JP2016080514A - コンタクトプローブ - Google Patents

Abstract

【課題】応力の集中を防止し、繰り返しの測定に耐え得る構造のコンタクトプローブを提供する。【解決手段】硬質の基材１０の一面に、弾性を有する絶縁層２０が設けられる。絶縁層２０は、中央に第１の穴部２１を有する。各々の配線３０は、一部が絶縁層２０に設けられ、先端側が絶縁層２０の第１の穴部２１に突出し、先端側に被検査物の電極との接点部となる凸部３１を有する。各々の配線３０は、導電接続部２２を上下変位の支点とする片持ち梁構造となっている。配線３０の上下変位に伴い、弾性を有する絶縁層２０は、配線３０によって弾性変形して圧縮される。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体集積回路の電気的特性の検査に使用されるプローブカードに備えられた、半導体素子の電極に接するコンタクトプローブに関する。

半導体集積回路の電気的特性の検査に使用されるプローブカードは、検査対象となる半導体素子の電極に接触するコンタクトプローブを多数備えている。半導体素子の微細化に伴い、コンタクトプローブにも微細な構造が必要とされており、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ）技術により、微小な構造のコンタクトプローブが高精度に製造されている。このようなコンタクトプローブには、繰り返し測定においても破壊しない良好な構造強度が要求される。下記特許文献１は、片持ち梁構造のプローブの固定側を嵌合構造としてシリコン基板内に配置することで、プローブとシリコン基板の構造強度を強化している。

特許第４５４３０２２号公報

特許文献１の構造では、プローブの変位による応力がプローブの一箇所（シリコン基板からの突出元の部分）に集中するため、繰り返しの測定によりプローブの弾性特性が劣化しやすい。弾性特性が劣化するにつれ、プローブの初期位置（非測定時の位置）が基準位置からずれていき、やがて使用できなくなる。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、応力の集中を防止し、繰り返しの測定に耐え得る構造のコンタクトプローブを提供することにある。

本発明のある態様は、コンタクトプローブである。このコンタクトプローブは、
基材と、
前記基材の一面に設けられた、第１の穴部を有する絶縁層と、
前記絶縁層に設けられた配線とを備え、
前記配線は、先端側が前記絶縁層の前記第１の穴部に突出し、かつ先端側に被検査物との接点部を有し、
前記絶縁層が弾性を有することを特徴とする。

前記配線の変位により前記絶縁層が弾性変形してもよい。

前記配線を複数備え、隣り合う配線間に前記絶縁層が介在してもよい。

前記配線は、変位の支点から前記接点部までの長さが、前記第１の穴部への突出元から前記接点部までの長さの２倍以上であってもよい。

前記絶縁層は、前記配線の変位の支点と、前記配線の前記第１の穴部への突出元との間に、第２の穴部を有してもよい。

前記第１の穴部の前記第２の穴部側の壁部と、前記第２の穴部の前記第１の穴部側の壁部との間の長さが、前記配線の前記第１の穴部への突出元から前記接点部までの長さより短くてもよい。

前記第２の穴部は、前記基材側から前記配線側に向かって、前記配線の長さ方向に関する幅が小さくなる形状であってもよい。

前記配線は、変位の支点より先端側かつ前記接点部を除いた部分において、幅が厚みよりも大きくてもよい。

前記絶縁層が樹脂フィルムであってもよい。

前記樹脂フィルムがポリイミド又は液晶ポリマーからなってもよい。

前記樹脂フィルムの厚みが２００μｍ以内であってもよい。

前記基材がセラミック基板又はシリコン基板であってもよい。

前記絶縁層の裏面に配線層が設けられ、前記配線と前記配線層が、前記絶縁層に設けられた導電接続部を介して相互に導電接続されていてもよい。

前記基材に配線層が形成され、前記絶縁層は、裏面に配線層が設けられた第１の絶縁層と、前記基材と前記第１の絶縁層との間に介在する第２の絶縁層とを有し、前記配線と前記第１の絶縁層の裏面の配線層とが前記第１の絶縁層に設けられた導電接続部を介して相互に導電接続され、前記第１の絶縁層の裏面の配線層と前記基材の配線層とが前記第２の絶縁層に設けられた導電接続部を介して相互に導電接続されていてもよい。

前記配線の設定変位時における反力が１ｇｆ〜４ｇｆの間であってもよい。

設定変位時における前記接点部の配線延出方向に関する変位が１５μｍ以内であってもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、応力の集中を防止し、繰り返しの測定に耐え得る構造のコンタクトプローブを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係るコンタクトプローブ１の概略斜視図。 図１のＡ−Ａ’概略断面図。 コンタクトプローブ１を半導体素子５０上にセットした状態の概略断面図。 図３の状態からコンタクトプローブ１を下降させた状態の概略断面図。 コンタクトプローブ１における、凸部３１の上下変位量に対する反力の特性図。 コンタクトプローブ１における、凸部３１の上下変位の累計回数（耐久実施回数）に対する凸部３１の初期位置（非測定時の位置）の変動割合の特性図。 配線３０の導電接続部２２から第１の穴部２１への突出元までの長さ（埋め込み長さ）Ｌ２を変化させた場合の、凸部３１の初期位置の変動割合が−１０％になるまでの上下変位（１００μｍ変位）の累計回数（左側縦軸）と反力（右側縦軸）の変化を示す特性図。 比較例に係るコンタクトプローブ８０１の概略斜視図。 コンタクトプローブ８０１を半導体素子５０上にセットした状態の概略断面図。 図９の状態からコンタクトプローブ８０１を下降させた状態の概略断面図。 コンタクトプローブ８０１における、配線８３０の上下変位量に対する反力の特性図。 コンタクトプローブ８０１における、配線８３０の上下変位の累計回数（耐久実施回数）に対する配線３０の初期位置（非測定時の位置）の変動割合の特性図。 実施の形態１に係るコンタクトプローブ１の製法説明図（その１）。 同製法説明図（その２）。 本発明の実施の形態２に係るコンタクトプローブ２の概略斜視図。 図１５のＢ−Ｂ’概略断面図。 コンタクトプローブ２における、配線３０の上下変位量に対する反力の特性図。 コンタクトプローブ２における、配線３０の上下変位の累計回数（耐久実施回数）に対する配線３０の初期位置（非測定時の位置）の変動割合の特性図。 本発明の実施の形態３に係るコンタクトプローブ３の概略断面図。 コンタクトプローブ３の第２の穴部２３となる貫通穴１０８ｃの作製工程説明図。 実施の形態２のコンタクトプローブ２の第２の穴部２３となる貫通穴１０８ｃの作製工程説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

実施の形態１（構造）
図１は、本発明の実施の形態１に係るコンタクトプローブ１の概略斜視図である。図１において、コンタクトプローブ１の側面は、説明の便宜上、断面としている。図２は、図１のＡ−Ａ’概略断面図である。コンタクトプローブ１は、例えば半導体集積回路の電気的特性の検査に使用されるプローブカードに備えられる。

コンタクトプローブ１は、基材１０と、絶縁層２０と、複数の配線３０とを備える。基材１０は、例えば弾性を有しない硬質の基板であり、好適にはセラミック基板又はシリコン基板である。基材１０は、表面ないし内部に不図示の配線層を有する。絶縁層２０は、弾性を有する材質、例えば樹脂フィルムであり、好適にはポリイミド又は液晶ポリマーからなる。樹脂フィルムは、好適には厚みが２００μｍ以内である。絶縁層２０は、好適には多層配線も可能である層とする。複数の配線３０はそれぞれ、Ｎｉ等の金属からなる例えばメッキである。

基材１０の一面（図１の上面）に絶縁層２０が設けられる。絶縁層２０は、中央に第１の穴部（キャビティ領域）２１を有する。各々の配線３０は、一部が絶縁層２０に設けられ、先端側が絶縁層２０の第１の穴部２１に突出し、先端側に被検査物の電極との接点部となる凸部３１を有する。凸部３１は、Ｎｉ等の金属からなる例えば厚膜メッキである。図１の例では、各々の配線３０は、一部が絶縁層２０に埋設され、隣り合う配線３０同士の間には絶縁層２０が介在する。また、図１の例では、配線３０は両側にそれぞれ６本、合計１２本設けられている。なお、図１及び図２では凸部３１が上方となるように描かれているが、実際の半導体素子検査時には、図１及び図２から上下反転した状態になり、凸部３１が下を向いて半導体素子（被検査物）の電極と接触する（図３及び図４参照）。

基材１０上には複数の電極１１が設けられ、絶縁層２０にはスルーホールに金属を充填して形成される導電接続部２２が複数設けられ、電極１１と配線３０とが導電接続部２２によって相互に導電接続される。各々の配線３０は、導電接続部２２を上下変位（被検査物との接触による変位）の支点とする片持ち梁構造となっている。各々の配線３０は、好適には、変位の支点から凸部３１までの長さＬが、第１の穴部２１への突出元から凸部３１までの長さＬ１の２倍以上（Ｌ≧Ｌ１×２）である。また、長さＬは、好適には、上下方向の設定変位（例えば１００μｍ）に対して凸部３１の水平方向（非測定時の配線３０の延出方向）の変位が１５μｍ以内になるように設定される。また、各々の配線３０は、好適には、変位の支点より先端側かつ凸部３１を除いた部分において、幅Ｗが厚みＴより大きい（Ｗ＞Ｔ）。

図３は、コンタクトプローブ１を被検査物としての半導体素子５０上にセットした状態の概略断面図である。図４は、図３の状態からコンタクトプローブ１を下降させた状態の概略断面図である。半導体素子５０の検査を行う際には、図３のようにコンタクトプローブ１を半導体素子５０上にセットし、その後、図４に示すようにコンタクトプローブ１を半導体素子５０に向けて下降させる。すると、配線３０の凸部３１が半導体素子５０の不図示の電極に押し付けられ、配線３０は前記電極から凸部３１に加わる反力によって図４に示すように導電接続部２２を支点に変形（上下変位）する。配線３０の上下変位に伴い、圧縮弾性を有する絶縁層２０は、配線３０によって弾性変形して圧縮される。すなわち、配線３０は、第１の穴部２１に突出している部分が上下変位するとともに、絶縁層２０に接触している部分も絶縁層２０を弾性変形して圧縮させながら上下変位する。これにより、配線３０自身の曲げ弾性と絶縁層２０の圧縮弾性の作用により、凸部３１が上下する変位量に応じた反力（接触力）で、凸部３１は電極に接触する。また、上下変位により配線３０に加わる応力が、図４で点線で囲まれた領域Ａ及び領域Ｂの二箇所（導電接続部２２及び第１の穴部２１の外縁部とそれぞれ近接する二箇所）に分散されるため、絶縁層２０が圧縮弾性を有しない場合と比較して応力集中が緩和される。

図５は、コンタクトプローブ１における、凸部３１の上下変位量に対する反力の特性図である。図６は、コンタクトプローブ１における、凸部３１の上下変位の累計回数（耐久実施回数）に対する凸部３１の初期位置（非測定時の位置）の変動割合の特性図である。図６において、変動割合の測定は、変位量８０μｍ及び１２０μｍの２種類について行った。

図５及び図６に示す特性は、図１に示す配線３０の、幅Ｗを４０μｍ、厚みＴを２５μｍ、第１の穴部２１への突出元から凸部３１までの長さＬ１を４００μｍ、導電接続部２２から第１の穴部２１への突出元までの長さＬ２を６００μｍとし、絶縁層２０の厚みを２００μｍ（基材１０と配線３０に挟まれた領域では、配線３０の厚みを引いた１７５μｍ）とした場合の結果である。また、図６の縦軸の変動割合は、図２に示す高さｈ（変位の支点である導電接続部２２の直上に位置する配線３０の表面を基準とした、測定開始前における凸部３１の高さ）を用いて、

と定義される。なお、ｈ'は各回の変位後の凸部３１の高さである。

図５より、反力（接触力）は、１００μｍ変位時（設定変位時）に２．２ｇｆであり、要求される反力の範囲内（例えば１ｇｆ〜４ｇｆ）であった。なお、検査対象となるウェハー状態の半導体素子の平坦度を考慮すると、実際の変位量の範囲は８０μｍ〜１２０μｍとなるが、この範囲においても反力は１ｇｆ〜４ｇｆであり、反力の要件は満たされている。また、図６より、変位量８０μｍ及び１２０μｍの各々において、上下変位の累計回数が１００万回に達しても配線３０の初期位置の変動割合は−１０％以下であり、コンタクトプローブ１の機械的耐久性の高さが確認された。

図７は、配線３０の導電接続部２２から第１の穴部２１への突出元までの長さＬ２を変化させた場合の、凸部３１の初期位置の変動割合が−１０％になるまでの上下変位（１００μｍ変位）の累計回数（左側縦軸）と反力（右側縦軸）の変化を示す特性図である。図７に示す特性の前提となるパラメータは、長さＬ２を除き、図５及び図６に示す特性の測定時と同様である。長さＬ２は、配線３０のうち絶縁層２０に埋め込まれた長さであるため、以下、「埋め込み長さ」とも表記する。図７より、埋め込み長さＬ２を４００μｍ以上とすることで、応力緩和（耐久性向上）に顕著な効果があることが分かった。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 配線３０の上下変位に伴い絶縁層２０が弾性変形し、上下変位により配線３０に加わる応力が二箇所に分散されるため、従来のように応力が一箇所に集中する構成と比較して繰り返しの測定に耐え得る耐久性に優れた構造となる。

(2) 絶縁層２０の弾性力が配線３０の上下変位による反力（接触力）を強めるように作用するため、長さや厚み等の条件が同じであれば、絶縁層２０が存在しない場合と比較して大きな反力を得ることができる。これは、絶縁層２０が存在しない場合と比較して配線３０の長さを長くしても同じ反力を得ることができるということであり、応力緩和（耐久性向上）の点においても有利である。

(3) 隣り合う配線３０間に絶縁層２０が介在するため、応力緩和の観点から埋め込み長さＬ２を長くしても、狭ピッチを維持しながら隣り合う配線３０同士の電気的短絡を好適に防止できる。

(4) 特許文献１のような嵌合構造を取らなくても十分な耐久性が得られるため、嵌合構造のためのスペースが不要となり、高耐久性と狭ピッチを好適に両立できる。

比較例
図８は、比較例に係るコンタクトプローブ８０１の概略斜視図である。図９は、コンタクトプローブ８０１を半導体素子５０上にセットした状態の概略断面図である。図１０は、図９の状態からコンタクトプローブ８０１を下降させた状態の概略断面図である。コンタクトプローブ８０１では、穴部８２１を有する硬質の基板８１０に金属からなる配線８３０が設けられ、配線８３０は先端側が穴部８２１に突出して片持ち梁構造とされ、配線８３０の先端には凸部８３１が設けられる。基板８１０には、配線８３０と接続する導電接続部８２２が設けられる。

図９に示すようにコンタクトプローブ８０１を半導体素子５０上にセットし、図１０に示すようにコンタクトプローブ８０１を半導体素子５０に向けて下降させると、配線８３０の凸部８３１が半導体素子５０の不図示の電極に押し付けられ、配線８３０は図１０に示すように変形する。配線８３０が設けられた基板８１０は硬質で変形しないため、上下変位により配線８３０に加わる応力は図１０で点線に囲まれた領域Ｃの一箇所（穴部８２１の外縁部と近接する一箇所）に集中する。なお、コンタクトプローブ８０１は、特許文献１の構造をモデルにしたものであるが、狭ピッチの関係上、配線８３０の固定側に特許文献１に示す嵌合構造は採用していない。

図１１は、コンタクトプローブ８０１における、配線８３０の上下変位量に対する反力の特性図である。図１２は、コンタクトプローブ８０１における、配線８３０の上下変位の累計回数（耐久実施回数）に対する配線３０の初期位置（非測定時の位置）の変動割合の特性図である。変動割合は、実施の形態１と同様に上記の式１で定義される。図１１及び図１２の特性は、配線８３０をＮｉ系からなる金属とし、配線８３０の幅を４０μｍ、厚みを２０μｍ、穴部８２１への突出元から凸部８３１までの長さを４００μｍとした場合の結果である。図１１より、反力は１００μｍ変位時（設定変位時）に要求内の２ｇｆであった。一方、図１２より、変位量８０μｍでは１０万回、変位量１２０μｍでは１万回で、配線８３０の初期位置の変動割合が−１０％を下回っており、コンタクトプローブ８０１の機械的耐久性の不足が確認された。これは、上下変位により配線８３０に加わる応力が上述のように図１０で点線に囲まれた領域Ｃの一箇所に集中することに起因する。なお、配線８３０の固定側に特許文献１に示す嵌合構造を採用すれば機械的耐久性は向上するが、先端の狭ピッチを維持するには配線８３０間も微細にする必要があり、嵌合面積も小さくなるので、十分な効果は得られない。

パラメータの検討
以下、各パラメータの設定について説明する。図８に示すような片持ち梁構造の配線を備えるコンタクトプローブにおいては、設定変位量時の反力は、半導体素子電極の接触抵抗を十分に低くしつつ表面傷を抑制する等の観点から、１ｇｆ〜４ｇｆの値が要求されている。反力Ｆは、片持ち梁構造部分の材料の弾性率Ｅ、幅ｂ、厚みｔ、長さＬ、及び変位量ｄによって、

と表される。反力Ｆは、変位量ｄに対して比例することが分かっており、図１１からも明らかなように、１２０μｍ変位時の反力Ｆは８０μｍ変位時の反力Ｆの１．５倍になる。

半導体集積回路の測定にあたり、試験時間短縮のためウェハー状態で一括測定がなされる。この場合、大口径のウェハーを一括で測定するため、ウェハー並びにプローブカードの平坦度の問題から、大きな変位量、例えば１００μｍが必要である。大口径のウェハーを一括測定しようとするならば、ウェハーの平坦度から、１００μｍ設定の変位量でも、実際の変位量は８０μｍから１２０μｍ程度までの幅を持つことになる。このため、変位量ｄが８０μｍ〜１２０μｍの範囲のいずれにおいても反力Ｆが１ｇｆ〜４ｇｆの値である必要がある。ここで、狭ピッチの要求から片持ち梁の幅ｂにも制限があるので、片持ち梁構造における設計の自由度は材料の弾性率Ｅ並びに片持ち梁の長さＬ及び厚みｔだけである。

しかし、材料の弾性率Ｅに関しても、電気伝導度の観点や製造コストの観点から自ずと制約があり、大きな自由度がない。また、片持ち梁構造の長さＬに関しては、長さＬに対しての変位量ｄが大きければ、被接触物への傷の長さ（水平変位）も大きくなることになる。例えば、変位量１００μｍで、傷を１５μｍ以内に設定すると、単純な三平方の定理の計算から、片持ち梁構造の長さＬは３５０μｍ以上必要となる。前述の通り変位量ｄにはバラツキが生じるので、例えば変位が１０μｍ増えるとなると長さＬは最低４００μｍ必要となる。さらに、厚みｔに関しては、例えば電解メッキ等で作製する場合、その製造方法等の制約から片持ち梁構造の幅よりも薄い厚みであることが望ましい。

以上の制約を踏まえ、具体的なパラメータの値を検討をする。まず、式２より、反力Ｆは、前述の片持ち梁構造の長さＬと幅ｂに関係がある。つまり、設定変位量に対して、反力Ｆを維持するための方向性としては、長さＬを短く、幅ｂを薄くする方向と、長さＬを長く、幅ｂを厚くする方向が考えられる。しかし、前述の通り長さＬを短くする方向と幅ｂを厚くする方向には制約が生じるので、設計の自由度はかなり少ない。前述の比較例の寸法は、以上の観点も考慮されたものであり、片持ち梁構造の長さＬは４００μｍ、幅ｂは４０μｍ、厚みｔは２０μｍとした。しかし、反力Ｆの要件を満たす上記の寸法では、前述の通り機械的耐久性が不足するという問題があった。

数十μｍの狭ピッチに対応した数十μｍ幅の片持ち梁構造プローブにおいて、片持ち梁幅よりも大きい１００μｍの変位量は、変位する際の応力が大きな状態となる。その中で１００万回に及ぶ繰り返し測定でも破壊しない高強度の構造が要求されている。片持ち梁構造における機械的耐久性を強化するには、応力の緩和が必要になる。片持ち梁構造における応力σは、片持ち梁構造部分の材料の弾性率Ｅ、厚みｔ、長さＬ、及び変位量ｄによって、

と表される。

耐久性指標となる応力σも、上述の反力Ｆと同様、変位量ｄに対して比例することが分かっており、１２０μｍ変位時の応力σは、８０μｍ変位時の応力σの１．５倍になる。式３に示す応力σは、片持ち梁構造が変位した際のもので、概ね片持ち梁構造を支えている支点にかかる。式３より、応力σの観点から、厚みよりも長さを長くすると緩和方向になることが分かる。式２及び式３より、上記比較例（長さＬ＝４００μｍ、厚みｔ＝２０μｍ）の場合に対し、例えば長さＬを８００μｍ、厚みｔを４０μｍに設定すると、反力Ｆは変わらないが、応力σは半分になることが分かる。

しかし、狭ピッチへの対応から幅ｂが制限されることを考えると、厚みｔを４０μｍにすることは、製造方法等の制約から現実的ではない。また、長さＬに関しても、配線間の電気的短絡を考慮すると、８００μｍまで長くするのは難しい。すなわち、狭ピッチの片持ち梁構造においては、配線間の電気的短絡が問題になる。被検査物表面上の異物等が原因の代表例であるが、測定環境におけるゴミ等の異物でも配線間の電気的短絡が懸念される。そのため、上記のように片持ち梁構造の長さを長くする構造は、配線間の電気的短絡の確率を増やすことになり、単純に長さを増やす方策は採用できない。また、応力緩和として特許文献１のように片持ち梁構造の根元部分に嵌合構造を採用する例もあるが、先端の狭ピッチを維持するには配線間も微細にする必要があり、嵌合面積も小さくなるので、十分な応力緩和効果は得られない。

上記の短絡問題の対策としては、片持ち梁構造の配線間を絶縁物で覆う構造が考えられる。また、応力σの緩和策としては、片持ち梁構造の長さＬを長くすればいいのだが、それでは片持ち梁構造の厚みｔの制約に伴う反力Ｆの不足が生じる。そのため、片持ち梁構造の一部に反力Ｆを補う弾性特性を有するものを付加する構造が考えられる。さらに、弾性特性を有するものを片持ち梁構造と弾性特性を有しない支持基板との間に貼り合わせることで、弾性特性を有するものが片持ち梁構造を変位させることになり、応力σの緩和にもつながる。また、弾性特性を有しない支持基板との貼り合わせを考慮すると、この弾性特性を有するものは、片持ち梁構造の変位量ｄに対して厚くする必要もある。

そこで、本発明者らは研究を重ねた結果、図１に示すような、配線３０の一部を弾性を有する絶縁層２０に埋め込み、絶縁層２０を弾性を有しない基材１０と貼り合わせる構造とし、絶縁層２０の第１の穴部２１に突出した配線３０の上下変位に合わせて、配線３０の直下の絶縁層２０も圧縮されて変位することにより、反力を維持しつつ応力緩和させる構造を見出した。ここで、片持ち梁構造の支点は、導電接続部２２に限定されない。例えば、配線３０を片持ち梁構造の延出方向に対して直角に曲げることで、その角部が片持ち梁構造の支点になりうる。また、絶縁層２０は、多層配線も可能な構造であることが好ましい。そうすることで、狭ピッチ化及び大口径ウェハーの一括測定に好適に対応できる。

ここで絶縁層２０は、変位量を１００μｍ以上を確保するためには、片持ち梁厚みが２０μｍの場合、最低でも１２０μｍ以上必要である。一方で、絶縁層２０は、貫通穴等のプロセスが必要で、そのプロセスの制約上、厚みは最大２００μｍである。ここの厚みが厚くなれば、所定の反力を得るために、配線３０の、導電接続部２２と第１の穴部２１への突出元までの長さが長くとれる構造となり、応力的には有利な方向になる。そこで、図１に示す絶縁層２０の厚みをここでは最大の２００μｍとし、配線３０を形成した。狭ピッチ対応のため、配線３０の幅Ｗは比較例と同じ４０μｍとした。また、配線３０の第１の穴部２１への突出元から凸部３１までの長さＬ１も、比較例における配線８３０の穴部８２１への突出元から凸部８３１までの長さと同等寸法になるように決定した。これは、上記の短絡の問題を回避するためである。配線３０の導電接続部２２からの第１の穴部２１への突出元までの長さＬ２は、比較例における配線８３０の基板８１０上の長さより実質長くなり、所定の反力を得るため、厚みに関しては、比較例の２０μｍよりも厚くする構造とした。さらに変位量１００μｍ時の反力が要求値になるように支点となる導電接続部２２から第１の穴部２１の長さＬ２を決定した。なお、絶縁層２０に関しては、配線３０の金属に対して弾性率が１／４０のものを使用した。

上記より、配線３０の幅Ｗを４０μｍ、第１の穴部２１への突出元から凸部３１までの長さＬ１を４００μｍ、厚みＴを２５μｍとした。ここで、厚みＴは応力の影響を考慮して決定した。反力等の関係から導電接続部２２から第１の穴部２１までの長さＬ２は６００μｍとした。なお、絶縁層２０の厚みは２００μｍとしたが、配線３０が絶縁層２０に埋め込まれるプロセスを経るので、配線３０と基材１０との間においては、絶縁層２０の厚みは、配線３０の厚み２５μｍを除いた１７５μｍとなる。この構造における変位量と反力の測定結果が前述の図５に示される。図５より反力値は、図１１の従来例とほぼ同様で、１００μｍ変位時に２．２ｇｆであることが分かる。なお、この数値は、当然のことながら、金属や弾性体の材料や設定変位量等で変わるものである。また、前述の図６に示した通り、耐久性についても良好な結果が得られた。

さらに、導電接続部２２から第１の穴部２１までの長さＬ２（埋め込み長さ）について検討した。この埋め込み長さは、前述の通り、長いほど応力的には有利になるが、反力との関係と絶縁層２０の厚みから制約が生じる。ここで、絶縁層２０の厚みを２００μｍ、配線３０の厚みＷを２５μｍ、配線３０の第１の穴部２１への突出元から凸部３１までの長さＬ１を４００μｍと固定して、埋め込み長さＬ２と反力、耐久性（応力）との関係を確認した。その結果が前述の図７に示される。図７の横軸は、埋め込み長さＬ２で、縦軸左は１００μｍ変位における変動割合−１０％時の耐久実施回数で、縦軸右は１００μｍ変位における反力である。この結果から、埋め込み長さを４００μｍよりも長くすることで、応力緩和に顕著な効果があることが分かる。

上記を鑑み、より耐久性を考慮した場合の実施例の組合せでの特徴は、以下の通りになる。
・配線３０の厚みＴは幅Ｗよりも薄い。
・弾性を有する絶縁層２０の厚みは、設定変位量以上かつ２００μｍ以内。
・設定変位量に対して、反力は１ｇｆから４ｇｆの範囲。
・配線３０の長さＬは、凸部３１の水平移動が設定変位量に対して１５μｍ以内になる長さ以上。
・埋め込み長さＬ２は、絶縁層２０の厚み内で設定できるもので、限りなく長いものが望ましく、絶縁層２０に埋まっていない配線３０の長さＬ１よりも長い。

実施の形態１（製法）
図１３及び図１４は、実施の形態１に係るコンタクトプローブ１の製法説明図である。ここでは、最大変位１２０μｍ仕様のコンタクトプローブ１の製造プロセスを説明する。まず、図１３（Ａ）に示すように、プロセス実施用基板の例示であるＳＵＳ基板１０１の上に厚み１０μｍのＣｕメッキ１０２を全面的に形成し、その上に厚み１２５μｍ、直径３６μｍのレジストパターン１０３を形成する。続いて、図１３（Ｂ）に示すように、レジストパターン１０３をマスクにしてＣｕメッキ１０２上にＣｕメッキ１０４を形成し、その後レジストパターン１０３を除去する。Ｃｕメッキ１０４の層は、レジストパターン１０３のあった部分が貫通穴１０４ａとなる。

続いて、図１３（Ｃ）に示すように、Ｃｕメッキ１０４上に厚み３０μｍのレジストパターン１０５を形成する。続いて、図１３（Ｄ）に示すように、レジストパターン１０５をマスクにして厚み２５μｍのＮｉメッキ１０６及び厚み２μｍのＡｕメッキ１０７をＣｕメッキ１０４上に形成し、その後レジストパターン１０５を除去する。Ｎｉメッキ１０６及びＡｕメッキ１０７は、図１に示す配線３０である。また、Ｃｕメッキ１０４の貫通穴１０４ａを埋めているＮｉメッキ１０６は、図１に示す凸部３１である。なお、Ａｕメッキ１０７の形成は厳密に言えば、反力値に寄与するものであるが、Ｎｉメッキ１０６に比べ厚みも薄く、大きな影響はない。ここでは、プロセス上の制約とＮｉメッキ１０６の酸化防止等を目的にＡｕメッキ１０７を形成している。

続いて、図１３（Ｅ）に示す、図１の絶縁層２０の一部となる厚み１７５μｍの感光性ポリイミド接着フィルム１０８を準備する。感光性ポリイミド接着フィルム１０８には、導電接続部用の貫通穴１０８ａを形成しておく。続いて、図１３（Ｆ）に示すように、感光性ポリイミド接着フィルム１０８を図１３（Ｄ）の配線３０及びＣｕメッキ１０４上に接着硬化させる。続いて、図１３（Ｇ）に示すように、感光性ポリイミド接着フィルム１０８上に、貫通穴１０８ａの内面も含め、無電解Ｃｕメッキ１０９を形成し、その上にレジストパターン１１０を形成する。

続いて、図１４（Ａ）に示すように、レジストパターン１１０をマスクにして無電解Ｃｕメッキ１０９上に厚み１５μｍの電解Ｃｕメッキ１１１を形成した後、レジストパターン１１０を除去し、電解Ｃｕメッキ１１１をマスクにＣｕエッチングを施して無電解Ｃｕメッキ１０９を除去し（電解Ｃｕメッキ１１１は膜厚が大きいため残る）、電解Ｃｕメッキ１１１及びその下の無電解Ｃｕメッキ１０９の表面に厚み１μｍのＮｉメッキを下層とした厚み１μｍのＡｕメッキからなる電解Ａｕメッキ１１２を形成する。ここでは、検査対象の半導体素子とのコンタクト側とは逆側の配線層の形成をする。

次に、図１４（Ｂ）に示すように、感光性ポリイミド接着フィルム１０８を選択的に炭酸ガスレーザーで加工し、図１の第１の穴部２１となる貫通穴１０８ｂを形成する。続いて、図１４（Ｃ）に示すように、プロセス実施用基板であったＳＵＳ基板１０１、並びにＣｕメッキ１０２及びＣｕメッキ１０４を除去する。一方、図１４（Ｄ）に示すように、弾性を有しない硬質の基材１０上に、絶縁層２０の一部となる厚み２５μｍの感光性ポリイミド接着フィルム１１３を積層して仮固定する。感光性ポリイミド接着フィルム１１３は、導電接続部用の貫通穴１１３ａ及び図１の第１の穴部２１となる貫通穴１１３ｂを有する。貫通穴１１３ａの内側に位置する基材１０上には、電極１１をメッキ等により形成しておく。そして、図１４（Ｅ）に示すように、図１４（Ｃ）の感光性ポリイミド接着フィルム１０８等を基材１０上に貼り合わせる（積層固定する）。このとき、電解メッキ１１２と電極１１との電気的接続は、熱圧着により、又は電極１１上にハンダ等を施し、レーザーハンダ等で熱を加えることにより行う。以上により図１に示すコンタクトプローブ１が完成する。

なお、図１４（Ｅ）において、感光性ポリイミド接着フィルム１０８及び感光性ポリイミド接着フィルム１１３は図１の絶縁層２０であり、貫通穴１０８ｂ及び貫通穴１１３ｂは図１の第１の穴部２１であり、無電解Ｃｕメッキ１０９、電解Ｃｕメッキ１１１及び電解Ａｕメッキ１１２は図１の導電接続部２２である。

図１のコンタクトプローブ１における片持ち梁構造の各寸法に関しては、配線３０の幅Ｗは図１３（Ｃ）のレジストパターン１０５のパターン幅で決定され、厚みＴは図１３（Ｃ）で形成するＮｉメッキ１０６及びＡｕメッキ１０７の厚みで決定され、配線３０の第１の穴部２１への突出長は図１４（Ｂ）で除去される感光性ポリイミド接着フィルム１０８の長さと図１４（Ｄ）で除去される感光性ポリイミド接着フィルム１１３の長さで決定される。さらに、片持ち梁構造を支える導電接続部２２と第１の穴部２１の外縁までの長さＬ２も反力に合わせて設定する。この長さＬ２（埋め込み長さ）は、第１の穴部２１への突出元から凸部３１までの長さＬ１よりも長い設計とする。変位量の設定に関しては、感光性ポリイミド接着フィルム１０８の厚みと感光性ポリイミド接着フィルム１１３の厚みの合計が変位量よりも大きくさせる構造とする。

なお、感光性ポリイミド接着フィルム１０８,１１３は、ＬＣＰ（液晶ポリマー）材でも構わない。また、感光性ポリイミド接着フィルム１０８の貫通穴１０８ａの形成を、図１３（Ｆ）の接着硬化工程後に行っても構わない。さらに、絶縁層２０に多層配線する場合は、図１３（Ｆ）〜図１４（Ａ）の工程を繰り返せばよく、この場合は、感光性ポリイミド接着フィルム１０８の厚みは、Ｎｉメッキ１０６及びＡｕメッキ１０７の厚み合計よりも厚く、トータル厚が変位量よりも大きくなるような厚みとなるようなプロセス設計をする。

実施の形態２
図１５は、本発明の実施の形態２に係るコンタクトプローブ２の概略斜視図である。図１６は、図１５のＢ−Ｂ’概略断面図である。コンタクトプローブ２は、図１等に示した実施の形態１のものと比較して、絶縁層２０に第２の穴部（スリット）２３が設けられている点で相違し、その他の点で一致する。第２の穴部２３は、第１の穴部２１の両側においてそれぞれ、各々の配線３０の上下変位の支点（導電接続部２２）と、各々の配線３０の第１の穴部２１への突出元との間に、配線３０を横切るように設けられる。第１の穴部２１の第２の穴部２３側の壁部と、第２の穴部２３の第１の穴部２１側の壁部との間の長さＬ３は、各々の配線３０の第１の穴部２１への突出元から凸部３１までの長さＬ１より短い（Ｌ３＜Ｌ１）。これは、配線３０の第１の穴部２１への突出元部分に応力がかかることを鑑み、より効果的な応力緩和を考慮し、設定したものである。第２の穴部２３により、応力緩和の点では、弾性を有する絶縁層が配線３０の長さ方向に２つ配置されたことになる。第２の穴部２３を設けたことで、配線３０に上下変位に伴う応力は、三箇所に分散されることになる。

図１７は、コンタクトプローブ２における、配線３０の上下変位量に対する反力の特性図である。図１８は、コンタクトプローブ２における、配線３０の上下変位の累計回数（耐久実施回数）に対する配線３０の初期位置（非測定時の位置）の変動割合の特性図である。図１７及び図１８に示す特性の前提として、第２の穴部２３の幅を１００μｍとし、第２の穴部２３の形成位置を、配線３０の第１の穴部２１への突出元から１００μｍ（配線３０の第１の穴部２１への突出元から凸部３１までの長さよりも短い距離の例示）の位置とした。また、他のパラメータは図５及び図６に示す特性の測定時と同様とした。なお、図１８において、変位量は１２０μｍと、耐久性改善確認のためにより変位量が大きい１４５μｍの２種類で行なった。また、比較のため、変位量１４５μｍの試験は、図１の構造も併せて実施した。図１７より、反力については、図５の場合より傾きが若干小さくなる程度で、ほぼ同様の結果となった。また、図１８より、１４５μｍ変位の場合において、上下変位の累計回数１００万回時に僅かに差が見られ、図１５の構造が図１の構造と比較して耐久的にはより優位で、応力緩和がなされていることが確認された。

本実施の形態によれば、実施の形態１と比較して更に応力緩和（耐久性向上）を実現することができる。なお、第２の穴部２３と同様のスリットを、第１の穴部２１の両側の各々において、配線３０の長さ方向に複数配列してもよい。

実施の形態３
図１９は、本発明の実施の形態３に係るコンタクトプローブ３の概略断面図である。コンタクトプローブ３は、図１５及び図１６に示した実施の形態２のものと比較して、第２の穴部２３が、基材１０側から配線３０側に向かって、配線３０の長さ方向に関する幅が小さくなる形状（例えば台形形状）である点で相違し、その他の点で一致する。本実施の形態によれば、実施の形態２と比較して、第２の穴部２３によって隣り合う配線３０同士の間に絶縁層２０が介在しない部分（隣り合う配線３０同士が露出して対向する部分）を小さくすることができ、配線３０間の電気的短絡を防止する効果が高められる。

なお、図１９に示す第２の穴部２３を作製するには、図２０（Ａ）に示すように、絶縁層２０となる感光性ポリイミド接着フィルム１０８に第１の穴部２１及び第２の穴部２３を形成する時の金属マスク１１５の厚みを大きくすればよい。第１の穴部２１となる貫通穴１０８ｂは面積が大きいので、例えばレーザープロセスで加工する際に金属マスク１１５の厚みの影響が少ないが、第２の穴部２３となる貫通穴１０８ｃはスリット等の狭いパターンのため、レーザープロセスで加工する際に金属マスク１１５の厚みの影響が出やすい。つまり、金属マスク１１５の厚みを大きくすることで、狭いパターンである貫通穴１０８ｃの方は、レーザー加工の際にアルペクトが厳しくなり、レーザープロセス後に図２０（Ｂ）に示すような台形の貫通穴１０８ｃが得られる。一方、面積の大きい貫通穴１０８ｂの方は、加工アスペクト的に緩いので矩形となる。なお、図２１（Ａ）に示すように金属マスク１１５の厚みを小さくすれば、狭いパターンである貫通穴１０８ｃの方も加工アスペクト的に緩いので、レーザープロセス後に図２１（Ｂ）に示すような矩形の貫通穴１０８ｃが得られる。矩形の貫通穴１０８ｃは、実施の形態２の第２の穴部２３として利用できる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

１〜３ コンタクトプローブ、１０ 基材、１１ 電極、２０ 絶縁層、２１ 第１の穴部（キャビティ領域）、２２ 導電接続部（支点）、２３ 第２の穴部（応力緩和スリット）、３０ 配線、３１ 凸部（接点部）、５０ 半導体素子、
１０１ ＳＵＳ基板、１０２ Ｃｕメッキ、１０３ レジストパターン、１０４ Ｃｕメッキ、１０５ レジストパターン、１０６ Ｎｉメッキ、１０７ Ａｕメッキ、１０８ 感光性ポリイミド接着フィルム、１０９ 無電解Ｃｕメッキ、１１０ レジストパターン、１１１ 電解Ｃｕメッキ、１１２ 電解Ａｕメッキ、１１３ 感光性ポリイミド接着フィルム、１１５ 金属マスク、
８０１ コンタクトプローブ、８１０ 基板、８２１ 穴部、８２２ 導電接続部、８３０ 配線、８３１ 凸部

Claims (16)

1. 基材と、
   前記基材の一面に設けられた、第１の穴部を有する絶縁層と、
   前記絶縁層に設けられた配線とを備え、
   前記配線は、先端側が前記絶縁層の前記第１の穴部に突出し、かつ先端側に被検査物との接点部を有し、
   前記絶縁層が弾性を有することを特徴とする、コンタクトプローブ。
2. 請求項１に記載のコンタクトプローブにおいて、前記配線の変位により前記絶縁層が弾性変形することを特徴とする、コンタクトプローブ。
3. 請求項１又は２に記載のコンタクトプローブにおいて、前記配線を複数備え、隣り合う配線間に前記絶縁層が介在することを特徴とする、コンタクトプローブ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のコンタクトプローブにおいて、前記配線は、変位の支点から前記接点部までの長さが、前記第１の穴部への突出元から前記接点部までの長さの２倍以上であることを特徴とする、コンタクトプローブ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のコンタクトプローブにおいて、前記絶縁層は、前記配線の変位の支点と、前記配線の前記第１の穴部への突出元との間に、第２の穴部を有することを特徴とする、コンタクトプローブ。
6. 請求項５に記載のコンタクトプローブにおいて、前記第１の穴部の前記第２の穴部側の壁部と、前記第２の穴部の前記第１の穴部側の壁部との間の長さが、前記配線の前記第１の穴部への突出元から前記接点部までの長さより短いことを特徴とする、コンタクトプローブ。
7. 請求項５又は６に記載のコンタクトプローブにおいて、前記第２の穴部は、前記基材側から前記配線側に向かって、前記配線の長さ方向に関する幅が小さくなる形状である、コンタクトプローブ。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のコンタクトプローブにおいて、前記配線は、変位の支点より先端側かつ前記接点部を除いた部分において、幅が厚みよりも大きいことを特徴とする、コンタクトプローブ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のコンタクトプローブにおいて、前記絶縁層が樹脂フィルムであることを特徴とする、コンタクトプローブ。
10. 請求項９に記載のコンタクトプローブにおいて、前記樹脂フィルムがポリイミド又は液晶ポリマーからなることを特徴とする、コンタクトプローブ。
11. 請求項９又は１０に記載のコンタクトプローブにおいて、前記樹脂フィルムの厚みが２００μｍ以内であることを特徴とする、コンタクトプローブ。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のコンタクトプローブにおいて、前記基材がセラミック基板又はシリコン基板であることを特徴とする、コンタクトプローブ。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のコンタクトプローブにおいて、前記絶縁層の裏面に配線層が設けられ、前記配線と前記配線層が、前記絶縁層に設けられた導電接続部を介して相互に導電接続されていることを特徴とする、コンタクトプローブ。
14. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のコンタクトプローブにおいて、前記基材に配線層が形成され、前記絶縁層は、裏面に配線層が設けられた第１の絶縁層と、前記基材と前記第１の絶縁層との間に介在する第２の絶縁層とを有し、前記配線と前記第１の絶縁層の裏面の配線層とが前記第１の絶縁層に設けられた導電接続部を介して相互に導電接続され、前記第１の絶縁層の裏面の配線層と前記基材の配線層とが前記第２の絶縁層に設けられた導電接続部を介して相互に導電接続されていることを特徴とする、コンタクトプローブ。
15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載のコンタクトプローブにおいて、前記配線の設定変位時における反力が１ｇｆ〜４ｇｆの間であることを特徴とする、コンタクトプローブ。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載のコンタクトプローブにおいて、設定変位時における前記接点部の配線延出方向に関する変位が１５μｍ以内であることを特徴とする、コンタクトプローブ。

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