JP3343540B2 - フォトリソグラフィで形成するコンタクトストラクチャ - Google Patents
フォトリソグラフィで形成するコンタクトストラクチャInfo
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Description
部品のパッド、電極あるいはリードのような接触対象物
との電気的接触を実現するためのコンタクトストラクチ
ャ(接触構造)に関する。特に本発明は、半導体ウェ
ハ、半導体チップ、半導体部品パッケージ又はプリント
回路基板などを高周波数、高集積度かつ高品質で試験す
るために使用するプローブカードやその等価物に搭載す
るためのコンタクトストラクチャに関する。
で高速度の電子部品をテストする場合には、プローブコ
ンタクタのような、高性能コンタクトストラクチャ(接
触構造)を使用しなければならない。本発明におけるコ
ンタクトストラクチャは、バーンインを含む、半導体ウ
ェハや半導体ダイのテストといった応用に限定されるも
のではなく、半導体パッケージ部品やプリント回路基盤
等のテストやバーンインテストへの応用、あるいは試験
以外のより一般的で広範囲な応用、例えば電子部品のリ
ードや端子ピン等にも実施可能である。しかし、説明を
容易にするために、以下における本発明の開示では、主
に半導体ウェハテストの応用を基にして、本発明の説明
をする。
ハである場合、半導体ウェハを自動的にテストするため
に、ICテスタのような半導体テストシステムは、一般
に例えば自動ウェハプローバーのようなハンドラと組み
合わせて用いられる。そのような構成例を、第1図に示
す。この図において、半導体テストシステムは通常、別
のハウジングであるテストヘッド100を有しており、
そのテストヘッド100はケーブル束でテストシステム
のメインフレイムに接続されている。テストヘッド10
0とハンドラ400は、例えばマニピュレータ500と
駆動モータ510により機械的に位置合わせされ、互い
に機械的電気的に相互接続する。被試験半導体ウェハ
は、ハンドラによって、テストヘッド上のテスト位置に
自動的に供給される。
は、半導体テストシステムが発生するテスト信号を受け
る。被試験半導体ウェハ上のIC回路から、そのテスト
信号の結果として発生される出力信号は、半導体テスト
システムに送信され、そこで、期待値と比較され、被試
験半導体ウェハ上のIC回路が正常に機能しているかが
検証される。
ド100と基板用ハンドラ400は、インターフェイス
部140を介して接続されている。インターフェイス部
140は例えば、テストヘッドの電気的回路配置に固有
の回路接続を有するパーフォーマンスボード120と、
同軸ケーブルと、ポゴピンと、コネクタ等で構成されて
いる。テストヘッド100内には、テストチャンネルに
対応する多数のプリント回路基板150が設けられてい
る。
フォーマンスボード120上の対応するコンタクト端子
121と接続するために、それぞれコネクタ160を有
している。基板用ハンドラ400に対する接触位置を正
確に決定するために、フロッグリング130が、パーフ
ォーマンスボード120上に備え付けられている。フロ
ッグリング130は、ZIFコネクターやポゴピンのよ
うな接続ピン141を多数有しており、それら接続ピン
141は、同軸ケーブル124を介して、パーフォーマ
ンスボード120上の接続端子121に接続されてい
る。
る、ウェハ基板用ハンドラ(ウェハプローバ)400
や、テストヘッド100、およびインターフェイス部1
40の構造をより詳細に示している。第2図に示すよう
に、テストヘッド100は、基板用ハンドラ400上に
配置され、インターフェイス部140を介して、基板用
ハンドラ400に、機械的かつ電気的に接続される。基
板用ハンドラ400において、被試験半導体ウェハ30
0は、チャック180上に搭載される。プローブカード
170は、被試験半導体ウェハ300の上部に設けられ
ている。プローブカード170は、テスト時に回路端
子、すなわち被試験半導体ウェハ300上のIC回路の
各コンタクトターゲットと接触するために、多数のプロ
ーブコンタクタ(例えばカンチレバーやニードル)19
0を有している。
触用リセプタクルは、フロッグリング130に設置した
接続ピン141に電気的に接続される。これら接続ピン
141はさらに、パーフォーマンスボード120のコン
タクト端子121に接続され、そのコンタクト端子12
1は、それぞれテストヘッド100のプリント回路基板
150に、同軸ケーブル124を介して接続される。さ
らに、プリント回路基板150は、例えば数百の内部ケ
ーブルを有するケーブル束110を介して、半導体テス
トシステム本体に接続されている。
クタ190は、被試験半導体ウェハにテスト信号を送
り、結果としての出力信号を受けるために、チャック1
80上にある半導体ウェハ300の表面と接触する。被
試験半導体ウェハ300が正常に機能しているかどうか
を検証するために、半導体ウェハ300からの出力信号
を、半導体テストシステムが発生する期待値と比較す
る。
の底面図である。この例では、プローブカード170に
は、ニードルまたはカンチレバーと呼ばれるプローブコ
ンタクタ190を上部に複数個設置した、エポキシリン
グが設けられている。第2図において、半導体ウェハ3
00を搭載したチャック180が上方に移動すると、カ
ンチレバー(プローブコンタクタ)190の先端は、半
導体ウェハ300の接続パッドや接続バンプ(突起)に
接触する。カンチレバー190の他端は、電線194に
接続され、更にその電線194は、プローブカード17
0に形成された伝送ラインに接続されている。伝送ライ
ンは、第2図のポゴピン141に接触するために、電極
197に接続されている。
層、電源層、および複数の信号送信ライン層を有するポ
リイミド多層基板で形成されている。周知のように各信
号伝送ラインは、ポリイミドの例えば誘電率、プローブ
カード170内の信号のインダクタンスとキャパシタン
スのような様々なパラメターの平衡を保つようにするこ
とで、例えば50オームのような、特性インピーダンス
が得られるように設計されている。従って、これら信号
伝送ラインはインピーダンス整合しており、被試験ウェ
ハ300に対する高周波数帯域での良好な動作が実現で
きる。この結果、定常状態では一定電流を供給し、被試
験部品の出力切り替え時には、高電流ピークを供給する
ことができる。またノイズ除去の為に、プローブカード
170には、電源層とグラウンド層間に、キャパシタ1
93と195が設けられている。
高周波帯域の限界を説明するために、プローブカード1
70の等価回路を第4図に示す。第4図(A)と第4図
(B)に示すように、プローブカード170の信号伝送
ラインは、電極197から、ストリップライン196
(インピーダンス整合している)、電線194、そして
ニードル(カンチレバー)190に達する。第4図
(C)に示すように、電線194とニードル190はイ
ンピーダンスマッチしていないので、高周波数帯域では
これらの部分は、インダクターLとして作用する。電線
194とニードル190の長さは、全体として20−3
0mm程度であるから、高周波数帯域でのテストでは、
大幅にその周波数が制限される。
する他の要素としては、第4図(D)と第4図(E)に
示すように、電源用ニードルとグラウンド用ニードルが
ある。テスト時において、電源ラインが充分な電流を高
速に被テスト部品に供給できるのであれば、部品テスト
における動作帯域の制限は深刻ではない。しかし、電源
を供給するために直列に接続される電線194とニード
ル190(第4図(D))、そして、電源と信号をグラ
ウンド接続するために直列で接続される電線194とニ
ードル190(第4図(E))は、上記のように等価的
にインダクターとなるため、高速の電流動作は大幅に制
限される。
スを除去してテスト時の被テスト部品の適切な機能が確
保するように、キャパシタ193と195が、電源ライ
ンとグラウンドラインの間に設置されている。キャパシ
タ193は、例えば10マイクロファラッドのような比
較的大きな値をとり、必要に応じてスイッチを用いて切
り離しできる。キャパシタ195は、例えば0.01マ
イクロファラッドのような比較的小さな値をとり、DU
Tの近くに固定的に設けられている。これらのキャパシ
タは、電源ラインに対する高周波数除去(デカップリン
グ)として作用するので、高周波帯域を制限する。
のプローブコンタクタにおいては、その周波数帯域が2
00MHz程度に制限されてしまい、最近の半導体部品
のテストには不十分となっている。半導体試験の業界で
は、現在では1GHz以上の動作帯域となっているIC
テスターの周波数帯域機能に、少なくとも等しい程度の
周波数帯域が、近い将来のプローブコンタクタに必要に
なるであろうと見られている。また、業界では、テスト
処理量を向上させるために、並列に例えば32個以上の
ような、多数の半導体部品、特にメモリーのような半導
体部品を同時に取り扱えるプローブカードが望まれてい
る。
のプローブカードは、コンタクタの先にインピーダンス
のマッチした送信ラインを設けることが出来るので、十
分に高い周波数帯域を有すると見なされている。しか
し、メンブレンコンタクタには、温度変化によって、接
触性能が得られなくなるほど変形してしまうという難点
がある。また、メンブレンコンタクタには、コンタクタ
にバネ力を供給するのが難しいのでメンブレン上に限ら
れた数のコンタクタしか生成できないという難点もあ
る。最後に、この技術の難点は、各コンタクタが完全に
独立した動作ができないことである。したがって、接触
表面に変位があると(面積が広いほど著しくなる)、コ
ンタクタが個別にこの変位を補正することが出来ない。
従って、メンブレンコンタクタは、多数の部品を並列に
テストするのには適さない。
ーブカードとプローブコンタクタは手作業で造られてお
り、品質にばらつきがある。そのような品質の不均一の
例としては、サイズ、周波数帯域、接触力と抵抗のばら
つきがある。従来のプローブコンタクタにおいて、接触
性能の信頼性を低下させる原因のさらに1つは、プロー
ブコンタクタと被試験半導体ウェハの温度膨張率が異な
るということである。従って、異なる温度では、接触位
置が異なってしまい、接触力、接触抵抗、周波数帯域に
悪影響を及ぼす。
目的は、半導体ウェハ、LSIパッケージ等をテストす
るために使用するコンタクトストラクチャであって、次
世代半導体技術のテスト要件を満たすような超高周波数
帯域を有するコンタクトストラクチャを提供することに
ある。
ハ、パッケージLSI等をテストするために使用するコ
ンタクトストラクチャであって、多数の半導体部品を同
時に並列にテストするのに適したコンタクトストラクチ
ャを提供することにある。
ウェハ、パッケージLSI等をテストするために使用
し、あるいは電子部品のリードや端子ピンとして使用す
るためのコンタクトストラクチャであって、手作業を用
いることなく、標準的な半導体製造プロセスを介して製
造することにより、均一な品質を実現できるコンタクト
ストラクチャを提供することにある。
ウェハ、パッケージLSI等をテストするために使用
し、あるいは電子部品のリードや端子ピンとして使用す
るためのコンタクトストラクチャであって、多数個を同
時に均一の品質で生産できるコンタクトストラクチャを
提供することにある。
ウェハ、パッケージLSI等をテストするために使用
し、あるいは電子部品のリードや端子ピンとして使用す
るためのコンタクトストラクチャであって、フォトリソ
グラフィー行程を用いて製造するコンタクトストラクチ
ャを提供することにある。
ウェハ、パッケージLSI等をテストするために使用す
るコンタクトストラクチャであって、テストプローブ上
に搭載するためのコンタクトストラクチャを提供するこ
とにある。
ハ、パッケージLSI、プリント回路基板(テスト時の
部品)等をテストするために使用する、あるいは電子部
品のリードや端子ピンとして使用するためのコンタクト
ストラクチャは、半導体製造プロセスで確立されている
フォトリソグラフィ技術を介して形成され、基板の表面
に搭載される。
ム形状を有しており、フォトリソグラフィーのプロセス
を介して形成される。本発明のコンタクトストラクチャ
は、アニソトロピック(異方性)・エッチング過程を介
して形成される傾斜支持部を有するシリコンベースと、
そのシリコンベース上に形成され、傾斜支持部から突起
している絶縁層と、その絶縁層上に導電材料で形成され
る導電層を設けることにより、絶縁層と導電層からなる
ビーム部を形成してなり、接触ターゲットにビーム部の
先端が押しつけられると、ビーム部はビームの横方向に
バネ力を発生して、接触圧力を形成する。
のプロセスを介して形成するコンタクトビームを多数搭
載してなるコンタクトストラクチャである。本発明のコ
ンタクトストラクチャは、多数のコンタクトビームを有
し、その各コンタクトビームは接触ターゲットにビーム
部の先端が押しつけられると、ビームの横方向にバネ力
を発生して、接触圧力を発生する。各コンタクトビーム
は、アニソトロピック・エッチング行程を介して形成さ
れる傾斜支持部を有するシリコンベースと、電気的絶縁
のための絶縁層と、その絶縁層とビーム部を形成するた
めにその絶縁層上に導電材料で形成される導電層とによ
り形成される。本発明のコンタクトストラクチャは、こ
の多数のコンタクトビームと、このコンタクトビームを
斜め方向に固定するように上記シリコンベースを取り付
けるための溝を有するコンタクト基板と、コンタクト基
板の表面に設けられ、コンタクト基板の外部に電子部品
に対する信号通路を確立するために上記コンタクトビー
ムにそれぞれ接続される複数のコンタクトトレイスとに
より構成される。
フィのプロセスを用いて形成したコンタクトビームを多
数搭載しているコンタクトストラクチャの他の例であ
る。本発明のコンタクトストラクチャは、多数のコンタ
クトビームを有し、その各コンタクトビームは接触ター
ゲットにビーム部の先端が押しつけられると、ビームの
横方向にバネ力を発生して、接触圧力を発生する。各コ
ンタクトビームは、2つの傾斜支持部を有しそのうちの
少なくとも1つはアニソトロピック(異方性)エッチン
グ行程を介して製造されるシリコンベースと、電気的絶
縁のための絶縁層と、その絶縁層とビーム部を形成する
ためにその絶縁層上に導電材料で形成される導電層とに
より形成される。本発明のコンタクトストラクチャは、
この多数のコンタクトビームと、このコンタクトビーム
を斜め方向に接着剤を用いて固定するように上記シリコ
ンベースを取り付けるための平らな表面を有するコンタ
クト基板と、コンタクト基板の表面に設けられ、コンタ
クト基板の外部に電子部品に対する信号通路を確立する
ために上記コンタクトビームにそれぞれ接続される複数
のコンタクトトレイスとにより構成される。
ラクチャを製造するための方法である。コンタクトスト
ラクチャを製造する方法は、次のステップで構成する。
(100)クリスタル面でカットされたシリコン基板を
用意する。シリコン基板の表面にボロンドープ層を形成
するために、そのシリコン基板の上表面に第1のフォト
リソグラフィープロセスを行う。形成されたボロンドー
プ層の上に第1絶縁層を形成する。上記シリコン基板の
底表面上に第2絶縁層を形成する。第2絶縁層にエッチ
ング用窓を形成するために、第2絶縁層上に第2のフォ
トリソグラフィープロセスを行う。エッチング窓を介し
て、アニソトロピック(異方性)エッチングを行う。導
電層を形成するために、第1絶縁層に第3のフォトリソ
グラフィープロセスを行う。上記の各フォトリソグラフ
ィープロセスは、フォトレジスト・コーティング、マス
キング、エクスポージャ(露光)、フォトレジスト・ス
トリッピングの各ステップを含んでいる。
ば、次世代半導体技術のテスト要件にかなう超高周波数
帯域を実現できる。本発明のコンタクトストラクチャは
現代の半導体製造過程で用いられている小型化(ミニチ
ュアリゼーション)技術を用いて形成されるので、多数
のコンタクタを、小面積内に多数配列でき、その結果同
時に多数の半導体部品をテストすることが可能になる。
ことによって、手作業を用いずに基板上に多数のプロー
ブコンタクタを同時に製造できるので、接触性能の均一
性、高信頼性、かつ長寿命を実現できる。その上、プロ
ーブコンタクタが被試験部品と同じ基板材料上に構成で
きるので、被試験部品の温度膨張係数を補正することが
出来、これにより位置エラーを防止することが出来る。
を、第5図−第18図を参照して説明する。第5図は、
フォトリソグラフィーのプロセスを用いて製造し、コン
タクト基板20上に搭載した、本発明のコンタクトスト
ラクチャ30の例を示している。コンタクト基板20
は、コンタクトストラクチャ30が半導体ウェハ300
に対して押しつけられると、電気接触が成立するよう
に、半導体ウェハ300上に位置合わせされる。第5図
には、コンタクトストラクチャ30を2つしか示してい
ないが、実際の半導体ウェハの試験においては、多数の
コンタクトストラクチャ30が基板20に並べられる。
ー行程を用いて、シリコン基板40上に多数のコンタク
トストラクチャを同時に形成する。被試験半導体ウェハ
300が上方に移動すると、コンタクトストラクチャ3
0は、半導体ウェハ300上の対応するコンタクトター
ゲット(パッド)320に接触する。パッド320間の
ピッチは50umやそれ以下のように微小であるが、本
発明のコンタクトストラクチャ30がウェハ300と同
じような半導体製造プロセスにより製造されるので、容
易に同じピッチで並べることができる。
クチャ30は、第3図に示すように直接にプローブカー
ド上に搭載してもよいし、リードを有する従来のICパ
ッケージのようにパッケージ内にモールドしてそのパッ
ケージをプローブカード上に搭載し、あるいは他の基板
に相互接続してもよい。本発明のコンタクトストラクチ
ャ30は、微小なサイズで製造できるので、これを搭載
するプローブカードの動作可能周波数域は、容易に2G
Hz以上にまで向上できる。サイズを微小にできるの
で、プローブカード上のコンタクタの数は、例えば20
00個のような多数個にでき、これにより例えば同時に
32個以上の半導体メモリを並列にテストできる。
0は、一般にシリコン基板で構成されるコンタクト基板
20上に形成されているので、コンタクト基板の環境変
化例えば温度膨張係数は、被試験半導体ウェハ300の
環境変化と同じである。従って、コンタクトストラクチ
ャ30とコンタクトターゲット320の間の位置関係
が、ウェハのテストの間にわたって維持できる。
はフィンガー(ビーム)形状の導電層35を有してい
る。コンタクトストラクチャ30はさらにコンタクト基
板20に取り付けられたベース40を有している。コン
タクト基板20の底部において、導電層35はインター
コネクト・トレイス24に接続されている。インターコ
ネクト・トレイス24と伝導層35の間の接続は、例え
ばハンダボールを介してなされる。コンタクト基板20
は更に、バイアホール23とエレクトロード(電極)2
2を有している。エレクトロード22は、ワイヤーやリ
ードを介して、コンタクト基板20をプローブカードま
たはICパッケージのような外部構造に相互接続させ
る。
すると、コンタクトストラクチャ30とウェハ300上
のコンタクトターゲット320が、機械的および電気的
に接触する。よって、コンタクトターゲットから、コン
タクト基板20上のエレクトロード22への信号経路が
成立する。インターコネクト・トレイス24、バイアホ
ール23、エレクトロード22は、コンタクトストラク
チャ30の小ピッチをファンアウトして、大きなピッチ
にして、プローブカードやICパッケージに適合するよ
うにする機能も果たす。
によるバネ力のために、半導体ウェハ300がコンタク
ト基板20に対して押されると、導電層35の端部は十
分な接触力を発生する。導電層35の端部は、コンタク
トターゲット320に対して押されたときに、スクラビ
ング効果によりターゲット上の金属酸化膜を破って導電
材料に到達するように、鋭利になっていることが望まし
い。例えば、ウェハ300上のターゲット320の表面
にアルミニウムオクサイド(酸化アルミ)層がある場
合、低接触抵抗の電気接触を実現するためには、スクラ
ビング効果を発揮させることが必要である。コンタクト
ストラクチャ30のビーム形状により発生するバネ力
は、コンタクトターゲット320に対し、適度な接触力
を供給する。またコンタクトストラクチャ30のバネ力
により生成される弾力性は、コンタクト基板20、コン
タクトターゲット320、ウェハ300、コンタクトス
トラクチャ30の寸法や平面度のばらつきを補正する機
能を果たす。
アルミニウム、銅、ニッケルパラジウム、ロジウム、ニ
ッケル金、イリジウム、その他さまざまなデポジション
可能な材料がある。プローブテストとして使用する際の
コンタクトストラクチャ30の寸法例としては、コンタ
クトターゲット320間のピッチが50umかそれ以上
の場合、全体の高さ100−500um、水平方向の長
さ100−600um、幅30−50um、である。
30を有する第5図のコンタクト基板20の底面図であ
る。実際のシステムでは、例えば数百個のような多数の
コンタクトストラクチャトを、第6図に示すような具合
に配列する。インターコネクト・トレイス24、バイア
ホール23およびエレクトロード22による構成によ
り、導電層35の先端から信号通路を確立するととも
に、プローブカード又はICパッケージの大きなピッチ
に適合するように、コンタクトストラクチャ30の小さ
なピッチをファンアウトする。
トラクチャ30のより詳細な構成を示している。第7図
の断面図では、コンタクトストラクチャ30は、シリコ
ンベース40、ボロンドープ層48、絶縁層52、導電
層35を有している。シリコンベース40は、コンタク
トストラクチャ30のフィンガー(ビーム)部を支持す
るための傾斜支持部62を有する。後述するように、傾
斜支持部62は、例えば特定の結晶面についてアニソト
ロピック・エッチング(異方性エッチング)を用いて製
造する。ボロンドープ層は、この製造行程におけるエッ
チングストッパーとして機能するためのものである。絶
縁層52は典型的には、導電層35をコンタクトストラ
クチャ30の他の部分から電気的に絶縁するためのシリ
コン酸化膜により構成される。
ャの上面図であり、多数の導電層35がフィンガー状に
配列された状態を示している。コンタクトストラクチャ
のフィンガー(ビーム)部はおのおの独立しており、隣
接する2つの導電層の間には隙間36が設けられ、この
ため互いに個別に動作できる。そのような隙間36は、
上述したエッチング行程において、後述するように、シ
リコン基板のあらかじめ定めたボロンドープ層のない部
分をエッチングにより除去して形成する。
−第18図(J)は、フォトリソグラフィー技術を用い
て、本発明のコンタクトストラクチャ30を製造する過
程の例を示す。この例では、多数の対になっているコン
タクトストラクチャがシリコン基板上に形成され、コン
タクトストラクチャのそれぞれの対が、後の段階で分離
される。
がシリコン基板40上に構成されている。フォトレジス
ト層42は、シリコン基板40上にボロンドープ層を生
成するするために用いられる。図にはないが、フォトレ
ジスト層42が紫外線に露光されるように、フォトマス
クがシリコン基板の上部に配列される。従って、第9図
(A)の上面図である第9図(B)に示すパターンが形
成される。このパターンは紫外線による露光によってキ
ュア(硬化)したフォトレジストの特定部分43であ
る。レジスト42の露光されていない部分は、溶解して
洗い流すことができ、この結果、シリコン基板40上に
特定部分43が残る。
特定部分43で硬化したフォトレジストを有するシリコ
ン基板の上部表面内ドープされる。硬化したフォトレジ
ストのために、シリコン基板40上の特定部分43に
は、ボロンはドープされない。特定部分43のフォトレ
ジストを取り除くと、第16図(C)に示すように、ボ
ロンドープ層48が生成される。この例では、ボロンは
特定部分43を除いたシリコン基板上に薄い層としてド
ープされる。ボロンのドープされていない特定部分43
に該当するシリコン基板は、後述するアニソトロピック
・エッチング行程において、エッチングにより除去され
る。
iO2)層52と54が、シリコン基板40の上部表面
と底部表面に生成される。二酸化シリコン層52は、導
電層35(例えば第7図に示される)が形成されるとき
の絶縁体として機能する。これ以外の誘電体材料もこの
絶縁層として使用できる。シリコン基板40の底部にあ
る二酸化シリコン層54は、第16図(E)のように、
エッチングマスクとして機能する。二酸化シリコン層5
4は、エッチング領域56を規定するために、フォトリ
ソグラフィーのプロセスにより取り除かれる。この例で
は、エッチング領域56を、シリコン基板40の底面の
ほぼ中央に形成する。
て、アニソトロピック・エッチングのプロセスが実施さ
れる。この技術分野では周知のように、シリコン基板4
0が(100)クリスタルプレインでカットされている
場合、エッチング領域56にエッチャント(エッチング
剤)が加えられると、アニソトロピック・エッチングに
より、V字形の溝が形成される。この溝の角度はシリコ
ン基板40の底部表面に対して54.7度である。この
溝の角度は、シリコン基板40の(111)クリスタル
プレーンの角度と同じである。この目的のエッチャント
の例は、EDP(ethylene diamine pyrocatechol)、
TMAH(tetra methyl ammonium hydroxide)、KO
H(potassium hydroxide)がある。
て、第17図(F)に示すように、そのサイズがエッチ
ング領域(エッチングウインドウ)56とエッチングの
時間の長さによって決定される傾斜支持部62が形成さ
れる。ボロンドープ層48が存在するために、エッチン
グはボロンドープ層48により止められるが、ボロンの
ドープされていない特定部分43はエッチングにより取
り除かれる。その結果、後述するように、ビーム部が半
分に切断されたとき、第8図に示すような間隙36が得
られる。間隙36を形成することにより、コンタクトス
トラクチャ30はそれぞれ互いに物理的に分離される。
(図にはない)を二酸化シリコン層52上に形成する。
導電層35を形成するためのフォトレジストパターンを
形成するために、さらにフォトリソグラフィーのプロセ
スをシリコン基板に対して行う。このフォトリソグラフ
ィーにより形成されたキュア(硬化)したフォトレジス
ト58が、第17図(G)に示されている。第17図
(H)に示すように、導電層35を形成するために、メ
ッキ行程を行う。導電層35の材料の例としては、ニッ
ケル、アルミニウム、銅がある。また導電層35を製造
するために様々なデポジション技術を用いることもで
き、それには真空蒸発、キャソード・スパッタリング、
気相デポジションなどがある。第18図(I)におい
て、フォトレジスト58が取り除かれる。最後に、第1
8図(J)に示すように、シリコン基板40がその中心
から(ビーム部分が)半分に切断される。さらにシリコ
ン基板40の両端の必要でない部分を取り除く。
トリソグラフィー技術を用いた本発明のコンタクトスト
ラクチャ30を製造するプロセスの別の例を示してい
る。第9図(A)−−(B)及び第16図(C)−第1
8図(J)の例のような、多数の対になったコンタクト
ストラクチャが一体的に形成され、最終段階で分離され
るプロセスと異なり、このプロセスでは、多数の個別の
コンタクトストラクチャがシリコン基板の端部に形成さ
れる。
148がシリコン基板上に形成され、その層上にボロン
でドープされない特定(エッチングにより除去する)部
分143を定めてある。二酸化シリコン(SiO2)の
ようなダイエレクトリック(誘電体)層152が、絶縁
体としてボロンドープ層148の上に設けられる。さら
に二酸化シリコンSiO2層154が、エッチングマス
クとして、シリコン基板140の底面に設けられる。上
述したようにアニソトロピック・エッチング(異方性エ
ッチング)を実施すためのフォトリソグラフィーのプロ
セス(図になし)用のエッチングウインドウ156が規
定される。
ン基板140に対して行われ、このプロセスにより、第
10図(B)に示すように、シリコン基板の140の
(111)クリスタルプレイン(結晶面)に沿って傾斜
部を形成する。上述したように、この角度は、シリコン
基板140の底表面に対して54.7度である。特定部
分143がボロンでドープされていないので、この部分
のシリコン基板はエッチングにより取り除かれ、第10
図(B)の右端に示す指(櫛)構造が得られる。
(図にはない)を形成するために、更にフォトリソグラ
フィー行程を行い、導電層135をメッキにより形成す
る。コンタクトストラクチャ30は、第7図に示されて
いるような適切な形に切断される。
コン基板40上に多数のコンタクトストラクチャを製造
するための過程の例を示した概要図である。第9図
(A)−(B)及び第16図(C)−第18図(J)に
示したフォトリソグラフィーのプロセスにより、第11
図(A)のシリコン基板40上に、多数の導電ビーム3
5を有するコンタクトストラクチャを形成する。シリコ
ン基板40は、ダイシングあるいはエッチングの行程に
おいて、例えばA−A線、B−B線、C−C線のように
切り離される。このようにして切り離された第11図
(B)に示すコンタクトストラクチャは、第11図
(C)に示すように、意図したアプリケーションにおい
て必要であれば、さらにD−D線、E−E線のように、
より小型のユニットに切断される。
タクト基板上に、本発明のコンタクトストラクチャを組
み立てる方法の例を示した断面図である。コンタクト基
板20の材料の例は、シリコンやセラミックである。こ
のコンタクト基板をシリコンで構成する場合は、コンタ
クトストラクチャ30を搭載するための溝271や272
は、アニソトロピック・エッチング又は他のエッチング
方法を用いて形成してもよい。また、コンタクト基板が
シリコンで出来ている場合は、コンタクト基板の温度膨
張計数が被試験半導体ウェハの温度膨張係数を補正でき
るという利点がある。セラミック基板は、シリコン基板
より優れた機械的強度と物理的安定度がある。コンタク
トストラクチャのシリコンベース40が、コンタクト基
板20に設けられた溝27に差し込まれて、例えば接着
剤やエポクシー樹脂により固定される。
発明のコンタクトストラクチャを製造する為のプロセス
例を示した断面図である。このプロセスでは、第13図
(D)に示したコンタクトストラクチャが製造される。
すなわち、このコンタクトストラクチャは、ベース部分
に2つの傾斜部2621と2622を有している。傾斜部
2622は、第14図について後述するように、コンタ
クト基板の平らな表面上にコンタクトストラクチャを搭
載するために使用される。
8がシリコン基板240上に形成される。ボロンドープ
層上は、ボロンでドープしていない特定部分(エッチア
ウト)243が設けられている。シリコン基板40には
二酸化シリコンSiO2層254が、エッチマスクとし
てシリコン基板140の底面に設けられている。上述し
たアニソトロピック・エッチングを可能にするために、
エッチングウィンドウ256がフォトリソグラフィー行
程(図にはない)により形成されている。
基板240について実施し、第13図(B)にあるよう
に傾斜部2621と2622を、シリコン基板240の
(111)クリスタルプレイン(結晶面)にそって形成
する。上述したように、この角度は、シリコン基盤24
0の底部表面に対して54.7度である。もしくは、傾
斜部2622は、上述のエッチングではなく、シリコン
基板240をダイシングすることによっても形成でき
る。特定部分243がボロンでドープされていないの
で、この部分のシリコン基板はエッチングにより取り除
かれ、第13図(B)の右端の図にある指(櫛)形の構
造が得られる。
ラフィーのプロセスを実施してフォトレジスト層(図に
は無い)を形成し、これによりプレーティング(メッ
キ)行程により導電層235を形成する。この結果得ら
れたコンタクトストラクチャ30は、第13図(D)に
示すように、適当な形状に切断される。
(D)におけるフォトリソグラフィーの行程により製造
したコンタクトストラクチャを搭載したコンタクト基板
と、コンタクトターゲットを有する半導体ウェハを示す
断面図である。第5図と第12図の例とは異なり、この
例のコンタクトコンタクトストラクチャ30は、コンタ
クト基板20の平らな表面に取り付けられている。すな
わち、第13図(D)に示すシリコン基板240上の傾
斜部2622が、コンタクト基板20の平表面に接触す
る。コンタクトストラクチャ30は、高温接着剤のよう
な接着剤330によりコンタクト基板20の底表面に固
定される。
インターコネクト(相互接続)トレイス24が、基板2
0の底部において、導電層235と接続されている。相
互接続トレイス24と導電層235は、例えば、ハンダ
ボール28を介して接続されている。コンタクト基板2
0は、さらにバイアホール23とエレクトロード(電
極)22を有している。電極22は、ワイヤやリードを
介して、プローブカードやICパッケージなどの外部構
造に、コンタクト基板20を相互接続するものである。
従って、半導体ウェハ300が上に移動するときに、コ
ンタクトストラクチャ30と、ウェハ300上のコンタ
クトターゲット320は機械的または電気的に接触す
る。その結果、コンタクトターゲット320から基盤2
0上の電極22間に信号通路が確立する。相互接続トレ
イス24、バイアホール23、電極22は、コンタクト
ストラクチャ30の小ピッチを、プローブカードまたは
ICパッケージに適合する大きなピッチに広げる(ファ
ンアウト)機能も果たす。
チャを有する第14図のコンタクト基板の底面を示す概
要図である。この例では、第14図に示すように、接着
剤330は各1組のコンタクトストラクチャ30の両端
および第14図で示す基板との角部の両方に用いる。
述した開示に基づき、添付した請求の範囲で、本発明の
精神と範囲を離れることなく、本発明の様々な形態や変
形が可能である。
ャは、次世代半導体技術のテスト要件にかなう非常に高
い周波数帯域を有する。プローブコンタクタを、半導体
製造行程のミニチュアリゼーション技術を用いて形成す
るので、小スペース内に多数のコンタクタを並べること
が出来、このため多数の半導体部品を同時にテストする
ことができる。
ロファブリケーション技術を用いて、手作業によること
なく基板上に同時に形成されるので、その接触性能は均
一な品質であり信頼性が高く、かつ寿命が長い。コンタ
クトストラクチャは、被試験部品と同じ基板材料上に形
成できるので、被試験部品の温度膨張係数を補正するこ
とができ、このため位置エラーを防ぐことができる。
基板用ハンドラとの間の構造的関係を示した概略図であ
る。
用ハンドラに接続する際の、接続部の構成例を示した概
念図である。
個搭載するためのエポキシリングを有した、従来技術に
おけるプローブカードの例を示した底面図である。
の等価回路を示した回路図である。
た本発明のコンタクトストラクチャと、コンタクトター
ゲットを有する半導体ウェハを示した断面図である。
トストラクチャの底面を示した概要図である。
詳細に示した概要図である。
を示した概要図である。
製造するプロセスの一部を示した断面図である。
(B)は、第9図(A)の断面図に対応するプロセスに
おける上面図である。
トラクチャを製造するための別の製造プロセスを示した
断面図である。
トラクチャを同時に多数製造するためのシリコンウェハ
の上面図である。
トラクチャをコンタクト基板上に組み立てるための方法
例を示した断面図である。
トラクチャを製造するためのプロセスのさらに別の例を
示した断面図である。
フィーのプロセスを用いて製造したコンタクトストラク
チャを搭載するためのコンタクト基板と、コンタクトタ
ーゲットを有する半導体ウェハを示した断面図である。
14図のコンタクト基板の底面図を示す概要図である。
トラクチャを製造するプロセスの他の一部を示した断面
図である。
トラクチャを製造するプロセスの他の一部を示した断面
図である。
トラクチャを製造するプロセスの他の一部を示した断面
図である。
Claims (23)
- 【請求項1】 少なくとも1面が所定の角度で傾斜した
傾斜支持部を有するシリコンベースと、 そのシリコンベース上に形成され、上記傾斜支持部から
突起して形成された絶縁層と、 その絶縁層上に導電材料で形成される導電層を設けるこ
とにより、絶縁層と導電層からなるコンタクトビーム部
を形成してなり、 接触ターゲットに上記コンタクトビーム部の先端が押し
つけられると、そのコンタクトビーム部はコンタクトビ
ーム部の横方向にバネ力を発生して、接触圧力を形成す
る、 半導体ウェハ、パッケージされたLSIあるいはプリン
ト配線基板等の被試験デバイスを試験するためのコンタ
クトストラクチャ。 - 【請求項2】 上記シリコンベースと絶縁層間に設けら
れたボロンドープ層をさらに有する請求項1に記載のコ
ンタクトストラクチャ。 - 【請求項3】 上記導電層は導電材料で作られメッキ行
程を介して形成される請求項1に記載のコンタクトスト
ラクチャ。 - 【請求項4】 上記絶縁層は二酸化シリコンで構成さ
れ、また上記傾斜支持部はアニソトロピック(異方性)
エッチングのプロセスにより形成される請求項1に記載
のコンタクトストラクチャ。 - 【請求項5】 アニソトロピック(異方性)エッチング
のプロセスにより形成された少なくとも1面が所定の角
度で傾斜した傾斜支持部を有するシリコンベースと、 そのシリコンベース上にその傾斜支持部から突起して形
成された複数のコンタクトビーム部と、そのコンタクト
ビーム部のそれぞれは、そのコンタクトビーム部を電気
的に絶縁するための絶縁層と、その絶縁層上に導電材料
で形成される導電層により構成され、 接触ターゲットにそのコンタクトビーム部の先端が押し
つけられると、そのコンタクトビーム部は横方向にバネ
力を発生して、接触圧力を形成する、 半導体ウェハ、パッケージされたLSIあるいはプリン
ト配線基板等の被試験デバイスを試験するためのコンタ
クトストラクチャ。 - 【請求項6】 上記シリコンベースと絶縁層間に設けら
れたボロンドープ層をさらに有する請求項5に記載のコ
ンタクトストラクチャ。 - 【請求項7】 上記導電層は導電材料で作られメッキ行
程を介して形成される請求項5に記載のコンタクトスト
ラクチャ。 - 【請求項8】 上記絶縁層は二酸化シリコンで構成され
る請求項5に記載のコンタクトストラクチャ。 - 【請求項9】 複数のコンタクトビーム部と、そのコン
タクトビーム部は接触ターゲットにそのコンタクトビー
ム部の先端が押しつけられると横方向にバネ力を発生し
て、接触圧力を形成し、 そのコンタクトビーム部のそれぞれは、アニソトロピッ
ク(異方性)エッチング行程を介して形成された少なく
とも1面が所定の角度で傾斜した傾斜支持部を有するシ
リコンベースと、そのコンタクトビーム部を電気的に絶
縁するための絶縁層と、その絶縁層とによりコンタクト
ビーム部を形成するためにその絶縁層上に導電材料で形
成された導電層とによりなり、 この複数のコンタクトビーム部を斜め方向に固定するよ
うに上記シリコンベースを取り付けるための溝を有する
コンタクト基板と、 そのコンタクト基板の表面に設けられ、コンタクト基板
の外部部品に対する信号通路を確立するために上記コン
タクトビーム部にそれぞれ接続される複数のコンタクト
トレイスと、 により構成される半導体ウェハ、パッケージされたLS
Iあるいはプリント配線基板等の被試験デバイスを試験
するためのコンタクトストラクチャ。 - 【請求項10】 上記コンタクト基板はシリコンで形成
される請求項9に記載のコンタクトストラクチャ。 - 【請求項11】 上記コンタクト基板はセラミックで形
成される請求項9に記載のコンタクトストラクチャ。 - 【請求項12】 上記コンタクト基板に設けられ、上記
複数のコンタクトトレイスに接続されて、上記コンタク
ト基板の底面と上面との間の電気的接続を形成する複数
のバイアホールと、 その複数のバイアホールに接続されて上記外部部品と上
記コンタクト基板との間の電気的接続を形成するための
複数の電極と、 をさらに有する請求項9に記載のコンタクトストラクチ
ャ。 - 【請求項13】 上記シリコンベースと絶縁層間に設け
られたボロンドープ層をさらに有する請求項9に記載の
コンタクトストラクチャ。 - 【請求項14】 上記導電層は導電材料で作られメッキ
行程を介して形成される請求項9に記載のコンタクトス
トラクチャ。 - 【請求項15】 上記絶縁層は二酸化シリコンで構成さ
れる請求項9に記載のコンタクトストラクチャ。 - 【請求項16】 複数のコンタクトビーム部と、そのコ
ンタクトビーム部は接触ターゲットにそのコンタクトビ
ーム部の先端が押しつけられると横方向にバネ力を発生
して、接触圧力を形成し、 そのコンタクトビーム部のそれぞれは、それぞれがアニ
ソトロピック(異方性)エッチング行程を介して形成さ
れ、その面が所定の角度で傾斜した傾斜支持部を2個有
するシリコンベースと、そのコンタクトビーム部を電気
的に絶縁するための絶縁層と、その絶縁層とによりコン
タクトビーム部を形成するためにその絶縁層上に導電材
料で形成された導電層とによりなり、 この複数のコンタクトビーム部を斜め方向に固定するよ
うに上記シリコンベースを平らな表面上に接着剤を介し
て取り付けるためのコンタクト基板と、 そのコンタクト基板の表面に設けられ、コンタクト基板
の外部部品に対する信号通路を確立するために上記コン
タクトビーム部にそれぞれ接続される複数のコンタクト
トレイスと、 により構成される半導体ウェハ、パッケージされたLS
Iあるいはプリント配線基板等の被試験デバイスを試験
するためのコンタクトストラクチャ。 - 【請求項17】 上記コンタクト基板はシリコンで形成
される請求項16に記載のコンタクトストラクチャ。 - 【請求項18】 上記コンタクト基板はセラミックで形
成される請求項16に記載のコンタクトストラクチャ。 - 【請求項19】 上記コンタクト基板に設けられ、上記
複数のコンタクトトレイスに接続されて、上記コンタク
ト基板の底面と上面との間の電気的接続を形成する複数
のバイアホールと、 その複数のバイアホールに接続されて上記外部部品と上
記コンタクト基板との間の電気的接続を形成するための
複数の電極と、 をさらに有する請求項16に記載のコンタクトストラク
チャ。 - 【請求項20】 上記シリコンベースと絶縁層間に設け
られたボロンドープ層をさらに有する請求項16に記載
のコンタクトストラクチャ。 - 【請求項21】 上記導電層は導電材料で作られメッキ
行程を介して形成される請求項16に記載のコンタクト
ストラクチャ。 - 【請求項22】 上記絶縁層は二酸化シリコンで構成さ
れる請求項16に記載のコンタクトストラクチャ。 - 【請求項23】 クリスタル面(100)でカットされ
たシリコン基板を用意し、 そのシリコン基板の表面にボロンドープ層を形成するた
めに、そのシリコン基板の上表面に第1のフォトリソグ
ラフィーを行い、 形成されたボロンドープ層の上に第1絶縁層を形成し、 上記シリコン基板の底表面上に第2絶縁層を形成し、 その第2絶縁層にエッチング用窓を形成するために、第
2絶縁層上に第2のフォトリソグラフィーを行い、 エッチング窓を介して、異方性エッチングを行い、 導電層を形成するために、第1絶縁層に第3のフォトリ
ソグラフィーを行う、各ステップにより構成され、 上記第1,第2および第3のフォトリソグラフィーのそ
れぞれは、フォトレジスト・コーティング、マスキン
グ、露光、フォトレジスト除去のステップを含んでい
る、半導体ウェハ、パッケージされたLSIあるいはプ
リント配線基板等の被試験デバイスを試験するためのコ
ンタクトストラクチャの製造方法。
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