JP4743945B2

JP4743945B2 - 接続装置の製造方法

Info

Publication number: JP4743945B2
Application number: JP2000266299A
Authority: JP
Inventors: 裕史後藤; 貴之平野; 宋雄勝見; 隆木下; 康司米田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: JP2002071720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ＩＣチップ及び液晶デバイス等の電極に接触して電気信号を入出力することによりこれらの半導体ＩＣチップ及び液晶デバイス等の検査を行う接続装置の製造方法に関し、特に、高密度に集積された多数の電極を有する半導体ＩＣチップ及び液晶デバイス等を検査可能な接続装置を精度良く効率的に製造できる製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit：大規模集積回路）用の半導体素子は、１枚の半導体ウェハ上に多数形成された後、個々のチップに切り分けられ、夫々のチップがＬＳＩ用の半導体素子(チップ)として使用される。前記半導体素子の表面には、その周囲に沿って多数の電極、即ちコンタクトパッドが列設されている。このような半導体素子を工業的に多数生産し、その電気的性能を効率的に検査するために、図９に示すような相互接続装置が使用されている。この相互接続装置は、ブローブカード２２とプローブカード２２から斜めに突出したタングステン針からなるコンタクトブローブ２３とにより構成されている。この相互接続装置による半導体素子２４の検査においては、コンタクトプローブ２３の撓みを利用してコンタクトプローブ２３と半導体素子２４との間に接触圧を印加し、コンタクトプローブ２３に電極２５をこすらせ、電極２５の表面に自然に形成された酸化膜を除去することによりコンタクトプローブ２３を電極２５に電気的に接続し、半導体素子２４の電気特性を検査している。
【０００３】
近時、半導体素子の高集積化及び微細化に伴い、コンタクトパッドの多ピン狭ピッチ化が進むにつれ、コンタクトプローブの狭ピッチ化が要望されている。しかしながら、従来から使用されてきたタングステン針からなるコンタクトプローブでは、タングステン針の直径の微細化に限界があることから、多ピン化及び狭ピッチ化への対応は困難となっている。更に、タングステン針からなるコンタクトプローブはその長さが長いことからインダクタンスが大きく、高速信号での検査に限界がある。
【０００４】
このため、半導体素子の電極とこれを検査するための検査回路との間で電気信号を伝送するための接続装置であって、高密度に集積された電極に簡便に接続できる接続装置の開発が望まれている。
【０００５】
そこで近時、マイクロマシン技術を使用する極細コンタクトプロ一ブの製造方法が開発されている。極細コンタクトプローブにおいては、その先端部の高さ及び間隔を揃えることが重要である。仮に、コンタクトプローブの先端部に不揃いが生じると、このコンタクトプローブをＬＳＩチップ及び液晶デバイス等の各電極に接触させる際にコンタクトプローブの一部が導通しない状態となり、接触精度が悪くなる。更に、シリコンウェハを使用して極細プローブを製造する場合、一連のシリコン加工プロセスへの適合性を考慮すると、使用するプロセスに合わせて使用する材料を最適化した効率的な製造方法が必要である。
【０００６】
上述のような半導体素子の高密度化、狭ピッチ化に対応し、高速信号による動作試験にも対応可能な相互接続装置の製造方法が、特表平１０−５０６２３８号公報、特開平７−２８３２８０号公報及び特開平８−５０１４６号公報に開示されている。特表平１０−５０６２３８号公報に開示されている技術は、互いに反対方向に突出するようにバネで付勢された２本の可動ピンを、チューブに出没自在に嵌め込んだ形状のプローブ、即ち、スプリングプローブを製造するものである。このスプリングブローブにおいては、このスプリングブローブの一端側の可動ピンを半導体素子等の検査対象物の電極に当接させ、他端側の可動ピンを測定回路側の基板に設けられた端子に当接させることにより検査を行う。また、この検査対象物に当接させる可動ピンを犠牲基板上において予備製造することにより、一括して電子コンポーネントに転移することを可能とする。
【０００７】
また、特開平７−２８３２８０号公報に開示されている技術は、シリコンウェハからなる型材上に接触子を形成するための型となる穴を形成し、この型を使用して接触子、絶縁フィルム及び引き出し用配線を形成することにより、接続装置を製造するものである。
【０００８】
更に、特開平８−５０１４６号公報に開示されている技術は、シリコンウェハの異方性エッチングにより突起部を形成し、更に前記シリコンウェハをコの字型にエッチングすることにより片持ち梁を形成して接触子を形成し、この接触子に緩衝層及び配線基板を接着することにより、接続装置を製造するものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特表平１０−５０６２３８号公報に記載された技術には以下に示す問題点がある。この方法では犠牲基材として、アルミニウム基材若しくは薄い鋼箔、アルミニウム箔等の金属箔又はシリコンウェハを使用している。犠牲基材として前述の金属箔を使用する場合は、微細加工を行う際に犠牲基材のハンドリングが難しいという問題点がある。また、当然であるが、金属箔は一般的な半導体製造装置において微細加工を行うことができない。
【００１０】
一方、犠牲基材としてシリコンウェハを使用する場合は、犠牲基板をプローブから剥離するために過大な時間がかかり、プローブの生産性を著しく低下させるという問題点がある。特表平１０−５０６２３８号公報においては、犠牲基板としてシリコンウェハを使用し、犠牲基板上に形成する犠牲層としてアルミニウムを使用し、チタン層を前記シリコンウェハと前記アルミニウム層の間に介在させた例が示されている。このとき、チタン層は積極的に接着層の役割を果たすために使用している。この方法によれば、シリコンデバイスに適応した一般的な半導体製造装置によりプローブの微細加工を行うことができるが、犠牲層と犠牲基板との間の付着力及び犠牲層と形成されたプローブとの間の付着力が大きいため、犠牲層の溶解に過大な時間が必要となる。また、犠牲基板にシリコンウェハを使用し、犠牲層としてアルミニウム薄膜又は銅薄膜を使用する例も示されているが、この例においては、犠牲層の膜厚が数μｍ程度と薄く前記薄膜とシリコンウュハとの間の付着力が大きく、薄膜へのエッチング液の染み込みが悪くなってエッチング速度が遅くなり、その結果、犠牲層の溶解に相当の時間が必要となる。このように、特表平１０−５０６２３８号公報において、前記犠牲層又は犠牲基材を短時間で効率的に除去できる技術は明らかになっていない。
【００１１】
また、特表平１０−５０６２３８号公報において、例えば、シリコンウェハを溶解するためには、溶解するための薬液としてフッ硝酢酸又は強アルカリ液が必要となる。フッ硝酢酸はフッ化水素酸、硝酸及び酢酸を１：２：１の割合で混合した混合液であり、強アルカリ液の例としては、水酸化カリウム、イソプロバノール及び水を含むエッチング液並びにテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含むエッチング液がある。これらのエッチング液を使用する場合には、コンタクトプローブを支持する支持基板の材料が制限されるという問題点がある。例えば、溶解用の薬液としてフッ硝酢酸を使用する場合は、前記支持基板の材料としてシリコン、二酸化シリコン、ガラス及び耐酸性が弱い金属は使用できない。また、溶解用の薬液として強アルカリ液を使用する場合は、前記支持基板の材料としてシリコン、有機材料及び耐アルカリ性が弱い金属は使用できない。
【００１２】
更に、特表平１０−５０６２３８号公報において示されているマイクロマシン技術は、高精度な接触子を形成でき接触圧を低下させることも可能であるが、検査対象となる半導体素子の電極に接するコンタクトプローブは微小突起の表層に形成された薄膜の配線であるため、このコンタクトプローブの機械的強度が劣るという問題点がある。特に、例えばアルミニウム等の表面に酸化皮膜を有する金属により構成された電極への多数回の接触により、コンタクトプローブが容易に摩耗又は剥離するという問題点がある。このため、数十万回という従来のタングステン針による検査装置の寿命に比較して、この技術は信頼性の観点から実用化には困難が伴う。
【００１３】
更にまた、特開平７−２８３２８０号公報に開示されている技術においても、特表平１０−５０６２３８号公報において示されている技術と同様に、型材の分離に極めて長時間を要し、生産性が劣るという問題点がある。また、特開平８−５０１４６号公報に開示されている技術においては、シリコンウェハからエッチングにより接触子を削り出す方法であるため、エッチングに時間を要し生産性が劣ると共に犠牲基板を使用する方法と比較して加工精度が劣るという問題点がある。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、先端部の高さ精度及び間隔精度が優れ、電極への多数回の接触に対する耐磨耗性及び信頼性が優れており長期間良好な接触性能を維持できる接続装置をマイクロマシン技術を使用して簡便に歩留まりよく製造でき、スループットを向上させることができる製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る接続装置の製造方法は、検査対象と電気的に接触して電気信号を入出力するための接続装置の製造方法であって、シリコンからなる犠牲基板の表面に接触子を形成するための複数個の凹部を形成する工程と、前記凹部の内面を含む前記犠牲基板の表面に二酸化シリコン膜を形成する工程と、前記凹部内の前記二酸化シリコン膜の上に硬質の導電膜を形成して検査対象と電気的に接触し前記電気信号を入出力するための接触子を形成する工程と、前記二酸化シリコン膜上における前記接触子に接続する位置に前記電気信号を導通するための引き出し配線を前記凹部を埋めてその表面が平坦になるように形成する工程と、前記接触子及び前記引き出し配線からなる先端構造の上にこの先端構造を支持するための支持基板を重ねて連結する工程と、前記二酸化シリコン膜を除去することによって前記先端構造を前記犠牲基板から分離する工程と、前記先端構造を支持する支持基板を配線基板上に搭載し前記配線基板上の配線と前記引き出し配線とを延長配線により接続する工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、犠牲基板上に予め接触子及び引き出し配線からなる接続装置の先端構造（以下、先端構造という）を形成し、この先端構造を支持基板に連結したうえで前記先端構造から犠牲基板を分離することにより、前記犠牲基板上に形成した前記先端構造を支持基板に転写することができ、これにより、形状精度が高い接続装置を容易に製造でき、接続装置の製造コストを低減させることができる。また、このとき、前記犠牲基板上に二酸化シリコンよりなる犠牲層を形成し、この二酸化シリコン膜を溶解することにより、前記先端構造から前記犠牲基板を容易に分離することができ、接続装置を短時間で効率よく製造することが可能となる。更に、前記二酸化シリコン膜の厚さを４００ｎｍ以上とすることにより、この効果が著しく増大する。
【００１８】
また、前記二酸化シリコン膜を形成する工程の後に、白金、金、銀、ロジウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、銅及び錫からなる群から選択された少なくとも１種の金属又はその合金からなる膜を形成する工程を有することができる。
【００１９】
前記金属は二酸化シリコンとの付着力が低い金属である。例えば、白金等の貴金属は表層に酸化物を形成しにくいため二酸化シリコンとの付着力が低い。このため、これらの金属を二酸化シリコン膜と前記先端構造との間に配置することにより、先端構造と犠牲基板との分離工程において分離時間が短縮でき好ましい。即ち、先端構造と犠牲層との間に犠牲層に対して付着力が低い金属を配置することにより、犠牲層の溶解工程においてエッチング液の染み込み速度が加速され、犠牲基板と先端構造の分離に必要な時間が著しく短縮される。
【００２０】
前記犠牲基板の表面に接触子を形成する工程は、前記犠牲基板の表面に前記接触子を形成するための凹部を形成する工程と、この凹部に硬質の導電膜を形成する工程と、を有することができ、前記凹部を形成する工程は、異方性エッチングにより行うことができる。
【００２１】
ＩＣ製造工程と同じリソグラフィ技術により前記凹部を形成することにより、先端構造の形状の精度を向上させることができる。更に、異方性エッチングにより前記凹部を形成することにより、犠牲基板の表面に多数個の角錐形状又は角錐台形状の先端が尖った凹部をより精度よく形成することができ、形状が均一な接触子を形成することができる。
【００２２】
本発明に係る他の接続装置の製造方法は、検査対象と電気的に接触して電気信号を入出力するための接続装置の製造方法であって、二酸化シリコンからなる犠牲基板の表面に接触子を形成するための複数個の凹部を形成する工程と、前記凹部内に硬質の導電膜を形成して検査対象と電気的に接触し前記電気信号を入出力するための接触子を形成する工程と、前記二酸化シリコン犠牲基板上における前記接触子に接続する位置に前記電気信号を導通するための引き出し配線を前記凹部を埋めてその表面が平坦になるように形成する工程と、前記接触子及び前記引き出し配線からなる先端構造をこの先端構造を支持するための支持基板に連結する工程と、前記犠牲基板の一部又は全部を除去することによって前記先端構造を前記犠牲基板から分離する工程と、前記先端構造を支持する支持基板を配線基板上に搭載し前記配線基板上の配線と前記引き出し配線とを延長配線により接続する工程と、を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明の製造方法により製造される接続装置は、検査対象と電気的に接触して電気信号を入出力するための接続装置であって、検査対象と電気的に接触し前記電気信号を入出力するための接触子であって前記検査対象に接触する部分が硬質の導電性材料で覆われている接触子と、この接触子に接続され前記電気信号を導通するための引き出し配線と、前記接触子及び前記引き出し配線を支持するための支持基板と、前記支持基板を支持し前記引き出し配線に接続され前記電気信号を導通するための配線基板と、この配線基板と前記支持基板との間に配置され前記接触子に印加される外力を緩衝するための緩衝層と、を有することを特徴とする。
【００２４】
これにより、接触子における検査対象に接触する部分を硬質の導電性材料で覆うことにより、接触子の耐磨耗性及び信頼性を向上させることができる。また、支持基板と配線基板との間に緩衝層を設けることにより、電極と接触子との間隔のばらつきを吸収することができる。また、接触対象である電極に多少の段差があっても、接続装置はこれらの電極に安定して接触することができる。
【００２５】
また、前記硬質の導電性材料は、タングステン若しくはその合金又はダイヤモンド若しくはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）であることが好ましい。
【００２６】
従来技術の項において述べたように、タングステンは従来からコンタクトブローブ用の材料として広く使用され、導電性が良好で耐摩耗性が高い材料であるため接触子の先端材料として好ましい。また、ダイヤモンド及びＤＬＣは薄膜硬質材料の中でも極めて高い硬度を有し、接触子の耐磨耗性及び耐変形性を向上させることができる。更に、ダイヤモンド及びＤＬＣは特に摩擦係数が低く、接触子が直接電極の表面酸化層を削る場合においても接触子が電極上をスムーズに移動できるため、ある接触子の引っ掛かりによって他の端子の電極への接触に必要な接触圧が増加し接触に支障をきたすことが起こりにくい。
【００２７】
更に、前記支持基板は、シリコン又はセラミックにより形成されていることが好ましい。
【００２８】
これにより、検査対象がシリコンにより形成されている半導体素子である場合は、この半導体素子と前記支持基板との間の線膨張率の差が小さくなるため、測定時の温度に起因するコンタクトプローブの位置と半導体素子の電極の位置との間の変位が少ない接続装置が実現でき、測定時の温度によらず安定して検査を行うことができる。例えば、ウェハ状態でも高温で容易に検査可能である。同様に、セラミックもシリコンに対して線膨張率の差が少なく、好適な材料である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本実施例のコンタクトプロ一ブの製造方法について説明する。図１（ａ）乃至（ｄ）、図２（ａ）乃至（ｅ）、図３（ａ）乃至（ｄ）、図４（ａ）及び（ｂ）並びに図５は、本実施例における接続装置の製造方法をその工程順に示す断面図である。
【００３０】
先ず、図１（ａ）に示すように、犠牲基板１として、単結晶シリコンウェハ基板を用意し、この単結晶シリコンウェハ基板の（１００）面に、熱酸化により厚さ０．１μｍの二酸化シリコン膜２を形成する。熱酸化は、例えば酸化温度を１０００℃としたウェット酸素中にて１００分間保持することにより行う。
【００３１】
次に、図１（ｂ）に示すように、二酸化シリコン膜２の表面に、東京応化工業製のＴＳＭＲ８９００を厚さ１μｍに塗布し、次いで、後の工程において接触子を形成する予定の領域に、一辺が約１０乃至４０μｍの正方形のコンタクトパターンを露光し現像液により現像することにより、前記領域に開口部４を有するフォトレジスト３を形成する。次に、二酸化シリコン膜２及びフォトレジスト３を備えた犠牲基板１をフッ化水素酸とフッ化アンモニウム液とを１：７に混合した混合液に浸潰し、フォトレジスト３をマスクとして二酸化シリコン膜２をエッチングし、二酸化シリコン膜２によるマスクを形成する。
【００３２】
次に、図１（ｃ）に示すように、フォトレジスト３を除去し、二酸化シリコン膜２をマスクとして犠牲基板１の（１００）面に異方性エッチングを施し、四角錐状の形状を有するモールド５（鋳型）を形成する。犠牲基板１のエッチングは、例えば、水酸化カリウム、イソプロバノール及び水を含むエッチング液又はテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを含むエッチング液に犠牲基板１を浸債することにより行う。
【００３３】
次に、図１（ｄ）に示すように、二酸化シリコン膜２を全面エッチングし除去する。
【００３４】
次に、図２（ａ）に示すように、犠牲基板１の全面に二酸化シリコン膜からなる犠牲層６を形成する。犠牲層６の成膜はウェット酸化により、５時間で６００ｎｍの厚さまで成膜する。
【００３５】
ここで、犠牲層６の膜厚の限定理由について説明する。図７は、犠牲基板１の表面に形成される犠牲層６の膜厚と、犠牲基板１と犠牲基板１上に形成された先端構造との分離に要する時間との関係を示すグラフ図である。前述の如く本実施例においては、犠牲基板１の表層に二酸化シリコンからなる犠牲層６を形成することにより、後に示す工程において、犠牲層６の上に接触子及び引き出し配線からなる接続装置の先端構造を形成した後、前記先端構造から犠牲基板１を分離する際に、犠牲層６を溶解することにより容易に分離できるようにする。
【００３６】
この理由は、平面上の二酸化シリコンにおけるフッ酸によるエッチング速度は通常約１２０ｎｍ／分であるが、二酸化シリコン膜（犠牲層６）が犠牲基板１及び前記先端構造により両側から挟まれている場合には、エッチング液が犠牲層６に浸透しにくくなり、犠牲層６が溶解され前記先端構造から犠牲基板１が分離する時間が犠牲層６の膜厚及び面積に大きく依存するからである。図７に示すように、本実施例の条件においては、前記先端構造から犠牲基板１が分離する時間は二酸化シリコン膜の膜厚に指数関数的に依存し、二酸化シリコンの膜厚が厚いほど分離時間は短くなる。分離時間の観点からは犠牲層６は厚ければ厚いほど好ましいが、犠牲層６の成膜時間とモールド５の深さを考慮すると、犠牲層６の膜厚は４００ｎｍ乃至１０μｍの範囲が適当であり、少なくとも４００ｎｍ以上であることが好ましく、６００ｎｍ以上であることがより好ましい。なお、エッチング液への超音波の印加は前記エッチング速度を増加させる効果があるが、犠牲層６の膜厚による影響が圧倒的に大きいため、犠牲層６の薄膜化を超音波の印加により補うことは困難である。
【００３７】
犠牲層６を形成した後、図２（ｂ）に示すように、犠牲層６の表面に接触子の先端部を形成するタングステン膜７を成膜する。タングステン膜７はスパッタリング法により形成し、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィーにて形成したマスク（フォトレジスト８）を利用して６弗化硫黄のプラズマによるドライエッチングによってタングステン膜７のパターンを形成する。
【００３８】
次に、図２（ｄ）に示すように、フォトレジスト８を酸素プラズマによりアッシングするか又は剥離液によって剥離しフォトレジスト８を除去する。
【００３９】
次に、図２（ｅ）に示すように、後の工程で金めっき膜を成膜するために必要であると共に、犠牲層６の溶解を促進させるためのシード層９をスパッタリング法により形成する。本実施例では、白金を厚さ２００ｎｍまで成膜する。白金は表面に酸化膜を形成しにくい貴金属であるため、二酸化シリコンとの付着力が低い。
【００４０】
本実施例においては、犠牲層６上に二酸化シリコン膜との付着力が低い金属からなるシード層９を配置し、微細構造形成の妨げにならない程度に積極的に犠牲層６と犠牲層６の上に形成される先端構造との間の付着力を下げることにより、後の工程において前記先端構造から犠牲基板１を剥離する際に、犠牲層６へのエッチング液の染み込みを加速することができる。その結果、犠牲層６の溶解が促進され、先端構造と犠牲基板１との分離に要する時間が短縮される。この目的のためには、犠牲層６上に形成する金属膜として一般的に貴金属が有効である。その理由は、貴金属は電気化学的に安定で酸化物を形成しにくく二酸化シリコンとの付着力が低いためである。白金以外の貴金属としては金、銀、イリジウム、パラジウム、ルテニウム及びロジウムがある。
【００４１】
これらの貴金属と二酸化シリコンとの間の付着力について説明する。付着力の測定方法のひとつに、鋭利な先端を備えた針を測定対象となる金属膜に当接し、この針に荷重を加え、前記金属膜に傷が発生するときの荷重を測定することにより前記金属膜と下地との間の付着力を判断する引っかき法がある。この引っかき法において、白金の二酸化シリコンに対する付着力は１ｇであった。同様に、金は２ｇ、銀は５ｇであった。一方、アルミニウム、チタン及びクロムは酸化しやすく二酸化シリコンとの付着力が高い。前記測定方法において、アルミニウムは７０ｇ、チタン及びクロムは５００ｇ以上の荷重が必要であり、犠牲層６上に形成する金属膜の材料としては適さないことが明らかとなった。二酸化シリコンに対する付着力が弱い貴金属以外の金属として、銅及び錫がある。これらの付着力の弱い金属又はその合金は、貴金属と同様の効果を発揮するため、本工程において犠牲層６上に形成する金属膜の材料として使用することができる。
【００４２】
シード層９を形成後、図３（ａ）に示すように、金めっき膜１１のフレームパターンとして、シード層９上にフォトレジスト１０を形成する。そして、電解めっき法により厚さ２０乃至５０μｍの金めっき膜１１を成膜する。このとき、電解めっき法の替わりに無電界めっき法により金めっき膜１１を成膜しても、得られる効果は同じである。電解めっきは、液温は５５乃至７０℃、電流は０．５Ａ／ｄｍ²の条件で、めっき液を攪拌しながら行う。
【００４３】
めっき成膜後、図３（ｂ）に示すように、フォトレジスト１０を剥離し、金めっき膜１１の表面を、アルゴンプラズマを使用するドライエッチング法によってエッチバックすることにより、金めっき膜１１をマスクとしてシード層９をエッチングし除去する。これにより、タングステン膜７、シード層９及び金めっき膜１１から構成される接触子１２及び引き出し配線１３が形成される。接触子１２及び引き出し配線１３は、接続装置の先端構造１４を構成する。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すように、シリコンウェハからなる支持基板１６の表面に被覆されたポリイミドからなる支持層１５に、先端構造１４を接着する。
【００４５】
次に、図３（ｄ）に示すように、犠牲基板１及び先端構造１４を支持層１５及び支持基板１６に接着した接合体をエッチング液に浸し、犠牲層６を溶解する。犠牲層６は二酸化シリコン膜であるため、フッ化水素酸とフッ化アンモニウム液とを１：７で混合した混合液に前記接合体を浸潰してエッチングする。このとき、エッチング液に超音波を印加することによって、犠牲層６の溶解時間を短縮することができる。
【００４６】
なお、犠牲層６として二酸化シリコン膜を使用した場合には、その溶解時間は接着面積によっても異なるが、この二酸化シリコン膜の膜厚が例えば６００ｎｍである場合には、大きさが１．５ｃｍ角の前記接合体において、溶解時間は３乃至２４時間であった。同様に、犠牲層６としてイリジウムを使用した場合もほぼ同じ溶解時間であった。また、犠牲層６を構成する二酸化シリコン膜と白金膜により構成されるシード層９との間に窒化タンタル膜を挿入した場合は、前記窒化タンタル膜は二酸化シリコン膜と白金膜との接着層として働くため、白金膜の付着力が大きくなり、溶解にかかる時間は２４０乃至３３６時間となり、実用に適さなかった。更に、犠牲層６をチタン又はクロムにより構成した場合も、溶解に極めて長い時間を要した。
【００４７】
また、請求項６に記載したように、犠牲基板１自体に二酸化シリコン又はそれに類するガラス材料を使用することで、上記作用と同様に弗化水素酸と弗化アンモニウムとの混合液により犠牲基板１全体を溶解させることができる。この方法によれば、安価な材料で高価な単結晶シリコンウェハを使用する場合と同様な効果が期待できる利点の他に、犠牲基板１全体を溶解するようにすれば、犠牲基板１と犠牲基板１上に形成される薄膜との密着力に依存せずに犠牲基板１を溶解できるため、犠牲基板１上に窒化タンタル等の密着層を形成しても実用的な時間内に犠牲基板１の溶解を行うことができる。また、犠牲基板１を薄く研磨することにより、溶解時間を短縮することも可能となる。なお、このように犠牲基板１にガラス類を使用する場合には、突起部（接触子１２）を形成するための犠牲基板１への凹部（モールド５）の形成には、前記弗化アンモニウム混合液によるエッチング及びプラズマドライエッチング等の方法を利用することができる。
【００４８】
上述の工程を経て、図４（ａ）に示すように、先端が尖った形状の突起を有する接触子１２が形成される。また、このとき、支持基材１６は接触子１２の近傍にて切断され、接触子１２の直上とその周辺に相当する部分を除いて取り除かれる。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に示すように、シリコンゴムにより構成される緩衝層１７を支持基板１６に接着し、更に緩衝層１７を配線基板１８に接着する。即ち、支持基板１６と配線基板１８との間にシリコンゴムを挟み込み一体化させることにより、シリコンゴムは緩衝層１７として働く。そして、支持基板１６の端部よりはみ出した支持層１５及び引き出し配線１３を滑らかに折り曲げて、配線基板１８に接着する。このとき、支持基板１６、緩衝層１７及び配線基板１８の接着は、シリコンゴム自体に接着力があるため接着剤を必要としない。なお、接着剤を使用して接着するようにしてもよい。本実施例では、緩衝層１７として、例えば厚さが０．２乃至３ｍｍで、硬さ（ＪＩＳＡ）が約１５乃至７０のシリコンゴムを使用する。但し、緩衝層１７を構成する材料は前記シリコンゴムに限定されず、緩衝材となりうる有機系のフィルム等でもよい。
【００５０】
次に、図５に示すように、引き出し配線１３の端部に位置する引き出し電極（図示せず）を、配線基板１８上の接続端子１９に延長配線２０により接続する。
これにより、図５に示すような接続装置２１を形成することができる。
【００５１】
次に、本実施例の接続装置２１の構造について説明する。図５は、本実施例の接続装置２１の構成を示す断面図であり、図６は、図５に示す接続装置２１を先端構造１４側からみた平面図である。
【００５２】
本実施例のコンタクトブローブ２１は、図５に示すように、配線基板１８の表面に緩衝層１７が接合され、緩衝層１７の表面に支持基板１６が接合され、支持基板１６の表面に支持層１５が配置され、支持層１５の表面に先端構造１４が配置されている。配線基板１８の緩衝層１７が接合されている側の表面には接続端子１９が配置され、接続端子１９は延長配線２０を介して先端構造１４に接続されている。また、先端構造１４は、測定対象となる半導体素子等の電極に接触する接触子１２と一端が接触子１２に接続され他端が延長配線２０に接続されている引き出し配線１３とから構成されている。
【００５３】
配線基板１８は、緩衝層１７、支持基板１６、支持層１５及び先端構造１４を支持し、先端構造１４を外部の装置に電気的に接続するためのものであって、例えば、ボリイミド、ガラスエポキシ等の樹脂材料からなり、その表面には先端構造１４の引き出し配線１３と接続するための接続端子１９が設けられ、また、内部配線等（図示せず）を有している。
【００５４】
緩衝層１７は、接触子１２に印加される外力を緩和し、接触子１２が安定して測定対象物の電極に接触できるようにするためのものであって、配線基板１８と支持基板１６との間に配置され、本実施例においてはシリコンゴムにより構成されている。
【００５５】
支持基板１６は支持層１５及び先端構造１４を支持するためのものであって、緩衝層１７と支持層１５の間に配置されている。本実施例においては、支持基板１６はシリコンウェハにより構成されている。支持基板１６及び緩衝層１７は、接触子１２の近傍にのみ配置されている。これにより、接触子１２を支持層１５、支持基板１６及び緩衝層１７の厚さを合計した分だけ配線基板１８の表面から突出させている。
【００５６】
支持層１５は先端構造１４を支持するためのものであって、ポリイミドにより形成され、支持層１５の一部は支持基板１６上に搭載され残部は支持基板１６上からはみ出している。このはみ出した部分は緩やかに湾曲し、配線基板１８に連結されている。
【００５７】
接触子１２は測定対象物の電極に接触しこの電極との間で電気信号を入出力するためのものであって、支持層１５上に配置されている。接触子１２は、四角錐状の形状の突起部を有し、表面がタングステン膜７で覆われ、タングステン膜７の下には白金膜（シード層９）が設けられ、この白金膜の下には金めっき膜１１が設けられている。
【００５８】
引き出し配線１３は接触子１２により入出力される電気信号を延長配線２０及び接続端子１９を介して配線基板１８に導通させるためのものであって、支持層１５上に配置され、金めっき膜１１と金めっき膜１１の表面を覆うように形成された白金膜（シード層９）とから構成されている。引き出し配線１３の一端は接触子１２と一体化し電気的に接続され、他端は前述の支持層１５と配線基板１８との連結部における引き出し配線１３の端部に設けられた引き出し電極（図示せず）において延長配線２０に接続されている。
【００５９】
延長配線２０は、引き出し配線１３を接続端子１９に接続するためのものであって、引き出し用延長配線又は絶縁フィルム上に設けられた引き出し用延長配線により構成されている。また、延長配線２０は、先端構造１４の外側で滑らかに折り曲げられて、一端が先端構造１４の綾部に固定され引き出し配線１３の端部に設けられた引き出し電極（図示せず）に接続され、他端が配線基板１８上に固定され接続端子１９に接続されている。延長配線２０と引き出し電極及び接続端子１９との接続は、例えば、はんだを使用して行われている。なお、これらの接続はワイヤボンディングにより行ってもよい。
【００６０】
また、本実施例のおける接続装置２１と検査対象物を変位自在に支持する試料支持系とによりプローブ系を構成し、このプローブ系と前記試料支持系において検査対象物の変位駆動を制御する駆動制御系及び前記プローブ系と接続されて検査を行うテスタとにより、多数の電極が配置された検査対象物の各電極に対する接触装置を構成することができる。
【００６１】
本実施例の製造方法によれば、犠牲基板１による予備製造工程を有することにより、測定対象物である半導体素子等の各電極に接触する接触子１２を有する接続装置２１を、容易に歩留まり良く形成することができる。本実施例の方法によれば、前記電極のピッチが１０μｍ程度であっても、これに対応する先端構造１４を形成することが可能となる。
【００６２】
また、図２（ａ）に示す工程において、所定の膜厚を有する犠牲層６を犠牲基板１の表層に設けることにより、先端構造１４から犠牲基板１を分離する工程において、分離に要する時間を短縮することが可能となり、接続装置２１を効率よく製造することができる。
【００６３】
更に、図２（ｅ）に示す工程において、犠牲層６上に白金からなるシード層９を設けることにより、前記分離時間を更に短縮することができる。
【００６４】
更にまた、図１（ｃ）に示すような犠牲基板１上に接触子１２を形成するためのモールド５を形成する工程において、異方性エッチングによりモールド５を形成することにより、複数の接触子１２の高さを揃えることができる。本実施例においては、接触子１２の高さの精度として、±０．２μｍ以内の精度を達成できる。
【００６５】
更にまた、異方性エッチングによりモールド５を形成することにより、接触子１２の形状を先端が尖った角錐状の形状とすることができる。一般に、測定対象物の電極を構成する金属がアルミニウム等の表面に酸化膜を形成しやすい金属である場合、電極表面に酸化膜が形成されていて、接触時の電気抵抗値が不安定となる。しかしながら、本実施例の接続装置２１のように、接触子１２の形状を先端が尖った角錐状の形状とし、表層に硬質なタングステン膜を形成することによって、この接触抵抗の不安定性を解消することができる。即ち、接触子１２によるアルミニウム電極への接触において、先ず硬度の高いタングステン膜が被覆された突起部によりアルミニウム電極表面の酸化層が除去され、次に突起部がアルミニウム電極へ食い込むことにより表面酸化層が除去された部分へ接触することができる。本実施例の接続装置２１の場合、１個の接触子１２当たり５ｍＮ以上の荷重となる接触圧が印加されれば、単に接続装置２１を押圧するだけで安定した接触抵抗で接触子１２を介して測定対象物に通電を行うことができる。従って、接続装置２１は低針圧で電極に接触すればよいため、半導体素子の電極及びその直下にある素子に損傷を与えることが防止できる。また、接触子１２の表層に硬質のタングステン膜が形成されているため、本実施例の接続装置２１は耐磨耗性及び耐久性が優れている。
【００６６】
更にまた、図３（ａ）に示した工程において、金めっき膜１１を成膜する際に、先端構造１４間において金めっき膜１１の膜厚にばらつきが発生した場合においても、図３（ｃ）に示した工程において、犠牲基板１上に形成された先端構造１４を支持層１５に接着剤層（図示せず）を介して接着することにより、前記膜厚のばらつきを前記接着剤層により容易に吸収することができる。このため、各先端構造における接触子１２の突起先端部は必ず同一平面上に配置される。
【００６７】
更にまた、本実施例の接続装置２１は、配線基板１８と支持基板６との間に柔軟なシリコンゴムにより形成された緩衝層７を有するため、個々の接触子１２に印加される外力を緩和でき、半導体素子における電極の凹凸の影響を吸収することができる。これにより、半導体素子の電極の高さにばらつきがあっても、この電極と接触子１２との間において安定した接触を得ることができる。また、支持層１５をポリイミド等の柔軟な素材により構成することにより、前記効果を更に向上させることができる。
【００６８】
更にまた、図３（ｃ）に示した工程において、先端構造１４から犠牲基板１を分離する際に、シリコンからなる犠牲基板１ではなく二酸化シリコンからなる犠牲層６を溶解するため、この溶解工程において、エッチング液がシリコンからなる支持基板１６に与える損傷を極めて小さくすることができる。
【００６９】
更にまた、接続装置２１が図５に示すような構造を持つことにより、接触子１２が配線基板１８の表面より支持層１５、支持基板１６及び緩衝層７の合計厚さ分だけ突出する。これにより、接触子１２を電極に接触させ押し込みを行う際に接触子又は半導体素子より発生する金属片等のゴミを、次回測定時に半導体素子と接続装置２１の各部との間に挟み込むことを極力回避することができる。
【００７０】
次に、本実施例の変形例について説明する。前記本実施例においては、図２（ｂ）乃至（ｄ）に示す工程において、接触子１２の表面を覆う硬質の導電性皮膜としてタングステン膜７を形成する例を示した。本変形例においては、タングステン膜７の替わりにダイヤモンド又はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）により硬質の導電性皮膜を形成する例を示す。
【００７１】
本変形例の製造方法において、図１（ａ）乃至（ｄ）及び図２（ａ）に示す工程は、前記実施例と同じである。図２（ｂ）に示す工程において、タングステン膜７の替わりにダイヤモンド又はＤＬＣからなる膜を形成する。ダイヤモンド膜は、メタン、水素及びジボランを原料ガスとしてマイクロ波プラズマＣＶＤ法により成膜する。ダイヤモンド膜の成膜条件は、例えば、原料ガスとしてメタン０．５体積％、水素９９。５体積％からなるガスにジボランを０．１体積ｐｐｍ添加したガスを使用し、基板温度を８００℃、圧力を８ＫＰａとし、１２時間の合成で１μｍの厚さに成膜する。成膜条件の範囲として、メタン濃度は０．３乃至２体積％、ジボラン濃度は０．１乃至１０体積ｐｐｍ、基板温度は６００乃至９５０℃、圧力は４乃至８ＫＰａの条件において成膜が可能である。また、ダイヤモンド膜の膜厚はモールド５の深さに合わせて１乃至５μｍの範囲で適宜変更する。一方、ＤＬＣ膜は直流スパッタリング法により成膜する。その後の工程は、図２（ｃ）以降に示した前記本実施例の製造方法と同じである。
【００７２】
本変形例によれば、接触子の表面がタングステン膜ではなくダイヤモンド膜又はＤＬＣ膜により被覆された接続装置を得ることができる。これにより、接触子が電極に接触する際の摩擦力を減少させることができる。なお、本変形例の接続装置における前記接触子の表層部分以外の構成は、前記本実施例の接続装置２１と同一である。
【００７３】
次に、本実施例における他の変形例について説明する。図８は、本変形例における接続装置２１ａの構成を示す断面図である。接続装置２１ａにおける先端構造１４ａは、複数の接触子１２ａを備えている。各接触子１２ａは引き出し配線１３に接続されている。
【００７４】
本変形例の製造方法においては、前記実施例における図１（ｂ）に示す工程において、フォトレジスト３の開口部４を複数個設けることにより、図１（ｃ）に示す工程においてモールド５を複数個形成し、接触子１２ａを複数個形成することである。
【００７５】
本変形例においては、接触子１２ａを複数個形成することにより、接触子１２ａと接触対象物との接触確率が高まり、信頼性が向上する。また、荷重が各接触子１２ａに分散するため、接続装置２１ａの耐久性が向上する。なお、本変形例においても、各接触子１２ａの表層に形成される硬質膜の種類を、タングステン膜に替えてダイヤモンド膜又はＤＬＣ膜としてもよい。
【００７６】
なお、本実施例においては、接触子１２又は１２ａの形状を四角錐としたが、本発明においては、接触子の形状はこれに限らず、例えば、四角錐台としてもよい。接触子１２又は１２ａの形状を四角台錐とすることにより、接触対象物との実効的な接触面積が大きくなりコンタクト抵抗が減少する。また、接触子１２又は１２ａと接触対象物との接触圧が減少するため、接触子及び接触対象物が破損する可能性を低減できる。更に、接触子の形状は、異方性エッチングにおけるエッチング液の成分比、液温及びエッチング時間等を適宜設定することにより変化させることができる。例えば、八角錐又は八角錐台等他の形状とすることができる。
【００７７】
また、本実施例においては、支持基板１６はシリコンにより形成したが、本発明においては、セラミック等他の材料により構成してもよい。
【００７８】
更に、本実施例においては、緩衝層７をシリコンゴムにより形成したが、本発明においてはシリコンゴムに限らず他の材料を選択してもよい。緩衝層７の弾性率を適宜選択することにより、接触子１２の接触圧を接触子１２と半導体素子の電極との間の電気的接続がとれ、且つ前記電極及びその直下の能動素子に損傷を与えない適度な値に調整することが可能である。
【００７９】
更にまた、本実施例においては接触子１２と引き出し配線１３とを同時に形成したが、本発明においては、これらを別々に形成することも可能である。
【００８０】
更にまた、本実施例においては図２（ｅ）に示す工程において、シード層９を白金により形成したが、本発明においてはシード層９は白金に限らず、金、銀、ロジウム、パラジウム、イリジウム若しくはルテニウム等の貴金属又は銅若しくは錫により形成することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、先端部の高さ精度及び間隔精度が優れ、電極への多数回の接触に対する耐磨耗性及び信頼性が優れており長期間良好な接触性能を維持できる接続装置を得ることができる。また、表面に犠牲層を設けた犠牲基板上において先端構造を形成した後、前記犠牲層を溶解することにより前記犠牲基板を前記先端構造から短時間で分離する工程を設けることにより、この接続装置をシリコンウェハ上でシリコンプロセスを適用して簡便に歩留まりよく製造できる。また、エッチング液による接続装置へのダメージを低減できる最適な材料と製造方法を得ることができる。なお、本発明の接続装置の製造方法及びこの製造方法により製造される接続装置は、接触対象物が半導体素子に限定されず、単なる対向する電極の接触装置への適用においても有効であり、前記電極の狭ピッチ化及び多ピン化に対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の実施例における接続装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２】（ａ）乃至（ｅ）は、この実施例における接続装置の製造方法における図１の次の工程を工程順に示す断面図である。
【図３】（ａ）乃至（ｄ）は、この実施例における接続装置の製造方法における図２の次の工程を工程順に示す断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、この実施例における接続装置の製造方法における図３の次の工程を工程順に示す断面図である。
【図５】この実施例における接続装置の製造方法における図４の次の工程を工程順に示す断面図である。
【図６】図５に示した本発明の実施例における接続装置の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の実施例において、犠牲基板１の表面に形成される犠牲層６の膜厚と、犠牲基板１と先端構造１４との分離に要する時間との関係を示すグラフ図である。
【図８】本発明の実施例の変形例における接続装置の構成を示す断面図である。
【図９】従来の接続装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１；犠牲基板
２；二酸化シリコン膜
３；フォトレジスト
４；開口部
５；モールド
６；犠牲層
７；タングステン膜
８；フォトレジスト
９；シード層
１０；フォトレジスト
１１；金めっき膜
１２、１２ａ；接触子
１３；引き出し配線
１４、１４ａ；先端構造
１５；支持層
１６；支持基板
１７；緩衝層
１８；配線基板
１９；接続端子
２０；延長配線
２１、２１ａ；接続装置
２２；プローブカード
２３；プローブ
２４；半導体素子
２５；電極

Claims

検査対象と電気的に接触して電気信号を入出力するための接続装置の製造方法であって、シリコンからなる犠牲基板の表面に接触子を形成するための複数個の凹部を形成する工程と、前記凹部の内面を含む前記犠牲基板の表面に二酸化シリコン膜を形成する工程と、前記凹部内の前記二酸化シリコン膜の上に硬質の導電膜を形成して検査対象と電気的に接触し前記電気信号を入出力するための複数個の接触子を形成する工程と、前記二酸化シリコン膜上における複数個の前記接触子に接続する位置に前記電気信号を導通するための引き出し配線を前記凹部を埋めてその表面が平坦になるように形成する工程と、前記接触子及び前記引き出し配線からなる先端構造の上にこの先端構造を支持するための支持基板を重ねて連結する工程と、前記二酸化シリコン膜を除去することによって前記先端構造を前記犠牲基板から分離する工程と、前記先端構造を支持する支持基板を配線基板上に搭載し前記配線基板上の配線と前記引き出し配線とを延長配線により接続する工程と、を有することを特徴とする接続装置の製造方法。
前記二酸化シリコン膜は厚さ４００ｎｍ以上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の接続装置の製造方法。
前記接触子を形成する工程と、前記引き出し配線を形成する工程との間に、白金、金、銀、ロジウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、銅及び錫からなる群から選択された少なくとも１種の金属又はその合金からなる膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の接続装置の製造方法。
前記犠牲基板の表面に前記接触子を形成するための凹部を形成する工程は、異方性エッチングにより行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の接続装置の製造方法。
検査対象と電気的に接触して電気信号を入出力するための接続装置の製造方法であって、二酸化シリコンからなる犠牲基板の表面に接触子を形成するための複数個の凹部を形成する工程と、前記凹部内に硬質の導電膜を形成して検査対象と電気的に接触し前記電気信号を入出力するための複数個の接触子を形成する工程と、前記二酸化シリコン犠牲基板上における複数個の前記接触子に接続する位置に前記電気信号を導通するための引き出し配線を前記凹部を埋めてその表面が平坦になるように形成する工程と、前記接触子及び前記引き出し配線からなる先端構造をこの先端構造を支持するための支持基板に連結する工程と、前記犠牲基板の一部又は全部を除去することによって前記先端構造を前記犠牲基板から分離する工程と、前記先端構造を支持する支持基板を配線基板上に搭載し前記配線基板上の配線と前記引き出し配線とを延長配線により接続する工程と、を有することを特徴とする接続装置の製造方法。
前記接触子を形成する工程と、前記引き出し配線を形成する工程との間に、白金、金、銀、ロジウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、銅及び錫からなる群から選択された少なくとも１種の金属又はその合金からなる膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項５に記載の接続装置の製造方法。