JP6706079B2 - プローブガイド板及びプローブ装置とそれらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プローブガイド板及びプローブ装置とそれらの製造方法に関する。

半導体装置などの被検査対象の電気特性の測定は、被検査対象の多数の電極パッドにプローブ装置のプローブ端子を接触させて導通をとることにより行われる。プローブ装置には貫通孔が設けられたプローブガイド板が備えられており、プローブガイド板の貫通孔にプローブ端子が挿入されて、プローブ端子が位置決めされる。

特開２００７−５７４４７号公報 特開２０１４−１８１９１０号公報

後述する予備的事項で説明するように、プローブガイド板には、強度を向上させるために、２枚のガイド板をスペーサを介して貼り合わせたものがある。

そのようなプローブガイド板を製造するには、２枚のガイド板と、スペーサとを別々に作成し、それらを組み立てる必要があるため、部品数が多くなり、コスト上昇を招く課題がある。

また、貼り合わせ箇所が多い構造となるため、貼り合わせ箇所の劣化による故障が発生しやすく、プローブガイド板の寿命の縮める要因となる。

２枚のガイド板が低コストで信頼性よく積層される新規な構造のプローブガイド板及びプローブ装置とそれらの製造方法を提供することを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、第１シリコン基板と、前記第１シリコン基板の上面に形成された第１凹部と、前記第１凹部の底の前記第１シリコン基板に形成された第１貫通孔と、前記第１シリコン基板の上に直接接合された第２シリコン基板と、前記第２シリコン基板の下面に、前記第１凹部に対向して形成された第２凹部と、前記第２凹部の底の前記第２シリコン基板に形成され、前記第１貫通孔に対応して配置された第２貫通孔とを有し、前記第１シリコン基板と前記第２シリコン基板とは、他の材料を介さずに直接接合され、前記第１シリコン基板の第１貫通孔の内壁の上端部に第１ノッチ部が形成され、前記第２シリコン基板の第２貫通孔の内壁の下端部に第２ノッチ部が形成され、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とは、平面視で位置ずれして配置され、前記第１ノッチ部の上端から下端までの幅は、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との位置ずれ量以上に設定されるプローブガイド板が提供される。

また、その開示の他の観点によれば、複数のガイド板領域が画定されたシリコン基板を用意する工程と、前記シリコン基板の複数のガイド板領域に凹部をそれぞれ形成する工程と、前記シリコン基板の凹部が形成された面に樹脂フィルムを配置する工程と、前記シリコン基板の凹部が形成された面と反対面から異方性ドライエッチングでエッチングすることにより、前記複数のガイド板領域に配置された凹部の底の前記シリコン基板に貫通孔をそれぞれ形成し、前記貫通孔の内壁の前記凹部側の端部にノッチ部を得る工程と、前記シリコン基板を切断して、前記複数のガイド板領域から第１シリコン基板及び第２シリコン基板を分割して得る工程と、前記第１シリコン基板の凹部と前記第２シリコン基板の凹部とを対向させ、前記第１シリコン基板の貫通孔と前記第２シリコン基板の貫通孔とが対応するように、前記第１シリコン基板の上に前記第２シリコン基板を他の材料を介さずに直接接合する工程と、前記第１シリコン基板及び前記第２シリコン基板の露出面にシリコン酸化層を形成する工程とを有するプローブガイド板の製造方法が提供される。

以下の開示によれば、プローブガイド板では、第１シリコン基板の上に第２シリコン基板が直接接合されている。第１シリコン基板の上面に第１凹部が形成され、第１凹部の底部に貫通孔が形成されている。

また、第２シリコン基板の下面に第１凹部に対向する第２凹部が形成され、第２凹部の底部に第１貫通孔に対応するように第２貫通孔が形成されている。

これにより、第１シリコン基板と第２シリコン基板とが直接接合されているため、部品数を削減することができ、低コスト化を図ることができる。また、第１シリコン基板と第２シリコン基板とが強固に接合され、強い機械的強度が得られる。

さらに、プローブガイド板内の接合箇所が一箇所になるため、接合の信頼性を向上させることができる。

さらに、第１シリコン基板の第１貫通孔の内壁の上端部に第１ノッチ部が形成されている。これにより、第２貫通孔から第１貫通孔にプローブ端子を挿入する際に、第２貫通孔と第１貫通孔とが位置ずれして配置されるとしても、プローブ端子は傾斜状の第１ノッチ部で下側に誘導される。これにより、プローブ端子を第２貫通孔から第１貫通孔にスムーズに挿入することができる。

図１は予備的事項に係るプローブガイド板を示す断面図である。 図２（ａ）及び（ｂ）は実施形態のプローブガイド板の製造方法を示す断面図（その１）である。 図３（ａ）及び（ｂ）は実施形態のプローブガイド板の製造方法を示す断面図（その２）である。 図４（ａ）及び（ｂ）は実施形態のプローブガイド板の製造方法を示す断面図（その３）である。 図５は実施形態のプローブガイド板の製造方法を示す断面図（その４）である。 図６は図５の第１貫通孔に形成されたノッチ部を下側からみた平面図である。 図７（ａ）及び（ｂ）は実施形態のプローブガイド板の製造方法を示す断面図（その５）である。 図８は実施形態のプローブガイド板の製造方法を示す断面図（その６）である。 図９は実施形態のプローブガイド板の製造方法を示す断面図（その７）である。 図１０は実施形態のプローブガイド板の製造方法を示す断面図（その８）である。 図１１は実施形態のプローブガイド板を示す断面図である。 図１２は実施形態のプローブガイド板を示す平面図である。 図１３は実施形態のプローブ装置を示す断面図である。 図１４は比較例のプローブガイド板の貫通孔にプローブ端子を挿入する様子を示す断面図である。 図１５は実施形態のプローブガイド板の貫通孔にプローブ端子を挿入する様子を示す断面図である。 図１６は実施形態のプローブガイド板の第１貫通孔と第２貫通孔とが位置ずれして配置された様子を示す平面図である。 図１７は実施形態の変形例のプローブガイド板にプローブ端子が挿入された様子を示す部分断面図である。

以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

実施形態を説明する前に、基礎となる予備的事項について説明する。予備的事項の記載は、発明者の個人的な検討内容であり、公知技術ではない新規な技術を含む。

プローブ装置に使用されるプローブガイド板には、強度を向上させるために、２枚のガイド板をスペーサを介して貼り合わせたものがある。

図１には、そのようなプローブガイド板の一例が示されている。予備的事項に係わるプローブガイド板１００では、下側ガイド板２００と上側ガイド板４００とがスペーサ３００を介して貼り合わされている。下側ガイド板２００、スペーサ３００及び上側ガイド板４００は、例えば、セラミックスから形成される。

下側ガイド板２００の中央部には、複数の第１貫通孔２００ａが形成されている。また、下側ガイド板２００の第１貫通孔２００ａが配置された領域の上に、スペーサ３００の一括した開口部３００ａが形成されている。

さらに、上側ガイド板４００には、第１貫通孔２００ａに対応する位置に第２貫通孔４００ａが形成されている。

また、プローブガイド板１００の周縁部には、ねじ止め穴５００が貫通して形成されている。

そして、プローブガイド板１００の上側の第２貫通孔４００ａから下側の第１貫通孔２００ａにプローブ端子が挿入されて、プローブ端子が位置決めされる。

予備的事項に係わるプローブガイド板１００を製造するには、下側ガイド板２００、上側ガイド板４００及びスペーサ３００を別々に作成し、それらを組み立てる必要がある。このため、下側ガイド板２００と上側ガイド板４００との位置精度が悪いと共に、部品数が多くなるため、コスト上昇を招く課題がある。

また、下側ガイド板２００、スペーサ３００及び上側ガイド板４００を貼り合わせて組み立てるため、貼り合わせ箇所が多い構造となる。このため、貼り合わせ箇所の劣化による故障が発生しやすく、プローブガイド板の寿命の縮める要因となる。

後述する実施形態のプローブガイド板では、前述した課題を解消することができる。

（実施形態）
図２〜図１０は実施形態のプローブガイド板の製造方法を説明するための図、図１１及び図１２は実施形態のプローブガイド板を説明するための図、図１３は実施形態のプローブ装置を示す図である。以下、プローブガイド板の製造方法を説明しながら、プローブガイド板及びプローブ装置の構造について説明する。

実施形態のプローブガイド板の製造方法では、まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１０を用意する。シリコン基板１０として、例えば、厚みが４００μｍ程度のシリコンウェハが使用される。厚みが８００μｍ程度のシリコンウェハの背面がバックグラインダ装置により研磨されて、所要の厚みに薄型化される。

次いで、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の上に、開口部１５ａが設けられたレジスト層１５をパターニングして形成する。

レジスト層１５は、液状レジストを塗布し、フォトリソグラフィに基づいてフォトマスクを介して露光した後に、現像を行うことにより形成される。あるいは、ドライフィルムレジストを使用してレジスト層１５を形成してもよい。

シリコン基板１０には個々のガイド板を得るための複数のガイド板領域が画定されている。図２（ｂ）及び以下の図では、２つの第１ガイド板領域Ａ及び第２ガイド板領域Ｂが部分的に示されている。

次いで、図３（ａ）に示すように、レジスト層１５の開口部１５ａを通して、シリコン基板１０を異方性ドライエッチングにより、厚みの途中までエッチングする。異方性ドライエッチングは、ＳＦ_６系のガスを使用するＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）などが使用される。

これにより、第１ガイド板領域Ａの中央部に第１凹部Ｃ１が形成され、第２ガイド板領域Ｂの中央部に第２凹部Ｃ２が形成される。第１凹部Ｃ１及び第２凹部Ｃ２の深さは、例えば、シリコン基板１０の厚みの半分程度に設定される。

後述するように、第１ガイド板領域Ａの第１凹部Ｃ１の底のシリコン基板１０に複数の貫通孔が配置される。また同様に、第２ガイド板領域Ｂの第２凹部Ｃ１の底のシリコン基板１０に複数の貫通孔が配置される。第１凹部Ｃ１及び第２凹部Ｃ２の形状は、例えば、平面視で一括した四角形に形成される。

また、第１ガイド板領域Ａ及び第２ガイド板領域Ｂの各周縁部に第３凹部Ｃ３がそれぞれ形成される。第３凹部Ｃ３は、第１ガイド板領域Ａ及び第２ガイド板領域Ｂの各周縁部にねじ止め穴を構築するために形成される。第３凹部Ｃ３の形状は、平面視でホール状に形成される。

あるいは、異方性ドライエッチングの代わりに、ウェットエッチングにより、シリコン基板１０に第１凹部Ｃ１、第２凹部Ｃ２及び第３凹部Ｃ３を形成してもよい。

次いで、図３（ｂ）に示すように、レジスト層１５を除去した後に、図３（ａ）の構造体を上下反転させる。

続いて、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１０の第１〜第３凹部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が形成された下面に樹脂フィルム１６を貼り付けて配置する。樹脂フィルム１６として、容易に剥離できるシリコーン樹脂フィルムなどが使用される。

さらに、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）のシリコン基板１０の上面に、第１開口部１７ａ及び第２開口部１７ｂが設けられたレジスト層１７を形成する。レジスト層１７の複数の第１開口部１７ａは、第１凹部Ｃ１及び第２凹部Ｃ２の底のシリコン基板１０に複数の貫通孔をそれぞれ形成するために配置される。

また、レジスト層１７の第２開口部１７ｂはシリコン基板１０の第３凹部Ｃ３に対応する部分に形成され、ねじ止め穴を構築するために配置される。

図４（ｂ）の例では、第１ガイド板領域Ａでは、レジスト層１７の第２開口部１７ｂの直径は、第３凹部Ｃ３の直径よりも大きく設定される。一方、第２ガイド板領域Ｂでは、レジスト層１７の第２開口部１７ｂの直径は、第３凹部Ｃ３の直径と同じに設定される。

次いで、図５に示すように、レジスト層１７の第１開口部１７ａ及び第２開口部１７ｂを通して、異方性ドライエッチングによりシリコン基板１０を樹脂フィルム１６に到達するまで厚み方向にエッチングする。

異方性ドライエッチングは、ＳＦ_６系のガスを使用するＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）などが使用される。

これにより、シリコン基板１０の第１ガイド板領域Ａの中央部に複数の第１貫通孔ＴＨ１が形成される。また同時に、シリコン基板１０の第２ガイド板領域Ａの中央部に複数の第２貫通孔ＴＨ２が形成される。

このとき、図５の部分拡大断面図に示すように、第１貫通孔ＴＨ１の内壁の下端部が外側にサイドエッチングされて、第１貫通孔ＴＨ１の内壁の下端部に切欠状のノッチ部Ｎが形成される。第２貫通孔ＴＨ２においても同様な形状で形成される。

これは、シリコン基板１０のエッチングが終了し、オーバーエッチングを行う際に第１貫通孔ＴＨ１の底に絶縁物である樹脂フィルム１６が露出する。このため、第１貫通孔ＴＨ１の底にプラズマ中のプラス（＋）イオンが滞留し、プラス（＋）イオンが外側に拡散して第１貫通孔ＴＨ１の内壁をエッチングするためである。

樹脂フィルム１６の代わりに、金属層などの導体層を配置すると、第１貫通孔ＴＨ１の底から導体層にプラス（＋）イオンが流れるため、第１貫通孔ＴＨ１の内壁の下端部にノッチ部Ｎは形成されない。

例えば、シリコン基板１０の厚みが１００μｍで、オーバーエッチング量を２０％に設定する場合、ノッチ部Ｎの幅Ｗ１が１０μｍ程度であり、ノッチ部Ｎの深さＤが１０μｍ程度で形成される。

なお、図５の第２ガイド領域Ｂの第３凹部Ｃ３にもノッチ部Ｎが形成される場合があるが、図５では省略されて描かれている。

図６は、図５の第１貫通孔ＴＨ１に形成されたノッチ部Ｎを下側からみた部分拡大平面図である。図６に示すように、第１貫通孔ＴＨ１は下側から平面視して四角形で形成され、ノッチ部Ｎは第１貫通孔ＴＨ１の内壁の下端部の周囲の領域に環状に繋がって形成される。

第１貫通孔ＴＨ１のサイズは、例えば、２０μｍ×２０μｍ〜１００μｍ×１００μｍである。また、第１貫通孔ＴＨ１の配置ピッチは、例えば、４０μｍ〜１５０μｍに設定される。第１貫通孔ＴＨ１の平面形状は、四角形の他に、円形又は楕円形などであってもよい。

図７（ａ）には、図５の構造体からレジスト層１７を除去し、樹脂フィルム１６を剥離した後の様子が示されている。

図７（ａ）に示すように、図５のエッチング工程で、第１ガイド板領域Ａの周縁部では、第３凹部Ｃ３（図４（ｂ））上のシリコン基板１０の部分がエッチングされて、第３凹部Ｃ３上にその直径よりも大きな直径の径大穴Ｈ１が形成される。そして、第３凹部Ｃ３が径大穴Ｈ１に連通する径小穴Ｈ２となる。

これにより、径大穴Ｈ１と径小穴Ｈ２とにより第１開口穴１８ａが形成される。第１開口穴１８ａの内壁に段差面Ｆが形成される。

一方、第２ガイド板領域Ｂの周縁部では、第３凹部Ｃ３に対応するシリコン基板１０の部分がエッチングされ、内壁がストレート形状の第２開口穴１８ｂが形成される。

次いで、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）の構造体を上下反転させて、第１凹部Ｃ１及び第２凹部Ｃ２を上側に向けて配置する。さらに、個々の第１ガイド板領域Ａ及び第２ガイド板領域Ｂが分割されて得られるように、シリコン基板１０をダイシングラインに沿って切断する。

これにより、図８に示すように、シリコン基板１０の第１ガイド板領域Ａから第１シリコン基板１１が得られ、第２ガイド板領域Ｂから第２シリコン基板１２が得られる。

続いて、図９及び図１０に示すように、第１シリコン基板１１の第１凹部Ｃ１と、第２シリコン基板１２の第２凹部Ｃ２とが対向するように、第１シリコン基板１１の上に第２シリコン基板１２を配置し、両者を直接接合する。

このとき、図１０に示すように、第１シリコン基板１１の第１貫通孔ＴＨ１と第２シリコン基板１２の第２貫通孔ＴＨ２とが対応するように位置合わせされた状態で、第１シリコン基板１１の上に第２シリコン基板１２が積層される。

また、同じく図１０に示すように、第１シリコン基板１１の第１開口穴１８ａと第２シリコン基板１２の第２開口穴１８ｂとが位置合わせされた状態で、第１シリコン基板１１の上に第２シリコン基板１２が積層される。

第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とを位置合わせするには、まず、ガラスなどからなる透明吸着板（不図示）に、第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２を真空吸着でそれぞれ吸着させる。

そして、透明吸着板を通して赤外線（ＩＲ）で第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２の各接合面に形成されたアライメントマーク（不図示）を画像認識し、各アライメンマークが相互に一致するように位置合わせを行う。

第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とを直接接合するには、まず、第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２の各接合面をＣＭＰなどによって研磨することにより、表面粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以下の鏡面にする
次いで、第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２の各接合面を硫酸と過酸化水素水との混合液で処置することにより、各接合面のシリコンの表面に水酸基を付けて親水化する。あるいは、酸素（Ｏ_２）プラズマで処理することにより、各接合面を親水化してもよい。

その後に、第１シリコン基板１１の上に第２シリコン基板１２を重ねると、水分子を介した水素結合で弱く接合する。この状態で、１０００℃以上の温度で加熱処理すると、水分が飛んで第１シリコン基板１１の上に第２シリコン基板１２が強い結合で直接接合される。これにより、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とがバルクシリコン並みの強い結合強度で接合される。

このようにして、接着剤などの他の材料を介することなく、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２との各鏡面が直接接合されて一体化される。

その後に、図１１に示すように、熱酸化によって、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２の露出面にシリコン酸化層１４を形成する。シリコン酸化層１４は絶縁層として形成される。

第１シリコン基板１１では、下面と、上面の第１凹部Ｃ１の内面と、第１貫通孔ＴＨ１及び第１開口穴１８ａの各内壁にシリコン酸化層１４が形成される。

また同様に、第２シリコン基板１２では、上面と、下面の第２凹部Ｃ２の内面と、第２貫通孔ＴＨ２及び第２開口穴１８ｂの各内壁にシリコン酸化層１４が形成される。

なお、上記した第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とを直接接合する工程で、同時にシリコン酸化層１４を形成することも可能である。

以上により、図１１に示すように、実施形態のプローブガイド板１が製造される。

前述した形態では、１枚のシリコン基板１０の複数ガイド板領域から第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２と分割して得ている。

この方法以外に、シリコン基板１０を複数枚で用意し、一方のシリコン基板の複数ガイド板領域から第１シリコン基板１１を分割して作成し、他方のシリコン基板の複数のガイド板領域から第２シリコン基板１２を分割して作成してもよい。

このように、複数枚のシリコン基板から第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２を別々に得るようにしてもよい。

この方法を採用する場合は、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２との間で、相互に厚みが異なるように設定することができる。

後述するように、プローブガイド板１の第２貫通孔ＴＨ２から第１貫通孔ＴＨ１にプローブ端子を挿入する際にノッチ部Ｎがプローブ端子を誘導する効果は、ノッチ部Ｎが下側の第１シリコン基板１１に形成されていれば得られる。

第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２を別々のシリコン基板から形成する場合は、ノッチ部を有する第１シリコン基板とノッチ部を有さない第２シリコン基板を作り分けることができる。

このため、第２シリコン基板としてノッチ部を有さないシリコン基板を使用できるため、製造効率を向上させることができる。

また、ノッチ部がプローブ端子を誘導する効果は、プローブ端子が挿入される側のシリコン基板と対向して配置されるシリコン基板にノッチ部が設けられていればよい。よって、本実施形態では第１シリコン基板１１にプローブ端子を誘導するためのノッチ部Ｎを形成しているが、この形態に限定されない。

図１１に示すように、実施形態のプローブガイド板1は、第１シリコン基板１１と、第１シリコン基板１１の上に接合された第２シリコン基板１２とを備えている。第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とは接着剤などの他の材料を介さずに直接接合されている。

第１シリコン基板１１の中央部Ｘの上面に第１凹部Ｃ１が形成されている。そして、第１凹部Ｃ１の底の第１シリコン基板１１に、上面から下面まで貫通する複数の第１貫通孔ＴＨ１が形成されている。

図１１の部分拡大断面図に示すように、第１貫通孔ＴＨ１の内壁の上端部に切欠状のノッチ部Ｎが形成されている。ノッチ部Ｎの内面は、上端から下端になるにつれて高さ位置が低くなるように傾斜しており、テーパー形状を有する。

図１１の例では、ノッチ部Ｎの内面は凹状曲面となっているが、凸状曲面であってもよい。あるいは、ストレートな傾斜面に近い形状であってもよい。

前述したシリコン基板１０に第１貫通孔ＴＨ１及び第２貫通孔ＴＨ２を形成する際の異方性ドライエッチングの条件やオーバーエッチング量を調整することにより、ノッチ部Ｎの形状が変化する。

また、第１シリコン基板１１の周縁部Ｙには、上面から厚みの途中まで形成された径小穴Ｈ２と、径小穴Ｈ２に連通して下面まで貫通する径大穴Ｈ１とから形成される第１開口穴１８ａが配置されている。

また、第２シリコン基板１２の中央部Ｘの下面に、第１シリコン基板１１の第１凹部Ｃ１と対向するように第２凹部Ｃ２が形成されている。さらに、第２凹部Ｃ２の底の第２シリコン基板１２に複数の第２貫通孔ＴＨ２が形成されている。

第２シリコン基板１２の第２貫通孔ＴＨ２は、第１シリコン基板１１の第１貫通孔ＴＨ１に対応する位置に位置合わせさせて配置されている。

また、第２シリコン基板１２の第２貫通孔ＴＨ２においても、同様に、内壁の下端部にノッチ部Ｎが形成されている。

第１シリコン基板１１の第１凹部Ｃ１と第２シリコン基板１２の第２凹部Ｃ２とが対向して連通することにより、空間部Ｓが形成されている。

このようにして、第１シリコン基板１１の第１貫通孔ＴＨ１と、第２シリコン基板１２の第２貫通孔ＴＨ２とが空間部Ｓを空けて対向して配置されている。

また、第２シリコン基板１２の周縁部Ｙには、内壁がストレート形状の第２開口穴１８ｂが形成されている。第１シリコン基板１１の第１開口穴１８ａの径小穴Ｈ２に第２シリコン基板１２の第２開口穴１８ｂは連通して、ねじ止め穴ＳＨが形成されている。ねじ止め穴ＳＨの内壁面に段差面Ｆが形成されている。

このようにして、プローブガイド板１の周縁部Ｙにねじ止め穴ＳＨが貫通して形成されている。そして、プローブガイド板１をプローブ装置に組み込む際に、止めねじの頭部がねじ止め穴ＳＨの段差面Ｆに当接して固定される。

図１２は、図１１のプローブガイド板１を平面からみた平面図である。図１１に図１２の平面図を加えて参照すると、第２シリコン基板１２の中央部Ｘに複数の第２貫通孔ＴＨ２が並んで配置されている。そして、各第２貫通孔ＴＨ２の直下に第１シリコン基板１１の第１貫通孔ＴＨ１がそれぞれ位置合わせされて配置されている。

また、ねじ止め穴ＳＨは、プローブガイド板１の周縁部Ｙの４箇所に配置されている。

以上のように、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とが直接接合され、第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２とが内部の空間部Ｓを介して対向して配置された一体型のプローブガイド板１が構築される。

本実施形態のプローブガイド板１では、特別にスペーサ部材を使用することなく、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とが直接接合されている。このため、部品数を削減することができるので、製造コストを削減することができる。

また、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とが直接接合されているため、接着剤を使用する場合よりも強固に接合され、強い機械的強度が得られる。さらに、プローブガイド板１内の接合箇所は、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２との接合面の一箇所だけである。このため、接合箇所の劣化による故障が発生しにくい構造となり、信頼性を向上させることができる。

また、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とを一箇所の接合面で直接接合するため、スペーサを介して貼り合わせる手法よりも、精度よく組み立てを行うことができる。これにより、第１シリコン基板１１の第１貫通孔ＴＨ１と第２シリコン基板１２の第２貫通孔ＴＨ１とを高精度に位置合わせして配置することができる。

また、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とは接合面を軸として上下対称の構造に形成することができる。前述した図１１において、第１シリコン基板１１の第１開口穴１８ａの内壁をストレート形状にすることにより、完全に上下対称の構造となる。

このため、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とを直接接合する際に加熱処理を行っても、反りが発生しにくい。また同様に、第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２の露出面に熱酸化によってシリコン酸化層１４を形成する際においても、反りが発生しにくい。

また、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とを同じ厚みで設計することにより、同一のシリコンウェハ内から第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２を得ることができる。これにより、生産効率を向上させることができ、低コスト化を図ることができる。

図１３に示すように、図１１のプローブガイド板１の第２シリコン基板１２の第２貫通孔ＴＨ２から第１シリコン基板１１の第１貫通孔ＴＨ１にプローブ端子２０が挿入されてプローブ装置２が構築される。

図１３では、プローブ端子２０に接続される中継基板などの要素が省略されている。プローブ装置２の中継基板（不図示）に計測器などの検査用装置（不図示）の端子が電気的に接続される。そして、検査用装置からプローブ装置２を介して被検査対象に各種の試験信号が供給されて被検査対象の電気特性が測定される。

図１３では、被検査対象として半導体チップ３０が例示されており、半導体チップ３０の表面にはバンプ電極３２が露出して設けられている。プローブ装置２のプローブ端子２０が半導体チップ３０のバンプ電極３２に接触して、半導体チップ３０の電気特性の測定が行われる。

図１３のプローブ装置２のプローブガイド板１では、第１シリコン基板１１の第１貫通孔ＴＨ１と第２シリコン基板１２の第２貫通孔ＴＨ２とが精度よく位置合わせされて配置された場合が示されている。

この場合は、プローブガイド板１の第２貫通孔ＴＨ２から第１貫通孔ＴＨ１にプローブ端子２０を挿入する際に、プローブ端子２０が第１貫通穴ＴＨ１の周囲に引っ掛かることなく、プローブ端子２０をスムーズに挿入することができる。

これに対して、前述した図９及び図１０の工程で、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とを位置合わせする際に、第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２との間で１０μｍ程度の位置ずれが発生することがある。

図１４には、比較例として、本実施形態と違って、第１貫通孔ＴＨ１の内壁の上端部にノッチ部Ｎが形成されていない構造で、第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２とが位置ずれして配置された場合が示されている。

図１４に示すように、比較例では、第１貫通孔ＴＨ１の内壁の上端が角部となっている。このため、プローブ端子２０を第２貫通孔ＴＨ２から第１貫通孔ＴＨ１に挿入する際に、第１貫通孔ＴＨ１の周囲にプローブ端子２０に当接して引っ掛かるため、プローブ端子２０を上手く挿入できなくなる。

これに対して、図１５に示すように、本実施形態のプローブガイド板１では、第１シリコン基板１１の第１貫通孔ＴＨ１の内壁の上端部にノッチ部Ｎが形成されて、第１貫通孔ＴＨ１の上端の開口径が大きくなっている。また、ノッチ部Ｎは上端から下端に向けて下側に傾斜している。

このため、図１５に示すように、第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２とが位置ずれして配置されるとしても、プローブ端子２０の先端が第１貫通孔ＴＨ１の上端部のノッチ部Ｎの内面に当接する。

これにより、プローブ端子２０はノッチ部Ｎの内面から滑るように下側に誘導され、第１貫通孔ＴＨ１に容易に挿通されて第１シリコン基板１１の下側に突出させることができる。

このように、プローブガイド板１の第２貫通孔ＴＨ２及び第１貫通孔ＴＨ１にプローブ端子２０を挿入する際に、下側の第１貫通孔ＴＨ１の周囲に引っ掛かることなく、スムーズにプローブ端子２０を挿入することができる。

また、実際に被検査対象の電気特性を測定する際に、プローブ端子２０が撓んで第１貫通孔ＴＨ１の内壁を擦るように摺動する。

このとき、プローブガイド板１の第１貫通孔ＴＨ１がノッチ部Ｎを備えているため、プローブ端子２０が第１貫通孔ＴＨ１の内壁の上端部に引っ掛かったり、第１貫通孔ＴＨ１の内壁の上端部が破損したりすることが防止される。

図１５では、第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２とが位置ずれ量Ｇ（μｍ）で位置ずれして配置されている。図１６は、第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２とが位置ずれして配置された様子を説明するための平面図である。

図１６に示すように、平面視で第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２とが位置ずれして配置されている。図１６の平面図では、第２貫通孔ＴＨ２が第１貫通孔ＴＨ１の位置から横方向に位置ずれ量Ｇ（μｍ）で位置ずれしている。

説明を分かりやすくするため、図１６の位置ずれ量Ｇ（μｍ）は、図１５の位置ずれ量Ｇ（μｍ）よりも大きく描かれている。

図１５において、第１貫通孔ＴＨ１に形成されるノッチ部Ｎの片側の幅Ｗ１（μｍ）は、第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２との位置ずれ量Ｇ（μｍ）以上に設定される。ノッチ部Ｎの幅Ｗ１は、ノッチ部Ｎの上端から下端までの水平方向の寸法である。

また、図１５において、第１貫通孔ＴＨ１の間の第１シリコン基板１１の壁部が薄く、ノッチ部Ｎの幅Ｗ１を位置ずれ量Ｇ以上に設定できない場合は、ノッチ部Ｎの幅Ｗ１を以下の式から設定すればよい。
「ノッチ部Ｎの幅Ｗ１」＝「第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２との位置ずれ量Ｇ」−（「第２貫通孔ＴＨ２の開口幅Ｗｘ」−「プローブ端子２０の幅Ｗ２」）
図１５のような位置ずれが発生し、ノッチ部Ｎの幅Ｗ１を上記した式から設定する場合は、プローブ端子２０を第２貫通孔ＴＨ２の向かって左側の内壁に押し当てた状態で、第１貫通孔ＴＨ１に挿入する必要がある。これにより、プローブ端子２０の先端をノッチ部Ｎの内面に当接させることができる。

あるいは、第１貫通孔ＴＨ１の内壁の上端部の一部にノッチ部Ｎを部分的に形成してもよい。この場合、ノッチ部Ｎが形成された方向と同一方向の第２貫通孔ＴＨ２の内壁にプローブ端子２０を押し当てながら挿入し、第１貫通孔ＴＨ１のノッチ部Ｎの内面にプローブ端子２０を当接させて挿入する。

ここで、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とを直接接合した後に、第２貫通孔ＴＨ２及び第１貫通孔ＴＨ１にプローブ端子２０を挿入する理由について説明する。

本実施形態と違って、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２と接合する前に、プローブ端子２０を挿入する手法が考えられる。この場合は、まず、プローブ端子２０を第２シリコン基板１２の第２貫通孔ＴＨ２に挿入する。次いで、第２貫通孔ＴＨ２から突出するプローブ端子２０に第１シリコン基板１１の第１貫通孔ＴＨ１に挿通させた後に、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とを接合する。

この手法では、第１シリコン基板１１の第１貫通孔ＴＨ１と第２シリコン基板１２の第２貫通孔ＴＨ２との位置ずれは、さほど問題にはならない可能性がある。

しかし、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２と直接接合する際に、プローブ端子２０が挿入された状態で、１０００℃の温度で加熱処理を行う必要がある。さらには、第１シリコン基板１１及び第２シリコン基板１２の露出面にシリコン酸化層１４を形成する際に、プローブ端子２０が挿入された状態で、高温の加熱処理を伴う熱酸化工程を行う必要がある。

このため、プローブ端子２０にも高温の加熱処理が施されることになり、プローブ端子が変形するため、この手法は採用できない。

以上のことから、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とを接合し、シリコン酸化層１４を形成した後に、プローブ端子２０をプローブガイド板１の第２貫通孔ＴＨ２及び第１貫通孔ＴＨ１に挿入する必要がある。

このため、プローブガイド板１の第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２とが位置ずれが発生しても、プローブ端子２０を容易に挿入できるように、第１貫通孔ＴＨ１がノッチ部Ｎを備えている。

図１７には、本実施形態の変形例のプローブガイド板１ａが示されている。図１７では、プローブガイド板１ａの第１シリコン基板１１の第１貫通孔ＴＨ１及び第２シリコン基板１２の第２貫通孔ＴＨ２と、プローブ端子２０とが部分的に示されている。

前述した図１３のプローブ装置２と同様に、プローブガイド板１ａの第２貫通孔ＴＨ２から第１貫通孔ＴＨ１にプローブ端子２０が挿入されて、プローブ装置２ａが構築される。

図１７のプローブガイド板１ａでは、第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２との位置を意図的にずらして配置している。第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２との位置ずれ量は、例えば１０μｍ〜２０μｍに設定される。

この態様では、第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２とが意図的に大きく位置ずれして配置されるため、それらにプローブ端子２０を挿入すると、プローブ端子２０が屈曲した状態となる。これにより、被検査対象の電極にプローブ端子２０が接触するときに生じる応力を緩和することができるので、被検査対象へのダメージを低減することができる。

また、複数のプローブ端子２０の屈曲方向が同じ一方向に揃うため、隣接するプローブ端子２０の接触が防止される。

このような変形例のプローブガイド板１ａを採用する場合であっても、プローブガイド板１ａの第１貫通孔ＴＨ１はノッチ部Ｎを備えているため、プローブ端子２０を第２貫通孔ＴＨ２から第１貫通孔ＴＨ１に容易に挿入することができる。

図１７の変形例のプローブガイド板１ａにおいて、第１貫通孔ＴＨ１と第２貫通孔ＴＨ２とを意図的にずらして配置すること以外は、前述した図１１のプローブガイド板１と同じである。

１，１ａ…プローブガイド板、２，２ａ…プローブ装置、１０…シリコン基板、１１…第１シリコン基板、１２…第２シリコン基板、１４…シリコン酸化層、１５，１７…レジスト層、１５ａ…開口部、１７ａ…第１開口部、１７ｂ…第２開口部、１６…樹脂フィルム、１８ａ…第１開口穴、１８ｂ…第２開口穴、２０…プローブ端子、３０…半導体チップ、３２…バンプ電極、Ａ…第１ガイド板領域、Ｂ…第２ガイド板領域、Ｃ１…第１凹部、Ｃ２…第２凹部、Ｃ３…第３凹部、Ｆ…段差面、Ｈ１…径大穴、Ｈ２…径小穴、Ｎ…ノッチ部、Ｓ…空間部、ＳＨ…ねじ止め穴、ＴＨ１…第１貫通孔、ＴＨ２…第２貫通孔、Ｘ…中央部、Ｙ…周縁部。

Claims (7)

1. 第１シリコン基板と、
   前記第１シリコン基板の上面に形成された第１凹部と、
   前記第１凹部の底の前記第１シリコン基板に形成された第１貫通孔と、
   前記第１シリコン基板の上に直接接合された第２シリコン基板と、
   前記第２シリコン基板の下面に、前記第１凹部に対向して形成された第２凹部と、
   前記第２凹部の底の前記第２シリコン基板に形成され、前記第１貫通孔に対応して配置された第２貫通孔と
   を有し、
   前記第１シリコン基板と前記第２シリコン基板とは、他の材料を介さずに直接接合され、
   前記第１シリコン基板の第１貫通孔の内壁の上端部に第１ノッチ部が形成され、
   前記第２シリコン基板の第２貫通孔の内壁の下端部に第２ノッチ部が形成され、
   前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とは、平面視で位置ずれして配置され、
   前記第１ノッチ部の上端から下端までの幅は、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との位置ずれ量以上に設定されることを特徴とするプローブガイド板。
2. 前記プローブガイド板の周縁部にねじ止め穴が貫通して形成されており、
   前記ねじ止め穴の内壁に、止めねじの頭部が当接する段差面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブガイド板。
3. 第１シリコン基板と、
   前記第１シリコン基板の上面に形成された第１凹部と、
   前記第１凹部の底の前記第１シリコン基板に形成された第１貫通孔と、
   前記第１シリコン基板の上に直接接合された第２シリコン基板と、
   前記第２シリコン基板の下面に、前記第１凹部に対向して形成された第２凹部と、
   前記第２凹部の底の前記第２シリコン基板に形成され、前記第１貫通孔に対応して配置された第２貫通孔と
   を備え、前記第１シリコン基板と前記第２シリコン基板とは、他の材料を介さずに直接接合され、前記第１シリコン基板の第１貫通孔の内壁の上端部に第１ノッチ部が形成され、前記第２シリコン基板の第２貫通孔の内壁の下端部に第２ノッチ部が形成されたプローブガイド板と、
   前記プローブガイド板の第２貫通孔から第１貫通孔に挿入されたプローブ端子と
   を有し、
   前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とは、平面視で位置ずれして配置され、
   前記第１ノッチ部の上端から下端までの幅は、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との位置ずれ量以上に設定されることを特徴とするプローブ装置。
4. 複数のガイド板領域が画定されたシリコン基板を用意する工程と、
   前記シリコン基板の複数のガイド板領域に凹部をそれぞれ形成する工程と、
   前記シリコン基板の凹部が形成された面に樹脂フィルムを配置する工程と、
   前記シリコン基板の凹部が形成された面と反対面から異方性ドライエッチングでエッチングすることにより、前記複数のガイド板領域に配置された凹部の底の前記シリコン基板に貫通孔をそれぞれ形成し、前記貫通孔の内壁の前記凹部側の端部にノッチ部を得る工程と、
   前記シリコン基板を切断して、前記複数のガイド板領域から第１シリコン基板及び第２シリコン基板を分割して得る工程と、
   前記第１シリコン基板の凹部と前記第２シリコン基板の凹部とを対向させ、前記第１シリコン基板の貫通孔と前記第２シリコン基板の貫通孔とが対応するように、前記第１シリコン基板の上に前記第２シリコン基板を他の材料を介さずに直接接合する工程と、
   前記第１シリコン基板及び前記第２シリコン基板の露出面にシリコン酸化層を形成する工程と
   を有することを特徴とするプローブガイド板の製造方法。
5. 前記凹部を形成する工程において、
   前記複数のガイド板領域の周縁部に、ねじ止め穴用の凹部をそれぞれ形成し、
   前記貫通孔を形成する工程において、
   前記シリコン基板の凹部が形成された面と反対面を前記ねじ止め穴用の凹部に到達するまでエッチングして、前記複数のガイド板領域の周縁部に開口穴をそれぞれ形成し、
   前記第１シリコン基板の上に前記第２シリコン基板を直接接合する工程において、
   前記第１シリコン基板の開口穴と前記第２シリコン基板の開口穴が連通してねじ止め穴が形成されることを特徴とする請求項４に記載のプローブガイド板の製造方法。
6. 前記シリコン基板を用意する工程において、
   前記シリコン基板は、１枚、又は複数枚で用意され、
   前記第１シリコン基板及び前記第２シリコン基板を分割して得る工程において、
   前記第１シリコン基板及び前記第２シリコン基板は、前記１枚のシリコン基板から得られるか、又は前記複数枚のシリコン基板から別々に得られることを特徴とする請求項４又は５に記載のプローブガイド板の製造方法。
7. 複数のガイド板領域が画定されたシリコン基板を用意する工程と、
   前記シリコン基板の複数のガイド板領域に凹部をそれぞれ形成する工程と、
   前記シリコン基板の凹部が形成された面に樹脂フィルムを配置する工程と、
   前記シリコン基板の凹部が形成された面と反対面から異方性ドライエッチングでエッチングすることにより、前記凹部の底の前記シリコン基板に貫通孔を形成し、前記貫通孔の内壁の前記凹部側の端部にノッチ部を得る工程と、
   前記シリコン基板を切断して、前記複数のガイド板領域から第１シリコン基板及び第２シリコン基板を分割して得る工程と、
   前記第１シリコン基板の凹部と前記第２シリコン基板の凹部とを対向させ、前記第１シリコン基板の貫通孔と前記第２シリコン基板の貫通孔とが対応するように、前記第１シリコン基板の上に前記第２シリコン基板を他の材料を介さずに直接接合する工程と、
   前記第１シリコン基板及び前記第２シリコン基板の露出面にシリコン酸化層を形成する工程とを含む方法によりプローブガイド板を得る工程と、
   前記プローブガイド板の前記第２シリコン基板の貫通穴から前記第１シリコン基板の貫通穴にプローブ端子を挿入する工程と
   を有することを特徴とするプローブ装置の製造方法。

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