JP2013134249A - プローブカード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はプローブカード及びその製造方法に関する。
【解決手段】本発明の実施例によるプローブカードは、基板と、溝部を有し、上記基板の一面に相互離隔して形成された少なくとも一つの金属層と、上記それぞれの金属層の溝部に挿入された少なくとも一つのプローブピンと、上記金属層の一面及び上記溝部の内部に形成され、上記プローブピンを上記溝部に接合する半田部とを含んでよい。
【選択図】図５

Description

本発明はプローブカード及びその製造方法に関する。

最近では、半導体回路の集積技術開発により半導体の小型化が進み、半導体チップの検査装置も高い精度が求められている。

ウェハ組立工程（ｗａｆｅｒ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）を経て半導体ウェハに形成された集積回路チップは、ウェハ状態で行われる電気的特性検査（ＥＤＳ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｄｉｅ Ｓｏｒｔｉｎｇ）により良品と不良品に分類される。

このような電気的特性の検査には、一般的に検査信号の発生と検査結果の判定を担当するテスター（ｔｅｓｔｅｒ）と、半導体ウェハのローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）とアンローディング（ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）を担当するプローブステーション（ｐｒｏｂｅ ｓｔａｔｉｏｎ）と、半導体ウェハとテスターの電気的連結を担当するプローブカード（ｐｒｏｂｅ ｃａｒｄ）とで構成された検査装置が主に用いられている。

このうち、プローブカードは、セラミックグリーンシートに回路パターン、電極パッド及びビア電極などを形成して積層した後、これを焼成して製造したセラミック基板にプローブピンを接合した形態が主に用いられる。

従来のプローブカードはプローブピンが基板の金属層上に接合される構造であり、このような金属層はメッキなどを利用して形成するが、基板が大きくなると、メッキ工程時に高さに差が生じることがある。

即ち、別途の後作業をせず高さに差のある金属層上に複数のプローブピンを半田付けすると、金属層の高さの差によって半田付け後それぞれのプローブピンの高さに差が生じる。よって、該プローブピンの高さの差を無くすために半田付け前に金属層を平坦化する作業を行わなければならなかった。

一方、不良によりプローブピンの一部を交換する場合、プローブピンを基板から分離する際、プローブピンのみが除去されるのではなくプローブピンが付着された電極パッドも基板から一緒に剥がれる虞がある。

このような電極パッドの剥離現象は、プローブピンを基板に再接合する時にも発生し得る。

当技術分野では、金属層の平坦化工程を省略して製作期間を短縮し、製作単価を下げ、不良発生時にプローブピンの一部のみを容易に交換できる新たな案が求められていた。

本発明の一側面は、基板と、溝部を有し、上記基板の一面に相互離隔して形成された少なくとも一つの金属層と、上記それぞれの金属層の溝部に挿入された少なくとも一つのプローブピンと、上記金属層の一面及び上記溝部の内部に形成され、上記プローブピンを上記溝部に接合する半田部とを含むプローブカードを提供する。

本発明の一実施例における上記金属層は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）、タイタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及びニッケル（Ｎｉ）のうち一つ又はこれらのうち少なくとも二つ以上の合金からなってよい。

本発明の一実施例における上記半田部は、スズ（Ｓｎ）、金−スズ（ＡｕＳｎ） 及び銀−スズ（Ａｇ−Ｓｎ）のうち少なくとも一つからなってよい。

本発明の一実施例における上記プローブピンは、接触部と、上記接触部の一端と連結され、上記接触部を支持する胴体部と、上記胴体部の一端と連結され、上記溝部に少なくとも一部が挿入された状態で上記半田部により接合された接合部とを含んでよい。

本発明の一実施例における上記プローブピンは、タイタニウム（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケルコバルト（ＮｉＣｏ）、ニッケルコバルトタングステン（ＮｉＣｏＷ）、白金（Ｐｔ）及びロジウム（Ｒｈ）のうち一つ又はこれらのうち少なくとも二つ以上の組み合わせで構成されたグループから選択された材料からなってよい。

本発明の他の側面は、基板を設ける段階と、上記基板の一面にシード層を形成する段階と、上記シード層上に感光膜を形成する段階と、上記感光膜を露光及び現像し、相互離隔された複数の孔を形成する段階と、上記孔の内部に金属層を形成する段階と、上記金属層上に半田材料層を形成する段階と、上記積層された金属層及び半田材料層を貫通する複数の溝部を形成し、上記基板の一面のうち一部を露出する段階と、上記溝部にプローブピンを挿入して上記基板の露出した部分に上記プローブピンを接触する段階と、上記半田材料層を溶融して上記金属層の一面及び上記溝部の内部に半田を形成し、上記プローブピンを上記溝部に接合する段階とを含むプローブカードの製造方法を提供する。

本発明の一実施例における上記孔の形成段階は、上記感光膜の一部をプラズマアッシング（ｐｌａｓｍａ ａｓｈｉｎｇ）して形成してよい。

本発明の一実施例における上記金属層の形成段階は、上記基板上に形成された孔の内部に銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ），タイタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及びニッケル（Ｎｉ）のうち一つ又はこれらのうち少なくとも二つ以上の合金からなる材料をメッキして形成してよい。

本発明の一実施例における上記半田材料層の形成段階は、上記金属層上に金（Ａｕ）又はスズ（Ｓｎ）のうち少なくとも一つからなる材料をメッキして形成してよい。

本発明の一実施例における上記接合段階は、溶融された上記半田材料層の材料が上記溝部を通じて投入されて上記溝部の内壁と上記プローブピンの間の隙間を満たして行われてよい。

本発明の一実施例によると、金属層の平坦化工程を省略して製作期間を短縮し、製作単価を下げることができ、プローブピンの一部を除去したり、再接合したりする時プローブピンが付着された電極パッドも基板から一緒に剥離される問題を防止し、プローブピン不良時に容易に修理できるという効果がある。

本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態によるプローブカードの基板とプローブピンの結合構造を概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるプローブカードを概略的に示した斜視図である。 図３のプローブカードのプローブピンを半田付けする前の状態を示した断面図である。 図３のプローブカードのプローブピンを半田付けした後の構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を示した工程図である。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。

しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。

また、本発明の実施形態は当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

従って、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがあり、図面上に同じ符号で示される要素は同じ要素である。

また、類似する機能及び作用をする部分に対しては、図面全体にわたって同じ符号を使用する。

尚、明細書全体において、ある構成要素を「含む」とは特に反対する記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。

図１は本発明の一実施形態によるプローブカードの製造方法を説明するための工程別断面図であり、図２は本発明の一実施形態によるプローブカードの基板とプローブピンの結合構造を概略的に示した分解斜視図であり、図３は本発明の一実施形態によるプローブカードを概略的に示した斜視図であり、図４は図３のプローブカードのプローブピンを半田付けする前の状態を示した断面図であり、図５は図３のプローブカードのプローブピンを半田付けした後の構造を示した断面図である。

図１から図５を参照すると、本実施形態によるプローブカード１００は、基板１０と、基板１０の一面に接合され、物理的及び電気的に連結された複数のプローブピン７０とを含む。

このとき、基板１０の一面にボンディング部４０が形成され、ボンディング部４０は下部の金属層４１と金属層４１上に形成された半田付け層４２を含み、ボンディング部４０の内部には金属層４１と半田付け層４２を貫通してプローブピン７０の一端が挿入される溝部４３が形成される。

本実施形態では、半田付け層４２が半球状に示されているが、本発明はこれに限定されず、該半田付け層４２はプローブピン７０の一端を完全に包む形態であれば、その断面は四角形又は三角形など多様に変更されてよい。

本実施形態において、基板は、説明の便宜のためにプローブ基板とセラミック基板をともに用いて説明するが、二つの基板は同じ構成要素を指し示す。

基板１０は、複数のセラミックグリーンシートを積層し焼成して製造することができ、このようなセラミックグリーンシートにより複数のセラミック層を形成することができる。

このとき、セラミック層に配線パターン（不図示）とこれを垂直に連結する導電性ビア（不図示）をそれぞれ形成してよい。

また、基板１０の一面に回路パターン（不図示）を形成してよく、上述のボンディング部４０の金属層４１は上記回路パターンにより基板１０の内部に連結されたビア電極（不図示）と物理的及び電気的に連結されて電極パッドとしての役割を行うことができる。

一方、本実施形態の基板１０に低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ；Ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏ−ｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ）基板を用いてもよいが、本発明はこれに限定されない。

これは、基板１０に高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ；Ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏ−ｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ）基板を用いると、約１５００〜１７００℃で焼成が行われるため、導電性物質としてタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）などを使用しなければならないが、この場合、工程費用が高くなり、大面積の精密パターンに対する寸法精度を具現することが困難であるためである。

上記のように、基板１０が低温同時焼成セラミック基板である場合、ドクターブレード工程のような方法でセラミックグリーンシートを用意してから、セラミックグリーンシートに導電性ビア及び内部電極を適切に形成した後、これらを積層してセラミック積層体を形成することができる。

次いで、上記セラミック積層体を約７００〜９００℃で焼成してセラミック焼結体を得ることができる。

金属層４１は電流が流れる導電性物質により形成されることができ、例えば耐久性に優れて磨耗を減らせる銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）、タイタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及びニッケル（Ｎｉ）のうち一つ又はこれらのうち少なくとも二つ以上の合金を材料として利用してよい。しかし、本発明はこれに限定されない。

半田付け層４２には、スズ（Ｓｎ）、金−スズ（ＡｕＳｎ）及び銀−スズ（Ａｇ−Ｓｎ）のうち少なくとも一つの材料を利用してよい。このとき、半田付け性（ｓｏｌｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ）を向上させるためにプローブピン７０側に金（Ａｕ）層をさらに形成してよい。

プローブピン７０は電流が流れる導電性物質で形成してよく、例えば、耐久性に優れて磨耗を減らせるタイタニウム（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケルコバルト（ＮｉＣｏ）、ニッケルコバルトタングステン（ＮｉＣｏＷ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）のうち一つ又はこれらのうち少なくとも二つ以上の組み合わせで構成されたグループから選択された材料からなってよい。

該プローブピン７０は、半導体の製造で応用される微細薄板技術を利用して製造してよい。

また、本実施形態におけるプローブピン７０は、カンチレバー状に形成されているが、例えば、基板１０に垂直に接合される一字状など多様に変形して構成してもよい。

該プローブピン７０は、接合部７１、胴体部７２及び接触部７３を含んでよい。

接合部７１は、基板１０及び溝部４３との接触面積が最大限確保できるように四角板状であってよく、基板１０の溝部４３に挿入されて基板１０と電気的に連結される。

胴体部７２は一端が接合部７１と連結され、他端は接触部７３と連結される。

このとき、胴体部７２はプローブピン７０のねじれを防止し、剛性を向上させるために、表面を金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）などのように伝導性の良い金属材質でメッキ処理をしてもよい。

接触部７３は、端部がウェハダイのような被検査体（不図示）と接触するように「Ｖ」字状や尖端のチップ状であってもよい。

即ち、接触部７３が被検査体に接触されることで、テスター装備から受けた電気的信号を被検査体に伝達し、被検査体から受信した信号を再びプローブカード１００に伝送する役割をする。

以下では、本発明の一実施形態によるプローブカード１００の製造方法を説明する。

図１に示されたように、配線パターン及びビア電極が形成された複数のセラミック層を積層、焼結したセラミック基板１０を用意する（図６に示した工程１１０、以下同様）。

このとき、上述のように、セラミック基板１０は低温同時焼成セラミック（以下、ＬＴＣＣ）基板であってよい。

低温同時焼成セラミック基板１０は、ドクターブレード工程のような方法でセラミックグリーンシートを設けた後、それぞれのセラミックグリーンシートに配線パターン及び導電性ビアを形成してから、これらを積層して焼結することで形成することができる。このとき、焼結工程は、約７００〜９００℃で行ってよい。

次に、セラミック基板１０の油汚れや酸化物などの異物を除去する洗浄（ｃｌｅａｎｉｎｇ）作業をした後、その上にシード層２０を蒸着して形成する（工程１２０）。

シード層２０は、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）を順に蒸着して二重層に形成してよく、このとき、チタン層は伝導層が基板１０上にうまく蒸着されるようにする濡れ層の役割をし、金層は伝導層の役割をすることができるが、本発明はこれに限定されない。

次に、シード層２０上に所定厚さの感光膜３０を形成する（工程１３０）。

感光膜３０の一部を露光及び現像し、相互離隔された複数の孔を形成してシード層２０の上面を外部に露出させる（工程１４０）。

このとき、感光膜３０の不要な部分を除去する方法として、酸素プラズマを利用するプラズマアッシング（ｐｌａｓｍａ ａｓｈｉｎｇ）などの方法を用いてよく、本発明はこれに限定されない。

次に、上記孔の内部に電解メッキ法などを利用して金属層４１を形成する（工程１５０）。

しかし、金属層４１の形成方法はこれに限定されず、必要に応じて、無電解メッキ法やスクリーン印刷法、スパッタリングなど多様な方法を適用してよい。

即ち、セラミック基板１０上に、先ず、導電性を有する基底層を形成し、電解液内にセラミック基板１０を含浸させた後、上記基底層に電圧を印加することで、金属層４１を成長させることができる。

このような金属層４１は導電性物質により形成されることができ、特に、セラミック基板１０上に形成される回路パターンやプローブピン７０を形成する材質と容易、かつ強固に結合される材質で形成することが好ましい。

このような導電性物質として、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）、タイタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）のうち一つ又はこれらのうち少なくとも二つ以上の合金を利用してよい。これによりプローブの耐久性が向上するため、長期間使用してもプローブの性能を一定に保持することができる。

次に、上記金属層４１上に電解メッキ法などを利用して半田材料層４２を形成してボンディング部４０を形成する（工程１６０）。

しかし、半田材料層４２の形成方法はこれに限定されず、必要に応じて、無電解メッキ法やスクリーン印刷法、スパッタリングなど多様な方法を適用してよい。

このとき、半田材料層４２の材料は半田付けに多く用いられる金（Ａｕ）又はスズ（Ｓｎ）などを使用することができるが、本発明はこれに限定されない。

次に、ボンディング部４０である金属層４１及び半田材料層４２を垂直に貫通して溝部４３を形成し、セラミック基板１０の上面の一部を外部に露出させ（工程１７０）、セラミック基板１０の上面に残っている感光膜３０は全て除去する（工程１８０）。しかし、本発明はこれに限定されない。

次いで、ボンディング部４０の溝部４３にプローブピン７０の接合部７１を挿入してプローブピン７０がセラミック基板１０の露出した一面と直接接触し電気的に連結されるようにする（工程１９０）。

このとき、セラミック基板１０の一面にセラミック基板１０のビア電極と金属層４１をそれぞれ電気的に連結するように回路パターンを形成してよい。

次に、半田材料層４２を利用して半田付けを行う（工程２００）。

即ち、半田材料層４２を溶融させて生成された半田４２’を利用してプローブピン７０と基板１０を互いに接合させる。

このとき、半田材料層４２の半田のうち一部４２ａは、ボンディング部４０の溝部４３に入って溝部４３の内壁と接合部７１の間の隙間を満たし、プローブピン７０とボンディング部４０のボンディングされる領域を広くするため、プローブピン７０と基板１０の間の接合力をさらに向上させることができる。

一方、従来のプローブカードは、プローブピンの接合部が基板の金属層上に接合される構造であり、このとき、金属層はメッキを利用して形成するが、基板が大きくなると、メッキ工程時に高さに差が生じることがある。

即ち、別途の後作業をせずに高さに差のある金属層上に複数のプローブピンを半田付けすると、金属層の高さの差により半田付け後のそれぞれのプローブピンの高さに差が生じる。よって、プローブピンの高さの差を無くすために、半田付け前に金属層を平坦化する作業が先行されなければならなかった。

しかし、本実施形態の場合、プローブピン７０の接合部７１が基板１０の表面上に直接接触されるため、上記のような金属層の平坦化作業をしなくてもそれぞれのプローブピン７０の高さに差が発生しないので、作業工程を減らして製作期間を短縮させ、製作単価を下げるという効果がある。

また、不良によりプローブピン７０のうち一部を交換する場合、半田４２’、４２ａをレーザーで照射して該当するプローブピン７０を基板１０から分離する。

このとき、プローブピン７０の接合部７１が金属層４１ではない基板１０の上面に直接接触しているため、プローブピン７０の分離又は再接合の際、金属層４１がともに剥離することを防止することができる。

従って、プローブカードの不良のとき、容易に修理できるという効果がある。

本発明は上述した実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求の範囲により限定する。

従って、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能で、これも本発明の範囲に属する。

１０ 基板
２０ シード層
３０ 感光膜
４０ ボンディング部
４１ 金属層
４２ 半田材料層
４２’、４２ａ 半田
４３ 溝部
７０ プローブピン
１００ プローブカード

Claims (10)

1. 基板と、
   溝部を有し、前記基板の一面に相互離隔して形成された少なくとも一つの金属層と、
   前記それぞれの金属層の溝部に挿入された少なくとも一つのプローブピンと、
   前記金属層の一面及び前記溝部の内部に形成され、前記プローブピンを前記溝部に接合する半田部と、
   を含むプローブカード。
2. 前記金属層は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）、タイタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及びニッケル（Ｎｉ）のうち一つ又はこれらのうち少なくとも二つ以上の合金からなることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記半田部は、スズ（Ｓｎ）、金−スズ（ＡｕＳｎ）及び銀−スズ（Ａｇ−Ｓｎ）のうち少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
4. 前記プローブピンは、
   接触部と、
   前記接触部の一端と連結され、前記接触部を支持する胴体部と、
   前記胴体部の一端と連結され、前記溝部に少なくとも一部が挿入された状態で前記半田部により接合された接合部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
5. 前記プローブピンは、タイタニウム（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケルコバルト（ＮｉＣｏ）、ニッケルコバルトタングステン（ＮｉＣｏＷ）、白金（Ｐｔ）及びロジウム（Ｒｈ）のうち一つ又はこれらのうち少なくとも二つ以上の組み合わせで構成されたグループから選択された材料からなることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
6. 基板を設ける段階と、
   前記基板の一面にシード層を形成する段階と、
   前記シード層上に感光膜を形成する段階と、
   前記感光膜を露光及び現像し、相互離隔された複数の孔を形成する段階と、
   前記孔の内部に金属層を形成する段階と、
   前記金属層上に半田材料層を形成する段階と、
   前記積層された金属層及び半田材料層を貫通する複数の溝部を形成し、前記基板の一面のうち一部を露出する段階と、
   前記溝部にプローブピンを挿入して前記基板の露出した部分に前記プローブピンを接触する段階と、
   前記半田材料層を溶融して前記金属層の一面及び前記溝部の内部に半田を形成し、前記プローブピンを前記溝部に接合する段階と、
   を含むプローブカードの製造方法。
7. 前記孔の形成段階は、前記感光膜の一部をプラズマアッシング（ｐｌａｓｍａ ａｓｈｉｎｇ）して形成することを特徴とする請求項６に記載のプローブカードの製造方法。
8. 前記金属層の形成段階は、前記基板上に形成された孔の内部に銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ），タイタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及びニッケル（Ｎｉ）のうち一つ又はこれらのうち少なくとも二つ以上の合金からなる材料をメッキして形成することを特徴とする請求項６に記載のプローブカードの製造方法。
9. 前記半田材料層の形成段階は、前記金属層上に金（Ａｕ）又はスズ（Ｓｎ）のうち少なくとも一つからなる材料をメッキして形成することを特徴とする請求項６に記載のプローブカードの製造方法。
10. 前記接合段階は、溶融された前記半田材料層の材料が前記溝部を通じて入り、前記溝部の内壁と前記プローブピンの間の隙間を満たすことを特徴とする請求項６に記載のプローブカードの製造方法。

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