JPH0758165A - 探針付き回路検査素子及びその製造方法 - Google Patents

探針付き回路検査素子及びその製造方法

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JPH0758165A
JPH0758165A JP3358795A JP35879591A JPH0758165A JP H0758165 A JPH0758165 A JP H0758165A JP 3358795 A JP3358795 A JP 3358795A JP 35879591 A JP35879591 A JP 35879591A JP H0758165 A JPH0758165 A JP H0758165A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検査デバイスの回路の高集積化に容易に対
応し得る探針付き回路検査素子を提供する。 【構成】 導電性を有する微小探針11をその先端部1
1aが幅方向に広がった形状になることを阻止してポリ
イミド膜10に植立して探針付き絶縁性薄膜20を得
る。この探針付き絶縁性薄膜20を支持枠の開口部に張
設することにより探針付き回路検査素子が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ等の被検
査デバイスの電極(パッド)に検査信号を入出力して、
被検査デバイスの特性を検査(測定)する検査方法に使
用される探針付き回路検査素子及びその製造方法に関す
る。特に、被検査デバイスの電極に接触する探針が、可
撓性を有する絶縁性有機樹脂膜に配設されている探針付
き回路検査素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の探針付き回路検査素子として
は、例えば特開昭62−182672号公報に記載され
たものが広く知られている。この公報に記された探針付
き回路検査素子及びその製造方法の概要は次の通りであ
る。
【0003】先ず、ポリイミド膜からなる絶縁性有機樹
脂膜の裏面にフォトリソグラフィ法により導電性パター
ンを形成し、前記ポリイミド膜に所定の間隔を置いて複
数の貫通孔をレーザ光を用いて穿設し、各貫通孔に導電
性材料から成る微小探針を電気メッキ法により形成する
ことにより、探針及び導電性パターン付き絶縁性有機樹
脂膜(以下、単に探針付き絶縁性有機樹脂膜と呼ぶ)を
製作する。次に、このようにして得た探針付き絶縁性有
機樹脂膜を、支持枠たるプリント回路基板の開口部に張
り、その周縁部をクランプによって固定することにより
探針付き回路検査素子を製作している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、探針を
従来の技術のような導電性パターン4を電極とした電気
メッキ法により形成すると、図5に示すように、探針1
の絶縁性有機樹脂膜3の表面3aから突出した先端部2
が偏平な半円球形状になる。これは、導電性材料のメッ
キ成長が表面3aを超えると厚さ方向だけではなく幅方
向にも進行するためであり、探針1の先端部2を表面3
aから突出させようとした場合、従来の電気メッキ処理
法の下では避けられない現象である。
【0005】このように探針1の先端部2が幅方向に広
がった半円球形状になると、隣接する微小探針1、1間
のピッチ間隔Pを縮小することに限界をきたし、被検査
デバイスの回路(配線)の高密度化に対応することが困
難になるという問題点があった。
【0006】本発明は、上述した問題点を鑑みてなされ
たものであり、その目的は探針の絶縁性有機樹脂膜の表
面から突出した一端部の幅方向への広がりを抑制し、高
密度で配設した探針を有する探針付き回路検査素子及び
その製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の探針付き回路検
査素子は、開口部を有する支持枠と、前記開口部を覆う
ように支持枠に設けられ且つ可撓性を有する絶縁性有機
樹脂膜と、該絶縁性有機樹脂膜の所定の位置に穿設され
た貫通孔に設けられ且つ一端部を前記絶縁性有機樹脂膜
の表面から突出させた探針と、前記各探針の他端に接続
された導電性パターンを有する探針付き回路検査素子に
おいて、前記探針の絶縁性有機樹脂膜表面から突出した
一端部の幅が、前記貫通孔の幅と同等又はそれ以下であ
ることを特徴とする。
【0008】本発明の第1の回路検査素子の製造方法
は、可撓性を有する絶縁性有機樹脂膜の表面に探針形成
用補助層を形成する工程と、前記探針形成用補助層付き
絶縁性有機樹脂膜の所定の位置に複数の貫通孔を形成す
る工程と、前記各貫通孔に探針を形成し、その後前記探
針形成用補助層を除去して探針の一端部を絶縁性有機樹
脂膜の表面から突出させる工程と、前記探針の各々の他
端部に接続する導電性パターンを形成する工程と、前記
探針及び導電性パターン付き絶縁性有機樹脂膜を、支持
枠に、その開口部を覆うように配設する工程とを含むこ
とを特徴とする。
【0009】本発明の第2の探針付き回路検査素子の製
造方法は、前記第1の探針付き回路検査素子の製造方法
において、微小探針を電気メッキ処理法によって導電性
材料を析出することにより、形成することを特徴とす
る。
【0010】本発明の第3の探針付き回路検査素子の製
造方法は、前記第1又は第2の探針付き回路検査素子の
製造方法において、微小探針形成用補助層が有機樹脂層
からなることを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明の探針付き回路検査素子は、探針の絶縁
性有機樹脂膜の表面から突出した一端部が、貫通孔の幅
又は径と同等又はそれ以下の幅であるので、隣接する探
針間のピッチ間隔が縮小される。その結果、探針を高密
度で配設することができる。
【0012】又、本発明の探針付き回路検査素子の製造
方法は、微小探針形成に先立ち、絶縁性有機樹脂膜上に
探針形成用貫通孔を有する微小探針形成用補助層を形成
している。従って、探針の絶縁性有機樹脂膜の表面から
突出した一端部の形成に際して、探針形成用補助層が前
記一端部の幅方向へ広がることを阻止することができ
る。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の探針付き回
路検査素子及びその製造方法に係る一実施例を説明す
る。図1は、本実施例の微小探針付き絶縁性有機樹脂膜
の断面図(図2のX−X′線断面図)、図2は探針付き
絶縁性有機樹脂膜を裏面から見た平面図、図3は本実施
例の探針付き絶縁性有機樹脂膜の製造方法の工程図、図
4は本実施例の探針付き回路検査素子の断面図である。
【0014】最初に本実施例に係る探針付き回路検査素
子25の特徴部分である探針付き絶縁性有機樹脂膜20
の構成について図1及び2を参照して説明する。図1に
示すように探針付き絶縁性有機樹脂膜20は、可撓性を
有する絶縁性有機樹脂膜たるポリイミド薄膜10と、該
ポリイミド薄膜10の中央部における所定の位置に穿設
された貫通孔12〜12に設けられた微小探針11〜1
1と、前記ポリイミド薄膜10の裏面10b上に配設さ
れ且つ先端部13aが微小探針1の基端部11bに接続
している導電性パターン13〜13とから構成されてい
る。
【0015】前記ポリイミド薄膜10は、膜厚25μm
のポリイミド膜を直径68mmの円形状に成形したもの
である。前記微小探針11は、ニッケル(Ni)から成
る略円柱状体(直径30μm,全長60μm)であり、
その先端部11aはポリイミド薄膜10の表面10aか
ら30μm突出している。又、約420本の微小探針1
1〜11は図2(図においては微小探針11全数ではな
く、簡略して図示している)に示すように、正方形(一
辺の長さ32mm)の輪郭に沿ってピッチ間隔P=70
μmで植立されている。
【0016】前記導電性パターン13は、銅(Cu)か
らなる薄膜パターン(パターン幅:50μm,膜厚3μ
m)であり、図2に示すように各導電性パターン13
は、放斜線状に配列されている。そして、各導電性パタ
ーン13の内側端部13aは微小探針11の基端部11
bに、外側端部13bは、後述する回路基板26の伝送
線30に各々接続されている。
【0017】次に図3の工程図を参照して、上述の構成
からなる探針付き絶縁性有機樹脂膜20の製造方法につ
いて説明する。
【0018】先ず、円形状のポリイミド膜10(膜厚3
0μm,直径68mm)をリング枠(図示せず)に張設
し、このポリイミド薄膜10の裏面10bに、銅からな
る導電性薄膜15(膜厚18μm)を形成した(図3
(a)参照)。この導電性薄膜15は以下の手順で形成
した。最初にポリイミド膜10の裏面10b上にスパッ
タリングにより、膜厚が約2000Åの銅薄膜を成膜す
る。その後、この銅薄膜付き絶縁性有機樹脂膜を硫酸銅
溶液に浸漬し、電気めっき処理により銅薄膜の膜厚が1
8μmになるまで銅薄膜上に銅を析出させて導電性薄膜
15を得た。
【0019】次に、導電性薄膜15上にポジ型フォトレ
ジスト(シープレイ社製AZ1350)を膜厚2μmで
塗布し、その後、このフォトレジストにベーク処理、選
択的露光及び現像を順次施してレジストパターン16を
形成した(図3(b)参照)。尚、前述したフォトレジ
ストに施す選択的露光は図1に及び図2に示す導電性パ
ターン13に対応している。
【0020】次いで、前工程で得られたレジストパター
ン16をマスクとして、ペルオキソ2硫酸ナトリウム水
溶液をエッチング溶液として用いて導電性薄膜15をエ
ッチングした。その後、残存レジストパターン16をア
セトン等の有機溶剤で除去し、導電性パターン13を得
た(図3(c)参照)。
【0021】次に、ポリイミド薄膜10の表面10aに
フォトレジスト層(シープレイ社製AZ1350)17
を膜厚30μmにスピンコート法により形成した(図3
(d)参照)。このフォトレジスト層17が本発明の探
針形成用補助層に該当する。尚、上述のフォトレジスト
層17の形成は、膜厚が比較的厚いので、10回に分け
て3μmづつ積層するようにして行なった。
【0022】次に、導電性パターン13の図中下方に位
置する、ポリイミド薄膜10及びフォトレジスト層17
の各部分に後述する微小探針11を埋設する貫通孔18
(内径:30μm)を形成した(図3(e)参照)。こ
の貫通孔18の形成はXeclエキマレーザ光(波長3
08mm、ビーム径約30μm)を、各導電性パターン
13の図中下方に位置するフォトレジスト層17の部分
に照射し、これによりフォトレジスト層17及びポリイ
ミド膜10を順次、穿孔することにより行なった。尚、
このエキシマレーザ光による穿孔の際、エキシマレーザ
光の出力条件を下記の通り選定することにより、導電性
パターン13のポリイミド膜10側の端面13aの損傷
を防止した。 ※平均出力:10W,パルス幅:10ns,周波数:2
00Hz
【0023】次に、前工程で形成した貫通孔18に、ニ
ッケルからなる微小探針11を電気メッキ処理により形
成した(図3(f)参照)。この電気メッキ処理法は、
前工程で得られた導電性パターン12付きポリイミド膜
10を、硫酸ニッケル溶液(ニッケル金属50g/リッ
トルに浸漬し、導電性パターン13を電極として通電す
ることにより行なった。このように通電することによ
り、導電性パターン13のポリイミド膜10側の端面1
3a上に、貫通孔18に沿ってニッケルが析出し、析出
したニッケルの先端部11aがフォトレジスト膜17の
表面17aにほぼ達したときに通電を停止させた。これ
により全長60μmの微小探針11を形成することがで
きた。
【0024】このようにニッケルを析出させれば、ポリ
イミド膜10の表面10aを析出したニッケルが超えて
も、ニッケルはポリイミド膜10aの貫通孔と同じ内径
のフォトレジスト膜17の貫通孔に沿って析出する。こ
の結果、微小探針11は全長に亘って同一の直径にな
る。尚、通電に要した電圧及び電流は、各々、1V,
0.5Aであった。このように各導電性パターン13毎
に通電して微小探針11を形成すると、各微小探針を安
定して全数均一に形成することができる。
【0025】最後に、微小探針11を植立したポリイミ
ド膜10をアセトン等の有機溶剤に浸漬することによ
り、残存したフォトレジスト17を剥離し、更に、ポリ
イミド膜10を張設していたリング枠を取りはずして微
小探針付きポリイミド膜20を得た(図3(g)参
照)。このようにして微小探針付ポリイミド膜20を製
作することにより、従来に比べて微小探針11を高密度
に植立することができた。
【0026】次に、上述した構成からなる微小探針付き
ポリイミド膜20を備えた、探針付き回路検査素子25
について図4を参照して説明する。
【0027】図4に示す探針付き回路検査素子25は、
微小探針付きポリイミド膜20、回路基板26、第1本
体27、第2本体28、及び弾性力付与手段29とから
構成されている。本実施例においては回路基板26、第
1本体27、及び第2本体28が本発明の支持枠に相当
する。
【0028】微小探針付きポリイミド膜20は上述した
通りの構成なので、それ以外の構成要素について先ず説
明する。回路基板26は、ガラスエポキシ樹脂からな
り、中央部に開口部38を有する円板36と、該円板3
6の下面に付設された複数の伝送線30とから構成され
る。伝送線30は、その内側端部30aを微小探針付き
ポリイミド膜20の導電性パターン13接続し、外側端
部30bを円板36の周縁部に立設された中継端子33
に接続している。
【0029】第1本体27と第2本体28は共に、前述
した回路基板26の開口部38に対応する開口部39、
39を有する肉厚円板であり、両者はネジ部材(図示せ
ず)により一体的に固着される。弾性力付与手段29
は、上端部にフランジ部31bを形成した、且つ、中空
部33を有する円筒体からなる内筒31と、前記第1本
体27の開口部39の上面周縁部に固定された固定端及
び前記内筒31のフランジ部31bの外周端部を押圧す
る自由端を備えたバネ部材32とから成る。尚、前記内
筒31の中空部33には、例えば半導体テスタ等に配設
された押圧部材が挿入される。
【0030】次に上述した構成を組み合わせた全体の構
成を説明すると、先ず微小探針付きポリイミド膜20
は、その裏面に付設した導電性パターン13を回路基板
26の伝送線30に接触させた状態で回路基板26共
々、第1本体27と第2本体28とにより挟持されてい
る。微小探針付きポリイミド膜20は弛緩しない状態で
第1本体27と第2本体28とに挟持され、更にその裏
面20aを前記内筒31の下端部31aに弾性的に押圧
され、図中下方に張り出した状態になっている。従って
探針付き絶縁性薄膜20は回路基板26に離間・接近す
る方向に撓むことがてきる。尚、回路基板26の中継端
子33は、この探針付き回路検査素子25に検査信号を
入出力する、例えば半導体テスターの外部端子に接続さ
れる。
【0031】以上の構成からなる微小探針付き回路検査
素子25の一使用例を被検査デバイスとして集積回路を
検査する場合を例に挙げて説明する。探針付き回路検査
素子25を取り付ける半導体テスター(図示せず)は、
検査信号を入出力することにより、集積回路の特性を測
定する手段を備えており、又、前述した探針付き回路検
査素子25の円筒31の中空部33に挿入し、内筒31
を押圧する押圧手段も備えている。
【0032】先ず、前述した探針付き回路検査素子25
を、その中継素子33を半導体テスターの外部端子に接
続することにより前記半導体テスターに取りつける。次
に、微小探針付き回路検査素子25の微小探針11の突
出した先端部11aを、集積回路の電極(パッド)に接
触させる。更に半導体テスターの押圧手段を駆動させる
ことにより、電極と微小探針11との接触を堅固にす
る。そして、半導体テスターから、微小探針付き回路検
査素子25を介して集積回路に検査信号を供給し、再び
その供給した検査信号を微小探針付き回路検査素子25
を介して半導体テスターに帰還させる。この帰還した検
査信号に基づいて判断することにより集積回路の特性検
査を行なうことができる。
【0033】本実施例の探針付き回路検査素子25は、
隣接する微小探針11,11間のピッチが従来に比べて
縮小されているので、被検査デバイスの回路の高集積化
に容易に対応することができる。
【0034】以下に、上述した微小探針付き絶縁性有機
樹脂膜20及びその製造方法に関する変形例について説
明する。先ず、可撓性を有する絶縁性有機樹脂膜として
は、ポリイミド膜の他にポリスチレン、塩化ビニル、エ
ポキシ樹脂、ポリウレタン等を用いても良い。又、探針
形成用補助層の材質は、微小探針を設けるための微細貫
通孔を設けることができ、かつ、柱状の微小探針を設け
た後に、この柱状の微細導電体の支持を不確かとするこ
となく、その一部または全部を除去することができるも
のであればよい。具体的には、ポジ型フォトレジストの
他にネガ型フォトレジスト、電子線レジスト、ポリイミ
ド樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、及びエポキ
シ樹脂等の各種樹脂の薄板あるいはシートや、感光性ガ
ラス、セラミックス等を用いることができる。更に、S
i等の金属アルコキシド溶液を塗布した後、乾燥して得
られる金属酸化物も良好に使用できる。
【0035】又、絶縁性有機樹脂膜及び探針形成用補助
層の穿孔は、エキシマレーザ光等のレーザによる穿孔の
他に、フォトリソグラフィー法あるいはケミカルドリル
法等を利用しても良い。そして探針形成用補助層の貫通
孔は絶縁性有機樹脂膜の貫通孔と必ずしも同じ内径に穿
孔する必要はなく、絶縁性有機樹脂膜の貫通孔より小さ
くても良い。更に、少なくとも探針形成用補助層の貫通
孔の表面側の内径を裏面側より小にすれば、先端が鋭利
な円錐状の微小探針を形成することもできる。このよう
に微小探針の先端を鋭利にすることにより、被検査デバ
イスの電極と微小探針の先端部とが接触する際、電極の
表面に形成された酸化物等を剥離することができる。
又、探針形成用補助層が絶縁性薄膜と一体的構成と成り
得る材料であれば、探針形成用補助層を全部除去する代
わりにその表層部のみを除去し、微小探針の先端部の突
出量を調整してもよい。
【0036】又、絶縁性有機樹脂膜及び探針形成用補助
層に穿孔する貫通孔は、探針付き回路検査素子に要求さ
れる目的に応じて、形状内径、配列、数及び配置精度は
適宜選択され得る。
【0037】又、導電性パターンの材料としては、Cu
の他にCr,Ni,Au,Pt,Al,W等を用いても
良い。そして工程順序としては、導電性パターンを形成
した後に、この導電性パターンに探針を形成する代わり
に、探針を、パターン化する前の導電性薄膜の所定部位
に形成し、その後、導電性薄膜をパターン化しても良
い。又、このように導電性パターン又は導電性薄膜を電
極とする代わりに、外部電極を絶縁性薄膜に当接させて
電気メッキを実行しても良い。
【0038】又、微小探針の形成にあたっては、Niの
他に電気めっき処理又は無電解めっき処理によってA
u,Ag,Pt,Cr,Cu,Co等を析出させても良
い。又、このようなめっき処理法の他に貫通孔に熔融ハ
ンダを流し込む方法や、導電性樹脂(導電性接着剤)を
流し込む方法等を適用することもできる。熔融ハンダあ
るいは導電性樹脂を流し込む方法によれば、絶縁性有機
樹脂膜に設けた貫通孔内に容易に柱状の探針を設けるこ
とができる。又、微小探針は、その先端面が探針形成用
補助層の表面に必ずしも一致するように形成する必要は
なく、先端面は探針形成用補助層の表面より低くしても
良い。又、微小探針の先端部が幅方向に広がらない程度
であれば探針形成用補助層が表面より高くなっても良
い。
【0039】最後に探針付き回路検査素子25の変形例
について説明する。回路基板の伝送線は、単に導電性パ
ターンと中継端子とを電気的に接続するだけでなく、イ
ンピーダンス整合用デバイス,バイパスコンデンサ等を
接続するようにしても良い。又、支持枠の開口部は貫通
孔ではなく、探針付き絶縁性薄膜を張設した反対側端面
を塞いだものでも良い。
【0040】又、探針付き絶縁性有機樹脂膜を弾性的に
押圧する手段としては、上述した機械的弾性力付与手段
の他に、例えば、探針付き絶縁性有機樹脂膜で密閉空間
を形成し、この密閉空間に比較的圧力が高い無色のガス
を封入し、探針付き絶縁性有機樹脂膜を弾性的に押圧し
ても良い。
【0041】
【発明の効果】本発明の探針付き回路検査素子によれ
ば、探針が高密度で絶縁性有機樹脂膜に配設されている
ので、被検査デバイスの回路の高集積化に容易に対応す
ることができる。又、本発明の探針付き回路検査素子の
製造方法によれば、上述した構成を有する探針付き回路
検査素子を忠実且つ容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る微小探針付き絶縁性有
機樹脂膜の断面図。
【図2】本発明の一実施例に係る微小探針付き絶縁性有
機樹脂膜の平面図。
【図3】本発明の一実施例に係る微小探針付き絶縁性有
機樹脂膜の製造工程図。
【図4】本発明の一実施例に係る微小探針付き回路検査
素子の断面図。
【図5】従来の微小探針付き絶縁性有機樹脂膜の部分拡
大図。
【符号の説明】
10 ポリイミド膜 11 微小探針 12 貫通孔 13 導電性パターン 17 フォトレジスト膜(探針形成用補助層) 20 探針付き絶縁性有機樹脂膜 25 探針付き回路検査素子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年8月1日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る微小探針付き絶縁性有
機樹脂膜の断面図。
【図2】本発明の一実施例に係る微小探針付き絶縁性有
機樹脂膜の平面図。
【図3】本発明の一実施例に係る微小探針付き絶縁性有
機樹脂膜の製造工程図。
【図4】本発明の一実施例に係る微小探針付き絶縁性有
機樹脂膜の製造工程図。
【図5】本発明の一実施例に係る微小探針付き回路検査
素子の断面図。
【図6】従来の微小探針付き絶縁性有機樹脂膜の部分拡
大図。
【符号の説明】 10 ポリイミド 11 微小探針 12 貫通孔 13 導電性パターン 17 フォトレジスト膜(探針形成用補助層) 20 探針付き絶縁性有機樹脂膜 25 探針付き回路検査素子
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図6】
【図4】
【図5】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 開口部を有する支持枠と、 前記開口部を覆うように支持枠に設けられ且つ可撓性を
    有する絶縁性有機樹脂膜と、 該絶縁性有機樹脂膜の所定の位置に穿設された貫通孔に
    設けられ且つ一端部を前記絶縁性有機樹脂膜の表面から
    突出させた探針と、 前記各探針の他端部に電気的に接続された導電性パター
    ンとを有する探針付き回路検査素子において、 前記探針の絶縁性有機樹脂膜表面から突出した一端部の
    幅が、前記貫通孔の幅と同等又はそれ以下であることを
    特徴とする探針付き回路検査素子。
  2. 【請求項2】 可撓性を有する絶縁性有機樹脂膜の表面
    に探針形成用補助層を形成する工程と、 前記探針形成用補助層付き絶縁性有機樹脂膜の所定の位
    置に複数の貫通孔を形成する工程と、 前記各貫通孔に探針を形成し、その後前記探針形成用補
    助層を除去して探針の一端部を絶縁性有機樹脂膜の表面
    から突出させる工程と、 前記探針の各々の他端部に電気的に接続される導電性パ
    ターンを形成する工程と、 前記探針及び導電性パターン付き絶縁性有機樹脂膜を、
    支持枠の開口部を覆うように支持枠に配設する工程とを
    含むことを特徴とする探針付き回路検査素子の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 電気メッキ処理によって貫通孔内に導電
    性材料を析出させることにより、探針を形成することを
    特徴とする請求項2記載の探針付き回路検査素子の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 探針形成用補助層が、有機樹脂膜である
    ことを特徴とする請求項2又は3記載の探針付き回路検
    査素子の製造方法。
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