JPH0718910B2 - 半導体ｌｓｉ検査装置用プローブヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,LSIに代表される半導体装置の検査装置用プロ
ーブヘッドの製造方法に係り，特に高密度多ピン化にお
いて高精度にプローブを形成するに好適な製造方法に関
する。

〔従来の技術〕

半導体LSIの電極パッドに接触して電気信号を検査装置
に伝送するプローブヘッドとして，従来の装置は，例え
ばテストプローブを形成するのに，予め準備されたプロ
ーブピンを個別にプローブ構造体に設けられた貫通孔に
挿入して行なわれていた。また，プローブピンの先端部
は，電気的接触特性を向上させるため尖鋭化する必要が
あり，プローブピンをプローブ構造体に固着させた後，
切削，研磨により平坦面を得てからエッチングによりそ
の先端を半球状もしくは円錐状に露出形成されている。
なお，この種の装置として関連するものには，例えば特
開昭61−80067号が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は，プローブピンの高密度多ピン化の点に
ついて配慮されておらず，プローブピンの組立性やピン
先端部位置の高精度化に問題があった。つまり，従来技
術では，貫通開孔を有するプローブ構造体に棒状プロー
ブピンを個々に挿入して組立てるため，プローブピンの
高密度化，多ピン化に対して高精度な挿入組立技術が必
要となり，一定の限界がある。更に，挿入したプローブ
ピンの先端部は，特に半導体ウエハの電極パッド（はん
だバンプ）に接触するピン先端部の場合，スプリグレス
で，ピンパッド間の接触抵抗特性を確保するため一定の
エリア（１チップ分）内で，高さ方向及び横方向の位置
を高精度でそろえる必要がある。従来技術では，プロー
ブピンの先端部をエッチングにより形成しているが，特
に先端部の位置について高精度化の必要性が配慮されて
いない。

本発明の目的は，プローブヘッド部の高精度形成に好適
なプローブヘッドの改良された製造方法を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

高密度多ピン化における上記目的は，配線基板上に電極
パッドを形成後，パッド保護用導電層を形成した上にピ
ンプローブ形成材料を成長させ，これをピン状に加工す
ることにより達成される。更に高精度ピン立ては，この
基板上に形成したピンプローブ形成材料の表面を平滑に
加工して用い，ピン先端部をこの平滑面とした構造とす
ることにより達成される。

以下，本発明の半導体LSI検査装置用プローブヘッドの
製造方法につて，その特徴点を列挙し具体的に説明す
る。

（１）半導体LSIの電極パッドに接触して電気信号を検
査装置本体に伝送するプローブヘッドの製造方法であっ
て，一方の面にはピンプローブを形成するための電極パ
ッドが配列されており，その裏面には検査装置と上記LS
Iの電極パッド間の電気信号を伝送するための電極パッ
ドが配列されており，しかも前記表裏両面のパッド間が
特定の配列関係で電気的に相互接続された配線基板を準
備する第１の工程と；少なくとも前記ピンプローブを形
成するための電極パッド上にパッド保護用導電層を形成
する第２の工程と；次いで前記パッド保護用導電層を含
む前記配線基板上にほぼプローブの必要とする高さに相
当する厚さのピンプローブ形成用導電層を積層形成する
第３の工程と；前記ピンプローブを形成するための電極
パッドの中心軸上にマスクパターンの中心を位置合せし
たマスクパターンを形成する第４の工程と；前記マスク
パターンをマスクとして前記ピンプローブ形成用導電層
を選択エッチングすることによりピンプローブを形成す
ると共に前記パッド間のパッド保護用導電層を露出する
第５の工程と；前記第５の工程で露出したパッド保護用
導電層を除去する第６の工程と；前記第４の工程で形成
したピンプローブ上のマスクパターンを除去する第７の
工程とを有することを特徴とする。

（２）上記パッド保護用導電層は，上記ピンプローブ形
成用導電層の選択エッチングの際に，耐エッチング性を
有する良導体から成り，蒸着，メッキ,CVDもしくはスパ
ッタリングの薄膜形成方法により形成することを特徴と
する。

（３）上記ピンプローブ形成用導電層がタングステン
（Ｗ），モリブデン（Mo），チタン（Ti），クロム（C
r），タンタル（Ta），ニオブ（Nb），銅（Cu）−ニッ
ケル（Ni）基合金，ベリリウム（Be）−銅（Cu）合金及
び銅から成る群のいずれか１種の金属から成り，蒸着，
メッキ,CVDもしくはスパッタリングの成膜形成方法によ
り形成することを特徴とする。

（４）上記ピンプローブの配線基板からの高さをｈと
し，隣接するピンプローブの基部電極パッド間のピッチ
をｄとしたとき,h＝0.5〜2dを満足するように上記パッ
ド保護用導電層及びピンプローブ形成用導電層を積層形
成することを特徴とする。

上記ピンプローブの高さｈとパッド間のピッチｄとの関
係は，信号を良く通すための好ましい条件であり，ピン
プローブを構成する材質により多少は異なるが，概ね上
記数値の範囲が実用的である。

（５）上記マスクパターンをマスクとして，上記ピンプ
ローブ形成用導体層を選択エッチングするエッチング処
理として，ウェットエッチング法によりサイドエッチン
グを行ないながらエッチングするか，もしくはドライエ
ッチングにより途中までエッチングしておき，その後ウ
ェットエッチング法によりサイドエッチングを行ないな
がらエッチングし，円，楕円を含む多角形錐状の尖鋭化
したピンプローブを形成することを特徴とする。

（６）上記配線基板は給電層と信号入出力層と接地層と
から成る少なくとも３種の配線層を有する多層配線基板
から成ることを特徴とする。

（７）上記多層配線基板がセラミックスの多層積層板か
ら成ることを特徴とする。

（８）上記第３の工程の後に、上記ピンプローブ形成用
導電層の表面を平滑に加工する工程を付加したことを特
徴とする。

なお，前記ピンプローブ形成用導電層の形成は最終的に
得られるピンプローブの高さを決定することになるの
で，表面平坦化の研磨量，電極パッドの高さ及びパッド
間のピッチを考慮しつつ所望の厚さ形成すればよい。ま
た，材質としては，ピンプローブとして或る程度の硬さ
（剛性）と，導電性（低抵抗）と耐脆性（もろくない）
とを有しているものであればよく，一般には上記のもの
が適当である。ただし，銅を使用する場合には，硬さが
やや不足するので，ピンプローブが形成された時点で，
表面に例えばニッケル，クロム等のメッキ処理を施すこ
とが望ましい。その他，材質により硬度が満足されてい
る場合であっても，ピンの表面酸化を防止するため防触
を目的として周知の適当なメッキ処理を施すと信頼性の
高いものが得られより好ましい。

また，パッド保護用導電層としては，前記のとおりピン
プローブ形成用導電層の選択エッチングの際に，耐エッ
チング性（マスク作用をする）を有する良導体から成る
ものであるが，一般には，銅（Cu），ニッケル（Ni），
金（Au）等が用いられる。そして形成する膜厚もピンプ
ローブ形成用導電層の選択エッチング時にマスク作用す
るに足る厚みがあれば十分であり高々数10μｍであり，
厚くする必要はない。膜の形成方法としては前記のとお
り，ピンプローブ形成用導電層の形成と同様の周知の薄
膜形成技術で対応することができる。

上記マスクパターンとしては，円，楕円，その他三角，
四角，五角などいずれの多角形のものでもよい。材質も
金属は勿論，一般に用いられているホトレジスト（感光
性レジスト）でもよく，いずれにしてもピンプローブ形
成用導電層をエッチングする際に十分にマスク作用をす
るものであればよく，周知の技術で十分に対応可能であ
る。金属マスクの場合は，ピンプローブ形成用導電層上
にCVD（Ｃhemical Ｖapor Ｄeposition），スパッタリ
ング，その他メッキ等周知の薄膜形成技術（一般の蒸着
を含む）でマスク材となる薄膜を形成しておき，この薄
膜にホトレジスト膜（紫外線のみならず，電子線,X線で
感光するものを含む）を形成し，所望のマスクを介して
露光し，現像，エッチングすることにより容易に目的と
する金属マスクパターンを形成することができる。微細
なパターンを形成する場合には，紫外線よりはＸ線,X線
よりは電子線に感光するレジストを用いればよいことは
周知のとおりである。また，レジストの解像度からすれ
ば一般にネガ型よりもポジ型の方が優れている。

〔作用〕

配線基板上に電極パッドを形成後，パッド保護用導電層
を形成した上にピンプローブ形成用導電層を形成した基
板を用い所望するマスクパターンを用いてエッチングに
より一括形成をすると，高密度多ピン化においてプロー
ブヘッド部のピン組立性を向上させることができる。更
に，電極パッドとピンプローブ形成用導体シートをロウ
付けする場合に比べてもピン組立工程を減らすことがで
き，プローブヘッド形成時にロウ付けのバラツキによる
不良をなくすことができる。

更に，ピン先端部となるプローブ基板表面を平滑にして
ピン形成用のマスクパターンを形成し，上記電極パッド
部の中央に位置する部分に微小なフラット面が残るよう
にアンダーカットを行なうことにより，ピン先端部の高
さ方向バラツキをプローブ基板の平滑面と同レベルにす
ることができ，かつ横方向バラツキをマスクパターンの
寸法精度に近いレベルにもっていくことができるので，
プローブヘッド部の高精度ピン立てを実現させることが
できる。

〔実施例〕

以下，本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。第１図に，多層配線基板１上にピンプローブ形成
用導電層を形成した実施例を示す。多層配線基板１は湿
式厚膜セラミック基板であり，両面にタングステン系の
電極パッド3,4を形成し，電極パッド部３の上にはパッ
ド保護用導電層５として例えば銅を蒸着する。また電極
パッド部４にはニッケルメッキ6,金メッキ７を施してい
る。パッド保護用導電層５を形成した上にピンプローブ
形成用導電層２を例えば電気メッキやCVD,スパッタリン
グ等の薄膜形成技術により成長させる。ピンプローブ形
成用導電層２の材質としてこの場合，タングステンを用
いた。

第２図は，第１図で示したピンプローブ形成用導電層２
を形成した多層配線基板１上に多ピンを形成するための
製造プロセスの手順を示した断面図である。

第２図（ａ）はピンプローブ形成用導電層２上にマスク
９を形成した工程後を示す。まず，ピンプローブ形成用
導電層２の表面を平均５μｍ程度研磨等により加工し，
平滑面８にした後，マスク９を形成する。マスク９とし
てはメタルマスクでもよいし，感光性レジストをマスク
としても良い。この場合は，銅を用いたものであり，平
滑面８の上に銅を蒸着し，その上に感光性レジストを塗
布し，円形パターンを露光，現像後，不要な部分を除去
し，レジストをマスクとして銅膜を過硫酸アンモニウム
系水溶液によりエッチングし，銅のマスク９が形成され
る。この例では，レジストとして東京応化（株）製・商
品名OMR−83ポジ型紫外線レジストを使用し，露光は400
nmの紫外線照射で行なった。なお，ピン立ての条件から
通常電極パッド部３とマスク９の中心軸Ｐは一致するよ
うに形成される。

第２図（ｂ）はピンプローブ形成用導電層２の選択エッ
チング工程後を示す。例えばタングステンをピンプロー
ブ形成用導電層２として用い，銅をマスク９として用い
た場合，マスク９を形成した面から，水酸化カリウムと
赤血塩の混合系水溶液によりウェットエッチングを行な
う。この時アンダーカット（サイドエッジ，側面腐食と
もいう）を積極的に利用し，かつ制御することにより，
マスク９の中央下部にピンプローブ形成用導電層２の微
小なフラット面10を残すと同時に電極パッド部３近傍を
残して除去する。この時，パッド保護用導電層５が露出
するがエッチング液によりエッチングされない材料，こ
の場合は例えば銅を用いることにより，電極パッド部を
エッチングから保護することができる。この結果，パッ
ド保護用導電層５の上に先端部３に微小なフラット面10
を有する尖鋭化したピンプローブ11がマスク９を残した
状態で形成される。

第２図（ｃ）はマスク９とパッド保護用導電層５の露出
部分を除去した工程後を示す。マスク９及びパッド保護
用導電層５の両方とも材質として銅を使用した場合，過
硫酸アンモニウム系水溶液により同時に除去することが
できる。これにより，ピンプローブ11が電気的に分離さ
れる。なおピンプローブ11の材質として前述のようにタ
ングステン以外の他の物質でもかまわない。例えば銅を
使用する場合，パッド保護用導電層５とマスク９として
クロムを用いればよい。この場合，クロムのエッチング
液はフェリシアン化カリウム系水溶液を用いる。

上記実施例の場合，電極パッド３のピッチを350μm,ピ
ンプローブ形成用導電層２を300μm,パッド保護用導電
層５を５μｍ形成し,300本のピンプローブを一括形成す
ることができ，各ピンプローブの高さはバラツキ幅１μ
ｍ以下で，高精度に高さのそろったピンプローブを有す
るプローブヘッドを製造することができた。同程度のピ
ンプローブ数にして，一括形成方式でない個別ピン組立
方式による従来技術の場合はピンプローブの高さのバラ
ツキ幅が約30μｍ程度であった。

〔発明の効果〕

本発明によれば，プローブピンの高密度多ピン化におい
て，配線基板の電極パッド部に高密度かつ高品質の多ピ
ンを一括形成することができるのでピン立ての組立性を
大幅に向上させる効果がある。

更に，ピン先端部の高さ方向バラツキをプローブ基板の
平滑面と同レベルにでき，かつ横方向バラツキをマスク
パターンの寸法精度に近いレベルにもっていくことがで
きるので，プローブヘッド部のピン先端部位置精度を大
幅に向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のピンプローブ形成用導電層
を設けた基板の構成を示す断面図，第２図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は第１図の基板を用い多ピンプローブを
一括形成する製造プロセスを示す断面図である。 図において， １……多層配線基板 ２……ピンプローブ形成用導電層 ３……電極パッド部、４……電極パッド部 ５……パッド保護用導電層 ６……ニッケルメッキ、７……金メッキ ８……平滑面、９……マスク 10……フラット面、11……ピンプローブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 春日部 進 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 三谷 正男 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−148484（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−259453（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−32181（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−123157（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体LSIの電極パッドに接触して電気信
   号を検査装置本体に伝送するプローブヘッドの製造方法
   であって，一方の面にはピンプローブを形成するための
   電極パッドが配列されており，その裏面には検査装置と
   上記LSIの電極パッド間の電気信号を伝送するための電
   極パッドが配列されており，しかも前記表裏両面のパッ
   ド間が特定の配列関係で電気的に相互接続された配線基
   板を準備する第１の工程と；少なくとも前記ピンプロー
   ブを形成するための電極パッド上にパッド保護用導電層
   を形成する第２の工程と；次いで前記パッド保護用導電
   層を含む前記配線基板上にほぼプローブの必要とする高
   さに相当する厚さのピンプローブ形成用導電層を積層形
   成する第３の工程と；前記ピンプローブを形成するため
   の電極パッドの中心軸上にマスクパターンの中心を位置
   合せしたマスクパターンを形成する第４の工程と；前記
   マスクパターンをマスクとして前記ピンプローブ形成用
   導電層を選択エッチングすることによりピンプローブを
   形成すると共に前記パッド間のパッド保護用導電層を露
   出する第５の工程と；前記第５の工程で露出したパッド
   保護用導電層を除去する第６の工程と；前記第４の工程
   で形成したピンプローブ上のマスクパターンを除去する
   第７の工程とを有することを特徴とする半導体LSI検査
   装置用プローブヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】上記パッド保護用導電層は，上記ピンプロ
   ーブ形成用導電層の選択エッチングの際に，耐エッチン
   グ性を有する良導体から成り、蒸着，メッキ,CVDもしく
   はスパッタリングの薄膜形成方法により形成することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体LSI検査
   装置用プローブヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】上記ピンプローブ形成用導電層がタングス
   テン（Ｗ），モリブデン（Mo），チタン（Ti），クロム
   （Cr），タンタル（Ta），ニオブ（Nb），銅（Cu）−ニ
   ッケル（Ni）基合金，ベリリウム（Be）−銅（Cu）合金
   及び銅から成る群のいずれか１種の金属から成り、蒸
   着，メッキ,CVDもしくはスパッタリングの成膜形成方法
   により形成することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   もしくは第２項記載の半導体LSI検査装置用プローブヘ
   ッドの製造方法。
4. 【請求項４】上記ピンプローブの配線基板からの高さを
   ｈとし，隣接するピンプローブの基部電極パッド間のピ
   ッチをｄとしたとき,h＝0.5〜2dを満足するよう上記パ
   ッド保護用導電層及びピンプローブ形成用導電層を積層
   形成することを特徴とする特許請求の範囲第１項，第２
   項もしくは第３項記載の半導体LSI検査装置用プローブ
   ヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】上記マスクパターンをマスクとして，上記
   ピンプローブ形成用導体層を選択エッチングするエッチ
   ング処理として，ウェットエッチング法によりサイドエ
   ッチングを行ないながらエッチングするか，もしくはド
   ライエッチングにより途中までエッチングしておき，そ
   の後ウェットエッチング法によりサイドエッチングを行
   ないながらエッチングし，円，楕円を含む多角形錐状の
   尖鋭化したピンプローブを形成することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項，第２項，第３項もしくは第４項記
   載の半導体LSI検査装置用プローブヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】上記配線基板は給電層と信号入出力層と接
   地層とから成る少なくとも３種の配線層を有する多層配
   線基板から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項，第２項，第３項，第４項もしくは第５項記載の半導
   体LSI検査装置用プローブヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】上記多層配線基板がセラミックスの多層積
   層板から成ることを特徴とする特許請求の範囲第６項記
   載の半導体LSI検査装置用プローブヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】上記第３の工程の後に上記ピンプローブ形
   成用導電層の表面を平滑に加工する工程を付加したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項，第２項，第３項，
   第４項，第５項，第６項もしくは第７項記載の半導体LS
   I検査装置用プローブヘッドの製造方法。