JP4490338B2 - プローブユニットの製造方法及びそれを用いたプローブユニット - Google Patents

Description

本発明は電子デバイスを検査するためのプローブユニットの製造方法に関し、特に電子デバイスの電極に接触する導線の先端が基板の縁から突出しているプローブユニットの製造方法に関する。

特許文献１には、基板の凹部に犠牲層を形成し基板と犠牲層とを研磨により平坦化した後に、平坦化された基板及び犠牲層の上にリソグラフィにより導線を形成し、犠牲層を除去することにより導線の先端が基板の縁から突出したプローブユニットを製造する方法が開示されている。しかし、特許文献１に開示された方法によると、基板と犠牲層とを平坦化する段階では、基板と犠牲層との硬度が異なり、また研削傷が発生するため、極めて狭いピッチの導線をリソグラフィにより高精細に形成できるほど基板と犠牲層の平坦度を向上させることは困難である。
特許文献２には、基板の平坦な表面にリソグラフィにより導線を形成し、基板を裏面から切断することにより導線の先端が基板の縁から突出したプローブユニットを製造する方法が開示されている。しかし、特許文献２に開示された方法によると、導線を変形させずに基板を切断することは困難である。

特開２００２−２８６７５５号公報 特開平８−１５３１８号公報

本発明は上述の問題に鑑みて創作されたものであって、基板の縁から突出している高精細な導線を備えるプローブユニットを容易に製造する方法及びこの方法を用いたプローブユニットを提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するためのプローブユニットの製造方法は、基板の平坦な表面の一部に犠牲層を形成する段階と、前記犠牲層上に先端が位置する導線を前記表面にリソグラフィにより形成する段階と、前記導線の前記犠牲層上に形成される部位の真下を通る切り込み溝を前記基板の裏面に形成する段階と、前記導線を形成した後に前記犠牲層を除去する段階と、前記犠牲層を除去した後に前記切り込み溝から前記基板を破断する段階と、を含む。
犠牲層上に先端が位置する導線を基板の表面に形成し、導線の犠牲層上に形成される部位の真下を通る切り込み溝を基板の裏面に形成し、犠牲層が除去された基板を切り込み溝から破断することにより、導線に接触していない部位で基板が破断するため、基板の破断によって導線を変形させることなく容易に基板の縁から導線を突出させることができる。また導線が形成される犠牲層の表面を研磨する必要がないため、基板及び犠牲層の表面にリソグラフィにより高精細な導線を容易に形成することができる。

（２）、（６）前記犠牲層を形成する段階では、表面に角部のない犠牲層を形成してもよい。
表面に角部のない犠牲層上に先端が位置する導線を形成することにより、基板から浮いた部位に屈曲部のない導線を形成することができる。これにより電子デバイスに押し当てられた導線の基板から浮いた部位における応力集中を緩和することができる。

（３）前記基板を破断する段階では、前記基板を引張破断してもよい。
基板を引張破断することにより、基板を折って破断する場合に比べて、基板の破断時に導線が変形しにくくなる。

（４）前記切り込み溝を形成する段階では、底部の断面がＶ字形状の前記切り込み溝を形成してもよい。
底部の断面がＶ字形状の切り込み溝から基板を破断することにより、目標線に沿って正確に基板を破断させることができる。

（５）前記プローブユニットの製造方法は、前記基板を破断した後、前記導線の前記基板から浮いた部位の一部を除去し、前記導線の前記基板から浮いた部位の剛性を調節する段階をさらに含んでもよい。
基板を破断させた後に導線の基板から浮いた部位の剛性を調節することにより、使用状態で導線の剛性を正確に調節することができる。

尚、本明細書において、「・・・上に形成する」とは、技術上の阻害要因がない限りにおいて、「・・・上に直に形成する」と、「・・・上に中間物を介して形成する」の両方を含む意味とする。また、請求項に記載された方法の各動作の順序は、技術上の阻害要因がない限り、記載順に限定されるものではなく、どのような順番で実行されてもよく、また同時に実行されてもよい。特に、前述した溝を形成する段階は、導線を形成する前、犠牲層を形成する前、導線を形成した後、犠牲層を除去した後のいずれの時期に実行してもよい。

以下、複数の実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。各実施例において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施例の構成要素と対応する。
（第一実施例）
図１から図７は、本発明の第一実施例によるプローブユニットの製造方法を示す図である。
第一実施例の製造方法では、はじめに図１に示すように、基板１０の平坦な表面１２上に犠牲膜４０を形成する。基板１０には例えばジルコニア、アルミナ、ガラス、シリコン等の脆性破壊可能な材料を用いる。犠牲膜４０には例えば銅等の金属、又はレジストを用いる。犠牲膜４０に金属を用いる場合、例えばリフトオフ法によって犠牲膜４０を形成する。すなわち、基板１０の表面１２上にリソグラフィによって所望のレジストパターンを形成した後、レジストパターンの開口部内の基板１０の上に犠牲膜４０をスパッタで成長させてから、レジストパターンを除去する。リフトオフ法を用いて犠牲膜４０を形成すると、犠牲膜４０は両端の角部が削られた卓状となり、犠牲膜４０の断面形状は略等脚台形となる。犠牲膜４０にレジストを用いる場合、リソグラフィによって所望のパターンの犠牲膜４０を基板１０の表面１２上に形成する。また犠牲膜４０は厚み０．１μｍ以上に形成することが好ましい。犠牲膜４０の断面は、角部が鈍角になる台形や角部がない円弧等の形状が望ましい。現像、リンス後のレジストをリフローすることによりレジスト断面を円弧状にできる。犠牲膜４０上に形成される後述の導線の一部における応力集中を緩和し、導線の強度を上げるためである。

次に図２に示すように、基板１０の表面１２上に検体に応じたピッチで配列された複数の導線２０をリソグラフィにより形成する。このとき、各導線２０の一端が犠牲膜４０上に至るように形成する。具体的にはまず基板１０の表面１２上にめっき下地層をスパッタで形成し、次に所望のレジストパターンをめっき下地層上に形成した後、レジストパターンの開口部内のめっき下地層の上にめっき層を成長させ、レジストパターンを除去し、めっき下地層の露出した部位を除去する。めっき下地層にはＣｒ等を用い、めっき層にはＮｉ−ＦｅなどのＮｉ系合金を用いる。また導線２０は厚さ１０μｍ以上に形成することが好ましい。本工程では、文献１にて開示されたような、基板と犠牲層を平坦化する工程を経ることなく基板１０及び犠牲層４０の上にリソグラフィによって導線２０を形成するため、狭小なピッチで配列された複数の導線２０を基板１０上に高精度に形成することができる。

次に図３に示すように、基板１０の裏面１４に切り込み溝１６を形成する。このとき、導線２０の基板１０から浮いた部位２２の真下に切り込み溝１６を形成する。切り込み溝１６の形成方法としては、ダイシング、サンドブラスト、レーザ加工、機械的なスクライブ、レーザスクライブ等を用いる。また切り込み溝１６は、断面がＶ字形状であることが好ましく、その幅が数百μｍ程度であることが好ましい。尚、切り込み溝１６を形成する本工程は、犠牲層形成工程（図１参照）の前、導線形成工程（図２参照）の前、犠牲層除去工程（図４参照）の前のいずれの時期に行ってもよい。
次に図４に示すように、犠牲膜４０を選択的に溶解させるエッチング液を用いて犠牲膜４０を除去する。犠牲膜４０を除去することにより、導線２０の犠牲膜４０上に形成された部位２２は基板１０から浮いた状態となる。

次に図５及び図６に示すように、基板１０を切り込み溝１６から破断することで基板１０を必要な部位１０ａと不要な部位１０ｂとに分割し、基板１０の導線２０と接していない不要な部位１０ｂを除去する。具体的には例えば図５（Ｂ１）に示すように、基板の不要な部位１０ｂを基板１０と平行な方向に引張ることにより、基板１０を脆性破断する。基板１０と平行な方向に引張って基板１０を破断することにより、基板１０を折り曲げる必要がないため、基板１０の破断時に導線２０を損傷しにくい。尚、図５（Ｂ２）に示すように、切り込み溝１６から楔状のツール５０を押し込むことにより基板１０を脆性破断してもよいし、図５（Ｂ３）に示すように、表面が階段状のツール５２を基板１０の裏面１４に押し当てることにより基板１０を脆性破断してもよい。本工程で、導線２０の基板１０から浮いた部位２２の真下に位置する切り込み溝１６から基板１０を破断することにより、基板１０の導線２０と接していない部位で基板１０が破断するため、基板１０の破断によって導線２０を損傷させることなく導線２０の一端を基板（の必要な部位）１０ａの縁から突出させることができる。また切り込み溝１６の断面をＶ字形状にしておくことにより、基板１０を目標線に沿って正確に破断することができる。

次に図７に示すように、導線２０の基板（の必要な部位）１０ａから浮いた部位であるビーム２２の曲げ強度を評価し、その評価結果に応じてビーム２２を加工する。具体的にはまず、基板１０ａの表面１２から裏面１４への方向に基板１０ａに対して垂直な力Ｗをビーム２２に加え、ビーム２２の先端２４の変位量δを測定し、Ｗとδからビーム２２の曲げ強度を算出する。ビーム２２に加える力Ｗは、ビーム２２が弾性変形する範囲内の大きさに設定する。ビーム２２の曲げ強度が設計値より大きい場合、すなわちビーム２２の剛性が高すぎる場合、ビーム２２を薄くなるように加工し、ビーム２２の剛性を低くする。ビーム２２の曲げ強度が設計値より小さい場合、すなわちビーム２２の剛性が低すぎる場合には、ビーム２２の長さｌを短くなるように加工し、ビーム２２の剛性を高める。ビーム２２の加工方法としては例えば、電解研磨、切断、研磨等の機械加工や、放電加工や、エッチングや、レーザ加工を用いることができる。本工程で、ビーム２２の曲げ強度の評価結果に応じてビーム２２を加工することにより、設計どおりの剛性を有する導線２０が形成されたプローブユニットを得ることができる。

上述の製造方法で得られたプローブユニットを用いて検体の検査を行う場合、図８に示すように、基板１０ａの表面１２側を検体６に対向させてプローブユニット１を検体６に対して所定の角度で傾斜させ、その姿勢でプローブユニット１を検体６に近付け、導線２０のビーム２２を検体６の電極６０に接触させる。そしてプローブユニット１を検体６にさらに近付け、導線２０のビーム２２から検体６の電極６０に検査信号を入力し、検体６を検査する。検査信号は、導線２０のビーム２２と反対側に接続されたフレキシブル配線板２を介して入出力される。本実施例では、剛性が設計どおりに調整されたビーム２２を検体６の電極６０に接触させるため、ビーム２２と検体６の電極６０との接触圧を調整することができる。したがって、導線２０と検体６の電極６０とに損傷を与えることなく、導線２０と検体６の電極６０とを確実に導通させることができる。

（第二実施例）
図９及び図１０は、本発明の第二実施例によるプローブユニットの製造方法を示す断面図である。
第二実施例では、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、角部のない犠牲膜４０を形成し、その犠牲膜４０上に導線２０を形成することで、屈曲部位がなく基部近傍が略円弧状に湾曲するビーム２２を形成する。角部のない犠牲膜４０を形成する第一の方法としては、まず図１０（Ａ）に示すように、基板１０の表面１２上にめっき下地層４２を形成してから、めっき下地層４２上にレジストパターン４３を形成する。次に図１０（Ｂ）に示すように、レジストパターン４３の開口部４５内のめっき下地層４２の上にめっき層を成長させることで、犠牲膜４０を形成する。次に図１０（Ｃ）に示すようにレジストパターン４３を除去してから、図１０（Ｄ）に示すようにめっき下地層４２の露出した部位を除去する。犠牲膜４０のめっき材料に添加する応力緩和剤を増量する等、めっき材料への添加剤の量や種類を調整することにより、角部のない表面（曲面）４４を有する犠牲膜４０を形成することができる。角部のない犠牲膜４０を形成する第二の方法としては、基板１０の表面１２上に断面が略等脚台形の犠牲膜４０を形成した（図１参照）後、図９（Ｂ）に示すように、犠牲膜４０の角部を研磨やエッチングによって除去することで、角部のない表面（曲面）４４を形成する。角部のない表面（曲面）４４を有する犠牲膜４０上に一端が至る導線２０を基板１０の表面１２上に形成すると、犠牲膜４０の表面４４に基部近傍が略円弧状に湾曲するビーム２２を形成することができる。屈曲部位のないビーム２２を検体の電極に接触させた場合、ビーム２２の特定の部位に応力が集中することがないため、ビーム２２の耐荷重性が向上し、ビーム２２を検体の電極に接触させてから導線２０と検体の電極とを導通させるまでのプローブユニットの変位量（オーバードライブ量）を大きくすることができる。

（Ａ）は本発明の第一実施例によるプローブユニットの製造方法を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図。 （Ａ）は本発明の第一実施例によるプローブユニットの製造方法を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図。 （Ａ）は本発明の第一実施例によるプローブユニットの製造方法を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図。 （Ａ）は本発明の第一実施例によるプローブユニットの製造方法を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図。 （Ａ）は本発明の第一実施例によるプローブユニットの製造方法を示す平面図、（Ｂ１）から（Ｂ３）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図。 （Ａ）は本発明の第一実施例によるプローブユニットの製造方法を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図。 本発明の第一実施例によるプローブユニットの製造方法を示す断面図。 本発明の第一実施例によるプローブユニットの使用状態を示す断面図。 本発明の第二実施例によるプローブユニットの製造方法を示す断面図。 本発明の第二実施例によるプローブユニットの製造方法を示す断面図。

符号の説明

１ プローブユニット、１０ 基板、１０ａ 基板の必要な部位、１０ｂ 基板の不要な部位、１２ 表面、１４ 裏面、１６ 切り込み溝、２０ 導線、２２ ビーム、４０ 犠牲膜、４４ 角部のない表面（曲面）

Claims (6)

1. 基板の平坦な表面の一部に犠牲層を形成する段階と、
   前記犠牲層上に先端が位置する導線を前記表面にリソグラフィにより形成する段階と、
   前記導線の前記犠牲層上に形成される部位の真下を通る切り込み溝を前記基板の裏面に形成する段階と、
   前記導線を形成した後に前記犠牲層を除去する段階と、
   前記犠牲層を除去した後に前記切り込み溝から前記基板を破断する段階と、
   を含むプローブユニットの製造方法。
2. 前記犠牲層を形成する段階では、表面に角部のない犠牲層を形成する請求項１に記載のプローブユニットの製造方法。
3. 前記基板を破断する段階では、前記基板を引張破断する請求項１又は２に記載のプローブユニットの製造方法。
4. 前記切り込み溝を形成する段階では、底部の断面がＶ字形状の前記切り込み溝を形成する請求項１〜３のいずれか一項に記載のプローブユニットの製造方法。
5. 前記基板を破断した後、前記導線の前記基板から浮いた部位の一部を除去し、前記導線の前記基板から浮いた部位の剛性を調節する段階をさらに含む請求項１〜４のいずれか一項に記載のプローブユニットの製造方法。
6. 請求項２に記載の製造方法により製造されたプローブユニットであって、
   前記導線の前記基板から浮いた部位に屈曲部のないプローブユニット。

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