JP4384724B2

JP4384724B2 - プローブカードの製造方法

Info

Publication number: JP4384724B2
Application number: JP2005278087A
Authority: JP
Inventors: 一道町田
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: WO2007034697A1; TW200728733A; CN101258410A; US20090174422A1; KR20080058319A; JP2007086013A

Description

本発明は、プローブカードの製造方法に係り、更に詳しくは、コンタクトプローブと基板との接合方法の改良に関する。

半導体集積回路などの検査対象物にコンタクトプローブ（接触探針）を接触させることにより、検査対象物とテスター装置との電気的な接続を行うためのプローブカードが知られている（例えば、特許文献１，２）。テスター装置は、プローブカードを介して接続された検査対象物の電気的特性を検査するものである。プローブカードは、例えば、配線パターンが形成された基板上に弾性のある金属製のコンタクトプローブを整列配置することにより形成される。

コンタクトプローブは、その一端部が溶融層を介して基板に接合され、他端部側に検査対象物と接触させるためのコンタクト部が形成されている。基板の配線パターン上には、金属製の電極パッドが貼り付けられており、この電極パッド及びコンタクトプローブの一端部との間に融点の低い金属材料が溶融層として形成される。コンタクトプローブを基板に接合する際には、加熱により溶融層を溶融させた後、冷却して凝固させることにより、コンタクトプローブ及び電極パッドが接着され、コンタクトプローブが基板上に固定される。
特開２００５−１４０６７７号公報特開２００５−１４０６７８号公報

しかしながら、溶融層を介してコンタクトプローブを基板上に接合したプローブカードを高温下で使用した場合、融点の低い溶融層が融点まで加熱されて溶融してしまうという問題があった。

また、溶融層を介してコンタクトプローブを基板上に接合した場合、その接合部における電気抵抗が増加するとともに、加熱によりコンタクトプローブにひずみや変形が生じたり、各接合部における取付誤差が生じたりする場合がある。コンタクトプローブにひずみや変形が生じた場合や、各接合部における取付誤差が生じた場合には、コンタクトプローブと検査対象物との接触位置がずれてしまう。このような電気抵抗の増加や、コンタクトプローブと検査対象物との接触位置のずれなどにより、検査対象物の電気的特性の検査に悪影響を与えるおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、より高温下で使用可能なプローブカードの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、コンタクトプローブと基板との間の電気抵抗を低減できるプローブカードの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、コンタクトプローブと検査対象物との接触位置がずれるのを防止できるプローブカードの製造方法を提供することを目的とする。

第１の本発明によるプローブカードの製造方法は、基板表面に形成された電極パッドに、検査対象物に接触させる複数のコンタクトプローブを接合してプローブカードを製造するプローブカードの製造方法において、上記コンタクトプローブ及び上記電極パッドの各接合界面を、同一の金属材料により形成する界面形成ステップと、上記コンタクトプローブとは異なる金属材料であって、上記コンタクトプローブ及び上記電極パッドの接合後に溶融され得る金属材料で上記複数のコンタクトプローブの周囲が固められることにより、上記複数のコンタクトプローブの相対位置が変化しないように内部に上記複数のコンタクトプローブが固定され、上記複数のコンタクトプローブの接合界面が露出したブロック体を準備するステップと、上記コンタクトプローブ及び上記電極パッドの各接合界面に付着している不純物を真空中で除去して、各接合界面を活性化させる界面活性化ステップと、上記界面活性化ステップ後も真空状態に維持されたまま、上記コンタクトプローブ及び上記電極パッドの各接合界面を会合させることにより接合する界面接合ステップとを備えて構成される。

このような構成により、コンタクトプローブ及び電極パッドを常温で接合することができる。すなわち、コンタクトプローブ及び電極パッドの各接合界面を真空中で会合させることにより、各接合界面を形成している金属原子の結合手を互いに結合させることができるので、加熱を伴わなくても、コンタクトプローブ及び電極パッドを強固に接合することができる。このとき、真空中で各接合界面に付着している不純物を除去するので、大気中の不純物や各接合界面から除去された不純物が、活性化された各接合界面に付着しにくく、この状態で各接合界面を会合させることにより、接合界面同士を良好に接合させることができる。

特に、コンタクトプローブ及び電極パッドの各接合界面が、同一の金属材料により形成されているので、各接合界面における金属原子の原子間距離が等しく、各金属原子の結合手間の距離も等しい。したがって、コンタクトプローブ及び電極パッドの各接合界面における結合手の密度がほぼ等しいので、結合手同士を高密度で結合させることができ、コンタクトプローブ及び電極パッドをより強固に接合することができる。

このように、コンタクトプローブ及び電極パッドを結合手同士で結合させるような構成であれば、溶融層を介して接合させる場合のように、コンタクトプローブ及び電極パッドの間に融点の低い溶融層を形成する必要がない。したがって、コンタクトプローブ及び電極パッドを融点の高い金属材料で形成すれば、コンタクトプローブ及び電極パッドが高温になるまで溶融しないので、より高温下で使用可能なプローブカードを提供することができる。

また、溶融層を介してコンタクトプローブを基板上に接合するような構成と比較して、接合部における電気抵抗を小さくすることができるので、コンタクトプローブと基板との間の電気抵抗を低減できる。

また、コンタクトプローブ及び電極パッドを常温で接合することにより、溶融層を介してコンタクトプローブを基板上に接合するような構成と比較して、加熱によりコンタクトプローブにひずみや変形が生じるのを防止できるとともに、各接合部における取付誤差が生じるのを防止できる。これにより、コンタクトプローブと検査対象物との接触位置がずれるのを防止できる。

本発明によれば、コンタクトプローブ及び電極パッドを融点の高い金属材料で形成することにより、より高温下で使用可能なプローブカードを提供することができる。また、溶融層を介してコンタクトプローブを基板上に接合するような構成と比較して、接合部における電気抵抗を小さくすることができるので、コンタクトプローブと基板との間の電気抵抗を低減できる。また、コンタクトプローブ及び電極パッドを常温で接合することにより、溶融層を介してコンタクトプローブを基板上に接合するような構成と比較して、コンタクトプローブと検査対象物との接触位置がずれるのを防止できる。

図１は、本発明の実施の形態によるプローブカード１の製造方法の概略を示した斜視図であり、（ａ）は、コンタクトプローブ１０がコンタクト基板２０に接合される前の状態を示し、（ｂ）は、コンタクトプローブ１０がコンタクト基板２０に接合された後の状態を示している。このプローブカード１は、半導体集積回路などの検査対象物に接触させるための複数のコンタクトプローブ１０と、これらのコンタクトプローブ１０を支持するコンタクト基板２０とを備えている。

コンタクト基板２０は、シリコンが板状に形成された基板であって、その表面には配線パターン２１が形成されている。コンタクト基板２０の表面には、コンタクトプローブ１０と接合される平板状の電極パッド２２が２列に整列配置されており、これらの電極パッド２２が配線パターン２１に接続されている。各電極パッド２２の表面は、コンタクトプローブに接合される接合界面２３であり、平坦面として形成されている。

電極パッド２２は、ニッケルコバルト（Ｎｉ−Ｃｏ）、パラジウムニッケル（Ｐｄ−Ｎｉ）、パラジウムコバルト（Ｐｄ−Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）などの金属材料により形成されている。配線パターン２１は、コンタクト基板２０の周縁部まで延びており、コンタクト基板２０の周縁部に取り付けられた配線部材を介してテスター装置に接続されている。

例えば、コンタクト基板２０は、ガラスエポキシ製の多層配線基板からなるメイン基板から、フレキシブル基板により吊り下げられている。メイン基板は、プローブ装置に取り付けられることにより、検査対象物の電気的特性を検査するためのテスター装置に接続される。フレキシブル基板はコンタクト基板２０の周縁部に接続されており、コンタクトプローブ１０は、電極パッド２２、配線パターン２１、フレキシブル基板及びメイン基板を介して、テスター装置と電気的に接続される。

コンタクトプローブ１０は、電極パッド２２と同一の金属材料、すなわち、ニッケルコバルト（Ｎｉ−Ｃｏ）、パラジウムニッケル（Ｐｄ−Ｎｉ）、パラジウムコバルト（Ｐｄ−Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）などの弾性のある導電性の金属材料により形成される。コンタクトプローブ１０は、アーチ状に形成され、その一端部が検査対象物に接触させるためのコンタクト部１１、他端部がコンタクト基板２０に接合される接合部１２を形成している。

コンタクトプローブ１０の接合部１２には、コンタクト基板２０の電極パッド２２に接合される接合界面１３が形成されている。この接合界面１３は、電極パッド２２の接合界面２３よりも面積の小さい平坦面として形成されている。コンタクトプローブ１０は、接合部１２においてコンタクト基板２０に片持ち支持され、その先端側がコンタクト基板２０から遠ざかるように接合部１２からアーチ状に湾曲している。より具体的には、コンタクトプローブ１０は、その中央部に屈曲部を有する２段階のアーチ状に形成されている。コンタクト部１１は、コンタクトプローブ１０の先端部においてコンタクト基板２０と反対側に向かって突出している。

本実施の形態では、図１（ａ）に示すように、複数のコンタクトプローブ１０は、相対位置が変化しないように銅（Ｃｕ）などの材料で周囲を固められ、ブロック体３０として一体的に取り扱われる。複数のコンタクトプローブ１０の各接合界面１３は、ブロック体３０の１つの面（以下、「対向面３１」と呼ぶ。）から外部に露出しており、この対向面３１をコンタクト基板２０に対向させ、各コンタクトプローブ１０の接合界面１３が対応する電極パッド２２の接合界面２３に当接するように位置合わせを行うことにより、複数のコンタクトプローブ１０を一度に位置合わせすることができるようになっている。

このようなブロック体３０は、薄い銅の膜を積層していき、各層において、エッチングなどにより選択的に溝を形成するとともに、その溝にコンタクトプローブ１０を形成するための金属材料を充填するといった周知の方法によって形成することができる。これにより、ブロック体３０の各層の溝内に連続するように充填された金属材料によりコンタクトプローブ１０を形成することができる。

ブロック体３０をコンタクト基板２０に対して位置合わせし、各コンタクトプローブ１０を対応する電極パッド２２に接合した後、薬品を用いてブロック体３０の銅を溶解させることにより、図１（ｂ）に示すように、複数のコンタクトプローブ１０が片持ち支持されたコンタクト基板２０を形成することができる。

図２は、図１のプローブカード１の製造方法について説明するための図であり、プローブカード製造装置４０を概略断面図で示している。図３は、図１のプローブカード１の製造方法としての常温接合処理の一例を示したフローチャートである。図４は、常温接合処理の原理について説明するための模式図である。

このプローブカード製造装置４０は、真空チャンバ４１、マニピュレータ４２及びイオン照射装置４３を備えている。ブロック体３０の対向面３１における各コンタクトプローブ１０の接合界面１３及びコンタクト基板２０の各電極パッド２２の接合界面２３は、同一の金属材料により形成され、いわゆるフロートポリシング法などの周知の研磨加工法を用いて、表面凹凸の高低差が数十〜数百Åの平滑面とされる（平滑化処理；図３のステップＳ１０１）。コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２の各接合界面１３，２３を平滑化することによって、それらの接合面積を大きく確保することができる。

その後、図２（ａ）に示すように、真空チャンバ４１に形成されている排気口４４から真空チャンバ４１内の空気を吸引することにより、真空チャンバ４１内を気圧が１０^−７〜１０^−９Ｐａ程度の高真空雰囲気とする（図３のステップＳ１０２）。そして、真空チャンバ４１内の所定位置にコンタクト基板２０が固定されるとともに、ブロック体３０がマニピュレータ４２により保持された状態で、イオン照射装置４３からブロック体３０の対向面３１及びコンタクト基板２０の表面に向けてイオンが照射される（清浄化処理；図３のステップＳ１０３）。

イオン照射装置４３から照射されるイオンは、金属原子と結合しにくい不活性イオンであることが好ましく、本実施の形態では、アルゴンイオンが照射されるようになっている。清浄化処理により、ブロック体３０の対向面３１における各コンタクトプローブ１０の接合界面１３及びコンタクト基板２０における各電極パッド２２の接合界面２３にアルゴンイオンが衝突し、その衝突エネルギーによって各接合界面１３，２３を形成している金属原子の結合手が切断され、各接合界面１３，２３に付着している不純物が除去される。

図４（ａ）に示すように、各接合界面１３，２３を形成している金属原子５０の結合手５１が清浄化処理により切断されると、それらの結合手５１が活性化され、他の原子の結合手と結合しやすい状態になる。この状態で、図２（ｂ）に示すように、各コンタクトプローブ１０の接合界面１３が対応する電極パッド２２の接合界面２３に当接するようにブロック体３０の位置合わせを行う（図３のステップＳ１０４）。これにより、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２の各接合界面１３，２３が真空中で会合し、図４（ｂ）に示すように、各接合界面１３，２３の結合手５１同士が結合することにより、常温で接合界面１３，２３同士が接合される。その後、上述の通り、ブロック体３０の銅を溶融させるなどして除去する処理を行えばよい。

このように、活性化された結合手５１同士を会合させると結合するといった現象は、各結合手５１の持っている自由エネルギー準位が最も低い状態で安定するという原理により、結合手５１同士が自動的に結合すること（セルフアライメント）に基づくものと思われる。高真空雰囲気において各接合界面１３，２３に付着している不純物を除去するので、大気中の不純物や清浄化処理により各接合界面１３，２３から除去された不純物が、活性化された各接合界面１３，２３に付着しにくく、この状態で各接合界面１３，２３を会合させることにより、接合界面１３，２３同士を良好に接合させることができる。

本実施の形態では、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２を常温で接合することができる。すなわち、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２の各接合界面１３，２３を真空中で会合させることにより、各接合界面１３，２３を形成している金属原子５０の結合手５１を互いに結合させることができるので、加熱を伴わなくても、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２を強固に接合することができる。

特に、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２の各接合界面１３，２３が、同一の金属材料により形成されているので、図４に示すように、各接合界面１３，２３における金属原子５０の原子間距離が等しく、各金属原子５０の結合手５１間の距離も等しい。したがって、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２の各接合界面１３，２３における結合手５１の密度がほぼ等しいので、結合手５１同士を高密度で結合させることができ、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２をより強固に接合することができる。

このように、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２を結合手５１同士で結合させるような構成であれば、溶融層を介して接合させる場合のように、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２の間に融点の低い溶融層を形成する必要がない。したがって、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２を融点の高い金属材料で形成すれば、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２が高温になるまで溶融しないので、より高温下で使用可能なプローブカード１を提供することができる。

また、溶融層を介してコンタクトプローブ１０をコンタクト基板２０上に接合するような構成と比較して、接合部における電気抵抗を小さくすることができるので、コンタクトプローブ１０とコンタクト基板２０との間の電気抵抗を低減できる。

また、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２を常温で接合することにより、溶融層を介してコンタクトプローブ１０をコンタクト基板２０上に接合するような構成と比較して、加熱によりコンタクトプローブ１０にひずみや変形が生じるのを防止できるとともに、各接合部における取付誤差が生じるのを防止できる。これにより、コンタクトプローブ１０と検査対象物との接触位置がずれるのを防止できる。

上記実施の形態では、コンタクト基板２０上に電極パッド２２が形成され、この電極パッド２２にコンタクト基板２０上の配線パターン２１が接続されているような構成について説明したが、このような構成に限らず、コンタクト基板の配線パターン上に電極パッドが貼り付けられたような構成であってもよい。電極パッドは、配線パターンとは異なる金属材料で形成されていてもよいし、配線パターンと同一の金属材料により一体的に形成されていてもよい。

コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２の各接合界面１３，２３は、平坦面に限らず、湾曲形状や凹凸形状などであってもよい。例えば、コンタクトプローブ及び電極パッドの各接合界面のうち一方を凸形状とし、他方を対応する凹形状として、それらを嵌め合わせることにより各接合界面を会合させてもよい。

また、コンタクトプローブ１０及び電極パッド２２の全体を同一の金属材料で形成するような構成に限らず、少なくとも各接合界面１３，２３が同一の金属で形成されていればよい。したがって、コンタクトプローブ１０全体が電極パッド２２と同一の金属材料で形成されたような構成に限らず、例えば、バレル内にプランジャーが伸縮可能に配置されているような多種部品からなるコンタクトプローブにおいて、接合界面を含む一部分のみが電極パッドと同一の金属材料で形成されたような構成であってもよい。

コンタクト基板２０は、シリコン製のものに限らず、他の材料で形成された基板、例えばガラスエポキシ製の基板などであってもよい。

本発明の実施の形態によるプローブカードの製造方法の概略を示した斜視図であり、（ａ）は、コンタクトプローブがコンタクト基板に接合される前の状態を示し、（ｂ）は、コンタクトプローブがコンタクト基板に接合された後の状態を示している。図１のプローブカードの製造方法について説明するための図であり、プローブカード製造装置を概略断面図で示している。図１のプローブカードの製造方法としての常温接合処理の一例を示したフローチャートである。常温接合処理の原理について説明するための模式図である。

符号の説明

１プローブカード
１０コンタクトプローブ
１１コンタクト部
１２接合部
１３接合界面
２０コンタクト基板
２１配線パターン
２２電極パッド
２３接合界面
３０ブロック体
３１対向面
４０プローブカード製造装置
４１真空チャンバ
４２マニピュレータ
４３イオン照射装置
４４排気口
５０金属原子
５１結合手

Claims

基板表面に形成された電極パッドに、検査対象物に接触させる複数のコンタクトプローブを接合してプローブカードを製造するプローブカードの製造方法において、
上記コンタクトプローブ及び上記電極パッドの各接合界面を、同一の金属材料により形成する界面形成ステップと、
上記コンタクトプローブとは異なる金属材料であって、薬品により溶解し得る金属材料で上記複数のコンタクトプローブの周囲が固められることにより、上記複数のコンタクトプローブの相対位置が変化しないように内部に上記複数のコンタクトプローブが固定され、上記複数のコンタクトプローブの接合界面が露出したブロック体を準備するステップと、
上記コンタクトプローブ及び上記電極パッドの各接合界面に付着している不純物を真空中で除去して、各接合界面を活性化させる界面活性化ステップと、
上記界面活性化ステップ後も真空状態に維持されたまま、上記コンタクトプローブ及び上記電極パッドの各接合界面を会合させることにより接合する界面接合ステップと、
上記接合界面の接合後に、上記コンタクトプローブの周囲の金属材料を薬品により溶解するステップとを備えたことを特徴とするプローブカードの製造方法。