金属薄板１３に形成される。その後、位置決め孔１３Ａ及び孔１３Ｂの内周面及び第２の金属薄板１３の上面に絶縁被膜１５が絶縁材料の電着または蒸着等の薄膜形成手段によって形成される。

然る後、第２の金属薄板１３の孔１３Ｂ（プローブ支持基板１０の凹陥部１０Ｂ）に接着剤を充填した後、予め用意されているプローブ２０のリード部２０Ｃが第２の金属薄板１３の位置決め孔１３Ａに挿入され、突起部２０Ｄがプローブ支持基板１０の凹陥部１０Ｂに嵌合される。これにより、プローブ２０は、リード部２０Ｃが貫通孔１０Ａを貫通し、突起部２０Ｄが接着剤を介して凹陥部１０Ｂに接着、固定されて、プローブ支持基板１０の上面で支持されたコンタクタ（図１参照）が得られる。

以上説明したように本実施形態によれば、第１の金属薄板１１にプローブ２０より大径の孔１１Ａを複数のプローブ２０の配列パターンに即して複数形成する第１の工程と、複数の大径孔１１Ａの互いに対応する大径孔１１Ａ同士をそれぞれ位置合わせして第１の金属薄板１１を複数枚積層して第１の積層体１２を得る第２の工程と、第１の積層体１２の主面に第２の金属薄板１３を積層して第２の積層体１４を得る第３の工程と、第２の積層体１４を加熱、加圧して複数の第１の金属薄板１１と第２の金属薄板１３をそれぞれ互いに接合する第４の工程と、複数のプローブ２０の位置決め孔１３Ａを、複数の大径孔１１Ａに対応させてプローブ２０の外径に即した大きさで第２の金属薄板１３に設ける第５の工程と、を備えているため、複数の第１の金属薄板１１と一枚の第２の金属薄板１３を加熱、加圧して一体化してプローブ支持基板１０を製造する際に複数の第１の金属薄板１１の孔１１Ａ間で位置ズレがあっても、プローブ２０の支持位置を決める位置決め孔１３Ａを設計通り所望の位置に高精度に形成することができ、プローブ支持基板１０に対してプローブ２０を高精度に取り付けることができ、延いては信頼性の高いプローブカードを得ることができる。

また、本実施形態によれば、第４の工程では拡散接合により複数の第１の金属薄板１１と第２の金属薄板１３をそれぞれ接合してプローブ支持基板１０を作製するため、第１の金属薄板１１の大径孔１１Ａ及び第２の金属薄板１３の位置決め孔１３Ａをエッチングにより形成することができ、プローブ支持基板１０を低コストで製造することができ、更に、第２の金属薄板１３の位置決め孔１３を所望の位置に高精度に形成することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に何ら制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を設計変更することができる。例えば、プローブ２０が接触部２０Ａ、支持部２０Ｂ、リード部２０Ｃ及び突起部２０Ｄを有するものについて説明したが、プローブ支持基板の貫通孔を貫通するプローブであれば、他のタイプのプローブであっても良い。

１０プローブ支持基板
１１第１の金属薄板
１１Ａ孔
１２第１の積層体
１３第２の金属薄板
１３Ａ位置決め孔
１４第２の積層体
１５絶縁被膜
２０プローブ

Claims

被検査体の電気的特性検査に用いられる複数のプローブを支持するプローブ支持基板を製造する方法であって、第１の金属薄板に上記プローブより大径の孔を上記複数のプローブの配列パターンに即して複数形成する第１の工程と、上記複数の大径孔の互いに対応する大径孔同士をそれぞれ位置合わせして上記第１の金属薄板を複数枚積層して第１の積層体を得る第２の工程と、上記第１の積層体の主面に第２の金属薄板を積層して第２の積層体を得る第３の工程と、上記第２の積層体を加熱、加圧して上記複数の第１の金属薄板と上記第２の金属薄板をそれぞれ互いに接合する第４の工程と、上記複数のプローブの位置決め孔を、上記複数の大径孔に対応させて上記プローブの外径に即した大きさで上記第２の金属薄板に設ける第５の工程と、を備えていることを特徴とするプローブ支持基板の製造方法。
上記第４の工程では拡散接合により上記複数の第１の金属薄板と上記第２の金属薄板をそれぞれ接合することを特徴とする請求項１に記載のプローブ支持基板の製造方法。
上記第１の金属薄板の複数の大径孔と上記第２の金属薄板の位置決め孔とをそれぞれエッチングによって形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプローブ支持基板の製造方法。
上記第２の金属薄板の主面及び上記位置決め孔の内周面に絶縁被膜を形成する工程を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプローブ支持基板の製造方法。