JP3677027B2 - 接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、対接する電極に接触した接触端子を通して電極に電気信号を伝送する接続装置およびその製造方法、ならびに、それを用いた試験装置に関し、特に、半導体素子検査用の多数で高密度の電極に対して接触することに好適な接続装置に関するものである。

図１７（Ａ）に示したウエハ１は、その面上に多数のＬＳＩ用の半導体素子（チップ）２が設けられ、切り離して使用に供される。図１７（Ｂ）は、上記半導体素子２の内の１個を拡大して示した斜視図である。該半導体素子２の表面には、その周囲に沿って多数の電極３が列設されている。

こうした半導体素子２を工業的に多数生産し、その電気的性能を検査するには、図１８および図１９に示すような構造の接続装置が用いられている。この接続装置は、プローブカード４と、これから斜めに出たタングステン針からなるプローブ５とで構成される。この接続装置による検査では、プローブ５のたわみを利用した接触圧により前記電極３をこすって接触をとり、その電気特性を検査する方法が用いられている。

また、半導体素子の高密度化が進み、図２０に示したように、はんだ接続に供するはんだバンプ６をその電極上に有するチップ状の半導体素子２が開発されている。このような半導体素子２についての検査として、図２１に示すように、半導体素子２を、配線基板７の表面の電極８に対向させ、上記はんだバンプ６を介して接続する方法がある。この方法は、高密度実装、歩留まりの高い一括接続に適することから、その応用が拡大している。

上記のような半導体素子の高密度化、狭ピッチ化がさらに進み、高速信号による動作試験が必要になった場合の半導体素子の特性検査を可能とする検査方法および検査装置として、特許文献１に記載された技術がある。この技術は、互いに反対方向に突出するようにバネで付勢された２本の可動ピンを、チューブに出没自在に嵌め込んだ形状のスプリングプローブを用いるものである。すなわち、このスプリングプローブの一端側の可動ピンを、検査対象物の電極に当接させ、他端側の可動ピンを、測定回路側の基板に設けられた端子に当接することにより、検査を行う。

スプリングプローブ以外の極細プローブの例として、非特許文献１に記載された技術がある。図２２は、その構造概略図、図２３は同じく要部拡大斜視図である。ここで用いられる導体検査用のプローブは、フレキシブルな誘電体膜２０の上面にリソグラフ技術で配線２１を形成し、被検査対象の半導体の電極に対応する位置に設けた誘電体膜２０のスルーホール２２にめっきにより、半円形のバンプ２３を形成したものを接触端子として用いるものである。この技術は、誘電体膜２０の表面に形成した配線２１および配線基板２４を通じて検査回路（図示せず）に接続されているバンプ２３を、板ばね２５によって、検査対象の半導体素子の電極に押し当てて、信号の授受を行って検査する方法である。

また、特許文献２に記載されるものがある。これは、金属板、例えば、ステンレス板に、テフロン（登録商標）等の非導電皮膜物で部分的に覆い、覆われていない金属部分に、先端が尖った形状である突起を有する窪みツールを用いて、その突起を押しつけることにより、突起の形状に相当する形状の窪みを形成し、これに、金属を鍍金して金属層を形成し、さらに、それに、誘電体基体が積層される。そして、金属層を含む誘電体基体を金属板から剥がして、構成される。すなわち、このものは、基体上に、尖った接触部分を有するコネクタパッドが複数個配置されたものである。そして、この尖った接触部分を集積回路パッドに押しつけて、検査を行う。

特開昭６４−７１１４１号公報

特開平５−２１１２１８号公報 １９８８年度のＩＴＣ（インターナショナル テスト コンファレンス）の講演論文集の６０１頁から６０７頁

ところで、近年、半導体素子の高密度化に伴って、検査用のプローブの高密度多ピン化が進み、半導体素子の電極と検査回路間で電気信号を伝送するための簡便な接続装置の開発が望まれている。そこで、このような観点から、上記従来の技術について検討する。

図１７、図１８に示した従来のプローブカードの検査方法では、プローブ５の形状から、そこでの集中インダクタンスが大きく、高速信号での検査に限界がある。すなわち、プローブカード上での信号線の特性インピーダンスをＲ、プローブの集中インダクタンスをＬとすると、時定数はＬ／Ｒとなり、Ｒ＝５０ｏｈｍ、Ｌ＝５０ｎＨの場合で１ｎｓで、この程度の高速信号を扱うと、波形がなまり、正確な検査ができない。従って、通常は、直流的な特性検査に限られている。また、上記のプロービング方式では、プローブの空間的な配置に限界があり、半導体素子の電極の高密度化、総数の増大に対応できなくなっている。

一方、２個の可動ピンからなるスプリングプローブを用いる方法は、プローブの長さが比較的短いため高速電気特性を検査することが可能である。但し、自己インダクタンスは、裸のプローブ長にほぼ比例する。したがって、直径０．２ｍｍ、長さ１０ｍｍのプローブの場合、そのインダクタンスは、９ｎＨ程度となる。高速電気信号を乱すクロストークノイズおよびグランドレベルの変動（グランドのリターン電流）は、上記自己インダクタンスの関数となり、裸のプローブ長にほぼ比例する。このため、数百ＭＨｚ以上の高速信号を用いる場合は、１０ｍｍ以下の短いプローブが必要である。しかし、このようなスプリングプローブを製作することは、困難であり、現実的ではない。

また、図２２、図２３に示した銅配線の一部にめっきにより形成したバンプをプローブとする方法は、バンプの先端部が平坦あるいは半円形となるため、アルミニウム電極やはんだ電極などの材料表面に酸化物を生成する被接触材料に対しては、接触抵抗が不安定になり、接触時の荷重を数百ｍＮ以上にする必要がある。しかし、接触時の荷重を大きくしすぎることには問題がある。すなわち、半導体素子の高集積化が進み、高密度多ピン、狭ピッチの電極が半導体素子表面に形成されている。そのため、電極直下に多数の能動素子が形成されているため、半導体素子検査時のプローブの電極への接触圧が大き過ぎると、電極およびその直下の能動素子に損傷を与えるおそれがある。

また、特許文献２に開示される方法は、成形型とする金属板に、窪みツールを押しつけることにより、機械的に穴をあけるため、穴あけ精度が悪いという問題がある。すなわち、機械的な操作で行われるため、位置決め精度に限界がある。また、穴のあき方にもばらつきを生じる。この結果、突起の位置、形状および大きさにばらつきが生じるという問題がある。

さらに、特許文献２に開示される方法には、各突起の接触圧を適度な値とすることが配慮されていない。特に、特開平５−２１１２１８号公報に開示される方法には、突起の形状等にばらつきが生じることが予想されるため、接触が不十分な突起を完全に接触させるには、全体として大きな接触圧が必要となり、部分的には、過大な接触圧となってしまうという問題がある。

本発明の第１の目的は、被検査対象について、多点かつ高密度で接触できる接触端子を有する接続装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、プローブの長さを短くできて、高周波数まで対応できる電気特性を有する接続装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の第３の目的は、加工精度が高く、しかも、微細な組立て作業を要せずに製造できる接続装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の第４の目的は、小さな接触圧で、接触特性が安定な接触端子を実現させる接続装置およびその製造方法を提供することにある。

また、本発明の第５の目的は、高密度かつ多ピンで、電気特性の優れた接続装置を有する検査装置を提供することにある。

上記第１ないし第３の目的を達成するため、本発明の第１の態様によれば、 検査対象と電気的に接触して、電気信号を授受するための接続装置であって、検査対象と電気的に接触するための複数個の接触端子と、各接触端子から引出される引出し用配線とを備え、前記接触端子は、結晶性の型材を異方性エッチングして得られる先端が尖った形状のエッチング穴に充填して得られる形態を有する突起で構成され、該突起は、少なくともその先端側に、導電性部分を有することを特徴とする接続装置が提供される。

また、本発明の第２の態様によれば、検査対象と電気的に接触して、電気信号を授受するための接続装置の製造方法であって、型材の予め定めた複数箇所で、該型材を異方性エッチングして、先端が尖った形状のエッチング穴をそれぞれ形成する工程と、該各エッチング穴ごとに、接触端子用の突起および引出し用配線を形成すると共に、型材を除去して、接触端子を形成する工程とを有することを特徴とする接続装置の製造方法が提供される。

上記本発明の第４の目的を達成するため、本発明の第３の態様によれば、前記第１の態様にさらに、絶縁フィルムと、緩衝層と、基板とをさらに有し、前記接触端子は、該絶縁フィルム表面から先端が突出して形成され、前記絶縁フィルムは、緩衝層を挟んで基板に固定される構成の接続装置が提供される。

また、本発明の第４の態様によれば、上記第２の態様にさらに、前記接触端子を形成する工程は、前記エッチング穴形成後、型材のエッチング穴のある側の面に導電性薄膜を成膜する工程と、該導電性薄膜の、各エッチング穴の箇所以外の部分を、絶縁フィルムで覆う工程と、各エッチング穴の箇所に導電性材料を充填する工程とを含み、前記接触端子を形成する工程は、前記エッチング穴の箇所に導電性材料を充填した後、型材を除去する前に、前記絶縁フィルムを、緩衝層を介して基板に固定する工程をさらに含むことを特徴とする接続装置の製造方法が提供される。

また、本発明の第５の目的を達成するため、本発明の第５の態様によれば、多数の電極が配置された検査対象の各電極に接触して、電気信号を授受して検査を行う検査装置において、検査対象物を変位自在に支持する試料支持系と、第３の態様の接続装置を有し、該接続装置の接触端子のある面が、試料支持系の検査対象物と対向するように配置されるプローブ系と、前記試料支持系の検査対象の変位駆動を制御する駆動制御系と、前記プローブ系と接続されて検査を行うテスタとを有することを特徴とする検査装置が提供される。

また、本発明の第６の態様によれば、多数の電極が配置された検査対象の各電極に接触して、電気信号を授受して検査を行う検査装置において、検査対象物を支持する試料支持部、および、第３の態様の接続装置を有し、該接続装置は、その接触端子のある面が、試料支持部の検査対象物と対向するように配置される、少なくとも１の個別プローブ系と、前記個別プローブ系と接続されて検査を行うテスタとを有し、前記個別プローブ系は、マザーボードに装着され、該マザーボードを介して、テスタと接続されることを特徴とする検査装置が提供される。

なお、第６の態様では、個別プローブ系は、マザーボードに装着され、該マザーボードを介して、テスタと接続されるが、マザーボードを用いずに、個別プローブ系をテスタに接続してもよい。

また、本発明の各態様において用いられる接触端子は、例えば、先端側になるほど断面積が小さくなり、かつ、基端側から先端側に向かう複数本の稜を有する形態の突起で構成され、該突起は、少なくともその先端側に、導電性部分を有する構造とすることができる。

上記の構成によれば、接触端子を、型材の異方性エッチング穴を型として形成される突起で構成することができる。異方性エッチングによれば、例えば、角錐形状の先端が尖った形状の穴が得られる。この穴を型とすることにより、先端側になるほど断面積が小さくなり、かつ、基端側から先端側に向かう複数本の稜を有する形態の突起が得られる。また、エッチング条件を管理することにより、微細で、高密度の接触端子を、多数個、高精度に配置することができる。従って、測定対象物の高密度化に対応することができる。

また、異方性エッチングによる穴を利用することにより、接触端子の長さを、接触端子をシリコンのエッチング工程で形成しうる程度に短く（０．００１〜０．５ｍｍ）形成することができる。これにより、高速信号の乱れを小さくすることができる。

また、高密度多ピン、狭ピッチの半導体素子の表面電極を全ピン接触することにより、半導体素子全面で電源供給可能な電圧変動の少ない安定した動作状態での検査が実現できる。その結果、高速ＡＣ検査が可能となり、半導体素子の高速動作の確認と出力波形の詳細な観察が可能となり、半導体素子の特性マージンを把握することができることにより、半導体素子の設計への効率の良いフィードバックが可能となる。

また、緩衝層を設けることにより、電極と接触端子の間隔のばらつきを吸収することができる。すなわち、絶縁フィルムの材料、膜厚、および、緩衝層の弾性率を適宜に設定することにより、接触端子は、プロービング時に電極およびその直下の能動素子に損傷を与えない適度な値に容易に設定することが可能である。また、接触対象である電極に多少の段差があっても、絶縁フィルムのたわみおよび緩衝層の弾性により、所定の力にて電極に接触することができる。

電極パターンの変更に対しては、エッチングパターンを取り換えるのみで容易に対応することができる。

絶縁フィルムの材料として、ポリイミドのような高温で使用できる材料を用いることにより、高温での動作試験が可能となり、検査対象がシリコン系の半導体素子の場合は、接触端子を形成した上記絶縁膜をシリコン基板に固着することにより、線膨張率の差による変位が少ない接続装置が実現でき、例えば、ウエハ状態でも容易に高温で検査可能である。

また、上記接続装置の接続端子の先端位置を、製造時の温度と実使用時での温度との差を考慮して、製造時に材料間の線膨張率の差による先端位置の変位をあらかじめ設計値に入れて設計したホトレジストマスクを用いて接続端子を形成することにより、高温でも接続端子の先端位置精度が極めて良好な接続装置が実現できる。

従って、半導体素子の電極を被接触対象とした高密度、超多ピンで高速信号による動作試験が可能で、高温でも接触端子の先端位置精度が良好で電極パターンの変更にも容易に対応できる接触装置が製作可能である。

なお、本発明の接続装置は、接触対象が半導体素子に限定されることなく、対向する電極の接触装置としても対応でき、狭ピッチ、多ピンであっても製作可能である。

本発明によれば、接続装置の接触端子を、多点、かつ、高密度化できる。しかも、多端子化において、配線基板の電極パッド部に高密度かつ高精度に先端部が尖った接続端子を一括形成することができるので接続装置の組立性を大幅に向上させる効果がある。

また、接触端子を薄膜プロセスで微細形状に形成できるので、プローブの長さを短くできて、高周波数まで対応できる電気特性を持たせることができる。

さらに、接続端子の高さ方向ばらつきは、シリコンの（１００）面の異方性エッチングによる（１１１）面で囲まれた四角錐の形状を形成することにより、横方向ばらつきと同様に、ホトレジスト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。これにより、接続端子の先端部位置精度を大幅に向上させる効果がある。しかも、薄膜プロセスで形成するので、加工精度が高く、しかも、微細な組立て作業を要せずに製造できる。

また、本発明の構成による緩衝層の弾性力によって接続端子を対向した電極に接触させる接続装置においては、接触端子と電極とのあいだの距離のばらつきを吸収して、小さな荷重で、各接触端子に均等の圧力が加わるようにすることができる。それにより、全ピンの接触を確実に行うことができる。また、検査対象物に過大な荷重をかけることを防ぐことができる。

(実施例)
以下、本発明に係る接続装置、接触端子、および、検査装置について、実施例に基づいて説明する。

図１４は、本発明の接続装置の第１実施例の要部を示す。本実施例の接続装置は、基板１０９と、その上に設けられた緩衝層１０８と、絶縁フィルム１０４と、接触端子１０３と、絶縁フィルム１０４に設けられ、該接触端子１０３から引出された引出し用配線１０５とを有する。基板１０９は、配線基板１０７に搭載され、絶縁フィルム１０４は、その周縁部が基板１０９より外側に延長するように設けられ、延長部１０４ａは、基板１０９の外側で滑らかに折り曲げられて、配線基板１０７上に固定されている。その際、引出し用配線１０５が、配線基板１０７に設けられている電極１１０ａに、電気的に接続される。接続は、例えば、はんだ１１１を用いて行われる。なお、図１４では、簡単のため、接触端子１０３を１つのみ示す。

配線基板１０７は、例えば、ポリイミド樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂材からなり、内部配線１０７ａおよび接続端子１０７ｂを有している。前記電極１１０ａは、例えば、内部配線１０７ａの一部に接続されるスルーホール１１０ｂで構成される。配線基板１０７と基板１０９とは、例えば、シリコン系接着剤を用いて接着される。

絶縁フィルム１０４は、可撓性があり、好ましくは、耐熱性がある樹脂で形成する。本実施例では、ポリイミド樹脂が用いられる。緩衝層１０８は、エラストマ等の弾性を有する物質で構成される。具体的には、シリコンゴム等が用いられる。接触端子１０３および引出し用配線１０５は、導電性材料で構成される。これらの詳細については、後述する。また、図１４では、接触端子１０３および引出し用配線１０５は、説明の簡単のため、１の接触端子分のみ示すが、もちろん、実際には、後述するように複数個が配置される。

図１５に本発明の接続装置の第２実施例の要部を示す。図１５に示す接続装置は、接触端子１１２および引出し用配線１１４の構造が異なる他は、上記図１４に示す接続装置と同様に構成される。すなわち、本実施例では、絶縁フィルム１１３に突起部を設け、これに導体膜を設けて、接触端子１１２を構成したのものである。本実施例では、導体膜は、引出し用配線１１４と、同じ材料で、同じプロセスで一体的に設けられる。また、引出し用配線１１４は、上記図１４の例とは異なり、配線基板１０７とは対向しない面に設けられる。従って、配線基板１０７の電極１１０ａと接続するために、絶縁フィルム１１４に、金属めっきで充填されたビア１１５が設けてある。なお、ビアでなく、ワイヤボンディングによって接続するようにしてもよい。

図１６に本発明の接続装置の第３実施例の要部を示す。図１６に示す接続装置は、接触端子１１６および引出し用配線１１４の構造が異なる他は、上記図１４および図１５に示す接続装置と同様に構成される。すなわち、本実施例では、絶縁フィルム１１７に図１４に示す実施例と同様の突起部を設け、これに導体膜を設けて、接触端子１１６を構成したものである。導体膜は、引出し用配線１１４と共に、図１５に示す実施例と同様にして設けられる。

上述した第１実施例および第３実施例は、接触端子１０３および１１６を、導電性材料で構成している。そのため、この部分が他の部分より硬くなるため、測定対象物の電極に当接させた際に、接触がより良好となる。また、第２実施例および第３実施例は、接触端子１１２および１１６の導電性被覆と配線とを同じプロセスで形成できるので、製造が簡単となる。

これらの接続装置における接触端子の配置および引出し用配線の配線パターンは、測定対象物、例えば、半導体集積回路の電極パターンに対応して種々構成される。図１２および図１３に、それらの例を示す。

図１２（ａ）は、本発明の接続装置における接触端子の配置および引出し用配線の一例を示す平面図である。図１２（ｂ）は、その配線が設けられている絶縁フィルムを折り曲げた状態を示す斜視図である。また、図１３（ａ）は、本発明の接続装置における接触端子の配置および引出し用配線の他の例を示す平面図である。図１３（ｂ）は、その配線が設けられている絶縁フィルムを折り曲げた状態を示す斜視図である。なお、これらの図において、接触端子および引出し配線は、図示および説明の簡単のため、数を少なくし、また、密度を低くして表示してある。実際には、さらに、多数の接触端子を設けることができ、また、高密度で配置できることはいうまでもない。

図１２（ａ）、（ｂ）、および、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、接続装置は、例えば、ポリイミド膜で構成される絶縁フィルム１０４上に、測定対象の電極に対応する位置に配置された接触端子１０３と、これらの接触端子１０３に一端が接続され、他端が絶縁フィルム１０４の周縁部１０４ａに設けられる端子部１０５ａまで引き回される引出し用配線１０５とが設けられる。引出し用配線１０５は、種々の態様で配線できる。例えば、各配線を一方向に引出して配線したり、放射状に配線したりすることができる。具体的にいえば、図１２（ａ）および（ｂ）の例は、絶縁フィルム１０４を長方形状に形成し、両端部に端子部１０５ａを配置してある。また、図１３（ａ）、（ｂ）の例は、絶縁フィルム１０４を八角形状に形成し、八角形の各辺に設けられる端子部１０５ａまで引出し用配線１０５が設けられる。

次に、これらの接続装置の製造の概要について説明する。なお、接触端子の製造の詳細については、後述する。

検査装置本体へ電気信号を伝送するための接続装置における配線の引き出し方法として、例えば、検査対象がウエハに形成されたＬＳＩ表面の電極である場合は、次のように行う。まず、図１２（ａ）または図１３（ａ）に示したように、該ＬＳＩ形成ウエハの領域１０１よりもひと回り大きな接触端子形成用型材１０２を用いて、該ＬＳＩ形成ウエハと同じ領域１０１に、接触端子１０３を形成するための穴を、異方性エッチングにより形成して、型を製作する。そして、この型を用いて、接触端子１０３を構成するための突起を設ける。さらに、接触端子形成用型材１０２の表面に、ポリイミド膜よりなる絶縁フィルム１０４、および、引き出し用配線１０５を形成する。また、必要に応じて、絶縁フィルム１０４に、図１３（ａ）に示したように、切れ目１０６を入れる。そして、絶縁フィルム１０４を、型から外した後、図１２（ｂ）あるいは図１３（ｂ）に示すように、該ＬＳＩ形成ウエハの領域１０１に対応する、接触端子１０３を形成した領域を、多角形で囲うように折り曲げる。さらに、図１４に示したように、該絶縁フィルム１０４と配線基板１０７との間に、緩衝層１０８となるエラストマ、および、基板１０９となるシリコンウエハを挾みこんで、該配線基板１０７の電極１１０ａに、引き出し用配線１０５をはんだ１１１で接続する。

なお、この例では、絶縁フィルム１０４を、型から外してから、折り曲げて、配線基板１０７上に載置する例を示したが、本発明は、これに限られない。後述するように、型から外す前に、緩衝層１０８および基板１０９を一体的に取り付けてから、配線基板に載置することができる。

次に、上記第１実施例の接続装置の接触端子部分の構造および製造方法について説明する。

図２に示す接続装置は、絶縁フィルム１０４としてポリイミド膜３２を有し、かつ、これに接触端子１０３とが設けられている。接触端子１０３は、突起を構成するためのバンプ３５と、その先端部に被着された導電性被覆３１およびめっき膜３１ｂとで構成される。また、この接続装置は、ポリイミド膜３２の一方の面（基板対向面）に、引出し用配線１０５を構成する、配線３８およびめっき膜３９が、その一端を前記バンプ３５に接触させて設けられている。さらに、この上に、緩衝層１０８を構成するエラストマとしてシリコンゴム４１と、基板１０９を構成するシリコンウェハ４０とが配置される。導電性被覆３１は、本実施例では、金膜で構成される。また、めっき膜３１ｂは、ロジウム膜で構成される。めっき膜３１ｂとして、ロジウムを用いる理由は、ロジウム膜の硬度が金膜より大きいことによる。

図２に、本実施例の接続装置の各部の代表的な寸法を示す。図２に示す寸法例から明らかなように、本実施例では、底面の一辺が４０μｍの四角錐形状の接触端子が実現できる。しかも、この四角錐は、型材について、フォトリソグラフィによりパターニングされるので、位置および大きさが高精度に決められる。また、異方性エッチングにより形成されるので、形状がシャープに形成できる。すなわち、断面積が先端側ほど小さくなり、かつ、稜を持つ形状とすることができる。特に、先端を、後述する表に示すように、尖った形状とすることができる。これらの特徴は、他の実施例においても共通する。

また、本実施例の接続装置における、このような接触端子の寸法および加工精度の一例を、表１に示す。なお、寸法および配置は、一例であって、本発明は、これに限定されるものではない。また、本実施例に限らず、他の実施例においても、同様の寸法および加工精度が実現できる。

接触端子の先端を尖った形状とするのは、次の理由からである。

測定対象の電極がアルミニウムの場合、表面に酸化膜が形成されていて、接触時の抵抗が不安定となる。このような電極に対して、接触時の抵抗値の変動が０．５Ω以下の安定した抵抗値を得るためには、接触端子の先端部が、電極表面の酸化膜をつき破って、良好な接触を確保する必要がある。そのためには、例えば、接触端子の先端が半円形の場合、１ピン当たり３００ｍＮ以上の接触圧で、各接触端子を電極に擦りつける必要がある。一方、接触端子の先端部が、直径１０μｍ−３０μｍの範囲の平坦部を有する形状の場合には、１ピン当たり１００ｍＮ以上の接触圧で、各接触端子を電極に擦りつける必要がある。

一方、上記した数値で示される形状を持つ本実施例の接続装置の接触端子の場合には、１ピン当たり５ｍＮ以上の接触圧があれば、電極に擦り突けることなく、単に押圧するだけで、安定した接触抵抗で、通電を行うことができる。その結果、低針圧で電極に接触すればよいため、電極、または、その直下にある素子に損傷を与えることが防止できる。また、全接触端子にピン圧をかけるために必要な力を小さくすることができる。その結果、この接続装置を用いる試験装置におけるプローバ駆動装置の耐荷重を軽減し、製造コストを低減することができる。

なお、１ピン当たり１００ｍＮ以上の荷重をかけることができる場合には、例えば、底面の一辺が４０μｍの四角錐台の突起であれば、先端部は、一辺を３０μｍより小さくするならば、点のように尖っていなくともよい。ただし、上述した理由から、可能な限り、先端部の面積は小さくすることが好ましい。

次に、図１４に示す接続装置を形成するための製造プロセスについて、図１を参照して説明する。

図１は、図１４に示す接続装置を形成するための製造プロセスのうち、特に、型材であるシリコンウエハに異方性エッチングで形成した四角錐の穴を用いて、四角錐の接触端子先端部を薄膜で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。

図１（ａ）は、厚さ０．２〜０．４ｍｍのシリコンウエハ２６の（１００）面の両面に熱酸化により二酸化シリコン膜２７を形成する工程を示す。シリコンウエハ２６の酸化は、例えば、ウェット酸素中で酸化温度１０００℃で１００分の熱酸化により行なう。これにより、二酸化シリコン膜２７を０．５μｍ程度形成する。

図１（ｂ）は、上記二酸化シリコン膜２７の表面にホトレジストマスク２８を形成し、二酸化シリコン膜２７をエッチングする工程を示す。ホトレジストマスク２８の形成およびパターニングは、次のように行う。まず、二酸化シリコン膜２７の表面に、ＯＦＰＲ８００（東京応化工業製）を塗布する。ついで、接触端子を形成する位置に、一辺が数十μｍの正方形の開口部２９のパターンを露光し、ＮＭＤ３（東京応化工業製）により現像する。次に、開口部２９により露出した二酸化シリコン膜２７を、フッ化水素酸とフッ化アンモニウム液の１：７混液に浸漬してエッチングする。

図１（ｃ）は、上記ホトレジストマスク２８を除去し、二酸化シリコン膜２７をマスクとして、シリコンウエハ２６を異方性エッチングして、（１１１）面に囲まれた四角錐のエッチング穴２６ａを形成する工程を示す。ホトレジストマスク２８は、剥離剤としてＳ５０２ａ（東京応化工業製）を用いて除去する。シリコンウエハ２６のエッチングは、例えば、水酸化カリウムと水の混液に浸漬することにより行う。なお、この液に代えて、水酸化カリウムとイソプロパノールと水の混液を用いてもよい。

図１（ｄ）は、異方性エッチングしたシリコンウエハ２６の（１１１）面に、ウェット酸素中での熱酸化により、二酸化シリコン膜３０を、０．５μｍ程度形成する工程を示す。

図１（ｅ）は、異方性エッチングしたシリコンウエハ２６の表面の二酸化シリコン膜３０の表面に、下地膜３１ａおよび導電性被覆３１を形成する工程を示す。導電性被覆３１形成工程、ここでは、金膜の形成は、薄膜形成プロセス、例えば、スパッタリング法あるいは蒸着法で形成される。具体的には、スパッタリングにより、下地膜３１ａとなる金属として、二酸化シリコンと密着性のよいクロムを０．０２μｍ被着した後、スパッタリングにより、導電性被覆３１となる金を０．５μｍ被着して、形成される。

なお、導電性被覆３１は、スパッタリング法あるいは蒸着法で、下地膜３１ａとして、二酸化シリコンと密着性のよいチタンを０．０２μｍ被着した後、導電性被覆３１となる金を０．５μｍ被着して、形成することもできる。また、導電性被覆３１は、金、ロジウムなどの貴金属を０．１〜０．２μｍ程度、蒸着法あるいはスパッタリング法で被着した膜に、ニッケルを１〜２μｍ程度スパッタリング法あるいは蒸着法により被着して形成してもよい。

図１（ｆ）は、上記導電性被覆３１の表面に、絶縁フィルムとなるポリイミド膜３２を膜状に形成し、ついで、接触端子を形成すべき位置３３にあるポリイミド膜３２を、上記導電性被覆３１の表面に至るまで除去する工程を示す。ポリイミド膜３２は、例えば、感光性ポリイミドを１０〜３０μｍ程度塗布し、露光、現像することにより形成される。この際、ポリイミド膜３２の、接触端子を形成すべき位置３３に、開口部３４が、予め定めたマスクパターンを用いて、露光、現像することにより形成される。

なお、開口部３４の形成は、他の方法で行ってもよい。例えば、次のように行う。上記導電性被覆３１の表面に、ポリイミドを１０〜３０μｍ程度塗布してベークし、露光、現像して、ポリイミド膜を形成する。または、熱硬化したポリイミドの下面に、熱硬化前のポリイミドを塗布した二層のポリイミド膜を、上記導電性被覆３１の表面に真空中で接着して、加熱硬化してポリイミド膜３２を形成する。そのポリイミド膜３２の表面に、接触端子を形成すべき位置３３に開口部を設けたアルミニウムのマスクを形成する。そして、ドライエッチングにより、ポリイミド膜３２を、酸素プラズマ異方性ドライエッチングあるいはエキシマレーザアブレーションにより、導電性被覆３１の表面に至るまで除去し、上記アルミニウムのマスクを除去して、開口部３４を形成する。

図１（ｇ）は、接触端子を形成すべき位置３３に形成したポリイミド膜３２の開口部３４に露出した導電性被覆３１に、導電性被覆３１を電極として、ニッケルのような硬度の高い材料を電気めっきして、接触端子とするバンプ３５を形成する工程を示す。

ここで、めっき材料としては、例えば、周期表第VIII属あるいはＩＢ属の金属およびそれらの合金が挙げられる。これらの金属または合金を電気めっきするか、ニッケルボロン、ニッケルリン等を無電解めっきすればよい。合金めっきとしては、例えば、Ｎｉ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｃｕ、Ａｕ−Ａｇ、Ａｕ−Ｎｉを用いる。

図１（ｈ）は、上記ポリイミド膜３２およびバンプ３５の表面に、銅を、スパッタリング法あるいは蒸着法により成膜することにより、厚さ１μｍ程度の導電膜３６を形成して、その表面に配線形成用のホトレジストマスク３７を形成する工程を示す。ホトレジストマスク３７は、銅の導電膜３６の表面に、感光性ポリイミドを塗布し、配線パターンを露光、現像することにより、形成する。

図１（ｉ）は、上記ホトレジストマスク３７を用いて導電膜３６（図１（ｈ）参照）をエッチングすることにより、配線３８を形成し、ホトレジストマスク３７を除去して、配線３８に厚さ数十μｍの銅のめっき膜３９を形成する工程を示す。

図１（ｊ）は、めっき膜３９による配線を形成した上記ポリイミド膜３２の表面とシリコン基板４０との間にシリコンゴム４１を挟みこんで、一体化する工程を示す。

なお、めっき膜３９による配線を形成した上記ポリイミド膜３２の表面に、配線の保護膜として、ポリイミドを一層形成して、そのポリイミド層の表面とシリコン基板４０との間に、シリコンゴム４１を挟みこんで一体化しても良い。また、必要に応じて、シリコンゴム４１を省略することもできる。本実施例では、例えば、厚さが０．５〜３ｍｍで、硬さ（ＪＩＳＡ）が１５〜７０程度のシリコンゴムを、エラストマとして用いている。しかし、エラストマは、これに限定されない。なお、ポリイミド膜３２とシリコン基板４０との接着は、シリコンゴム４１自体に接着能力があるので、格別に接着剤を用いることがない。なお、接着剤を用いて接着するようにしてもよい。

図１（ｋ）は、二酸化シリコン膜３０およびシリコンウエハ２６を導電性被覆３１の表面に至るまで、それぞれエッチングして除去した後、さらに、下地膜３１ａをエッチングして除去して、導電性被覆３１を露出させ、この導電性被覆３１の表面の接触端子先端部となる部分を覆うようにホトレジストマスク４２を形成する工程を示す。例えば、下地膜３１ａとして、クロムを用いた場合には、クロムの除去には、フェリシアン化カリウムと水酸化ナトリウムの混液を用いる。

また、導電性被覆３１として、金、ロジウム等の貴金属膜を用いて、該導電性被覆３１を、下地膜３１ａを形成せずに、二酸化シリコン膜３０の表面に形成した場合は、二酸化シリコン膜３０とその表面に形成した貴金属膜との界面を剥離して、貴金属膜の表面の接触端子先端部となる部分を覆うようにホトレジストマスク４２を形成してもよい。この方法によれば、二酸化シリコン膜３０およびシリコンウエハ２６をエッチングする工程およびクロムあるいはチタンをエッチングする工程を除くことができるので、製造時間を短縮することができる。

図２は、上記導電性被覆３１をポリイミド膜３２の表面に至るまでエッチングして、個々の四角錐形状を有する導電性被覆３１を必要に応じて電気的に分離し、ホトレジストマスク４２を除去する工程を示す。

この後に、接触端子先端部の四角錐形状を有する導電性被覆３１の表面に、金あるいはロジウムからなるめっき膜３１ｂを形成する。これにより、図２に示す構造の接触端子が形成される。金あるいはロジウムをめっきすることにより、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。なお、金またはロジウムのめっきを省略してもよい。

なお、導電性被覆３１より硬度が大きいめっき膜を設けると、接触端子を接触させる電極の酸化膜等を突き破ることに好都合である。例えば、導電性被覆３１が金である場合、それより硬度が大きいロジウムを用いてめっき膜を形成する。

本実施例によれば、電極パッド部のピッチとして、１０μｍ程度の接触端子まで容易に形成できる。また、接触端子の高さの精度として、±２μｍ以内の精度を達成できる。

次に、図１４に示す接続装置を形成するための他の製造プロセスについて、図３を参照して説明する。なお、図１に示すプロセスと同じ工程については、説明を省略する。

図３（ａ）は、前記の図１（ｃ）の異方性エッチングしたシリコンウエハ２６の表面に、下地膜３１ａ形成し、その上に導電性被覆３１を形成する工程を示す。この工程では、下地膜３１ａとして、シリコンと密着性のよい材料、例えば、クロムを用いている。また、導電性被覆３１として、例えば、金を用いている。クロムおよび金を、順次、スパッタリング法あるいは蒸着法で被着する。なお、下地膜３１ａとして、クロムに代えて、チタンを用いていもよい。

なお、導電性被覆３１として、金、ロジウムなどの貴金属を、０．１〜０．２μｍ程度、蒸着法あるいはスパッタ法で被着した膜に、ニッケルを１〜２μｍ程度、スパッタリング法あるいは蒸着法で被覆した膜を用いてもよい。

次に、図１（ｆ）から図１（ｊ）と同様な製造工程を実施し、図３（ｂ）に示すように、銅のめっき膜３９による配線を形成した上記ポリイミド膜３２の表面とシリコン基板４０の間にシリコンゴム４１を挟みこんで一体化する。

その後、図３（ｃ）に示すように、二酸化シリコン膜２７およびシリコンウエハ２６を導電性被覆３１の表面に至るまで、それぞれエッチングして除去する。さらに、導電性被膜３１の表面にある下地膜３１ａをエッチングして除去して、導電性皮膜３１の、接触端子先端部となる部分を覆うように、ホトレジストマスク４２を形成する。その後、導電性被膜３１をポリイミド膜３２の表面に至るまでエッチングする。これにより、個々の四角錐形状を有した導電性被覆３１を必要に応じて電気的に分離する。

次に、ホトレジストマスク４２を除去して、図３（ｄ）に示す接続装置を形成する。

なお、この後に、接触端子先端部の四角錐形状を有する導電性被覆３１の表面に、金やロジウムをめっきしてもよい。これにより、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。

次に、図１５に示す接続装置を形成するための製造プロセスについて、図４を参照して説明する。

図４は、図１５に示す接続装置を形成するための製造プロセスのうち、特に、型材であるシリコンウエハに異方性エッチングで形成した四角錐の穴を用いて、四角錐の接触端子先端部を薄膜で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。なお、図１に示す工程と同じ工程については、説明を省略する。

図４（ａ）は、前記の図１（ｅ）の異方性エッチングしたシリコンウエハ２６の表面の二酸化シリコン膜３０の表面に、下地膜３１ａおよび導電性被覆３１を形成する工程を示す。下地膜３１ａは、例えば、スパッタリング法あるいは蒸着法で、クロムを０．０２μｍ被着して形成する。導電性被覆３１は、例えば、スパッタリング法あるいは蒸着法で、下地膜３１ａ上に、金を０．２μｍ被着して形成される。また、下地膜３１ａは、クロムに代えて、チタンを、スパッタリング法あるいは蒸着法で、０．０２μｍ被着してもよい。さらに、導電性被覆３１は、金膜上に、ニッケルを１〜２μｍ程度、スパッタリング法あるいは蒸着法で成膜し、その表面に、ニッケル、銅または両者を、２〜４０μｍ程度電気めっきするようにしてもよい。

なお、導電性被覆３１として、金、ロジウムなどの貴金属を、０．１〜０．０２μｍ程度、スパッタ法あるいは蒸着法で被着した膜に、ニッケルを１〜２μｍ程度、スパッタ法あるいは蒸着法で被着した膜を用いてもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、上記の導電性被覆３１の表面に、絶縁フィルム１１３（図１５参照）を構成するポリイミド膜４３を形成し、そのポリイミド膜４３の表面とシリコン基板４０の間にシリコンゴム４５を挟みこんで一体化する。ポリイミド膜４３としては、例えば、ポリイミドを１０〜３０μｍ程度塗布して、加熱硬化して形成したものを用いることができる。また、熱硬化したポリイミドの下面に熱硬化前のポリイミドを塗布した二層のポリイミド膜を、上記導電性被覆３１の表面に真空中で接着して、加熱硬化して形成したものを用いることができる。

図４（ｃ）は、二酸化シリコン膜３０およびシリコンウエハ２６をそれぞれエッチングして除去した後、下地膜３１ａをエッチングして除去し、さらに、導電性被膜３１表面の接触端子先端部となる部分および配線部分を覆うように、ホトレジストマスク４６を形成する工程を示す。

なお、導電性被覆３１として、金、ロジウム等の貴金属膜を用いた場合は、二酸化シリコン膜３０とその表面に形成した貴金属膜との界面を剥離して、貴金属膜の表面の接触端子先端部となる部分および配線部分を覆うように、ホトレジストマスク４６を形成してもよい。この場合には、上述したように、エッチング工程を省略できて、製造時間を短縮することができる。

図４（ｄ）は、上記導電性被覆３１をポリイミド膜４３の表面に至るまでエッチングして、個々の四角錐形状を有する導電性被覆３１を、必要に応じて電気的に分離して配線を形成し、ホトレジストマスク４６を除去する工程を示す。

なお、この後に、接触端子先端部の四角錐形状を有した導電性膜３１の表面に、金やロジウムをめっきしてもよい。それにより、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。

次に、図１５に示す接続装置を形成するための他の製造プロセスについて、図５を参照して説明する。なお、図４に示すプロセスと同じ工程については、説明を省略する。

図５（ａ）は、前記の図１（ｃ）の異方性エッチングしたシリコンウエハ２６の表面に、下地膜３１ａおよび導電性被覆３１を形成する工程を示す。下地膜３１ａは、例えば、シリコンと密着性のよい、クロムまたはチタンを、スパッタリング法あるいは蒸着法で被着して形成される。導電性被覆３１としては、例えば、金を、下地膜上３１ａに、スパッタリング法あるいは蒸着法で被着して形成される。

次に、図５（ｂ）に示すように、上記導電性被覆の表面に、ポリイミド膜４３を形成し、この上に、緩衝層であるシリコンゴム４５をはさんで、シリコン基板４０を一体的に固定する。この工程は、図４（ｂ）に示す工程と同様である。

この後、図５（ｃ）に示すように、二酸化シリコン膜２７およびシリコンウエハ２６を、それぞれエッチングして除去する。さらに、導電性被覆３１の接触端子先端部となる部分および配線となる部分を覆うように、ホトレジストマスク４６を形成する。

その後、図４（ｄ）に示すプロセスと同様にして、図５（ｄ）に示す接続装置を形成する。

なお、この後に、接触端子先端部の四角錐形状を有する導電性被覆３１の表面に、金やロジウムをめっきしてもよいことは、前述したとおりである。

次に、図１６に示す接続装置を形成するための製造プロセスについて、図６を参照して説明する。

図６は、図１６に示す接続装置を形成するための製造プロセスのうち、特に、型材であるシリコンウエハに異方性エッチングで形成した四角錐の穴を用いて、四角錐の接触端子先端部を薄膜で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。なお、図１または図４に示す工程と同じ工程については、説明を省略する。

図６（ａ）は、前記の図１（ｃ）の異方性エッチングした後、二酸化シリコン膜３０を形成した図１（ｄ）に示す状態にあるシリコンウェハ２６の、二酸化シリコン膜３０の表面に、下地膜３１ａおよび導電性被覆３１を形成する工程を示す。下地膜３１ａは、上記した各実施例と同様に、例えば、スパッタリング法または蒸着法で、二酸化シリコン膜３０の密着性のよい、クロムまたはチタンを０．０２μｍ被着して形成することができる。導電性被覆３１は、上記した各実施例と同様に、例えば、スパッタリング法または蒸着法で、下地膜３１ａ上に、金を０．２μｍ被着して形成することができる。また、導電性被覆３１は、その上に、ニッケルを１〜２μｍ程度、スパッタリング法または蒸着法により被着し、その表面に、ニッケル、銅または両者を、２〜４０μｍ程度めっきするようにしてもよい。それにより、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。

なお、導電性被覆３１として、金、ロジウムなどの貴金属を０．１〜０．２μｍ程度、蒸着法またはスパッタリング法で被着した膜に、ニッケルを１〜２μｍ程度スパッタリング法または蒸着法で被着し、さらに、ニッケル、銅または両者を２〜４０μｍ程度めっきして形成される膜を用いることもできる。

次に、図６（ｂ）に示すように、上記の導電性被覆３１の表面に、絶縁フィルム１１７（図１６参照）を構成するためのポリイミド膜３２を膜状に形成する。このポリイミド膜３２に、図１（ｆ）および（ｇ）に示すように、導電性被覆３１を電極として、ニッケルのような硬度の高い材料を電気めっきして、バンプ３５を形成する。

そのポリイミド膜３２の表面とシリコン基板４０の間にシリコンゴム４１を挟みこんで一体化する。ポリイミド膜３２としては、例えば、ポリイミドを１０〜３０μｍ程度塗布して加熱硬化したもの、または、熱硬化したポリイミドの下面に熱硬化前のポリイミドを塗布した二層のポリイミド膜を上記導電性被覆３１の表面に真空中で接着して加熱硬化したものを用いることができる。

図６（ｃ）は、二酸化シリコン膜３０およびシリコンウエハ２６をそれぞれエッチングして除去した後、下地膜３１ａをエッチングして除去して、導電性被覆３１の接触端子先端部となる部分および配線となる部分を覆うようにホトレジストマスク４６を形成する工程を示す。

図６（ｄ）は、上記ホトレジストマスク４６で覆われていない導電性被覆３１を、ポリイミド膜３２の表面に至るまでエッチングして、個々の四角錐形状を有した導電性被覆３１を電気的に分離して、配線を形成し、ホトレジストマスク４６を除去し、導電性被覆３１の表面に金属めっきする工程を示す。すなわち、ここでは、導電性被覆３１の上に、ロジウムからなるめっき膜３１ｂが形成される。これにより、これにより、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。

なお、図６（ｄ）には、各部の寸法の一例と、導電性被覆３１の膜構造とを示している。導電性被覆３１は、絶縁フィルム側から、金、ロジウムの順に積層されている。

次に、図１６に示す接続装置を形成するための他の製造プロセスについて、図７を参照して説明する。なお、図６に示すプロセスと同じ工程については、説明を省略する。

図７（ａ）は、前記の図１（ｃ）の異方性エッチング後、上記図６に示す導電性被覆３１と同じようにして、導電性被覆３１をシリコンウェハ２６に被着する。

次に、図７（ｂ）に示すように、上記の導電性被覆３１の表面に、絶縁フィルム１１７（図１６参照）を構成するためのポリイミド膜３２を膜状に形成する。このポリイミド膜３２の接触端子を形成すべき位置３３に、図１（ｆ）および（ｇ）に示すように、導電性被覆３１を電極として、ニッケルのような硬度の高い材料を電気めっきして、バンプ３５を形成する。

これに引き続いて、バンプ３５を形成したポリイミド膜３２の表面と、シリコン基板４０の間にエラストマ４１を挟みこんで一体化する工程を示す。

なお、バンプ３５を形成した上記ポリイミド膜３２の表面に、保護膜として、ポリイミドを一層形成して、その表面とシリコン基板４０の間にシリコンゴム４１を挟みこんで一体化しても良い。また、必要に応じて、シリコンゴム４１を省略することもできる。

図７（ｃ）は、二酸化シリコン膜２７およびシリコンウエハ２６を、それぞれエッチングして除去した後、下地膜３１ａをエッチングして除去し、露出した導電性被覆３１の表面の接触端子先端部となる部分および配線となる部分を覆うようにホトレジストマスク４６を形成する工程を示す。

図７（ｄ）は、上記導電性被覆３１をポリイミド膜３２の表面に至るまでエッチングして、個々の四角錐形状を有した導電性被覆３１を必要に応じて電気的に分離して配線を形成し、ホトレジストマスク４６を除去する工程を示す。

なお、この後に、接触端子先端部の四角錐形状を有した導電性被覆３１の表面に金やロジウムをめっきしてもよい。これにより、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。

上記の図１ないし図７に示した実施例では、前記の図１（ｅ）の異方性エッチングしたシリコンウエハ２６の表面の二酸化シリコン膜３０の表面に形成する導電性被覆３１の形成工程として、スパッタリング法あるいは蒸着法で導電材料を被着して形成する工程を示したが、異方性エッチングしたシリコンウエハ２６の表面の二酸化シリコン膜３０の表面に、下地膜３１ａを形成せずに、導電性被覆３１として、有機導電性膜を形成してもよい。例えば、有機系導電性ポリマーとして、ポリピロールを塗布した後、希硫酸溶液に浸漬して導電性膜を形成すればよい。また、前記導電性被覆３１として、カーボン膜、パラジウム膜等を用いてもよい。すなわち、カーボンブラック懸濁液に異方性エッチングした前記シリコンウエハを浸漬することにより、カーボン膜を導電性被覆３１として形成するか、あるいは、塩化パラジウムと塩化錫の塩酸水溶液に異方性エッチングした前記シリコンウエハを浸漬した後、硫酸水溶液に浸漬してパラジウムを導電性被覆３１として形成すればよい。また、金属の無電解めっき膜を設けてもよい。

また、図１（ｈ）および図１（ｉ）に示した実施例では、ホトレジストマスク３７を用いて導電膜３６をエッチングすることにより、配線３８を形成し、ホトレジストマスク３７を除去して、配線３８に銅のめっき膜３９を形成したが、配線３８を形成する他の方法として、前記の図１（ｇ）のポリイミド膜３２の開口部３４に接触端子とするバンプ３５を形成した後、図２４（ｈ）に示すように、ポリイミド膜３２およびバンプ３５の表面に導電膜３６を形成し、その表面に配線形成用のホトレジストマスク４７を形成し、図２４（ｉ）に示すように、上記ホトレジストマスク４７に被覆されていない導電膜３６の表面に、銅のめっき膜３９を形成し、ホトレジストマスク４７を除去した後、銅のめっき膜３９で被覆されていない導電膜３６を選択エッチングにより除去して、配線３８を形成してもよい。ここで、ホトレジストマスク４７としては、例えば、導電膜３６の表面にポジ型ホトレジストＬＰ−１０（ヘキストジャパン製）を塗布し、配線パターンを露光、現像することにより形成する。

その後は、図１（ｊ）、図１（ｋ）および図２と同様な製造工程を実施して、図２４（ｊ）に示す接続装置を形成すればよい。

なお、上記導電膜３６を形成する工程として、ポリイミド膜３２およびバンプ３５の表面に導電膜３６をウェット処理により形成してもよい。すなわち、導電膜３６はポリピロールを塗布した後、希硫酸溶液に浸漬して導電性膜を形成する。

なお、図１ないし図７あるいは図２４に示した実施例は、図８（ａ）に示すような二酸化シリコン膜５０の正方形のマスク５１を用いて、シリコンウエハ５２の（１００）面を異方性エッチングして、四角錐の接触先端部を有する接触端子を形成する例である。しかし、本発明は、これに限られない。例えば、図８（ｂ）に示すような二酸化シリコン膜５０の正方形のマスク５１を用いて、シリコンウエハ５２の（１００）面を異方性エッチングして、先端部に（１００）面の平坦部を有し、四角錐状の（１１１）面で囲まれた接触先端部を有する接触端子を形成することができる。図８（ｃ）に示すような二酸化シリコン膜５３の長方形のマスク５４を用いて、シリコンウエハ５５の（１００）面を異方性エッチングして、接触端子の接触先端形状を形成することができる。図８（ｄ）に示すよう
な二酸化シリコン膜５３の長方形のマスク５４を用いて、シリコンウエハ５５の（１００）面を異方性エッチングして、先端部に（１００）面の平坦部を有し、四角錐状の（１１１）面で囲まれた接触端子の接触先端形状を形成することができる。また、図８（ｅ）に示すような二酸化シリコン膜５６の正方形のマスク５７を用いて、シリコンウエハ５８の（１１０）面を異方性エッチングして、接触端子の接触先端形状を形成することができる。さらに、図８（ｆ）に示すような二酸化シリコン膜５９の長方形のマスク６０を用いて、シリコンウエハ６１の（１１０）面を異方性エッチングして、接触端子の接触先端形状を形成してもよい。

なお、これまで述べた例では、接触端子を形成するための型材として、シリコンウエハを用いている。しかし、本発明は、これに限定されない。異方性エッチングによって、先端が尖った形状の穴が形成できる結晶であれば、他の結晶を用いてもよい。

また、上記各例では、接触端子として設けられたものは、全て配線が接続され、有効に使用できるものである。しかし、配線が接続されない、単なる突起としてのみ機能するダミー接触端子を設けることができる。すなわち、接触端子の高さと同じか、または、適宜に設定した高さで、ダミーの接触端子を、必要に応じて適度に配置することができる。これにより、接触端子の高さばらつき、または、被接触対象への押し付け圧力の調整が容易になり、接触特性および信頼性を向上することができる。

図９は、本発明の接続装置を用いた一実施例である検査装置の要部を示す説明図である。

本実施例において、検査装置は、半導体素子の製造におけるウエハプローバとして構成されている。この検査装置は、被検査物を支持する試料支持系１６０と、被検査物に接触して電気信号の授受を行なうプローブ系１００と、試料支持系１６０の動作を制御する駆動制御系１５０と、測定を行なうテスタ１７０とで構成される。なお、被検査物としては、半導体ウエハ１を対象としている。この半導体ウエハ１の表面には、外部接続電極としての複数の電極１ａが形成されている。

試料支持系１６０は、半導体ウエハ１が着脱自在に載置される、ほぼ水平に設けられた試料台１６２と、この試料台１６２を支持する、垂直に配置される昇降軸１６４と、この昇降軸１６４を昇降駆動する昇降駆動部１６５と、この昇降駆動部１６５を支持するＸ−Ｙステージ１６７とで構成される。Ｘ−Ｙステージ１６７、筐体１６６の上に固定される。昇降駆動部１６５は、例えば、ステッピングモータなどからなる。Ｘ−Ｙステージ１６７の水平面内における移動動作と、昇降駆動部１６５による上下動などを組み合わせることにより、試料台１６２の水平および垂直方向における位置決め動作が行われるものである。また、試料台１６２には、図示しない回動機構が設けられており、水平面内における試料台１６２の回動変位が可能にされている。

試料台１６２の上方には、プローブ系１００が配置される。すなわち、当該試料台１６２に平行に対向する姿勢で接続装置１００ａおよび配線基板１０７が設けられる。この接続装置１００ａには、接触端子１０３を有する絶縁フィルム１０４と、緩衝層１０８および基板１０９が一体的に設けられている。各々の接触端子１０３は、該接続装置１００ａの絶縁フィルム１０４に設けられた引出し用配線１０５を介して、配線基板１０７の下部電極１１０ａおよびスルーホール１１０ｂと、内部配線１０７ａとを通して、該配線基板１０７に設けられた接続端子１０７ｂに接続されている。なお、本実施例では、接続端子１０７ｂは、同軸コネクタで構成される。この接続端子１０７ｂに接続されるケーブル１７１を介して、テスタ１７０と接続される。ここで用いられる接続装置は、図１４に示した構造のものであるが、これに限定されない。図１５あるいは図１６に示す構造のものを用いることもできる。

駆動制御系１５０は、ケーブル１７２を介してテスタ１７０と接続されている。また、駆動制御系１５０は、試料支持系１６０の各駆動部のアクチュエータに制御信号を送って、その動作を制御する。すなわち、駆動制御系１５０は、内部にコンピュータを備え、ケーブル１７２を介して伝達されるテスタ１７０のテスト動作の進行情報に合わせて、試料支持系１６０の動作を制御する。また、駆動制御系１５０は、操作部１５１を備え、駆動制御に関する各種指示の入力の受付、例えば、手動操作の指示を受け付ける。

以下、本実施例の検査装置の動作について説明する。試料台１６２の上に、半導体ウエハ１を固定し、Ｘ−Ｙステージ１６７および回動機構を用いて、該半導体ウエハ１に形成された電極１ａを、接続装置１００ａに形成された接触端子１０３の直下に位置決めするため、調整する。その後、駆動制御系１５０は、昇降駆動部１６５を作動させ、試料台１６２を所定の高さまで上昇させることによって、複数の接触端子１０３の各々の先端を目的の半導体素子における複数の電極１ａの各々に所定圧で接触させる。ここまでは、操作部１５１からの操作指示に従って、駆動制御系１５０により実行される。なお、これらの位置決め等の調整を自動的に行なうようにしてもよい。例えば、半導体ウェハ１に基準位置のマークを予め付しておき、これを読み取り装置で読み取って、座標の原点を設定する
ようにして、行なうことができる。この場合、電極の位置は、予め設計データを受け取ることにより、駆動制御部１５０において既知となる。

この状態で、ケーブル１７１、配線基板１０７、絶縁フィルム１０４、および接触端子１０３を介して、半導体ウエハ１に形成された半導体素子とテスタ１７０との間で、動作電力や動作試験信号などの授受を行い、当該半導体素子の動作特性の可否などを判別する。上記の一連の試験動作が、半導体ウエハ１に形成された複数の半導体素子の各々について実施され、動作特性の可否などが判別される。

次に、本発明の接続装置を用いた一実施例である半導体素子のバーンイン工程での検査装置の一例について説明する。

図１０は、本発明の接続装置を用いた一実施例である半導体素子のバーンイン工程での検査装置の要部を示す斜視図、図１１は、バーンイン用の半導体素子検査装置の断面図である。

本実施例は、ウエハ状態の半導体素子に電気および温度ストレスを高温状態で加え、半導体素子の特性検査を実施するウエハプローバとして構成されている。また、本実施例は、一度に複数枚のウエハ１を恒温槽（図示せず）に入れた状態で、特性検査が行なえるようになっている。

すなわち、本実施例は、図１１に示すように、恒温槽（図示せず）に置かれる支持具１９０に垂直に取り付けられるマザーボード１８１と、これに垂直に、すなわち、前記支持具１９０に並行にマザーボード１８１に取り付けられる、複数の個別プローブ系１８０とで構成される。

マザーボード１８１は、各個別プローブ系１８０ごとに設けられるコネクタ１８３と、マザーボード１８１を介して前記コネクタ１８３と通じているケーブル１８２とを有する。ケーブル１８２は、本実施例では図示していないが、前記図９に示すテスタ１７０と同様なテスタに接続される。

個別プローブ系１８０は、被検査物ごとに設けられる。この個別プローブ系１８０は、上記した接続装置１００ａと、この接続装置が固定される配線基板１０７と、被検査物である半導体ウェハ１を支持するウェハ支持基板１８５と、このウェハ支持基板１８５が載置され、個別プローブ系自体をマーザーボード１８１に取り付けるための支持ボード１８４と、前記接続装置１００ａを半導体ウェハ１に当接させるための押さえ基板１８６とを有する。

ウェハ支持基板１８５より上方にある各部は、図１０に示す構造となっている。すなわち、ウェハ支持基板１８５は、例えば、金属板で形成され、半導体ウェハ１を着脱自在に収容するための凹部１８５ａと、位置決めのためのノックピン１８７を有する。

接続装置１００ａは、上述したように、絶縁フィルム１０４、およびこれに設けられている接触端子１０３群と、緩衝層１０８および基板１０９とで構成される。この接続装置１００ａは、配線基板１０７に搭載され、各接触端子１０３から引出される配線が、配線１０７ｄを介して、コネクタ端子１０７ｃに接続される。このコネクタ端子１０７ｃは、前記コネクタ１８３と嵌合するようになっている。なお、この例は、接続装置１００ａとして、図１４に示すものを用いているが、これに限定されない。例えば、図１５および図１６に示すものを用いることができる。

この接続装置１００ａの上方には、押さえ基板１８６が装着される。この押さえ基板１８６は、チャネル状に形成され、そのチャネル１８６ａ内に、配線基板１０７が収容される。また、この押さえ基板１８６の周縁部には、前記ノックピン１８７と嵌合する穴１８８が設けられている。

次に、本実施例の測定動作について、説明する。

ウエハ支持基板１８５の凹部１８５ａに、半導体ウエハ１を固定し、ノックピン１８７を用いて、該半導体ウエハ１に形成された各電極を、接続装置１００ａに形成された各接触端子１０３の直下に位置決めして、複数の接触端子１０３の各々の先端を、半導体素子における複数の電極のうち目的の電極の各々に、所定圧で接触させる。この状態で、ケーブル１８２、マザーボード１８１、コネクタ１８３、配線基板１０７、絶縁フィルム１０４に設けられた図１０には示していない引出し用配線１０５（図１４参照）、および、接触端子１０３を介して、半導体ウエハ１に形成された半導体素子とテスタとの間で、動作電力や動作試験信号などの授受を行い、当該半導体素子の動作特性の可否などを判別する。上記の一連の操作が、恒温槽（図示せず）内に設置された支持具１９０に固定されたマザーボード１８１に固定されたウエハ支持基板１８５に搭載された半導体ウエハ１の各々について実施され、動作特性の可否などが判別される。

なお、接続装置の接触端子を電極に接触させる場合、上記実施例では、接触端子と電極とを一対一対応に接続させているが、これに限られない。すなわち、１の電極について、複数個の接触端子を接触させるようにしてもよい。これにより、より確実な接触を確保できる。

上記の例では、マザーボード１８１を用いているが、これを用いないで、個別プローブ系１８０にケーブルを介してテスタに接続することにより検査を行なうようにしてもよい。この場合、個別プローブ系１８０は、マザーボード１８１に取り付けられるものと異なる構造であってもよい。例えば、マザーボード１８１に取り付けるための部材等を省略することができる。

また、上記接続装置の接触端子の先端位置を、製造時の温度と実使用時での温度との差を考慮して、製造時に材料間の線膨張率の差による先端位置の変位をあらかじめ設計値に入れて設計したホトレジストマスクを用いて接触端子を形成することにより、高温でも接触端子の先端位置精度が極めて良好な接続装置が実現できる。その一例を次に述べる。

ポリイミドの線膨張率が４×１０-5／℃で、検査対象の電極を形成したシリコンウェハの線膨張率が２．９×１０-6／℃であり、マスク形成時の温度が２０℃で、実使用時の温度が１５０℃であった場合について、膨張率および温度差を考慮したポリイミドパターン設計する場合の計算は、次式で行なう。例えば、８インチウェハ表面の中心から１００ｍｍの電極位置用ホトレジストマスクは、次式により、ホトレジストマスクの中心から９９．５２０１９５ｍｍの位置として設計すればよい。言い換えれば、２０℃でのシリコンウェハの電極位置の設計値に対して、その設計値の０．９９５２０１９５倍の尺度でホトレジストマスクの電極位置を設計すればよい。

上記各実施例では、引出し用配線１０５および１１４を通常の集中定数系での配線として扱ってきたが、本発明は、これに限定されない。接地層を設けることによって、各引出し用配線１０５および１１４を、マイクロストリップ線路とする構成としてもよい。

これより、ＤＣ検査、高周波域、例えば、数ＧＨｚ帯までのＡＣ検査等の、半導体素子の特性検査が可能となる。

上記の特性検査が可能な接続装置１００ａを用いることにより、例えば、図１０に示した前記個別プローブ系１８０、および、図１１に示した半導体素子検査装置を、前述のバーンイン検査に限ることなく、半導体素子の製造における特性検査用のウェハプローバとして用いることができる。この場合、半導体素子とテスタ１７０との間の動作電力や動作試験信号などの授受が、特性検査用とバーンイン用とで異なる場合でも、テスタからの信号の切り換え、または、マザーボードを交換することにより、前記の個別プローブ系１８０に一旦ウェハを装着すれば、一連の検査項目が終了するまで、個別プローブ系１８０に装着したままで検査することが可能となる。

以上説明した実施例によれば、異方性エッチングにより、深さおよび形態のそろった穴を形成でき、その穴を型にして、接触端子のための突起を形成できる。従って、接触端子を、フォトリソグラフィ技術により、高密度かつ高精度に形成することができる。しかも、多数個の接触端子を、位置精度よく一括して形成できる。また、穴を形成する際、電極位置を定める設計情報を利用することにより、接触端子を、検査対象物の電極位置に正確に対応させることができる。

以上に説明した各実施例は、シリコンウェハを用いているが、本発明は、これに限定されない。結晶性の他の材料を用いることもできる。

また、上記図１４、１５および１６に示す各実施例では、基板１０９を介して配線基板に接続装置を搭載しているが、基板を介さずに、緩衝層を介して絶縁フィルムを配線基板に固定するようにしてもよい。

図１（ａ）−（ｋ）は、本発明に関わる接続装置を形成する製造プロセスの一実施例の工程の一部を示す断面図である。 図２は、本発明に関わる接続装置を形成する製造プロセスの一実施例の工程の残部を示す断面図である。 図３（ａ）−（ｄ）は、本発明に関わる接続装置を形成する製造プロセスの他の実施例の工程を示す断面図である。 図４（ａ）−（ｄ）は、本発明に関わる接続装置を形成する製造プロセスの他の実施例の工程を示す断面図である。 図５（ａ）−（ｄ）は、本発明に関わる接続装置を形成する製造プロセスの他の実施例を示す断面図である。 図６（ａ）−（ｄ）は、本発明に関わる接続装置を形成する製造プロセスの他の実施例を示す断面図である。 図（ａ）−（ｄ）は、本発明に関わる接続装置を形成する製造プロセスの他の実施例を示す断面図である。 図（ａ）−（ｆ）は、本発明に関わる接続装置の接触端子を形成するための各種形状の型を示す斜視図である。 半導体素子検査装置の駆動部の構成図である。 バーンイン用の半導体素子検査装置の個別プローブの要部を示す斜視図である。 バーンイン用の半導体素子検査装置の断面図である。 図１２（ａ）は、本発明に関わる半導体素子検査装置の接触端子および引き出し用配線を形成したポリイミド膜の一実施例を示す平面図、図１２（ｂ）は、斜視図である。 図１３（ａ）は、本発明に関わる半導体素子検査装置の接触端子および引き出し用配線を形成したポリイミド膜の一実施例を示す平面図、図１３（ｂ）は、斜視図である。 本発明の接続装置の第１実施例の要部を示す断面図である。 本発明の接続装置の第２実施例の要部を示す断面図である。 本発明の接続装置の第３実施例の要部を示す断面図である。 ウエハの斜視図および半導体素子の斜視図である。 従来の検査用プローブの断面図である。 従来の検査用プローブの平面図である。 はんだボールを電極上に有する半導体素子を示す斜視図である。 はんだ溶融接続をした半導体素子の実装状態を示す斜視図である。 従来のめっきによるバンプを用いた半導体素子検査装置の要部断面図である。 図２２のめっきによるバンプ部分を示す斜視図である。 図２４（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）は、本発明に関わる接続装置を形成する製造プロセスの他の実施例の工程の一部を示す断面図である。

符号の説明

１…ウエハ、２…半導体素子、３…電極、４…プローブカード、５…プローブ、６…はんだバンプ、７…配線基板、８…電極、２０…誘電体膜、２１…配線、２２…ビア、２３…バンプ、２４…配線基板、２５…板ばね、２６…シリコンウエハ、２７…二酸化シリコン膜、２８…ホトレジストマスク、２９…開口部、３０…二酸化シリコン膜、３１…導電性被覆、３２，４３…ポリイミド膜、３３…接触端子、３４…開口部、３５…バンプ、３６…導電膜、３７、４２、４６、４７…ホトレジストマスク、３８…配線、３９…めっき膜、４０…シリコン基板、４１、４５…シリコンゴム、５０…二酸化シリコン膜、５１…正方形のマスク、５２…シリコンウエハ、５３…二酸化シリコン膜、５４…長方形のマスク、５５…シリコンウエハ、５６…二酸化シリコン膜、５７…正方形のマスク、５８…シリコンウエハ、５９…二酸化シリコン膜、６０…長方形のマスク、１００…プローブ系、１００ａ…接続装置、１０１…ＬＳＩ形成ウエハの領域、１０２…接触端子形成用ウエハ、１０３、１１２、１１６…接触端子、１０４、１１３、１１７…絶縁フィルム、１０４ａ…絶縁フィルムの周縁部、１０５、１１４…引き出し用配線、１０５ａ…絶縁フィルムの端子部、１０６…ポリイミド膜の切れ目、１０７…配線基板、１０７ａ…内部配線、１０７ｂ…接続端子、１０７ｃ…コネクタ端子、１０７ｄ…配線、１０８…緩衝層、１０９…基板、１１０ａ…電極、１１０ｂ…スルーホール、１１１…はんだ、１１５…ビア、１５０…駆動制御系、１５１…操作部、１６０…試料支持系、１６２…試料台、１６４…昇降軸、１６５…昇降駆動部、１６６…筐体、１６７…Ｘ−Ｙステージ、１７０…テスタ、１７１、１７２…ケーブル、１８０…個別プロ−ブ、１８１…マザ−ボ−ド、１８２…ケ−ブル、１８３…コネクタ、１８４…支持ボ−ド、１８５…ウエハ支持基板、１８５ａ…ウエハ支持基板の凹部、１８６…押え基板、１８６ａ…チャンネル、１８７…ノックピン、１８８…ノックピンと嵌合する穴。

Claims (15)

1. 半導体ウエハ上の半導体素子の電極と接触する接触端子を有する接続装置であって、
   前記接触端子は、単結晶シリコンの（１１１）結晶面にて各４側面を囲まれた角錐と相似な形状、または先端の平坦部と側面とのなす角度が単結晶シリコンの（１００）結晶面と（１１１）結晶面とのなす角度と等しい角錐台形状の導電性部材であり、弾性材料で形成された絶縁層の一方の面側に配置されていることを特徴とする接続装置。
2. 半導体ウエハ上の半導体素子の電極と接触する接触端子と、前記接触端子と電気的に接続される配線基板とを有する接続装置であって、
   前記接触端子は、単結晶シリコンの（１１１）結晶面にて各４側面を囲まれた角錐と相似な形状、または先端の平坦部と側面とのなす角度が単結晶シリコンの（１００）結晶面と（１１１）結晶面とのなす角度と等しい角錐台形状の導電性部材であり、弾性材料で形成された絶縁層の一方の面側に配置されていることを特徴とする接続装置。
3. 請求項１又は２記載の接続装置であって、
   前記導電性部材は、ニッケルであることを特徴とする接続装置。
4. 請求項２記載の接続装置であって、
   前記接触端子は、前記配線基板の一方の面側に設けられた絶縁フィルムの間隙部に形成されていることを特徴とする接続装置。
5. 請求項４記載の接続装置であって、
   前記接触端子と前記配線基板とを電気的に接続する配線は、前記絶縁フィルムと前記配線基板との間に形成されていることを特徴とする接続装置。
6. 請求項４記載の接続装置であって、
   前記接触端子と前記配線基板とを電気的に接続する配線は、前記絶縁フィルムの前記配線基板と対向する面の裏面側に形成されていることを特徴とする接続装置。
7. 請求項４から６のいずれか１項に記載の接続装置であって、
   前記絶縁フィルムは、ポリイミド膜であることを特徴とする接続装置。
8. 請求項２乃至７のいずれか１項に記載の接続装置であって、
   さらに、前記配線基板とは電気的に接続されない接触端子を有することを特徴とする接続装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の接続装置であって、
   前記絶縁層は、シリコーンゴムであることを特徴とする接続装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の接続装置であって、
    前記接触端子は、底面が正方形または長方形であり、先端が点または線の形状であることを特徴とする接続装置。
11. 請求項１又は２記載の接続装置であって、
    前記平坦部の一辺は３０μｍ未満であることを特徴とする接続装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の接続装置であって、
    前記接触端子の表面に導電性被覆を有することを特徴とする接続装置。
13. 請求項１２記載の接続装置であって、
    前記導電性被覆は、金又はロジウムであることを特徴とする接続装置。
14. 半導体ウエハ上の半導体素子の電極と接触する接触端子と、前記接触端子と電気的に接続される配線基板とを有する接続装置であって、
    前記接触端子は、稜を有する角錐形状または角錐台形状の導電性部材であり、弾性材料で形成された絶縁層の一方の面側に配置され、および前記配線基板の一方の面側に設けられた絶縁フィルムの間隙部に形成されており、
    前記接触端子と前記配線基板とを電気的に接続する配線は、前記絶縁フィルムと前記配線基板との間に形成されていることを特徴とする接続装置。
15. 半導体ウエハ上の半導体素子の電極と接触する接触端子と、前記接触端子と電気的に接続される配線基板とを有する接続装置であって、
    前記接触端子は、稜を有する角錐形状または角錐台形状の導電性部材であり、弾性材料で形成された絶縁層の一方の面側に配置されており、
    さらに、前記配線基板とは電気的に接続されない接触端子を有することを特徴とする接続装置。

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