JP5162104B2 - 相互接続部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気的に接続された相互接続部材に関する。

ＩＣパッケージ基板の導通検査等には、従来から検査用のコンタクトプローブが使用されているが、近年、電子部品の小型化による電子部品電極の狭ピッチ化が進んでおり、狭ピッチ対応のより微細な先端鋭利形状部を有するコンタクトプローブが必要とされている。このような微細な部品の製造方法として、シリコン等の支持基板を使用した半導体プロセスによる方法とフォトレジストを用いた電鋳による方法（いわゆるＭＥＭＳによる方法）とが広く知られており、半導体プロセスによる方法と電鋳による方法とを融合した方法も使用されている。

このような方法として、例えば、微細化を進めるためにフォトレジストを用いた電鋳型を使用するものがある。この際、コンタクトプローブ等の針部のような微細な先端鋭利形状部を形成するための型として、シリコンに異方性エッチングを行ったものが広く用いられている。この型によって形成されたものを片持ち梁状に基板となる他の接続対象部材と接合し、相互接続部材として一体化したコンタクトプローブを製造している（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３０５８９１９号公報

しかしながら、上記従来の相互接続部材の製造方法では、先端鋭利形状部を形成するために支持基板として使用するシリコン基板（犠牲基板）をエッチングする際、シリコンの結晶によってエッチング形状が四角錐状に定まってしまう。そのため、エッチング部分に先端鋭利形状部を形成することができても、曲面を形成することができず、先端鋭利形状部の形状が限定されてしまう。また、異方性エッチングの際、マスキング部材であるシリコン酸化膜や窒化膜のパターニングにフッ化水素を使用するため、安全に取り扱うための使用設備が高額になってしまう。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、支持基板を直接エッチングすることなく、支持基板によらずに様々な形状の先端鋭利形状部を片持ち梁部に形成することができる相互接続部材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る相互接続部材の製造方法は、先端鋭利形状部が突設された片持ち梁部を有する相互接続部材の製造方法であって、少なくとも一面が導電性を有する支持基板を設ける基板ステップと、絶縁性を有するマスキング部材にて前記一面をパターニングするパターニングステップと、前記マスキング部材から露出した露出面に除去可能な除去層を形成する除去層ステップと、前記除去層に前記片持ち梁部の構成材料を堆積させて前記片持ち梁部を形成する梁部ステップと、を備えていることを特徴とする。

この発明は、マスキング部材でパターニングされた支持基板の一面の露出面に除去層を形成するので、除去層の形状に応じた先端鋭利形状部を有する片持ち梁部を形成することができる。

また、本発明に係る相互接続部材の製造方法は、前記相互接続部材の製造方法であって、前記マスキング部材が、前記除去層の表面に凹部を形成させる第一マスキング部と、第一マスキング部を取り囲んで前記片持ち梁部の全体形状を決める枠状の第二マスキング部と、を備えていることを特徴とする。

この発明は、第一マスキング部と第二マスキング部との間の支持基板の露出面には、支持基板の厚さ方向に除去層を積層させる一方、第一マスキング部には、除去層を直接的には積層させないようにすることができる。従って、第一マスキング部の面上と露出面との間で、除去層の堆積速度及び堆積方向を変えることができ、除去層に漸次拡径する凹部を形成することができる。

また、本発明に係る相互接続部材の製造方法は、前記相互接続部材の製造方法であって、前記片持ち梁部に接続対象部材との接続部を形成する接続部形成ステップと、前記接続部と前記接続対象部材とを接続する接続ステップと、前記除去層を取り除いて、前記支持基板を前記片持ち梁部から分離する除去分離ステップと、を備えていることを特徴とする

この発明は、除去層を取り除くことにより、支持基板と片持ち梁部との接触面積を小さくして、支持基板と片持ち梁部とを容易に分離することができる。従って、支持基板の再利用を容易にすることができる。

本発明によれば、支持基板を直接エッチングすることなく、支持基板によらずに様々な形状の先端鋭利形状部を片持ち梁部に形成することができる。

本発明に係る第１の実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態に係るコンタクトプローブ（相互接続部材）１は、接続基板（接続対象部材）２と、接続基板２に一端３ａが支持されて一方向に延びて形成された探針部（片持ち梁部）３と、接続基板２と探針部３とを接続するバンプ（接続部）５とを備えている。探針部３は、接続基板２に対して一つであっても複数であっても構わない。探針部３の他端３ｂには、図１（ａ）（ｂ）に示すように、略円錐状の針部（先端鋭利形状部）６が設けられている。

次に、このコンタクトプローブ１の製造方法について説明する。
このコンタクトプローブ１の製造方法は、図２に示すように、少なくとも一面７ａが導電性を有する支持基板７を設ける基板ステップ（Ｓ０１）と、絶縁性を有するマスキング部材８にて支持基板７の一面７ａをパターニングするパターニングステップ（Ｓ０２）と、マスキング部材８から露出した露出面１０に除去可能な除去層１１を形成する除去層ステップ（Ｓ０３）と、除去層１１に探針部３の構成材料を堆積させて探針部３を形成する梁部ステップ（Ｓ０４）と、探針部３に接続基板２と接続するためのバンプ５を形成する接続部形成ステップ（Ｓ０５）と、バンプ５と接続基板２とを接続する接続ステップ（Ｓ０６）と、除去層１１を取り除いて、支持基板７を探針部３から分離する除去分離ステップ（Ｓ０７）とを備えている。

マスキング部材８は、除去層１１の表面に後述する凹部１１Ａを形成させる第一マスキング部８Ａと、第一マスキング部８Ａを取り囲んで探針部３の全体形状を決める枠状の第二マスキング部８Ｂとを備えている。
以下、各ステップについて説明する。

基板ステップ（Ｓ０１）では、図３（ａ）（ａ'）に示すように、支持基板７として、例えば、ステンレスやチタン等の金属製のものを載置する。なお、支持基板は、シリコンウェハ等のシリコン基板やガラス基板の表面に金属膜を蒸着等により設けて、その一面に導電性を付したものでもよい。

パターニングステップ（Ｓ０２）では、図示しない暗室内にて、図３（ｂ）に示すように、図示しない微細なパターンを形成するよう第一フォトレジスト１３を支持基板７の一面７ａに所定の厚さに塗布する。そして、第一フォトレジスト１３の上方から露光して硬化させ、未硬化部分を除去して、図３（ｃ）（ｃ'）に示すように、例えば、導電性を有する露出面１０に囲まれた直径２０μｍ程度の円形の第一マスキング部８Ａを形成する。

次に、形成する探針部３の外形を想定して、再び図示しない暗室内にて、図３（ｄ）に示すように、第一マスキング部８Ａを取り囲むよう、第一フォトレジスト１３とは別の第二フォトレジスト１５を支持基板７の露出面１０に枠状に塗布する。そして、第二フォトレジスト１５の上方から露光して硬化させ、未硬化部分を除去して、図３（ｅ）（ｅ'）に示すように、例えば、直方体状の探針部３が形成されるように第二マスキング部８Ｂを形成する。

除去層ステップ（Ｓ０３）では、図示しない電鋳装置を用いて露出面１０に図示しない電気配線を接続して支持基板７をマスキング部材８とともに、図示しない電鋳液に浸す。そして、図示しない電源から所定の電圧を所定時間印加し、図示しない電極からＣｕイオンを溶出して、支持基板７の露出面１０上、支持基板７の厚さ方向に、Ｃｕからなる除去層１１を徐々に析出させる。

一方、マスキング部材８には電流が流れないので、マスキング部材８の上には除去層１１は析出しない。そのため、第一マスキング部８Ａの面上と露出面１０との間では、除去層１１の堆積速度及び堆積方向が変化する。従って、第一マスキング部８Ａには、周縁部を中心として第一マスキング部８Ａの面上に中心部に向かって等方的に張り出した円曲面が形成される。こうして、第一マスキング部８Ａが埋没するまでＣｕを堆積させることによって、図３（ｆ）（ｆ'）に示すように、第一マスキング部８Ａの直上に、厚さ方向に直径略２０μｍまで漸次拡径した逆円錐状の凹部１１Ａが形成される。

梁部ステップ（Ｓ０４）では、除去層ステップ（Ｓ０３）と同様に、図示しない電鋳装置を用いて除去層１１に図示しない電気配線を接続して支持基板７をマスキング部材８や除去層１１とともに、図示しない電鋳液に浸す。そして、図示しない電源から所定の電圧を所定時間印加して、図示しない電極からＮｉイオンを溶出して、図３（ｇ）に示すように、除去層１１の上にＮｉからなる探針部３を析出させる。このとき、凹部１１Ａには、除去層１１の表面形状に応じて略円錐状の針部６が形成される。なお、この後、後述する除去分離ステップ（Ｓ０７）を実施することにより、探針部３のみが作製される。

接続部形成ステップ（Ｓ０５）では、図示しない暗室内にて、析出した探針部３の針部６とは反対側の一面３Ａに、図４（ａ）に示すように、さらに第三フォトレジスト１６を塗布する。この際、一部に円柱状の孔部１７を形成するようにマスキングしておく。そして、第三フォトレジスト１６の上方から露光して硬化させ、円柱状の未硬化部分を除去して、図４（ｂ）に示すように、孔部１７を除いて探針部３の一面７ａを覆う接続用マスキング部材１８を形成する。

そして、除去層ステップ（Ｓ０３）と同様に、図示しない電鋳装置を用いて探針部３に図示しない電気配線を接続して、支持基板７や探針部３等を図示しない金メッキ液に浸す。そして、図示しない電源から所定の電圧を所定時間印加して、図４（ｃ）に示すように、孔部１７に円柱状のバンプ５を形成する。

なお、基板の材質によっては、Ｎｉの上に半田が盛られたバンプとしてもよい。この場合、Ａｕの代わりにＮｉによる電鋳部分を形成して、その上に半田を載置する。こうして、図４（ｄ）に示すように、図示しない剥離剤により接続用マスキング部材１８及び第二マスキング部８Ｂを除去する。

接続ステップ（Ｓ０６）では、図４（ｅ）に示すように、接続基板２に配された配線パターン１９の一部とバンプ５とを、半田付けによって接着させる。なお、バンプが半田を含む場合には、所定の温度に加熱して熱圧着させてもよい。

除去分離ステップ（Ｓ０７）では、除去層１１をエッチングによって除去する。このとき、合わせてサイドエッチングも実施する。これにより、除去層１１が除去されて、図４（ｆ）に示すように、針部６にて探針部３と支持基板７とが接続された状態となる。
こうして、図４（ｇ）に示すように、探針部３と支持基板７とを分離して所定の研磨を行うことにより、図４（ｈ）に示すようなコンタクトプローブ１が得られる。

このコンタクトプローブ１の製造方法によれば、マスキング部材８でパターニングされた支持基板７の露出面１０に除去層１１を形成するので、除去層１１の形状に応じた針部６を有する探針部３を形成することができる。従って、支持基板７自身を部品とする場合や、支持基板７にエッチング加工をしたものを型として使用する場合と比べ、シリコンエッチングに要するフッ化水素や、特殊ガス等を使用しなくてもよく、使用する設備を安価にすることができる。

また、探針部３を別に形成して接合する必要がないので、探針部３の微細化を容易に行うことができる。
さらに、第一マスキング部８Ａと第二マスキング部８Ｂとの間の支持基板７の露出面１０には、支持基板７の厚さ方向に除去層１１を積層させる一方、第一マスキング部８Ａには、除去層１１を直接的には積層させないようにすることができる。

従って、第一マスキング部８Ａの面上と露出面１０との間で、除去層１１の堆積速度及び堆積方向を変えることができ、除去層１１に漸次拡径する凹部１１Ａを形成することができる。この際、探針部３の側面形状を曲面とすることができる。即ち、探針部３を形成するための第一マスキング部８Ａの形状や大きさと、探針部３の型となる除去層１１の厚みとの関係を調整することによって、針部先端の形状を点、線、面と自在に調整することができる。

また、探針部３を形成した後に除去層１１を取り除くことにより、支持基板７と探針部３との接触面積を小さくして、支持基板７と探針部３とを容易に分離することができる。従って、支持基板７の再利用を容易にすることができる。

次に、第２の実施形態について図５を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る探針部２０の針部２１の先端形状が、円錐台状となっている点である。

この探針部２０及びこれを備える図示しないコンタクトプローブを製造する方法について説明する。
基板ステップ（Ｓ０１）では、第１の実施形態と同様に、図５（ａ）（ａ'）に示すように、支持基板７を載置する。

パターニングステップ（Ｓ０２）では、第１の実施形態と同様に、図５（ｂ）に示すように、図示しない微細なパターンを形成するよう第一フォトレジスト１３を支持基板７の一面７ａに所定の厚さに塗布する。この際、第一マスキング部２２が、第１の実施形態に係る第一マスキング部２２よりも大径の円板となるようにしておく。そして、第一フォトレジスト１３の上方から露光して硬化させ、図５（ｃ）（ｃ'）に示すように、第一マスキング部２２を形成する。

次に、形成する探針部２０の外形を想定して、第１の実施形態と同様に、再び図示しない暗室内にて、図５（ｄ）（ｄ'）に示すように、第二フォトレジスト１５を支持基板７の露出面２３に枠状に塗布する。そして、第二フォトレジスト１５の上方から露光して硬化させ、図５（ｅ）（ｅ'）に示すように、第二マスキング部２５を形成する。

除去層ステップ（Ｓ０３）では、第１の実施形態と同様に、支持基板７の露出面２３上、支持基板７の厚さ方向に除去層２６を徐々に析出させる。このとき、第一マスキング部２２の面上と露出面２３との間では、除去層２６の堆積速度及び堆積方向が変化して、第一マスキング部２２には、周縁部を中心として第一マスキング部２２の中心方向に等方的に張り出した円曲面２２Ａが形成される。

この際、第一マスキング部２２が第１の実施形態に係る第一マスキング部８Ａよりも大径なので、第１の実施形態と同様の時間で堆積させても、第一マスキング部２２の中央部分までには除去層２６は張り出さない。こうして、図５（ｆ）（ｆ'）に示すように、第一マスキング部２２の直上に、厚さ方向に漸次拡径するとともに中央部に貫通孔２６ａが形成された逆円錐台状の凹部２６Ａが形成される。

梁部ステップ（Ｓ０４）では、第１の実施形態と同様に除去層２６に探針部２０を析出させる。このとき、凹部２６Ａには、略円錐台状の針部２１が形成される。この後、接続部形成ステップ（Ｓ０５）、接続ステップ（Ｓ０６）、除去分離ステップ（Ｓ０７）をそれぞれ実施することによって、図示しないコンタクトプローブを得る。一方、梁部ステップ（Ｓ０４）から除去分離ステップ（Ｓ０７）を実施することによって、図５（ｈ）（ｈ'）に示すような探針部２０を得る。
この探針部２０を製造する方法によれば、第一マスキング部の形状に応じて先端形状が異なる針部を製造することができる。

次に、第３の実施形態について図６及び図７を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第３の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る探針部３０の針部３１の先端形状が、線状となっている点である。

この探針部３０及びこれを備える図示しないコンタクトプローブを製造する方法について説明する。
基板ステップ（Ｓ０１）では、上記の実施形態と同様に支持基板７を載置する。
パターニングステップ（Ｓ０２）では、図示しない第一フォトレジストを支持基板７の一面７ａに所定の厚さに塗布する。この際、第一マスキング部３２が、矩形板となるようにしておく。そして、第一フォトレジストの上方から露光して硬化させ、図６（ａ）（ａ'）に示すように、矩形状の第一マスキング部３２を形成する。

次に、形成する探針部３０の外形を想定して、図示しない第二フォトレジストを支持基板７の露出面３３及び第一マスキング部３２に枠状に塗布して、図６（ｂ）（ｂ'）に示すように、第二マスキング部３５を形成する。

除去層ステップ（Ｓ０３）では、上記他の実施形態と同様に、支持基板７の露出面３３上、支持基板７の厚さ方向に除去層３６を徐々に析出させる。このとき、第一マスキング部３２の面上と露出面３３との間では、除去層３６の堆積速度及び堆積方向が変化して、第一マスキング部３２の端部を中心として第一マスキング部３２の奥行き方向に等方的に張り出した円曲面３７Ａが形成される。こうして、図６（ｃ）に示すように、除去層３６の円曲面３７Ａが第二マスキング部３５に当接するまで成長させることにより、円曲面３７Ａと平面部３７Ｂとを有する凹部３７が形成される。

こうして、梁部ステップ（Ｓ０４）にて、図６（ｄ）に示すように、第１の実施形態と同様に除去層３６に探針部３０を析出させる。このとき、凹部３７には、先端が線状の針部３１が形成される。この後、接続ステップ（Ｓ０６）、除去分離ステップ（Ｓ０７）をそれぞれ実施することによって、図示しないコンタクトプローブを得る。一方、梁部ステップ（Ｓ０４）から除去分離ステップ（Ｓ０７）を実施することによって、図６（ｅ）に示すような探針部３０を得る。
この探針部３０を製造する方法によれば、針部３１の先端形状が線状のものも製造することができる。

ここで、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、基板ステップ（Ｓ０１）、パターニングステップ（Ｓ０２）の後、除去層ステップ（Ｓ０３）にて、例えば、添加剤を加えてレベリング効果等を変えることにより、図７（ｃ）に示すように、凹部４０Ａの高さと第一マスキング部３２への張り出し量との比率が変化した除去層４０を形成することができる。その結果、図７（ｄ）、（ｅ）に示すように、探針部４１における針部４２の高さと断面形状との比率とを自在に調整することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
ここで、上記実施形態では、支持基板を直接エッチングすることなく、様々な形状の針部を探針部に形成させているが、支持基板４５にエッチングする場合であっても、探針部と支持基板との分離を容易にすることができる。

即ち、まず、図８（ａ）に示すように、シリコン基板を支持基板４５として載置し、シリコン酸化膜をマスキング材４６として支持基板４５の一面４５ａに塗布する。
続いて、異方性エッチング又は機械的にエッチングを施し、図８（ｂ）に示すように、支持基板４５の一面４５ａに窪み部４７を形成する。

次に、図８（ｃ）に示すように、窪み部４７を含む一面４５ａの全体にＣｒ−Ａｕ層４８を蒸着等により形成する。そして、このＣｒ−Ａｕ層４８の上に、作成する探針部５０の外形に応じて図示しないフォトレジストによるパターニングを行い、図８（ｄ）に示すように、マスキング部材５１を形成する。ここまでの過程は、上記実施形態における、基板ステップ（Ｓ０１）及びパターニングステップ（Ｓ０２）に相当する。

このパターニングによってマスキング部材５１の間に形成された露出面５２に、上記実施形態と同様の除去層ステップ（Ｓ０３）を実施し、図８（ｅ）に示すように、Ｃｕからなる除去層５３を形成する。
さらに、上記実施形態と同様の梁部ステップ（Ｓ０４）を実施して、図８（ｆ）に示すように、探針部５０を除去層５３の上に形成する。この際、針部５５が窪み部４７に形成される。

梁部ステップ（Ｓ０４）の後、マスキング部材５１を除去し、除去層５３をサイドエッチング等によって除去することにより、支持基板４５と探針部５０との接触面積を小さくした状態で、支持基板４５と探針部５０とを分離し、図８（ｇ）に示すような探針部５０を得る。
この場合、支持基板４５にはＣｒ−Ａｕ層４８が設けられているので、次回からは、基板ステップ（Ｓ０１）及びパターニングステップ（Ｓ０２）において、支持基板４５にＣｒ−Ａｕ層４８を設ける作業を省いて、フォトレジストによるパターニングから行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係るコンタクトプローブの探針部を示す要部側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るコンタクトプローブの製造方法を示すフロー図である。 本発明の第１の実施形態に係るコンタクトプローブの製造方法のうち、探針部の製造方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るコンタクトプローブの製造方法のうち、探針部と基板との接続に係る製造方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るコンタクトプローブの製造方法のうち、探針部の製造方法を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係るコンタクトプローブの製造方法のうち、探針部の製造方法を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係るコンタクトプローブの製造方法の変形例を示す説明図である。 コンタクトプローブの製造方法のうち、探針部の製造方法の変形例を示す説明図である。

符号の説明

１ コンタクトプローブ（相互接続部材）
２ 接続基板（接続対象物）
３，２０，３０，４１，５０ 探針部（片持ち梁部）
５ バンプ（接続部）
６，２１，３１，４２，５５ 針部（先端鋭利形状部）
７，４５ 支持基板
７ａ，４５ａ 一面
８，５１ マスキング部材
８Ａ，２２，３２ 第一マスキング部
８Ｂ，２５，３５ 第二マスキング部
１０，２３，５２ 露出面
１１，２６，４０，５３ 除去層
１１Ａ，２６Ａ，３７，４０Ａ 凹部

Claims (2)

1. 先端鋭利形状部が突設された片持ち梁部を有する相互接続部材の製造方法であって、
   少なくとも一面が導電性を有する支持基板を設ける基板ステップと、
   絶縁性を有する絶縁マスキング部材を前記一面に凸状にパターニングする絶縁パターニングステップと、
   パターニングされた前記絶縁マスキング部材と前記絶縁マスキング部材から露出した前記支持基板の露出面とに前記絶縁マスキング部材の中央部に向けて張り出すように形成される除去層を形成する除去層ステップと、
   前記除去層に前記片持ち梁部の構成材料を堆積させて前記片持ち梁部を形成する梁部ステップと、
   前記片持ち梁部の前記先端鋭利形状部側とは反対側の面に、接続用マスキング部材をパターニングして前記片持ち梁部に接続対象部材を接続するための接続部の位置を設定する接続用パターニングステップと、
   前記位置に前記接続部を形成する接続部形成ステップと、
   前記接続用マスキング部材を前記片持ち梁部から除去するマスキング除去ステップと、
   前記接続部と前記接続対象部材とを接続する接続ステップと、
   前記除去層をエッチングにより取り除いて、前記支持基板とパターニングされた前記絶縁マスキング部材とを前記片持ち梁部から分離する除去分離ステップとを備えていることを特徴とする相互接続部材の製造方法。
2. パターニングされた前記絶縁マスキング部材と前記支持基板の露出面とに、探針形成マスキング部材にて前記片持ち梁部の全体形状を決める探針形成パターニングステップを備えていることを特徴とする請求項１に記載の相互接続部材の製造方法。

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