JP4246558B2 - Wiring substrate for probe and method for manufacturing semiconductor element - Google Patents

Wiring substrate for probe and method for manufacturing semiconductor element Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の検査に用いる接続装置、または半導体チップ検査装置、または半導体チップ製造装置、またはこれを用いて製造された半導体チップに関するものであり、特に微小電極パッドが狭ピッチに配列され、あるいは多数の電極パッドを同時に接続可能で、高速信号を伝送する半導体素子に対する接続に適するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の半導体モジュールは、LSIやメモリなどの半導体チップを集積したマルチチップモジュール化が非常に盛んである。これは、ベアチップ化により半導体チップの集積度が飛躍的に向上したことに依るところが大きい。
【0003】
図1(a)は半導体チップ2が多数並列されたウエハ1を示す斜視図であり、図1(b)は1個の半導体チップ2を拡大して示した斜視図である。半導体チップ2は、ウエハ1に多数並設されて形成され、その後切り離されて使用に供される。半導体チップ2の表面には、周辺に沿って多数の電極パッド3が配列されている。半導体チップの高集積化に沿って、上記電極パッド3の狭ピッチ化および高密度化がさらに進む状況にある。電極パッドの狭ピッチ化としては、200μm程度以下で、例えば、130μm、100μm、それ以下となってきており、40μmに迫る製品も開発されている。電極パッドの高密度化としては、周辺に沿って、1列から2列へ、さらに全面に配列される傾向である。
【0004】
また、半導体チップの高速化も著しく、マイコンではクロックが数ギガヘルツ程度にまで達している。
【0005】
このような半導体チップやこれを内蔵するマルチチップモジュールを歩留まりよく製造するためにも、半導体チップの製造工程末期で、電気的特性を効率的に検査する技術が要求されている。
【0006】
これに対し、高密度な配線が形成された検査用配線基板に、微小な接触端子が高密度に接続された機構を有する接続装置が開発されてきた。
【0007】
従来のプロービング装置としては、特開平07−283280号公報、特開平8−50146号公報、特開平10−308423号公報及び特開平11−23615号公報において知られている。
【0008】
また、従来の高密度配線基板の製造方法としては、特開平08−78846号公報において知られている。
【0009】
【特許文献1】
特開平07−283280号公報
【特許文献2】
特開平8−50146号公報
【特許文献3】
特開平10−308423号公報
【特許文献4】
特開平11−23615号公報
【特許文献5】
特開平08−78846号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
チップの小型化とウエハの大径化により、ウエハ1枚で製造される半導体チップ数は増加しており、これらの検査に要する時間は飛躍的に増大している。狭ピッチに配置された微細な電極パッドに対する接続装置を製造するには、電極パッドに相当する微細かつ狭ピッチな接触端子の形成と、狭ピッチな配線を有する検査用配線基板と、両者を接続する狭ピッチ接続技術とを、適切に集約する必要がある。また、複数の半導体チップを同時に接続することでも検査時間の短縮は図れるが、接続端子の形状および位置を精確に固定する必要がある。
【0011】
しかしながら、基材であるポリイミド膜の熱膨張係数αは数十〜数百ppm/℃であり、検査対象の基材であるシリコンのα(数ppm/℃)より大きい。そのため製造工程中の熱履歴による絶縁フィルムの内部応力は大きく、伸縮しやすい。また接触特性としては、低荷重で数十万回〜数百万回もの繰り返し接続を安定して行うことが要求される。複数の接触端子を検査対象の電極に同時に接続する場合、検査対象の電極と接触端子とを平行にしなければならない。しかし製造精度上、非常に困難である。そのため接続動作において、ある数箇所の接触端子が電極へ接続した後もさらに押し付け動作を行う。このような過大な荷重を吸収する部材は主としてポリイミド層しかないため、一部の接触端子は繰り返し接続の早期の段階で押しつぶされてしまう。また、スルーホールの微細化や狭ピッチ化の構造・製造方法・限界や、半導体チップの電極パッドとの接続装置については触れられてはいない。
【0012】
検査対象であるチップ信号の高速化に伴い、検査用接続装置にも高速信号を伝送する必要がある。高速信号を伝送する場合、輻射により電磁波が発生する。上記で述べたように、検査用配線基板には狭ピッチ配線を形成する必要があり、例えば配線構造の多層化はこれの非常に有力な手段である。このような配線構造体において、高速信号を伝送する信号線の周辺には、これとは独立した信号線が形成される。上記電磁波は、こうした周辺の信号線のノイズとなるため、正常な検査を行えない。そのため、ノイズの伝播を抑制することが課題である。
【0013】
一般にプリント板をはじめとする配線基板で、特に高速信号用に用いられる基板については、電磁輻射のノイズ伝播を抑制するため、グランド層を併設している。
【0014】
しかし、半導体チップなどと接続するためのプロービング装置においては、従来のプローブでは低速信号にその対象が絞られていたため用いられていない。
【0015】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、上記の利点を確保しつつ、電極パッドのサイズと同程度の微細かつ均一形状な接触端子が電極パッドのピッチと同程度にまで狭ピッチかつ高密度かつ高い位置精度に配置されたプローブ用配線基板を提供することにある。
【0016】
また、本発明の他の目的は、両者が電気的に良好な接続がなされたプロービング装置であって、多数の電極パッドや複数のチップの電極パッドに対する同時接続にも対応可能なプロービング装置およびこれらのプロービング装置を用いた半導体素子の製造方法を提供することにある。
【0017】
【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、検査対象上に配列された電極群に該電極群に対応してプロービング側の領域部に配列された接触端子群を接触させて電気信号を前記検査対象に入出力するためのプローブ用配線基板であって、前記接触端子群の各接触端子部に電気的に接続される第1の配線部を複数有する第1の配線層と、該第1の配線層と第2の絶縁層を挟み込んで形成された第2の配線部を複数有する第2の配線層と、前記第2の絶縁層に設けられ、前記各第1の配線部と前記各第2の配線部とを電気的に接続する第2のスルーホール導体部と、前記第1の配線層と第2の配線層との間の前記第2の絶縁層内に埋め込み、少なくとも前記第2のスルーホール導体部近辺を開口させた金属薄板とを備え、前記第2又は第1の配線部を周縁部まで引き出し配線で引き出すように形成したことを特徴とする。
【0018】
また、本発明は、前記金属薄板をグランド層とすることを特徴とする。
【0019】
また、本発明は、前記接続端子群と前記第1の配線層との間に第1の絶縁層を挟み込み、前記各接触端子部と前記第1の配線部との間を前記第1の絶縁層に設けられた第1のスルーホール導体部で電気的に接続して構成したことを特徴とする。
【0020】
また、本発明は、前記接触端子群と前記第1の配線層とをほぼ同層で形成し、前記各接触端子部と前記第1の配線部とを電気的に繋げて構成したことを特徴とする。
【0021】
また、本発明は、前記各接触端子部を前記第1のスルーホール導体部の底面にはんだ接合により固着したことを特徴とする。
【0022】
また、本発明は、前記金属薄板において前記接触端子群の真上近辺に開口を形成し、前記絶縁層上において前記接触端子群の真上近辺に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記絶縁層に埋め込まれた前記金属薄板の開口を通して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とする。
【0023】
また、本発明は、前記金属薄板において前記接触端子群の真上近辺に開口を形成し、前記絶縁層において前記金属薄板の開口を通して前記接触端子群の上面近傍まで到達する穴内に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とする。
【0024】
また、本発明は、検査対象上に配列された電極群に該電極群に対応してプロービング側の領域部に配列された接触端子群を接触させて電気信号を前記検査対象に入出力するためのプローブ用配線基板であって、前記接触端子群上に第1の絶縁層を挟み込んで設けた第1の配線層と、前記第1の絶縁層に形成され、前記第1の配線層を構成する複数の第1の配線部の各々と前記接触端子群の各接触端子部とを電気的に接続する第1のスルーホール導体部と、前記第1の配線層を被覆する保護用絶縁層と、該保護用絶縁層上に接着され、前記接触端子群の真上近辺を開口させた金属薄板から形成されたグランド層と、前記保護用絶縁層上において前記開口内に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記保護用絶縁層及び前記第1の絶縁層を介して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とする。
【0025】
また、本発明は、前記プローブ用配線基板を支持配線基板に取付け、該プローブ用配線基板のプロービング側と反対の側の前記領域部に取り付けられた押さえ部材に対して接触圧付与手段によって接触圧を付与するプロービング装置を用いて、前記引き出し配線を介してテスタに接続された前記接触端子群と前記検査対象の半導体素子の電極群とを、相対的に位置合せを行って所望の接触圧で接触させて電気的に接続し、この接続されたテスタと前記電極との間で電気信号の授受を行って前記半導体素子の電気的特性について検査して半導体素子を製造することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【0027】
本発明に係る、ウエハの状態において、微細な電極パッドが狭ピッチに、高密度に配列した半導体素子が多数並設された中の1個または多数個の半導体チップについて、同時に、小さな接触圧(1ピン当たり3〜50mN程度)で、表面に酸化物が形成されたアルミニウムまたははんだ等の電極パッド3と、0.05〜0.1Ω程度の安定した低抵抗値で確実に接続させて、テスタにより各半導体素子の高密度化および狭ピッチ化に対応でき、しかも多数個チップ同時接続による検査を可能にし、高速電気信号(100MHz〜数10GHz程度の高周波数)による電気的特性評価を可能にするプロービング装置及びそれを用いて半導体素子の電気的特性について検査して半導体素子を製造することについて説明する。
【0028】
まず、本発明に係るプロービング装置(接続装置)に用いられるプローブ用配線基板の実施例について説明する。
【0029】
<プローブ用配線基板の第1の実施例>
本発明に係る接続装置に用いられるプローブ用配線基板の第1の実施例の製造工程を図4に示す。
【0030】
まず、単結晶シリコンウエハ20の(100)面に対し、例えば酸化温度を1000度とした酸素雰囲気中に90分保持することにより、厚さ0.2μmの二酸化シリコン膜30を形成する。次に、二酸化シリコン膜30の表面に厚さ3μmの感光性レジストを塗布し、後工程において接触端子を形成する領域のレジストをホトリソグラフィにより除去する。これにより、角20μmの開口部が30μm間隔に複数個並んだレジストを形成する。フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液に浸漬し、開口部の二酸化シリコン膜をエッチングする。次に感光性レジストを除去し、二酸化シリコンをマスクとして、露出したシリコン面を90度に加熱した水酸化カリウム水溶液により異方性エッチングし、底面が角20μmである四角錐形状の穴31を形成する。この結果、図4(a)に示す断面が得られることになる。そして、再度、熱酸化処理することで0.2μm厚の二酸化シリコン膜21を形成する。以上は、特開平07−283280号公報に記載されている方法と同様である。
【0031】
次に、二酸化シリコン膜21の上に、スパッタによりクロム(0.5μm厚程度)、銅(1μm厚程度)の順に積層して下地膜22とすることにより、図4(b)に示す断面形状が得られる。
【0032】
このように二酸化シリコン膜21上に形成する下地膜22としては、金、白金、銀、ロジウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン、クロム、銅および錫からなる群から選択された少なくとも1種の金属またはその合金が挙げられる。
【0033】
下地膜22として二酸化シリコン膜21上にスパッタにより成膜される1μm厚程度の金膜は、シリコンウエハ上の二酸化シリコン膜21と後述する接触端子部47およびポリイミド膜32との密着力が強くないため、二酸化シリコン膜21と接触端子部47およびポリイミド膜32との分離が特に優れて容易となる。
【0034】
また、下地膜22として二酸化シリコン膜21上に金とタングステンをこの順で積層して形成した場合は、シリコンウエハ上の二酸化シリコン膜21と金膜、タングステン膜と接触端子部47およびポリイミド膜32と間で密着力が良好なため、接続装置に用いられるプローブ用配線基板を安定して製造できる。また、工程中の熱処理により金はタングステン膜中に拡散し、製造工程の末期で、金は接触端子部47およびポリイミド膜32aとの界面にまで拡散するため、二酸化シリコン膜21と接触端子部47およびポリイミド膜32aとの分離が容易となり、製造工程中の不良発生を減少させることができる。
【0035】
また、下地膜22として上述したようにクロムと銅をこの順で積層して形成した場合は、シリコンウエハ上の二酸化シリコン膜21とクロム膜、膜と接触端子部47およびポリイミド膜32aと間で密着力が良好なため、接続装置に用いられるプローブ用配線基板を安定して製造できる。
【0036】
次に、下地膜22上に感光性レジストを厚さ10μm塗布し、四角錐状の穴を含む接触端子部の形成箇所のレジストをホトリソグラフィにより除去する。
【0037】
次に、除去されたレジスト開口部に硬質の金属であるニッケルめっきを充填して四角錐状の接触端子を有する接触端子部47を形成する。その後接触端子部の形成箇所以外にあるレジストを除去する。その後接触端子部47上および接触端子部47の間の下地膜上に絶縁層となる15μm厚程度(12μm〜20μm程度)のポリイミド膜32aを形成する。
【0038】
次に、金属膜であるアルミニウム膜33を絶縁層を形成するポリイミド膜32a上にスパッタし、感光性レジストのホトリソグラフィとリン酸を主成分とした混酸によるアルミニウム膜33に対するエッチングにより、アルミニウム膜33における接触端子部の一部を開口させる。このようにホトリソグラフィにより金属膜であるアルミニウム膜33のマスクを形成するため、高度な位置精度を有するマスクを形成できる。
【0039】
次に、絶縁層としてのポリイミド膜32aに密着され、且つ開口パターンが形成された金属膜であるアルミニウム膜33をマスクとし、ニッケル製接触端子部が露出するまで、レーザまたは反応性ガスによるドライエッチング等を用いてポリイミド膜等の絶縁層32aに、10〜20μm程度の微小穴からなるスルーホール34aを形成する。この結果、図4(c)に示す断面形状が得られる。
【0040】
レーザ加工を用いる場合には、レーザの種類としては、紫外光レーザが望ましく、エキシマレーザが例示される。加工面でのエネルギ密度により、図2に示すように、レーザ光軸11の垂直面12とスルーホールの側壁とのなす角度、すなわちテーパ角16を制御できることが知られている。例えば、エネルギ密度0.25J/cm2のエキシマレーザによるポリイミド加工では65度程度、0.20J/cm2では55度程度である。これより、厚さ15μm程度のポリイミド膜32に対するスルーホール34の加工は、0.25J/cm2の場合12μm程度、0.20J/cm2の場合20μm程度まで小径化できる。エネルギ密度を高めるとテーパ角は拡大するが、エキシマレーザによる加工はいわゆるアブレーション現象が支配的なため、テーパ角が90度を越えて拡大することはない。さらにアブレーション加工では、樹脂の炭化作用が小さく、残渣の発生を抑制できるため、残渣のクリーニング処理が不要もしくは軽減できる。
【0041】
反応性ガスによるドライエッチングを用いる場合には、酸素ガスを主反応性ガスとする反応性イオンエッチングが例示される。これによると、酸素のイオン衝撃あるいは酸化作用が加工を支配する。この場合にもテーパ角は定義されるが、90度を越えたテーパ角、いわゆる逆テーパ角のスルーホール34を形成できる。ガス圧力、加工時間などの加工条件により、極度なテーパ角とならないようスルーホールの形状を制御できる。即ち、反応性ガスを用いると、テーパ角90度程度のスルーホール34を加工できる。そのため、ポリイミド膜32に形成するスルーホール34を、角10μm程度まで微細化できた。さらに、スルーホール微細化に伴い、接触端子部47の間隔をさらに近接させたプローブ用配線基板35を得ることができる。従って、ドライエッチングは小径化に効果的なスルーホール形成法である。
【0042】
また、ポリイミド膜等の絶縁層32にスルーホール34を形成する方法としては、光学部品により位置決めされたレーザを照射する方法が例示される。この方法は、ガルバノミラーに代表される光学部品により位置決めしたレーザを用いるため、マスク33が不要となり、プローブ用配線基板のコストを低減することが可能となる。樹脂の炭化作用による残渣発生を制御しつつ、より微小径なスルーホールを加工するには、アブレーション加工である紫外光レーザが望ましく、高調波YAGレーザなどが例示される。また、炭酸ガスレーザを用いても、反応性ガスのドライエッチングにより残渣を除去すれば、小径スルーホールの形成は可能である。このようにして形成したスルーホール34は、極度な逆テーパとならない。
【0043】
ところで、後述するようにスルーホール34部に配線形成する際、テーパ角が90度以上だと、以下のような障害が発生する。すなわち、めっきなどのウェットプロセスを行うと、図3(b)のようにスルーホール上部がはじめに塞がり、スルーホール中にめっき未充填部分26が残ることがある。また、仮に、スパッタなどドライプロセスで金属膜を形成する場合には、図3(a)のように、陰となりスパッタ膜が形成しない部分24ができ均一な膜が形成できない。
【0044】
しかしながら、レーザ加工によるスルーホール形成方法はこのような障害の防止に有利な加工法である。
【0045】
次に、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してアルミニウム膜33を除去する。次に、スルーホール側壁を含むポリイミド膜32a上に、密着性を良くするためにクロムと銅の膜をスパッタにより逐次積層し、これを種膜として、いわゆるセミアディティブ法により、レジストパターニング、銅めっき、パターン分離を施して第1層の配線部48を形成する。当然、絶縁層であるポリイミド膜32aに形成された微小穴からなるスルーホール34a内には導体部(ビア)が銅などのめっきにより埋め込まれて第1層の配線部48が形成される。その後、第1層の配線48上および第1層の配線48の間の絶縁層としてのポリイミド膜32a上に保護用ポリイミド膜27を形成する。この保護用ポリイミド膜27は、第1層の配線48を保護するためと、後述するグランド層40を第1層の配線48から上下方向に離間させるためである。
【0046】
次に、例えば新日鐵化学(株)製SPB−Aなどのポリイミドを基材とする低融点接着シート28を介して、金属薄板としての0.08mm〜0.15mm程度の厚さの42アロイシート29を検査用配線基板のほぼ全面に亘って積層接着する。この結果、図4(d)に示す断面形状が得られる。
【0047】
後述するようにグランド層40を形成するための0.08mm〜0.15mm程度の厚さの金属薄板29としては、少なくともニッケル、クロム、コバルト、アルミニウムのいずれかを含む鉄系合金、あるいは該鉄系合金に銅クラッドを施した鉄系複合材、タングステン、銅、モリブデン、タンタル、ニッケル、アルミニウムなどが挙げられる。接続対象である半導体チップは、シリコンなどの低熱膨張材料を基材としているため、プローブ用配線基板の熱膨張係数も小さいことが望ましい。特に、半導体チップを加熱した状態で接続するいわゆるバーンイン検査に使用するには、この特性は必須である。そのため、インバー(鉄−36wt%ニッケル合金)や上述した42アロイ(鉄−42wt%ニッケル合金)などが望ましい。また、銅やアルミニウムは電気抵抗が低いため、これをグランド層とする場合有利であり、耐食性に優れている。
【0048】
次に、金属薄板である42アロイシート29において上記配線48におけるパッド箇所の近辺に開口部を形成するようにエッチングにより除去することによって、残りの42アロイシートによってグランド層40が形成される。次に、グランド層40上およびグランド層40の間の接着シート28上に42アロイシート29の厚さよりも厚い100〜170μm程度の厚さの絶縁層としてのポリイミド膜32bを形成する。
【0049】
次に、グランド層40を露出させることのないようにして42アロイシートの開口部における保護用ポリイミド膜27、接着シート28および絶縁層としてポリイミド膜32bに、配線48上のパッドに到達する20〜80μm程度の微小径穴34bを、上述したスルーホール34aと同様な加工法によってあける。次に、穴34b内およびポリイミド膜32bの表面に銅などのめっき膜を施し、パターニングして第3層の配線部39を形成し、シリコンウエハ20上に形成された接触端子部付きプローブ用配線基板35を得る。図4(e)においては、信号用の接触端子部47が、ポリイミド膜からなる絶縁層32aに形成された微細なスルーホール34aに銅などのめっきにより埋め込まれた導体部(ビア)を有する第1層の配線部48を介して、該第1層の配線部48のパッドと保護ポリイミド膜32、接着シート28及びポリイミド膜からなる絶縁層32bに形成された微細なスルーホール34bに銅などのめっきにより埋め込まれた導体部(ビア)を有する第3層の配線39に接続される場合を示している。要するに、第3層の配線39は、第1層の配線部のパッドと微細なスルーホール34bに埋め込まれた導体部(ビア)によって接続される。その結果、0.08mm〜0.15mmの厚さの金属薄板29を開口させて形成されたグランド層40は、第1層の配線部48、スルーホール34bに埋め込まれた導体部(ビア)および第3層の配線部39で囲まれ、信号線の高速信号特性(100MHz〜数10GHz程度の高周波数)を大幅に向上させることが可能となる。なお、図10及び図11に示す如く、周囲まで引き出させる引き出し配線としては、第3層の配線39でもよいし、第1層の配線48でもよい。
【0050】
また、グランド用の接触端子部47は、微細なスルーホール3aを介して第1層の配線部に接続され、該第1の配線部のパッドから微細なスルーホールを介してグランド層40に接続されることになる。
【0051】
次に、プローブ用配線基板35aを、特開平10−308423号公報や特開平11−23615号公報に記載されているように、例えば図12に示す接続装置として用いる場合には、第3層の配線39の表面の周辺部352に、金属枠45を位置合せをして接着剤によって絶縁をとって接着固定する。望ましくは、第3層の配線の表面に保護用のポリイミド膜(図示せず)を表面が平坦になるように形成し、該保護用のポリイミド膜の表面の周辺部352に、金属枠45を位置合せして接着固定する。次に、シリコーン系のコーテイング材を緩衝層46として枠45の中に供給する。緩衝層46の役目は、多数の接触端子47aの先端が半導体ウエハ1に配列された電極3に接触する際の全体としての衝撃を緩和すると共に、個々の接触端子47aの先端の高さの±2μm程度以下のバラツキを局部的な変形によって吸収して半導体ウエハ1上に配列された各電極3の高さの±0.5μm程度のバラツキに倣って均一な食い込みによる接触を行なわせるためである。しかし、接触端子47aの先端の高さのバラツキが±0.5μm程度以下に形成できれば、緩衝層46は必ずしも必要としない。
【0052】
次に、上記枠45に押さえ部材43をねじ56によりねじ止めする。次に、型材であるシリコンウエハ20をエッチングするためのステンレス製の固定治具(図示せず)に、上記押さえ部材43を枠45にねじ止めしたプローブ用配線基板35を形成したシリコンウエハ20を、Oリングを介してステンレス製の蓋(図示せず)との間に装着する。
【0053】
次に、上記ステンレス製の固定治具を90度の水酸化カリウム水溶液中に投入し、シリコンウエハ20をエッチング除去する。次に、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液、過マンガン酸カリウム溶液、銅エッチング液に順次浸漬して、二酸化シリコン膜21および下地膜22であるクロム膜、銅膜を除去する。この結果、図4(e)に示す断面形状のプローブ用配線基板の第1の実施例35aが得られることになる。
【0054】
こうして作製された第1の実施例35aは、高さ15μm、底面角20μm程度の多数の微細接触端子47aが、半導体チップの電極の配列に合せて狭ピッチ(例えば30μm間隔以下)で配列されるように、多数の接触端子部47がプローブ用配線基板35の下層の絶縁層32aに埋め込まれて配列される。そして、配列された多数の信号用の接触端子部47は、複数の絶縁層に形成された微細スルーホールを介して引き出し配線となる第1の配線層または第1の配線層を介して引き出し配線となる第3の配線の層に電気的に接続されることになる。また、グランド用の接触端子は、微細なスルーホールを介して第1層の配線部に接続され、該第1層の配線部のパッドと微細なスルホールを介してグランド層に接続されることになる。
【0055】
以上説明した第1の実施例によれば、クロム、銅などの下地膜22によりポリイミド膜32aとシリコンウエハ20との密着力を高めることができ、工程中での両者の剥がれ、ポリイミド膜32aの膨れを抑制することができた。また、0.08mm〜0.15mm程度の厚さの42アロイシート等の金属薄板からなるグランド層40により接触端子の面内位置を高精度に保つことができた。さらに、42アロイシート等の金属薄板をエッチングによって開口部を作ってグランド層40として用いることによって、信号線の高速信号特性(100MHz〜数10GHz程度の高周波数)を大幅に向上させることができた。
【0056】
<プローブ用配線基板第2の実施例>
本発明に係る接続装置に用いられるプローブ用配線基板の第2の実施例の製造工程を図5に示す。
【0057】
図5(a)、(b)は、図4(a)、(b)と同様である。
【0058】
第2の実施例において、第1の実施例と相違する第1の点は、まず、下地膜22を種膜としてレジスト開口パターン部にまず硬質の金属であるニッケルめっきを施し、その上に銅めっきを充填し、パターン分離を施すことで接触端子部47付第1層の配線48を形成してレジストを除去する点である。上記接触端子部付第1層の配線部48は、接触端子部用のレジスト開口パターンを形成してニッケルめっきを充填し、第1層の配線部用のレジスト開口パターンを形成して銅めっきを充填してほぼ同層にて繋げて形成することも可能である。このように第2の実施例では、第1層の配線をほぼ同層において接触端子部47に繋げ、さらに第1層の配線上に繋げる導体部(ビア)からなる第3層の配線部39の位置を接触端子部47から平面的に外側へ離したいためである。これによって、例えば、図7に示すように、接触端子部47の真上に弾性樹脂38等を配置させることが可能となる。
【0059】
次に、第1の実施例と相違する第2の点は、上記接触端子部47付第1層の配線48上および該第1層の配線48間上に、保護用ポリイミド膜なしで、例えば新日鐵化学(株)製SPB−Aなどのポリイミドを基材とする低融点接着シート28を介して金属薄板としての0.08mm〜0.15mm程度の厚さの42アロイシート29を積層接着する点にある。この結果として、図5(c)に示す断面形状が得られることになる。なお、金属薄板29としては、第1の実施例に記載された他の材料も使用することは可能である。
【0060】
その後の工程は、第1の実施例と同様である。即ち、金属薄板29において上記配線48におけるパッド箇所の近辺をエッチングにより除去して開口させたグランド層40を形成し、その上に絶縁層となる15μm程度の厚さのポリイミド膜32bを形成する。次に、ポリイミド膜32b上にスルーホール形成用のマスク33を作成する。グランド層40を露出させることのないようにして、配線48上のパッドに到達するスルーホール34bを第1の実施例と同様に形成する。この結果、図5(d)に示す断面形状が得られることになる。
【0061】
次に、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してマスク33を除去する。次に、スルーホール34bの側壁を含むポリイミド膜32b上に、銅などのめっきを施し、パターニングして第3層の配線部39を形成する。勿論、引き出し配線としては、第3層の配線部39を使用するのがよい。
【0062】
次に、プローブ用配線基板35bを、特開平10−308423号公報や特開平11−23615号公報に記載されているように、例えば図12に示す接続装置として用いる場合には、第3層の配線39の表面の周辺部352に、金属枠45を位置合せをして接着剤によって絶縁をとって接着固定する。望ましくは、第3層の配線の表面に保護用のポリイミド膜(図示せず)を表面が平坦になるように形成し、該保護用のポリイミド膜の表面の周辺部352に、金属枠45を位置合せして接着固定する。次に、シリコーン系のコーテイング材を緩衝層46として枠45の中に供給する。そして、上記枠45に押さえ部材43をねじ56によりねじ止めする。次に、型材であるシリコンウエハ20をエッチングするためのステンレス製の固定治具(図示せず)に、第1の実施例と同様に、装着する。
【0063】
次に、第1の実施例と同様に、上記ステンレス製の固定治具を90度の水酸化カリウム水溶液中に投入し、シリコンウエハ20をエッチング除去し、更に、二酸化シリコン膜および下地膜であるクロム膜、銅膜を除去する。この結果、図5(e)に示す断面形状のプローブ用配線基板の第2の実施例35bが得られることになる。
【0064】
この第2の実施例35bによれば、第1の実施例と同様な作用効果が得られると共に、保護用ポリイミド膜成膜工程を無くし、更にスルーホール形成工程を減らすことが可能となる。
【0065】
<プローブ用配線基板の第3の実施例>
本発明に係る接続装置に用いられるプローブ用配線基板の第3の実施例の製造工程を図6に示す。
【0066】
第3の実施例において、第1の実施例と相違する第1の点は、図6(a)、(b)に示すように、単結晶シリコンウエハ20上に接触端子部47を作っておくことにある。そして、第1の実施例と相違する第2の点は、図6(c)〜(e)に示すように、別途、ガラス基板36上にプローブ用配線基板を作成し、作成終了後ガラス基板を除去することにある。更に、第1の実施例と相違する第3の点は、図6(f)に示すように、別々に作っておいた接触端子部47とプローブ用配線基板の底面のスルーホール導体部とをはんだ接合によって固着し、その後二酸化シリコン膜21と下地膜22との界面でシリコンウエハ20を剥離し、下地膜を除去することによって第3の実施例35cを完成させることにある。
【0067】
即ち、図6(a)、(b)において、接触端子部47を形成するまでは、第1の実施例と同様である。ただし、下地膜22として金膜を使用した。
【0068】
別途、ガラス基板36上に、第1の実施例と同様に、絶縁層となる15μ厚程度のポリイミド膜32aを形成し、ポリイミド膜32a上に、スルーホール形成用のアルミニウム膜からなるマスク33を形成する。これをマスクとして、第1の実施例と同様に、レーザ加工等によりポリイミド膜32aにスルーホール34aを形成する。この結果、図6(c)に示す断面形状が得られる。
【0069】
その後、第1の実施例と同様に、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬してマスク33を除去する。その後、第1の実施例と同様に、スルーホール34aの側壁を含むポリイミド膜32a上に、スパッタによりクロムと銅の膜を逐次積層し、これを種膜として、いわゆるセミアディティブ法により、レジストパターニング、銅めっき、パターン分離を経て第1層の配線部48を形成し、その上に保護用ポリイミド膜27を成膜する。
【0070】
上記第1層の配線部48におけるパッド箇所に相当する箇所をエッチングにより除去した金属薄板としての0.08mm〜0.15mm程度の厚さの銅板19(グランド層40)と低融点接着シート27とを別途積層接着し、これを上記保護用ポリイミド膜27上に積層接着する。この結果、図6(d)に示す断面形状が得られる。
【0071】
第1の実施例と同様に、その上に絶縁層となるポリイミド膜32bを形成し、グランド層40を露出させることのないように銅板の開口部の接着シート28およびポリイミド層32bに上記第1層の配線部48上のパッドに到達する微小径穴34bをスルーホール34aと同様な加工方法を用いてあける。次に、穴34b内およびポリイミド膜32bの表面に銅などのめっきを施し、パターニングして第3層の配線部39を形成し、検査用配線基板を得る。引き出し配線としては、第3層の配線部39でも、第1層の配線部48のどちらでも良い。
【0072】
その後、検査用配線基板をガラス基板36から分離するため、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液に浸漬してガラス基板36をエッチング除去する。この際、プローブ用配線基板を治具等によって密封して上記混合液の影響を受けないようにする必要がある。
【0073】
次に、底面のスルーホール導体部分(第1層の配線部48)に、3μm厚程度のはんだ37をめっきにより形成する。この結果、図6(e)に示す断面形状の検査用配線基板が得られる。
【0074】
次に、上記シリコンウエハ付きニッケル製接触端子部47とプローブ用配線基板の底面のはんだ37箇所とを接触させ、加熱してはんだ固着させる。
【0075】
次に、プローブ用配線基板35cを、例えば図12に示す接続装置として用いる場合には、第3層の配線39の表面の周辺部352に、金属枠45を位置合せをして接着剤によって絶縁をとって接着固定する。望ましくは、第3層の配線の表面に保護用のポリイミド膜(図示せず)を表面が平坦になるように形成し、該保護用のポリイミド膜の表面の周辺部352に、金属枠45を位置合せして接着固定する。次に、シリコーン系のコーテイング材を緩衝層46として枠45の中に供給する。そして、上記枠45に押さえ部材43をねじ56によりねじ止めする。次に、型材であるシリコンウエハ20をエッチングするためのステンレス製の固定治具(図示せず)に、第1及び第2の実施例と同様に、装着する。
【0076】
次に、二酸化シリコン膜21と下地膜22との界面でシリコンウエハ20を剥離し、金膜からなる下地膜22を除去することによって第3の実施例35cが完成される。
【0077】
こうして作製された第3の実施例35cによれば、第1の実施例と同様な作用効果が得られる。また、金膜による下地膜22としたことで、二酸化シリコン膜21とプローブ用配線基板との分離が容易となる。また、シリコンウエハ20をクリーニングし、上記金膜による下地膜22の形成から繰り返すことで、新たな接触端子部の形成の型材として使用することもできる。
【0078】
以上説明した第1〜第3の実施例によれば、微細かつ狭ピッチの接触端子47aを有し、図4(e)、図5(e)、図6(f)に示すように、グランド層40を、接触端子部47、第1層の配線部48、スルーホールに充填された導体部(ビア)を含めて第3層の配線部39で囲むように形成したので、配線から発生した電磁界がグランド層40に引き込まれることになり、信号線の高速信号特性を大幅に向上させることができ、しかも積層接着された金属薄板29、19を開口させてグランド層40を形成するようにしたので、接触端子の面内位置を高精度に保つことができる効果が得られる。さらに、金属薄板29として、インバー(鉄−36wt%ニッケル合金)や42アロイ(鉄−42wt%ニッケル合金)などを使用すると、バーイン試験にも十分対応させることが可能となる。
<プローブ用配線基板の第4の実施例>
本発明に係る接続装置に用いられるプローブ用配線基板の第4の実施例を図7に示す。本第4の実施例は、半導体チップに接触させるために荷重をかけるため、接触端子部47の真上近辺の金属薄板29を開口させた保護用ポリイミド膜27上に弾性樹脂38を配置したプローブ用配線基板35dである。(図7(a))
第4の実施例の製造プロセスは、まず、上記第1の実施例に記載と同様の方法で金属薄板としての42アロイシート29の積層接着までを実施する。次に、平面的に上記接触端子部47の真上近辺の42アロイシート29をエッチングにより除去し、エッチング箇所にシリコーンゴム系接着剤などの弾性樹脂38を印刷することによって第4の実施例35dが得られる。
【0079】
次に、プローブ用配線基板35dを、例えば図12に示す接続装置として用いる場合には、42アロイシート29の表面に保護用のポリイミド膜(図示せず)を表面が平坦になるように形成する。次に、該保護用のポリイミド膜の表面に、金属枠45を位置合せして接着固定する。そして、上記枠45に押さえ部材43をねじ56によりねじ止めする。次に、型材であるシリコンウエハ20をエッチングするためのステンレス製の固定治具(図示せず)に、第1及び第2の実施例と同様に、装着する。その後、第1の実施例と同様に、シリコンウエハをエッチングにより除去し、更に、二酸化シリコン膜21および下地膜22であるクロム膜、銅膜を除去する。
【0080】
こうして作製されたプローブ用装置35dの上方図を、図7(b)に示す。四角形の辺上に配置された接触端子47aを取り囲むように42アロイシートが、接触端子の直上には弾性樹脂38が配置されている。以上より、42アロイシートにより面内の位置精度を精確に固定できた。また、押さえ部材43の突出部43aを押し当てて弾性樹脂38を押し出すことにより、安定した接触特性を得ることができた。このような接続装置は、接続端子の多数化、接触面積の拡大、ひいては複数チップの端子に対する一括接続が可能であった。
【0081】
<プローブ用配線基板の第5の実施例>
本第5の実施例は、図8に示すように、上記第4の実施例により作製したプローブ用配線基板の配線構造を多層化したもの35eである。
【0082】
上記第5の実施例の製造プロセスは、第1の実施例と同様であり、第3層の配線部39を形成した後、金属薄板29における上記接触端子部47の真上近辺の開口させた箇所の絶縁層32b上にシリコーンゴム系接着剤などの弾性樹脂38を印刷することでプローブ用配線基板35eを得る。その後は、第4の実施例と同様である。
【0083】
こうして作製された35eは、第4の実施例と同様な作用効果が得られる。
【0084】
<プローブ用配線基板の第6の実施例>
本第6の実施例は、図9に示すように、第3層の配線部39を形成した後、接触端子部47の真上近辺の絶縁層27、28、32bに第1層の配線層48の表面までレーザにより穴を加工する。この穴は、第1層の配線層48に到達してもしなくてもよい。その穴にシリコーンゴム系接着剤などの弾性樹脂38を印刷することでプローブ用配線基板35fを得る。その後は、第4及び第5の実施例と同様である。
【0085】
こうして作製された35fは、上記第5の実施例に加え、弾性樹脂38が接触端子のより近傍に形成されたことにより、更なる低荷重でも上記第5の実施例と同等の接触特性を有するプローブ用配線基板を作成することができた。
【0086】
以上説明した第1〜第6の実施例では、開口させた金属薄板をグランドに接続してグランド層40として説明したが、必ずしもグランドに接続しないで、電気的に浮かせて構成しても良い。
【0087】
次に、上記第1〜第6の実施例により作製したプローブ用配線基板を備えた接続装置を用いた半導体チップ検査装置または半導体チップ製造装置について説明する。
【0088】
プローブ用配線基板35における接触端子の配置およびプローブ用配線基板の配線は、被検査対象物、例えば、半導体チップの電極パッドの配置に対応して種々構成される。図10および図11に、これら35の全体の実施例を示す。図10(a)は35の全体の第7の実施例を示す平面図であり、図10(b)はその配線が設けられているプローブ用配線基板35を折り曲げた状態を示す斜視図である。図11(a)は、35の全体の第8の実施例を示す平面図であり、図11(b)はプローブ用配線基板35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、また、高密度で配置される。
【0089】
図10(a)、(b)、および図11(a)、(b)に示すように、接続装置には、例えば、ポリイミド膜を基材とするプローブ用配線基板上に、被検査対象の電極パッド3に対応する位置に配置された接触端子47aが一端に接続され、他端はプローブ用配線基板の周縁部に設けられた電極51であり、それらを結線する配線48又は39が形成されている。配線48又は39は、種々の態様で配線できる。例えば、各配線を一方向に引き出して配線したり、放射状に配線したりすることができる。具体的には、図10(a)および(b)に示す第1の実施例は、プローブ用配線基板を長方形状に形成し、両端部に電極51を配置してある。図11(a)および(b)に示す第2の実施例は、プローブ用配線基板を四角形状に形成し、四角形の各辺に設けられる電極51まで配線48又は39が設けられる。
【0090】
検査装置本体へ電気信号を伝送するための接続装置は、例えば、被検査対象がウエハに形成された半導体チップ表面の電極パッドである場合は、図10(a)または図11(a)に示したように、半導体チップを形成したウエハの領域101よりもひと回り大きなシリコンウエハなどの接触端子形成用型材102を用いて、第1〜第6の実施例の方法で製造される。なお、図10(b)あるいは図11(b)は、接触端子47aを形成した領域101を多角形で囲うように折り曲げたものである。
【0091】
なお、本実施例では被検査対象がウエハに形成された全部の半導体チップの電極パッドを一括して接触する場合を示したが、本発明は、これに限られない。例えば、半導体チップを個別に、あるいは任意の個数の半導体チップを同時に検査するための接続装置として、プローブ用配線基板をウエハサイズよりも小さな領域で製造してもよい。
【0092】
図12は、本発明に係るプローブ用配線基板35を備えた接続装置を検査接続系に組み込む形態の要部を示す図である。上部固定板40と、それに固定され、下部に球面41aを有する支持軸であるセンターピボット41並びにセンターピボット41を中心に左右および前後に対称に設置され、上下の変位に対して常に一定の押付け力を付与する押付け力付与手段であるスプリングプローブ42と、上記センターピボット41に対して傾き43cにより傾動可能に保持されながら上記スプリングプローブ42により低荷重(1ピン当たり3〜50mN程度)の押付け力が付与される押さえ部材43と、プローブ用配線基板35と、該プローブ用配線基板35の裏面の周辺部352に固着した枠45と、該プローブ用配線基板35と押さえ部材43の間に設けられた緩衝層46又は弾性樹脂38と、プローブ用配線基板35上に設けられた接触端子部47とを有する。上記押さえ部材43に対する押付け力をスプリングプローブ42で付与するように構成したのは、スプリングプローブ42の先端の変位に対してほぼ一定の低荷重の押付け力が得られるようにしたためであり、必ずしもスプリングプローブ42を用いる必要はない。即ち、センターピボット(押さえ部材支持軸)41と押さえ部材43との間の係り合いの関係及び対称に配置されたスプリングプローブ42によって1ピン当たり低荷重のコンプライアンス機構が形成され、このコンプライアンス機構によって多数の接触端子47aの先端が1個又は多数個の半導体素子についての電極3の面3aに追従して倣って平行出しが行われる。
【0093】
上部固定板40は、支持配線基板50に搭載される。支持配線基板50は、例えば、ポリイミド樹脂やガラスエポキシ樹脂等の樹脂材からなり、内部配線50bおよび接続端子50cを有している。前記電極50aは、例えば、内部配線50bの一部に接続されるビア50dで構成される。支持配線基板50とプローブ用配線基板35とは、例えば、支持配線基板50とプローブ用配線基板35とを押さえ部材53と挟み込んで、ねじ54等を用いて固定される。プローブ用配線基板35は、その周縁部が枠45より外側に延長するように形成され、この延長部を、枠45の外側で滑らかに折り曲げて支持配線基板50上に固定する。その際、プローブ用配線基板35の配線48又は39は、支持配線基板50に設けられている電極50aに電気的に接続される。この接続は、例えば、電極51と電極50aに直接圧力をかけて接触させるか、異方性導電シート52、あるいははんだなどを用いて接続する。
【0094】
緩衝層46としては、弾性を有する物質が望ましく、ゴム状弾性を有する高分子材料の例として、シリコンゴム等が挙げられる。また緩衝層46としては、押さえ部材43を枠45に対して移動可能にシールして、このシールされた空間に気体を供給するように構成しても良い。また、接触端子47aの高さを均一にできれば、緩衝層46を省略した構成にしてもよい。なお、図12では説明の簡単のため、接触端子部47および配線48又は39は2つの接触端子分のみ示すが、実際には、複数個が配置される。
【0095】
本発明に係る接続装置は、ウエハの状態において、多数並設された半導体チップの中の1個または多数個の半導体チップについて、同時にかつ低荷重(1ピン当たり3〜50mN程度)で表面に酸化物が形成されたアルミニウムまたははんだ等の電極パッド3と、0.05〜0.1Ω程度の安定した低抵抗値で確実に接続させることにある。これによって、従来技術のようにスクライブ動作をさせる必要がなく、スクライブ動作による圧痕や電極材料のくずの発生を防止することができる。即ち、プローブ用配線基板35において、電極パッド3の配列に対応するように並設された接触端子47aの先端を尖せると共に、枠45で支持された周辺部352に対して、この周辺部352内の上記接触端子部47を並設した領域部351を、押さえ部材43の下側に形成された突出部43aにおける高精度の平坦度が確保された下面43bに倣って緩衝層46又は弾性樹脂38を挾んで張り出させてプローブ用配線基板自身のたるみをなくし、この張り出された領域部351に並設された接触端子47aの尖った先端を、アルミニウムまたははんだ等の電極パッド3に垂直に低荷重で押圧することによって、電極パッド3の表面に形成された酸化物を容易につき破り、その下面の電極の金属導体材料に接触させ、安定した低抵抗値で良好な接触を確保することができる。特に、枠45で支持された周辺部352に対して、この周辺部352内の多数の接触端子部47を並設した領域部351を、押さえ部材43の下側に形成された突出部43aにおける高精度の平坦度が確保された下面43bに倣って緩衝層46又は弾性樹脂38を挾んで張り出させることによってプローブ用配線基板自身のたるみをなくし、多数の接触端子47の先端の平坦度を突出部43aの下面43bの平坦度に合わせて高精度を確保することにある。なお、領域部351における張り出し量は、押さえ部材43にセンターピボット41を中心に左右および前後に締着されて調整可能なねじ57の押さえ部材43の下面からの突出し量によって定まることになる。即ち、センターピボット41を中心に左右および前後に設けられて押さえ部材に形成された穴に挿入されたねじ56を、枠45に対して締め付け、押さえ部材43の突出部43aを下降させることによって、押さえ部材43に突出し量を定めて取り付けられたねじ57の下端を、プローブ用配線基板35における領域部351の周辺部352の接着固定した枠45の上面に接触させる。これにより、緩衝層46又は弾性樹脂38を介して多数の接触端子47が並設された領域部351を張り出させ、プローブ用配線基板自身のたるみがなくなることになる。以上より、多数の接触端子47aに亘った接触端子の尖った先端の平坦度を±2μm程度以下の高精度に確保することができる。なお、特開2002−139554号公報には、このほかにもいくつかの検査接続系が記載されており、これらいずれの方式でもよい。
【0096】
本発明に係る接続装置を用いて、検査対象である半導体チップに対する電気的特性検査について、図13を用いて説明する。図13は、本発明に係る検査装置の全体構成を示す図である。検査装置は、半導体装置の製造におけるウエハ接続装置として構成されている。この検査装置は、半導体ウエハ1を支持する試料支持系160と、被検査対象1の電極パッド3に接触して電気信号の授受を行う検査接続系120と、試料支持系160の動作を制御する駆動制御系150と、被検査対象1の温度制御を行う温度制御系140と、半導体チップ2の電気的特性の検査を行うテスタ170とで構成される。半導体ウエハ1には多数の半導体チップ2が配列され、各半導体チップ2の表面には外部と接続するための微細電極パッド3が複数、かつ狭ピッチで配列されている。試料支持系160は、半導体ウエハ1を載置するためのほぼ水平に設けられた試料台162と、この試料台162を支持するように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は、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構成される。試料台162には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の位置決め動作は、X−Yステージ167と昇降駆動部165と回転機構による動作を組み合わせて行われる。
【0097】
試料台162の上方には、検査接続系120が配置される。すなわち、図12に示すプローブ用配線基板35および支持配線基板50は、当該試料台162に平行に対向する姿勢で設けられる。なお、本実施の形態では、端子50cは同軸コネクタで構成される。端子50c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。
【0098】
駆動制御系150は、ケーブル172を介してテスタ170と接続される。また、駆動制御系150は、試料支持系160の各駆動部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。
【0099】
試料台162には、半導体チップ2についてバーイン試験を行うために、加熱させるための温度調節器141が備えられている。温度制御系140は、試料台162の温度調節器141を制御することにより、試料台162に搭載された半導体ウエハ1の温度を制御する。また、温度制御系140は操作部151を備え、温度制御に関する手動操作の指示を受け付ける。
【0100】
以下、検査装置の動作について説明する。検査対象である半導体ウエハ1は、試料台162の上に位置決めして載置される。半導体ウエハ1上に離して形成された複数の基準マークの光学像を、イメージセンサまたはTVカメラ等の撮像装置で撮像し、得られる画像信号から複数の基準マークの位置を検出する。上記検出された基準マークの位置情報から、半導体ウエハ1の品種に応じて半導体チップ2の配列情報および半導体チップ2上の電極パッド3の配列情報を認識し、電極パッド群全体としての2次元の位置情報を算出する。
【0101】
さらにプローブ用配線基板35上に形成された多数の接触端子47aの中で特定の接触端子の光学像、またはプローブ用配線基板35上に離して形成された複数の基準マークの光学像を、イメージセンサまたはTVカメラ等の撮像装置で撮像し、特定の接触端子または複数の基準マークの位置を検出する。これらの情報に基づいて、接触端子群全体としての2次元の位置情報を算出する。
【0102】
駆動制御系150は、上記接触端子群全体としての2次元の位置情報に対する上記電極パッド群全体としての2次元の位置情報のずれ量を算出し、ずれ量に基づいてX−Yステージ167および回動機構を駆動制御し、半導体ウエハ1上に配列された複数個の半導体チップ上に形成された電極パッド3の群を、プローブ用配線基板35に並設された多数の接触端子47の群の直下に位置決めする。その後、駆動制御系150は、例えば、試料台162上に設置されたギャップセンサによって測定されたプローブ用配線基板35における領域部351の面と半導体ウエハ1との距離に基づいて、昇降駆動部165を作動させて、多数の電極パッド3の全体の面3aが接触端子の先端に接触した時点から数μm程度押し上げる状態になるまで試料台162を上昇させる。図14は、半導体検査装置による電極パッドが並設された半導体チップに対する検査の外観を示す。
【0103】
これにより、多数の接触端子47aの全体が多数の電極パッド3の全体の面3aに追従して平行出しされると共に、個々の接触端子の高さのバラツキを緩衝層46又は弾性樹脂38によって吸収し、低荷重(1ピン当たり3〜50mN程度)に基づく食い込みによる接触が行われ、各接触端子47aと各電極パッド3とは低抵抗(0.01Ω〜0.1Ω)で接続されることになる。
【0104】
この状態で、半導体チップ2についてバーイン試験を行うときには、試料台162に搭載された半導体ウエハ1の温度を制御すべく、温度制御系140によって試料台162の温度調節器141を制御することにより実行される。そのためプローブ用配線基板は可撓性があり、好ましくは耐熱性がある樹脂を主体に形成する。本実施例では、ポリイミド樹脂を用いた。
【0105】
ケーブル171、支持配線基板50、プローブ用配線基板35、および接触端子部47を介して、半導体ウエハ1に形成された半導体チップとテスタ170との間で、動作電力や動作試験信号などの授受を行い、半導体チップの電気的特性の可否などを判別する。上記の一連の動作が、半導体ウエハ1に形成された複数の半導体チップの各々について実施され、電気的特性の可否などが判別される。
【0106】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体チップの高集積化に伴う狭ピッチかつ高密度な電極パッドに、接触端子の群を小さな接触圧(1ピン当たり3〜50mN程度)で単に押しつけることによって、圧痕やクズの発生など損傷させることなく、0.05Ω〜0.1Ω程度の低抵抗で安定した接続を実現することができる効果を奏する。
【0107】
また、本発明によれば、多数の接続端子を検査用配線基板上に容易に並設することが可能となり、ウエハ上に多数並設された半導体チップの中で1個または多数個の半導体チップの電極パッドを同時に確実に接続させて、各半導体チップの電気的特性評価を行うことができる効果を奏する。さらに、高周波電気信号(100MHz〜数10GHz程度の高周波数)の伝送を可能にすることができる効果を奏する。加えて、バーイン試験のような高温での電気的特性評価が可能であるなど、高密度化し狭ピッチ化する半導体チップの電気的特性評価を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 半導体チップが配列された検査対象物であるウエハを示す斜視図および半導体チップを示す斜視図。
【図2】 スルーホールにおけるテーパ角を示す説明図。
【図3】 (a)は、テーパ角が90度を越えたスルーホールに対するスパッタ不良の様子、(b)はテーパ角が90度を越えたスルーホールに対するめっき不良の様子を、それぞれ示す説明図。
【図4】 本発明に係るプローブ用配線基板の第1の実施例の製造工程を示す説明図。
【図5】 本発明に係るプローブ用配線基板の第2の実施例の製造工程を示す説明図。
【図6】 本発明に係るプローブ用配線基板の第3の実施例の製造工程を示す説明図。
【図7】 本発明に係るプローブ用配線基板の第4の実施例を示す説明図であり、(a)は断面図、(b)は上面図。
【図8】 本発明に係るプローブ用配線基板の第5の実施例の構造を示す説明図。
【図9】 本発明に係るプローブ用配線基板の第6の実施例の構造を示す説明図。
【図10】 (a)は、本発明に係るプローブ用配線基板の全体を示す第7の実施例を示す平面図、(b)はその斜視図。
【図11】 (a)は、本発明に係るプローブ用配線基板の全体を示す第8の実施例を示す平面図、(b)はその斜視図。
【図12】 本発明に係るプローブ用配線基板を備えたプロービング装置を検査接続系に組み込む形態の要部を示す説明図。
【図13】 本発明に係るプローブ用配線基板を備えたプロービング装置を用いてテスタによる半導体素子の特性検査をする説明図。
【図14】 本発明に係る半導体検査装置による、電極パッドが並設された半導体チップに対する検査の外観を示す説明図。
【符号の説明】
1…ウエハ、2…半導体チップ(半導体素子)、3…電極パッド、10…エキシマレーザ光、11…レーザ光軸、12…レーザ光軸垂直面、13…レーザ加工用金属膜マスク、14…ポリイミド膜、15…配線層、16…テーパ角、19…銅板(金属薄板)、20…シリコンウエハ、21…二酸化シリコン膜、22…下地膜、23…スパッタ膜、24…スパッタ膜未形成部分、25…めっき膜、26…めっき未充填部分、27…保護用ポリイミド膜、28…低融点接着シート、29…42アロイシート(金属薄板)、30…二酸化シリコン膜、31…四角錐形状穴、32、32a、32b…ポリイミド膜(絶縁層)、33…アルミニウム膜(マスク)、34、34a、34b…スルーホール、35、35a〜35f…プローブ用配線基板、36…ガラス基板、37…はんだ、38…弾性樹脂、39…配線(第3層の配線部)、40…上部固定板、41…センターピボット、41a…下部球面、42…スプリングプローブ、43…押さえ部材、43a…突出部、43b…下面、43c…傾き、351…領域部、352…周辺部、45…枠、46…緩衝層、47…接触端子部、47a…接触端子、48…配線(第1層の配線部)、50…支持配線基板、50a…電極、50b…内部配線、50c…接続端子、50d…ビア、51…電極、52…異方性導電シート、53…押さえ部材、54…ねじ、56…ねじ、57…ねじ、101…ウエハにおける半導体チップの並設領域、102…接触端子形成用型材、103…切れ目、120…検査接続系、140…温度制御系、141…温度調節器、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…ケーブル、172…ケーブル。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a connection device used for inspection of a semiconductor element, a semiconductor chip inspection device, a semiconductor chip manufacturing device, or a semiconductor chip manufactured using the same, and in particular, microelectrode pads are arranged at a narrow pitch, Alternatively, a large number of electrode pads can be connected at the same time, which is suitable for connection to a semiconductor element that transmits a high-speed signal.
[0002]
[Prior art]
In recent years, multi-chip modules in which semiconductor chips such as LSI and memory are integrated are very popular. This is largely due to the fact that the degree of integration of semiconductor chips has been dramatically improved by the use of bare chips.
[0003]
FIG. 1A is a perspective view showing a wafer 1 in which a large number of semiconductor chips 2 are arranged in parallel, and FIG. 1B is an enlarged perspective view showing one semiconductor chip 2. A large number of semiconductor chips 2 are formed side by side on the wafer 1 and then separated for use. A large number of electrode pads 3 are arranged along the periphery on the surface of the semiconductor chip 2. Along with the high integration of semiconductor chips, the electrode pads 3 are in a state of further narrowing and higher density. The pitch of the electrode pads is about 200 μm or less, for example, 130 μm, 100 μm, or less, and products approaching 40 μm have been developed. In order to increase the density of the electrode pads, there is a tendency that they are arranged on the entire surface from the first row to the second row along the periphery.
[0004]
In addition, the speed of the semiconductor chip is remarkably increased, and the clock of the microcomputer reaches about several gigahertz.
[0005]
In order to manufacture such a semiconductor chip and a multichip module incorporating the semiconductor chip with a high yield, a technique for efficiently inspecting electrical characteristics at the end of the semiconductor chip manufacturing process is required.
[0006]
On the other hand, a connection device having a mechanism in which minute contact terminals are connected at high density to a wiring board for inspection on which high-density wiring is formed has been developed.
[0007]
Conventional probing devices are known in JP-A-07-283280, JP-A-8-50146, JP-A-10-308423, and JP-A-11-23615.
[0008]
A conventional method for manufacturing a high-density wiring board is known in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-78846.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-283280
[Patent Document 2]
JP-A-8-50146
[Patent Document 3]
JP-A-10-308423
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-23615
[Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 08-78846
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
With the downsizing of chips and the increase in diameter of wafers, the number of semiconductor chips manufactured with one wafer has increased, and the time required for these inspections has increased dramatically. In order to manufacture a connection device for fine electrode pads arranged at a narrow pitch, a fine and narrow pitch contact terminal corresponding to the electrode pad is formed, and an inspection wiring board having a narrow pitch wiring is connected. It is necessary to appropriately integrate the narrow pitch connection technology. Further, the inspection time can be shortened by connecting a plurality of semiconductor chips at the same time, but the shape and position of the connection terminals must be accurately fixed.
[0011]
However, the thermal expansion coefficient α of the polyimide film as the base material is several tens to several hundred ppm / ° C., which is larger than α (several ppm / ° C.) of silicon as the base material to be inspected. Therefore, the internal stress of the insulating film due to the thermal history during the manufacturing process is large and easily stretches. As contact characteristics, it is required to stably connect repeatedly several hundred thousand to several million times with a low load. When a plurality of contact terminals are simultaneously connected to the electrode to be inspected, the electrode to be inspected and the contact terminal must be parallel. However, it is very difficult in terms of manufacturing accuracy. Therefore, in the connecting operation, the pressing operation is further performed after several contact terminals are connected to the electrode. Since the member that absorbs such an excessive load is mainly the polyimide layer, some contact terminals are crushed at an early stage of repeated connection. In addition, there is no mention of the structure, manufacturing method, and limitations of through-hole miniaturization and narrow pitch, and the connection device with the electrode pad of the semiconductor chip.
[0012]
As the chip signal to be inspected increases in speed, it is necessary to transmit the high-speed signal also to the inspection connection device. When transmitting high-speed signals, electromagnetic waves are generated by radiation. As described above, it is necessary to form a narrow-pitch wiring on the inspection wiring board. For example, a multilayer wiring structure is a very effective means. In such a wiring structure, an independent signal line is formed around a signal line for transmitting a high-speed signal. Since the electromagnetic waves cause noise in the surrounding signal lines, normal inspection cannot be performed. Therefore, it is a problem to suppress the propagation of noise.
[0013]
In general, a wiring board such as a printed board, especially a board used for high-speed signals, is provided with a ground layer in order to suppress noise propagation of electromagnetic radiation.
[0014]
However, in a probing apparatus for connecting to a semiconductor chip or the like, a conventional probe is not used because its target is focused on a low-speed signal.
[0015]
In view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is to provide a contact terminal having a fine and uniform shape as small as the size of the electrode pad and a narrow pitch and high density as high as the pitch of the electrode pad while ensuring the above advantages. An object of the present invention is to provide a probe wiring board arranged with high positional accuracy.
[0016]
Another object of the present invention is a probing device in which both are electrically connected well, and can be used for simultaneous connection to a large number of electrode pads or electrode pads of a plurality of chips, and these It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device using the above probing apparatus.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is configured to contact the electrode group arranged on the inspection object with the contact terminal group arranged in the region on the probing side corresponding to the electrode group and to inspect the electric signal. A wiring board for a probe for inputting and outputting to a target, the first wiring layer having a plurality of first wiring portions electrically connected to each contact terminal portion of the contact terminal group, and the first wiring layer A second wiring layer having a plurality of second wiring portions formed by sandwiching the wiring layer and the second insulating layer; and each of the first wiring portions and each of the second wiring layers provided in the second insulating layer. Embedded in the second insulating layer between the second through-hole conductor portion electrically connecting the two wiring portions and the first wiring layer and the second wiring layer, Second And a thin metal plate having an opening in the vicinity of the through-hole conductor portion, and the second or first wiring portion is formed so as to be drawn out to the peripheral portion by a lead-out wiring.
[0018]
Further, the present invention is characterized in that the metal thin plate is a ground layer.
[0019]
According to the present invention, a first insulating layer is sandwiched between the connection terminal group and the first wiring layer, and the first insulation is provided between the contact terminal portions and the first wiring portion. The first through-hole conductor portion provided in the layer is electrically connected and configured.
[0020]
Further, the present invention is characterized in that the contact terminal group and the first wiring layer are formed in substantially the same layer, and the contact terminal portions and the first wiring portion are electrically connected. And
[0021]
Further, the present invention is characterized in that the contact terminal portions are fixed to the bottom surface of the first through-hole conductor portion by solder bonding.
[0022]
According to the present invention, an opening is formed in the metal thin plate near the contact terminal group, an elastic resin is provided on the insulating layer near the contact terminal group, and the elastic resin is pressed by a pressing member. A pressing force is applied to the contact terminal portion through an opening of the metal thin plate that is pressed and embedded in the insulating layer.
[0023]
According to the present invention, an opening is formed in the metal thin plate immediately above the contact terminal group, and an elastic resin is provided in a hole reaching the vicinity of the upper surface of the contact terminal group through the opening of the metal thin plate in the insulating layer. The elastic resin is pressed by a pressing member to apply a pressing force to the contact terminal portion.
[0024]
Further, the present invention is for bringing an electrode group arranged on an inspection object into contact with a contact terminal group arranged in a region on the probing side corresponding to the electrode group to input / output an electric signal to / from the inspection object. A wiring board for a probe, wherein the first wiring layer is formed on the contact terminal group with the first insulating layer sandwiched therebetween, and is formed on the first insulating layer to constitute the first wiring layer A first through-hole conductor portion that electrically connects each of the plurality of first wiring portions to each contact terminal portion of the contact terminal group, and a protective insulating layer that covers the first wiring layer A ground layer formed from a thin metal plate adhered on the protective insulating layer and having an opening immediately above the contact terminal group, and an elastic resin is provided in the opening on the protective insulating layer, An elastic resin is pressed with a pressing member to protect the protective insulating layer and the first Through the edge layer is characterized by being configured to apply a pressing force to the contact terminal.
[0025]
In the present invention, the probe wiring board is attached to a support wiring board, and contact pressure is applied to the pressing member attached to the region on the side opposite to the probing side of the probe wiring board by contact pressure applying means. Grant To Using a roving device, the contact terminal group connected to the tester via the lead wiring and the electrode group of the semiconductor element to be inspected are relatively aligned and brought into contact at a desired contact pressure. Electrically connected, this connected tester and the electrode group The semiconductor device is manufactured by exchanging electrical signals between the semiconductor device and inspecting the electrical characteristics of the semiconductor device to manufacture the semiconductor device.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to these embodiments.
[0027]
According to the present invention, in the state of a wafer, a small contact pressure (at the same time for one or a plurality of semiconductor chips in which a large number of semiconductor elements in which fine electrode pads are arranged at a narrow pitch and at a high density are arranged in parallel. The tester is securely connected to the electrode pad 3 such as aluminum or solder having an oxide formed on the surface with a stable low resistance value of about 0.05 to 0.1Ω. Can cope with high density and narrow pitch of each semiconductor element, enables inspection by simultaneous connection of a large number of chips, and enables evaluation of electrical characteristics by high-speed electrical signals (high frequency of about 100 MHz to several tens GHz). The probing apparatus and the manufacturing of the semiconductor element by using the probing apparatus and the electrical characteristics of the semiconductor element will be described.
[0028]
First, an embodiment of a probe wiring board used in the probing apparatus (connecting apparatus) according to the present invention will be described.
[0029]
<First Example of Probe Wiring Board>
FIG. 4 shows a manufacturing process of the first embodiment of the probe wiring board used in the connection device according to the present invention.
[0030]
First, the silicon dioxide film 30 having a thickness of 0.2 μm is formed by holding the (100) plane of the single crystal silicon wafer 20 for 90 minutes in an oxygen atmosphere with an oxidation temperature of 1000 degrees, for example. Next, a photosensitive resist having a thickness of 3 μm is applied to the surface of the silicon dioxide film 30, and the resist in a region where contact terminals are to be formed is removed by photolithography in a subsequent process. Thereby, a resist in which a plurality of openings with a corner of 20 μm are arranged at intervals of 30 μm is formed. The silicon dioxide film in the opening is etched by dipping in a mixture of hydrofluoric acid and ammonium fluoride. Next, the photosensitive resist is removed, and the exposed silicon surface is anisotropically etched with a potassium hydroxide aqueous solution heated to 90 degrees using silicon dioxide as a mask to form a quadrangular pyramid-shaped hole 31 having a bottom surface of 20 μm. To do. As a result, the cross section shown in FIG. 4A is obtained. Then, the silicon dioxide film 21 having a thickness of 0.2 μm is formed by performing thermal oxidation again. The above is the same as the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-283280.
[0031]
Next, by depositing chromium (about 0.5 μm thickness) and copper (about 1 μm thickness) in this order on the silicon dioxide film 21 in order, the cross-sectional shape shown in FIG. Is obtained.
[0032]
As the base film 22 thus formed on the silicon dioxide film 21, at least one metal selected from the group consisting of gold, platinum, silver, rhodium, palladium, iridium, ruthenium, tungsten, chromium, copper and tin is used. Or the alloy is mentioned.
[0033]
A gold film having a thickness of about 1 μm formed by sputtering on the silicon dioxide film 21 as the base film 22 does not have strong adhesion between the silicon dioxide film 21 on the silicon wafer and the contact terminal portion 47 and the polyimide film 32 described later. Therefore, the separation of the silicon dioxide film 21 from the contact terminal portion 47 and the polyimide film 32 is particularly excellent and easy.
[0034]
When the base film 22 is formed by laminating gold and tungsten on the silicon dioxide film 21 in this order, the silicon dioxide film 21 and the gold film on the silicon wafer, the tungsten film and the contact terminal portion 47, and the polyimide film 32 are formed. Since the adhesive force is good, the probe wiring board used in the connection device can be stably manufactured. In addition, gold diffuses into the tungsten film by the heat treatment in the process, and gold diffuses to the interface between the contact terminal portion 47 and the polyimide film 32a at the end of the manufacturing process, and therefore the silicon dioxide film 21 and the contact terminal portion 47. Further, separation from the polyimide film 32a is facilitated, and occurrence of defects during the manufacturing process can be reduced.
[0035]
Further, when the base film 22 is formed by laminating chromium and copper in this order as described above, the silicon dioxide film 21 and the chromium film on the silicon wafer, copper Since the adhesion between the film and the contact terminal portion 47 and the polyimide film 32a is good, the probe wiring board used in the connection device can be manufactured stably.
[0036]
Next, a photosensitive resist is applied to the base film 22 to a thickness of 10 μm, and the resist where the contact terminal portion including the quadrangular pyramid hole is formed is removed by photolithography.
[0037]
Next, the removed resist openings are filled with nickel plating, which is a hard metal, to form contact terminal portions 47 having quadrangular pyramid contact terminals. Thereafter, the resist other than where the contact terminal portions are formed is removed. Thereafter, a polyimide film 32 a having a thickness of about 15 μm (about 12 μm to 20 μm) serving as an insulating layer is formed on the contact terminal portion 47 and the underlying film between the contact terminal portions 47.
[0038]
Next, an aluminum film 33, which is a metal film, is sputtered on the polyimide film 32a forming the insulating layer, and the aluminum film 33 is etched by photolithography of a photosensitive resist and etching of the aluminum film 33 by a mixed acid containing phosphoric acid as a main component. A part of the contact terminal portion is opened. Thus, since the mask of the aluminum film 33 which is a metal film is formed by photolithography, a mask having a high degree of positional accuracy can be formed.
[0039]
Next, dry etching with a laser or reactive gas is performed until the nickel contact terminal is exposed, using the aluminum film 33, which is a metal film in close contact with the polyimide film 32a as an insulating layer and having an opening pattern, as a mask. Or the like is used to form a through hole 34a consisting of micro holes of about 10 to 20 μm in an insulating layer 32a such as a polyimide film. As a result, the cross-sectional shape shown in FIG.
[0040]
When laser processing is used, the laser type is preferably an ultraviolet laser, and an excimer laser is exemplified. As shown in FIG. 2, it is known that the angle formed by the vertical surface 12 of the laser optical axis 11 and the side wall of the through hole, that is, the taper angle 16 can be controlled by the energy density on the processing surface. For example, energy density 0.25 J / cm 2 In polyimide processing by excimer laser of about 65 degrees, 0.20 J / cm 2 Then, it is about 55 degrees. From this, the processing of the through hole 34 for the polyimide film 32 having a thickness of about 15 μm is 0.25 J / cm. 2 In the case of about 12 μm, 0.20 J / cm 2 In this case, the diameter can be reduced to about 20 μm. When the energy density is increased, the taper angle is enlarged. However, in the excimer laser processing, the so-called ablation phenomenon is dominant, so the taper angle does not exceed 90 degrees. Furthermore, in the ablation process, since the carbonization action of the resin is small and the generation of residue can be suppressed, the residue cleaning process is unnecessary or can be reduced.
[0041]
When dry etching using reactive gas is used, reactive ion etching using oxygen gas as the main reactive gas is exemplified. According to this, the ion bombardment or oxidation action of oxygen dominates the processing. In this case as well, the taper angle is defined, but the through hole 34 having a taper angle exceeding 90 degrees, that is, a so-called reverse taper angle can be formed. Depending on processing conditions such as gas pressure and processing time, the shape of the through hole can be controlled so as not to have an extreme taper angle. That is, when a reactive gas is used, the through hole 34 having a taper angle of about 90 degrees can be processed. Therefore, the through hole 34 formed in the polyimide film 32 can be miniaturized to about 10 μm square. Furthermore, with the miniaturization of the through hole, the distance between the contact terminal portions 47 is made closer. probe The wiring board 35 for use can be obtained. Therefore, dry etching is an effective through hole forming method for reducing the diameter.
[0042]
Moreover, as a method of forming the through hole 34 in the insulating layer 32 such as a polyimide film, a method of irradiating a laser positioned by an optical component is exemplified. Since this method uses a laser positioned by an optical component typified by a galvanometer mirror, the mask 33 is not required, and the cost of the probe wiring board can be reduced. In order to process through holes having a smaller diameter while controlling the generation of residues due to the carbonization of the resin, an ultraviolet laser that is an ablation process is desirable, and a harmonic YAG laser is exemplified. Even if a carbon dioxide laser is used, if a residue is removed by dry etching of a reactive gas, a small-diameter through hole can be formed. The through hole 34 formed in this way does not become an extreme reverse taper.
[0043]
By the way, as will be described later, when the wiring is formed in the through hole 34 portion, if the taper angle is 90 degrees or more, the following failure occurs. That is, when a wet process such as plating is performed, the upper portion of the through hole is initially closed as shown in FIG. 3B, and the unfilled portion 26 may remain in the through hole. Further, if a metal film is formed by a dry process such as sputtering, a portion 24 which is shaded and does not form a sputtered film is formed as shown in FIG. 3A, and a uniform film cannot be formed.
[0044]
However, the through hole forming method by laser processing is a processing method advantageous for preventing such a failure.
[0045]
Next, the aluminum film 33 is removed by dipping in an aqueous sodium hydroxide solution. Next, in order to improve adhesion, a chromium and copper film is sequentially laminated on the polyimide film 32a including the side wall of the through hole by sputtering, and using this as a seed film, resist patterning and copper plating are performed by a so-called semi-additive method. Then, pattern separation is performed to form the first layer wiring portion 48. Naturally, a conductor portion (via) is buried by plating such as copper in the through hole 34a formed of a minute hole formed in the polyimide film 32a which is an insulating layer, so that the first layer wiring portion 48 is formed. Thereafter, a protective polyimide film 27 is formed on the first layer wiring 48 and on the polyimide film 32 a as an insulating layer between the first layer wiring 48. This protective polyimide film 27 is for protecting the first-layer wiring 48 and for separating a ground layer 40 described later from the first-layer wiring 48 in the vertical direction.
[0046]
Next, a 42 alloy having a thickness of about 0.08 mm to 0.15 mm as a metal thin plate is provided through a low melting point adhesive sheet 28 based on polyimide such as SPB-A manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd. The sheet 29 is laminated and bonded over almost the entire surface of the inspection wiring board. As a result, the cross-sectional shape shown in FIG.
[0047]
As will be described later, the thin metal plate 29 having a thickness of about 0.08 mm to 0.15 mm for forming the ground layer 40 is an iron-based alloy containing at least one of nickel, chromium, cobalt, and aluminum, or the iron Examples thereof include iron-based composites obtained by applying copper clad to a base alloy, tungsten, copper, molybdenum, tantalum, nickel, and aluminum. Since the semiconductor chip to be connected is based on a low thermal expansion material such as silicon, it is desirable that the thermal expansion coefficient of the probe wiring board is also small. In particular, this characteristic is essential for use in so-called burn-in inspection in which a semiconductor chip is connected in a heated state. Therefore, invar (iron-36 wt% nickel alloy), the above-described 42 alloy (iron-42 wt% nickel alloy) or the like is desirable. Moreover, since copper and aluminum have low electric resistance, it is advantageous when this is used as a ground layer, and is excellent in corrosion resistance.
[0048]
Next, the 42 alloy sheet 29, which is a thin metal plate, is removed by etching so as to form an opening in the vicinity of the pad portion in the wiring 48, whereby the remaining 42 alloy sheet is used. T A land layer 40 is formed. Next, run On top of layer 40 and run A polyimide film 32 b as an insulating layer having a thickness of about 100 to 170 μm thicker than the thickness of the 42 alloy sheet 29 is formed on the adhesive sheet 28 between the conductive layers 40.
[0049]
next, Gran As the protective polyimide film 27, the adhesive sheet 28, and the insulating layer in the opening of the 42 alloy sheet without exposing the layer 40 of A small diameter hole 34b of about 20 to 80 μm reaching the pad on the wiring 48 is formed in the polyimide film 32b by the same processing method as the above-described through hole 34a. Next, a plating film such as copper is applied to the inside of the hole 34b and the surface of the polyimide film 32b, and patterned to form a third layer wiring portion 39, with a contact terminal portion formed on the silicon wafer 20 probe A wiring board 35 is obtained. In FIG. 4E, the signal contact terminal portion 47 has a conductor portion (via) embedded in a fine through hole 34a formed in the insulating layer 32a made of a polyimide film by plating such as copper. Through the one-layer wiring portion 48, the pads of the first-layer wiring portion 48, the protective polyimide film 32, the adhesive sheet 28, and the minute through-hole 34b formed in the insulating layer 32b made of the polyimide film are made of copper or the like. The case where it connects with the wiring 39 of the 3rd layer which has the conductor part (via | veer) embedded by plating is shown. In short, the third-layer wiring 39 is connected to the pad of the first-layer wiring portion by the conductor portion (via) embedded in the minute through hole 34b. As a result, a gutter formed by opening a thin metal plate 29 having a thickness of 0.08 mm to 0.15 mm. run The layer 40 is surrounded by the first layer wiring portion 48, the conductor portion (via) embedded in the through hole 34b, and the third layer wiring portion 39, and the high-speed signal characteristics of the signal line (about 100 MHz to several tens GHz) (High frequency) can be greatly improved. As shown in FIG. 10 and FIG. 11, the third-layer wiring 39 or the first-layer wiring 48 may be used as the lead-out wiring to be drawn out to the periphery.
[0050]
In addition, the ground contact terminal portion 47 is formed of a fine through hole 3. 4 a through the fine through hole from the pad of the first wiring part. run Connected to the layer 40.
[0051]
Next, when the probe wiring board 35a is used, for example, as a connection device shown in FIG. 12, as described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-308423 and 11-23615, the third layer Around the surface of the wiring 39 Part 352 Next, the metal frame 45 is aligned and insulated with an adhesive to be bonded and fixed. Desirably, a protective polyimide film (not shown) is formed on the surface of the third layer wiring so that the surface is flat, and the periphery of the protective polyimide film surface. Part 352 Next, the metal frame 45 is aligned and fixed. Next, a silicone-based coating material is supplied into the frame 45 as the buffer layer 46. The role of the buffer layer 46 is to alleviate the impact as a whole when the tips of the multiple contact terminals 47a come into contact with the electrodes 3 arranged on the semiconductor wafer 1, and the height of the tips of the individual contact terminals 47a is ±. This is because the variation of about 2 μm or less is absorbed by local deformation, and the contact by uniform biting is performed following the variation of about ± 0.5 μm of the height of each electrode 3 arranged on the semiconductor wafer 1. . However, the buffer layer 46 is not necessarily required as long as the variation in the height of the tip of the contact terminal 47a can be about ± 0.5 μm or less.
[0052]
Next, the holding member 43 is screwed to the frame 45 with screws 56. Next, the silicon wafer 20 on which the probe wiring board 35 in which the pressing member 43 is screwed to the frame 45 is formed on a stainless steel fixing jig (not shown) for etching the silicon wafer 20 as a mold material. And a stainless steel lid (not shown) through an O-ring.
[0053]
Next, the fixing jig made of stainless steel is put into a 90-degree potassium hydroxide aqueous solution, and the silicon wafer 20 is removed by etching. Next, the silicon dioxide film 21 and the chromium film and the copper film as the base film 22 are removed by sequentially immersing them in a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride, a potassium permanganate solution, and a copper etching solution. As a result, the first embodiment 35a of the probe wiring board having the cross-sectional shape shown in FIG. 4E is obtained.
[0054]
In the first embodiment 35a thus fabricated, a large number of fine contact terminals 47a having a height of about 15 μm and a bottom surface angle of about 20 μm are arranged at a narrow pitch (for example, 30 μm or less) in accordance with the arrangement of the electrodes of the semiconductor chip. As shown in FIG. probe Embedded in the insulating layer 32a below the wiring board 35 for use. A large number of arranged contact terminal portions 47 for signals are provided as lead wires through the first wiring layer or the first wiring layer serving as lead wires through fine through holes formed in a plurality of insulating layers. It is electrically connected to the third wiring layer. Also, run The contact terminals for the terminals are connected to the first layer wiring section through the minute through holes, and the pads of the first layer wiring section are connected to the minute through holes. - It is connected to the ground layer through a hole.
[0055]
According to the first embodiment described above, the adhesion between the polyimide film 32a and the silicon wafer 20 can be increased by the base film 22 made of chromium, copper, etc. Swelling could be suppressed. In addition, a group consisting of a thin metal plate such as a 42 alloy sheet having a thickness of about 0.08 mm to 0.15 mm. run The in-plane position of the contact terminal can be maintained with high accuracy by the layer 40. Furthermore, by using a metal thin plate such as 42 alloy sheet to form an opening by etching and using it as the ground layer 40, the high-speed signal characteristics (high frequency of about 100 MHz to several tens GHz) of the signal line can be greatly improved. .
[0056]
<Second embodiment of wiring board for probe>
A manufacturing process of the second embodiment of the probe wiring board used in the connection device according to the present invention is shown in FIG.
[0057]
FIGS. 5A and 5B are the same as FIGS. 4A and 4B.
[0058]
In the second embodiment, the first difference from the first embodiment is that first, nickel plating, which is a hard metal, is first applied to the resist opening pattern portion using the base film 22 as a seed film, and copper is then formed thereon. The point is that the resist is removed by filling the plating and performing pattern separation to form the first layer wiring 48 with the contact terminal portion 47. The first layer wiring portion 48 with the contact terminal portion is formed with a resist opening pattern for the contact terminal portion and filled with nickel plating, and a resist opening pattern for the first layer wiring portion is formed with copper plating. It is also possible to fill and connect them in the same layer. Thus, in the second embodiment, the wiring of the first layer is connected to the contact terminal portion 47 in substantially the same layer. In addition, the first layer wiring Third-layer wiring portion 39 composed of a conductor portion (via) connected to the top Position of This is because it is desired to separate the contact terminal portion 47 from the contact terminal portion 47 in a plan view. As a result, for example, as shown in FIG. 7, the elastic resin 38 or the like can be disposed directly above the contact terminal portion 47.
[0059]
Next, a second point different from the first embodiment is that there is no protective polyimide film on the first layer wiring 48 with the contact terminal portion 47 and between the first layer wirings 48, for example, 42 alloy sheet 29 having a thickness of about 0.08 mm to 0.15 mm as a thin metal plate is laminated and bonded through a low melting point adhesive sheet 28 based on polyimide such as SPB-A manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd. There is in point to do. As a result, the cross-sectional shape shown in FIG. 5C is obtained. As the metal thin plate 29, other materials described in the first embodiment can also be used.
[0060]
The subsequent steps are the same as in the first embodiment. In other words, in the thin metal plate 29, the vicinity of the pad portion in the wiring 48 is removed by etching and opened. run A polyimide layer 32b having a thickness of about 15 μm and serving as an insulating layer is formed thereon. Next, a through-hole forming mask 33 is formed on the polyimide film 32b. G run The through hole 34b reaching the pad on the wiring 48 is formed in the same manner as in the first embodiment so that the exposed layer 40 is not exposed. As a result, the cross-sectional shape shown in FIG. 5D is obtained.
[0061]
Next, the mask 33 is removed by dipping in an aqueous sodium hydroxide solution. Next, copper or the like is plated on the polyimide film 32b including the side wall of the through hole 34b and patterned to form a third-layer wiring portion 39. Of course, it is preferable to use the third layer wiring portion 39 as the lead-out wiring.
[0062]
Next, when the probe wiring board 35b is used as, for example, the connecting device shown in FIG. 12, as described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-308423 and 11-23615, the third layer Around the surface of the wiring 39 Part 352 Next, the metal frame 45 is aligned and insulated with an adhesive to be bonded and fixed. Desirably, a protective polyimide film (not shown) is formed on the surface of the third layer wiring so that the surface is flat, and the periphery of the protective polyimide film surface. Part 352 Next, the metal frame 45 is aligned and fixed. Next, a silicone-based coating material is supplied into the frame 45 as the buffer layer 46. Then, the holding member 43 is screwed to the frame 45 with screws 56. Next, it mounts | wears with the stainless steel fixing jig (not shown) for etching the silicon wafer 20 which is a mold material similarly to the first embodiment.
[0063]
Next, as in the first embodiment, the stainless steel fixing jig is put into a 90-degree potassium hydroxide aqueous solution, the silicon wafer 20 is etched away, and a silicon dioxide film and a base film are formed. Remove the chromium film and the copper film. As a result, the second embodiment 35b of the probe wiring board having the cross-sectional shape shown in FIG. 5E is obtained.
[0064]
According to the second embodiment 35b, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, the protective polyimide film forming step can be eliminated, and the through hole forming step can be further reduced.
[0065]
<Third Example of Probe Wiring Board>
A manufacturing process of the third embodiment of the probe wiring board used in the connection device according to the present invention is shown in FIG.
[0066]
In the third embodiment, the first difference from the first embodiment is that a contact terminal portion 47 is formed on the single crystal silicon wafer 20 as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). There is. A second difference from the first embodiment is that a probe wiring board is separately formed on a glass substrate 36 as shown in FIGS. 6C to 6E. Is to remove. Further, a third point different from the first embodiment is that, as shown in FIG. 6 (f), the contact terminal portion 47 made separately and the through-hole conductor portion on the bottom surface of the probe wiring board are connected. The third embodiment 35c is completed by fixing by solder bonding and then peeling off the silicon wafer 20 at the interface between the silicon dioxide film 21 and the base film 22 and removing the base film.
[0067]
That is, in FIGS. 6A and 6B, the process is the same as that of the first embodiment until the contact terminal portion 47 is formed. However, a gold film was used as the base film 22.
[0068]
Separately, a polyimide film 32a having a thickness of about 15 μm serving as an insulating layer is formed on the glass substrate 36 as in the first embodiment, and a mask 33 made of an aluminum film for forming a through hole is formed on the polyimide film 32a. Form. Using this as a mask, a through hole 34a is formed in the polyimide film 32a by laser processing or the like, as in the first embodiment. As a result, the cross-sectional shape shown in FIG.
[0069]
Thereafter, as in the first embodiment, the mask 33 is removed by dipping in an aqueous sodium hydroxide solution. Thereafter, similarly to the first embodiment, a chromium and copper film is sequentially laminated on the polyimide film 32a including the sidewall of the through hole 34a by sputtering, and this is used as a seed film, and resist patterning is performed by a so-called semi-additive method. Then, a first layer wiring portion 48 is formed through copper plating and pattern separation, and a protective polyimide film 27 is formed thereon.
[0070]
A copper plate 19 having a thickness of about 0.08 mm to 0.15 mm as a metal thin plate obtained by etching a portion corresponding to the pad portion in the wiring portion 48 of the first layer (etching). run Layer 40) and the low melting point adhesive sheet 27 are separately laminated and bonded to the protective polyimide film 27. As a result, the cross-sectional shape shown in FIG.
[0071]
As in the first embodiment, a polyimide film 32b serving as an insulating layer is formed thereon, and the run In order to prevent the exposed layer 40 from being exposed, a small-diameter hole 34b reaching the pad on the first-layer wiring portion 48 is formed in the adhesive sheet 28 and the polyimide layer 32b in the opening of the copper plate in the same manner as the through-hole 34a. Open using the method. Next, the hole 34b and the surface of the polyimide film 32b are plated with copper or the like and patterned to form a third-layer wiring portion 39 to obtain an inspection wiring board. The lead-out wiring may be either the third-layer wiring section 39 or the first-layer wiring section 48.
[0072]
Thereafter, in order to separate the inspection wiring board from the glass substrate 36, the glass substrate 36 is removed by etching by immersion in a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride. At this time, it is necessary to seal the probe wiring board with a jig or the like so as not to be affected by the mixed solution.
[0073]
Next, a solder 37 having a thickness of about 3 μm is formed on the bottom through-hole conductor portion (first-layer wiring portion 48) by plating. As a result, an inspection wiring board having a cross-sectional shape shown in FIG.
[0074]
Next, the nickel contact terminal 47 with silicon wafer and the 37 solder portions on the bottom surface of the probe wiring board are brought into contact with each other and heated to fix the solder.
[0075]
Next, when the probe wiring board 35c is used as, for example, the connection device shown in FIG. 12, the periphery of the surface of the third layer wiring 39 is used. Part 352 Next, the metal frame 45 is aligned and insulated with an adhesive to be bonded and fixed. Desirably, a protective polyimide film (not shown) is formed on the surface of the third layer wiring so that the surface is flat, and the periphery of the protective polyimide film surface. Part 352 Next, the metal frame 45 is aligned and fixed. Next, a silicone-based coating material is supplied into the frame 45 as the buffer layer 46. Then, the holding member 43 is screwed to the frame 45 with screws 56. Next, it mounts | wears with the fixing jig made from stainless steel (not shown) for etching the silicon wafer 20 which is a type | mold material similarly to the 1st and 2nd Example.
[0076]
Next, the silicon wafer 20 is peeled off at the interface between the silicon dioxide film 21 and the base film 22, and the base film 22 made of a gold film is removed to complete the third embodiment 35c.
[0077]
According to the third embodiment 35c thus manufactured, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, since the base film 22 is made of a gold film, the silicon dioxide film 21 and the probe wiring board can be easily separated. Further, by cleaning the silicon wafer 20 and repeating the formation of the base film 22 with the gold film, it can be used as a mold material for forming a new contact terminal portion.
[0078]
According to the first to third embodiments described above, the contact terminals 47a have a fine and narrow pitch, and as shown in FIG. 4 (e), FIG. 5 (e), and FIG. run The wiring layer 40 is formed so as to be surrounded by the third-layer wiring portion 39 including the contact terminal portion 47, the first-layer wiring portion 48, and the conductor portion (via) filled in the through hole. Thus, the high-speed signal characteristics of the signal line can be greatly improved, and the metal layers 29 and 19 that are laminated and bonded are opened to form the ground layer 40. As a result, the effect of maintaining the in-plane position of the contact terminal with high accuracy is obtained. Furthermore, if invar (iron-36 wt% nickel alloy), 42 alloy (iron-42 wt% nickel alloy), or the like is used as the metal thin plate 29, it is possible to sufficiently cope with the burn-in test.
<Fourth Example of Probe Wiring Board>
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the probe wiring board used in the connection device according to the present invention. The fourth embodiment is a probe in which an elastic resin 38 is arranged on a protective polyimide film 27 in which a thin metal plate 29 in the vicinity of the contact terminal portion 47 is opened in order to apply a load to make contact with a semiconductor chip. This is a wiring board 35d. (Fig. 7 (a))
In the manufacturing process of the fourth embodiment, first up to the lamination adhesion of the 42 alloy sheet 29 as a metal thin plate is carried out by the same method as described in the first embodiment. Next, the 42 alloy sheet 29 in the vicinity of the contact terminal portion 47 in a plane is removed by etching, and an elastic resin 38 such as a silicone rubber adhesive is printed on the etched portion, so that a fourth embodiment 35d is obtained. Is obtained.
[0079]
Next, when the probe wiring board 35d is used as, for example, a connection device shown in FIG. 12, a protective polyimide film (not shown) is formed on the surface of the 42 alloy sheet 29 so that the surface becomes flat. . Next, the metal frame 45 is aligned and fixed to the surface of the protective polyimide film. Then, the holding member 43 is screwed to the frame 45 with screws 56. Next, as in the first and second embodiments, the silicon wafer 20 as a mold material is mounted on a stainless steel fixing jig (not shown). Thereafter, similarly to the first embodiment, the silicon wafer is removed by etching, and further, the chromium dioxide film and the copper film which are the silicon dioxide film 21 and the base film 22 are removed.
[0080]
Made in this way For probe An upper view of the device 35d is shown in FIG. A 42 alloy sheet is disposed so as to surround the contact terminal 47a disposed on the quadrangular side, and an elastic resin 38 is disposed immediately above the contact terminal. From the above, the in-plane positional accuracy could be accurately fixed by the 42 alloy sheet. Further, by pressing the protruding portion 43a of the pressing member 43 to push out the elastic resin 38, stable contact characteristics could be obtained. Such a connection device can increase the number of connection terminals, expand the contact area, and collectively connect to terminals of a plurality of chips.
[0081]
<Fifth Example of Probe Wiring Board>
As shown in FIG. 8, the fifth embodiment is a multi-layered wiring structure 35e of the probe wiring board manufactured according to the fourth embodiment.
[0082]
The manufacturing process of the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment. After the third layer wiring portion 39 is formed, the metal thin plate 29 is opened immediately above the contact terminal portion 47. A probe wiring board 35e is obtained by printing an elastic resin 38 such as a silicone rubber-based adhesive on the insulating layer 32b. The subsequent steps are the same as in the fourth embodiment.
[0083]
35e produced in this way can obtain the same effects as those of the fourth embodiment.
[0084]
<Sixth embodiment of wiring board for probe>
In the sixth embodiment, as shown in FIG. 9, after the third layer wiring portion 39 is formed, the first layer wiring layer is formed on the insulating layers 27, 28, and 32b immediately above the contact terminal portion 47. Holes are processed with a laser up to 48 surfaces. This hole may or may not reach the first wiring layer 48. The probe wiring board 35f is obtained by printing an elastic resin 38 such as a silicone rubber adhesive in the hole. The subsequent steps are the same as in the fourth and fifth embodiments.
[0085]
In addition to the fifth embodiment, 35f produced in this way has contact characteristics equivalent to those of the fifth embodiment even at a lower load because the elastic resin 38 is formed closer to the contact terminal. A wiring board for probes could be created.
[0086]
In the first to sixth embodiments described above, the opened metal thin plate is connected to the ground and described as the ground layer 40. However, it may be configured to be electrically floated without being connected to the ground.
[0087]
Next, a semiconductor chip inspection apparatus or a semiconductor chip manufacturing apparatus using the connection apparatus provided with the probe wiring board manufactured according to the first to sixth embodiments will be described.
[0088]
The arrangement of the contact terminals on the probe wiring board 35 and the wiring on the probe wiring board are variously configured in accordance with the arrangement of an object to be inspected, for example, an electrode pad of a semiconductor chip. 10 and 11 show an overall embodiment of these 35. FIG. 10 (a) is a plan view showing a seventh embodiment of the whole 35, and FIG. 10 (b) is a perspective view showing a state in which the probe wiring board 35 provided with the wiring is bent. . FIG. 11A is a plan view showing an eighth embodiment of the whole 35, and FIG. 11B is a perspective view showing a state in which the probe wiring board 35 is bent. In these figures, the number of contact terminals and wirings is reduced for the sake of simplicity of illustration and description, and the density is reduced. In practice, a larger number of contact terminals are provided and arranged at high density.
[0089]
As shown in FIGS. 10A and 10B and FIGS. 11A and 11B, the connection device includes, for example, a probe wiring board having a polyimide film as a base material to be inspected. A contact terminal 47a arranged at a position corresponding to the electrode pad 3 is connected to one end, and the other end is an electrode 51 provided on the peripheral portion of the probe wiring board, and wiring 48 or 39 for connecting them is formed. ing. The wiring 48 or 39 can be wired in various ways. For example, each wiring can be drawn out in one direction, or can be wired radially. Specifically, in the first embodiment shown in FIGS. 10A and 10B, the probe wiring board is formed in a rectangular shape, and the electrodes 51 are arranged at both ends. In the second embodiment shown in FIGS. 11A and 11B, the probe wiring board is formed in a square shape, and wirings 48 or 39 are provided up to the electrodes 51 provided on each side of the square.
[0090]
The connection device for transmitting an electrical signal to the inspection apparatus main body is shown in FIG. 10A or FIG. 11A when the object to be inspected is an electrode pad on the surface of a semiconductor chip formed on a wafer. As described above, the contact terminal forming mold material 102 such as a silicon wafer that is slightly larger than the region 101 of the wafer on which the semiconductor chip is formed is manufactured by the methods of the first to sixth embodiments. In FIG. 10B or FIG. 11B, the region 101 where the contact terminals 47a are formed is bent so as to be surrounded by a polygon.
[0091]
In the present embodiment, the case is shown in which the object to be inspected contacts the electrode pads of all the semiconductor chips formed on the wafer in a lump. However, the present invention is not limited to this. For example, the probe wiring board may be manufactured in an area smaller than the wafer size as a connection device for inspecting semiconductor chips individually or simultaneously with any number of semiconductor chips.
[0092]
FIG. 12 is a diagram showing a main part of a form in which the connection device including the probe wiring board 35 according to the present invention is incorporated into an inspection connection system. The upper fixed plate 40 and the center pivot 41 that is fixed to the upper fixed plate 40 and has a spherical surface 41a at the lower portion and the center pivot 41 are arranged symmetrically in the left and right and front and rear directions. The spring probe 42 which is a pressing force applying means for applying a force to the center pivot 41 and the spring probe 42 is held so as to be tiltable by an inclination 43c, so that a pressing force with a low load (about 3 to 50 mN per pin) is applied. The pressing member 43 to be applied, the probe wiring board 35, and the back surface of the probe wiring board 35 Peripheral part A frame 45 fixed to 352, a buffer layer 46 or an elastic resin 38 provided between the probe wiring board 35 and the pressing member 43, and a contact terminal portion 47 provided on the probe wiring board 35. . The reason why the pressing force against the pressing member 43 is applied by the spring probe 42 is that a pressing force with a substantially constant low load with respect to the displacement of the tip of the spring probe 42 is obtained. It is not necessary to use the probe 42. That is, a compliance mechanism having a low load per pin is formed by the relationship between the center pivot (pressing member support shaft) 41 and the pressing member 43 and the spring probe 42 arranged symmetrically. The tip of the contact terminal 47a follows the surface 3a of the electrode 3 for one or a large number of semiconductor elements, and parallelism is performed.
[0093]
The upper fixing plate 40 is mounted on the support wiring board 50. The support wiring substrate 50 is made of, for example, a resin material such as polyimide resin or glass epoxy resin, and includes internal wiring 50b and connection terminals 50c. The electrode 50a is composed of, for example, a via 50d connected to a part of the internal wiring 50b. The support wiring board 50 and the probe wiring board 35 are fixed using, for example, screws 54 and the like, with the support wiring board 50 and the probe wiring board 35 sandwiched between the pressing members 53. The probe wiring board 35 is formed so that the peripheral edge extends outside the frame 45, and the extension is smoothly bent outside the frame 45 and fixed on the support wiring board 50. At that time, the wiring 48 or 39 of the probe wiring board 35 is electrically connected to the electrode 50 a provided on the support wiring board 50. For this connection, for example, the electrode 51 and the electrode 50a are directly brought into contact with each other, or are connected using an anisotropic conductive sheet 52 or solder.
[0094]
The buffer layer 46 is preferably a substance having elasticity, and an example of a polymer material having rubber-like elasticity is silicon rubber. The buffer layer 46 may be configured such that the pressing member 43 is movably sealed with respect to the frame 45 and gas is supplied to the sealed space. Further, if the height of the contact terminal 47a can be made uniform, the buffer layer 46 may be omitted. In FIG. 12, for the sake of simplicity of explanation, only two contact terminals 47 and wirings 48 or 39 are shown, but a plurality of contact terminals are actually arranged.
[0095]
The connection device according to the present invention oxidizes the surface of one or a plurality of semiconductor chips arranged in parallel in the wafer state at the same time with a low load (about 3 to 50 mN per pin). The object is to reliably connect the electrode pad 3 such as aluminum or solder on which an object is formed with a stable low resistance value of about 0.05 to 0.1Ω. Accordingly, it is not necessary to perform a scribe operation as in the prior art, and it is possible to prevent generation of indentations and electrode material scraps due to the scribe operation. That is, in the probe wiring board 35, the tips of the contact terminals 47a arranged in parallel so as to correspond to the arrangement of the electrode pads 3 are sharpened, and the peripheral portion 352 is supported with respect to the peripheral portion 352 supported by the frame 45. A buffer layer 46 or an elastic resin is formed by following an area 351 in which the above-mentioned contact terminal portions 47 are arranged side by side with a lower surface 43b in which a high-precision flatness is secured in a protruding portion 43a formed below the pressing member 43. 38, the probe wiring board itself is slackened, and the pointed tip of the contact terminal 47a arranged in parallel with the protruding region 351 is perpendicular to the electrode pad 3 such as aluminum or solder. By pressing with a low load, the oxide formed on the surface of the electrode pad 3 is easily broken and brought into contact with the metal conductor material of the electrode on the lower surface, and a stable low resistance value is good. It is possible to ensure the Do contact. In particular, a region portion 351 in which a large number of contact terminal portions 47 in the peripheral portion 352 are arranged side by side with respect to the peripheral portion 352 supported by the frame 45 is formed in the protruding portion 43 a formed below the pressing member 43. By squeezing and overhanging the buffer layer 46 or the elastic resin 38 following the lower surface 43b in which high-precision flatness is ensured, the sagging of the probe wiring board itself is eliminated, and the flatness of the tips of the numerous contact terminals 47 is reduced. The purpose is to ensure high accuracy in accordance with the flatness of the lower surface 43b of the protrusion 43a. The overhang amount in the region portion 351 is determined by the amount of protrusion of the screw 57 that can be adjusted by being fastened to the pressing member 43 left and right and back and forth around the center pivot 41 from the lower surface of the pressing member 43. That is, by tightening the screw 56 inserted in the hole formed in the pressing member provided on the left and right and front and rear with the center pivot 41 as the center, the projecting portion 43a of the pressing member 43 is lowered. The lower end of the screw 57 attached to the pressing member 43 with a protruding amount is brought into contact with the upper surface of the frame 45 bonded and fixed to the peripheral portion 352 of the region portion 351 in the probe wiring board 35. As a result, the region portion 351 in which a large number of contact terminals 47 are juxtaposed through the buffer layer 46 or the elastic resin 38 protrudes, and the sagging of the probe wiring board itself is eliminated. As described above, the flatness of the pointed tip of the contact terminal over the many contact terminals 47a can be ensured with high accuracy of about ± 2 μm or less. In addition, JP-A-2002-139554 describes some inspection connection systems in addition to these, and any of these systems may be used.
[0096]
An electrical property test for a semiconductor chip to be inspected using the connection device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram showing the overall configuration of the inspection apparatus according to the present invention. The inspection apparatus is configured as a wafer connection apparatus in the manufacture of a semiconductor device. The inspection apparatus controls operations of a sample support system 160 that supports the semiconductor wafer 1, an inspection connection system 120 that makes contact with the electrode pads 3 of the object 1 to be inspected and transmits and receives electrical signals, and the sample support system 160. The drive control system 150 includes a temperature control system 140 that controls the temperature of the test object 1 and a tester 170 that tests the electrical characteristics of the semiconductor chip 2. A large number of semiconductor chips 2 are arranged on the semiconductor wafer 1, and a plurality of fine electrode pads 3 for connection to the outside are arranged at a narrow pitch on the surface of each semiconductor chip 2. The sample support system 160 includes a sample stage 162 provided almost horizontally for placing the semiconductor wafer 1, a lifting shaft 164 disposed vertically to support the sample stage 162, and the lifting shaft 164. It is comprised by the raising / lowering drive part 165 which raises / lowers, and the XY stage 167 which supports this raising / lowering drive part 165. The XY stage 167 is fixed on the housing 166. The raising / lowering drive part 165 is comprised from a stepping motor etc., for example. The sample table 162 is provided with a rotation mechanism, and the sample table 162 can be rotated in a horizontal plane. The positioning operation of the sample stage 162 is performed by combining the operations of the XY stage 167, the lift drive unit 165, and the rotation mechanism.
[0097]
An inspection connection system 120 is disposed above the sample stage 162. That is, the probe wiring board 35 and the support wiring board 50 shown in FIG. 12 are provided in a posture facing the sample stage 162 in parallel. In the present embodiment, the terminal 50c is a coaxial connector. The tester 170 is connected via a cable 171 connected to the terminal 50c.
[0098]
The drive control system 150 is connected to the tester 170 via the cable 172. The drive control system 150 sends a control signal to each drive unit of the sample support system 160 to control its operation. That is, the drive control system 150 includes a computer inside, and controls the operation of the sample support system 160 in accordance with the progress information of the test operation of the tester 170 transmitted via the cable 172. Further, the drive control system 150 includes an operation unit 151, and accepts input of various instructions related to drive control, for example, manual operation instructions.
[0099]
The sample stage 162 is provided with a temperature controller 141 for heating in order to perform a burn-in test on the semiconductor chip 2. The temperature control system 140 controls the temperature of the semiconductor wafer 1 mounted on the sample table 162 by controlling the temperature controller 141 of the sample table 162. Further, the temperature control system 140 includes an operation unit 151 and receives a manual operation instruction related to temperature control.
[0100]
Hereinafter, the operation of the inspection apparatus will be described. The semiconductor wafer 1 to be inspected is positioned and placed on the sample table 162. Optical images of a plurality of reference marks formed separately on the semiconductor wafer 1 are picked up by an image sensor or an imaging device such as a TV camera, and the positions of the plurality of reference marks are detected from the obtained image signals. From the detected reference mark position information, the arrangement information of the semiconductor chip 2 and the arrangement information of the electrode pads 3 on the semiconductor chip 2 are recognized according to the type of the semiconductor wafer 1, and the two-dimensional as a whole electrode pad group is recognized. Calculate location information.
[0101]
Further, among a large number of contact terminals 47a formed on the probe wiring board 35, an optical image of a specific contact terminal, or probe Optical images of a plurality of reference marks formed separately on the wiring board 35 are picked up by an imaging device such as an image sensor or a TV camera, and the positions of specific contact terminals or the plurality of reference marks are detected. Based on these pieces of information, two-dimensional position information as the entire contact terminal group is calculated.
[0102]
The drive control system 150 calculates a deviation amount of the two-dimensional position information as the whole electrode pad group with respect to the two-dimensional position information as the whole contact terminal group, and based on the deviation amount, the XY stage 167 and the rotation. A group of electrode pads 3 formed on a plurality of semiconductor chips arranged on the semiconductor wafer 1 is controlled by driving the moving mechanism. Probe wiring board 35 is positioned immediately below a group of a large number of contact terminals 47 arranged in parallel. Thereafter, the drive control system 150, for example, based on the distance between the surface of the region portion 351 on the probe wiring board 35 and the semiconductor wafer 1 measured by the gap sensor installed on the sample stage 162, the elevation drive unit 165. The sample stage 162 is raised until the entire surface 3a of the large number of electrode pads 3 comes into a state of being pushed up by about several μm from the point in time when it contacts the tip of the contact terminal. FIG. 14 shows an external appearance of an inspection performed on a semiconductor chip on which electrode pads are arranged in parallel by a semiconductor inspection apparatus.
[0103]
As a result, the entirety of the large number of contact terminals 47a is made parallel to follow the entire surface 3a of the large number of electrode pads 3, and the variation in height of the individual contact terminals is absorbed by the buffer layer 46 or the elastic resin 38. In addition, contact by biting based on a low load (about 3 to 50 mN per pin) is performed, and each contact terminal 47a and each electrode pad 3 are connected with low resistance (0.01Ω to 0.1Ω). Become.
[0104]
When the burn-in test is performed on the semiconductor chip 2 in this state, the temperature control system 140 controls the temperature regulator 141 of the sample stage 162 to control the temperature of the semiconductor wafer 1 mounted on the sample stage 162. Is done. Therefore, the wiring board for probes is flexible and preferably formed mainly from a heat-resistant resin. In this example, polyimide resin was used.
[0105]
Through the cable 171, the supporting wiring board 50, the probe wiring board 35, and the contact terminal portion 47, the operation power and the operation test signal are exchanged between the semiconductor chip formed on the semiconductor wafer 1 and the tester 170. To determine whether or not the electrical characteristics of the semiconductor chip are acceptable. The above series of operations is performed for each of the plurality of semiconductor chips formed on the semiconductor wafer 1 to determine whether or not the electrical characteristics are acceptable.
[0106]
【The invention's effect】
According to the present invention, an indentation or debris can be obtained by simply pressing a group of contact terminals with a small contact pressure (about 3 to 50 mN per pin) on a narrow pitch and high density electrode pad accompanying high integration of a semiconductor chip. There is an effect that it is possible to realize a stable connection with a low resistance of about 0.05Ω to 0.1Ω without damaging or the like.
[0107]
In addition, according to the present invention, a large number of connection terminals can be easily arranged on the inspection wiring board, and one or many semiconductor chips among the many semiconductor chips arranged on the wafer are arranged. Thus, it is possible to reliably connect the electrode pads simultaneously and to evaluate the electrical characteristics of each semiconductor chip. Furthermore, there is an effect capable of enabling transmission of a high-frequency electric signal (100 MHz to several tens GHz high frequency). In addition, it is possible to evaluate the electrical characteristics of a semiconductor chip with a high density and a narrow pitch, such as being able to evaluate electrical characteristics at a high temperature such as a burn-in test.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a wafer, which is an inspection object on which semiconductor chips are arranged, and a perspective view showing semiconductor chips.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a taper angle in a through hole.
3A is an explanatory view showing a state of spatter failure for a through hole having a taper angle exceeding 90 degrees, and FIG. 3B is an explanatory view showing a state of plating failure for a through hole having a taper angle exceeding 90 degrees. .
FIG. 4 is an explanatory view showing a manufacturing process of the first embodiment of the probe wiring board according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing a manufacturing process of a second embodiment of the probe wiring board according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing a manufacturing process of a third embodiment of the probe wiring board according to the present invention.
7A and 7B are explanatory views showing a fourth embodiment of the probe wiring board according to the present invention, wherein FIG. 7A is a sectional view and FIG. 7B is a top view.
FIG. 8 is an explanatory view showing the structure of a fifth embodiment of the probe wiring board according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view showing the structure of a sixth embodiment of the probe wiring board according to the present invention.
FIG. 10A is a plan view showing a seventh embodiment showing an entire probe wiring board according to the present invention, and FIG. 10B is a perspective view thereof.
11A is a plan view showing an eighth embodiment showing the entire probe wiring board according to the present invention, and FIG. 11B is a perspective view thereof.
FIG. 12 is an explanatory view showing a main part of a form in which a probing apparatus including a probe wiring board according to the present invention is incorporated in an inspection connection system.
FIG. 13 is an explanatory diagram for conducting a characteristic inspection of a semiconductor element by a tester using a probing apparatus including a probe wiring board according to the present invention.
FIG. 14 is an explanatory view showing an appearance of an inspection for a semiconductor chip having electrode pads arranged in parallel by the semiconductor inspection apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer, 2 ... Semiconductor chip (semiconductor element), 3 ... Electrode pad, 10 ... Excimer laser beam, 11 ... Laser optical axis, 12 ... Laser optical axis vertical surface, 13 ... Laser processing metal film mask, 14 ... Polyimide Membrane, 15 ... wiring layer, 16 ... taper angle, 19 ... copper plate (Metal sheet) , 20 ... Silicon wafer, 21 ... Silicon dioxide film, 22 ... Undercoat film, 23 ... Sputtered film, 24 ... Sputtered film non-formed part, 25 ... Plating film, 26 ... Unplated part, 27 ... Protective polyimide film, 28 ... low melting point adhesive sheet, 29 ... 42 alloy sheet (metal thin plate), 30 ... silicon dioxide film, 31 ... square pyramid shaped holes, 32, 32a, 32b ... polyimide film (insulating layer), 33 ... aluminum film (mask), 34, 34a, 34b ... through hole, 35, 35a-35f ... Probe wiring board 36 ... Glass substrate, 37 ... Solder, 38 ... Elastic resin, 39 ... Wiring (third layer wiring part), 40 ... Upper fixing plate, 41 ... Center pivot, 41a ... Lower spherical surface, 42 ... Spring probe, 43 ... Holding member, 43a ... projection, 43b ... lower surface, 43c ... tilt, 351 ... region, 352 ... peripheral part, 45 ... frame, 46 ... buffer layer, 47 ... contact terminal, 47a ... contact terminal, 48 ... wiring ( First wiring layer), 50 ... support wiring board, 50a ... electrode, 50b ... internal wiring, 50c ... connection terminal, 50d ... via, 51 ... electrode, 52 ... anisotropic conductive sheet, 53 ... pressing member, 54 ... Screw, 56 ... Screw, 57 ... Screw, 101 ... Semiconductor chip side-by-side region on wafer, 102 ... Contact terminal forming mold, 103 ... Slit, 120 ... Inspection connection system, 140 ... Temperature control system, 141 ... Temperature 150, drive control system, 151, operation unit, 160, sample support system, 162, sample stage, 164, elevating shaft, 165, elevating drive unit, 166, housing, 167, XY stage, 170 ... Tester, 171 ... cable, 172 ... cable.

Claims (9)

検査対象上に配列された電極群に該電極群に対応してプロービング側の領域部に配列された接触端子群を接触させて電気信号を前記検査対象に入出力するためのプローブ用配線基板であって、
前記接触端子群の各接触端子部に電気的に接続される第1の配線部を複数有する第1の配線層と、該第1の配線層と第2の絶縁層を挟み込んで形成された第2の配線部を複数有する第2の配線層と、前記第2の絶縁層に設けられ、前記各第1の配線部と前記各第2の配線部とを電気的に接続する第2のスルーホール導体部と、前記第1の配線層と第2の配線層との間の前記第2の絶縁層内に埋め込み、少なくとも前記第2のスルーホール導体部近辺を開口させた金属薄板とを備え、
前記第2又は第1の配線部を周縁部まで引き出し配線で引き出すように形成したことを特徴とするプローブ用配線基板。
A probe wiring board for inputting / outputting an electric signal to / from the inspection object by bringing a contact terminal group arranged in a probing side region corresponding to the electrode group into contact with the electrode group arranged on the inspection object There,
A first wiring layer having a plurality of first wiring portions electrically connected to each contact terminal portion of the contact terminal group, and a first wiring layer formed by sandwiching the first wiring layer and the second insulating layer 2nd wiring layer which has two wiring parts, and 2nd through | through which is provided in the said 2nd insulating layer and electrically connects each said 1st wiring part and each said 2nd wiring part A hole conductor, and a metal thin plate embedded in the second insulating layer between the first wiring layer and the second wiring layer and having at least an opening in the vicinity of the second through-hole conductor. ,
A probe wiring board, wherein the second or first wiring portion is formed so as to be drawn to a peripheral portion by a lead wiring.
検査対象上に配列された電極群に該電極群に対応してプロービング側の領域部に配列された接触端子群を接触させて電気信号を前記検査対象に入出力するためのプローブ用配線基板であって、
前記接触端子群の各接触端子部に電気的に接続される第1の配線部を複数有する第1の配線層と、該第1の配線層と第2の絶縁層を挟み込んで形成された第2の配線部を複数有する第2の配線層と、前記第2の絶縁層に設けられ、前記各第1の配線部と前記各第2の配線部とを電気的に接続する第2のスルーホール導体部と、前記第1の配線層と第2の配線層との間の前記第2の絶縁層内に、少なくとも前記スルーホール導体部近辺を開口させた金属薄板を埋め込んで形成したグランド層とを備え、
前記第2又は第1の配線部を周縁部まで引き出し配線で引き出すように形成したことを特徴とするプローブ用配線基板。
A probe wiring board for inputting / outputting an electric signal to / from the inspection object by bringing a contact terminal group arranged in a probing side region corresponding to the electrode group into contact with the electrode group arranged on the inspection object There,
A first wiring layer having a plurality of first wiring portions electrically connected to each contact terminal portion of the contact terminal group, and a first wiring layer formed by sandwiching the first wiring layer and the second insulating layer 2nd wiring layer which has two wiring parts, and 2nd through | through which is provided in the said 2nd insulating layer and electrically connects each said 1st wiring part and each said 2nd wiring part A ground layer formed by embedding a metal thin plate having at least the vicinity of the through-hole conductor portion in the hole conductor portion and the second insulating layer between the first wiring layer and the second wiring layer. And
A probe wiring board, wherein the second or first wiring portion is formed so as to be drawn to a peripheral portion by a lead wiring.
前記接続端子群と前記第1の配線層との間に第1の絶縁層を挟み込み、前記各接触端子部と前記第1の配線部との間を前記第1の絶縁層に設けられた第1のスルーホール導体部で電気的に接続して構成したことを特徴とする請求項1又は2記載のプローブ用配線基板。  A first insulating layer is sandwiched between the connection terminal group and the first wiring layer, and the first insulating layer is provided between the contact terminal portions and the first wiring portion. The probe wiring board according to claim 1, wherein the probe wiring board is configured to be electrically connected by one through-hole conductor portion. 前記接触端子群と前記第1の配線層とをほぼ同層で形成し、前記各接触端子部と前記第1の配線部とを電気的に繋げて構成したことを特徴とする請求項1又は2記載のプローブ用配線基板。  The contact terminal group and the first wiring layer are formed in substantially the same layer, and each contact terminal portion and the first wiring portion are electrically connected to each other. The wiring board for probes according to 2. 前記各接触端子部を前記第1のスルーホール導体部の底面にはんだ接合により固着したことを特徴とする請求項記載のプローブ用配線基板。4. The probe wiring board according to claim 3, wherein each of the contact terminal portions is fixed to the bottom surface of the first through-hole conductor portion by solder bonding. 前記金属薄板において前記接触端子群の真上近辺に開口を形成し、前記絶縁層上において前記接触端子群の真上近辺に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記絶縁層に埋め込まれた前記金属薄板の開口を通して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とする請求項1又は2記載のプローブ用配線基板。  An opening is formed immediately above the contact terminal group in the thin metal plate, an elastic resin is provided on the insulating layer near the contact terminal group, and the elastic resin is pressed by a pressing member to form the insulating layer. The probe wiring board according to claim 1, wherein a pressing force is applied to the contact terminal portion through an opening of the thin metal plate embedded in the probe. 前記金属薄板において前記接触端子群の真上近辺に開口を形成し、前記絶縁層において前記金属薄板の開口を通して前記接触端子群の上面近傍まで到達する穴内に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とする請求項1又は2記載のプローブ用配線基板。  An opening is formed immediately above the contact terminal group in the thin metal plate, and an elastic resin is provided in a hole reaching the upper surface of the contact terminal group through the opening of the thin metal plate in the insulating layer, and holds the elastic resin. The probe wiring board according to claim 1, wherein the probe wiring board is configured to be pressed by a member to apply a pressing force to the contact terminal portion. 検査対象上に配列された電極群に該電極群に対応してプロービング側の領域部に配列された接触端子群を接触させて電気信号を前記検査対象に入出力するためのプローブ用配線基板であって、
前記接触端子群上に第1の絶縁層を挟み込んで設けた第1の配線層と、前記第1の絶縁層に形成され、前記第1の配線層を構成する複数の第1の配線部の各々と前記接触端子群の各接触端子部とを電気的に接続する第1のスルーホール導体部と、前記第1の配線層を被覆する保護用絶縁層と、該保護用絶縁層上に接着され、前記接触端子群の真上近辺を開口させた金属薄板から形成されたグランド層と、前記保護用絶縁層上において前記開口内に弾性樹脂を設け、該弾性樹脂を押さえ部材で押圧して前記保護用絶縁層及び前記第1の絶縁層を介して前記接触端子部に押圧力を付与するように構成したことを特徴とするプローブ用配線基板。
A probe wiring board for inputting / outputting an electric signal to / from the inspection object by bringing a contact terminal group arranged in a probing side region corresponding to the electrode group into contact with the electrode group arranged on the inspection object There,
A first wiring layer provided by sandwiching a first insulating layer on the contact terminal group; and a plurality of first wiring portions formed on the first insulating layer and constituting the first wiring layer. A first through-hole conductor portion that electrically connects each contact terminal portion of the contact terminal group, a protective insulating layer that covers the first wiring layer, and an adhesive on the protective insulating layer An elastic resin is provided in the opening on the ground layer formed of a thin metal plate having an opening immediately above the contact terminal group and the protective insulating layer, and the elastic resin is pressed by a pressing member. A probe wiring board characterized in that a pressing force is applied to the contact terminal portion through the protective insulating layer and the first insulating layer.
請求項1乃至8の何れか一つに記載のプローブ用配線基板を支持配線基板に取付け、該プローブ用配線基板のプロービング側と反対の側の前記領域部に取り付けられた押さえ部材に対して接触圧付与手段によって接触圧を付与するプロービング装置を用いて、前記引き出し配線を介してテスタに接続された前記接触端子群と前記検査対象の半導体素子の電極群とを、相対的に位置合せを行って所望の接触圧で接触させて電気的に接続し、この接続されたテスタと前記電極との間で電気信号の授受を行って前記半導体素子の電気的特性について検査して半導体素子を製造することを特徴とする半導体素子の製造方法。The probe wiring board according to any one of claims 1 to 8 is attached to a support wiring board, and is in contact with a pressing member attached to the region on the side opposite to the probing side of the probe wiring board. with pro Bingu devices for applying a contact pressure by pressure applying means, and an electrode group of the semiconductor element of said object and said contact terminal group connected to the tester via the lead-out wiring, relatively positioning The electrical contact is made at a desired contact pressure and the electrical connection is made. An electrical signal is exchanged between the connected tester and the electrode group to inspect the electrical characteristics of the semiconductor device and A method of manufacturing a semiconductor device, characterized by manufacturing.
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