JP4723195B2

JP4723195B2 - プローブの製造方法

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Publication number: JP4723195B2
Application number: JP2004063228A
Authority: JP
Inventors: 勝弥奥村; 俊裕米沢
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Octec Inc
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Octec Inc
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: CN100442058C; KR20070005605A; WO2005085877A1; EP1724594A1; JP2005249693A; US7649369B2; US20080036479A1; TWI379080B; CN1930482A; TW200540425A; KR100835245B1

Description

本発明は、ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行う際に用いられるプローブの製造方法に関し、更に詳しくは、検査時の針圧を低減することができるプローブの製造方法に関するものである。

ウエハ等の被検査体の電気的特性検査を行う場合に、例えばプローブ装置等の検査装置が用いられる。検査装置は、被検査体と電気的に接触するプローブカードを備え、プローブカードに取り付けられた複数のプローブを被検査体に形成されたＩＣチップの電極パッドに電気的に接触させてＩＣチップの電気的特性検査を行うようにしてある。

しかしながら、電極パッドは、例えばアルミニウム等の導電性金属によって形成されているため、プローブを電極パッドに接触させただけでは電極パッドの表面に形成された酸化膜が絶縁体となって電気的導通を取ることができない。そこで、プローブに所定の接触荷重（針圧）を掛けて、電極パッド上でプローブをスクライビングさせて酸化膜を削り取ったり、プローブ先端で酸化膜を突き破ったりして、プローブと電極パッドとの間の電気的導通を取っている。

例えば特許文献１には電極パッドの酸化膜を突き破るプローブについて提案されている。このプローブはプローブの先端部が複数の突部で形成され、これらの突部で電極パッドとの接触面積を増大し、更には突部で酸化膜を突き破り、プローブと電極パッドとの電気的接触を取っている。突部としては、先端が鋭角な三角状の断面形状をした格子状の突部や、先端が鋭角な三角状の断面形状をした錘状の突部等が提案されている。

また、特許文献２には半導体チップの検査用電極として接続されるバンプの先端面に凹凸を形成するプローブカードの製造方法が提案されている。更に、特許文献３にも特許文献２と同種のコンタクタ及びコンタクタの形成方法が提案されている。これらの特許文献において提案されたバンプも特許文献１の場合と同様にバンプ先端面の凹凸によって電極パッドの酸化膜を突き破るようにした技術である。

特開平１１−０５１９７０号公報特開平０８−３０６７４９号公報特開平１０−１３２８５４号公報

しかしながら、近年、集積回路の高機能化及び高速化に伴って配線構造の微細化、薄膜化が急激に進み、配線層が極めて薄くなってきているため、従来の特許文献１に記載のプローブに針圧を掛けて検査を行うとプローブが酸化膜のみならず配線層をも貫通し、また、プローブからの集中応力によって配線層や絶縁層を損傷する虞がある。逆に針圧を低くするとプローブと電極パッドとの導通が不安定になる虞がある。また、特許文献２、３に記載のバンプは、凹凸によって電極パッドの酸化膜を確実に破ることができるものの、特許文献１の場合と同様に針圧によっては配線層や絶縁層を損傷する虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低針圧で酸化膜を突き破って被検査体を確実且つ安定的に検査することができるプローブの製造方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のプローブの製造方法は、コンタクタ本体と、上記コンタクタ本体に上記被検査体の複数の電極パッドに対応して形成された複数の凹部と、上記各凹部にそれぞれ取り付けられ且つ上記各凹部において上記複数の電極パッドとの接触部が出入する複数のプローブと、上記複数のプローブがそれぞれの凹部において接続された配線層と、を有するコンタクタを用いて上記被検査体の電気的特性検査を行う際に、上記複数の電極パッドと電気的に接触するプローブを製造する方法であって、シリコン基板に上記被検査体との上記接触部の型を形成する工程と、上記シリコン基板の表面にスパッタリング処理を施して金属箔膜を形成する工程と、上記シリコン基板の型内に尖端部を有する複数の導電性材料を投入する工程と、上記シリコン基板の型内に導電性金属をメッキ処理により充填して上記接触部を形成する工程と、上記接触部と一体化する上記プローブ本体をメッキ処理により形成する工程と、上記プローブ本体と上記接触部を上記シリコン基板から剥離して上記シリコン基板の型から離型する工程と、上記シリコン基板の型から離型した上記接触部を上記被検査体との接触側から上記導電性金属を所定寸法だけエッチング液によって除去して上記導電性材料の尖端部を突出させる工程と、を備え、上記複数のプローブを上記コンタクタ本体に転写可能に形成したことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のプローブの製造方法は、請求項１に記載の発明において、上記導電性材料として、上記接触部より硬い材料を用いることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のプローブの製造方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記導電性材料として、導電性ダイヤモンドまたはナノスケール金属を用いることを特徴とするものである。

本発明によれば、コンタクタのプローブを製造する工程は、シリコン基板に上記被検査体との接触部の型を形成する工程と、上記シリコン基板の表面にスパッタリング処理を施して金属箔膜を形成する工程と、上記シリコン基板の型内に尖端部を有する複数の導電性材料を投入する工程と、上記シリコン基板の型内に導電性金属をメッキ処理により充填して上記接触部を形成する工程と、上記接触部と一体化するプローブ本体をメッキ処理により形成する工程と、上記プローブ本体と上記接触部を上記シリコン基板から剥離して上記接触部を上記シリコン基板の型から離型する工程と、上記シリコン基板の型から離型した上記接触部を上記被検査体との接触側から上記導電性金属を所定寸法だけエッチング液によって除去して上記導電性材料の尖端部を突出させる工程と、上記シリコン基板から上記コンタクタ本体にプローブを転写する工程と、を備えているため、コンタクタにプローブを転写する際に、シリコン基板の型内に形成された接触部とシリコン基板上に形成されたプローブ本体を一緒に金属箔膜を介して簡単に離型することができ、低針圧で酸化膜を突き破って被検査体を確実且つ安定的に検査することができるプローブの製造方法を提供することができる。

以下、図１〜図３に示す各実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図１の（ａ）、（ｂ）は本発明のプローブの一実施形態を示す図で、（ａ）はプローブを適用したプローブカードを示す断面図、（ｂ）はプローブの要部を示す断面図、図２は図１に示すプローブと電極パッドとが電気的に接触した状態を示す断面図、図３の（ａ）〜（ｅ）は図１に示すプローブの製造工程の要部を示す断面図である。

本実施形態のプローブ１０は例えば図１の（ａ）に示すようにプローブカード２０に取り付けて用いられる。プローブカード２０は、同図に示すように、例えばセラミック基板によって形成されたコンタクタ２１と、コンタクタ２１に電気的に接続されたプリント配線基板２２とを備え、例えばプローブ装置本体内に配置された載置台３０上の被検査体（ウエハ）と対向し、載置台２０の水平方向及び上下方向の移動によりプローブカード２０のプローブ１０がウエハＷに形成された複数のＩＣチップ（図示せず）の一部と接触し、あるいは全てのＩＣチップと一括して接触し、各ＩＣチップの電気的特性検査を行うように構成されている。

コンタクタ２１の下面には図１の（ａ）に示すように集積回路の電極パッドＰに対応する複数の凹部２１Ａが所定のパターンで形成され、これらの凹部２１Ａに対応させて本実施形態のプローブ１０がコンタクタ２１の下面に取り付けられている。コンタクタ２１内には配線層が複数層に渡って形成され、これらの配線層を介してプローブ１０とプリント配線基板２２とが電気的に接続されている。

プローブ１０は、例えば図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、細長形状に形成されたプローブ本体１１と、このプローブ本体１１の先端部に形成された上記被検査体との接触部１１Ａと、この接触部１１Ａから突出する先端部１２Ａを有する複数の導電性材料（導電性粒子）１２とを備え、接触部１１Ａがプローブ本体１１を介してコンタクタ２１の凹部２１Ａにおいて弾力的に出入りするようになっている。導電性粒子の１２の先端部１２Ａは、同図の（ｂ）に示すように先端が尖った尖端部として形成されている。そこで、以下では先端部１２Ａを尖端部１２Ａとして説明する。

プローブ本体１１は、靭性及び弾力性を有するニッケル等の導電性金属によって形成されている。また、接触部１１Ａは、本実施形態ではプローブ本体１１と同一の導電性金属によって形成されているが、別の導電性金属によって形成されたものであっても良い。導電性粒子１２は、接触部１１Ａよりも硬い材料または耐薬品性に優れた材料、例えば導電性ダイヤモンド、カーボンナノチューブまたはナノスケール金属によって形成され、接触部１１Ａ内に埋設されている。また、ウエハＷのＩＣチップの電極パッドＰは、例えばアルミニウムや銅等の導電性金属によって形成されている。尚、図１の（ｂ）において、Ｉは保護膜である。

図１の（ｂ）に示すように接触部１１Ａには後述するように電極パッドＰと接触する接触面１１Ｂが電極パッドＰの上面とほぼ平行になるように形成されている。複数の導電性粒子１２の尖端部１２Ａは、接触部１１Ａの接触面１１Ｂから所定寸法だけ突出し、検査時に電極パッドＰの酸化膜Ｏを突き破って電極パッドＰと電気的に接触し、延いてはプローブ１０とＩＣチップ間の電気的導通を取るように形成されている。また、プローブ１０の導電性粒子１２の尖端部１２Ａが電極パッドＰに突き刺さると接触面１１Ｂが電極パッドＰと接触してストッパーとして機能し、尖端部１２Ａが所定の深さを超えて突き刺さらないようにしてある。

本実施形態では、例えばプローブ本体１１の接触面１１Ｂが略円形に形成され、その直径が約３０μｍの大きさに形成され、導電性粒子１２の尖端部１２Ａが接触面１１Ｂから約０．３μｍ突出している。一方、電極パッドＰは例えばアルミニウム金属層が１μｍ程度の厚さに形成され、その表面に０．１μｍ程度の酸化膜Ｏが形成されている。

本実施形態のプローブ１０を用いてウエハＷの電気的特性検査を行う場合には、図１の（ａ）に示すように載置台３０上にウエハＷを載置し、載置台３０が水平方向に移動して同図の（ｂ）に示すようにウエハＷの検査位置の真下に達する。次いで、載置台３０が上昇するとプローブ１０の導電性粒子１２の尖端部１２ＡとウエハＷ内の電極パッドＰとが接触した後、載置台３０がオーバードライブして、プローブ１０と電極パッドＰとの間に例えば１ｇｆ／本の針圧を付与する。

載置台３０のオーバードライブにより、図２に示すようにプローブ１０は接触部１１Ａから突出した導電性粒子１２の尖端部１２Ａが電極パッドＰの酸化膜Ｏを突き破り、電極パッドＰ内に食い込みプローブ１０と電極パッドＰを電気的に接続する。導電性粒子１２の尖端部１２Ａが電極パッドＰ内の所定の深さに達すると、接触部１１Ａが接触面１１Ｂで電極パッドＰと面接触し、それ以上接触部１１Ａが電極パッドＰ内に食い込むことがない。従って、電極パッドＰが薄膜化して接触部１１Ａの接触面１１Ｂがストッパーとして機能するため、プローブ１０で電極パッドＰを傷つけることなく、ＩＣチップの電気的特性検査を確実且つ安定的に行うことができる。

また、本実施形態のプローブ１０は、例えばフォトリソグラフィー技術を用いたマイクロ電子機械システム (Micro electronic mechanical system：ＭＥＭＳ)プロセス等の微細加工技術によって形成することができる。そこで、図３の（ａ）〜（ｅ）を参照しながら本発明のプローブの製造方法について概説する。本発明の製造方法では、プローブ１０の接触部１１Ａ内に導電性粒子１２を埋設する以外は従来公知の微細加工技術を用いることができる。

プローブを製造する場合にはまず、シリコン基板の表面にレジストを塗布してレジスト膜を形成し、フォトマスクを介してレジスト膜を露光した後、現像してレジスト膜にプローブ本体１１の接触部１１Ａの型を作る部位に開口部を形成する。その後、図３の（ａ）に示すようにレジスト膜をマスクとしてシリコン基板１００にエッチングを施して接触部１１Ａを形成するための型１０１を形成した後、レジスト膜を除去する。この際、型１０１はコンタクタ２１のプローブ１０の配列パターンに合わせてシリコン基板１００の複数箇所に形成する。

次いで、シリコン基板の表面にスパッタリング処理を施して金属薄膜を形成した後、図３の（ｂ）に示すようにシリコン基板１００の型１０１内に複数の導電性粒子１２を投入する。この状態で同図に（ｃ）に示すようにシリコン基板１００にメッキ処理を施して型１０１内にニッケル等の金属を充填してプローブ本体１１の接触部１１Ａを形成する。この際、同図に示すようにプローブ本体１１を接触部１１Ａと一緒に形成することができる。また、必要に応じて接触部１１Ａを形成した後、接触部１１Ａと同一材料または異なる材料でプローブ本体１１を形成しても良い。

然る後、図３の（ｄ）に示すようにプローブ本体１１及び接触部１１Ａをシリコン基板１００からプローブとして剥離する。この状態では導電性粒子１２は接触部１１Ａ内に埋没したままであるため、同図に（ｅ）に示すように接触部１１Ａをエッチング液に浸漬して接触部１１Ａの下端部を除去して導電性粒子１２の尖端部１２Ａを突出させると共に接触面を形成する。尖端部１２Ａの突出寸法は電極パッドの酸化膜を破る深さ（例えば、約０．３μｍ）に設定する。接触部１１Ａに尖端部１２Ａを形成した後、プローブをセラミック基板の所定箇所に転写してコンタクタ２１として完成させる。導電性粒子１２の尖端部１２Ａを接触部１１Ａから突出させるためには、接触部１１Ａの下部を削り取っても良い。

以上説明したように本実施形態のプローブ１０によれば、プローブ本体１１と、このプローブ本体１１の接触部１１Ａから突出する尖端部１２Ａを有する複数の導電性粒子１２とを有するため、プローブ１０に所定の針圧を付与すれば複数の導電性粒子１２の尖端部１２Ａが電極パッドＰの酸化膜Ｏを複数箇所で突き破ってプローブ１０と電極パッドＰとを電気的に確実に接続して、ウエハＷのＩＣチップを確実且つ安定的に検査を行うことができる。この際、接触部１１Ａには接触面１１Ｂが形成されているため、接触面１１Ｂがストッパーと機能して導電性粒子１２の尖端部１２Ａで電極パッドＰを損傷する虞がない。また、導電性粒子１２をプローブ本体１１及び電極パッドＰよりも硬い導電性ダイヤモンドで形成したため、プローブ１０の磨耗を軽減することができる。

また、プローブ１０を製造する際に、導電性粒子１２を接触部１１Ａよりも硬い材料あるいは耐薬品性に優れた材料によって形成するため、エッチング液を用いることによって接触部１１Ａの下端部のみを溶かして導電性粒子１２の尖端部１２Ａを接触部１１Ａから簡単に突出させることができる。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではない。例えば上記実施形態ではカンチレバータイプのプローブについて説明したが、本発明のプローブは、垂直プローブやジグザク状に折り曲げられて弾力を有するタイプのプローブ等の形態を有するものであっても良い。また、導電性材料としてカーボンナノチューブを用いる場合には、プローブの接触部にカーボンナノチューブを成長させた後、接触部の一部を除去してカーボンナノチューブを突出させれば良い。要は、本発明のプローブは、プローブ本体の被検査体との接触部に導電性材料を設け、導電性材料の先端部を接触部から突出させたプローブであれば本発明に包含される。

本発明は、例えば検査装置のプローブとして好適に利用することができる。

（ａ）、（ｂ）は本発明のプローブの一実施形態を示す図で、（ａ）はプローブを適用したプローブカードを示す断面図、（ｂ）はプローブの要部を示す断面図である。図１に示すプローブと電極パッドとが電気的に接触した状態を示す断面図である。（ａ）〜（ｅ）は図１に示すプローブの製造工程の要部を示す断面図である。

符号の説明

１０プローブ
１１プローブ本体
１１Ａ接触部
１１Ｂ接触面
１２導電性粒子
１２Ａ尖端部

Claims

コンタクタ本体と、上記コンタクタ本体に上記被検査体の複数の電極パッドに対応して形成された複数の凹部と、上記各凹部にそれぞれ取り付けられ且つ上記各凹部において上記複数の電極パッドとの接触部が出入する複数のプローブと、上記複数のプローブがそれぞれの凹部において接続された配線層と、を有するコンタクタを用いて上記被検査体の電気的特性検査を行う際に、上記複数の電極パッドと電気的に接触するプローブを製造する方法であって、
シリコン基板に上記被検査体との上記接触部の型を形成する工程と、
上記シリコン基板の表面にスパッタリング処理を施して金属箔膜を形成する工程と、
上記シリコン基板の型内に尖端部を有する複数の導電性材料を投入する工程と、
上記シリコン基板の型内に導電性金属をメッキ処理により充填して上記接触部を形成する工程と、
上記接触部と一体化する上記プローブ本体をメッキ処理により形成する工程と、
上記プローブ本体と上記接触部を上記シリコン基板から剥離して上記シリコン基板の型から離型する工程と、
上記シリコン基板の型から離型した上記接触部を上記被検査体との接触側から上記導電性金属を所定寸法だけエッチング液によって除去して上記導電性材料の尖端部を突出させる工程と、を備え、上記複数のプローブを上記コンタクタ本体に転写可能に形成した
ことを特徴とするプローブの製造方法。
上記導電性材料として、上記接触部より硬い材料を用いることを特徴とする請求項１に記載のプローブの製造方法。
上記導電性材料として、導電性ダイヤモンドまたはナノスケール金属を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプローブの製造方法。