JP2749566B2 - 半導体ｌｓｉ検査装置用プローブヘッド及びその製造方法 - Google Patents
半導体ｌｓｉ検査装置用プローブヘッド及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩに代表される半
導体装置の検査装置用プローブヘッド及びその製造方法
に係り、特に高密度多ピン化に好適なプロープヘッド及
びその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体ＬＳＩの電極パッドに接触して電
気信号を検査装置に伝送するプローブヘッドとして、従
来の装置は、例えばテストプローブを形成するのに、予
め準備されたプローブピンを個別にプローブ構造体に設
けた貫通孔に挿入した構造のものである。また、プロー
ブピンの先端部は、電気的接触特性を向上させるため尖
鋭化する必要があり、プローブピンをプローブ構造体に
固着させた後、切削、研磨により平坦面を得てエッチン
グによりその先端を半球状もしくは円錐状に露出形成さ
れている。なお、この種の装置として関連するものには
例えば特開昭61−80067号公報が挙げられる。 【０００３】 【発明が解決しようとする問題点】上記従来技術は、プ
ローブピンの高密度多ピン化の点について配慮されてお
らず、プローブピンの組立性やピン先端部位置の高精度
化に問題があった。つまり、従来技術では貫通開孔を有
するプローブ構造体にプローブピンを個々に挿入して組
立てるため、プローブピンの高密度化、多ピン化に対し
て高精度な挿入組立技術が必要となり、一定の限界があ
る。 【０００４】更に、挿入したプローブピンの先端部は、
特に半導体ウエハの電極パッド（はんだバンプ）に接触
するピン先端部の場合、スプリングレスで、ピン−パッ
ド間の接触抵抗特性を確保するため一定のエリア（１チ
ップ分）内で、高さ方向及び横方向の位置を高精度でそ
ろえる必要がある。従来技術では、プローブピンの先端
部をエッチングにより形成しているが、特に先端部の位
置について高精度化の必要性が配慮されていない。 【０００５】本発明の目的は、プローブヘッド部のピン
組立性を向上させると共に、高密度で高精度ピン立てを
実現させるプローブヘッドの構造及びその製造方法を提
供することにある。 【０００６】 【問題点を解決するための手段】高密度多ピン化におけ
る上記目的のうち、まず組立性向上については、配線基
板の電極パッド部で例えばロウ付けした導体シートをレ
ジストマスクを用いてウエットエッチング法によるアン
ダーカットを用いて選択エッチングすることにより達成
される。更に高精度ピン立ては、ピン先端部を導体シー
トの平坦面を用いる構造とすることにより達成される。 【０００７】以下、本発明の第１の発明である半導体Ｌ
ＳＩ検査装置用ペローブヘッドについて、その特徴点を
列挙し具体的に説明する。 【０００８】（１）半導体ＬＳＩの電極パッドに接触し
て電気信号を伝送するプローブヘッドにおいて、両面に
電極パッド列が形成され、かつ前記両面のパッド間がそ
れぞれ特定の配列関係で電気的に相互に接続されると共
に給電層と信号入出力層と接地層とから成る少なくとも
３種の配線層を有し、しかもピンプローブが設けられる
一方の基板面側から基板裏面側に向かってパッド間のピ
ッチ拡大に伴い基板内の配線が引き回された多層配線基
板と、前記一方の基板面の各パッド上に導体層を介して
植設固定された基部が肉太でその先端が微小な平坦面を
有する円を含む多角形錐状のピンプローブとから成るこ
とを特徴とする。 【０００９】（２）上記多層配線基板がセラミックスの
多層積層板から成ることを特徴とする。 【００１０】（３）上記ピンプローブがタングステン
（Ｗ)、モリブデン（Ｍo)、チタン（Ｔi)、クロム（Ｃ
r)、ベリリウム(Ｂe)−銅(Ｃu）合金及び表面を銅 (Ｃ
u）よりも硬質の金属でメッキした銅（Ｃu）基材から成
る群から選ばれたいずれか１種の金属から成ることを特
徴とする。 【００１１】（４）上記ピンプローブの配線基板面から
の高さをｈとし、隣接するピンプローブの植設されたパ
ッド間のピッチをｄとしたとき、ｈ＝0.5〜２dとしたこ
とを特徴とする。上記ピンプローブの高さｈとパッド間
のピッチｄとの関係は、信号を良く通すための好ましい
条件であり、ピンプローブを構成する材質により多少は
異なるが概ね上記数値の範囲が実用的である。 【００１２】（５）ピンの少なくとも先端部である平坦
部の表面に金やロジューム等のメッキ被膜を設けたこと
を特徴とする。 【００１３】次に本発明の第２の発明である半導体ＬＳ
Ｉ検査装置用プローブヘッドの製造方法について、その
特徴点を列挙し具体的に説明する。 【００１４】（１）一方の面にピンプローブを植設固定
するための第１の電極パッド列が、そしてその裏面には
検査装置に接続されるための第２の電極パツド列がそれ
ぞれ形成され、しかも前記両面のパツド間が特定の配列
関係で電気的に相互に接続された配線基板を準備する工
程；導体シート上に前記第１の電極パッド列に対応した
パターンの第３の電極パッド列を形成する工程；前記第
１及び第３の両パッド列を対向させ導体層を介して前記
導体シートを前記配線基板に固定する工程；前記導体シ
ート表面に前記第１及び第３の両電極パッド列の各パッ
ドと中心位置を同じくした円を含む多角形のマスクパタ
ーンを形成する工程；上記第３の電極パッド列に対応す
る円を含む多角形錐状の尖鋭化したピン列を形成するた
めに上記マスクパターンをマスクとして上記導体シート
を選択エッチングする工程；及び上記マスクを除去する
工程を有することを特徴とする。 【００１５】（２）上記導体シートがタングステン
（Ｗ)、モリブデン（Ｍo)、チタン（Ｔi)、クロム（Ｃ
r)、ベリリウム(Ｂe)−銅(Ｃu）合金及び銅（Ｃu）から
成る群のいずれか１種の金属から成り、マスクとして前
記導体シートの選択エッチングに耐え得る金属もしくは
ホトレジストから成ることを特徴とする。 【００１６】（３）上記両パッド列を対向させ導体層を
介して前記導体シートを前記配線基板に固定する工程に
おいて、あらかじめ両パッド上に金属ロウ材を被覆形成
しておき、ロウ付けにより両パッド列を固定することを
特徴とする。 【００１７】（４）上記ロウ材として金（Ａu）を用い
ることを特徴とする。 【００１８】（５）上記マスクパターンをマスクとして
上記導体シートを選択エッチングする工程におけるエッ
チング処理として、ウエットエッチング法を用いてサイ
ドエッチングを行いながらエッチングするか、もしくは
ドライエッチングにより途中までエッチングしておき、
その後ウエットエッチング法によりサイドエッチングを
行いながらエッチングし、円を含む多角形錐状の尖鋭化
したピン列を形成することを特徴とする。 【００１９】なお、前記導体シートの厚さは最終的に得
られるピンプローブの高さを決定することになるので、
表面平坦化の研磨量及び電極パッドの高さを考慮しつつ
所望の厚さのものを使用する。また、材質としては、ピ
ンプローブとして或る程度の硬さ（剛性）と、導電性
（低抵抗）と耐脆性（もろくない）とを有しているもの
であればよく、一般には上記のものが適当である。ただ
し、銅を使用する場合には、硬さがやや不足するので、
ピンプローブが形成された時点で、表面に例えばニッケ
ル、クロム等のメッキをして用いることが望ましい。そ
の他、材質により硬度が満足されている場合であって
も、ピンの表面酸化を防止するため防蝕を目的として周
知の適当なメッキ層を形成すると信頼性の高いものが得
られより好ましい。 【００２０】上記マスクパターンとしては、円、楕円、
その他三角、四角、五角などいずれの多角形のものでも
よい。材質も金属は勿論、一般に用いられているホトレ
ジスト（感光性レジスト）でもよく、いずれにしても導
体シートをエッチングする際に十分にマスク作用をする
ものであればよく、周知の技術で十分に対応可能であ
る。金属マスクの場合は、導体シート上にＣＶＤ（Ｃhe
mical Ｖapor Ｄeposition)、スパッタリング、その他
周知の薄膜形成技術（一般の蒸着を含む）でマスク材と
なる薄膜を形成しておき、この薄膜にホトレジスト膜
（紫外線のみならず、電子線、Ｘ線で感光するものを含
む）を形成し、所望のマスクを介して露光し、現像、エ
ッチングすることにより容易に目的とする金属マスクパ
ターンを導体シート上に形成することができる。微細な
パターンを形成する場合には、紫外線よりはＸ線、Ｘ線
よりは電子線に感光するレジストを用いればよいことは
周知のとおりである。また、レジストの解像度からすれ
ば一般にネガ型よりもポジ型の方が優れている。 【００２１】 【作用】配線基板の電極パッド部で平坦面を有するよう
に導体層、例えばロウ付けにより固定した導体シート
を、上記平坦面にピン形成用のマスクパターンを形成し
た後ウエットエッチング法を用いて一括形成することが
できるので、高密度多ピン化においてプローブヘッド部
のピン組立性を向上させることができる。 【００２２】更に、ピン先端部となる導体シートの平坦
面にピン形成用のマスクパターンを形成し、上記電極パ
ッド部の中央に位置する部分に微小なフラット面が残る
ようにアンダーカットを行うことにより、ピン先端部の
高さ方向バラツキを導体シートの平坦面と同レベルにす
ることができ、かつ横方向バラツキをマスクパターンの
寸法精度に近いレベルにもっていくことができるので、
プローブヘッド部の高精度ピン立てを実現させることが
できる。 【００２３】 【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。図１Ａ〜図１Ｅは、本発明の一実施例となる多
層配線基板１上に多ピンを形成するための製造プロセス
を工程順に示したものである。 【００２４】図１Ａは、給電層と信号層（入出力）と接
地層とを有する多層配線基板１、導体シート２のメタラ
イズ工程後を示す。多層配線基板１は、湿式厚膜セラミ
ック基板であり、両面に形成したタングステン系の電極
パッド部３、４に各々ニッケルメッキ５、６、金メッキ
７、８を施している。 【００２５】一方、導体シート２は、タングステンを材
質とし、片側の面に上記した電極パツド部３に対応する
位置に所望のパターンによりニッケルメッキ９、金メッ
キ10を施している。ここで電極パッド部３は、多層配線
基板１の内部配線（図示せず）により拡大された電極パ
ッド部４と電気的に接続されている。 【００２６】図１Ｂは、多層配線基板１と導体シート２
のロウ付け工程後を示す。多層配線基板１の電極パッド
部３上のニッケルメッキ５を介して形成した金メッキ７
と導体シート２上のニッケルメッキ９を介して形成した
金メッキ10を、対応するパターンが上下重なるように対
向位置合わせした後、加熱圧着することにより金(Ａu)
−金(Ａu）のロウ付け部11を形成する。特に、導体シー
ト２のロウ付け部11を形成していない反対面は、加熱圧
着時に平坦面12を得ている。この導体シート２に形成さ
れる平坦面12は、ロウ付け後研磨等により更に平坦度を
向上させることができる。 【００２７】なお、電極パッド部３上のニッケルメッキ
５／ロウ付け部11／導体シート２上のニッケルメッキ９
の３層は、後の図１Ｄの導体シートのエッチング工程で
パッド部３とピン１６とを接続固定する導体層１１ａを
形成する。 【００２８】図１Ｃは、導体シート２の平坦面12上への
メタルマスク13の形成工程後を示す。このマスクの形成
工程はタングステン（Ｗ）の導体シート２の平坦面12上
に銅を一様に蒸着する。次に、その上に感光性レジスト
をスピンナーで塗布し、所望のパターンを石英マスク等
を用いて露光、現象する。なお、この例ではレジストと
して東京応化（株）製、商品名ＯＭＲ−83ネガ型紫外線
レジストを使用し、露光は400nｍ付近の紫外線照射で行
った。 【００２９】次に、感光部のレジストを除去し、過硫酸
アンモニウム系水溶液により銅膜をエッチングし、銅の
メタルマスク13が形成される。このメタルマスク13の形
状は、通常円形パターンを用いるが、後工程におけるピ
ン先端部形状を制御するため、角形他種々の形状をと
る。また、メタルマスク13は、ピン立ての条件から通常
多層配線基板１上に形成した電極パッド部３の位置と中
心軸14が一致するように形成される。 【００３０】図１Ｄは、導体シート２の選択エッチング
工程後を示す。タングステンの導体シート２を、銅のメ
タルマスク13を形成した面から、水酸化カリウムと赤血
塩の混合系水溶液によりウエットエッチングを行う。こ
の時、アンダーカット（サイドエッジ、側面腐食ともい
う）を積極的に利用し、かつ制御することにより、メタ
ルマスク13の中央下部に導体シート２の微小なフラット
面15を形成すると同時に、導体シート２をロウ付け部11
の近傍を残して除去する。 【００３１】この結果、多層配線基板１のロウ付け部11
上に、先端部に微小なフラット面15を有する尖鋭化した
ピン16が、メタルマスク13を残した状態で形成される。
ここで、ピン16を垂直に立てるためには、メタルマスク
13とロウ付け部11の中心軸14を一致させる必要がある。
また、上記したエッチング液が導体シート２のロウ付け
部11の面からの浸入によるピン16の形状バラツキを除去
する必要がある場合には、選択エッチング工程前（図１
Ｂ又は図１Ｃ）に導体シート２のロウ付け部１１の面上
に樹脂系ワックスを塗布又は充填しておき、エッチング
終了後に有機溶媒により取り除けばよい。 【００３２】図１Ｅは、ピン１６の先端部に残ったメタ
ルマスク13を除去した工程後を示す。銅のメタルマスク
13は、過硫酸アンモニウム系水溶液により取り除かれ
る。これにより、多層配線基板１上に多ピンを形成する
製造プロセスが基本的に完了する。ピン16の材質とし
て、タングステンの導体シート２を用いたが、メタルマ
スク13やロウ付け部11をエッチングしない水溶液を選択
することにより、他の金属を使用することができる。 【００３３】例えば、導体シート２に銅を使用した場合
には、メタルマスク13にクロムを用いる。この時、銅、
クロムのエッチング液は、各々過硫酸アンモニウム系水
溶液、フェリシアン化カリウム系水溶液を用いる。ま
た、ピン16の表面に金やロジュームのメッキ皮膜を形成
することにより、半導体ウエハ（チップ）の電極パッド
（はんだバンプ）とピン16との電気的な接触特性を安定
にし、かつ向上させることができる。 【００３４】図２は、上記した多ピンを形成した多層配
線基板１の断面構造を示す。多層配線基板１は、アルミ
ナ絶縁層17の中にタングステン等からなる導体材料で信
号配線18、電源層19、グランド層20が形成されている。
さらに上下面には電極パッド21、22が各々形成され、上
面の電極パッド21間のピッチ23は、下面の電極パッド22
間のピッチ24の３倍程度に拡大され、上面の電極パッド
21との電気的、機械的接続を容易にする構造としてい
る。下面の電極パッド22上には、上記した多ピン形成方
法によりピン16が形成されている。また、上面の電極パ
ッド21上には、ニッケル、金のメタライズ25が施され、
ピン接触やはんだ接続に対する信頼度を向上させてい
る。 【００３５】一方、信号配線18は、高速電気信号の授受
を行うため電源層19、グランド層20をレファレンス層と
してストリップ線路又はマイクロストリップ線路となっ
ており、一定の特性インピーダンスを有している。 【００３６】図３は、上記した多ピンを形成する基板に
多層配線基板１を用いない場合を示す。この時、ピン16
を形成した電極パッド22のパッド間ピッチ24は拡大され
ず、スルーホール印刷により配線26が垂直に形成され
る。このような構造を有する配線基板27は、上記した多
層配線基板１と比べて簡易構造となるため、製造上コス
ト低減を図ることができる。更に、簡易構造を活してピ
ン16の配置、つまり電極パッド22の配置を規格化するこ
とにより、配線基板27をピンブロックとして汎用性をも
たせることができる。 【００３７】図４は、半導体ウエハ28の１チップ29エリ
ア上に配置されたはんだボール（電極バッド）30に、上
記した多ピンを形成した多層配線基板１、ピッチ拡大用
多層厚膜基板31、及びピッチ拡大用多層プリント基板32
から構成されるプローブカード33（１、31、32）を多層
配線基板１に設けたピン16（図示せず）により、電気
的、機械的に接触させた状態を示す半導体検査装置の伝
送路要部断面構造を示す。 【００３８】プローブカード33は、テスタ部（図示せ
ず）との信号の授受を行う同軸コネクタ34、及びピッチ
拡大用多層プリント基板32の表面に設けられた電極パタ
ーン（図示せず）と電気的、機械的に接触させる同軸形
スプリングコンタクトピン35を配置した支持基板36と、
位置決め用基板37を介して電気的に接続されている。こ
の時、プローブカード33は、支持基板36を開閉すること
により着脱される。また、プローブカード33のピン16が
摩耗、変形した時は、多層配線基板１を、ピッチ拡大用
多層厚膜基板31との接続部（はんだもしくはロウ付け）
で分離して交換を行う。 【００３９】なお、上記のピッチ拡大用多層厚膜基板31
とピッチ拡大用多層プリント基板32の接続もはんだ付け
もしくはロウ付けで形成されている。プローブカード33
の構成について、電極パッド間の拡大をそれ程必要とし
ない場合、上記したピッチ拡大用多層厚膜基板31を取り
除いて用いるか、または上記ピッチ拡大用多層厚膜基板
31の電極パッド（図示せず）上に直接多ピンを形成して
用いることもある。 【００４０】 【発明の効果】本発明によれば、配線基板の電極パッド
部に高密度な多ピンを一括形成することができるのでピ
ン立ての組立性を大幅に向上させる効果がある。 【００４１】更に、ピン先端部の高さ方向バラツキを導
体シートの平坦面と同レベルにでき、かつ横方向バラツ
キをマスクパターンの寸法精度に近いレベルにもってい
くことができるので、プローブヘッド部のピン先端部位
置精度を大幅に向上させる効果がある。
導体装置の検査装置用プローブヘッド及びその製造方法
に係り、特に高密度多ピン化に好適なプロープヘッド及
びその製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体ＬＳＩの電極パッドに接触して電
気信号を検査装置に伝送するプローブヘッドとして、従
来の装置は、例えばテストプローブを形成するのに、予
め準備されたプローブピンを個別にプローブ構造体に設
けた貫通孔に挿入した構造のものである。また、プロー
ブピンの先端部は、電気的接触特性を向上させるため尖
鋭化する必要があり、プローブピンをプローブ構造体に
固着させた後、切削、研磨により平坦面を得てエッチン
グによりその先端を半球状もしくは円錐状に露出形成さ
れている。なお、この種の装置として関連するものには
例えば特開昭61−80067号公報が挙げられる。 【０００３】 【発明が解決しようとする問題点】上記従来技術は、プ
ローブピンの高密度多ピン化の点について配慮されてお
らず、プローブピンの組立性やピン先端部位置の高精度
化に問題があった。つまり、従来技術では貫通開孔を有
するプローブ構造体にプローブピンを個々に挿入して組
立てるため、プローブピンの高密度化、多ピン化に対し
て高精度な挿入組立技術が必要となり、一定の限界があ
る。 【０００４】更に、挿入したプローブピンの先端部は、
特に半導体ウエハの電極パッド（はんだバンプ）に接触
するピン先端部の場合、スプリングレスで、ピン−パッ
ド間の接触抵抗特性を確保するため一定のエリア（１チ
ップ分）内で、高さ方向及び横方向の位置を高精度でそ
ろえる必要がある。従来技術では、プローブピンの先端
部をエッチングにより形成しているが、特に先端部の位
置について高精度化の必要性が配慮されていない。 【０００５】本発明の目的は、プローブヘッド部のピン
組立性を向上させると共に、高密度で高精度ピン立てを
実現させるプローブヘッドの構造及びその製造方法を提
供することにある。 【０００６】 【問題点を解決するための手段】高密度多ピン化におけ
る上記目的のうち、まず組立性向上については、配線基
板の電極パッド部で例えばロウ付けした導体シートをレ
ジストマスクを用いてウエットエッチング法によるアン
ダーカットを用いて選択エッチングすることにより達成
される。更に高精度ピン立ては、ピン先端部を導体シー
トの平坦面を用いる構造とすることにより達成される。 【０００７】以下、本発明の第１の発明である半導体Ｌ
ＳＩ検査装置用ペローブヘッドについて、その特徴点を
列挙し具体的に説明する。 【０００８】（１）半導体ＬＳＩの電極パッドに接触し
て電気信号を伝送するプローブヘッドにおいて、両面に
電極パッド列が形成され、かつ前記両面のパッド間がそ
れぞれ特定の配列関係で電気的に相互に接続されると共
に給電層と信号入出力層と接地層とから成る少なくとも
３種の配線層を有し、しかもピンプローブが設けられる
一方の基板面側から基板裏面側に向かってパッド間のピ
ッチ拡大に伴い基板内の配線が引き回された多層配線基
板と、前記一方の基板面の各パッド上に導体層を介して
植設固定された基部が肉太でその先端が微小な平坦面を
有する円を含む多角形錐状のピンプローブとから成るこ
とを特徴とする。 【０００９】（２）上記多層配線基板がセラミックスの
多層積層板から成ることを特徴とする。 【００１０】（３）上記ピンプローブがタングステン
（Ｗ)、モリブデン（Ｍo)、チタン（Ｔi)、クロム（Ｃ
r)、ベリリウム(Ｂe)−銅(Ｃu）合金及び表面を銅 (Ｃ
u）よりも硬質の金属でメッキした銅（Ｃu）基材から成
る群から選ばれたいずれか１種の金属から成ることを特
徴とする。 【００１１】（４）上記ピンプローブの配線基板面から
の高さをｈとし、隣接するピンプローブの植設されたパ
ッド間のピッチをｄとしたとき、ｈ＝0.5〜２dとしたこ
とを特徴とする。上記ピンプローブの高さｈとパッド間
のピッチｄとの関係は、信号を良く通すための好ましい
条件であり、ピンプローブを構成する材質により多少は
異なるが概ね上記数値の範囲が実用的である。 【００１２】（５）ピンの少なくとも先端部である平坦
部の表面に金やロジューム等のメッキ被膜を設けたこと
を特徴とする。 【００１３】次に本発明の第２の発明である半導体ＬＳ
Ｉ検査装置用プローブヘッドの製造方法について、その
特徴点を列挙し具体的に説明する。 【００１４】（１）一方の面にピンプローブを植設固定
するための第１の電極パッド列が、そしてその裏面には
検査装置に接続されるための第２の電極パツド列がそれ
ぞれ形成され、しかも前記両面のパツド間が特定の配列
関係で電気的に相互に接続された配線基板を準備する工
程；導体シート上に前記第１の電極パッド列に対応した
パターンの第３の電極パッド列を形成する工程；前記第
１及び第３の両パッド列を対向させ導体層を介して前記
導体シートを前記配線基板に固定する工程；前記導体シ
ート表面に前記第１及び第３の両電極パッド列の各パッ
ドと中心位置を同じくした円を含む多角形のマスクパタ
ーンを形成する工程；上記第３の電極パッド列に対応す
る円を含む多角形錐状の尖鋭化したピン列を形成するた
めに上記マスクパターンをマスクとして上記導体シート
を選択エッチングする工程；及び上記マスクを除去する
工程を有することを特徴とする。 【００１５】（２）上記導体シートがタングステン
（Ｗ)、モリブデン（Ｍo)、チタン（Ｔi)、クロム（Ｃ
r)、ベリリウム(Ｂe)−銅(Ｃu）合金及び銅（Ｃu）から
成る群のいずれか１種の金属から成り、マスクとして前
記導体シートの選択エッチングに耐え得る金属もしくは
ホトレジストから成ることを特徴とする。 【００１６】（３）上記両パッド列を対向させ導体層を
介して前記導体シートを前記配線基板に固定する工程に
おいて、あらかじめ両パッド上に金属ロウ材を被覆形成
しておき、ロウ付けにより両パッド列を固定することを
特徴とする。 【００１７】（４）上記ロウ材として金（Ａu）を用い
ることを特徴とする。 【００１８】（５）上記マスクパターンをマスクとして
上記導体シートを選択エッチングする工程におけるエッ
チング処理として、ウエットエッチング法を用いてサイ
ドエッチングを行いながらエッチングするか、もしくは
ドライエッチングにより途中までエッチングしておき、
その後ウエットエッチング法によりサイドエッチングを
行いながらエッチングし、円を含む多角形錐状の尖鋭化
したピン列を形成することを特徴とする。 【００１９】なお、前記導体シートの厚さは最終的に得
られるピンプローブの高さを決定することになるので、
表面平坦化の研磨量及び電極パッドの高さを考慮しつつ
所望の厚さのものを使用する。また、材質としては、ピ
ンプローブとして或る程度の硬さ（剛性）と、導電性
（低抵抗）と耐脆性（もろくない）とを有しているもの
であればよく、一般には上記のものが適当である。ただ
し、銅を使用する場合には、硬さがやや不足するので、
ピンプローブが形成された時点で、表面に例えばニッケ
ル、クロム等のメッキをして用いることが望ましい。そ
の他、材質により硬度が満足されている場合であって
も、ピンの表面酸化を防止するため防蝕を目的として周
知の適当なメッキ層を形成すると信頼性の高いものが得
られより好ましい。 【００２０】上記マスクパターンとしては、円、楕円、
その他三角、四角、五角などいずれの多角形のものでも
よい。材質も金属は勿論、一般に用いられているホトレ
ジスト（感光性レジスト）でもよく、いずれにしても導
体シートをエッチングする際に十分にマスク作用をする
ものであればよく、周知の技術で十分に対応可能であ
る。金属マスクの場合は、導体シート上にＣＶＤ（Ｃhe
mical Ｖapor Ｄeposition)、スパッタリング、その他
周知の薄膜形成技術（一般の蒸着を含む）でマスク材と
なる薄膜を形成しておき、この薄膜にホトレジスト膜
（紫外線のみならず、電子線、Ｘ線で感光するものを含
む）を形成し、所望のマスクを介して露光し、現像、エ
ッチングすることにより容易に目的とする金属マスクパ
ターンを導体シート上に形成することができる。微細な
パターンを形成する場合には、紫外線よりはＸ線、Ｘ線
よりは電子線に感光するレジストを用いればよいことは
周知のとおりである。また、レジストの解像度からすれ
ば一般にネガ型よりもポジ型の方が優れている。 【００２１】 【作用】配線基板の電極パッド部で平坦面を有するよう
に導体層、例えばロウ付けにより固定した導体シート
を、上記平坦面にピン形成用のマスクパターンを形成し
た後ウエットエッチング法を用いて一括形成することが
できるので、高密度多ピン化においてプローブヘッド部
のピン組立性を向上させることができる。 【００２２】更に、ピン先端部となる導体シートの平坦
面にピン形成用のマスクパターンを形成し、上記電極パ
ッド部の中央に位置する部分に微小なフラット面が残る
ようにアンダーカットを行うことにより、ピン先端部の
高さ方向バラツキを導体シートの平坦面と同レベルにす
ることができ、かつ横方向バラツキをマスクパターンの
寸法精度に近いレベルにもっていくことができるので、
プローブヘッド部の高精度ピン立てを実現させることが
できる。 【００２３】 【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。図１Ａ〜図１Ｅは、本発明の一実施例となる多
層配線基板１上に多ピンを形成するための製造プロセス
を工程順に示したものである。 【００２４】図１Ａは、給電層と信号層（入出力）と接
地層とを有する多層配線基板１、導体シート２のメタラ
イズ工程後を示す。多層配線基板１は、湿式厚膜セラミ
ック基板であり、両面に形成したタングステン系の電極
パッド部３、４に各々ニッケルメッキ５、６、金メッキ
７、８を施している。 【００２５】一方、導体シート２は、タングステンを材
質とし、片側の面に上記した電極パツド部３に対応する
位置に所望のパターンによりニッケルメッキ９、金メッ
キ10を施している。ここで電極パッド部３は、多層配線
基板１の内部配線（図示せず）により拡大された電極パ
ッド部４と電気的に接続されている。 【００２６】図１Ｂは、多層配線基板１と導体シート２
のロウ付け工程後を示す。多層配線基板１の電極パッド
部３上のニッケルメッキ５を介して形成した金メッキ７
と導体シート２上のニッケルメッキ９を介して形成した
金メッキ10を、対応するパターンが上下重なるように対
向位置合わせした後、加熱圧着することにより金(Ａu)
−金(Ａu）のロウ付け部11を形成する。特に、導体シー
ト２のロウ付け部11を形成していない反対面は、加熱圧
着時に平坦面12を得ている。この導体シート２に形成さ
れる平坦面12は、ロウ付け後研磨等により更に平坦度を
向上させることができる。 【００２７】なお、電極パッド部３上のニッケルメッキ
５／ロウ付け部11／導体シート２上のニッケルメッキ９
の３層は、後の図１Ｄの導体シートのエッチング工程で
パッド部３とピン１６とを接続固定する導体層１１ａを
形成する。 【００２８】図１Ｃは、導体シート２の平坦面12上への
メタルマスク13の形成工程後を示す。このマスクの形成
工程はタングステン（Ｗ）の導体シート２の平坦面12上
に銅を一様に蒸着する。次に、その上に感光性レジスト
をスピンナーで塗布し、所望のパターンを石英マスク等
を用いて露光、現象する。なお、この例ではレジストと
して東京応化（株）製、商品名ＯＭＲ−83ネガ型紫外線
レジストを使用し、露光は400nｍ付近の紫外線照射で行
った。 【００２９】次に、感光部のレジストを除去し、過硫酸
アンモニウム系水溶液により銅膜をエッチングし、銅の
メタルマスク13が形成される。このメタルマスク13の形
状は、通常円形パターンを用いるが、後工程におけるピ
ン先端部形状を制御するため、角形他種々の形状をと
る。また、メタルマスク13は、ピン立ての条件から通常
多層配線基板１上に形成した電極パッド部３の位置と中
心軸14が一致するように形成される。 【００３０】図１Ｄは、導体シート２の選択エッチング
工程後を示す。タングステンの導体シート２を、銅のメ
タルマスク13を形成した面から、水酸化カリウムと赤血
塩の混合系水溶液によりウエットエッチングを行う。こ
の時、アンダーカット（サイドエッジ、側面腐食ともい
う）を積極的に利用し、かつ制御することにより、メタ
ルマスク13の中央下部に導体シート２の微小なフラット
面15を形成すると同時に、導体シート２をロウ付け部11
の近傍を残して除去する。 【００３１】この結果、多層配線基板１のロウ付け部11
上に、先端部に微小なフラット面15を有する尖鋭化した
ピン16が、メタルマスク13を残した状態で形成される。
ここで、ピン16を垂直に立てるためには、メタルマスク
13とロウ付け部11の中心軸14を一致させる必要がある。
また、上記したエッチング液が導体シート２のロウ付け
部11の面からの浸入によるピン16の形状バラツキを除去
する必要がある場合には、選択エッチング工程前（図１
Ｂ又は図１Ｃ）に導体シート２のロウ付け部１１の面上
に樹脂系ワックスを塗布又は充填しておき、エッチング
終了後に有機溶媒により取り除けばよい。 【００３２】図１Ｅは、ピン１６の先端部に残ったメタ
ルマスク13を除去した工程後を示す。銅のメタルマスク
13は、過硫酸アンモニウム系水溶液により取り除かれ
る。これにより、多層配線基板１上に多ピンを形成する
製造プロセスが基本的に完了する。ピン16の材質とし
て、タングステンの導体シート２を用いたが、メタルマ
スク13やロウ付け部11をエッチングしない水溶液を選択
することにより、他の金属を使用することができる。 【００３３】例えば、導体シート２に銅を使用した場合
には、メタルマスク13にクロムを用いる。この時、銅、
クロムのエッチング液は、各々過硫酸アンモニウム系水
溶液、フェリシアン化カリウム系水溶液を用いる。ま
た、ピン16の表面に金やロジュームのメッキ皮膜を形成
することにより、半導体ウエハ（チップ）の電極パッド
（はんだバンプ）とピン16との電気的な接触特性を安定
にし、かつ向上させることができる。 【００３４】図２は、上記した多ピンを形成した多層配
線基板１の断面構造を示す。多層配線基板１は、アルミ
ナ絶縁層17の中にタングステン等からなる導体材料で信
号配線18、電源層19、グランド層20が形成されている。
さらに上下面には電極パッド21、22が各々形成され、上
面の電極パッド21間のピッチ23は、下面の電極パッド22
間のピッチ24の３倍程度に拡大され、上面の電極パッド
21との電気的、機械的接続を容易にする構造としてい
る。下面の電極パッド22上には、上記した多ピン形成方
法によりピン16が形成されている。また、上面の電極パ
ッド21上には、ニッケル、金のメタライズ25が施され、
ピン接触やはんだ接続に対する信頼度を向上させてい
る。 【００３５】一方、信号配線18は、高速電気信号の授受
を行うため電源層19、グランド層20をレファレンス層と
してストリップ線路又はマイクロストリップ線路となっ
ており、一定の特性インピーダンスを有している。 【００３６】図３は、上記した多ピンを形成する基板に
多層配線基板１を用いない場合を示す。この時、ピン16
を形成した電極パッド22のパッド間ピッチ24は拡大され
ず、スルーホール印刷により配線26が垂直に形成され
る。このような構造を有する配線基板27は、上記した多
層配線基板１と比べて簡易構造となるため、製造上コス
ト低減を図ることができる。更に、簡易構造を活してピ
ン16の配置、つまり電極パッド22の配置を規格化するこ
とにより、配線基板27をピンブロックとして汎用性をも
たせることができる。 【００３７】図４は、半導体ウエハ28の１チップ29エリ
ア上に配置されたはんだボール（電極バッド）30に、上
記した多ピンを形成した多層配線基板１、ピッチ拡大用
多層厚膜基板31、及びピッチ拡大用多層プリント基板32
から構成されるプローブカード33（１、31、32）を多層
配線基板１に設けたピン16（図示せず）により、電気
的、機械的に接触させた状態を示す半導体検査装置の伝
送路要部断面構造を示す。 【００３８】プローブカード33は、テスタ部（図示せ
ず）との信号の授受を行う同軸コネクタ34、及びピッチ
拡大用多層プリント基板32の表面に設けられた電極パタ
ーン（図示せず）と電気的、機械的に接触させる同軸形
スプリングコンタクトピン35を配置した支持基板36と、
位置決め用基板37を介して電気的に接続されている。こ
の時、プローブカード33は、支持基板36を開閉すること
により着脱される。また、プローブカード33のピン16が
摩耗、変形した時は、多層配線基板１を、ピッチ拡大用
多層厚膜基板31との接続部（はんだもしくはロウ付け）
で分離して交換を行う。 【００３９】なお、上記のピッチ拡大用多層厚膜基板31
とピッチ拡大用多層プリント基板32の接続もはんだ付け
もしくはロウ付けで形成されている。プローブカード33
の構成について、電極パッド間の拡大をそれ程必要とし
ない場合、上記したピッチ拡大用多層厚膜基板31を取り
除いて用いるか、または上記ピッチ拡大用多層厚膜基板
31の電極パッド（図示せず）上に直接多ピンを形成して
用いることもある。 【００４０】 【発明の効果】本発明によれば、配線基板の電極パッド
部に高密度な多ピンを一括形成することができるのでピ
ン立ての組立性を大幅に向上させる効果がある。 【００４１】更に、ピン先端部の高さ方向バラツキを導
体シートの平坦面と同レベルにでき、かつ横方向バラツ
キをマスクパターンの寸法精度に近いレベルにもってい
くことができるので、プローブヘッド部のピン先端部位
置精度を大幅に向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明の一実施例の多ピンを形成するための
製造プロセスを示す断面工程図。 【図１Ｂ】本発明の一実施例の多ピンを形成するための
製造プロセスを示す断面工程図。 【図１Ｃ】本発明の一実施例の多ピンを形成するための
製造プロセスを示す断面工程図。 【図１Ｄ】本発明の一実施例の多ピンを形成するための
製造プロセスを示す断面工程図。 【図１Ｅ】本発明の一実施例の多ピンを形成するための
製造プロセスを示す断面工程図。 【図２】本発明の他の実施例となる多ピンを形成した基
板の断面図。 【図３】本発明の他の実施例となる多ピンを形成した基
板の断面図。 【図４】本発明のプローブヘッドを用いた半導体検査装
置伝送路要部の断面図。 【符号の説明】 １…多層配線基板、 ２…導体シート、 ３、４…電極パッド部、 ５、６、９…ニッケルメッキ、 ７、８、１０…金メッキ、 １１…ロウ付け部、 １１ａ…導体層、 １２…平坦面、 １３…メタルマスク、 １４…中心軸、 １５…微小なフラット面、 １６…ピン、 １７…アルミナ絶縁層、 １８…信号配線、 １９…電源層、 ２０…グランド層、 ２１、２２…電極パッド、 ２３、２４…ピッチ、 ２５…金のメタライズ。
製造プロセスを示す断面工程図。 【図１Ｂ】本発明の一実施例の多ピンを形成するための
製造プロセスを示す断面工程図。 【図１Ｃ】本発明の一実施例の多ピンを形成するための
製造プロセスを示す断面工程図。 【図１Ｄ】本発明の一実施例の多ピンを形成するための
製造プロセスを示す断面工程図。 【図１Ｅ】本発明の一実施例の多ピンを形成するための
製造プロセスを示す断面工程図。 【図２】本発明の他の実施例となる多ピンを形成した基
板の断面図。 【図３】本発明の他の実施例となる多ピンを形成した基
板の断面図。 【図４】本発明のプローブヘッドを用いた半導体検査装
置伝送路要部の断面図。 【符号の説明】 １…多層配線基板、 ２…導体シート、 ３、４…電極パッド部、 ５、６、９…ニッケルメッキ、 ７、８、１０…金メッキ、 １１…ロウ付け部、 １１ａ…導体層、 １２…平坦面、 １３…メタルマスク、 １４…中心軸、 １５…微小なフラット面、 １６…ピン、 １７…アルミナ絶縁層、 １８…信号配線、 １９…電源層、 ２０…グランド層、 ２１、２２…電極パッド、 ２３、２４…ピッチ、 ２５…金のメタライズ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 沖野 博信
神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地
株式会社日立製作所生産技術研究所内
(72)発明者 藤田 毅
神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地
株式会社日立製作所生産技術研究所内
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．半導体ＬＳＩの電極パッドに接触して電気信号を伝
送するプローブヘッドにおいて、両面に電極パッド列が
形成され、かつ前記両面のパッド間がそれぞれ特定の配
列関係で電気的に相互に接続されると共に給電層と信号
入出力層と接地層とから成る少なくとも３種の配線層を
有し、しかもピンプローブが設けられる一方の基板面側
から基板裏面側に向かってパッド間のピッチ拡大に伴い
基板内の配線が引き回された多層配線基板と、前記一方
の基板面の各パッド上に導体層を介して植設固定された
基部が肉太でその先端が微小な平坦面を有する円を含む
多角形錐状のピンプローブとから成ることを特徴とする
半導体ＬＳＩ検査装置用プローブヘッド。 ２．半導体ＬＳＩの電極パッドに接触して電気信号を伝
送するプローブヘッドにおいて、両面に電極パッド列が
形成され、かつ前記両面のパッド間がそれぞれ特定の配
列関係で電気的に相互に接続されると共に給電層と信号
入出力層と接地層とから成る少なくとも３種の配線層を
有し、しかもピンプローブが設けられる一方の基板面側
から基板裏面側に向かってパッド間のピッチ拡大に伴い
基板内の配線が引き回されたセラミックスの多層積層板
から成る多層配線基板と、前記一方の基板面の各パッド
上に導体層を介して植設固定された基部が肉太でその先
端が微小な平坦面を有する円を含む多角形錐状のピンプ
ローブとから成ることを特徴とする半導体ＬＳＩ検査装
置用プローブヘッド。 ３．半導体ＬＳＩの電極パッドに接触して電気信号を伝
送するプローブヘッドにおいて、両面に電極パッド列が
形成され、かつ前記両面のパッド間がそれぞれ特定の配
列関係で電気的に相互に接続されると共に給電層と信号
入出力層と接地層とから成る少なくとも３種の配線層を
有し、しかもピンプローブが設けられる一方の基板面側
から基板裏面側に向かってパッド間のピッチ拡大に伴い
基板内の配線が引き回された多層積層板から成る多層配
線基板と、前記一方の基板面の各パッド上に導体層を介
して植設固定された基部が肉太でその先端が微小な平坦
面を有する円を含む多角形錐状のピンプローブとから成
り、前記ピンプローブがタングステン（Ｗ)、モリブデ
ン（Ｍo)、チタン（Ｔi)、クロム（Ｃr)、ベリリウム
(Ｂe)−銅(Ｃu）合金及び表面を銅（Ｃu）よりも硬質の
金属でメッキした銅（Ｃu）基材から成る群から選ばれ
たいずれか１種の金属から成ることを特徴とする半導体
ＬＳＩ検査装置用プローブヘッド。 ４．半導体ＬＳＩの電極パッドに接触して電気信号を伝
送するプローブヘッドにおいて、両面に電極パッド列が
形成され、かつ前記両面のパッド間がそれぞれ特定の配
列関係で電気的に相互に接続されると共に給電層と信号
入出力層と接地層とから成る少なくとも３種の配線層を
有し、しかもピンプローブが設けられる一方の基板面側
から基板裏面側に向かってパッド間のピッチ拡大に伴い
基板内の配線が引き回された多層配線基板と、前記一方
の基板面の各パッド上に導体層を介して植設固定された
基部が肉太でその先端が微小な平坦面を有する円を含む
多角形錐状のピンプローブとから成り、前記ピンプロー
ブの配線基板面からの高さをｈとし、隣接するピンプロ
ーブの植設されたパッド間のピッチをｄとしたとき、ｈ
＝0.5〜２dとしたことを特徴とする半導体ＬＳＩ検査装
置用プローブヘッド。 ５．半導体ＬＳＩの電極パッドに接触して電気信号を伝
送するプローブヘッドにおいて、両面に電極パッド列が
形成され、かつ前記両面のパッド間がそれぞれ特定の配
列関係で電気的に相互に接続されると共に給電層と信号
入出力層と接地層とから成る少なくとも３種の配線層を
有し、しかもピンプローブが設けられる一方の基板面側
から基板裏面側に向かってパッド間のピッチ拡大に伴い
基板内の配線が引き回された多層配線基板と、前記一方
の基板面の各パッド上に導体層を介して植設固定された
基部が肉太でその先端にメッキ被膜を有すると共に微小
な平坦面を有する円を含む多角形錐状のピンプローブと
から成ることを特徴とする半導体ＬＳＩ検査装置用プロ
ーブヘッド。 ６．一方の面にピンプローブを植設固定するための第１
の電極パッド列が、そしてその裏面には検査装置に接続
されるための第２の電極パツド列がそれぞれ形成され、
しかも前記両面のパツド間が特定の配列関係で電気的に
相互に接続された配線基板を準備する工程；導体シート
上に前記第１の電極パッド列に対応したパターンの第３
の電極パッド列を形成する工程；前記第１及び第３の両
パッド列を対向させ導体層を介して前記導体シートを前
記配線基板に固定する工程；前記導体シート表面に前記
第１及び第３の両電極パッド列の各パッドと中心位置を
同じくした円を含む多角形のマスクパターンを形成する
工程；上記第３の電極パッド列に対応する円を含む多角
形錐状の尖鋭化したピン列を形成するために上記マスク
パターンをマスクとして上記導体シートを選択エッチン
グする工程；及び上記マスクを除去する工程を有するこ
とを特徴とする半導体ＬＳＩ検査装置用プローブヘッド
の製造方法。 ７．上記導体シートがタングステン（Ｗ)、モリブデン
（Ｍo)、チタン（Ｔi)、クロム（Ｃr)、ベリリウム(Ｂ
e)−銅(Ｃu）合金及び銅（Ｃu）から成る群のいずれか
１種の金属から成り、マスクとして前記導体シートの選
択エッチングに耐え得る金属もしくはホトレジストから
成ることを特徴とする請求項６記載の半導体ＬＳＩ検査
装置用プローブヘッドの製造方法。 ８．上記両パッド列を対向させ導体層を介して前記導体
シートを前記配線基板に固定する工程において、あらか
じめ両パッド上に金属ロウ材を被覆形成しておき、ロウ
付けにより両パッド列を固定することを特徴とする請求
項６もしくは７記載の半導体ＬＳＩ検査装置用プローブ
ヘッドの製造方法。 ９．上記ロウ材として金（Ａu）を用いることを特徴と
する請求項８記載の半導体ＬＳＩ検査装置用プローブヘ
ッドの製造方法。 １０．上記マスクパターンをマスクとして上記導体シー
トを選択エッチングする工程におけるエッチング処理と
して、ウエットエッチング法を用いてサイドエッチング
を行いながらエッチングするか、もしくはドライエッチ
ングにより途中までエッチングしておき、その後ウエッ
トエッチング法によりサイドエッチングを行いながらエ
ッチングし、円を含む多角形錐状の尖鋭化したピン列を
形成することを特徴とする請求項６乃至９いずれか一つ
に記載の半導体ＬＳＩ検査装置用プローブヘッドの製造
方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30499296A JP2749566B2 (ja) | 1996-11-15 | 1996-11-15 | 半導体ｌｓｉ検査装置用プローブヘッド及びその製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30499296A JP2749566B2 (ja) | 1996-11-15 | 1996-11-15 | 半導体ｌｓｉ検査装置用プローブヘッド及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP62281036A Division JPH0640106B2 (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 半導体ｌｓｉ検査装置用プローブヘッド及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09203749A JPH09203749A (ja) | 1997-08-05 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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| JP2001174482A (ja) | 1999-12-21 | 2001-06-29 | Toshiba Corp | 電気的特性評価用接触針、プローブ構造体、プローブカード、および電気的特性評価用接触針の製造方法 |
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