JP4246437B2 - Manufacturing method of probe with built-in element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線チップなどの半導体素子、特にプローブ針の長さが長いことによる弊害が大きい高周波対応の半導体素子の検査方法およびそのシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
ウエハは、その面上に多数のLSI用の半導体素子(チップ)が設けられ、切り離して使用に供される。更に、上記半導体素子の表面には、多数の外部基板との接続用の電極またははんだボールが列設される。
【0003】
こうした半導体素子を工業的に多数生産し、その電気的性能を検査するには、検査装置が用いられている。この検査装置は、プローブカードと、これから斜めに出たタングステン針からなるプローブとで構成される。この装置による検査では、タングステン針からなるプローブのたわみを利用した接触圧によりウェハの接続用の電極またははんだボール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。
【0004】
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、特開昭64−71141号公報に記載された技術が知られている。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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、プローブカードにタングステンなどから成るプローブ針を取り付け、検査することが一般的である。しかし、プローブ針が長くなると、高周波対応の半導体素子では、クロストークの問題が発生する。また、測定する端子とグランドは近いことが望ましいが、長いプローブ針で引き回した場合このような構造とすることは困難である。
【0006】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、例えば通信モジュールのコア部品である高周波対応の無線チップなどの検査を動作状態で確認することを可能にする素子内蔵型プローブの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体素子の検査に用いるためのプローブ針と動作確認のための検査回路を一体化した素子内蔵プローブの製造方法を特徴とする。
【0010】
即ち、本発明は、第1絶縁層、該第1絶縁層上に形成された第1配線層、該第1絶縁層上に形成され且つ該第1配線層を覆う第2絶縁層、該第2絶縁層上に形成され且つ該第2絶縁層を通して該第1配線層に電気的に接続された第2配線層、及び該第2絶縁層上に形成され且つ該第2配線層の上面を露出する開口を有する第3絶縁層を有する配線基板と、該配線基板の該第1配線層に植設され且つ該第1絶縁層からその下側に突出されたプローブ針と、該第2配線層に夫々電気的に接続された電子部品及び端子とを備えた素子内蔵型プローブの製造方法であって、
前記製造方法は、
前記第3絶縁層から前記開口によって露出された前記第2配線層の上面に前記電子部品及び前記端子をはんだで接続する第1工程と、
前記電子部品と前記端子とをモールド樹脂で被覆し且つ該モールド樹脂を硬化させる第2工程と、
前記モールド樹脂の上面を研磨することにより、前記電子部品を該モールド樹脂に内蔵した状態で前記端子の上面を該モールド樹脂から露出させる第3工程とをこの順に行い、
前記プローブ針は、前記第3工程後に前記第1絶縁層から前記第1配線層を通して前記第2絶縁層に到って形成され且つはんだペーストが充填された孔に挿入されることを特徴とする。
また、本発明は、前記素子内蔵型プローブの製造方法において、前記電子部品は、該電子部品に接続される前記第2配線層の一つ、該一つの第2配線層に接続される前記第1配線層、及び該第1配線層に接続される前記第2配線層の他の一つを通して、該他の一つの第2配線層の上面にはんだで接合された前記端子に電気的に接続されることを特徴とする。
また、本発明は、前記素子内蔵型プローブの製造方法において、前記プローブ針は、これが植設された前記第1配線層と、該第1配線層に接続される前記第2配線層の一つとを通して、該一つの第2配線層の上面にはんだで接合された前記端子に電気的に接続されることを特徴とする。
また、本発明は、前記素子内蔵型プローブの製造方法において、前記第1工程と前記第2工程との間で、前記第3絶縁層と前記電子部品との間にアンダーフィルを注入して該電子部品を前記配線基板に固定することを特徴とする。
また、本発明は、前記素子内蔵型プローブの製造方法において、前記端子の前記モールド樹脂から露出した上面には、ケーブルがはんだ接合されていることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明に係る例えば高周波対応のアナログ半導体素子(無線チップ)で構成された被検査チップの動作試験を含む特性検査を行う方法およびそれに用いる素子内蔵型プローブの実施の形態について図面を用いて説明する。
【0015】
本発明に係る例えば高周波対応のアナログ半導体素子(無線チップ)の動作および特性検査を行う検査システムは、図1に示すように構成される。即ち、本検査システムは、基本的には、被検査チップ1として、ウエハレベルCSP(チップスケールパッケージ)を形成したウエハに対して行う。何故なら、本方式で形成した素子内蔵型プローバでは、後述するように、プローブ針の取り付け工程で、機械加工を必要としており、その加工限界以上にプローブ針のピッチを縮めることに困難が伴うためである。勿論、被検査チップ1として、ピン数が少ない場合などは、受入れウエハに対して直接プロービングすることが可能である。本検査では、受入れウエハに対し、ウエハレベルCSPを形成した後に素子内蔵型プローブ10を用いた検査を行う。ウエハに対しては、バックグラインド工程(背面研磨工程)でウエハを薄くすることが広く行われるが、本検査は、バックグラインド工程前或いは該工程後のどちらで行ってもよい。
【0016】
本検査システムに係る被検査チップ1は、例えば、図1に示すように、ブルートゥース(コンピュータと通信の業界の協力によって開発された革命的に新しい無線チップ(2.4GHz帯を利用))と呼ばれている高周波対応のアナログ半導体素子からなる無線装置のコア電子部品を対象とするものである。この被検査チップ1は、例えば、ブルートゥースとして、2.45GHzラジオ2と、RAM3と、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)4と、μP(マイクロプロセッサ)5と、コンピュータ32や不揮発性メモリであるフラッシュメモリ11等との間でプローブ針19a、19hを介して信号の入出力を行うI/O6とを備えて構成される。
【0017】
そのため、素子内蔵型プローブ10には、例えば4Mbitのフラッシュメモリ11と、水晶発振子12と、LNA(ローノイズアンプ)14と、バラン(増幅機)13と、RFスイッチ15と、BPF(バンドパスフィルタ)16とを有し、更に電源配線17a、17bを形成し、コンピュータ32との信号配線(被検査チップ1から出力された直後はRF信号である。)18を形成し、上記フラシュメモリ(ソフトウエアスタック)11、水晶発振子12、バラン13、LNA14、電源配線17および信号配線18と被検査チップ1との間で接続をとるプローブ針19a〜19hを形成し、電源20に接続される電極又は端子24b、24c、評価用コンピュータ31と通信ケーブル(同軸ケーブル、光ケーブルなど)23aを介して接続される電極又は端子24aおよびコンピュータ32に通信ケーブル23bを介して接続される電極又は端子24dを形成して構成される。なお、電源配線17bはグランド配線(接地配線)である。また、電極又は端子24は、コネクタも含むものである。
【0018】
電源30は、電源ケーブル23cを通して素子内蔵型プローブ10に形成された電源配線17a、17bを介して被検査チップ1に電源を供給するものである。電源配線17a、17bは、素子内蔵型プローブ10内の電源が必要とする電子部品にも電源が供給されることになる。なお、電源配線17bは、グランド配線(接地配線)である。評価用コンピュータ31は、被検査チップ1で信号処理がなされた結果として、素子内蔵型プローブ10に内蔵されたLNA14またはバラン13、RFスイッチ15およびBPF16を介して得られるRF信号に基いて被検査チップの動作や特性を評価するものである。コンピュータ32は、テスト信号をデジタル信号として被検査チップ1に提供するものである。
【0019】
上記構成により、まず、図3および図4に示すように、素子内蔵型プローブ10のプローブ針19を、XYZθステージ70上のホルダー71に載置されたウエハレベルCSP50に配列された各被検査チップ1の例えばはんだバンプ60(必ずしもはんだバンプ60である必要は無い。)と接触させて、被検査チップの動作や特性を評価して検査される。即ち、本発明にて形成した素子内蔵型プローブ10を用いてウエハレベルCSP50を検査する。
【0020】
ところで、XYZθステージ70は、X方向、Y方向、Z方向およびθ(回転)方向に移動可能に構成される。素子内蔵型プローブ10とウエハレベルCSP50に配列された各被検査チップ1との相対的位置決めは、XYθステージを制御することによって行われる。そして、素子内蔵型プローブ10のプローブ針19を、ウエハレベルCSP50に配列された各被検査チップ1の例えばはんだバンプ60に接触させるのは、例えばZステージを上昇させることによって行う。このときの接触圧は、Zステージの上昇圧または素子内蔵型プローブ10若しくは該プローブ10を取り付けるプローブカード(保持基板)35に付与する圧力によって得ることが可能である。
【0021】
図4に示す場合は、複数の素子内蔵型プローブ10を、ウエハレベルCSP50に配列された複数の被検査チップ1の間隔に合わせてプローブカード(保持基板)35に取り付けて構成する。
【0022】
このように、素子内蔵型プローブ10を被検査チップ1に電気的に接続をとった状態で、テスト信号は、コンピュータ32から出力されて通信ケーブル23bを通して素子内蔵型プローブ10に形成された信号配線18およびプローブ針19hを介して被検査チップ1に入力される。被検査チップ1は、水晶発振子12から例えば16MHzの発振信号がプローブ針19bを介して入力されていて、上記テスト信号を基に、素子内蔵型プローブ10に設けられたフラシュメモリ11との間でプローブ針19aを介してデータの転送が行われることによって信号処理が行われる。そして、被検査チップ1で信号処理された結果が、アナログ信号としてプローブ針19c〜19eを介して素子内蔵型プローブ10のLNA14やバラン13に入力され、更にRFスイッチ15で選択されてBPF16を通してRF信号として、電極又は端子24aおよび通信ケーブル23aを介して評価用コンピュータ31に送信され、評価用コンピュータ31において被検査チップ1の動作や特性が評価される。即ち、素子内蔵型プローブ10に一体的に内蔵されたフラシュメモリ11並びにバラン13、LNA14、RFスイッチ15及びBPF16は、被検査チップ1の動作確認をする検査回路を構成することになる。
【0023】
次に、被検査チップ1の構造について具体的に説明する。図2には、被検査チップ1の部分断面図を示す。なお、本図は、説明のため各部の寸法比は実際のものとは異なっている。被検査チップ1としての半導体回路が形成されたウエハ50とは、半導体製造工程でいうところの前工程を終了したウエハであり、半導体チップに分割切断前のものである。各被検査チップ1である半導体チップには、アルミ等のパッド54が形成されており、QFP(Quad Flat Package)などの半導体パッケージにおさめる場合は、このパッド54に金ワイヤを接続し、半導体パッケージの外部端子との導通を実現している。
【0024】
被検査チップ1の表面は、パッド54上および多数個の半導体が形成されたウエハ50を半導体チップに切断する際の切断部を除き、保護膜55に覆われている。この保護膜55には、厚さ2乃至10ミクロン程度の感光性樹脂材料を使用している。再配線用配線56は、銅などの金属で形成されており、パッド54とバンプパッド57とを接続するように保護膜55上に形成している。またバンプパッド57上はバリアメタルとしてAuがめっきされている(特に図示はしていない)。ウエハ表面は、バンプパッド57および半導体チップに切断する際の切断部を除き、表層保護膜59で覆われている。表層保護膜59としては感光性樹脂が使用されている。また、バンプパッド57上には、はんだバンプ60が形成されている。
【0025】
次に、上記被検査チップ1である半導体装置の製造方法について、図5乃至図7を用いて説明する。なお、説明図については、その断面構造がわかりやすいように、一部分を取り出して示してある。また、図7(a)〜(b)に示す工程間で行う個片チップへの切断の図は省略する。
【0026】
図5(a)に示す工程A:
例えば図1に被検査チップ1として示すような半導体回路(無線チップの場合には、例えば、ラジオ2、RAM3、DSP4、μP5およびI/O6を有して構成される。)を配列形成し、最上層に外部接続用のアルミ等のパッド54を形成したウエハ58を製造する。
【0027】
図5(b)に示す工程B:
必要に応じて、ウエハ58上に保護膜55を形成する。本工程は、無機材料を用いて半導体工程(前工程)として形成される場合もあり、また、無機材料を用いて半導体工程(前工程)が完了した上に有機材料を用いて形成される場合がある。本発明においては、半導体工程(前工程)で形成された無機材料からなる絶縁膜の上に、有機材料である感光性ポリイミドを6ミクロン程度塗布した。
【0028】
図5(c)に示す工程C:
電気めっきに用いるための給電膜61をスパッタ等の方法で形成した。まず、電気めっきを実施するための給電膜61を半導体ウエハ58上の保護膜55全面に形成する。ここでは、蒸着や、無電解銅めっき、CVDなども用いることが可能であるが、保護膜55としてのポリイミドとの接着強度が強いため、スパッタを用いることとした。スパッタの前処理として、導体の導通を確保するためにスパッタエッチングを行った。スパッタ膜は、クロム(75nm程度)/銅(0.5μm程度)の多層膜を形成した。ここでのクロムの膜厚は、その上に形成する銅との接着が取れる膜厚とし、銅の膜厚は、後の工程で行う電気銅めっき及び電気ニッケルめっきを行ったときに、膜厚分布が生じない最小限度の膜厚が好ましい。ここで、銅の膜厚を必要以上に厚くした場合、後の工程で行う給電膜61を除去する際に、エッチング時間が長くなり、その結果サイドエッチングが大きくなるため、仕様を満たさなくなる恐れがある。
【0029】
図5(d)に示す工程D:
配線の逆パターン62をフォトレジストを用いて形成した。即ち、ホトリソ技術により再配線用配線形成部のみが開口した配線の逆パターン62を、レジストを用いて形成した。ここで用いたレジストであるが、ネガ型の液状レジストを用いた。ここでは、ポジレジストを用いることも可能であるが、レジストを形成したときに、工程Dに示すパッドと配線の接続部分67のレジスト膜厚が厚くなるため、ネガ型の方が好ましい。ここでは、レジストとして、東京応化工業(株)製 PMER−NCA2000型レジストを用い、レジスト塗布装置を用いてレジスト膜厚15μm狙いで形成した。次に、マスクとレジストが密着するタイプの露光機を用いて露光量250mJ程度で露光した。その後、レジスト現像装置を用いて現像した。
【0030】
図5(e)に示す工程Eおよび図6(a)に示す工程F:
このパターンを利用して電気めっきを行い、再配線用配線56の形成を行う。また、必要に応じて電気めっきを繰り返すことで再配線用配線56を多層構造とする。本実施例では、再配線用配線56を電気銅めっき65と電気ニッケル66の2層としており、また片側の末端をバンプパッドと兼用している。ここでは、銅、ニッケルとも電気めっきを用いて導体を形成する方法を示したが、無電解めっきを用いることも可能である。
【0031】
図6(b)に示す工程Gおよび図6(c)に示す工程H:
配線の逆パターン62に用いたフォトレジストの除去を行った。その後、電気めっきに用いるための給電膜61の除去を行った。即ち、電気銅めっきおよび電気ニッケルめっきを行ったのちにレジストパターンを除去し、エッチングすることで予め成膜した給電膜61を除去する。銅のエッチングには、塩化鉄、アルカリ系エッチング液等の種類があるが、ここでは、硫酸/過酸化水素水を主成分とするエッチング液を用いた。ここでのエッチング時間は、10秒以上のエッチング時間がないと膜厚制御が困難であり、塩化鉄、アルカリ系エッチング液では、サイドエッチングが大きくなる懸念がある。次に、Crのエッチングであるが、ここでは、過マンガン酸カリウムとメタケイ酸を主体とするエッチング液を用いた。
【0032】
図6(d)に示す工程I:
感光性樹脂を用い表面保護層59を形成した。そして、このパターンを利用してパッド最表面に、酸化防止膜として無電解Auめっき(特に図示はしていない)を行った。即ち、バンプパッド部57のみが開口した感光性樹脂を形成し、引き続き無電解金めっきを実施することでバンプパッド部57にAuを成膜した。ここで用いた表面保護膜59は、感光性ポリイミドを用いたが、それに限定されるものではない。
【0033】
図7(a)に示す工程J:
パッド上にフラックスと共にはんだボール63を搭載し、加熱することでパッドにはんだボールを接続し、はんだバンプを形成した。この段階で、図8に示す通り、シリコンウエハ上に再配線層・絶縁層、はんだバンプから成るウエハレベルCSP50としての被検査チップ1を形成することが可能となる。
【0034】
はんだバンプ形成は市販されているはんだボールマウンタとリフロー炉を使用することで実現できる。つまり、はんだボールマウンタは、半導体ウエハのバンプパッド57上に所定量のフラックスとはんだボールを搭載する。この際、はんだボールはフラックスの粘着力によりバンプパッド上に仮固定される。はんだボールが搭載された半導体ウエハをリフロー炉に投入することで、はんだボールは一旦溶融し、その後再び固体化することで、図2に示したバンプパッド57に接続したはんだバンプ60となる。このほかにも印刷機を用いてはんだペーストをバンプパッド57上に印刷塗布し、これをリフローすることではんだバンプ60を形成する方法もある。何れの方法においてもはんだ材料は様々なものを選択することが可能となり、現時点において市場に供給されているはんだ材料のうち特に使用できないものは無い。また、AuやCuが核となったボールを使用したバンプや導電材料を配合した樹脂を使用して形成したバンプを使用しても良い。
【0035】
以上説明した工程によりアルミ等のパッド54からバンプパッド60までの再配線用配線56およびバンプパッド60が、ウエハレベルCSP50上に図2に示すごとく形成される。
【0036】
次に、前述したとおり、図3に示すように、素子内蔵型プローブ10のプローブ針19を、XYZθステージ70上のホルダー71に載置されたウエハレベルCSP50に配列された各被検査チップ1の例えばはんだバンプ60(必ずしもはんだバンプ60である必要は無い。)と接触させて、被検査チップの動作や特性を評価して検査される。即ち、本発明にて形成した素子内蔵型プローブ10を用いてウエハレベルCSP50を検査する。ここでは、ウエハレベルCSP50をチップ個片に分割することなく、プロービングすることが可能となる。
【0037】
ところで、XYZθステージ70は、X方向、Y方向、Z方向およびθ(回転)方向に移動可能に構成される。素子内蔵型プローブ10とウエハレベルCSP50に配列された各被検査チップ1との相対的位置決めは、XYθステージを制御することによって行われる。そして、素子内蔵型プローブ10のプローブ針19を、ウエハレベルCSP50に配列された各被検査チップ1の例えばはんだバンプ60に接触させるのは、例えばZステージを上昇させることによって行う。このときの接触圧は、Zステージの上昇圧または素子内蔵型プローブ10若しくは該プローブ10を取り付けるプローブカード(保持基板)35に付与する圧力によって得ることが可能である。
【0038】
検査終了後、ウエハレベルCSP50をホルダー71から取り外して切断工程において、個別チップに切断した。
【0039】
更に、図7(b)に示す如く、上記検査において良品の被検査チップ1が、素子内蔵型プローブ10に搭載されている電子部品11〜16と同様な電子部品と共にプリント基板64に実装されて通信用等のアナログモジュールが完成することになる。
【0040】
次に、本発明に係る素子内蔵型プローブ10の製造方法について図9〜図23を用いて説明する。なお、説明を容易にするために各部の寸法比を実際とは変えてある。
【0041】
図9は、素子内蔵型プローブ10の外観を示した斜視図である。素子内蔵型プローブ10は、具体的には図15に示すように、被検査チップの動作および特性を検査する検査回路を構成する電子部品(素子)(フラッシュメモリ11、水晶発振子12、バラン13、LNA14、RFスイッチ15およびBPF16等でアナログ回路を有して構成される。)11〜16を配線基板25に搭載し、これら電子部品11〜16等をモールド樹脂20で被覆モールドし、上記電子部品(素子)11〜16、電源配線17a、17bおよび信号配線18に接続される配線基板25内の配線に接続されたプローブ針19a〜19hや、具体的には図17(b)または図20に示すように上記電子部品16に接続される配線基板25内の配線に接続された電極若しくは端子(コネクタも含む)24a〜24dや、具体的には図18(d)に示すように取り付け金具21を備えて構成される。プローブ針19a〜19hは、素子内蔵型プローブ10の被検査チップ1側に植設される。このように、素子内蔵型プローブ10に搭載される電子部品(素子)11〜16は、例えば通信用モジュールとしてコア部品である被検査チップ1と共に構成する電子部品である。なお、電子部品13〜16は、一つ若しくは複数のチップ部品で構成することも可能である。そして、電極若しくは端子24a〜24dは、通信ケーブルや電源ケーブル23等が接続される。
【0042】
まず、素子内蔵型プローブ10本体の形成方法について説明する。
【0043】
図10〜図15は、素子内蔵型プローブ10において、内蔵される電子部品(素子)の一方を植設したプローブ針に接続し、他方を第1層目においては張り巡らされたグランド配線(接地配線)に接続する場合を模式的に示している。
【0044】
図10(a)に示す工程(1):
配線基板25を製造するための基板としては、ステンレス基板101を用いる。その上に電気ニッケルめっき膜102を形成する。この電気ニッケルめっき膜102は、最終的には、被検査チップ1とのプローブ針19a〜19hを植設するための接続用端子兼はんだ拡散防止層として用いられる。その膜厚は、厚くなるほどに、ステンレス基板101の反りを増大させる傾向がある。そのため、薄い方が良いわけであるが、余り薄いとはんだ拡散防止層としての役目を果たさなくなる。はんだ拡散防止層の役割を果たし、かつ、図12(c)に示す工程(14)でステンレス基板101と電気ニッケルめっき膜102を容易にはがすことを両立させる、最低膜厚が必要である。
【0045】
図10(b)に示す工程(2):
電気ニッケルめっき膜102上に感光性ポリイミドを用いて絶縁層103を形成し、端子となる部分を開口させる。開口方法については、感光性ポリイミドを用いたが、全面にポリイミドを塗布し、レーザ加工やドライエッチングなどの手法を用いても問題はない。また、絶縁層の材料として、ポリイミドを用いたが、エポキシなどの樹脂を用いても問題ではなく、また、場合によっては、無機系の絶縁層を用いても良い。
【0046】
図10(c)に示す工程(3):
スパッタを用いて開口(スルーホール)103aを埋めて絶縁層103上に導体膜104を形成した。ここでは、蒸着や、無電解銅めっき、CVDなども用いることが可能であるが、ポリイミドとの接着強度が強いためスパッタを用いることとした。スパッタの前処理として、導体の導通を確保するためにスパッタエッチングを行った。本実施例におけるスパッタ膜104としては、図21に示すように、クロム(75nm程度)104a/銅(2μm程度)104b/クロム(50nm程度)104aの多層膜を形成した。ここでのクロムの機能は、その上下に位置する銅と絶縁層103との接着を確保することにあり、その膜厚はそれらの接着を維持する最低限でかまわない。所要膜厚は、スパッタエッチングおよびスパッタの条件、クロムの膜質などによっても変動する。なお、本実施例で使用したクロム膜に代えてチタン膜やチタン/白金膜、タングステンなどでも代替できる。
【0047】
図10(d)に示す工程(4):
導電膜104上にレジストの配線パターン105を形成する。レジストには、図10(e)に示す工程(5)に示すエッチング工程でエッチング液に対する耐性を持たせる必要がある。ここで用いたクロムのエッチング液は、過マンガン酸カリウムとメタケイ酸を主成分とするエッチング液を用いたが、このエッチング液は、アルカリ(pH13)かつ酸化性があるため、薬液耐性が高いレジストが求められる。ここでは、ゴム系または、ゴム成分を含有するノボラック系のレジストが好ましい。
【0048】
図10(e)に示す工程(5):
図10(c)に示す工程(3)で形成した導体膜104は、図21に示すように、クロム膜104a、銅膜104bから成る3層構造になっている。そのため、エッチングは、クロム膜104a、銅膜104b、クロム膜104aの順に行う必要がある。
【0049】
クロム膜104aのエッチング液には、フェリシアン系、塩酸系等の種類があるが、、本実施例では、過マンガン酸カリウムとメタケイ酸を主成分とするエッチング液を用いた。
【0050】
銅膜104bのエッチングには、塩化鉄、アルカリ系エッチング液等の種類があるが、本実施例では硫酸/過酸化水素水を主成分とするエッチング液を用いた。エッチング時間が短いと制御が困難となって実用的観点では不利であるが、あまりに長い時間エッチングを行なうと、サイドエッチングが大きくなったりタクトが長くなるという問題も生じるため、エッチング液およびエッチング条件は、適宜実験により求めるのがよい。引き続いて実施する下層のクロム膜のエッチングには、上層のクロム膜のエッチングと同様に行った。
【0051】
このようにして、開口(スルーホール)103aを含めて絶縁層103上に、各プローブ針19a〜19hを植設する部分28aに繋がった配線パターン(クロム(75nm程度)/銅(2μm程度)/クロム(50nm程度)の多層膜からなる。)28が形成される。また、この配線パターン28は、電源のグランド配線17bとして利用してもよい。このように、第1層目の配線層28をグランド配線として利用する場合には、プローブ針19を植設する部分を除いてグランド配線を張り巡らすことになる。このようにプローブ針19を植設する部分を除いてグランド配線を張り巡らすことによって、第2層目以上の配線層29に伝搬される高周波信号に対してノイズ対策を行うことができる。
【0052】
そして、配線形成に用いたレジストパターン105を剥離した。レジストパターン105の剥離には、有機アルカリ系、有機溶剤系などの種類があるが、図10(b)に示す工程(2)で形成した絶縁層103および図10(e)に示す工程(5)で形成した配線パターン28にダメージを与えないものであれば、いずれの剥離液を用いても問題ではない。
【0053】
図10(f)に示す工程(6):
その上に、図10(a)に示す工程(1)と同様に、感光性ポリイミドを用いて絶縁層106を形成し、上記配線パターン28と接続するために開口(スルーホール)106aを形成させる。この開口方法については、感光性ポリイミドを用いたが、全面にポリイミドを塗布し、レーザ加工やドライエッチングなどの手法を用いても問題はない。また、絶縁層106の材料として、ポリイミドを用いたが、エポキシなどの樹脂を用いても問題ではなく、また、場合によっては、無機系の絶縁層を用いても良い。
【0054】
図11(a)に示す工程(7):
電気めっきを実施するための給電膜108を、開口106aを含めて絶縁層106上に全面に形成する。ここでは、蒸着や、無電解銅めっき、CVDなども用いることが可能であるが、ポリイミドとの接着強度が強いためスパッタを用いることとした。スパッタの前処理として、配線パターン(導体)28との導通を確保するためにスパッタエッチングを行った。
【0055】
本実施例におけるスパッタ膜としては、クロム(75nm程度)/銅(0.5μm程度)の多層膜を形成した。ここでのクロムの機能は、その上下に位置する銅と絶縁層106との接着を確保することにあり、その膜厚はそれらの接着を維持する最低限でかまわない。所要膜厚は、スパッタエッチングおよびスパッタの条件、クロムの膜質などによっても変動する。なお、本実施例で使用したクロム膜に代えてチタン膜やチタン/白金膜、タングステンなどでも代替できる。
【0056】
一方、銅の膜厚は、後の工程(9)で電気銅めっき膜111及び電気ニッケルめっき膜112を形成したときに、膜厚分布が生じない最小限度の膜厚が好ましく、めっき前処理として行なう酸洗などでの膜減り量も考慮に入れた上で膜厚分布を誘発しない膜厚を決定する。銅の膜厚を必要以上に厚くした場合、例えば1μmを越える銅厚の場合には、スパッタ時間が長くなって生産効率が低下するという問題に加えて、後の工程(10)で実施する給電膜108のエッチング除去の際に長時間エッチングが避けられず、その結果として電気銅めっき膜111及び電気ニッケルめっき膜112のサイドエッチングが大きくなる。
【0057】
図11(b)に示す工程(8):
ホトリソグラフィー技術を用いて工程(9)で形成する電気銅めっき膜111及び電気ニッケルめっき膜112を形成する部分のみが開口した配線29の逆パターンをレジストパターン109を用いて形成する。
【0058】
図11(c)に示す工程(9):
電気めっきを用いて第2層目の配線層(導体層)29を形成する。ここで形成する導体層29は、良好な電気導電率を有する電気銅めっき膜111とはんだ拡散防止膜である電気ニッケルめっき膜112からなる。なお、電気銅めっき膜111及び電気ニッケルめっき膜112の一端を工程(11)で後述するバンプパッド113と兼用してもよい。
【0059】
このように、第2層目の配線層29は、図1に回路図で示すように、電源配線17a、17bも含めて電子部品11〜14の電極と各プローブ針19a〜19hが植設される部分28aに繋がった各配線パターン28との間を接続し、信号配線18とプローブ針19hが植設される部分28aに繋がった配線パターン28との間を接続し、電子部品13〜16の電極間を接続するためのものである。更に、第2層目の配線層29は、図16および図17(b)に示すように、電子部品16の電極に接続された電極又は端子24aおよび電源配線17に接続された電極又は端子24b、24cと、図19および図20に示すように、信号配線18に接続された電極又は端子24dと、図18に示すように、取り付け金具21とを設けるためのものでもある。
【0060】
また、第2層目の配線層29は、必要に応じて、絶縁膜114a、114b、および電気銅めっき膜111の形成を繰り返すことで、図22に29a、29bで示すように、多層構造とすることも可能である。図22には、配線層28,29a、29bを3層にした場合を模式的に示している。なお、2層目に電気銅めっき膜111単層から成る導体を示すが工程を一元化するため、2層目および3層以上の個々の配線に電気ニッケルめっき膜112を形成しても良い。また、配線の構造についても、図21に示すようなスパッタによる多層膜でも、図22に図示するような電気銅めっき膜111からなる単層膜でも電気特性などの状況に応じて適用することが可能となる。本図では、3層の配線を示すが、4層以上の以上の配線を形成することも可能である。多層配線とする場合は最表層、つまり電子部品120(11〜16)と接続するはんだボール121と接する配線のみに電気ニッケルめっき膜112を形成してもよい。
【0061】
図11(c)に示す工程(9)の電気銅めっき膜111は、硫酸・硫酸銅めっき液を用い、界面活性剤による洗浄、水洗、希硫酸による洗浄、水洗を行った後、給電膜108を陰極に接続し、リンを含有する銅板を陽極に接続して電気銅めっき膜111を形成した。はんだ拡散防止膜である電気ニッケルめっき膜112は、給電膜108を陰極に接続し、ニッケル板を陽極に接続して電気ニッケル膜を形成した。電気ニッケルめっき膜を形成する前に、界面活性剤による洗浄、水洗、希硫酸による洗浄、水洗を行うと良好な膜質の電気ニッケルめっき膜が得られる場合がある。なお、銅、ニッケルとも電気めっきを用いて導体を形成する方法を示したが、無電解めっきを用いることも可能である。また、電気銅めっき膜111は銅以外に、金または銀を包含するものであってもよく、はんだ拡散防止膜である電気ニッケルめっき膜112は、ニッケル合金であってもよい。
【0062】
図11(d)に示す工程(10):
レジストを用いて形成した配線の逆パターン109および電気めっきの給電膜108をエッチング処理により除去する。電気銅めっき膜111および電気ニッケルめっき膜112を形成したのちにレジストを使用した配線逆パターン109を除去し、エッチング処理をすることで図11(a)に示す工程(7)で成膜した給電膜108を除去する。銅のエッチングには、塩化第二鉄、アルカリ系エッチング液等の種類があるが、本実施例では硫酸/過酸化水素水を主成分とするエッチング液を用いた。10秒以上のエッチング時間がないと制御が困難となって実用的観点では不利であるが、あまりに長い時間エッチングを行なうと、サイドエッチングが大きくなったりタクトが長くなるという問題も生じるため、エッチング液およびエッチング条件は、適宜実験により求めるのがよい。引き続いて実施する給電膜108のクロム部分のエッチングには、図10(e)に示す工程(5)と同様に行った。
【0063】
図11(e)に示す工程(11):
感光性ポリイミドを用いてカバーコート114を形成し、電子部品120(11〜16)の電極とはんだボール121を介して接続する電極又は端子、図16および図17(b)に示すように、電子部品16の電極に接続された電極又は端子24aおよび電源配線17に接続された電極又は端子24b、24cと、図19および図20に示すように、信号配線18に接続された電極又は端子24dと、図18に示すように、取り付け金具21とを設けるための部分を開口させる。開口方法については、感光性ポリイミドを用いたが、全面にポリイミドを塗布し、レーザ加工やドライエッチングなどの手法を用いても問題はない。ここではカバーコート114として感光性ポリイミドを使用したが、感光性ポリイミドの他にもソルダーレジストや印刷用ポリイミドなどの材料を用いてカバーコート114を形成することも可能である。そして、特に図示していないが、このパターンを利用してパッド最表面に無電解Auめっきを行った。
【0064】
図12(a)に示す工程(12):
なお、この工程(12)において、図16(a)および図18(a)に示す工程(12)も実行される。
【0065】
図10および図11に示す工程で形成した配線基板115の上に、電子部品120(11〜16)を搭載する。電子部品120の搭載方法であるが、はんだボール121を電子部品側に形成することが一般的であり、電子部品120にはんだボール121を形成し、バンプパッド113上にフラックスと共に搭載し、加熱することでバンプパッド113にはんだボール121を接続する。しかし、図10および図11に示す工程で形成した配線基板115側にはんだボール121を形成することも可能である。バンプパッド113上に所定量のフラックスとはんだボールを搭載する。この際、はんだボールはフラックスの粘着力によりバンプパッド上に仮固定される。はんだボールが搭載された図10および図11に示す工程で形成した配線基板115または電子部品120をリフロー炉に投入することではんだボールは一旦溶融し、その後再び固体化することで、はんだボール121が搭載され、その上に電子部品120を搭載するものである。
【0066】
はんだをはんだボールで供給する以外にも、印刷機を用いてはんだペーストをバンプパッド113上に印刷塗布し、これをリフローすることではんだバンプ形成する方法もある。何れの方法においてもはんだ材料は様々なものを選択することが可能となり、現時点において市場に供給されているはんだ材料の多くが使用できる。この他、はんだ材料は限定されるものの、めっき技術を用いることで、はんだバンプを形成する方法もある。また、金や銅を核としたボールを使用したバンプや導電材料を配合した樹脂を使用して形成したバンプを使用しても良い。本実施例では、はんだ拡散による拡散層の厚さによって、電気ニッケルめっき膜112の必要膜厚を決定し、その条件として、はんだの種類やリフロー条件によって異なってくる。はんだボール搭載時のリフロー条件は、ベルト式のリフロー炉を用い、最大温度245℃、230℃以上で30秒保持される時間でリフローを行った。また、用いたはんだボールは、SnとCuを主成分とし、第三成分として、Bi、Agを添加したものを用いた。
【0067】
以上説明したように、図12(a)に示す工程(12)並びに図16(a)および図18(a)に示す工程(12)が終了した後、次の工程(13)に進むことになる。
【0068】
図12(b)に示す工程(13):
配線基板115の表面と搭載した電子部品120の間に、アンダーフィル122を注入する。注入後、加熱硬化を行う。ここでは、エポキシ樹脂から成るアンダーフィル122を用い、注入後に200℃程度で60分程度加熱硬化させた。なお、電子部品が小さい場合には、必ずしもアンダーフィル122を必要としない。
【0069】
アンダーフィル122を充てんした後、図12(b)に示すように配線基板115とアンダーフィル122を注入した電子部品120、図16(b)に示す電極又は端子24および図18(b)に示す取り付け金具21を、モールド樹脂20でモールドして硬化することによって被覆する。モールド樹脂20は、トランスファモールド法を用いた。モールド樹脂は、エポキシ樹脂から成るモールド樹脂を用い、注入後に200℃程度で3分程度で成型させ、その後、170℃程度で8時間程度2次硬化させた。これによって、配線基板115上に電子部品(素子)120(11〜16)、電極又は端子24および取り付け金具21が取り付けられてモールド樹脂20で保護されて内蔵されることになる。
次に、図16(c)および図18(c)に示す研磨工程(14)が入ることになる。なお、次の工程(15)の後に、研磨工程(14)を入れてもよい。
【0070】
図12(c)に示す工程(15):
その後、ステンレス基板101を剥離させた。このためには、図10および図11に示す工程中で、ステンレス基板101と電気ニッケルめっき膜102を剥がさないようにする必要があり、そのために、図24の丸で囲んだ部分の様に、ステンレス基板101と電気ニッケルめっき膜102、絶縁層103を配置し、絶縁層103がステンレス基板101と接着し、電気ニッケルめっき膜102を被うように形成することが好ましい。
【0071】
図13(a)に示す工程(16):
レジスト125を用いて、電気ニッケルめっき膜102の上に電気銅めっきを用いてプローブ針の台座126を形成するためのパターン125aを形成した。なお、この台座126は、プローブ針19に大きな力が掛からない場合には、これらの工程を必要としない(図13(a)〜(c)に示す工程(16)〜(18))。
【0072】
図13(b)に示す工程(17):
電気ニッケルめっき膜102の上に電気銅めっきを用いてプローブ針の台座126を形成するために形成したレジスト125を剥離する。レジストの剥離には、有機アルカリ系、有機溶剤系などの種類があるが、モールド樹脂20にダメージを与えないものであれば、いずれの剥離液を用いても問題ではない。
【0073】
図13(c)に示す工程(18):
上記工程(1)で形成した電気ニッケルめっき膜102を図示するようにエッチングした。ここでのエッチングは塩化第2鉄溶液を用いた。塩化第2鉄は、電気ニッケルめっきのみでなく、上記工程(18)で形成したプローブ針の台座126もエッチングする。しかし、プローブ針の台座126の厚さを厚くすることで、エッチングにより焼失することを防止できる。ここでは、図示していないが、ディスペンサを用いて、プローブ針の台座126にレジストを形成し、エッチングを行うこと、または、フォト工程でレジストを形成することも可能であり、工程が増えるものの、正確なパターンを形成する上では好ましい。
【0074】
図14(a)に示す工程(19):
プローブ針19(19a〜19h)を取り付けるための穴130を機械加工を用いて形成する。ここでは、工程(20)で充填するはんだペースト131が工程(21)でプローブ針19を挿入した際に、図示するようにはんだがプローブ針19を固定するようにするため、若干大きい穴を形成した。その大きさは、穴130とプローブ針19との間の隙間が、はんだペースト内の粒子が通り抜けるくらいがよい。
【0075】
図14(b)に示す工程(20):
上記工程(19)で加工した穴130に、はんだペースト131を充填する。はんだによるプローブ針の固定は、図14(c)に図示するように針19の根元部分で固定されるため、はんだペースト131は、必ずしも穴130の底部分まで充填されている必要はない。
【0076】
図14(c)に示す工程(21):
プローブ針19(19a〜19h)を、取り付け穴130に挿入した。ここで、挿入したプローブ針19の製法については、後述する。
【0077】
図15に示す工程(22):
はんだペースト131の溶解は、ベルト式のリフロー炉を用い、最大温度245℃程度、230℃程度以上で30秒程度保持される時間でリフローを行った。また、用いたはんだペースト131は、SnとCuを主成分とし、第三成分として、Bi、Agを添加したものを用いた。ただし、この場合、必ずしもリフローである必要はなく、ホットプレートを用いた加熱でも良い。また。ここでの加熱は、図12(a)に示す工程(12)に記載の部品搭載時のリフローと異なり、はんだペースト内の有機物成分が沸騰しプローブ針19を押し上げることによる縦方向の位置精度を確保するため、徐々に加熱することが好ましい。
【0078】
次に、電極又は端子24(24a〜24d)の形成方法について図16及び図17を用いて説明する。
【0079】
図16(a)に示す工程(12)において、電極又は端子24(24a〜24d)を、電源配線17a、17b、電子部品13〜16に接続した配線、および信号配線18からなる各配線29から上部へ取りだすために、該電極又は端子24をはんだを用いて各配線29に接続する。図16及び図17は、電極又は端子24(24b、24c)を電源配線29、28(17a、17b)にはんだを用いて接続する場合を示す。この電極又は端子24の各配線29への接続工程は、上記図12(a)に示す工程(12)の電子部品120(11〜16)を搭載する工程で行う。
【0080】
図16(b)に示す工程は、図12(b)に示すモールド工程(13)と同一である。なお、電極又は端子24の上面へのモールド樹脂20は、出来るだけ薄くすることが好ましい。しかし、モールド金型を構成する固定型と可動型との当接面に、電極又は端子24の上面を当接密着させることによって、電極又は端子24の上面へのモールド樹脂20をなくすことが出来、次の研磨工程をなくすことも可能となる。
【0081】
図16(c)に示す工程(14)は、電極又は端子24の上面に被さったモールド樹脂を取り除く研磨工程である。この研磨工程は、上記工程(13)のモールド後に行うことも可能であるが、本図のように工程(15)のステンレス板101を剥離した後でも可能である。
【0082】
図17(a)に示す工程は、図13〜図15に示す如く、プローブ針19を素子内蔵型プローブ10に植設するための工程(16)〜(22)である。
【0083】
図17(b)に示す工程(23)は、工程(14)で露出された電極又は端子24(24b、24c)に通信ケーブルや電源ケーブル23(23c)をはんだ135などを用いて取り付ける工程である。通信ケーブル23aは、被検査チップ1の動作および特性を評価する評価用コンピュータ31に接続され、通信ケーブル23bは、テスト信号を送信するコンピュータ32に接続され、電源ケーブル23cは、直流電源30に接続される。
【0084】
次に、取り付け金具21の形成方法(取り付け方法)について、図18を用いて説明する。即ち、図18(a)〜(c)に示す工程は、図16(a)〜(c)に示す工程において、取り付け金具(この場合ねじ穴を塞いでおけばよい。)21または取り付け金具21の元と成る部品を取り付け用の配線29にはんだを用いて接続し、その後モールド樹脂20でモールドし、その後表面を研磨して取り付け金具21または取り付け金具21の元と成る部品の上面を露出する工程である。即ち、図18(a)〜(c)に示す工程は、取り付け金具21または取り付け金具21の元と成る部品を取り付け用の配線29上に設ける工程である。
【0085】
なお、取り付け金具21の元と成る部品を取り付けた場合には、図18(d)に示すように、上記部品に取り付け用の例えばねじ穴を機械加工で形成する必要がある。図では、ねじ穴は貫通していないが、貫通させても問題はない。
【0086】
以上説明した取り付け金具21を用いて素子内蔵型プローブ10を直接若しくはプローブカード(保持基板)35を介して、図3又は図4に示すようなXYZθステージ70を備えたプローブの機械に取り付けることになる。
【0087】
次に、電極又は端子24への通信ケーブル及び/又は電源ケーブルの接続方法の別の実施例について、図19および図20を用いて説明する。図17(b)に示すように、通信ケーブルおよび電源ケーブル23をはんだ135を用いて電極又は端子24へ接続することも可能であるが、図16および図17に示すように形成した電極又は端子24と図18に示すように形成した取り付け金具21を用いて、端子を取り付けて接続することも可能である。
【0088】
図19(a)では、電極又は端子24と取りつけ金具21が完成した段階を示す。
【0089】
図19(b)に示す工程は、図13(a)〜(c)に示す工程と同一工程であり、プローブ針の台座126と同一形状のものが出来上がる。
【0090】
図19(c)に示す工程は、機械加工を用いて、プローブ針を挿入する穴130と端子を挿入する穴140とを形成する工程である。
【0091】
図20(a)に示す工程は、プローブ針19を上記穴130に挿入してはんだペースト131を用いて固定し、その後通信ケーブル及び/又は電源ケーブル23の電極24への接続する工程である。電極24への接続は、通信ケーブル及び/又は電源ケーブル23の端子23’を上記挿入穴140に挿入してはんだ143によって接続し、上記ケーブル23の端に取り付けられたホルダー141を取り付け金具21にねじ142等を用いて固定する。当然、ホルダー141にコネクタを備えることによって、上記ケーブル23と上記電極若しくは端子24との間をコネクタ接続が可能となる。
【0092】
次に、プローブ針19の製造方法について図23を用いて説明する。
【0093】
まず、図23(a)に示すように、プローブ材料150を支えるためのブロック151に、図のようにタングステンからなる針状のプローブ材料150を設置する。次に、タングステンからなる針状のプローブ材料150は表面が酸化されてはんだ接合が困難になるため、図23(b)に示すように、スパッタエッチングを行って表面の酸化膜を除去した後、続けてクロム膜152/銅膜153を成膜する。そして、このように成膜したタングステンからなる針状のプローブ材料150をブロック151から取り出すことによって、プローブ針19を配線基板25に形成された挿入穴130に挿入してはんだペースト131を用いて固定することが可能となる。
【0094】
以上説明した製造方法により図9に示す素子内蔵型プローブ10が完成することになる。勿論、素子内蔵型プローブ10を図4に示すように、プローブカード35に複数個取り付けることによって、ウエハレベルCSP50状の複数の被検査チップ1を同時に検査することが可能となる。
【0095】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態によれば、プローブ針19や通信ケーブルおよび電源ケーブルを接続するための電極又は端子(コネクタも含む)24を植設した配線基板25に、RFに関連する素子やフラッシュメモリなどの不揮発性メモリ素子を実装し、モールド樹脂20で保護して形成した素子内蔵型プローブ10を用いることによって、通信モジュールのコア部品である例えば無線チップ(高周波対応の半導体素子)などの被検査チップの動作及び特性の検査を行うことが可能になった。
【0096】
また、本発明に係る実施の形態によれば、素子内蔵型プローブにおいてプローブ針を短くすることが可能となり、プローブ針の長さが長いことによる弊害が大きい高周波対応の半導体素子の検査に適させることが可能となる。
【0097】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば通信モジュールのコア部品である無線チップなどの検査を動作状態で確認することが可能となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る例えば高周波対応のアナログ半導体素子(無線チップ)の動作および特性検査を行う検査システムの一実施の形態を示す概略構成図である。
【図2】本発明に係る被検査チップの部分断面を示す図である。
【図3】本発明に係る素子内蔵型プローブのプローブ針を、XYZθステージ上に設けられたホルダーに載置されたウエハレベルCSPに配列された各被検査チップの例えばはんだバンプと接触させる状態を示す斜視図である。
【図4】本発明に係る複数の素子内蔵型プローブを、XYZθステージ上に設けられたホルダーに載置されたウエハレベルCSPに配列された複数の被検査チップの間隔に合わせてプローブカード(保持基板)に取り付けて構成する場合を示した正面図である。
【図5】(a)〜(e)は、本発明に係る被検査チップが配列されたウエハレベルCSPの製造方法の工程A〜Eまでを示す図である。
【図6】(a)〜(e)は、本発明に係る被検査チップが配列されたウエハレベルCSPの製造方法の工程F〜Iまでを示す図である。
【図7】(a)は、本発明に係る被検査チップが配列されたウエハレベルCSPの製造方法の工程Jを示す図であり、(b)は良品の被検査チップをプリント基板に実装して通信用モジュールを作りあげる状態を説明するための図である。
【図8】図7(a)に示す工程Jまでで得られる本発明に係る被検査チップが配列されたウエハレベルCSPを示す斜視図である。
【図9】本発明に係る素子内蔵型プローブの一実施の形態を示す外観斜視図である。
【図10】(a)〜(f)は、本発明に係る素子内蔵型プローブの本体の製造工程(1)〜(6)を示す図である。
【図11】(a)〜(e)は、本発明に係る素子内蔵型プローブの本体の製造工程(7)〜(11)を示す図である。
【図12】(a)〜(c)は、本発明に係る素子内蔵型プローブの本体の製造工程(12)、(13)、(15)を示す図である。
【図13】(a)〜(c)は、本発明に係る素子内蔵型プローブの本体の製造工程(16)〜(18)を示す図である。
【図14】(a)〜(c)は、本発明に係る素子内蔵型プローブの本体の製造工程(19)〜(21)を示す図である。
【図15】本発明に係る素子内蔵型プローブの本体の製造工程(22)を示す図である。
【図16】(a)〜(c)は、本発明に係る素子内蔵型プローブにおいて電極又は端子の取り付け方法を説明するための図である。
【図17】(a)(b)は、本発明に係る素子内蔵型プローブにおいて通信ケーブル及び/又は電源ケーブルを接続する電極又は端子の取り付け方法を説明するための図である。
【図18】(a)〜(c)は、本発明に係る素子内蔵型プローブにおいて取り付け金具の取り付け方法を説明するための図である。
【図19】(a)〜(c)は、本発明に係る素子内蔵型プローブにおいて通信ケーブル及び/又は電源ケーブルを電極に端子を用いて接続する方法を説明するための図である。
【図20】本発明に係る素子内蔵型プローブにおいて通信ケーブル及び/又は電源ケーブルを電極に端子を用いて接続する方法を説明するための図である。
【図21】本発明に係る素子内蔵型プローブの配線基板におけるスパッタ成膜により形成した導体膜の構造を示す図である。
【図22】本発明に係る素子内蔵型プローブの配線基板おいて、配線層を多層化させた構造を示す模式図である。
【図23】(a)〜(c)は、本発明に係る素子内蔵型プローブに植設されるプローブ針の形成方法を説明するための図である。
【図24】本発明に係る素子内蔵型プローブの配線基板を製造するためのステンレス基板、1層目の電気ニッケルめっき、および絶縁層の関係を示す構造断面図である。
【符号の説明】
1…被検査チップ(無線チップ)、2…ラジオ、3…RAM、4…DSP(デジタルシグナルプロセッサ)、5…μP(マイクロプロセッサ)、6…I/O、10…素子内蔵型プローブ、11…フラッシュメモリ(不揮発性メモリ)、12…水晶発振子、13…バラン(増幅機)、14…LNA(ローノイズアンプ)、15…RFスイッチ、16…BPF(バンドパスフィルタ)、17、17a、17b…電源配線、18…信号配線、19、19a〜19h…プローブ針、20…モールド樹脂、21…取り付け金具、22…配線、23…通信ケーブルおよび電源ケーブル、23a、23b…通信ケーブル、23c…電源ケーブル、24、24a〜24d…電極又は端子(コネクタも含む)、25…配線基板、28…第1層目の配線、28a…プローブ針植設部分、29…第2層目の配線、30…電源、31…評価用コンピュータ、32…コンピュータ、35…プローブカード(保持基板)、50…ウエハ(ウエハレベルCSP)、54…パッド、55…保護膜、56…再配線用配線、57…バンプパッド、58…ウエハ、59…表面保護膜、60…はんだバンプ、61…給電膜、62…配線の逆パターン、63…はんだボール、64…プリント基板、65…電気銅めっき、66…電気ニッケルめっき、67…パッドと配線の接合部分、70…XYZθステージ、71…ホルダー、101…ステンレス基板、102…電気ニッケルめっき膜、103…絶縁層、104…導体膜、108…給電膜、111…電気銅めっき膜、112…電気ニッケルめっき膜、113…バンプパッド、115…配線基板、121…はんだボール、114…カバーコート、120(11〜16)…電子部品、122…アンダーフィル、125a…パターン、126…プローブ針の台座、130…プローブ針を取り付けるための穴、131…はんだペースト、135、143…はんだ、140…端子挿入用穴、141…ホルダー、142…ねじ、150…プローブ材料、151…ブロック、152…クロム膜、153…銅膜。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and system for inspecting a semiconductor element such as a wireless chip, in particular, a high-frequency compatible semiconductor element that has a great adverse effect due to a long probe needle.
[0002]
[Prior art]
A wafer is provided with a large number of LSI semiconductor elements (chips) on its surface and is used separately. Further, a large number of electrodes or solder balls for connection to an external substrate are arranged on the surface of the semiconductor element.
[0003]
An inspection device is used to industrially produce a large number of such semiconductor elements and to inspect their electrical performance. This inspection apparatus is composed of a probe card and a probe made of a tungsten needle obliquely projected from the probe card. In the inspection by this apparatus, a method of inspecting the electrical characteristics by rubbing the electrode or solder ball for connecting the wafer by contact pressure using the deflection of the probe made of a tungsten needle is used.
[0004]
As an inspection method and an inspection apparatus capable of inspecting characteristics of a semiconductor element when an operation test using a high-speed signal is required as the density and pitch of the semiconductor element are further increased as described above, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 64 A technique described in Japanese Patent No. 711141 is known. This technique uses a spring probe having a shape in which two movable pins urged by springs so as to protrude in opposite directions are fitted into a tube so as to be freely retractable. That is, the inspection is performed by bringing the movable pin on one end of the spring probe into contact with the electrode of the inspection object and bringing the movable pin on the other end into contact with a terminal provided on the substrate on the measurement circuit side. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above prior art, it is common to inspect by attaching a probe needle made of tungsten or the like to a probe card. However, when the probe needle becomes long, a problem of crosstalk occurs in a high-frequency compatible semiconductor element. Moreover, it is desirable that the terminal to be measured and the ground are close to each other, but it is difficult to obtain such a structure when the probe is drawn with a long probe needle.
[0006]
An object of the present invention is to make it possible to check in an operating state, for example, an inspection of a high-frequency wireless chip that is a core component of a communication module, in order to solve the above-described problemsDoBuilt-in probeManufacturing methodIs to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a probe with a built-in element in which a probe needle for use in testing a semiconductor element and an inspection circuit for checking operation are integrated.Manufacturing methodIt is characterized by.
[0010]
That is, the present invention includes a first insulating layer, a first wiring layer formed on the first insulating layer, a second insulating layer formed on the first insulating layer and covering the first wiring layer, A second wiring layer formed on the second insulating layer and electrically connected to the first wiring layer through the second insulating layer; and an upper surface of the second wiring layer formed on the second insulating layer. A wiring board having a third insulating layer having an exposed opening; a probe needle implanted in the first wiring layer of the wiring board and projecting downward from the first insulating layer; and the second wiring A method for manufacturing a probe with a built-in element comprising electronic components and terminals electrically connected to each layer,
The manufacturing method includes:
A first step of connecting the electronic component and the terminal by solder to the upper surface of the second wiring layer exposed from the third insulating layer through the opening;
A second step of covering the electronic component and the terminal with a mold resin and curing the mold resin;
By polishing the upper surface of the mold resin, a third step of exposing the upper surface of the terminal from the mold resin in the state where the electronic component is embedded in the mold resin is performed in this order.Yes,
The probe needle is inserted into a hole formed from the first insulating layer through the first wiring layer to the second insulating layer after the third step and filled with a solder paste.It is characterized by that.
In the method of manufacturing a probe with a built-in element according to the present invention, the electronic component is one of the second wiring layers connected to the electronic component, the first wiring layer connected to the one second wiring layer. Through one wiring layer and the other one of the second wiring layers connected to the first wiring layer, electrically connected to the terminal joined by soldering to the upper surface of the other second wiring layer It is characterized by being.
Further, the present invention is the method for manufacturing an element-embedded probe, wherein the probe needle includes the first wiring layer in which the probe needle is implanted, and one of the second wiring layers connected to the first wiring layer. And is electrically connected to the terminal joined by solder to the upper surface of the one second wiring layer.
According to the present invention, in the method of manufacturing an element-embedded probe, an underfill is injected between the third insulating layer and the electronic component between the first step and the second step. An electronic component is fixed to the wiring board.
The present invention is also characterized in that, in the method for manufacturing a probe with a built-in element, a cable is soldered to the upper surface of the terminal exposed from the mold resin.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a method for performing a characteristic inspection including an operation test of a chip to be inspected composed of, for example, a high-frequency compatible analog semiconductor element (wireless chip) according to the present invention and an element-embedded probe used therefor will be described with reference to the drawings. .
[0015]
An inspection system for performing an operation and characteristic inspection of an analog semiconductor device (wireless chip), for example, corresponding to a high frequency according to the present invention is configured as shown in FIG. That is, this inspection system is basically performed on a wafer on which a wafer level CSP (chip scale package) is formed as the
[0016]
As shown in FIG. 1, for example, a
[0017]
Therefore, for example, the element built-in
[0018]
The
[0019]
With the above configuration, first, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, each of the chips to be inspected arranged on the
[0020]
Incidentally, the
[0021]
In the case shown in FIG. 4, a plurality of element built-in
[0022]
In this way, the test signal is output from the
[0023]
Next, the structure of the
[0024]
The surface of the
[0025]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device that is the
[0026]
Step A shown in FIG.
For example, a semiconductor circuit as shown in FIG. 1 as a
[0027]
Step B shown in FIG.
A
[0028]
Step C shown in FIG.
A
[0029]
Step D shown in FIG.
A
[0030]
Step E shown in FIG. 5 (e) and Step F shown in FIG. 6 (a):
Electroplating is performed using this pattern to form the
[0031]
Step G shown in FIG. 6B and Step H shown in FIG.
The photoresist used for the
[0032]
Step I shown in FIG.
A surface
[0033]
Step J shown in FIG.
[0034]
The solder bump formation can be realized by using a commercially available solder ball mounter and a reflow furnace. That is, the solder ball mounter mounts a predetermined amount of flux and solder balls on the
[0035]
The
[0036]
Next, as described above, as shown in FIG. 3, the probe needles 19 of the element built-in
[0037]
Incidentally, the
[0038]
After the inspection, the
[0039]
Further, as shown in FIG. 7B, in the above inspection, a non-defective inspected
[0040]
Next, a method for manufacturing the element-embedded
[0041]
FIG. 9 is a perspective view showing the external appearance of the element-embedded
[0042]
First, a method for forming the element built-in
[0043]
10 to 15, in the element built-in
[0044]
Step (1) shown in FIG.
A
[0045]
Step (2) shown in FIG.
An insulating
[0046]
Step (3) shown in FIG.
A
[0047]
Step (4) shown in FIG.
A resist
[0048]
Step (5) shown in FIG.
The
[0049]
There are various etching solutions for the
[0050]
There are various types of etching of the copper film 104b, such as iron chloride and an alkaline etching solution. In this embodiment, an etching solution mainly containing sulfuric acid / hydrogen peroxide solution was used. If the etching time is short, it is difficult to control and disadvantageous from a practical point of view, but if etching is performed for an excessively long time, there is a problem that side etching becomes large or tact becomes long. It is better to obtain it by experiments as appropriate. Subsequent etching of the lower chromium film was performed in the same manner as the etching of the upper chromium film.
[0051]
In this way, a wiring pattern (chromium (about 75 nm) / copper (about 2 μm) / connected to the
[0052]
Then, the resist
[0053]
Step (6) shown in FIG.
On top of that, as in the step (1) shown in FIG. 10A, an insulating
[0054]
Step (7) shown in FIG.
A
[0055]
As the sputtered film in this example, a multilayer film of chromium (about 75 nm) / copper (about 0.5 μm) was formed. The function of the chromium here is to ensure the adhesion between the copper located above and below the insulating
[0056]
On the other hand, the copper film thickness is preferably a minimum film thickness distribution that does not cause a film thickness distribution when the electrolytic
[0057]
Step (8) shown in FIG.
Using the photolithography technique, a reverse pattern of the
[0058]
Step (9) shown in FIG.
A second wiring layer (conductor layer) 29 is formed by electroplating. The
[0059]
Thus, as shown in the circuit diagram of FIG. 1, the
[0060]
Further, the
[0061]
The electrolytic
[0062]
Step (10) shown in FIG.
The
[0063]
Step (11) shown in FIG.
The
[0064]
Step (12) shown in FIG.
In this step (12), step (12) shown in FIGS. 16A and 18A is also executed.
[0065]
Electronic components 120 (11 to 16) are mounted on
[0066]
In addition to supplying solder with solder balls, there is a method of forming solder bumps by printing and applying solder paste onto the
[0067]
As described above, after the step (12) shown in FIG. 12 (a) and the step (12) shown in FIGS. 16 (a) and 18 (a) are completed, the process proceeds to the next step (13). Become.
[0068]
Step (13) shown in FIG.
An
[0069]
After filling the
Next, the polishing step (14) shown in FIGS. 16 (c) and 18 (c) is entered. In addition, you may put a grinding | polishing process (14) after the following process (15).
[0070]
Step (15) shown in FIG.
Thereafter, the
[0071]
Step (16) shown in FIG.
Using the resist 125, a
[0072]
Step (17) shown in FIG.
The resist 125 formed for forming the
[0073]
Step (18) shown in FIG.
The
[0074]
Step (19) shown in FIG.
A
[0075]
Step (20) shown in FIG.
The
[0076]
Step (21) shown in FIG.
The probe needle 19 (19a to 19h) was inserted into the
[0077]
Step (22) shown in FIG. 15:
The
[0078]
Next, a method for forming the electrodes or terminals 24 (24a to 24d) will be described with reference to FIGS.
[0079]
In the step (12) shown in FIG. 16A, the electrodes or terminals 24 (24a to 24d) are connected to the
[0080]
The process shown in FIG. 16B is the same as the molding process (13) shown in FIG. It is preferable that the
[0081]
Step (14) shown in FIG. 16C is a polishing step for removing the mold resin covering the upper surface of the electrode or
[0082]
The steps shown in FIG. 17A are steps (16) to (22) for implanting the
[0083]
Step (23) shown in FIG. 17B is a step of attaching the communication cable or power cable 23 (23c) to the electrode or terminal 24 (24b, 24c) exposed in step (14) using
[0084]
Next, a method for forming the attachment fitting 21 (attachment method) will be described with reference to FIG. That is, the steps shown in FIGS. 18 (a) to 18 (c) are the same as those shown in FIGS. 16 (a) to 16 (c), in which the mounting bracket (in this case, the screw hole may be closed) 21 or the mounting
[0085]
In addition, when the component used as the origin of the attachment metal fitting 21 is attached, as shown in FIG.18 (d), it is necessary to form the screw hole for attachment in the said component by machining, for example. In the figure, the screw hole does not penetrate, but there is no problem even if it penetrates.
[0086]
Mounting the element-embedded
[0087]
Next, another embodiment of a method for connecting a communication cable and / or a power cable to the electrode or terminal 24 will be described with reference to FIGS. 19 and 20. As shown in FIG. 17B, it is possible to connect the communication cable and the
[0088]
FIG. 19A shows a stage where the electrode or terminal 24 and the mounting
[0089]
The process shown in FIG. 19B is the same as the process shown in FIGS. 13A to 13C, and the same shape as the
[0090]
The step shown in FIG. 19C is a step of forming the
[0091]
The process shown in FIG. 20A is a process in which the
[0092]
Next, a method for manufacturing the
[0093]
First, as shown in FIG. 23A, a needle-
[0094]
The element built-in
[0095]
As described above, according to the embodiment of the present invention, the RF or the like is provided on the
[0096]
In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to shorten the probe needle in the element built-in type probe, and it is suitable for inspection of a high-frequency compatible semiconductor element that has a large adverse effect due to the long probe needle length. It becomes possible.
[0097]
【The invention's effect】
According to the present invention, for example, it is possible to check an inspection of a wireless chip that is a core component of a communication module in an operating state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an inspection system for performing an operation and characteristic inspection of an analog semiconductor device (wireless chip) compatible with, for example, high frequency according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a partial cross section of a chip to be inspected according to the present invention.
FIG. 3 shows a state in which a probe needle of a probe with a built-in element according to the present invention is brought into contact with, for example, solder bumps of chips to be inspected arranged on a wafer level CSP placed on a holder provided on an XYZθ stage. It is a perspective view shown.
FIG. 4 shows a probe card (holding) according to the interval between a plurality of chips to be inspected arranged on a wafer level CSP placed on a holder provided on an XYZθ stage. It is the front view which showed the case where it attaches and comprises on a board | substrate.
FIGS. 5A to 5E are views showing steps A to E of a method for manufacturing a wafer level CSP in which chips to be inspected according to the present invention are arranged.
FIGS. 6A to 6E are diagrams showing steps F to I of a method for manufacturing a wafer level CSP in which chips to be inspected according to the present invention are arranged.
7A is a diagram showing a process J of a manufacturing method of a wafer level CSP in which chips to be inspected according to the present invention are arranged, and FIG. 7B is a diagram in which a non-defective chip to be inspected is mounted on a printed circuit board. It is a figure for demonstrating the state which creates the module for communication.
FIG. 8 is a perspective view showing a wafer level CSP in which chips to be inspected according to the present invention obtained by step J shown in FIG. 7A are arranged.
FIG. 9 is an external perspective view showing an embodiment of an element-embedded probe according to the present invention.
FIGS. 10A to 10F are views showing manufacturing steps (1) to (6) of the main body of the element-embedded probe according to the present invention.
FIGS. 11A to 11E are views showing manufacturing steps (7) to (11) of the main body of the element-embedded probe according to the present invention. FIGS.
FIGS. 12A to 12C are views showing manufacturing steps (12), (13), and (15) of the body of the element-embedded probe according to the present invention.
FIGS. 13A to 13C are views showing manufacturing steps (16) to (18) of the body of the element-embedded probe according to the present invention. FIGS.
FIGS. 14A to 14C are views showing manufacturing steps (19) to (21) of the main body of the element-embedded probe according to the present invention. FIGS.
FIG. 15 is a diagram showing a manufacturing process (22) of the main body of the element-embedded probe according to the present invention.
FIGS. 16A to 16C are views for explaining a method of attaching an electrode or a terminal in the element built-in type probe according to the present invention. FIGS.
FIGS. 17A and 17B are views for explaining a method of attaching electrodes or terminals for connecting a communication cable and / or a power cable in the element-embedded probe according to the present invention. FIGS.
FIGS. 18A to 18C are views for explaining a mounting method of a mounting bracket in the element-embedded probe according to the present invention.
FIGS. 19A to 19C are diagrams for explaining a method of connecting a communication cable and / or a power cable to electrodes using terminals in the element built-in type probe according to the present invention.
FIG. 20 is a diagram for explaining a method of connecting a communication cable and / or a power cable to an electrode using a terminal in the element-embedded probe according to the present invention.
FIG. 21 is a view showing the structure of a conductor film formed by sputtering film formation on the wiring board of the element built-in probe according to the present invention.
FIG. 22 is a schematic view showing a structure in which wiring layers are multilayered in a wiring board of an element-embedded probe according to the present invention.
FIGS. 23A to 23C are views for explaining a method of forming a probe needle implanted in the element-embedded probe according to the present invention. FIGS.
FIG. 24 is a structural cross-sectional view showing the relationship among a stainless steel substrate, a first layer of nickel electroplating, and an insulating layer for manufacturing the wiring board of the element built-in probe according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記製造方法は、
前記第3絶縁層から前記開口によって露出された前記第2配線層の上面に前記電子部品及び前記端子をはんだで接続する第1工程と、
前記電子部品と前記端子とをモールド樹脂で被覆し且つ該モールド樹脂を硬化させる第2工程と、
前記モールド樹脂の上面を研磨することにより、前記電子部品を該モールド樹脂に内蔵した状態で前記端子の上面を該モールド樹脂から露出させる第3工程とをこの順に行い、
前記プローブ針は、前記第3工程後に前記第1絶縁層から前記第1配線層を通して前記第2絶縁層に到って形成され且つはんだペーストが充填された孔に挿入されることを特徴とする素子内蔵型プローブの製造方法。A first insulating layer; a first wiring layer formed on the first insulating layer; a second insulating layer formed on the first insulating layer and covering the first wiring layer; formed on the second insulating layer And a second wiring layer electrically connected to the first wiring layer through the second insulating layer, and a second wiring layer formed on the second insulating layer and having an opening exposing the upper surface of the second wiring layer. A wiring board having three insulating layers, a probe needle implanted in the first wiring layer of the wiring board and projecting downward from the first insulating layer, and a second wiring layer electrically connected to the second wiring layer, respectively. A method for manufacturing a probe with a built-in element comprising connected electronic components and terminals,
The manufacturing method includes:
A first step of connecting the electronic component and the terminal by solder to the upper surface of the second wiring layer exposed from the third insulating layer through the opening;
A second step of covering the electronic component and the terminal with a mold resin and curing the mold resin;
By polishing the upper surface of the mold resin, it has rows and a third step in this order to expose the upper surface of the terminal of the electronic component in a state of being incorporated in the mold resin from the mold resin,
The probe needle is inserted into a hole formed from the first insulating layer to the second insulating layer through the first wiring layer after the third step and filled with a solder paste. A method for manufacturing an element-embedded probe
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