JP2024059935A - プローブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定品質の低下を低減できるプローブの製造方法を提供する。【解決手段】プローブの製造方法は、基材の上面に剥離用のシートと第１レジスト膜を順に形成し、第１レジスト膜の一部をエッチング除去し、露出したシートおよび第１レジスト膜の表面に外部導電膜および中間絶縁膜を順に積層し、第１レジスト膜の凹部を埋め込むように中心導体を形成した後、第１レジスト膜の表面に堆積された外部導電膜、中間絶縁膜および中心導体を除去し、第１レジスト膜の凹部に形成された中心導体の上部をエッチング除去し、中心導体を囲むように中間絶縁膜を凹部に形成し、第１レジスト膜を基材から除去し、中間絶縁膜の上面に中間絶縁膜の下面および側面に形成された外部導電膜と合わせて中心導体を囲むように外部導電膜を形成し、端部において中心導体が露出するように端部の外部導電膜および中間絶縁膜を除去し、外部導電膜をシートから剥離する、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、被検査体の電気的特性の測定に使用するプローブの製造方法に関する。

半導体集積回路などの被検査体の電気的特性をウェハから分離しない状態で測定するために、被検査体に接触するプローブを有する電気的接続装置を用いる。例えば、プローブがプローブヘッドに形成したガイド穴を貫通した状態で、プローブヘッドがプローブを保持する（特許文献１参照。）。プローブに、金属材からなる導電体やワイヤ、板材、メッキ品などを使用する。

電気的接続装置では、被検査体の検査用パッドに対応した位置にプローブを配置する。したがって、半導体集積回路の微細化が進んで検査用パッドの配置間隔が狭くなると、プローブの配置間隔も狭くなる。このため、検査用パッドの狭ピッチ化に伴い、細径化によりプローブを細くしたり薄くしたりする。

特開２０１５－１１８０６４号公報

プローブを細径化すると、高周波特性において伝送損失が発生したり、高周波での耐電流測定の精度が低下したりして、測定品質が低下する。本発明は、測定品質の低下を低減できるプローブの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、基材の上面に剥離用のシートと第１レジスト膜を順に形成し、第１レジスト膜の一部をエッチング除去し、露出したシートおよびエッチングされなかった第１レジスト膜の表面に外部導電膜および中間絶縁膜を順に積層し、エッチングにより形成された第１レジスト膜の凹部を埋め込むように中心導体を形成した後、第１レジスト膜の表面に堆積された外部導電膜、中間絶縁膜および中心導体を除去し、第１レジスト膜の凹部に形成された中心導体の上部をエッチング除去し、凹部に露出した中心導体の上面に中心導体の下面および側面に形成された中間絶縁膜と合わせて中心導体を囲むように中間絶縁膜を凹部に形成し、第１レジスト膜を基材から除去し、中間絶縁膜の上面に中間絶縁膜の下面および側面に形成された外部導電膜と合わせて中心導体を囲むように外部導電膜を形成し、端部において中心導体が露出するように端部の外部導電膜および中間絶縁膜を除去し、外部導電膜をシートから剥離する、を含むプローブの製造方法が提供される。

本発明によれば、測定品質の低下を低減できるプローブの製造方法を提供できる。

本発明の実施形態に係るプローブの構成を示す中心軸に沿った模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係るプローブの構成を示す中心軸に垂直な模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置のプローブヘッドの構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置のプローブヘッドの他の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置のプローブヘッドの導電性ガイドプレートの例を示す模式的な断面図である。 図６に示した導電性ガイドプレートの模式的な平面図である。 本発明の実施形態に係るプローブの外形の例を示す模式図であり、図８（ａ）および図８（ｂ）は側面に凸部を形成したプローブであり、図８（ｃ）および図８（ｄ）は側面に凹部を形成したプローブである。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その１）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その２）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その３）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その４）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その５）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その６）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その７）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その８）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その９）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その１０）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その１１）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その１２）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その１３）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その１４）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その１５）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その１６）。 本発明の実施形態に係るプローブの製造方法を説明するための工程図である（その１７）。 本発明の実施形態に係るプローブの中心導体の他の構造を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るプローブの中心導体の更に他の構造を示す模式図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。

図１に示す実施形態に係るプローブ１０は、被検査体の電気的特性の測定に使用する。プローブ１０は、棒形状の中心導体１１と、中心導体１１の側面を覆う内部導電膜１２と、内部導電膜１２の表面を覆って中心導体１１の側面を囲む中間絶縁膜１３と、中間絶縁膜１３の表面を覆う外部導電膜１４とを備える。

プローブ１０は、図２に示すように、中心導体１１の側面に内部導電膜１２、中間絶縁膜１３および外部導電膜１４を順に積層した構造を有する。図２は図１のＩＩ－ＩＩ方向に沿った断面図である。内部導電膜１２は、中心導体１１と中間絶縁膜１３の間に形成されている。図２では、中心導体１１の中心軸に垂直な断面が矩形状であるプローブ１０を例示的に示した。

また、プローブ１０の第１の端部（以下、「先端部１０１」という。）および第２の端部（以下、「基端部１０２」という。）において、中心導体１１が露出している。先端部１０１は、測定時に被検査体と接触する部分である。

中心導体１１の材料は、例えば銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）などの金属材である。内部導電膜１２は、例えばＣｕ膜やＮｉ膜などである。中間絶縁膜１３は、例えばポリイミド膜などの低誘電材膜である。外部導電膜１４は、例えばＣｕ膜やＮｉ膜などである。中間絶縁膜１３は、中心導体１１と外部導電膜１４を電気的に絶縁する。

上記のように、プローブ１０は、中心導体１１と外部導電膜１４が中間絶縁膜１３を介して対向する同軸構造を有する。外部導電膜１４は、電磁シールドとして機能する。このため、プローブ１０によれば、プローブ１０を高周波の電気信号が伝搬する場合に、電気信号の伝送特性や耐電流の損失を低減できる。

プローブ１０は、例えば、後述するフォトリソグラフィ技術により製造する。プローブ１０の径は、例えば５０μｍ程度である。

これに対し、Ｃｕ材やＮｉ材などの金属材をそのまま使用する比較例のプローブの径をプローブ１０の径と同程度にした場合は、プローブを伝搬する電気信号の高周波における伝送特性や耐電流に損失が生じ、測定品質が低下する。しかし、同軸構造を有するプローブ１０によれば、測定品質の低下を低減できる。

図３に、プローブ１０を備える電気的接続装置１を示す。電気的接続装置１は、被検査体２の特性の測定に使用する。被検査体２は、例えば半導体基板に形成された半導体集積回路である。電気的接続装置１は、先端部１０１を被検査体２に向けてプローブ１０を保持するプローブヘッド２０、および配線基板３０を備える。なお、図３ではプローブヘッド２０が保持するプローブ１０の本数が４本であるが、プローブ１０の本数が４本に限られないのはもちろんである。

図３に示すように、プローブ１０はプローブヘッド２０を貫通する。プローブ１０の基端部１０２は、配線基板３０に配置したランド３１と接続する。ランド３１は金属などの導電性材からなり、テスタなどの検査装置（図示略）とランド３１が電気的に接続する。電気的接続装置１を介して、検査装置と被検査体２の間で電気信号が伝搬する。配線基板３０は、例えばプリント基板（ＰＣＢ）やインターポーザ（ＩＰ）基板である。

ランド３１と接触するプローブ１０の基端部１０２は、中心導体１１が露出している。このため、プローブ１０の中心導体１１を介して被検査体２の検査用パッドとランド３１が電気的に接続する。

プローブヘッド２０は、プローブ１０が貫通するガイド穴をそれぞれ形成した複数のガイドプレートを有する。例えば図４に示すプローブヘッド２０は、配線基板３０に対向するトップガイドプレート２１を上段とし、被検査体２に対向するボトムガイドプレート２２を下段として、プローブ１０の軸方向に沿って配置した複数のガイドプレートを有する。トップガイドプレート２１の外縁領域とボトムガイドプレート２２の外縁領域との間に配置したスペーサ２３が、プローブヘッド２０の内部にプローブ１０が通過する中間領域２００を構成する。

更に、図４に示すプローブヘッド２０は、トップガイドプレート２１とボトムガイドプレート２２の間に配置した、プローブ１０が貫通する第１ミドルガイドプレート２４および第２ミドルガイドプレート２５を有する。第１ミドルガイドプレート２４をトップガイドプレート２１に近い領域に配置し、第２ミドルガイドプレート２５をボトムガイドプレート２２に近い領域に配置している。以下において、第１ミドルガイドプレート２４や第２ミドルガイドプレート２５などの、トップガイドプレート２１とボトムガイドプレート２２の間に配置するガイドプレートを「ミドルガイドプレート」とも称する。

なお、トップガイドプレート２１の主面の面法線方向から見て（以下、「平面視」という）、同一のプローブ１０が貫通するトップガイドプレート２１のガイド穴とボトムガイドプレート２２のガイド穴の位置は、主面と平行な方向にずれている。このようなガイド穴の配置（オフセット配置）により、中間領域２００でプローブ１０は弾性変形によって湾曲する。このため、被検査体２と接触したときにプローブ１０が座屈し、プローブ１０が所定の押圧で被検査体２に接触する。

トップガイドプレート２１やボトムガイドプレート２２、スペーサ２３は、セラミックなどの絶縁性材である。第１ミドルガイドプレート２４は、金属膜などの導電性のフィルムを使用した導電性を有するガイドプレート（以下において、「導電性ガイドプレート」という。）である。第２ミドルガイドプレート２５は、樹脂などのフィルムである。第１ミドルガイドプレート２４に導電性ガイドプレートを使用することにより、プローブヘッド２０が保持する複数のプローブ１０のそれぞれの外部導電膜１４を相互に電気的に接続する。

第１ミドルガイドプレート２４をプローブヘッド２０の外部のＧＮＤ端子と電気的に接続することにより、第１ミドルガイドプレート２４を接地電位に設定する。接地電位に設定した第１ミドルガイドプレート２４とプローブ１０の外部導電膜１４が接触することにより、プローブ１０におけるシールド効果を得られる。

プローブヘッド２０が金属の単体である比較例のプローブを保持する場合には、プローブ間のショートを防止するために、第１ミドルガイドプレート２４を含めたすべてのミドルガイドプレートにポリイミド膜などの絶縁性材を使用する。しかし、プローブ１０が同軸構造を有するため、第１ミドルガイドプレート２４に導電性ガイドプレートを使用できる。金属膜などの導電性のフィルムを使用することで樹脂フィルムよりも剛性の高い導電性ガイドプレートでは、ミドルガイドプレートに形成した貫通孔にプローブ１０を通過させる作業を含む、電気的接続装置１におけるプローブ１０の交換が容易である。

また、図５に示すように、プローブヘッド２０が、ガイドプレートと同様にプローブ１０が貫通する金属材からなるスティフナ２６を備えてもよい。プローブ１０は、スティフナ２６に形成した貫通孔を通過する。スティフナ２６は、プローブヘッド２０の機械的強度を向上する補強板として機能する。また、スティフナ２６は、オフセット配置の前後におけるガイドプレートの位置決めおよび固定にも使用する。

更に、スティフナ２６は、導電性ガイドプレートを接地する際の補助板として機能する。図５に示すように、スティフナ２６とボトムガイドプレート２２の境界に配置した導電性ガイドプレート２７の端部は、プローブヘッド２０の外部に引き出されて、配線基板３０のＧＮＤ端子３２に接続する。スティフナ２６は導電性ガイドプレート２７と接触しており、スティフナ２６および導電性ガイドプレート２７を介してプローブ１０の外部導電膜１４が接地する。導電性ガイドプレート２７が接地することで、導電性ガイドプレート２７と接触するスティフナ２６もプローブ１０におけるシールド効果を奏する。なお、スティフナ２６とトップガイドプレート２１の境界に導電性ガイドプレート２７を配置してもよい。スティフナ２６の貫通孔は導電性ガイドプレート２７の貫通孔よりも長いため、スティフナ２６の貫通孔において確実にプローブ１０がスティフナ２６と電気的に接触し、プローブ１０をより確実に接地電位に設定できる。

図６に、導電性ガイドプレートの例を示す。図６に示した導電性ガイドプレートは、第１金属膜２０１、樹脂膜２０２、第２金属膜２０３を積層した構造である。第１金属膜２０１や第２金属膜２０３は、例えばＣｕ膜、Ｎｉ膜、チタン膜などの金属膜である。樹脂膜２０２は、例えばポリイミド膜などの低誘電材膜である。

導電性ガイドプレートのプローブ１０が貫通するガイド穴は、導電性ガイドプレートの金属膜とプローブ１０の外部導電膜１４との接触が容易な構造である。例えば、ガイド穴の外縁から内側に金属膜が張り出した形状を使用する。具体的には、図７に例示するように、樹脂膜２０２に形成した矩形状のガイド穴の一部を覆うように、平面視で星型形状や十字形状のガイド穴を第１金属膜２０１や第２金属膜２０３に形成する。

図８（ａ）～図８（ｄ）に、プローブ１０の形状の例を示す。図８（ａ）および図８（ｂ）に示したプローブ１０は、側面に形成した凸部をガイドプレートのガイド穴の内径よりも太くした形状である。このため、凸部がガイドプレートに引っ掛かった状態で、プローブヘッド２０がプローブ１０を保持する。図８（ｃ）および図８（ｄ）に示したプローブ１０は、側面に形成した凹部がガイドプレートのガイド穴の内径よりも細く、かつ凹部以外の部分がガイド穴の内径よりも太い形状である。このため、凹部がガイドプレートのガイド穴を貫通している状態で、プローブヘッド２０がプローブ１０を保持する。

したがって、図８（ａ）～図８（ｄ）に示したプローブ１０によれば、ガイドプレートからプローブ１０が抜け落ちることを防止できる。例えばプローブヘッド２０の導電性ガイドプレートの位置に応じて、プローブ１０の側面に形成する凸部や凹部の位置を設定する。

以下に、図面を参照してプローブ１０の製造方法を説明する。なお、以下に述べるプローブ１０の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能である。

まず、図９に示すように、基材１００の上面に剥離用のシート１１０を接着する。シート１１０には、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などの溶剤などにより基材１００から容易に剥離するシートを使用する。

図１０に示すように、シート１１０の上に第１レジスト膜１２１を形成する。第１レジスト膜１２１の膜厚は、プローブ１０の径に対応して設定する。その後、図１１に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、第１レジスト膜１２１の一部をエッチング除去する。図１２に、第１レジスト膜１２１をパターニングした後の平面図を示す。第１レジスト膜１２１は、プローブ１０の側面から見た形状に応じてパターニングされる。

次いで、図１３に示すように、露出したシート１１０の表面および第１レジスト膜１２１の表面に外部導電膜１４を形成する。例えば、スパッタ法により、銅膜又はＮｉ膜を外部導電膜１４として成膜する。更に、図１４に示すように、外部導電膜１４の表面に、スパッタ法などにより中間絶縁膜１３を成膜する。中間絶縁膜１３は、例えばポリイミド膜である。その後、図１５に示すように、中間絶縁膜１３の表面にスパッタ法などにより内部導電膜１２を成膜する。内部導電膜１２は、例えばＣｕ膜である。

図１６に示すように、第１レジスト膜１２１の凹部をＮｉ膜で埋め込んで、中心導体１１を形成する。例えば、内部導電膜１２をメッキ用電極として使用し、中心導体１１を電解メッキ法で形成する。その後、図１７に示すように、平面研磨により、第１レジスト膜１２１の上面に堆積したＮｉ膜、外部導電膜１４、中間絶縁膜１３および内部導電膜１２を除去する。

次に、第２レジスト膜１２２を全面に形成した後、図１８に示すように中心導体１１の上面が露出するように、フォトリソグラフィ技術を用いて第２レジスト膜１２２の一部を除去する。そして、第２レジスト膜１２２をエッチングマスクに用いて、図１９に示すように、露出した中心導体１１の上部と内部導電膜１２の上部をエッチング除去する。

図２０に示すように、中心導体１１の上面に、内部導電膜１２および中間絶縁膜１３を形成する。その後、図２１に示すように、第１レジスト膜１２１および第２レジスト膜１２２を除去する。

次いで、図２２に示すように、スパッタ用のメタルマスク１３０を、メタルマスク１３０の開口部が中心導体１１の上方に位置するように配置する。そして、メタルマスク１３０をスパッタ用マスクに用いて、図２３に示すように、中間絶縁膜１３の上面にスパッタ法により外部導電膜１４を形成する。上記のように、乾式メッキ法を用いて外部導電膜１４を形成する。

その後、エッチングレジスト１４０を全面に形成する。そして、図２４に示す平面図のように、プローブ１０の先端部１０１と基端部１０２の上方のエッチングレジスト１４０を、フォトリソグラフィ技術を用いて除去する。次いで、エッチングレジスト１４０をエッチングマスクに用いて、外部導電膜１４、中間絶縁膜１３および内部導電膜１２をエッチング除去する。これにより、図２５に示すように、プローブ１０の先端部１０１と基端部１０２において中心導体１１が露出する。

その後、エッチングレジスト１４０を除去する。そして、シート１１０を剥離して、プローブ１０が完成する。以上に説明したように、プローブ１０はＭＥＭＳプロセスを用いて製造可能である。

上記の製造方法によれば、中心導体１１の表面に絶縁膜と薄膜メッキ膜を積層することにより、金属の単体である比較例のプローブと比較して外径を大幅に大きくすることなく、シールド効果を有する同軸構造のプローブ１０を製造できる。なお、フォトリソグラフィ技術により形成できるレジスト膜の膜厚やアスペクト比などの限界により、プローブ１０の径は限定される。例えば、プローブ１０の径は５０μｍ程度である。また、プローブヘッド２０での組み立てを考慮すると、プローブ１０の全長は例えば２～３ｍｍ程度である。

プローブ１０を同軸構造にするために中間絶縁膜１３を形成するが、一旦絶縁してしまうと電流が流れなくなる。このため、上記の製造方法では、中心導体１１の表面に通電のための薄い導電膜として内部導電膜１２を形成し、中心導体１１を電解メッキ法で形成する。例えば、内部導電膜１２をＣｕ膜として、中心導体１１としてＮｉ膜を電解メッキ法で形成する。

上記では、中心導体１１の材料にＮｉ材を使用した例を説明したが、中心導体１１の材料にＣｕ材を使用してもよい。また、中心導体１１が単一の材料でなくてもよい。

例えば、図２６に示すように、中心導体１１が、Ｃｕ材からなる第１領域１１１と、Ｎｉ材からなる第２領域１１２と、Ｃｕ材からなる第３領域１１３を積層した構造であってもよい。或いは、図２７に示すように、中心導体１１が、Ｎｉ材からなる第１領域１１１と、Ｃｕ材からなる第２領域１１２と、Ｎｉ材からなる第３領域１１３を積層した構造であってもよい。図２６および図２７は、上記に説明したプローブ１０の製造工程において図１６を参照して説明した、中心導体１１を形成する工程の状態である。図２６や図２７に示す構造のプローブ１０では、中心導体１１のＮｉ材の部分が、プローブ１０のバネ性の強化に寄与する。弾性変形するプローブ１０を使用することにより、プローブ１０を被検査体２に押し付けるようにオーバードライブを印加したり、プローブ１０をランド３１に押し付けるようにプリロードを印加したりできる。これにより、被検査体２やランド３１とプローブ１０との電気的な接続を確保できる。

（その他の実施形態）
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記では断面形状が矩形状であるプローブ１０の例を示したが、プローブ１０の断面形状がその他の多角形状であってもよいし、或いはプローブ１０の断面形状が円形状であってもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。

１…電気的接続装置
２…被検査体
１０…プローブ
１１…中心導体
１２…内部導電膜
１３…中間絶縁膜
１４…外部導電膜
２０…プローブヘッド
２１…トップガイドプレート
２２…ボトムガイドプレート
２３…スペーサ
２４…第１ミドルガイドプレート
２５…第２ミドルガイドプレート
２６…スティフナ
２７…導電性ガイドプレート
３０…配線基板
１０１…先端部
１０２…基端部

Claims (5)

1. 基材の上面に剥離用のシートと第１レジスト膜を順に形成し、前記第１レジスト膜の一部をエッチング除去し、
   露出した前記シートおよびエッチングされなかった前記第１レジスト膜の表面に、外部導電膜および中間絶縁膜を順に積層し、
   前記エッチングにより形成された前記第１レジスト膜の凹部を埋め込むように中心導体を形成した後、前記第１レジスト膜の表面に堆積された前記外部導電膜、前記中間絶縁膜および前記中心導体を除去し、
   前記第１レジスト膜の凹部に形成された前記中心導体の上部をエッチング除去し、
   前記凹部に露出した前記中心導体の上面に、前記中心導体の下面および側面に形成された前記中間絶縁膜と合わせて前記中心導体を囲むように前記中間絶縁膜を前記凹部に形成し、
   前記第１レジスト膜を前記基材から除去し、
   前記中間絶縁膜の上面に、前記中間絶縁膜の下面および側面に形成された前記外部導電膜と合わせて前記中心導体を囲むように前記外部導電膜を形成し、
   端部において前記中心導体が露出するように、前記端部の前記外部導電膜および前記中間絶縁膜を除去し、
   前記外部導電膜を前記シートから剥離する、
   を含むプローブの製造方法。
2. 前記第１レジスト膜の前記凹部に、前記中心導体を埋め込む前に内部導電膜を成膜し、
   前記凹部に露出した前記中心導体の上面に前記中間絶縁膜を形成する前に、前記凹部に露出した前記中心導体の上面に、前記中心導体の下面および側面に形成された前記内部導電膜と合わせて前記中心導体を囲むように前記内部導電膜を前記凹部に形成する、
   請求項１に記載のプローブの製造方法。
3. 前記中心導体の材料が、ニッケル又は銅の少なくともいずれかである、請求項１又は２に記載のプローブの製造方法。
4. 前記中心導体が、銅材、ニッケル材、銅材をこの順で積層した構造である、請求項３に記載のプローブの製造方法。
5. 前記中心導体が、ニッケル材、銅材、ニッケル材をこの順で積層した構造である、請求項３に記載のプローブの製造方法。

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