JP6455022B2 - プローブカード及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はプローブカード及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関し、開示される一実施形態は、基板内部に配置された貫通電極の構造及び基板面に配置された配線のレイアウトに関する。

近年、集積回路の高性能化に伴い、集積回路はより微細化・複雑化している。このような集積回路には、回路動作を検証するために検査用パッドが設けられているが、集積回路の微細化・複雑化によって検査用パッドの数が増加しているため、隣接する検査用パッドの間隔は小さくなっている。特に、ＤＲＡＭのような集積回路の場合、検査用パッド数が１０，０００個以上、隣接する検査用パッドの間隔が５０μｍ以下になる。

集積回路の製造工程において製品の性能評価を行うために、上記のような検査用パッドに検査用信号を入力することで回路動作の検証を行う。この検証において、検査用信号を入力するために上記のような密に配置された検査用パッドに対して針当て（プロービング）する必要がある。一般的に、上記のような密に配置された検査用パッドに対してプロービングを行う場合、検査用パッドと同間隔で検査用プローブが配置されたプローブカードが用いられる。

プローブカードは、検査用プローブに対象の集積回路を動作させる電源やロジック信号を供給するために、外部機器と接続する外部端子を有する。当該外部端子と外部機器との接続はＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）やフリップチップボンディングなどの手法が用いられる。例えば、ＦＰＣを用いた接続の場合、外部端子は一列に配列させる必要があり、端子間隔も数１００μｍから数ｍｍの間隔が必要である。また、上記のように外部端子と外部機器とを接続するためには、両者を圧着させるために両者に外圧が加えられる。

ここで、検査用プローブがマトリクス状に配置されているような場合、マトリクス状の最外周に配置された検査用プローブと外部端子とは配線を使用して容易に接続可能である。しかし、マトリクス状の内側に配置された検査用プローブと外部端子とは、最外周の検査プローブや上記の配線が障害となるため、上記の配線と同じ層で接続することは困難である。そこで、マトリクス状の最外周の検査用プローブと外部端子とを接続する配線、及びマトリクス状の内側の検査用プローブと外部端子とを接続する配線のそれぞれを多層配線の異なる層の配線を使用する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−６０２０８号公報

しかし、マトリクス状に配置された検査用プローブと外部端子との接続に多層配線を使用した場合、マトリクスの行列数の増加に伴い多層配線の層数を増加させる必要がある。例えば、上記のように検査用パッド数が１０，０００個以上の集積回路用に対応した検査用プローブは、１００行１００列以上のマトリクスとなり、それらの検査プローブと外部端子との接続に必要な多層配線は１０層以上の層数が必要になる。多層配線は層数が増加すると製造の工程数が多くなり、歩留まりの低下、製造コストの増加を引き起こす。また、検査用プローブ及び外部端子が基板の平面視において同じ領域に存在すると、外部機器の圧着時に検査用プローブにも圧力がかかってしまい、検査用プローブを変形させてしまう問題がある。また、検査用プローブ及び外部端子が基板の平面視において重畳している領域と重畳していない領域とで圧着時に加えられる外圧の強さが異なり、圧着強度にばらつきが生じる問題があった。

本発明は、上記実情に鑑み、多層配線を有するプローブカードにおいて、当該多層配線の層数を低減することができるプローブカードを提供することを目的とする。また、外部端子と外部機器とが均一に圧着され、不良発生率が低いプローブカードを提供することを目的とする。また、外部端子へ外部機器を圧着させる際に検査用プローブへの影響を抑制することができるプローブカードを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係るプローブカードは、基板の第１面側において、第１間隔で配置された第１パッドと、基板の第１面とは反対の第２面側において、第１間隔よりも広い第２間隔で配置された第２パッドと、第１パッドと第２パッドとを接続する貫通電極と、第２面側において、第２パッドより基板の外周側に配置された第３パッドと、第２面側に配置され、金属薄膜及び絶縁薄膜によって構成され、第２パッドと第３パッドとを接続する多層配線と、を有する。

また、別の態様において、第１パッドが配置された領域と第２パッドが配置された領域とは、基板の平面視において互いに重畳してもよい。

また、別の態様において、第２間隔は、第１間隔の１．５倍以上３倍以下であってもよい。

また、別の態様において、複数の第２パッドが配置された領域は、第２パッドが外周に環状に配置された第１環状領域と、第１環状領域の内側領域において、第２パッドが環状に配置された第２環状領域と、を含み、多層配線は、第１配線と、第１配線と同じ層に配置された第２配線と、を有し、第１環状領域に配置された第２パッドは第１配線に接続され、第２環状領域に配置された第２パッドは第２配線に接続されてもよい。

また、別の態様において、複数の第２パッドが配置された領域は、第２環状領域の内側領域において、第２パッドが環状に配置された第３環状領域と、第３環状領域の内側領域において、第２パッドが環状に配置された第４環状領域と、をさらに含み、多層配線は、第１配線とは異なる層に配置された第３配線と、第３配線と同じ層に配置された第４配線と、をさらに有し、第３環状領域に配置された第２パッドは第３配線に接続され、第４環状領域に配置された第２パッドは第４配線に接続されてもよい。

また、別の態様において、貫通電極は、基板の厚さ方向に対して斜めに延びる部分を有してもよい。

また、別の態様において、貫通電極が配置される貫通孔と第１面側の基板の表面とのなす角が鈍角であってもよい。

本発明に係るプローブカードによれば、多層配線を有するプローブカードにおいて、当該多層配線の層数を低減することができるプローブカードを提供することができる。

本発明の実施形態１に係るプローブカードの概要を示す平面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードのＡ−Ｂ断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードのＡ−Ｂ断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードにおいて、各パッドの位置関係を示す平面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードにおいて、各パッドの位置関係を示す平面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、基板内部にレーザ光を照射する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、基板内部に変質層を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、薬液を使用して基板の変質層をエッチングする工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、基板内部に有底孔を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、有底孔内部にシード層を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、有底孔が形成された基板上に有底孔を塞ぐめっき層を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、有底孔が形成された基板に支持基板を貼り合せる工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、有底孔が形成された基板をスリミングして貫通孔を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通孔を充填する貫通電極及び検査用プローブを形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通孔が形成された基板から支持基板を剥離する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、シード層を除去し、多層配線用パッドを形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通電極基板上に多層配線の層間膜を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通電極基板上に多層配線のビア及び配線を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通電極基板上に多層配線の上層の層間膜を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通電極基板上に多層配線の上層のビア及び配線を形成する工程を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係るプローブカードの断面図である。 本発明の実施形態２に係るプローブカードの貫通孔の表面付近の形状を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係るプローブカードの断面図である。 本発明の実施形態４に係るプローブカードの断面図である。

〈実施形態１〉
以下、本発明の実施形態１に係るプローブカードについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

［プローブカードの構成］
図１乃至図４を用いて、本発明の実施形態１に係るプローブカードの構成について詳細に説明する。実施形態１では、７行７列のマトリクス状に配置された検査用プローブについて説明するが、上記の行列数に限定するものではなく、本発明に係るプローブカードはより多くの行列数のマトリクス状検査用プローブに適用することができる。

図１は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの概要を示す平面図である。図１に示すように、本発明の実施形態１に係るプローブカード１０は、基板１００と、基板１００の第１面側（図１における基板１００の紙面奥側）において第１間隔ｄ１で配置された検査用プローブ（第１パッド）１１０と、基板１００の第１面側とは反対の第２面側（図１における基板１００の紙面手前側）において第１間隔ｄ１よりも広い第２間隔ｄ２で配置された第２パッド１２０と、第１パッド１１０と第２パッド１２０とを接続する貫通電極１４０と、基板１００の第２面側において第２パッド１２０より基板１００の外周に配置された第３パッド１３０と、基板１００の第２面側に配置され、金属薄膜及び絶縁薄膜によって構成され、第２パッド１２０と第３パッド１３０とを接続する多層配線１５０とを有する。

ここで、第１間隔ｄ１及び第２間隔ｄ２は、複数の第１パッド１１０及び複数の第２パッド１２０がマトリクス状に等間隔で配置される場合の周期又はピッチに対応する。また、複数の第１パッド１１０がマトリクス状に配置されていない場合は、隣接する第１パッド１１０のうち最も近い第１パッド１１０の組み合わせにおいて、各々の第１パッド１１０の中心間の距離を第１間隔ｄ１という。また、同様に、複数の第２パッド１２０がマトリクス状に配置されていない場合は、隣接する第２パッド１２０のうち最も近い第２パッド１２０の組み合わせにおいて、各々の第２パッド１２０の中心間の距離を第２間隔ｄ２という。

図１の平面図は、基板１００の第２面側から見た平面図であり、第２面側の表面に配置された第２パッド１２０は実線で描かれている。また、基板１００の第１面側及び内部に配置されている第１パッド１１０及び貫通電極１４０は点線で描かれている。また、多層配線１５０のうち、第２面側から見て最上層に配置された第３配線１５２−１及び第４配線１５２−２は実線で描かれており、第３配線１５２−１及び第４配線１５２−２よりも下層（基板１００に近い層）に配置された第１配線１５１−１及び第２配線１５１−２は点線で描かれている。なお、説明の便宜上、多層配線１５０は基板１００の左端及び下端に配置された第３パッド１３０に接続されたものだけを図示したが、実際には、多層配線１５０は基板１００の右端及び上端に配置された第３パッド１３０にも接続される。

図２Ａは、本発明の実施形態１に係るプローブカードのＡ−Ｂ断面図である。図２Ａに示す断面図は、基板１００の第１面側１０１が紙面上方に、第２面側１０２が紙面下方になるように示されている。図２Ａに示すように、基板１００には第１面側１０１から第２面側１０２まで貫通する貫通孔１４１が設けられている。第１パッド１１０と第２パッド１２０とが平面視において同じ位置に配置されている場合、貫通孔１４１は基板１００の第１面側１０１又は第２面側１０２の表面に対して垂直に設けられ、それ以外の場合は斜めに設けられている。

ここで、貫通孔の傾斜角度は、対応する第１パッド１１０及び第２パッド１２０の位置関係で決まる。上記のように、多層配線の層数を低減するためには、第２パッド１２０間の第２間隔ｄ２を大きくすることが好ましい。一方で、貫通孔の傾斜角度が小さくなると、貫通孔内部への貫通電極の形成が難しくなる、貫通電極が長くなるため電気抵抗が大きくなるなどの不都合が生じる。実用的な貫通孔の傾斜角度を得るためには、第２間隔ｄ２は第１間隔ｄ１の１．５倍以上３倍以下とすることが好ましい。より好ましくは、第２間隔ｄ２は第１間隔ｄ１の２倍以上２．５倍以下であるとよい。図２Ａでは、貫通孔１４１は斜めに直線状に設けられた構造を例示したが、この構造に限定されず、貫通孔は基板１００の厚さ方向（Ｄ２方向）に対して斜めに延びる部分又は基板１００の平面方向（Ｄ１方向）に延びる部分を有していればよい。

貫通孔１４１内部の基板１００の第２面側１０２付近にはシード層１６０が配置されている。また、貫通孔１４１内部及びシード層１６０のさらに内側には、第１パッド１１０と第２パッド１２０とを接続する貫通電極１４０が配置されている。図２Ａでは、第１パッド１１０は基板１００に接して配置されているが、例えば図２Ｂに示すように、基板１００と第１パッド１１０との間に、第１面側１０１において、少なくとも貫通電極１４０の一部と接触し、貫通電極１４０と第１パッド１１０とを接続するように開口部１９１が設けられた樹脂層１９０が設けられていてもよい。換言すると、樹脂層１９０は少なくとも一部が貫通電極１４０に接し、他の一部が外部に露出されるように配置され、貫通電極１４０内で発生するガスや水分を樹脂層１９０を介して外部に放出するような構造であってもよい。樹脂層１９０としては、例えばポリイミドのようなガスや水分を透過する性質を有する樹脂層を使用することができる。

また、図２Ａでは、貫通電極１４０及び基板１００の第２面側１０２に接するように第２パッド１２０が配置された構造を例示したが、この構造に限定されない。例えば、貫通電極１４０及び基板１００上に酸化シリコンなどの無機絶縁層やポリイミドなどの有機絶縁層を保護層として形成し、貫通電極１４０を露出するように当該保護層に開口部を形成し、当該開口部に第２パッド１２０を形成してもよい。

基板１００の第２面側１０２の第２パッド１２０上には多層配線１５０が形成されている。多層配線１５０は、基板１００及び第２パッド１２０を覆う第１絶縁膜１７１と、第１絶縁膜１７１のコンタクトホールを充填する第１ビア１８１と、多層配線１５０の１層目の第１配線層１５１と、第１配線層１５１を覆う第２絶縁膜１７２と、第２絶縁膜１７２のコンタクトホールを充填する第２ビア１８２と、多層配線１５０の２層目の第２配線層１５２とを有する。ここで、第１配線層１５１には第１配線１５１−１及び第２配線１５１−２が含まれ、第２配線層１５２には第３配線１５２−１及び第４配線１５２−２が含まれる。つまり、第１配線１５１−１と第２配線１５１−２とは同じ層に配置されており、第３配線１５２−１と第４配線１５２−２とは同じ層に配置されている。また、第１配線１５１−１と第３配線１５２−１とは異なる層に配置されている。

次に、図３を用いて、第１パッド１１０、第２パッド１２０、及び第３パッド１３０の位置関係を説明する。図３は、本発明の実施形態１に係るプローブカードにおいて、各パッドの位置関係を示す平面図である。図３に示すように、第１パッド１１０が配置された第１パッド領域１１９と第２パッド１２０が配置された第２パッド領域１２９とは、基板１００の平面視において互いに重畳している。また、第３パッド１３０が配置された第３パッド領域１３９は、基板１００の外周領域に位置し、第１パッド領域１１９及び第２パッド領域１２９とは重畳しない。つまり、第３パッド領域１３９は、第１パッド領域１１９及び第２パッド領域１２９から独立した位置に存在する。換言すると、第３パッド領域１３９と第１パッド領域１１９及び第２パッド領域１２９とは離隔されている。

次に、図４を用いて、第２パッド１２０と第３パッド１３０とを接続する各々の多層配線１５０の位置関係を説明する。図４は、本発明の実施形態１に係るプローブカードにおいて、各パッドの位置関係を示す平面図である。ここでは、説明の便宜上、配置された位置に応じて第２パッド１２０が配置された位置に応じて第１環状領域乃至第４環状領域に分類して説明する。また、図４では、多層配線１５０は基板１００の左端及び下端に配置された第３パッド１３０に接続されたものだけを図示したが、実際には多層配線１５０は基板１００の右端及び上端に配置された第３パッド１３０にも接続される。

図４に示すように、複数の第２パッド１２０が配置された領域は、第２パッド１２０が外周に環状に配置された第１環状領域２１０と、第１環状領域２１０の内側領域において、第２パッド１２０が環状に配置された第２環状領域２２０と、第２環状領域２２０の内側領域において、第２パッド１２０が環状に配置された第３環状領域２３０と、第３環状領域２３０の内側領域において、第２パッド１２０が配置された領域２４０を含む。ここで、図４では、第２パッド１２０は７行７列のマトリクス状に配置されているため、領域２４０には第２パッド１２０が１つしか配置されていないが、図４に示すマトリクスの行列数よりも多い場合は領域２４０にも第２パッド１２０が環状に配置される。そのような場合は、領域２４０を第４環状領域２４０という。

ここで、第１環状領域２１０に配置された第２パッド１２０は第１配線１５１−１に接続され、第２環状領域２２０に配置された第２パッド１２０は第２配線１５１−２に接続されている。また、第３環状領域２３０に配置された第２パッド１２０は第３配線１５２−１に接続され、領域２４０（第２パッド１２０が環状に配置されている場合は「第４環状領域２４０」）に配置された第２パッド１２０は第４配線１５２−２に接続されている。ここで、第２配線１５１−２は隣接する第１配線１５１−１の間に配置されている。

図４では、第１配線１５１−１及び第２配線１５１−２と第３配線１５２−１とは、多層配線のうち異なる層で配置されている。しかし、隣接する第１配線１５１−１と第２配線１５１−２との間に第３配線１５２−１を配置することができれば、第１配線乃至第３配線を同じ層で形成してもよい。

以上のように、実施形態１に係るプローブカード１０によると、貫通電極１４０によって第１パッド１１０と第２パッド１２０とを接続することで、パッド間隔を広げることができる。その結果、第２パッド１２０と第３パッド１３０とを接続する配線のレイアウトに余裕ができるため、同じ層の配線で接続できるパッドの数を増加させることができ、多層配線の層数を低減することができる。

特に、第１パッド領域１１９と第２パッド領域１２９とが基板１００の平面視において互いに重畳することで、第２パッド１２０を配置できる領域が広く確保することができ、第２パッド１２０の第２間隔ｄ２を大きくすることができる。その結果、同じ層の配線で接続できるパッドの数を増加させることができ、多層配線の層数を低減することができる。

また、第１パッド１１０と第３パッド１３０とが基板１００の平面視において、重畳しない位置に配置されていることで、第３パッドと外部機器とを均一に圧着することができ、また、第３パッドに外部機器を圧着させる際に検査用プローブとなる第１パッドに外力がかからないようにすることができるため、不良発生率が低いプローブカードを得ることができる。

［プローブカードの製造方法］
図５乃至図２０を用いて、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法を説明する。図５乃至図２０において、図２Ａに示す要素と同じ要素には同一の符号を付した。

まず、基板１００に使用する基板を準備する。実施形態１では、基板１００に使用する基板としてガラス基板を使用した製造方法について説明する。ただし、基板１００はガラス基板に限定されず、例えば、シリコン、炭化シリコン等のシリコン化合物、ガリウム砒素等の化合物半導体、石英、サファイアなどで構成されていてもよく、また、これらが積層されたものであってもよい。基板１００の厚さは、特に制限はないが、例えば、１００μｍ以上８００μｍ以下の厚さの基板を使用することができる。基板１００の厚さは、より好ましくは、２００μｍ以上４００μｍ以下であるとよい。上記の基板の厚さの下限よりも基板が薄くなると、基板のたわみが大きくなる。その影響で、製造過程におけるハンドリングが困難になるとともに、基板上に形成する薄膜等の内部応力により基板が反ってしまう。また、上記の基板の厚さの上限よりも基板が厚くなると貫通孔の形成工程が長くなる。その影響で、製造工程が長期化し、製造コストも上昇してしまう。

図５は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、基板内部にレーザ光を照射する工程を示す断面図である。図５の基板１００は、図２Ａの基板１００の上下が反転して示されている。図５では、フェムト秒レーザを基板１００に照射することで、貫通孔を形成したい領域の基板の材料を変質させる。ここで、光源３００から出射されたレーザ光３０１は基板１００の第２面側１０２から入射され、基板１００の内部の貫通孔を形成したい領域で焦点を結ぶ。レーザ光３０１が焦点を結んだ位置では、高いエネルギーが供給され、基板の材料が変質する。例えば、貫通孔を基板のＤ２方向に対して斜めに形成したい場合、レーザ光３０１の焦点深度を変化させながら光源３００を走査すればよい。

図６は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、基板内部に変質層を形成する工程を示す断面図である。上記のようにフェムト秒レーザを照射することで、後に有底孔又は貫通孔が形成される変質領域１０３が基板１００に形成される。変質領域１０３は所望の有底孔又は貫通孔の形状に合わせて、適宜形状を変更することができる。実施形態１の製造方法では、有底孔を形成してからスリミングによって貫通孔を形成するため、図５及び図６では、変質領域１０３が基板１００のＤ２方向全てに形成されない方法を例示した。一方で、いったん有底孔を形成する工程を設けずに、後の薬液によるエッチングの工程だけで貫通孔を形成する場合は、基板をＤ２方向に全て変質させてもよい。ここで、変質領域１０３の領域が後の有底孔又は貫通孔の大きさになるため、所望の有底孔又は貫通孔の大きさに合わせて変質領域を調整すればよい。

図７は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、薬液を使用して基板の変質層をエッチングする工程を示す断面図である。変質領域１０３は変質していない領域と比べて薬液によるエッチングレートが早くなる。つまり、基板全体を薬液に浸漬させることで変質領域１０３が選択的に又は他の基板１００に比べて早い速度でエッチングされる。図７では、容器３１０に入れられた薬液３１１に基板１００を浸漬することでエッチングを行う方法を示す。ここで、エッチングに使用する薬液として、基板１００がガラス基板であれば、フッ酸（ＨＦ）、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）、界面活性剤添加バッファードフッ酸（ＬＡＬ）などを使用することができる。エッチングに使用する薬液は基板の材質によって適宜選択することができる。また、エッチングの方法は浸漬させる方法以外にも、スピン式のエッチング方法でもよい。

図８は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、基板内部に有底孔を形成する工程を示す断面図である。上記の薬液３１１を使用したエッチングによって変質領域１０３を除去することで、有底孔３２０を形成する。ここで、有底孔３２０の直径は１０μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。ただし、有底孔３２０の直径は上記の範囲に限定されず、上記の範囲よりも大きくてもよく、また、小さくてもよい。また、有底孔３２０の形状には特に制限はなく、例えば円形以外に矩形や多角形であってもよい。また、有底孔３２０はＤ２方向に大きさが異なっていてもよい。例えば、孔径がＤ２方向に単調増加又は単調減少するテーパ形状、孔の断面形状においてＤ１方向に凹状である樽型形状、又は孔の断面形状においてＤ１方向に凸状であるくびれ形状であってもよい。

図９は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、有底孔内部にシード層を形成する工程を示す断面図である。図８のように有底孔３２０が形成された基板１００にシード層１６０を形成する。シード層１６０は、例えば、銅、チタン、タンタル、タングステン等の金属またはこれらを用いた合金の単層または積層を使用することができ、ＰＶＤ法（蒸着法およびスパッタリング法等）又はＣＶＤ法等により形成することができる。シード層１６０に使用する材料は、後に形成するめっき層３３０と同じ材質を選択することができる。シード層１６０は、後の工程でめっき層３３０を形成する際に、電解めっき処理のシードとして利用するために設けられる。ここで、シード層１６０は、上記のめっき層３３０を形成しやすくするために、有底孔３２０の表面付近（基板１００の第２面側１０２）の開口サイズが小さくなるように十分な厚さで形成することが好ましい。例えば、有底孔３２０の表面付近の開口サイズが３０μｍ径の場合、シード層１６０は、好ましくは３μｍ以上３０μｍ以下の膜厚で形成するとよい。また、シード層１６０は、より好ましくは６μｍ以上１５μｍ以下の膜厚で形成するとよい。換言すると、シード層１６０は、有底孔３２０の表面付近の開口径に対して１／１０倍以上１倍以下の膜厚で形成するとよい。また、シード層１６０は、より好ましくは１／５倍以上１／２倍以下の膜厚で形成するとよい。

図１０は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、有底孔が形成された基板上に有底孔３２０を塞ぐめっき層を形成する工程を示す断面図である。めっき層３３０は、少なくとも基板１００の第２面側１０２に形成されたシード層１６０上に形成され、有底孔３２０を塞ぐように、つまり有底孔３２０に蓋をするように形成される。めっき層３３０は電解めっき処理を行うことで形成することができ、例えば、銅、金、銀、白金、ロジウム、スズ、アルミニウム、ニッケル、クロム等の金属またはこれらを用いた合金などから選択することができる。図１０では、めっき層３３０が有底孔３２０内部に形成されていない構造を例示したが、めっき層３３０が有底孔３２０内部に形成されてもよい。

図１１は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、有底孔が形成された基板に支持基板を貼り合せる工程を示す断面図である。図１１の基板１００は、図５乃至図１０の基板１００の上下が反転して示されている。ここでは、図１０で形成しためっき層３３０と支持基板３４０とを粘着シート３５０を用いて貼り合せる。支持基板３４０は、後の工程で基板１００に歪みが生じないように、基板１００と同等又はそれ以上の剛性を有する基板を使用することができる。例えば、基板１００にガラス基板を使用する場合、支持基板３４０として基板１００と同様のガラス基板を使用することができる。また、支持基板３４０はガラス基板以外にもサファイア基板等の絶縁性基板、シリコン基板等の半導体基板、又はステンレス基板等の導電性基板を使用することができる。

また、粘着シート３５０は、部材を挟んで両面に粘着層が配置されている。粘着シート３５０の粘着層のうちめっき層３３０側の粘着層は、導電性を有し、刺激（この例では所定温度以上の熱）の印加によって粘着力が低下する。以下の説明において、導電性を有するこの粘着層を導電性粘着層という場合がある。粘着シート３５０の支持基板３４０側の粘着層（以下、支持粘着層という場合がある）は、例えば、感圧粘着剤であって、導電性を有していても有していなくてもよい。また、支持粘着層は、少なくとも導電性粘着層の粘着力が低下する刺激の程度においては、粘着力がほとんど低下しない。

粘着シート３５０の両面に設けられた粘着層によって支持基板３４０と基板１００との位置関係が固定される。これによって、支持基板３４０は、粘着シート３５０を介して基板１００を第２面側１０２からシード層１６０およびめっき層３３０を介して支持する。

また、図１１に示すように、粘着シート３５０は、基板１００の端部より外側に拡がっている部分（外周部３６０）を有する。外周部３６０は、導電性粘着層の表面３５１が露出された状態となり、電解めっき処理を施す際に、電源から電流を供給するための電極として用いられる。

図１２は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、有底孔が形成された基板をスリミングして貫通孔を形成する工程を示す断面図である。図１２では、基板１００の第１面側１０１からスリミングを行うことで、基板１００を薄板化する。スリミングとしては、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）やウェットエッチングを使用することができる。スリミングによって有底孔３２０の底に達するまで基板１００を薄板化することで貫通孔１４１を形成する。ここで、基板１００は支持基板３４０によって支持されているため、基板１００が薄化されても基板１００の反りが抑制され、また、製造工程中の強度を保つこともできる。

スリミングにＣＭＰを使用する場合、研磨剤として酸化セリウム（セリア）を使用することができる。セリアを使用したＣＭＰは、ガラスや酸化シリコンを高速研磨することができる。セリアは、機械的な研磨作用だけでなく、水と共に作用して化学的に酸化シリコンを研磨する作用を有し、高い研磨速度を得ることができる。

図１３は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通孔を充填する貫通電極及び検査用プローブを形成する工程を示す断面図である。図１３において、貫通電極１４０はめっき層３３０上にめっき法で形成する。具体的には、貫通電極１４０はめっき層３３０に給電して電解めっき処理を行うことで形成する。ここで、電解めっき処理の陰極として機能するめっき層３３０に電圧を供給するため、外周部３６０の導電性粘着層の表面３５１に外部から電圧を印加することができる。導電性粘着層を介して電流を供給することで、貫通孔１４１の内部で表面が露出しためっき層３３０及びシード層１６０をシードとして貫通電極１４０を形成することができる。したがって、めっき層３３０及びシード層１６０を形成せず、導電性粘着層をシードとして貫通電極１４０を形成することもできる。なお、シード層１６０は基板１００と粘着シート３５０との間の一部に形成されていてもよい。例えば、貫通孔１４１の開口部周辺にのみシード層が形成され、導電性粘着層からシード層にも電流が供給されるようにしてもよい。貫通電極１４０に使用する金属材料は、例えば、銅、金、銀、白金、ロジウム、スズ、アルミニウム、ニッケル、クロム等の金属またはこれらを用いた合金などから選択することができる。

上記のように、貫通電極１４０を形成した後に検査用プローブとして機能する第１パッド１１０を形成する。第１パッド１１０は貫通電極１４０を形成後に、貫通電極１４０とは異なる工程、異なる材質で形成してもよい。また、めっき法で貫通電極１４０を形成する際に基板１００の第１面側１０１までめっき層を形成し、当該めっき層をパターニングすることで第１パッド１１０を形成してもよい。また、第１パッド１１０を形成しない領域にレジストを形成した状態でめっき法を行うことで、貫通電極１４０及び第１パッド１１０を同一工程で形成してもよい。図１３では、第１パッド１１０は断面形状が半円形である構造を例示したが、この構造に限定されず、断面形状が矩形や台形であってもよい。

図１４は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通孔が形成された基板から支持基板を剥離する工程を示す断面図である。第１パッド１１０が形成された後に所定温度以上の熱処理を行うことで、粘着シート３５０の導電性粘着層の粘着力を低下させる。そして、基板１００から粘着シート３５０及び支持基板３４０を剥離する。このとき、当該熱処理は粘着シート３５０の導電性粘着層の反対面側に配置された支持粘着層が支持基板３４０と剥離しない程度の温度で行うことが好ましい。ここで、熱処理は基板１００及び支持基板３４０全体を加熱する方法であってもよく、レーザ照射等によって接合箇所を局所的に加熱する方法であってもよい。また、上記のように、粘着シート３５０の導電性粘着層を電解めっき処理の電極として用いる場合、粘着シート３５０を剥離することで電解めっき用の電極も同時に除去される。そのため、シード層を別途形成して、電解めっき処理後に除去するという工程を行わなくてもよく、製造工程を簡略化することができる。

図１５は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、シード層を除去し、多層配線用パッドを形成する工程を示す断面図である。第２パッド１２０は図１４に示すめっき層３３０及びシード層１６０を除去し、貫通電極１４０に接するように別途形成されてもよい。また、めっき層３３０及びシード層１６０をパターニングすることで第２パッド１２０を形成してもよい。

図１６は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通電極基板上に多層配線の層間膜を形成する工程を示す断面図である。ここでは、図５乃至図１５で形成した貫通電極基板の一側面（第１パッドが形成された面とは逆の面側）に多層配線を形成する工程について説明する。図１６の基板１００は、図１１乃至図１５の基板１００の上下が反転して示されている。基板１００の第２面側１０２に多層配線を形成するために、まず第２パッド１２０を覆う第１絶縁膜１７１を形成し、各々の第２パッド１２０を露出するコンタクトホール１７３を形成する。

ここで、第１絶縁膜１７１は単層であってもよく積層であってもよい。例えば、第１絶縁膜１７１を積層とする場合、無機絶縁層と有機絶縁層の積層構造とすることができる。さらに、無機絶縁層は、例えば第２パッド１２０、貫通電極１４０などに使用する金属材料に対するバリア性を有する第１無機絶縁層と、当該第１無機絶縁層に比べて有機絶縁層との密着性が高く、内部応力が小さい第２無機絶縁層との積層とすることができる。また、有機絶縁層は第２パッド１２０によって形成された段差を緩和又は平坦化する材料であることが好ましく、少なくとも第２パッド１２０によって形成される段差以上の膜厚であることが好ましい。当該有機絶縁層として、感光性樹脂又は非感光性樹脂を使用することができる。

第１無機絶縁層としては、例えば第２パッド１２０又は貫通電極１４０にＣｕが使用される場合、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、窒化シリコンカーバイト（ＳｉＣＮ）、炭素添加シリコンオキサイド（ＳｉＯＣ）などを使用することができる。また、第２無機絶縁層としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などを使用することができる。また、有機絶縁層としては、感光性ポリイミド、感光性アクリル、感光性シロキサンなどを使用することができる。

図１７は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通電極基板上に多層配線のビア及び配線を形成する工程を示す断面図である。図１７に示すように、コンタクトホール１７３に第２パッド１２０と接続する第１ビア１８１が充填され、第１ビア１８１及び第１絶縁膜１７１の上に第１配線層１５１が形成される。ここで、第１ビア１８１及び第１配線層１５１を異なる工程で形成してもよく、また、コンタクトホール１７３内部及び第１絶縁膜１７１上に形成した金属材料をパターニングすることで、第１ビア１８１及び第１配線層１５１を同一材料、同一工程で形成してもよい。第１ビア１８１及び第１配線層１５１としては、電気抵抗が低い銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などを使用することができる。また、アルミニウム−ネオジウム合金（Ａｌ−Ｎｄ）やアルミニウム−銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）などのアルミニウム合金を使用することができる。

図１８は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通電極基板上に多層配線の上層の層間膜を形成する工程を示す断面図である。図１８では、図１６と同じように、第１配線層１５１を覆う第２絶縁膜１７２を形成し、第１配線層１５１のうち第１配線１５１−１及び第２配線１５１−２とは異なる第１配線層１５１のみを露出するコンタクトホール１７４を形成する。

図１９は、本発明の実施形態１に係るプローブカードの製造方法において、貫通電極基板上に多層配線の上層のビア及び配線を形成する工程を示す断面図である。図１９では、図１７と同じように、コンタクトホール１７４に第１配線層１５１と接続する第２ビア１８２が充填され、第２ビア１８２及び第２絶縁膜１７２の上に第２配線層１５２が形成される。

上記のように、図５乃至図１９に示した製造方法により、図２Ａに示すプローブカードと同様の構造を得ることができる。上記の方法では、第１配線層１５１及び第２配線層１５２の２層の多層配線を例示したが、もちろんこの配線層数には限定されず、必要に応じてより多くの層数の多層配線を形成してもよい。ここで、第２配線層１５２は第２絶縁膜１７２上において表面が露出しているが、第２配線層１５２及び第２絶縁膜１７２を覆う絶縁膜がさらに形成されてもよい。

〈実施形態２〉
図２０及び図２１を用いて、本発明の実施形態２に係るプローブカードについて詳細に説明する。実施形態２では、基板１００の貫通孔１４２の第１面側１０１付近が鈍角になるように加工された構造について説明する。

図２０は、本発明の実施形態２に係るプローブカードの断面図である。図２０に示すプローブカード２０は図２Ａに示すプローブカード１０と類似しているが、プローブカード２０は、貫通電極１４０が配置される貫通孔１４２と第１面側１０１の基板１００の表面とのなす角が鈍角である点においてプローブカード１０とは相違する。

図２１は、本発明の実施形態２に係るプローブカードの貫通孔の表面付近の形状を示す断面図である。より具体的には、図２１は図２０の点線枠４００の拡大図である。図２１を用いて、貫通孔１４２の内壁と第１面側１０１の基板１００の表面とのなす角について詳細に説明する。

図２１では、貫通孔１４２は、貫通孔１４２の内壁のうち基板１００の表面に対して最も小さい角度をなす第１内壁部１４２−１、基板１００の表面と第１内壁部１４２−１とを接続する第２内壁部１４２−２、貫通孔１４２の内壁のうち基板１００の表面に対して最も大きい角度をなす第３内壁部１４２−３、及び基板１００の表面と第３内壁部１４２−３とを接続する第４内壁部１４２−４に分けて表現することができる。ここで、第１内壁部１４２−１と第２内壁部１４２−２とがなす角４１０の角度θ１、第２内壁部１４２−２と基板１００の表面とがなす角４２０の角度θ２、第３内壁部１４２−３と第４内壁部１４２−４とがなす角４３０の角度θ３、及び第４内壁部１４２−４と基板１００の表面とがなす角４４０の角度θ４の全ての角度が鈍角である。図２１では、貫通孔１４２が明確に角４１０乃至角４４０を有する構造を例示したが、この構造に限定されず、角４１０乃至角４４０に相当する箇所が曲線形状であってもよい。

以上のように、実施形態２に係るプローブカード２０によると、貫通孔１４２と基板表面とのなす角が鈍角となる、つまり、鋭角部分が面取りされて鈍角になることで、機械的な強度が向上する。その結果、貫通孔の表面付近の基板の欠けなどの発生を抑制することができ、製造歩留まり向上の効果が得られる。

ここで、図２０及び図２１に示す、基板表面とのなす角が鈍角の貫通孔１４２は、有底孔から貫通孔を得るためのスリミングの工程で形成することができる。基板表面とのなす角が鈍角の貫通孔１４２を得るためには、特にスリミングにＣＭＰを使用した場合、ＣＭＰの処理条件を化学的研磨の作用が強くなる条件（腐食リッチ）とすることが好ましい。ＣＭＰ条件を腐食リッチとすることで、基板表面と貫通孔との間の角をよりなめらかな形状にすることができ、貫通孔の孔径をより広げることができるので、上記の鈍角の形成に適している。

〈実施形態３〉
図２２を用いて、本発明の実施形態３に係るプローブカードについて説明する。実施形態３では、プローブカード３０は、基板１００の平面視において同じ位置に配置されていない第１パッド１１０と第２パッド１２０とを接続する貫通電極１４４が、直線部及び屈曲部を組み合わせた、いわゆるクランク形状を有している。つまり、貫通電極１４４は基板１００の平面方向（Ｄ１方向）に延びる直線部１４４−１、１４４−２、１４４−３を有する。ここで、貫通電極１４４は、接続する第１パッド１１０及び第２パッド１２０の基板１００のＤ１方向のずれ量によって、直線部１４４−１、１４４−２、１４４−３の基板の深さ方向（Ｄ２方向）の位置が異なる。

以上のように、実施形態３に係るプローブカード３０によると、貫通電極１４４がクランク形状を有することで、アンカー効果により貫通電極が貫通孔から抜けにくくなる。また、貫通電極１４４のＤ１方向に延びる直線部１４４−１、１４４−２、１４４−３がそれぞれＤ２方向に異なる位置に配置されることで、隣接する貫通電極間の干渉を抑制することができる。

〈実施形態４〉
図２３を用いて、本発明の実施形態４に係るプローブカードについて説明する。図２３に示すプローブカード４０は、図２Ａに示すプローブカード１０と類似しているが、プローブカード４０は貫通電極１４０が配置された基板１００と多層配線１５０との間に貫通電極５４０が配置された基板５００をさらに有する点において、プローブカード１０と相違する。

基板５００は、基板５００の第１面側５０１に配置され、基板１００に配置された第２パッド１２０と接触する第４パッド５１０と、基板５００の第１面側５０１とは反対の第２面側５０２において、第４パッド５１０よりも広い間隔で配置された第５パッド５２０と、第４パッド５１０と第５パッド５２０とを接続する貫通電極５４０とを有する。

基板１００と基板５００とは、第２パッド１２０と第４パッド５１０とが電気的に接続されるように貼り合せられる。例えば、導電性粒子を含む樹脂材料を接着剤として基板１００と基板５００とを接合してもよい。また、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）を介して圧着させて基板１００と基板５００とを接合してもよい。

以上のように、実施形態４に係るプローブカード４０によると、貫通電極基板を複数重ねて接合させることで、貫通電極１４０及び５４０の傾斜角を大きくすることなく多層配線１５０に接続する第５パッド５２０の間隔を広くすることができる。その結果、レイアウトに余裕ができるため、一つの層に多くの配線を配置することができ、多層配線の層数を少なくすることができる。

本実施形態に係るプローブカードは、例えば、半導体基板に多数のＬＳＩ基板が形成された物品にパッドを対向させて電気的に接続し、物品が機能するか否かを検査するのに用いられる。検査後、物品をダイシングすることにより、個々の半導体装置が得られる。

なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０、２０、３０、４０：プローブカード
１００、５００：基板
１０１、５０１：第１面側
１０２、５０２：第２面側
１０３：変質領域
１１０：第１パッド
１１９：第１パッド領域
１２０：第２パッド
１２９：第２パッド領域
１３０：第３パッド
１３９：第３パッド領域
１４０、１４４：貫通電極
１４１、１４２：貫通孔
１５０：多層配線
１５１：第１配線層
１５２：第２配線層
１６０：シード層
１７１：第１絶縁膜
１７２：第２絶縁膜
１７３、１７４：コンタクトホール
１８１：第１ビア
１８２：第２ビア
１９０：樹脂層
２１０：第１環状領域
２２０：第２環状領域
２３０：第３環状領域
２４０：領域又は第４環状領域
３００：光源
３０１：レーザ光
３１０：容器
３１１：薬液
３２０：有底孔
３３０：めっき層
３４０：支持基板
４００：点線枠
４１０、４２０、４３０、４４０：角
５１０：第４パッド
５２０：第５パッド
５４０：貫通電極
ｄ１：第１間隔
ｄ２：第２間隔

Claims (8)

1. 基板の第１面側において、第１間隔で配置された複数の第１パッドと、
   前記基板の前記第１面とは反対の第２面側において、前記第１間隔よりも広い第２間隔で配置された複数の第２パッドと、
   前記第１パッドと前記第２パッドとを電気的に接続する貫通電極と、
   前記第２面側において、前記第２パッドより前記基板の外周側に配置された複数の第３パッドと、
   前記第２面側に配置され、金属膜及び絶縁膜を含み、前記第２パッドと前記第３パッドとを電気的に接続する多層配線と、
   を有し、
   複数の前記第２パッドが配置された領域は、
   前記第２パッドが環状に配置された第１環状領域と、
   前記第１環状領域の内側に、前記第２パッドが配置された内側領域と、を含み、
   前記多層配線は、
   第１配線と、
   前記第１配線と同じ層に配置された第２配線と、を有し、
   前記第１環状領域に配置された前記第２パッドは前記第１配線に接続され、前記内側領域に配置された前記第２パッドは前記第２配線に接続されることを特徴とするプローブカード。
2. 複数の前記第１パッドが配置された領域と複数の前記第２パッドが配置された領域とは、前記基板の平面視において互いに重畳することを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記第２間隔は、前記第１間隔の１．５倍以上３倍以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブカード。
4. 前記内側領域は、前記第２パッドが環状に配置された第２環状領域を含み、
   前記第２環状領域に配置された前記第２パッドは前記第２配線に接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のプローブカード。
5. 前記内側領域は、
   前記第２環状領域の内側において、前記第２パッドが環状に配置された第３環状領域と、
   前記第３環状領域の内側において、前記第２パッドが環状に配置された第４環状領域と、をさらに含み、
   前記多層配線は、
   前記第１配線とは異なる層に配置された第３配線と、
   前記第３配線と同じ層に配置された第４配線と、をさらに有し、
   前記第３環状領域に配置された前記第２パッドは前記第３配線に接続され、前記第４環状領域に配置された前記第２パッドは前記第４配線に接続されることを特徴とする請求項４に記載のプローブカード。
6. 前記貫通電極は、前記基板の厚さ方向に対して斜めに延びる部分を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のプローブカード。
7. 前記貫通電極が配置される貫通孔と前記第１面側の前記基板の表面とのなす角が鈍角であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のプローブカード。
8. 請求項１乃至７のいずれか一に記載のプローブカードを用いた検査工程を含む半導体装置の製造方法。
   
   

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