JP4916903B2 - プローブの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路(以下、ICと称する。)のような被検査体の通電試験に用いられるプローブの製造方法に関する。
半導体ウエハ上に作り込まれた多数のICは、一般的に、チップ毎の分離に先立って、仕様書通りに製造されているか否かの通電試験を受ける。この種の通電試験は、プローブ基板と、該プローブ基板に取り付けられた多数のプローブを備えるプローブ組立体を用いて行うことができる(例えば、特許文献1および2参照)。
このようなプローブ組立体のプローブは、特許文献1に記載されているように、シリコンウエハを基台として、その基台上にフォトリソグラフィ技術を利用してプローブの平面形状を感光性のフォトレジストで模り、該レジストにより模られた前記基台上の凹所に金属材料を順次堆積して前記プローブを形成した後、プローブを前記基台から取り外すことにより形成される。
ところで、シリコン基台からプローブを取りはずために、エッチング技術が用いられており、このエッチングによるプローブの損傷を防止し、その剥離を容易にするために、基台上には、プローブ材料と異なる例えば銅のような金属材料からなる犠牲層が形成され、該犠牲層上にプローブ材料が堆積される。したがって、例えば、エッチング液を用いたウエットエッチによって前記犠牲層を除去することにより、プローブをシリコン基台から剥離することができる。
しかしながら、犠牲層が完全に除去されるまでプローがエッチング液に晒されると、多数の微細なプローブが基台上に一括的に形成されることから、エッチングにより微細な多数のプローブがエッチング液中に浮遊することとなり、それらの取り扱いに困難が生じる。
そのため、シリコン基台とプローブとの間にプローブの剥離が容易でありかつ該プローブをシリコン基台上に保持するに必要な最小限の適量部分の犠牲層を残した状態でエッチング処理を終了することが望ましい。
この適量部分の犠牲層を残したエッチング処理の後、カッターナイフあるいはへらのような工具を用いてプローブを外力で引き剥がすことができる。しかしながら、このとき、前記したエッチング処理時間の不足のために多量の犠牲層が残っていると、残存する多量の犠牲層でシリコン基台に付着したプローブを引き剥がすには、強い力が必要となるので、そのような処理では、プローブを変形させる虞がある。
このような理由から、プローブを基台から剥離するためのエッチング処理が適正に行われるように、比較的長時間に亘ってエッチング処理を観察し続ける必要があり、製造工程が煩雑化することがあった。そのため、プローブの製造工程の時間の短縮化および簡素化を図り得る新規な製造方法が望まれていた。
特開2000−162241号公報 国際公開2004/102207号パンフレット
したがって、本発明の目的は、基台上にプローブ材料を堆積させた後、その堆積によって形成されたプローブに損傷を与えることなく、該プローブを比較的容易に基台から剥離できるプローブ製造方法を提供することにある。
本発明に係るプローブ製造方法は、基台上の犠牲層上に該犠牲層が露出する凹所をレジストで形成し、該凹所内にプローブ材料を堆積してプローブを形成した後、前記レジストを除去し、さらにエッチング処理により、前記犠牲層の一部を残してその残部を除去し、この残存する前記犠牲層の一部で前記基台上に保持された前記プローブを前記基台上から剥離することを含むプローブの製造方法において、前記レジストの前記凹所には、前記プローブの平面形状に対応した本体部分と、該本体部分に連続する補助部分であって前記本体部分に堆積されたプローブ材料で形成されるプローブ下の犠牲層部分が前記エッチング処理によって除去されたとき前記補助部分に堆積されたプローブ材料で形成される保持部下の犠牲層部分が残るに充分な平面形状を有する補助部分とが形成されており、該補助部分を含む前記凹所にプローブ材料を堆積した後、前記エッチング処理により、前記プローブ下の前記犠牲層部分を残すことなく除去した後であって前記保持部下の前記犠牲層部分を残すことなく除去する前に、前記プローブを前記保持部から分離することを特徴とする。
本発明に係るプローブ製造では、前記基台上でプローブに連続してこれと一体的に前記保持部が形成される。前記プローブ下の犠牲層部分がエッチング処理により除去されたとき前記保持部下の犠牲層部分はこれと同時的に除去されることはなく、プローブ下の犠牲層部分が消失するとき、保持部下の犠牲層部分の一部が残る。この保持部下の犠牲層部分が残る間は、当該保持部に連続するプローブは前記基台から遊離することはない。したがって、プローブ下の犠牲層部分がエッチング処理により消失した後、保持部下の犠牲層部分が消失するまでの間に、前記基台から間隔をおいて保持されたプローブを前記基台に保持された保持部から分離することにより、過度のエッチングや不要な剥離力による損傷をプローブに与えることなく、該プローブを容易に基台から取り外すことができる。
また、保持部の大きさあるいは形状を適正に選択することにより、プローブ下の犠牲層部分がエッチング処理により消失してから保持部下の犠牲層部分を消失させるに必要なエッチング所要時間は、充分に長い時間間隔を確保することができる。これにより、プローブの分離のためのエッチング処理の開始からその終了までに比較的長い許容作業時間を確保することができるので、従来のような厳密なエッチング処理時間の管理が不要になる。
前記基台上に犠牲層を形成するに先立ち、前記基台上に犠牲層の成長を促進するための接着層を形成することができる。この接着層を用いた場合、前記保持部は前記凹所の底に露出する犠牲層下の接着層を介して前記基台上に支持される。
前記レジストは、感光性のフォトレジスト材料からなるレジスト層の選択露光、現像によって形成することができる。
前記基台として、従来と同様なシリコン結晶基板を用いることができ、プローブ材料として、ニッケルまたはニッケル合金を用いることができる。また、前記犠牲層を銅で形成することができる。この場合、前記エッチング液には塩化テトラアミン銅を主成分とするエッチング液を用いることができる。また、前記接着層をニッケルで形成することができる。
本発明に係る前記製造方法によれば、プローブ基板への取付け端を有する取付け部と、該取付け部から横方向へ伸びるアーム部と、該アーム部に一体的に設けられ、該アーム部から縦方向に伸長し、その先端に針先が設けられる針先部とを備える全体に板状のプローブを形成することができる。この場合、前記レジストは、その前記凹所の前記取付け部に対応する部分の平面形状の面積よりも前記補助部の平面形状の面積が大きくなるように前記凹所を形成することができる。
前記凹所の前記取付け部に対応する部分には、前記エッチング処理を促進する開口を前記取付け部に形成するための抜き穴部を形成することができる。この抜き穴部の形成により、前記取付け部下の犠牲層部分のエッチング処理による除去が促進されるので、プローブ自体がエッチング液による実質的な損傷を受ける前に、確実にプローブ下の犠牲層部分を除去することができる。
前記凹所には、さらに、前記補助部分よりも細幅であって該補助部分と前記本体部分とを連結する連結部分を設けることができる。この場合、前記補助部分は前記連結部分を経て前記プローブのための前記本体部分に連続する。
前記連結部分は、前記凹所の前記取付け部に対応する部分に、前記取付け端に対応する部分を除く箇所で連続するように、形成することができる。
前記連結部分は、前記凹所の前記取付け部に対応する部分に、その側方で連続するように形成することが望ましい。
また、前記連結部分は、前記凹所の前記針先部に対応する部分に、前記針先に対応する部分を除く箇所で連続するように、形成することができる。
このような前記連結部分は、前記凹所の前記針先部に対応する部分に、その側方で連続するように形成することが望ましい。
前記連結部分には、該連結部分に堆積される前記プローブ材料で形成される連結部に脆弱部分を構成するためのテーパ部を形成することが望ましい。プローブと保持部との分離のために、両者を連結する連結部をその脆弱部分で破壊することができるので、両者の分離を一層容易に行える。
前記レジストには、プローブのための複数の前記本体部分が共通の補助部を経て連続するように、前記凹所を形成することができる。
本発明によれば、前記したように、犠牲層のエッチング処理に従来のような厳密な時間管理を必要とすることなく、プローブ下に犠牲層を残さない状態でプローブを基台から取り外すことができるので、従来に比較して、プローブ自体に損傷を与えることなく確実かつ容易にプローブを製造することができる。
本発明に係るプローブ組立体10は、図1及び図2に示されているように、全体に円形の配線基板12と、該配線基板の下面12aの中央部に取り付けられた矩形平面形状を有するプローブ基板14と、該プローブ基板の一方の面14aに取り付けられた多数のプローブ16とを備える。各プローブ16は、図3に示すように、プローブ基板14の一方の面14a上に形成された対応する導電路18のそれぞれの接続部18aに固着されている。プローブ基板14は、プローブ16が設けられた一方の面14aと反対側の面を配線基板12の下面12aに対向させて、該配線基板に固定されている。
配線基板12は、従来よく知られているように、内部に図示しない導電路が組み込まれた電気絶縁板からなる。図1に示すように、配線基板12の上面の周縁部には、図示しないテスタ本体への接続端となる多数のテスタランド20が設けられている。配線基板12に取り付けられたプローブ基板14の各プローブ16は、従来におけると同様に、プローブ基板14の対応する導電路18および配線基板12内の対応する前記導電路を経て、対応する各テスタランド20に電気的に接続される。これにより、各プローブ16は、対応するテスタランド20を経て前記テスタ本体に電気的に接続される。
図3は、本発明に係るプローブ16の一例を示す。本発明に係るプローブ16は、全体に平板状を呈する。プローブ16は、プローブ基板14に設けられた接続部18aへの取付け端22aを有する取付け部22と、該取付け部の下端から横方向に伸びるアーム部24と、該アーム部の先端から縦方向すなわち下方へ伸びる針先部26とを備え、該針先部の先端に針先26aが形成されている。取付け部22は、高さhおよび幅wを有する全体に矩形の平面形状を有する。この取付け部22には、後述する連結部との分離痕22bが残っている。
アーム部24には、図示の例では、取付け部22と針先部26との間で、プローブ16の板厚方向に貫通しかつアーム部24の長手方向に伸長する空所28が形成されている。この空所28により、アーム部24は互いに間隔をおいて並行する一対のアーム部分24a、24aに区画されている。空所28の一端は、図示の例では、取付け部22に至る。また、取付け部22には、プローブ16の板厚方向に貫通する開口30が形成されている。
空所28を不要とすることができるが、プローブ16が被検査体に押圧されたときに、アーム部24に適正な弾性を付与する上で、図示のとおり空所28を形成し、該空所によって区画されるアーム部分24a、24aでアーム部24を構成することが望ましい。
また、取付け部22の開口30を不要とすることができる。しかしながら、プローブ16の製造工程で、後述する犠牲層のエッチング処理による除去を促進する上で、取付け部22に開口30を適宜形成することが望ましい。
本発明に係るプローブ16の針先26aは、前記テスタを用いた例えばIC回路のような被検査体の電気検査のために、該被検査体の電極に押圧される。このとき、プローブ16の針先26aは、両アーム部分24a、24aのしなり変形により、適正な弾性で以て前記電極に確実に接続される。
本発明に係るプローブ16は、図4に示すように、例えばシリコン結晶基板32のような基台上で、プローブ16に連結部34を介して連結された保持部36と共に、一体に成形される。図4に示す例では、複数のプローブ16がそれぞれに連結部34および保持部36と一体で単一の基台32上に形成されている。これら基台32上に形成された多数のプローブ16のそれぞれが基台32上から剥離されかつ連結部34から分離されることにより、多数のプローブ16が一括的に形成される。
保持部36は、図示の例では、取付け部22の高さ寸法および幅寸法にそれぞれほぼ等しい高さ寸法hおよび幅寸法wを有する矩形の平面形状を有する。この保持部36は、取付け部22のアーム部24が設けられた側と反対側の側方で連結部34を介してプローブ16に連結されている。
これら多数のプローブ16を一括的に製造するのに好適な製造方法を図5に沿って説明するが、図面及び説明の簡素化のために、図5には、連結部34および保持部36が一体的に形成される単一のプローブ16についての製造工程が便宜的に示されている。
本発明に係る製造方法では、図5(a)に示すように、基台として表面がエッチングにより鏡面処理されたシリコン結晶基板32が用意される。
シリコン結晶基板32上に例えば銅からなる犠牲層を成長するに先立って、銅の成長を促進するために、例えばニッケルのような接着層40が、例えばスパッタ法により、シリコン結晶基板すなわち基台32上に均一に形成される。この接着層40上に、銅が例えばスパッタ法により好適に堆積され、この銅の堆積により、犠牲層42が質および厚さ寸法を均一に形成される(図5(b))。
犠牲層42上に感光材料からなるフォトレジスト材料が例えばスピンコート法により均一な厚さに塗布され、これにより感光性のレジスト層44が形成される。このレジスト層44は、マスク(図示せず)を用いて選択露光を受け、その後、現像される(図5(c))。このマスクは、図4に示したように、プローブ16、連結部34および保持部36を含む全体の平面形状に対応するパターンを有する。このパターンのレジスト層44への転写により、基台32上には、連結部34、保持部36を含む各プローブ16の全体的な平面形状に対応した平面形状を有する凹所46aを備えたレジスト46が形成される。このレジストすなわちレジストパターン46は、その凹所46aの底面に犠牲層42を露出させる。
レジスト46の平面形状が図6に示されている。図4との比較から明らかなように、レジスト46の凹所46aは、プローブ16の取付け部22、アーム部24(一対のアーム部分24a)及び針先部26に対応する各部分122、124a、126からなるプローブ16のための本体部分116と、連結部34および保持部36にそれぞれ対応する連結部分134および補助部分136とを有する。また、本体部分116には、空所28および開口30のためのそれぞれの抜き穴部128および130が形成されている。
図6に示す例では、凹所46aの本体部分116と補助部分136とを連結する連結部分134は、本体部分116および補助部分136の高さ寸法(h)に比較して極めて小さな幅寸法w2を有する細幅の平面形状を有する。また連結部分134は、補助部分136から本体部分116の取付け部22に対応する取付け部分122へ向けて、その幅寸法w2を漸減させるテーパ形状を有する。
レジスト46の凹所46a内には、例えばニッケル、ニッケル燐合金、ロジウム、タングステンのような従来よく知られたプローブ金属材料48が例えば電鋳法(電気メッキ法)により堆積される。この凹所46a内へのプローブ金属材料48の堆積により、基台32の犠牲層42上には、図4に示したプローブ16が、連結部34および保持部36と共に、犠牲層42に固着して形成される。
犠牲層42上にプローブ16、連結部34および保持部36のためのプローブ金属材料48を堆積してこれらを一体的に形成した後、レジスト46が除去される(図5(d))。このレジスト46の除去後、プローブ16を基台32上から取り外すために、犠牲層42のプローブ16下に位置する部分を除去すべく、エッチング液を用いたウエットエッチング処理が施される。このウエットエッチング処理により、図5(e)に示されているように、まず、犠牲層42のプローブ16、連結部34および保持部36から露出する部分がその縁部より浸食を受ける。
引き続くエッチング処理により、図5(f)に示すように、犠牲層42が浸食を受ける。
このエッチング処理の詳細を図7(a)および7(b)を参照して説明する。前記したエッチング液による犠牲層42の浸食は、プローブ16、連結部34および保持部36のそれぞれの縁部からそれぞれの中央部へ向けて進行する。この犠牲層42上に形成されたプローブ16では、その取付け部22がアーム部24および針先部26に比較してそれぞれの中央からその縁部までの最短距離が最も大きい。また、犠牲層42上に形成された保持部36は、連結部34よりも大きな平面形状を有し、取付け部22とほぼ同一外形に形成されている。しかしながら、取付け部22には開口30が形成され、また空所28が伸長している。そのため、犠牲層42は、保持部36下では、該保持部の外縁からその中央へ向けての浸食を受けるのみであるが、他方、取付け部22下では、外縁からその中央へ向けての浸食に加えて、その開口30および空所28の縁部からも浸食を受ける。
その結果、図7(b)に示されているように、犠牲層42は、プローブ16下および連結部34下の部分で除去されても、保持部36下の中央部下の犠牲層部分42aが残る。この状態では、基台32から分離すべきプローブ16は、連結部34と共に基台32から浮いた状態にあり、連結部34に連結された保持部36が残存する犠牲層部分42aを介して基台32に固着された状態にある。そのため、プローブ16は保持部36を介して基台32上に保持されることから、プローブ16が基台32から遊離することはない。
したがって、この犠牲層部分42aが残存する状態でエッチング処理を終了し、プローブ16を連結部34から分離することにより、プローブ16に従来のような強い剥離力を作用することなく、基台32から取り外すことができる。このプローブ16を連結部34から分離するには、例えばピンセット、へらあるいはナイフのような工具でプローブ16を下から保持し、これを全体的に持ち上げることにより、図8に示すように連結部34の最小幅部分すなわちプローブ16側の端部に形成された脆弱部34aで折り取ることができる。また、プローブ金属材料48が磁性材料の場合、プローブ16の取り扱いに磁石を用いることができる。
犠牲層42がプローブ16下および連結部34下で除去された後、犠牲層部分42aが残存する間は、プローブ16の遊離を招くことなく該プローブを比較的容易に基台32から取り外すことができる。しかしながら、エッチング液によるプローブ16自体の浸食を最小限に抑えるために、犠牲層42がプローブ16および連結部34の各下で消失後、速やかにプローブ16を脆弱部34aで折り取りることにより保持部36から分離し、これによりプローブ16を基台32から取り外すことが望ましい。
前記した連結部34の脆弱部34aは、図9に示すように、連結部34の幅寸法を保持部36側の一端から取付け部22側の他端へ向けて漸減させると共に、その厚さ寸法を漸減させることができる。これにより、脆弱部34aでの折り取り作業をより容易に行うことができる。
さらに、図10(a)に示すように、一様な幅寸法の連結部分134に細首形状部134aを形成すると共に、図10(b)に示すように、連結部34にその厚さ寸法の低減を図るための横断溝50を形成することができる。
また、図11(a)に示すように、レジスト46の連結部分134の一対の側壁のうち一方の側壁134bにのみ平面で見て傾斜を与えて、連結部分134にテーパを付与することができ、また図11(b)に示すように、板厚方向へ連結部34の寸法を漸減することができる。


前記したところでは、凹所46aの本体部分116毎に単一の補助部分136を形成した例について本発明の製造方法を説明した。この例に代えて、図12に示すように、一つの本体部分116に第1および第2の補助部分136a、136bをそれぞれ形成することができる。
第1の補助部分136aは、前記したと同様に、プローブ16の取付け部22に対応する凹所46aの取付け部分122に、連結部分134aを経て連続する。また、第2の補助部分136bは、針先部26に対応する部分126に、連結部分134bを経て連続する。
第1および第2の補助部分136aおよび136bを設けることにより、該補助部分で形成される2つの保持部により、プローブ16をその針先部26側および取付け部22側の相離れた2点で基台32上に保持することができる。
この保持状態で、プローブ16に熱処理を施すことができ、これにより、プローブ16の強度を高めることができる。それと同時に、加熱によってプローブ16に反り返り力が導入されるが、前記したように、プローブ16は、相離れた2点で基台32に支持されていることから、プローブ16への変形が抑制される。この熱処理後に、プローブ16は第1および第2の前記保持部から分離される。
前記したように、図12に示す例では、プローブ16を2点支持することができ、この2点支持によってプローブ16の反り返りによる変形が抑制されることから、図12に示す例は、プローブ16に熱処理を施す場合に好適である。
また、図13に示すように各補助部分136をプローブ16のための隣り合う各本体部分116で共用することができる。各補助部分136は、一方の連結部分134aを経て一方の本体部分116の部分122に連続し、他方の連結部分134bを経て他方の本体部分116の部分126に連続する。
前記したレジスト46に形成される凹所46aの補助部分136は、本体部分116の部分122と同一平面形状に形成する必要はない。エッチング処理で、犠牲層42がプローブ16下で残存することなく除去されたときに、保持部36下で残存するように該保持部を形成できるように、補助部分136の形状及び寸法を適宜選択することができる。
また、前記した例では、針先を針先部26に一体形成した例を示したが、硬質金属材料で形成された針先を針先部26に埋設することができる。
本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。
本発明に係るプローブ組立体を示す底面図である。 図1に示したプローブ組立体の正面図である。 図1に示したプローブ組立体の一部を拡大して示すプローブの正面図である。 本発明に係るプローブの取り外し工程を示す斜視図である。 本発明に係るプローブの製造手順を示す工程図である。 図4に示したプローブを得るためのレジストパターンを示す平面図である。 エッチング工程の詳細を示し、(a)はプローブ、連結部および保持部の平面図であり、(b)はその正面図である。 図7に示した連結部の一例を拡大して示す斜視図である。 本発明に係る連結部の他の例を示す図8と同様な図面である。 本発明のさらに他の例を示し、(a)はレジストパターンの連結部分の平面図および(b)はそのレジストパターンによって得られるプローブの連結部の斜視図をそれぞれ示す。 本発明のさらに他の例を示し、(a)はレジストパターンの連結部分の平面図および(b)はそのレジストパターンによって得られるプローブの連結部の斜視図をそれぞれ示す。 本発明のさらに他の例を示す図6と同様な図面である。 本発明のさらに他の例を示す図6と同様な図面である。
符号の説明
10 プローブ組立体
14 プローブ基板
16 プローブ
22 取付け部
24 アーム部
24a アーム部分
26 針先部
30 開口
32 基台
34 連結部
36 保持部
42 犠牲層
42a 犠牲層部分
46 レジスト
46a 凹所
48 プローブ金属材料
116 本体部分
124(124a)、126 対応部分
136、136a、136b 補助部分
134、134a、134b 連結部分

Claims (10)

  1. 基台上の犠牲層上に該犠牲層が露出する凹所をレジストで形成し、該凹所内にプローブ材料を堆積してプローブを形成した後、前記レジストを除去し、さらにエッチング処理により、前記犠牲層の一部を残してその残部を除去し、この残存する前記犠牲層の一部で前記基台上に保持された前記プローブを前記基台上から剥離することを含むプローブの製造方法において、
    前記レジストの前記凹所には、前記プローブの平面形状に対応した本体部分と、該本体部分に連続する補助部分であって前記本体部分に堆積されたプローブ材料で形成されるプローブ下の犠牲層部分が前記エッチング処理によって除去されたとき前記補助部分に堆積されたプローブ材料で形成される保持部下の犠牲層部分が残るに充分な平面形状を有する補助部分とが形成されており、該補助部分を含む前記凹所にプローブ材料を堆積した後、前記エッチング処理により、前記プローブ下の前記犠牲層部分を残すことなく除去した後であって前記保持部下の前記犠牲層部分を残すことなく除去する前に、前記プローブを前記保持部から分離することを特徴とするプローブの製造方法。
  2. 前記プローブは、プローブ基板への取付け端を有する取付け部と、該取付け部から横方向へ伸びるアーム部と、該アーム部に一体的に設けられ、該アーム部から縦方向へ伸長し、その先端に針先が設けられる針先部とを備える全体に板状のプローブであり、前記レジストの前記凹所の前記取付け部に対応する部分の平面形状の面積よりも前記補助部分の平面形状の面積が大きくなるように前記凹所が形成されている、請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記凹所の前記取付け部に対応する部分には、前記エッチング処理を促進する開口を前記取付け部に形成するための抜き穴部が形成されている、請求項2に記載の製造方法。
  4. 前記凹所には、さらに、前記補助部分よりも細幅であって該補助部分と前記本体部分とを連結する連結部分が設けられ、前記補助部分は、前記連結部分を経て前記プローブのための前記本体部分に連続する、請求項2に記載の製造方法。
  5. 前記連結部分は、前記凹所の前記取付け部に対応する部分に、前記取付け端に対応する部分を除く箇所で連続するように、形成されている、請求項4に記載の製造方法。
  6. 前記連結部分は、前記凹所の前記取付け部に対応する部分に、その側方で連続するように形成されている、請求項5に記載の製造方法。
  7. 前記連結部分は、前記凹所の前記針先部に対応する部分に、前記針先に対応する部分を除く箇所で連続するように、形成されている、請求項4に記載の製造方法。
  8. 前記連結部分は、前記凹所の前記針先部に対応する部分に、その側方で連続するように形成されている、請求項7に記載の製造方法。
  9. 前記連結部分は、該連結部分に堆積される前記プローブ材料で形成される連結部に脆弱部を構成するためのテーパ部を有する、請求項4に記載の製造方法。
  10. 前記レジストには、プローブのための複数の前記本体部分が共通の前記補助部分を経て連続するように形成される、請求項1に記載の製造方法。
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